JP7495876B2

JP7495876B2 - ボイラ及びボイラの腐食抑制方法

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Publication number: JP7495876B2
Application number: JP2020217484A
Authority: JP
Inventors: 宏史田中; 航哉竹田
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2024-06-05
Anticipated expiration: 2040-12-25
Also published as: JP2022102636A

Description

本発明は、ボイラの伝熱管の腐食抑制技術に関する。

従来から、バイオマスを燃料とするバイオマス発電ボイラや廃棄物を燃料とする廃棄物発電ボイラにおいて、伝熱管の高温腐食を抑制することが課題となっている。バイオマス発電ボイラや廃棄物発電ボイラは、一般に、燃料を燃焼する燃焼部と、燃焼部で発生した排ガスから熱回収を行って所定の圧力及び温度を持つ蒸気を発生させるボイラ部と、ボイラ部で生成された蒸気でタービンを回転させることにより発電を行う発電部とを備える。バイオマス発電ボイラや廃棄物発電ボイラで用いられる燃料には高濃度の塩素が含まれており、この塩素がアルカリ金属と反応することによって塩化物を形成し、この塩化物を含む飛灰が燃焼部から排ガスの流れの後段へ飛散し、ボイラ部に設けられた伝熱管の表面に付着する。この付着灰は伝熱管の伝熱効率を低下させるだけでなく、伝熱管の腐食環境を形成する。そこで、伝熱管表面の付着灰を除去するためにボイラにスートブロワが備えられることがある。例えば、特許文献１は、スートブロワを備えたボイラが開示されている。

特許文献１のボイラでは、焼却炉に接続された煙道が二箇所の変向部によって第１放射室、第２放射室、及び対流伝熱室に区分され、対流伝熱室に複数の過熱器とエコノマイザとが配置されている。このボイラには、燃料ガスと酸化剤ガスを高圧下で混合し燃焼して圧力波を発生させ、この圧力波を対流伝熱室内に設けられた圧力波ノズルから放出するように構成された圧力波発生装置（圧力波式スートブロワ）が設けられている。対流伝熱室内に放出された圧力波によって、過熱器やエコノマイザの伝熱管に風圧や振動が与えられることにより、伝熱管に付着した灰が除去される。

特開２０１９－１０５３９４号公報

一般に、ボイラの構造的な制約によって、圧力波式スートブロワの圧力波ノズルは伝熱管が配置された煙道の側壁のうちの一つに設置される。圧力波ノズルから放出される圧力波は放射状に伝播して、圧力波ノズルから離れるに従って伝熱管に与えられる風圧や振動は小さくなる。圧力波ノズルから離れた位置の伝熱管では、圧力波ノズルに近い位置の伝熱管と比較して、灰の除去効果が低くなる結果、腐食環境の形成が促進される。

本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、伝熱管に付着又は堆積している灰の除去を目的とする圧力波式スートブロワを備えたボイラにおいて、圧力波ノズルからの距離に関わらず伝熱管の腐食を抑制する技術を提案することにある。

本願の出願人は、ボイラの伝熱管の腐食を抑制するために、煙道内において伝熱管の上流側に腐食抑制材を吹き込むことを提案している（例えば、特開２０１４－１２９９１４号公報、参照）。この腐食抑制材は、伝熱管の表面に付着する溶融塩粒子の濃度及び接触面積のうち少なくとも一方を低減する作用を有する。本願の発明者らは、このような腐食抑制材の作用と圧力波式スートブロワの作用とを効果的に組み合わせることにより、圧力波ノズルからの距離に関わらず伝熱管の腐食を抑制することに想到した。

本発明の一態様に係るボイラは、
水平な第１方向に対峙する第１壁及び第２壁を有し、燃焼排ガスが流れる煙道と、
前記第１壁と前記第２壁の間に配置された伝熱管と、
前記第１壁に設置された圧力波ノズルを有し、当該圧力波ノズルから前記第２壁へ向けて前記煙道内に圧力波を放出するように構成された圧力波式スートブロワと、
前記煙道内の前記伝熱管よりも上流において前記第１方向に分散して配置された複数の吹出口を有し、前記複数の吹出口から前記煙道内へ前記伝熱管の腐食を抑制する腐食抑制材を吹き出すように構成された腐食抑制装置とを備え、
前記第１壁から前記第２壁までの間を前記第１方向に複数のエリアに分け、前記複数のエリアの各々について前記圧力波の作用により前記伝熱管に与えられる衝撃の大きさを表したものを衝撃指標とし、前記複数のエリアのうち前記衝撃指標が最も小さいエリアへの供給量が前記衝撃指標の最も大きいエリアへの供給量よりも多くなるように、前記複数のエリアへ前記腐食抑制材が供給されることを特徴としている。

また、本発明の一態様に係るボイラの腐食抑制方法は、
水平な第１方向に対峙する第１壁及び第２壁とを有し、燃焼排ガスが流れる煙道と、前記第１壁と前記第２壁の間に配置された伝熱管と、前記第１壁に設置された圧力波ノズルを有し、当該圧力波ノズルから前記第２壁へ向けて前記煙道内に圧力波を放出するように構成された圧力波式スートブロワとを備えるボイラの腐食抑制方法であって、
前記第１壁から前記第２壁までの間を前記第１方向に複数のエリアに分け、前記複数のエリアの各々について前記圧力波の作用により前記伝熱管に与えられる衝撃の大きさを表したものを衝撃指標とし、前記複数のエリアのうち前記衝撃指標が最も小さいエリアへの供給量が前記衝撃指標の最も大きいエリアへの供給量よりも多くなるように、前記複数のエリアへ前記伝熱管の腐食を抑制する腐食抑制材を供給することを特徴としている。

上記構成のボイラ及びその腐食抑制方法によれば、伝熱管が圧力波から受ける衝撃が小さいエリアに、衝撃が大きいエリアと比較して多くの腐食抑制材が供給される。このように、伝熱管が圧力波から受ける衝撃が小さいエリアでは衝撃が大きいエリアと比較して圧力波による付着灰の除去効果は小さいが、そのぶん多くの腐食抑制材が供給される。つまり、圧力波式スートブロワによる付着灰の除去作用が不足するエリアでは、腐食抑制材の作用によって、伝熱管の腐食抑制効果が補われる。このように、腐食抑制材と圧力波式スートブロワの作用とを効果的に組み合わせることにより、圧力波ノズルからの距離に関わらず伝熱管の腐食を抑制することができる。また、腐食抑制材の供給量が適正化され、過剰供給を回避することができる。

本発明によれば、伝熱管に付着又は堆積している灰の除去を目的とする圧力波式スートブロワを備えたボイラにおいて、圧力波ノズルからの距離に関わらず伝熱管の腐食を抑制する技術を提案することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るバイオマス発電ボイラの全体的な構成を示す図である。図２は、第３煙道の横断面の模式図である。図３は、第３煙道の縦断面の模式図である。図４は、圧力波ノズルから放出された圧力波が伝熱管に与えた衝撃によって生じる伝熱管の振動加速度の最大値と、伝熱管の圧力波ノズルからの距離との関係を示したグラフである。図５は、複数のエリアへの腐食抑制材の供給量の調整方法の第１例を説明する図である。図６は、複数のエリアへの腐食抑制材の供給量の調整方法の第２例を説明する図である。図７は、複数のエリアへの腐食抑制材の供給量の調整方法の第３例を説明する図である。図８は、複数のエリアへの腐食抑制材の供給量の調整方法の第４例を説明する図である。図９は、複数のエリアへの腐食抑制材の供給量の例を示す図表である。図１０は、複数のエリアへの腐食抑制材の供給量の例を示す図表である。図１１は、複数のエリアへの腐食抑制材の供給量の例を示す図表である。図１２は、変形例に係る腐食抑制装置の構成を示す図である。

次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下では、本発明が適用されるボイラとしてバイオマス発電ボイラを例に挙げて説明する。但し、本発明は、バイオマス発電ボイラに限定されず、廃棄物発電ボイラなどの腐食抑制が要求される伝熱管を備えるボイラに適用できる。

図１は、本発明の一実施形態に係るバイオマス発電ボイラ１００の全体的な構成を示す図である。図１に示すバイオマス発電ボイラ１００は、燃料Ｆとしてのバイオマスを燃焼する燃焼部１と、燃焼部１の排熱を回収するボイラ部２と、ボイラ部２で回収された排熱を利用して発電を行う発電部８とを備える。

〔燃焼部１〕
本実施形態に係るバイオマス発電ボイラ１００は、燃焼部１としてストーカ式焼却炉を備える。但し、燃焼部１はストーカ式焼却炉に限定されず公知の焼却炉で構成されていてよい。

燃焼部１には、主燃焼室１４（一次燃焼室）と、二次燃焼室１９とが設けられている。主燃焼室１４の入口には、シュート１３を介して投入ホッパ１２が接続されている。主燃焼室１４の床部には、上方から下方へ向けて階段状に配置された乾燥ストーカ１５、燃焼ストーカ１６、及び、後燃焼ストーカ１７を備えるストーカ式搬送装置が設けられている。後燃焼ストーカ１７の下流側には、主燃焼室１４から焼却灰を排出する排出シュート１８が設けられている。

各段のストーカ１５，１６，１７の下方からは一次燃焼空気５１が供給され、この一次燃焼空気５１がストーカ１５，１６，１７を下方から貫いて主燃焼室１４内へ導入される。また、主燃焼室１４の天井から主燃焼室１４内へ向けて二次燃焼空気５２が供給される。

上記構成の燃焼部１では、投入ホッパ１２へ投入された燃料Ｆは、シュート１３を通じて主燃焼室１４の入口へ導入される。主燃焼室１４に導入された燃料Ｆは、乾燥ストーカ１５、燃焼ストーカ１６、及び後燃焼ストーカ１７を順に通過する。乾燥ストーカ１５上で乾燥されて着火点近傍まで加熱された燃料Ｆは、燃焼ストーカ１６上で着火する。着火した燃料Ｆの一部は熱分解して、可燃性の熱分解ガスを発生する。この熱分解ガスは、一次燃焼空気５１に乗って主燃焼室１４の上部へ移動して、二次燃焼空気５２と共に炎燃焼する。着火した燃料Ｆの残部は後燃焼ストーカ１７上で燃焼し、燃焼後に残った焼却灰は排出シュート１８から排出され、図示しない灰処理設備へ送られる。主燃焼室１４の燃焼排ガスは、主燃焼室１４の下流側の天井部分から吹き出す二次燃焼空気５２と混合され、二次燃焼室１９で完全燃焼する。

〔ボイラ部２〕
燃焼部１の二次燃焼室１９には第１煙道２０、第２煙道２１、及び第３煙道２２が燃焼排ガスの流れに沿って順に接続されている。第１煙道２０と第２煙道２１の間、第２煙道２１と第３煙道２２の間は、燃焼排ガスに同伴する飛灰が落下するように、それぞれ燃焼排ガスの流路が約１８０°折れ曲がっている。

煙道２０，２１，２２には、燃焼排ガスから熱エネルギーを回収するボイラ部２が構成されている。第１煙道２０及び第２煙道２１の壁にはボイラドラム２４と接続された水管２３が張り巡らされている。このボイラドラム２４は、過熱器２５ａ，２５ｂと接続されている。

第３煙道２２では、燃焼排ガスが下から上へ向かって流れる。第３煙道２２は、燃焼排ガスの流れに沿って一次過熱器２５ａと二次過熱器２５ｂとが設けられている。なお、第３煙道２２には、これらの過熱器２５ａ，２５ｂの他に、図示されないスクリーン管、エコノマイザ、三次以上の過熱器などが設けられていてもよい。

一次過熱器２５ａ及び二次過熱器２５ｂの各々は、水平方向に配列された複数の伝熱管Ｐからなる伝熱管群を備える。伝熱管群は鉛直方向に多段に設けられていてもよい。各伝熱管Ｐでは、ボイラドラム２４から送られてきた温水が、燃焼排ガスとの熱交換により蒸発させられ、更に過熱される。このようにして過熱器２５ａ，２５ｂで生成された過熱蒸気は、発電部８へ送られる。

ボイラ部２を通過した燃焼排ガスは、第３煙道２２と接続された排気路２８へ排出される。排気路２８には、バグフィルタ８１や誘引式送風機８２などが設けられており、ボイラ部２の排ガスは、バグフィルタ８１でダストが分離された後、煙突８３から大気へ排出される。

〔発電部８〕
発電部８は、発電機８５及びそれを駆動する蒸気タービン８４を備える。ボイラ部２から送られた蒸気は蒸気タービン８４に導入されて、蒸気タービン８４を回転させる。蒸気タービン８４の回転により、発電機８５で発電が行われる。

〔伝熱管Ｐの灰除去及び腐食抑制に係る構成〕
上記構成のバイオマス発電ボイラ１００では、燃焼部１で生じた飛灰が燃焼排ガスの流れに同伴してボイラ部２の伝熱管Ｐに付着又は堆積する。伝熱管Ｐの表面（伝熱面）に付着した灰は、伝熱管Ｐの伝熱効率を低下させたり、第３煙道２２の流路を閉塞したりするだけではなく、塩化物を含むことから伝熱管Ｐの腐食環境を形成する。そこで、伝熱管Ｐの表面に付着した灰を取り除くために、ボイラ部２の第３煙道２２には圧力波式スートブロワ７が設けられている。

図２及び図３に示すように、第３煙道２２は、第１壁６１、第２壁６２、第３壁６３、及び第４壁６４によって包囲された空間として形成されている。第１壁６１と第２壁６２は水平な第１方向Ｘ１に対峙している。また、第３壁６３と第４壁６４は水平な第２方向Ｘ２に対峙している。

一次過熱器２５ａは第１伝熱管Ｐ1から第ｎ伝熱管Ｐnまでのｎ本の伝熱管Ｐで構成されている（ｎは２以上の自然数である。個々の伝熱管を意識的に区別する場合にはＰの右に１～ｎの添え字を付ける。）。ｎ本の伝熱管Ｐは、第１壁６１から第２壁６２へ向かう第１方向Ｘ１に平行に並び、主に第３壁６３に支持されている。同様に、二次過熱器２５ｂは第１伝熱管Ｐ1から第ｎ伝熱管Ｐnまでのｎ本の伝熱管Ｐで構成されている。ｎ本の伝熱管Ｐは、第１壁６１から第２壁６２へ向かう第１方向Ｘ１に平行に並び、一次過熱器２５ａの上方において主に第３壁６３に支持されている。

第１壁６１には、一次過熱器２５ａと二次過熱器２５ｂの上下間に圧力波（例えば、衝撃波）を放出する圧力波式スートブロワ（以下、単に「スートブロワ７」と称する。）が設けられている。スートブロワ７は、燃料ガスと酸化剤ガスとを高圧下で混合し、それを燃焼して圧力波を発生させるように構成されている。スートブロワ７は、第１壁６１に挿通され、第３煙道２２内において第１壁６１又はその近傍に開口する圧力波ノズル７１を有する。スートブロワ７で発生した圧力波は圧力波ノズル７１から第１方向Ｘ１へ放出される。圧力波は圧力波ノズル７１から第３煙道２２内を放射状に伝播し、圧力波の一部は第２壁６２で反射する。この圧力波は、伝熱管Ｐに風圧と衝撃とを与え、伝熱管Ｐに付着又は堆積している灰が除去される。

図４は、圧力波ノズル７１から放出された圧力波が伝熱管Ｐ1～Ｐnに与えた衝撃によって生じる伝熱管Ｐ1～Ｐnの振動加速度の最大値（対数）と、伝熱管Ｐ1～Ｐnの圧力波ノズル７１からの距離との関係（即ち、第１方向Ｘ１の振動加速度分布）を示したグラフである。ここで、第１伝熱管Ｐ1が圧力波ノズル７１に最も近く、第ｎ伝熱管Ｐnが圧力波ノズル７１から最も遠い。

伝熱管Ｐの振動加速度は、伝熱管Ｐに与えられた衝撃の大きさの指標となる。従って、第１方向Ｘ１の振動加速度分布から、概して、圧力波ノズル７１からの距離が大きくなるに従って伝熱管Ｐに与えられる衝撃が小さくなることが明らかである。つまり、圧力波ノズル７１からの距離が大きくなるに従って、スートブロワ７による灰の除去効果（スートブロー効果）が小さくなる。なお、圧力波ノズル７１からの距離が最も大きな伝熱管（第ｎの伝熱管）では、第２壁６２で跳ね返った圧力波により検出される振動加速度が大きくなっている。灰の除去効果の大きい伝熱管Ｐでは、付着灰の殆どが除去されることから、灰の除去のみである程度の腐食抑制効果が期待される。一方で、灰の除去効果が小さい伝熱管Ｐでは、付着灰が残り、それが伝熱管Ｐの腐食環境の形成を促進させるおそれがある。

そこで、ボイラ部２の第３煙道２２には腐食抑制装置９が設けられている。腐食抑制装置９は、第３煙道２２内の燃焼排ガスの流れにおいて伝熱管Ｐの上流側に設けられた複数の吹出口Ｎを有し、複数の吹出口Ｎから第３煙道２２内へ腐食抑制材を供給するように構成されている。複数の吹出口Ｎは、第１方向Ｘ１に分散して配置されている。

腐食抑制材は、粒子径が０．１μｍ以上１０μｍ未満の粒子であって、Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ及びＦｅのうち少なくとも１つの元素を主成分とする化合物（例えばＣａＯ、ＳｉＯ_２）であってよい。このような腐食抑制材の具体例として、けい砂、珪藻土、ドロマイト、ゼオライトなどが挙げられる。これらの腐食抑制材は、伝熱管Ｐの表面に付着することにより、伝熱管Ｐの表面への溶融塩の付着を阻害し、伝熱管Ｐの腐食を抑制する効果が期待される。

或いは、腐食抑制材は水蒸気であってもよい。伝熱管Ｐの環境の水蒸気濃度が高いほど腐食性成分の生成が抑えられて伝熱管Ｐの腐食を抑制する効果が期待される。腐食抑制材としての水蒸気は、過熱器２５ａ，２５ｂで生成された蒸気、又は、蒸気タービン８４から抽気された蒸気が用いられてよい。

図２に示すように、第３煙道２２内は、第１壁６１から第２壁６２の間が第１方向Ｘ１に並ぶ複数のエリアＡに区分されている。図２に示す例では、第１壁６１側から第１エリアＡ1、第２エリアＡ2、及び第３エリアＡ3の３つのエリアＡに区画されている。腐食抑制装置９は、第３壁６３（又は第４壁６４）において一次過熱器２５よりも下方（上流側）に開口する複数の吹出口Ｎを有する。本実施形態においては、複数の吹出口Ｎは第３壁６３に設けられているが、複数の吹出口Ｎは第３煙道２２の底部に設けられていてもよい。複数のエリアＡの各々には、少なくとも１つの吹出口Ｎが配置されている。或るエリアＡに設けられた吹出口Ｎの吹出量の合計を、当該エリアＡへの腐食抑制材の供給量と見做す。

複数のエリアＡの各々について圧力波の作用により伝熱管Ｐに与えられる衝撃の大きさ（又は衝撃の大きさの度合い）を表したものを「衝撃指標」と規定する。複数のエリアＡのうち衝撃指標が最も小さいエリアへの供給量が衝撃指標の最も大きいエリアへの供給量よりも多くなるように、複数の吹出口Ｎの各々からの腐食抑制材の吹出量が設定される。以下、複数のエリアＡの各々へ腐食抑制材の供給量の調整方法の第１～４例と、供給量の決定方法の第１～３例について説明する。

＜腐食抑制材の供給量の調整方法の第１例＞
図５に示すように、複数のエリアＡの各々に同じ数の吹出口Ｎが設けられている。各吹出口Ｎは風箱９３と接続されており、風箱９３には送風機９４と腐食抑制材添加装置９５とが接続されている。送風機９４の稼働により、腐食抑制材が搬送気体と供に風箱９３に導入され、腐食抑制材が搬送気体に乗せられて吹出口Ｎから第３煙道２２内へ吹き出す。なお、腐食抑制材として水蒸気が用いられる場合には、送風機９４及び腐食抑制材添加装置９５に代えて、風箱９３には蒸気タービン８４から抽気する管（図示略）が接続されてもよい。

エリアＡごとに所望の腐食抑制材の供給量が得られるように、各吹出口Ｎの開口面積が設計される。例えば、腐食抑制材の供給量の多いエリアＡに配置される吹出口Ｎの開口面積は、腐食抑制材の供給量の少ないエリアＡに配置される吹出口Ｎの開口面積よりも大きい。

＜腐食抑制材の供給量の調整方法の第２例＞
図６に示すように、エリアＡごとに所望の腐食抑制材の供給量が得られるように、各エリアＡに設けられる吹出口Ｎの数が設計される。例えば、腐食抑制材の供給量の少ない第１エリアＡ1、多い第３エリアＡ3、中間の第２エリアＡ2を形成するために、第１エリアＡ1に一箇所、第２エリアＡ2に二箇所、第３エリアＡ3に三箇所の吹出口Ｎが設けられる。なお、各吹出口Ｎからの吹出量は同一である。

＜腐食抑制材の供給量の調整方法の第３例＞
図７に示すように、各エリアＡに同じ数の吹出口Ｎが設けられる。エリアＡごとに風箱９３、送風機９４、及び腐食抑制材添加装置９５が設けられており、各吹出口Ｎは自身の所属するエリアＡの風箱９３と接続されている。エリアＡごとに所望の腐食抑制材の供給量が得られるように、エリアＡごとに送風機９４の送風量と腐食抑制材の添加量とが設定される。

＜腐食抑制材の供給量の調整方法の第４例＞
図８に示すように、各エリアＡに同じ数の吹出口Ｎが設けられている。各吹出口Ｎは一つの風箱９３と接続されており、風箱９３には一つの送風機９４と一つの腐食抑制材添加装置９５とが接続されている。各吹出口Ｎへ送られる腐食抑制材が可変となるように各吹出口Ｎに対しダンパ９６（流量調整装置）が設けられる。エリアＡごとに所望の腐食抑制材の供給量が得られるように、吹出口Ｎごとにダンパ９６の開度が調整される。

＜腐食抑制材の供給量の決定方法の第１例＞
圧力波の作用による伝熱管Ｐの第１方向Ｘ１の振動加速度分布（図４、参照）は、実験により得られる。振動加速度分布は実際には伝熱管Ｐへの灰の付着によって変化するが、実験により得られた振動加速度分布を各エリアＡへの腐食抑制材の供給量を決定するために利用してよい。

第１方向Ｘ１の振動加速度分布を複数のエリアＡの各々と対応させ、各エリアＡについて振動加速度に基づいて衝撃指標を求める。衝撃指標は、例えば、複数のエリアＡの各々において該当エリアＡに属する伝熱管Ｐの振動加速度の最大値の平均値である。但し、衝撃指標はこれに限定されず、複数のエリアＡの各々において該当エリアＡに属する伝熱管Ｐの振動加速度の平均値、最大値、最大値の平均値、及び積算値（和）のいずれか一つであってよい。また、衝撃指標は、複数のエリアＡの各々において該当エリアＡに属する伝熱管Ｐの振幅の平均値、最大値、最大値の平均値及び積算値のうちいずれか一つであってもよい。或いは、衝撃指標は、複数のエリアＡの各々において該当エリアＡに属する伝熱管Ｐの振動数の平均値、最大値、最大値の平均値及び積算値であってもよい。どのような衝撃指標が採用されるかは、腐食抑制装置９が適用されるボイラ１００に応じて決定されてよい。

衝撃指標の最も小さいエリアＡへの供給量が衝撃指標の最も大きいエリアＡへの供給量よりも多くなるように、複数のエリアＡの各々への腐食抑制材の供給量が決定される。例えば、図４に示す例では、複数のエリアＡにおいて、第１エリアＡ1の衝撃指標が最も大きく、第３エリアＡ3の衝撃指標が最も小さい。そこで、図９に示すように、第３エリアＡ3の腐食抑制材の供給量を１、第１エリアＡ1の腐食抑制材の供給量を１よりも小さい０．２程度と決定されてよい。ここで各供給量は、予め設定された腐食抑制材の供給量の標準値を１とした場合の割合で表されている。腐食抑制材の供給量の標準値は、腐食抑制装置９が適用されるボイラ１００の規模や腐食抑制材の種類に応じて設定されてよい。

図９に示すように、衝撃指標が最大及び最小ではないエリアの腐食抑制材の供給量は、
衝撃指標が最大のエリアの供給量以上で最小のエリアの供給量以下の値とされる。例えば、図４に示す例において、第２エリアＡ2の腐食抑制材の供給量は、第１エリアＡ1の供給量よりも多く、第３エリアＡ3の供給量よりも少ない値であってよい（図９、参照）。或いは、第２エリアＡ2の腐食抑制材の供給量は、第１エリアＡ1の供給量及び第３エリアＡ3の供給量のいずれか一方と同じであってよい（図１０、参照）。複数のエリアＡが細かく設定される場合には、図１１に示すように、図４に示す伝熱管Ｐの第１方向Ｘ１の振動加速度分布と対応づけて、衝撃指標の小さいエリアほど腐食抑制材の供給量が多くなるように、各エリアの腐食抑制材の供給量が決定されてよい。

＜腐食抑制材の供給量の決定方法の第２例＞
圧力波の作用による伝熱管Ｐの第１方向Ｘ１の振動加速度分布（図４、参照）から明らかなように、圧力波ノズル７１から遠いエリアほど衝撃指標が小さく、圧力波ノズル７１から近いエリアほど衝撃指標が大きい。そこで、複数のエリアＡの各々への腐食抑制材の供給量が、圧力波ノズル７１からの距離が大きくなるほど多くなるように決定される。例えば、図４に示す例では、第１エリアＡ1、第２エリアＡ2、第３エリアＡ3の順に腐食抑制材の供給量が多くなる（図９、参照）。

＜腐食抑制材の供給量の決定方法の第３例＞
図１２に示すように、腐食抑制装置９は、複数の吹出口Ｎの各々の吹出量を調整する調整装置７３と、第１方向Ｘ１に分散して配置されて伝熱管Ｐの振動加速度を検出する複数の振動センサ７４と、調整装置７３を制御する制御装置７５とを有する。調整装置７３は、前述の複数のエリアＡの各々への腐食抑制材の供給量の調整方法の第３例では送風機９４及び腐食抑制材添加装置９５が該当し、第４例では送風機９４、腐食抑制材添加装置９５、及びダンパ９６が該当する。振動センサ７４は全ての伝熱管Ｐに設けられる必要はないが、伝熱管Ｐの第１方向Ｘ１の振動加速度分布を測定するために、複数の振動センサ７４が第１方向Ｘ１に分散して配置されている必要がある。制御装置７５は、複数の振動センサ７４で検出された振動加速度を取得し、圧力波の作用による伝熱管Ｐの第１方向Ｘ１の振動加速度分布を測定する。制御装置７５は、測定された振動加速度分布に基づいて複数のエリアＡの各々の衝撃指標を求め、求めた衝撃指標に基づいて腐食抑制材の供給量を決定する。更に、制御装置７５は、複数のエリアＡの各々に決定された供給量の腐食抑制材が供給されるように調整装置７３を動作させる。ここで、制御装置７５は第１例又は第２例と同様に、衝撃指標に基づいて複数のエリアＡの各々への腐食抑制材の供給量を決定してよい。また、衝撃指標として振幅に関する値が用いられる場合には、上記の振動センサ７４として伝熱管Ｐの振幅を検出するものが採用されて、上記の「振動加速度」を「振幅」に読み替えて、同様の方法で複数のエリアＡの各々への腐食抑制材の供給量を決定することができる。

以上に説明したように、本実施形態のボイラ１００は、
水平な第１方向Ｘ１に対峙する第１壁６１及び第２壁６２を有し、燃焼排ガスが流れる煙道（第３煙道２２）と、
第１壁６１と第２壁６２の間に配置された伝熱管Ｐと、
第１壁６１に設置された圧力波ノズル７１を有し、当該圧力波ノズル７１から第２壁６２へ向けて煙道２２内に圧力波を放出するように構成された圧力波式スートブロワ７と、
煙道２２内の伝熱管Ｐよりも上流において第１方向Ｘ１に分散して配置された複数の吹出口Ｎを有し、複数の吹出口Ｎから煙道２２内へ伝熱管Ｐの腐食を抑制する腐食抑制材を吹き出すように構成された腐食抑制装置９とを備え、
複数のエリアＡの各々について圧力波の作用により伝熱管Ｐに与えられる衝撃の大きさを表したものを衝撃指標とし、複数のエリアＡのうち衝撃指標が最も小さいエリアへの供給量が衝撃指標の最も大きいエリアへの供給量よりも多くなるように、複数のエリアＡへ腐食抑制材が供給されることを特徴としている。

また、本実施形態に係るボイラ１００の腐食抑制方法は、水平な第１方向Ｘ１に対峙する第１壁６１及び第２壁６２を有し、燃焼排ガスが流れる煙道（第３煙道２２）と、第１壁６１と第２壁６２の間に配置された伝熱管Ｐと、第１壁６１に設置された圧力波ノズル７１を有し、当該圧力波ノズル７１から第２壁６２へ向けて煙道２２内に圧力波を放出するように構成された圧力波式スートブロワ７とを備えるボイラ１００の腐食抑制方法であって、
第１壁６１から第２壁６２までの間を第１方向Ｘ１に複数のエリアＡに分け、複数のエリアＡの各々について圧力波の作用により伝熱管Ｐに与えられる衝撃の大きさを表したものを衝撃指標とし、複数のエリアＡのうち衝撃指標が最も小さいエリアへの供給量が衝撃指標の最も大きいエリアへの供給量よりも多くなるように、複数のエリアＡへ伝熱管Ｐの腐食を抑制する腐食抑制材を供給することを特徴としている。

上記において、衝撃指標は、複数のエリアＡの各々において該当エリアに属する伝熱管Ｐの振動加速度の平均値、最大値、最大値の平均値、及び積算値、並びに、伝熱管Ｐの振幅の平均値、最大値、最大値の平均値及び積算値のうちいずれか一つであってよい。

上記において、衝撃指標の小さいエリアほど供給量が多くなるように、複数のエリアＡの各々への腐食抑制材が供給されてよい。また、圧力波ノズル７１から離れたエリアほど供給量が多くなるように、複数のエリアＡの各々への腐食抑制材が供給されてよい。

上記構成のボイラ１００及びその腐食抑制方法によれば、伝熱管Ｐが圧力波式スートブロワ７の発した圧力波から受ける衝撃が小さいエリアに、衝撃が大きいエリアと比較して多くの腐食抑制材が供給される。このように、伝熱管Ｐが圧力波から受ける衝撃が小さいエリアでは衝撃が大きいエリアと比較して圧力波による付着灰の除去効果は小さいが、そのぶん多くの腐食抑制材が供給される。つまり、圧力波式スートブロワ７による付着灰の除去作用が不足するエリアでは、腐食抑制材の作用によって、伝熱管Ｐの腐食抑制効果が補われる。このように、腐食抑制材と圧力波式スートブロワ７の作用とを効果的に組み合わせることにより、圧力波ノズル７１からの距離に関わらず伝熱管Ｐの腐食を抑制することができる。また、腐食抑制材の供給量が適正化され、過剰供給を回避することができる。

上記構成のボイラ１００において、腐食抑制装置９は、複数の吹出口Ｎの各々の吹出量を調整する調整装置７３と、第１方向Ｘ１に分散して配置されて伝熱管Ｐの振動加速度を検出する複数の振動センサ７４と、調整装置７３を制御する制御装置７５とを有していてもよい。ここで、制御装置７５は、複数の振動センサ７４の検出結果に基づいて第１方向Ｘ１の振動加速度分布を測定し、振動加速度分布に基づいて複数のエリアＡの各々の衝撃指標を求め、求めた衝撃指標に基づいて複数のエリアＡの各々の腐食抑制材の供給量を決定し、複数のエリアＡの各々に決定された供給量の腐食抑制材が供給されるように調整装置７３を動作させる。

同様に、上記ボイラ１００の腐食抑制方法は、第１方向Ｘ１に分散した複数箇所で伝熱管Ｐの振動加速度を検出すること、検出された値に基づいて第１方向Ｘ１の振動加速度分布を測定すること、振動加速度分布に基づいて複数のエリアＡの各々の衝撃指標を求めること、求めた衝撃指標に基づいて複数のエリアＡの各々への腐食抑制材の供給量を決定すること、及び、伝熱管Ｐの上流において複数のエリアＡの各々に決定された供給量の腐食抑制材を供給すること、を含む。

上記のボイラ１００及びその腐食抑制方法によれば、ボイラ１００の稼働中に変化する伝熱管Ｐへの灰の付着状況に応じて適切な量の腐食抑制材を供給することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。上記の構成は、例えば、以下のように変更することができる。

例えば、上記実施形態ではボイラ１００の腐食抑制方法を過熱器２５ａ，２５ｂの伝熱管Ｐに適用させて説明したが、この腐食抑制方法が煙道２０，２１，２２に配置される他の配管に適用されてもよい。

例えば、上記実施形態では、伝熱管Ｐの振動加速度、振幅、又は振動数を用いて衝撃指標を求めているが、衝撃指標の算出に振動加速度、振幅、及び振動数以外の伝熱管Ｐに与えられる衝撃を表し得る値が用いられてもよい。

１：燃焼部
２：ボイラ部
７：圧力波式スートブロワ
８：発電部
９：腐食抑制装置
２０，２１，２２：煙道
６１：第１壁
６２：第２壁
７１：圧力波ノズル
７３：調整装置
７４：振動センサ
７５：制御装置
１００：ボイラ
Ｎ：吹出口
Ｐ：伝熱管
Ｘ１：第１方向

Claims

水平な第１方向に対峙する第１壁及び第２壁を有し、燃焼排ガスが流れる煙道と、
前記第１壁と前記第２壁の間に配置された伝熱管と、
前記第１壁に設置された圧力波ノズルを有し、当該圧力波ノズルから前記第２壁へ向けて前記煙道内に圧力波を放出するように構成された圧力波式スートブロワと、
前記煙道内の前記伝熱管よりも上流において前記第１方向に分散して配置された複数の吹出口を有し、前記複数の吹出口から前記煙道内へ前記伝熱管の腐食を抑制する腐食抑制材を吹き出すように構成された腐食抑制装置とを備え、
前記第１壁から前記第２壁までの間を前記第１方向に複数のエリアに分け、前記複数のエリアの各々について前記圧力波の作用により前記伝熱管に与えられる衝撃の大きさを表したものを衝撃指標とし、前記複数のエリアのうち前記衝撃指標が最も小さいエリアへの供給量が前記衝撃指標の最も大きいエリアへの供給量よりも多くなるように、前記複数のエリアへ前記腐食抑制材が供給される、
ボイラ。
前記衝撃指標が、前記複数のエリアの各々において該当エリアに属する前記伝熱管の振動加速度の平均値、最大値、最大値の平均値及び積算値、並びに、前記伝熱管の振幅の平均値、最大値、最大値の平均値及び積算値のうちいずれか一つである、
請求項１に記載のボイラ。
前記衝撃指標の小さいエリアほど供給量が多くなるように、前記複数のエリアの各々への前記腐食抑制材が供給される、
請求項１又は２に記載のボイラ。
前記圧力波ノズルから離れたエリアほど供給量が多くなるように、前記複数のエリアの各々への前記腐食抑制材が供給される、
請求項１又は２に記載のボイラ。
前記腐食抑制装置は、前記複数の吹出口の各々の吹出量を調整する調整装置と、前記第１方向に分散して配置されて前記伝熱管の振動加速度を検出する複数の振動センサと、前記調整装置を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記複数の振動センサの検出結果に基づいて前記第１方向の振動加速度分布を測定し、前記振動加速度分布に基づいて前記複数のエリアの各々の前記衝撃指標を求め、前記衝撃指標に基づいて前記複数のエリアの各々への前記腐食抑制材の供給量を決定し、前記複数のエリアの各々に決定された供給量の前記腐食抑制材が供給されるように前記調整装置を動作させる、
請求項１～３のいずれか一項に記載のボイラ。
水平な第１方向に対峙する第１壁及び第２壁とを有し、燃焼排ガスが流れる煙道と、前記第１壁と前記第２壁の間に配置された伝熱管と、前記第１壁に設置された圧力波ノズルを有し、当該圧力波ノズルから前記第２壁へ向けて前記煙道内に圧力波を放出するように構成された圧力波式スートブロワとを備えるボイラの腐食抑制方法であって、
前記第１壁から前記第２壁までの間を前記第１方向に複数のエリアに分け、前記複数のエリアの各々について前記圧力波の作用により前記伝熱管に与えられる衝撃の大きさを表したものを衝撃指標とし、前記複数のエリアのうち前記衝撃指標が最も小さいエリアへの供給量が前記衝撃指標の最も大きいエリアへの供給量よりも多くなるように、前記複数のエリアへ前記伝熱管の腐食を抑制する腐食抑制材を供給する、
ボイラの腐食抑制方法。
前記衝撃指標が、前記複数のエリアの各々において該当エリアに属する前記伝熱管の振動加速度の平均値、最大値、最大値の平均値、及び積算値、並びに、前記伝熱管の振幅の平均値、最大値、最大値の平均値及び積算値のうちいずれか一つである、
請求項６に記載のボイラの腐食抑制方法。
前記複数のエリアの各々への前記腐食抑制材の供給量は、前記衝撃指標の小さいエリアほど多い、
請求項６に記載のボイラの腐食抑制方法。
前記複数のエリアの各々への前記腐食抑制材の供給量は、前記圧力波ノズルから離れたエリアほど多い、
請求項６に記載のボイラの腐食抑制方法。
前記第１方向に分散した複数箇所で前記伝熱管の振動加速度を検出すること、
前記検出された前記振動加速度に基づいて前記第１方向の振動加速度分布を測定すること、
前記振動加速度分布に基づいて前記複数のエリアの各々の前記衝撃指標を求めること、
前記衝撃指標に基づいて前記複数のエリアの各々への前記腐食抑制材の供給量を決定すること、及び、
前記複数のエリアの各々に決定された供給量の前記腐食抑制材を供給すること、を含む、
請求項６～８のいずれか一項に記載のボイラの腐食抑制方法。