(57)【要約】【課題】安価な燃料の適用拡大が可能であり、かつ、防食のためのコスト増大を抑制できる防食方法および防食制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る防食方法は、燃料中のＮａ、Ｋ、ＣｌおよびＳの組成情報を取得する工程（Ｓ１）と、取得した組成情報に基づき燃焼灰中に存在し得るＮａまたはＫの少なくとも一方を含む塩組成物を特定する工程（Ｓ２）と、塩組成物の融点情報に基づき、熱交換器のメタルの設定温度範囲を塩組成物の融点未満に決定する工程（Ｓ３）と、メタルの温度を、設定温度範囲に納まるよう調整する工程（Ｓ４）と、を含み、塩組成物を特定する工程が、燃料中におけるＣｌおよびＳの総量が、ＮａおよびＫの総量に対して化学量論比よりも少ない場合に、燃焼灰中に炭酸塩が存在し、多い場合に、燃焼灰中に炭酸塩は存在し得ないと判定する工程を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼させてエネルギーを生成する装置における熱交換器の防食方法であって、
前記燃料中のＮａ、Ｋ、ＣｌおよびＳの組成情報を取得する工程と、
取得した前記組成情報に基づき、前記燃料を燃焼させてなる燃焼灰中に存在し得るＮａまたはＫの少なくとも一方を含む塩組成物を特定する工程と、
前記塩組成物の融点情報に基づき、前記熱交換器のメタルの設定温度範囲を前記塩組成物の融点未満に決定する工程と、
前記メタルの温度を、前記設定温度範囲に納まるよう調整する工程と、
を含み、
前記塩組成物を特定する工程が、
前記燃料中における前記Ｃｌおよび前記Ｓの総量が、前記Ｎａおよび前記Ｋの総量に対して化学量論比よりも少ない場合に、前記燃焼灰中に炭酸塩が存在し、前記Ｃｌおよび前記Ｓの総量が、前記Ｎａおよび前記Ｋの総量に対して化学量論比よりも多い場合に、前記燃焼灰中に炭酸塩は存在し得ないと判定する工程を含む防食方法。
【請求項２】
前記メタルの温度を調整する工程が、
設計段階で前記熱交換器の伝熱面積を調整する第１調整と、
前記装置の運転中に、前記メタルの温度を計測し、得られた計測値に基づき、前記燃料の投入量を調整する第２調整と、
を含む請求項１に記載の防食方法。
【請求項３】
バイオマスを燃焼させてエネルギーを生成する装置における熱交換器の防食方法であって、
前記バイオマス中のＮａ、Ｋ、ＣｌおよびＳの組成を取得し、
前記バイオマスがＮａ、Ｋ、ＣｌおよびＳを含み、かつ、前記Ｃｌおよび前記Ｓの総量が、前記Ｎａおよび前記Ｋの総量に対して化学量論比よりも多い場合に、前記熱交換器のメタルの表面温度を５１８℃未満に設定し、
前記バイオマスがＮａ、Ｋ、ＣｌおよびＳを含み、かつ、前記Ｃｌおよび前記Ｓの総量が、前記Ｎａおよび前記Ｋの総量に対して化学量論比よりも少ない場合に、前記熱交換器のメタルの表面温度を５４４℃未満に設定する防食方法。
【請求項４】
バイオマスを燃焼させてエネルギーを生成する装置における熱交換器の防食方法であって、
前記バイオマス中のＮａ、Ｋ、ＣｌおよびＳの組成を取得し、
前記バイオマスがＮａ、ＫおよびＣｌを含み、Ｓを含まず、かつ、前記Ｃｌおよび前記Ｓの総量が、前記Ｎａおよび前記Ｋの総量に対して化学量論比よりも多い場合に、前記熱交換器のメタルの表面温度を６５８℃未満に設定し、
前記バイオマスがＮａ、ＫおよびＣｌを含み、Ｓを含まず、かつ、前記Ｃｌおよび前記Ｓの総量が、前記Ｎａおよび前記Ｋの総量に対して化学量論比よりも少ない場合に、前記熱交換器のメタルの表面温度を５５８℃未満に設定する防食方法。
【請求項５】
バイオマスを燃焼させてエネルギーを生成する装置における熱交換器の防食方法であって、
前記バイオマス中のＮａ、Ｋ、ＣｌおよびＳの組成を取得し、
前記バイオマスがＮａ、ＫおよびＳを含み、Ｃｌを含まず、かつ、前記Ｃｌおよび前記Ｓの総量が、前記Ｎａおよび前記Ｋの総量に対して化学量論比よりも多い場合に、前記熱交換器のメタルの表面温度を８００℃以下に設定し、
前記バイオマスがＮａ、ＫおよびＳを含み、Ｃｌを含まず、かつ、前記Ｃｌおよび前記Ｓの総量が、前記Ｎａおよび前記Ｋの総量に対して化学量論比よりも少ない場合に、前記熱交換器のメタルの表面温度を７００℃未満に設定する防食方法。
【請求項６】
燃料を燃焼させてエネルギーを生成する装置に接続され、該装置の熱交換器の防食を制御する防食制御装置であって、
前記燃料中のＮａ、Ｋ，ＣｌおよびＳの組成情報を取得する取得部と、
取得した前記組成情報に基づき、前記燃料を燃焼させてなる燃焼灰中に存在し得るＮａまたはＫの少なくとも一方を含む塩組成物を特定する特定部と、
取得した前記組成情報に基づき、前記Ｃｌおよび前記Ｓの総量が、前記Ｎａおよび前記Ｋの総量に対して化学量論比よりも多い場合に、前記燃焼灰中に炭酸塩が存在し、前記Ｃｌおよび前記Ｓの総量が、前記Ｎａおよび前記Ｋの総量に対して化学量論比よりも少ない場合に、前記燃焼灰中に炭酸塩は存在しないと判定する判定部と、
前記Ｎａおよび前記Ｋの少なくとも一方を含む塩組成物の多元系融点情報、および、前記熱交換器のメタルの温度と燃料投入量とを相関させた燃料情報が格納されたライブラリと、
前記特定部で特定された塩組成物の情報および前記判定部の判定結果に基づき、前記燃焼灰中に存在し得る前記塩組成物に関連した多元系融点情報から前記メタルの設定温度範囲を前記塩組成物の融点未満に決定する決定部と、
前記メタルの温度が前記設定温度範囲に納まるよう、前記燃料の投入量を調整する調整部と、
を備えた防食制御装置。
【請求項７】
前記調整部が、前記メタルの計測温度を受信する受信部を有し、
受信した前記計測温度が前記設定温度範囲に納まるよう前記燃料の投入量を調整する請求項６に記載の防食制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を燃焼させてエネルギーを生成する装置における熱交換器の防食方法および防食制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼によりエネルギーを生成する装置として、産業用ボイラ、事業用ボイラ、各種タービンなどがある。このような装置では、燃料として石炭や重油等の化石燃料が用いられることが多い。例えば、特許文献１には、微粉炭を燃料とする火力ボイラが開示されている。
【０００３】
化石燃料は、有限資源であり、将来的に枯渇するといわれている。また、近年では、地球温暖化の観点からＣＯ２排出量の削減が推進されているため、ＣＯ２を多く排出し、地球温暖化を促進する化石燃料は、地球環境保全の見地からその使用が規制されつつある。
【０００４】
そこで、化石燃料の代替として、廃棄物あるいはバイオマス等の再生エネルギーの利用促進が図られている。バイオマスとは、動植物から生み出された生物資源の総称である。燃焼によりエネルギーを生成する装置で多く用いられるバイオマスは、建築廃材および間伐材などの木質材料である。建築廃材は、間伐材（未利用の木材）よりも安価な燃料として入手しやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２２８２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃焼によりエネルギーを生成する装置では、燃料に含まれる成分に起因して装置内の構成部材が腐食することがある。
【０００７】
例えば、特許文献１には、石炭に含まれる硫黄分に起因して、ボイラの火炉壁が硫化腐食されることが開示されている。特許文献１では、反応流体計算により硫化腐食度合いを高精度で予測し、炉壁管の寿命を評価している。
【０００８】
例えば、廃棄物あるいはバイオマス等を燃焼させてエネルギーを生成するボイラにおいては、ボイラ上部にある伝熱管の材料が溶融塩により腐食されることが懸念されている。燃料を燃焼させた際に生じる灰の一部は、燃焼ガスとともに流れる途中で伝熱管上に付着し、堆積する。付着灰には溶融塩成分（Ｋ，Ｎａ，Ｓ，Ｃｌ等）が濃縮している。付着灰中の溶融塩に含まれる塩素化合物は、特に、伝熱管の激しい腐食を誘発することが知られている。
【０００９】
溶融塩成分による腐食を防止するため、通常、伝熱管の材料として耐食性の高いＮｉ合金を使用する、あるいは、燃料中の塩素含有量に規制値を設けるなどの対策が取られている。
【００１０】
しかしながら、Ｎｉ合金は高価な材料であり、これを用いることはコストを増大させる。安価な燃料でコスト低減を図る一方で、高価なＮｉ合金を用いることは、安価な燃料の利用拡大につながらない。また、建築廃材は、未利用の木材に比べて溶融塩成分を多く含有する傾向がある。よって、燃料中の塩素含有量に制限を持たせることも、安価な燃料の利用拡大につながらない。
【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、安価な燃料の適用拡大が可能であり、かつ、防食のためのコスト増大を抑制できる防食方法および防食制御装置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】
上記課題を解決するために、本発明の防食方法および防食制御装置は以下の手段を採用する。
【００１３】
本発明は、燃料を燃焼させてエネルギーを生成する装置における熱交換器の防食方法であって、前記燃料中のＮａ、Ｋ、ＣｌおよびＳの組成情報を取得する工程と、取得した前記組成情報に基づき、前記燃料を燃焼させてなる燃焼灰中に存在し得るＮａまたはＫの少なくとも一方を含む塩組成物を特定する工程と、前記塩組成物の融点情報に基づき、前記熱交換器のメタルの設定温度範囲を前記塩組成物の融点未満に決定する工程と、前記メタルの温度を、前記設定温度範囲に納まるよう調整する工程と、を含み、前記塩組成物を特定する工程が、前記燃料中における前記Ｃｌおよび前記Ｓの総量が、前記Ｎａおよび前記Ｋの総量に対して化学量論比よりも少ない場合に、前記燃焼灰中に炭酸塩が存在し、前記Ｃｌおよび前記Ｓの総量が、前記Ｎａおよび前記Ｋの総量に対して化学量論比よりも多い場合に、前記燃焼灰中に炭酸塩は存在し得ないと判定する工程を含む防食方法と提供する。
【００１４】
熱交換器のメタル表面に堆積した燃焼灰中には、溶融塩成分（Ｎａ、Ｋ、ＣｌおよびＳ）が含まれる。しかしながら、上記発明では、燃焼灰中に含まれ得る塩組成物の融点未満となるよう熱交換器のメタルの温度を調整するため、メタル表面での溶融塩の形成を防止できる。これにより、高価な耐食材料の使用および燃料中の塩素含有量を制限せずに、熱交換器の腐食を避けることが可能となる。
【００１５】
燃料を燃焼させてなる燃焼灰中には、複数の塩が存在し得る。複数の塩が混在した状態にある塩組成物の融点は、混在する塩の組み合せおよび組成などにより変化する。そのため、溶融塩が形成されないようメタル温度を調整するためには、燃焼灰中に存在し得る塩組成物を特定することが重要となる。
【００１６】
上記発明では、燃焼灰中に存在し得る種類の、ＮａまたはＫの少なくとも一方を含む塩を特定する。ＮａおよびＫは、燃料中に含まれる溶融塩カチオン成分である。ＮａおよびＫは、ＣｌまたはＳの溶融塩アニオン成分と反応して化合物を形成する。よって、燃料中のＮａ、Ｋ、ＣｌおよびＳの組成情報に基づいて、燃焼灰中に含まれ得る塩を特定できる。
【００１７】
一方、溶融塩カチオン成分がＣｌおよびＳの総量に対して化学量論比よりも多く存在する場合、余剰となる溶融塩カチオン成分は、炭酸（ＣＯ２）と反応して炭酸塩となり得る。炭酸塩の有無により、利用すべき融点情報が変わる。バイオマスは溶融塩カチオン成分を多く含む傾向があるため、バイオマスを燃料として利用する場合には、炭酸塩の存在の有無を判定しておくことで、より正確な融点情報を得ることができる。
【００１８】
上記発明の一態様において、前記メタルの温度を調整する工程が、設計段階で熱交換器の伝熱面積を調整する第１調整と、前記装置の運転中に、前記メタルの温度を計測し、得られた計測値に基づき、前記燃料の投入量を調整する第２調整と、を含んでもよい。
【００１９】
熱交換器のメタル温度の調整を２段階で実施することで、確実に溶融塩の形成を防止できる。
【００２０】
本発明は、バイオマスを燃焼させてエネルギーを生成する装置における熱交換器の防食方法であって、前記バイオマス中のＮａ、Ｋ、ＣｌおよびＳの組成を取得し、前記バイオマスがＮａ、Ｋ、ＣｌおよびＳを含み、かつ、前記Ｃｌおよび前記Ｓの総量が、前記Ｎａおよび前記Ｋの総量に対して化学量論比よりも多い場合に、前記熱交換器のメタルの表面温度を５１８℃未満に設定し、前記バイオマスがＮａ、Ｋ、ＣｌおよびＳを含み、かつ、前記Ｃｌおよび前記Ｓの総量が、前記Ｎａおよび前記Ｋの総量に対して化学量論比よりも少ない場合に、前記熱交換器のメタルの表面温度を５４４℃未満に設定する防食方法を提供する。
【００２１】
バイオマスがＮａ、Ｋ、ＣｌおよびＳを含む場合、燃焼灰中にはＮａＣｌ、ＫＣｌ、Ｎａ２ＳＯ４、Ｋ２ＳＯ４が存在し得る。これらの塩が存在した塩組成物の最低液相生成温度は、５１８℃である。よって、メタル温度を５１８℃未満、好ましくは５１５℃以下に調整することで、溶融塩の形成を防止し、熱交換器の腐食を抑制できる。
【００２２】
一方、溶融塩アニオン成分が溶融塩カチオン成分に対して化学量論比よりも多く存在する場合は、さらに燃焼灰中に炭酸塩（Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３）が混在し得る。そのような塩組成物の最低液相生成温度は、５４４℃である。よって、メタル温度を５４４℃未満、好ましくは５４４℃以下に調整することで、溶融塩の形成を防止し、熱交換器の腐食を抑制できる。
【００２３】
炭酸塩を含む場合、炭酸塩を含まない場合と比較して、塩組成物の最低液相生成温度を約３０℃高くできる。熱交換器のメタル温度は高い方が好ましい。上記発明によれば、炭酸塩の有無を確認することで、腐食を抑制しながら、メタル温度を少しでも上げてエネルギー生成効率を向上させられる。
【００２４】
また、本発明は、バイオマスを燃焼させてエネルギーを生成する装置における熱交換器の防食方法であって、前記バイオマス中のＮａ、Ｋ、ＣｌおよびＳの組成を取得し、前記バイオマスがＮａ、ＫおよびＣｌを含み、Ｓを含まず、かつ、前記Ｃｌおよび前記Ｓの総量が、前記Ｎａおよび前記Ｋの総量に対して化学量論比よりも多い場合に、前記熱交換器のメタルの表面温度を６５８℃未満に設定し、前記バイオマスがＮａ、ＫおよびＣｌを含み、Ｓを含まず、かつ、前記Ｃｌおよび前記Ｓの総量が、前記Ｎａおよび前記Ｋの総量に対して化学量論比よりも少ない場合に、前記熱交換器のメタルの表面温度を５５８℃未満に設定する防食方法を提供する。
【００２５】
バイオマスがＳを含まず、Ｎａ、ＫおよびＣｌを含む場合、燃焼灰中にはＮａＣｌおよびＫＣｌが存在し得る。これらの塩が存在した塩組成物の最低液相生成温度は、６５８℃である。よって、メタル温度を６５８℃未満、好ましくは６５０℃以下に調整することで、溶融塩の形成を防止し、熱交換器の腐食を抑制できる。
【００２６】
一方、溶融塩アニオン成分が溶融塩カチオン成分に対して化学量論比よりも多く存在する場合は、さらに燃焼灰中に炭酸塩（Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３）が混在し得る。そのような塩組成物の最低液相生成温度は、５５８℃である。よって、メタル温度を５５８℃未満、好ましくは５５５℃以下に調整することで、溶融塩の形成を防止し、熱交換器の腐食を抑制できる。
【００２７】
また、本発明は、バイオマスを燃焼させてエネルギーを生成する装置における熱交換器の防食方法であって、前記バイオマス中のＮａ、Ｋ、ＣｌおよびＳの組成を取得し、前記バイオマスがＮａ、ＫおよびＳを含み、Ｃｌを含まず、かつ、前記Ｃｌおよび前記Ｓの総量が、前記Ｎａおよび前記Ｋの総量に対して化学量論比よりも多い場合に、前記熱交換器のメタルの表面温度を８００℃以下に設定し、前記バイオマスがＮａ、ＫおよびＳを含み、Ｃｌを含まず、かつ、前記Ｃｌおよび前記Ｓの総量が、前記Ｎａおよび前記Ｋの総量に対して化学量論比よりも少ない場合に、前記熱交換器のメタルの表面温度を７００℃未満に設定する防食方法を提供する。
【００２８】
燃料中にＣｌを含まなかったとしても、硫化や浸炭により熱交換器のメタルが腐食するリスクがある。よって、腐食を抑制するためにはメタル温度を調整する必要がある。バイオマスがＣｌを含まず、Ｎａ、ＫおよびＳを含む場合、燃焼灰中にはＮａ２ＳＯ４、Ｋ２ＳＯ４が存在し得る。これらの塩が存在した塩組成物の最低液相生成温度は、８５０℃よりも低く８００℃よりは高い。よって、メタル温度を８００℃以下、好ましくは７００℃以下に調整することで、溶融塩の形成を防止し、熱交換器の腐食を抑制できる。
【００２９】
一方、溶融塩アニオン成分が溶融塩カチオン成分に対して化学量論比よりも多く存在する場合は、さらに燃焼灰中に炭酸塩（Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３）が混在し得る。そのような塩組成物の最低液相生成温度は、７００℃である。よって、メタル温度を７００℃未満、好ましくは６５０℃以下に調整することで、溶融塩の形成を防止し、熱交換器の腐食を抑制できる。
【００３０】
また、本発明は、燃料を燃焼させてエネルギーを生成する装置に接続され、該装置の熱交換器の防食を制御する防食制御装置であって、前記燃料中のＮａ、Ｋ，ＣｌおよびＳの組成情報を取得する取得部と、取得した前記組成情報に基づき、前記燃料を燃焼させてなる燃焼灰中に存在し得るＮａまたはＫの少なくとも一方を含む塩組成物を特定する特定部と、取得した前記組成情報に基づき、前記Ｃｌおよび前記Ｓの総量が、前記Ｎａおよび前記Ｋの総量に対して化学量論比よりも多い場合に、前記燃焼灰中に炭酸塩が存在し、前記Ｃｌおよび前記Ｓの総量が、前記Ｎａおよび前記Ｋの総量に対して化学量論比よりも少ない場合に、前記燃焼灰中に炭酸塩は存在しないと判定する判定部と、前記Ｎａおよび前記Ｋの少なくとも一方を含む塩組成物の多元系融点情報、および、前記熱交換器のメタルの温度と燃料投入量とを相関させた燃料情報が格納されたライブラリと、前記特定部で特定された塩組成物の情報および前記判定部の判定結果に基づき、前記燃焼灰中に存在し得る前記塩組成物に関連した多元系融点情報から前記メタルの設定温度範囲を前記塩組成物の融点未満に決定する決定部と、前記メタルの温度が前記設定温度範囲に納まるよう、前記燃料の投入量を調整する調整部と、を備えた防食制御装置を提供する。
【００３１】
上記発明に一態様において、前記調整部が、前記メタルの計測温度を受信する受信部を有し、受信した前記計測温度が前記設定温度範囲に納まるよう前記燃料の投入量を調整してもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は、燃焼灰中に含まれ得る塩組成物の融点未満となるよう熱交換器のメタルの温度を調整することで、メタル表面での溶融塩の形成を防止できる。それにより、安価な燃料の適用拡大を図るとともに、防食のためのコスト増大を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】一実施形態に係るバイオマス燃焼ボイラの概略構成図である。
【図２】一実施形態に係る防食方法の手順を示す図である。
【図３】多元系融点図の一例を示す図である。
【図４】多元系融点図の一例を示す図である。
【図５】多元系融点図の一例を示す図である。
【図６】多元系融点図の一例を示す図である。
【図７】多元系融点図の一例を示す図である。
【図８】一実施形態に係る防食制御装置の概略構成図である。
【図９】付着灰層の概略図である。
【図１０】バイオマス燃焼ボイラの実機の実灰状況を分析した結果を示す図である。
【図１１】バイオマス燃焼ボイラの実機の実灰状況を分析した結果を示す図である。
【図１２】バイオマスの組成情報を例示する図である。
【図１３】燃料中のカチオン成分（Ｋ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ）とアニオン成分（２Ｃｌ＋ＳＯ４）との関係を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に、本発明に係る防食方法および防食制御装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。本発明は、溶融塩による腐食懸念がある熱交換器を有する、燃料を燃焼させてエネルギーを生成する装置に適用され得る。そのような装置としては、バイオマス燃焼ボイラ、廃棄物燃焼ボイラ、焼却炉、回収ボイラが挙げられる。溶融塩による腐食懸念がある熱交換器は、温熱器、再熱器、節炭器等の伝熱管である。熱交換器を腐食させることが懸念される溶融塩成分は、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、塩素（Ｃｌ）、硫黄（Ｓ）および炭酸（ＣＯ３）である。
【００３５】
本実施形態では、バイオマス燃焼ボイラに適用される防食方法および防食装置について例示する。
【００３６】
図１に、バイオマス燃焼ボイラ１の概略構成図を示す。バイオマス燃焼ボイラ１は、燃料（バイオマス）Ｆを供給する燃料供給部２と、供給された燃料をバーナ３で燃焼させて熱を発生させる火炉４と、火炉４の上方位置およびガス排出口５付近に配設された伝熱管（蒸発器、過熱器、再熱器、節炭器）６群とを備えている。
【００３７】
火炉４内でバイオマスを燃焼させることによって生成された燃焼ガスＧは、火炉４上方に流れ、伝熱管群６と熱交換した後、ガス排出口５から下流の排ガス処理設備等へ排出される。伝熱管群６での熱交換によって発生した高温の蒸気は、図示しない蒸気タービンに供給されて該蒸気タービンを駆動させる。
【００３８】
燃焼ガス中には燃焼灰が含まれている。燃焼灰は、燃焼ガスが流れる途中で、伝熱管群の各伝熱管に付着する。伝熱管は、低合金鋼（２Ｃｒ）、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１０などのメタル材料で構成されている。ＳＵＳはステンレス鋼を意味し、ＳＵＳ３０４およびＳＵＳ３１０は共にステンレス鋼の一種である。
【００３９】
図２に、本実施形態に係る防食方法の手順を示す。本実施形態に係る防食方法は、燃料の組成情報を取得する工程（Ｓ１）、燃焼灰中に存在し得る塩組成物を特定する工程（Ｓ２）、伝熱管のメタルの設定温度範囲を決定する工程（Ｓ３）、および、伝熱管のメタル温度を調整する工程（Ｓ４）を含む。
【００４０】
Ｓ１：燃料の組成情報を取得する工程
燃料のバイオマスには、木質燃料（ペレット、チップ）、稲藁燃料、ＰＫＳ（Ｐｅｒｍ  Ｋｅｒｎｅｌ  Ｓｈｅｌｌ）等が用いられる。同工程では、少なくとも燃料中のＮａ、Ｋ、ＣｌおよびＳの組成情報を取得する。
【００４１】
組成情報は、例えば、高温燃焼法、高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）法、イオンクロマトグラフィー（ＩＣ）法、原子吸光法、ＸＲＦ（Ｘ線回折法）等を用いた分析により取得できる。組成情報は、燃料の販売元が提供する組成情報を利用してもよい。分析により得る場合、組成情報は、燃料購入後、あるいは、燃料使用の前に、取得するのが好ましい。
【００４２】
高温燃焼法は、試料（燃料）を酸素気流中で約１３５０℃に加熱し、全硫黄を酸化して気化し、これを過酸化水素水で捕集した後、水酸化ナトリウム標準液で滴定する方法である（日本工業規格ＪＩＳ  Ｍ  ８８１３参照）。高温燃焼法は、燃料に含まれるＳ（燃焼性Ｓ、不燃性Ｓ）を定量できる。
【００４３】
ＩＣＰ法は、アルゴンガスによって生成される誘導結合プラズマが試料（燃料）を加熱し、原子化・熱励起させて元素の同定・定量を行う方法である。ＩＣＰ法は、燃料に含まれるＮａおよびＫを定量できる。
【００４４】
ＩＣ法は、固定相にイオン交換樹脂、移動相（溶離液）に電解質の水溶液を使った液体クロマトグラフィー（イオン交換クロマトグラフィー）を用いる方法である。得られたクロマトグラムのピークについて、標準液との保持時間の一致によりＣｌを同定・定量できる。燃料は、燃焼装置等で前処理された後、クロマトグラフィーに供される。
【００４５】
Ｓ２：燃焼灰中に存在し得る塩組成物を特定する工程
Ｓ１で取得した組成情報に基づき、燃焼灰中に存在し得る塩組成物を特定する。燃焼灰中に存在し得る塩組成物は、ＮａまたはＫの少なくとも一方を含む。燃焼灰中に存在し得る塩組成物は、１種類の塩からなる組成物または複数の塩が混在した組成物である。
【００４６】
同工程では、例えば、燃料中にＮａ，ＫおよびＣｌが含まれる場合、燃焼灰中にＮａＣｌおよびＫＣｌを含む塩組成物が存在し得ると特定する。例えば、燃料中にＮａ、ＫおよびＳが含まれる場合、燃焼灰中にＮａ２ＳＯ４およびＫ２ＳＯ４を含む塩組成物が存在し得ると特定する。例えば、燃料中にＮａ，Ｋ、ＣｌおよびＳが含まれる場合、燃焼灰中にＮａＣｌ、ＫＣｌ、Ｎａ２ＳＯ４およびＫ２ＳＯ４を含む塩組成物が存在し得ると特定する。
【００４７】
燃焼灰中に存在し得る塩組成物を特定する工程（Ｓ２）は、燃焼灰中にＮａまたはＫを含む炭酸塩（Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３）が存在し得るか否かを判定する工程を含む。該判定する工程では、Ｓ１で取得した組成情報に基づき、燃料中におけるＣｌおよびＳの総量が、ＮａおよびＫの総量に対して化学量論比よりも少ない場合に、燃焼灰中に炭酸塩が存在し得ると判定する。同工程では、Ｓ１で取得した組成情報に基づき、ＣｌおよびＳの総量が、ＮａおよびＫの総量に対して化学量論比よりも多い場合に、燃焼灰中に炭酸塩は存在し得ないと判定する。
【００４８】
Ｓ３：伝熱管のメタルの設定温度範囲を決定する工程
Ｓ２で特定した塩組成物の融点情報に基づき、メタルの設定温度範囲を、Ｓ２で特定された塩組成物が溶融塩とならない温度（融点未満）の範囲に決定する。設定温度範囲の下限は、特に限定されないが、通常は水・蒸気系の圧力で飽和温度となる温度以上に設定し、おおよそ３００℃以上である。
【００４９】
Ｓ２で特定された塩組成物が１種類の塩のみを含む場合は、特定した塩が溶融塩とならない温度（融点未満）の範囲に設定温度範囲を決定する。Ｓ２で特定された塩組成物に複数の塩が含まれる場合、特定された塩に関連する多元系融点図を用いて多元系塩組成物の融点情報を得ることができる。そして、該融点情報に基づき、多元系塩組成物が溶融塩とならない温度の範囲に設定温度範囲を設定する。多元系塩組成物が溶融塩とならない温度の範囲とは、多元系融点図から最低液相生成温度を読み取ることで取得できる。
【００５０】
図３から図７に、多元系融点図を例示する。同図内に記載されている数字は、融点（℃）である。
【００５１】
図３は、ＫＣｌ−ＮａＣｌ−Ｋ２ＳＯ４−Ｎａ２ＳＯ４系塩組成物の４元系融点図（E．K．Akopov  and  A．G．Bergman，Zhur．Neorg．Khim．，4  [7]  1655  (1959)参照）である。
【００５２】
図３によれば、例えば、ＫＣｌ，ＮａＣｌ，Ｋ２ＳＯ４およびＮａ２ＳＯ４が混在する４元系塩組成物は、５１８℃未満の温度で溶融塩にならない（すなわち、固形塩の状態を維持できる）という融点情報が得られる。
【００５３】
図３によれば、例えば、ＫＣｌおよびＮａＣｌが混在する２元系塩組成物は、６５８℃未満の温度で溶融塩にならないという融点情報が得られる。
【００５４】
図４は、ＫＣｌ−Ｎａ２ＣＯ３−Ｎａ２ＳＯ４系塩組成物の３元系融点図（A．G．Bergman  and  A．K．Sementsova，Zhur．Neorg．Khim．，3  [2]  395  (1958)参照）である。
【００５５】
図４によれば、例えば、ＫＣｌ，Ｎａ２ＣＯ３およびＮａ２ＳＯ４が混在する３元系塩組成物は、５４４℃未満の温度で溶融塩にならないという融点情報が得られる。
【００５６】
図５は、ＫＣｌ−Ｋ２ＳＯ４−Ｎａ２ＣＯ３系塩組成物の３元系融点図（A．K．Sementsova  and  A．G．Bergman，Zhur．Obshchel．Khim．，26，995  (1958)参照）である。
【００５７】
図５によれば、例えば、ＫＣｌ，Ｋ２ＳＯ４およびＮａ２ＣＯ３が混在する３元系塩組成物は、５４６℃未満の温度で溶融塩にならないという融点情報が得られる。
【００５８】
図４および図５から得られた融点情報を組み合わせると、燃料がＮａ、Ｋ、ＣｌおよびＳを含み、かつ、炭酸塩を含む多元系塩組成物は、５４４℃未満の温度で溶融塩にならないという融点情報が得られる。なお、図４および図５は図３と異なり、考慮すべき全化合物を網羅していないが、図３からＮａＣｌとＫＣｌ、Ｎａ２ＳＯ４とＫ２ＳＯ４は類似の挙動を示しており、概略の温度として採用できる。
【００５９】
図６は、ＫＣｌ−ＮａＣｌ−Ｋ２ＣＯ３−Ｎａ２ＣＯ３系塩組成物の４元系融点図（R．N．Nyankovskaya，Doklady  Akad．Nauk  S．S．S．R．，83，420  (1952)参照）である。
【００６０】
図６によれば、例えば、ＫＣｌ，ＮａＣｌ，Ｋ２ＣＯ３およびＮａ２ＣＯ３が混在する４元系塩組成物は、５５８℃未満の温度で溶融塩にならないという融点情報が得られる。
【００６１】
図７は、Ｋ２ＳＯ４−Ｎａ２ＳＯ４−Ｋ２ＣＯ３−Ｎａ２ＣＯ３系塩組成物の４元系融点図（A．K．Sementsova，K．A．Bvdoklmova，and  A．G．Bergman，Zhur．Neorg．Khim．，4，146  (1968)参照）である。
【００６２】
図７によれば、例えば、Ｋ２ＳＯ４，Ｎａ２ＳＯ４，Ｋ２ＣＯ３およびＮａ２ＣＯ３が混在する４元系塩組成物は、７００℃未満の温度で溶融塩にならないという融点情報が得られる。
【００６３】
図７によれば、例えば、Ｋ２ＳＯ４およびＮａ２ＳＯ４が混在する２元系塩組成物は、８００℃以下の温度で溶融塩にならないという融点情報が得られる。
【００６４】
Ｓ４：伝熱管のメタル温度を調整する工程
Ｓ３で決定した設定温度範囲に納まるようメタルの温度を調整する。メタル温度は、設計時には排ガス温度と蒸気温度から設計する。水・蒸気サイクル温度が決まっている場合、メタル温度を低くするためには排ガス温度が低い位置に当該メタルを設置する。設計後の燃料変更時等の運用時には負荷調整により、排ガス温度と蒸気温度をコントロールする。
【００６５】
Ｓ４では、設計段階で伝熱管の伝熱面積を調整する第１調整と、バイオマス燃焼ボイラの運転中に燃料の投入量を調整する第２調整とを両方を実施してもよい。第２調整の際、伝熱管のメタル温度を計測し、得られた計測値に基づき、メタル温度がＳ３で決定した設定温度範囲に納まるよう燃料の投入量を制御するとよい。そうすることで、より確実に溶融塩による腐食を防止できる。
【００６６】
次に、本実施形態に係る防食方法を実施するための防食制御装置について説明する。図８に、防食制御装置１０の概略構成図を示す。防食制御装置１０は、取得部１１、特定部１２、判定部１３、ライブラリ１４、決定部１５および調整部１６を備えている。
【００６７】
取得部１１は、バイオマス燃焼ボイラに供給される燃料の組成情報を取得する。組成情報には、少なくともＮａ、Ｋ，ＣｌおよびＳに関する情報が含まれている。
【００６８】
特定部１２は、取得部１１で取得された組成情報を受け取り、該組成情報に基づき、燃焼灰中に存在し得る、ＮａまたはＫの少なくとも一方を含む塩組成物を特定する。
【００６９】
判定部１３は、取得部１１で取得された組成情報を受け取り、該組成情報に基づき、燃焼灰中に炭酸塩が存在し得るか否かを判定する。判定部１３は、ＣｌおよびＳの総量が、ＮａおよびＫの総量に対して化学量論比よりも多い場合に、燃焼灰中に炭酸塩が存在し、ＣｌおよびＳの総量が、ＮａおよびＫの総量に対して化学量論比よりも少ない場合に、燃焼灰中に炭酸塩は存在し得ないと判定するようプログラムされている。
【００７０】
ライブラリ１４は、ＮａおよびＫの少なくとも一方を含む塩の多元系融点情報、および、伝熱管のメタルの温度と燃料投入量とを相関させた燃料情報を格納している。多元系融点情報は、例えば、多元系融点図である。
【００７１】
決定部１５は、特定部１２から特定された塩組成物の情報を受け取る。決定部１５は、判定部１３から判定結果を受け取る。取得した前記組成情報および前記判定部の判定結果に基づき、燃焼灰中に存在し得る塩組成物に関連した多元系融点情報からメタルの設定温度範囲を決定する。設定温度範囲は、燃焼灰中に存在し得る塩組成物が溶融塩なる温度を含まない。
【００７２】
調整部１６は、決定部１５から設定温度範囲の情報を受け取り、該情報に基づいて、メタルの温度が設定温度範囲に納まるよう、バイオマス燃焼ボイラ１の燃料供給部２に燃料の投入量を調整する指令を送る。
【００７３】
調整部１６は、メタルの計測温度を受信する受信部を有しているとよい。調整部１６は、受信した計測温度が前記設定温度範囲に納まるよう燃料の投入量を調整する指令を燃料供給部に送る。
【００７４】
調整部１６は、メタルの計測温度を受信する受信部（不図示）を有しているとことが好ましい。例えば、メタルには熱電対等の温度計測手段が設置され、該温度計測手段が計測して得た温度情報を受信部で受信する。そして、受信した計測温度が設定温度範囲に納まるよう燃料の投入量を調整する。
【００７５】
防食制御装置１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
【００７６】
次に、本実施形態に係る防食方法の手順を上記のように設定した根拠を説明する。
【００７７】
燃焼ガス中には燃焼灰が含まれている。バイオマスを燃焼させた場合、メタルを腐食させる懸念がある溶融塩成分（Ｎａ、Ｋ、ＳおよびＣｌ）が燃焼灰中に含まれている。
【００７８】
燃焼ガスＧが流れる途中で、燃焼灰粒子が伝熱管６ａ表面（メタル）に付着し、これが蓄積されて付着灰層２０が形成される。図９に付着灰層２０の概略図を示す。付着灰層２０は、燃焼灰の粒子（フライアッシュ）ＦＡと空隙Ｖで構成されている。空隙Ｖは、溶融塩成分およびガスで構成されている。
【００７９】
図９に示すように、付着灰層２０が形成された後も、付着灰層２０表面側に流れる燃焼ガスＧから溶融塩成分ＭＳが付着灰層２０中に浸透する。そのため、溶融塩成分ＭＳは、付着灰層の内部で濃縮される。通常、溶融塩成分（特にＣｌ）が溶融塩の状態でメタルに接触すると、激しい腐食が誘発される。
【００８０】
一方、本願発明者は鋭意研究の結果、付着灰層２０中に溶融塩成分が濃縮されていたとしても、メタルに接触する部分で溶融塩成分を固体塩として存在させれば、メタルの腐食を大きく抑制できるという知見を得た。
【００８１】
図１０および図１１に、バイオマス燃焼ボイラの実機の実灰状況を分析した結果を示す。分析は、ＥＰＭＡを用いた面分析である。図１０は、実灰が蓄積して形成された付着灰層中のＣｌ分布を表す図である。図１１は、図１０の現象を計算で再現した図である。計算は、シャイル凝固計算を組み込んだ熱力学計算により行った。用いたソフトはＣｈｅｍＳｈｅｅｔｖｅｒ  １．８９である。図１１（Ａ）は、溶融塩成分の溶融量分布（相対値）と付着灰層内温度（℃）との関係を示す図である。図１１（Ｂ）は、燃焼灰組成（相対値）と付着灰層内温度（℃）との関係を示す図である。
【００８２】
付着灰層２０内温度は、伝熱管６ａの表面側の最内層２１が最も低く、外層２３に向けて高くなっていた。最内層２１内の温度は４１０℃−５２５℃程度、内層２２内の温度は５３５℃−６５０℃程度、外層２３内の温度は６６０℃−７００℃であった。
【００８３】
図１０および図１１によれば、付着灰層２０におけるＣｌ含有量は、最内層２１および外層２３で極少なく、内層２２で多かった。これにより、付着灰層２０は伝熱管６ａ側から順に、最内層２１、内層２２、外層２３の３つの層に区分けできることが確認された。図には示さないが、付着灰層２０のＳおよびＫについてもＣｌと同様に計測した。その結果、ＳおよびＫについては、Ｃｌほど分布に偏りがなく、最内層２１および外層２３にもある程度の量が存在していた。
【００８４】
図１１によれば、最内層２１および外層２３での溶融はなく、内層２２のみで溶融塩が存在する。
【００８５】
上記結果によれば、特に激しい腐食の要因となるＣｌの分布には偏りがあり、最内層２１にはＣｌがほとんど存在しなかった。固体塩に含まれるＣｌは接触点での非常に緩慢な固相間移動を伴うため腐食速度は小さく、相内の移動速度が大きい溶融塩に含まれるＣｌによるメタルの腐食速度は大きい。この事実は、図１０の付着灰層２０の状態、すなわち、Ｃｌを含む溶融塩がメタル側（最内層２１）に浸透してこない状態を維持できれば、メタルの腐食を大幅に抑制できることを示唆している。
【００８６】
Ｃｌを含む溶融塩をメタル側に浸透させないようにするため、上記実施形態では、メタル温度を、溶融塩が形成されない温度（塩組成物の融点未満）の範囲に設定する。最内層２１は、内層２２および外層２３で覆われているため、外層２３および内層２２と比較して高温の燃焼ガスＧの影響を受けにくい。メタルを溶融塩が形成されない温度に調整することで、最内層２１中の溶融塩成分は固体塩の状態を維持するとともに、固体塩は、内層２２からの溶融塩の浸透をブロックできる。その結果、メタルの腐食が抑制される。
【００８７】
図１２に、バイオマスの組成情報を例示する。瀝青炭（石炭）は、カチオン成分（ＮａおよびＫ）に比べて、アニオン成分（ＣｌおよびＳ）が多く含まれていた。廃棄物（製紙工場の廃棄物燃料）は、石炭と比較すると、カチオン成分に対するアニオン成分の割合が少なかった。木質チップ（バイオマス）は、アニオン成分よりもカチオン成分の方が多く含まれていた。
【００８８】
図１３に、燃料中のカチオン成分（Ｋ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ）とアニオン成分（２Ｃｌ＋ＳＯ４）との関係を示す。同図において、◆プロットが廃棄物燃料、●プロットが木質燃料である。図１３によれば、廃棄物燃料は、アニオン成分の総量が、カチオン成分の総量に対して化学量論比よりも多かった。木質燃料は、アニオン成分の総量が、カチオン成分の総量に対して化学量論比よりも少なかった。
【００８９】
石炭や廃棄物のようにアニオン成分がカチオン成分よりも多い場合には、カチオン成分（Ｎａ、Ｋのアルカリ金属）が、ＣｌおよびＳと反応して、塩素化合物および硫酸塩を優先的に形成する（検証済）。よって、炭酸塩はほとんど形成されない。
【００９０】
一方、バイオマスのようにカチオン成分がアニオン成分よりも多い場合、余剰のカチオン成分が炭酸ガス（ＣＯ２）と反応して、炭酸塩を形成すると推定される。
【００９１】
図１２からもわかるように、燃料には、通常、複数の溶融塩成分が含まれている。そのため、燃焼灰中に存在し得る塩の組み合せも複数考えられる。複数の塩が混在する多元系組成物は、塩の組み合せ、および、含有比率に応じて融点が異なる。よって、メタル温度の設定温度範囲の決定には、燃焼灰中に存在し得る塩組成物を特定する必要がある。
【００９２】
さらに、上述のように、石炭および廃棄物を燃料とした場合と比較して、バイオマス燃料の燃焼灰には炭酸塩が含まれる可能性が高いため、炭酸塩の存在有無を判定する必要もある。
【００９３】
燃焼灰中に存在し得る塩組成物を特定し、さらに、炭酸塩の存在有無を判定することで、適切な融点情報（多元系融点図）を選択できるようになる。その結果、より確実に最内層２１で溶融塩が生じないようメタル温度を調整でき、防食効果を高めることができる。
【００９４】
本発明によれば、メタル表面での溶融塩の形成を防ぐことで、伝熱管のメタルの腐食を防止できる。本発明によれば、伝熱管材料として高価なメタルの使用や、燃料制限等によらず、塩素による腐食を避けることができる。これにより、安価な燃料の適用拡大を図るとともに、防食のためのコスト増大を抑制できる。
【００９５】
付着灰層２０と伝熱管６a表面が、溶融塩が凝固し、密着した状態で付着している場合、Ｃｌを含まない燃料であっても、硫化または浸炭による腐食リスクの懸念がある。そのため、Ｃｌを含まない燃料であっても、本発明に係る防食方法を適用することが好ましい。
【符号の説明】
【００９６】
１  バイオマス燃焼ボイラ（燃料を燃焼させてエネルギーを生成する装置）
２  燃料供給部
３  バーナ
４  火炉
５  ガス排出口
６  伝熱管（熱交換器）
１０  防食制御装置
１１  取得部
１２  特定部
１３  判定部
１４  ライブラリ
１５  決定部
１６  調整部
【図１】
2018146137.tif 000003
【図２】
2018146137.tif 000004
【図３】
2018146137.tif 000005
【図４】
2018146137.tif 000006
【図５】
2018146137.tif 000007
【図６】
2018146137.tif 000008
【図７】
2018146137.tif 000009
【図８】
2018146137.tif 000010
【図９】
2018146137.tif 000011
【図１０】
2018146137.tif 000012
【図１１】
2018146137.tif 000013
【図１２】
2018146137.tif 000014
【図１３】
2018146137.tif 000015