JPS6213566B2

JPS6213566B2 -

Info

Publication number: JPS6213566B2
Application number: JP59237706A
Authority: JP
Inventors: Ee Byuutaa Kiisu; Esu Andaasen Maaku
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1983-11-18
Filing date: 1984-11-13
Publication date: 1987-03-27
Also published as: JPS60120110A; US4488516A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、化石燃料を燃焼させる蒸気発生器の
炉の管壁から灰付着物を取除くためのすす吹き器
を複数包含するすす吹き装置に関する。更に詳述
すれば、本発明は、各すす吹き器付近の管壁上の
灰付着物の堆積状態に応じて、各すす吹き器を独
立して選択的に作動できるようにしたすす吹き装
置に関する。

石炭、亜炭又は廃物のような灰を含む化石燃料
が燃焼する蒸気発生器においては、燃焼過程で生
成された灰が熱い燃焼生成物によつて炉壁に運ば
れてこの炉壁に付着するので、この灰付着物に関
連する問題が常に存在する。すなわち、これら灰
付着物は、炉壁上において熱絶縁物として働き、
熱い燃焼生成物から炉壁への熱伝達を相当減少さ
せる問題がある。炉壁は、典型的には、横方向に
隣接して互いに溶接された一連の水冷管で形成さ
れていて、これら炉の管壁の内側に炉の燃焼室を
限定する気体包囲空間を作つている。そして、水
が、これら水冷管を通して流れるとき、炉内の熱
い燃焼生成物から炉の管壁への輻射熱伝達によつ
て熱せられ、蒸気が発生する。

管壁上の灰付着物の量が増大するにしたがつ
て、管壁への熱伝達は一様に減少していく。した
がつて、炉が、運転初期の段階のときのように非
常に清浄な場合には、熱い燃焼生成物から管壁へ
の熱伝達は非常に高く、炉を去る燃焼生成物の温
度は比較的低い値である。しかしながら、管壁が
灰付着物で汚れてくるにしたがつて、熱い燃焼生
成物から管壁への熱伝達は著しく低下し、炉を去
る熱い燃焼生成物の温度は著しく上昇する。炉の
運転期間中における熱収支の変化は、作業員が蒸
気発生の収支を保つうえにおいて重大な問題とな
るものである。それゆえ、灰を含む化石燃料を燃
焼させる炉においては、燃焼室全高にわたる管壁
上の色々な位置に複数のすす吹き器を取付けて、
管壁を断続的に洗浄することが一般的に行われて
きている。これらすす吹き器は、蒸気発生器の技
術分野においては良く知られているものであつ
て、典型的には、圧搾空気、水又は蒸気のような
吹付媒体を噴霧ノズルヘツドから噴霧するように
なつている。この噴霧ノズルヘツドは、管壁に設
けられている開口を通して炉内へ断続的に移動し
て、洗浄液を灰付着物の表面に対して圧力をつけ
て指し向けるようにされている。そして、吹付け
媒体は、灰付着物に熱衝撃及び高い衝撃荷重を加
えて灰付着物を管壁から落下させ、これにより、
管壁を再び比較的清浄な状態にして熱い燃焼生成
物にさらされるようにしている。

管壁上の灰付着物は、管壁における高さ位置に
よつて均一ではなく、また、管壁の横方向の位置
によつても均一ではない。すなわち、炉のある区
域では灰付着物を急速に受ける一方で、炉の別の
区域では灰付着物を受ける量が非常に少なく、比
較的清浄の状態のままであつたりする。化石燃料
が燃焼する炉の内部において発生して炉壁に付着
する灰の量又は厚さを正確に予測することは、不
可能ではないにしても、極めて困難である。した
がつて、制御装置を設けて、自動化された方法で
炉の各すす吹き器を作動させるのが一般的になつ
てきており、通常、予め設定された時間順序にし
たがう方法によつて行われる。すなわち、別々に
なつている複数の各すす吹き器が、運転経過に基
づいて設定された時間々隔を置いて、典型的には
一度に一列ずつ作動されるようになつている。し
かし、このような制御装置が完全に満足できるも
のであるとは言えない。すなわち、炉の汚れてい
る区域に関しては、吹付けの頻度が少なすぎて比
較的清浄な炉の状態を達成することができないの
に対し、炉の比較的清浄な区域に関しては、あま
り頻繁に吹付けをすると冷却管が過度の摩耗を受
けるとともに不必要かつコストのかかるすす吹き
媒体の使用をすることになつてしまう。したがつ
て、各すす吹き器の周囲の管壁が必要に応じて選
択的に洗浄されるようなすす吹き装置が要求され
ている。

複数のすす吹き器を選択的に作動させるひとつ
の方法が、米国特許第3276437号明細書に開示さ
れている。これによると、各すす吹き器が、局部
的な管壁の温度に応じて、各すす吹き器に関連す
る管壁区域を洗浄するように選択的に作動され
る。複数の熱電対が、管壁の各すす吹き器の近く
に溶着されていて、管壁表面の実際の温度を感知
するようになつている。そして、これら感知され
た管壁の温度は、予め計算されている設定温度と
比較され、これにより管壁の水冷管を通して流れ
る水の特定の飽和温度での炉の汚れ状態が示され
る。どこかひとつの区域において感知された温度
が設定温度より下がつている場合には、その区域
に関連するすす吹き器が作動される。このような
方法においては、炉の汚れに応じて多数のすす吹
き器が作動し、これらすす吹き器と関連する炉の
各区域の洗浄をする。

しかしながら、管壁の温度が、炉の汚れに対す
る適切な評価尺度であるとは必ずしも言えない。
管壁の温度は、管壁のある特定の箇所での水冷管
を通して流れる流体の飽和温度次第で定まつてし
まう。残念ながら、局部的な流体飽和温度は、高
さ位置によつて変化するし、また、管壁の流体入
口に過冷却部が存在することによつても変化す
る。したがつて、予め設定された炉の汚れを示す
温度を計算するための真の流体飽和温度を得るこ
とは、非常に困難である。更に、水と蒸気との混
合体が、水の臨界超過点以上の圧力で水冷管を通
過する超臨界圧蒸気発生器においては、炉の汚れ
具合の指示となるべき金属温度を計算したり特定
したりする方法がない。なぜならば、金属温度
は、炉の高さ全体にわたつて、局部的な熱の流れ
だけでなく冷却管を通して流れる混合体の相状態
に対しても非常に大きく依存しており、かつ、ど
の位置がどのような相状態になつているか分らな
いからである。それゆえ、前述した米国特許第
3276437号明細書に開示されている制御装置は、
超臨界圧蒸気発生器において満足できる働きをす
るものではない。

そこで、本発明は、局部的な管壁の温度ではな
く、局部的な熱伝達率に応じて、炉の管壁を選択
的に洗浄し得るすす吹き装置を提供することを目
的とする。

更に、本発明は、ある特定のすす吹き器の周囲
の管壁区域をすす吹きする必要があるかないかを
示す手段を提供することを目的とする。

しかして、本発明によれば、複数のすす吹き器
が炉の管壁に間隔を置いて配設されていて、各す
す吹き器は作動するとその周囲の特定区域を洗浄
するようになつている。また、燃焼生成物から管
壁への局部的な熱伝達率を感知する手段が、管壁
の各すす吹き器の周囲の区域毎に配設されてい
る。更に、各々感知された局部的な熱伝達率を予
め設定されている熱伝達率の下限値と比較して、
感知された局部的な熱伝達率がこの下限設定値よ
り低い場合には出力を発生する手段が設けられて
いる。前述した熱伝達率の下限設定値は、許容で
きる最大限の量の灰付着物で覆われている管壁を
想定した熱伝達率を示すように選定される。比較
手段により発生した出力は、制御室内にある指示
手段を作動させて、炉が汚れた状態になつている
ことを作業員に警告する。このようにする代わり
に、比較手段により発生した出力によつて、汚れ
ている管壁区域と関連するすす吹き器を自動的に
作動させることもできる。

好適には、各々感知された局部的な熱伝達率を
予め設定された熱伝達率の上限値と比較して、感
知された局部的な熱伝達率がこの上限設定値より
高い場合には出力を発生する手段を設けることが
できる。この上限設定値は、炉が許容できる清浄
な状態であることを示すものである。感知された
局部的な熱伝達率が上限設定値より高くなつてい
る場合には、比較手段により発生した出力によつ
て、炉が汚れた状態であることを示す制御室内の
指示手段の作動が停止される。

好適には、局部的な熱伝達率を感知する手段
は、管壁の燃焼室側面に直接取付けられている熱
流束計により構成される。好適には、更に、表示
手段が制御室内に設けられていて、この表示手段
上には、複数の各すす吹き器とこれら各すす吹き
器の周囲に配設された複数の熱流速計との関係位
置が表示されている。この表示手段は、各すす吹
き器の作動状態を示す第１の手段と、各熱流速計
と関連する出力を示す第２の手段とを具備してい
る。

以下添付図面を参照して本発明の好適な一実施
例について詳述する。

第１図は、化石燃料燃焼用の超臨界圧蒸気発生
器を示す。この蒸気発生器は、複数の直立管壁１
２とこれら管壁１２の上端部に位置するガス出口
１４とから形成される細長い垂直な炉１０を具備
している。この炉１０において、蒸気を発生させ
るために、水が、炉１０を形成している管壁１２
の下部にある入口ヘツダ１６を超臨界圧力で通過
し、それから管壁１２を通して上向きに流れるよ
うにされている。水は、管壁１２を通して上向き
に流れるにしたがつて、炉１０内の化石燃料の燃
焼熱を吸収して蒸発し、蒸気が発生する。蒸気
は、管壁１２を去ると、出口ヘツダ１８に集めら
れ、それから、過熱器や再熱器のような熱交換面
２４を通過する。これら熱交換面２４は、炉１０
の出口１４に接続されているガス出口ダクト２６
の内部に配設されている。このガス出口ダクト２
６は、炉１０内で生成された熱い燃焼生成物を蒸
気発生器の煙突（図示せず）に搬送する役目を果
たしている。そして、蒸気は、熱交換面２４を通
過する際に、炉１０のガス出口１４を去る熱ガス
と熱交換関係をもちながら通るようにされてい
て、このとき過熱される。

炉１０を始動させている間、管壁１２の中で発
生した蒸気の一部は、出口ヘツダ１８からバルブ
２８を通して混合ヘツダ２０に流される。この混
合ヘツダ２０内で、蒸気は、熱交換面２４を形成
する節炭器からの給水と混合され、そして、降水
管２２を通して管壁１２の下部にある入口ヘツダ
１６へ流される。

炉１０においては、ガス出口１４から離れた炉
１０の下部区域に配設されている数個の燃料バー
ナ３２，３４，３６及び３８を通して、炉１０内
の燃焼領域（室）３０に、石炭のような灰を含む
化石燃料を注入することによつて、燃焼が行われ
る。炉１０内に注入される燃料の量は、蒸気発生
器の設計上必要とされる管壁１２の総吸熱量を賄
うのに必要な総放熱量を供給するように制御され
ている。石炭はすべて貯槽４０から制御された速
さでフイーダ４２を通して空掃式微粉炭機４４に
供給され、そこで粗炭が小さい粒子サイズになる
まで粉砕される。また、予熱空気が微粉炭機４４
を通して排気フアン４６によつて吸引される。そ
して、粉砕された石炭は、この予熱空気中に搬送
されるとともに予熱空気によつて乾燥される。そ
れから、これら粉砕された石炭及び空気は、バー
ナ３２，３４，３６及び３８を通して炉１０の燃
焼室３０に供給される。

第２図に示すように、管壁１２は、横方向に隣
接する一連の水冷管５０によつて形成されてい
る。これら水冷管５０は、互いに隣接して配設さ
れているとともにウエブ５２によつて相互に溶着
されている。このようにする代わりに、各水冷管
５０を直接互いに接するように配列し、その後、
第２図に示した如き隣接する各水冷管５０の間に
それぞれウエブ５２を溶着することをせずに、各
水冷管５０同志を単に溶着することにより相互に
連結することもできる。

ところで、灰を含む燃料が炉１０の燃料室３０
で燃焼すると灰粒子が生成され、これら灰粒子は
熱い燃焼生成物によつて水冷管５０の表面に運ば
れる。そして、燃焼生成物中に搬送された熱い灰
粒子が水冷管５０と接触する際に、灰は水冷管５
０に付着し、典型的にはスラグと呼ばれる灰付着
物となつて、炉１０の内張りをなす水冷管５０の
表面に堆積する。

この灰付着物５４が管壁１２の水冷管５０の表
面に堆積するにしたがつて、熱い燃焼生成物から
水冷管への主として輻射による熱伝達は大幅に減
少していくとともに、ガス出口１４において炉１
０を去る熱い燃焼生成物の温度は大幅に上昇して
いく。その結果、管壁１２による総吸熱量が減少
してしまい、また、蒸気発生面２４による吸熱量
が増加してしまう。典型的には、炉１０は、管壁
１２による吸熱量と蒸気発生面２４の吸熱量との
比率がある一定の限界値の範囲内にあるように操
作できるような設計とされている。しかし、管壁
１２が大量の灰付着物で覆われてくると、管壁１
２と蒸気発生面２４との間の吸熱量の比率が許容
範囲から外れてしまい、炉１０のガス出口１４を
去る熱い燃焼生成物の温度が極度に上昇してしま
う。したがつて、管壁１２の水冷管５０から灰付
着物５４を断続的に取除くことによつて、管壁１
２の吸熱量をもつと高い許容水準にまで戻してや
る必要がある。

そこで、管壁１２を洗浄するために、複数のす
す吹き器６０が、第１図に示すように、炉１０の
管壁１２の全幅全高にわたつて色々な位置に配設
され、これらすす吹き器６０を作動させることに
より、管壁１２から灰付着物５４を取除くことが
できるようになつている。これら各すす吹き器６
０は、典型的には、スプレーヘツド（図示せず）
を包含する。このスプレーヘツドは、管壁１２を
形成している水冷管５０の適当な開口を通して燃
焼室３０内に突出し、空気、蒸気又は水のような
高圧吹付け媒体の噴流を灰付着物５４の表面に向
けて衝突させる。そうすると、灰付着物５４に対
する吹付け媒体の衝撃によつて、熱い灰付着物５
４は、水冷管５０から剥離して炉１０の底部に落
下し、そして、炉１０の下側に配設されている灰
処理装置（図示せず）を通して取除かれる。な
お、すす吹き器６０の具体的構成は周知であると
ともに本発明の要旨とは直接関係がないので、そ
の詳細な説明は省略する。

しかして、本実施例によれば、少なくともひと
つの熱伝達率感知手段６２が、各すす吹き器６０
と関連して作動するようになされているととも
に、この関連するすす吹き器６０によつて洗浄さ
れる管壁１２区域内の特定位置に取付けられてい
る。好適には、３乃至４個の熱伝達率感知手段６
２が各すす吹き器６０と関連して作動されるよう
になつている。そして、熱伝達率感知手段６２
は、管壁１２への熱い燃焼生成物の局部的な熱伝
達率を複数のすす吹き器６０のうちのひとつを取
囲む管壁１２の各区域において感知する。

第２図に示すように、熱伝達率感知手段６２
は、管壁１２の炉内部に面する側に取付けられて
いる。そして、熱伝達率感知手段６２は、好適に
は、水冷管５０の頂部に取付けられるが、しか
し、互いに隣接する水冷管５０の間にあるウエブ
５２に取付けられてもよい。いずれの場合におい
ても、熱伝達率感知手段６２は、水冷管５０と同
様に灰付着物５４で覆われるものであり、それゆ
え、水冷管５０へ伝えられるものと実質的に同じ
の熱伝達率を感知するようにされている。

更に、本実施例によれば、第１図に示すよう
に、比較手段６６が設けられている。この比較手
段６６は、複数の手段６２により各々感知された
局部的な熱伝達率を予め設定してある熱伝達率の
下限設定値６３と比較し、そして、この感知され
た熱伝達率が熱伝達率の下限設定値６３より低い
場合には、いつでも出力信号を発するようにされ
ている。

すなわち、比較手段６６は、ひとつのすす吹き
器６０と関連する複数の熱伝達率感知手段６２の
各々から信号を受けるとともに、この感知した熱
伝達率を許容最低熱伝達率を示す下限設定値６３
と比較するようにされている。この下限設定値６
３は、炉１０の管壁１２に配設されている各すす
吹き器６０のために、管壁１２における特定の高
さや位置での許容最低熱伝達率を表わすように変
化させることができる。また、所望するならば、
特定のひとつのすす吹き器６０と関連する多数の
熱伝達率感知手段６２により感知された熱伝達率
のすべてをこれら手段６２から直接比較手段６６
へ伝送する代りに、制御器６８を比較手段６６と
感知手段６２との間に配設して、感知された複数
の熱伝達率信号６４を受けるようにし、それか
ら、この制御器６８から単一の信号を比較手段６
６に伝送し、この比較手段６６によつてひとつの
すす吹き器６０と関連する複数の感知手段６２か
ら伝送される複数の局部的な熱伝達率信号６４の
平均値を得るようにすることもできる。

感知された局部的な熱伝達率が下限設定値６３
より低い場合には、比較手段６６が出力信号６５
を発し、この出力信号６５は表示手段７０に伝送
される。この表示手段７０上には、複数のすす吹
き器６０とこれら各すす吹き器６０と関連する複
数の熱伝達率感知手段６２とが、それぞれ相対的
な位置関係で表示されるようになつている。この
表示手段７０は、典型的には、蒸気発生器プラン
トの制御室内に配設されている。表示手段７０
は、各すす吹き器６０の作動状態を示す第１の指
示手段７２と、各熱伝達率感知手段６２の出力状
態を示す第２の指示手段７４とを具備している。
例えば、指示手段７２および７４は、各すす吹き
器６０用の比較手段６６からの出力信号６５に応
答して作動するような発光体とすることができ
る。すなわち、第２の指示手段７４の発光体は比
較手段６６から出力信号６５を受けると、それぞ
れ点灯し、これによりその区域の管壁１２が著し
く汚れていることを運転者に知らせるようにして
いる。そして、すす吹き器６０が作動すると、こ
れと対応する第１の発光体の指示手段７２が点灯
し、これによりすす吹き器６０が作動している状
態であることを表示するようにしている。

好適には、比較手段６６は、更に、各熱伝達率
感知手段６２で感知された熱伝達率信号６４と、
予め設定されている熱伝達率の上限設定値６７と
の比較も行い、感知された局部的な熱伝達率が上
限設定値６７より高い場合には、出力信号６５を
発生するようにされている。この上限設定値６７
は、感知手段６２が配設されている区域の管壁１
２が、炉１０として許容できる清浄な状態下にあ
る、と考えられる局部的な熱伝達率を表示するよ
うにされている。そして、この出力信号６５に応
答して、制御室にある表示手段７０の第２の発光
体の指示手段７４が消灯し、これら熱伝達率感知
手段６２と関連する管壁１２の一部分がすでに清
浄になつていることを作業員に知らせるようにさ
れている。これにより、作業員は、そのすす吹き
器６０の作動を停止させる。すると、このすす吹
き器６０と対応する第１の発光体の指示手段７２
もまた消灯する。

本実施例によれば、更に、比較手段６６からの
出力信号６５に応答して、各すす吹き器６０を独
立して選択的に作動させたり停止させたりするた
めの制御手段８０が装備されている。

この制御手段８０は、比較手段６６に応答する
ようにされている。すなわち、すす吹き器６０に
よつて洗浄された管壁区域の局部的な熱伝達率が
下限設定値６３より低くなつていることを比較手
段６６が示したときには、制御手段８０が各すす
吹き器６０を独立して選択的に作動させるように
されている。また、制御手段８０は、比較手段６
６に応答して、すす吹き器６０によつて洗浄され
た管壁区域の局部的な熱伝達率が上限設定値６７
より高い値に達したことを比較手段６６が示した
ときには、作動している各すす吹き器６０を選択
的に停止させるようにされている。なお、上限設
定値６７は、すでに述べたように、すすき吹き器
６０によつて洗浄された区域の管壁１２が清浄な
状態に戻つていることを示す値である。

第３図は、前述した熱伝達率感知手段６２が熱
流束計８２により構成されている例を示してい
る。

このような熱流束計８２は、すでに良く知られ
ているものであつて、管壁１２に取付けられたハ
ウジング８４を包含しているとともに、このハウ
ジング８４の中には、一対の熱電対リード８６，
８８が、熱の流れの方向において絶縁材料９０に
より互いに間隔を置いて設けられている。そし
て、熱い方の熱電対リード８６が第１の温度を感
知するとともに、冷たい方の熱電対リード８８が
第２の温度を感知する。これらふたつの熱電対リ
ード８６，８８の間には絶縁材料９０が介在して
いるので、第２の温度は第１の温度より低くな
る。そして、これら熱電対リード８６及び８８の
間の温度差は、ケーブル９２の２本のリード線す
なわち熱電対リード８６に接続されているリード
線と熱電対リード８８に接続されているリード線
との間の電圧差として示される。この電圧差の信
号６４（第１図参照）は、ケーブル９２を通して
比較手段６６に伝送される。つまり、この電圧差
の信号６４が、熱い燃焼生成物から灰付着物５４
を通して管壁１２に直接流れる局部的な熱伝達率
を示す。

以上詳述したように、本発明によれば、化石燃
料の燃焼炉において、管壁温度の如き熱伝達率を
間接的に示すものを感知しないで、管壁に直接伝
達される熱伝達率に直接応答して作動するすす吹
き器を、選択的に制御する手段が提供される。し
たがつて、本発明によるすす吹き装置は、管壁を
形成する水冷管の金属温度と局部的な熱伝達率と
の間に直接何の関係もない超臨界圧の石炭燃焼式
蒸気発生器に、特に適している。すなわち、本発
明によるすす吹き装置は、実際に感知された熱伝
達率に直接応答するので、亜臨界圧蒸気発生器の
みならず超臨界圧蒸気発生器にも適用することが
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるすす吹き装置を装備した
蒸気発生器の管壁とこれに関連する表示手段（パ
ネル）との一例を示す図、第２図は本発明にした
がつて管壁に取付けられた熱伝達率感知手段が灰
付着物によつて覆われた状態を示す、管壁の一部
の断面図、及び第３図は熱伝達率感知手段として
管壁に取付けられた熱流束計を詳細に示す断面図
である。１０……炉、１２……管壁、１４……ガス出
口、１６……入口ヘツダ、１８……出口ヘツダ、
２０……混合ヘツダ、２２……降水管、２４……
熱交換面、２６……ガス出口ダクト、２８……バ
ルブ、３０……燃焼室、３２，３４，３６，３８
……燃焼バーナ、４０……貯槽、４２……フイー
ダ、４４……微粉炭機、４６……排気フアン、５
０……水冷管、５２……ウエブ、５４……灰付着
物、６０……すす吹き器、６２……熱伝達率感知
手段、６３……下限設定値、６４……熱伝達率信
号、６５……出力信号、６６……比較手段、６７
……上限設定値、６８……制御器、７０……表示
手段、７２……第１の指示手段、７４……第２の
表示手段、８０……制御手段、８２……熱流束
計、８６，８８……熱電対リード、９０……絶縁
材料、９２……ケーブル。

Claims

【特許請求の範囲】

１横方向に隣接する一連の流体冷却管で形成さ
れているとともに灰を含む燃料が燃焼することに
よつて発生した熱い燃焼生成物の熱が伝達される
燃焼室の管壁から、灰付着物を選択的に取除くす
す吹き装置において、前記管壁に互いに間隔を置
いて配設されて、その周囲の管壁区域を洗浄する
複数のすす吹き器と、これら各すす吹き器の周囲
の管壁区域内に配設されて、燃焼生成物から前記
管壁への局部的な熱伝達率を感知する手段と、こ
れら各々感知された局部的な熱伝達率を予め設定
されている熱伝達率の下限設定値と比較し、感知
された局部的な熱伝達率が前記下限設定値より低
い場合には出力を発生する手段とを包含してなる
すす吹き装置。