JPH0961087A - 伝熱管付着物除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 作業が容易で、ハードクリンカも短時間で容
易に除去でき、母材に対する影響のないボイラ装置を提
供する。 【構成】 ボイラにおけるマンホールや観察窓等の開口
部、あるいはボイラ内部において作業者の移動が可能な
個所に、ノズル１６を先端に取り付けて高圧水送給管を
併設するノズルマニュピレータ２９の操作部２９ａを設
け、ノズルマニュピレータ２９の操作により、ノズル１
６を伝熱管に付着するクリンカ状物質に近接させ、高速
水噴流３１をノズル１６からクリンカ状付着物へ向けて
噴射するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボイラの予防保全技術
に係り、特に伝熱管外表面の付着物を水噴流を利用して
除去する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】石炭焚ボイラや重質油焚のボイラでは、
灰粒子が高温で溶融し、伝熱管に付着する。図２６に示
すように、ボイラ火炉の上部にある吊り下げ過熱器（２
次過熱器）２に付着した灰は大きな塊に成長し、付着ハ
ードクリンカ３となる。この付着ハードクリンカ３の一
部は、ボイラ停止時に、熱衝撃のために伝熱管から剥離
し火炉ホッパ７へ落下するが、大部分の付着ハードクリ
ンカ３は剥離・落下することなくそのまま残る。

【０００３】このような付着ハードクリンカ３の成長
は、ボイラ火炉１の熱負荷、ガス温度や燃料種の性状
（灰の融点）等の複合作用によるとされているが、詳細
なメカニズムまでは分かっていない。

【０００４】付着ハードクリンカ３が著しく成長する
と、ボイラが稼動中の場合は、炉内ガス流の流動抵抗と
なる。さらに、このハードクリンカ３は、定期点検時の
火炉補修作業の大きな支障となり、突然落下すれば大変
に危険である。従って、この付着ハードクリンカを除去
するために、多大な労力が費やされてきている。

【０００５】なお、図２６において４はノーズ、５はバ
ーナ、６は送炭管である。

【０００６】図２７に模式的に示したのがハードクリン
カ３の一つの処理例である。ノーズ４の上部に簡易足場
９を組み、作業者１０が水洗用のガン１１を操り、水噴
流を付着ハードクリンカ３に向けて吹きつける。

【０００７】この方法によれば、比較的で脆弱なクリン
カは除去でるが、ハードクリンカ全部を破壊することは
かなり難しく、多大な水洗時間が必要になる。また、簡
易足場９を組む作業はボイラ火炉内の高所作業であり、
特殊な技能を有する作業者が必要である。

【０００８】なお、図２７において、８はマンホール、
１２は水噴流、１３は送水管、１４はプランジャポン
プ、１５は炉底クリンカ、３２は灰処理装置である。

【０００９】以上のような水洗法においては、ハードク
リンカを容易に破壊し切れないという問題があったが、
その理由は、水噴流のエネルギーが分散するような状況
で行われるためである。

【００１０】従来は噴射圧力Ｐが８０ｋｇｆ／ｃｍ
² （８ＭＰａ）程度の比較的低い圧力で水噴射が行われ
ていた。図２８は、その水噴流の状況を模式的に描いた
ものである。

【００１１】ノズル１６から噴出した水流の中心には、
始めは芯状水柱２４が生じるが、下流で分裂し水滴群２
５となる。この噴流は噴霧流２７となり、付着ハードク
リンカ３に衝突するまでにはかなり広がり、衝突エネル
ギーは分散して減衰してしまっている。

【００１２】従って、このような従来式の水洗法によっ
ては、付着ハードクリンカ３は中々破壊に至らない。噴
射圧力Ｐが低く、スタンドオフ距離ｘ_S （ノズル１６と
付着ハードクリンカ３との距離）が長過ぎることが、図
２８に示すように広がり過ぎて衝突エネルギーが減衰す
る噴流の形態になると考えられる。このような噴霧流で
は、付着ハードクリンカ３の広い表面上において、低速
の水滴群が衝突する作用が生じるに過ぎない。

【００１３】なお図２８において、１７は高圧水、２２
は中心軸、２６は水滴である。

【００１４】噴霧のように拡散する低速水噴流を用いる
炉内付着灰除去法は、図２９に示すウォールブロワーと
して製品化されている。同図のような手法によれば、メ
ンブレン水壁２８上の軟らかい灰であれば除去効果があ
るが、ハードクリンカ３は中々除去しにくいと考えられ
る。図中の３０はノズルガンである。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】一部繰り返すことにな
るが、ここでは従来技術における問題点をまとめる。

【００１６】上記したように、従来の水洗法によると、
流量の多い噴流を用いるが、（１）ノズル先端と除去対
象のクリンカとの距離（スタンドオフ距離）が長過ぎ、
（２）ノズルの噴射圧力が低く、噴出流速も低い、とい
う理由により、噴流の衝突エネルギーが分散するという
問題がある。

【００１７】脆弱なクリンカはこのような方法でも容易
に除去できるが、一度溶融して固化した、いわゆるハー
ドクリンカを破壊することは困難である。そのため、ハ
ードクリンカを除去するのに多大な時間を要し、ボイラ
の点検作業に支障となることもあった。

【００１８】さらに、伝熱管が大量の洗浄水によって長
い時間濡らされるため、全面腐食（いわゆる「赤サビ」
と言われる形態のもの）が生じる場合もあり得る。ハー
ドクリンカを十分に除去できなければ、クリンカが万が
一落下する危険もあり、炉内点検作業の安全性は完全と
は言えなくなる。

【００１９】一方、このような水洗作業ではボイラのノ
ーズ部に簡易足場を組むが、足場の組み立てや足場から
の水洗は高所作業となり、安全対策を十分に施したとし
ても、作業環境が良好であるとは言い難い。さらに、水
洗作業は狭いスペースで行っていたため暑く、ダストや
水滴が飛散する環境の中で行われるという問題があっ
た。

【００２０】本発明の目的は、作業が容易で、ハードク
リンカも短時間で容易に除去でき、母材に対する影響の
ない伝熱管付着物除去装置を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、ボイラにおけるマンホールや観察窓等の開口
部、あるいはボイラ内部において作業者の移動が可能な
個所に、ノズルを先端に取り付けて高圧水送給管を併設
したノズルマニュピレータの操作部を設け、そのノズル
マニュピレータの操作により、ノズルを伝熱管に付着し
ているクリンカ状物質に近接させ、高圧水をノズルから
クリンカ状付着物へ向けて噴射するようにしたことを特
徴とするものである。

【００２２】前記マニュピレータの基部は操作部であ
り、そのマニュピレータは伸縮、折れ曲がり及び回転が
可能になっている。

【００２３】噴射条件は以下のようにする。いずれも、
前述した従来技術に比べて、ノズルから噴出する噴流の
クリンカに対する衝突エネルギーを高めるようにしてい
る。 （１）スタンドオフ距離ｘ_S ：５０〜４００ｍｍ、より
望ましくは７０〜２５０ｍｍ （２）噴射圧力Ｐ：２５０〜１５００ｋｇｆ／ｃｍ
² （２５〜１５０ＭＰａ）、より望ましくは３００〜６
００ｋｇｆ／ｃｍ² （３０〜６０ＭＰａ） （３）ノズルのトラバース速度Ｖｔ：５〜４０ｍｍ／ｓ
ｅｃ、より望ましくは８〜１５ｍｍ／ｓｅｃ。

【００２４】高圧水噴射時には、ノズルに作用する反力
をキャンセルするために、ノズル部においてダミージェ
ットを噴射する。これにより、ノズルの揺動を防止でき
るし、スタンドオフ距離を所定の条件に安定に保つこと
がとできる。

【００２５】ノズルには、暗い炉内でクリンカを照らし
出すためのライトと、クリンカの付着を認識するための
小型カメラを設ける。このようにすれば、高圧水を用い
た施工後のクリンカの脱落と裸の伝熱管を確認すること
ができる。カメラからの画像は、マニュピレータを操作
する位置で、作業者がＣＲＴで確認して母管とクリンカ
を認識する。ノズルをトラバースさせることにより、ク
リンカを発見次第、高圧水をノズルから噴射し、クリン
カを破壊する。

【００２６】ノズルマニュピレータに遠隔操作の可能な
クランプ部材を設け、水噴流の噴射時に伝熱管をクラン
プして、ノズルマニュピレータの揺動や伝熱管群の揺動
を防ぐ。

【００２７】伝熱管群に付着するクリンカは、比較的脆
弱な部分とかなり強度の高い部分が存在し、これらが層
状に入り混じって塊になっている。これらを効率よく除
去するために、低速水噴流と高速水噴流を切り替えて噴
射する。低速水噴流は脆弱な部分に衝突させ、一方、高
速の水噴流はハードクリンカへ衝突させる。

【００２８】クリンカの強弱の状態は、ノズルマニュピ
レータに近接して設置するＴＶカメラの像から容易に識
別することができる。脆弱なクリンカは、表層がいわば
「ザクザク」したような様相を呈する。高強度のハード
クリンカは、一度溶融したものが固まって生じているた
めか、表面が平滑であり、色は黒っぽく発泡痕も多く見
られる。

【００２９】ノズルは、出来るだけコンパクトな構造が
よいので二重管構造にして、中心の円筒部からは高速水
噴流を噴射し、外周の環状開口部からは低速水噴流を噴
射する。低速及び高速水噴流の噴射の切り替えは、切り
替え弁の操作で行う。

【００３０】上記した低速水噴流においては、噴射圧力
２００ｋｇｆ／ｃｍ² （２０ＭＰａ）未満が相応しく、
高速水噴流では２００ｋｇｆ／ｃｍ² （２０ＭＰａ）以
上の噴射圧力が必要である。

【００３１】これらの条件は、多くのクリンカを対象
に、広範囲な噴射条件において、破壊する実験から導い
たものである。低速水噴流と高速水噴流を同時に噴射す
ることも可能で、低速水噴流中に高速の水噴流を噴射す
る。速度差が大きいので、中心の高速水噴流は、激しい
キャビテーションが発達する。このキャビテーションに
よる衝撃作用を利用することによっても、クリンカを除
去することができる。

【００３２】

【作用】本発明によれば、次のような作用によりハード
クリンカを破壊・除去する効果が生まれる。

【００３３】ノズルを最適な位置までクリンカに近接さ
せる。さらに、ノズルの噴射圧力を適切な条件にする。
このようにすることで、クリンカに衝突する噴流の形態
は、クリンカに水圧的衝撃を加えるのに最適な状態とな
る。

【００３４】すなわち、所定の噴射圧力でノズルから噴
出する水噴流は、断続的に分裂し、分裂した水柱がハー
ドクリンカに対して「弾丸」のように繰り返して衝突
し、ハードクリンカを破壊する。

【００３５】本発明における噴射条件によれば、ハード
クリンカは容易に破壊し、伝熱管から離脱する。熱が加
わらないので、クリンカは伝熱管から完全に剥離する。

【００３６】本発明において設定したスタンドオフ距離
ｘ_S 、噴射圧力Ｐ及びノズルトラバース速度Ｖｔであれ
ば、伝熱管に一切の損傷を与えない。また、むやみに噴
射圧力Ｐを上昇させたり、水噴射量を増やしたりする訳
ではないので、吊り下げ伝熱管群の揺動も問題にならぬ
程度である。

【００３７】さらに、ノズルではダミー噴流を用いるの
で、ノズルにおける反力は小さく、片持ちばり的なアー
ムの先端にノズルを設けても、噴射時にノズルの振動は
ない。また、ノズルの位置ずれも小さく、設定した条件
で確実にハードクリンカを破壊・除去することができ
る。

【００３８】また低速水噴流を併用することで、脆弱な
クリンカを除去することができるとともに、ハードクリ
ンカは高速の水噴流により破壊して除去できる。

【００３９】このようにすれば、脆いクリンカを過大な
高圧水噴流で除去したり、ハードクリンカに低速水噴流
を衝突させて破壊できずに長時間噴射するといった無駄
を省けるようになり、水噴流として使用する水を有効に
使用できる。

【００４０】さらに、ノズルマニュピレータが伝熱管群
をクランプしているために、水噴流噴射時においても伝
熱管群の揺動が少くなるとともに、ノズルマニュピレー
タの揺動を抑えることができる。

【００４１】従って、ノズルと除去対象のクリンカ間の
最適スタンドオフ距離の設定が可能になる。ノズルから
噴出直後の水噴流には、柱状芯部が生じ、この芯部が水
滴へと分裂し、下流で広がる噴流中へ分散していく。

【００４２】この柱状芯部の先端は断続的に振動する
が、この振動する柱状芯部先端の領域を利用してクリン
カに衝突させれば、かなり効果的にクリンカを破壊する
ことができる。

【００４３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は第１実施例に係る高速ウォータジェットを
用いた炉内付着物除去装置の上面図、図２はその付着物
除去装置の側面図である。

【００４４】付着ハードクリンカ３は、ボイラ火炉の頂
部に近い吊り下げ過熱器（２次過熱器）２に堅固に固着
している。ノズル１６は、作業者１０により遠隔操作を
するノズルマニュピレータ２９の先端に固定してある。
このノズルマニュピレータ２９は、伸縮（イ）、回転
（ロ）、回転（ハ）が可能であり、ノズル１６を付着ハ
ードクリンカ３に対し容易に近づけることができる。

【００４５】ノズルマニュピレータ２９は回転ジョイン
ト２９ｃにおいて折れ曲がり、方向決定サポート治具２
９ｄによって折れ曲がった状態で固定される。ノズル１
６は、最適なスタンドオフ距離になるように、付着ハー
ドクリンカ３に近づける。

【００４６】高圧水１７は、ノズルマニュピレータ２９
の基部からノズルマニュピレータ２９に併設する高圧水
供給管（図では省略）を通じてノズル１６に導かれる。

【００４７】作業者１０は、ノズルマニュピレータ２９
の操作部２９ａを操作して延設部２９ｂを引き出し、ノ
ズル１６を付着ハードクリンカ３に近づける。後述する
が、ノズル１６には、暗い炉内でもクリンカを識別でき
るようにライトを内蔵した小型カメラを装着しており、
作業者１０は、ＴＶに写し出される画面をもとに、伝熱
管と付着ハードクリンカ３を確認し、付着ハードクリン
カ３を見つけ次第ノズル１６から高圧水（高速水噴流３
１）を吹きつけて付着ハードクリンカ３を破壊する。

【００４８】図３は、ノズルから高速水噴流を噴射し、
これをハードクリンカへ衝突させる状況を模式的に描い
たものである。

【００４９】本実施例では、先端がＴ字型に分割する直
角衝突ノズル１６ａを用いた。ノズルマニュピレータ２
９を、付着ハードクリンカ３に対して平行に位置決めす
れば、直角衝突ノズル１６ａより噴出する高速水噴流３
１は、付着ハードクリンカ３に対し直角に衝突し、クリ
ンカ３を破壊する。Ｔ字型の直角衝突ノズル１６ａの他
方からは、ダミー噴流３３を噴出させている。

【００５０】これは、高圧水を噴射することによってノ
ズル１６に生じる反力をキャンセルするためである。こ
のダミー噴流により、ノズル１６の揺動がなくなり、ノ
ズル−クリンカ間のスタンドオフ距離ｘ_S が、高圧水１
７の噴射期間中安定に保たれる。

【００５１】このダミー噴流を、対向部にある吊り下げ
過熱器（２次過熱器）２の付着ハードクリンカ３へ衝突
させることができれば、クリンカ除去能率が向上する。

【００５２】図４は、基本的には図３の例と同じである
が、Ｙ字型の傾斜ノズル１６ｂからの高速水噴流３１
を、付着ハードクリンカ３に対し斜めに衝突させる。こ
の場合でも、分岐したもう一方の噴出孔からは、反力を
キャンセルするためのダミー噴流３３を噴出しており、
ノズルの揺動を防いでいる。

【００５３】図５と図６には、ノズルの構造例を示す。
図５のノズル１６は、円錐形径収縮部（しぼり部）を有
しており、高圧水１７がゆっくりと減圧・加速される。
このノズル１６は高速水噴流の広がりを出来るだけ抑え
て、高速水噴流３１をビーム状に絞りたい場合に適して
いる。

【００５４】噴出孔２０の出口には、高速水噴流３１の
作用で非円形に壊食するのを防ぐため、円形の座ぐり部
２１を設けている。噴出孔２０の出口が非円形に壊食す
ると、高速水噴流３１の形状が崩れて分裂し、遠くまで
貫通する勢いが乏しくなるという問題がある。図中の２
２は中心軸である。

【００５５】図６に示すノズル１６は釣鐘状径収縮部
（絞り部）２３を有し、図５に示したノズル１６からの
噴流に比べて多少の噴流の広がりは犠牲にして、噴流の
乱れを促進する。このタイプは噴出孔２０が大きく、比
較的大容量のノズルに適している。

【００５６】図７は、ノズル１６に光源内蔵小型カメラ
３４を装着した状態を示している。光源内蔵小型カメラ
３４はノズル１６に固定され、ファイバーケーブル３５
もバンド（固定装置）３６によりノズルマニュピレータ
２９に固定されている。この光源により、暗い炉内のク
リンカ３を写し出し、ノズル１６の位置を決定する。な
お、高圧水１７は、ノズルマニュピレータ２９内の高圧
水供給流路１８を通じてノズル１６に導かれる。

【００５７】本実施例では光源内蔵小型カメラ３４をノ
ズル１６に固定した例を示したが、ノズルマニュピレー
タ２９もしくはノズルマニュピレータ２９を挿入した個
所とは別の開口部に照明具とカメラ（例えば前記光源内
蔵小型カメラ３４）を設置することも可能である。

【００５８】図８は、高速水噴流の衝突によってクリン
カを破壊するメカニズムを模式的に描いたものである。
ノズル１６から噴出した芯状水柱２４は高速水噴流３１
中で伸びるが、下流にある位置で分裂し、水柱が分裂し
た水塊２５を次々と放出する。この分裂位置は断続的に
変動する。高速で放出された水塊２５は、断続的に弾丸
のように付着ハードクリンカ３に衝突してそれを破壊す
る。

【００５９】このような現象の生じている噴流の領域を
利用すれば、極めて効率よく付着ハードクリンカ３を破
壊することができる。そのため、スタンドオフ距離ｘ_S
の選定は重要である。また、芯状水柱２４の分裂位置
も、噴射圧力Ｐに依存するので、スタンドオフ距離ｘ_S
と噴射圧力Ｐの組み合わせが大変に重要となる。

【００６０】図９は、スタンドオフ距離ｘ_S 、噴射圧力
Ｐ及びノズルのトラバース速度Ｖｔの重要の操作条件の
選定範囲をまとめたものである。

【００６１】スタンドオフ距離ｘ_S は５０＜ｘ_S ＜４５
０ｍｍ、さらに望ましくは７０＜ｘ_S ＜１９０ｍｍの範
囲から選定する。

【００６２】ｘ_S が短過ぎると図８における芯状水柱２
４における変動のない連続部が衝突することになり、つ
まり高圧であっても「静的なプレス」のような力が加わ
ることになるので、かえってクリンカを破壊しにくくな
る。ｘ_S が長過ぎると、図１６に示したように噴流が水
滴群に分散してしまい、破壊するエネルギーが拡散す
る。

【００６３】噴射圧力Ｐは２００＜Ｐ＜９００ｋｇｆ／
ｃｍ² 、さらに望ましくは３００＜Ｐ＜５５０ｋｇｆ／
ｃｍ² の範囲から選定するが、むやみにＰを上昇させる
と吊り下げ伝熱管群が振動したり、ノズルに多大な反力
が生じたり、伝熱管の母材にエロージョンによる損傷が
起きる危惧があるので、Ｐの上限は自ずと決まってく
る。

【００６４】ノズルのトラバース速度Ｖｔは大き過ぎる
とクリンカを破壊できない。従ってＶｔは０＜Ｖｔ＜４
５ｍｍ／ｓｅｃ、さらに望ましくは４＜Ｖｔ＜２２ｍｍ
／ｓｅｃの範囲から決定する。

【００６５】図１０は、クリンカの除去に要する時間を
比較したものである。相対値として表すために、時間ｔ
を従来技術におけるクリンカ除去時間ｔ^* で割ることに
より無次元化した。従って、従来技術における施工時間
は、ｔ／ｔ^* ＝１となる。

【００６６】本発明を実施する場合は、ｔ／ｔ^* ＝０．
１２であり、この結果から本発明による作業時間の大幅
削減が確認でき、これは高速水噴流によりクリンカを効
率よく破壊・除去できるようになった結果である。

【００６７】図１１はクリンカ除去施工後に除去仕切れ
なかった残存クリンカ量Ｍを比較したもの、従来技術に
おける残存クリンカ量Ｍ^* を基準として無次元化して表
した。従来技術ではＭ／Ｍ^* ＝１であるが、本発明を具
体化した場合には、Ｍ／Ｍ^*＝０．０２まで大幅に減少
させることが可能であり、本発明を実施すればクリンカ
の取り残しはほとんど無くなる。

【００６８】図１２は、高速水噴流が伝熱管の金属表面
へ直接衝突する際のエロージョン（壊食）量Δｍを経時
変化としてまとめたものである。

【００６９】始めはΔｍの増加はほとんど見られない
が、ある時間からΔｍが急増を開始し、最終的にはΔｍ
の増加は頭打ち状態となる。エロージョン（壊食）の開
始時間が問題となるが、この時間は本発明を具体化する
際に、クリンカに高速水噴流を噴射する時間に比べると
十分に長い。従って、本発明を具体化することによって
伝熱管に損傷を与えることは無いと判断できる。以上よ
り、本発明になるクリンカの除去と施工法の信頼性が確
認された。

【００７０】ここまで述べた実施例は、缶前ののぞき窓
を利用し、そこからノズルマニュピレータを操作する方
法に関するものであった。

【００７１】本発明は、従来技術と同じようにボイラの
ノーズ上部に簡易足場を組み、そこで作業者がノズルマ
ニュピレータを操作するようにすることも可能である。

【００７２】図１３は、このようなノーズ上部の簡易足
場の上からの操作を模式的に描いたものである。ノーズ
４の上部に簡易足場９を組み上げ、その上で作業者がノ
ズルマニュピレータ２９を操作する。基本的なノズルマ
ニュピレータの構成と機能は図１と図２において述べた
ものと同じである。

【００７３】ノズルマニュピレータ２９の先端に設けた
ノズル１６から高速水噴流を噴射し、吊り下げ過熱器
（２次過熱器）２のベンド部に付着するハードクリンカ
３に衝突させて、付着ハードクリンカ３を除去する。

【００７４】図１４に、水噴流によるクリンカ破壊・除
去装置を大型ボイラに適用した実施例を示す。

【００７５】除去対象のハードクリンカ１０２は、ボイ
ラ火炉１０７の頂部に近い吊り下げ伝熱管１０１に付着
している。作業者１１４は、アクセスホールからマニュ
ピレータロッド１０５を挿入して操作し、ノズル１０３
をハードクリンカ１０２に近づける。

【００７６】後述するようにこのマニュピレータロッド
１０５からはクランプ装置が延設し、吊り下げ伝熱管群
をつかむようになっている。ノズル１０３からは水噴流
１０４が噴射され、これがハードクリンカ１０２に衝突
して破壊し、破片１４４になって炉底のホッパ水１４５
の中へ落下する。

【００７７】水噴流１０４として用いられる水は水槽１
０９の中に蓄えられ、高圧水給水ポンプ１０８により汲
み上げられて加圧され、切り替えバルブ１１０を経て高
圧水１１３として高圧ホース１１６を通じてマニュピレ
ータロッド１０５とノズル１０３に送給される。

【００７８】切り替えバルブ１１０は、ノズル１０３へ
送給する高圧水の圧力及び流量を調整するものである。
ノズル１０３から高圧水あるいは低圧水を切り替えて噴
射する場合は、この切り替えバルブ１１０を操作する。
なお、図１４において、１１１は汲み上げ流、１１２は
戻し流、１１５はアクセスホールである。

【００７９】図１５は、ノズルの構造例を示す断面図で
ある。ノズル１０３の基本的な構成は、低圧水１１７を
送給噴射するノズル１０３の中に高速水噴流ノズル１０
３′を配置している。低圧水１１７は低圧水供給流路１
２２を通じて導かれ、径収縮部（しぼり部）１２１で減
圧・加速され、低速水噴流噴射孔１１８から噴射され
る。低速水噴流噴射孔１１８の出口には拡大部１１９が
設けられている。

【００８０】高圧水１１３は、高速水噴流ノズル１０
３′から高速水噴流噴出孔１２０を経て高速水噴流とし
て低速水噴流噴出孔１１８の内部に噴射される。

【００８１】この実施例になるノズルでは、低速水噴
流、高速水噴流の何れもが拡大部１１９を通って外部へ
噴出する。拡大部１１９の内部に噴流が噴出すると、不
安定な渦流が生じて噴流は幾分開きぎみになる。

【００８２】図１６に示すノズルも、ノズル本体の流路
を低圧水が利用し、その中に高圧水が供給される高圧水
噴流ノズル１０３′が配置されているという基本的構成
は図１５の実施例と同じである。

【００８３】但し、高速水噴流噴出孔１２０の出口を、
ノズル１０３における低速水噴流噴出孔１１８の出口に
合わせている。このタイプのノズルには、図１５に示し
たノズルに比べて、高速水噴流と低速水噴流の何れにお
いても噴流はビーム状になり、広がりにくいという特徴
がある。

【００８４】噴流噴射時に、ノズルや吊り下げ伝熱管群
が揺動するのを防止するため、クランプ方式にした実施
例を図１７に示す。

【００８５】マニュピレータロッド１０５からは、ノズ
ル１０３に高圧水を供給する管体部の他に、クランプ装
置１３８を先端に取り付けた管体部が延設されている。
クランプ装置１３８は、吊り下げ伝熱管群１０１の複数
の伝熱管を一緒につかむようになっている。

【００８６】このように吊り下げ伝熱管群１０１を支え
た状態で、ノズル１０３から水噴流を噴射し、ハードク
リンカ１０２に衝突させる。クランプ装置１３８によっ
てノズル１０３も吊り下げ伝熱管群１０１から支えられ
るようになっているため、ノズル１０３も揺動すること
が無い。従ってノズル１０３とハードクリンカ１０２と
の間のスタンドオフ距離ｘ_S が略一定に保たれる。スタ
ンドオフ距離ｘ_S は１００〜３００ｍｍであることが、
ほとんどのハードクリンカ１０２を破壊・除去できる適
正な条件である。

【００８７】図１８は高圧水の送給系を示す図であり、
この実施例ではノズルマニュピレータを操作する作業者
の手元に三方切り替えバルブ１３１が設けられている。
実際にクリンカの様相を観測しながら、低圧水・高圧水
の切り替えを作業者自身の判断で行うためである。

【００８８】貯水槽１２８内の水は高圧ポンプ１２７に
より汲み上げられ、送水管１２９と三方切り替えバルブ
１３１を通じてノズル１０３へ導かれ、水噴流１２６と
して噴射される。高圧ポンプ１２７における吐出量のう
ち余分なものは、三方切り替えバルブ１３１により戻り
ライン１３０を通じて貯水槽１２８へ戻される。

【００８９】本実施例では三方切り替えバルブ１３１の
操作により、ノズル１０３での高圧水と低圧水の直接切
り替えが可能になる。従って、三方切り替えバルブ１３
１からノズル１０３への送給ラインは２本の併送給（高
圧水のラインと低圧水のライン）となるので、実質的に
切り替えバルブ１３１は４通りの方向の切り替えが可能
である。

【００９０】図１９は、伝熱管１０１ａ対するクリンカ
・アッシュ（灰）の付着状態を模式的に示す図である。
蒸気流が流通する伝熱管１０１ａの表面はさほど温度が
上がっていないため、まず灰は溶けずに伝熱管１０１ａ
への表面、すなわち金属面に付着する。このようにして
生じたクリンカ１０２′は脆弱である。この脆弱なクリ
ンカ１０２′の表面は蒸気から離れるため温度が上昇
し、付着するクリンカは溶融し、その後冷えると黒っぽ
い色に変化しながらガラス状に固着するので、ハードク
リンカ１０２となる。

【００９１】その後は、使用する石炭種の灰の融点に応
じて、ハードクリンカ１０２になって付着したり（融点
の低い石炭使用時）、あるいは脆弱なクリンカ１０２′
になったりする（高融点の石炭使用時）。

【００９２】このようにして、大まかにハードクリンカ
１０２と脆弱なクリンカ１０２′が、層状になって大き
な塊として伝熱管１０１ａに固着する。

【００９３】本実施例では、ハードクリンカ１０２の破
壊には高速水噴流を、また脆弱なクリンカ１０２′の除
去には低速水噴流を、それぞれ切り替えて使用する。

【００９４】図２０は、低速水噴流１２５がノズル１０
３から噴出する様相を模式的に描いたものである。出口
拡大部１１９の内壁面と低速水噴流１２５の界面の間に
は小さいな循環渦流１２４が生じる。この渦流１２４の
作用が低速水噴流１２５の界面に乱れを与え、この乱れ
が噴流の分裂の激しさに影響を及ぼす。

【００９５】図２１は、低速水噴流１２５が脆弱なクリ
ンカ１３９へ衝突し、これらを破壊し、伝熱管１０１ａ
から除去する様相を模式的に描いたものである。ノズル
１０３から噴出した低速水噴流１２５は柱状噴流１４１
となり、これが水滴群１０６へと分裂して、脆弱なクリ
ンカ１３９へ高速で衝突する。

【００９６】この水滴群１０６の衝突によって、脆弱な
クリンカ１３９は夥しい回数の衝撃力を受けるようにな
り、脆弱なクリンカ１３９は崩れて伝熱管１０１ａより
容易に離脱する。離脱したクリンカは破片１４０となっ
て飛び散り、ボイラの炉底へ落下する。図中の１４２は
分裂した水滴である。

【００９７】図２２は、高速水噴流１２３をノズル１０
３から噴出した状態を描いたものである。ノズル１０３
の内部に設置した高速水噴流ノズル１０３′から高速水
噴流１２３が噴出し、低速水噴流噴出孔１１８には接触
することなく、拡大部１１９を経て噴出する。

【００９８】低速水噴流１２５の場合と同様に、出口拡
大部１１９では高速水噴流１２３の周りに循環渦流１２
４が生じる。この渦流１２４の作用によって高速水噴流
１２３に乱れが発生し、後述する柱状噴流の振動や分裂
といった重要な挙動に影響を及ぼす。

【００９９】一方、高速水噴流１２３の衝突時のメカニ
ズムは、低速水噴流１２５の場合とは基本的に異なり、
ハードクリンカ１０２の破壊に適したものである。

【０１００】図２３は、高速水噴流１２３の衝突により
ハードクリンカ１０２が破壊する様相を模式的に描いた
ものである。低速水噴流１２５の場合に比べて、この高
速水噴流１２３ではノズル１０３からの噴出直後に生じ
る柱状噴流１４１が長く伸びる。そして、この柱状噴流
１４１は振動し（α）、分裂して弾丸のようになった柱
状水塊１４３が超高速でハードクリンカ１０２に衝突す
る。

【０１０１】この衝撃的な挙動が断続的に繰り返される
ので、ハードクリンカ１０２は破壊し、伝熱管１０１ａ
から離脱して、破片となってボイラの炉底へ落下する。
ハードクリンカ１０２の破片１４４のサイズは、脆弱な
クリンカ１３９の破片１４０よりも比較的大きい。

【０１０２】ここまでは、低速水噴流と高速水噴流を切
り替えて利用する具体化例を述べてきたが、同じノズル
を用いて両水噴流を同時に噴射することも可能である。
このように同時に噴射する場合は、図１８のような系統
ではなく、２台のポンプを用いて独立した２つの送水ラ
インから同一のノズルに導くことになる。

【０１０３】図２４は、図１５に示すノズル１０３にお
いて高圧水１１３と低圧水１１７を同時に噴射した状態
を示す図である。低圧水１１７は、低速水噴流噴出孔１
１８を通じて噴射される。高圧水１１３は、高速水噴流
ノズル１０３′から低速水噴流噴出孔１１８内において
水中高速水噴流として噴射される。低速水噴流１２５中
に噴射された高圧水１１３は、活発なキャビテーション
を伴う水噴流となる。

【０１０４】従って、低・高速水噴流の同時噴射は、水
噴流の衝突する時の力のみならず、キャビテーション気
泡の崩壊時に発生する衝撃圧力の作用によりクリンカを
破壊し除去する。

【０１０５】図２５は、バーナ１３３周りに付着するバ
ーナ付着クリンカ１３５の除去に、図２４に示す低圧水
・高圧水の同時噴射法を適用した例を示す図である。ノ
ズル１０３から図２５に示した噴流１３７を噴射し、バ
ーナ付着クリンカ１３５に衝突させる。クリンカ１３５
は塊状のまま破壊し、破片１３６となってボイラの炉底
に落下する。

【０１０６】「アイブロウ（Ｅｙｅｂｒｏｗ）」と呼ば
れるバーナ付着クリンカは、大きく成長すると火炎が衝
突するようになり、燃焼状態を不安定にするおそれがあ
る。また、上段バーナにこのクリンカが付着していると
落下の危険があるため、下段バーナの点検作業に支障を
来すおそれがある。本発明の各実施例に係る伝熱管付着
物除去装置を使用すれば、このバーナ付着クリンカも効
率よく除去することができる。

【０１０７】

【発明の効果】本発明の効果をまとめると次ようにな
る。

【０１０８】（１）伝熱管に堅固に付着するハードクリ
ンカも容易に短時間で完全に破壊・除去することができ
る。

【０１０９】（２）除去仕切れずに残るクリンカが無く
なるので、落下の恐れがなく、炉内の点検作業を完全に
実施できる。

【０１１０】（３）上記（２）の効果により、定期点検
工程を短縮できる。

【０１１１】（４）クリンカ除去に直接従事する作業者
数を減らすことができ、作業が経済的になる。

【０１１２】（５）クリンカ除去の作業環境が向上す
る。

【０１１３】（６）高圧水を利用するものの、噴出孔径
の小さなノズルを用いるために噴射水量を減らすことが
できる。

【０１１４】（７）高圧水噴射に伴って生じる反力をう
まくキャンセルするようにしているので、ノズルの位置
設定が確実である。

【０１１５】（８）ノズルから噴出する高速水噴流を、
確実にクリンカへ向けて衝突させることができる。

【０１１６】（９）ボイラ停止直後から、すなわちボイ
ラ火炉が冷えるのを待つことなく、クリンカの除去を行
える。

【０１１７】（１０）炉内へ入ることなく点検窓から直
接ウォータジェットガンを操作すれば、炉内へ足場を組
み立てる高所作業が不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による高速ウォータジェットを用いた炉
内付着物質除去装置の一例を示す上面図である。

【図２】その付着物質除去装置の側面図である。

【図３】その付着物質除去装置のノズルから高速水噴流
を噴射し、ハードクリンカに衝突させる状態を示す模式
図である。

【図４】ノズルから高速水噴流を噴射し、ハードクリン
カに衝突させる状態の他の例を示す模式図である。

【図５】ノズルの一例を示す断面図である。

【図６】ノズルの他の例を示す断面図である。

【図７】小型カメラ付きのノズルの構成図である。

【図８】ウォータジェットの現象を示す模式図である。

【図９】本発明による操作条件の選定範囲を示す図表で
ある。

【図１０】本発明によるクリンカの除去に要する時間を
比較した説明図である。

【図１１】本発明によるクリンカ除去施工後に、除去し
切れなかった残存クリンカ量を比較した説明図である。

【図１２】本発明による高速水噴流が伝熱管の金属表面
へ直接衝突する際のエロージョン量を経時変化として示
す説明図である。

【図１３】本発明による高速ウォータジェットを用いる
炉内付着物除去装置を簡易足場の上から操作する様子を
示す図である。

【図１４】本発明による高速ウォータジェットを用いる
炉内付着物除去装置を操作する様子を示す図である。

【図１５】その付着物除去装置のノズルの一例を示す断
面図である。

【図１６】ノズルの他の例を示す断面図である。

【図１７】本発明による高速ウォータジェットを用いる
炉内付着物除去装置においてクランプ方式を採用した例
を示す斜視図である。

【図１８】その付着物除去装置における高圧水の送給系
統図である。

【図１９】伝熱管に対する灰の付着状態を示す模式図で
ある。

【図２０】低速水噴流がノズルから噴出する状態を示す
模式図である。

【図２１】低速水噴流が脆弱なクリンカに衝突し破壊す
る様子を示す模式図である。

【図２２】高速水噴流がノズルから噴出する状態を示す
模式図である。

【図２３】高速水噴流がハードクリンカに衝突し破壊す
る様子を示す模式図である。

【図２４】図１５のノズルにおいて高圧水と低圧水を同
時に噴射した状態を示す模式図である。

【図２５】図２４に示す水噴射によりクリンカを除去す
る様子を示す模式図である。

【図２６】過熱器に灰が付着した状態を示す模式図であ
る。

【図２７】従来の灰除去の様子を示す模式図である。

【図２８】従来の水噴射の様子を示す模式図である。

【図２９】従来の灰除去装置の模式図である。

【符号の説明】

１ ボイラ火炉 ２ 吊り下げ過熱器 ３ 付着ハードクリンカ ４ ノーズ ５ バーナ ６ 送炭管 ７ 炉底ホッパ ８ マンホール ９ 簡易足場 １０ 作業者 １６ ノズル １７ 高圧水 １８ 高圧水供給流路 ２９ マニュピレータ ３１ 高速水噴流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 紘二郎 広島県呉市宝町３番36号 バブコツク日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 松本 曜明 広島県呉市宝町６番９号 バブコツク日立 株式会社呉工場内 (72)発明者 井門 美也子 広島県呉市宝町６番９号 バブコツク日立 株式会社呉工場内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイラにおけるマンホールや観察窓等の
   開口部、あるいはボイラ内部において作業者の移動が可
   能な個所に、ノズルを先端に取り付けて高圧水送給管を
   併設したノズルマニュピレータの操作部を設け、そのノ
   ズルマニュピレータの操作により、ノズルを伝熱管に付
   着しているクリンカ状物質に近接させ、高圧水をノズル
   からクリンカ状付着物へ向けて噴射するようにしたこと
   を特徴とする伝熱管付着物除去装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載において、前記ノズルとク
   リンカ状付着物間のスタンドオフ距離ｘ_S を ５０＜ｘ_S ＜４００ｍｍ ノズルにおける噴射圧力もしくはポンプの吐出圧力Ｐを ２５０＜Ｐ＜１５００ｋｇｆ／ｃｍ² （２５＜Ｐ＜１５
   ０Ｍｐａ） ノズルの移動速度Ｖｔを ５＜Ｖｔ＜４０ｍｍ／ｓｅｃ の範囲にそれぞれ規制したことを特徴とする伝熱管付着
   物除去装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載において、前記ノズルとク
   リンカ状付着物間のスタンドオフ距離ｘ_S を ７０＜ｘ_S ＜２５０ｍｍ ノズルにおける噴射圧力もしくはポンプの吐出圧力Ｐを ３００＜Ｐ＜６００ｋｇｆ／ｃｍ² （３０＜Ｐ＜６０Ｍ
   ｐａ） ノズルの移動速度Ｖｔを ８＜Ｖｔ＜１５ｍｍ／ｓｅｃ の範囲にそれぞれ規制したことを特徴とする伝熱管付着
   物除去装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載において、前記ノズルマニ
   ュピレータは、伸縮・折れ曲がり及び回転可能に構成さ
   れていることを特徴とする伝熱管付着物除去装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載において、前記ノズルにダ
   ミー噴流を噴出させるダミー噴流口を設けたことを特徴
   とする伝熱管付着物除去装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載において、前記ノズル、ノ
   ズルマニュピレータもしくはノズルマニュピレータを挿
   入した個所とは別の開口部に照明具とカメラを設置した
   ことを特徴とする伝熱管付着物除去装置。
7. 【請求項７】 請求項１記載において、前記ノズルマニ
   ュピレータに遠隔操作が可能なクランプ部材を設け、そ
   のクランプ部材により水噴射時に伝熱管をクランプする
   ことを特徴とする伝熱管付着物除去装置。
8. 【請求項８】 請求項１記載において、前記ノズルを低
   速水噴流と高速水噴流に分離して噴出できる構造にし、
   噴射圧力の切り換え操作により、低速水噴流ならびに高
   速水噴流を独立に噴射することを特徴とする伝熱管付着
   物除去装置。
9. 【請求項９】 請求項８記載において、前記ノズルを二
   重管構造とし、中心管より高速水噴流を、外周側環状開
   口部より低速水噴流を噴射することを特徴とする伝熱管
   付着物除去装置。
10. 【請求項１０】 請求項８または９記載において、低速
    水噴流を２００ｋｇｆ／ｃｍ² （２０ＭＰａ）未満の噴
    射圧力により、高速水噴流を２００ｋｇｆ／ｃｍ² （２
    ０ＭＰａ）以上の噴射圧力によりノズルより噴射するこ
    とを特徴とする伝熱管付着物除去装置。
11. 【請求項１１】 請求項８ないし１０のいずれかの記載
    において、低速水噴流中に高速水噴流を同時に噴射し
    て、低速水噴流内においてキャビテーションを伴う高速
    水噴流を作り出すことを特徴とする伝熱管付着物除去装
    置。