WO2020213587A1 - ボイラ及びファウリング抑制方法 - Google Patents

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WO2020213587A1
WO2020213587A1 PCT/JP2020/016370 JP2020016370W WO2020213587A1 WO 2020213587 A1 WO2020213587 A1 WO 2020213587A1 JP 2020016370 W JP2020016370 W JP 2020016370W WO 2020213587 A1 WO2020213587 A1 WO 2020213587A1
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WO
WIPO (PCT)
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biomass
group compound
fireplace
boiler
fuel
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/016370
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English (en)
French (fr)
Inventor
知歌子 和田
佐藤　直樹
俊一朗 上野
Original Assignee
株式会社Ihi
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J7/00—Arrangement of devices for supplying chemicals to fire
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam

Definitions

  • This disclosure relates to boiler and fouling suppression methods.
  • boilers using solid fuel including coal are known.
  • ash is generated from the burned coal, and the ash flows by the combustion gas. Therefore, in the above boiler, ash adheres to and accumulates on the wall surface of the fireplace and the heat transfer tubes arranged from above to downstream of the fireplace, resulting in slugging, fouling, and the like.
  • slugging is the adhesion of ash particles generated on the heat transfer surface that receives radiation from the flame. Slugging usually occurs in a reducing atmosphere in a high temperature region where the gas temperature is 1000 ° C. or higher. Further, fouling is the adhesion of ash particles generated on the heat transfer surface due to the condensation of ash that has once volatilized during combustion. Fowling usually occurs in an oxidizing atmosphere with a gas temperature in the range of 400-1000 ° C.
  • Patent Document 1 discloses a method for suppressing ash adhesion of a boiler.
  • the ash adhesion suppressing method disclosed in Patent Document 1 measures the composition of the ash component of the solid fuel and the composition of the additive in advance, determines an appropriate mixing ratio of the solid fuel and the additive, and determines the mixing. It is a method of supplying a mixture of ratios to a boiler.
  • Patent Document 1 For example, in each example of Patent Document 1, for a mixture of pulverized coal and an additive, at 1300 ° C. in a relatively inert atmosphere of N 2 : 80%, O 2 : 1%, CO 2 : 19%. It is burned and the ash adhesion rate is measured.
  • Patent Document 1 the ash adhesion suppressing method described in Patent Document 1 is understood to disclose a slugging suppressing method in view of the atmosphere and the combustion temperature of the examples. Therefore, Patent Document 1 does not disclose an efficient method for suppressing fouling.
  • An object of the present disclosure is to provide a boiler and a method for suppressing fouling, which efficiently suppresses the occurrence of fouling.
  • the boiler according to the first aspect of the present disclosure has a heat transfer tube surface temperature of 300 to 650 under an oxidizing atmosphere having a gas temperature of 400 to 1000 ° C. when a biomass-containing fuel containing a biomass solid fuel is burned in a furnace.
  • the boiler includes a furnace and a spinel group compound supply unit, and the spinel group compound is supplied from the spinel group compound supply unit when the biomass-containing fuel is burned. Will be done.
  • the boiler according to the second aspect of the present disclosure is the boiler according to the first aspect, wherein the furnace is a vertical furnace body in which the combustion gas generated by combustion of the biomass-containing fuel rises, and the furnace body.
  • a burner portion provided on a side surface and an over-airport portion provided on the side surface of the furnace main body and above the burner portion to supply air into the furnace main body are provided, and the boiler further comprises the biomass.
  • the furnace body is provided with a top, and the spinel group compound supply unit includes the mill supply line, the fuel supply line for the burner unit, the OAP supply line, and the OAP supply line for supplying air to the unit. It is provided in one or more parts selected from the top of the furnace body.
  • the spinel compound in the boiler according to the first or second aspect, is, MgAl 2 O 4, FeAl 2 O 4, ZnAlO 4, MnAl 2 O 4, FeFe 3+ It is at least one metal oxide selected from 2 O 4 , MgFe 3+ 2 O 4 , MnFe 3+ 2 O 4 , FeCr 2 O 4 and MgCr 2 O 4 .
  • the boiler according to the fourth aspect of the present disclosure includes the mass Mv [kg / Hr] per unit time of the biomass-containing fuel supplied to the fireplace in the boiler according to any one of the first to third aspects.
  • the ratio Mv: Ms of the spinel group compound supplied to the furnace to the mass Ms [kg / Hr] per unit time is in the range of 100:10 to 0.01.
  • fouling suppression method when a biomass-containing fuel containing a biomass solid fuel is burned in the boiler using a boiler equipped with a furnace, oxidation at a gas temperature of 400 to 1000 ° C.
  • the spinel group compound is supplied from the spinel group compound supply unit.
  • the fouling inhibiting method according to the fifth aspect of the spinel compound is, MgAl 2 O 4, FeAl 2 O 4, ZnAlO 4, MnAl 2 O 4 , FeFe 3+ 2 O 4 , MgFe 3+ 2 O 4 , MnFe 3 + 2 O 4 , FeCr 2 O 4 and MgCr 2 O 4 at least one metal oxide.
  • the fouling suppression method according to the seventh aspect of the present disclosure is the mass Mv [kg / Hr] per unit time of the biomass-containing fuel supplied to the fireplace in the fouling suppression method according to the fifth or sixth aspect. ] And the mass Ms [kg / Hr] of the spinel group compound supplied to the fireplace per unit time.
  • Mv: Ms is in the range of 100:10 to 0.01.
  • the fouling suppression method according to the eighth aspect of the present disclosure is the fouling suppression method according to any one of the fifth to seventh aspects, wherein the combustion gas generated by the combustion of the biomass-containing fuel increases in the furnace.
  • the boiler further supplies the burner unit with a mill for crushing the biomass-containing fuel, a mill supply line for supplying the biomass-containing fuel to the mill, and a biomass-containing fuel discharged from the mill.
  • the fuel supply line for the burner section and the OAP supply line for supplying air to the over-airport section are provided, the furnace body is provided with a top portion, and the spinel group compound supply section is the mill supply line and the burner. It is provided in one or more parts selected from the fuel supply line for parts, the OAP supply line, and the top of the furnace body.
  • FIG. It is a figure which shows the boiler which concerns on embodiment. It is a figure which shows the vertical heating furnace test system used in Example 1.
  • FIG. It is an enlarged view of the range B of FIG. It is a graph which shows typically the temperature distribution at the time of combustion in the vertical heating furnace which constitutes the vertical heating furnace test system shown in FIG. It is a graph which shows the relationship between the supply amount of ash or a mixture of ash and an additive, and the amount of ash adhesion. It is a graph which shows the relationship between the particle diameter of ash particles and the integrated number.
  • FIG. 1 is a diagram showing a boiler according to an embodiment.
  • the boiler 1 shown in FIG. 1 is generated when a biomass-containing fuel containing a biomass solid fuel is burned in a fireplace 10 in an oxidizing atmosphere with a gas temperature of 400 to 1000 ° C. and a heat transfer tube surface temperature of 300 to 650 ° C. It is a device that suppresses fouling.
  • the heat transfer tube surface temperature means the temperature of the surface on the side in contact with the combustion gas of the steam flowing pipe installed in the fireplace.
  • the boiler 1 is a device that suppresses the fouling by supplying a spinel group compound from a spinel group compound supply unit at the time of combustion of a biomass-containing fuel.
  • the configuration of the boiler 1 will be described in detail later, but will be briefly explained.
  • the boiler 1 includes a fireplace 10 and a spinel group compound supply unit.
  • the spinel group compound supply unit is a portion where the spinel group compound is supplied into the fireplace 10.
  • the spinel group compound supply section is provided in one or more portions selected from the mill supply line 75, the fuel supply line 85 for the burner section, the OAP supply line 15, and the top 12 of the furnace main body 11.
  • the boiler 1 is a boiler that suppresses the fouling, and includes a furnace 10 and a spinel group compound supply unit, and when the biomass-containing fuel is burned, the spinel group compound is released from the spinel group compound supply unit. It is a device to be supplied.
  • FIG. 1 an example in which the boiler 1 is provided with the spinel group compound supply part in four kinds of parts, the mill supply line 75, the fuel supply line 85 for the burner part, the OAP supply line 15, and the top 12 of the fireplace body 11. Is shown. However, as a modification of the boiler 1, it is possible to provide an apparatus in which a spinel group compound supply unit is provided in one or more and three or less of these four types of parts.
  • the boiler 1 preferably has a heat transfer tube surface temperature of 500 to 650 ° C. in an oxidizing atmosphere of a gas temperature of 800 to 900 ° C. when the biomass-containing fuel 50 is burned in the fireplace 10. It is a device that suppresses the fouling that occurs in.
  • the boiler 1 will be described in detail.
  • biomass-containing fuel 50 used for combustion in the boiler 1
  • the biomass-containing fuel 50 is a fuel containing a biomass solid fuel.
  • the biomass-containing fuel 50 is usually used as a fuel for combustion in the burner unit 13.
  • biomass solid fuel for example, one or more fuels selected from wood chips, EFB, PKS, and bark are used.
  • EFB Empty Fruits Bunch
  • PKS Palm Kemel Shell
  • Bark is the bark.
  • the biomass-containing fuel 50 may consist of only the biomass solid fuel or may contain pulverized coal in addition to the biomass solid fuel.
  • the size of the fine powder of the biomass-containing fuel 50 is the case where the biomass-containing fuel 50 is composed of only the biomass solid fuel and the case where the biomass-containing fuel 50 contains pulverized coal in addition to the biomass solid fuel. Applies.
  • the biomass solid fuel is pulverized by pulverization with a mill 80 or the like provided in the boiler 1 and then supplied to the burner unit 13.
  • the boiler 1 has a structure in which a spinel group compound can be supplied from a spinel group compound supply unit when the biomass-containing fuel 50 is burned.
  • the spinel group compound is a compound having a spinel-type crystal structure.
  • the occurrence of fouling can be suppressed by supplying the spinel group compound from the spinel group compound supply unit when the biomass-containing fuel 50 is burned.
  • spinel group compounds examples include MgAl 2 O 4 , FeAl 2 O 4 , ZnAlO 4 , MnAl 2 O 4 , FeFe 3 + 2 O 4 , MgFe 3 + 2 O 4 , MnFe 3 + 2 O 4 , FeCr 2 O 4 and MgCr. at least one metal oxide selected from 2 O 4 is used.
  • the spinel group compounds may be supplied to the fireplace 10 from a plurality of spinel group compound supply units of the boiler 1.
  • the spinel group compound supply unit for supplying the spinel group compound is selected from the mill 80, the mill supply line 75, the fuel supply line 85 for the burner unit, the OAP supply line 15, and the top 12 of the furnace body 11. It may be provided in one or more parts.
  • the integrated distribution diameter D 50 of the fine powders of the spinel group compounds supplied to the furnace 10 is the spinel. to be within the scope of the cumulative distribution diameter D 50 of fine powder of family compounds.
  • the ratio Mv: Ms of the mass Mv [kg / Hr] of the biomass-containing fuel supplied to the fireplace 10 per unit time and the mass Ms [kg / Hr] of the spinel group compound supplied to the fireplace 10 per unit time is determined. It is usually in the range of 100:10 to 0.01.
  • the above Ms is per unit time of the spinel group compounds supplied to the furnace 10 from the plurality of spinel group compound supply units. Is the total mass [kg / Hr] of.
  • the biomass-containing fuel 50 is supplied to the fireplace 10 from a plurality of burner units 13.
  • the Mv is the total mass [kg / Hr] per unit time of the biomass-containing fuel 50 supplied from the plurality of burner units 13 to the fireplace 10.
  • the spinel group compound supply unit for supplying the spinel group compound is one selected from the mill supply line 75, the fuel supply line 85 for the burner unit, the OAP supply line 15, and the top 12 of the fireplace body 11. It is provided in the above part.
  • the spinel group compound supply unit provided in the mill supply line 75 is the spinel group compound mill upstream supply unit 77, which is provided outside the fireplace 10.
  • the spinel group compound supply unit provided in the fuel supply line 85 for the burner unit is the spinel group compound mill downstream supply unit 87, and is provided outside the fireplace 10.
  • the spinel group compound supply unit provided in the OAP supply line 15 is the spinel group compound OAP supply unit 17, and is provided outside the fireplace 10.
  • the spinel group compound supply unit provided at the top 12 of the fireplace main body 11 is the top supply unit 19 and is provided in the fireplace 10.
  • Each spinel group compound supply unit will be described later separately for a configuration provided inside the fireplace 10 and a configuration provided outside the fireplace 10.
  • the boiler 1 includes a fireplace 10, a combustion gas horizontal movement unit 20 provided on the downstream side of the fireplace 10, and a combustion gas lowering unit 30 provided on the downstream side of the combustion gas horizontal movement unit 20. Further, the boiler 1 includes a mill 80 or the like for crushing the biomass-containing fuel 50.
  • the furnace 10 is a device capable of burning a biomass-containing fuel 50 including a biomass solid fuel.
  • the fireplace 10 includes a vertical fireplace main body 11, a burner portion 13, and an over-airport portion 14. Further, the fireplace main body 11 is provided with a top portion 12, and the top portion 12 of the fireplace main body 11 is provided with a top supply unit 19 as a spinel group compound supply unit.
  • the boiler 1 shown in FIG. 1 is an example in which the fireplace 10 has a horizontal portion and a descending portion, and the structure of the boiler 1 is not limited to the structure of the boiler 1 shown in FIG.
  • the boiler 1 can be a tower type boiler in which the fireplace 10 does not have a horizontal portion or a descending portion.
  • the fireplace body 11 is a tubular structure having a vertical structure in which the length of the inside of the fireplace body 11 in the vertical direction is longer than the width in the horizontal direction.
  • the fireplace main body 11 has a structure in which the combustion gas generated by the combustion of the biomass-containing fuel 50 rises along the internal shape of the fireplace main body 11 inside the fireplace main body 11.
  • the top 12 of the furnace main body 11 is provided with a top supply unit 19 and a fireplace top water pipe group 41 to which a spinel group compound is supplied from a spinel group compound supply unit when the biomass-containing fuel 50 is burned.
  • the top 12 of the fireplace main body 11 means a portion constituting the ceiling of the fireplace main body 11.
  • the burner unit 13 is a device for burning the biomass-containing fuel 50 in the furnace main body 11. Specifically, the burner unit 13 has a structure capable of burning a fuel fine powder-containing gas which is a mixture containing fine powder of the biomass-containing fuel 50 and air.
  • the burner portion 13 is provided on the side surface of the fireplace main body 11 so that the fuel fine powder-containing gas can be supplied to the inside of the fireplace main body 11.
  • the burner unit 13 can supply the fuel-spinel-containing gas, which is a mixture of the fuel fine powder-containing gas and the fine powder of the spinel group compound, instead of the fuel fine powder-containing gas.
  • the fuel-spinel-containing gas is a mixture containing a fine powder of the biomass-containing fuel 50, air, and a fine powder of a Spinel group compound.
  • the combustion temperature of the fuel fine powder-containing gas and the fuel-spinel-containing gas supplied from the burner unit 13 is usually as high as 1200 to 1400 ° C. Therefore, fouling that occurs at 400 to 1000 ° C. usually does not occur in the vicinity of the burner portion 13 in the furnace main body 11. Fowling occurs in the post-boiler transfer portion downstream of the burner portion 13 where the heat transfer tube surface temperature is 300 to 650 ° C. in an oxidizing atmosphere where the gas temperature is 400 to 1000 ° C.
  • the over-airport unit 14 is an air supply port for staged combustion.
  • the over-airport portion 14 is provided on the side surface of the fireplace main body 11 and above the burner portion 13, and supplies air into the fireplace main body 11. Further, the over-airport portion 14 can supply a spinel fine powder-containing gas containing fine powder of a spinel group compound and air instead of air.
  • a top supply unit 19 is provided on the top 12 of the fireplace main body 11.
  • the top supply unit 19 is a spinel group compound supply unit that supplies a spinel group compound from the top 12 of the fireplace body 11 into the fireplace body 11. That is, the top supply unit 19 as the spinel group compound supply unit is provided on the top 12 of the furnace main body 11.
  • the spinel group compound is usually supplied from the top supply unit 19 into the furnace main body 11 when the biomass-containing fuel is burned.
  • the ash generated by the combustion of the biomass-containing fuel reacts with the spinel group compound to generate an alumina silicate salt, a silicate salt, or the like, thereby forming an ash having a large particle size.
  • the ash having a large particle size suppresses the adhesion of the generated ash into the fireplace 10.
  • the top supply unit 19 supplies the spinel group compound into the furnace 10 in the form of only the spinel group compound or in the form of a spinel group compound mixed gas obtained by mixing fine powder of the spinel group compound and air. You can do it.
  • the upstream side of the top supply unit 19 is usually not provided with a crushing means such as a mill. Therefore, when the spinel group compound is supplied via the top supply unit 19, the spinel group compound in the form of fine powder is usually supplied.
  • a crushing portion such as a mill may be provided on the upstream side of the top supply portion 19.
  • the spinel group compound supplied to the pulverized portion is not limited to the fine powder, and a lumpy spinel group compound can be used.
  • the crushing section performs the treatment so that the spinel group compound discharged from the crushing section and supplied to the top supply section 19 becomes a fine powder.
  • a fireplace top water pipe group 41 composed of a plurality of water pipes 40 is provided at the top 12 of the fireplace main body 11 and on the downstream side of the top supply part 19.
  • the downstream means the downstream in the flow direction of the combustion gas during the normal operation of the boiler 1.
  • the fireplace top water pipe group 41 is provided in a portion of the top 12 of the fireplace main body 11 that is closer to the combustion gas horizontal movement portion 20 than the top supply portion 19.
  • the water pipe group 41 at the top of the fireplace is usually used as a superheater.
  • the boiler 1 shown in FIG. 1 includes one fireplace top water pipe group 41, but as a modification of the boiler, a configuration may include a plurality of fireplace top water pipe groups 41.
  • the top supply unit 19 for supplying the spinel group compound that suppresses the occurrence of fouling into the fireplace 10 is provided on the upstream side of the fireplace top water pipe group 41. Fowling is more likely to occur in the members in the combustion gas horizontal moving portion 20 and the combustion gas lowering portion 30 downstream than the fireplace top water pipe group 41 in the fireplace 10.
  • the combustion gas horizontal movement unit 20 is provided on the downstream side of the fireplace 10, and is a portion where the combustion gas discharged from the fireplace 10 moves in the horizontal direction.
  • the combustion gas horizontal movement unit 20 includes a horizontal movement unit water pipe group 42 inside.
  • the horizontal moving part water pipe group 42 is composed of a plurality of water pipes 40, and is usually used as a superheater or a reheater.
  • the boiler 1 shown in FIG. 1 includes one horizontal moving part water pipe group 42, but as a modification of the boiler, a configuration may include a plurality of horizontal moving part water pipe groups 42. In a modified example of a boiler having a plurality of horizontal moving water pipe groups 42, a part of the horizontal moving water pipe group 42 may be a superheater and the rest of the horizontal moving water pipe group 42 may be a reheater.
  • fouling in the boiler 1 is more likely to occur in the combustion gas horizontal moving portion 20 and the combustion gas lowering portion 30 described later than in the fireplace 10. Specifically, the fouling is performed on the surface of the water pipe 40 of the horizontal moving portion water pipe group 42 of the combustion gas horizontal moving portion 20 and the combustion gas lowering described later than the surface of the water pipe 40 of the furnace top water pipe group 41 of the fireplace 10. It tends to occur on the surface of the water pipe 40 of the descending part water pipe group 43 of the part 30.
  • the spinel group compound is supplied from the spinel group compound supply unit such as the top supply unit 19 and the spinel group compound mill upstream supply unit 77 to the furnace main body 11 upstream of the combustion gas horizontal movement unit 20, thereby causing the fau.
  • the generation of rings can be suppressed.
  • the combustion gas lowering portion 30 is provided on the downstream side of the combustion gas horizontal moving portion 20, and is a portion where the combustion gas discharged from the combustion gas horizontal moving portion 20 descends.
  • the combustion gas lowering portion 30 includes a descending portion water pipe group 43 inside.
  • the descending water pipe group 43 is composed of a plurality of water pipes 40, and is usually used as a superheater or a reheater.
  • the boiler 1 includes descending water pipe groups 43a, 43b and 43c as a descending water pipe group 43. These descending water pipe groups 43a, 43b and 43c are used, for example, as superheaters or reheaters, respectively.
  • the boiler 1 shown in FIG. 1 includes three descending water pipe groups 43a, 43b and 43c as the descending water pipe group 43, but as a modification of the boiler, the descending water pipe group 43 is provided in a number other than three. It may be configured.
  • the spinel group compound is supplied to the furnace main body 11 upstream of the combustion gas lowering unit 30 from the spinel group compound supply unit such as the top supply unit 19 and the spinel group compound mill upstream supply unit 77, thereby fouling. Can be suppressed.
  • the mill 80 is a device for crushing a biomass-containing fuel 50 larger than a fine powder.
  • the biomass-containing fuel 50 which is larger than the fine powder, is processed by the mill 80 to become the fine powdered biomass-containing fuel 50.
  • the biomass-containing fuel 50 is burned by supplying the fine powdered biomass-containing fuel 50 to the burner portion 13 of the furnace 10.
  • the raw biomass-containing fuel 50 may contain a substance larger than the fine powder.
  • the biomass solid fuel contained in the unprocessed biomass-containing fuel 50 may be pellets having a diameter of about 1 to 3 mm.
  • the mill 80 is mainly an apparatus for pulverizing and pulverizing a biomass-containing fuel 50 larger than such a fine powder.
  • the spinel group compound supply section provided outside the furnace 10 is provided on the mill supply line 75, the fuel supply line 85 for the burner section, or the OAP supply line 15.
  • a spinel group compound supply unit is provided outside the furnace 10, as a modification of the boiler 1, a device in which a spinel group compound supply unit is provided in one or more and two or less of these three types of parts. It is possible to do.
  • the spinel group compound supply unit provided in the mill supply line 75 is the spinel group compound mill upstream supply unit 77.
  • the spinel group compound supply unit provided in the fuel supply line 85 for the burner unit is the spinel group compound mill downstream supply unit 87.
  • the spinel group compound supply unit provided in the OAP supply line 15 is the spinel group compound OAP supply unit 17.
  • a mill supply line 75 for supplying the biomass-containing fuel 50 to the mill 80 is provided on the upstream side of the mill 80. Further, a fuel supply unit 70 for supplying the biomass-containing fuel 50 to the mill supply line 75 is provided on the upstream side of the mill supply line 75. Therefore, the biomass-containing fuel 50 supplied to the fuel supply unit 70 is transferred to the mill 80 via the mill supply line 75, and is pulverized by pulverization in the mill 80.
  • a spinel group compound mill upstream supply unit 77 is provided in the middle of the mill supply line 75.
  • the spinel group compound mill upstream supply unit 77 is a spinel group compound supply unit that supplies the spinel group compound to the mill supply line 75. That is, the spinel group compound mill upstream supply unit 77 as the spinel group compound supply unit is provided in the mill supply line 75.
  • the spinel group compound mill upstream supply unit 77 When the spinel group compound mill upstream supply unit 77 is used as the spinel group compound supply unit, the spinel group compound is usually supplied from the spinel group compound mill upstream supply unit 77 into the furnace body 11 when the biomass-containing fuel is burned. To. In the furnace main body 11, the ash generated by the combustion of the biomass-containing fuel reacts with the spinel group compound to generate an alumina silicate salt, a silicate salt, or the like, thereby forming an ash having a large particle size. The ash having a large particle size suppresses the adhesion of the generated ash into the fireplace 10.
  • the mill supply line 75 is located on the upstream side of the mill 80, the spinel group compound supplied via the spinel group compound mill upstream supply unit 77 can be pulverized by the mill 80. Therefore, when the spinel group compound is supplied via the spinel group compound mill upstream supply unit 77, it is possible to supply the spinel group compound such as a lump larger than the fine powder as it is. When the spinel group compound larger than the fine powder is supplied to the mill supply line 75 as it is, the mill 80 is set to pulverize the obtained fine powder spinel group compound.
  • a fuel supply line 85 for the burner section is provided on the downstream side of the mill 80 to supply the biomass-containing fuel 50 discharged from the mill 80 to the burner section 13.
  • the biomass-containing fuel 50 discharged from the mill 80 is in the form of fine powder
  • the biomass-containing fuel 50 can be supplied to the burner unit 13 as it is.
  • the fuel supply line 85 for the burner section is branched into a number corresponding to the number of the burner section 13 on the downstream side of the mill 80.
  • the finely powdered biomass-containing fuel 50 is transferred to the burner section 13 together with air, if necessary.
  • a spinel group compound mill downstream supply section 87 is provided in the middle of the fuel supply line 85 for the burner section.
  • the spinel group compound mill downstream supply unit 87 is a spinel group compound supply unit that supplies the spinel group compound to the fuel supply line 85 for the burner unit. That is, the spinel group compound mill downstream supply unit 87 as the spinel group compound supply unit is provided in the fuel supply line 85 for the burner unit.
  • the spinel group compound mill downstream supply unit 87 When the spinel group compound mill downstream supply unit 87 is used as the spinel group compound supply unit, the spinel group compound is usually supplied from the spinel group compound mill downstream supply unit 87 into the furnace body 11 when the biomass-containing fuel is burned. To. In the furnace main body 11, the ash generated by the combustion of the biomass-containing fuel reacts with the spinel group compound to generate an alumina silicate salt, a silicate salt, or the like, thereby forming an ash having a large particle size. The ash having a large particle size suppresses the adhesion of the generated ash into the fireplace 10.
  • the fuel supply line 85 for the burner section is located on the downstream side of the mill 80, the spinel group compounds supplied via the fuel supply line 85 for the burner section cannot be crushed. Therefore, when the spinel group compound is supplied via the spinel group compound mill downstream supply unit 87, the fine powder spinel group compound is supplied.
  • the over-airport portion 14 provided in the furnace main body 11 is an air supply port for staged combustion.
  • the boiler 1 is provided with an OAP supply line 15 that supplies air to the over-airport portion 14.
  • OAP means an over airport (Over Air Port).
  • the over-airport portion 14 can supply a mixture of air and a spinel group compound instead of air.
  • a fine powder spinel group compound is used as the spinel group compound supplied from the over airport portion 14.
  • a spinel group compound OAP supply unit 17 is provided in the middle of the OAP supply line 15.
  • the spinel group compound OAP supply unit 17 is a spinel group compound supply unit that supplies the spinel group compound to the OAP supply line 15. That is, the spinel group compound OAP supply unit 17 as the spinel group compound supply unit is provided in the OAP supply line 15.
  • the spinel group compound OAP supply unit 17 When the spinel group compound OAP supply unit 17 is used as the spinel group compound supply unit, the spinel group compound is usually supplied from the spinel group compound OAP supply unit 17 into the furnace main body 11 when the biomass-containing fuel is burned.
  • the ash generated by the combustion of the biomass-containing fuel reacts with the spinel group compound to generate an alumina silicate salt, a silicate salt, or the like, thereby forming an ash having a large particle size.
  • the ash having a large particle size suppresses the adhesion of the generated ash into the fireplace 10.
  • the OAP supply line 15 does not have a crushing means such as a mill, the spinel group compound supplied via the OAP supply line 15 cannot be crushed. Therefore, when the spinel group compound is supplied via the spinel group compound OAP supply unit 17, the fine powdered spinel group compound is supplied.
  • fouling can be suppressed by supplying the spinel group compound from the spinel group compound supply unit when the biomass-containing fuel 50 is burned in an oxidizing atmosphere at 800 to 900 ° C.
  • an atmosphere in which oxygen O 2 is 1 to 19 vol% or carbon dioxide CO 2 is 1 to 19 vol% is used.
  • the finely powdered biomass-containing fuel 50 is supplied from the burner portion 13 of the boiler 1 into the furnace 10 and burned.
  • the biomass-containing fuel 50 supplied from the burner unit 13 into the furnace 10 is usually supplied in the form of a fuel fine powder-containing gas which is a mixture of the fine powder of the biomass-containing fuel 50 and air. In this case, the fuel fine powder-containing gas burns in the furnace 10.
  • the occurrence of fouling can be suppressed by supplying the spinel group compound from the spinel group compound supply unit when the biomass-containing fuel 50 is burned.
  • the operation of the boiler 1 will be described below.
  • the spinel group compound is transferred from the spinel group compound supply section such as the mill supply line 75, the fuel supply line 85 for the burner section, the OAP supply line 15, and the top supply section 19.
  • Group compounds are supplied.
  • the spinel group compound is supplied to the mill supply line 75 or the fuel supply line 85 for the burner section, a mixture of the biomass-containing fuel 50 and the spinel group compound is supplied from the burner section 13 into the furnace 10.
  • the biomass-containing fuel 50 burns.
  • the combustion temperature when the biomass-containing fuel 50 burns in the vicinity of the burner section 13 is usually as high as 1200 to 1400 ° C. Therefore, fouling that occurs at 800 to 900 ° C. usually does not occur in the vicinity of the burner portion 13 in the furnace main body 11. Fowling occurs in the post-boiler transfer portion downstream of the burner portion 13 where the heat transfer tube surface temperature is 300 to 650 ° C. in an oxidizing atmosphere where the gas temperature is 400 to 1000 ° C.
  • the fouling is performed by the fireplace top water pipe group 41 of the fireplace 10, the horizontal movement part water pipe group 42 of the combustion gas horizontal movement part 20, and the lower part water pipe of the combustion gas lowering part 30. It tends to occur on the surface of the water pipe 40 of group 43. More specifically, the fouling is a surface of the water pipe 40 of the horizontal movement portion 20 of the combustion gas horizontal movement portion 20 and a combustion gas lowering portion rather than the surface of the water pipe 40 of the water pipe group 41 at the top of the fireplace of the fireplace 10. It tends to occur on the surface of the water pipe 40 of the descending water pipe group 43 of 30.
  • the spinel group compound supply unit when the spinel group compound supply unit is provided in the mill supply line 75, the fuel supply line 85 for the burner unit, the OAP supply line 15, and the like, the spinel group compound supply unit sends the spinel group compound when the biomass-containing fuel 50 is burned. Is supplied.
  • the ash generated by the combustion of the biomass-containing fuel reacts with the spinel group compounds to generate alumina silicate salts, silicate salts, and the like, thereby forming ash having a large particle size. Will be done. Since the ash having a large particle size suppresses the adhesion of the generated ash into the fireplace 10, the occurrence of fouling is efficiently suppressed.
  • the spinel group compound is supplied from the spinel group compound supply unit when the biomass-containing fuel 50 is burned.
  • the ash generated by the combustion of the biomass-containing fuel reacts with the spinel group compound to generate an alumina silicate salt, a silicate salt, or the like, thereby forming ash having a large particle size.
  • the ash having a large particle size suppresses the adhesion of the generated ash into the fireplace 10, the occurrence of fouling is efficiently suppressed.
  • the fouling suppression method according to the embodiment is a fouling suppression method using the boiler 1 according to the embodiment.
  • the fouling suppression method according to the embodiment is a fouling suppression method for suppressing fouling generated when a biomass-containing fuel 50 containing a biomass solid fuel is burned in the furnace 10 using a boiler 1 provided with a fireplace 10.
  • the heat transfer tube surface temperature is 300 to 650 in an oxidizing atmosphere with a gas temperature of 400 to 1000 ° C.
  • the fouling suppression method according to the embodiment is a boiler having a gas temperature of 800 to 900 ° C. and a heat transfer tube surface temperature of 500 to 650 ° C.
  • the fouling suppression method according to the embodiment is a method in which a spinel group compound is supplied from a spinel group compound supply unit when the biomass-containing fuel 50 is burned.
  • the boiler 1, the biomass-containing fuel 50, and the spinel group compound used in the fouling suppression method according to the embodiment are the same as those described in the boiler 1 according to the embodiment. Therefore, these explanations will be omitted.
  • the spinel group compound is supplied from the spinel group compound supply unit when the biomass-containing fuel 50 is burned in an oxidizing atmosphere at 800 to 900 ° C. Since the oxidizing atmosphere in the fouling suppression method according to the embodiment is the same as the oxidizing atmosphere in the boiler 1 according to the embodiment, the description thereof will be omitted.
  • the ratio Mv: Ms of the Ms to the Mv and its numerical range are the same as the Mv: Ms and the numerical range thereof in the boiler 1 according to the embodiment, and thus the description thereof is omitted. To do.
  • the spinel group compound is applied to one or more portions selected from the mill supply line 75, the fuel supply line 85 for the burner section, the OAP supply line 15, and the top 12 of the fireplace body 11. Provided.
  • FIG. 2 is a diagram showing a vertical heating furnace test system used in Example 1.
  • the vertical heating furnace test system 2 shown in FIG. 2 includes a vertical heating furnace 200 corresponding to the fireplace 10 of the boiler 1 and a fuel supply device 100 corresponding to the mill 80 of the boiler 1.
  • the fuel supply device 100 is a device that supplies the fuel fine powder-containing gas, which is a mixture of the fine powdery biomass-containing fuel 50 and air 110, to the vertical heating furnace 200.
  • the fuel supply device 100 supplies the fuel-spinel-containing gas, which is a mixture of the fuel fine powder-containing gas and the fine powder of the spinel group compound, to the vertical heating furnace 200 instead of the fuel fine powder-containing gas. Is possible.
  • the vertical heating furnace 200 includes a ceramic pipe 210 corresponding to the furnace main body 11, a vertical heating furnace top 220 that closes the upper end of the ceramic pipe 210, and a vertical heating furnace bottom 230 that closes the lower end of the ceramic pipe 210. And a heater 240 for heating the ceramic tube 210.
  • An introduction pipe for introducing the fuel fine powder-containing gas supplied from the fuel supply device 100 into the ceramic pipe 210 is provided at the central portion in the radial direction of the vertical heating furnace top 220.
  • the vertical heating furnace bottom portion 230 includes a ring-shaped upper end portion that is in close contact with the lower end portion of the ceramic pipe 210, and a bottomed tubular portion that is recessed downward from the inner peripheral side end portion of the ring-shaped upper end portion.
  • the probe 300 is removably inserted into the radial center of the bottomed tubular portion.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the range B of FIG.
  • the probe 300 has a tubular probe main body 310 and a hemispherical probe tip 320 formed above the probe main body 310.
  • the inside 340 of the probe 300 is hollow, and a tubular cooling nozzle 350 is inserted into the inside 340 of the probe 300 along the longitudinal direction of the probe 300.
  • the cooling nozzle 350 is inserted so that the tip portion thereof is separated from the hemispherical probe tip portion 320.
  • the cooling medium 360 that has risen inside the cooling nozzle 350 is reflected by the inner surface of the probe tip 320, and descends outside the cooling nozzle 350, that is, the space between the cooling nozzle 350 and the probe body 310. Can be done.
  • the flow direction of the cooling medium 360 rising inside the cooling nozzle 350 is indicated by CF 1
  • the flow direction of the cooling medium 360 reflected on the inner surface of the probe tip 320 is indicated by CF 2 .
  • Cooling water and air are used as the cooling medium 360, and by mixing air bubbles in the cooling water, the cooling medium 360 can efficiently rise inside the cooling nozzle 350.
  • the surface of the probe tip 320 can be controlled to a desired temperature by adjusting the amount of cooling water and air flowing through the cooling nozzle 350.
  • the probe 300 is removably inserted into the radial center portion of the bottomed tubular portion of the vertical heating furnace bottom portion 230. Therefore, the probe 300 can be inserted at an arbitrary position in the ceramic tube 210 in the longitudinal direction.
  • FIG. 4 is a graph schematically showing the gas temperature distribution in the ceramic pipe 210 in the vertical heating furnace 200 constituting the vertical heating furnace test system 2 shown in FIG. Specifically, FIG. 4 is a graph schematically showing the relationship between the portion in the ceramic tube 210 in the longitudinal direction and the gas temperature when the ceramic tube 210 is heated by the heater 240.
  • the vertical axis of FIG. 4 shows a portion in the ceramic tube 210 in the longitudinal direction.
  • the upper end of the vertical axis indicates the portion of the ceramic pipe 210 in contact with the top 220 of the vertical heating furnace
  • the lower end of the vertical axis indicates the portion of the ceramic pipe 210 in contact with the bottom 230 of the vertical heating furnace.
  • the horizontal axis of FIG. 4 indicates the gas temperature at the center of the ceramic tube 210 in the radial direction.
  • the probe 300 can be kept at a desired gas temperature by inserting the probe 300 at an arbitrary position in the ceramic tube 210 in the longitudinal direction.
  • ash 260 is generated as shown in FIG. Since the generated ash 260 falls in the direction of AF in FIG. 3, it adheres to the surface 330 of the probe tip 320.
  • the probe tip 320 controlled to a desired temperature is inserted into the vertical heating furnace 200 to a position of the desired gas temperature, the probe 300 is pulled out after the combustion test, and the ash 260 adhering to the surface 330 of the probe tip is recovered. .. This makes it possible to measure the amount of ash 260 adhering at a predetermined gas temperature and probe surface temperature.
  • the fouling generation environment of the boiler 1 can be reproduced by adjusting the atmosphere at the time of combustion, the insertion height of the probe 300, and the surface temperature of the probe tip. It has become.
  • fouling is likely to occur, combustion is performed in an oxidizing atmosphere with a gas temperature of 800 to 900 ° C. and a probe surface temperature simulating the surface of a water pipe is 500 to 650 ° C. The test can be performed and the attached ash 260 can be recovered.
  • the fuel-spinel-containing gas which is a mixture of the fuel fine powder-containing gas and the fine powder of the spinel group compound, is used to generate a combustion flame 250. It is possible to burn it.
  • the combustion test is performed in an oxidizing atmosphere where the gas temperature is 800 to 900 ° C. and the probe surface temperature simulating the water pipe surface is 500 to 650 ° C., where fouling is likely to occur. Then, the attached ash 260 can be recovered.
  • the combustion gas and ash 260 generated in the combustion test in the vertical heating furnace 200 are discharged from the vertical heating furnace bottom 230 of the vertical heating furnace 200. , It is sent to the filter 400 via the discharge path 370.
  • the filter 400 includes a cylindrical filter paper 410 so that the ash 260 can be captured and only the combustion gas can pass through.
  • the combustion gas discharged from the filter 400 is sent to the gas cooler 500 via the exhaust passage 450, and further sent to the gas analyzer 700 via the pump 600.
  • the vertical heating furnace test system 2 it is possible to analyze the combustion gas generated in the fouling generation environment close to the boiler 1.
  • biomass-containing fuel As the biomass-containing fuel, a fine powdery biomass-containing fuel having an integrated distribution diameter D 50 of 75 ⁇ m was prepared.
  • the combustion test in the vertical heating furnace test system 2 was a test in which a mixture of a biomass-containing fuel and a spinel group compound was continuously charged into a ceramic tube 210 of a vertical heating furnace 200 in a short time and burned. ..
  • the probe 300 was inserted so that the tip surface 320 of the probe 300 was located at a gas temperature of 800 to 900 ° C. in the ceramic tube.
  • the surface temperature of the probe tip 320 was controlled to 500 ° C.
  • the biomass-containing fuel and spinel MgAl 2 O 4 were mixed to prepare a mixture.
  • the mixing ratio of the biomass-containing fuel and the spinel MgAl 2 O 4 in the mixture was 970 g of the biomass-containing fuel and 430 g of the spinel MgAl 2 O 4 .
  • the mixing ratio is the ratio between the vertical unit time per mass Mv of the biomass containing fuel to be introduced into the heating furnace 200 [kg / Hr] spinel MgAl 2 O 4 per unit of time the mass Ms [kg / Hr] Mv: Ms Is 97: 3.
  • the mixture of the biomass-containing fuel in the fuel supply device 100 and the spinel MgAl 2 O 4 is charged into the ceramic pipe 210 of the vertical heating furnace 200 at a charging rate of about 0.7 g / min, and the mixture is burned. It was.
  • Example 1-1 When a mixture of biomass-containing fuel and spinel MgAl 2 O 4 is supplied from the fuel supply device 100 into the ceramic pipe 210 and 1.1 g of the total amount of ash produced by combustion is supplied, the probe 300 is supplied. Was taken out from the ceramic tube 210. After allowing the probe 300 to cool, ash 260 adhering to the surface 330 of the probe tip 320 was collected.
  • the above experimental example is referred to as Example 1-1.
  • Example 1-1 when the mixture of the biomass-containing fuel supplied into the ceramic tube 210 and the spinel MgAl 2 O 4 is supplied and the total amount of ash produced by combustion is different, the same procedure as in Example 1-1 is performed. The combustion test was carried out (Examples 1-2 and 1-3).
  • Example 1-2 a mixture of biomass-containing fuel and spinel MgAl 2 O 4 is supplied from the fuel supply device 100 into the ceramic pipe 210, and the total amount of ash produced by combustion is supplied by 2.1 g. At that point, the probe 300 was removed from the ceramic tube 210. After allowing the probe 300 to cool, ash 260 adhering to the surface 330 of the probe tip 320 was collected.
  • Example 1-3 a mixture of biomass-containing fuel and spinel MgAl 2 O 4 is supplied from the fuel supply device 100 into the ceramic pipe 210, and the total amount of ash produced by combustion is 3.2 g. At that point, the probe 300 was removed from the ceramic tube 210. After allowing the probe 300 to cool, ash 260 adhering to the surface 330 of the probe tip 320 was collected.
  • the combustion test in the vertical heating furnace test system 2 was a test in which a mixture of a biomass-containing fuel and a spinel group compound was continuously charged into a ceramic tube 210 of a vertical heating furnace 200 in a short time and burned. ..
  • biomass-containing fuel in the fuel supply device 100 was charged into the ceramic pipe 210 of the vertical heating furnace 200 at an input speed of about 0.7 g / min, and the biomass-containing fuel was burned.
  • Comparative Example 1-2 when the biomass-containing fuel was supplied from the fuel supply device 100 into the ceramic pipe 210 and 1.6 g of the ash produced by combustion was supplied, the probe 300 was transferred from the ceramic pipe 210. I took it out. After allowing the probe 300 to cool, ash 260 adhering to the surface 330 of the probe tip 320 was collected.
  • Comparative Example 1-3 when the biomass-containing fuel was supplied from the fuel supply device 100 into the ceramic pipe 210 and 2.1 g of the ash produced by combustion was supplied, the probe 300 was transferred from the ceramic pipe 210. I took it out. After allowing the probe 300 to cool, ash 260 adhering to the surface 330 of the probe tip 320 was collected.
  • Comparative Example 1-4 when the biomass-containing fuel was supplied from the fuel supply device 100 into the ceramic pipe 210 and 3.0 g of the ash produced by combustion was supplied, the probe 300 was transferred from the ceramic pipe 210. I took it out. After allowing the probe 300 to cool, ash 260 adhering to the surface 330 of the probe tip 320 was collected.
  • the biomass-containing fuel and Al 2 O 3 were mixed to prepare a mixture.
  • the mixing ratio of the biomass-containing fuel and Al 2 O 3 in the mixture was 30 g of Al 2 O 3 with respect to 970 g of the biomass-containing fuel.
  • This mixing ratio is determined by the ratio Mv: Ms of the mass Mv [kg / Hr] of the biomass-containing fuel charged into the vertical heating furnace 200 per unit time and the mass Ms [kg / Hr] of Al 2 O 3 per unit time. It is made to be 97: 3.
  • the mixture of the biomass-containing fuel in the fuel supply device 100 and Al 2 O 3 was charged into the ceramic pipe 210 of the vertical heating furnace 200 at a charging rate of about 0.7 g / min, and the mixture was burned. ..
  • Comparative Example 2-2 when the mixture of the biomass-containing fuel and Al2O3 was supplied from the fuel supply device 100 into the ceramic pipe 210 and 2.1 g of the total amount of ash produced by combustion was supplied.
  • the probe 300 was removed from the ceramic tube 210. After allowing the probe 300 to cool, ash 260 adhering to the surface 330 of the probe tip 320 was collected.
  • the biomass-containing fuel and CaO were mixed to prepare a mixture.
  • the mixing ratio of the biomass-containing fuel and CaO in the mixture was 30 g of CaO with respect to 970 g of the biomass-containing fuel.
  • This mixing ratio is such that the ratio Mv: Ms of the mass Mv [kg / Hr] of the biomass-containing fuel charged into the vertical heating furnace 200 per unit time and the mass Ms [kg / Hr] of CaO per unit time is 97: 3. It is designed to be.
  • the mixture of the biomass-containing fuel in the fuel supply device 100 and CaO was charged into the ceramic pipe 210 of the vertical heating furnace 200 at a charging rate of about 0.7 g / min, and the mixture was burned.
  • Comparative Example 3-2 when a mixture of biomass-containing fuel and CaO was supplied from the fuel supply device 100 into the ceramic pipe 210 and 2.1 g of the total amount of ash produced by combustion was supplied.
  • the probe 300 was removed from the ceramic tube 210. After allowing the probe 300 to cool, ash 260 adhering to the surface 330 of the probe tip 320 was collected.
  • Comparative Example 3-3 when a mixture of biomass-containing fuel and CaO was supplied from the fuel supply device 100 into the ceramic pipe 210, and 3.2 g of the total amount of ash produced by combustion was supplied.
  • the probe 300 was removed from the ceramic tube 210. After allowing the probe 300 to cool, ash 260 adhering to the surface 330 of the probe tip 320 was collected.
  • Example 1 From FIG. 5, it was found that the amount of ash adhered to Example 1 was smaller than that of Comparative Examples 1 to 3. Further, from FIG. 6, it was found that the particle size of Example 1 was larger than that of Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Comparative Example 3. From the results of FIGS. 5 and 6, it is presumed that the effect of using spinel MgAl 2 O 4 as an additive is due to the improvement of the shedding property due to the increase in the particle size of the ash 260.

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Abstract

ボイラ１は、火炉１０中でバイオマス固体燃料を含むバイオマス含有燃料を燃焼させたとき、ガス温度が４００～１０００℃の酸化雰囲気下で、伝熱管表面温度が３００～６５０℃で発生するファウリングを抑制するボイラ１であって、ボイラ１は、火炉１０とスピネル族化合物供給部とを備え、前記バイオマス含有燃料の燃焼の際に前記スピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される。

Description

ボイラ及びファウリング抑制方法
　本開示は、ボイラ及びファウリング抑制方法に関する。
　従来、石炭を含む固体燃料を用いたボイラが知られている。このボイラでは、燃焼した石炭から灰が発生し、灰が燃焼ガスによって流動する。このため、上記ボイラでは、灰が、火炉の壁面、及び火炉上方から下流にわたって配置された伝熱管群等に付着して堆積し、スラッギング、ファウリング等が生じる。
　ここで、スラッギングとは、火炎からの輻射を受ける伝熱面に生じる灰粒子の付着である。スラッギングは、通常、還元雰囲気中、ガス温度が１０００℃以上の高温域で生じる。また、ファウリングとは、燃焼時に一旦揮発した灰分が凝縮することにより、伝熱面に生じる灰粒子の付着である。ファウリングは、通常、酸化雰囲気中、ガス温度４００～１０００℃の範囲で発生する。
　これに対し、特許文献１には、ボイラの灰付着抑制方法が開示されている。特許文献１に開示された灰付着抑制方法は、固体燃料の灰成分の組成と添加剤の組成とを予め測定し、固体燃料と添加剤との適切な混合比率を決定し、決定された混合比率の混合物をボイラに供給する方法である。
　例えば、特許文献１の各実施例では、微粉炭と添加剤との混合物について、Ｎ２：８０％、Ｏ２：１％、ＣＯ２：１９％の比較的不活性な雰囲気中、１３００℃で燃焼させ、灰の付着率を測定している。
特許第５７１３８１３号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された灰付着抑制方法は、実施例の雰囲気及び燃焼温度に鑑みると、スラッギングの抑制方法を開示するものと解される。このため、特許文献１には、ファウリングの効率的な抑制方法は開示されていない。
　本開示は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。本開示の目的は、ファウリングの発生を効率的に抑制する、ボイラ及びファウリング抑制方法を提供することにある。
　本開示の第１の態様に係るボイラは、火炉中でバイオマス固体燃料を含むバイオマス含有燃料を燃焼させたとき、ガス温度が４００～１０００℃の酸化雰囲気下で、伝熱管表面温度が３００～６５０℃で発生するファウリングを抑制するボイラであって、前記ボイラは、火炉とスピネル族化合物供給部とを備え、前記バイオマス含有燃料の燃焼の際に前記スピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される。
　本開示の第２の態様に係るボイラは、第１の態様に係るボイラにおいて、前記火炉は、前記バイオマス含有燃料の燃焼で生成する燃焼ガスが上昇する縦型の火炉本体と、前記火炉本体の側面に設けられたバーナー部と、前記火炉本体の側面でかつ前記バーナー部より上方に設けられ、前記火炉本体内に空気を供給するオーバーエアポート部と、を備え、前記ボイラは、さらに、前記バイオマス含有燃料を粉砕するミルと、前記ミルに前記バイオマス含有燃料を供給するミル供給ラインと、前記ミルから排出されたバイオマス含有燃料を前記バーナー部に供給するバーナー部用燃料供給ラインと、前記オーバーエアポート部に空気を供給するＯＡＰ供給ラインと、を備え、前記火炉本体は、頂部を備え、前記スピネル族化合物供給部は、前記ミル供給ライン、前記バーナー部用燃料供給ライン、前記ＯＡＰ供給ライン、及び前記火炉本体の頂部より選択される１種以上の部分に設けられる。
　本開示の第３の態様に係るボイラは、第１又は第２の態様に係るボイラにおいて、前記スピネル族化合物は、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＦｅＡｌ２Ｏ４、ＺｎＡｌＯ４、ＭｎＡｌ２Ｏ４、ＦｅＦｅ３＋ ２Ｏ４、ＭｇＦｅ３＋ ２Ｏ４、ＭｎＦｅ３＋ ２Ｏ４、ＦｅＣｒ２Ｏ４及びＭｇＣｒ２Ｏ４より選択される少なくとも１種の金属酸化物である。
　本開示の第４の態様に係るボイラは、第１～第３のいずれかの態様に係るボイラにおいて、前記火炉に供給される前記バイオマス含有燃料の単位時間当たり質量Ｍｖ［ｋｇ／Ｈｒ］と、前記火炉に供給される前記スピネル族化合物の単位時間当たり質量Ｍｓ［ｋｇ／Ｈｒ］との比率Ｍｖ：Ｍｓが１００：１０～０．０１の範囲内にある。
　本開示の第５の態様に係るファウリング抑制方法は、火炉を備えたボイラを用い、前記火炉中でバイオマス固体燃料を含むバイオマス含有燃料を燃焼させたとき、ガス温度が４００～１０００℃の酸化雰囲気下で、伝熱管表面温度が３００～６５０℃で発生するファウリングを抑制するファウリング抑制方法であって、前記ボイラは、スピネル族化合物供給部をさらに備え、前記バイオマス含有燃料の燃焼の際に前記スピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される。
　本開示の第６の態様に係るファウリング抑制方法は、第５の態様に係るファウリング抑制方法において、前記スピネル族化合物は、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＦｅＡｌ２Ｏ４、ＺｎＡｌＯ４、ＭｎＡｌ２Ｏ４、ＦｅＦｅ３＋ ２Ｏ４、ＭｇＦｅ３＋ ２Ｏ４、ＭｎＦｅ３＋ ２Ｏ４、ＦｅＣｒ２Ｏ４及びＭｇＣｒ２Ｏ４より選択される少なくとも１種の金属酸化物である。
　本開示の第７の態様に係るファウリング抑制方法は、第５又は第６の態様に係るファウリング抑制方法において、前記火炉に供給される前記バイオマス含有燃料の単位時間当たり質量Ｍｖ［ｋｇ／Ｈｒ］と、前記火炉に供給される前記スピネル族化合物の単位時間当たり質量Ｍｓ［ｋｇ／Ｈｒ］との比率Ｍｖ：Ｍｓが１００：１０～０．０１の範囲内にある。
　本開示の第８の態様に係るファウリング抑制方法は、第５～第７のいずれかの態様に係るファウリング抑制方法において、前記火炉は、前記バイオマス含有燃料の燃焼で生成する燃焼ガスが上昇する縦型の火炉本体と、前記火炉本体の側面に設けられたバーナー部と、前記火炉本体の側面でかつ前記バーナー部より上方に設けられ、前記火炉本体内に空気を供給するオーバーエアポート部と、を備え、前記ボイラは、さらに、前記バイオマス含有燃料を粉砕するミルと、前記ミルに前記バイオマス含有燃料を供給するミル供給ラインと、前記ミルから排出されたバイオマス含有燃料を前記バーナー部に供給するバーナー部用燃料供給ラインと、前記オーバーエアポート部に空気を供給するＯＡＰ供給ラインと、を備え、前記火炉本体は、頂部を備え、前記スピネル族化合物供給部は、前記ミル供給ライン、前記バーナー部用燃料供給ライン、前記ＯＡＰ供給ライン、及び前記火炉本体の頂部より選択される１種以上の部分に設けられる。
実施形態に係るボイラを示す図である。 実施例１で用いた縦型加熱炉試験システムを示す図である。 図２の範囲Ｂを拡大した図である。 図２に示す縦型加熱炉試験システムを構成する縦型加熱炉における燃焼時の温度分布を模式的に示すグラフである。 灰、又は灰と添加剤との混合物の供給量と、灰付着量との関係を示すグラフである。 灰粒子の粒子径と積算個数との関係を示すグラフである。
　以下、図面を用いて実施形態に係るボイラ及びファウリング抑制方法について詳細に説明する。
［ボイラ］
　はじめに、ボイラについて説明する。図１は、実施形態に係るボイラを示す図である。
　図１に示すボイラ１は、火炉１０中でバイオマス固体燃料を含むバイオマス含有燃料を燃焼させたとき、ガス温度が４００～１０００℃の酸化雰囲気下で、伝熱管表面温度が３００～６５０℃で発生するファウリングを抑制する装置である。ここで、伝熱管表面温度とは、火炉内に設置された蒸気の流れる配管の燃焼ガスと接する側の表面の温度を意味する。また、ボイラ１は、バイオマス含有燃料の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給されることにより、上記ファウリングを抑制する装置である。
　ボイラ１の構成については後に詳述するが、簡単に説明する。ボイラ１は、火炉１０とスピネル族化合物供給部とを備える。ここで、スピネル族化合物供給部とは、火炉１０内にスピネル族化合物が供給される部分である。スピネル族化合物供給部は、ミル供給ライン７５、バーナー部用燃料供給ライン８５、ＯＡＰ供給ライン１５、及び火炉本体１１の頂部１２より選択される１種以上の部分に設けられる。
　このように、ボイラ１は、上記ファウリングを抑制するボイラであって、火炉１０とスピネル族化合物供給部とを備え、前記バイオマス含有燃料の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される装置である。
　なお、図１では、ボイラ１が、ミル供給ライン７５、バーナー部用燃料供給ライン８５、ＯＡＰ供給ライン１５、及び火炉本体１１の頂部１２の４種の部分にスピネル族化合物供給部が設けられる一例を示している。しかし、ボイラ１の変形例として、これら４種の部分のうちの１種以上３種以下の部分にスピネル族化合物供給部が設けられる装置とすることが可能である。
　また、ボイラ１は、好ましくは、火炉１０中でバイオマス含有燃料５０を燃焼させたとき、ガス温度が８００～９００℃の酸化雰囲気下で、伝熱管表面温度が５００～６５０℃のボイラ後伝部で発生するファウリングを抑制する装置である。以下、ボイラ１について詳述する。
　（バイオマス含有燃料）
　はじめに、ボイラ１での燃焼に用いられるバイオマス含有燃料５０について説明する。バイオマス含有燃料５０は、バイオマス固体燃料を含む燃料である。バイオマス含有燃料５０は、通常、バーナー部１３での燃焼用の燃料として用いられる。
　バイオマス固体燃料としては、例えば、木質チップ、ＥＦＢ、ＰＫＳ、及びバークより選択される１種以上の燃料が用いられる。ここで、ＥＦＢ（Ｅｍｐｔｙ　Ｆｒｕｉｔｓ　Ｂｕｎｃｈ）とは、パーム椰子空果房である。ＰＫＳ（Ｐａｌｍ　Ｋｅｍｅｌ　Ｓｈｅｌｌ）とは、パーム椰子殻である。バークとは、樹皮である。
　本実施形態において、バイオマス含有燃料５０は、バイオマス固体燃料のみからなる場合と、バイオマス固体燃料に加え微粉炭を含む場合とがある。上記のバイオマス含有燃料５０の微粉末の大きさは、バイオマス含有燃料５０がバイオマス固体燃料のみからなる場合と、バイオマス含有燃料５０がバイオマス固体燃料に加え微粉炭を含む場合とのいずれの場合にも適用される。バイオマス固体燃料は、ボイラ１に設けられたミル８０等での粉砕により微粉末化された後、バーナー部１３に供給される。
　ボイラ１の通常運転時において、微粉末状のバイオマス含有燃料５０は、バーナー部１３より火炉１０内に供給され、供給とほぼ同時に燃焼される。バイオマス含有燃料５０は、燃焼により燃焼ガスを生成し、生成した燃焼ガスは縦型の火炉本体１１内を上昇する。実施形態に係るボイラ１は、バイオマス含有燃料５０の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給されることができる構造になっている。
　（スピネル族化合物）
　次に、スピネル族化合物について説明する。スピネル族化合物とは、スピネル型結晶構造を有する化合物である。実施形態に係るボイラ１では、バイオマス含有燃料５０の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給されることにより、ファウリングの発生を抑制することが可能である。
　スピネル族化合物としては、例えば、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＦｅＡｌ２Ｏ４、ＺｎＡｌＯ４、ＭｎＡｌ２Ｏ４、ＦｅＦｅ３＋ ２Ｏ４、ＭｇＦｅ３＋ ２Ｏ４、ＭｎＦｅ３＋ ２Ｏ４、ＦｅＣｒ２Ｏ４及びＭｇＣｒ２Ｏ４より選択される少なくとも１種の金属酸化物が用いられる。
　なお、スピネル族化合物は、ボイラ１の複数個所のスピネル族化合物供給部から火炉１０に供給されることがある。具体的には、スピネル族化合物を供給するスピネル族化合物供給部は、ミル８０、ミル供給ライン７５、バーナー部用燃料供給ライン８５、ＯＡＰ供給ライン１５、及び火炉本体１１の頂部１２より選択される１種以上の部分に設けられることがある。スピネル族化合物がボイラ１の複数個所のスピネル族化合物供給部から火炉１０に供給される場合は、火炉１０に供給される各個所のスピネル族化合物の微粉末の積算分布径Ｄ５０が、上記スピネル族化合物の微粉末の積算分布径Ｄ５０の範囲内になるようにする。
　火炉１０に供給されるバイオマス含有燃料の単位時間当たり質量Ｍｖ［ｋｇ／Ｈｒ］と、火炉１０に供給されるスピネル族化合物の単位時間当たり質量Ｍｓ［ｋｇ／Ｈｒ］との比率Ｍｖ：Ｍｓが、通常１００：１０～０．０１の範囲内にある。
　スピネル族化合物がボイラ１の複数個所のスピネル族化合物供給部から火炉１０に供給される場合、上記Ｍｓは、複数個所のスピネル族化合物供給部から火炉１０に供給されるスピネル族化合物の単位時間当たりの合計質量［ｋｇ／Ｈｒ］である。
　ボイラ１では、バイオマス含有燃料５０は複数個のバーナー部１３から火炉１０に供給される。この場合、上記Ｍｖは、複数個のバーナー部１３から火炉１０に供給されるバイオマス含有燃料５０の単位時間当たりの合計質量［ｋｇ／Ｈｒ］である。
　（ボイラの構成）
　次に、ボイラ１の構成について説明する。なお、ボイラ１において、スピネル族化合物を供給するスピネル族化合物供給部は、ミル供給ライン７５、バーナー部用燃料供給ライン８５、ＯＡＰ供給ライン１５、及び火炉本体１１の頂部１２より選択される１種以上の部分に設けられる。
　具体的には、ミル供給ライン７５に設けられるスピネル族化合物供給部は、スピネル族化合物ミル上流供給部７７であり、火炉１０外に設けられる。また、バーナー部用燃料供給ライン８５に設けられるスピネル族化合物供給部は、スピネル族化合物ミル下流供給部８７であり、火炉１０外に設けられる。さらに、ＯＡＰ供給ライン１５に設けられるスピネル族化合物供給部は、スピネル族化合物ＯＡＰ供給部１７であり、火炉１０外に設けられる。また、火炉本体１１の頂部１２に設けられるスピネル族化合物供給部は、頂部供給部１９であり、火炉１０内に設けられる。各スピネル族化合物供給部については、火炉１０内に設けられる構成と火炉１０外に設けられる構成とに分けて後述する。
　ボイラ１は、火炉１０と、火炉１０の下流側に設けられた燃焼ガス水平移動部２０と、燃焼ガス水平移動部２０の下流側に設けられた燃焼ガス下降部３０と、を備える。また、ボイラ１は、バイオマス含有燃料５０を粉砕するミル８０等を備える。
　　＜火炉＞
　火炉１０は、バイオマス固体燃料を含むバイオマス含有燃料５０を燃焼させることが可能な装置である。火炉１０は、縦型の火炉本体１１と、バーナー部１３と、オーバーエアポート部１４とを備える。また、火炉本体１１は頂部１２を備え、火炉本体１１の頂部１２には、スピネル族化合物供給部としての頂部供給部１９が設けられる。
　なお、図１に示すボイラ１は、火炉１０が水平部や下降部を有する一例であり、ボイラ１の構造は図１に示すボイラ１の構造に限定されない。例えば、ボイラ１は、火炉１０が水平部や下降部を有さない、タワー型ボイラとすることができる。
　火炉本体１１は、火炉本体１１の内部の鉛直方向の長さが水平方向の幅より長い縦型構造を有する筒状構造体である。火炉本体１１は、火炉本体１１の内部において、バイオマス含有燃料５０の燃焼で生成する燃焼ガスが火炉本体１１の内部形状に沿って上昇する構造になっている。火炉本体１１の頂部１２には、バイオマス含有燃料５０の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される頂部供給部１９及び火炉頂部水管群４１が設けられる。ここで、火炉本体１１の頂部１２とは、火炉本体１１の天井を構成する部分を意味する。
　バーナー部１３は、火炉本体１１内においてバイオマス含有燃料５０を燃焼させる装置である。具体的には、バーナー部１３は、バイオマス含有燃料５０の微粉末と空気とを含む混合物である燃料微粉末含有ガスを燃焼させることができる構造になっている。バーナー部１３は、火炉本体１１の側面に設けられ、火炉本体１１の内部に燃料微粉末含有ガスを供給することができるようになっている。
　なお、バーナー部１３は、燃料微粉末含有ガスに代えて、燃料微粉末含有ガスとスピネル族化合物の微粉末との混合物である燃料－スピネル含有ガスを供給することができるようになっている。燃料－スピネル含有ガスは、バイオマス含有燃料５０の微粉末と空気とスピネル族化合物の微粉末とを含む混合物である。
　バーナー部１３から供給される燃料微粉末含有ガス及び燃料－スピネル含有ガスの燃焼温度は、通常１２００～１４００℃と高温である。このため、４００～１０００℃で生じるファウリングは、火炉本体１１内のバーナー部１３の近傍では、通常、発生しない。ファウリングは、ガス温度が４００～１０００℃の酸化雰囲気下で、伝熱管表面温度が３００～６５０℃である、バーナー部１３よりも下流のボイラ後伝部で発生する。
　オーバーエアポート部１４は、二段燃焼用の空気の供給口である。オーバーエアポート部１４は、火炉本体１１の側面でかつバーナー部１３より上方に設けられ、火炉本体１１内に空気を供給する。また、オーバーエアポート部１４は、空気に代えて、スピネル族化合物の微粉末と空気とを含むスピネル微粉末含有ガスを供給することができるようになっている。
　　＜火炉１０内に設けられるスピネル族化合物供給部＞
　　　［頂部供給部］
　火炉１０内において、火炉本体１１の頂部１２には、頂部供給部１９が設けられる。頂部供給部１９は、スピネル族化合物を火炉本体１１の頂部１２から火炉本体１１内に供給するスピネル族化合物供給部である。すなわち、スピネル族化合物供給部としての頂部供給部１９は、火炉本体１１の頂部１２に設けられている。
　スピネル族化合物供給部として頂部供給部１９が用いられる場合、通常、バイオマス含有燃料の燃焼の際に、頂部供給部１９から火炉本体１１内にスピネル族化合物が供給される。火炉本体１１内では、バイオマス含有燃料の燃焼で生じた灰と、スピネル族化合物とが反応して、アルミナシリケート塩やシリケート塩等を生成することにより、大きな粒径の灰が形成される。この大きな粒径の灰により、生成した灰の火炉１０内への付着が抑制される。
　頂部供給部１９は、スピネル族化合物を、スピネル族化合物のみの形態で、又はスピネル族化合物の微粉末と空気とを混合して得られたスピネル族化合物混合ガスの形態で、火炉１０内に供給することができるようになっている。頂部供給部１９の上流側には、通常、ミル等の粉砕手段が備えられない。このため、頂部供給部１９を介してスピネル族化合物が供給される場合は、通常、微粉末状のスピネル族化合物が供給される。
　なお、頂部供給部１９の上流側にミル等の粉砕部を備えてもよい。この場合、この粉砕部に供給されるスピネル族化合物としては、微粉末に限定されず、塊状のスピネル族化合物を用いることができる。なお、微粉末よりも大きな塊状等のスピネル族化合物を用いる場合、粉砕部から排出されて頂部供給部１９に供給されるスピネル族化合物が微粉末になるように粉砕部で処理を行う。
　火炉本体１１の頂部１２でかつ頂部供給部１９よりも下流側には、複数の水管４０からなる火炉頂部水管群４１が設けられる。ここで、下流とは、ボイラ１の通常運転時の燃焼ガスの流れ方向における下流を意味する。火炉頂部水管群４１は、具体的には、火炉本体１１の頂部１２の内、頂部供給部１９よりも燃焼ガス水平移動部２０に近い部分に設けられる。火炉頂部水管群４１は、通常、過熱器として用いられる。なお、図１に示すボイラ１は火炉頂部水管群４１を１個備えるが、ボイラの変形例として、火炉頂部水管群４１を複数個備える構成としてもよい。
　なお、スピネル族化合物を添加しない場合、ファウリングは、火炉１０の中では、火炉頂部水管群４１の水管４０の表面で生じやすい。このため、ファウリングの発生を抑制するスピネル族化合物を火炉１０内に供給する頂部供給部１９は、火炉頂部水管群４１よりも上流側に設けられる。なお、ファウリングは、火炉１０中の火炉頂部水管群４１よりも、下流の燃焼ガス水平移動部２０及び燃焼ガス下降部３０中の部材で発生しやすい。
　　＜燃焼ガス水平移動部＞
　燃焼ガス水平移動部２０は、火炉１０の下流側に設けられ、火炉１０から排出された燃焼ガスが水平方向に移動する部分である。燃焼ガス水平移動部２０は、内部に水平移動部水管群４２を備える。水平移動部水管群４２は、複数の水管４０からなり、通常、過熱器又は再熱器として用いられる。なお、図１に示すボイラ１は水平移動部水管群４２を１個備えるが、ボイラの変形例として、水平移動部水管群４２を複数個備える構成としてもよい。水平移動部水管群４２を複数個備えるボイラの変形例では、水平移動部水管群４２の一部を過熱器とし、水平移動部水管群４２の残部を再熱器とする構成としてもよい。
　スピネル族化合物を添加しない場合、ボイラ１でのファウリングは、火炉１０よりも、燃焼ガス水平移動部２０、及び後述の燃焼ガス下降部３０で生じやすい。具体的には、ファウリングは、火炉１０の火炉頂部水管群４１の水管４０の表面よりも、燃焼ガス水平移動部２０の水平移動部水管群４２の水管４０の表面、及び後述の燃焼ガス下降部３０の下降部水管群４３の水管４０の表面で生じやすい。ボイラ１では、燃焼ガス水平移動部２０より上流の火炉本体１１に、頂部供給部１９、スピネル族化合物ミル上流供給部７７等のスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給されることにより、ファウリングの発生を抑制することができる。
　　＜燃焼ガス下降部＞
　燃焼ガス下降部３０は、燃焼ガス水平移動部２０の下流側に設けられ、燃焼ガス水平移動部２０から排出された燃焼ガスが下降する部分である。燃焼ガス下降部３０は、内部に下降部水管群４３を備える。下降部水管群４３は、複数の水管４０からなり、通常、過熱器又は再熱器として用いられる。ボイラ１は下降部水管群４３として、下降部水管群４３ａ、４３ｂ及び４３ｃを備える。これらの下降部水管群４３ａ、４３ｂ及び４３ｃは、例えば、それぞれ、過熱器又は再熱器として用いられる。なお、図１に示すボイラ１は下降部水管群４３として下降部水管群４３ａ、４３ｂ及び４３ｃの３個を備えるが、ボイラの変形例として、下降部水管群４３を３個以外の個数で備える構成としてもよい。
　スピネル族化合物を添加しない場合、ボイラ１でのファウリングは、火炉１０よりも、燃焼ガス下降部３０、及び燃焼ガス水平移動部２０で生じやすい。具体的には、ファウリングは、火炉１０の火炉頂部水管群４１の水管４０の表面よりも、燃焼ガス下降部３０の下降部水管群４３の水管４０の表面、及び燃焼ガス水平移動部２０の水平移動部水管群４２の水管４０の表面で生じやすい。ボイラ１では、燃焼ガス下降部３０より上流の火炉本体１１に、頂部供給部１９、スピネル族化合物ミル上流供給部７７等のスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給されることにより、ファウリングの発生を抑制することができる。
　ミル８０は、微粉末よりも大きなバイオマス含有燃料５０を粉砕する装置である。微粉末よりも大きなバイオマス含有燃料５０は、ミル８０で処理されることにより、微粉末状のバイオマス含有燃料５０になる。
　ボイラ１では、微粉末状のバイオマス含有燃料５０を火炉１０のバーナー部１３に供給することにより、バイオマス含有燃料５０を燃焼させる。一方、未加工のバイオマス含有燃料５０は、微粉末よりも大きな物質を含むことがある。例えば、未加工のバイオマス含有燃料５０に含まれるバイオマス固体燃料が直径１～３ｍｍ程度のペレットであることがある。ミル８０は、主に、このような微粉末よりも大きなバイオマス含有燃料５０を粉砕し、微粉末化する装置である。
　　＜火炉１０外に設けられるスピネル族化合物供給部＞
　火炉１０外には、スピネル族化合物供給部が３種類設けられる。火炉１０外に設けられるスピネル族化合物供給部は、ミル供給ライン７５、バーナー部用燃料供給ライン８５、又はＯＡＰ供給ライン１５に設けられる。なお、火炉１０外にスピネル族化合物供給部が設けられる場合、ボイラ１の変形例として、これら３種の部分のうちの１種以上２種以下の部分にスピネル族化合物供給部が設けられる装置とすることが可能である。
　ボイラ１では、具体的には、ミル供給ライン７５に設けられるスピネル族化合物供給部は、スピネル族化合物ミル上流供給部７７である。また、バーナー部用燃料供給ライン８５に設けられるスピネル族化合物供給部は、スピネル族化合物ミル下流供給部８７である。さらに、ＯＡＰ供給ライン１５に設けられるスピネル族化合物供給部は、スピネル族化合物ＯＡＰ供給部１７である。以下、これらのスピネル族化合物供給部について説明する。
　　　［スピネル族化合物ミル上流供給部］
　ミル８０の上流側にはミル８０にバイオマス含有燃料５０を供給するミル供給ライン７５が設けられる。また、ミル供給ライン７５の上流側にはミル供給ライン７５にバイオマス含有燃料５０を供給する燃料供給部７０が設けられる。このため、燃料供給部７０に供給されたバイオマス含有燃料５０は、ミル供給ライン７５を介してミル８０に移送され、ミル８０での粉砕により微粉末化されるようになっている。
　ミル供給ライン７５の途中には、スピネル族化合物ミル上流供給部７７が設けられる。スピネル族化合物ミル上流供給部７７は、スピネル族化合物をミル供給ライン７５に供給するスピネル族化合物供給部である。すなわち、スピネル族化合物供給部としてのスピネル族化合物ミル上流供給部７７は、ミル供給ライン７５に設けられている。
　スピネル族化合物供給部としてスピネル族化合物ミル上流供給部７７が用いられる場合、通常、バイオマス含有燃料の燃焼の際に、スピネル族化合物ミル上流供給部７７から火炉本体１１内にスピネル族化合物が供給される。火炉本体１１内では、バイオマス含有燃料の燃焼で生じた灰と、スピネル族化合物とが反応して、アルミナシリケート塩やシリケート塩等を生成することにより、大きな粒径の灰が形成される。この大きな粒径の灰により、生成した灰の火炉１０内への付着が抑制される。
　ミル供給ライン７５はミル８０の上流側に位置するため、スピネル族化合物ミル上流供給部７７を介して供給されたスピネル族化合物をミル８０で粉砕することが可能である。このため、スピネル族化合物ミル上流供給部７７を介してスピネル族化合物が供給される場合、微粉末よりも大きな塊状等のスピネル族化合物をそのまま供給することが可能である。微粉末よりも大きなスピネル族化合物をそのままミル供給ライン７５に供給する場合、得られる微粉末状のスピネル族化合物を微粉化するためミル８０を設定する。
　　　［スピネル族化合物ミル下流供給部］
　ミル８０の下流側にはミル８０から排出されたバイオマス含有燃料５０をバーナー部１３に供給するバーナー部用燃料供給ライン８５が設けられる。ミル８０から排出されたバイオマス含有燃料５０が微粉末状である場合、このバイオマス含有燃料５０を、このまま、バーナー部１３に供給することが可能である。バーナー部用燃料供給ライン８５は、ミル８０の下流側でバーナー部１３の個数に相当する数に分岐される。微粉末状のバイオマス含有燃料５０は、必要により空気と共にバーナー部１３に移送される。
　バーナー部用燃料供給ライン８５の途中には、スピネル族化合物ミル下流供給部８７が設けられる。スピネル族化合物ミル下流供給部８７は、スピネル族化合物をバーナー部用燃料供給ライン８５に供給するスピネル族化合物供給部である。すなわち、スピネル族化合物供給部としてのスピネル族化合物ミル下流供給部８７は、バーナー部用燃料供給ライン８５に設けられている。
　スピネル族化合物供給部としてスピネル族化合物ミル下流供給部８７が用いられる場合、通常、バイオマス含有燃料の燃焼の際に、スピネル族化合物ミル下流供給部８７から火炉本体１１内にスピネル族化合物が供給される。火炉本体１１内では、バイオマス含有燃料の燃焼で生じた灰と、スピネル族化合物とが反応して、アルミナシリケート塩やシリケート塩等を生成することにより、大きな粒径の灰が形成される。この大きな粒径の灰により、生成した灰の火炉１０内への付着が抑制される。
　バーナー部用燃料供給ライン８５はミル８０の下流側に位置するため、バーナー部用燃料供給ライン８５を介して供給されたスピネル族化合物を粉砕することはできない。このため、スピネル族化合物ミル下流供給部８７を介してスピネル族化合物が供給される場合は、微粉末状のスピネル族化合物が供給される。
　　　［スピネル族化合物ＯＡＰ供給部］
　火炉本体１１に設けられるオーバーエアポート部１４は二段燃焼用の空気の供給口である。ボイラ１では、オーバーエアポート部１４に空気を供給するＯＡＰ供給ライン１５が設けられる。ここで、ＯＡＰとはオーバーエアポート（Ｏｖｅｒ　Ａｉｒ　Ｐｏｒｔ)を意味する。なお、オーバーエアポート部１４は、空気に代えて、空気とスピネル族化合物との混合物を供給することができるようになっている。オーバーエアポート部１４から供給されるスピネル族化合物としては微粉末状のスピネル族化合物が用いられる。
　ＯＡＰ供給ライン１５の途中には、スピネル族化合物ＯＡＰ供給部１７が設けられる。スピネル族化合物ＯＡＰ供給部１７は、スピネル族化合物をＯＡＰ供給ライン１５に供給するスピネル族化合物供給部である。すなわち、スピネル族化合物供給部としてのスピネル族化合物ＯＡＰ供給部１７は、ＯＡＰ供給ライン１５に設けられている。
　スピネル族化合物供給部としてスピネル族化合物ＯＡＰ供給部１７が用いられる場合、通常、バイオマス含有燃料の燃焼の際に、スピネル族化合物ＯＡＰ供給部１７から火炉本体１１内にスピネル族化合物が供給される。火炉本体１１内では、バイオマス含有燃料の燃焼で生じた灰と、スピネル族化合物とが反応して、アルミナシリケート塩やシリケート塩等を生成することにより、大きな粒径の灰が形成される。この大きな粒径の灰により、生成した灰の火炉１０内への付着が抑制される。
　ＯＡＰ供給ライン１５にはミル等の粉砕手段がないため、ＯＡＰ供給ライン１５を介して供給されたスピネル族化合物を粉砕することはできない。このため、スピネル族化合物ＯＡＰ供給部１７を介してスピネル族化合物が供給される場合は、微粉末状のスピネル族化合物が供給される。
　ボイラ１では、バイオマス含有燃料５０の８００～９００℃の酸化雰囲気下での燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給されることにより、ファウリングを抑制することができる。酸化雰囲気としては、例えば、酸素Ｏ２が１～１９ｖｏｌ％、又は二酸化炭素ＣＯ２が１～１９ｖｏｌ％の雰囲気が用いられる。
　（作用）
　ボイラ１の作用について説明する。ボイラ１では、微粉末状のバイオマス含有燃料５０をボイラ１のバーナー部１３から火炉１０内に供給して燃焼させる。なお、バーナー部１３から火炉１０内に供給されるバイオマス含有燃料５０は、通常、バイオマス含有燃料５０の微粉末と空気とを含む混合物である燃料微粉末含有ガスの形態で供給される。この場合、火炉１０内で燃料微粉末含有ガスが燃焼する。
　実施形態に係るボイラ１では、バイオマス含有燃料５０の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給されることによりファウリングの発生を抑制することができる。以下、ボイラ１の作用について説明する。
　ボイラ１では、バイオマス含有燃料５０の燃焼の際に、スピネル族化合物が、ミル供給ライン７５、バーナー部用燃料供給ライン８５、ＯＡＰ供給ライン１５及び頂部供給部１９等のスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される。なお、スピネル族化合物が、ミル供給ライン７５又はバーナー部用燃料供給ライン８５に供給されるときは、バイオマス含有燃料５０とスピネル族化合物との混合物が、バーナー部１３から火炉１０内に供給され、バイオマス含有燃料５０が燃焼する。
　バイオマス含有燃料５０がバーナー部１３の近傍で燃焼する際の燃焼温度は、通常１２００～１４００℃と高温である。このため、８００～９００℃で生じるファウリングは、火炉本体１１内のバーナー部１３の近傍では、通常、発生しない。ファウリングは、ガス温度が４００～１０００℃の酸化雰囲気下で、伝熱管表面温度が３００～６５０℃である、バーナー部１３よりも下流のボイラ後伝部で発生する。
　具体的には、スピネル族化合物を添加しない場合、ファウリングは、火炉１０の火炉頂部水管群４１、燃焼ガス水平移動部２０の水平移動部水管群４２、及び燃焼ガス下降部３０の下降部水管群４３、の水管４０の表面で生じやすい。より具体的には、ファウリングは、火炉１０の火炉頂部水管群４１の水管４０の表面よりも、燃焼ガス水平移動部２０の水平移動部水管群４２の水管４０の表面、及び燃焼ガス下降部３０の下降部水管群４３の水管４０の表面で生じやすい。
　これに対し、ボイラ１では、バイオマス含有燃料５０の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給されるため、ファウリングの発生が抑制される。
　例えば、スピネル族化合物供給部が、ミル供給ライン７５、バーナー部用燃料供給ライン８５、ＯＡＰ供給ライン１５等に設けられる場合、バイオマス含有燃料５０の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される。これらの場合、火炉本体１１内では、バイオマス含有燃料の燃焼で生じた灰と、スピネル族化合物とが反応して、アルミナシリケート塩やシリケート塩等を生成することにより、大きな粒径の灰が形成される。この大きな粒径の灰により、生成した灰の火炉１０内への付着が抑制されるため、ファウリングの発生が効率的に抑制される。
　一方、スピネル族化合物供給部としての頂部供給部１９が、火炉本体１１の頂部１２に設けられる場合、バイオマス含有燃料５０の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される。この場合、火炉本体１１内では、バイオマス含有燃料の燃焼で生じた灰と、スピネル族化合物とが反応して、アルミナシリケート塩やシリケート塩等を生成することにより、大きな粒径の灰が形成される。この大きな粒径の灰により、生成した灰の火炉１０内への付着が抑制されるため、ファウリングの発生が効率的に抑制される。
　また、ボイラ１では、スピネル族化合物が、ファウリングが発生しやすい火炉頂部水管群４１よりも上流で火炉１０内に供給されるため、ファウリングの発生が効率的に抑制される。
［ファウリング抑制方法］
　次に、実施形態に係るファウリング抑制方法について説明する。実施形態に係るファウリング抑制方法は、実施形態に係るボイラ１を用いるファウリング抑制方法である。
　実施形態に係るファウリング抑制方法は、火炉１０を備えたボイラ１を用い、火炉１０中でバイオマス固体燃料を含むバイオマス含有燃料５０を燃焼させたときに発生するファウリングを抑制するファウリング抑制方法である。具体的には、実施形態に係るファウリング抑制方法は、火炉１０中でバイオマス含有燃料５０を燃焼させたとき、ガス温度が４００～１０００℃の酸化雰囲気下で、伝熱管表面温度が３００～６５０℃で発生するファウリングを抑制するファウリング抑制方法である。好ましくは、実施形態に係るファウリング抑制方法は、火炉１０中でバイオマス含有燃料５０を燃焼させたとき、ガス温度が８００～９００℃の酸化雰囲気で、伝熱管表面温度が５００～６５０℃のボイラ後伝部で発生するファウリングを抑制する方法である。実施形態に係るファウリング抑制方法は、バイオマス含有燃料５０の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される方法である。
　実施形態に係るファウリング抑制方法で用いられるボイラ１、バイオマス含有燃料５０及びスピネル族化合物は、実施形態に係るボイラ１での説明と同様である。このため、これらの説明を省略する。
　実施形態に係るファウリング抑制方法では、バイオマス含有燃料５０の８００～９００℃の酸化雰囲気下での燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される。実施形態に係るファウリング抑制方法における酸化雰囲気は、実施形態に係るボイラ１における酸化雰囲気と同じであるため説明を省略する。
　実施形態に係るファウリング抑制方法における、上記Ｍｓと上記Ｍｖとの比率Ｍｖ：Ｍｓ及びその数値範囲は、実施形態に係るボイラ１におけるＭｖ：Ｍｓ及びその範数値囲と同じであるため説明を省略する。
　実施形態に係るファウリング抑制方法では、スピネル族化合物は、ミル供給ライン７５、バーナー部用燃料供給ライン８５、ＯＡＰ供給ライン１５、及び火炉本体１１の頂部１２より選択される１種以上の部分に設けられる。
　（作用）
　実施形態に係るファウリング抑制方法の作用は、バイオマス含有燃料５０の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される場合のボイラ１の作用と同じであるため、説明を省略する。
　以下、本実施形態を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれら実施例に限定されるものではない。
［実施例１］（スピネル添加）
　（試験装置）
　上記ボイラ１と同様な環境を再現する試験装置として、図２に示す縦型加熱炉試験システムを用いた。図２は、実施例１で用いた縦型加熱炉試験システムを示す図である。図２に示す縦型加熱炉試験システム２は、ボイラ１の火炉１０に相当する縦型加熱炉２００と、ボイラ１のミル８０に相当する燃料供給器１００と、を備える。
　　＜燃料供給器＞
　燃料供給器１００は、微粉末状のバイオマス含有燃料５０と空気１１０とを含む混合物である燃料微粉末含有ガスを縦型加熱炉２００に供給する装置である。なお、燃料供給器１００は、上記燃料微粉末含有ガスに代えて、燃料微粉末含有ガスとスピネル族化合物の微粉末との混合物である燃料－スピネル含有ガスを縦型加熱炉２００に供給することが可能になっている。
　　＜縦型加熱炉＞
　縦型加熱炉２００は、火炉本体１１に相当するセラミック管２１０と、セラミック管２１０の上端部を閉塞する縦型加熱炉頂部２２０と、セラミック管２１０の下端部を閉塞する縦型加熱炉底部２３０と、セラミック管２１０を加熱するヒーター２４０とを備える。
　縦型加熱炉頂部２２０の径方向の中央部には、燃料供給器１００から供給される燃料微粉末含有ガスをセラミック管２１０内に導入する導入管が設けられる。縦型加熱炉底部２３０は、セラミック管２１０の下端部と密着するリング状上端部と、リング状上端部の内周側端部から下方に凹設された有底筒状部とを備える。この有底筒状部の径方向の中央部にはプローブ３００が挿脱自在に挿入される。
　　＜プローブ＞
　図３を参照してプローブ３００を説明する。図３は、図２の範囲Ｂを拡大した図である。図３に示すように、プローブ３００は、筒状のプローブ本体３１０と、プローブ本体３１０の上方に形成された半球状のプローブ先端部３２０とを有する。プローブ３００の内部３４０は空洞になっており、プローブ３００の内部３４０にはプローブ３００の長手方向に沿って管状の冷却ノズル３５０が挿入される。
　冷却ノズル３５０は、先端部が半球状のプローブ先端部３２０と離間するように挿入される。これにより、冷却ノズル３５０の内側を上昇した冷却媒体３６０がプローブ先端部３２０の内面で反射して、冷却ノズル３５０の外側、すなわち冷却ノズル３５０とプローブ本体３１０との間の空間、を下降することができるようになっている。冷却媒体３６０の流れ方向ＣＦのうち、冷却ノズル３５０の内側を上昇する冷却媒体３６０の流れ方向をＣＦ１、プローブ先端部３２０の内面で反射する冷却媒体３６０の流れ方向をＣＦ２で示す。冷却媒体３６０としては冷却水及び空気が用いられ、冷却水に空気の気泡が混合されることにより、冷却媒体３６０が冷却ノズル３５０の内側を効率よく上昇することができるようになっている。プローブ先端３２０の表面は冷却ノズル３５０に流れる冷却水と空気の量を調整することによって、所望の温度に制御できる。
　図２に示すように、プローブ３００は、縦型加熱炉底部２３０の有底筒状部の径方向の中央部に挿脱自在に挿入される。このため、プローブ３００は、セラミック管２１０内の長手方向の任意の位置に、挿入可能である。
　プローブ３００を、縦型加熱炉底部２３０に挿脱自在に挿入する理由を図４を参照して説明する。図４は、図２に示す縦型加熱炉試験システム２を構成する縦型加熱炉２００におけるセラミック管２１０内のガス温度分布を模式的に示すグラフである。具体的には、図４は、ヒーター２４０でセラミック管２１０を加熱した際の、セラミック管２１０内の長手方向の部位と、ガス温度との関係を模式的に示すグラフである。図４の縦軸は、セラミック管２１０内の長手方向の部位を示す。具体的には、縦軸の上端は縦型加熱炉頂部２２０に接するセラミック管２１０の部位を示し、縦軸の下端は縦型加熱炉底部２３０に接するセラミック管２１０の部位を示す。図４の横軸は、セラミック管２１０内の径方向の中央部のガス温度を示す。
　縦型加熱炉２００においてヒーター２４０でセラミック管２１０を加熱すると、図４に示すように、セラミック管２１０内の上側ほどガス温度が高く、セラミック管２１０内の下側ほどガス温度が低くなる。このため、プローブ３００を、セラミック管２１０内の長手方向の任意の位置に挿入させることにより、プローブ３００を、所望のガス温度におくことが可能である。
　具体的には、燃料微粉末含有ガスを図２に示す燃焼炎２５０を生じるように燃焼させると、図３に示すように灰２６０が生成する。生成した灰２６０は図３のＡＦの方向に降下するため、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着する。この時、所望の温度に制御したプローブ先端３２０を所望のガス温度の位置まで縦型加熱炉２００に挿入し、燃焼試験後にプローブ３００を引き抜きプローブ先端部の表面３３０に付着した灰２６０を回収する。これにより、所定のガス温度及びプローブ表面温度で付着した灰２６０の付着量を測定することができる。
　このように、縦型加熱炉試験システム２によれば、燃焼時の雰囲気とプローブ３００の挿入高さ及びプローブ先端表面温度とを調整することにより、ボイラ１のファウリング発生環境を再現できるようになっている。具体的には、縦型加熱炉試験システム２によれば、ファウリングが発生しやすい、ガス温度が８００～９００℃の酸化雰囲気下及び水管表面を模擬したプローブ表面温度が５００～６５０℃で燃焼試験をし、付着した灰２６０を回収することができる。
　なお、縦型加熱炉試験システム２では、上記燃料微粉末含有ガスに代えて、燃料微粉末含有ガスとスピネル族化合物の微粉末との混合物である燃料－スピネル含有ガスを燃焼炎２５０を生じるように燃焼させることが可能である。この場合、縦型加熱炉試験システム２によれば、ファウリングが発生しやすい、ガス温度が８００～９００℃の酸化雰囲気下及び水管表面を模擬したプローブ表面温度が５００～６５０℃で燃焼試験をし、付着した灰２６０を回収することができる。
　　＜ガス分析＞
　図２に示すように、縦型加熱炉試験システム２では、縦型加熱炉２００での燃焼試験で生成した燃焼ガス及び灰２６０が、縦型加熱炉２００の縦型加熱炉底部２３０から排出され、排出路３７０を介してろ過器４００に送られるようになっている。ろ過器４００は、円筒ろ紙４１０を備えており、灰２６０を捕捉して燃焼ガスのみを通過させることができるようになっている。ろ過器４００から排出された燃焼ガスは、排気路４５０を介してガス冷却器５００に送られ、さらにポンプ６００を介してガス分析器７００に送られるようになっている。これにより、縦型加熱炉試験システム２によれば、ボイラ１に近いファウリングの生成環境で生成した燃焼ガスを分析することができるようになっている。
　（バイオマス含有燃料）
　　バイオマス含有燃料として、積算分布径Ｄ５０が７５μｍの微粉末状のバイオマス含有燃料を用意した。
　（添加剤）
　ファウリングを抑制するための添加剤として、微粉末状のスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４を用意した。
　（燃焼試験）
　縦型加熱炉試験システム２での燃焼試験は、バイオマス含有燃料とスピネル族化合物との混合物を、短時間で縦型加熱炉２００のセラミック管２１０内に連続的に投入して燃焼させる試験とした。
　はじめに、セラミック管内のガス温度８００～９００℃の位置にプローブ３００の先端表面３２０が位置するように挿入した。また、プローブ先端３２０の表面温度は５００℃に制御した。
　次に、燃料供給器１００において、バイオマス含有燃料とスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４とを混合し混合物を作製した。混合物におけるバイオマス含有燃料とスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４との混合割合は、バイオマス含有燃料９７０ｇに対してスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４３０ｇとした。この混合比率は、縦型加熱炉２００に投入するバイオマス含有燃料の単位時間当たり質量Ｍｖ［ｋｇ／Ｈｒ］とスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４の単位時間当たり質量Ｍｓ［ｋｇ／Ｈｒ］との比率Ｍｖ：Ｍｓが９７：３になるようにしたものである。
　次に、燃料供給器１００内のバイオマス含有燃料とスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４との混合物を約０．７ｇ／分の投入速度で縦型加熱炉２００のセラミック管２１０内に投入し、混合物を燃焼させた。
　燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含有燃料とスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４との混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が１．１ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。以上の実験例を実施例１－１とする。
　さらに、セラミック管２１０内に供給されるバイオマス含有燃料とスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４との混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が異なる場合は、実施例１－１と同様にして燃焼試験を行った（実施例１－２及び実施例１－３）。
　実施例１－２では、燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含有燃料とスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４との混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が２．１ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。
　実施例１－３では、燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含有燃料とスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４との混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が　３．２ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。
　（評価）
　　＜灰付着量の評価＞
　実施例１－１～実施例１－３につき、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０の付着量を測定した。実施例１－１～実施例１－３の結果の集合体を実施例１として図５に示す。
　　＜灰の粒子径の評価＞
　実施例１につき、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰の粒子径と積算個数との関係を測定した。結果を図６に示す。
［比較例１］（添加剤なし）
　添加剤としてのスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４を混合しない以外は実施例１と同様にして燃焼試験を行った。
　（燃焼試験）
　縦型加熱炉試験システム２での燃焼試験は、バイオマス含有燃料とスピネル族化合物との混合物を、短時間で縦型加熱炉２００のセラミック管２１０内に連続的に投入して燃焼させる試験とした。
　また、燃料供給器１００内のバイオマス含有燃料を約０．７ｇ／分の投入速度で縦型加熱炉２００のセラミック管２１０内に投入し、バイオマス含有燃料を燃焼させた。
　燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含有燃料が供給され、燃焼によて生成された灰が１．１ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。以上の実験例を比較例１－１とする。
　さらに、セラミック管２１０内に供給されるバイオマス含有燃料が燃焼によて生成された灰量が異なる以外は、比較例１－１と同様にして燃焼試験を行った（比較例１－２、比較例１－３及び比較例１－４）。
　比較例１－２では、燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含有燃料が供給され、燃焼によて生成された灰が１．６ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。
　比較例１－３では、燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含有燃料が供給され、燃焼によて生成された灰が２．１ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。
　比較例１－４では、燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含有燃料が供給され、燃焼によて生成された灰が３．０ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。
　（評価）
　　＜灰付着量の評価＞
　比較例１－１～比較例１－４につき、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０の付着量を測定した。比較例１－１～比較例１－４の結果の集合体を比較例１として図５に示す。
　　＜灰の粒子径の評価＞
　比較例１につき、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰の粒子径と積算個数との関係を測定した。結果を図６に示す。
［比較例２］（Ａｌ２Ｏ３添加）
　添加剤として、スピネルＭｇＡｌ２Ｏ４に代えてＡｌ２Ｏ３を用いた以外は実施例１と同様にして燃焼試験を行った。
　（燃焼試験）
　縦型加熱炉試験システム２での燃焼試験では、バイオマス含有燃料とＡｌ２Ｏ３との混合物を、短時間で縦型加熱炉２００のセラミック管２１０内に連続的に投入して燃焼させる試験とした。
　次に、燃料供給器１００において、バイオマス含有燃料とＡｌ２Ｏ３とを混合し混合物を作製した。混合物におけるバイオマス含有燃料とＡｌ２Ｏ３との混合割合は、バイオマス含有燃料９７０ｇに対してＡｌ２Ｏ３を３０ｇとした。この混合比率は、縦型加熱炉２００に投入するバイオマス含有燃料の単位時間当たり質量Ｍｖ［ｋｇ／Ｈｒ］とＡｌ２Ｏ３の単位時間当たり質量Ｍｓ［ｋｇ／Ｈｒ］との比率Ｍｖ：Ｍｓが９７：３になるようにしたものである。
　次に、燃料供給器１００内のバイオマス含有燃料とＡｌ２Ｏ３との混合物を約０．７ｇ／分の投入速度で縦型加熱炉２００のセラミック管２１０内に投入し、混合物を燃焼させた。
　燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含有燃料とＡｌ２Ｏ３の混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が１．１ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。以上の実験例を比較例２－１とする。
　さらに、セラミック管２１０内に供給されるバイオマス含有燃料とＡｌ２Ｏ３の混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が異なる以外、比較例２－１と同様にして燃焼試験を行った（比較例２－２及び比較例２－３）。
　比較例２－２では、燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含有燃料とＡｌ２Ｏ３の混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が２．１ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。
　比較例２－３では、燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含有燃料とＡｌ２Ｏ３の混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が３．２ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。
　（評価）
　　＜灰付着量の評価＞
　比較例２－１～比較例２－３につき、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０の付着量を測定した。比較例２－１～比較例２－３の結果の集合体を比較例２として図５に示す。
　　＜灰の粒子径の評価＞
　比較例２につき、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰の粒子径と積算個数との関係を測定した。結果を図６に示す。
［比較例３］（ＣａＯ添加）
　添加剤として、スピネルＭｇＡｌ２Ｏ４に代えてＣａＯを用いた以外は実施例１と同様にして燃焼試験を行った。
　（燃焼試験）
　縦型加熱炉試験システム２での燃焼試験では、バイオマス含有燃料とＣａＯとの混合物を、短時間で縦型加熱炉２００のセラミック管２１０内に連続的に投入して燃焼させる試験とした。
　また、燃料供給器１００において、バイオマス含有燃料とＣａＯとを混合し混合物を作製した。混合物におけるバイオマス含有燃料とＣａＯとの混合割合は、バイオマス含有燃料９７０ｇに対してＣａＯ３０ｇとした。この混合比率は、縦型加熱炉２００に投入するバイオマス含有燃料の単位時間当たり質量Ｍｖ［ｋｇ／Ｈｒ］とＣａＯの単位時間当たり質量Ｍｓ［ｋｇ／Ｈｒ］との比率Ｍｖ：Ｍｓが９７：３になるようにしたものである。
　次に、燃料供給器１００内のバイオマス含有燃料とＣａＯとの混合物を約０．７ｇ／分の投入速度で縦型加熱炉２００のセラミック管２１０内に投入し、混合物を燃焼させた。
　燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含羞燃料とＣａＯの混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が１．１ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。以上の実験例を比較例３－１とする。
　さらに、セラミック管２１０内に供給されるバイオマス含有燃料とＣａＯとの合計量が異なる以外は、比較例３－１と同様にして燃焼試験を行った（比較例３－２及び比較例３－３）。
　比較例３－２では、燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含羞燃料とＣａＯの混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が２．１ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。
　比較例３－３では、燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含羞燃料とＣａＯの混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が３．２ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。
　（評価）
　　＜灰付着量の評価＞
　比較例３－１～比較例３－３につき、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０の付着量を測定した。比較例３－１～比較例３－３の結果の集合体を比較例３として図５に示す。
　　＜灰の粒子径の評価＞
　比較例３－３につき、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰の粒子径と積算個数との関係を測定した。結果を図６に示す。
　図５より、実施例１は、比較例１～３に比較して、灰付着量が少ないことが分かった。また、図６より、実施例１は、比較例１、比較例２及び比較例３に比較して、粒子径が大きくなることが分かった。
　図５及び図６の結果より、添加剤としてスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４を用いた場合の効果は、灰２６０の粒子径の増加による脱落性の向上によるものと推測される。
　特願２０１９－０７８５４７号（出願日：２０１９年４月１７日）の全内容は、ここに援用される。
　以上、実施例に沿って本実施形態の内容を説明したが、本実施形態はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。
　本開示によれば、ファウリングの発生を効率的に抑制する、ボイラ及びファウリング抑制方法を提供することができる。
１　ボイラ
１０　火炉
１１　火炉本体
１２　火炉本体の頂部
１３　バーナー部
１４　オーバーエアポート部
１５　ＯＡＰ供給ライン
１７　スピネル族化合物ＯＡＰ供給部（スピネル族化合物供給部）
１９　頂部供給部（スピネル族化合物供給部）
２０　燃焼ガス水平移動部
３０　燃焼ガス下降部
４０　水管
４１　火炉頂部水管群
４２　水平移動部水管群
４３、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ　下降部水管群
５０　バイオマス含有燃料
６０　スピネル族化合物
７０　燃料供給部
７５　ミル供給ライン
７７　スピネル族化合物ミル上流供給部（スピネル族化合物供給部）
８０　ミル
８５　バーナー部用燃料供給ライン
８７　スピネル族化合物ミル下流供給部（スピネル族化合物供給部）
２　縦型加熱炉試験システム
１００　燃料供給器
１１０　空気
２００　縦型加熱炉
２１０　セラミック管
２２０　縦型加熱炉頂部
２３０　縦型加熱炉底部
２４０　ヒーター
２５０　燃焼炎
２６０　灰
ＡＦ　灰の流れ方向
３００　プローブ
３１０　プローブ本体
３２０　プローブ先端部
３３０　プローブ先端部の表面
３４０　プローブの内部
３５０　冷却ノズル
３６０　冷却媒体（水、空気）
３７０　排出路
ＣＦ、ＣＦ１、ＣＦ２　冷却媒体の流れ方向
４００　ろ過器
４１０　円筒ろ紙
４５０　排気路
５００　ガス冷却器
６００　ポンプ
７００　ガス分析器

Claims (8)

  1. 　火炉中でバイオマス固体燃料を含むバイオマス含有燃料を燃焼させたとき、ガス温度が４００～１０００℃の酸化雰囲気下で、伝熱管表面温度が３００～６５０℃で発生するファウリングを抑制するボイラであって、
    　前記ボイラは、火炉とスピネル族化合物供給部とを備え、
    　前記バイオマス含有燃料の燃焼の際に前記スピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給されるボイラ。
  2. 　前記火炉は、
    　前記バイオマス含有燃料の燃焼で生成する燃焼ガスが上昇する縦型の火炉本体と、
    　前記火炉本体の側面に設けられたバーナー部と、
    　前記火炉本体の側面でかつ前記バーナー部より上方に設けられ、前記火炉本体内に空気を供給するオーバーエアポート部と、
    　を備え、
    　前記ボイラは、さらに、
    　前記バイオマス含有燃料を粉砕するミルと、
    　前記ミルに前記バイオマス含有燃料を供給するミル供給ラインと、
    　前記ミルから排出されたバイオマス含有燃料を前記バーナー部に供給するバーナー部用燃料供給ラインと、
    　前記オーバーエアポート部に空気を供給するＯＡＰ供給ラインと、
    を備え、
    　前記火炉本体は、頂部を備え、
    　前記スピネル族化合物供給部は、前記ミル供給ライン、前記バーナー部用燃料供給ライン、前記ＯＡＰ供給ライン、及び前記火炉本体の頂部より選択される１種以上の部分に設けられる請求項１に記載のボイラ。
  3. 　前記スピネル族化合物は、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＦｅＡｌ２Ｏ４、ＺｎＡｌＯ４、ＭｎＡｌ２Ｏ４、ＦｅＦｅ３＋ ２Ｏ４、ＭｇＦｅ３＋ ２Ｏ４、ＭｎＦｅ３＋ ２Ｏ４、ＦｅＣｒ２Ｏ４及びＭｇＣｒ２Ｏ４より選択される少なくとも１種の金属酸化物である請求項１又は２に記載のボイラ。
  4. 　前記火炉に供給される前記バイオマス含有燃料の単位時間当たり質量Ｍｖ［ｋｇ／Ｈｒ］と、前記火炉に供給される前記スピネル族化合物の単位時間当たり質量Ｍｓ［ｋｇ／Ｈｒ］との比率Ｍｖ：Ｍｓが１００：１０～０．０１の範囲内にある請求項１～３のいずれか１項に記載のボイラ。
  5. 　火炉を備えたボイラを用い、前記火炉中でバイオマス固体燃料を含むバイオマス含有燃料を燃焼させたとき、ガス温度が４００～１０００℃の酸化雰囲気下で、伝熱管表面温度が３００～６５０℃で発生するファウリングを抑制するファウリング抑制方法であって、
    　前記ボイラは、スピネル族化合物供給部をさらに備え、
    　前記バイオマス含有燃料の燃焼の際に前記スピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給されるファウリング抑制方法。
  6. 　前記スピネル族化合物は、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＦｅＡｌ２Ｏ４、ＺｎＡｌＯ４、ＭｎＡｌ２Ｏ４、ＦｅＦｅ３＋ ２Ｏ４、ＭｇＦｅ３＋ ２Ｏ４、ＭｎＦｅ３＋ ２Ｏ４、ＦｅＣｒ２Ｏ４及びＭｇＣｒ２Ｏ４より選択される少なくとも１種の金属酸化物である請求項５に記載のファウリング抑制方法。
  7. 　前記火炉に供給される前記バイオマス含有燃料の単位時間当たり質量Ｍｖ［ｋｇ／Ｈｒ］と、前記火炉に供給される前記スピネル族化合物の単位時間当たり質量Ｍｓ［ｋｇ／Ｈｒ］との比率Ｍｖ：Ｍｓが１００：０．０１～１０の範囲内にある請求項５又は６に記載のファウリング抑制方法。
  8. 　前記火炉は、
    　前記バイオマス含有燃料の燃焼で生成する燃焼ガスが上昇する縦型の火炉本体と、
    　前記火炉本体の側面に設けられたバーナー部と、
    　前記火炉本体の側面でかつ前記バーナー部より上方に設けられ、前記火炉本体内に空気を供給するオーバーエアポート部と、
    　を備え、
    　前記ボイラは、さらに、
    　前記バイオマス含有燃料を粉砕するミルと、
    　前記ミルに前記バイオマス含有燃料を供給するミル供給ラインと、
    　前記ミルから排出されたバイオマス含有燃料を前記バーナー部に供給するバーナー部用燃料供給ラインと、
    　前記オーバーエアポート部に空気を供給するＯＡＰ供給ラインと、
    を備え、
    　前記火炉本体は、頂部を備え、
    　前記スピネル族化合物供給部は、前記ミル供給ライン、前記バーナー部用燃料供給ライン、前記ＯＡＰ供給ライン、及び前記火炉本体の頂部より選択される１種以上の部分に設けられる請求項５～７のいずれか１項に記載のファウリング抑制方法。
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