JP2015124913A - 排気ダクト及びボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】排気ダクト及びボイラにおいて、排ガス中の固体粒子を適正に捕集可能とする。【解決手段】排ガスを流動可能な煙道４０と、煙道４０に設けられて排ガス中のＰＡ（固体粒子）を回収可能な第１ホッパ６１と、第１ホッパ６１からのＰＡの流出を阻止可能な抵抗部材としての第１邪魔板７１及び第２邪魔板７２とを設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、発電用または工場用などのために蒸気を生成するためのボイラに適用される排気ダクト、並びに、この排気ダクトを有するボイラに関するものである。

例えば、従来の微粉炭焚きボイラは、中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉を有し、火炉壁に複数の燃焼バーナが周方向に沿って配設されると共に、上下方向に複数段にわたって配置されている。この燃焼バーナは、石炭が粉砕された微粉炭（燃料）と搬送用空気（１次空気）との混合気が供給されると共に、高温の２次空気が供給され、この混合気と２次空気を火炉内に吹き込むことで火炎を形成し、この火炉内で燃焼ガスを生成可能となっている。そして、この火炉は、上部に煙道が連結され、この煙道に排ガスの熱を回収するための過熱器、再熱器、節炭器などが設けられており、火炉での燃焼により発生した排気ガスにより水を加熱して蒸気を生成することができる。また、この煙道は、排ガス通路が連結され、この排ガス通路に脱硝装置、電気集塵機、脱硫装置などが設けられ、下流端部に煙突が設けられている。

このようなボイラとしては、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。

米国特許６９９４０３６号明細書 特開平２−９５４１５号公報 特開２００８−２４１０６１号公報

上述した微粉炭焚きボイラでは、火炉で燃料としての微粉炭を燃焼することから、排ガスにポップコーンアッシュ（塊状灰）が混入する。このポップコーンアッシュは、灰の塊であることから、特に、排ガス通路に設けられるスクリーンや脱硝装置などに付着する。すると、スクリーンが摩耗して交換が必要となり、メンテナンスコストが上昇してしまう。また、スクリーンや脱硝装置に堆積すると、圧力損失が上昇して性能低下を招いてしまう。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、排ガス中の固体粒子を適正に捕集可能とする排気ダクト及びボイラを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の排気ダクトは、排ガスを流動可能な排ガス通路と、前記排ガス通路に設けられて排ガス中の固体粒子を回収可能なホッパと、前記ホッパからの固体粒子の流出を阻止可能な抵抗部材と、を有することを特徴とするものである。

従って、固体粒子が含有される排ガスが排ガス通路を流れるとき、この排ガスから固体粒子が分離されてホッパに回収される。このとき、固体粒子は、慣性力を有することから、ホッパの内壁面に衝突して外部に流出しやすいが、外部に流出する固体粒子が抵抗部材に衝突することで流出が阻止される。その結果、排ガス中の固体粒子をホッパに適正に捕集することができ、捕集効率を向上することができる。

本発明の排気ダクトでは、前記抵抗部材は、前記ホッパの上部に排ガスの流れ方向に対して交差する水平方向に沿って配置される邪魔板を有することを特徴としている。

従って、邪魔板が排ガスの流れ方向に対して交差する水平方向に沿って配置されることから、排気ダクトの全域を流れる固体粒子に対して、適正にホッパに回収することができる。

本発明の排気ダクトでは、前記邪魔板は、前記ホッパの上部で、且つ、排ガスの流れ方向の下流側端部に配置される第１邪魔板を有することを特徴としている。

従って、排ガスから分離した固体粒子は、ホッパ内に入った後、内壁面に衝突して外部に流出しようとするが、外部に流出しようとする固体粒子は、排ガスの流れ方向の下流側端部に配置された第１邪魔板に衝突するため、効果的に固体粒子の外部流出を阻止することができる。

本発明の排気ダクトでは、前記第１邪魔板は、排ガスの流れ方向に対向する固体粒子の衝突面が前記ホッパの底部側を向いて配置されることを特徴としている。

従って、第１邪魔板の衝突面がホッパの底部側を向いていることから、外部に流出しようとする固体粒子がこの衝突面に衝突した後、ホッパの底部側に誘導されることとなり、効果的に固体粒子を回収することができる。

本発明の排気ダクトでは、前記邪魔板は、前記ホッパの上部で、且つ、排ガスの流れ方向の中間位置に配置される第２邪魔板を有することを特徴としている。

従って、排ガスから分離した固体粒子は、排ガス通路の内壁面に沿って移動しながらホッパ内に誘導され、ホッパの内壁面に衝突して外部に流出しようとするが、ホッパ内に誘導された固体粒子は、排ガスの流れ方向の中間位置に配置された第２邪魔板に衝突するため、効果的に固体粒子をホッパ内に回収して外部流出を阻止することができる。

本発明の排気ダクトでは、前記第２邪魔板は、鉛直方向における下端部が排ガスの流れ方向の下流側に向けて傾斜して配置されることを特徴としている。

従って、第２邪魔板が傾斜していることから、ホッパ内に誘導された固体粒子がこの第２邪魔板に衝突した後、ホッパの底部側に誘導されることとなり、効果的に固体粒子を回収することができる。

本発明の排気ダクトでは、前記ホッパは、前記排ガス通路から鉛直方向の下方に向けて凹形状をなして形成され、前記抵抗部材は、前記ホッパ内で前記排ガス通路へ突出しないように配置されることを特徴としている。

従って、抵抗部材がホッパ内に配置されることから、この抵抗部材が排ガス通路で排ガスの流れを阻害することはなく、排ガスから適正に固体粒子を分離してホッパに回収することができる。

本発明の排気ダクトでは、前記ホッパに対して排ガスの流れ方向における上流側または下流側に前記排ガス通路の内壁面より反発係数の小さい低反発部が設けられることを特徴としている。

従って、排ガスに含まれる固体粒子は、低反発部に衝突した後に反発量が低下するため、固体粒子を適正にホッパに回収することができる。この場合、低反発部がホッパにおける排ガスの流れ方向の上流側にあれば、固体粒子は、ホッパの手前で低反発部に衝突することで慣性力が低下してホッパに入りやすくなるため、ホッパを飛び越えて下流側へ飛散して流出する固体粒子量が減少する。また、低反発部がホッパにおける排ガスの流れ方向の下流側にあれば、固体粒子は、ホッパの上方を通過した後に低反発部に衝突することで慣性力が低下してホッパに入りやすくなるため、ホッパを飛び越えて下流側へ飛散して流出する固体粒子量が減少する。

また、本発明のボイラは、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉と、燃料を前記火炉内に向けて吹き込んで燃焼させる燃焼装置と、前記火炉における排ガスの流れ方向の下流側に連結される前記排気ダクトと、前記排気ダクトに設けられて排ガス中の熱を回収可能な熱回収部と、を有することを特徴とするものである。

従って、燃焼装置により火炉内に燃料を吹き込むことで火炎が形成され、発生した燃焼ガスが排気ダクトに流れ込み、熱回収部が排ガス中の熱を回収する一方、排ガスから固体粒子が分離されてホッパに回収される。このとき、固体粒子は、慣性力を有することから、ホッパの内壁面に衝突して外部に流出しやすいが、外部に流出する固体粒子が抵抗部材に衝突することで流出が阻止される。その結果、排ガス中の固体粒子をホッパに適正に捕集することができ、捕集効率を向上することができる。

本発明の排気ダクト及びボイラによれば、排ガス通路のホッパに固体粒子の流出を阻止可能な抵抗部材を設けるので、排ガス中の固体粒子をホッパに適正に捕集することができ、捕集効率を向上することができる。

図１は、第１実施形態の排気ダクトを表す側面図である。 図２は、第１実施形態の排気ダクトを表す平面図である。 図３は、第１実施形態の排気ダクトが適用された微粉炭焚きボイラを表す概略構成図である。 図４は、排気ダクトの変形例を表す概略図である。 図５は、排気ダクトの変形例を表す概略図である。 図６は、排気ダクトの変形例を表す概略図である。 図７は、第２実施形態の排気ダクトを表す側面図である。 図８は、排気ダクトに設けられた低反発構造部を表す斜視図である。 図９は、低反発構造部の作用を表す概略図である。 図１０は、低反発構造部の作用を表す概略図である。 図１１は、第３実施形態の排気ダクトを表す側面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の排気ダクト及びボイラの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の排気ダクトを表す側面図、図２は、第１実施形態の排気ダクトを表す平面図、図３は、第１実施形態の排気ダクトが適用された微粉炭焚きボイラを表す概略構成図である。

第１実施形態の排気ダクトが適用された微粉炭焚きボイラは、石炭を粉砕した微粉炭を固体燃料として用い、この微粉炭を燃焼バーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能なボイラである。なお、ここで、微粉炭焚きボイラを適用して説明したが、本発明は、この形式のボイラに限定されるものではなく、燃料も石炭に限るものではない。

この第１実施形態において、図３に示すように、微粉炭焚きボイラ１０は、コンベンショナルボイラであって、火炉１１と燃焼装置１２とを有している。火炉１１は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、この火炉１１を構成する火炉壁の下部に燃焼装置１２が設けられている。

燃焼装置１２は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５を有している。本実施形態にて、この燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、周方向に沿って４個均等間隔で配設されたものが１セットとして、鉛直方向に沿って５セット、つまり、５段配置されている。

そして、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を介して微粉炭機（ミル）３１，３２，３３，３４，３５に連結されている。この微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５は、図示しないが、ハウジング内に鉛直方向に沿った回転軸心をもって粉砕テーブルが駆動回転可能に支持され、この粉砕テーブルの上方に対向して複数の粉砕ローラが粉砕テーブルの回転に連動して回転可能に支持されて構成されている。従って、石炭が複数の粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に投入されると、ここで所定の大きさまで粉砕され、搬送空気（１次空気）により分級された微粉炭を微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０から燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給することができる。

また、火炉１１は、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５の装着位置に風箱３６が設けられており、この風箱３６に空気ダクト３７の一端部が連結されており、この空気ダクト３７は、他端部に送風機３８が装着されている。従って、送風機３８により送られた燃焼用空気（２次空気、３次空気）を、空気ダクト３７から風箱３６に供給し、この風箱３６から各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給することができる。

そのため、燃焼装置１２にて、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭と１次空気とを混合した微粉燃料混合気（燃料ガス）を火炉１１内に吹き込み可能であると共に、２次空気を火炉１１内に吹き込み可能となっており、図示しない点火トーチにより微粉燃料混合気に点火することで、火炎を形成することができる。

なお、一般的に、ボイラの起動時には、各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、油燃料を火炉１１内に噴射して火炎を形成している。

火炉１１は、上部に煙道４０が連結されており、この煙道４０に、対流伝熱部（熱回収部）として排ガスの熱を回収するための過熱器（スーパーヒータ）４１，４２、再熱器（リヒータ）４３，４４、節炭器（エコノマイザ）４５，４６，４７が設けられており、火炉１１での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。

煙道４０は、その下流側に熱交換を行った排ガスが排出される排ガス管（排ガス通路）４８が連結されている。この排ガス管４８は、空気ダクト３７との間にエアヒータ４９が設けられ、空気ダクト３７を流れる空気と、排ガス管４８を流れる排ガスとの間で熱交換を行い、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給する燃焼用空気を昇温することができる。

また、排ガス管４８では、エアヒータ４９より上流側の位置に選択還元型触媒５０が設けられ、エアヒータ４９より下流側の位置に煤塵処理装置（電気集塵機、脱硫装置）５１、誘引送風機５２が設けられ、下流端部に煙突５３が設けられている。ここで、選択還元型触媒５０及び電気煤塵処理装置５１が有害物質除去部として機能する。

従って、微粉炭機３１，３２，３３，３４，３５が駆動すると、生成された微粉炭が搬送用空気と共に微粉炭供給管２６，２７，２８，２９，３０を通して燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給される。また、加熱された燃焼用空気が空気ダクト３７から風箱３６を介して各燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５に供給される。すると、燃焼バーナ２１，２２，２３，２４，２５は、微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉燃料混合気を火炉１１に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込み、このときに着火することで火炎を形成することができる。この火炉１１では、微粉燃料混合気と燃焼用空気とが燃焼して火炎が生じ、この火炉１１内の下部で火炎が生じると、燃焼ガス（排ガス）がこの火炉１１内を上昇し、煙道４０に排出される。

なお、火炉１１では、空気の供給量が微粉炭の供給量に対して理論空気量未満となるように設定されることで、内部が還元雰囲気に保持される。そして、微粉炭の燃焼により発生したＮＯｘが火炉１１で還元され、その後、アディショナルエアが追加供給されることで微粉炭の酸化燃焼が完結され、微粉炭の燃焼によるＮＯｘの発生量が低減される。

このとき、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器４５，４６，４７によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムに供給され火炉壁の各水管（図示せず）に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、図示しない蒸気ドラムに送り込まれる。更に、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器４１，４２に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器４１，４２で生成された過熱蒸気は、図示しない発電プラント（例えば、タービン等）に供給される。また、タービンでの膨張過程の中途で取り出した蒸気は、再熱器４３，４４に導入され、再度過熱されてタービンに戻される。なお、火炉１１をドラム型（蒸気ドラム）として説明したが、この構造に限定されるものではない。

その後、煙道４０の節炭器４５，４６，４７を通過した排ガスは、排ガス管４８にて、選択還元型触媒５０でＮＯｘなどの有害物質が除去され、煤塵処理装置５１で粒子状物質が除去されると共に硫黄分が除去された後、煙突５３から大気中に排出される。

このように構成された微粉炭焚きボイラ１０にて、火炉１１より下流側（煙道４０）が第１実施形態の排気ダクトとして機能する。そして、この煙道４０は、第１水平煙道部４０ａ、第１垂直煙道部４０ｂ、第２水平煙道部４０ｃ、第２垂直煙道部４０ｄ、第３水平煙道部４０ｅ、第３垂直煙道部４０ｆ、第４水平煙道部４０ｇが連続して設けられて構成されている。なお、第１垂直煙道部４０ｂと第２水平煙道部４０ｃの連結部の内側に水平方向に沿うキッカ５４が設けられている。

そして、煙道４０は、第１水平煙道部４０ａ及び第１垂直煙道部４０ｂに、過熱器４１，４２、再熱器４３，４４、節炭器４５，４６，４７が配置されている。また、煙道４０は、下向きの速度成分を有する排ガスが流れる第１垂直煙道部４０ｂの下端部に第１ホッパ６１が設置され、上向きの速度成分を有する排ガスが流れる第２垂直煙道部４０ｄの下端部に第２ホッパ６２が設置されている。更に、煙道４０は、排ガスが下向きに流れる第３垂直煙道部４０ｆに選択還元型触媒５０が設置されている。

第１実施形態の排気ダクトは、排ガスを流動可能な煙道（排ガス通路）４０と、煙道４０に設けられて排ガス中のＰＡ（固体粒子）を回収可能な第１ホッパ６１と、第１ホッパ６１からのＰＡの流出を阻止可能な抵抗部材とを有している。本実施形態では、抵抗部材として、第１邪魔板７１と第２邪魔板７２を設けている。

第１実施形態の排気ダクトにおいて、図１及び図２に示すように、第１ホッパ６１は、主として、排ガス中に含まれる固体粒子としての大径灰のポップコーンアッシュ（以下、ＰＡ）を回収して貯留するものである。第１ホッパ６１は、第２水平煙道部４０ｃにおける排ガスの流れ方向の上流側の底部に、第２水平煙道部４０ｃの幅方向に所定間隔で複数（本実施形態では、３個）設けられている。なお、各第１ホッパ６１は、同形状となっている。

この第１ホッパ６１は、下方に向けて面積が狭くなるように排ガスの流動方向に対向する第１傾斜面６１ａ及び第２傾斜面６１ｂを有し、各傾斜面６１ａ，６１ｂの下端部が連結される底位置に貯留部６１ｃが設けられている。なお、第１ホッパ６１は、貯留部６１ｃに図示しない開閉弁により開閉可能な開口部が設けられ、この開口部を開放することで、貯留したＰＡを下方に排出可能となっている。

また、煙道４０は、第２水平煙道部４０ｃに第１ホッパ６１が設けられており、この第１ホッパ６１より排ガスの流れ方向の上流側に傾斜内壁面６３と第１水平内壁面６４が連続して設けられ、第１ホッパ６１より排ガスの流れ方向の下流側に第２水平内壁面６５が設けられている。この傾斜内壁面６３は、ＰＡが落下できるような安息角以上となるように設定されている。また、第１水平内壁面６４は、第１傾斜面６１ａに連続し、第２水平内壁面６５は、第２傾斜面６１ｂに連続している。

第１邪魔板７１及び第２邪魔板７２は、第１ホッパ６１の上部に排ガスの流れ方向に対して交差する水平方向（図１の紙面直交方向、図２の紙面上下方向）に沿って配置されている。本実施形態にて、第１ホッパ６１は、第２水平煙道部４０ｃの底面から鉛直方向の下方に向けて凹形状をなして形成されており、各邪魔板７１，７２は、この第１ホッパ６１内で第２水平煙道部４０ｃにおける排ガス通路へ突出しないように配置されている。

第１邪魔板７１は、第１ホッパ６１の上部で、且つ、排ガスの流れ方向の下流側端部に配置されている。第１邪魔板７１は、第１ホッパ６１の上部の開口縁Ｅ１に沿ってその下方に水平をなして固定されている。第１邪魔板７１は、所定幅及び所定長さを有する平板形状をなし、幅が第１ホッパ６１の開口縁Ｅ１の幅と同寸法に設定されている。即ち、第１邪魔板７１は、第１ホッパ６１の開口における排ガスの流動方向の下流側端部を所定長さだけ閉塞することとなる。そして、この第１邪魔板７１は、排ガスの流れ方向に対向する固体粒子の衝突面７１ａが形成され、この衝突面７１ａは、第１ホッパ６１の底部（貯留部６１ｃ）側を向いている。

第２邪魔板７２は、第１ホッパ６１の上部で、且つ、排ガスの流れ方向の中間位置に配置されている。第２邪魔板７２は、第１ホッパ６１の上部の開口縁Ｅ１の近傍でその下方に所定角度だけ傾斜して固定されている。具体的に、第２邪魔板７２は、鉛直方向における下端部が排ガスの流れ方向の下流側に向けて所定角度θだけ傾斜して配置されている。第２邪魔板７２は、所定幅及び所定長さを有する平板形状をなし、幅が第１ホッパ６１の開口縁Ｅ１の幅と同寸法に設定されている。即ち、第２邪魔板７２は、第１ホッパ６１の開口における排ガスの流動方向の中間位置を所定長さだけ閉塞することとなる。そして、この第２邪魔板７２は、排ガスの流れ方向に対向する固体粒子の第１衝突面７２ａが形成され、この第１衝突面７２ａは、第１ホッパ６１の底部（第１傾斜面６１ａ）側を向いている。また、第２邪魔板７２は、排ガスの流れ方向に対向しない固体粒子の第２衝突面７２ｂが形成され、この第２衝突面７２ｂは、第１ホッパ６１の上方で排ガスの流れ方向の下流側を向いている。

そのため、第１ホッパ６１は、第１水平内壁面６４と第２邪魔板７２との間に第１開口部Ｐ１が形成され、第２邪魔板７２と第１邪魔板７１との間に第２開口部Ｐ２が形成されることとなる。

ここで、第１実施形態の排気ダクトの作用について説明する。

排ガスＧは、煙道４０の熱回収部（過熱器４１，４２、再熱器４３，４４、節炭器４５，４６，４７）で熱が回収された後、第１垂直煙道部４０ｂを下降し、略直角に屈曲して第２水平煙道部４０ｃに流れ込む。このとき、排ガスＧは、含有するＰＡが第１ホッパ６１に自由落下して貯留される。

例えば、傾斜内壁面６３に沿って落下するＰＡ１は、第１水平内壁面６４から第１ホッパ６１に入り込んで回収される。このとき、ＰＡ１は、排ガスから運動エネルギをもらい、慣性力（遠心力）により所定の速度で第１ホッパ６１に入り込む。そのため、第１ホッパ６１に入り込んだＰＡ１が各傾斜面６１ａ，６１ｂに衝突し、その反発力により第１ホッパ６１から出てってしまうおそれがある。しかし、本実施形態では、第２邪魔板７２が設けられている。そのため、このＰＡ１が第１ホッパ６１に入り込んだとき、第２邪魔板７２の第１衝突面７２ａに衝突して貯留部６１ｃ側に移動することで回収され、第１ホッパ６１からのＰＡ１の流出が阻止される。

また、第１垂直煙道部４０ｂを排ガスＧと共に落下するＰＡ２は、直接第１ホッパ６１に入り込んで回収される。このとき、ＰＡ２は、所定の速度で第１ホッパ６１に入り込むため、第１ホッパ６１に入り込んだＰＡ２が各傾斜面６１ａ，６１ｂに衝突し、その反発力により第１ホッパ６１から出てってしまうおそれがある。しかし、本実施形態では、第１邪魔板７１及び第２邪魔板７２が設けられていることから、ＰＡ２が第１ホッパ６１に入り込んだとき、第２邪魔板７２の第２衝突面７２ｂに衝突して第２傾斜面６１ｂ側に移動し、第２傾斜面６１ｂで衝突してから外方に出ようとするが、第１邪魔板７１の衝突面７１ａに衝突して貯留部６１ｃ側に移動することで回収され、第１ホッパ６１からのＰＡ２の流出が阻止される。

また、第１垂直煙道部４０ｂを排ガスと共に落下するＰＡ２が第２邪魔板７２の第２衝突面７２ｂに衝突せずに開口部Ｐ１，Ｐ２から直接第１ホッパ６１に入り込んだ場合、ＰＡ２が各傾斜面６１ａ，６１ｂに衝突し、その反発力により第１ホッパ６１から出てってしまうおそれがある。しかし、ＰＡ２が第１ホッパ６１に直接入り込み、各傾斜面６１ａ，６１ｂに衝突して反発しても、各邪魔板７１，７２の各衝突面７１ａ，７２ａに衝突して貯留部６１ｃ側に移動することで回収され、第１ホッパ６１からのＰＡ２の流出が阻止される。

このように第１実施形態の排気ダクトにあっては、排ガスを流動可能な煙道４０と、煙道４０に設けられて排ガス中のＰＡ（固体粒子）を回収可能な第１ホッパ６１と、第１ホッパ６１からのＰＡの流出を阻止可能な抵抗部材としての第１邪魔板７１及び第２邪魔板７２とを設けている。

従って、ＰＡが含有される排ガスＧが煙道４０を流れるとき、この排ガスＧからＰＡが分離されて第１ホッパ６１に回収される。このとき、ＰＡは、慣性力を有することから、第１ホッパ６１の傾斜面６１ａ，６１ｂに衝突して反発して流出しやすいが、外部に流出しようとするＰＡが第１邪魔板７１または第２邪魔板７２に衝突することで流出が阻止される。その結果、排ガスＧ中のＰＡを第１ホッパ６１に適正に捕集することができ、ＰＡの捕集効率を向上することができる。

第１実施形態の排気ダクトでは、第１邪魔板７１及び第２邪魔板７２を第１ホッパ６１の上部に排ガスＧの流れ方向に対して交差する水平方向に沿って配置している。従って、煙道４０の幅方向における全域を流れるＰＡに対して、適正に第１ホッパ６１に回収することができる。

第１実施形態の排気ダクトでは、第１邪魔板７１は、第１ホッパ６１の上部で、且つ、排ガスＧの流れ方向の下流側端部に配置されている。従って、排ガスＧから分離したＰＡは、第１ホッパ６１内に入った後、傾斜面６１ａ，６１ｂに衝突して外部に流出しようとするが、この外部に流出しようとするＰＡは、排ガスＧの流れ方向の下流側端部に配置された第１邪魔板７１に衝突するため、効果的にＰＡの外部流出を阻止することができる。

第１実施形態の排気ダクトでは、第１邪魔板７１は、排ガスＧの流れ方向に対向するＰＡの衝突面７１ａが第１ホッパ６１の貯留部６１ｃ側を向いて配置されている。従って、外部に流出しようとするＰＡがこの衝突面７１ａに衝突した後、第１ホッパ６１の貯留部６１ｃに誘導されることとなり、効果的にＰＡを回収することができる。

第１実施形態の排気ダクトでは、第２邪魔板７２は、第１ホッパ６１の上部で、且つ、排ガスＧの流れ方向の中間位置に配置されている。従って、排ガスＧから分離したＰＡは、煙道４０の傾斜内壁面６３に沿って移動しながら第１ホッパ６１内に誘導され、第１ホッパ６１の傾斜面６１ａ，６１ｂに衝突して外部に流出しようとするが、第１ホッパ６１内に誘導されたＰＡは、排ガスＧの流れ方向の中間位置に配置された第２邪魔板７２に衝突するため、効果的にＰＡを第１ホッパ６１内に回収して外部流出を阻止することができる。

第１実施形態の排気ダクトでは、第２邪魔板７２は、鉛直方向における下端部が排ガスＧの流れ方向の下流側に向けて傾斜して配置されている。従って、第１ホッパ６１内に誘導されたＰＡがこの第２邪魔板７２に衝突した後、第１ホッパ６１の貯留部６１ｃに誘導されることとなり、効果的にＰＡを回収することができる。

第１実施形態の排気ダクトでは、第１邪魔板７１及び第２邪魔板７２は、第１ホッパ６１内で煙道４０へ突出しないように配置されている。従って、この第１邪魔板７１及び第２邪魔板７２が煙道４０で排ガスＧの流れを阻害することはなく、排ガスＧから適正にＰＡを分離して第１ホッパ６１に回収することができる。

また、第１実施形態のボイラにあっては、中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉１１と、燃料ガスを火炉１１内に向けて吹き込んで燃焼させる燃焼装置１２と、火炉１１における排ガスの流れ方向の下流側に連結される排気ダクトと、排気ダクトに設けられて排ガス中の熱を回収可能な熱回収部（過熱器４１，４２、再熱器４３，４４、節炭器４５，４６，４７）とを設けている。

従って、燃焼装置１２により火炉１１内に燃料ガスを吹き込むことで火炎が形成され、発生した燃焼ガスが排気ダクトに流れ込み、熱回収部が排ガス中の熱を回収する一方、排ガスＧからＰＡが分離されて第１ホッパ６１に回収される。このとき、ＰＡは、慣性力を有することから、第１ホッパ６１の傾斜面６１ａ，６１ｂに衝突して外部に流出しやすいが、外部に流出するＰＡが第１邪魔板７１または第２邪魔板７２に衝突することで流出が阻止される。その結果、排ガスＧ中のＰＡを第１ホッパ６１に適正に捕集することができ、ＰＡの捕集効率を向上することができる。

なお、本発明の排気ダクトにて、第１ホッパ６１に設けた各邪魔板（抵抗部材）７１，７２は、この形状や配置などに限定されるものではない。図４から図６は、排気ダクトの変形例を表す概略図である。

図４に示すように、本発明の抵抗部材は、第１邪魔板７３と第２邪魔板７４とから構成される。第１邪魔板７３及び第２邪魔板７４は、第１ホッパ６１の上部に排ガスの流れ方向に対して交差する水平方向に沿って配置されている。各邪魔板７３，７４は、第１ホッパ６１内から第２水平煙道部４０ｃにおける排ガス通路へ突出するように配置されている。

第１邪魔板７３は、第１ホッパ６１の上部で、且つ、排ガスの流れ方向の下流側端部に配置されている。第１邪魔板７３は、第１ホッパ６１の上部の開口縁Ｅ１の近傍に所定角度だけ傾斜して固定されている。具体的に、第１邪魔板７３は、鉛直方向における下端部が排ガスの流れ方向の下流側に向けて所定角度だけ傾斜して配置されている。そして、この第１邪魔板７３は、排ガスの流れ方向に対向する固体粒子の衝突面７３ａが形成され、この衝突面７３ａは、第１ホッパ６１の底部（貯留部６１ｃ）側を向いている。

第２邪魔板７４は、第１ホッパ６１の上部で、且つ、排ガスの流れ方向の中間位置に配置されている。第２邪魔板７４は、第１ホッパ６１の上部の開口縁Ｅ１の近傍に所定角度だけ傾斜して固定されている。具体的に、第２邪魔板７４は、鉛直方向における下端部が排ガスの流れ方向の下流側に向けて所定角度だけ傾斜して配置されている。そして、この第２邪魔板７４は、排ガスの流れ方向に対向する固体粒子の第１衝突面７４ａが形成され、この第１衝突面７４ａは、第１ホッパ６１の底部（第１傾斜面６１ａ）側を向いている。また、第２邪魔板７４は、排ガスの流れ方向に対向しない固体粒子の第２衝突面７４ｂが形成され、この第２衝突面７４ｂは、第１ホッパ６１の上方で排ガスの流れ方向の下流側を向いている。

第１邪魔板７３及び第２邪魔板７４の機能は、基本的に、第１邪魔板７１及び第２邪魔板７２とほぼ同様であるが、第１邪魔板７３及び第２邪魔板７４が共に第１ホッパ６１から第２水平煙道部４０ｃにおける排ガス通路へ突出し、且つ、傾斜していることから、排ガスＧと共に流れるＰＡが各邪魔板７３，７４に衝突しやすく、第１ホッパ６１からのＰＡの流出を効率良く阻止することができる。

また、図５に示すように、本発明の抵抗部材は、第１邪魔板７５と第２邪魔板７２とから構成される。第１邪魔板７５及び第２邪魔板７２は、第１ホッパ６１の上部に排ガスの流れ方向に対して交差する水平方向に沿って配置されている。各邪魔板７５，７２は、第１ホッパ６１内から第２水平煙道部４０ｃにおける排ガス通路へ突出しないように配置されている。

第１邪魔板７５は、第１ホッパ６１の上部で、且つ、排ガスの流れ方向の下流側端部に配置されている。第１邪魔板７５は、第１ホッパ６１の上部の開口縁Ｅ１の近傍に所定角度だけ傾斜して固定されている。具体的に、第１邪魔板７５は、排ガスの流れ方向の上流側の先端部が水平方向における下方に向けて所定角度だけ傾斜して配置されている。そして、この第１邪魔板７５は、排ガスの流れ方向に対向する固体粒子の衝突面７５ａが形成され、この衝突面７５ａは、第１ホッパ６１の底部（貯留部６１ｃ）側を向いている。なお、第２邪魔板７２は、前述したものと同様である。

第１邪魔板７５の機能は、基本的に、第１邪魔板７１とほぼ同様であるが、第１邪魔板７５が下方に傾斜していることから、第１ホッパ６１に入り込んだＰＡが第１邪魔板７５に衝突しやすく、第１ホッパ６１からのＰＡの流出を効率良く阻止することができる。

更に、図６に示すように、本発明の抵抗部材は、第１邪魔板７１と第２邪魔板７６とから構成される。第１邪魔板７１及び第２邪魔板７６は、第１ホッパ６１の上部に排ガスの流れ方向に対して交差する水平方向に沿って配置されている。各邪魔板７１，７６は、第１ホッパ６１内から第２水平煙道部４０ｃにおける排ガス通路へ突出しないように配置されている。

第１邪魔板７１は、前述したものと同様である。第２邪魔板７６は、第１ホッパ６１の上部で、且つ、排ガスの流れ方向の上流側に配置されている。第２邪魔板７６は、第１ホッパ６１の上部の開口縁Ｅ１の近傍に所定角度だけ傾斜して固定されている。具体的に、第２邪魔板７６は、鉛直方向における下端部が排ガスの流れ方向の下流側に向けて所定角度だけ傾斜して配置されている。そして、この第２邪魔板７６は、排ガスの流れ方向に対向する固体粒子の第１衝突面７６ａが形成され、この第１衝突面７６ａは、第１ホッパ６１の底部（第１傾斜面６１ａ）側を向いている。また、第２邪魔板７６は、排ガスの流れ方向に対向しない固体粒子の第２衝突面７６ｂが形成され、この第２衝突面７６ｂは、第１ホッパ６１の上方で排ガスの流れ方向の下流側を向いている。

第２邪魔板７６の機能は、基本的に、第２邪魔板７２とほぼ同様であるが、第２邪魔板７６が第１ホッパ６１における排ガスの流れ方向の上流側に配置されることから、傾斜内壁面６３に沿って落下するＰＡ１が第２邪魔板７６に衝突しやすく、第１ホッパ６１からのＰＡの流出を効率良く阻止することができる。この場合、第２邪魔板７６を第１ホッパ６１内から第２水平煙道部４０ｃにおける排ガス通路へ突出するように配置してもよい。

なお、ここでは、複数の邪魔板７１，７２，７３，７４，７５，７６について説明したが、各邪魔板７１，７２，７３，７４，７５，７６の組み合わせは、この実施形態に限定されるものではなく、適宜好適なものを組み合わせてもよい。また、第１ホッパ６１に装着する邪魔板７１，７２，７３，７４，７５，７６の数も、２個に限らず、１個または３個以上であってもよい。

［第２実施形態］
図７は、第２実施形態の排気ダクトを表す側面図、図８は、排気ダクトに設けられた低反発構造部を表す斜視図、図９及び図１０は、低反発構造部の作用を表す概略図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態において、図６及び図７に示すように、排気ダクトは、排ガスを流動可能な煙道（排ガス通路）４０と、煙道４０に設けられて排ガス中のＰＡを回収可能な第１ホッパ６１と、第１ホッパ６１からのＰＡの流出を阻止可能な抵抗部材としての第１邪魔板７１及び第２邪魔板７２と、第１ホッパ６１に対して排ガスの流れ方向における上流側に設けられて煙道４０の内壁面より反発係数の小さい低反発部８１とを設けている。

第１邪魔板７１及び第２邪魔板７２は、第１実施形態と同様に、第１ホッパ６１の上部に排ガスの流れ方向に対して交差する水平方向に沿って配置されている。第１邪魔板７１は、第１ホッパ６１の上部で、且つ、排ガスの流れ方向の下流側端部に水平をなして配置されている。第２邪魔板７２は、第１ホッパ６１の上部で、且つ、排ガスの流れ方向の中間位置に配置されている。第２邪魔板７２は、第１ホッパ６１の上部の開口縁Ｅ１の近傍でその下方に所定角度だけ傾斜して固定されている。

煙道４０は、傾斜内壁面６３が設けられ、この傾斜内壁面６３は、ＰＡが落下するような安息角以上となるように角度設定されている。低反発部８１は、この傾斜内壁面６３に固定されており、第１ホッパ６１でのＰＡの捕集率を効果的に向上させるために、傾斜内壁面６３（例えば、鉄板）より反発係数の小さい部材により構成されている。そのため、ＰＡが傾斜内壁面６３に沿って落下するとき、低反発部８１に接触しながら落下するため、この低反発部８１に衝突したとき反発量が抑制される。

その結果、下向きの排ガス気流と共に落下してきたＰＡ３は、鉄板である従来の傾斜内壁面６３に直接衝突したときの反発量より低下した反発をするため、第１ホッパ６１を飛び越えて第２水平内壁面６５まで飛散する確率が低くなり、第１ホッパ６１におけるＰＡ捕集率が向上する。

ここで、上述した低反発部８１について、具体的な構成例を図面に基づいて説明する。図８に示すように、低反発部８１は、鉄板製ダクトの傾斜内壁面６３に金網（低反発部形成部材）８２を空間部８３を空けて配置したものである。この金網８２には、ＰＡの通路となる開口部８２ａが多数設けられている。そのため、図９に示すように、金網８２の開口部８２ａを通過したＰＡは、傾斜内壁面６３に衝突して反発するが、その後、金網８２の背面側に再度衝突する確率が高い。その結果、金網８２の背面側に衝突したＰＡは、傾斜内壁面６３に沿って空間部８３を落下し、最終的に第１ホッパ６１に回収される。

一方、ＰＡは、全てが金網８２の開口部８２ａを通過するわけではなく、線状の部材を格子状に組み合わせた金網８２に衝突するものもある。金網８２の線状部材に衝突したＰＡは、図１０に示すように、通常鉄板より反発係数が低く弾性変形しやすい部材に衝突することになり、この結果、反発量の低下により第１ホッパ６１に回収される確率が高くなる。このように、上述した低反発部８１は、金網８２の開口部８２ａを通過したＰＡ及び金網８２に衝突したＰＡを効率良く第１ホッパ６１に回収できるため、第１ホッパ６１におけるＰＡの捕集率向上に有効である。

なお、低反発部８１を金網８２としたが、この構成に限定されるものではない。低反発部としては、金網８２の他に、例えば、グレーチング、多孔板、簾構造（鎧戸）などのように、ＰＡが通過できる大きさの開口部を多数有する格子状のものが使用可能である。特に、金網８２の線状部材等のように、ＰＡの衝突を受けて弾性変形する素材の格子状低反発部材を採用すれば、弾性変形によりＰＡの衝突エネルギを効率良く吸収して反発量を低減することが可能になる。また、衝突したＰＡが回転することにより、反発量を低減することも可能になる。また、低反発部８１は、その他、断熱材、ゴム系素材、プラスチック製素材なども採用可能である。

このように第２実施形態の排気ダクトにあっては、第１ホッパ６１に対して排ガスＧの流れ方向における上流側に傾斜内壁面６３より反発係数の小さい低反発部８１を設けている。従って、排ガスＧに含まれるＰＡは、低反発部８１に衝突した後に反発量が低下するため、ＰＡを適正に第１ホッパ６１に回収することができる。この場合、低反発部８１が第１ホッパ６１における排ガスＧの流れ方向の上流側にあることから、ＰＡは、第１ホッパ６１の手前で低反発部８１に衝突することで慣性力が低下して第１ホッパ６１に入りやすくなるため、第１ホッパ６１を飛び越えて下流側へ飛散して流出するＰＡの量が減少する。

［第３実施形態］
図１１は、第３実施形態の排気ダクトを表す側面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第３実施形態では、図１１に示すように、第２ホッパ６２に抵抗部材としての第１邪魔板９１及び第２邪魔板９２を設けている。即ち、第２ホッパ６２は、下方に向けて面積が狭くなるように排ガスの流動方向に対向する第１傾斜面６２ａ及び第２傾斜面６２ｂを有し、各傾斜面６２ａ，６２ｂの下端部が連結される底位置に貯留部６２ｃが設けられている。なお、第２ホッパ６２は、貯留部６２ｃに図示しない開閉弁により開閉可能な開口部が設けられ、この開口部を開放することで、貯留したＰＡを下方に排出可能となっている。

煙道４０は、第２水平煙道部４０ｃに第２ホッパ６２が設けられており、この第２ホッパ６２より排ガスの流れ方向の上流側に第２水平内壁面６５が連続して設けられ、第２ホッパ６２より排ガスの流れ方向の下流側に鉛直内壁面６６が設けられている。そして、第２水平内壁面６５は、第１傾斜面６２ａに連続し、鉛直内壁面６６は、第２傾斜面６２ｂに連続している。

第１邪魔板９１及び第２邪魔板９２は、第２ホッパ６２の上部に排ガスの流れ方向に対して交差する水平方向（図１１の紙面直交方向）に沿って配置されている。第１邪魔板９１は、第２ホッパ６２の上部で、且つ、排ガスの流れ方向の下流側端部に配置されている。第１邪魔板９１は、第２ホッパ６２の上部の開口縁に沿って水平をなして固定されている。第２邪魔板９２は、第２ホッパ６２の上部で、且つ、排ガスの流れ方向の中間位置に配置されている。第２邪魔板９２は、第２ホッパ６２の上部の開口縁の近傍に所定角度だけ傾斜して固定されている。この第１邪魔板９１及び第２邪魔板９２は、第１実施形態で説明した第１邪魔板７１及び第２邪魔板７２と、基本的に同様の構成となっている。

そのため、排ガスは、第２水平煙道部４０ｃを水平に流れ、略直角に屈曲して第２垂直煙道部４０ｄを上昇する。このとき、排ガスは、含有するＰＡが第２ホッパ６２に自由落下して貯留される。

例えば、第２水平内壁面６５に沿って流れるＰＡは、第２ホッパ６２に入り込んで回収される。このとき、第２ホッパ６２に入り込んだＰＡが各傾斜面６２ａ，６２ｂに衝突し、その反発力により第２ホッパ６２から出てってしまうおそれがある。しかし、本実施形態では、第２邪魔板９２が設けられているため、このＰＡが第２ホッパ６２に入り込んだとき、第２邪魔板９２の第１衝突面９２ａに衝突して貯留部６２ｃ側に移動することで回収され、第２ホッパ６２からのＰＡの流出が阻止される。

また、直接第２ホッパ６２に入り込んだＰＡ４は、第２邪魔板９２の第２衝突面９２ｂに衝突して第２傾斜面６２ｂ側に移動し、第２傾斜面６２ｂで衝突してから外方に出ようとするが、第１邪魔板９１の衝突面９１ａに衝突して貯留部６２ｃ側に移動することで回収され、第２ホッパ６２からのＰＡの流出が阻止される。また、直接第２ホッパ６２に入り込んだＰＡ４は、各傾斜面６２ａ，６２ｂに衝突してから、各邪魔板９１，９２の各衝突面９１ａ，９２ａに衝突して貯留部６２ｃ側に移動することで回収され、第２ホッパ６２からのＰＡの流出が阻止される。

このように第３実施形態の排気ダクトにあっては、排ガスを流動可能な煙道４０と、煙道４０に設けられて排ガス中のＰＡ（固体粒子）を回収可能な第２ホッパ６２と、第２ホッパ６２からのＰＡの流出を阻止可能な抵抗部材としての第１邪魔板９１及び第２邪魔板９２とを設けている。

従って、ＰＡが含有される排ガスが煙道４０を流れるとき、この排ガスからＰＡが分離されて第２ホッパ６２に回収される。このとき、ＰＡは、慣性力を有することから、第２ホッパ６２の傾斜面６２ａ，６２ｂに衝突して反発して流出しやすいが、外部に流出しようとするＰＡが第１邪魔板９１または第２邪魔板９２に衝突することで流出が阻止される。その結果、排ガス中のＰＡを第２ホッパ６２に適正に捕集することができ、ＰＡの捕集効率を向上することができる。

なお、この第３実施形態にて、第２実施形態のように、第２ホッパ６２に対して排ガスの流れ方向における下流側に煙道４０の内壁面より反発係数の小さい低反発部を設けてもよい。

例えば、低反発部９３は、第２ホッパ６２の下流側でＰＡが衝突する垂直内壁面６６に設けられている。この低反発部９３により排ガスに含まれるＰＡの多くは、慣性力により低反発部９３に衝突する。この衝突により反発したＰＡは、反発係数が低下しているため、流速の速い流路断面中央及びその近傍まで到達する割合が減少し、第２ホッパ６２に落下して回収され、ＰＡの捕集率が向上する。

また、低反発部９４は、第２ホッパ６２の下流側となる流路部に複数設けられている。この低反発部９４は、例えば、水平方向の気流に対向する複数面で構成された簾構造とされ、簾構造の面に衝突したＰＡが失速して第２ホッパ６２に落下して回収され、ＰＡの捕集率が向上する。

なお、上述した実施形態では、本発明の排気ダクトを微粉炭焚きボイラに適用して説明したが、この形式のボイラに限定されるものではない。また、ボイラに限らず、固体粒子が含まれる排ガスを流動するものであれば、いずれの排気ダクトに適用してもよい。

１０ 微粉炭焚きボイラ
１１ 火炉
２１，２２，２３，２４，２５ 燃焼バーナ
４０ 煙道（排ガス通路）
４１，４２ 過熱器（熱回収部）
４３，４４ 再熱器（熱回収部）
４５，４６，４７ 節炭器（熱回収部）
６１ 第１ホッパ
６２ 第２ホッパ
６３ 傾斜内壁面
６４ 第１水平内壁面
６５ 第２水平内壁面
７１，７３，７５，９１ 第１邪魔板
７１ａ，７３ａ，７５ａ 衝突面
７２，７４，７６，９２ 第２邪魔板
７２ａ，７４ａ，７６ａ 第１衝突面
７２ｂ，７４ｂ，７６ｂ 第２衝突面
８１，９３，９４ 低反発部

Claims (9)

1. 排ガスを流動可能な排ガス通路と、
   前記排ガス通路に設けられて排ガス中の固体粒子を回収可能なホッパと、
   前記ホッパからの固体粒子の流出を阻止可能な抵抗部材と、
   を有することを特徴とする排気ダクト。
2. 前記抵抗部材は、前記ホッパの上部に排ガスの流れ方向に対して交差する水平方向に沿って配置される邪魔板を有することを特徴とする請求項１に記載の排気ダクト。
3. 前記邪魔板は、前記ホッパの上部で、且つ、排ガスの流れ方向の下流側端部に配置される第１邪魔板を有することを特徴とする請求項２に記載の排気ダクト。
4. 前記第１邪魔板は、排ガスの流れ方向に対向する固体粒子の衝突面が前記ホッパの底部側を向いて配置されることを特徴とする請求項３に記載の排気ダクト。
5. 前記邪魔板は、前記ホッパの上部で、且つ、排ガスの流れ方向の中間位置に配置される第２邪魔板を有することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の排気ダクト。
6. 前記第２邪魔板は、鉛直方向における下端部が排ガスの流れ方向の下流側に向けて傾斜して配置されることを特徴とする請求項５に記載の排気ダクト。
7. 前記ホッパは、前記排ガス通路から鉛直方向の下方に向けて凹形状をなして形成され、前記抵抗部材は、前記ホッパ内で前記排ガス通路へ突出しないように配置されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の排気ダクト。
8. 前記ホッパに対して排ガスの流れ方向における上流側または下流側に前記排ガス通路の内壁面より反発係数の小さい低反発部が設けられることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の排気ダクト。
9. 中空形状をなして鉛直方向に沿って設置される火炉と、
   燃料を前記火炉内に向けて吹き込んで燃焼させる燃焼装置と、
   前記火炉における排ガスの流れ方向の下流側に連結される請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の排気ダクトと、
   前記排気ダクトに設けられて排ガス中の熱を回収可能な熱回収部と、
   を有することを特徴とするボイラ。

Images