JP7272817B2 - 灰付着性評価装置および灰付着性評価算定方法 - Google Patents

Description

本開示は、固体燃料（微粉燃料）を旋回燃焼方式により燃焼させるボイラ（旋回燃焼ボイラ）に関し、特に、炉内における灰付着の抑制技術に関する。

旋回燃焼ボイラが備える燃焼用のバーナ部は、例えば微粉炭燃料を一次空気（搬送用空気）により供給するための複数のバーナと、これらの各バーナの上下に設けられた二次空気（燃焼用空気）の供給用の複数の二次空気供給用のポートと、を有する。上記の複数のバーナの各々は、ボイラの上下方向（鉛直方向）に沿った１以上の断面（水平断面）上において、例えば平面視において四角などの形状を有する炉内の各コーナ部などに配置されるなど、水平面内の周方向に沿って相互に間隔を開けて配置される。そして、各段（各水平断面）において、各バーナは、火炉の中心に向かう方向からずれた方向に火炎を噴出することにより、火炉内に旋回流を形成するように構成されており、こうして生成された旋回流は、火炉内で旋回しながら螺旋状に上昇していく。

このようなボイラでは、例えば微粉炭などの石炭を燃料に用いる場合には、石炭の燃焼時に生じる灰が炉内や火炉壁管（蒸発管）や各種の伝熱管の伝熱面などに付着し、伝熱効率の低下を引き起こす。また、このような各種設備に付着した付着灰（クリンカ）が成長していくことにより、大塊クリンカの脱落による炉底損傷やバーナの閉塞などのクリンカトラブルが発生する可能性がある。そこで、例えば特許文献１では、灰の付着性が燃料の有する灰分の組成に依存することから、事前に燃料の灰分の組成を分析し、複数の燃料を混ぜることで、灰付着の抑制を図っている。

特許第５３７４４５３号公報

上述の通り、ボイラの炉壁等への灰付着のし易さは、燃料自体が有する灰分の性状にも依存するが、本発明者らは、鋭意研究により、炉壁近傍に存在する高温の灰が多いほど、炉壁への灰付着（クリンカ付着。以下同様。）が生じ易いことを見出した。この点、旋回燃焼ボイラでは、バーナノズル出口流速が速くなるとバーナの火炎長が伸び旋回燃焼の径が大きくなり高温の灰（飛灰。以下同様。）が炉壁近傍へ到達する量が増加し付着し、成長し易くなる。バーナのノズル吹出し部の巻戻りが強くなることによりバーナの周囲に形成されるよどみ部に灰が滞留し付着し易くなる。つまり、このような燃焼灰の付着メカニズムにより、高温で大量の灰が炉壁近傍に存在あるいは滞留することで炉壁への灰付着が生じ易い。また、このような灰付着のメカニズムの生じ易さは、炉内の寸法や、複数のバーナの配置関係の影響を受ける。

よって、発明者らは、燃料が有する灰分の性状と共に、これらの灰付着のメカニズムの各々に起因する灰付着のし易さを個々の旋回燃焼ボイラに応じて総合的に考慮することで、灰付着性の評価対象となるボイラ（評価対象ボイラ）に応じた灰付着のし易さを、灰付着性指標として適切に数値化することが可能になると考えた。このような灰付着性指標が得られれば、ボイラの計画、設計段階や、試運転の段階、実運転の段階などで確認することにより、確認段階に応じて灰付着が抑制されるようにボイラの寸法や、バーナの配置、運転条件、燃料の性状（種類）などを調節することが可能となる。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、炉内への灰の付着のし易さを旋回燃焼ボイラに応じて評価する灰付着性評価装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る灰付着性評価装置は、
旋回燃焼ボイラにおける固体燃料の燃焼時に発生する灰の付着のし易さを数値化した灰付着性指標を算出する灰付着性評価装置であって、
前記灰の性状に基づいて算出される灰性状因子を取得するよう構成された灰性状因子取得部と、
炉壁近傍の前記灰についての、炉内の寸法および前記炉内に供給する空気の流速条件に基づいて算出される灰量因子と、前記炉内の寸法、バーナ配置情報および前記炉内の温度条件に基づいて算出される灰温度因子と、前記炉内の燃焼条件に基づいて算出される還元雰囲気の程度を示す雰囲気因子と、を含む灰付着性因子を取得するよう構成された灰付着性因子取得部と、
前記灰性状因子および前記灰付着性因子に基づいて、評価対象となる前記旋回燃焼ボイラに応じた前記灰付着性指標を算出するよう構成された算出部と、を備える。

上記（１）の構成によれば、灰付着性指標を求めようとする評価対象の旋回燃焼ボイラで用いられる固体燃料（例えば微粉炭）を燃焼させることにより発生する灰の性状（軟化温度など）に起因する灰の付着性（灰性状因子）と、炉壁近傍の灰の量、温度、還元雰囲気に起因する付着性（灰付着性因子）とに基づいて、灰付着性指標を算出する。灰付着性因子は、評価対象ボイラに固有となる炉内の寸法、バーナ配置情報や、運転条件（流速条件、温度条件、燃焼条件、燃料性状）に基づいて算出されるものである。よって、灰性状因子および灰付着性因子に基づいて、評価対象の旋回燃焼ボイラに応じた灰付着のし易さを適切に求めることができる。また、灰付着性指標Ｆを求めることにより、大塊クリンカの脱落による炉底損傷やバーナの閉塞などのクリンカトラブルの発生を防止できるようにボイラの計画や設計することや、試運転時に調節することによるボイラの安定運転を図ることができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記炉内の寸法は、前記炉内の断面積を含み、
前記流速条件は、前記炉内に供給する一次空気および二次空気の各々の流速を含み、
前記灰量因子は、前記炉内の断面積、前記一次空気および前記二次空気の各々の流速に基づいて算出される。

既に述べたように、旋回力が大きくなり、旋回燃焼の径が大きくなると炉壁近傍へ到達する灰の量が増加し易くなることから、旋回力により炉壁近傍の灰量は変化するが、例えばバーナから対向する炉壁への距離が長ければ、その分だけ炉壁近傍に灰が到達し難くなるというように、炉壁近傍へ到達する灰の量はバーナと炉壁との間の距離にも依存する。つまり、旋回力の増大は付着性を増大させるように寄与するが、上記の距離の増大は付着性を小さくさせるように寄与する。

上記（２）の構成によれば、灰量因子を、炉内の断面積と、一次空気および二次空気の各々の流速とに基づいて算出する。つまり、一次空気および二次空気の各々の流速を旋回力の大きさに対応した指標とし、炉断面積をバーナから炉壁への距離の指標とする。よって、これらの指標からボイラに応じた灰量因子を適切に数値化できる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）～（２）の構成において、
前記炉内の寸法は、前記炉内の断面積、炉幅を含み、
前記温度条件は、蒸発量を含み、
前記バーナ配置情報は、バーナの本数、および隣接する前記バーナ間の距離を含み、
前記灰温度因子は、前記炉内の断面積、前記蒸発量、前記バーナの本数、前記バーナ間の距離、および前記炉幅に基づいて算出される。

既に述べたように、バーナの火炎長が伸びると炉壁近傍に存在する灰が高温化し易くなることから、バーナの火炎長が長いほど高温の灰量は増える。また、旋回燃焼では、複数のバーナの各々の火炎により例えば円を描くように複数のバーナを配置されるが、互いに隣接する一方のバーナからの火炎が、他方のバーナの火炎と合体（干渉）すると、空気の混合が不良となり、火炎が伸びる。よって、バーナ間距離が近いほど合体により火炎が伸び易い。しかし、例えばバーナとバーナの火炎が向けられる炉壁との距離が長ければ、伸びた火炎が炉壁から遠ざかる。同様に、バーナ間距離が近いほど合体により火炎が伸びやすいが、炉幅が大きいほど合体した火炎が炉壁から遠ざかる。このため、炉壁近傍の灰の温度は、炉幅やバーナ間距離にも影響する。つまり、バーナの火炎長の増大は付着性を増大させるように寄与するが、炉幅やバーナ間距離の増大は付着性を小さくさせるように寄与する。

上記（３）の構成によれば、灰温度因子を、炉内の断面積、蒸発量、バーナの本数、炉幅、およびバーナ間の距離に基づいて算出する。具体的には、上述したような関係を考慮して得られる、蒸発量およびバーナ本数から求められる一本のバーナあたりの蒸発量、および炉断面積を用いて得られる指標を、炉寸法に対する火炎長の影響に対応した指標とし、炉幅およびバーナ間距離を用いて得られる指標を、火炎同士が伸びる影響に対応した指標とする。よって、これらの指標からボイラに応じた灰温度因子を適切に数値化できる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）～（３）の構成において、
の構成において、
前記燃焼条件は、前記炉内の全空気比から、アディショナルエアの割合を除いた空気比であるバーナ部空気比を含み、
前記雰囲気因子は、前記バーナ部空気比に基づいて算出される。

バーナ部空気比は、全空気比における、アディショナルエアの割合（ＡＡ率）を除いた空気比であり、還元雰囲気の程度を示すが、還元雰囲気は、灰の軟化温度などの溶融温度が低い燃焼成分１の割合が溶融温度の高い燃焼成分２より増加し、全体の灰溶融温度を下げる。そして、溶融温度が下がれば、それだけ灰の付着が生じし易くなる。つまり、バーナ部空気比が大きいほどＡＡ率が増えるので、還元雰囲気が強くなり、灰の溶融温度が下がるため、灰の付着が生じ易くなる。
上記（４）の構成によれば、雰囲気因子を、バーナ部空気比に基づいて算出する。これによって、雰囲気因子を適切に数値化できる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）～（４）の構成において、
前記灰の性状は、前記灰の灰軟化温度を含む。
上記（５）の構成によれば、灰性状因子を灰の灰軟化温度に基づいて算出する。本発明者らは、鋭意研究により、灰の付着性との相関は、灰軟化温度による影響が大きいことを見出した。これによって、灰の性状に基づく付着性を適切に数値化することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）～（５）の構成において、
前記灰が付着する前記炉壁の表面条件に基づく付着面因子を取得するよう構成された付着面因子取得部を、さらに備え、
前記算出部は、前記灰性状因子、前記灰付着性因子および前記付着面因子に基づいて、前記灰付着性指標を算出する。

上記（６）の構成によれば、灰付着性指標を、灰性状因子および灰付着性因子に加えて、付着面因子に基づいて算出する。炉壁の表面は、耐火材施工方法の種類や耐火材の材質などによって、灰の付着のしやすさに影響を及ぼす場合がある。したがって、付着面因子を加味して行うことにより、灰付着性指標をより適切なものにすることができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）～（６）の構成において、
前記灰付着性指標の算出値が規定の閾値以下になるように、前記炉内の寸法、前記バーナ配置情報、前記流速条件、前記温度条件、または前記燃焼条件の少なくとも１つを調節する調節部を、さらに備える。

上記（７）の構成によれば、灰付着性指標が規定の閾値以下になるように、例えば、炉内の寸法（炉内の断面積）や、バーナの配置（本数、バーナ間距離など）、運転条件（流速条件、温度条件、燃焼条件、燃料性状）などを調節する。これによって、炉壁への灰付着の抑制が可能な炉の寸法や、バーナの配置、運転条件を決定することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の構成において、
前記調節部は、前記灰付着性指標の算出値が前記閾値よりも大きい場合には、前記炉内に供給する一次空気または二次空気の少なくとも一方の流速が小さくなるように調節する。

上記（８）の構成によれば、調節部は、灰付着性指標が規定の閾値以下になるように、一次空気または二次空気の少なくとも一方の流速を小さくする。一次空気または二次空気の流速は試運転時や実運転時などの運転時であっても調節可能である。よって、灰付着性指標が規定の閾値以下になるように、一次空気または二次空気の流速を調節することにより、灰付着の抑制をより容易に図ることができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（７）～（８）の構成において、
前記調節部は、前記灰付着性指標の算出値が前記閾値よりも大きい場合には、前記炉内の全空気比におけるアディショナルエアの割合が小さくなるように調節する。

上記（９）の構成によれば、調節部は、灰付着性指標が規定の閾値以下になるように、ＡＡ率を調節する。ＡＡ率は運転時であっても調節可能である。よって、灰付着性指標が規定の閾値以下になるように、ＡＡ率を調節することにより、灰付着の抑制をより容易に図ることができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（７）～（９）の構成において、
前記調節部による調節結果を、前記旋回燃焼ボイラの運転制御装置または報知装置の少なくとも一方に送信する通知部を、さらに備える。

上記（１０）の構成によれば、灰付着性指標が規定の閾値以下になるように調節した際に、変更された流速条件、温度条件、燃焼条件のディスプレイへの表示や、旋回燃焼ボイラの運転制御装置への送信などを行う。これによって、オペレータに対して、灰付着が抑制されるような運転を促すことや、旋回燃焼ボイラの運転制御を自動で行うことができる（灰化した後に固まらないようにするための運転操作となる指標をオペレータに通知）。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）～（１０）の構成において、
互いに燃料性状の異なる複数の前記固体燃料の各々についての前記燃料性状と前記灰付着性指標との関係を記憶する履歴記憶部と、
前記複数の固体燃料から得られる複数の前記関係に基づいて、任意の前記燃料性状を有する前記固体燃料の前記灰付着性指標を予測する予測部と、をさらに備える。

上記（１１）の構成によれば、複数の固体燃料に関する燃料性状と灰付着性指標との関係に基づいて、任意の燃料性状を有する固体燃料についての灰付着性指標を予測する。これによって、固体燃料の性状が運転中などの変化した場合に、灰付着性指標をより迅速に求めることができ、燃料性状の変更による影響を迅速に見極めることができる。また、灰付着性指標とクリンカ発生との関係などの過去に得られた運転実績等を参照すれば、灰付着性指標の予測値に基づいて、その任意の燃料性状を有する固体燃料で運転した場合のクリンカの発生を予測することが可能となり、クリンカ落下等のトラブルの頻度を低下させることができる。

（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係る灰付着性評価算定方法は、
旋回燃焼ボイラにおける固体燃料の燃焼時に発生する灰の付着のし易さを数値化した灰付着性指標を算出する灰付着性評価算定方法であって、
前記灰の性状に基づいて算出される灰性状因子を取得する灰性状因子取得ステップと、
炉壁近傍の前記灰についての、炉内の寸法および前記炉内に供給する空気の流速条件に基づいて算出される灰量因子と、前記炉内の寸法、バーナ配置情報および前記炉内の温度条件に基づいて算出される灰温度因子と、前記炉内の燃焼条件に基づいて算出される還元雰囲気の程度を示す雰囲気因子と、を含む灰付着性因子を取得する灰付着性因子取得ステップと、
前記灰性状因子および前記灰付着性因子に基づいて、評価対象となる前記旋回燃焼ボイラに応じた前記灰付着性指標を算出する算出ステップと、を備える。
上記（１２）の構成によれば、上記（１）と同様の効果を奏する。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、炉内への灰の付着のし易さを旋回燃焼ボイラに応じて評価する灰付着性評価装置が提供される。

本発明の一実施形態に係る旋回燃焼ボイラを概略的に示す図である。 本発明の他の一実施形態に係る旋回燃焼ボイラにおけるバーナの配置を示す図である。 本発明の一実施形態に係る旋回燃焼ボイラにおけるバーナの配置を示す図である。 本発明の一実施形態に係る灰付着性評価装置の構成を概略的に示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る灰性状因子と灰軟化温度との関係を示す図である。のグラフを示す図である。 本発明の一実施形態に係る流速条件の違いに応じた灰の流れを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る灰付着性指標と炉断面積との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る灰付着性評価算定方法を示すフロー図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る旋回燃焼ボイラ７を概略的に示す図である。また、図２Ａ～図２Ｂは、それぞれ、本発明の一実施形態に係る旋回燃焼ボイラ７におけるバーナ８１の配置を示す図である。

本発明の灰付着性評価装置１は、旋回燃焼ボイラ７における燃料Ｆｃ（固体燃料）の燃焼時に発生する灰の付着のし易さを数値化した灰付着性指標Ｆを算出するための装置である。この灰付着性評価装置１が評価対象とする旋回燃焼ボイラ７は、図１に示すように、燃料Ｆｃを燃焼するための燃焼室を内部に有する火炉７１と、この火炉内に燃料Ｆｃおよび空気を供給して燃焼させるためのバーナ部８と、を備える。図１に示す旋回燃焼ボイラ７は、ミル装置９４によって微粉化された石炭（微粉炭）を燃料Ｆｃとして、蒸気を生成する微粉炭炊きのボイラである。この旋回燃焼ボイラ７は、例えば、伝熱管群７５の内部を流れる流体（水など）の熱を利用する給湯システムの熱源として利用されても良いし、伝熱管群７５の流体の加熱により発生させた蒸気によりタービン（不図示）を駆動して発電を行う発電システムの蒸気供給源として利用されても良い。

以下の説明では、旋回燃焼ボイラ７が微粉炭炊きのボイラであるものとして説明する。なお、旋回燃焼ボイラ７の燃料Ｆｃは、バイオマス燃料などのリサイクル燃料および石炭燃料などの化石燃料など、２以上の複数種類の燃料で構成されても良い。バイオマス燃料は、例えば木材チップなどの木質バイオマスなど、再生可能な生物由来の有機性資源であって化石資源を除いたものを原料とする燃料である。リサイクル燃料は、上記の木質バイオマスや、廃タイヤ、スラッジ、ＲＰＦ（Ｒｅｆｕｓｅ Ｐａｐｅｒ ａｎｄ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｆｕｅｌ）などを原料とする燃料である。複数種類の燃料には、上述したリサイクル燃料の少なくとも１つが含まれていても良いし、高品位炭、低品位炭などの石炭に関する複数種類の燃料が含まれていても良い。

図１に示す旋回燃焼ボイラ７について詳述すると、上記のバーナ部８は、上記のミル装置９４から一次空気Ａ１（搬送用空気）により搬送されてきた微粉炭を炉内（燃焼室。以下同様。）に供給する複数のバーナ８１と、これらの各バーナ８１の上下に設けられた二次空気Ａ２（燃焼用空気）の供給用の複数の二次空気供給用の二次空気ポート（不図示）と、を有している。なお、一次空気Ａ１は、燃料Ｆｃの微粉炭を搬送するために必要な空気であり、ミル装置９４において空気量が規定される。二次空気Ａ２は、炉内において火炎全体を形成するために必要となる空気であり、二次空気量は、概ね微粉炭の燃焼に必要な全空気量から一次空気量を差し引いたものとなる。

上記の各バーナ８１は、水平断面が四角形状を有する火炉７１（図２Ａ～図２Ｂ参照）の四隅（角部）の各々を含む所定の部分である４つのコーナ部７１ｃにそれぞれ設置される。具体的には、幾つかの実施形態では、図２Ａに示すように、各バーナ８１は、各コーナ部７１ｃを形成する、互いに異なる方向を向く２つの炉壁（火炉壁）により形成される角部に設置されても良い。図２Ａに示す実施形態では、各コーナ部７１ｃ（角部）に設置された４本のバーナ８１により、四角形状の旋回流を形成するように構成されている。他の幾つかの実施形態では、図２Ｂに示すように、各バーナ８１は、各コーナ部７１ｃを形成する上記の２つの炉壁における上記の角部以外の部分に設置されても良い。図２Ｂに示す実施形態では、各コーナ部７１ｃ（角部以外）に設置された４本のバーナ８１により、円形状の旋回流を形成するように構成されている。各コーナ部７１ｃに設置される各バーナ８１は、火炉７１の上下方向（水平方向に対して垂直な方向）に沿った１または複数の水平断面上の各々に設置されることで、１以上のバーナ８１の段が形成されても良い。

このように火炉７１の炉壁に設置された各バーナ８１は、微粉燃料管Ｌｆにより、石炭を粉砕して微粉炭を生成する１または複数のミル装置９４に接続されており、ミル装置９４で生成された微粉炭が一次空気Ａ１の力によって微粉燃料管Ｌｆを搬送されて、各バーナ８１に供給される。ミル装置９４には、石炭貯蔵設備９１に貯蔵された石炭燃料が、石炭ホッパ９２、石炭供給装置９３（例えばスクリューフィーダやベルト式給炭装置など）を経て供給されるようになっており、ミル装置９４は供給された石炭燃料を所望の粒径（例えば数μｍ～数百μｍ程度）に粉砕する。

また、上記の一次空気Ａ１のミル装置９４への供給は、空気供給管Ｌから分岐された搬送用空気供給管Ｌ１からなされる。他方、上記の二次空気Ａ２の二次空気ポート（不図示）への供給は、風箱８３を介して、同様に空気供給管Ｌから分岐された燃焼用空気供給管Ｌ２からなされる。これによって、外気Ａは、一次空気Ａ１として搬送用空気供給管Ｌ１からミル装置９４に供給されると共に、二次空気Ａ２（燃焼用空気）として風箱ダンパ８３ａによる流量調節の下で燃焼用空気供給管Ｌ２から風箱８３に供給された後、二次空気ポート（不図示）を介して炉内に供給される。

こうして、微粉炭燃料は、各バーナ８１から旋回燃焼ボイラ７の炉内に供給（投入）されて、一次空気Ａ１および二次空気Ａ２の存在下で燃焼される。旋回燃焼ボイラ７は、火炉内にアディショナルエア（以下、ＡＡ）を供給するＡＡポート７２を備えており、燃焼の際には、各バーナ８１による燃焼時に発生するガス（燃料領域）に、ＡＡポート７２からＡＡを供給（投入）することにより、二段燃焼を行うようになっている。このＡＡポート７２はバーナ部８の上方に設けられており（図１～図２Ｂ参照）、二段燃焼率によって定められるＡＡ量をＡＡ量調節バルブ７２ａによる流量制御の下で炉内に供給する。これによって、バーナ部８側で発生したＮＯｘの還元を行う。図１に示す実施形態では、ＡＡは、空気予熱器９６により予熱されているが、常温であっても良い。

なお、上記の二段燃焼率は、ＡＡポート７２から供給される燃焼用空気量（ＡＡ量）÷火炉内に供給された全燃焼用空気量で算出される。全燃焼用空気量からＡＡ量を引いた分は、バーナ部８側から供給される。例えば二段燃焼率が上がると、ＡＡポート７２から供給される燃焼用空気量が増え、バーナ部８側から供給される燃焼用空気量が減るので、炉内におけるＡＡまでの空間が空気不足となり、燃焼により発生するＮＯｘが抑制される。

そして、このように燃料Ｆｃを燃焼させることで生じた熱により、炉壁を形成する蒸発管や、火炉７１の上部や、火炉７１に接続された煙道７４に設置された過熱器、再熱器、節炭器などの各種の熱交換器が有する伝熱管群７５の内部を流れる水などの流体を加熱する。また、各種の熱交換器を通過後の排ガス（燃焼ガス）は、煙道７４に接続された排ガス処理装置により無害化された後、外部に排出される。具体的には、排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝装置９５や、排ガスの熱により、空気供給管Ｌを通る外気Ａを昇温する空気予熱器９６、熱回収後の排ガスに含まれる煤塵を除去する電気集塵器９７、除塵後の排ガス中の硫黄酸化物を除去するための脱硫装置（不図示）などにより処理された後、煙突（不図示）から外部に排出される。

ここで、燃料Ｆｃを燃焼させると灰が生じるが、この灰が炉内の蒸発管や各種の伝熱管群の伝熱面などに付着していくことにより、既に述べたようなクリンカトラブルが発生する可能性がある。この点、発明者らは、鋭意研究により、炉壁近傍に存在する高温の灰が多いほど、炉壁への灰付着（クリンカ付着。以下同様。）が生じ易いことを見出した。この点、旋回燃焼ボイラ７では、旋回燃焼の径が大きくなることにより炉壁近傍へ到達する灰の量が増加し易くなる。また、バーナ８１の火炎長が伸びることにより高温の灰（飛灰。以下同様。）が炉壁近傍へ到達し易くなる。バーナ８１のノズル吹出し部の巻戻りが強くなることによりバーナ８１の周囲に形成されるよどみ部に灰が滞留し易くなる。つまり、このような灰付着のメカニズムにより、高温で大量の灰が炉壁近傍に存在あるいは滞留することで炉壁への灰付着が生じ易い。また、このような灰付着のメカニズムの生じ易さは、炉内の寸法や、複数のバーナ８１の配置関係の影響を受ける。

よって、発明者らは、燃料が有する灰分の性状と共に、これらの灰付着のメカニズムの各々に起因する灰付着のし易さを個々の旋回燃焼ボイラ７に応じて総合的に考慮することで、灰付着性の評価対象となるボイラに応じた灰付着のし易さを、灰付着性指標Ｆとして適切に数値化することが可能になると考えた。このような灰付着性指標Ｆが得られれば、ボイラの計画、設計段階や、試運転の段階、実運転の段階などで確認することにより、確認段階に応じて灰付着が抑制されるようにボイラの寸法や、バーナ８１の配置、運転条件（後述）、燃料Ｆｃの性状（種類）などを調節することが可能となる。

以下、上述した灰付着性指標Ｆを算出する灰付着性評価装置１について、図３～図６を用いて説明する。
図３は、本発明の一実施形態に係る灰付着性評価装置１の構成を概略的に示すブロック図である。図４は、本発明の一実施形態に係る灰性状因子Ｆ１と灰軟化温度ＳＴとの関係を示す図である。図５は、本発明の一実施形態に係る流速条件Ｃｖの違いに応じた灰の流れを説明するための図である。また、図６は、本発明の一実施形態に係る灰付着性指標Ｆと炉断面積Ｓとの関係を示す図である。

図３に示すように、灰付着性評価装置１は、灰性状因子取得部２と、灰付着性因子取得部３と、算出部５と、を備える。なお、灰付着性評価装置１は、例えばコンピュータで構成されており、図示しないＣＰＵ（プロセッサ）や、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリ、外部記憶装置などの記憶装置ｍを備えている。そして、主記憶装置にロードされたプログラム（灰付着性評価プログラム）の命令に従ってＣＰＵが動作（データの演算など）することで、灰付着性評価装置１の各機能部を実現する。
灰付着性評価装置１が備える上記の機能部について、それぞれ説明する。

灰性状因子取得部２は、燃料Ｆｃの燃焼による生じる灰の性状に基づいて算出される灰性状因子Ｆ１を取得するよう構成された機能部である。この灰の性状は、実験等により燃料Ｆｃを燃焼させて分析した分析結果や推定結果など事前に得たものであっても良いし、旋回燃焼ボイラ７で実際に燃料Ｆｃを燃焼させることにより得たものであっても良い。図３に示す実施形態では、灰の性状として灰軟化温度ＳＴを採用しており、灰性状因子取得部２は、使用する燃料Ｆｃから生じる灰の、想定あるいは測定される還元雰囲気場における灰軟化温度ＳＴに基づいて算出された灰性状因子Ｆ１を取得するようになっている。

より詳細には、図４に示すように、灰性状因子Ｆ１は、灰軟化温度ＳＴが基準温度Ｒ以上の場合には所定値ｎａになり、灰軟化温度ＳＴが基準温度Ｒよりも小さい場合には、灰軟化温度が小さくなるほど値が大きくなるように算出されるようになっている。灰軟化温度ＳＴが小さいほど灰が溶融し易く、灰付着がし易くなるためであるが、基準温度Ｒを境に傾きが変わるように設定したのは、実績や実験などから得た本発明者らの新たな知見に基づくものである。具体的には、灰性状因子Ｆ１は、灰軟化温度ＳＴを変数とする関数を用いて算出されても良い。例えば、定数をβ（０以外の実数）、Ｃ_１（実数）とした場合に、灰性状因子Ｆ１を、Ｆ１＝β×（Ｒ－ＳＴ）＋Ｃ_１の関数で算出しても良い。

なお、図３の灰性状因子取得部２は、記憶装置ｍに記憶された、使用する燃料Ｆｃに関して予め算出されている灰性状因子Ｆ１を取得しても良いし、記憶装置ｍに記憶された使用する燃料Ｆｃの灰軟化温度ＳＴを取得し、上記の関数を用いるなどして、灰軟化温度ＳＴに応じた灰性状因子Ｆ１を算出することにより、取得しても良い。

ただし、本実施形態に本発明は限定されない。他の幾つかの実施形態では、灰の性状は、燃料Ｆｃが有する灰分の組成、灰軟化温度ＳＴ以外の他の溶融温度、灰の形状（粒径等）であっても良い。溶融温度としては、灰軟化温度ＳＴの他、灰の初期変形温度、半球温度、溶流温度などがある。そして、灰性状因子Ｆ１は、灰軟化温度ＳＴを含むいずれかの溶融温度や、灰の組成、灰の形状のうちの少なくとも１つの灰の性状に基づいて算出されても良い。灰の溶融温度については、いずれの温度であっても、上記のような関数にあてはめても良い。また、灰の形状については、ミル装置９４によって生成する微粉炭などの形状にほとんど差がないような場合には考慮しなくても良い。

灰付着性因子取得部３は、火炉７１の内部における炉壁近傍の灰についての灰付着性因子Ｆ２を取得するよう構成された機能部である。この灰付着性因子Ｆ２は、灰の量に関する灰量因子Ｇ１と、灰の温度に関する灰温度因子Ｇ２と、灰が存在する領域における還元雰囲気の程度（強弱）に関する雰囲気因子Ｇ３と、を含む。上記の灰量因子Ｇ１は、炉内の寸法（以下、炉内寸法Ｍｆ）と、炉内に供給する空気の流速条件Ｃｖと、に基づいて算出される。上記の灰温度因子Ｇ２は、炉内寸法Ｍｆと、バーナ配置情報Ｍｂと、炉内の温度条件Ｃｔと、に基づいて算出される。また、雰囲気因子Ｇ３は、炉内の燃焼条件Ｃｃに基づいて算出される。

具体的には、炉内寸法Ｍｆは、火炉７１の水平断面の面積（以下、炉断面積Ｓ）を含んでいても良い。この水平断面は、例えば４本のバーナ８１が設置される位置での断面であっても良い。また、バーナ配置情報Ｍｂは、バーナ８１の位置関係を規定した情報を含んでいても良い。具体的には、バーナ配置情報Ｍｂは、火炉７１に設置されたバーナ８１の本数（バーナ本数Ｎ）、炉奥行き（炉幅Ｄ１）、その奥行き方向におけるバーナ間距離Ｄ２を含んでいても良い。なお、バーナ本数Ｎは、バーナ段数×コーナ部７１ｃの数（３以上の整数）で算出可能であっても良い。

また、流速条件Ｃｖは、一次空気Ａ１の流速Ｖ１（単位は例えばｍ／ｓ）、および二次空気Ａ２の流速Ｖ２（単位は同上）を含んでも良く、これらの流速Ｖ（Ｖ１、Ｖ２）は、最大値であっても良い。温度条件Ｃｔは、蒸発量Ｗｓを含んでいても良い。燃焼条件Ｃｃは、炉内の全空気比×（１－ＡＡ率）で算出されるバーナ部８の空気比（以下、バーナ部空気比λ_ｂ）を含でも良い。

そして、図３に示す実施形態では、上記の灰量因子Ｇ１は、炉断面積Ｓが大きいほど小さくなるように算出されると共に、一次空気Ａ１の流速Ｖ１あるいは二次空気Ａ２の流速Ｖ２が大きいほど大きく算出されるようになっている。すなわち、この灰量因子Ｇ１は、旋回燃焼の旋回力の大小に応じて変化する炉壁近傍の灰量の大小による灰付着のし易さへの影響を表すものとなっている。図５では、細線は相対的に流速Ｖが遅い場合を示し、太線は相対的に流速Ｖが速い場合を示す。図５に示すように、一次空気Ａ１または二次空気Ａ２の流速Ｖが速くなると、旋回力が強まり、炉壁近傍に飛灰が到達し易くなる。逆に、炉断面積Ｓが大きいほど、各バーナ８１から炉壁までの距離が長くなるので、炉壁近傍に飛灰が到達し難くなる。

よって、例えば一次空気Ａ１および二次空気Ａ２の各々の流速Ｖを旋回力の大きさに対応した指標とし、炉断面積Ｓをバーナ８１から炉壁への距離の指標として、これらの指標を用いて灰量因子Ｇ１を算出することにより、ボイラに応じた灰量因子Ｇ１を適切に数値化することが可能となる。具体的には、灰量因子Ｇ１は、上述のような関係が反映された、炉断面積Ｓ、一次空気Ａ１の流速Ｖ１、および二次空気Ａ２の流速Ｖ２を変数とする関数を用いて算出されても良い。例えば、α_１、α_２、α_３（α_１、α_２、α_３は０以外の実数）、Ｃ_２（実数）を定数とした場合に、灰量因子Ｇ１を、Ｇ１＝｛α_１×Ｖ１＋α_２×Ｖ２｝÷Ｓ^α３＋Ｃ_２の関数で算出しても良い。この際、旋回力への影響は、一次空気Ａ１の流速Ｖ１の方が、二次空気Ａ２の流速Ｖ２よりも大きいため、α_１＞α_２としても良い。また、Ｓ^α３に代えて、α_３×Ｓであっても良い。

一方、上記の灰温度因子Ｇ２は、炉断面積Ｓや炉幅Ｄ１が大きいほど小さくなるように算出されると共に、バーナ８１の火炎長が長い状況であるほど、または、バーナ間距離Ｄ２が小さいほど、大きく算出されるようになっている。すなわち、この灰温度因子Ｇ２は、火炎長の長短に応じて変化する炉壁近傍の灰温度の高低による灰付着のし易さへの影響を表すものとなっている。火炎長が長い状況であるほど、炉壁近傍に存在する灰が高温化し易くなる。また、バーナ間距離Ｄ２が短いほど、一方のバーナ８１の火炎が、他方のバーナ８１の火炎に到達し易くなり、２つの火炎が合体（干渉）することにより、火炎長が伸び易くなる。逆に、炉断面積Ｓや炉幅Ｄ１が大きいほど、各バーナ８１の火炎から炉壁までの距離が長くなるので、炉壁近傍に火炎が届きにくくなり、炉壁近傍の灰がその分低温となり易い。

よって、炉寸法に対する火炎長の影響と、火炎が合体して伸びる影響とを考慮することにより、ボイラに応じた灰温度因子Ｇ２を適切に数値化することが可能となる。本実施形態では、上述したような関係を考慮して得られる、蒸発量Ｗｓおよびバーナ本数Ｎから求められる一本のバーナ８１あたりの蒸発量、および炉断面積Ｓを用いて得られる指標を、炉寸法に対する火炎長の影響に対応した指標としている。また、炉幅Ｄ１およびバーナ間距離Ｄ２を用いて得られる指標（Ｄ１／Ｄ２）を、炉幅Ｄ１が同じボイラ同士を比べた場合における火炎同士が重なり伸びる影響に対応した指標としている。

具体的には、灰温度因子Ｇ２は、上述のような関係が反映された、蒸発量Ｗｓ、バーナ本数Ｎ、炉断面積Ｓ、炉幅Ｄ１、およびバーナ間距離Ｄ２を変数とする関数を用いて算出されても良い。例えば、γ_１、γ_２（γ_１、γ_２は０以外の実数）、Ｃ_３（実数）を定数とした場合に、灰温度因子Ｇ２を、Ｇ２＝γ_１×（Ｗｓ／Ｎ／Ｓ）＋γ_２×（Ｄ１／Ｄ２）＋Ｃ_３の関数で算出しても良い。この関数におけるＷｓ／Ｎ／Ｓの項は、炉寸法に対する火炎長の影響に対応し、Ｄ１／Ｄ２の項は、火炎が合体して伸びる影響に対応する。

また、上記の雰囲気因子Ｇ３は、バーナ部空気比λｂが小さくなるほど、大きくなるように算出されるようになっている。すなわち、この雰囲気因子Ｇ３は、還元雰囲気の強弱に応じて変化する灰軟化温度ＳＴなどの灰の溶融温度の変化による灰付着のし易さへの影響を表すものとなっている。上述したように、バーナ部空気比λｂは、全空気比における、アディショナルエアの割合（ＡＡ率）を除いた空気比であり、還元雰囲気の程度を示すが、例えば灰軟化温度ＳＴは、還元雰囲気が強くなるほど下がる。灰軟化温度ＳＴが下がると、より低温の状態でも灰が溶融し易くなるため、灰付着が生じ易くなる。よって、雰囲気因子Ｇ３を、上述のような関係が反映された、バーナ部空気比λｂを変数とする関数を用いて算出されても良い。例えば、ε_１（０以外の実数）、Ｃ_４（実数）を定数とし、雰囲気因子Ｇ３を、Ｇ３＝ε_１÷λｂ＋Ｃ_４の関数で算出しても良い。これによって、雰囲気因子Ｇ３の適切な数値化が可能となる。

図３に示す実施形態では、灰付着性因子取得部３は、上述した灰量因子Ｇ１を取得する灰量因子取得部３１と、上述した灰温度因子Ｇ２を取得する灰温度因子取得部３２と、上述した雰囲気因子Ｇ３を取得する雰囲気因子取得部３３と、を有している。これらの機能部（３１～３３）の少なくとも１つは、記憶装置ｍに記憶された、予め算出されている灰量因子Ｇ１、灰温度因子Ｇ２、または雰囲気因子Ｇ３を取得しても良いし、記憶装置ｍに記憶された各因子（Ｇ１～Ｇ３）の変数となる情報を取得し、上記の関数を用いるなどして、各因子を算出することにより、取得しても良い。

算出部５は、灰性状因子Ｆ１および灰付着性因子Ｆ２に基づいて、評価対象となる旋回燃焼ボイラ７に応じた灰付着性指標Ｆを算出するよう構成された機能部である。図３に示す実施形態では、算出部５は、灰性状因子取得部２と、灰付着性因子取得部３とに接続されており、灰性状因子取得部２により取得された灰性状因子Ｆ１と、灰付着性因子取得部３により取得された灰付着性因子Ｆ２（灰量因子Ｇ１、灰温度因子Ｇ２、雰囲気因子Ｇ３）とが、それぞれ入力されるようになっている。そして、算出部５は、灰性状因子Ｆ１および灰付着性因子Ｆ２を変数とする関数ｆを用いて、灰付着性指標Ｆを算出するようになっている（Ｆ＝ｆ（Ｆ１、Ｆ２）、あるいは、Ｆ＝ｆ（Ｆ１、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３））。例えば、関数ｆは、Ｆ＝Ｆ１×Ｆ２＝Ｆ１×Ｇ１×Ｇ２×Ｇ３であっても良い。あるいは、関数ｆは、Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ２＝Ｆ１＋Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３など、他の演算式であっても良い。

上述したように算出される灰付着性指標Ｆで、複数の旋回燃焼ボイラ７をそれぞれ評価した結果を、図６を用いて説明する。図６の縦軸は、灰付着性指標Ｆを示し、横軸が炉断面積Ｓを示す。複数の旋回燃焼ボイラ７のうち、図６中の丸記号（〇）で示すものがクリンカトラブルの発生がなかったボイラであり、三角記号（△）で示すものがクリンカトラブルの発生があったボイラを示す。図６に示すように、クリンカトラブルの有無は、灰付着性指標Ｆがある値（閾値Ｔｈ）を境に分かれている。よって、評価対象となる旋回燃焼ボイラ７について上述したように灰付着性指標Ｆを算出することにより、そのボイラの灰付着のし易さを適切に評価することができる。

上記の構成によれば、灰付着性指標Ｆを求めようとする評価対象の旋回燃焼ボイラ７で用いられる固体燃料（例えば微粉炭）を燃焼させることにより発生する灰の性状（軟化温度など）に起因する灰の付着性（灰性状因子Ｆ１）と、炉壁近傍の灰の量、温度、還元雰囲気に起因する付着性（灰付着性因子Ｆ２）とに基づいて、灰付着性指標Ｆを算出する。灰付着性因子Ｆ２は、評価対象ボイラに固有となる炉内の寸法、バーナ配置情報や、運転条件（流速条件、温度条件、燃焼条件）に基づいて算出されるものである。よって、灰性状因子Ｆ１および灰付着性因子Ｆ２に基づいて、評価対象の旋回燃焼ボイラ７に応じた灰付着のし易さを適切に求めることができる。また、灰付着性指標Ｆを求めることにより、大塊クリンカの脱落による炉底損傷やバーナの閉塞などのクリンカトラブルの発生を防止できるようにボイラの計画や設計することや、試運転時に調節することによるボイラの安定運転を図ることができる。

また、幾つかの実施形態では、図３に示すように、灰付着性評価装置１は、灰が付着する炉壁の表面条件に基づく付着面因子Ｆ３を取得するよう構成された付着面因子取得部４を、さらに備えても良い。この場合、上述した算出部５は、灰性状因子Ｆ１、灰付着性因子Ｆ２および付着面因子Ｆ３に基づいて、灰付着性指標Ｆを算出する。灰の付着性は、灰が付着する炉壁の箇所の表面の条件によっても異なると考えられる。具体的には、付着する表面の物性（耐火材のポーラス性や熱膨張率等）、温度（熱伝導率、輻射等）、配置（チューブ曲げによる棚，炉底ホッパ角度等）、面積（耐火材の設置面積）等が関係してくると考えられる。よって、上記の付着面因子Ｆ３は、付着表面の物性、温度、配置、面積の少なくとも１つの指標に基づいて算出されても良い。なお、複数の旋回燃焼ボイラ７間で付着表面の物性等の差異が小さい場合には、付着面因子Ｆ３を一律に例えば１などに設定しても良い。

上記の構成によれば、灰付着性指標Ｆを、灰性状因子Ｆ１および灰付着性因子Ｆ２に加えて、付着面因子Ｆ３に基づいて算出する。炉壁の表面は、耐火材施工方法の種類や耐火材の材質などによって、灰の付着のしやすさに影響を及ぼす場合がある。したがって、付着面因子Ｆ３を加味して行うことにより、灰付着性指標Ｆをより適切なものにすることができる。

次に、上述したように算出される灰付着性指標Ｆの算出結果を利用した実施形態について、説明する。
幾つかの実施形態では、図３に示すように、灰付着性評価装置１は、灰付着性指標Ｆの算出値が規定の閾値Ｔｈ以下になるように、上述した、炉内の寸法、バーナ配置情報Ｍｂ、流速条件Ｃｖ、温度条件Ｃｔ、または燃焼条件Ｃｃの少なくとも１つを調節する調節部６を、さらに備えても良い。

具体的には、炉内の寸法、バーナ配置情報Ｍｂ、流速条件Ｃｖ、温度条件Ｃｔ、および燃焼条件Ｃｃを、それぞれ変更可能なパラメータとしておく。そして、灰付着性指標Ｆの算出値が規定の閾値Ｔｈよりも大きい場合には、調節部６は、規定のアルゴリズム、あるいは、オペレータからの入力（指示）に従って上記のいずれかのパラメータを変更し、変更したパラメータセットを用いて、再度、灰付着性指標Ｆの算出を行う。そして、パラメータ変更後の灰付着性指標Ｆの算出値が閾値Ｔｈ以下であるか否かを確認し、灰付着性指標Ｆの算出値が閾値Ｔｈ以下でない場合には、パラメータの変更から再度繰り返すことで、灰付着性指標Ｆの算出値が閾値Ｔｈ以下となる場合のパラメータセットを得る。

例えば、ボイラの計画、設計段階では、炉内の寸法や、バーナ配置情報Ｍｂを調節しても良い。試運転時や実運転時には、流速条件Ｃｖ、温度条件Ｃｔ、または燃焼条件Ｃｃの少なくとも１つを調節（変更）しても良い。

また、実運転時には、石炭などの燃料Ｆｃの性状（燃料性状）が変更になった場合や、クリンカ付着傾向が確認された場合などに灰付着性指標Ｆを算出しても良い。そして、灰付着性指標Ｆの値が閾値Ｔｈ以下となるように、上述したパラメータの調節を行っても良い。この燃料Ｆｃの性状が変更されたタイミングは、蒸気温度や圧力などのボイラの運転状態や、ミル装置９４の電流値などから判断しても良い。ミル装置９４の電流値は、燃料Ｆｃに含まれる灰分の組成が変わるなどして、石炭の粉砕性が変わり、より硬くなれば電流値が大きくなるなど、変化する。

あるいは、幾つかの実施形態では、燃料性状の異なる燃料で運転を行う場合、各燃料Ｆｃ別に算出された灰付着性指標Ｆの値の過去の履歴に基づいて、燃料Ｆｃが変更になった場合の灰付着性指標Ｆの予測を行っても良い。具体的には、灰付着性評価装置１は、互いに燃料性状の異なる複数の燃料Ｆｃの各々についての燃料性状と灰付着性指標Ｆとの関係を記憶する記憶装置ｍなどに設けられた履歴記憶部（不図示）と、この複数の燃料Ｆｃから得られる灰付着性指標Ｆと燃料性状との関係に基づいて、任意の燃料性状を有する燃料Ｆｃの灰付着性指標Ｆを予測する予測部（不図示）を、さらに備えても良い。例えば、周知な機械学習の手法を用いて、燃料性状から灰付着性指標Ｆを算出する学習モデルを作成しても良い。そして、予測部（不図示）は、この学習モデルを用いて、燃料性状から灰付着性指標Ｆを算出しても良い。また、例えば上述したように燃料Ｆｃの性状が変更されたタイミングを判断した場合に、上記の予測を行っても良い。

上記の構成によれば、複数の燃料Ｆｃに関する燃料性状と灰付着性指標Ｆとの関係に基づいて、任意の燃料性状を有する燃料Ｆｃについての灰付着性指標Ｆを予測する。これによって、燃料Ｆｃの性状が運転中などの変化した場合に、灰付着性指標Ｆをより迅速に求めることができ、燃料性状の変更による影響を迅速に見極めることができる。また、灰付着性指標Ｆとクリンカ発生との関係などの過去に得られた運転実績等を参照すれば、灰付着性指標Ｆの予測値に基づいて、その任意の燃料性状を有する燃料Ｆｃで運転した場合のクリンカの発生を予測することが可能となり、クリンカ落下等のトラブルの頻度を低下させることができる。なお、後述する通知部６２などから設備保全費用の改善効果を通知してもいい。

より詳細には、幾つかの実施形態では、調節部６は、灰付着性指標Ｆの算出値が、予め設定されるなどした上記の規定の閾値Ｔｈよりも大きい場合には、炉内に供給する一次空気Ａ１または二次空気Ａ２の少なくとも一方の流速Ｖが小さくなるように調節しても良い。一次空気Ａ１または二次空気Ａ２の少なくとも一方の流速を小さくすれば、上述したように灰量因子Ｇ１を小さくすることができる。そして、灰量因子Ｇ１を小さくすれば、灰付着性指標Ｆは小さくなる。一次空気Ａ１または二次空気Ａ２の流速Ｖは試運転時や実運転時などの運転時であっても調節可能であり、灰付着の抑制をより容易に図ることが可能となる。

他の幾つかの実施形態では、調節部６は、灰付着性指標Ｆの算出値が上記の閾値Ｔｈよりも大きい場合には、アディショナルエアの割合（ＡＡ率）が小さくなるように調節しても良い。ＡＡ率を小さくすれば、バーナ部空気比λｂが大きくなるので、雰囲気因子Ｇ３を小さくすることができる。そして、雰囲気因子Ｇ３を小さくすれば、灰付着性指標Ｆは小さくなる。図１に示す実施形態では、風箱ダンパ８３ａにより、ＡＡ率の調節が可能となっている。ＡＡ率は運転時であっても調節可能であり、灰付着の抑制をより容易に図ること可能となる。

上記の構成によれば、灰付着性指標Ｆが規定の閾値Ｔｈ以下になるように、例えば、炉内の寸法（炉内の断面積、炉幅Ｄ１など）や、バーナ８１の配置（バーナ本数Ｎ、バーナ間距離Ｄ２など）、運転条件（流速条件Ｃｖ、温度条件Ｃｔ、燃焼条件Ｃｃ）などを調節する。これによって、炉壁への灰付着の抑制が可能な炉の寸法や、バーナ８１の配置、運転条件を決定することができる。

また、幾つかの実施形態では、図３に示すように、灰付着性評価装置１は、上記の調節部６による調節結果を、旋回燃焼ボイラ７の運転制御装置７ｃ、またはディスプレイ１２などの報知装置の少なくとも一方に送信（通知）する通知部６２を、さらに備えても良い。調節部６による調節結果として、運転条件を運転制御装置７ｃに通知すると共に、運転制御装置７ｃがその運転条件に従って、旋回燃焼ボイラ７の運転を制御するように構成すれば、灰付着の抑制が可能となるように、自動で制御することが可能となる。同時に、オペレータに通知すれば、運転条件の変更をオペレータが認識することが可能となる。また、報知装置に通知するよう構成すれば、旋回燃焼ボイラ７の運転を行うオペレータに対して、灰化した後に固まらないようにするための運転操作など、灰付着の抑制が可能な運転条件を提示することが可能となる。

上記の構成によれば、灰付着性指標Ｆが規定の閾値Ｔｈ以下になるように調節した際に、変更された流速条件Ｃｖ、温度条件Ｃｔ、燃焼条件Ｃｃのディスプレイへの表示や、旋回燃焼ボイラ７の運転制御装置７ｃへの送信などを行う。これによって、オペレータに対して、灰付着が抑制されるような運転を促すことや、旋回燃焼ボイラ７の運転制御を自動で行うことができる。

以下、上述した灰付着性指標Ｆを算出するための灰付着性評価算定方法を、図７を用いて説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る灰付着性評価算定方法を示すフロー図である。図７に示すように、灰付着性評価算定方法は、上述した灰性状因子Ｆ１を取得する灰性状因子取得ステップと、火炉７１の内部における炉壁近傍の灰についての上述した灰量因子Ｇ１、灰温度因子Ｇ２、および雰囲気因子Ｇ３を含む灰付着性因子Ｆ２を取得する灰付着性因子取得ステップと、取得した上記の灰性状因子Ｆ１および灰付着性因子Ｆ２に基づいて、評価対象の旋回燃焼ボイラ７に応じた灰付着性指標Ｆを算出する算出ステップと、を備える。これらの灰性状因子取得ステップ、灰付着性因子取得ステップ、算出ステップは、それぞれ、既に説明した灰性状因子取得部２、灰付着性因子取得部３、算出部５が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。

幾つかの実施形態では、図７に示すように、灰付着性評価算定方法は、灰が付着する炉壁の表面条件に基づく付着面因子Ｆ３を取得する付着面因子取得ステップを、さらに備えても良い。この付着面因子取得ステップは、既に説明した付着面因子取得部４が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。

図７に示すフローに従って、灰付着性評価算定方法を説明する。
ステップＳ１において、上述した灰性状因子取得ステップを実行し、ステップＳ２において、上述した付着性因子取得ステップを実行する。本実施形態では、ステップＳ３において、上述した付着面因子取得ステップを実行している。その後、ステップＳ４において、上述した算出ステップを実行し、灰付着性指標Ｆを得る。つまり、ステップＳ４では、取得した上記の灰性状因子Ｆ１、灰付着性因子Ｆ２、および付着面因子Ｆ３に基づいて灰付着性指標Ｆを算出するが、ステップＳ３を省略する場合には付着面因子Ｆ３は用いなくても良い。

また、幾つかの実施形態では、図７に示すように、灰付着性評価算定方法は、灰付着性指標Ｆの算出値が規定の閾値Ｔｈ以下になるように、灰付着性指標Ｆの算出値が規定の閾値Ｔｈ以下になるように、上述した、炉内の寸法、バーナ配置情報Ｍｂ、流速条件Ｃｖ、温度条件Ｃｔ、または燃焼条件Ｃｃの少なくとも１つを調節する調節ステップを、さらに備えても良い。この調節ステップは、既に説明した調節部６が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。

図７に示す実施形態では、ステップＳ５において、上記のステップＳ４で算出された灰付着性指標Ｆが閾値Ｔｈ以下であるか確認している。そして、灰付着性指標Ｆが閾値Ｔｈ以下ではない場合（Ｆ＞Ｔｈ）には、ステップＳ６において、運転条件を変更し、ステップＳ１から再度実行するようになっている。逆に、ステップＳ５において、灰付着性指標Ｆが閾値Ｔｈ以下である場合（Ｆ≦Ｔｈ）には、処理を終了しても良い。

また、幾つかの実施形態では、図７に示すように、灰付着性評価算定方法は、上記の調節ステップによる調節結果を、旋回燃焼ボイラ７の運転制御装置７ｃ、またはディスプレイ１２などの報知装置の少なくとも一方に送信（通知）する通知ステップを、さらに備えても良い。この通知ステップは、既に説明した通知部６２が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。図７に示す実施形態では、上記のステップＳ５の次に、ステップＳ６を実行し、通知ステップを実行するようになっている。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

１ 灰付着性評価装置
ｍ 記憶装置
１２ ディスプレイ
２ 灰性状因子取得部
３ 灰付着性因子取得部
３１ 灰量因子取得部
３２ 灰温度因子取得部
３３ 雰囲気因子取得部
４ 付着面因子取得部
５ 算出部
６ 調節部
６２ 通知部
８１ バーナ
７ 旋回燃焼ボイラ
７ｃ 運転制御装置
７１ 火炉
７１ｃ コーナ部
７２ ＡＡポート
７２ａ ＡＡ量調節バルブ
７４ 煙道
７５ 伝熱管群
８ バーナ部
８３ 風箱
８３ａ 風箱ダンパ
９１ 石炭貯蔵設備
９２ 石炭ホッパ
９３ 石炭供給装置
９４ ミル装置
９５ 脱硝装置
９６ 空気予熱器
９７ 電気集塵器
Ａ 外気
Ａ１ 一次空気
Ａ２ 二次空気
Ｌ 空気供給管
Ｌ１ 搬送用空気供給管
Ｌ２ 燃焼用空気供給管
Ｌｆ 微粉燃料管
Ｆｃ 燃料
Ｆ 灰付着性指標
Ｆ１ 灰性状因子
Ｆ２ 灰付着性因子
Ｆ３ 付着面因子
Ｇ１ 灰量因子
Ｇ２ 灰温度因子
Ｇ３ 雰囲気因子
Ｍｆ 炉内寸法
Ｍｂ バーナ配置情報
Ｎ バーナ本数
Ｃｃ 燃焼条件
Ｃｔ 温度条件
Ｃｖ 流速条件
Ｄ１ 炉幅
Ｄ２ バーナ間距離
Ｒ 基準温度
Ｓ 炉断面積
ＳＴ 灰軟化温度
Ｖ 流速
Ｖ１ 一次空気の流速
Ｖ２ 二次空気の流速
Ｗｓ 蒸発量
Ｔｈ 閾値
ｎａ 所定値

Claims (12)

1. 旋回燃焼ボイラにおける固体燃料の燃焼時に発生する灰の付着のし易さを数値化した灰付着性指標を算出する灰付着性評価装置であって、
   前記灰の性状に基づいて算出される灰性状因子を取得するよう構成された灰性状因子取得部と、
   炉壁近傍の前記灰についての、炉内の寸法および前記炉内に供給する空気の流速条件に基づいて算出される灰量因子と、前記炉内の寸法、バーナ配置情報および前記炉内の温度条件に基づいて算出される灰温度因子と、前記炉内の燃焼条件に基づいて算出される還元雰囲気の程度を示す雰囲気因子と、を含む灰付着性因子を取得するよう構成された灰付着性因子取得部と、
   前記灰性状因子および前記灰付着性因子に基づいて、評価対象となる前記旋回燃焼ボイラに応じた前記灰付着性指標を算出するよう構成された算出部と、を備えることを特徴とする灰付着性評価装置。
2. 前記炉内の寸法は、前記炉内の断面積を含み、
   前記流速条件は、前記炉内に供給する一次空気および二次空気の各々の流速を含み、
   前記灰量因子は、前記炉内の断面積、前記一次空気および前記二次空気の各々の流速に基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載の灰付着性評価装置。
3. 前記炉内の寸法は、前記炉内の断面積、炉幅を含み、
   前記温度条件は、前記炉内の伝熱管群の内部を流れる流体が蒸発した量である蒸発量を含み、
   前記バーナ配置情報は、バーナの本数、および隣接する前記バーナ間の距離を含み、
   前記灰温度因子は、前記炉内の断面積、前記蒸発量、前記バーナの本数、前記バーナ間の距離、および前記炉幅に基づいて算出されることを特徴とする請求項１または２に記載の灰付着性評価装置。
4. 前記炉内の全空気比をλ _ａ 、
   アディショナルエアの割合をＡＡ率（ただし、ＡＡ率は０以上１以下の数値）とした場合に、
   前記燃焼条件は、下記式（１）により定義されるバーナ部空気比λ _ｂ を含み、
   前記雰囲気因子は、前記バーナ部空気比λ _ｂ に基づいて算出されることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の灰付着性評価装置。
   λ _ｂ ＝λ _ａ ×（１－ＡＡ率） ・・・ （１）
5. 前記灰の性状は、前記灰の灰軟化温度を含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の灰付着性評価装置。
6. 前記灰が付着する前記炉壁の表面条件に基づく付着面因子を取得するよう構成された付着面因子取得部を、さらに備え、
   前記算出部は、前記灰性状因子、前記灰付着性因子および前記付着面因子に基づいて、前記灰付着性指標を算出することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の灰付着性評価装置。
7. 前記灰付着性指標の算出値が規定の閾値以下になるように、前記炉内の寸法、前記バーナ配置情報、前記流速条件、前記温度条件、または前記燃焼条件の少なくとも１つを調節する調節部を、さらに備えることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の灰付着性評価装置。
8. 前記調節部は、前記灰付着性指標の算出値が前記閾値よりも大きい場合には、前記炉内に供給する一次空気または二次空気の少なくとも一方の流速が小さくなるように調節することを特徴とする請求項７に記載の灰付着性評価装置。
9. 前記調節部は、前記灰付着性指標の算出値が前記閾値よりも大きい場合には、前記炉内の全空気比におけるアディショナルエアの割合が小さくなるように調節することを特徴とする請求項７または８に記載の灰付着性評価装置。
10. 前記調節部による調節結果を、前記旋回燃焼ボイラの運転制御装置または報知装置の少なくとも一方に送信する通知部を、さらに備えることを特徴とする請求項７～９のいずれか１項に記載の灰付着性評価装置。
11. 互いに燃料性状の異なる複数の前記固体燃料の各々についての前記燃料性状と前記灰付着性指標との関係を記憶する履歴記憶部と、前記複数の固体燃料から得られる複数の前記関係に基づいて、任意の前記燃料性状を有する前記固体燃料の前記灰付着性指標を予測する予測部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の灰付着性評価装置。
12. 旋回燃焼ボイラにおける固体燃料の燃焼時に発生する灰の付着のし易さを数値化した灰付着性指標を算出する灰付着性評価算定方法であって、
    前記灰の性状に基づいて算出される灰性状因子を取得する灰性状因子取得ステップと、
    炉壁近傍の前記灰についての、炉内の寸法および前記炉内に供給する空気の流速条件に基づいて算出される灰量因子と、前記炉内の寸法、バーナ配置情報および前記炉内の温度条件に基づいて算出される灰温度因子と、前記炉内の燃焼条件に基づいて算出される還元雰囲気の程度を示す雰囲気因子と、を含む灰付着性因子を取得する灰付着性因子取得ステップと、
    前記灰性状因子および前記灰付着性因子に基づいて、評価対象となる前記旋回燃焼ボイラに応じた前記灰付着性指標を算出する算出ステップと、を備えることを特徴とする灰付着性評価算定方法。

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