WO2015033679A1 - ダクト壁面構造 - Google Patents

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flue
duct
hopper
wall surface
flow
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学 小田
串岡　清則
正志 清澤
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三菱日立パワーシステムズ株式会社
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    • F23J3/00—Removing solid residues from passages or chambers beyond the fire, e.g. from flues by soot blowers
    • F23J3/04—Traps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/04—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia
    • B01D45/06—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia by reversal of direction of flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2217/00—Intercepting solids
    • F23J2217/30—Intercepting solids by screens

Definitions

  • the present invention relates to a duct wall surface structure of an iron plate duct that flows a solid-gas two-phase flow including solid particles in an air flow, such as flue gas discharged from a coal-fired boiler, for example.
  • fly ash solid particles
  • large diameter ash high porosity large diameter ash
  • fly ash is very fine particles having a particle size of several micrometers.
  • the large-diameter ash has a relatively large particle size of approximately 1 mm or more, but since it has a high porosity, it becomes particles with a small apparent specific gravity.
  • the solid-gas two-phase flow discharged from the furnace 2 of the coal-fired boiler 1 passes through a flue 10 formed by an iron plate duct as shown in FIG. 9, for example, and is subjected to necessary treatment such as denitrification It is released to the atmosphere from a chimney etc. not shown.
  • a second vertical flue portion 14, a third horizontal flue portion 15, and a third vertical flue portion 16 are provided in series.
  • symbol G in a figure has shown the flow of combustion exhaust gas, and 50 has shown large diameter ash.
  • the first hopper 20 and the second hopper 30 are respectively installed at the lower ends of the first vertical flue portion 12 and the second vertical flue portion 14, and large diameter ash scattering from the furnace 2 is It is supposed to be collected. Furthermore, the third vertical flue section 16 is provided with a denitration device 40 for allowing the flue gas to pass therethrough for denitration treatment.
  • the first hopper 20 installed at the lower end portion of the first vertical flue portion 12 is provided with an inclined surface 21 which is set at an angle such that the collected large diameter ash falls.
  • the conventional inclined surface 21 has a high coefficient of restitution because it is a wall made of an iron plate, like the duct, and therefore, the large diameter ashes which are greatly repelled jump over the first hopper 20 and the second horizontal flue portion 13 The probability of scattering is increased.
  • the denitration device 40 has a configuration in which, for example, a denitration agent (denitration catalyst) supporting vanadium dioxide is supported on a lattice-like titanium oxide support in a pallet, and a large number of the pallets are arranged in the device.
  • a denitration agent denitration catalyst
  • the combustion exhaust gas of the solid-gas two-phase flow passes through the denitration device 40 and is denitration, but at the same time, the lattice-like denitration catalyst is clogged by the large diameter ash passing along with the combustion exhaust gas.
  • the screen for collection S installed in the downstream side flue of the first hopper 20 causes the screen itself to be worn out or clogged, so that the screen needs to be replaced and the like, which causes an increase in the operation cost.
  • the collection screen S is clogged, there is a concern that the effective passage cross-sectional area of the flue 10 may be reduced to increase the pressure loss.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its object is to collect solid particles in a hopper of an iron plate duct provided with a hopper for flowing a solid-gas two-phase flow. It is an object of the present invention to provide a duct wall surface structure capable of improving the flow rate and reducing the outflow to the downstream side of the duct.
  • the present invention adopts the following means in order to solve the above-mentioned problems.
  • the duct wall surface structure according to an aspect of the present invention is a duct wall surface structure of an iron plate duct that allows solid-gas two-phase flow including solid particles to flow in the air flow, and is installed in a flow direction having velocity components in the vertical direction.
  • a hopper provided at a lower end of the iron plate duct or in the middle of the duct for recovering the solid particles from the air flow, and an inner wall surface region or the solid particle colliding upstream or downstream in the flow direction of the hopper
  • the channel portion is provided with a low repulsion structure having a smaller coefficient of restitution than an iron plate.
  • the low repulsion structure having a smaller coefficient of restitution than the iron plate is provided in the inner wall surface area or the flow path portion where the solid particles collide on the upstream or downstream side in the flow direction of the hopper.
  • the amount of repulsion of solid particles colliding with the repulsive structure decreases.
  • the low repulsion structure portion is upstream of the hopper in the flow direction, the amount of solid particles that fly over the hopper and fly to the downstream side decreases and the collection rate of solid particles in the hopper is improved.
  • the low repulsion structure is on the downstream side in the flow direction of the hopper, the amount of solid particles that reach the center of the flow channel cross section and its vicinity where the flow velocity is high and flows out to the downstream side with the air flow decreases. By collecting the dropped solid particles, the collection rate of the solid particles in the hopper is improved.
  • the low repulsion portion is a low repulsion portion forming member provided with a space provided between the low repulsion portion and the inner wall surface of the iron plate duct and having an opening to be a passage of the solid particles.
  • the solid particles that have passed through the opening of the low repulsion portion forming member collide with the inner wall surface and repel, and then have a high probability of colliding with the back side of the low repulsion portion forming member along the inner wall surface.
  • the space is dropped and collected in the hopper.
  • the solid particles colliding with the low restitution portion forming member having a restitution coefficient lower than that of the iron plate, the collection rate in the hopper is improved by the reduction of the restitution amount.
  • a suitable low repulsion portion forming member is preferably a lattice-like member having a large number of openings through which solid particles can pass, such as wire mesh, grating, perforated plate, etc., and particularly elastic such as wire mesh or the like.
  • the low resilience portion be a low resilience portion forming member which is installed on the inner wall surface of the iron plate duct and elastically deformed by the collision of the solid particles.
  • the solid particles that have collided with the member are efficiently absorbed by the impact energy of the fixed particles by elastic deformation, so that the collection rate in the hopper is improved by the reduction of the amount of repulsion.
  • the low repulsion portion forming member may be made of a material that elastically deforms due to the collision of solid particles, such as a wire, a wire mesh, a heat insulating material or the like.
  • the solid-gas two-phase flow is a flue gas discharged from a coal-fired boiler and containing coal ash, and in this case, large diameter ash of coal ash colliding with the low repulsion portion has a reduced amount of repulsion As a result, the collection rate of the hopper is improved, and the amount reached to the NOx removal device installed downstream is reduced.
  • the collection rate of solid particles in the hopper can be improved to reduce the outflow to the duct downstream side.
  • FIG. 1 It is a longitudinal cross-sectional view which shows the flue of a coal-fired boiler as one embodiment of the duct wall surface structure which concerns on this invention.
  • FIG. 2 it is a longitudinal cross-sectional view which expands and shows a 1st hopper peripheral structure.
  • FIG. 2 shows the 1st specific example of the low resilience structure part shown in FIG. 2, (a) shows the outline
  • a perspective view, (b) is a sectional view showing movement of solid particles which passed through the opening, and (c) is a sectional view showing movement of solid particles which could not pass through the opening.
  • FIG. 2 is a perspective view which shows the outline
  • the duct wall surface structure shown in FIG. 1 it is a longitudinal cross-sectional view which expands and shows a 2nd hopper peripheral structure. It is a figure which shows the relationship of the particle diameter of a solid particle, and a scattering reduction rate about two types of low resilience members.
  • FIG. 1 The figure which shows the other flue example which can apply the duct wall surface structure of this invention, (a) is a flue example comprised by the horizontal flue part and the vertical flue part which flows upwards, (b) is an inclined smoke.
  • the duct wall surface structure illustrated in FIG. 1 is for flowing the solid-gas two-phase flow combustion exhaust gas discharged from the furnace 2 of the coal-fired boiler 1, and is a flue 10 for discharging to the atmosphere from a chimney etc. not shown. is there.
  • the flue 10 is a flue gas passage formed by a duct made of an iron plate, and generally has a rectangular cross section.
  • the flue gas discharged from the furnace 2 is a solid-gas two-phase flow containing fly ash or coal ash (solid particles) called large-diameter ash, and required treatment such as denitrification when passing through the flue 10 Thereafter, it flows as indicated by an arrow G in the drawing and is released to the atmosphere from a chimney or the like (not shown).
  • the first horizontal flue portion 11, the first vertical flue portion 12, the second horizontal flue portion 13, and the second vertical smoke are sequentially arranged from the side of the furnace 2 on the upstream side of the flow direction of the combustion exhaust gas.
  • a passage 14, a third horizontal flue 15 and a third vertical flue 16 are provided in series.
  • the first hopper 20A is installed at the lower end of the first vertical flue portion 12 through which the flue gas having the downward velocity component flows, and the flue gas having the upward velocity component flows
  • the second hopper 30A is installed at the lower end of the second vertical flue portion 14. Then, in the third vertical flue section 16 in which the combustion exhaust gas flows downward, a denitration device 40 that passes the combustion exhaust gas and performs the denitration process is installed.
  • the first hopper 20A and the second hopper 30A described above are installed mainly for the purpose of recovering the large diameter ash contained in the combustion exhaust gas.
  • the very small particle size fly ash is hardly separated from the gas stream of the combustion exhaust gas, and therefore, it is not smoke recovered by the first hopper 20A and the second hopper 30A like large diameter ash. It flows along the road 10.
  • the first hopper 20A is provided on the upstream side with an inclined surface 21 whose angle is set to be equal to or greater than the repose angle so that the large diameter ash falls.
  • the inclined surface 21 on the upstream side of the first hopper 20A has a low repulsion portion with a low repulsion structure (a low restitution coefficient) Repel structure portion) 60 That is, the inclined surface 21 is also the inner wall surface of the duct of the flue 10 located in the vicinity of the upstream side (near the hopper) of the first hopper 20A.
  • the large diameter ash 50 which has fallen with the downward air flow is suppressed in the amount of repulsion when it collides with the low repulsion portion 60.
  • the large-diameter ash 50 falling with the downward air flow performs repulsion lower than the amount of repulsion when it directly collides with the conventional inclined surface 21 which is an iron plate. Therefore, the probability of jumping over the first hopper 20A and scattering to the second horizontal flue portion 13 is reduced, and hence the large diameter ash collection rate in the first hopper 20A is improved. Since the improvement of such a large diameter ash collection rate reduces the quantity of large diameter ash 50 which scatters and flows out to the downstream side of flue 10, the NOx removal device installed in the 3rd perpendicular flue part 16 The amount of LPA (Large Particle Ash) reaching up to 40 can be reduced.
  • LPA Large Particle Ash
  • the low repulsion portion 60A of the first specific example shown in FIG. 3 has a space portion 61 between it and the inclined surface 21 which is an inner wall surface of an iron plate duct and a wire mesh (low repulsion portion forming member) 62 is installed. is there.
  • the wire mesh 62 is provided with a large number of openings 62 a serving as a passage for the large diameter ash 50. If such a low resilience portion 60A is adopted, as shown in FIG. 3 (b), the solid particles which have passed through the opening 62a of the wire mesh 62 collide with the inclined surface 21 which is the inner wall surface of the iron plate duct.
  • the bottom repelling portion 60A described above can efficiently recover the large diameter ash 50 that has passed through the opening of the wire mesh 62 and the large diameter ash 50 that has collided with the wire mesh 62 into the first hopper 20A, the first hopper 20A It is effective in the collection rate improvement of large diameter ash 50 in.
  • the low resilience member is the wire mesh 62 in the above-described first example
  • a low resilience member suitable for this example besides the wire mesh 62, for example, grating, perforated plate, weir structure (Shido)
  • the wire mesh 62 for example, grating, perforated plate, weir structure (Shido)
  • a grid-like low repulsion member made of a material that is elastically deformed by the collision of the large diameter ash 50, such as a linear member of the wire mesh 62
  • the collision energy of the large diameter ash 50 is efficiently achieved It is possible to absorb and reduce the amount of repulsion.
  • the low repulsion portion 60B of the second specific example shown in FIG. 4 has a suitable position fixed on the wall surface of the inclined surface 21 and a large number of wires (low repulsion portion forming members) 63 are installed.
  • the wire 63 is a material that has low rigidity compared to an iron plate and is elastically deformed by the collision of the large diameter ash 50. Therefore, if the wires 63 are used in a bundle of a plurality of wires, they can be easily attached and detached and fixed, and it is desirable to arrange the wires 63 in a lattice shape appropriately combining vertical and horizontal directions as needed.
  • Such a wire 63 efficiently absorbs collision energy by elastic deformation when the large diameter ash 50 collides, and therefore the collection rate of the first hopper 20A is improved by the decrease in the amount of repulsion of the large diameter ash 50 that has collided. Furthermore, when the large diameter ash 50 collides with the wire 63, the large diameter ash 50 becomes easy to rotate, which also reduces the velocity energy and makes it difficult to repel.
  • the low resilience member is the wire 63 in the second specific example described above
  • the low resilience member suitable for this specific example in addition to the wire 63, for example, large diameter ash 50
  • a flat material such as a heat insulating material 64 as a low resilience member and attach it to the inclined surface 21 as a low resilience portion 60C shown in FIG. 5 as a third specific example.
  • a liner such as an iron plate having a high coefficient of restitution is provided on the surface of the heat insulating material 64 on the inner wall side of the flue 10, that is, the surface of the heat insulating material with which the large diameter ash 50 collides. There is nothing to be done.
  • Such a heat insulating material 64 efficiently absorbs collision energy by elastic deformation when the large diameter ash 50 collides, and therefore the collection rate of the first hopper 20A is improved by the decrease in the amount of repulsion of the large diameter ash 50 that has collided.
  • a rubber-based material or a plastic material having a smaller coefficient of restitution than an iron plate can be used for the flat low-repulsion portion 60C.
  • low repulsion parts (low repulsion structure parts) 70, 80 of the low repulsion structure shown in FIG. 6 are provided in the inner wall surface area or flow path part where the large diameter ash 50 collides on the downstream side of the second hopper 30A.
  • the second hopper 30A is installed at the lower end of the second vertical flue portion 14 in which the upward air flow (the flow of the combustion exhaust gas having the upward velocity component) flows, and repulsion from the iron plate to the downstream side of the second hopper 30A.
  • Low repulsion structures 70, 80 with small coefficients are provided.
  • the low repulsion structure 70 shown in FIG. 6 corresponds to the flow path of the flue 10 downstream of the second hopper 30A, specifically, the second horizontal flue 13 and the second vertical flue 14. It is provided in the flue flow path which changes the flow direction of air flow upwards from the horizontal direction at the connection part, in other words, in the flue flow path which is above the second hopper 30A.
  • the low repulsion structure 70 has, for example, a weir structure composed of a plurality of faces facing air flow in the horizontal direction, and the large diameter ash 50 colliding with the face of the weir structure stalls and falls into the second hopper 30A. The collection rate of the second hopper 30A is improved.
  • the low repulsion portion 80 shown in FIG. 6 is an air flow in the horizontal direction flowing through the second horizontal flue portion 13 specifically to the inner wall surface region where the large diameter ash 50 collides on the downstream side of the second hopper 30A.
  • a wire mesh, a bundle of wires, a grating or the like can be adopted as the low repulsion portion 80.
  • most of the large diameter ash 50 on the air flow flowing in the horizontal direction in the second horizontal flue portion 13 is a low rebound portion 80 provided in the inner wall region of the end due to the inertia force. To clash.
  • the large-diameter ash 50 repelled by the collision is directed toward the center of the cross section of the second vertical channel 14, but the coefficient of restitution is lower than that of the conventional iron plate. The rate of reaching is reduced.
  • the low rebound portion 80 can adopt the configurations of the first to third specific examples described above, and can also be appropriately combined with the low rebound portion 70 according to various conditions.
  • FIG. 7 is a trial calculation which verified the effectiveness of the low resilience structure, and the above-mentioned low resilience structure becomes more effective as the scattering reduction rate becomes larger.
  • the improvement of the scattering reduction rate starts when the particle diameter (d) is about 0.3 mm, and the particle diameter When (d) increases to approximately 5 mm, the scattering reduction rate becomes 100%. Therefore, the low resilience structure of the present embodiment described above is effective when the particle diameter (d) of the solid particles is in the range of 0.3 mm to 5 mm.
  • the flue (duct structure made from an iron plate) shown in FIG. 8 is another structural example which can apply the duct wall surface structure of embodiment mentioned above.
  • the flue 10 shown in FIG. 8 (a) is an example of a flue including a horizontal flue and a vertical flue flowing upward, as in the embodiment shown in FIG.
  • the first hopper 20A and the second hopper 20A are connected to the lower end of the first vertical flue 12 and the lower end of the second vertical flue 14, respectively, connected to both ends of the second horizontal flue 13.
  • 2 hopper 30A is installed.
  • a flue 10A shown in FIG. 8 (b) is an example of a flue in which a portion between the first vertical flue 12 and the horizontal flue portion 15A is an inclined flue 17 having an upward velocity component in the flow.
  • the first hopper 20A is installed at the lower end of the first vertical flue portion 12, and the second hopper 30B is installed in the middle of the inclined flue 17.
  • the collection rate can be improved by providing, for example, a bowl-shaped low repulsion structure in the flow passage portion on the downstream side of the second hopper 30B.
  • the flue 10B shown in FIG. 8 (c) is an example of a flue constituted of a horizontal flue and a vertical flue flowing downward. That is, it replaces with the 2nd vertical flue part 14 shown to Fig.8 (a), and the 2nd vertical flue part 14A provided downward from the edge part of the 2nd horizontal flue part 13 is provided.
  • a bowl-shaped low repulsion structure is provided in the flow path portion on the upstream side or the downstream side of the second hopper 30C. Can be improved.
  • the iron plate duct which flows the combustion exhaust gas (solid-gas two-phase flow) containing the coal ash discharged from the coal-fired boiler 1
  • the large diameter ash collection rate of the provided hopper can be improved, the outflow to the duct downstream side can be reduced.
  • the large diameter ash that reaches the desulfurizer 40 can be reduced, and clogging of the NOx removal catalyst can be suppressed or prevented.
  • the solid-gas two-phase flow containing solid particles in the air flow is coal ash discharged from the furnace 2 of the coal-fired boiler 1, but it is made of iron plate employing the duct wall surface structure of the present embodiment
  • the duct of the present invention can be applied to, for example, an apparatus for flowing various air flows including soot, iron powder, diesel exhaust particles and unburned particles as solid particles.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified without departing from the scope of the invention.

Abstract

　固気二相流を流すホッパーを備えた鉄板製ダクトの煙道において、ホッパーにおける固体粒子の捕集率を向上させてダクト下流側への流出を低減できるダクト壁面構造である。気流中に大径灰（５０）を含む固気二相流を流す煙道（１０）のダクト壁面構造であって、上下方向の速度成分を有する流れとなる方向に設置された第１垂直煙道部（１２）の下端部に設けられて気流から大径灰（５０）を回収する第１ホッパー（２０Ａ）を備え、第１ホッパー（２０Ａ）の流れ方向上流側で大径灰（５０）が衝突する傾斜面（２１）に、鉄板より反発係数の小さい低反発部（６０）を設けた。

Description

ダクト壁面構造
　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鉄板製ダクトのダクト壁面構造に関する。
　従来、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、炭種により詳細は異なるものの、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）を含んでいる。
　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。
　石炭焚きボイラ１の火炉２から排出された固気二相流は、例えば図９に示すような鉄板製のダクトにより形成された煙道１０を通り、脱硝等の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。
　図９に示す煙道１０は、燃焼排ガスの流れ方向上流側から順に、すなわち火炉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１３，第２垂直煙道部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。なお、図中の符号Ｇは燃焼排ガスの流れ、５０は大径灰を示している。
　図示の構成例では、第１垂直煙道部１２及び第２鉛直煙道部１４の下端部にそれぞれ第１ホッパー２０及び第２ホッパー３０が設置され、火炉２から飛散してくる大径灰を回収するようになっている。さらに、第３鉛直煙道部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４０が設置されている。第１垂直煙道部１２の下端部に設置された第１ホッパー２０は、回収した大径灰が落下するように角度設定された傾斜面２１を備えている。しかし、従来の傾斜面２１は、ダクトと同様に、鉄板製の壁面であるため反発係数が高く、従って、大きく反発した大径灰は、第１ホッパー２０を飛び越えて第２水平煙道部１３まで飛散する確率が高くなる。
　特に、煙道１０の断面中央部は燃焼排ガスの流速が速いため、第１ホッパー２０を飛び越えて燃焼排ガスの速い流れに乗った大径灰は、見かけ比重が小さいこともあって、第２ホッパー３０でも回収されることなく脱走装置４０まで到達する可能性が高くなる。
　脱硝装置４０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。このため、固気二相流の燃焼排ガスは、脱硝装置４０を通過して脱硝されるが、同時に、格子状の脱硝触媒は、燃焼排ガスとともに通過する大径灰による目詰まりが発生する。
　このような脱硝触媒目詰まりを防止するため、例えば下記の特許文献１及び２に示すように、第１ホッパー２０の下流側煙道内に金網状の捕集用スクリーンＳを設置することが行われている。
米国特許第６９９４０３６号明細書 特開平２－９５４１５号公報 特開２００８－２４１０６１号公報
　ところで、第１ホッパー２０の下流側煙道内に設置された捕集用スクリーンＳは、スクリーン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、運転コストを押し上げる原因となる。また、捕集用スクリーンＳに詰まりが生じると、煙道１０の有効流路断面積が低下して圧力損失を上昇させることも懸念される。
　このような背景から、石炭焚きボイラから排出される燃焼排ガスのような固気二相流を流す煙道のダクト壁面構造においては、ホッパーにおける大径灰のような固体粒子の捕集率を向上させることにより、煙道下流側への流出を低減することが望まれる。
　本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、固気二相流を流すホッパーを備えた鉄板製ダクトの煙道において、ホッパーにおける固体粒子の捕集率を向上させてダクト下流側への流出を低減できるダクト壁面構造を提供することにある。
　本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
　本発明の一態様に係るダクト壁面構造は、気流中に固体粒子を含む固気二相流を流す鉄板製ダクトのダクト壁面構造であって、上下方向の速度成分を有する流れとなる方向に設置された前記鉄板製ダクトの下端部またはダクト途中に設けられて前記気流から前記固体粒子を回収するホッパーを備え、前記ホッパーの流れ方向上流側または下流側で前記固体粒子が衝突する内壁面領域または流路部に、鉄板より反発係数の小さい低反発構造部を設けたものである。
　このようなダクト壁面構造によれば、ホッパーの流れ方向上流側または下流側で固体粒子が衝突する内壁面領域または流路部に、鉄板より反発係数の小さい低反発構造部を設けたので、低反発構造部に衝突した固体粒子の反発量が低下する。
　この結果、低反発構造部がホッパーの流れ方向上流側にあれば、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。また、低反発構造部がホッパーの流れ方向下流側にあれば、流速の速い流路断面中央及びその近傍まで到達し気流とともに下流側へ流出する固体粒子量が減少するので、気流から分離して落下した固体粒子を回収することでホッパーにおける固体粒子の捕集率が向上する。
　上記の態様において、前記低反発部は、前記鉄板製ダクトの内壁面との間に空間部を設けて設置され、前記固体粒子の通路となる開口部を備えた低反発部形成部材であることが好ましい。この場合、低反発部形成部材の開口部を通過した固体粒子は、内壁面に衝突して反発した後、低反発部形成部材の背面側に再度衝突する確率が高いため、内壁面に沿って空間部を落下してホッパーに回収される。また、鉄板より反発係数の低い低反発部形成部材に衝突した固体粒子は、反発量の低下によりホッパーにおける捕集率が向上する。
　好適な低反発部形成部材は、例えば金網、グレーチング、多孔板等のように、固体粒子が通過できる大きさの開口部を多数備えた格子状のものが望ましく、特に、金網等のように弾性変形する素材を採用すれば、弾性変形により固定粒子の衝突エネルギーを効率よく吸収することが可能になる。
　上記の態様において、前記低反発部は、前記鉄板製ダクトの内壁面上に設置されて前記固体粒子の衝突で弾性変形する低反発部形成部材であることが好ましく、これにより、低反発部形成部材に衝突した固体粒子は、弾性変形により固定粒子の衝突エネルギーを効率よく吸収されるため、反発量の低下によりホッパーにおける捕集率が向上する。
　なお、低反発部形成部材は、例えばワイヤー、金網、断熱材等のように、固体粒子の衝突で弾性変形する素材を採用すればよい。
　上記の態様において、前記固気二相流は、石炭焚きボイラより排出され、石炭灰を含む燃焼排ガスであり、この場合、低反発部に衝突した石炭灰の大径灰は、反発量の低下によりホッパーの捕集率が向上し、下流に設置されている脱硝装置への到達量が減少する。
　上述した本発明によれば、固気二相流を流すホッパーを備えた鉄板製ダクト（煙道）において、ホッパーにおける固体粒子の捕集率を向上させて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壁面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。 図１に示したダクト壁面構造において、第１ホッパー周辺構造を拡大して示す縦断面図である。 図２に示した低反発構造部の第１具体例を示す図で、（ａ）は壁面との間に空間を設けて多数の開口部を有する部材を設置した低反発構造部の概要を示す斜視図、（ｂ）は開口部を通過した固体粒子の動きを示す断面図、（ｃ）は開口部を通過できなかった固体粒子の動きを示す断面図である。 図２に示した低反発構造部の第２具体例を示す図で、（ａ）は壁面にワイヤー等の低反発部材を設置した低反発構造部の概要を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 図２に示した低反発構造部の第３具体例を示す図で、壁面に低反発部材を略平面状に設置した低反発構造部の断面図である。 図１に示したダクト壁面構造において、第２ホッパー周辺構造を拡大して示す縦断面図である。 ２種類の低反発部材について、固体粒子の粒子径と飛散低減率との関係を示す図である。 本発明のダクト壁面構造を適用可能な他の煙道例を示す図で、（ａ）は水平煙道部及び上向きに流す垂直煙道部により構成された煙道例、（ｂ）は傾斜煙道により構成された煙道例、（ｃ）は水平煙道部及び下向きに流す垂直煙道部により構成された煙道例である。 従来のダクト壁面構造例として、石炭焚きボイラの煙道を示す縦断面図である。
　以下、本発明に係るダクト壁面構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１に例示するダクト壁面構造は、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流すものであり、図示しない煙突等から大気へ放出するための煙道１０である。この煙道１０は、鉄板製のダクトにより形成された燃焼排ガス流路であり、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を通る際に脱硝等の必要な処理を施した後、図中に矢印Ｇ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。
　図示の煙道１０は、燃焼排ガス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１３，第２垂直煙道部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。
　また、図示の煙道１０では、下向きの速度成分を有する燃焼排ガスが流れる第１垂直煙道部１２の下端部に第１ホッパー２０Ａを設置し、さらに、上向きの速度成分を有する燃焼排ガスが流れる第２垂直煙道部１４の下端部に第２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鉛直煙道部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４０を設置している。
　上述した第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中に含まれる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内を流れていく。
　第１ホッパー２０Ａは、図１及び図２に示すように、大径灰が落下するように安息角以上となるように角度設定された傾斜面２１を上流側に備えている。本実施形態では、第１ホッパー２０Ａでの捕集率を効果的に向上させるため、第１ホッパー２０Ａの上流側となる傾斜面２１を鉄板より反発係数の小さい低反発構造の低反発部（低反発構造部）６０とする。
　すなわち、傾斜面２１は、第１ホッパー２０Ａの上流側近傍（ホッパー付近）に位置する煙道１０のダクト内壁面でもあり、この傾斜面２１を低反発構造の低反発部６０とすることにより、下向きの気流とともに落下してきた大径灰５０は、低反発部６０に衝突した際の反発量が抑制される。
　この結果、下向きの気流（下向きの速度成分を有する燃焼排ガスの流れ）とともに落下してきた大径灰５０は、鉄板である従来の傾斜面２１に直接衝突した際の反発量より低下した反発をするので、第１ホッパー２０Ａを飛び越えて第２水平煙道部１３まで飛散する確率が低くなり、従って、第１ホッパー２０Ａにおける大径灰捕集率が向上する。このような大径灰捕集率の向上は、煙道１０の下流側へ飛散して流出する大径灰５０の量を低減するので、第３垂直煙道部１６に設置されている脱硝装置４０まで到達するＬＰＡ（Ｌａｒｇｅ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ａｓｈ）量を低減できる。
　ここで、上述した低反発部６０について、具体的な構成例を図面に基づいて説明する。
　図３に示す第１具体例の低反発部６０Ａは、鉄板製ダクトの内壁面である傾斜面２１との間に空間部６１を設けて金網（低反発部形成部材）６２を設置したものである。この金網６２には、大径灰５０の通路となる開口部６２ａが多数設けられている。
　このような低反発部６０Ａを採用すれば、図３（ｂ）に示すように、金網６２の開口部６２ａを通過した固体粒子は、鉄板製のダクト内壁面である傾斜面２１に衝突して反発するが、この後、金網６２の背面側に再度衝突する確率が高い。このため、金網６２の背面側に衝突した大径灰５０は、傾斜面２１に沿って空間部６１を落下し、最終的に第１ホッパー２０Ａに回収される。
　一方、大径灰５０は、全てが金網６２の開口部６２ａ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６２に衝突するものもある。金網６２の線状部材に衝突した大径灰５０は、図３（ｃ）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ホッパー２０Ａに回収される確率が高くなる。
　このように、上述した底反発部６０Ａは、金網６２の開口部を通過した大径灰５０及び金網６２に衝突した大径灰５０を効率よく第１ホッパー２０Ａに回収できるため、第１ホッパー２０Ａにおける大径灰５０の捕集率向上に有効である。
　ところで、上述した第１具体例では、低反発部材を金網６２としたが、この具体例に好適な低反発部材としては、金網６２の他にも、例えばグレーチング、多孔板、簾構造（鎧戸）等のように、大径灰５０が通過できる大きさの開口部を多数備えた格子状のものが使用可能である。
　特に、金網６２の線状部材等のように、大径灰５０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、弾性変形により大径灰５０の衝突エネルギーを効率よく吸収して反発量を低減することが可能になる。また、衝突した大径灰５０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。
　図４に示す第２具体例の低反発部６０Ｂは、傾斜面２１の壁面上に適所を固定して多数のワイヤー（低反発部形成部材）６３を設置したものである。ワイヤー６３は、鉄板と比較して剛性が低く、大径灰５０の衝突で弾性変形する素材である。従って、ワイヤー６３は、複数本を束ねた状態にして使用すれば着脱や固定が容易であり、必要に応じて上下方向及び左右方向を適宜組み合わせた格子状に配置することが望ましい。
　このようなワイヤー６３は、大径灰５０が衝突すると弾性変形により衝突エネルギーを効率よく吸収するため、衝突した大径灰５０の反発量低下により第１ホッパー２０Ａの捕集率が向上する。さらに、大径灰５０がワイヤー６３に衝突すると、大径灰５０が回転しやすくなるので、これによっても速度エネルギーが低減して反発しにくくなる。
　ところで、上述した第２具体例では、低反発部材をワイヤー６３としたが、この具体例に好適な低反発部材としては、ワイヤー６３の他にも、例えば金網等のように、大径灰５０の衝突で弾性変形する素材で構成されたものを採用可能である。
　また、第３具体例として図５に示す低反発部６０Ｃのように、低反発部材として断熱材６４等のような平板状素材を採用して傾斜面２１に張り付けることも可能である。なお、断熱材６４を採用する場合には、煙道１０の内壁面側となる断熱材６４の表面に、すなわち大径灰５０が衝突する断熱材表面に反発係数の高い鉄板等のライナーが設けられることはない。
　このような断熱材６４は、大径灰５０が衝突すると弾性変形により衝突エネルギーを効率よく吸収するため、衝突した大径灰５０の反発量低下により第１ホッパー２０Ａの捕集率が向上する。
　なお、平板状の低反発部６０Ｃは、断熱材６４の他にも、例えば鉄板より反発係数が小さいゴム系素材やプラスチック製素材を採用可能である。
　次に、図６に示す低反発構造の低反発部（低反発構造部）７０，８０は、第２ホッパー３０Ａの下流側で大径灰５０が衝突する内壁面領域または流路部に設けられている。すなわち、第２ホッパー３０Ａは、上向きの気流（上向きの速度成分を有する燃焼排ガスの流れ）が流れる第２垂直煙道部１４の下端部に設置され、第２ホッパー３０Ａの下流側に鉄板より反発係数の小さい低反発構造部７０，８０が設けられている。
　図６に示す低反発構造部７０は、第２ホッパー３０Ａの下流側となる煙道１０の流路部に、具体的には、第２水平煙道部１３と第２垂直煙道部１４との接続部で水平方向から上向きに気流の流れ方向を変える煙道流路内に、換言すれば、第２ホッパー３０Ａの上方となる煙道流路内に設けられている。この低反発構造部７０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大径灰５０が失速して第２ホッパー３０Ａに落下するので、第２ホッパー３０Ａの捕集率が向上する。
　また、図６に示す低反発部８０は、第２ホッパー３０Ａの下流側で大径灰５０が衝突する内壁面領域に、具体的には、第２水平煙道部１３を流れる水平方向な気流が衝突する第２垂直煙道部１４の壁面部に設けられている。この低反発部８０には、例えば金網、ワイヤーの束、グレーチング等を採用できる。
　このような低反発部８０を設けると、第２水平煙道部１３を水平方向に流れる気流に乗った大径灰５０の多くは、慣性力により突き当たりの内壁面領域に設けた低反発部８０に衝突する。この衝突により反発した大径灰５０は、第２垂直流路１４の流路断面中央方向へ向かうが、従来の鉄板より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する。
　すなわち、低反発部８０が第２ホッパー３０Ａの流れ方向下流側にあれば、低反発部８０に衝突した大径灰５０の反発量低下により、流速の速い流路断面中央及びその近傍まで到達して気流とともに下流側へ流出する大径灰５０の量が減少する。この結果、気流から分離して落下する大径灰５０が増加するので、この大径灰５０を第２ホッパー３０Ａで回収すれば、第２ホッパー３０Ａにおける大径灰５０の捕集率が向上する。
　この場合、低反発部８０には、上述した第１具体例から第３具体例の構成を採用でき、また、諸条件に応じて低反発部７０と適宜組み合わせた構成も可能である。
　ここで、鉄板より反発係数の小さい素材を例示すると、ゴム系素材やプラスチック系素材の他には、例えば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。これらは、上述した板状、金網及びワイヤー等の状態として、適宜選択しての使用が可能である。
　さて、上述した低反発構造について、固体粒子の直径である粒子径（ｍｍ）と飛散低減率（％）との関係を数値シミュレーションにより試算した結果を図７に示す。すなわち、図７は低反発構造の有効性を検証した試算であり、飛散低減率が大きくなる粒子径ほど、上述した低反発構造が有効となる。
　図７に示す関係では、二種類の低反発構造（低反発ａ，低反発ｂ）について試算しているが、粒子径（ｄ）が略０．３ｍｍから飛散低減率の向上が始まり、粒子径（ｄ）が略５ｍｍまで大きくなると飛散低減率は１００％となる。従って、上述した本実施形態の低反発構造は、固体粒子の粒子径（ｄ）が０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲で有効となる。
　また、図８に示す煙道（鉄板製のダクト構造）は、上述した実施形態のダクト壁面構造を適用可能な他の構成例である。
　図８（ａ）に示す煙道１０は、図１に示した実施形態と同様に、水平煙道部及び上向きに流す垂直煙道部により構成された煙道例である。この煙道例では、第２水平煙道部１３の両端部に接続された第１垂直煙道部１２の下端部及び第２垂直煙道部１４の下端部に、それぞれ第１ホッパー２０Ａ及び第２ホッパー３０Ａが設置されている。
　図８（ｂ）に示す煙道１０Ａは、第１垂直煙道１２と水平煙道部１５Ａとの間が、流れに上向きの速度成分を有する傾斜煙道１７により構成された煙道例である。この煙道例では、第１垂直煙道部１２の下端部に第１ホッパー２０Ａが設置され、傾斜煙道１７の途中に第２ホッパー３０Ｂが設置されている。
　この煙道例では、第２ホッパー３０Ｂの下流側となる流路部に、例えば簾状の低反発構造を設けることで、捕集率向上を達成できる。
　図８（ｃ）に示す煙道１０Ｂは、水平煙道部及び下向きに流す垂直煙道部により構成された煙道例である。すなわち、図８（ａ）に示した第２垂直煙道部１４に代えて、第２水平煙道部１３の端部から下向きに設けた第２垂直煙道部１４Ａを備えている。この煙道例では、第２ホッパー３０Ｃの下流側で上下方向下向きに流れるので、第２ホッパー３０Ｃの上流側または下流側の流路部に、例えば簾状の低反発構造を設けて捕集率を向上させることができる。
　このように、上述した本実施形態によれば、石炭焚きボイラ１より排出された石炭灰を含む燃焼排ガス（固気二相流）を流す鉄板製ダクト（煙道）においては、ダクトの途中に設けたホッパーの大径灰捕集率を向上させることができるので、ダクト下流側への流出を低減できる。この結果、例えば脱硫装置４０まで到達する大径灰を低減し、脱硝触媒の目詰まりを抑制または防止することができる。
　ところで、上述した実施形態では、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壁面構造を採用した鉄板製のダクトは、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。
　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。
　　１　　石炭焚きボイラ
　　２　　火炉
　１０，１０Ａ，１０Ｂ　　煙道
　２０，２０Ａ　　第１ホッパー
　２１　　傾斜面
　３０，３０Ａ～３０Ｃ　　第２ホッパー
　４０　　脱硝装置
　５０　　高空隙率大径灰（大径灰）
　６０，６０Ａ～６０Ｃ，７０，８０　　低反発部（低反発構造部）

Claims (4)

  1. 　気流中に固体粒子を含む固気二相流を流す鉄板製ダクトのダクト壁面構造であって、
    　上下方向の速度成分を有する流れとなる方向に設置された前記鉄板製ダクトの下端部またはダクト途中に設けられて前記気流から前記固体粒子を回収するホッパーを備え、
    　前記ホッパーの流れ方向上流側または下流側で前記固体粒子が衝突する内壁面領域または流路部に、鉄板より反発係数の小さい低反発構造部を設けたダクト壁面構造。
  2. 　前記低反発部が、前記鉄板製ダクトの内壁面との間に空間部を設けて設置され、前記固体粒子の通路となる開口部を備えた低反発部形成部材である請求項１に記載のダクト壁面構造。
  3. 　前記低反発部が、前記鉄板製ダクトの内壁面上に設置されて前記固体粒子の衝突で弾性変形する低反発部形成部材である請求項１に記載のダクト壁面構造。
  4. 　前記固気二相流は、石炭焚きボイラより排出され、石炭灰を含む燃焼排ガスである請求項１から３のいずれか１項に記載のダクト壁面構造。
     
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