JP7710348B2 - 付着物除去システム、及び付着物除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、被燃焼物の燃焼に伴い発生した排ガスから熱回収する熱交換器の伝熱面に付着した付着物を、圧力波式スートブロワに充填される燃焼用ガスの燃焼によって発生させた圧力波により除去する付着物除去システム、及び付着物除去方法に関する。

近年、発電設備が併設された廃棄物燃焼処理施設等での発電量向上が重要となっている。廃棄物燃焼処理施設等での発電は、燃焼炉での廃棄物の燃焼に伴い発生した高温の排ガスからボイラにて熱回収を行い、所定の温度、圧力の蒸気を生成してタービン発電機に導入することにより行われている。

ボイラは、放射室と対流伝熱室とを有している。放射室には、放射伝熱管が放射伝熱面として配設され、対流伝熱室には、例えば、過熱器が対流伝熱面として配設されている。過熱器は、水平方向に伝熱管（過熱管）が複数配設された伝熱管群が高さ方向に複数段配設されて構成されている。

燃焼炉からの排ガスには、腐食成分や、重金属類等を含む煤塵（ダスト）が含まれている。このため、運転経過に伴い、ボイラの放射伝熱面や、対流伝熱面に徐々にダストが付着、堆積し、伝熱性能の低下や、ガス流路の閉塞、伝熱管の腐食といった障害を招き、正常な運転の継続が困難な状態に陥ることがある。

このような不具合を防止するため、ダスト除去装置としてのスートブロワをボイラに設置し、スートブロワを所定の時間間隔（一定周期）で起動（運転）して、ボイラの伝熱面に付着したダストを除去するようにしている。しかし、伝熱面上のダスト堆積量が少ない場合、スートブロワを運転しても、除去されるダストの量が少ないため、スートブロワの運転に必要な費用に対するダスト除去効果が低い。一方、伝熱面上のダスト堆積量が多い場合、一定周期毎のスートブロワの運転では十分にダストを除去することができず、除去されずに伝熱面上に残置されたダストが、次回のスートブロワの運転までに固化してしまい、スートブロワによるダスト除去が困難になる虞がある。

そこで、スートブロワを用いて伝熱面に付着したダストを適切に除去すべく、付着物除去システムが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１には、ボイラの熱貫流率が所定値以上の場合に所定のインターバルを置いてスートブロワを１回運転し、熱貫流率が所定値未満の場合に付着灰判定処理を実行し、その結果に応じてスートブロワを連続運転させるようにした付着物除去システムが開示されている。

特許第６７６１５５８号公報

特許文献１に開示された付着物除去システムにおいては、熱貫流率に基づいてスートブロワの１回運転と連続運転とを使い分け、熱貫流率が所定値未満である場合に、付着灰判定処理を実行し、スートブロワを連続運転するか否かを適切に判定するようにしている。このため、スートブロワの連続運転が無駄に行われることを回避できて経済的であり、且つ適切にダスト除去を行うことができるので、過熱器等の熱交換器の伝熱性能を維持することができる。しかしながら、熱貫流率が所定値未満で、且つ所定条件が成立すれば、スートブロワの連続運転が行われることになり、スートブロワの運転回数自体は増加することになる。

近年、市場導入されている圧力波式スートブロワにおいて、メンテナンス頻度は、スートブロワの運転回数に依拠している。このため、特許文献１の付着物除去システムでは、メンテナンス費用の増加を招くことになる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、熱交換器の伝熱性能を維持しつつ、圧力波式スートブロワのメンテナンス回数の低減を図ることができる付着物除去システム、及び付着物除去方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係る付着物除去システムの特徴構成は、
被燃焼物の燃焼に伴い発生した排ガスから熱回収する熱交換器の伝熱面に付着した付着物を、圧力波式スートブロワに充填される燃焼用ガスの燃焼によって発生させた圧力波により除去する付着物除去システムであって、
前記熱交換器の伝熱性能の基準値を設定する基準値設定手段と、
前記熱交換器の伝熱性能の評価値を算出する評価値算出手段と、
前記燃焼用ガスの充填圧を調整する充填圧調整手段とを備え、
前記基準値と前記評価値との差分が所定以上になった場合、前記充填圧調整手段は、前記燃焼用ガスの充填圧を増加させることにある。

本構成の付着物除去システムによれば、熱交換器の伝熱性能の基準値（熱交換器の伝熱性能として要求される標準値）が基準値設定手段によって設定される。また、熱交換器の伝熱性能の評価値（熱交換器の現在の伝熱性能の評価結果を数値化したもの）が評価値算出手段によって算出される。設定された基準値と算出された伝熱性能の評価値との差分が所定以上になった場合には、例えば、熱交換器の伝熱面に付着物が過剰に付着・堆積していたり、付着物が強固に付着・堆積していたりすること等が予測される。そこで、圧力波式スートブロワに充填される燃焼用ガスの充填圧を充填圧調整手段によって増加させて、燃焼用ガスの燃焼によって発生される圧力波の威力を増加させる。これにより、従来のようなスートブロワの連続運転に依らずとも、付着物を十分に除去することができる。こうして、伝熱性能を早期に回復させることができるとともに、圧力波式スートブロワの運転回数を低減することができる。従って、熱交換器の伝熱性能を維持しつつ、圧力波式スートブロワのメンテナンス回数の低減を図ることができる。

本発明に係る付着物除去システムにおいて、
前記充填圧調整手段は、前記基準値と前記評価値との差分の変動に応じて、前記充填圧を変動させることが好ましい。

本構成の付着物除去システムによれば、充填圧調整手段が、設定された基準値と算出された評価値との差分の変動に応じて、充填圧を変動させるので、圧力波の威力を過不足なく適切に増加させることができ、圧力波式スートブロワの運転に必要な費用に対するダスト除去効果のバランスを良くすることができる。

本発明に係る付着物除去システムにおいて、
前記伝熱性能は、前記排ガスの流量と、前記熱交換器の熱交換量との関係に基づいて定められる性能であることが好ましい。

本構成の付着物除去システムによれば、排ガス流量と、熱交換器の熱交換量との関係に基づいて熱交換器の伝熱性能が定められるので、伝熱性能の基準値を適切に設定することができるとともに、伝熱性能の評価値を適切に算出することができる。

本発明に係る付着物除去システムにおいて、
前記伝熱性能は、前記排ガスの流量と、前記熱交換器での熱回収前後の前記排ガスの温度差との関係に基づいて定められる性能であることが好ましい。

本構成の付着物除去システムによれば、排ガス流量と、熱交換器での熱回収前後の排ガスの温度差との関係に基づいて熱交換器の伝熱性能が定められるので、伝熱性能の基準値を適切に設定することができるとともに、伝熱性能の評価値を適切に算出することができる。

本発明に係る付着物除去システムにおいて、
前記熱交換器は、前記排ガスから熱回収することで蒸気を過熱するように構成され、
前記伝熱性能は、前記排ガスの流量と、前記熱交換器の蒸気入口・出口の温度差との関係に基づいて定められる性能であることが好ましい。

本構成の付着物除去システムによれば、排ガスの流量と、熱交換器の蒸気入口・出口の温度差との関係に基づいて熱交換器の伝熱性能が定められるので、伝熱性能の基準値を適切に設定することができるとともに、伝熱性能の評価値を適切に算出することができる。

本発明に係る付着物除去システムにおいて、
前記伝熱性能は、前記排ガスの流量と、前記熱交換器の熱貫流率との関係に基づいて定められる性能であることが好ましい。

本構成の付着物除去システムによれば、排ガスの流量と、熱交換器の熱貫流率との関係に基づいて熱交換器の伝熱性能が定められるので、伝熱性能の基準値を適切に設定することができるとともに、伝熱性能の評価値を適切に算出することができる。

本発明に係る付着物除去システムにおいて、
前記伝熱性能は、前記熱交換器を具備するボイラの蒸発量の設定値と、前記熱交換器の熱交換量との関係に基づいて定められる性能であることが好ましい。

本構成の付着物除去システムによれば、熱交換器を具備するボイラの蒸発量の設定値と、熱交換器の熱交換量との関係に基づいて熱交換器の伝熱性能が定められるので、伝熱性能の基準値を適切に設定することができるとともに、伝熱性能の評価値を適切に算出することができる。

本発明に係る付着物除去システムにおいて、
前記伝熱性能は、前記被燃焼物の投入量と、前記熱交換器の熱交換量との関係に基づいて定められる性能であることが好ましい。

本構成の付着物除去システムによれば、被燃焼物の投入量と、熱交換器の熱交換量との関係に基づいて伝熱性能が定められるので、伝熱性能の基準値を適切に設定することができるとともに、伝熱性能の評価値を適切に算出することができる。

次に、上記課題を解決するための本発明に係る付着物除去方法の特徴構成は、
被燃焼物の燃焼に伴い発生した排ガスから熱回収する熱交換器の伝熱面に付着した付着物を、圧力波式スートブロワに充填される燃焼用ガスの燃焼によって発生させた圧力波により除去する付着物除去方法であって、
前記熱交換器の伝熱性能の基準値を設定する基準値設定工程と、
前記熱交換器の伝熱性能の評価値を算出する評価値算出工程と、
前記燃焼用ガスの充填圧を調整する充填圧調整工程と、
を包含し、
前記基準値と前記評価値との差分が所定以上になった場合、前記充填圧調整工程において、前記燃焼用ガスの充填圧が増加されることにある。

本構成の付着物除去方法によれば、基準値設定工程において、熱交換器の伝熱性能の基準値が設定される。また、評価値算出工程において、熱交換器の伝熱性能の評価値が算出される。設定された基準値と算出された伝熱性能の評価値との差分が所定以上になった場合には、例えば、熱交換器の伝熱面に付着物が過剰に付着・堆積していたり、付着物が強固に付着・堆積していたりすること等が予測される。そこで、充填圧調整工程において、圧力波式スートブロワに充填される燃焼用ガスの充填圧を増加させて、燃焼用ガスの燃焼によって発生される圧力波の威力を増加させる。これにより、従来のようなスートブロワの連続運転に依らずとも、付着物を十分に除去することができる。こうして、伝熱性能を早期に回復させることができるとともに、圧力波式スートブロワの運転回数を低減することができる。従って、熱交換器の伝熱性能を維持しつつ、圧力波式スートブロワのメンテナンス回数の低減を図ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る付着物除去システムを適用する燃焼処理施設の概略構成を示す模式図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る付着物除去システムの概略構成を示す模式図である。 図３は、本発明の一実施形態に係るダスト除去方法において実施されるスートブロワの運転制御の手順を示すフローチャートである。 図４は、熱交換器の伝熱性能に係る排ガス流量と熱交換量との関係を示すグラフである。

以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態では、廃棄物燃焼処理施設の燃焼炉に並設されるボイラ、及び節炭器に適用された付着物除去システム、及び付着物除去方法を例に挙げて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることは意図しない。

＜廃棄物燃焼処理施設の全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る付着物除去システム１００（図２参照）を適用する燃焼処理施設１の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、燃焼処理施設１は、主として、被燃焼物受入部２、給じん装置３、燃焼炉４、ボイラ５、及び節炭器６を備えている。この燃焼処理施設１においては、計量機能を有するクレーン（ごみクレーン）１０によって被燃焼物（例えば、都市ごみ等の廃棄物）が、被燃焼物受入部２に投入される。被燃焼物受入部２で受け入れられた被燃焼物は、給じん装置３により燃焼炉４内へ供給されて燃焼される。燃焼炉４での燃焼に伴い発生した排ガスは、図示されない誘引ファンの誘引作用により、ボイラ５、及び節炭器６に順次導入されて熱回収される。その後、排ガスは、減温塔（図示省略）で減温され、中和薬剤等と共にバグフィルタ（図示省略）に導入され、バグフィルタにおいて酸性ガス成分や煤塵（ダスト）等が除去された後、脱硝装置（図示省略）に導入され、脱硝処理後に煙突（図示省略）を介して外部へと放出される。なお、燃焼処理施設１には、図示されない発電設備が併設されており、ボイラ５で生成した蒸気が発電設備に導入されることにより発電が行われる。

給じん装置３は、被燃焼物受入部２の下方における平板状の床面に沿って往復動されて被燃焼物を押し出すプッシャー７と、プッシャー７を往復駆動する駆動機構８と、駆動機構８を制御する制御盤９とを備え、駆動機構８が制御盤９からの制御信号に基づき制御されることにより、燃焼炉４内への被燃焼物の供給量が制御されるように構成されている。

＜ボイラ＞
ボイラ５は、排ガス流れ方向の上流側から下流側に順に区画形成される、第一放射室１１、第二放射室１２、及び対流伝熱室１３を備えている。

第一放射室１１は、燃焼炉４の燃焼室に繋がるように鉛直方向に延設されている。第一放射室１１と第二放射室１２とは、第一変向部１５を介して接続されている。第二放射室１２は、第一放射室１１と隣接するように鉛直方向に延設されている。第二放射室１２と対流伝熱室１３とは、第二変向部１６を介して接続されている。対流伝熱室１３は、第二放射室１２と隣接するように鉛直方向に延設されている。

ボイラ５において、燃焼炉４から導入される排ガスは、第一放射室１１の下方から上方へと流れ、第一変向部１５を経て第二放射室１２の上方から下方へと更に流れ、そして、第二変向部１６を経て対流伝熱室１３の下方から上方へ流れる。

第一放射室１１、及び第二放射室１２には、排ガスからの放射熱を受けて蒸気を発生させるための放射伝熱面を構成する多数の放射伝熱管（図示省略）が配設されている。

対流伝熱室１３には、スクリーン管２０、及び同一種類の熱交換部よりなる複数の過熱器２１，２２，２３が配設されている。本例では、対流伝熱室１３において、排ガス流れの最上流部にスクリーン管２０が配設され、スクリーン管２０の下流側に、三次過熱器２１、二次過熱器２２、及び一次過熱器２３が互いに所定間隔を存して排ガス流れ方向の上流側から下流側に向けて順に配設されている。スクリーン管２０は、伝熱管が旗形に配設されてなるものであって、対流伝熱室１３に導入される排ガスを冷却するように構成されている。過熱器２１，２２，２３は、水平方向に配列した複数の伝熱管を高さ方向に多段に設けた伝熱管群を備え、伝熱管が対流伝熱面を構成しており、排ガスとの熱交換により蒸気を発生して更に過熱するように構成されている。なお、ここでは、スクリーン管２０、及び複数の過熱器２１，２２，２３を対流伝熱室１３に配設する例を示したが、これに限定されるものではなく、スクリーン管２０や過熱器２１，２２，２３の他に、蒸発管、エコノマイザ等を対流伝熱室１３に適宜に配設してもよい。

＜節炭器＞
ボイラ５と節炭器６とは、第三変向部１７を介して接続されている。節炭器６は、対流伝熱室１３と隣り合うように鉛直方向に延設される対流伝熱室１４を備えている。対流伝熱室１４には、複数のエコノマイザ部３１，３２，３３が互いに所定間隔を存して配設されている。本例では、第一エコノマイザ部３１、第二エコノマイザ部３２、及び第三エコノマイザ部３３が排ガス流れ方向の上流側から下流側に向けて順に配設されている。エコノマイザ部３１，３２，３３は、水平方向に配列した複数のエコノマイザ水管を高さ方向に多段に設けたエコノマイザ水管群を備えてなるものである。

[排ガス温度計]
第一変向部１５には、第一放射室１１から第二放射室１２へと流れる排ガスの温度を計測する排ガス温度計４１が配設されている。第二変向部１６には、第二放射室１２から対流伝熱室１３へと流れる排ガスの温度を計測する排ガス温度計４２が配設されている。

対流伝熱室１３には、スクリーン管２０を通過し三次過熱器２１へと流れる排ガスの温度を計測する排ガス温度計４３が配設されている。対流伝熱室１３には、三次過熱器２１を通過し二次過熱器２２へと流れる排ガスの温度を計測する排ガス温度計４４が配設されている。対流伝熱室１３には、二次過熱器２２を通過し一次過熱器２３へと流れる排ガスの温度を計測する排ガス温度計４５が配設されている。対流伝熱室１３には、一次過熱器２３を通過し第三変向部１７へと流れる排ガスの温度を計測する排ガス温度計４６が配設されている。

対流伝熱室１４には、第三変向部１７から第一エコノマイザ部３１へと流れる排ガスの温度を計測する排ガス温度計４７が配設されている。対流伝熱室１４には、第三エコノマイザ部３３を通過し節炭器６の底部へと流れる排ガスの温度を計測する排ガス温度計４８が配設されている。

[蒸気流量計]
三次過熱器２１、二次過熱器２２、及び一次過熱器２３には、それぞれ蒸気の流量を計測する蒸気流量計５１、蒸気流量計５２、及び蒸気流量計５３が付設されている。

[蒸気温度計]
三次過熱器２１には、入口側の蒸気温度を計測する蒸気温度計６１ａ、及び出口側の蒸気温度を計測する蒸気温度計６１ｂが付設されている。同様に、二次過熱器２２には、入口側の蒸気温度を計測する蒸気温度計６２ａ、及び出口側の蒸気温度を計測する蒸気温度計６２ｂが付設されている。同様に、一次過熱器２３には、入口側の蒸気温度を計測する蒸気温度計６３ａ、及び出口側の蒸気温度を計測する蒸気温度計６３ｂが付設されている。

[給水温度計、給水流量計]
節炭器６には、入口側の給水温度を計測する給水温度計７１、及び出口側の給水温度を計測する給水温度計７２が付設されている。第一エコノマイザ部３１、第二エコノマイザ部３２、及び第三エコノマイザ部３３には、それぞれ給水温度を計測する給水温度計５４、給水温度計５５、及び給水温度計５６が付設されている。節炭器６には、給水流量を計測する給水流量計７５が付設されている。第一エコノマイザ部３１、第二エコノマイザ部３２、及び第三エコノマイザ部３３には、それぞれ給水流量を計測する給水流量計５７、給水流量計５８、及び給水流量計５９が付設されている。

＜付着物除去システム＞
図２は、本発明の一実施形態に係る付着物除去システム１００の概略構成を示す模式図である。図２に示すように、付着物除去システム１００は、圧力波式スートブロワ（以下、単に「スートブロワ」と略称する。）８０と、スートブロワ８０の動作を制御する制御盤１１０と、制御盤１１０と通信可能に接続される制御器１２０とを備えている。

＜スートブロワ＞
スートブロワ８０としては、例えば、国際公開第２０２０／２２５９８４号に開示された付着物除去装置が用いられる。図１に示すように、スートブロワ８０は、第二放射室１２において、上下方向中間位置に圧力波放出口が位置するようにボイラ５に配置されているスートブロワ８０ａと、対流伝熱室１３において、スクリーン管２０と三次過熱器２１との間に圧力波放出口が位置するようにボイラ５に配置されるスートブロワ８０ｂと、対流伝熱室１４において、第一エコノマイザ部３１と第二エコノマイザ部３２との間に圧力波放出口が位置するように節炭器６に配置されるスートブロワ８０ｃとを含む。

図２に示すように、スートブロワ８０は、スートブロワ本体８１と、ガス供給手段８２とを備えている。

スートブロワ本体８１は、開口部８３ａを有する燃焼容器８３と、開口部８３ａを塞ぐ帯板状の封止体８４と、開口部８３ａに対する封止体８４の押付状態と非押付状態とを切り換える切換機構８５と、開口部８３ａに対し封止体８４が非押付状態のときに、封止体８４を開口部８３ａへと供給する封止体供給機構８６とを備えている。

ガス供給手段８２は、燃焼に必要な可燃性ガスや酸化剤ガス等の燃焼用ガスを燃焼容器８３に供給するものであり、主として、主供給管路９０、可燃性ガス供給管路９１、及び酸化剤ガス供給管路９２を備えている。主供給管路９０の一端側は、燃焼容器８３の内部にガスを供給可能なように燃焼容器８３の端壁部に接続されている。主供給管路９０の他端側には、可燃性ガス供給管路９１を介して可燃性ガス供給源９３が接続されるとともに、酸化剤ガス供給管路９２を介して酸化剤ガス供給源９４が接続されている。こうして、燃焼容器８３の内部には、可燃性ガス供給源９３からの可燃性ガスが、可燃性ガス供給管路９１、及び主供給管路９０を介して供給可能であるとともに、酸化剤ガス供給源９４からの酸化剤ガスが、酸化剤ガス供給管路９２、及び主供給管路９０を介して供給可能とされる。ここで、可燃性ガスとしては、例えば、メタン、水素等が挙げられる（本例ではメタン）。一方、酸化剤ガスとしては、例えば、酸素、空気等が挙げられる（本例では酸素）。

主供給管路９０の途中には、主供給弁９５が介設されている。主供給管路９０における主供給弁９５のガス流れ上流側には、燃焼容器８３の内部の圧力を計測するための圧力計９６が接続されている。可燃性ガス供給管路９１には、可燃性ガス供給弁９７が介設されている。酸化剤ガス供給管路９２には、酸化剤ガス供給弁９８が介設されている。そして、圧力計９６の計測信号に基づいて、燃焼容器８３に充填される燃焼用ガスの所定の充填圧（後述するＰｓ又はＰｖ）において、可燃性ガスと酸化剤ガスとが所定の混合比となるように、主供給弁９５、可燃性ガス供給弁９７、及び酸化剤ガス供給弁９８のそれぞれの弁開度、弁開時間、又は弁開閉回数を調整する。これにより、燃焼用ガスの所定の充填圧において燃焼容器８３の内部で可燃性ガスと酸化剤ガスとが所定の混合比で混合される。

燃焼容器８３の端壁部には、電気的着火手段としてのグロープラグ９９が取り付けられている。グロープラグ９９に通電することにより、燃焼容器８３の内部の燃焼用ガス（メタンガス及び酸素ガスの混合ガス）が着火し、火炎が伝播しながら急激に膨張することで、圧力波を発生させることができる。なお、電気的着火手段としては、グロープラグ９９に限定されるものではなく、電気火花により燃焼用ガスに着火爆発を起こす点火プラグを用いてもよい。

スートブロワ８０においては、燃焼容器８３内に燃焼用ガスを充填し、充填した燃焼用ガスをグロープラグ９９による着火にて燃焼させて燃焼容器８３内の圧力を高めることにより、封止体８４を破壊して圧力波を発生させ、発生させた圧力波を圧力波放出口８７から放出して伝熱管に付着した付着物（ダスト）を除去する付着物除去動作（圧力波の打ち込み動作）を行うことができるように構成されている。さらに、スートブロワ８０においては、切換機構８５と封止体供給機構８６との協働により、一定時間をあけて周期的に１回ずつ付着物除去動作を行うことができるように構成されている。

＜制御盤＞
制御盤１１０は、ＣＰＵ、メモリ、ストレージ、Ｉ／Ｏポート、周辺機器等を具備するコンピュータを主体に構成されている。制御盤１１０は、スートブロワ８０の動作、例えば、切換機構８５による押付状態と非押付状態との切換動作や、封止体供給機構８６による封止体供給動作、ガス供給手段８２による燃焼容器８３内への燃焼用ガスの充填動作、充填した燃焼用ガスに対するグロープラグ９９による着火動作等を制御する。

＜制御器＞
制御器１２０は、ＣＰＵ、メモリ、ストレージ、Ｉ／Ｏポート、周辺機器等を具備するコンピュータを主体に構成されている。制御器１２０は、メモリに格納されている所定プログラムをＣＰＵが読み込んで実行することにより、基準値設定部３０１、評価値算出部３０２、充填圧算出部３０３、充填圧目標値設定部３０４、及び運転制御部３０５の機能が発揮される。なお、制御器１２０としては、例えば、分散制御システム（ＤＣＳ）や、プログラマブルロジックコントローラ、サーバー、ワークステーション、その他のコンピュータ装置等が挙げられる。基準値設定部３０１、評価値算出部３０２、充填圧算出部３０３、充填圧目標値設定部３０４、及び運転制御部３０５のそれぞれの機能については、後述するスートブロワ８０の運転制御の手順を示すフローチャート（図３参照）の説明と併せて説明することとする。なお、基準値設定部３０１が、本発明の「基準値設定手段」に相当する。評価値算出部３０２が、本発明の「評価値算出手段」に相当する。ガス供給手段８２、制御盤１１０、充填圧算出部３０３、充填圧目標値設定部３０４、及び運転制御部３０５を含む構成が、本発明の「充填圧調整手段」に相当する。

図３は、本発明の一実施形態に係るダスト除去方法において実施されるスートブロワ８０の運転制御の手順を示すフローチャートである。図３において、記号「Ｓ」はステップを表わす。なお、図３のフローチャートの開始段階では、燃焼容器８３に対する燃焼用ガスの充填圧の目標値は、初期設定圧Ｐｓに設定されているものとする。

以下においては、一例として、ボイラ５に配置されるスートブロワ８０ａ，８０ｂを用いた、第二放射室１２の放射伝熱管、並びに対流伝熱室１３のスクリーン管２０、及び過熱器２１，２２，２３に対するダスト除去動作について、図３のフローチャートを用いて説明する。ここで、第二放射室１２の放射伝熱管、対流伝熱室１３のスクリーン管２０、及び過熱器２１，２２，２３は何れも熱交換器であり、これらを総称して「熱交換器２００」と称する。

＜Ｓ１：基準値設定工程＞
図３に示すフローチャートにおけるステップＳ１において、基準値設定部３０１（図２参照）は、熱交換器２００の伝熱性能の基準値として、図４に示すように、伝熱性能基準値ラインＬａを設定する。ここで、熱交換器２００の伝熱性能の基準値とは、熱交換器２００の伝熱性能として要求される標準値であって、熱交換器２００の伝熱面（伝熱管の外表面）にダストが付着していない状態における熱交換器２００の伝熱性能として排ガス流量と熱交換量との関係から得られるデータに基づいて設定されるものである。

図４は、熱交換器２００の伝熱性能に係る排ガス流量と熱交換量との関係を示すグラフである。熱交換器２００の伝熱性能は、排ガス流量と熱交換量との関係に基づいて定められる性能である。図４において、縦軸は、熱交換量を示し、横軸は、排ガス流量を示す。図４において、伝熱性能基準値ラインＬａの下方位置に示す伝熱性能閾値ラインＬｂは、伝熱性能基準値ラインＬａに対し熱交換量（評価値）が所定値だけ低い水準を示すラインである。

＜Ｓ２：評価値算出工程＞
図３に示すフローチャートにおけるステップＳ２において、評価値算出部３０２（図２参照）は、熱交換器２００の伝熱性能の評価値を算出する。すなわち、燃焼炉４からの現在の排ガス流量Ｍｇを演算するとともに、熱交換器２００における現在の熱交換量Ｍｑを演算する。

[排ガス流量の演算]
評価値算出部３０２（図２参照）は、燃焼炉４からの排ガス流量の演算について、燃焼炉４からの排ガス流路に設けられた節炭器６を用い、節炭器６における交換熱量Ｑｅと、排ガスと給水の出入口温度（Ｔｇｉ，Ｔｇｏ，Ｔｗｉ，Ｔｗｏ）、及び排ガス流量Ｍｇと給水量Ｍｗの関係に基づいて、以下の式（１）及び（２）を用いて、リアルタイムの排ガス流量Ｍｇを算出する。
Ｑｅ［ｋＪ／ｈ］ ＝ Ｍｇ×Ｃｐｇ×（Ｔｇｏ－Ｔｇｉ）
＝ Ｍｗ×Ｃｐｗ×（Ｔｗｏ－Ｔｗｉ）＋Ｑａ ・・・（１）
Ｍｇ［ｍ^３Ｎ／ｈ］ ＝ （Ｍｗ×Ｃｐｗ×（Ｔｗｏ－Ｔｗｉ）＋Ｑａ）／Ｃｐｇ／（Ｔｇｏ－Ｔｇｉ） ・・・（２）
ここで、
Ｍｗ ：給水流量計７５の計測値
Ｔｗｉ：給水温度計７１の計測値
Ｔｗｏ：給水温度計７２の計測値
Ｃｐｗ：節炭器６の平均給水定圧比熱
Ｔｇｉ：排ガス温度計４７の計測値
Ｔｇｏ：排ガス温度計４８の計測値
Ｃｐｇ：節炭器６の平均排ガス定圧比熱
Ｑａ ：節炭器６の放熱量の設定値

［熱交換量の演算］
評価値算出部３０２（図２参照）は、各過熱器２１～２３の蒸気流量、蒸気入口・出口温度から、以下の式（３）を用いて、各過熱器２１～２３におけるリアルタイムの熱交換量Ｑｑを演算する。
ＱｑＮ ＝ ＭｓＮ×（ＴｓｏＮ－ＴｓｉＮ） ・・・（３）
ここで、
Ｎ：自然数
Ｍｓ１～Ｍｓ３：蒸気流量計５１～５３の計測値
Ｔｓｉ１～Ｔｓｉ３：蒸気温度計６１ａ～６３ａ（入口側）
Ｔｓｏ１～Ｔｓｏ３：蒸気温度計６１ｂ～６３ｂ（出口側）

＜Ｓ３～Ｓ５＞
現在の排ガス流量Ｍｇに対する熱交換量Ｍｑの値は、熱交換器２００の現在の伝熱性能を示す評価値である。ステップＳ３においては、設定した基準値と熱交換器２００の伝熱性能の現在の評価値との差分が所定以上であるか否かを判断する（Ｓ３：比較・判断工程）。図４のグラフにおいて、例えば、現在の排ガス流量Ｍｇが横軸上のＭｇｘであるときの現在の熱交換量Ｍｑが縦軸上のＭｑａである場合、ＭｇｘとＭｑａとで特定されるグラフ上の点Ａは、伝熱性能閾値ラインＬｂよりも下側に位置しているため、設定した基準値と熱交換器２００の伝熱性能の現在の評価値との差分は所定以上であると判断する（ステップＳにおいて「ＹＥＳ」）。この場合、充填圧算出部３０３（図２参照）は、現在の排ガス流量ＭｇがＭｇｘであるときの伝熱性能の基準値Ｍｑｘと伝熱性能の評価値Ｍｑａとの差分（ΔＭｑ）に応じた充填圧Ｐｖを算出する（Ｓ４：充填圧算出工程）。そして、充填圧目標値設定部３０４（図２参照）は、到達すべき充填圧Ｐの目標値としてステップＳ４で算出された充填圧Ｐｖを設定する（Ｓ５：充填圧設定工程）。

一方、図４のグラフにおいて、例えば、現在の排ガス流量Ｍｇが横軸上のＭｇｘであるときの現在の熱交換量Ｍｑが縦軸上のＭｑｂである場合、ＭｇｘとＭｑｂとで特定される排ガス流量－熱交換量の座標系における点Ｂは、伝熱性能基準値ラインＬａと伝熱性能閾値ラインＬｂとの間に位置しているため、設定した基準値と熱交換器２００の伝熱性能の現在の評価値との差分は所定以上ではないと判断する（ステップＳにおいて「ＮＯ」）。この場合、充填圧目標値設定部３０４（図２参照）は、到達すべき充填圧Ｐの目標値として、初期設定圧Ｐｓに設定する（Ｓ６：充填圧設定工程）。

＜Ｓ７：運転指令工程＞
ステップＳ７において、運転制御部３０５（図２参照）は、充填圧Ｐの目標値を充填圧Ｐｖ、又は初期設定圧Ｐｓに設定する指令信号を含む運転指令信号を制御盤１１０に向けて送信する。

制御盤１１０は、運転制御部３０５からの運転指令信号をトリガーとして、スートブロワ８０がダスト除去動作を行うべくスートブロワ８０を制御する。すなわち、図２に示すように、燃焼容器８３の開口部８３ａを封止体８４で塞ぎ、ガス供給手段８２により燃焼容器８３内に充填圧がＰｖ又はＰｓとなるように燃焼用ガスを充填し、グロープラグ９９への通電により燃焼用ガスに点火して燃焼させ、燃焼容器８３内の圧力を高めることで封止体８４を破壊して圧力波を発生させる。これにより、圧力波放出口８７から圧力波がボイラ５の第二放射室１２内、及び対流伝熱室１３内に放出され、圧力波による風圧、振動により、第二放射室１２の放射伝熱面を構成する放射伝熱管に付着・堆積しているダストが除去されるとともに、対流伝熱室１３のスクリーン管２０及び過熱器２１～２３の伝熱管に付着・堆積しているダストが除去される。こうして、伝熱管に付着したダストを広範囲に除去することができる。

なお、ステップＳ４の充填圧算出工程、ステップＳ５の充填圧設定工程、及びステップＳ７の運転指令工程を包む工程が、本発明の「充填圧調整工程」に相当する。

図３のフローチャートにおいては、ステップＳ２の伝熱性能の評価値算出工程において算出された評価値が、ステップＳ１の伝熱性能の基準値設定工程において設定された基準値よりも所定以下の値である場合、すなわち、設定した基準値と熱交換器２００の伝熱性能の現在の評価値との差分が所定以上である場合（ステップＳ３にいおいて「ＹＥＳ」）には、熱交換器２００の伝熱面にダストが過剰に付着・堆積していたり、ダストが強固に付着・堆積していたりすること等が予測される。そこで、ステップＳ４，Ｓ５及びＳ７の一連の工程よりなる充填圧調整工程において、スートブロワ８０ａ，８０ｂの燃焼容器８３の内部に充填される燃焼用ガスの充填圧を増加させて、燃焼用ガスの燃焼によって発生される圧力波の威力を増加させる。これにより、従来のようなスートブロワの連続運転に依らずとも、ダストを十分に除去することができる。こうして、伝熱性能を早期に回復させることができるとともに、スートブロワ８０ａ，８０ｂの運転回数を低減することができる。従って、熱交換器２００の伝熱性能を維持しつつ、スートブロワ８０ａ，８０ｂのメンテナンス回数の低減を図ることができる。

ステップＳ４の充填圧算出工程において、現在の排ガス流量ＭｇがＭｇｘであるときの伝熱性能の基準値Ｍｑｘと伝熱性能の評価値Ｍｑａとの差分（ΔＭｑ：図４参照）の変動に応じた充填圧Ｐｖが充填圧算出部３０３（図２参照）によって算出され、算出された充填圧Ｐｖが、ステップＳ５の充填圧設定工程において、到達すべき充填圧Ｐの目標値として充填圧目標値設定部３０４（図２参照）によって設定されるので、圧力波の威力を過不足なく適切に増加させることができ、スートブロワ８０ａ，８０ｂの運転に必要な費用に対するダスト除去効果のバランスを良くすることができる。

以上、本発明の付着物除去システム、及び付着物除去方法について、一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

（別実施形態１）
上記実施形態における、排ガス流量と熱交換器２００の熱交換量との関係に基づいて定められる伝熱性能において、熱交換器２００の熱交換量に代えて、熱交換器２００での熱回収前後の排ガスの温度差であってもよい。すなわち、第二放射室１２、及び対流伝熱室１３を流れる排ガスの流量と、熱交換器２００での熱回収前後の排ガスの温度差である、排ガス温度計４１、及び排ガス温度計４６の計測値の差分との関係に基づいて熱交換器２００の伝熱性能を定めるようにしてもよい。

（別実施形態２）
上記実施形態における、排ガス流量と熱交換器２００の熱交換量との関係に基づいて定められる伝熱性能において、熱交換器２００の熱交換量に代えて、熱交換器２００の蒸気入口・出口の温度差であってもよい。すなわち、第二放射室１２、及び対流伝熱室１３を流れる排ガスの流量と、熱交換器２００の蒸気入口・出口の温度差である、蒸気温度計６１ａ，６２ａ，６３ａ、及び蒸気温度計６１ｂ，６２ｂ，６３ｂの計測値の差分との関係に基づいて熱交換器２００の伝熱性能を定めるようにしてもよい。

（別実施形態３）
上記実施形態における、排ガス流量と熱交換器２００の熱交換量との関係に基づいて定められる伝熱性能において、熱交換器２００の熱交換量に代えて、熱交換器２００の熱貫流率であってもよい。すなわち、第二放射室１２、及び対流伝熱室１３を流れる排ガスの流量と、以下の式（４）により求められる熱交換器２００の熱貫流率との関係に基づいて熱交換器２００の伝熱性能を定めるようにしてもよい。

（別実施形態４）
上記実施形態における、排ガス流量と熱交換器２００の熱交換量との関係に基づいて定められる伝熱性能において、排ガス流量に代えて、熱交換器２００を具備するボイラ５の蒸発量の設定値であってもよい。すなわち、以下に述べる算出法により求められるボイラ蒸発量と熱交換器２００の熱交換量との関係に基づいて熱交換器２００の伝熱性能を定めるようにしてもよい。
［ボイラ蒸発量の算出］
以下の式（５）及び（６）に示すような被燃焼物発熱量とボイラ蒸発量との関係に基づいて算出された被燃焼物発熱量からボイラ蒸発量を得ることができる。
（被燃焼物の燃焼熱量） ＝ （被燃焼物の発熱量）×（被燃焼物の投入量）
＝ （ボイラ蒸発量×蒸気エンタルピ＋持出熱量－持込熱量） ・・・（５）
（ボイラ蒸発量） ＝ （被燃焼物の燃焼熱量－持出熱量＋持込熱量）／（蒸気エンタルピ） ・・・（６）
ここで、被燃焼物の投入量は、被燃焼物を被燃焼物受入部２に投入する際にクレーン１０で掴んだ被燃焼物の重量測定値に基づいて、例えば、１時間あたりの重量測定値の積算により算出される。なお、被燃焼物の投入量については、給じん装置３のプッシャー７の往復動速度により定まる被燃焼物の供給速度（単位時間あたりの供給量）に基づいて算出することも可能であり、プッシャー７を往復駆動する駆動機構８を制御する制御盤９からのデータに基づいてリアルタイムに算出することができる。また、蒸気エンタルピ、持出熱量および持込熱量についても、排ガス温度計４１～４８や、蒸気流量計５１～５３、蒸気温度計６１ａ～６３ａ、蒸気温度計６１ｂ～６３ｂ、給水温度計７１，７２、給水流量計７５等の計測値によってリアルタイムに算出することができる。

（別実施形態５）
上記実施形態における、排ガス流量と熱交換器２００の熱交換量との関係に基づいて定められる伝熱性能において、排ガス流量に代えて、被燃焼物の投入量であってもよい。すなわち、上述したように、例えば、クレーン１０で掴んだ被燃焼物の１時間あたりの重量測定値の積算や、制御盤９からのデータにより算出することができる被燃焼物の投入量と熱交換量との関係に基づいて熱交換器２００の伝熱性能を定めるようにしてもよい。

なお、上記の別実施形態４や別実施形態５のように、排ガス流量に代えて、ボイラ蒸発量の設定値や被燃焼物の投入量を用いる場合は、節炭器６についても、上記実施形態の熱交換器２００に対するダスト除去方法と同様のダスト除去方法を適用することができる。

本発明の付着物除去システム、及び付着物除去方法は、例えば、火力発電施設、製鉄所、石油精製施設等において、化石燃料の燃焼によって発生した排ガスや、廃棄物燃焼施設において、廃棄物の燃焼によって発生した排ガス、バイオマス発電施設において、バイオマス燃料の燃焼によって発生した排ガスから熱回収するボイラ、節炭器（エコノマイザ）、空気予熱器等の熱交換器の伝熱面に付着した煤塵等の付着物を除去する用途において利用可能である。

１ 燃焼処理施設
８０ スートブロワ（圧力波式スートブロワ）
８２ ガス供給手段（充填圧調整手段）
１００ 付着物除去システム
１１０ 制御盤（充填圧調整手段）
２００ 熱交換器
３０１ 基準値設定部（基準値設定手段）
３０２ 評価値算出部（評価値算出手段）
３０３ 充填圧算出部（充填圧調整手段）
３０４ 充填圧目標値設定部（充填圧調整手段）
３０５ 運転制御部（充填圧調整手段）

Claims (3)

1. 被燃焼物の燃焼に伴い発生した排ガスから熱回収する熱交換器の伝熱面に付着した付着物を、圧力波式スートブロワに充填される燃焼用ガスの燃焼によって発生させた圧力波により除去する付着物除去システムであって、
   前記伝熱面に付着物が付着していない状態における前記熱交換器の伝熱性能として前記排ガスの流量と前記熱交換器の熱交換量との関係から得られるデータに基づいて伝熱性能基準値ラインを設定するとともに、当該伝熱性能基準値ラインに対し前記熱交換器の熱交換量が低い水準を示す伝熱性能閾値ラインを設定する基準値設定手段と、
   前記熱交換器の伝熱性能の評価値として現在の前記排ガスの流量に対する前記熱交換器の現在の熱交換量の値を算出する評価値算出手段と、
   前記燃焼用ガスの充填圧を調整する充填圧調整手段とを備え、
   前記評価値算出手段によって算出される前記熱交換器の現在の熱交換量が前記伝熱性能閾値ラインよりも低い場合、前記充填圧調整手段は、前記燃焼用ガスの充填圧を増加させる付着物除去システム。
2. 前記充填圧調整手段は、前記伝熱性能基準値ラインと、前記評価値算出手段によって算出される前記熱交換器の現在の熱交換量との差分の変動に応じて、前記充填圧を変動させる請求項１に記載の付着物除去システム。
3. 被燃焼物の燃焼に伴い発生した排ガスから熱回収する熱交換器の伝熱面に付着した付着物を、圧力波式スートブロワに充填される燃焼用ガスの燃焼によって発生させた圧力波により除去する付着物除去方法であって、
   前記伝熱面に付着物が付着していない状態における前記熱交換器の伝熱性能として前記排ガスの流量と前記熱交換器の熱交換量との関係から得られるデータに基づいて伝熱性能基準値ラインを設定するとともに、当該伝熱性能基準値ラインに対し前記熱交換器の熱交換量が低い水準を示す伝熱性能閾値ラインを設定する基準値設定工程と、
   前記熱交換器の伝熱性能の評価値として現在の前記排ガスの流量に対する前記熱交換器の現在の熱交換量の値を算出する評価値算出工程と、
   前記燃焼用ガスの充填圧を調整する充填圧調整工程と、
   を包含し、
   前記評価値算出工程によって算出される前記熱交換器の現在の熱交換量が前記伝熱性能閾値ラインよりも低い場合、前記充填圧調整工程において、前記燃焼用ガスの充填圧が増加される付着物除去方法。