JP2018200139A - ホッパ構造物、排気ダクト、及びボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】排ガス中の固体粒子を適正に捕集する。【解決手段】ホッパ構造物８０は、排ガスＧを流動可能な第１排ガス通路（水平煙道部４０ｃ）と、第１排ガス通路に接続され第１排ガス通路と交差する鉛直方向の上側に向かって延在する第２排ガス通路（垂直煙道部４０ｄ）との間に設けられて、排ガスＧ中の固体粒子を回収可能なホッパ（第２ホッパ６２）と、ホッパの底面よりも鉛直方向の上側に設けられる邪魔板部９０を有する旋回流抑制構造部８２と、を有する。邪魔板部９０は、表面９２が、第１排ガス通路の延在方向に対する垂直な垂直平面に対して、鉛直方向を回転軸として垂直平面を回転させる方向側に傾斜している。【選択図】図２

Description

本発明は、ホッパ構造物、排気ダクト、及びボイラに関する。

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。

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。そのため、煙道内に、ポップコーンアッシュを捕集するためのホッパを設ける場合がある。また、特許文献１には、サイクロン集塵機でポップコーンアッシュを捕集する技術が記載されている。

特開２００８−２４１０６１号公報

排ガス通路は、水平方向に沿って延在する通路（水平通路）と、鉛直方向に向かって延在する通路（鉛直通路）とが接続されて構成される場合がある。排ガスは、水平通路から鉛直通路に導入される際に流れが乱れて、旋回流となって鉛直通路内を通る場合がある。この場合、鉛直通路近傍のホッパ内にも旋回流が生じて、ホッパ内に集められたポップコーンアッシュ、すなわち排ガス中の固体粒子が、ホッパ内の旋回流により排ガス通路に戻り、スクリーンや脱硝装置に堆積してしまうおそれがある。例えば特許文献１のサイクロン集塵機を用いても、このようなホッパ内の旋回流を抑制することが出来ず、排ガス中の固体粒子を適切に捕集出来ないおそれがある。また、煙道にサイクロン集塵機を設置するのは、構造上などの理由で困難な場合がある。従って、ホッパ内の旋回流を抑制して、排ガス中の固体粒子を適正に捕集する技術が求められている。

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することができるホッパ構造物、排気ダクト及びボイラを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係るホッパ構造物は、排ガスを流動可能な第１排ガス通路と、前記第１排ガス通路に接続され前記第１排ガス通路と交差する鉛直方向の上側に向かって延在する第２排ガス通路との間に設けられて、排ガス中の固体粒子を回収可能なホッパと、前記ホッパの底面よりも鉛直方向の上側に設けられる邪魔板部を有する旋回流抑制構造部と、を有し、前記邪魔板部は、表面が、前記第１排ガス通路の延在方向に対する垂直な垂直平面に対して、鉛直方向を回転軸として前記垂直平面を回転させる方向側に傾斜している。

このホッパ構造物は、邪魔板部が、ホッパ内における固形粒子の上昇旋回流を遮ることが可能となる。従って、ホッパ構造物は、邪魔板部により、ホッパ内から固形粒子が出ていくことを抑制して、ホッパにより固形粒子を適切に捕集することが可能となる。

前記邪魔板部は、表面が、前記第１排ガス通路の延在方向に平行であることが好ましい。このホッパ構造物は、邪魔板部の表面が第１排ガス通路の延在方向に平行であるため、ホッパにより固形粒子を適切に捕集しつつ、排ガスを適切に流すことが可能となる。

前記邪魔板部は、表面が、前記第２排ガス通路の延在方向に沿っていることが好ましい。このホッパ構造物は、邪魔板部の表面が第２排ガス通路の延在方向に平行であるため、ホッパにより固形粒子を適切に捕集しつつ、排ガスを適切に流すことが可能となる。

前記邪魔板部は、前記ホッパの一方の側部から、前記ホッパの一方の側部に対向する他方の側部までにわたって設けられていることが好ましい。このホッパ構造物は、邪魔板部が、ホッパの一方の側部から他方の側部にわたって設けられているため、ホッパ内における固形粒子の上昇旋回流をより適切に抑制して、ホッパにより固形粒子をより適切に捕集することができる。

前記ホッパは、前記第１排ガス通路と前記第２排ガス通路との接続部の底面において、鉛直方向の下方に向けて開口する開口であり、前記邪魔板部は、前記ホッパ内部に設けられることが好ましい。このホッパ構造物は、ホッパが開口となっており、邪魔板部がホッパの内部に設けられているため、ホッパにより固形粒子をより適切に捕集することができる。

前記邪魔板部は、前記ホッパ内部から前記ホッパよりも鉛直方向の上方にわたって設けられていることが好ましい。このホッパ構造物は、邪魔板部がホッパの内部から外部にわたって設けられているため、ホッパ内における固形粒子の上昇旋回流を適切に抑制して、ホッパにより固形粒子をより適切に捕集することができる。

前記邪魔板部は、前記ホッパよりも鉛直方向の上方へ突出しないように設けられていることが好ましい。このホッパ構造物は、邪魔板部の全体がホッパの内部に設けられているため、ホッパにより固形粒子を適切に捕集しつつ、排ガスをより適切に流すことが可能となる。

前記旋回流抑制構造部は、複数の前記邪魔板部を有することが好ましい。このホッパ構造物は、邪魔板部を複数有するため、固形粒子をより適切に捕集することが可能となる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る排気ダクトは、前記ホッパ構造物と、前記第１排ガス通路と、前記第２排ガス通路と、を有する。この排気ダクトは、旋回流抑制構造部を有するため、ホッパにより固形粒子を適切に捕集することが可能となる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係るボイラは、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。このボイラは、旋回流抑制構造部を有するため、ホッパにより固形粒子を適切に捕集することが可能となる。

本発明によれば、排ガス中の固体粒子を適正に捕集することができる。

図１は、第１実施形態に係るボイラを表す概略構成図である。 図２は、本実施形態に係る煙道の拡大した模式図である。 図３は、本実施形態に係る煙道の拡大した模式図である。 図４は、比較例における第２ホッパ内のＰＡの流れを示す模式図である。 図５は、本実施形態における第２ホッパ内のＰＡの流れを示す模式図である。 図６は、旋回流抑制構造部の他の例を示す模式図である。 図７は、旋回流抑制構造部の他の例を示す模式図である。 図８は、旋回流抑制構造部の他の例を示す模式図である。 図９は、旋回流抑制構造部の他の例を示す模式図である。 図１０は、旋回流抑制構造部の他の例を示す模式図である。 図１１は、旋回流抑制構造部の他の例を示す模式図である。

以下に添付図面を参照して、本発明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。

（ボイラの全体構成）
図１は、第１実施形態に係るボイラを表す概略構成図である。第１実施形態に係るボイラ１０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微粉炭焚きボイラである。なお、ボイラ１０は、微粉炭焚き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。

図１に示すように、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のボイラ１０にて、火炉１１より下流側の煙道４０が、排気ダクトとして機能する。そして、この煙道４０は、排ガス通路として、水平煙道部４０ａ、垂直煙道部４０ｂ、水平煙道部４０ｃ（第１排ガス通路）、垂直煙道部４０ｄ（第２排ガス通路）、水平煙道部４０ｅ、垂直煙道部４０ｆ、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、垂直煙道部４０ｂと水平煙道部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、水平煙道部４０ａ及び垂直煙道部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垂直煙道部４０ｂの下端部に第１ホッパ６１が設置されている。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、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、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。

また、煙道４０は、上向きの速度成分を有する排ガスが流れる垂直煙道部４０ｄの下端部に、第２ホッパ６２（ホッパ）が設置されている。また、煙道４０は、排ガスが下向きに流れる垂直煙道部４０ｆに選択還元型触媒５０が設置されている。なお、第２ホッパ６２（ホッパ）は、後述する旋回流抑制構造部８２と共に、ホッパ構造物８０を構成する。

（排気ダクト及びホッパ構造物の構成）
図２及び図３は、本実施形態に係る煙道の拡大した模式図である。図２に示すように、本実施形態に係る排気ダクト、すなわち煙道４０は、水平煙道部４０ｃ（第１排ガス通路）と、垂直煙道部４０ｄ（第２排ガス通路）と、ホッパ構造物８０とを有している。以下、水平煙道部４０ｃの延在方向を、方向Ｘとする。方向Ｘは、水平方向に沿っているが、水平方向から傾斜していてもよい。ただし、方向Ｘは、鉛直方向に対して交差している。また、方向Ｘに直交する方向を、方向Ｙとする。方向Ｙは、水平煙道部４０ｃの幅方向である。そして、方向Ｘ及び方向Ｙに直交する方向を、方向Ｚとする。方向Ｚは、水平煙道部４０ｃの高さ方向であり、本実施形態においては鉛直方向であるといえる。また、方向Ｘに沿った一方の方向を、方向Ｘ１とし、他方の方向、すなわち方向Ｘ１と反対方向を、方向Ｘ２とする。そして、方向Ｚに沿った一方の方向を、方向Ｚ１とし、他方の方向、すなわち方向Ｚ１と反対方向を、方向Ｚ２とする。

図２に示すように、水平煙道部４０ｃは、方向Ｘに沿って延在している。水平煙道部４０ｃは、内部に排ガスＧを流す。水平煙道部４０ｃは、方向Ｘ２側の端部が、火炉１１側の端部であり、図１に示す垂直煙道部４０ｂに接続されている。また、水平煙道部４０ｃは、方向Ｘ１側の端部が、火炉１１から遠い側の端部である。水平煙道部４０ｃは、排ガスＧを、方向Ｘ１に向けて流す。言い換えれば、排ガスＧの水平煙道４０ｃ内での流れ方向は、方向Ｘ１となる。

図２に示すように、垂直煙道部４０ｄは、方向Ｚに沿って延在している。垂直煙道部４０ｄは、方向Ｚ２側の端部が、火炉１１側の端部であり、水平煙道部４０ｃの方向Ｘ１側の端部に接続されている。垂直煙道部４０ｄは、方向Ｚ１側の端部が、火炉１１から遠い側の端部であり、図１に示す水平煙道部４０ｅに接続されている。垂直煙道部４０ｄは、排ガスＧを、方向Ｚ１に向けて流す。言い換えれば、排ガスＧの垂直煙道部４０ｄ内での流れ方向は、方向Ｚ１、すなわち鉛直方向の上側方向となる。より具体的には、排ガスＧは、垂直煙道部４０ｄ内において、方向Ｚ１に向けて螺旋状に（旋回流として）流れる。なお、垂直煙道部４０ｄは、鉛直方向の上方に向かって延在していれば、方向Ｚ（鉛直方向）から傾斜して延在していてもよい。

図２に示すように、水平煙道部４０ｃと垂直煙道部４０ｄとの接続箇所を、接続部７０とする。接続部７０は、水平煙道部４０ｃと垂直煙道部４０ｄとの間の箇所であるが、水平煙道部４０ｃの方向Ｘ１側の端部であるということもでき、垂直煙道部４０ｄの方向Ｚ２側の端部であるということもできる。また、図３に示すように、垂直煙道部４０ｄは、水平煙道部４０ｃよりも、方向Ｙに沿った長さ（幅）が大きい。従って、接続部７０は、それよりも方向Ｘ２側（排ガスＧの流れの上流部側）の水平煙道部４０ｃよりも、方向Ｙに沿った長さ（幅）が大きくなっている。水平煙道部４０ｃは、接続部７０の近傍において、方向Ｙに幅が広がりつつ、垂直煙道部４０ｄと接続している。

図２に示すように、ホッパ構造物８０は、接続部７０に設けられている。ホッパ構造物８０は、第２ホッパ６２（ホッパ）と、旋回流抑制構造部８２とを有する。第２ホッパ６２は、接続部７０の方向Ｚ２側の表面である底面７２から、方向Ｚ２側に開口する開口である。すなわち、第２ホッパ６２は、底面７２において、方向Ｚ２側に向けて凹形状をなして形成される開口である。言い換えれば、第２ホッパ６２は、垂直煙道部４０ｄの方向Ｚ２側の端部の方向Ｚ２側に開口している。第２ホッパ６２は、水平煙道部４０ｃを排ガスＧと共に移動してきたＰＡを捕集して貯留する。なお、図３の例では、第２ホッパ６２は、接続部７０に、方向Ｙに沿って３つ設けられているが、例えば６つなどでもよい。すなわち、第２ホッパ６２の数は、任意である。

第２ホッパ６２は、第１傾斜面６２ａ及び第２傾斜面６２ｂを有する。第１傾斜面６２ａ及び第２傾斜面６２ｂは、第２ホッパ６２の方向Ｚ２側の表面、すなわち底面である。第１傾斜面６２ａは、第２ホッパ６２の方向Ｘ２側の底面であり、方向Ｚ２に向かうに従って方向Ｘ１側に傾斜している。第２傾斜面６２ｂは、第１傾斜面６２ａと対向する第２ホッパ６２の方向Ｘ１側の底面である。第２傾斜面６２ｂは、方向Ｚ２に向かうに従って方向Ｘ２側に傾斜している。すなわち、第２ホッパ６２は、方向Ｚ２に向かうに従って面積が狭くなる。また、第２ホッパ６２は、第１傾斜面６２ａ及び第２傾斜面６２ｂの方向Ｚ２側の端部が連結される位置に、貯留部６２ｃが設けられている。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。

旋回流抑制構造部８２は、邪魔板部９０を有している。図２に示すように、邪魔板部９０は、表面９２を有する板状の部材である。邪魔板部９０は、第２ホッパ６２の底面（第１傾斜面６２ａ及び第２傾斜面６２ｂ）よりも方向Ｚ１側（鉛直方向の上側）に設けられており、一部が第２ホッパ６２内に設けられている。また、邪魔板部９０は、表面９２が、水平煙道部４０ｃの延在方向である方向Ｘに平行となっている。また、邪魔板部９０は、表面９２が、垂直煙道部４０ｄの延在方向である方向Ｚに平行となっている。すなわち、邪魔板部９０の表面９２は、方向Ｘ及び方向Ｚに平行となっている。また、邪魔板部９０は、第２ホッパ６２の側部６２ａ１から側部６２ｂ１までにわたって設けられている。側部６２ａ１は、第２ホッパ６２の一方の側面であり、側部６２ｂ１は、側部６２ａ１に対向する第２ホッパ６２の他方の側面である。本実施形態においては、側部６２ａ１は、第２ホッパ６２の方向Ｘ２側の側面であり、側部６２ｂ１は、第２ホッパ６２の方向Ｘ１側の側面である。ただし、邪魔板部９０は、第２ホッパ６２の側部６２ａ１から側部６２ｂ１までのうちの、一部の領域にのみ設けられていてもよい。

ここで、図２に示すように、邪魔板部９０の方向Ｘ２側の端部を、端部９２ａとし、邪魔板部９０の方向Ｘ１側の端部を、端部９２ｂとする。また、邪魔板部９０の方向Ｚ１側の端部を、端部９２ｃとし、邪魔板部９０の方向Ｚ２側の端部を、端部９２ｄとする。この場合、邪魔板部９０は、端部９２ａが、第２ホッパ６２の側部６２ａ１に取付けられており、端部９２ｂが、第２ホッパ６２の側部６２ｂ１に取付けられている。邪魔板部９０の表面９２は、端部９２ａから端部９２ｂまでにおいて、方向Ｘに沿って延在している。

また、邪魔板部９０は、端部９２ｄが、第２ホッパ６２の内部に配置されている。端部９２ｄは、第２ホッパ６２の底面、より詳しくは、第１傾斜面６２ａ及び第２傾斜面６２ｂの最も方向Ｚ２側の箇所から、方向Ｚ１側に所定の長さだけ離間した位置に設けられている。すなわち、邪魔板部９０は、第２ホッパ６２内の方向Ｚ１側の一部の空間にのみ配置されており、その一部の空間を区分している。また、邪魔板部９０は、端部９２ｃが、第２ホッパ６２の外側、すなわち第２ホッパ６２よりも方向Ｚ１側（底面７２よりも方向Ｚ１側）に突出している。端部９２ｃは、水平煙道部４０ｃの方向Ｚ１側の表面（上面）よりも、方向Ｚ２側に位置している。邪魔板部９０は、端部９２ｄから端部９２ｃにわたって、表面９２が方向Ｚに沿って延在している。そして、邪魔板部９０は、端部９２ｄから端部９２ｃまでにおいて、第２ホッパ６２の内部から、第２ホッパ６２よりも方向Ｚ１側（底面７２よりも方向Ｚ１側）までにわたって設けられている。

ここで、第２ホッパ６２の方向Ｚに沿った長さ（深さ）を、長さＬ１とする。長さＬ１は、底面７２から、第１傾斜面６２ａ及び第２傾斜面６２ｂの最も方向Ｚ２側の箇所までの長さといえる。また、邪魔板部９０の方向Ｚに沿った長さ、すなわち端部９２ｄから端部９２ｃまでの長さを、長さＬ２とする。そして、邪魔板部９０の第２ホッパ６２の外側における方向Ｚに沿った長さを、長さＬ３とする。長さＬ３は、底面７２から端部９２ｃまでの長さともいえる。そして、邪魔板部９０の第２ホッパ６２内での方向Ｚに沿った長さを、長さＬ４とする。長さＬ４は、端部９２ｄから底面７２までの長さともいえる。

ただし、邪魔板部９０は、第２ホッパ６２の底面（第１傾斜面６２ａ及び第２傾斜面６２ｂ）の方向Ｚ１側に設けられていれば、必ずしも第２ホッパ６２の内部から第２ホッパ６２よりも方向Ｚ１側までにわたって設けられていなくてもよい。邪魔板部９０は、少なくとも一部が第２ホッパ６２内に設けられていることが好ましいが、全体が、第２ホッパ６２よりも方向Ｚ１側、すなわち底面７２よりも方向Ｚ１側にのみ設けられていてもよい。また、邪魔板部９０は、全体が第２ホッパ６２内に設けられ、第２ホッパ６２よりも方向Ｚ１側に突出していなくてもよい。

なお、本実施形態においては、邪魔板部９０は、表面９２が方向Ｘに平行となるように設けられるが、必ずしも表面９２が方向Ｘに平行でなくてもよい。ここで、図３に示すように、水平煙道部４０ｃの延在方向（方向Ｘ）に垂直な平面を、垂直平面ＰＬとする。また、方向Ｚを回転軸として垂直平面ＰＬを回転させる方向を、方向Ｒとする。方向Ｒは、方向Ｚを軸とした場合の円周方向であるともいえる。邪魔板部９０は、表面９２が、この垂直平面ＰＬに対して方向Ｒに向けて傾斜していればよい。言い換えれば、本実施形態において、表面９２は、方向Ｚから見た場合における垂直平面ＰＬに対する角度θが、９０度であるが、角度θは、０度より大きく９０度以下であればよい。また、更に言い換えれば、邪魔板部９０は、表面９２が、端部９２ａから端部９２ｂまでにおいて、垂直平面ＰＬに対して方向Ｘ側に傾斜していればよい。

また、図３に示すように、旋回流抑制構造部８２（邪魔板部９０）は、全ての第２ホッパ６２に対して設けられている。ただし、旋回流抑制構造部８２（邪魔板部９０）は、全ての第２ホッパ６２のうちの一部の第２ホッパ６２にのみ設けられていてもよい。

（排ガスの流れ）
次に、煙道４０における排ガスＧの流れについて説明する。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、垂直煙道部４０ｂを下降し、略直角に屈曲して水平煙道部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。また、排ガスＧに含有されるＰＡの一部は、第１ホッパ６１に捕集されずに、排ガスＧと共に水平煙道部４０ｃ内を流れる。排ガスＧは、水平煙道内４０ｃを、方向Ｘ１に向かって流れる。

水平煙道部４０ｃを流れる排ガスＧは、図２に示すように、接続部７０を経て、垂直煙道部４０ｄ内に流入する。この際、水平煙道部４０ｃを流れる排ガスＧに含有されるＰＡは、第２ホッパ６２内に自由落下して貯留される。また、垂直煙道部４０ｄは、延在方向が水平煙道部４０ｃと交差しており、方向Ｚ１に向かって延在する。従って、排ガスＧの流れは、接続部７０において、方向Ｘ１から方向Ｚ１に屈曲する。さらに、上述のように、煙道４０は、方向Ｙに沿った幅が、水平煙道部４０ｃと垂直煙道部４０ｄとの接続箇所において、大きくなる（図３を参照）。従って、排ガスＧは、接続部７０において乱流となり、接続部７０及び垂直煙道部４０ｄにおいて、方向Ｚ１に向かって螺旋状に上昇する上昇旋回流となる。排ガスＧは、垂直煙道部４０ｄにおいて旋回することで均一に分散して、例えば選択還元型触媒５０による脱硝処理などに有利となる。

排ガスＧは、垂直煙道部４０ｄから、水平煙道部４０ｅ、垂直煙道部４０ｆ、水平煙道部４０ｇをこの順で流れる。排ガスＧは、垂直煙道部４０ｆを通る際に、選択還元型触媒５０により、脱硝される。

上述のように、排ガスＧは、接続部７０及び垂直煙道部４０ｄにおいて、方向Ｚ１に向かって螺旋状に上昇する旋回流となる。この排ガスＧの旋回流は、第２ホッパ６２内に貯留されたＰＡを巻き込み、第２ホッパ６２内のＰＡにも方向Ｚ１へ向かう上昇旋回流を発生させるおそれがある。この場合、第２ホッパ６２内のＰＡが、接続部７０及び垂直煙道部４０ｄ内に飛散してしまい、第２ホッパ６２内にＰＡを捕集できなくなるおそれがある。接続部７０及び垂直煙道部４０ｄ内に戻ったＰＡは、そのまま水平煙道部４０ｅ側へ運ばれて、選択還元型触媒５０に堆積するなどして、排ガスの適切な排出を抑制するおそれがある。本実施形態に係るホッパ構造物８０は、旋回流抑制構造部８２(邪魔板部９０)を設けることで、第２ホッパ６２内のＰＡが接続部７０及び垂直煙道部４０ｄ内に戻ることを抑制して、ＰＡを適切に捕集させることを可能としている。以下、旋回流抑制構造部８２(邪魔板部９０)の作用について説明する。

図４は、比較例における第２ホッパ内のＰＡの流れを示す模式図であり、図５は、本実施形態における第２ホッパ内のＰＡの流れを示す模式図である。最初に、図４に示すように、比較例における煙道４０Ｘについて説明する。図４に示すように、比較例に係る煙道４０Ｘは、水平煙道部４０ｃＸと、垂直煙道部４０ｄＸと、第２ホッパ６２Ｘとを有するが、旋回流抑制構造部８２を有していない。この場合、図４に示すように、この排ガスＧの旋回流が、第２ホッパ６２Ｘ内のＰＡにも方向Ｚ１へ向かう上昇旋回流ＰＸを発生させる。一方、図５に示すように、本実施形態における煙道４０は、旋回流抑制構造部８２、すなわち邪魔板部９０が設けられている。邪魔板部９０は、第２ホッパ６２の底面の方向Ｚ２側に設けられて、表面９２が方向Ｘに平行となっている。従って、邪魔板部９０は、表面９２が、第２ホッパ６２内におけるＰＡの上昇旋回流に交差する方向に延在していることとなる。そのため、邪魔板部９０は、ＰＡの上昇旋回流を遮り、第２ホッパ６２内におけるＰＡの上昇旋回流の発生を抑制することができる。従って、本実施形態においては、第２ホッパ６２内からＰＡが出ていくことを抑制して、第２ホッパ６２によりＰＡを適切に捕集することが可能となる。

さらに、邪魔板部９０は、表面９２が、方向Ｘに沿っている。従って、この邪魔板部９０は、水平煙道部４０ｃを方向Ｘ１に向かって流れる排ガスＧの流れを遮らず、排ガスＧを適切に流すことが可能となる。なお、邪魔板部９０は、上述のように、表面９２が、この垂直平面ＰＬに対して方向Ｒに向けて傾斜していればよい。邪魔板部９０は、このように垂直平面ＰＬに対して傾斜することで、表面９２が、ＰＡの上昇旋回流に交差して、第２ホッパ６２内におけるＰＡの上昇旋回流の発生を抑制できる。また、邪魔板部９０がこのように垂直平面ＰＬに対して傾斜することで、方向Ｘ１に向かって流れる排ガスＧの流れを遮ることを抑制可能となる。

図６から図１１は、旋回流抑制構造部の他の例を示す模式図である。旋回流抑制構造部８２は、図２及び図３に示した以外の形状を採ってもよく、例えば、図６から図１１の例に示す形状であってもよい。図６に示すように、旋回流抑制構造部８２は、邪魔板部９０の端部９２ｃが、第２ホッパ６２の内部に設けられていてもよい。すなわち、図６に示すように、邪魔板部９０は、全体が、第２ホッパ６２の内部に設けられていてもよい。また、図７に示すように、旋回流抑制構造部８２は、邪魔板部９０の端部９２ｄが、第２ホッパ６２よりも方向Ｚ１側に設けられていてもよい。すなわち、図７に示すように、邪魔板部９０は、全体が、第２ホッパ６２よりも方向Ｚ１側に設けられていてもよい。

また、図８に示すように、旋回流抑制構造部８２は、図２に示す邪魔板部９０に加え、邪魔板部９０Ａを有してもよい。邪魔板部９０Ａは、表面９２が、方向Ｙに平行に（すなわち垂直平面ＰＬに沿って）延在し、邪魔板部９０に交差する。邪魔板部９０Ａは、邪魔板部９０に交差する方向に延在するものであれば、方向Ｙに平行でなくてもよい。

また、図９に示すように、旋回流抑制構造部８２は、邪魔板部９０Ｂを有してもよい。邪魔板部９０Ｂは、表面９２が、方向Ｚに平行であるが、方向Ｘ及び方向Ｙに対して傾斜している。すなわち、邪魔板部９０Ｂは、表面９２が、垂直平面ＰＬに対して方向Ｒに向けて傾斜している。

また、図１０に示すように、旋回流抑制構造部８２は、図２に示す邪魔板部９０に加え、邪魔板部９０Ａ１、９０Ａ２を有してもよい。邪魔板部９０Ａ１、９０Ａ２は、表面９２が、邪魔板部９０の表面９２と同方向（ここでは方向Ｘ）に沿って延在する。すなわち、旋回流抑制構造部８２は、表面９２が互いに同方向に延在した複数の邪魔板部を有していてもよい。

また、図１１に示すように、旋回流抑制構造部８２は、図９に示す邪魔板部９０Ｂに加え、邪魔板部９０Ｂに交差する邪魔板部９０Ｃを有してもよい。邪魔板部９０Ｃは、表面９２が、邪魔板部９０Ｂに交差する方向に延在する。邪魔板部９０Ｃは、表面９２が、方向Ｚに平行であるが、方向Ｘ及び方向Ｙに対して傾斜している。すなわち、図８及び図１１に示すように、旋回流抑制構造部８２は、表面９２が互いに異なる方向に延在した複数の邪魔板部を有していてもよい。この場合、少なくとも１つの邪魔板部は、表面９２が、垂直平面ＰＬに対して方向Ｒに向けて傾斜している。なお、図８から図１１で説明した邪魔板部９０Ａ、９０Ｂ、９０Ａ１、９０Ａ２、９０Ｃは、表面９２の延在方向以外は、邪魔板部９０と同じ形状となっている。

以上説明したように、本実施形態に係るホッパ構造物８０は、第２ホッパ６２（ホッパ）と、旋回流抑制構造部８２とを有する。第２ホッパ６２は、水平煙道部４０ｃ（第１排ガス通路）と垂直煙道部４０ｄ（第２排ガス通路）との間（接続部７０）に設けられる。水平煙道部４０ｃは、排ガスＧを流動可能な通路である。垂直煙道部４０ｄは、水平煙道部４０ｃに接続され、水平煙道部４０ｃと交差する鉛直方向の上側（方向Ｚ１）に向かって延在する。第２ホッパ６２は、排ガスＧ中の固体粒子（ＰＡ）を回収可能である。旋回流抑制構造部８２は、第２ホッパ６２の底面よりも鉛直方向の上側（方向Ｚ１側）に設けられる邪魔板部９０を有する。邪魔板部９０は、表面９２が、垂直平面ＰＬに対して、鉛直方向（方向Ｚ）を回転軸として垂直平面ＰＬを回転させる方向Ｒ側に傾斜している。垂直平面ＰＬは、水平煙道部４０ｃの延在方向（方向Ｘ）に対する垂直な平面である。

本実施形態に係るホッパ構造物８０は、邪魔板部９０を有しており、邪魔板部９０の表面９２は、垂直平面ＰＬに対して方向Ｒに向けて傾斜している。従って、邪魔板部９０は、第２ホッパ６２内におけるＰＡの上昇旋回流を遮ることが可能となる。従って、ホッパ構造物８０は、邪魔板部９０により、第２ホッパ６２内からＰＡが出ていくことを抑制して、第２ホッパ６２によりＰＡを適切に捕集することが可能となる。また、邪魔板部９０は、垂直平面ＰＬに対して方向Ｒに向けて傾斜しているため、水平煙道部４０ｃ内で方向Ｘに向かって流れる排ガスＧの流れを抑制せず、排ガスＧを適切に流すことが可能となる。

邪魔板部９０は、表面９２が、水平煙道部４０ｃ（第１排ガス通路）の延在方向、すなわち方向Ｘに平行であることが好ましい。本実施形態に係るホッパ構造物８０は、邪魔板部９０の表面９２が、水平煙道部４０ｃの延在方向に平行であるため、第２ホッパ６２によりＰＡを適切に捕集しつつ、排ガスＧを適切に流すことが可能となる。

邪魔板部９０は、表面９２が、垂直煙道部４０ｄ（第２排ガス通路）の延在方向、すなわち方向Ｚに平行であることが好ましい。本実施形態に係るホッパ構造物８０は、邪魔板部９０の表面９２が、垂直煙道部４０ｄの延在方向に平行であるため、第２ホッパ６２によりＰＡを適切に捕集しつつ、排ガスＧを適切に流すことが可能となる。

邪魔板部９０は、第２ホッパ６２（ホッパ）の一方の側部６２ａ１から、一方の側部６２ａ１に対向する他方の側部６２ｂ１までにわたって設けられていることが好ましい。本実施形態に係るホッパ構造物８０は、邪魔板部９０が、第２ホッパ６２の、側部６２ａ１から側部６２ｂ１にわたって設けられているため、第２ホッパ６２内におけるＰＡの上昇旋回流をより適切に抑制して、第２ホッパ６２によりＰＡをより適切に捕集することができる。

第２ホッパ６２（ホッパ）は、水平煙道部４０ｃ（第１排ガス通路）と垂直煙道部４０ｄ（第２排ガス通路）との接続部７０の底面７２において、鉛直方向の下方（方向Ｚ２）に向けて開口する開口である。邪魔板部９０は、第２ホッパ６２内部に設けられる。本実施形態に係るホッパ構造物８０は、第２ホッパ６２が開口となっており、邪魔板部９０が第２ホッパ６２の内部に設けられているため、第２ホッパ６２によりＰＡをより適切に捕集することができる。

邪魔板部９０は、第２ホッパ６２（ホッパ）内部から、第２ホッパ６２よりも鉛直方向の上方（方向Ｚ１側）にわたって設けられていることが好ましい。本実施形態に係るホッパ構造物８０は、邪魔板部９０が第２ホッパ６２の内部から外部にわたって設けられているため、第２ホッパ６２内におけるＰＡの上昇旋回流を適切に抑制して、第２ホッパ６２によりＰＡをより適切に捕集することができる。

邪魔板部９０は、第２ホッパ６２（ホッパ）よりも鉛直方向の上方（方向Ｚ１側）に突出しないように設けられていることが好ましい。本実施形態に係るホッパ構造物８０は、邪魔板部９０の全体が第２ホッパ６２の内部に設けられているため、第２ホッパ６２によりＰＡを適切に捕集しつつ、排ガスＧをより適切に流すことが可能となる。

また、旋回流抑制構造部８２は、複数の邪魔板部を有することが好ましい。本実施形態に係るホッパ構造物８０は、邪魔板部を複数有するため、第２ホッパ６２によりＰＡをより適切に捕集することが可能となる。

本実施形態に係る煙道４０（排気ダクト）は、水平煙道部４０ｃ（第１排ガス通路）と、垂直煙道部４０ｄ（第２排ガス通路）と、第２ホッパ６２（ホッパ）と、旋回流抑制構造部８２とを有する。この煙道４０は、旋回流抑制構造部８２を有するため、第２ホッパ６２によりＰＡを適切に捕集することが可能となる。

本実施形態に係るボイラ１０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Ｇの流れ方向の下流側に連結される煙道４０（排気ダクト）と、煙道４０に設けられて排ガスＧ中の熱を回収可能な過熱器４１（熱回収部）と、を有する。このボイラ１０は、旋回流抑制構造部８２を有するため、第２ホッパ６２によりＰＡを適切に捕集することが可能となる。

次に、比較例における煙道４０Ｘと、本実施形態における煙道４０とにおいて、排ガスＧ及びＰＡの流れの比較を説明する。比較例における煙道４０Ｘは、図４に示したように、邪魔板部９０を有さず、本実施形態における煙道４０は、本実施形態で説明した邪魔板部９０を有している。

比較例において、排ガスＧは、垂直煙道部４０ｄにおいて、上昇旋回流となる。また、比較例においては、邪魔板部９０が設けられていないため、ＰＡは、第２ホッパ６２内において、上昇旋回流となる。

本実施形態においては、邪魔板部９０を垂直平面ＰＬに対して方向Ｒに向けて傾斜するように設けているため、排ガスＧの流れを、邪魔板部が設けられていない比較例と同様の流れに保つようにし、排ガスＧの流れを抑制しない。一方、本実施形態においては、邪魔板部９０を設けているため、比較例のように邪魔板部９０が設けられていない構造に対して、第２ホッパ６２内におけるＰＡの上昇旋回流を抑制する。このように、本実施形態においては、邪魔板部９０により、第２ホッパ６２によりＰＡを適切に捕集しつつ、排ガスＧを適切に流すことが可能となる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態の内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

１０ ボイラ
１１ 火炉
２１，２２，２３，２４，２５ 燃焼バーナ
４０ 煙道（排気ダクト）
４０ｃ 水平煙道部（第１排ガス通路）
４０ｄ 垂直煙道部（第２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（ホッパ）
７０ 接続部
７２ 底面
８０ ホッパ構造物
８２ 旋回流抑制構造部
９０ 邪魔板部
９２ 表面

Claims (10)

1. 排ガスを流動可能な第１排ガス通路と、前記第１排ガス通路に接続され前記第１排ガス通路と交差する鉛直方向の上側に向かって延在する第２排ガス通路との間に設けられて、排ガス中の固体粒子を回収可能なホッパと、
   前記ホッパの底面よりも鉛直方向の上側に設けられる邪魔板部を有する旋回流抑制構造部と、を有し、
   前記邪魔板部は、表面が、前記第１排ガス通路の延在方向に対する垂直な垂直平面に対して、鉛直方向を回転軸として前記垂直平面を回転させる方向側に傾斜している、
   ホッパ構造物。
2. 前記邪魔板部は、表面が、前記第１排ガス通路の延在方向に平行である、請求項１に記載のホッパ構造物。
3. 前記邪魔板部は、表面が、前記第２排ガス通路の延在方向に沿っている、請求項１又は請求項２に記載のホッパ構造物。
4. 前記邪魔板部は、前記ホッパの一方の側部から、前記ホッパの一方の側部に対向する他方の側部までにわたって設けられている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のホッパ構造物。
5. 前記ホッパは、前記第１排ガス通路と前記第２排ガス通路との接続部の底面において、鉛直方向の下方に向けて開口する開口であり、前記邪魔板部は、前記ホッパ内部に設けられる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のホッパ構造物。
6. 前記邪魔板部は、前記ホッパ内部から前記ホッパよりも鉛直方向の上方にわたって設けられている、請求項５に記載のホッパ構造物。
7. 前記邪魔板部は、前記ホッパよりも鉛直方向の上方へ突出しないように設けられている、請求項５に記載のホッパ構造物。
8. 前記旋回流抑制構造部は、複数の前記邪魔板部を有する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のホッパ構造物。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のホッパ構造物と、前記第１排ガス通路と、前記第２排ガス通路と、を有する排気ダクト。
10. 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９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、を有するボイラ。

Images