JP6727960B2 - ダクト構造、ボイラ及び固気二相流からの固体粒子の排除方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば石炭焚きボイラから排出される燃焼排ガスのように、気流中に固体粒子を含む固気二相流を流すダクト構造、ボイラ及び固気二相流からの固体粒子の排除方法に関するものである。

石炭焚きボイラでは、火炉内から石炭の燃焼により燃焼排ガスが排出される。この燃焼排ガス中には、石炭のサイズや組成、物性などは炭種により異なるものの、フライアッシュや高空隙率大径灰（以下、「大径灰」と呼ぶ）と呼ばれる石炭灰（固体粒子）が含まれている。
このうち、フライアッシュは、粒径が数μｍオーダーの非常に細かい粒子である。これに対して、大径灰は、粒径が概ね１ｍｍ以上と比較的大きくなるが、空隙率が高いため見かけ比重の小さい粒子となる。

従来は、図７に示すように、石炭焚きボイラ１００の火炉１０２から排出された燃焼排ガスは石炭灰（固体粒子）が含まれた固気二相流であり、鉄板製のダクトにより形成された煙道１１０を通り、脱硝装置１４０で脱硝等の燃焼排ガスを大気中へ放出するために必要な処理を施した後、図示しない煙突等から大気へ放出される。
煙道１１０は、燃焼排ガスＧの流れ方向上流側、すなわち火炉１０２側から順に、第１水平煙道部１１１、第１垂直煙道部１１２、第２水平煙道部１１３，第２垂直煙道部１１４，第３水平煙道部１１５及び第３垂直煙道部１１６が連続して設けられている。

図示の構成例では、第１垂直煙道部１１２及び第２垂直煙道部１１４の下端部にそれぞれ第１ホッパー１２０及び第２ホッパー１３０が設置され、火炉１０２から燃焼排ガスとともに飛散してくる大径灰１５０を回収する。さらに、第３垂直煙道部１１６には、燃焼排ガスＧを通過させて脱硝処理を行う脱硝装置１４０が設置されている。

脱硝装置１４０は、例えば格子状酸化チタン担体の上に二酸化バナジウムを担持した脱硝剤（脱硝触媒）をパレットに入れ、このパレットを装置内に多数配置しておく構成となっている。

このような煙道１１０において、火炉１０２から飛散してくる固体粒子である大径灰１５０の一部は、第１ホッパー１２０、第２ホッパー１３０で回収されず、燃焼排ガスＧの流れに乗って脱硝装置１４０まで到達することがある。すると、格子状の脱硝触媒が大径灰１５０によって目詰まりし、煙道１１０の有効流路断面積が低下して圧力損失を上昇させてしまうとともに、脱硝性能が低下する。

このような脱硝触媒の目詰まりを防止するため、例えば下記の特許文献１に示すように、第１ホッパー１２０の下流側煙道内に金網状の捕集用スクリーン１６０を設置することが開示されている。
しかし、第１ホッパー１２０の下流側煙道内に設置された捕集用スクリーン１６０は、捕集用スクリーン１６０自体に摩耗や詰まりを生じることにより、スクリーン交換等が必要となり、メンテナンスが煩雑化して運転コストを押し上げる原因となる。

これに対し、特許文献２には、ホッパーの流れ方向上流側又は下流側で固体粒子が衝突する部分に、鉄板より反発係数の小さい低反発構造部を設ける構成が開示されている。
このような構成によれば、低反発構造部に衝突した固体粒子の反発量が低下し、ホッパー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ので、ホッパーにおける固体粒子の捕集率が向上する。

特開平２−９５４１５号公報 特開２０１５−４９０２８号公報

しかしながら、固体粒子である大径灰１５０は、低反発構造部以外の、ホッパーの傾斜面に衝突することや、さらには煙道内に堆積した灰等に衝突することでも、反発方向によっては燃焼排ガスＧの流れに乗って、ダクト下流側へと搬送され、脱硝装置１４０まで到達することがあることが判明した。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ホッパーにおける固体粒子の捕集率を向上させて、固体粒子のダクト下流側への流出を低減できるダクト構造、ボイラ及び固気二相流からの固体粒子の排除方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のダクト構造、ボイラ及び固気二相流からの固体粒子の排除方法は以下の手段を採用する。
本発明に係るダクト構造は、気流中に固体粒子を含む固気二相流を流すダクト構造であって、前記気流が水平方向に流れる横方向ダクトと、前記横方向ダクトにおいて前記気流の流れ方向下流側の終端部に連続して設けられ、前記気流が鉛直方向上方に向かって流れる縦方向ダクトと、前記横方向ダクトの前記終端部の鉛直方向下方に設けられ、前記気流から前記固体粒子を回収するホッパーと、を備え、前記縦方向ダクトにおいて前記流れ方向下流側に位置する側面の鉛直方向下部が、前記側面の鉛直方向上部に対して前記流れ方向下流側にオフセットすることで形成された流路拡大部と、前記ホッパーの鉛直方向上部に設けられたホッパー部において前記流れ方向下流側に形成され、前記流れ方向上流側の傾斜面よりも水平方向に対する傾斜角が小さく設定された緩傾斜面と、前記ホッパー部における前記流れ方向下流側の前記緩傾斜面の鉛直方向上端と前記側面の鉛直方向下端との間に形成された前記流れ方向に延在する平面部と、を備えることを特徴とする。

このようなダクト構造によれば、縦方向ダクトの鉛直方向下部に流路拡大部が形成されているため、この流路拡大部において気流の流速が低下し、気流とともに流れてきた固体粒子が、縦方向ダクト内を鉛直方向上向きに流れにくくなる。
また、平面部上に溜まった固体粒子は、気流中の固体粒子と衝突して再び気流中に取り込まれて、後流側へと搬送されてしまうことになる。本発明ではホッパー部の流れ方向下流側に緩傾斜面が形成されているため、ホッパー部は、流れ方向下流側の鉛直方向上端が、縦方向ダクトの流れ方向下流側の側面に近づく。これにより、縦方向ダクトの側面とホッパー部の鉛直方向上端との間に形成される流れ方向に延在する平面部の長さを小さく抑え、平面部上に固体粒子が溜まりにくくなり、溜まった固体粒子の量は少なくなる。このため平面部上に溜まった少ない固体粒子に、気流中の固体粒子が衝突して再び気流中に取り込まれて、後流側へと搬送されることを抑制する。
さらに、ホッパー部は、緩傾斜面を形成することで、上端開口面積を拡大することができ、固体粒子を回収しやすくなる。
さらに、縦方向ダクトの側面とホッパー部の鉛直方向上端との間に流れ方向に延在する平面部を形成することで、流路拡大部を形成する側面の鉛直方向下部を、側面の鉛直方向上部に対して横方向ダクトの流れ方向下流側に大きくオフセットさせつつ、緩傾斜面の傾斜角度が固体粒子の安息角以上になる構成とすることが出来て固体粒子が緩傾斜面に堆積するのを抑えることができる。
また、ホッパー部と縦方向ダクトの側面との間に流れ方向に延在する平面部を形成することで、ダクトの設置、ホッパー部の改造やメンテナンス等を行う際に、足場の一端を平面部に設置し足場の他端をダクトの下面に設置することができ、作業性が向上する。

上記の発明において、前記緩傾斜面は、前記ホッパー部の鉛直方向上部の所定範囲に形成され、前記ホッパー部の鉛直方向下部に、前記緩傾斜面よりも水平方向との傾斜角が大きく設定された下部傾斜面が形成されていることが好ましい。
この場合、緩傾斜面がホッパー部の鉛直方向上部の所定範囲のみに形成されているため、ホッパー部の鉛直方向下部においては水平方向との傾斜角度が大きくなり、固体粒子が速やかに落下し、ホッパーの排出口からの固体粒子の排出を円滑に行うことができる。
また、緩傾斜面の範囲を限定し緩傾斜面の面積が減少するため、気流中の固体粒子が緩傾斜面で跳ね返って縦方向ダクトを鉛直方向上方に向かう量を抑えることができる。
さらに、既存のホッパーを改造して上記ダクト構造を実現する場合、ホッパー部の鉛直方向上部の所定範囲のみを緩傾斜面に改造すれば良く、改造コストを抑えることができる。

上記の発明において、前記緩傾斜面は、前記ホッパー部の鉛直方向下部の所定範囲に形成され、前記ホッパー部の鉛直方向上部に、前記緩傾斜面よりも水平方向との傾斜角が大きく設定された上部傾斜面が形成されていることが好ましい。
この場合、ホッパー部の上部傾斜面は水平方向との傾斜角が大きいため、ホッパー部の鉛直方向上部の所定範囲にある上部傾斜面では、横方向ダクトを通ってきた気流中の固体粒子が衝突して跳ね返っても、鉛直方向上方の縦方向ダクト側に跳ね返りにくくなり、再び気流中に取り込まれることを抑制する。

上記の発明において、前記ホッパー部において、前記流れ方向下流側の鉛直方向上部の所定範囲に、前記平面部に対して鉛直方向下方に窪む段部が形成されていることが好ましい。
この場合、ホッパー部の鉛直方向上部に、横方向ダクトを通ってきた気流中の固体粒子が入り込んで衝突しても、鉛直方向上方の縦方向ダクト側に跳ね返りにくくなり、再び気流中に取り込まれることを抑制する。

上記の発明において、前記流路拡大部の前記側面に設けられ、前記側面を形成する材料よりも反発係数が小さく、鉛直方向より所定の角度で斜め下方に傾斜した低反発部をさらに備えることが好ましい。
この場合、横方向ダクトを通ってきた気流中の固体粒子が低反発部に衝突すると、低反発部における跳ね返り量が小さく、しかも鉛直方向斜め下方を向いているため、鉛直方向上方の縦方向ダクト側に跳ね返りにくくなり、再び気流中に取り込まれることを抑制する。

本発明に係るボイラは、上記のダクト構造を備える。

本発明に係る固気二相流からの固体粒子の排除方法は、上記のダクト構造を備えるダクトに対し、前記気流として固体粒子を含む固気二相流を流すことで、前記気流中から前記固体粒子を排除する。

上述した本発明によれば、ホッパーにおける固体粒子の捕集率を向上させて、固体粒子のダクト下流側への流出を低減できる。

本発明に係るダクト構造の一実施形態として、石炭焚きボイラの煙道を示す縦断面図である。 本発明の第１実施形態におけるダクト構造を適用した煙道の一部を示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態におけるダクト構造を適用した煙道の一部を示す縦断面図である。 本発明の第３実施形態におけるダクト構造を適用した煙道の一部を示す縦断面図である。 本発明の第４実施形態におけるダクト構造を適用した煙道の一部を示す縦断面図である。 本発明の第５実施形態におけるダクト構造を適用した煙道の一部を示す縦断面図である。 従来のダクト構造例として、石炭焚きボイラの煙道を示す縦断面図である。

〔第１実施形態〕
以下に、本発明に係るダクト構造の第１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るダクト構造を備える煙道（ダクト）１０は、石炭焚きボイラ１の火炉２から排出された固気二相流の燃焼排ガスを、図示しない煙突等に流すものである。煙道１０は、鉄板製のダクトにより形成された燃焼排ガスＧの流路を形成し、一般的には矩形断面を有している。火炉２から排出される燃焼排ガスＧは、フライアッシュや大径灰と呼ばれる石炭灰（固体粒子）を含む固気二相流であり、煙道１０を通る際に脱硝装置４で脱硝等の燃焼排ガスを大気中へ放出するために必要な処理を施した後、図１中に矢印で示すように流れて図示しない煙突等から大気へ放出される。
なお以下の説明で、上向きとは鉛直方向上向きを、下向きとは鉛直方向下向きを示し、それぞれを上向き、下向きと記載する。上部と下部や、上端と下端も同様である。

煙道１０は、燃焼排ガスＧの流れ方向上流側となる火炉２側から順に、第１水平煙道部１１、第１垂直煙道部１２、第２水平煙道部（横方向ダクト）１３，第２垂直煙道部（縦方向ダクト）１４，第３水平煙道部１５及び第３垂直煙道部１６が連続して設けられている。

煙道１０は、下向きの速度成分を有する燃焼排ガスＧが流れる第１垂直煙道部１２の下端部に第１ホッパー２０Ａを備え、さらに、上向きの速度成分を有する燃焼排ガスＧが流れる第２垂直煙道部１４の下端部に第２ホッパー（ホッパー）３０Ａを設置している。そして、燃焼排ガスが下向きに流れる第３垂直煙道部１６には、燃焼排ガスを通過させて脱硝処理を行う脱硝装置４を設置している。

第１ホッパー２０Ａ及び第２ホッパー３０Ａは、主として燃焼排ガスＧ中に含まれる固体粒子のうち、大径灰の回収を目的として設置されたものである。なお、非常に粒径の小さいフライアッシュについては、燃焼排ガスＧの気流からほとんど分離されることはなく、従って、大径灰のように第１ホッパー２０Ａ及び第２ホッパー３０Ａで回収されることなく煙道１０内を流れてゆき、脱硝装置４を通過して更に下流側で図示しない集塵装置などで除去する。

図２に示すように、第２水平煙道部１３には、燃焼排ガスＧが流れ方向Ｆへと流れている。本実施形態では便宜上、流れ方向Ｆは水平方向とする。流れ方向Ｆは水平方向に限定されるものではなく第２水平煙道部１３の配置方向で決定される。第２垂直煙道部１４は、第２水平煙道部１３において燃焼排ガスＧの流れ方向下流側の終端部１３ｅに連続して設けられ、燃焼排ガスＧが鉛直方向上方に向かって流れる。第２垂直煙道部１４は、第２水平煙道部１３における燃焼排ガスＧの流れ方向Ｆの下流側の側壁面１４ｓの下部側壁面に、側壁面１４ｓの上部側壁面（上部）１４ｔよりも、流れ方向Ｆの下流側（図２における紙面右方）に張り出した下部側壁面（下部）１４ｕが形成されている。下部側壁面１４ｕは、鉛直面内に位置し、第２水平煙道部１３の下面１３ｂから、少なくとも第２水平煙道部１３の上面１３ｔと等しいか、又は上面１３ｔよりも所定高さだけ高い位置まで連続して形成されている。所定高さは第２垂直煙道部１４の周辺構造物に干渉しない位置であり、第２垂直煙道部１４の全長の半分以下として第３水平煙道部１５へ向かう燃焼排ガスＧの流れに乱れや偏流の影響を少なくする。
また、下部側壁面１４ｕと上部側壁面１４ｔとの間には、上方に向かって漸次流れ方向Ｆの下流側に向かい、第２垂直煙道部１４の流路面積を漸次縮小するよう傾斜した傾斜面１４ｋが形成されている。

このようにして、第２垂直煙道部１４は、下部側壁面１４ｕが上部側壁面１４ｔよりも流れ方向Ｆの下流側にオフセットしているので、第２水平煙道部１３と連結する第２垂直煙道部１４の下部に、煙道断面積が拡大された流路拡大部Ｘが形成されている。

第２ホッパー３０Ａは、第２水平煙道部１３の終端部１３ｅの鉛直方向下方に設けられる。第２ホッパー３０Ａは、下端部に形成された開閉可能な排出口３１と、排出口３１から上方に向かって漸次拡径するすり鉢状又は錘状のホッパー部３２Ａを有している。ホッパー部３２Ａは、流れ方向Ｆの上流側に、水平方向に対して大径灰の安息角（例えば４５°）よりも大きな傾斜角θ１（例えばθ１＝６０°）で傾斜した上流側傾斜面（傾斜面）３３を有している。ホッパー部３２Ａは、流れ方向Ｆの下流側に、上流側傾斜面３３の傾斜角θ１よりも小さな傾斜角θ２で水平方向に対して傾斜した下流側傾斜面（緩傾斜面）３４Ａを有している。このような下流側傾斜面３４Ａの傾斜角θ２は、例えば、４５°より大きく、６０°より小さくするのが好ましい。このようにして、第２ホッパー３０Ａは、排出口３１の中心を含む鉛直方向に沿う中心線Ｃに対し、非対称の傾斜面で形成されている。

第２ホッパー３０Ａの下流側傾斜面３４Ａの上端３４ｔに連続して、第２水平煙道部１３の下面１３ｂと同じ高さに、流れ方向Ｆの下流側に向かって延び、下部側壁面１４ｕの下端に接続され、流れ方向Ｆ（本実施形態では水平方向）に延在する平面部１８が形成されている。
ここで、上部側壁面１４ｔに対する、下部側壁面１４ｕの流れ方向Ｆ（本実施形態では水平方向）に沿った張り出し寸法Ｌ２は、例えば、３〜５ｍ程度とすることができる。平面部１８の流れ方向Ｆに沿った長さＬ１は、上部側壁面１４ｔに対する下部側壁面１４ｕの流れ方向Ｆに沿った張り出し寸法Ｌ２に対し、１０〜１００％に設定するのが好ましい。長さＬ１の寸法Ｌ２に対するさらに好ましい範囲は、１５〜７５％である。
平面部１８の長さＬ１は寸法Ｌ２以下として、上部側壁面１４ｔから重力落下する固体粒子である大径灰を第２ホッパー３０Ａの下流側傾斜面３４Ａで受け止めるようにするのが好ましい。また長さＬ１が大きすぎると、平面部１８上に石炭灰（固体粒子）が溜まって傾斜面Ｓを形成し、第２水平煙道部１３を、燃焼排ガスＧの気流とともに流れてきた大径灰が傾斜面Ｓで衝突して上向きに跳ね返ってしまい、再び気流中に取り込まれることがある。したがって、平面部１８の長さＬ１は、なるべく小さく抑えるのが好ましい。その一方で、平面部１８には、煙道１０の設置、改造、メンテナンス等を行うときに、足場の一端を平面部１８に設置し、足場の他端をダクトの下面１３ｂに設置するなどして、足場板を設置することができる。したがって、平面部１８の長さＬ１は、足場板を設置できるだけの寸法を確保するのが好ましい。

上述したダクト構造によれば、第２垂直煙道部１４の下部に流路拡大部Ｘが形成されているため、この流路拡大部Ｘにおいて燃焼排ガスＧの流速が低下し、燃焼排ガスＧとともに流れてきた固体粒子である大径灰を搬送する流体力が低下して、第２垂直煙道部１４内を上向きに流れにくくなる。これにより、大径灰が燃焼排ガスＧの流れから分離して重力方向へ落下しやすくなるとともに、分離した大径灰が再び燃焼排ガスＧの流れに乗って搬送されにくくなる。

また、ホッパー部３２Ａの流れ方向Ｆの下流側に下流側傾斜面３４Ａが形成されているため、ホッパー部３２Ａは、流れ方向Ｆの下流側の上端３４ｔが、第２垂直煙道部１４の流れ方向Ｆ下流側の側壁面１４ｓに近づく。これにより、第２垂直煙道部１４の側壁面１４ｓとホッパー部３２Ａの上端３４ｔとの間に形成される平面部１８の長さＬ１を小さく抑え、平面部１８上に大径灰が溜まりにくくなる。したがって、平面部１８上に溜まった大径灰によって大きな傾斜面Ｓが形成されるのを抑え、燃焼排ガスＧの気流中の大径灰が傾斜面Ｓに衝突して上向きに跳ね返り、再び気流中に取り込まれることを抑えることができる。

さらに、ホッパー部３２Ａは、下流側傾斜面３４Ａを形成することで、上端３４ｔ開口面積を拡大することができ、大径灰を回収しやすくなる。

また、ホッパー部３２Ａと第２垂直煙道部１４の側壁面１４ｓとの間に平面部１８を形成することで、煙道１０の設置、改造、メンテナンス等を行う際に、足場を平面部１８に設置することができ、作業性が向上する。
さらに、第２垂直煙道部１４の側壁面１４ｓとホッパー部３２Ａの上端３４ｔとの間に平面部１８を形成することで、流路拡大部Ｘを形成する側壁面１４ｓの下部側壁面１４ｕを、側壁面１４ｓの上部側壁面１４ｔに対して第２水平煙道部１３の流れ方向Ｆ下流側に大きく張り出させつつ、下流側傾斜面３４Ａの水平方向との傾斜角度が大径灰の安息角以上になる構成とすることが出来て、固体粒子である大径灰が下流側傾斜面３４Ａに堆積することを抑えることができる。

さらに、既設の煙道１０を改造することによって、上記ダクト構造を実現する場合、ホッパー部３２Ａに下流側傾斜面３４Ａを設けるとともに、平面部１８及び下部側壁面１４ｕ、傾斜面１４ｋを形成すればよい。したがって、改造部分を少ない部分に限定することで、低コストな改造で上記ダクト構造を実現することが可能となる。さらに、第２ホッパー３０Ａの排出口３１は移動させる必要がないために排出口３１に接続された図示しない排出機構や排出配管の改造が不要となり、改造コストを抑えることができる。

したがって、第２水平煙道部１３から第２垂直煙道部１４まで燃焼排ガスＧの気流中の大径灰が飛散して下流側へ搬送する確率が低くなる。これにより、第２ホッパー３０Ａにおける大径灰の捕集率を向上させて、煙道１０の下流側への大径灰の搬送を抑制して脱硝装置４での大径灰の堆積を低減することが可能となる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明に係るダクト構造の第２実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記第１実施形態と共通する構成については同符号を付してその説明を省略する。
図３に示すように、本実施形態におけるダクト構造を有した煙道１０は、第２垂直煙道部１４の側壁面１４ｓの下部に、側壁面１４ｓの上部側壁面１４ｔよりも、第２水平煙道部１３における流れ方向Ｆの下流側に張り出した下部側壁面１４ｕが形成されている。

第２水平煙道部１３に設けられた第２ホッパー（ホッパー）３０Ｂは、ホッパー部３２Ｂの下流側傾斜面３４Ｂが、水平方向との傾斜角度が互いに異なる下部傾斜面３５と上部傾斜面（緩傾斜面）３６とを有している。

本実施形態において、排出口３１から上方に延びる下部傾斜面３５は、その水平方向との傾斜角θ３が上流側傾斜面３３の水平方向との傾斜角θ１と同一とされていて、製作と施工を容易にしているが、傾斜角θ１と異なっていても良い。

また、下部傾斜面３５に連続して上方に延びる上部傾斜面３６は、その水平方向との傾斜角θ４が、下部傾斜面３５の傾斜角θ３よりも小さく設定されている。このような上部傾斜面３６の傾斜角θ４は、上記第１実施形態における下流側傾斜面３４Ａと同様、例えば、４５°より大きく、６０°より小さくするのが好ましい。
また、上部傾斜面３６は、ホッパー部３２Ｂの下流側傾斜面３４Ｂの上部の所定範囲にのみに形成されている。ここで、第２ホッパー３０Ｂの鉛直方向に沿う中心線Ｃに沿う高さに対して、上部傾斜面３６の高さが第２ホッパー３０Ｂ全体の高さの５０％以下の範囲（所定範囲）であることが好ましい。
このようにして、第２ホッパー３０Ｂのホッパー部３２Ｂは、排出口３１の中心を含む鉛直方向に沿う中心線Ｃに対し、非対称の傾斜面で形成されている。

また、上記下流側傾斜面３４Ｂの上端３４ｔに連続して流れ方向Ｆの下流側に向かって延び、下部側壁面１４ｕの下端に接続される平面部１８が形成されている。

上述した構成によれば、上部傾斜面３６がホッパー部３２Ｂの下流側傾斜面３４Ｂの上部の所定範囲にのみに形成されているため、上部の所定範囲から外れるホッパー部３２Ｂの下部の下部傾斜面３５においては、水平方向との傾斜角が大きく大径灰が速やかに落下し、第２ホッパー３０Ｂの排出口３１からの大径灰の排出を円滑に行うことができる。
ここで、第２ホッパー３０Ｂの鉛直方向に沿う中心線Ｃに沿う高さに対して、上部傾斜面３６の高さを第２ホッパー３０Ｂ全体の高さの５０％以下とすることで、下部傾斜面３５での大径灰が速やかに落下し大径灰の排出を円滑に行うことができる。
また、第１実施形態で示した下流側傾斜面３４Ａに比較し、上部傾斜面３６を所定範囲内とすることで上部傾斜面３６の面積が減少するため、燃焼排ガスＧの気流中の固体粒子である大径灰が上部傾斜面３６に衝突して跳ね返って第２垂直煙道部１４を上方に向かい再び気流中に取り込まれることを抑えることができる。
また、既存の第２ホッパー３０Ｂを改造して上記ダクト構造を実現する場合、ホッパー部３２Ｂの上部の所定範囲のみを傾斜角θ４が小さな上部傾斜面３６に改造すれば良く、改造コストを抑えることができる。
これにより、第２ホッパー３０Ｂにおける大径灰の捕集率を向上させて、燃焼排ガスＧの気流中の大径灰が飛散して下流側へ搬送する確率が低くなる。これにより、煙道１０の下流側への大径灰の搬送を抑制し、脱硝装置４での大径灰の堆積を低減することが可能となる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明に係るダクト構造の第３実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記第１、第２実施形態と共通する構成については同符号を付してその説明を省略する。
図４に示すように、本実施形態におけるダクト構造を有した煙道１０は、第２垂直煙道部１４の側壁面１４ｓの下部に、側壁面１４ｓの上部側壁面１４ｔよりも、流れ方向Ｆの下流側に張り出した下部側壁面１４ｕが形成されている。

第２水平煙道部１３に設けられた第２ホッパー（ホッパー）３０Ｃは、ホッパー部３２Ｃの下流側傾斜面３４Ｃが、水平方向との傾斜角度が互いに異なる下部傾斜面（緩傾斜面）３７と上部傾斜面３８とを有している。

本実施形態において、排出口３１から上方に延びる下部傾斜面３７は、その水平方向との傾斜角θ５が、上部傾斜面３８の水平方向との傾斜角θ６よりも小さく設定され、下部傾斜面３７がホッパー部３２Ｃの下流側傾斜面３４Ｃの下部の所定範囲にのみに形成されている。
このような下部傾斜面３７の傾斜角θ５は、上記第１実施形態における下流側傾斜面３４Ａと同様、例えば、４５°より大きく、６０°より小さくするのが好ましい。
すなわち、下部傾斜面３７の傾斜角θ５は、水平方向との傾斜角が安息角より大きく、大径灰を速やかに落下し、第２ホッパー３０Ｃの排出口３１からの大径灰の排出を円滑に行うことができる。
また、第２ホッパー３０Ｃの鉛直方向に沿う中心線Ｃに沿う高さに対して、下部傾斜面３７の高さが第２ホッパー３０Ｃ全体の高さの５０％以上の範囲（所定範囲）であることが好ましい。これにより下部傾斜面３７での大径灰が速やかに落下し大径灰の排出を円滑に行うことができる。

このようにして、第２ホッパー３０Ｃのホッパー部３２Ｃは、排出口３１の中心を含む鉛直方向に沿う中心線Ｃに対し、非対称の傾斜面で形成されている。

また、上記下流側傾斜面３４Ｃの上端３４ｔに連続して、流れ方向Ｆの下流側に向かって延び、下部側壁面１４ｕの下端に接続される平面部１８が形成されている。

上述した構成によれば、下部の所定範囲から外れるホッパー部３２Ｃの上部傾斜面３８は水平方向との傾斜角θ６が大きいため、ホッパー部３２Ｃの上部において、第２水平煙道部１３を通ってきた燃焼排ガスＧの気流中の大径灰が衝突して跳ね返っても、上方の第２垂直煙道部１４側に跳ね返り再び気流に取り込まれにくくなる。
これにより、第２ホッパー３０Ｃにおける大径灰の捕集率を向上させて、燃焼排ガスＧの気流中の大径灰が飛散して下流側へ搬送する確率が低くなる。これにより、煙道１０の下流側への大径灰の搬送を抑制し、脱硝装置４での大径灰の堆積を低減することが可能となる。
ここで、下部傾斜面３７の高さが第２ホッパー３０Ｃ全体の高さの５０％以上とすることで、下部傾斜面３７での大径灰が速やかに落下し大径灰の排出を円滑に行うことができる。

〔第４実施形態〕
次に、本発明に係るダクト構造の第４実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記第１〜第３実施形態と共通する構成については同符号を付してその説明を省略する。
図５に示すように、本実施形態におけるダクト構造を有した煙道１０は、第２垂直煙道部１４の側壁面１４ｓの下部に、側壁面１４ｓの上部側壁面１４ｔよりも、流れ方向Ｆの下流側に張り出した下部側壁面１４ｕが形成されている。

第２水平煙道部１３に設けられた第２ホッパー（ホッパー）３０Ｄは、上記第２実施形態の第２ホッパー３０Ｂと同様、ホッパー部３２Ｄの下流側傾斜面３４Ｄが、水平方向との傾斜角度が互いに異なる下部傾斜面３５と上部傾斜面３６とを有している。

さらに、下流側傾斜面３４Ｄの上端部には、凹部（段部）４０が形成されている。凹部４０は、上部傾斜面３６から流れ方向Ｆに沿って下流側に延びる底面４１と、底面４１から上方に延びる側面４２と、を有する。
このようにして、第２ホッパー３０Ｄのホッパー部３２Ｄは、排出口３１の中心を含む鉛直方向に沿う中心線Ｃに対し、非対称に形成されている。
ここで、第２ホッパー３０Ｄの鉛直方向に沿う中心線Ｃに沿う高さに対して、凹部４０の高さが第２ホッパー３０Ｄ全体の高さの５０％以下の範囲（所定範囲）であることが好ましい。これにより下部傾斜面３５と上部傾斜面３６での大径灰が速やかに落下し大径灰の排出を円滑に行うことができる。

また、上記下流側傾斜面３４Ｄの上端３４ｔに連続して流れ方向Ｆの下流側に向かって延び、下部側壁面１４ｕの下端に接続される平面部１８が形成されている。

上述したような構成によれば、ホッパー部３２Ｄにおいて、流れ方向Ｆの下流側の上部に、平面部１８に対して下方の所定範囲に窪む凹部４０が形成されている。これにより、ホッパー部３２Ｄの上部に、第２水平煙道部１３を通ってきた燃焼排ガスＧの気流中の固体粒子である大径灰が入り込んで衝突しても、上方の第２垂直煙道部１４側に跳ね返り再び気流に取り込まれにくくなる。
これにより、第２ホッパー３０Ｄにおける大径灰の捕集率を向上させて、燃焼排ガスＧの気流中の大径灰が飛散して下流側へ搬送する確率が低くなる。これにより、煙道１０の下流側への大径灰の搬送を抑制し、脱硝装置４での大径灰の堆積を低減することが可能となる。
また、第２ホッパー３０Ｄの鉛直方向に沿う中心線Ｃに沿う高さに対して、凹部４０の高さが第２ホッパー３０Ｄ全体の高さの５０％以下とすることで、下部傾斜面３５と上部傾斜面３６での大径灰が速やかに落下し大径灰の排出を円滑に行うことができる。

なお、ホッパー部３２Ｄの形状に代えて、第１実施形態で示したホッパー部３２Ａ、第３実施形態で示したホッパー部３２Ｃ等、他の形状であってもよい。

〔第５実施形態〕
次に、本発明に係るダクト構造の第５実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記第１〜第４実施形態と共通する構成については同符号を付してその説明を省略する。
図６に示すように、本実施形態におけるダクト構造を有した煙道１０は、第２垂直煙道部１４の側壁面１４ｓの下部に、側壁面１４ｓの上部側壁面１４ｔよりも、流れ方向Ｆの下流側に張り出した下部側壁面１４ｕが形成されている。

また、第２ホッパー３０Ｂのホッパー部３２Ｂの下流側傾斜面３４Ｂの上端３４ｔに連続して、流れ方向Ｆの下流側に向かって延び、下部側壁面１４ｕの下端に接続される平面部１８が形成されている。

下部側壁面１４ｕには、低反発部５０が設けられている。
低反発部５０は、全体としてパネル状をなし、ブラケット５１を介して下部側壁面１４ｕに取り付けられている。低反発部５０と下部側壁面１４ｕとの間には、空間部５２が形成されている。

低反発部５０は、下部側壁面１４ｕ等、低反発部５０の周囲の部材を形成する材料、例えば鉄板よりも、反発係数の小さい材料で、燃焼排ガスへの耐熱性のある材質で形成するのが好ましい。鉄板より反発係数の小さい素材としては、ゴム系素材、プラスチック系素材のほか、ステンレススチール、銅、アルミニウム、燐青銅、モネル、高耐食合金（ＨＣ−２２，ＨＣ−２７６）、ニッケル基の超合金（インコネル６００、インコネル６０１；登録商標）、ニッケル、ニッケル２０１等がある。

低反発部５０は、ブラケット５１により、上端部５０ｔが下端部５０ｕよりも流れ方向Ｆの上流側に位置するよう、燃焼排ガスＧの気流中の固体粒子である大径灰が低反発部５０に衝突し反発する面が鉛直方向に対して下向きに傾斜して設けられている。低反発部５０は、鉛直面に対し、例えば１０〜２０°の角度範囲内で下向きに傾斜させるのが好ましい。
また、低反発部５０は、下部側壁面１４ｕの高さＨ１に対し、下部側壁面１４ｕの上端から下方に向かって、高さＨ１の０．７５倍程度の高さＨ２を有するように設けるのが好ましい。高さＨ２は高さＨ１の０．７５倍より小さい場合、燃焼排ガスＧの気流中の固体粒子である大径灰が低反発部５０に衝突する割合が低下して効果が低減する。高さＨ２が高さＨ１の０．７５倍より大きい場合、更なる飛散低減効果の向上は期待できず、設置コストが増加するだけとなり好ましくない。

このような低反発部５０に衝突した大径灰は、下部側壁面１４ｕ等を形成する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、反発量が抑えられて第２ホッパー３０Ｂに回収される確率が高くなる。さらに、低反発部５０が下向きに傾斜しているので、反発した大径灰は、下方に跳ね返り、第２ホッパー３０Ｂに回収される確率が高くなる。

また、低反発部５０は、例えば、多数の開口部（図示無し）を有した金網、グレーチング、多孔板、簾構造（鎧戸）等のように、大径灰が通過できる大きさの開口部を多数備えたものから形成しても良い。この場合、低反発部５０の開口部の大きさは、回収すべき大径灰の粒径よりも大きく設定される。

このような低反発部５０においては、開口部（図示無し）を通過した大径灰が、下部側壁面１４ｕに衝突して反発するが、この後、低反発部５０の背面側に再度衝突する確率が高い。このため、低反発部５０の背面側に衝突した大径灰は、空間部５２を落下し、最終的に第２ホッパー３０Ｂに回収される。

上述したように、第２水平煙道部１３を通ってきた燃焼排ガスＧの気流中の固体粒子である大径灰が低反発部５０に衝突すると、再び気流に取り込まれる大径灰の量が少なく、しかも斜め下方を向いているため、上方の第２垂直煙道部１４側に跳ね返り再び気流に取り込まれにくくなる。
これにより、第２ホッパー３０Ｂにおける大径灰の捕集率を向上させて、燃焼排ガスＧの気流中の大径灰が飛散して下流側へ搬送する確率が低くなる。これにより、煙道１０の下流側の大径灰の下流側への搬送を抑制し、脱硝装置４での大径灰の堆積を低減することが可能となる。

なお、上記第５実施形態で、低反発部５０は、鉛直方向や水平方向に複数枚を並べて設けてもよい。

なお、上記実施形態において、燃焼排ガスとしての気流中に固体粒子を含む固気二相流を、石炭焚きボイラ１の火炉２から排出される石炭灰としたが、本実施形態のダクト構造を採用したダクトは、例えば固体粒子として、煤、鉄粉、ディーゼル排気微粒子及び未燃粒子を含む各種の気流を流す装置に適用可能である。
また、本明細書中において、「鉛直方向」、「水平方向」との文言を用いているが、必ずしも絶対的な「鉛直方向」、「水平方向」のみに限定する意図はなく、一般的な概念における「縦方向（上下方向）」、「横方向」の範疇を含んでいる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

１０ 煙道（ダクト）
１３ 第２水平煙道部（横方向ダクト）
１３ｅ 終端部
１４ 第２垂直煙道部（縦方向ダクト）
１４ｓ 側壁面（側面）
１４ｔ 上部側壁面（上部）
１４ｕ 下部側壁面（下部）
１８ 平面部
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ 第２ホッパー（ホッパー）
３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ ホッパー部
３３ 上流側傾斜面（傾斜面）
３４Ａ 下流側傾斜面（緩傾斜面）
３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄ 下流側傾斜面
３４ｔ 上端
３５ 下部傾斜面
３６ 上部傾斜面（緩傾斜面）
３７ 下部傾斜面（緩傾斜面）
３８ 上部傾斜面
４０ 凹部（段部）
５０ 低反発部
Ｘ 流路拡大部

Claims (7)

1. 気流中に固体粒子を含む固気二相流を流すダクト構造であって、
   前記気流が水平方向に流れる横方向ダクトと、
   前記横方向ダクトにおいて前記気流の流れ方向下流側の終端部に連続して設けられ、前記気流が鉛直方向上方に向かって流れる縦方向ダクトと、
   前記横方向ダクトの前記終端部の鉛直方向下方に設けられ、前記気流から前記固体粒子を回収するホッパーと、を備え、
   前記縦方向ダクトにおいて前記流れ方向下流側に位置する側面の鉛直方向下部が、前記側面の鉛直方向上部に対して前記流れ方向下流側にオフセットすることで形成された流路拡大部と、
   前記ホッパーの鉛直方向上部に設けられたホッパー部において前記流れ方向下流側に形成され、前記流れ方向上流側の傾斜面よりも水平方向に対する傾斜角が小さく設定された緩傾斜面と、
   前記ホッパー部における前記流れ方向下流側の前記緩傾斜面の鉛直方向上端と前記側面の鉛直方向下端との間に形成された前記流れ方向に延在する平面部と、
   を備えることを特徴とするダクト構造。
2. 前記緩傾斜面は、前記ホッパー部の鉛直方向上部の所定範囲に形成され、
   前記ホッパー部の鉛直方向下部に、前記緩傾斜面よりも水平方向との傾斜角が大きく設定された下部傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のダクト構造。
3. 前記緩傾斜面は、前記ホッパー部の鉛直方向下部の所定範囲に形成され、
   前記ホッパー部の鉛直方向上部に、前記緩傾斜面よりも水平方向との傾斜角が大きく設定された上部傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のダクト構造。
4. 前記ホッパー部において、前記流れ方向下流側の鉛直方向上部の所定範囲に、前記平面部に対して鉛直方向下方に窪む段部が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のダクト構造。
5. 前記流路拡大部の前記側面に設けられ、前記側面を形成する材料よりも反発係数が小さく、鉛直方向より所定の角度で斜め下方に傾斜した低反発部をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のダクト構造。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のダクト構造を備えるボイラ。
7. 請求項１から５のいずれか１項に記載のダクト構造を備えるダクトに対し、
   前記気流として固体粒子を含む固気二相流を流すことで、前記気流中から前記固体粒子を排除することを特徴とする固気二相流からの固体粒子の排除方法。
   

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