(57)【要約】【課題】ホッパーにおける固体粒子の捕集率を向上させて、固体粒子のダクト下流側への流出を低減することを目的とする。【解決手段】ボイラ用ダクト構造は、ボイラ内の燃焼排ガスによる気流の下流側に設けられ、気流が水平方向に流れる第２水平煙道部１３と、第２水平煙道部１３において気流の流れ方向下流側の終端部に連続して設けられ、気流が鉛直方向上方に向かって流れる第２垂直煙道部１４とを備え、第２水平煙道部１３は、流れ方向に沿って流路断面積が一定である第１ダクト部１７と、第１ダクト部１７の下流側に接続され、下流側に向かって流路断面積が拡大する第２ダクト部１８を有し、第２ダクト部１８の鉛直方向に設けられた側壁１８ａは、第１ダクト部１７の鉛直方向に設けられた側壁１７ａとのなす角度θｊが０°よりも大きく４５°よりも小さい角度又は７０°よりも大きく９０°よりも小さい角度である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ内の燃焼排ガスによる気流の下流側に設けられ、前記気流が水平方向に流れる横方向ダクトと、
前記横方向ダクトにおいて前記気流の流れ方向下流側の終端部に連続して設けられ、前記気流が鉛直方向上方に向かって流れる縦方向ダクトと、
を備え、
前記横方向ダクトは、流れ方向に沿って流路断面積が一定である第１ダクト部と、前記第１ダクト部の下流側に接続され、下流側に向かって流路断面積が拡大する第２ダクト部を有し、
前記第２ダクト部の鉛直方向に設けられた側壁は、前記第１ダクト部の鉛直方向に設けられた側壁とのなす角度が０°よりも大きく４５°よりも小さい角度、又は、７０°よりも大きく９０°よりも小さい角度であるボイラ用ダクト構造。
【請求項２】
前記第２ダクト部の鉛直方向に設けられた側壁は、前記第１ダクト部の鉛直方向に設けられた側壁とのなす角度が０°よりも大きく３５°よりも小さい角度である請求項１に記載のボイラ用ダクト構造。
【請求項３】
前記第１ダクト部の水平方向幅Ｙ、前記第１ダクト部の鉛直方向高さＺ、前記第２ダクト部の前記第１ダクト部に対する水平方向幅の増加分ｄ、及び、前記縦方向ダクトの水平方向奥行き長さｅで表されるダクト拡大比（ｄ／Ｙ）／（ｅ／Ｚ）が、
０．１５≦（ｄ／Ｙ）／（ｅ／Ｚ）≦０．３
にある請求項１又は２に記載のボイラ用ダクト構造。
【請求項４】
前記横方向ダクトは、前記第１ダクト部に接続され、前記第１ダクト部における前記気流の流れ方向に対し、前記気流の流れ方向が斜行する第３ダクト部を更に有し、
前記第３ダクト部の鉛直方向に設けられた側壁は、前記第１ダクト部の鉛直方向に設けられた側壁とのなす角度が０°よりも大きく３０°以下である請求項１から３のいずれか１項に記載のボイラ用ダクト構造。
【請求項５】
前記第２ダクト部入口部から前記第３ダクト部出口部までの距離ｆ、及び、前記第１ダクト部の水平方向幅Ｙの関係が、
０．２５≦ｆ／Ｙ
で表される請求項４に記載のボイラ用ダクト構造。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のボイラ用ダクト構造を備えるボイラ。
【請求項７】
ボイラ内の燃焼排ガスによる気流の下流側に設けられ、前記気流が水平方向に流れる横方向ダクトと、前記横方向ダクトにおいて前記気流の流れ方向下流側の終端部に連続して設けられ、前記気流が鉛直方向上方に向かって流れる縦方向ダクトとを備え、前記横方向ダクトは、流れ方向に沿って流路断面積が一定である第１ダクト部と、前記第１ダクト部の下流側に接続され、下流側に向かって流路断面積が拡大する第２ダクト部を有し、前記第２ダクト部の鉛直方向に設けられた側壁は、前記第１ダクト部の鉛直方向に設けられた側壁とのなす角度が０°よりも大きく４５°よりも小さい角度、又は、７０°よりも大きく９０°よりも小さい角度であるボイラ用ダクト構造を備えるダクトに対し、
前記気流として固体粒子を含む固気二相流を流すことで、前記気流中から前記固体粒子の搬送を抑制することを特徴とする固気二相流に含まれる固体粒子の低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば石炭焚きボイラから排出される燃焼排ガスのように、気体中に固体粒子を含む固気二相流を流すダクト構造、ボイラ及び固気二相流に含まれる固体粒子の低減方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石炭焚きボイラでは、火炉内から石炭の燃焼により燃焼排ガスが排出される。この燃焼排ガス中には、石炭のサイズや組成、物性などは炭種により異なるものの、フライアッシュや高空隙率大径灰（ポップコーンアッシュ）（以下「大径灰」という。）と呼ばれる石炭灰（固体粒子）が含まれている。
このうち、フライアッシュは、粒径が数μｍオーダーの非常に細かい粒子である。これに対して、大径灰は、粒径が概ね１ｍｍ以上と比較的大きくなるが、空隙率が高いため見かけ比重の小さい粒子となる。
【０００３】
従来は、石炭焚きボイラ１００の火炉１０２から排出された燃焼排ガスは、石炭灰（固体粒子）が含まれた固気二相流であり、例えば図１１に示すように、鉄板製のダクトにより形成された煙道１１０を通り、脱硝装置１４０で脱硝等の燃焼排ガスを大気中へ放出するために必要な処理を施した後、図示しない煙突等から大気へ放出される。
煙道１１０は、燃焼排ガスＧの流れ方向上流側、すなわち火炉１０２側から順に、第１水平煙道部１１１、第１垂直煙道部１１２、第２水平煙道部１１３，第２垂直煙道部１１４，第３水平煙道部１１５及び第３垂直煙道部１１６が連続して設けられている。
【０００４】
図示の構成例では、第１垂直煙道部１１２及び第２垂直煙道部１１４の下端部にそれぞれ第１ホッパー１２０及び第２ホッパー１３０が設置され、火炉１０２から燃焼排ガスとともに飛散してくる大径灰１５０を回収する。さらに、第３垂直煙道部１１６には、燃焼排ガスＧを通過させる際に脱硝処理を行う脱硝装置１４０が設置されている。
【０００５】
脱硝装置１４０は、例えば格子状酸化チタン担体の上に二酸化バナジウムを担持した脱硝剤（脱硝触媒）をパレットに入れ、このパレットを装置内に多数配置しておく構成となっている。
【０００６】
このような煙道１１０において、火炉１０２から飛散してくる固体粒子である大径灰１５０の一部は、第１ホッパー１２０、第２ホッパー１３０で回収されず、燃焼排ガスＧの流れに乗って脱硝装置１４０まで到達することがある。すると、格子状の脱硝触媒には大径灰１５０が徐々に堆積して目詰まりを発生し、煙道１１０の有効流路断面積が低下して圧力損失を上昇させてしまうとともに、脱硝性能が低下することが危惧されるので、定期的な点検とメンテナンス作業が行われることがある。
【０００７】
このような脱硝触媒の目詰まりを防止するため、例えば下記の特許文献１には、脱硝装置の上流側の煙道において、排ガスの流れが水平から垂直方向に変わる立ち上がりダクト構造とし、水平ダクトの断面積よりも垂直ダクトの断面積を大きくして、垂直ダクト部における排ガスの流れを遅くすることが記載されている。これにより、大粒径のダストが垂直ダクト部で落下しやすくなり、下流側の脱硝装置へ大粒径のダストが流れにくい構造とすることができる。
なお、特許文献２では、ボイラから排出される未処理ガスが排ガス入口ダクトを下降し、排ガスの一部又は全量が脱硝装置入口ダクト内を水平に流れ、脱硝反応器内を下降した後、排ガス出口ダクトへ流れる構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平２−９５４１５号公報
【特許文献２】特開昭６４−７０１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、ボイラの大型化に伴う排ガス処理装置の大型化によって、ボイラの出口ダクトと脱硝装置の入口ダクトにおいて、各装置の配置や脱硝触媒のサイズ及び流通する燃焼排ガスの流速などの適正化をはかるために、流路経路を移動したり、流路断面積を異ならせたりする場合が生じている。流路断面積が異なるサイズのダクトを接続するため、ダクトが部分的に末広がりに構成されることがある。例えば、図１１に示した脱硝装置１４０の上流側に設けられた第２水平煙道部１１３において、図１２に示すように、ダクト高さは一定のまま、ダクトがテーパー状に燃焼排ガス流れの下流側に向けて拡張されている。このダクトの側壁のなす角（拡大角）は、一般的には、流通する燃焼排ガスが流路壁から剥離することを抑制しつつ構造の大型化を抑制するために、４５°以上６０°以下の範囲とすることが多い。
【００１０】
この場合、ダクトの拡張部において、燃焼排ガス流れに旋回流が発生することがある。その結果、比較的比重の小さい大径灰が第２ホッパー１３０へ落下することなく、燃焼排ガス流れに乗って第２垂直煙道部１１４を上昇し、脱硝装置１４０に到達する量が増加することが判明した。すなわち、ダクト内の燃焼排ガスの気流の流速だけでなく、旋回流の発生が大径灰の後流側への搬送に影響することが判明した。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ホッパーにおける固体粒子の捕集率を向上させて、固体粒子のダクト下流側への流出を低減できるボイラ用ダクト構造、ボイラ及び固気二相流に含まれる固体粒子の低減方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１態様に係るボイラ用ダクト構造は、ボイラ内の燃焼排ガスによる気流の下流側に設けられ、前記気流が水平方向に流れる横方向ダクトと、前記横方向ダクトにおいて前記気流の流れ方向下流側の終端部に連続して設けられ、前記気流が鉛直方向上方に向かって流れる縦方向ダクトとを備え、前記横方向ダクトは、流れ方向に沿って流路断面積が一定である第１ダクト部と、前記第１ダクト部の下流側に接続され、下流側に向かって流路断面積が拡大する第２ダクト部を有し、前記第２ダクト部の鉛直方向に設けられた側壁は、前記第１ダクト部の鉛直方向に設けられた側壁とのなす角度が０°よりも大きく４５°よりも小さい角度、又は、７０°よりも大きく９０°よりも小さい角度である。
【００１３】
上記第１態様において、前記第２ダクト部の鉛直方向に設けられた側壁は、前記第１ダクト部の鉛直方向に設けられた側壁とのなす角度が０°よりも大きく３５°よりも小さい角度でもよい。
【００１４】
上記第１態様において、前記第１ダクト部の水平方向幅Ｙ、前記第１ダクト部の鉛直方向高さＺ、前記第２ダクト部の前記第１ダクト部に対する水平方向幅の増加分ｄ、及び、前記縦方向ダクトの水平方向奥行き長さｅで表されるダクト拡大比（ｄ／Ｙ）／（ｅ／Ｚ）が、
０．１５≦（ｄ／Ｙ）／（ｅ／Ｚ）≦０．３
でももよい。
【００１５】
上記第１態様において、前記横方向ダクトは、前記第１ダクト部に接続され、前記第１ダクト部における前記気流の流れ方向に対し、前記気流の流れ方向が斜行する第３ダクト部を更に有し、前記第３ダクト部の鉛直方向に設けられた側壁は、前記第１ダクト部の鉛直方向に設けられた側壁とのなす角度が０°よりも大きく３０°以下でもよい。
【００１６】
上記第１態様において、前記第２ダクト部入口部から前記第３ダクト部出口部までの距離ｆ、及び、前記第１ダクト部の水平方向幅Ｙの関係が、
０．２５≦ｆ／Ｙ
で表されてもよい。
【００１７】
本発明の第２態様に係るボイラは、上記第１態様のボイラ用ダクト構造を備える。
【００１８】
本発明の第３態様に係る固気二相流に含まれる固体粒子の低減方法は、ボイラ内の燃焼排ガスによる気流の下流側に設けられ、前記気流が水平方向に流れる横方向ダクトと、前記横方向ダクトにおいて前記気流の流れ方向下流側の終端部に連続して設けられ、前記気流が鉛直方向上方に向かって流れる縦方向ダクトとを備え、前記横方向ダクトは、流れ方向に沿って流路断面積が一定である第１ダクト部と、前記第１ダクト部の下流側に接続され、下流側に向かって流路断面積が拡大する第２ダクト部を有し、前記第２ダクト部の鉛直方向に設けられた側壁は、前記第１ダクト部の鉛直方向に設けられた側壁とのなす角度が０°よりも大きく４５°よりも小さい角度、又は、７０°よりも大きく９０°よりも小さい角度であるボイラ用ダクト構造を備えるダクトに対し、前記気流として固体粒子を含む固気二相流を流すことで、前記気流中から前記固体粒子を排除することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ホッパーにおける固体粒子の捕集率を向上させて、固体粒子のダクト下流側への流出を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るボイラ用ダクト構造を備えるボイラを示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るボイラ用ダクト構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るボイラ用ダクト構造を示す横断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るボイラ用ダクト構造を示す横断面図である。
【図５】大径灰の飛散率とダクト拡大比の関係を示すグラフである。
【図６】大径灰の飛散率と拡大角の関係を示すグラフである。
【図７】大径灰の飛散率と拡大前直線部の関係を示すグラフである。
【図８】大径灰の飛散率と偏向角の関係を示すグラフである。
【図９】拡大角が５５°であるときの旋回流及び旋回流中心を示すシミュレーション結果である。
【図１０】拡大角が９０°であるときの旋回流及び旋回流中心を示すシミュレーション結果である。
【図１１】従来のボイラ用ダクト構造を備えるボイラを示す縦断面図である。
【図１２】従来のボイラ用ダクト構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の一実施形態に係るボイラ用ダクト構造について、図面を参照して説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態に係るボイラ用ダクト構造を備える煙道１０は、例えば石炭焚きボイラ１の火炉２から排出された固気二相流の燃焼排ガスを、図示しない煙突等に流すものである。煙道１０は、鉄板製のダクトにより形成された燃焼排ガスＧの流路を形成し、例えば矩形断面を有している。火炉２から排出される燃焼排ガスＧは、フライアッシュや大径灰と呼ばれる石炭灰（固体粒子）を含む固気二相流であり、煙道１０を通る際に脱硝装置４で脱硝等の燃焼排ガスを大気中へ放出するために必要な処理を施した後、図１中に矢印で示すように流れて図示しない煙突等から大気へ放出される。
【００２３】
なお以下の説明で、上向きとは鉛直方向上向きを、下向きとは鉛直方向下向きを示し、それぞれを上向き、下向きと記載する。上部と下部や、上端と下端も同様である。
【００２４】
煙道１０は、燃焼排ガスＧの流れ方向上流側となる火炉２側から順に、第１水平煙道部１１、第１垂直煙道部１２、第２水平煙道部（横方向ダクト）１３，第２垂直煙道部（縦方向ダクト）１４，第３水平煙道部１５及び第３垂直煙道部１６が連続して設けられている。
【００２５】
煙道１０には、下向きの速度成分を有する燃焼排ガスＧが流れる第１垂直煙道部１２の下端部に第１ホッパー２０が設けられ、さらに、上向きの速度成分を有する燃焼排ガスＧが流れる第２垂直煙道部１４の下端部に第２ホッパー３０が設置されている。そして、下向きの速度成分を有する燃焼排ガスＧが流れる第３垂直煙道部１６には、燃焼排ガスＧを通過させて脱硝処理を行う脱硝装置４が設置されている。
【００２６】
第１ホッパー２０及び第２ホッパー３０は、主として燃焼排ガスＧ中に含まれる固体粒子のうち、大径灰の回収を目的として設置されたものである。なお、非常に粒径の小さいフライアッシュについては、燃焼排ガスＧの流れから分離されるものは少ない。したがって、大径灰のように第１ホッパー２０及び第２ホッパー３０で回収されるものは少なく、燃焼排ガスＧで煙道１０内を気流搬送されて、脱硝装置４を通過して更に燃焼排ガスＧの流れ方向下流側で図示しない集塵装置などで除去される。
【００２７】
第２垂直煙道部１４は、第２水平煙道部１３において燃焼排ガスＧの流れ方向下流側の終端部１３ｅに連続して設けられ、燃焼排ガスＧが鉛直方向上方に向かって流れる。
【００２８】
図２及び図３に示すように、第２水平煙道部１３は、燃焼排ガスＧの流れ方向に沿って流路断面積が一定である第１ダクト部１７と、第１ダクト部１７の下流側に接続され、下流側に向かって流路断面積が拡大する第２ダクト部１８などを有する。ここで、第２水平煙道部１３の第１ダクト部１７で、燃焼排ガスＧの流れ方向となる長手軸方向をｘ軸方向、ｘ軸方向に直交して第１ダクト部１７の水平方向をｙ軸方向、ｘ軸方向とｙ軸方向と直交する鉛直上下方向をｚ軸方向とする。なお、図２に示す第２ダクト部１８は、水平方向（ｙ軸方向）片側のみ第１ダクト部１７に対して側壁１８ａがｘ軸方向に対して斜めに設けられる場合であり、図３に示す第２ダクト部１８は、水平方向（ｙ軸方向）両側において第１ダクト部１７に対して側壁１８ａが斜めに設けられる場合である。
【００２９】
第１ダクト部１７には、脱硝処理のためのアンモニア注入ノズル４０が設けられる。アンモニア注入ノズル４０より燃焼排ガスＧの流れ方向下流側は、脱硝装置４の反応容器に収容される脱硝触媒のサイズに合わせて流路断面積が拡大される。このとき、第２水平煙道部１３は、第２垂直煙道部１４の流速（例えば１０ｍ／ｓ以上）が維持されて、燃焼排ガスＧの流れの偏流が抑制されるように構成される。
【００３０】
図５から図１０で示した結果は、数値解析ソフト（Ｆｌｕｅｎｔ定常解析）によって、レイノルズ数Ｒｅ＝４００万〜８００万（乱流域）、ダクト内流速１０ｍ／ｓ〜１８ｍ／ｓ、排ガス温度３００℃〜４００℃の条件下で演算して得られたものである。これにより各ダクト部について、大径灰の飛散率を低減するような形状の適正な範囲を検討している。
図２に示すように、第１ダクト部１７の水平方向（ｙ軸方向）幅をＹとすると、第２ダクト部１８の終端において水平方向（ｙ軸方向）幅はＹ＋ｄまで拡大する。また、第１ダクト部１７の鉛直方向（ｚ軸方向）高さＺは、第２垂直煙道部１４において水平方向（ｘ軸方向）奥行きをｅまで拡大する。なお、第２ダクト部１８の鉛直方向高さは、第１ダクト部１７の鉛直方向高さＺと同一のＺである。
【００３１】
燃焼排ガスＧの流れ方向が水平方向から鉛直上下方向に変わり、上記ｄは、第２ダクト部１８の第１ダクト部１７に対する水平方向（ｙ軸方向）幅の増加分であり、第１ダクト部の鉛直方向（ｚ軸方向）高さＺ、第２ダクト部１８の第１ダクト部１７に対する水平方向（ｙ軸方向）幅の増加分ｄ、及び、第２垂直煙道部１４の水平方向（ｘ軸方向）奥行きｅとする。このとき無次元化したダクト拡大比の関係は、
ダクト拡大比：（ｄ／Ｙ）／（ｅ／Ｚ）
０．１５≦（ｄ／Ｙ）／（ｅ／Ｚ）≦０．３
にあることが好ましい。
【００３２】
ダクト拡大比（ｄ／Ｙ）／（ｅ／Ｚ）が大きくなると、図５に示すように、大径灰の飛散率が上昇する。これは、燃焼排ガスＧの流れの剥離位置が第２ダクト部１８の入口付近に存在し、ダクト拡大比が大きくなると、剥離位置と、第２ダクト部１８の入口後流側で形成される旋回流の中心位置が大きくなるためである。その結果、旋回流が発達しやすくなり、大径灰の飛散率が増加する。
【００３３】
ダクト拡大比を小さくするためには、（ｅ／Ｚ）を大きくすることが考えられる。しかし、第１ダクト部１７の鉛直方向（ｚ軸方向）高さＺが小さいと、ダクトの断面形状が扁平になり、流路抵抗が増加する。また、第２垂直煙道部１４の水平方向（ｘ軸方向）奥行きｅが大きいと、第２垂直煙道部１４内の燃焼排ガスＧの流速が低下して、一定の流速、例えば１０ｍ／ｓ以上を維持できず偏流が生じやすくなる。
【００３４】
そこで、第２ダクト部１８の第１ダクト部１７に対する水平方向（ｙ軸方向）幅の増加分ｄは、脱硝装置４の脱硝触媒のサイズに基づいて、ダクト拡大比（ｄ／Ｙ）／（ｅ／Ｚ）を設定する。ダクト拡大比（ｄ／Ｙ）／（ｅ／Ｚ）は、存在する脱硝触媒のサイズの実績より、０．１５≦（ｄ／Ｙ）／（ｅ／Ｚ）とすることが好ましい。
【００３５】
また、（ｅ／Ｚ）は、上述したとおり制限されることから、各係数の個々の変化範囲を実機の適用範囲で考慮すると、（ｄ／Ｙ）／（ｅ／Ｚ）≦０．３とすることが好ましい。
【００３６】
第２ダクト部１８の第１ダクト部１７に対する水平方向（ｙ軸方向）幅の増加分ｄを設けたことで、第２ダクト部１８の入口部の位置は、第２ダクト部の出口部よりも（ｄ／ｔａｎθｊ）分だけ燃焼排ガスＧの流れ方向上流側に存在する。ここで、角度（拡大角）θｊは、第１ダクト部１７の鉛直方向に設けられた側壁１７ａ（本実施形態ではｘ軸方向）とのなす角度である。
【００３７】
第２ダクト部１８の鉛直方向に設けられた側壁１８ａは、第１ダクト部１７の鉛直方向に設けられた側壁１７ａとのなす角度（拡大角）θｊが０°よりも大きく４５°よりも小さい角度、又は、７０°よりも大きく９０°よりも小さい角度であることが好ましい。
【００３８】
第２水平煙道部１３において、水平方向（ｙ軸方向）両側のダクト壁面では、燃焼排ガスＧの流速が遅くかつ圧力が高く、ダクト中央では、燃焼排ガスＧの流速が速くかつ圧力が低い。その結果、流路断面積が拡大する第２ダクト部１８入口よりも下流側の第２垂直煙道部１４内部において、ダクト壁面の近傍で、燃焼排ガスＧの流速差によって旋回流が発生する。
【００３９】
図９及び図１０で示される増加分ｄを固定した場合のシミュレーション結果によると、燃焼排ガスＧの流れの剥離位置は、第２ダクト部１８の入口付近に存在し、拡大角θｊが変化しても、第２垂直煙道部１４内部における旋回流の中心位置はほとんど変化しない。図６に示すように、拡大角θｊが大きくなり、θｊ＝５５°のとき、大径灰の飛散率が最大となる。これは、剥離位置と旋回流の中心位置が大きくなり、旋回流が発達しやすくなるためと考えられる。
【００４０】
θｊ＝５５°を中心に角度を大小方向へ変化させると、大径灰の飛散率は低下する。そこで、拡大角θｊは、４５°≦θｊ≦７０°を除いた範囲とすることで、大径灰の飛散率を低減できる。
【００４１】
拡大角θｊが７０°よりも大きく９０°よりも小さい範囲では、燃焼排ガスＧの流れの剥離位置、すなわち、第２ダクト部１８入口が、燃焼排ガスＧの流れ方向下流側に位置する。そのため、剥離位置と旋回流の中心との距離が小さくなり、旋回流の外径も小さくなることから、旋回流が発達しにくい。また、第２ダクト部１８入口から出口までの距離（ｄ／ｔａｎθｊ）も短くなり、流路断面積が拡大されている部分が狭くなる。その結果、拡大角θｊが７０°よりも大きく９０°よりも小さい範囲では、大径灰の飛散率が小さくなる。
【００４２】
拡大角θｊが０°よりも大きく４５°よりも小さい範囲では、燃焼排ガスＧの流れの剥離位置、すなわち、第２ダクト部１８入口が、燃焼排ガスＧの流れ方向上流側に位置する。そのため、剥離位置と旋回流の中心との距離が大きくなり、旋回流の外径も大きくなることが推定される。しかし、実際には、流路断面積が緩やかに拡大しているため、燃焼排ガスＧの流れの剥離が生じない。その結果、拡大角θｊが０°よりも大きく４５°よりも小さい範囲では、ほとんど旋回流が発生せず、大径灰の飛散率が小さくなる。なお、第２垂直煙道部１４の下方の第２ホッパー３０において小さい旋回流が発生するが、大径灰の飛散率の増加にはほとんど寄与してないと考えられる。
【００４３】
なお、拡大角θｊが０°よりも大きく３５°よりも小さい範囲では、大径灰の飛散率を更に低減できる。また、ダクトの材料費・製作費を低減できる。
【００４４】
第２水平煙道部１３には、図２及び図４に示すように、第１ダクト部１７に接続される第３ダクト部１９が設けられてもよい。第３ダクト部１９では、第１ダクト部１７における燃焼排ガスＧの流れ方向（本実施形態ではｘ軸方向）に対し、燃焼排ガスＧの流れ方向が偏向角θｋだけ斜行して、燃焼排ガスＧの流れのｘ軸方向の中心線をｙ軸方向へ移動するものである。第３ダクト部１９は、例えば、燃焼排ガスＧの流れ方向上流側の第１ダクト部１７と下流側の第１ダクト部１７の間に設けられる。第３ダクト部１９の流路断面積は、ほぼ一定である。
【００４５】
第３ダクト部１９は、第２水平煙道部１３の配置位置や、脱硝装置４の配置位置（第１ダクト部１７の中心線に対して水平面内の垂直方向（本実施形態ではｙ軸方向）の配置に伴う位置関係）の都合によって、第１ダクト部１７に対してなす角、すなわち偏向角θｋが設けられて設置される。
【００４６】
第３ダクト部１９の出口から第１ダクト部１７を経て第２ダクト部１８の入口までの距離をｆとし、第１ダクト部１７の水平方向（ｙ軸方向）幅Ｙとの関係を無次元化して、拡大前直線部ｆ／Ｙと定義する。
【００４７】
本実施形態における拡大前直線部ｆ／Ｙは、０．２５以上とすることが好ましく、０．２５以上かつ０．５以下とすることが更に好ましい。
【００４８】
拡大前直線部ｆ／Ｙは、０．２５となるとき、図７に示すように、大径灰の飛散率が低減し、低減効果が最大となる。
【００４９】
これは、第３ダクト部１９の燃焼排ガスＧの出口位置から、ある程度の燃焼排ガスＧの整流区間が設けられているためである。これにより、第３ダクト部１９が第１ダクト部１７における燃焼排ガスＧの流れ方向（本実施形態ではｘ軸方向）に対して斜行していることによる燃焼排ガスＧの流れの剥離が、後流側の旋回流に与える影響が少なくなる。
【００５０】
また、拡大前直線部ｆ／Ｙは０．５を超えると、第１ダクト部１７の水平方向（ｙ軸方向）幅Ｙに対する第１ダクト部１７の水平方向（ｘ軸方向）奥行ｆが長くなり、ダクト材料やコストが増加する。そのため、拡大前直線部ｆ／Ｙが０．５を超えるように設定することは好ましくない。
【００５１】
第３ダクト部１９の鉛直方向に設けられた側壁１９ａは、第１ダクト部１７の鉛直方向に設けられた側壁１７ａとのなす角度（偏向角θｋ）が０°よりも大きく３０°以下であることが好ましい。
【００５２】
第３ダクト部１９において、水平方向（ｙ軸方向）両側のダクト壁面（本実施形態ではｘ軸方向）では、燃焼排ガスＧの流速の差が生じる。その結果、偏向方向側の燃焼排ガスＧの流速が遅くかつ圧力が高い。図８に示すように、偏向角θｋが３０°を超える場合、燃焼排ガスＧの流れが偏るため、第３ダクト部１９出口から燃焼排ガスＧの剥離が発生し、後流側に循環渦が形成される。その結果、循環渦が、第２垂直煙道部１４内部における旋回流を増大させ、大径灰の飛散率が増加する。
【００５３】
図８に示すように、偏向角θｋが２０°近傍では、偏向方向側の燃焼排ガスＧの流速が加速され、ダクト中央側との流速の差が小さくなる。その結果、第２垂直煙道部１４内部における旋回流が小さくなり、大径灰の飛散率が低下する。
【００５４】
以上、本実施形態によれば、第２ダクト部１８の鉛直方向に設けられた側壁１８ａは、第１ダクト部１７の鉛直方向に設けられた側壁１７ａとのなす角度（拡大角）θｊが０°よりも大きく４５°よりも小さい角度、又は、７０°よりも大きく９０°よりも小さい角度である。これにより、燃焼排ガスＧが第２垂直煙道部１４へ流れ込む際の旋回流の発生を抑制できる。したがって、第２垂直煙道部１４内部での旋回流の発生が抑制され、脱硝装置４への大径灰の飛散量を低減できる。
【００５５】
また、第３ダクト部１９の鉛直方向に設けられた側壁１９ａは、第１ダクト部１７の鉛直方向に設けられた側壁１７ａとのなす角度（偏向角θｋ）が０°よりも大きく３０°以下である。これにより、第２垂直煙道部１４内部での燃焼排ガスＧの旋回流の発生が抑制され、脱硝装置４への大径灰の飛散量を低減できる。
【００５６】
したがって、第２水平煙道部１３から第２垂直煙道部１４までに燃焼排ガスＧの旋回流で大径灰が飛散して燃焼排ガスＧの流れ方向下流側へ搬送される確率が低くなる。これにより、第２ホッパー３０における大径灰の捕集率が向上し、煙道１０の下流側にある脱硝装置４への大径灰の搬送が抑制されるため、脱硝装置４の脱硝触媒での大径灰の堆積を低減することが可能となる。
【００５７】
なお、上記実施形態において、固気二相流に含まれる固体粒子を、石炭焚きボイラ１の火炉２から排出される燃焼排ガスに含まれる石炭灰として説明したが、本実施形態のダクト構造を採用したダクトは、例えば固体粒子として、煤、鉄粉、ディーゼル排気微粒子及び未燃粒子などを含む各種の固気二相流を流す装置に対しても適用可能である。
【００５８】
また、本明細書中において、「鉛直方向」、「水平方向」との文言を用いているが、必ずしも絶対的な「鉛直方向」、「水平方向」のみに限定する意図はなく、一般的な概念における「縦方向（上下方向）」、「横方向」の範疇を含んでいる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１      ：石炭焚きボイラ
２      ：火炉
４      ：脱硝装置
１０    ：煙道
１１    ：第１水平煙道部
１２    ：第１垂直煙道部
１３    ：第２水平煙道部
１３ｅ  ：終端部
１４    ：第２垂直煙道部
１５    ：第３水平煙道部
１６    ：第３垂直煙道部
１７    ：第１ダクト部
１８    ：第２ダクト部
１９    ：第３ダクト部
２０    ：第１ホッパー
３０    ：第２ホッパー
１００  ：石炭焚きボイラ
１０２  ：火炉
１１０  ：煙道
１１１  ：第１水平煙道部
１１２  ：第１垂直煙道部
１１３  ：第２水平煙道部
１１４  ：第２垂直煙道部
１１５  ：第３水平煙道部
１１６  ：第３垂直煙道部
１２０  ：第１ホッパー
１３０  ：第２ホッパー
１４０  ：脱硝装置
１５０  ：大径灰
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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