JP2013242128A - 流動床反応炉、メンテナンス時期の判定装置、及びメンテナンス時期の判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】運転中に燃焼室の内壁面の損耗量を把握することにより、燃焼室のメンテナンス時期を適切に判定できる流動床反応炉を提供する。
【解決手段】流動床反応炉１０は、供給された燃料を燃焼させる燃焼室１１と、燃焼室１１から発生する排ガス中で粒子状の塩を形成しているＣｌの濃度を取得するプローブ４１と、プローブ４１で取得された濃度に基づいて燃焼室１１の推定損耗量を算出する演算部と、演算部で算出された推定損耗量と所定のしきい値とを比較して、推定損耗量がしきい値に達したときに燃焼室１１のメンテナンス時期であることを判定する判定部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、流動床反応炉、メンテナンス時期の判定装置、及びメンテナンス時期の判定方法に関する。

従来、燃焼室の底部から供給される燃料及び空気を珪砂等の循環粒体と混合し、流動床（流動層）を形成しながら燃焼室内で燃料を燃焼させ、この燃焼反応により、燃焼室の壁内を流れる水と熱交換する流動床ボイラが知られている（特許文献１参照）。燃焼室内で発生した排ガスは循環粒体と共に火炉の上部から排出され、流動床反応炉に併設されたサイクロンに導入される。サイクロンでは、排ガスと循環粒体との分離が行われ、分離された循環粒体は燃焼室の底部に再び導入されて循環する。

特開２０１１−１０６７２０号公報

燃焼室の上部から排出された循環粒体の大部分はサイクロンに導入されるが、その一部は、燃焼室の内壁面に沿って下方（火炉の底部）に向けて流下する。この際、循環粒体が燃焼室の内壁面を擦りながら流動して、燃焼室の内壁面が損耗し得る。従来、燃焼室の内壁面がどの程度損耗しているのかを調べるためには、流動床反応炉の運転を停止して炉内に作業員が入る必要があり、当該内壁面の損耗量を運転中に随時観測することは困難であった。

そこで、本発明は、運転中に燃焼室の内壁面の推定損耗量を把握することにより、燃焼室のメンテナンス時期を適切に判定できる流動床反応炉、メンテナンス時期の判定装置、及びメンテナンス時期の判定方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するための手段について、鋭意研究を行った。その結果、燃焼室から発生する排ガス中で粒子状の塩を形成しているＣｌの濃度と、燃焼室水管の損耗量との間に比例関係があるという新たな事実を見出だし、当該知見に基づいて本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明の一側面に係る流動床反応炉は、供給された燃料を燃焼させる燃焼室と、燃焼室から発生する排ガス中で粒子状の塩を形成しているＣｌの濃度を取得する取得手段と、取得手段で取得された濃度に基づいて、燃焼室の推定損耗量を算出する算出手段と、算出手段で算出された推定損耗量と所定のしきい値とを比較して、推定損耗量がしきい値に達したときに燃焼室のメンテナンス時期であることを判定する判定手段とを備える。

燃焼室から発生する排ガス中で粒子状の塩を形成しているＣｌの濃度と、燃焼室水管の損耗量との間に比例関係があるとの上記知見に基づき、本発明に係る流動床反応炉では、算出手段が、当該Ｃｌの濃度から燃焼室の推定損耗量を算出する。そのため、当該Ｃｌの濃度を計測することにより、流動床反応炉の運転中であっても、燃焼室の内壁面の推定損耗量が把握できる。判定手段は、算出したこの推定損耗量と所定のしきい値とを比較して、推定損耗量がしきい値に達したときに燃焼室のメンテナンス時期であることを判定するする。そのため、流動床反応炉の運転中であっても、燃焼室の内壁面の推定損耗量を把握することができる。その結果、流動床反応炉の運転を停止して作業員が燃焼室の内壁面を検査するなどといった手間をかけることなく、燃焼室のメンテナンス時期を適切に判定することが可能となる。

算出手段は、パラメータＸ_ｋ、α、β、Ｄをそれぞれ
Ｘ_ｋ：取得手段によって取得される濃度のうち、所定の第ｋ（ｋは１以上の自然数）の期間ｔ_ｋにおける平均濃度
α：所定の濃度に対する、所定の期間Ｔでの燃焼室の損耗量を、異なる複数の濃度について予め実験により求めて、濃度と損耗量との関係を直線により近似したときの当該直線の傾き
β：上記直線の切片
Ｄ：燃焼室の推定損耗量
としたときに、推定損耗量Ｄを式１により算出し、

判定手段は、推定損耗量Ｄとしきい値ｄとを比較して、Ｄ≧ｄのときに燃焼室のメンテナンス時期であることを判定してもよい。

判定手段で燃焼室のメンテナンス時期が到来したと判定されたときに、燃焼室のメンテナンス時期であることを報知する報知手段をさらに備えてもよい。この場合、報知手段を通じて、流動床反応炉のオペレータに燃焼室のメンテナンス時期が到来したことを通知できる。

本発明の他の側面に係るメンテナンス時期の判定装置は、供給された燃料が燃焼される流動床反応炉の燃焼室から発生する排ガス中で粒子状の塩を形成しているＣｌの濃度に基づいて、燃焼室の推定損耗量を算出する算出手段と、算出手段で算出された推定損耗量と所定のしきい値とを比較して、推定損耗量がしきい値に達したときに燃焼室のメンテナンス時期であることを判定する判定手段とを備える。

燃焼室から発生する排ガス中で粒子状の塩を形成しているＣｌの濃度と、燃焼室の損耗量との間に比例関係があるとの上記知見に基づいて、本発明に係る流動床反応炉の制御装置では、算出手段が、当該Ｃｌの濃度から燃焼室の推定損耗量を算出する。そのため、当該Ｃｌの濃度を計測することにより、流動床反応炉の運転中であっても、燃焼室の内壁面の推定損耗量が把握できる。判定手段は、算出したこの推定損耗量と所定のしきい値とを比較して、推定損耗量がしきい値に達したときに燃焼室のメンテナンス時期であることを判定する。そのため、流動床反応炉の運転中であっても、燃焼室の内壁面の推定損耗量を把握することができる。その結果、流動床反応炉の運転を停止して作業員が燃焼室の内壁面を検査するなどといった手間をかけることなく、燃焼室のメンテナンス時期を適切に判定することが可能となる。

算出手段は、パラメータＸ_ｋ、α、β、Ｄをそれぞれ
Ｘ_ｋ：燃焼室内の濃度のうち、所定の第ｋ（ｋは１以上の自然数）の期間ｔ_ｋにおける平均濃度
α：所定の濃度に対する、所定の期間Ｔでの燃焼室の損耗量を、異なる複数の濃度について予め実験により求めて、濃度と損耗量との関係を直線により近似したときの当該直線の傾き
β：上記直線の切片
Ｄ：燃焼室の推定損耗量
としたときに、推定損耗量Ｄを式１により算出し、

判定手段は、推定損耗量Ｄとしきい値ｄとを比較して、Ｄ≧ｄのときに燃焼室のメンテナンス時期であることを判定してもよい。

判定手段で燃焼室のメンテナンス時期が到来したと判定されたときに、燃焼室のメンテナンス時期であることを報知する報知手段をさらに備えてもよい。この場合、報知手段を通じて、流動床反応炉のオペレータに燃焼室のメンテナンス時期が到来したことを通知できる。

本発明の他の側面に係るメンテナンス時期の判定は、供給された燃料が燃焼される流動床反応炉の燃焼室から発生する排ガス中で粒子状の塩を形成しているＣｌの濃度を取得する取得工程と、取得工程で取得された濃度に基づいて、燃焼室の推定損耗量を算出する算出工程と、算出工程で算出された推定損耗量と所定のしきい値とを比較して、推定損耗量がしきい値に達したときに燃焼室のメンテナンス時期であることを判定する判定工程程とを含む。

燃焼室から発生する排ガス中で粒子状の塩を形成しているＣｌの濃度と、燃焼室の損耗量との間に比例関係があるとの上記知見に基づいて、本発明に係る流動床反応炉の制御方法では、算出工程において、当該Ｃｌの濃度から燃焼室の推定損耗量を算出する。そのため、当該Ｃｌの濃度を計測することにより、流動床反応炉の運転中であっても、燃焼室の内壁面の推定損耗量が把握できる。判定工程では、算出したこの推定損耗量と所定のしきい値とを比較して、推定損耗量がしきい値に達したときに燃焼室のメンテナンス時期であることを判定する。そのため、流動床反応炉の運転中であっても、燃焼室の内壁面の推定損耗量を把握することができる。その結果、流動床反応炉の運転を停止して作業員が燃焼室の内壁面を検査するなどといった手間をかけることなく、燃焼室のメンテナンス時期を適切に判定することが可能となる。

算出工程では、パラメータＸ_ｋ、α、β、Ｄをそれぞれ
Ｘ_ｋ：取得手段によって取得される濃度のうち、所定の第ｋ（ｋは１以上の自然数）の期間ｔ_ｋにおける平均濃度
α：所定の濃度に対する、所定の期間Ｔでの燃焼室の損耗量を、異なる複数の濃度について予め実験により求めて、濃度と損耗量との関係を直線により近似したときの当該直線の傾き
β：上記直線の切片
Ｄ：燃焼室の推定損耗量
としたときに、推定損耗量Ｄを式１により算出し、

判定工程では、推定損耗量Ｄとしきい値ｄとを比較して、Ｄ≧ｄのときに燃焼室のメンテナンス時期であることを判定してもよい。

判定工程で燃焼室のメンテナンス時期が到来したと判定されたときに、燃焼室のメンテナンス時期であることを報知する報知工程をさらに含んでもよい。この場合、流動床反応炉のオペレータに燃焼室のメンテナンス時期が到来したことを通知できる。

本発明によれば、運転中に燃焼室の内壁面の推定損耗量を把握することにより、燃焼室のメンテナンス時期を適切に判定できる流動床反応炉、メンテナンス時期の判定装置、及びメンテナンス時期の判定方法が提供される。

図１は、本実施形態に係る流動床反応炉を有する燃焼システムを示す図である。 図２（ａ）は、ガス熱交換部に取り付けられたプローブを拡大して示す長手方向の断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 図３は、ガス分析装置の構成を示すブロック図である。 図４は、板材の損耗量を測定するための試験装置を示す図である。 図５は、図４に示される試験装置を用いて行われた試験結果を示す図である。

本実施形態に係る流動床反応炉１０を備える燃焼システム１００について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、燃焼システム１００は、流動床反応炉１０と、サイクロン２０と、ガス処理系３０とを備える。流動床反応炉１０は、タイヤ、ＲＰＦ等を燃料として用いるボイラであり、循環流動床（ＣＦＢ：Circulating Fluidized Bed）ボイラとも呼ばれる。

流動床反応炉１０は、縦長円筒形状をなす流動層型の燃焼室１１を備える。鉛直方向において、燃焼室１１の中間部には、燃料を供給する燃料供給口１１ａが設けられている。鉛直方向において、燃焼室１１の上部には、燃焼ガスを排出するガス出口１１ｂが設けられている。流動床反応炉１０にはサイクロン２０が併設されており、ガス出口１１ｂはサイクロン２０に接続されている。

燃焼室１１内には、主として珪砂が充填されている。燃焼室１１内では、下部の給気ライン１１ｃから導入される燃焼及び流動用の空気により、燃料供給口１１ａから供給された燃料及び珪砂が下方から上方に向けて流動する。燃料は、燃焼室１１内において流動しながら約８００℃〜９００℃で燃焼する。

ガス出口１１ｂに至った珪砂は、排ガスを随伴しながらガス出口１１ｂを介してサイクロン２０内に導入される。燃焼室１１の上部から排出された珪砂の大部分はサイクロン２０に導入されるが、その一部は、燃焼室１１の内壁面に沿って下方に向けて流下する。そのため、珪砂が燃焼室１１の内壁面を擦りながら流動して、燃焼室１１の内壁面が損耗し得る。

サイクロン２０内では、遠心分離作用により、排ガスと珪砂（固体）との分離が行われる。固体が除かれた排ガスは、サイクロン２０の上部に形成された排出口２０ａを介して、後段のガス処理系３０に送られる。排ガスから分離された珪砂は、サイクロン２０の下部からリターンライン２１を介して燃焼室１１の下部に至る。本実施形態において、珪砂は循環粒体として機能し、サイクロン２０は固気分離器として機能する。

燃焼室１１では「炉内ベット材」と呼ばれる固形物が発生し底部に溜まる。この炉内ベット材で不純物（低融点物質等）が濃縮されて、ベット材の焼結及び溶融固化や、不燃厨芥物による動作不良が発生しうる。そのため、燃焼室１１の底部の排出口１１ｄから、炉内ベット材が定期的に外部に排出される。

排出口１１ｄから排出された炉内ベット材は、篩及び磁気分離装置を有する選別装置（図示せず）を通過した後、循環ライン（図示せず）を通じて再び燃焼室１１に返送される。選別装置では、燃料に混入している不適物（燃焼に不適な金属など）を炉内ベット材から取り除く。

ガス処理系３０は、サイクロン２０のガス排出口２１ａにガスラインを介して接続されたガス熱交換装置３１と、このガス熱交換装置３１の排出口３１ａにガスラインを介して接続されたバグフィルタ（集塵器）３２と、ポンプ３３と、煙突３４とを備える。ガス熱交換装置３１には、排ガスの流路を横切るように水を流動させるボイラチューブ３１ｂが設けられている。サイクロン２０から送られた高温の排ガスがこのボイラチューブ３１ｂに接触することで、排ガスの熱がチューブ内の水に回収され、発生した高温の水蒸気がボイラチューブ３１ｂを通じて発電用のタービンに送られる。

バグフィルタ３２は、この可燃性ガスに未だ同伴している飛灰等の微粒子を除去する。バグフィルタ３２の排出口３２ａから排出された清浄なガスは、ガスラインを介してポンプ３３により煙突３４へ送られ、煙突３４から外部に排出される。

上述の通り、流動床反応炉１０では、木屑、タイヤ、ＲＰＦ等が燃料として用いられており、燃焼室１１からは塩素原子（Ｃｌ）を含んだ排ガスが発生する。つまり、燃焼室１１内には、塩素原子（Ｃｌ）が、塩（例えば、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＺｎＣｌ_２）として粒子状態で存在したり、分子（例えば、ＨＣｌ、Ｃｌ_２）として気体（ガス）状態で存在したりする。

Ｃｌを含む粒子状の塩は、腐食を発生させる主たる原因であることが判明している。Ｃｌを含む粒子状の塩の中でも、粒径が小さい（粒径１μｍ以下）微細粒子は、特に腐食の原因となりやすいことが判明している。燃焼室１１等を構成する鉄製部品の腐食のし易さは、排ガス中で粒子状の塩を形成しているＣｌの濃度に高い相関関係がある。

一般に、流動床反応炉１０から発生する排ガスにおいて、Ｃｌを含む塩の粒子の粒径の分布は小さい粒径に偏っており、Ｃｌを含む塩の粒子の大部分は粒径１μｍ以下の粒子の中に含まれている。従って、流動床反応炉１０内の排ガスにおいても、Ｃｌを含む粒子状の塩は、大部分が粒径１μｍ以下の粒子であると考えることができる。

以上の知見に基づき、流動床反応炉１０の運転においては、所定の粒径以下（例えば、ここでは、粒径１μｍ以下）の粒子状の塩を形成しているＣｌの濃度をモニタし、この濃度に基づいて燃焼室１１のメンテナンス時期を判定している。

具体的に、このような運転を可能にするため、燃焼システム１００は、制御装置４０をさらに備える。制御装置４０は、プローブ４１と、ガス分析装置４２と、燃料制御部４３と、燃料供給装置４４とを有する。

プローブ４１は、ボイラチューブ３１ｂの近傍を流動する排ガスを採取する。プローブ４１は、ガス熱交換部３１のボイラチューブ３１ｂよりも上流側の位置において、円柱形状をなす先端側をガス熱交換部３１の内部に水平に突出させるように設けられている。プローブ４１は、図２に示されるように、高温の排ガスに接触する外管４１１と、外管４１１の内側に同心に設けられた内管４１２と、内管４１２の内側に設けられたガス採取管４１３とを有する。

ガス熱交換部３１の外側にあるプローブ４１の基端側には、外管４１１に冷却水を供給する給水口４１１ａと、内管４１２から冷却水を排出する排水口４１２ａとが設けられている。給水口４１１ａから導入された冷却水は、外管４１１と内管４１２との間を基端側から先端側に向けて流動した後、内管４１２とガス採取管４１３との間を先端側から基端側に流動して、排水口４１２ａから排出される。この冷却水によって、排ガスに晒されるプローブ４１が冷却され、高温による損傷が防止される。

ガス採取管４１３は、先端が下方に向けて屈曲されたＬ字形状を呈する。ガス採取管４１３は、外管４１１の先端側の下側面に設けられたガス採取口４１３ａと、基端側のガス取出し口４１３ｂとを有する。このガス採取管４１３によってガス熱交換部３１の内部と外部とが連通されているので、ガス取出し口４１３ｂからの吸引により、ガス熱交換部３１内を流動する排ガスを採取できる。

ガス熱交換部３１内において排ガスは下向きに流動している。これに対し、ガス採取口４１３ａはプローブ４１の下側面に設けられているので、ガス採取口４１３ａからは、排ガスの流れに逆らって上向きにガスが吸引される。そのため、重量の大きな排ガス中の大粒径の粒子がガス採取口４１３ａから吸い込まれることやガス採取口４１３ａを閉塞することが防止される。従って、プローブ４１の側面を回り込んだ軽量の小粒径の粒子を、ガス採取口４１３ａから吸い込むことができる。

本実施形態に係るプローブ４１によれば、ガス採取管４１３の吸引力を適宜調整することで、所望の粒径以下の粒子のみを選択的に採取できる。本実施形態では、粒径１μｍ以下の粒子を選択して採取できるように、ガス採取管４１３の吸引力が調整されている。ガス採取管４１３で採取された、粒径１μｍ以下の粒子を含む排ガスは、ガス取出し口４１３ｂを通じて、ガス分析装置４２に送られる。

ガス分析装置４２は、プローブ４１で採取された排ガスを分析する。図３に示されるように、ガス分析装置４２は、第１分析部Ａ１０と、第２分析部Ｂ１０と、演算部Ｃ１と、判定部Ｃ２を備える。ガス分析装置４２に導入された排ガスは、第１分析部Ａ１０及び第２分析部Ｂ１０にそれぞれ導入される。

第１分析部Ａ１０では、導入された排ガスが、ガス吸収部Ａ１１で吸収液に吹き込まれる。排ガス中に含まれていたＣｌのうち、ガス吸収部Ａ１１の吸収液には、粒径１μｍ以下の粒子状の塩を形成していたＣｌ、及びガスの状態で存在していたＣｌの両方が吸収されＣｌイオンとして溶解する。この吸収液は、ろ過部Ａ１２に送られてろ過処理され、固体成分とろ液とに分離される。分離された固体成分は系外に排出され、ろ液は、ろ液分析部Ａ１３に送られる。ろ液分析部Ａ１３では、ろ液中のＣｌイオン濃度Ｃ_１が測定されると共に、ろ液の体積Ｖ_ｌ１が測定される。これらの測定値Ｃ_１，Ｖ_ｌ１は、演算部Ａ１４に送られる。一方、ガス吸収部Ａ１１で吸収液を通過したガスは、ガス量測定部Ａ１５に送られ、体積Ｖ_ｇ１が測定される。測定値Ｖ_ｇ１は、演算部Ａ１４に送られる。

演算部Ａ１４では、入力された測定値Ｃ_１，Ｖ_ｌ１，Ｖ_ｇ１に基づいて、式２の演算を行い、得られた値ａを演算部Ｃ１に送る。
ａ＝Ｃ_１・Ｖ_ｌ１／Ｖ_ｇ１ ・・・（２）
ここで、値ａは、排ガス中のＣｌの濃度を示す。ここでいうＣｌには、粒径１μｍ以下の粒子状の塩を形成していたＣｌと、ガスの状態で存在していたＣｌとの両方が含まれる。

一方、第２分析部Ｂ１０では、導入された排ガスがフィルタＢ１１を通過する。このフィルタＢ１１では、排ガスと一緒に導入された粒子が除去される。従って、排ガスに含まれていたＣｌのうち、粒径１μｍ以下の粒子状の塩を形成していたＣｌは、フィルタＢ１１によって系外に取り除かれることになる。一方、フィルタＢ１１を通過したガスは、ガス吸収部Ｂ１２に送られ、吸収液に吹き込まれる。ガス吸収部Ｂ１２２で得られる吸収液には、排ガス中にガスの状態で存在していたＣｌが吸収されＣｌイオンとして溶解する。この吸収液は吸収液分析部Ｂ１３に送られ、Ｃｌイオン濃度Ｃ_２が測定されると共に、吸収液の体積Ｖ_ｌ２が測定される。これらの測定値Ｃ_２，Ｖ_ｌ２は、演算部Ｂ１４に送られる。一方、ガス吸収部Ｂ１２で吸収液を通過したガスは、ガス量測定部Ｂ１５に送られ、体積Ｖ_ｇ２が測定される。測定値Ｖ_ｇ２は、演算部Ｂ１４に送られる。

演算部Ｂ１４では、入力された測定値Ｃ_２，Ｖ_ｌ２，Ｖ_ｇ２に基づいて、式３の演算を行い、得られた値ｂを演算部Ｃ１に送る。
ｂ＝Ｃ_２・Ｖ_ｌ２／Ｖ_ｇ２ ・・・（３）
ここで、値ｂは、排ガス中のＣｌの濃度を示す。ここでいうＣｌには、排ガス中にガスの状態で存在していたＣｌのみが含まれる。

演算部Ｃ１では、入力された値ａ，ｂに基づいて、式４の演算を行い、値Ｘを算出する。
Ｘ＝ａ−ｂ ・・・（４）
ここで、値Ｘは、排ガス中で粒径１μｍ以下の粒子状の塩を形成していたＣｌの濃度を示す。従って、値Ｘが大きいほど、燃焼室１１の内壁面の腐食の原因となる物質が排ガス中に多く含まれ、燃焼室１１の内壁面がより腐食し易い状態にあることを意味する。

流動床反応炉１０を長期間運転すると、このＣｌを含む微細粒子による腐食と、上述した循環粒体による摩擦とが相俟って、燃焼室１１の内壁面は著しく損耗し得る。従来、燃焼室１１の内壁面がどの程度損耗しているのかを調べるためには、流動床反応炉１０の運転を停止して炉内に作業員が入る必要があり、当該内壁面の損耗量を運転中に随時観測することは困難であった。そこで、本発明者は、流動床反応炉１０の運転中であっても燃焼室１１の内壁面の損耗を把握するために鋭意研究を行った。具体的には、図４に示される試験装置２００を用いて、珪砂を貯留するタンク２０１から珪砂流下させつつ、ＫＣｌ溶液を貯留するタンク２０２から珪砂にＫＣｌを供給してＣｌを含む雰囲気とした状態で、斜めに傾けて設置した板材２０３に向けて珪砂を所定時間衝突させ、板材２０１の最大損耗量を調べた。本試験では、測定した最大損耗量に対して、１年を秒に変換した値を乗算すると共に、珪砂が板材２０３に衝突した時間（秒）で除算して、１年あたりの最大損耗深さ（ｍｍ／年）を求めた。板材２０３は、燃焼室１１と同じ材質とした。また、この試験は、図示しないヒータを用いて、約８００℃の雰囲気で行った。その結果、図５に示されるように、粒子状の塩を形成しているＣｌの濃度（ｍｇ／ｍ^３）と、板材２０１の最大損耗深さ（ｍｍ／年）との間に比例関係があるという新たな事実を見出だした。つまり、本試験により、ある濃度Ｘに対する板材２０１の１年あたりの最大損耗深さｆ（Ｘ）を、異なる複数の濃度Ｘについて求めたところ、ｆ（Ｘ）＝αＸ＋βという直線で近似できることを見出だした。α、βはそれぞれ、近似直線の傾き及び切片であり、試験により得られる定数である。なお、本試験では、１年を単位として最大損耗深さｆ（Ｘ）を求めたが、単位とする期間は、例えば１月であってもよいし、１日であってもよい。試験において単位として設定した期間をＴ（本試験ではＴ＝１年）とする。

この新たな知見に基づき、演算部Ｃ１では、値Ｘを用いて式５の演算を行い、推定損耗量Ｄを算出する。値Ｘは時間ｔに応じて変動しうるため、式５では値Ｘを関数Ｘ（ｔ）と表している。

式５に従ってリアルタイムに推定損耗量Ｄを計算してもよいし、値Ｘの所定期間における平均値（平均濃度）を用いて式１に従って、推定損耗量Ｄを計算してもよい。式１において、Ｘ_ｋは、所定の第ｋ（ｋは１以上の自然数）の期間ｔ_ｋにおける平均濃度を示している。従って、演算部４３０は、算出した値Ｘに基づいて、第１の期間ｔ_１における平均濃度Ｘ_１、第１の期間ｔ_１に続く第２の期間ｔ_２における平均濃度Ｘ_２、・・・を順次算出して、これらの値ｔ_ｋ、Ｘ_ｋを式１に代入して推定損耗量Ｄを算出する。なお、各期間ｔ_１、ｔ_２、・・・は、例えば１日や１月に設定することができ、それぞれ同じ期間であってもよいし、異なる期間であってもよい。

判定部Ｃ２は、算出した値Ｄと、所定のしきい値ｄとを比較して、Ｄ≧ｄが満たされているか否かを判定する。しきい値ｄは、例えば、パラメータｄ_０、ｄ_１、γをそれぞれ
ｄ_０：燃焼室１１の初期肉厚
ｄ_１：流動床反応炉１０の運転を安全に行える燃焼室１１の限界肉厚
γ：安全率（１より大きい値）
としたときに、式６に基づいて予め定めることができる。
ｄ＝ｄ_０−γ・ｄ_１ ・・・（６）

Ｄ≧ｄが満たされている場合、判定部Ｃ２は、燃焼室１１のメンテナンス時期が到来したと判定し、例えば、ガス分析装置４２に接続されたディスプレイ５０にその旨を表示させる。これにより、燃焼システム１００のオペレータに、燃焼室１１のメンテナンス時期を知らせることができる。

燃料制御部４３は、ガス分析装置４２からの信号に基づいて処理を行い、燃料供給口１１ａに供給する燃料の量を制御する。具体的には、燃料制御部４３は、演算部Ｃ１が式７の演算を行うことにより得られた値Ｆを、予め定められた閾値と比較し、値Ｆが閾値以上の場合には、燃料供給量の調整を指示する所定の制御信号を燃料供給装置４４に出力する。
Ｆ＝α・Ｘ＋β ・・・（７）

燃料供給装置４４は、燃料を搬送するスクリュー部（図示せず）を有しており、燃料制御部４３からの制御信号に応じてスクリュー部を回転させることで、燃料供給口１１ａから燃焼室１１内へと燃料を所望の速度で供給する。燃料制御部４３からの制御信号が、値Ｆが閾値以上であることを示す信号であった場合には、燃料供給装置４４は、スクリュー部の回転を減速させる。これにより、燃焼室１１内への燃料供給量が減少し、燃焼室１１から発生する排ガスが減少するので、燃焼室１１の内壁面の損耗が発生し難い状態に移行する。従って、燃焼室１１の内壁面の過剰な損耗を抑制できる。なお、燃料供給装置４４は、スクリュー部の回転を減速させる代わりに、スクリュー部を停止させてもよい。

燃焼システム１００のオペレータがディスプレイ５０に表示された推定損耗量Ｄを確認して燃料供給装置４４を制御することで、燃焼室１１内への燃料供給量を手動で調節することもできる。

燃焼室１１から発生する排ガス中で粒子状の塩を形成しているＣｌの濃度と、単位粒子量あたりの損耗深さとの間に比例関係があるという知見に基づいて、本実施形態では、プローブ４１及びガス分析装置４２により当該Ｃｌの濃度を測定し、当該Ｃｌの濃度から演算部Ｃ１が燃焼室１１の内壁面の推定損耗量Ｄを算出する。そのため、流動床反応炉１０の運転中であっても、燃焼室１１の内壁面の推定損耗量Ｄが把握できる。その結果、流動床反応炉１０の運転を停止して作業員が燃焼室１１の内壁面を検査するなどといった手間をかけることなく、燃焼室１１のメンテナンス時期を適切に判定することが可能となる。

本実施形態では、プローブ４１及びガス分析装置４２により、排ガス中で粒径１μｍ以下の粒子状の塩を形成しているＣｌの濃度が自動的に測定される。本来、粒子状の塩を形成しているＣｌの濃度（値Ｘ）を単独で、直接測定することは困難であるところ、このガス分析装置４２では、比較的測定が容易な値ａと値ｂとを測定し、両者の差を算出することにより、必要な値Ｘを算出することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、ディスプレイ５０を通じて燃焼室１１のメンテナンス時期の到来をオペレータに通知したが、他の種々の外部機器を通じて燃焼室１１のメンテナンス時期の到来をオペレータに通知してもよい。例えば、ディスプレイ５０に代えて又は加えてアラームを設置し、燃焼室１１のメンテナンス時期の到来した場合に当該アラームを鳴動させるようにしてもよい。

他の第１の形態として、流動床反応炉は、供給された燃料を燃焼させる燃焼室と、燃焼室から発生する排ガス中で粒子状の塩を形成しているＣｌの濃度を取得する取得手段と、取得手段で取得された濃度に基づいて、燃焼室の推定損耗量を算出する算出手段と、算出手段で算出された推定損耗量に基づいて、燃焼室に供給する燃料の量を調整する調整手段とを備えてもよい。この場合、当該Ｃｌの濃度を計測することにより、流動床反応炉の運転中であっても、燃焼室の内壁面の推定損耗量が把握できる。調整手段は、算出したこの推定損耗量に基づいて、燃焼室への燃料供給量を調整する。そのため、推定損耗量が過剰とならないように燃料供給量が調節される。以上により、燃焼室の内壁面の過剰な損耗を抑制できる。

他の第２の形態として、流動床反応炉は、算出手段で算出された推定損耗量を外部機器に出力する出力手段をさらに備えてもよい。この場合、外部機器を通じて、流動床反応炉のオペレータに推定損耗量を通知できる。

他の第３の形態として、流動床反応炉の制御装置は、供給された燃料が燃焼される燃焼室から発生する排ガス中で粒子状の塩を形成しているＣｌの濃度に基づいて、燃焼室の推定損耗量を算出する算出手段と、算出手段で算出された推定損耗量に基づいて、燃焼室に供給する燃料の量を調整する調整手段とを備えてもよい。この場合、当該Ｃｌの濃度を計測することにより、流動床反応炉の運転中であっても、燃焼室の内壁面の推定損耗量が把握できる。調整手段は、算出したこの推定損耗量に基づいて、燃焼室への燃料供給量を調整する。そのため、推定損耗量が過剰とならないように燃料供給量が調節される。以上より、燃焼室の内壁面の過剰な損耗を抑制できる。

他の第４の形態として、流動床反応炉の制御装置は、算出手段で算出された推定損耗量を外部機器に出力する出力手段をさらに備えてもよい。この場合、外部機器を通じて、流動床反応炉のオペレータに推定損耗量を通知できる。

他の第５の形態として、流動床反応炉の制御方法は、供給された燃料が燃焼される燃焼室から発生する排ガス中で粒子状の塩を形成しているＣｌの濃度を取得する取得工程と、取得工程で取得された濃度に基づいて、燃焼室の推定損耗量を算出する算出工程と、算出工程で算出された推定損耗量に基づいて、燃焼室に供給する燃料の量を調整する調整工程とを含んでもよい。この場合、当該Ｃｌの濃度を計測することにより、流動床反応炉の運転中であっても、燃焼室の内壁面の推定損耗量が把握できる。調整工程では、算出したこの推定損耗量に基づいて、燃焼室への燃料供給量を調整する。そのため、推定損耗量が過剰とならないように燃料供給量が調節される。以上より、燃焼室の内壁面の過剰な損耗を抑制できる。

他の第６の形態として、流動床反応炉の制御方法は、算出工程で算出された推定損耗量を外部機器に出力する出力工程をさらに含んでもよい。この場合、外部機器を通じて、流動床反応炉のオペレータに推定損耗量を通知できる。

１０…流動床反応炉、１１…燃焼室、４０…制御装置、４１…プローブ、４２…ガス分析装置、４３…燃料制御部、４４…燃料供給装置、５０…ディスプレイ、１００…燃焼システム、Ｃ１…演算部、Ｃ２…判定部。

Claims (9)

1. 供給された燃料を燃焼させる燃焼室と、
   前記燃焼室から発生する排ガス中で粒子状の塩を形成しているＣｌの濃度を取得する取得手段と、
   前記取得手段で取得された前記濃度に基づいて、前記燃焼室の推定損耗量を算出する算出手段と、
   前記算出手段で算出された前記推定損耗量と所定のしきい値とを比較して、前記推定損耗量が前記しきい値に達したときに前記燃焼室のメンテナンス時期であることを判定する判定手段とを備える、流動床反応炉。
2. 前記算出手段は、パラメータＸ_ｋ、α、β、Ｄをそれぞれ
   Ｘ_ｋ：前記取得手段によって取得される前記濃度のうち、所定の第ｋ（ｋは１以上の自然数）の期間ｔ_ｋにおける平均濃度
   α：所定の前記濃度に対する、所定の期間Ｔでの前記燃焼室の損耗量を、異なる複数の前記濃度について予め実験により求めて、前記濃度と前記損耗量との関係を直線により近似したときの当該直線の傾き
   β：前記直線の切片
   Ｄ：前記燃焼室の前記推定損耗量
   としたときに、前記推定損耗量Ｄを式１により算出し、
   

   

   
   前記判定手段は、前記推定損耗量Ｄと前記しきい値ｄとを比較して、Ｄ≧ｄのときに前記燃焼室のメンテナンス時期であることを判定する、請求項１に記載の流動床反応炉。
3. 前記判定手段で前記燃焼室のメンテナンス時期が到来したと判定されたときに、前記燃焼室のメンテナンス時期であることを報知する報知手段をさらに備える、請求項１又は２に記載の流動床反応炉。
4. 供給された燃料が燃焼される流動床反応炉の燃焼室から発生する排ガス中で粒子状の塩を形成しているＣｌの濃度に基づいて、前記燃焼室の推定損耗量を算出する算出手段と、
   前記算出手段で算出された前記推定損耗量と所定のしきい値とを比較して、前記推定損耗量が前記しきい値に達したときに前記燃焼室のメンテナンス時期であることを判定する判定手段とを備える、メンテナンス時期の判定装置。
5. 前記算出手段は、パラメータＸ_ｋ、α、β、Ｄをそれぞれ
   Ｘ_ｋ：前記燃焼室内の前記濃度のうち、所定の第ｋ（ｋは１以上の自然数）の期間ｔ_ｋにおける平均濃度
   α：所定の前記濃度に対する、所定の期間Ｔでの前記燃焼室の損耗量を、異なる複数の前記濃度について予め実験により求めて、前記濃度と前記損耗量との関係を直線により近似したときの当該直線の傾き
   β：前記直線の切片
   Ｄ：前記燃焼室の前記推定損耗量
   としたときに、前記推定損耗量Ｄを式１により算出し、
   

   

   
   前記判定手段は、前記推定損耗量Ｄと前記しきい値ｄとを比較して、Ｄ≧ｄのときに前記燃焼室のメンテナンス時期であることを判定する、請求項４に記載の装置。
6. 前記判定手段で前記燃焼室のメンテナンス時期が到来したと判定されたときに、前記燃焼室のメンテナンス時期であることを報知する報知手段をさらに備える、請求項５又は６に記載の装置。
7. 供給された燃料が燃焼される流動床反応炉の燃焼室から発生する排ガス中で粒子状の塩を形成しているＣｌの濃度を取得する取得工程と、
   前記取得工程で取得された前記濃度に基づいて、前記燃焼室の推定損耗量を算出する算出工程と、
   前記算出工程で算出された前記推定損耗量と所定のしきい値とを比較して、前記推定損耗量が前記しきい値に達したときに前記燃焼室のメンテナンス時期であることを判定する判定工程とを含む、メンテナンス時期の判定方法。
8. 前記算出工程では、パラメータＸ_ｋ、α、β、Ｄをそれぞれ
   Ｘ_ｋ：前記取得手段によって取得される前記濃度のうち、所定の第ｋ（ｋは１以上の自然数）の期間ｔ_ｋにおける平均濃度
   α：所定の前記濃度に対する、所定の期間Ｔでの前記燃焼室の損耗量を、異なる複数の前記濃度について予め実験により求めて、前記濃度と前記損耗量との関係を直線により近似したときの当該直線の傾き
   β：前記直線の切片
   Ｄ：前記燃焼室の前記推定損耗量
   としたときに、前記推定損耗量Ｄを式１により算出し、
   

   

   
   前記判定工程では、前記推定損耗量Ｄと前記しきい値ｄとを比較して、Ｄ≧ｄのときに前記燃焼室のメンテナンス時期であることを判定する、請求項７に記載の方法。
9. 前記判定工程で前記燃焼室のメンテナンス時期が到来したと判定されたときに、前記燃焼室のメンテナンス時期であることを報知する報知工程をさらに含む、請求項７又は８に記載の方法。

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