(57)【要約】【課題】燃焼灰の付着厚さに基づく除灰時期決定装置及び除灰時期決定方法を提供する。【解決手段】燃焼炉で生成した燃焼ガスの流路３に設けられる伝熱管３０に付着した燃焼灰Ａの除去時期を決定するための除灰時期決定装置６０であって、伝熱管３０への燃焼灰Ａの付着厚さの測定値が予め定められた閾値以上となったときに、伝熱管３０に付着した燃焼灰Ａの除去時期であると決定するための演算装置５０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼炉で生成した燃焼ガスの流路に設けられる構造物に付着した燃焼灰の除去時期を決定するための除灰時期決定装置であって、
前記構造物への前記燃焼灰の付着厚さの測定値が予め定められた閾値以上となったときに、前記構造物に付着した燃焼灰の除去時期であると決定するための演算装置を備えることを特徴とする、除灰時期決定装置。
【請求項２】
前記閾値は、前記構造物上における前記燃焼灰の付着層のうち外層部の温度が前記燃焼灰の融点未満となる前記燃焼灰の臨界付着厚さよりも小さな値に設定されたことを特徴とする、請求項１に記載の除灰時期決定装置。
【請求項３】
前記構造物としての伝熱管を模擬したプローブを含み、当該プローブへの前記燃焼灰の付着量の測定結果から、前記伝熱管への前記燃焼灰の付着厚さの前記測定値を取得するように構成された付着厚さ測定装置を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の除灰時期決定装置。
【請求項４】
当該付着厚さ測定装置は、
前記流路を形成する流路壁を貫通して設けられ、前記燃焼ガスに曝されるように前記流路内に位置する先端部、及び、前記流路の外側に位置する基端部を有するプローブと、
前記プローブを搖動中心周りに搖動可能に支持するためのサポートと、
前記プローブの前記基端部から受ける上方向への荷重を検出し、前記プローブへの前記燃焼灰の付着量を測定するためのロードセルと、を含むことを特徴とする、請求項３に記載の除灰時期決定装置。
【請求項５】
前記付着厚さ測定装置は、
前記プローブの外表面から前記プローブに設けられて熱媒体が流れる内部流路に向かう熱流束を測定するための熱流束測定部と、
当該熱流束測定部による前記熱流束の測定結果に基づいて、前記ロードセルによる前記付着量の測定結果を補正するための補正部と、を含むことを特徴とする、請求項４に記載の除灰時期決定装置。
【請求項６】
前記プローブは、前記流路内において、前記構造物としての伝熱管に対して前記燃焼ガスの流れ方向上流側に設けられたことを特徴とする、請求項３〜５の何れか１項に記載の除灰時期決定装置。
【請求項７】
前記流路の前記燃焼ガスの流れ方向において、前記燃焼灰を除去するためのスートブロワと、前記プローブと、前記構造物としての伝熱管とがこの順で設けられたことを特徴とする、請求項３〜６の何れか１項に記載の除灰時期決定装置。
【請求項８】
前記プローブは、前記流路内において、前記燃焼ガスの流れ方向に対して直交する方向に沿って延在することを特徴とする、請求項３〜７の何れか１項に記載の除灰時期決定装置。
【請求項９】
燃焼炉で生成した燃焼ガスの流路に設けられる構造物に付着した燃焼灰の除去時期を決定するための除灰時期決定方法であって、
前記構造物への前記燃焼灰の付着厚さの測定値が予め定められた閾値以上となったときに、前記構造物に付着した燃焼灰の除去時期を決定する除灰時期決定ステップを含むことを特徴とする、除灰時期決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、除灰時期決定装置及び除灰時期決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラ、焼却炉等の燃焼炉では燃焼灰が生じ、生じた燃焼灰は燃焼炉の構造物に付着する。そして、付着した燃焼灰は、スートブロワ等の除灰装置によって除灰される。除灰方法に関する技術として、特許文献１の明細書段落００４３には、構造物（伝熱管）に付着した燃焼灰量が所定の閾値を超える場合に、スートブロワにより伝熱管の除灰を行うことが記載されている。この際、燃焼ガスの流路に設けられたプローブの質量を参照しながら、スートブロワの運転条件を決定することが記載されている（同段落参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−５２７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１には、構造物に付着した燃焼灰の付着厚さに基づいて除灰時期を決定することは記載されていない。
【０００５】
本発明の少なくとも一実施形態は、燃焼灰の付着厚さに基づく除灰時期決定装置及び除灰時期決定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】
【０００６】
（１）本発明の一実施形態に係る除灰時期決定装置は、燃焼炉で生成した燃焼ガスの流路に設けられる構造物に付着した燃焼灰の除去時期を決定するための除灰時期決定装置であって、前記構造物への前記燃焼灰の付着厚さの測定値が予め定められた閾値以上となったときに、前記構造物に付着した燃焼灰の除去時期であると決定するための演算装置を備えることを特徴とする。
【０００７】
上記（１）の構成によれば、燃焼灰の付着厚さが閾値以上となったときに除灰を行うので、構造物への燃焼灰の付着厚さが過度に厚くなることを抑制することができる。このため、燃焼ガス流路の灰詰まりによる燃焼炉の運転停止を避けることが可能である。また、燃焼灰の付着厚さが過度に厚くなることが抑制されるため、付着灰の溶融固化現象による付着灰の固着化を抑制することができる。一方、付着厚さが閾値以上になるまでは燃焼灰の付着を許容するため、除灰に用いる水蒸気噴霧頻度の適正化による構造物のエロージョンを抑制することができる。
【０００８】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記閾値は、前記構造物上における前記燃焼灰の付着層のうち外層部の温度が前記燃焼灰の融点未満となる前記燃焼灰の臨界付着厚さよりも小さな値に設定されたことを特徴とする。
【０００９】
上記（２）の構成によれば、臨界付着厚さよりも燃焼灰の付着厚さが薄い状態を維持できるため、燃焼灰の付着層のうち構造物近傍の外層部の温度を融点以下に維持することができる。この結果、燃焼灰の構造物への固着を抑制することができる。
【００１０】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記構造物としての伝熱管を模擬したプローブを含み、当該プローブへの前記燃焼灰の付着量の測定結果から、前記伝熱管への前記燃焼灰の付着厚さの前記測定値を取得するように構成された付着厚さ測定装置を備えることを特徴とする。
【００１１】
上記（３）の構成によれば、構造物としての伝熱管に付着した燃焼灰の厚さを直接測定することが難しい場合であっても、プローブへの燃焼灰の付着量を測定することで、伝熱管に付着した燃焼灰の厚さを間接的に取得することができる。
【００１２】
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、当該付着厚さ測定装置は、前記流路を形成する流路壁を貫通して設けられ、前記燃焼ガスに曝されるように前記流路内に位置する先端部、及び、前記流路の外側に位置する基端部を有するプローブと、前記プローブを搖動中心周りに搖動可能に支持するためのサポートと、前記プローブの前記基端部から受ける上方向への荷重を検出し、前記プローブへの前記燃焼灰の付着量を測定するためのロードセル、を含むことを特徴とする。
【００１３】
上記（４）の構成によれば、ロードセルを用いて、流路の外側に位置するプローブの揺動により生じた荷重に基づいて、流路内に位置するプローブの先端部に付着した燃焼灰の付着量を、検出することができる。これにより、流路内に位置するプローブの先端部への燃焼灰の付着量を、流路の外側から測定することができる。また、燃焼灰の付着に伴うプローブの搖動に起因して、プローブの先端部が下降する一方、プローブの基端部が上昇するため、燃焼灰の付着量を検出することができる。
【００１４】
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、前記付着厚さ測定装置は、前記プローブの外表面から前記プローブに設けられて熱媒体が流れる内部流路に向かう熱流束を測定するための熱流束測定部と、当該熱流束測定部による前記熱流束の測定結果に基づいて、前記ロードセルによる前記付着量の測定結果を補正するための補正部と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
上記（５）の構成によれば、時間の経過に伴ってロードセルのゼロ点が変動した場合であっても（所謂ゼロ点ドリフト）、熱流束の測定結果に基づいて、燃焼灰の先端部への付着量を補正することができる。
【００１６】
（６）幾つかの実施形態では、上記（３）〜（５）の何れか１の構成において、前記プローブは、前記流路内において、前記構造物としての伝熱管に対して前記燃焼ガスの流れ方向上流側に設けられたことを特徴とする。
【００１７】
上記（６）の構成によれば、プローブが伝熱管よりも燃焼ガスの流れ方向上流側に設けられたため、伝熱管の存在の影響を実質的に受けずに、燃焼灰をプローブに付着させることができる。このため、伝熱管の除灰時期を適切に決定することができる。
【００１８】
（７）幾つかの実施形態では、上記（３）〜（６）の何れか１の構成において、前記流路の前記燃焼ガスの流れ方向において、前記燃焼灰を除去するためのスートブロワと、前記プローブと、前記構造物としての伝熱管とがこの順で設けられたことを特徴とする。
【００１９】
上記（７）の構成によれば、スートブロワによって伝熱管を除灰する際、スートブロワと伝熱管との間に設けられたプローブも一緒に除灰することができる。また、スートブロワによる除灰に起因した伝熱管のエロージョンを抑制することができる。
【００２０】
（８）幾つかの実施形態では、上記（３）〜（７）の何れか１の構成において、前記プローブは、前記流路内において、前記燃焼ガスの流れ方向に対して直交する方向に沿って延在することを特徴とする。
【００２１】
上記（８）の構成によれば、プローブに燃焼ガスが吹き付けられやすくなり、プローブへの燃焼灰の付着を生じ易くすることができる。この結果、プローブへの燃焼灰の付着のし易さを、伝熱管への燃焼灰の付着し易さに近づけることができる。このため、伝熱管への燃焼灰の付着厚さを、プローブへの燃焼灰の付着厚さによって精度よく測定することができる。
【００２２】
（９）本発明の一実施形態に係る除灰時期決定方法は、燃焼炉で生成した燃焼ガスの流路に設けられる構造物に付着した燃焼灰の除去時期を決定するための除灰時期決定方法であって、前記構造物への前記燃焼灰の付着厚さの測定値が予め定められた閾値以上となったときに、前記構造物に付着した燃焼灰の除去時期を決定する除灰時期決定ステップを含むことを特徴とする。
【００２３】
上記（９）の方法によれば、燃焼灰の付着厚さが閾値以上となったときに除灰を行うので、構造物への燃焼灰の付着厚さが過度に厚くなることを抑制することができる。このため、燃焼ガス流路の灰詰まりによる燃焼炉の運転停止を避けることが可能である。また、燃焼灰の付着厚さが過度に厚くなることが抑制されるため、付着灰の溶融固化現象による付着灰の固着化を抑制することができる。一方、付着厚さが閾値以上になるまでは燃焼灰の付着を許容するため、除灰に用いる水蒸気噴霧頻度の適正化による構造物のエロージョンを抑制することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、燃焼灰の付着厚さに基づく除灰時期決定装置及び除灰時期決定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る除灰時期決定装置、及び、除灰装置を備えるボイラを示す図である。
【図２】付着厚さ測定装置に備えられるプローブに付着した燃焼灰の付着厚さを測定するための付着厚さ測定装置を示す図である。
【図３】時間と、ロードセルの測定値に基づくプローブへの燃焼灰の付着量との関係を示すグラフである。
【図４】ボイラに備えられる２つのカメラにより撮像される部位を説明する図である。
【図５】ロードセルの測定値に基づく付着厚さと、熱流束測定部の測定値に基づく付着厚さとの関係を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態に係る除灰時期決定装置のブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る除灰時期決定装置により決定された除灰時期に除灰を行うスートブロワの制御フローである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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、以下に実施形態として記載されている内容又は図面に記載されている内容は、あくまでも例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、任意に変更することができる。また、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。
例えば、「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。
例えば、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。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「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。
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態に係る演算装置５０、及び、スートブロワ２０を備えるボイラ１（燃焼炉）を示す図である。この図１は、スートブロワ２０は、スートブロワ２０の稼動中には燃焼ガス流路３（燃焼ガスの流路）に突出しており、スートブロワ２０による除灰を実施している。一方で、スートブロワ２０の停止中には、スートブロワ２０は紙面右側に移動し、燃焼ガス流路３には突出しないようになっている。
【００２８】
ボイラ１は、燃料の燃焼により生じた高温の燃焼ガスにより、伝熱管３０を流れる水を加熱するものである。加熱された水は水蒸気となる。そして、生成した水蒸気によって図示しない水蒸気タービンが回転駆動され、これにより、水蒸気タービンに接続された図示しない発電機による発電が行われる。
【００２９】
ボイラ１では、燃料の燃焼により燃焼灰Ａが生じる。燃焼灰Ａは、ボイラ１で生成した燃焼ガス（燃焼ガス）の燃焼ガス流路３に設けられる伝熱管３０（構造物）に付着する。伝熱管３０に付着した燃焼灰Ａの付着量が多くなれば、燃焼ガスの有する熱が、伝熱管３０を流れる水に伝わりにくくなる。この結果、水蒸気の発生量が減少し、得られる電力が減少する。そこで、スートブロワ２０により、伝熱管３０のような構造物からの除灰を行うことが好ましい。
【００３０】
スートブロワ２０としては、例えば、水蒸気を噴霧する型式のものが使用される。しかし、水蒸気は、本来であれば発電に供与されるべき貴重な熱源である。そのため、この水蒸気のロスを少なくするには、スートブロワ２０による除灰の回数は少ないことが好ましい。そこで、本発明の一実施形態では、伝熱管３０への燃焼灰Ａの付着厚さの測定値が予め定められた閾値以上となったときに、伝熱管３０に付着した燃焼灰Ａの除去時期であると決定するための演算装置５０が備えられている。そして、演算装置５０は、決定された除灰時期にスートブロワ２０を運転し、伝熱管３０の除灰が実行される。なお、演算装置５０は、除灰時期決定装置の少なくとも一部を構成するものである。
【００３１】
ボイラ１は、燃焼装置２と、燃焼ガス流路３と、スートブロワ２０と、付着厚さ測定装置１０と、伝熱管３０と、カメラ４１，４２を備える。なお、スートブロワ２０は、図１では１つのみ図示しているが、ボイラ１には２つ備えられていることもある（図４参照）。燃焼装置２は、図示しない燃料を燃焼させ、高温の燃焼ガスを生成させるものである。生成した燃焼ガスは、図１において白抜矢印で示すように燃焼ガス流路３を流れ、図示しない排ガス処理装置に供給される。ここで、燃焼ガスには、燃焼灰Ａが含まれる。そのため、燃焼ガス流路３を燃焼ガスが流れると、燃焼灰Ａは、燃焼ガス流路３の途中に存在する付着厚さ測定装置１０のプローブ１１（後記する）及び伝熱管３０に付着する。なお、燃焼ガスが発生するボイラ１の運転中には、上記のように、スートブロワ２０は燃焼ガス流路３に突出していない。そのため、燃焼灰Ａはスートブロワ２０には付着しない。
【００３２】
スートブロワ２０（除灰装置）は、伝熱管３０に付着した燃焼灰Ａの除灰を行うものである。スートブロワ２０は、中空状になっており、弁２２の開度をモータ２３によって調整することで、スートブロワ２０の内部への水蒸気の供給が制御される。スートブロワ２０の内部に供給された水蒸気は、先端に設けられた噴霧孔２０ａ（図２参照、図１では図示しない）を通じて、図１の破線で示すように燃焼ガス流路３の内部に噴霧される。
【００３３】
スートブロワ２０は、紙面左右方向に駆動させるとともに、水蒸気の通流方向を軸中心として回転させるアクチュエータ２１を備える。アクチュエータ２１の駆動により、燃焼ガス流路３の内部の紙面左右方向及び紙面手前奥方向の任意の位置に、水蒸気噴霧が可能となる。特に、スートブロワ２０の下方にはプローブ１１（後記する）及び伝熱管３０が配置されていることから、スートブロワ２０の駆動により、プローブ１１（後記する）及び伝熱管３０が行われ易くなる。
【００３４】
付着厚さ測定装置１０は、伝熱管３０に付着した燃焼灰Ａの付着厚さを測定するものである。ただし、本発明の一実施形態では、伝熱管３０に付着した燃焼灰Ａの付着厚さを直接測定するのではなく、伝熱管３０を模したプローブ１１への燃焼灰Ａの厚さを測定することで、間接的に、伝熱管３０に付着した燃焼灰Ａの付着厚さが測定される。付着厚さ測定装置１０の構成について、図２を参照しながら説明する。
【００３５】
図２は、付着厚さ測定装置１０に備えられるプローブ１１に付着した燃焼灰Ａの付着厚さを測定するための付着厚さ測定装置１０を示す図である。図２には、説明の便宜のために、上記のスートブロワ２０及びそれに備えられる噴霧孔２０ａも示している。
【００３６】
付着厚さ測定装置１０は、プローブ１１と、サポート１３と、ロードセル１５とを備える。プローブ１１は、燃焼ガス流路３を形成する流路壁４（図１参照）を貫通して設けられ、燃焼ガスに曝されるように燃焼ガス流路３内に位置する先端部１１ａ、及び、燃焼ガス流路３の外側に位置する基端部１１ｂを有する。プローブ１１は、伝熱管３０を模したものであり、水及び空気を流すことができるように三重管になっている。即ち、プローブ１１では、内管１１ａ１を通って先端まで水が流れ、先端の部分で水が折り返し、中管１１ａ２を通って戻ってくるようになっている。また、空気は、中管ａ２の外側の外管１１ａ３を流れ、外側の燃焼ガスの熱を受け取り内側の水へ伝え、プローブ１１の先端から燃焼装置２の側に排出される。水及び空気を併用することで、伝熱管３０の温度を精度よく模擬することができる。そのため、プローブ１１の管温度を構造物と同じ程度とするため三重管構造としている。
【００３７】
なお、内管１１ａ１への水の導入、中管１１ａ２からの水の排出、及び、外管１１ａ３への空気の導入は、プローブ１１に設けられた図示しない給水口及び排水口を通じて行われる。空気の温度としては、伝熱管３０に流れる水の温度と同じ程度（同じでもよい）とすることができる。
【００３８】
プローブ１１の先端部１１ａには、プローブ１１の外表面からプローブ１１に設けられて熱媒体が流れる内部流路に向かう熱流束を測定するための熱流束測定部１６が設けられる。熱流束測定部１６により、プローブ１１への燃焼灰Ａの付着厚さを測定することができる。また、詳細は後記するが、ロードセル１５と熱流束測定部１６とを併用することで、ロードセル１５における所謂ゼロ点ドリフトを補正することができる。
【００３９】
熱流束測定部１６は例えば熱電対であり、第１金属１６ａと、第１金属とは異なる金属である第２金属１６ｂとを備える。これらのうち、第１金属１６ａは、プローブ１１の先端部１１ａの外表面に設けられる。一方で、第２金属１６ｂは、プローブ１１の先端部１１ａの中管１１ａ２の内壁に設けられる。従って、第１金属１６ａと第２金属１６ｂとは、プローブ１１の管壁を通り、外部から内部の水に伝わる熱流束を測定可能なように配置される。第１金属１６ａ及び第２金属１６ｂは、それぞれ、図２において破線矢印で示す電気信号線を通じ、図１に示した演算装置５０に接続される。
【００４０】
熱流束測定部１６により、第１金属１６ａと第２金属１６ｂとの間の熱流束が測定される。熱流束測定部１６により測定された熱流束は、図２では図示していない燃焼ガス（図１参照）が有する熱に起因するものである。そのため、熱流束測定部１６により測定された熱流束と同じ熱流束が、燃焼灰Ａの付着層を流れたと考えることができる。
【００４１】
熱は、プローブ１１の外表面からプローブ１１の内面を流れる流体に伝わる。プローブ１１の外面温度（第１金属１６ａの部分）とプローブの内面温度（第２金属１６ｂの部分）との温度差にプローブ１１の熱伝導率を乗じたものが熱流束となる。そして、プローブ１１の外表面に灰が付着すると断熱効果を呈するため、熱流束が小さくなり、プローブ１１の外面温度が低下する。そのため、熱流束の変化で付着量を推算することが可能である。なお、定常状態の検出は良好（精度が良い）であるが、一方で、付着灰が瞬時に除去されるようなケースではプローブ１１の全体の熱容量が大きいために、過渡応答時間が長くなることがある。そこで、詳細は後記するが、ロードセル１５が併用される。
【００４２】
プローブ１１の基端部１１ｂには、ロードセル１５が設けられる。ロードセル１５は、プローブ１１の基端部１１ｂから受ける上方向への荷重を検出し、プローブ１１への燃焼灰Ａの付着量を測定するためのものである。即ち、ロードセル１５の上面１５ａと、サポート１３の下面１３ａとは接触している。そのため、上記の先端部１１ａに燃焼灰Ａが付着し、揺動支持部１３ｂ（後記する）を揺動中心として先端部１１ａが下降すれば、基端部１１ｂには上昇しようとする荷重がかかる。そこで、上昇しようとする荷重をロードセル１５によって測定することで、プローブ１１への燃焼灰Ａの付着量が測定される。
【００４３】
プローブ１１において、先端部１１ａの紙面左右方向への長さ（燃焼ガス流路３への突出量）と、基端部１１ｂの紙面左右方向の長さ（流路壁４から外部への突出量）との長さの関係としては、先端部１１ａの方が長いことが好ましい。先端部１１ｂが基端部１１ｂよりも長いことで、先端部ａへの燃焼灰Ａの付着量が多くなり、検出感度を向上させることができる。具体的な長さとしては、例えば、基端部１１ｂの長さを１としたときに、先端部１１ａの長さは、例えば１より大きく、好ましくは１．５以上、より好ましくは２以上である。
【００４４】
ロードセル１５により測定される値は、プローブ１１への燃焼灰Ａの付着質量である。従って、付着質量から付着厚さに換算するために、予め決定された燃焼灰の種類と密度との関係（例えば厚さ換算部５２に含まれるデータベース）から、燃焼灰の付着質量に基づいて、燃焼灰Ａの体積が算出される。そして、算出された体積と、プローブ１１に燃焼灰Ａが付着する部分の表面（例えば先端部１１ａの上半分の表面積）とに基づき、付着厚さ（燃焼灰Ａの付着高さ）が算出される。ここで、上記のように、プローブ１１は、伝熱管３０を模したものである。そのため、プローブ１１への燃焼灰Ａの付着厚さを測定（決定）することで、間接的に、伝熱管３０への燃焼灰Ａの付着厚さが測定（決定）される。
【００４５】
即ち、上記の付着厚さ測定装置１０によって、プローブ１１への燃焼灰Ａの付着量の測定結果から、伝熱管３０への燃焼灰Ａの付着厚さの測定値が取得される。このようにすることで、構造物としての伝熱管３０に付着した燃焼灰Ａの厚さを直接測定することが難しい場合であっても、プローブ１１への燃焼灰Ａの付着量を測定することで、伝熱管３０に付着した燃焼灰Ａの厚さを間接的に取得することができる。
【００４６】
図３は、時間と、ロードセル１５の測定値に基づくプローブ１１への燃焼灰Ａの付着量との関係を示すグラフである。図３に示したグラフは、同じ条件で燃料を燃焼させ、燃焼灰Ａの生成量が変化しない（ほとんど変化しない場合を含む）場合に得られるグラフである。ただし、図３に示すグラフは、本発明の一実施形態を説明するために作成した模式的なグラフであり、実際のグラフは図３に示したグラフと必ずしも一致するものではない。
【００４７】
図３に示すように、時間の経過とともに、ロードセル１５の測定値に基づく付着量は線形（ほぼ線形を含む）で増加する。このことは、実際の燃焼灰Ａの付着量と、ロードセル１５の測定値に基づき算出される付着量とは、線形の関係にあることを示している。従って、例えば燃焼灰Ａの付着量に関わらず、ロードセル１５の測定値は燃焼灰Ａの付着量を適切に表しているといえる。そのため、プローブ１１に燃焼灰Ａが付着すれば、その付着量に対応する測定値がロードセル１５において速やかに得られ、応答性に優れる。この結果、ロードセル１５を使用することで、プローブ１１への燃焼灰Ａの付着量を適切に把握することができる。
【００４８】
図２に戻って、サポート１３は、プローブ１１を搖動中心周りに搖動可能に支持するためのものである。プローブ１１は、サポート１３に含まれる揺動支持部１３ｂを揺動中心として、サポート１３に支持される。サポート１３は、流路壁４に対して固定されている。そのため、上記のプローブ１１は、流路壁４に固定されたサポート１３の揺動支持部１３ｂを揺動中心として揺動する。
【００４９】
付着厚さ測定装置１０は、上記のようにプローブ１１、サポート１３及びロードセル１５を含む。このため、ロードセル１５を用いて、燃焼ガス流路３の外側に位置するプローブ１１の揺動により生じた荷重に基づいて、燃焼ガス流路３内に位置するプローブ１１の先端部１１ａに付着した燃焼灰Ａの付着量を検出することができる。これにより、燃焼ガス流路３内に位置するプローブ１１の先端部１１ａへの燃焼灰Ａの付着量を、燃焼ガス流路３の外側から測定することができる。また、燃焼灰Ａの付着に伴うプローブ１１の搖動に起因して、プローブ１１の先端部１１ａが下降する一方、プローブ１１の基端部１１ｂが上昇するため、燃焼灰Ａの付着量を検出することができる。
【００５０】
なお、付着厚さ測定装置１０は、上記の構成のほか、例えばカメラによる画像解析、レーザ光による測定等の方法を併用あるいは置き換えてもよい。
【００５１】
図１に戻って、伝熱管３０は、高温の燃焼ガスの熱によって水蒸気を生成するものである。生成した水蒸気は、伝熱管３０に接続された図示しない蒸気タービンに供給される。
【００５２】
伝熱管３０は、燃焼ガス流路３内において、途中で折り返しつつ、燃焼ガスの流れ方向（紙面上下方向）に対して直交（紙面左右方向）する方向に沿って延在する。一方で、プローブ１１も、伝熱管３０と同様に、燃焼ガス流路３内において、燃焼ガスの流れ方向（紙面上下方向）に対して直交（紙面左右方向）する方向に沿って延在する。これにより、プローブ１１に燃焼ガスが吹き付けられやすくなり、プローブ１１への燃焼灰Ａの付着を生じ易くすることができる。この結果、プローブ１１への燃焼灰Ａの付着のし易さを、伝熱管３０への燃焼灰の付着し易さに近づけることができる。このため、伝熱管３０への燃焼灰Ａの付着厚さを、プローブ１１への燃焼灰Ａの付着厚さによって精度よく測定することができる。
【００５３】
また、上記のプローブ１１は、燃焼ガス流路３内において、構造物としての伝熱管３０に対して燃焼ガスの流れ方向上流側に設けられている。プローブ１１が伝熱管３０よりも燃焼ガスの流れ方向上流側に設けられたため、伝熱管３０の存在の影響を実質的に受けずに、燃焼灰Ａをプローブ１１に付着させることができる。このため、伝熱管３０の除灰時期を適切に決定することができる。
【００５４】
さらに、燃焼ガス流路３の燃焼ガスの流れ方向において、燃焼灰Ａを除去するためのスートブロワ２０と、プローブ１１と、構造物としての伝熱管３０とがこの順で設けられている。これにより、スートブロワ２０によって伝熱管３０を除灰する際、スートブロワ２０と伝熱管３０との間に設けられたプローブ１１も一緒に除灰することができる。また、スートブロワ２０による除灰に起因した伝熱管３０のエロージョンを抑制することができる。付着灰がないときにスートブロワ２０を稼動させると噴霧した水蒸気によるエロージョンの可能性がある。そこで、灰付着が検出されない場合にはスートブロワ２０を稼動させないことでエロージョンが防止できる。
【００５５】
ボイラ１において、スートブロワ２０の上方には、スートブロワ２０、プローブ１１、及び伝熱管３０の外観を把握するためのカメラ４１，４２が設けられる。カメラ４１，４２による撮像位置について、図４を参照しながら説明する。
【００５６】
図４は、ボイラ１に備えられる２つのカメラ４１，４２により撮像される部位を説明する図である。カメラ４１，４２は異なる方向を向いており、プローブ１１及び伝熱管３０の全体を撮像可能にカメラ４１，４２が備えられる。特に、カメラ４１，４２は、スートブロワ２０から離れた場所（除灰しにくい場所）を撮像するように備えられる。カメラ４１は、スートブロワ２０及び伝熱管３０が突出している流路壁４の面を撮像する。一方、カメラ４２は、プローブ１１が突出している流路壁４の面を撮像する。
【００５７】
カメラ４１，４２により、プローブ１１及び伝熱管３０のうちの流路壁４及び流路壁４の近傍に付着した燃焼灰Ａの様子を把握でき、燃焼灰Ａの付着量を定性的に確認できる。そして、燃焼灰Ａの付着量がカメラ４１，４２を介した目視で多そうであると考えらえるときには、例えばスートブロワ２０を追加的に駆動させて、より十分な除灰を行うことができる。
【００５８】
なお、カメラ４１，４２に代えて、又は、カメラ４１，４２とともに、上記プローブ１１とは異なる第２プローブ（図示しない）を、スートブロワ２０から離れた部位に設置してもよい。これにより、スートブロワ２０による除灰の後、離れた部位に配置された第２プローブへの燃焼灰Ａの付着量（即ち除灰できずに残存した燃焼灰Ａ）を把握することで、第２プローブよりは近い部位に配置され、除灰され易いプローブ１１及び伝熱管３０への燃焼灰Ａの除灰を適切に行うことができる。
【００５９】
図１に戻り、演算装置５０は、構造物としての伝熱管３０への燃焼灰Ａの付着厚さの測定値が予め定められた閾値以上となったときに、構造物としての伝熱管３０に付着した燃焼灰Ａの除去時期であると決定するためのものである。このように、燃焼灰Ａの付着厚さが閾値以上となったときに除灰を行うので、構造物としての伝熱管３０への燃焼灰Ａの付着厚さが過度に厚くなることを抑制することができる。また、燃焼灰Ａの付着厚さが過度に厚くなることが抑制されるため、燃焼ガス流路３の灰詰まりによるボイラ１の運転停止を避けることが可能である。また、燃焼灰の付着厚さが過度に厚くなることが抑制されるため、付着灰の溶融固化現象による付着灰の固着化を抑制することができる。一方、付着厚さが閾値以上になるまでは燃焼灰の付着を許容するため、除灰に用いる水蒸気噴霧頻度の適正化による伝熱管３０のエロージョンを抑制することができる。
【００６０】
演算装置５０により判断される閾値は、構造物としての伝熱管３０上における燃焼灰Ａの付着層のうち外層部の温度が燃焼灰Ａの融点未満となる燃焼灰Ａの臨界付着厚さよりも小さな値に設定されている。ここでいう外層部とは、燃焼ガスと燃焼灰Ａとの界面近傍での燃焼灰Ａの部分である。また、ここでいう臨界付着厚さとは、その厚さを超えると、外層灰が溶融し、さらなる付着の進行でそれまで溶融していた灰が冷却される結果、固着し易くなる厚さのことである。
【００６１】
閾値を上記のように設定することで、臨界付着厚さよりも燃焼灰Ａの付着厚さが薄い状態を維持できるため、燃焼灰Ａの付着層のうち構造物としての伝熱管３０近傍の外層部の温度を融点以下に維持することができる。この結果、燃焼灰Ａの構造物としての伝熱管３０への固着を抑制することができる。なお、閾値の具体例としては、例えば５ｍｍ、好ましくは３ｍｍである。
【００６２】
演算装置５０は、データ取得部５１と、厚さ換算部５２と、補正部５３と、除灰時期決定部５４と、制御部５５とを備える。データ取得部５１は、ロードセル１５による測定値、及び、熱流束測定部１６による測定値を取得するものである。厚さ換算部５２は、上記の図２を参照しながら説明した方法により、ロードセル１５による測定値（荷重の大きさ、電圧値）を燃焼灰Ａの付着厚さに換算するものである。また、補正部５３は、厚さ換算部５２により得られた付着厚さを、熱流束測定部１６により得られた測定値に基づいて補正するものである。この点について、図５を参照しながら説明する。
【００６３】
図５は、ロードセル１５の測定値に基づく付着厚さと、熱流束測定部１６の測定値に基づく付着厚さとの関係を示すグラフである。プローブ１１への付着厚さが同じであれば、ロードセル１５の測定値に基づき算出した付着厚さと、熱流束測定部１６の測定値に基づき算出した付着厚さとは一致する（図５の時期１のグラフ）。しかし、時期１の後、例えば経時劣化、温度変化等の測定状態の変化によって、ロードセル１５のゼロ点が変動し得る。そうすると、熱流束測定部１６の測定値に基づき算出された付着厚さは同じであるのに、ロードセル１５の測定値に基づく付着厚さが変化し得る（図５の「時期２」、及び時期２よりもさらに期間が進行した「時期３」）。このため、上記のようにロードセル１５を使用することで応答性に優れる利点があるものの、精度に欠けることがある。
【００６４】
そこで、本発明の一実施形態は、ロードセル１５と熱流束測定部１６とを併用している。熱流束測定部１６では熱流束を測定するという原理の観点からゼロ点の変動（所謂ゼロ点ドリフト）がない。そのため、ロードセル１５の測定値に基づく付着厚さを、熱流束測定部１６の測定値に基づく付着厚さで補正することで、ロードセル１５による応答性の良さを精度よく発揮させることができる。
【００６５】
図１に戻り、補正部５３は、上記のように、厚さ換算部５２により得られた付着厚さを、熱流束測定部１６により得られた測定値に基づいて補正するようになっている。具体的には、補正部５３は、まず、上記の熱流束測定部１６の測定値に基づいて、燃焼灰Ａの付着厚さを算出するようになっている（熱流束測定部１６の測定値に基づく付着厚さ）。そして、補正部５３は、熱流束測定部１６の測定値に基づく付着厚さを用いて、厚さ換算部５２により得られた付着厚さを補正するようになっている。具体的には、補正部５３は、それぞれ定常状態において、ゼロ点ドリフト無しの状態（例えば図５に示す時期１）と、補正時の状態（例えば図５に示す時期２（ゼロ点ドリフトあり））とを比較し、ゼロ点ドリフトの影響を受けない熱流束測定部１６の測定値に基づき、ずれてしまったゼロ点の位置を正しいゼロ点に戻す補正を行う。
【００６６】
除灰時期決定部５４は、補正部５３により補正された付着厚さが予め定められた閾値以上であるか否かを判定し、当該付着厚さが閾値以上となったときに伝熱管３０に付着した燃焼灰Ａの除去時期であると決定するものである。即ち、上記のように、プローブ１１は伝熱管３０を模したものであるから、プローブ１１への燃焼灰Ａの付着厚さが閾値以上となったときに、伝熱管３０への燃焼灰Ａの付着厚さも閾値以上になったと判定することができる。
【００６７】
制御部５５は、上記の除灰時期決定部５４により決定された除灰時期にスートブロワ２０を駆動し、伝熱管３０の除灰を行うものである。なお、スートブロワ２０の駆動により、スートブロワ２０と伝熱管３０との間に配置されたプローブ１１の除灰も行われる。
【００６８】
図６は、演算装置５０の具体的なハードウェア資源を示すブロック図である。演算装置５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）５０ａ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）５０ｂ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）５０ｃ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）５０ｄ、及び、Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）５０ｅを備える。そして、演算装置５０は、ＲＯＭ５０ｂ及びＨＤＤ５０ｃに格納されている所定の制御プログラムがＣＰＵ５０ａによってＲＡＭ５０ｄに展開され、実行されることにより具現化される。また、ロードセル１５（図１参照）、熱流束測定部１６（図２参照）及びアクチュエータ２１は、図示しない電気信号線により、Ｉ／Ｆ５０ｅに接続される。なお、ロードセル１５（図１参照）、熱流束測定部１６（図２参照）及びアクチュエータ２１とＩ／Ｆ５０ｅとは、電気信号線（有線）で接続されるほか、無線通信等により接続されてもよい。
【００６９】
図７は、本発明の一実施形態に係る演算装置５０により決定された除灰時期に除灰を行うスートブロワ２０の制御フローである。図７に示す制御フローは、上記の図１に示した演算装置５０によって実行されるため、図１を適宜参照しながら図７の説明を行う。
【００７０】
データ取得部５１は、ロードセル１５の測定値、及び、熱流束測定部１６の測定値の各データを取得する（ステップＳ１）。データの取得は、常時行われてもよく、任意の時間間隔で行われてもよい。そして、厚さ換算部５２は、ロードセル１５により測定された付着質量を、燃焼灰Ａの付着厚さに換算する（ステップＳ２）。具体的な換算の方法としては、上記の図２を参照しながら説明した方法を使用することができる。
【００７１】
次いで、補正部５３は、厚さ換算部５２によって換算された燃焼灰Ａの付着厚さを、熱流束測定部１６の測定値に基づき補正する（ステップＳ３）。具体的な補正の方法としては、上記の図１を参照しながら説明した方法（補正部５３の説明に関する記載を参照）を使用することができる。そして、除灰時期決定部５４は、補正部５３で補正した付着厚さを閾値と比較し（ステップＳ４）、除灰時期を決定する（ステップＳ５、除灰時期決定ステップ）。ここでいう閾値は、上記のように、伝熱管３０（プローブ１１）上における燃焼灰Ａの付着層のうち外層部の温度が燃焼灰Ａの融点未満となる燃焼灰Ａの臨界付着厚さよりも小さな値に設定されている。
【００７２】
そして、制御部５５は、除灰時期決定部５４により決定された時期にアクチュエータ２１を駆動させてスートブロワ２０を運転し、プローブ１１及び伝熱管３０の除灰を行う（ステップＳ６）。このようにすることで、燃焼灰Ａの付着厚さが閾値以上となったときに除灰を行うので、伝熱管３０への燃焼灰Ａの付着厚さが過度に厚くなることを抑制することができる。また、燃焼灰Ａの付着厚さが過度に厚くなることが抑制されるため、燃焼ガス流路３の灰詰まりによるボイラ１の運転停止を避けることが可能である。また、燃焼灰の付着厚さが過度に厚くなることが抑制されるため、付着灰の溶融固化現象による付着灰の固着化を抑制することができる。一方、付着厚さが閾値以上になるまでは燃焼灰の付着を許容するため、除灰に用いる水蒸気噴霧頻度の適正化による伝熱管３０のエロージョンを抑制することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１  ボイラ
２  燃焼装置
３  燃焼ガス流路
４  流路壁
１０  測定装置
１１  プローブ
１１ａ  先端部
１１ａ１  内管
１１ａ２  外管
１１ｂ  基端部
１３  サポート
１３ａ  下面
１３ｂ  揺動支持部
１５  ロードセル
１５ａ  上面
１６  熱流束測定部
１６ａ  第１金属
１６ｂ  第２金属
２０  スートブロワ
２０ａ  散水孔
２１  アクチュエータ
２２  弁
２３  モータ
３０  伝熱管
４１，４２  カメラ
５０  演算装置
５０ａ  ＣＰＵ
５０ｂ  ＲＯＭ
５０ｃ  ＨＤＤ
５０ｄ  ＲＡＭ
Ｉ／Ｆ  ５０ｅ
５１  データ取得部
５２  厚さ換算部
５３，５６  補正部
５４  除灰時期決定部
５５  制御部
Ａ  燃焼灰
【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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