JPH0961090A

JPH0961090A - 管体清掃装置

Info

Publication number: JPH0961090A
Application number: JP7217597A
Authority: JP
Inventors: Koujirou Yamada; 紘二郎山田; Teruaki Matsumoto; 曜明松本; Miyako Imon; 美也子井門
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1995-08-25
Filing date: 1995-08-25
Publication date: 1997-03-07
Anticipated expiration: 2015-08-25
Also published as: JP3673307B2

Abstract

(57)【要約】【目的】灰等の除去・清浄化の効果を向上させること
のできるボイラ装置を提供する。【構成】少なくとも２個の発振体３Ａ，３Ｂと、該発
振体３Ａ，３Ｂの少なくとも一方の発振周波数を調整す
る周波数制御器８と、燃焼灰等を除去する対象の空間の
音圧レベルを検出する音圧センサ７とを備え、該音圧セ
ンサ７の出力により発振体３Ｂの発振周波数を調整する
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えばボイラ、燃焼炉、
焼却炉、独立過熱器、独立節炭器、各種熱交換器あるい
は各種プラントまたは各種産業機器などに設置されてい
る管体の清掃装置に係り、特に管体の壁面に付着、堆積
した粉塵類のまわりのガス体を音波により振動させて管
壁から粉塵類を除去する管体清掃装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、ボイラ装置の概略構成を示す図
である。同図に示されているように火炉１０１の後部に
設置されている後部伝熱前壁１０２と、後部伝熱側壁１
０３と、後部伝熱隔壁１０４と、後部伝熱後壁１０５に
よって囲まれている煙道内には、横置過熱器１０６、横
置蒸発器１０７、節炭器１０８などが所定の間隔をおい
て燃焼ガスの流れ方向に沿って設置されている。

【０００３】各前記横置過熱器１０６、横置蒸発器１０
７、節炭器１０８には多数本の伝熱管１０９が狭い間隔
をおいて水平方向に延びており、煙道を流れる高温燃焼
ガスＧと伝熱管１０９内を流れる流体との間において熱
交換が行われる。

【０００４】ところで特に微粉炭焚ボイラにおいては前
記燃焼ガスＧ中に燃焼灰等が多く含まれており、それが
伝熱管１０９の壁面に付着、堆積する。このように伝熱
管壁面に燃焼灰が付着、堆積すると伝熱管１０９の伝熱
性能が低下するため、定期的あるいは必要に応じてスー
トブロワ（図示せず）を起動して、燃焼灰を伝熱管１０
９の壁面から除去する方法がとられている。

【０００５】しかし同図に示すように、スートブロワか
ら噴出される水蒸気Ｓは燃焼ガスの流れと同じく伝熱管
１０９列に沿って上から下、あるいは下から上へ流れる
ため、上側の伝熱管１０９と下側の伝熱管１０９の間に
除去されない燃焼灰１１０の堆積部分が残る。

【０００６】図９はこの状態を示しており、燃焼ガスＧ
は伝熱管１０９の間を通過する時に伝熱管１０９の後流
部でカルマン渦１１１を発生して流速が低下するため、
伝熱管１０９と伝熱管１０９の間に燃焼灰１１０のブリ
ッジが残る。比較的粒径の大きい燃焼灰は燃焼ガスＧと
ともに流れるため、伝熱管１０９への付着、堆積は少な
いが、最近は脱硝燃焼を行うため粒径の小さい燃焼灰１
１０が多くなり、それに応じて伝熱管１０９への付着、
堆積量が多くなってきている。

【０００７】従来、熱交換器内の粉塵を除去するため、
例えば特公昭６２−２７３７５号公報に記載されている
ような方法が提案されている。図１０はこの粉塵除去方
法を説明するための図で、ケーシング１２１内には伝熱
管群１２２が水平に配置され、この伝熱管群１２２と同
一高さの所に音響発生装置（サイレン）１２３が設置さ
れ、さらにケーシング１２１の上流側には粒状物質１２
４を投入する投入シュート１２５が設けられている。

【０００８】前記音響発生装置（サイレン）１２３によ
って音響的な振動を発生させて、伝熱管群１２２に付
着、堆積している燃焼灰を除去する際に、燃焼灰よりも
かなり大きい粒径を有する例えば砂などの粒状物質１２
４をシュート１２５から投入して清掃面に付加せしめ、
振動を受ける面積を実質的に増加することにより、燃焼
灰が伝熱管１２２から脱落するのを促進させる方法であ
る。

【０００９】この他、特表昭５５−５００３５５号公報
に記載されているような音波洗浄方法も公知である。こ
の方法は、少なくとも２つの音波発生装置を所定の間隔
おいて配置し、一方の音波発生装置から発せられる圧力
波との関連において、他方の音波発生装置から発せられ
る圧力波の位相差を制御することにより増幅した圧力波
を発生させて、その圧力波を清掃すべき面に集中させる
方法である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図１０に示した熱交換
器内の粉塵除去方法では、使用済の粒状物質を粉塵から
分離して回収する機構が必要となり、また投入した粒状
物質が熱交換器の内部の凹部や隙間などに溜まることが
あるから、それを除去する作業も必要となり、そのため
に装置の大型化、粉塵除去後の作業の煩雑化し、またコ
スト高を招く。

【００１１】一方、後者の音波洗浄方法では、増幅した
圧力波を清掃すべき面に集中させ局部的に清掃すること
は可能であるが、例えばボイラ装置の煙道内のように広
い空間内に多数の熱交換器が設置され、各熱交換器の伝
熱管群に燃焼灰が堆積している場合には、増幅される圧
力波の指向方向を変えて圧力波を清掃すべき面に対して
走査させる必要があり、そのために走査時間が長くかか
り、作業能率が悪い。

【００１２】また、この圧力波の走査は２つ以上の圧力
波の位相差制御によってなされるが、走査個所によって
音波発生装置と清掃すべき面との距離が逐次変化するた
め、圧力波の位相差制御が非常に難しいなどの問題点を
有している。

【００１３】本発明の目的は、このような従来技術の欠
点を有効に解消し、装置を余り大きくすることなく、清
掃効率の良好な管体清掃装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、少なくとも２つの音波発生装置と、その
音波発生装置の少なくとも一方の音波周波数を調整する
周波数制御器と、管体（例えば伝熱管）に付着、堆積し
た粉塵類（例えば燃焼灰）の除去の状態を検出する例え
ば音圧センサなどの除去検出手段とを備え、その除去検
出手段の出力に基づいて上記音波発生装置の音波周波数
を微調整するように構成したことを特徴とするものであ
る。

【００１５】

【作用】２つの音波発生装置（発振体）より異なる周波
数ｆ１，ｆ２の音波（圧力波）を空間に送信すると、一
般には｜ｆ１−ｆ２｜の差周波数での音圧レベルの変動
が発生する。特に、ｆ１，ｆ２の差が小さい場合（例え
ば前記ｆ１又はｆ２の１０％以内）は、上記差周波数で
の音圧レベルの変動が顕著になる。

【００１６】従って、例えば２つの音波発生装置のう
ち、１つの音波発生装置の発生音波周波数ｆ１を固定
し、他の音波発生装置の発生音波周波数ｆ２をｆ１近傍
で変化させると、容易に差周波数での音圧レベルの変動
を発生させることができる。特に、ボイラ装置のように
ボックス型のほぼ閉じられた空間内では、開放された空
間よりは差周波数での音圧レベルの変動を起こし易い。
この音圧レベルの変動により、管体に付着、堆積してい
る粉塵類を有効にかつ短時間に除去することができる。

【００１７】また従来提案されたような粒状物質投入シ
ュート、粒状物質を再利用するための循環系統、ならび
に落下した塵埃類から粒状物質を分離する機構などが不
要となり、そのために装置の大型化、コスト高などが解
消される。

【００１８】さらに周波数を微調整するだけであるか
ら、従来提案されたように位相制御により音波に指向性
を与えて局部的に塵埃類を除去する方法に較べて制御が
簡単で、しかも全体的に塵埃類の除去が行われ、そのた
め効率が高い。

【００１９】

【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は本発明の第１実施例に係るボイラ装置の灰
除去装置の概略構成図である。

【００２０】灰除去装置は、後部伝熱管部１の壁面近傍
（伝熱管群２Ａ及び２Ｂ）に設置された電気式発振体
（本実施例ではスピーカーを使用しているが、他の構成
の発振体も使用可能である。）３Ａ，３Ｂと、発振体３
Ａ，３Ｂに信号を送る周波数可変の発信器５Ａ，５Ｂ
と、発信器５Ａ，５Ｂの信号をパワー増幅する増幅率可
変のパワー増幅器４Ａ，４Ｂと、壁面近傍（伝熱管群２
Ｃ）に設置された音圧センサ７と、音圧センサ７の出力
信号に基づいて発信器５Ｂの周波数を微調整するための
制御信号を出力する周波数制御器８とで基本的に構成さ
れている。

【００２１】本実施例では、前記発振体３とパワー増幅
器４と発信器５とで電気式音波発生装置を構成してい
る。

【００２２】発振体３Ａ，３Ｂより音波周波数ｆ１，ｆ
２の音波を後部伝熱管部１の空間部に送信する。この
際、後部伝熱管部１の音圧レベルを音圧センサ７で検出
し、｜ｆ１−ｆ２｜の差周波数成分の最大音圧レベル
（Ｉｍａｘ）と最小音圧レベル（Ｉｍｉｎ）の比ｍ（ｍ
＝Ｉｍａｘ／Ｉｍｉｎ）を演算し、次に発振体３Ｂの音
波周波数ｆ２を、周波数制御器８を経由して発信器５Ｂ
により音波周波数ｆ３に変化させ、同様に音圧センサ７
で音圧レベルを検出し、差周波数成分の最大音圧レベル
と最小音圧レベルの比ｍ′を演算する。

【００２３】このような操作を繰り返すことにより、最
大音圧レベルと最小音圧レベルの比が増加する方向、す
なわち上記ｍの値が２以上、好ましくは１０以上になる
ように発振体３Ｂの音波周波数を常に制御する。なお、
ｍの値が２未満であると、音圧の変化による管体からの
粉塵類の除去効果が十分でないから、上記ｍの値は２以
上に保つ方がよい。また、発信器５Ａ，５Ｂの信号波形
は正弦波にした方が、矩形波や三角波にした場合より差
周波数成分を発生させ易いことを実験的に確認してい
る。

【００２４】図２に上記方法により音波周波数を制御し
て差周波数成分の最大音圧レベルと最小音圧レベルの比
ｍを増加させた例を示す。この例の場合、周波数ｆ１と
周波数ｆ２は２Ｈｚずれており、差周波数成分の最大音
圧レベル（Ｉｍａｘ）と最小音圧レベル（Ｉｍｉｎ）の
比ｍは約７であり、空間内に周期的な音波のうねりが発
生している。

【００２５】通常、微粉炭を燃料とするボイラ装置の後
部伝熱管部１では、上下に隣接した伝熱管の隙間に燃焼
灰が付着、堆積することが多く、音波によるこれら燃焼
灰の除去が進むに連れて上記最大音圧レベルと最小音圧
レベルの比は変化するので、燃焼灰除去効果を常に高く
維持するには、上記したような差周波数成分の音圧レベ
ルに着目して、常に周波数を追尾させる周波数制御法が
特に有効となる。

【００２６】本実施例では電気式音波発生装置を用い、
音波周波数の微調整を全て電気的に実施できるので、装
置が簡単になると同時に差周波数成分を発生させ易くな
る。また、電気式であるために発振体より発生させる音
波の波形歪みを他の方法に比して小さくすることができ
（言い換えれば、単一周波数の音波に近い）、同様に差
周波数成分を発生させ易くなるという実施例特有の効果
がある。

【００２７】上記の説明では、周波数の微調整のみにつ
いて述べたが、同時にパワー増幅器４Ａ，４Ｂ（いずれ
か一方）の増幅率αを音圧センサ７の検出信号に基づい
て微調整することにより、差周波数成分の最大音圧レベ
ルと最小音圧レベルの比をさらに増加させることが可能
である。

【００２８】図３は、本発明の第２実施例に係るボイラ
装置の灰除去装置の概略構成図である。上記第１実施例
と異なるのは、音圧センサ７の代わりにレーザ光源９
と、そのレーザ光の透過光強度を計測する光センサ１０
を設置している点である。なお、同図のレーザ光源９な
らびに光センサ１０の配置状態を示した部分は、それよ
り上部に示した後部伝熱管部１のａ−ａ断面を示してい
る。

【００２９】発振体３Ａ，３Ｂにより、後部伝熱管部１
に周波数ｆ１，ｆ２の音波を送信する。この音波による
灰除去（飛散）効果により空間に燃焼灰が飛散するが、
この燃焼灰の飛散状態（飛散濃度）を本実施例ではレー
ザ光の透過光強度により検出する。レーザ光源９は一定
出力になるように駆動し、燃焼灰の飛散濃度が小（即
ち、燃焼灰の除去効果が小）の時には、レーザ光は燃焼
灰による散乱をほとんど受けずに、レーザ光源９と対向
位置に設置した光センサ１０に到達し、光センサ１０の
出力は大である。

【００３０】一方、燃焼灰の飛散濃度が大（即ち、燃焼
灰の除去効果が大）の時には、レーザ光は燃焼灰により
散乱し、そのため光センサ１０にはレーザ光はほとんど
到達せず、光センサ１０の出力は激減する。

【００３１】図４に燃焼灰の飛散濃度に関係する上記レ
ーザ光の透過光強度（光センサ出力）と音波周波数の関
係を２つのケースについて示す。両ケースとも１００〜
１１０Ｈｚ付近でレーザ光の透過光強度（光センサ出
力）が低下しており、これは別の燃焼灰除去検出手段で
あるＣＣＤカメラによって観測した灰除去効果の大きか
った周波数と良く一致している。

【００３２】上記したように、この光センサ１０の出力
は燃焼灰の除去効果に関係しているので、この出力を図
３に示すように周波数制御器８に導き、透過光強度が小
さくなる方向に発信器５Ｂの周波数を微調整し、発振体
３Ｂからの音波周波数を変化させる。

【００３３】なお、レーザ光源９と光センサ１０の配置
位置により、差周波数成分の音圧レベルの変化と燃焼灰
の除去による灰飛散までの時間遅れが予想されるので、
光センサ１０からの入力に対して周波数制御器８の出力
に、ある遅れ時間を持たせるよう配慮する必要がある。

【００３４】図５は、灰除去効果の大きかった周波数の
例である１００〜１１０Ｈｚの周波数を中心にして、レ
ーザ光の透過光強度を検出しながら、一方の電気式音波
発生装置の音波周波数を微調整した時の光センサ出力の
時間変化を示す図である。

【００３５】この図から明らかなように、光センサ出力
の低下（即ち、灰の飛散効果大）が比較的継続して発生
しているのが分かる。音波周波数の微調整をしない場合
には同図のように、継続的な光センサ出力の低下は見ら
れない。

【００３６】なお、レーザ光源として光源出口にロッド
レンズ等のシート状ビーム発生器を設置したものを用い
ると、面上での灰飛散量の検出が可能になり、より正確
な燃焼灰の除去効果が把握でき、さらに効果的な音波周
波数の調整が可能になる。

【００３７】本実施例では、燃焼灰の除去効果に直接関
係する信号を用いて音波発生装置の音波周波数を制御し
ているので、より確実な除去効果が得られる。

【００３８】また本実施例では、レーザ光を光源として
用いているため、粉塵の除去対象空間が大きくても（例
えば高さ３０ｍ、幅２０ｍ、奥行き１０ｍ程度の大き
さ）、粉塵の除去状態を確実に検出できる。

【００３９】図６は、本発明の第３実施例を説明するた
めの図である。この実施例の場合、炉内に設置した音圧
センサ７と炉外に設置した光センサ１０の両方の検出信
号が周波数制御器８に入力されるようになっている。

【００４０】図７は、本発明の第４実施例を説明するた
めの図である。この実施例の場合、ＣＣＤカメラ１１に
対向して炉内に検視板１２が配置され、ＣＣＤカメラ１
１は検視板１２の幅方向に走査できるようになってい
る。ＣＣＤカメラ１１の出力信号は画像処理装置１３に
入力され、画像処理装置１３にはモニタテレビ１４が接
続されているとともに、画像処理装置１３の出力信号は
周波数制御器８に入力され、それに基づいて前記発信器
９ａと９ｂが駆動制御される。

【００４１】上記検視板１２には例えばバーコードの如
き線図、文字、記号、模様などが数、太さ、濃淡などを
段階的に変えて描かれており、燃焼灰の落下量とこれら
線図などの見える範囲が逆比例することを利用して燃焼
灰の落下状態を光学的に検出しようとするもので、線図
などが検出できる面積と燃焼灰落下量との関係が予め求
められている。

【００４２】清掃中、燃焼灰が落下している空間を通し
てＣＣＤカメラ１１で検視板１２の線図などが検出でき
る範囲（面積）を監視し、その信号を画像処理装置１２
に送り、処理された画像データをテレビ１３に入力して
燃焼灰の落下状態をモニタリングする。

【００４３】周波数制御器８には燃焼灰の落下量と画像
処理装置１３の出力との関係が予め記憶されており、画
像処理装置１３からの出力に基づいて燃焼灰の落下量が
最も多くなるように発信器５Ａと５Ｂの発振周波数を逐
次自動的に変更する。

【００４４】前記音波発生装置は炉幅方向において対向
させることもできるし、それとは直交する炉奥方向にお
いて対向させることもできる。

【００４５】また、前記実施例では音波発生装置を炉内
に設置する場合について説明したが、音波発生装置を炉
外に設置することもできる。このように音波発生装置、
燃焼灰脱落検出装置（例えば監視カメラ）、レーザ光
源、光センサなどを炉外に設置することで、清掃すべき
装置或いは機器（本実施例の場合はボイラ装置）の運転
中に塵埃類の除去ができ、清掃のために装置或いは機器
の運転を止める必要がない。また運転中に清掃装置を起
動すれば、管体への塵埃類の付着を防止することができ
る。

【００４６】本発明の管体清掃装置をボイラ装置に適用
する場合、音波発生装置の設定周波数は３０〜１５０Ｈ
ｚの範囲が適当で、しかも上記｜ｆ１−ｆ２｜差周波数
は前述の周波数ｆ１又はｆ２の１０％以内が適当であ
る。

【００４７】前記実施例で示したように、発振体は管体
群と管体群の間に形成されている空間部に設置した方
が、音波の差周波数成分が効果的に発生する。

【００４８】前記実施例ではボイラ装置の伝熱管に付
着、堆積する燃焼灰の除去について説明したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、例えば各種プラント
または各種産業機器などに設置されている管体の清掃に
も適用可能である。

【００４９】

【発明の効果】２つの音波発生装置（発振体）より異な
る周波数ｆ１，ｆ２の音波（圧力波）を空間に送信する
と、一般には｜ｆ１−ｆ２｜の差周波数での音圧レベル
の変動が発生する。特に、ｆ１，ｆ２の差が小さい場合
（例えば前述の周波数ｆ１又はｆ２の１０％以内）は、
上記差周波数での音圧レベルの変動が顕著になる。

【００５０】従って、例えば２つの音波発生装置のう
ち、１つの音波発生装置の発生音波周波数ｆ１を固定
し、他の音波発生装置の発生音波周波数ｆ２をｆ１近傍
で変化させると、容易に差周波数での音圧レベルの変動
を発生させることができる。特に、ボイラ装置のように
ボックス型のほぼ閉じられた空間内では、開放された空
間よりは差周波数での音圧レベルの変動を起こし易い。
この音圧レベルの変動により、管体に付着、堆積してい
る粉塵類を有効にかつ短時間に除去することができる。

【００５１】また従来提案されたような粒状物質投入シ
ュート、粒状物質を再利用するための循環系統、ならび
に落下した塵埃類から粒状物質を分離する機構などが不
要となり、そのために装置の大型化、コスト高などが解
消される。

【００５２】さらに周波数を微調整するだけであるか
ら、従来提案されたように位相制御により音波に指向性
を与えて局部的に塵埃類を除去する方法に較べて制御が
簡単で、しかも全体的に塵埃類の除去が行われ、そのた
め効率が高いなどの特長を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るボイラ装置の灰除去
装置の概略構成図である。

【図２】その灰除去装置での差周波数成分と音圧センサ
出力との関係を示す特性図である。

【図３】本発明の第２実施例に係る灰除去装置の概略構
成図である。

【図４】その灰除去装置での周波数と光センサの出力と
の関係を示す特性図である。

【図５】光センサによる灰飛散量の検出例を示す特性図
である。

【図６】本発明の第３実施例に係る灰除去装置の概略構
成図である。

【図７】本発明の第３実施例に係る灰除去装置の概略構
成図である。

【図８】ボイラ装置の概略構成図である。

【図９】そのボイラ装置内の伝熱管に燃焼灰が付着、堆
積する状態を示す説明図である。

【図１０】従来提案された清掃装置の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１後部伝熱管部２Ａ，２Ｂ，２Ｃ伝熱管群３Ａ，３Ｂ音波発生装置４Ａ，４Ｂパワー増幅器５Ａ，５Ｂ発振器７音圧センサ８周波数制御器９レーザ光源１０光センサ１１ＣＣＤカメラ１２検視板１３画像処理装置１４モニタテレビ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つの音波発生装置と、その
音波発生装置の少なくとも一方の音波周波数を調整する
周波数制御器と、管体に付着、堆積した粉塵類の除去の
状態を検出する除去検出手段とを備え、その除去検出手段の出力に基づいて上記音波発生装置の
音波周波数を調整するように構成したことを特徴とする
管体清掃装置。
【請求項２】請求項１記載において、前記除去検出手
段が前記管体の周囲空間の音圧を検出する音圧センサで
あることを特徴とする管体清掃装置。
【請求項３】請求項１記載において、前記除去検出手
段が前記塵埃類の飛散状態を検出する飛散状態検出セン
サであることを特徴とする管体清掃装置。
【請求項４】請求項３記載において、前記飛散状態検
出センサが、レーザ光源と、そのレーザ光源からの光量
を検出する光センサで構成されていることを特徴とする
管体清掃装置。
【請求項５】請求項１記載において、前記音波発生装
置が発振器を有する電気式音波発生装置であることを特
徴とする管体清掃装置。
【請求項６】請求項５記載において、前記発振器から
出力される信号波形が正弦波であることを特徴とする管
体清掃装置。
【請求項７】請求項５記載において、前記電気式音波
発生装置が、増幅率が調整可能なパワー増幅器を備えて
いることを特徴とする管体清掃装置。
【請求項８】請求項１記載において、第１の音波発生
装置の音波周波数ｆ１と第２の音波発生装置の音波周波
数ｆ２との差周波数成分｜ｆ１−ｆ２｜の最大音圧レベ
ル（Ｉｍａｘ）と最小音圧レベル（Ｉｍｉｎ）との比ｍ
（ｍ＝Ｉｍａｘ／Ｉｍｉｎ）を、２以上に設定すること
を特徴とする管体清掃装置。
【請求項９】請求項１記載において、前記管体がほぼ
密閉された空間内に設置されていることを特徴とする管
体清掃装置。
【請求項１０】請求項９記載において、前記管体が伝
熱管で、前記塵埃類が燃焼灰であることを特徴とする管
体清掃装置。