WO2020255462A1

WO2020255462A1 - 添加剤供給量決定装置及びこれを備えた燃焼設備並びに燃焼設備の運転方法

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Publication number: WO2020255462A1
Application number: PCT/JP2020/000397
Authority: WO
Inventors: 佳彦土山; 直樹安慶
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2020-12-24
Also published as: JP7261100B2; JP2021001701A

Abstract

重金属を含む燃料を燃焼させるための燃焼設備用の添加剤供給量決定装置は、少なくとも前記燃料の燃焼により生成される灰中の重金属の含有量を検出するように構成された検出部と、検出された前記重金属の含有量に基づいて、前記燃料に供給する添加剤に含まれる硫黄の添加量を決定するように構成された添加量決定部と、を備える。

Description

添加剤供給量決定装置及びこれを備えた燃焼設備並びに燃焼設備の運転方法

　本開示は、添加剤供給量決定装置及びこれを備えた燃焼設備並びに燃焼設備の運転方法に関する。

　金属を含む燃料（例えば廃棄物又はバイオマス等）を燃焼させるための燃焼設備では、通常、燃料の燃焼により生じる灰中に含まれる金属と、燃料中の塩素化合物とが反応して金属塩化物を生成する。燃焼ガス中の温度が低下すると、燃焼ガスに含まれる金属塩化物が凝縮して腐食性の高い溶融塩を形成し、設備の配管等の腐食の原因となり得る。

　このような腐食溶融塩による設備の腐食への対策として、燃焼ガス中に含まれるガス状のアルカリ金属塩化物に硫黄含有添加物を添加すること提案されている。例えば特許文献１には、燃焼チャンバの下流側に過熱ヒータ（伝熱管）が設けられたボイラにおいて、固体塩素含有燃料を燃焼させるときに、過熱ヒータよりも上流側の位置において、燃焼ガスに硫黄含有添加剤を注入することが記載されている。これにより、燃焼ガスに含まれる腐食性の高いアルカリ金属塩化物を、過熱ヒータに到達する前に、腐食性の比較的低いアルカリ硫酸塩に転化させることで、アルカリ金属塩化物による過熱ヒータの腐食を抑制することが図られている。

特許第４０２８８０１号公報

　ところで、燃焼設備で燃焼される廃棄物やバイオマス等の燃料には、重金属が含まれる場合がある。そして、重金属についても、アルカリ金属と同様、燃焼ガス中で塩化物を形成して溶融塩となり、設備を腐食するという問題が生じ得る。しかしながら、燃焼ガスに含まれる重金属塩による腐食に対する有効な対策は見出されていなかった。

　上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、燃料に含まれる金属に起因する設備の腐食を抑制可能な添加剤供給量決定装置及びこれを備えた燃焼設備並びに燃焼設備の運転方法を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る添加剤供給量決定装置は、
　重金属を含む燃料を燃焼させるための燃焼設備用の添加剤供給量決定装置であって、
　少なくとも前記燃料の燃焼により生成される灰中の重金属の含有量を検出するように構成された検出部と、
　検出された前記重金属の含有量に基づいて、前記燃料に供給する添加剤に含まれる硫黄の添加量を決定するように構成された添加量決定部と、を備える。

　本発明者らの鋭意検討により、燃料の燃焼で発生する腐食性の高い重金属塩化物は、燃焼設備内の環境条件下で、硫黄酸化物と反応して、腐食性の比較的低い重金属硫酸塩に変化することが見出された。この点、上記（１）の構成によれば、燃料の燃焼により生成した灰中の重金属の含有量に基づいて、燃料に添加する硫黄の添加量を決定するようにしたので、燃焼設備内において、燃料に含まれる重金属を腐食性の比較的低い硫酸塩に適切に変化させることができる。よって、燃料に含まれる金属に起因する設備の腐食を適切に抑制することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
　前記検出部は、前記灰中のアルカリ金属の含有量、及び前記灰中のアルカリ土類金属の含有量を検出するように構成され、
　前記添加量決定部は、検出された前記重金属の含有量、前記アルカリ金属の含有量、及び前記アルカリ土類金属の含有量に基づいて、供給する前記添加剤に含まれる硫黄の添加量を決定するように構成され、
　前記硫黄の添加量は、前記燃料の単位重量当たりに添加される前記添加剤に含まれる前記硫黄のモル数と、検出された前記重金属、前記アルカリ金属、及び前記アルカリ土類金属に基づき算出される前記燃料の単位重量当たりに含まれる前記重金属のモル数の各々に重み付け処理された後に、合算された調整値とが近づくように決定され、
　前記重み付け処理は、検出された前記重金属、前記アルカリ金属、及び前記アルカリ土類金属の各々のイオン価数を基に行われる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
　前記検出部は、少なくとも、前記燃料の燃焼により生成される灰中のカルシウム、ナトリウム、カリウム、亜鉛及び鉛の含有量を検出するように構成され、
　前記添加量決定部は、前記検出部による検出結果に基づいて、前記燃料の単位重量当たりに含まれるカルシウム、ナトリウム、カリウム、亜鉛及び鉛の各モル数ｍ_Ｃａ，ｍ_Ｎａ、ｍ_Ｋ、ｍ_Ｚｎ及びｍ_Ｐｂ、並びに、前記燃料の単位重量当たりに添加される前記添加剤に含まれる硫黄のモル数ｍ_Ｓが下記式（Ａ）を満たすように、前記添加剤の添加量を決定するように構成される。
０．９５≦ｍ_Ｓ／（ｍ_Ｃａ＋２ｍ_Ｎａ＋２ｍ_Ｋ＋ｍ_Ｚｎ＋ｍ_Ｐｂ）　…（Ａ）

　廃棄物やバイオマス等の燃料には、通常、カルシウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属やアルカリ土類金属が含まれる。上記（３）の構成によれば、上記式（Ａ）を満たす量の硫黄を含むように添加剤の添加量を決定するようにしたので、このように決定した量の添加剤を使用することにより、燃料に含まれ、設備の腐食の要因となり得るカルシウム、ナトリウム、カリウム、亜鉛（重金属）及び鉛（重金属）のうち大部分を、燃焼設備内において、腐食性の比較的低い硫酸塩に適切に変化させることができる。よって、燃料に含まれる金属に起因する設備の腐食を適切に抑制することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
　前記検出部は、少なくとも、前記燃料の燃焼により生成される灰中のカルシウム、ナトリウム、カリウム、亜鉛及び鉛の含有量を検出するように構成され、
　前記添加量決定部は、前記検出部による検出結果に基づいて、前記燃料の単位重量当たりに含まれるカルシウム、ナトリウム、カリウム、亜鉛及び鉛の各モル数ｍ_Ｃａ，ｍ_Ｎａ、ｍ_Ｋ、ｍ_Ｚｎ及びｍ_Ｐｂ、並びに、前記燃料の単位重量当たりに添加される前記添加剤に含まれる硫黄のモル数ｍ_Ｓが下記式（Ｂ）を満たすように、前記添加剤の添加量を決定するように構成される。
ｍ_Ｓ／（ｍ_Ｃａ＋２ｍ_Ｎａ＋２ｍ_Ｋ＋ｍ_Ｚｎ＋ｍ_Ｐｂ）≦１．０５　…（Ｂ）

　硫黄含有物質は、高温の燃焼設備内で硫黄酸化物に変化し得る。この点、上記（４）の構成によれば、上記式（Ｂ）を満たす量の硫黄を含むように添加剤の添加量を決定するようにしたので、このように決定した量の添加剤を使用することにより、硫黄を含む添加剤の使用量が過多となり難い。よって、燃焼設備からの硫黄酸化物の排出量を低減しながら、燃焼設備内で燃料に含まれる重金属等を硫酸塩に変化させることができ、燃料に含まれる金属に起因する設備の腐食を適切に抑制することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、
　前記添加剤供給装量決定置は、
　前記燃料の燃焼温度を調節するための温度調節部を備え、
　前記検出部は、少なくとも、前記燃料の燃焼により生成される灰中の亜鉛及び鉛の含有量を検出するように構成され、
　前記温度調節部は、前記燃焼温度を９５０℃以上に調節するように構成され、
　前記添加量決定部は、少なくとも前記検出部による検出結果に基づいて、前記燃料の単位重量当たりに含まれる亜鉛及び鉛の各モル数ｍ_Ｚｎ及びｍ_Ｐｂ、前記燃料の単位重量当たりに含まれるナトリウム及びカリウムのうち該燃料の燃焼時に揮発するナトリウム及びカリウムの各モル数ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}及びｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}、並びに、前記燃料の単位重量当たりに添加される前記添加剤に含まれる硫黄のモル数ｍ_Ｓが下記式（Ｃ）を満たすように、前記添加剤の添加量を決定するように構成される。
０．９５≦ｍ_Ｓ／（２ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}＋２ｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}＋ｍ_Ｚｎ＋ｍ_Ｐｂ）≦１．０５　…（Ｃ）

　アルカリ金属やアルカリ土類金属は、亜鉛や鉛等の重金属に比べての硫黄化合物との反応性が高い。このため、多量のアルカリ金属（ナトリウム、カリウム等）やアルカリ土類金属（カルシウム等）が燃料に含まれる場合、燃焼設備内で重金属を硫黄化合物と反応させて硫酸塩を形成させるためには、多量の添加剤を要することとなる。この点、上記（５）の構成によれば、燃料の燃焼温度を９５０℃以上の高温としたので、燃焼部において、カルシウム、ナトリウム及びカリウムの少なくとも一部を鉱物相と反応させて失活させることができる。これにより、燃料に含有されるカルシウム、ナトリウム及びカリウムに由来する腐食性の高い金属塩化物の生成量を減少させて、燃料に含有される重金属と硫黄化合物との反応を促すことができる。よって、上記（５）の構成によれば、硫黄を含む添加物の添加量を低減しながら、燃焼設備内で燃料に含まれる重金属を硫酸塩に効果的に変化させることができ、燃料に含まれる金属に起因する設備の腐食を適切に抑制することができる。

　また、燃料の燃焼時に、ナトリウム及びカリウムの一部は、鉱物相と反応せずに、腐食性の高い塩化物として揮発する。この点、上記（５）の構成では、０．９５≦ｍ_Ｓ／（２ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}＋２ｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}＋ｍ_Ｚｎ＋ｍ_Ｐｂ）を満たす量の硫黄を含むように添加剤の添加量を決定するようにしたので、このように決定した量の添加剤を使用することにより、燃料の燃焼時に塩化物として揮発するナトリウム、カリウム、亜鉛、及び鉛の大部分を、燃焼設備内において、腐食性の比較的低い硫酸塩に適切に変化させることができる。また、上記（５）の構成では、（２ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}＋２ｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}＋ｍ_Ｚｎ＋ｍ_Ｐｂ）≦１．０５を満たす量の硫黄を含むように添加剤の添加量を決定するようにしたので、このように決定した量の添加剤を使用することにより、硫黄を含む添加剤の使用量が過多となり難い。よって、燃焼設備からの硫黄酸化物の排出量を低減しながら、燃焼設備内で燃料に含まれる重金属等を硫酸塩に変化させることができ、燃料に含まれる金属に起因する設備の腐食を適切に抑制することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
　前記添加剤供給量決定装置は、
　前記燃料の燃焼により生成された燃焼ガスの温度、前記燃焼ガスに含まれる塩素と硫黄との重量比に基づいて、前記揮発するナトリウムのモル数ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}及び前記揮発するカリウムのモル数ｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}を推定するように構成された推定部をさらに備える。

　上記（６）の構成によれば、燃焼ガスの温度、燃焼ガスに含まれる塩素と硫黄との重量比に基づいて、揮発するナトリウムのモル数ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}及び揮発するカリウムのモル数ｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}を推定するようにしたので、上記式（Ｃ）を用いて、添加物の添加量を適切に決定することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、
　前記添加剤供給量決定装置は、
　前記燃料の燃焼により生成された燃焼ガス中の一酸化窒素の濃度に基づいて、前記燃料に添加される前記添加剤に含有される硫黄と、前記添加剤から生じ得るアンモニアとのモル比を調節可能に構成された添加剤調製部をさらに備える。

　硫黄を含む添加剤として、アンモニア塩（硫酸アンモニウムや硫酸水素アンモニウム等）を用いることがある。この場合、アンモニア塩は、熱分解によりアンモニアを発生するが、アンモニアの発生量によっては、アンモニアの一部が燃焼設備内で消費されないまま排出される、所謂アンモニアスリップが生じ得る。この点、上記（７）の構成によれば、燃焼設備内でアンモニアと反応し得る一酸化窒素の濃度に基づいて、添加剤に含有される硫黄と、添加剤から生じ得るアンモニアとのモル比を調節可能としたので、このモル比を適切に設定することにより、燃焼ガス中の一酸化窒素との反応によりアンモニアを十分に消費させることができる。よって、添加剤の添加に起因するアンモニアスリップの発生を抑制しながら、上記（１）で述べたように、燃料に含まれる金属に起因する設備の腐食を適切に抑制することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の構成において、
　前記添加剤調製部は、１分子当たりのアンモニア発生量が異なる複数種の硫黄含有物質から、前記添加剤として使用する１種以上の硫黄含有物質を選択し、該１種以上の硫黄含有物質の各々の前記添加剤中の含有量を決定するように構成される。

　上記（８）の構成によれば、１分子当たりのアンモニア発生量が異なる複数種の硫黄含有物質から、添加剤として使用する１種以上の硫黄含有物質を選択し、該１種以上の硫黄含有物質の各々の添加剤中の含有量を決定するようにしたので、添加剤に含有される硫黄と、添加剤から生じ得るアンモニアとのモル比を柔軟に調節可能である。よって、添加剤の添加に起因するアンモニアスリップの発生を効果的に抑制しながら、燃料に含まれる金属に起因する設備の腐食を適切に抑制することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（７）又は（８）の構成において、
　前記添加剤調製部は、前記燃料の単位重量当たりに添加される前記添加剤に含まれる硫黄のモル数をｍ_Ｓとし、前記燃焼ガス中の一酸化窒素の濃度から換算される前記燃料の単位重量当たりから生じた一酸化窒素のモル数をｎ_ＮＯとしたとき、
　　ｎ_ＮＯがｍ_Ｓの２倍より大きいときは、硫酸アンモニウムを前記添加剤として使用し、
　　ｎ_ＮＯがｍ_Ｓの１倍より大きく２倍以下であるときは、硫酸水素アンモニウムを前記添加剤として使用し、
　　ｎ_ＮＯがｍ_Ｓの１倍以下であるときは、アンモニウムイオンを含まない硫黄含有物質を前記添加剤として使用することを決定するように構成される。

　上記（９）の構成によれば、添加剤による硫黄添加量を示す硫黄のモル数ｍ_Ｓと、燃焼ガス中に含まれている一酸化窒素の濃度を示す一酸化窒素のモル数ｎ_ＮＯとの比に基づいて、１分子当たりのアンモニア発生量が異なる複数種の硫黄含有物質から、添加剤として使用する１種以上の硫黄含有物質を選択するようにしたので、添加剤の添加に起因するアンモニアスリップの発生を効果的に抑制することができる。よって、アンモニアスリップの発生を効果的に抑制しながら、燃料に含まれる金属に起因する設備の腐食を適切に抑制することができる。

（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼設備は、
　重金属を含む燃料を燃焼させるための燃焼設備であって、
　前記燃料の燃焼により生成される燃焼ガスが流れる煙道と、
　前記煙道に設けられる伝熱管と、
　前記煙道にて前記伝熱管の下流側に設けられ、前記燃焼ガスに同伴される前記灰を捕捉するための捕捉部と、
　燃焼前又は燃焼中の前記燃料に硫黄を含む添加剤を添加するように構成された添加剤供給部と、
　上記（１）乃至（９）の何れか一項に記載の添加剤供給量決定装置と、を備え、
　前記検出部は、前記捕捉部で捕捉された灰中の重金属の含有量を検出するように構成される。

　上記（１０）の構成によれば、燃料の燃焼により生成され、捕捉部で捕捉された灰中の重金属の含有量に基づいて、硫黄を含む添加剤の添加量を決定するようにしたので、燃焼設備内において、燃料に含まれる重金属を腐食性の比較的低い硫酸塩に適切に変化させることができる。よって、燃料に含まれる金属に起因する設備の腐食を適切に抑制することができる。

（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼設備の運転方法は、
　重金属を含む燃料を燃焼させるための燃焼設備の運転方法であって、
　少なくとも前記燃料の燃焼により生成される灰中の重金属の含有量を検出する検出ステップと、
　前記検出ステップでの検出された前記重金属の含有量に基づいて、前記燃料に供給する添加剤に含まれる硫黄の添加量を決定する添加量決定ステップと、を備える。

　上記（１１）の方法によれば、燃料の燃焼により生成した灰中の重金属の含有量に基づいて、燃料に添加する硫黄の添加量を決定するようにしたので、燃焼設備内において、燃料に含まれる重金属を腐食性の比較的低い硫酸塩に適切に変化させることができる。よって、燃料に含まれる金属に起因する設備の腐食を適切に抑制することができる。

　本発明の少なくとも一実施形態によれば、燃料に含まれる金属に起因する設備の腐食を抑制可能な添加剤供給量決定装置及びこれを備えた燃焼設備並びに燃焼設備の運転方法が提供される。

一実施形態に係る添加剤供給量決定装置を含む燃焼設備の概略図である。一実施形態に係る添加剤供給量決定装置を含む燃焼設備の概略図である。一実施形態に係る添加剤供給量決定装置を構成する制御部の概略構成図である。所定条件下における亜鉛（重金属）の相図である。所定条件下における鉛（重金属）の相図である。温度と灰の収縮率との相関関係の一例を示すグラフである。

　以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

　図１及び図２は、それぞれ、一実施形態に係る添加剤供給量決定装置を含む燃焼設備の概略図である。図３は、一実施形態に係る添加剤供給量決定装置を構成する制御部の概略構成図である。

　図１及び図２に示すように、燃焼設備１は、内部で燃料を燃焼させるための燃焼炉１２と、燃焼炉１２からの燃焼ガスが導かれる煙道４と、煙道４に設けられた伝熱管１４と、煙道４にて伝熱管１４の下流側に設けられた捕捉部１８と、燃焼炉１２で燃焼される燃料に添加剤を供給するための添加剤供給量決定装置５０と、を備えている。燃焼炉１２、煙道４、及び伝熱管１４はボイラ２を構成している。

　燃焼炉１２には、燃料供給部８から燃料が供給されるとともに、空気供給部１０から空気が供給されるようになっており、燃焼炉１２の内部で燃料を燃焼するように構成されている。燃料供給部８から供給される燃料は、亜鉛や鉛等の重金属を含む燃料であり、例えば、都市ごみや建材等の廃棄物、又は、バイオマスが燃料として供給されるようになっている。

　燃焼炉１２では、燃料の燃焼により燃焼ガスや灰が生成される。灰の一部は、燃焼炉１２の下部に溜まり、図示しない灰排出部を介して、燃焼炉１２の外部に排出される。また、灰の一部は、フライアッシュとして、燃焼ガスに同伴されて煙道４に導かれる。

　伝熱管１４は、煙道を流れる高温の燃焼ガスとの熱交換により、伝熱管１４の内部を流れる流体（水等）を加熱するように構成されている。伝熱管１４で加熱された水は、例えば、蒸気として発電タービンを駆動するために利用されてもよい。

　図１及び図２に示すように、煙道４において伝熱管１４の下流側には、煙道４を流れる燃焼ガスの温度を低下させるための減温部１６が設けられていてもよい。減温部１６は、例えば、水を噴霧することにより、燃焼ガスの温度を低下させるように構成されていてもよい。減温部１６は、伝熱管１４通過後の燃焼ガスの温度を、所定の物質（例えばダイオキシン類）の合成が進まない温度域まで低下させるようになっていてもよい。

　捕捉部１８は、煙道４からの燃焼ガスに同伴される灰（フライアッシュ）を捕捉するように構成されている。すなわち、捕捉部１８は、灰を同伴する燃焼ガスから灰を分離するようになっている。捕捉部１８として、例えばバグフィルタや電気式集塵機等の集塵装置を用いることができる。

　捕捉部１８にて灰が除去された燃焼ガスは、捕捉部１８に接続された排気通路５及び煙突６を介して、燃焼設備１の外部に排出される。なお、排気通路５にファン２２が設けられており、ファン２２によって燃焼ガスを吸引するようになっていてもよい。また、捕捉部１８にて燃焼ガスから分離された灰は、排出管２０及び排出バルブ２１を介して捕捉部１８から排出されるようになっている。

　以下、幾つかの実施形態に係る添加剤供給量決定装置５０についてより詳細に説明する。
　図１～図３に示すように、一実施形態に係る添加剤供給量決定装置５０は、硫黄を含む添加剤を燃焼前又は燃焼中の燃料に供給するための添加剤供給部２８と、灰中の成分を計測するための検出部２６と、添加量決定部４２を含む制御部４０と、を備えている。

　なお、制御部４０は、ＣＰＵ、メモリ（ＲＡＭ）、補助記憶部及びインターフェース等を含んでいてもよい。制御装置３０は、インターフェースを介して、上述の各種計測器からの信号を受け取るようになっている。ＣＰＵは、このようにして受け取った信号を処理するように構成される。また、ＣＰＵは、メモリに展開されるプログラムを処理するように構成される。

　制御部４０での処理内容は、ＣＰＵにより実行されるプログラムとして実装され、補助記憶部に記憶されていてもよい。プログラム実行時には、これらのプログラムはメモリに展開される。ＣＰＵは、メモリからプログラムを読み出し、プログラムに含まれる命令を実行するようになっている。

　図１及び図２に示す例示的な実施形態では、添加剤供給部２８は、燃料に添加剤を供給するための添加剤供給ライン２９と、添加剤供給ライン２９に接続され、硫黄を含有する第１添加剤が貯留される第１タンク３０Ａと、第１タンク３０Ａからの第１添加剤を加圧送給するための第１供給ポンプ３２Ａと、第１添加剤の供給量を調節するための第１供給バルブ３４Ａと、を含む。

　図２に示す例示的な実施形態では、添加剤供給部２８は、さらに、添加剤供給ライン２９に接続され、第１添加剤とは異なる第２添加剤が貯留される第２タンク３０Ｂと、第２タンク３０Ｂからの第２添加剤を加圧送給するための第２供給ポンプ３２Ｂと、第２添加剤の供給量を調節するための第２供給バルブ３４Ｂと、を含む。

　図１に示す例示的な実施形態では、添加剤供給部２８は、１種類の硫黄含有添加剤（第１添加剤）を、燃料に供給可能に構成されている。また、図２に示す例示的な実施形態では、添加剤供給部２８は、２種類の硫黄含有添加剤（第１添加剤及び第２添加剤）を、選択的に、又は、混合して、燃料に供給可能に構成されている。なお、他の実施形態では、添加剤供給部２８は、３種類以上の硫黄含有添加剤を燃料に供給可能に構成されていてもよい。

　幾つかの実施形態では、添加剤供給部２８は、燃焼前の燃料に添加剤を供給するように構成されている。例えば、添加剤供給部２８は、燃焼炉１２に供給される前の燃料が貯留された燃料供給部８（ホッパ等）に、添加剤を供給するように構成されていてもよい。あるいは、幾つかの実施形態では、添加剤供給部２８は、燃焼炉１２の内部において、燃料の上方から添加剤を供給するように構成されていてもよい。

　硫黄を含む添加剤として、例えば、硫酸、発煙硫酸等の硫酸含有物質、又は、硫酸鉄、硫酸アルミニウム、硫酸アンモニウム、硫酸水素アンモニウム等の硫酸塩等を用いることができる。

　検出部２６は、少なくとも、燃料の燃焼により生成される灰中の重金属の含有量を検出するように構成されている。図１及び図２に示す例示的な実施形態では、検出部２６は、捕捉部１８で捕捉された灰中の重金属の含有量を検出するように構成されている。検出部２６は、例えば、捕捉部１８から灰が排出される排出管２０を介して、分析対象の灰を採取するようになっていてもよい。

　添加量決定部４２は、検出部２６による検出結果に基づいて、添加剤供給部２８による添加剤の添加量を決定するように構成されている。

　なお、制御部４０は、添加量決定部４２により決定された添加量の添加剤を供給するように、添加剤供給部２８を制御するようになっていてもよく、例えば、第１供給バルブ３４Ａ及び／又は第２供給バルブ３４Ｂの開度を調節するようになっていてもよい。

　重金属を含む燃料を燃焼させると、通常、燃料の燃焼により生じる灰中に含まれる重金属と、燃料中の塩素化合物とが反応して重金属塩化物を生成する。燃焼ガス中の温度が低下して燃焼ガスに含まれる重金属塩化物が凝縮すると、腐食性の高い溶融塩が形成され、設備の配管等（例えば伝熱管１４等）の腐食の原因となり得る。

　本発明者らの鋭意検討により、燃料の燃焼で発生する腐食性の高い重金属塩化物は、燃焼設備内の環境条件下で、硫黄酸化物と反応して、腐食性の比較的低い重金属硫酸塩に変化することが見出された。

　すなわち、重金属塩化物の融点は、３００℃～５００℃程度であり、このため３００℃程度以上の温度領域では、重金属塩化物は、腐食性が比較的高い溶融物として存在する。一方、重金属硫酸塩の融点は、７００℃～１０００℃程度と比較的高温であり、７００℃程度以下の温度条件下では、重金属硫酸塩は腐食性が比較的低い固体として存在する。
　そして、例えば図４及び図５の相図に示されるように、重金属塩化物が存在する雰囲気中のＳＯ_２分圧が高くなると、比較的融点が低い塩化物を構成していた重金属は、比較的融点が高い硫酸塩に変化する。つまり、燃料に硫黄を添加することにより燃焼ガス中のＳＯ_２分圧は高くなるため、燃焼ガス中に存在する重金属塩化物の重金属硫酸塩への変化が促進される。そして、７００℃程度以下の温度領域では、重金属硫酸塩は固体として存在するため、重金属硫酸塩による腐食は生じにくい。

　なお、図４及び図５は、それぞれ、ＨＣｌ（気体）、ＳＯ_２（気体）、Ｏ_２（気体）及びＨ_２Ｏ（気体）の存在下における重金属の相図の一例であり、図４は亜鉛の相図であり、図５は鉛の相図である。図４及び図５の相図は、温度が５７３Ｋ、全圧が１ａｔｍ、Ｏ_２の分圧が０．０１ａｔｍ、かつ、Ｈ_２Ｏの分圧が０．１ａｔｍの条件下での相図であり、各相図において、縦軸はＨＣｌの分圧を示し、横軸は、ＳＯ_２の分圧を示す。

　ここで、重金属を含む燃料に、硫黄を含む添加剤を添加した場合に、燃焼設備内で生じる化学反応についてより具体的に説明する。ここでは、一例として、重金属として鉛（Ｐｂ）を含む燃料と、硫黄を含む添加剤として硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）を用いた場合について説明する。

　添加剤として燃料に添加された硫酸アンモニウム（添加剤）は、燃焼炉１２にて下記式（Ｄ）に示すように熱分解して、ＳＯ_３ガスを生じる。
　（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４（固体）→２ＮＨ_３（ガス）＋ＳＯ_３（ガス）＋Ｈ_２Ｏ（ガス）　・・・（Ｄ）

　一方、燃焼炉１２に投入された燃料に含まれる鉛Ｐｂ（重金属）は、燃料に含まれる塩素Ｃｌとともに塩化物ＰｂＣｌ_２を形成して揮発する。そして、この揮発した塩化物が上記式（Ｄ）で生成したＳＯ_３ガスと、下記式（Ｅ）に示すように反応して硫酸塩を生成する。
　ＰｂＣｌ_２（ガス）＋ＳＯ_３（ガス）＋Ｈ_２Ｏ（ガス）→ＰｂＳＯ_４（固体）＋２ＨＣｌ（ガス）　・・・（Ｅ）

　ここで、重金属塩化物（ＰｂＣｌ_２等）は、比較的融点が低いため、燃焼設備内において溶融塩となりやすく、配管等に付着して腐食を引き起こしやすい。一方、重金属硫酸塩（ＰｂＳＯ_４等）は、重金属塩化物より融点が高く、燃焼設備内で固体として存在する。したがって、重金属硫酸塩の腐食性は重金属塩化物に比べて大幅に低く、配管等の腐食を起こしにくい。

　この点、上述の実施形態に係る添加剤供給量決定装置５０によれば、燃料の燃焼により生成した灰中の重金属の含有量に基づいて、硫黄を含む添加剤の添加量を決定するようにしたので、燃焼設備１内において、燃料に含まれる重金属を腐食性の比較的低い硫酸塩に適切に変化させることができる。よって、燃料に含まれる金属に起因する設備の腐食を適切に抑制することができる。

　また、廃棄物やバイオマス等の燃料に含まれる重金属の濃度は比較的バラツキが大きいため、燃料中の重金属濃度に基づいて、添加剤として添加すべき硫黄の量を決定するのは難しい。この点、上述の実施形態では、燃料燃焼により生成し、組成が比較的均一化された灰の分析を行うようにしたので、燃料の重金属含有量の傾向を適切に把握することがでる。よって、燃料に含有される重金属量に応じた適切な量の添加物を添加することができる。

　なお、検出部２６は、燃料の燃焼により生成した灰を規定期間毎に採取して分析するように構成されていてもよい。そして、検出部２６により取得された重金属の含有量を規定期間毎に添加量決定部４２にフィードバックするようにしてもよい。これにより、燃料に含まれる重金属の量が時間の経過とともに変化する場合であっても、該重金属の量の変化に応じて、適切な量の添加物を添加することができる。

　幾つかの実施形態では、検出部２６は、少なくとも、燃料の燃焼により生成される灰中のカルシウム、ナトリウム、カリウム、亜鉛及び鉛の含有量を検出するように構成されている。また、添加量決定部４２は、検出部２６により検出された灰中のカルシウム、ナトリウム、カリウム、亜鉛及び鉛の含有量に基づいて、添加剤供給部２８による添加剤の添加量を決定するように構成されている。

　廃棄物やバイオマスを燃料に含まれる金属のうち、腐食性の高い塩化物の溶融塩を形成し得る代表的な金属として、カルシウム、ナトリウム、カリウム、亜鉛（重金属）及び鉛（重金属）が挙げられる。参考として、下記表に、検出部２６により検出された灰（フライアッシュ）の組成の幾つかの例を示す。なお、下記表中、プラントＡ～プラントＣは、廃棄物の焼却設備（燃焼設備）であり、表中の数値は、各プラントにおいて採取された灰（フライアッシュ）の分析結果から得られた各成分の含有量（重量比）である。

　上述の実施形態では、重金属を含むこれらの金属の含有量に基づいて添加剤の添加量を決定するようにしたので、燃焼設備内において、これらの金属を腐食性の比較的低い硫酸塩に適切に変化させることができる。よって、燃料に含まれる金属に起因する設備の腐食を適切に抑制することができる。

　幾つかの実施形態では、添加量決定部４２は、検出部２６による検出結果に基づいて、燃料の単位重量当たりに含まれるカルシウム、ナトリウム、カリウム、亜鉛及び鉛の各モル数ｍ_Ｃａ，ｍ_Ｎａ、ｍ_Ｋ、ｍ_Ｚｎ及びｍ_Ｐｂ、並びに、燃料の単位重量当たりに添加される添加剤に含まれる硫黄のモル数ｍ_Ｓが下記式（Ａ）を満たすように、添加剤の添加量を決定するように構成される。
０．９５≦ｍ_Ｓ／（ｍ_Ｃａ＋２ｍ_Ｎａ＋２ｍ_Ｋ＋ｍ_Ｚｎ＋ｍ_Ｐｂ）　…（Ａ）

　なお、燃料の単位重量当たりに含まれるカルシウム、ナトリウム、カリウム、亜鉛及び鉛の各モル数ｍ_Ｃａ，ｍ_Ｎａ、ｍ_Ｋ、ｍ_Ｚｎ及びｍ_Ｐｂは、検出部２６により検出された各成分の含有量、すなわち、燃料の燃焼により生成される灰中のカルシウム、ナトリウム、カリウム、亜鉛及び鉛の含有量から取得されるようになっていてもよい。

　上述の実施形態では、上記式（Ａ）を満たす量の硫黄を含むように添加剤の添加量を決定するようにしたので、このように決定した量の添加剤を使用することにより、燃料に含まれ、設備の腐食の要因となり得るカルシウム、ナトリウム、カリウム、亜鉛（重金属）及び鉛（重金属）のうち大部分を、燃焼設備１内において、腐食性の比較的低い硫酸塩に適切に変化させることができる。よって、燃料に含まれる金属に起因する設備の腐食を適切に抑制することができる。

　なお、上述の各金属のモル数がｍ_Ｓ／（ｍ_Ｃａ＋２ｍ_Ｎａ＋２ｍ_Ｋ＋ｍ_Ｚｎ＋ｍ_Ｐｂ）＝１を満たすように添加剤を燃料に添加する場合、理論的には、燃料に含まれるカルシウム、ナトリウム、カリウム、亜鉛及び鉛の全量を、添加剤に含まれる硫黄と反応させることができることになる。これは、各金属硫酸塩において、硫酸（硫黄）、カルシウム、亜鉛、及び、鉛は２価イオンとして含まれ、一方、ナトリウム及びカリウムは１価イオンとして含まれるためである。

　幾つかの実施形態では、添加量決定部４２は、検出部２６による検出結果に基づいて、燃料の単位重量当たりに含まれるカルシウム、ナトリウム、カリウム、亜鉛及び鉛の各モル数ｍ_Ｃａ，ｍ_Ｎａ、ｍ_Ｋ、ｍ_Ｚｎ及びｍ_Ｐｂ、並びに、前記燃料の単位重量当たりに添加される添加剤に含まれる硫黄のモル数ｍ_Ｓが下記式（Ｂ）を満たすように、添加剤の添加量を決定するように構成される。
ｍ_Ｓ／（ｍ_Ｃａ＋２ｍ_Ｎａ＋２ｍ_Ｋ＋ｍ_Ｚｎ＋ｍ_Ｐｂ）≦１．０５　…（Ｂ）

　硫黄含有物質は、高温の燃焼設備１内で硫黄酸化物に変化する（上記式（Ｄ）参照）。この点、上述の実施形態によれば、上記式（Ｂ）を満たす量の硫黄を含むように添加剤の添加量を決定するようにしたので、このように決定した量の添加剤を使用することにより、硫黄を含む添加剤の使用量が過多となり難い。よって、燃焼設備１からの硫黄酸化物の排出量を低減しながら、燃焼設備１内で燃料に含まれる重金属を含む金属を硫酸塩に変化させることができ、燃料に含まれる金属に起因する設備の腐食を適切に抑制することができる。

　幾つかの実施形態では、添加剤供給量決定装置５０は、燃料の燃焼温度を調節するための温度調節部４４を備えている。温度調節部４４は、燃焼炉１２内部の温度を計測するように構成された温度センサ３６の検出値に基づいて、上述の燃焼温度を調節するようになっていてもよい。温度調節部４４は、燃焼炉１２への燃料の供給量及び空気の供給量を調節することにより、上述の燃焼温度を調節するようになっていてもよい。

　幾つかの実施形態では、温度調節部４４は、燃料の燃焼温度を９５０℃以上に調節するように構成されていてもよい。

　アルカリ金属やアルカリ土類金属は、亜鉛や鉛等の重金属に比べての硫黄化合物との反応性が高い。したがって、多量のアルカリ金属（ナトリウム、カリウム等）やアルカリ土類金属（カルシウム等）が燃料に含まれる場合、重金属よりも優先してアルカリ金属やアルカリ土類金属が硫黄化合物由来の硫酸と結合する。このため、燃焼設備１内で重金属を硫黄化合物と反応させて硫酸塩を形成させるためには、多量の添加剤を要することとなる。

　ここで、図６のグラフに示すように、９５０℃以上の高温では、燃焼ガス中の灰の少なくとも一部が溶融する。これは、９５０℃以上の高温では、燃料に含まれるカルシウム、ナトリウム及びカリウムが鉱物相（ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、又は、これらを主成分とする化合物）と反応して溶融物を生成することを示す。なお、図６は、温度（横軸）と灰の収縮率（溶融率）（重量％）との相関関係の一例を示すグラフである。

　上述の実施形態では、燃料の燃焼温度を９５０℃以上の高温としたので、燃焼炉１２において、カルシウム、ナトリウム及びカリウムの少なくとも一部を鉱物相（ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、又は、これらを主成分とする化合物）と反応させて失活させることができる。これにより、燃料に含有されるカルシウム、ナトリウム及びカリウムに由来する腐食性の高い金属塩化物の生成量を減少させて、燃料に含有される重金属と硫黄化合物との反応を促すことができる。よって、硫黄を含む添加物の添加量を低減しながら、燃焼設備内で燃料に含まれる重金属を硫酸塩に効果的に変化させることができ、燃料に含まれる金属に起因する設備の腐食を適切に抑制することができる。

　幾つかの実施形態では、温度調節部４４は、燃料の燃焼温度を９５０℃以上に調節するように構成されるとともに、添加量決定部４２は、少なくとも検出部２６による検出結果に基づいて、燃料の単位重量当たりに含まれる亜鉛及び鉛の各モル数ｍ_Ｚｎ及びｍ_Ｐｂ、燃料の単位重量当たりに含まれるナトリウム及びカリウムのうち該燃料の燃焼時に揮発するナトリウム及びカリウムの各モル数ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}及びｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}、並びに、燃料の単位重量当たりに添加される添加剤に含まれる硫黄のモル数ｍ_Ｓが下記式（Ｃ１）を満たすように、添加剤の添加量を決定するように構成される。
０．９５≦ｍ_Ｓ／（２ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}＋２ｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}＋ｍ_Ｚｎ＋ｍ_Ｐｂ）　…（Ｃ１）

　なお、燃料の単位重量当たりに含まれる亜鉛及び鉛の各モル数ｍ_Ｚｎ及びｍ_Ｐｂは、検出部２６により検出された各成分の含有量、すなわち、燃料の燃焼により生成される灰中の亜鉛及び鉛の含有量から取得されるようになっていてもよい。また、燃料の単位重量当たりに含まれるナトリウム及びカリウムのうち該燃料の燃焼時に揮発するナトリウム及びカリウムの各モル数ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}及びｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}は、後述する推定部４６により求めてもよい。

　燃料の燃焼時に、ナトリウム及びカリウムの一部は、鉱物相と反応せずに、腐食性の高い塩化物として揮発する。この点、上述の実施形態では、上記式（Ｃ１）を満たす量の硫黄を含むように添加剤の添加量を決定するようにしたので、このように決定した量の添加剤を使用することにより、燃料の燃焼時に塩化物として揮発するナトリウム、カリウム、亜鉛、及び鉛の大部分を、燃焼設備１内において、腐食性の比較的低い硫酸塩に適切に変化させることができる。このため、燃料に含まれる重金属等の金属に起因する設備の腐食を適切に抑制することができる。

　なお、重金属塩化物を重金属硫酸塩に変化させる反応では、上記式（Ｅ）に示すようにＳＯ_３を消費するが、ＳＯ_３の一部は、下記式（Ｈ）に示す反応でＳＯ_２に分解されるため、上記式（Ｅ）の反応に関与することができない。
　ＳＯ_３→ＳＯ_２＋１／２Ｏ_２　・・・（Ｈ）
　この点、上記（Ｃ１）を満たす量の硫黄を含むように添加剤の添加量を決定することにより、十分な腐食抑制効果を得るための硫黄を、燃料に添加することができる。

　なお、あるプラントにおいては、ｍ_Ｓ／（２ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}＋２ｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}＋ｍ_Ｚｎ＋ｍ_Ｐｂ）＝０．９５を満たす量の硫黄を添加物として添加したところ、燃料に硫黄含有添加物を添加しない場合に比べて、設備の腐食速度を５％程度に低減することができた。このことから、上記式（Ｃ１）を満たす量の硫黄を含むように添加剤の添加量を決定することにより、設備の腐食速度を十分に低減可能であるとわかる。

　幾つかの実施形態では、温度調節部４４は、燃料の燃焼温度を９５０℃以上に調節するように構成されるとともに、添加量決定部４２は、少なくとも検出部２６による検出結果に基づいて、燃料の単位重量当たりに含まれる亜鉛及び鉛の各モル数ｍ_Ｚｎ及びｍ_Ｐｂ、燃料の単位重量当たりに含まれるナトリウム及びカリウムのうち該燃料の燃焼時に揮発するナトリウム及びカリウムの各モル数ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}及びｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}、並びに、燃料の単位重量当たりに添加される添加剤に含まれる硫黄のモル数ｍ_Ｓが下記式（Ｃ２）を満たすように、添加剤の添加量を決定するように構成される。
ｍ_Ｓ／（２ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}＋２ｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}＋ｍ_Ｚｎ＋ｍ_Ｐｂ）≦１．０５　…（Ｃ２）

　上述の実施形態では、上記式（Ｃ２）を満たす量の硫黄を含むように添加剤の添加量を決定するようにしたので、このように決定した量の添加剤を使用することにより、硫黄を含む添加剤の使用量が過多となり難い。よって、燃焼設備１からの硫黄酸化物の排出量を低減しながら、燃焼設備内で燃料に含まれる重金属等を硫酸塩に変化させることができ、燃料に含まれる重金属等の金属に起因する設備の腐食を適切に抑制することができる。

　添加剤供給量決定装置５０は、さらに、燃料の単位重量当たりに含まれるナトリウムのうち燃料燃焼時に揮発するナトリウムのモル数ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}、及び、燃料の単位重量当たりに含まれるカリウムのうち燃料燃焼時に前記揮発するカリウムのモル数ｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}を推定するように構成された推定部４６を備えていてもよい。この場合、推定部４６による推定結果を用いて、上記式（Ｃ１）及び／又は（Ｃ２）に基づき、添加剤の添加量を決定することができる。

　幾つかの実施形態では、推定部４６は、燃料の燃焼により生成された燃焼ガスの温度、及び、燃焼ガスに含まれる塩素と硫黄との重量比に基づいて、上述の揮発するナトリウムのモル数ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}及び揮発するカリウムのモル数ｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}を推定するように構成されていてもよい。

　本発明者らの鋭意検討の結果、燃焼ガスの温度、燃焼ガス中の揮発分のナトリウムのモル数ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}及び揮発分のカリウムのモル数ｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}、及び、燃焼ガス中に含まれる塩素と硫黄との重量比が所定の相関関係を有すること見出された。上記構成によれば、燃焼ガスの温度、及び、燃焼ガスに含まれる塩素と硫黄との重量比を計測することにより、上述の相関関係に基づいて、燃焼ガス中の揮発分のナトリウムのモル数ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}及び揮発分のカリウムのモル数ｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}を推定することができる。
　なお、予め燃料中の塩素含有量と硫黄含有量が判明している場合には、上述の「燃焼ガス中に含まれる塩素と硫黄との重量比」に代えて、燃料中に含まれる塩素と硫黄の重量比を、燃焼ガス中の燃焼ガス中の揮発分のナトリウムのモル数ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}及び揮発分のカリウムのモル数ｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}の推定に用いてもよい。

　上述の相関関係は、例えば、下記式（Ｆ）で表現することができる。
［揮発したＮａ濃度］＋［揮発したＫ濃度］＝｛２７５×１０^６×［燃焼ガス中Ｃｌ／Ｓ］＋３５３×１０^６｝×ｅｘｐ（－３３×１０^３／（Ｔ＋２７３＋１１））　・・・（Ｆ）
　上記式（Ｆ）中のＴは、燃焼ガスの温度であり、「燃焼ガス中Ｃｌ／Ｓ」は、燃焼ガスに含まれる塩素と硫黄の重量比である。なお、上記式（Ｆ）の関係式は、実測値に基づいて近似式を作成することにより得ることができる。

　燃焼ガスの温度は、例えば、燃焼炉１２に設けた温度センサ３６により検出するようになっていてもよい。燃焼ガス中に含まれる塩素及び硫黄の重量比は、例えば、排気通路５に設けられた濃度センサ３８による塩素濃度及び硫黄濃度の検出結果から算出するようにしてもよい。なお、燃焼ガス中の塩素濃度及び硫黄濃度は、別々の濃度センサにより取得するようにしてもよい。

　上述の実施形態によれば、燃焼ガスの温度、燃焼ガス中の塩素濃度、及び、燃焼ガス中に含まれる塩素と硫黄との重量比に基づいて、揮発するナトリウムのモル数ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}及び揮発するカリウムのモル数ｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}を推定することができる。また、推定結果に基づいて、上記式（Ｃ１）及び／または（Ｃ２）を用いて、添加物の添加量を適切に決定することができる。

　添加剤供給量決定装置５０は、２種以上の添加剤から燃料に添加する添加剤を調整するための添加剤調製部４８をさらに備えていてもよい。例えば、図２に示す実施形態では、複数のタンク３０Ａ，３０Ｂに異なる種類の添加剤が貯留されている。この実施形態において、添加剤調製部４８は、第１供給バルブ３４Ａ及び第２供給バルブ３４Ｂの開度をそれぞれ調節して、第１添加剤と第２添加剤の混合比を調節することにより、燃料に添加される添加剤を調整するように構成されていてもよい。

　幾つかの実施形態では、添加剤調製部４８は、燃料の燃焼により生成された燃焼ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）の濃度に基づいて、燃料に添加される添加剤に含有される硫黄（Ｓ）と、添加剤から生じ得るアンモニア（ＮＨ_３）とのモル比を調節可能に構成されていてもよい。

　硫黄を含む添加剤として、アンモニア塩（硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）や硫酸水素アンモニウム（（ＮＨ_４）ＨＳＯ_４）等）を用いることがある。この場合、アンモニア塩は、燃焼設備１の内部で熱分解によりアンモニアを発生する。燃焼設備１内で、アンモニアは、燃焼ガスに含まれる一酸化窒素ガスと下記式（Ｇ）のように反応することにより消費される。
　４ＮＨ_３＋４ＮＯ＋Ｏ_２→３Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ　・・・（Ｇ）

　ここで、アンモニア塩（添加剤）からのアンモニア発生量が所定範囲内である場合には、このように生じたアンモニアの全量が燃焼ガスに含まれる一酸化窒素ガスとの反応により消費されるため、アンモニアが燃焼設備１外に排出されることはない。一方、アンモニアの発生量が燃焼ガス中の一酸化窒素ガスよりも多くなる場合、上記式（Ｇ）による反応により、アンモニアの一部は一酸化窒素との反応により消費されるが、残りのアンモニアは燃焼設備１内で消費されないまま排出され得ることとなり、所謂アンモニアスリップが生じ得る。

　この点、上述の実施形態によれば、燃焼設備１内でアンモニアと反応し得る一酸化窒素の濃度に基づいて、添加剤に含有される硫黄と、添加剤から生じ得るアンモニアとのモル比を調節可能としたので、このモル比を適切に設定することにより、燃焼ガス中の一酸化窒素との反応によりアンモニアを十分に消費させることができる。よって、添加剤の添加に起因するアンモニアスリップの発生を抑制しながら、燃料に含まれる金属に起因する設備の腐食を適切に抑制することができる。

　幾つかの実施形態では、添加剤調製部４８は、１分子当たりのアンモニア発生量（具体的には、熱分解により生じるアンモニアの量）が異なる複数種の硫黄含有物質から、添加剤として使用する１種以上の硫黄含有物質を選択し、該１種以上の硫黄含有物質の各々の添加剤中の含有量を決定するように構成される。

　ここで、添加剤を構成する硫黄含有物質として、硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）は１分子当たり２つのアンモニア分子を発生し、硫酸水素アンモニウム（（ＮＨ_４）ＨＳＯ_４）は１分子当たり１つのアンモニア分子を発生する。また、硫酸、発煙硫酸、硫酸鉄、又は、硫酸アルミニウムは、１分子当たり発生し得るアンモニア分子はゼロ個である。

　上述の実施形態によれば、１分子当たりのアンモニア発生量が異なる複数種の硫黄含有物質から、添加剤として使用する１種以上の硫黄含有物質を選択し、該１種以上の硫黄含有物質の各々の添加剤中の含有量を決定するようにしたので、添加剤に含有される硫黄と、添加剤から生じ得るアンモニアとのモル比を柔軟に調節可能である。よって、添加剤の添加に起因するアンモニアスリップの発生を効果的に抑制しながら、燃料に含まれる金属に起因する設備の腐食を適切に抑制することができる。

　なお、異なる２種の硫黄含有物質を用いる場合、そのうちの一方を第１添加剤として第１タンク３０Ａに貯留し、他方を第２添加剤として第２タンク３０Ｂに貯留し、それぞれの硫黄含有物質を、添加剤供給ライン２９を介して供給可能に構成してもよい（図２参照）。

　幾つかの実施形態では、添加剤調製部４８は、燃料の単位重量当たりに添加される添加剤に含まれる硫黄（Ｓ）のモル数をｍ_Ｓとし、燃焼ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）の濃度から換算される燃料の単位重量当たりから生じた一酸化窒素のモル数をｎ_ＮＯとしたとき、ｎ_ＮＯがｍ_Ｓの２倍より大きいときは、硫酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４）を添加剤として使用するように構成されていてもよい。あるいは、ｎ_ＮＯがｍ_Ｓの１倍より大きく２倍以下であるときは、硫酸水素アンモニウム（（ＮＨ_４）ＨＳＯ_４）を添加剤として使用するように構成されていてもよい。あるいは、ｎ_ＮＯがｍ_Ｓの１倍以下であるときは、アンモニウムイオンを含まない硫黄含有物質（例えば、硫酸、発煙硫酸、硫酸鉄、又は硫酸アルミニウム等）を添加剤として使用するように構成されていてもよい。

　上述の実施形態では、添加剤による硫黄添加量を示す硫黄のモル数ｍ_Ｓと、燃焼ガス中に含まれている一酸化窒素の濃度を示す一酸化窒素のモル数ｎ_ＮＯとの比に基づいて、１分子当たりのアンモニア発生量が異なる複数種の硫黄含有物質から、添加剤として使用する１種以上の硫黄含有物質を選択する。

　例えば、上述の一酸化窒素のモル数ｎ_ＮＯが硫黄のモル数ｍ_Ｓの２倍よりも大きいときには、モル当量で２倍のアンモニアを一酸化窒素との反応で消費可能であるので、硫酸アンモニウムを添加剤として使用することができる。また、上述の一酸化窒素のモル数ｎ_ＮＯが硫黄のモル数ｍ_Ｓの１倍よりも大きく２倍以下であるときには、モル当量で１倍のアンモニアを一酸化窒素との反応で消費可能であるので、硫酸水素アンモニウムを添加剤として使用することができる。また、上述の一酸化窒素のモル数ｎ_ＮＯが硫黄のモル数ｍ_Ｓの１倍以下であるときには、熱分解によりアンモニアを発生しない硫酸、発煙硫酸、硫酸鉄、又は硫酸アルミニウム等を添加剤として使用することができる。

　このように、添加剤による硫黄添加量と、燃焼ガス中に含まれている一酸化窒素の濃度に応じて、１分子当たりのアンモニア発生量が異なる複数種の硫黄含有物質から、添加剤として使用する１種以上の硫黄含有物質を選択するようにしたので、添加剤の添加に起因するアンモニアスリップの発生を効果的に抑制することができる。よって、アンモニアスリップの発生を効果的に抑制しながら、燃料に含まれる金属に起因する設備の腐食を適切に抑制することができる。

　なお、上述した添加剤供給量決定装置５０又は制御部４０により行われる操作や演算の一部又は全部は、マニュアルで行ってもよい。

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

　本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
　例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
　また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
　また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１　　　　　　　燃焼設備
２　　　　　　　ボイラ
４　　　　　　　煙道
５　　　　　　　排気通路
６　　　　　　　煙突
８　　　　　　　燃料供給部
１０　　　　　　空気供給部
１２　　　　　　燃焼炉
１４　　　　　　伝熱管
１６　　　　　　減温部
１８　　　　　　捕捉部
２０　　　　　　排出管
２１　　　　　　排出バルブ
２２　　　　　　ファン
２６　　　　　　検出部
２８　　　　　　添加剤供給部
２９　　　　　　添加剤供給ライン
３０Ａ　　　　　第１タンク
３０Ｂ　　　　　第２タンク
３２Ａ　　　　　第１供給ポンプ
３２Ｂ　　　　　第２供給ポンプ
３４Ａ　　　　　第１供給バルブ
３４Ｂ　　　　　第２供給バルブ
３６　　　　　　温度センサ
３８　　　　　　濃度センサ
４０　　　　　　制御部
４２　　　　　　添加量決定部
４４　　　　　　温度調節部
４６　　　　　　推定部
４８　　　　　　添加剤調製部
５０　　　　　　添加剤供給量決定装置

Claims

　重金属を含む燃料を燃焼させるための燃焼設備用の添加剤供給量決定装置であって、
　少なくとも前記燃料の燃焼により生成される灰中の重金属の含有量を検出するように構成された検出部と、
　検出された前記重金属の含有量に基づいて、前記燃料に供給する添加剤に含まれる硫黄の添加量を決定するように構成された添加量決定部と、を備える
添加剤供給量決定装置。
　前記検出部は、前記灰中のアルカリ金属の含有量、及び前記灰中のアルカリ土類金属の含有量を検出するように構成され、
　前記添加量決定部は、検出された前記重金属の含有量、前記アルカリ金属の含有量、及び前記アルカリ土類金属の含有量に基づいて、供給する前記添加剤に含まれる硫黄の添加量を決定するように構成され、
　前記硫黄の添加量は、前記燃料の単位重量当たりに添加される前記添加剤に含まれる前記硫黄のモル数と、検出された前記重金属、前記アルカリ金属、及び前記アルカリ土類金属に基づき算出される前記燃料の単位重量当たりに含まれる前記重金属のモル数の各々に重み付け処理された後に、合算された調整値とが近づくように決定され、
　前記重み付け処理は、検出された前記重金属、前記アルカリ金属、及び前記アルカリ土類金属の各々のイオン価数を基に行われる、
請求項１に記載の添加剤供給量決定装置。
　前記検出部は、少なくとも、前記燃料の燃焼により生成される灰中のカルシウム、ナトリウム、カリウム、亜鉛及び鉛の含有量を検出するように構成され、
　前記添加量決定部は、前記検出部による検出結果に基づいて、前記燃料の単位重量当たりに含まれるカルシウム、ナトリウム、カリウム、亜鉛及び鉛の各モル数ｍ_Ｃａ，ｍ_Ｎａ、ｍ_Ｋ、ｍ_Ｚｎ及びｍ_Ｐｂ、並びに、前記燃料の単位重量当たりに添加される前記添加剤に含まれる硫黄のモル数ｍ_Ｓが下記式（Ａ）を満たすように、前記添加剤の添加量を決定するように構成された
請求項１又は２に記載の添加剤供給量決定装置。
０．９５≦ｍ_Ｓ／（ｍ_Ｃａ＋２ｍ_Ｎａ＋２ｍ_Ｋ＋ｍ_Ｚｎ＋ｍ_Ｐｂ）　…（Ａ）
　前記検出部は、少なくとも、前記燃料の燃焼により生成される灰中のカルシウム、ナトリウム、カリウム、亜鉛及び鉛の含有量を検出するように構成され、
　前記添加量決定部は、前記検出部による検出結果に基づいて、前記燃料の単位重量当たりに含まれるカルシウム、ナトリウム、カリウム、亜鉛及び鉛の各モル数ｍ_Ｃａ，ｍ_Ｎａ、ｍ_Ｋ、ｍ_Ｚｎ及びｍ_Ｐｂ、並びに、前記燃料の単位重量当たりに添加される前記添加剤に含まれる硫黄のモル数ｍ_Ｓが下記式（Ｂ）を満たすように、前記添加剤の添加量を決定するように構成された
請求項１乃至３の何れか一項に記載の添加剤供給量決定装置。
ｍ_Ｓ／（ｍ_Ｃａ＋２ｍ_Ｎａ＋２ｍ_Ｋ＋ｍ_Ｚｎ＋ｍ_Ｐｂ）≦１．０５　…（Ｂ）
　前記燃料の燃焼温度を調節するための温度調節部を備え、
　前記検出部は、少なくとも、前記燃料の燃焼により生成される灰中の亜鉛及び鉛の含有量を検出するように構成され、
　前記温度調節部は、前記燃焼温度を９５０℃以上に調節するように構成され、
　前記添加量決定部は、少なくとも前記検出部による検出結果に基づいて、前記燃料の単位重量当たりに含まれる亜鉛及び鉛の各モル数ｍ_Ｚｎ及びｍ_Ｐｂ、前記燃料の単位重量当たりに含まれるナトリウム及びカリウムのうち該燃料の燃焼時に揮発するナトリウム及びカリウムの各モル数ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}及びｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}、並びに、前記燃料の単位重量当たりに添加される前記添加剤に含まれる硫黄のモル数ｍ_Ｓが下記式（Ｃ）を満たすように、前記添加剤の添加量を決定するように構成された
請求項１乃至４の何れか一項に記載の添加剤供給量決定装置。
０．９５≦ｍ_Ｓ／（２ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}＋２ｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}＋ｍ_Ｚｎ＋ｍ_Ｐｂ）≦１．０５　…（Ｃ）
　前記燃料の燃焼により生成された燃焼ガスの温度、前記燃焼ガス中の塩素濃度、及び、前記燃焼ガスに含まれる塩素と硫黄との重量比に基づいて、前記揮発するナトリウムのモル数ｍ_{Ｎａ＿ｖｏｌ}及び前記揮発するカリウムのモル数ｍ_{Ｋ＿ｖｏｌ}を推定するように構成された推定部をさらに備える
請求項５に記載の添加剤供給量決定装置。
　前記燃料の燃焼により生成された燃焼ガス中の一酸化窒素の濃度に基づいて、前記燃料に添加される前記添加剤に含有される硫黄と、前記添加剤から生じ得るアンモニアとのモル比を調節可能に構成された添加剤調製部をさらに備える
請求項１乃至６の何れか一項に記載の添加剤供給量決定装置。
　前記添加剤調製部は、１分子当たりのアンモニア発生量が異なる複数種の硫黄含有物質から、前記添加剤として使用する１種以上の硫黄含有物質を選択し、該１種以上の硫黄含有物質の各々の前記添加剤中の含有量を決定するように構成された
請求項７に記載の添加剤供給量決定装置。
　前記添加剤調製部は、前記燃料の単位重量当たりに添加される前記添加剤に含まれる硫黄のモル数をｍ_Ｓとし、前記燃焼ガス中の一酸化窒素の濃度から換算される前記燃料の単位重量当たりから生じた一酸化窒素のモル数をｎ_ＮＯとしたとき、
　　ｎ_ＮＯがｍ_Ｓの２倍より大きいときは、硫酸アンモニウムを前記添加剤として使用し、
　　ｎ_ＮＯがｍ_Ｓの１倍より大きく２倍以下であるときは、硫酸水素アンモニウムを前記添加剤として使用し、
　　ｎ_ＮＯがｍ_Ｓの１倍以下であるときは、アンモニウムイオンを含まない硫黄含有物質を前記添加剤として使用することを決定するように構成された
請求項７又は８に記載の添加剤供給量決定装置。
　重金属を含む燃料を燃焼させるための燃焼設備であって、
　前記燃料の燃焼により生成される燃焼ガスが流れる煙道と、
　前記煙道に設けられる伝熱管と、
　前記煙道にて前記伝熱管の下流側に設けられ、前記燃焼ガスに同伴される前記灰を捕捉するための捕捉部と、
　燃焼前又は燃焼中の前記燃料に硫黄を含む添加剤を添加するように構成された添加剤供給部と、
　請求項１乃至９の何れか一項に記載の添加剤供給量決定装置と、を備え、
　前記検出部は、前記捕捉部で捕捉された灰中の重金属の含有量を検出するように構成された
燃焼設備。
　重金属を含む燃料を燃焼させるための燃焼設備の運転方法であって、
　少なくとも前記燃料の燃焼により生成される灰中の重金属の含有量を検出する検出ステップと、
　前記検出ステップでの検出された前記重金属の含有量に基づいて、前記燃料に供給する添加剤に含まれる硫黄の添加量を決定する添加量決定ステップと、
を備える燃焼設備の運転方法。