(57)【要約】【課題】燃焼灰ブリッジ性評価装置において、ボイラの伝熱管における燃焼灰のブリッジ性を評価可能なことである。【解決手段】ボイラの伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価装置３０は、加熱炉３２と、加熱炉３２の一端側から、燃料と空気との混合気を供給する燃料供給部３４と、加熱炉３２の他端側に配置され、混合気が燃焼した評価用燃焼ガスの流れ方向に対して交差する方向に延びて設けられる複数のプローブ管５４が配置されるプローブ管配置部３６と、を備え、プローブ管５４に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数が、ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と同じとなるように、評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管５４の外径及びピッチと、が設定されている。【選択図】図２
2019052818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラの伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価装置であって、
加熱炉と、
前記加熱炉の一端側から、燃料と空気との混合気を供給する燃料供給部と、
前記加熱炉の他端側に配置され、前記混合気が燃焼した評価用燃焼ガスの流れ方向に対して交差する方向に延びて設けられる複数のプローブ管が配置されるプローブ管配置部と、
前記プローブ管を観察する観察部と、
を備え、
前記プローブ管に対する前記評価用燃焼ガスの流れのストローハル数が、前記ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と同じとなるように、前記評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、前記プローブ管の外径及びピッチと、が設定されていることを特徴とする燃焼灰ブリッジ性評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃焼灰ブリッジ性評価装置であって、
前記プローブ管配置部は、前記複数のプローブ管が、前記評価用燃焼ガスの流れの方向に沿って配置されていることを特徴とする燃焼灰ブリッジ性評価装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃焼灰ブリッジ性評価装置であって、
前記ボイラは、微粉炭ボイラであり、
前記燃料は、亜瀝青炭、褐炭またはバイオマスであることを特徴とする燃焼灰ブリッジ性評価装置。
【請求項４】
ボイラの伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価方法であって、
ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数を求める工程と、
前記ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と、プローブ管に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数とが同じとなるように、前記評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、前記プローブ管の外径及びピッチと、を設定する設定工程と、
前記設定工程で設定された外径の複数のプローブ管を、前記設定工程で設定されたピッチで配置する配置工程と、
前記プローブ管の長手方向に対して交差する方向から、前記評価用燃焼ガスを前記設定工程で設定されたレイノルズ数で流して、前記プローブ管を観察する観察工程と、
を備えることを特徴とする燃焼灰ブリッジ性評価方法。
【請求項５】
請求項４に記載の燃焼灰ブリッジ性評価方法であって、
前記配置工程は、前記複数のプローブ管を、前記評価用燃焼ガスの流れの方向に沿って配置することを特徴とする燃焼灰ブリッジ性評価方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の燃焼灰ブリッジ性評価方法であって、
前記ボイラは、微粉炭ボイラであり、
前記評価用燃焼ガスの燃料は、亜瀝青炭、褐炭またはバイオマスであることを特徴とする燃焼灰ブリッジ性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼灰ブリッジ性評価装置及び燃焼灰ブリッジ性評価方法に係り、特に、ボイラの伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価装置及び燃焼灰ブリッジ性評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微粉炭ボイラ等のボイラの分野において、燃料の多様化が図られ、亜瀝青炭、褐炭、バイオマスなどの低品位燃料の利用が拡大している。低品位燃料の中には、低融点の化合物が多く含まれており、ボイラの後部伝熱部等の伝熱管への付着灰の増加や、伝熱管の間に燃焼灰のブリッジが発生する恐れがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１６７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ボイラの伝熱管の壁面に燃焼灰が付着して堆積すると、伝熱管の伝熱性能が低下する可能性がある。また、伝熱管同士の間に燃焼灰のブリッジが発生すると、伝熱管周りの燃焼ガスの流速が低下し、伝熱性能、ひいてはボイラ効率の低下につながる場合がある。しかし、ボイラの伝熱管における燃焼灰のブリッジ性については、その評価方法が未だにまだ確立されていない。
【０００５】
そこで本発明の目的は、ボイラの伝熱管における燃焼灰のブリッジ性を評価可能な燃焼灰ブリッジ性評価装置及び燃焼灰ブリッジ性評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る燃焼灰ブリッジ性評価装置は、ボイラの伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価装置であって、加熱炉と、前記加熱炉の一端側から、燃料と空気との混合気を供給する燃料供給部と、前記加熱炉の他端側に配置され、前記混合気が燃焼した評価用燃焼ガスの流れ方向に対して交差する方向に延びて設けられる複数のプローブ管が配置されるプローブ管配置部と、前記プローブ管を観察する観察部と、を備え、前記プローブ管に対する前記評価用燃焼ガスの流れのストローハル数が、前記ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と同じとなるように、前記評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、前記プローブ管の外径及びピッチと、が設定されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る燃焼灰ブリッジ性評価装置において、前記プローブ管配置部は、前記複数のプローブ管が、前記評価用燃焼ガスの流れの方向に沿って配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る燃焼灰ブリッジ性評価装置において、前記ボイラは、微粉炭ボイラであり、前記燃料は、亜瀝青炭、褐炭またはバイオマスであることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る燃焼灰ブリッジ性評価方法は、ボイラの伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価方法であって、ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数を求める工程と、前記ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と、プローブ管に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数とが同じとなるように、前記評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、前記プローブ管の外径及びピッチと、を設定する設定工程と、前記設定工程で設定された外径の複数のプローブ管を、前記設定工程で設定されたピッチで配置する配置工程と、前記プローブ管の長手方向に対して交差する方向から、前記評価用燃焼ガスを前記設定工程で設定されたレイノルズ数で流して、前記プローブ管を観察する観察工程と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る燃焼灰ブリッジ性評価方法において、前記配置工程は、前記複数のプローブ管を、前記評価用燃焼ガスの流れの方向に沿って配置することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る燃焼灰ブリッジ性評価方法において、前記ボイラは、微粉炭ボイラであり、前記評価用燃焼ガスの燃料は、亜瀝青炭、褐炭またはバイオマスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成によれば、ボイラの伝熱管周りの燃焼ガスの流れを模擬することができるので、ボイラの伝熱管における燃焼灰のブリッジ性を評価することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態において、ボイラの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態において、燃焼灰ブリッジ性評価装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態において、プローブ管の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態において、プローブ管の配置構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態において、燃焼灰ブリッジ性評価方法の構成を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態において、微粉炭ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数の推定方法を説明するためのグラフである。
【図７】本発明の実施の形態において、評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管の外径及びピッチとの設定方法を説明するためのグラフである。
【図８】本発明の実施の形態において、１５０時間曝露後のプローブ管の観察結果を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。まず、ボイラについて説明する。図１は、ボイラ１０の構成を示す模式図である。ボイラ１０は、ボイラ本体１２と、ボイラ本体１２と連通して設けられる後部伝熱部１４と、を備えている。ボイラ本体１２には、ボイラ本体１２の下部に複数のバーナ１６が設けられている。各バーナ１６は、燃料と空気との混合気が搬送される配管１８と接続されている。ボイラ１０が、例えば、微粉炭ボイラである場合には、燃料は、亜瀝青炭、褐炭、バイオマスからなる微粉炭等で構成されている。
【００１５】
ボイラ本体１２や後部伝熱部１４には、伝熱管群２０が設けられている。伝熱管群２０は、Ｓ字状やＵ字状等に形成された伝熱管を並列させて配置することにより構成されている。伝熱管は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料で形成されている。伝熱管群２０は、過熱器や再熱器等の熱交換器としての機能を有している。
【００１６】
混合気がバーナ１６で燃焼されることにより、ボイラ本体１２に火炎２２が形成されて、燃焼ガスが発生する。図１の矢印Ｇは、燃焼ガスの流れを示している。燃焼ガスは、ボイラ本体１２の下部から上部に向かって流れ、ボイラ本体１２から後部伝熱部１４へ移動する。そして、燃焼ガスは、後部伝熱部１４の上部から下部に向けて流れ、後部伝熱部１４の排気口２４から排気される。燃焼ガスは、伝熱管群２０を通過することにより熱交換が行われる。燃焼ガスの流れる方向は、伝熱管の長手方向に対して交差する方向（例えば、直交方向）である。燃焼ガスの温度は、後部伝熱部１４の上部では約８００℃になり、後部伝熱部１４の下部では約４００℃になる。また、伝熱管の表面温度は、後部伝熱部１４の上部では約６５０℃になり、後部伝熱部１４の下部では約３００℃になる。
【００１７】
燃焼ガスが伝熱管群２０を通過するときに、伝熱管の壁面には、燃焼ガスに含まれる燃焼灰が付着して堆積する。より詳細には、燃焼ガスが伝熱管の長手方向に対して交差する方向（例えば、直交方向）に流れるとき、伝熱管の周り（例えば、伝熱管の後流部分）にカルマン渦等が形成されるので、伝熱管の壁面に燃焼灰が付着し易くなる。燃焼ガスが伝熱管群２０を通過するときのレイノルズ数は、例えば、約３６０００である。このように、伝熱管の壁面に燃焼灰が堆積すると、伝熱管と伝熱管との間に燃焼灰が堆積したブリッジが形成される。燃料に、亜瀝青炭、褐炭、バイオマス等の低品位燃料が用いられる場合には、燃料に含まれる低融点化合部等からなる燃焼灰が付着して堆積することにより、ブリッジが形成され易くなる。このようなブリッジが形成されると、伝熱管の伝熱性能の低下や、伝熱管の周りの燃焼ガスの流速が低下して、ボイラ１０の発電効率が低下する可能性がある。
【００１８】
以下に説明するボイラ１０の伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価装置及び燃焼灰ブリッジ性評価方法は、このようなボイラ１０の伝熱管に形成され易い燃焼灰のブリッジ性を評価するためのものである。なお、ボイラ１０については、微粉炭ボイラ等の石炭焚ボイラに限定されることなく、他のボイラについても評価可能である。
【００１９】
次に、ボイラ１０の伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価装置について説明する。図２は、燃焼灰ブリッジ性評価装置３０の構成を示す図である。燃焼灰ブリッジ性評価装置３０は、加熱炉３２と、燃料供給部３４と、プローブ管配置部３６と、観察部３８と、を備えている。
【００２０】
加熱炉３２は、円筒状のセラミックス管４０と、セラミックス管４０の周りに設けられるヒータ４２と、を有している。セラミックス管４０の長手方向の一端側には、外気をシールすると共に、燃料供給部３４から燃料と空気との混合気をセラミックス管４０内へ導入するための導入部４４が設けられている。セラミックス管４０の長さは、例えば、約２０００ｍｍとするとよい。ヒータ４２は、セラミックス管４０を１３５０℃から１４００℃に加熱する機能を有しているとよい。これにより、バーナを用いなくても、混合気を１３５０℃から１４００℃に加熱することにより、火炎４６を形成して混合気を燃焼させて評価用燃焼ガスを発生させることができる。勿論、導入部４４には、バーナを補助的に設けるようにしてもよい。図２の矢印Ｈは、評価用燃焼ガスの流れを示している。加熱炉３２は、図２に示すような縦型燃焼炉だけでなく、横型燃焼炉であってもよい。
【００２１】
燃料供給部３４は、燃料と空気との混合気を、加熱炉３２へ供給する機能を有している。燃料供給部３４は、フィーダ４８と、フィーダ４８と加熱炉３２とを接続する配管５０と、を有している。フィーダ４８は、例えば、マイクロフィーダで構成することができる。マイクロフィーダは、粉末状の燃料Ｆを運ぶ円盤をモータで回転駆動し、燃料Ｆを空気に同伴して所定流量で搬送可能なフィーダである。フィーダ４８と、加熱炉３２の一端側であるセラミックス管４０の導入部４４とは、配管５０で接続されている。燃料Ｆは、燃焼灰ブリッジ性を評価するボイラ１０に使用されている燃料と同じものを用いるとよい。例えば、微粉炭ボイラの伝熱管における燃焼灰のブリッジ性を評価する場合には、燃料には、亜瀝青炭、褐炭、バイオマスからなる微粉炭を用いるとよい。
【００２２】
プローブ管配置部３６は、加熱炉３２の他端側に配置されるプローブ管配置部本体５２と、プローブ管配置部本体５２に配置される複数のプローブ管５４と、を有している。プローブ管配置部本体５２は、外側からプローブ管５４を観察可能とするために、石英ガラス等のガラス材料で形成されているとよい。プローブ管配置部本体５２には、評価用燃焼ガスが導入される導入口５６と、評価用燃焼ガスが排気される排気口５８と、が設けられている。プローブ管配置部本体５２と、加熱炉３２のセラミックス管４０との間は、評価用燃焼ガスの漏れを防止するために、シール部材６０でシールされているとよい。
【００２３】
プローブ管配置部本体５２には、複数のプローブ管５４が設けられている。プローブ管５４は、ボイラ１０の伝熱管を模擬して形成されているとよい。プローブ管５４は、細長く中空状に形成されている。プローブ管５４は、プローブ管５４の一端側がプローブ管配置部本体５２に挿入されており、プローブ管５４の他端側がプローブ管配置部本体５２から突出させて設けられている。プローブ管５４は、プローブ管５４の長手方向が、評価用燃焼ガスの流れの方向と交差する方向（例えば、直交方向）になるようにして設けられている。プローブ管配置部本体５２と、プローブ管５４との間には、評価用燃焼ガスの漏れを防止するために、ガスケット等のシール部材６２が設けられている。プローブ管配置部本体５２には、ヒータ等の加熱手段（図示せず）を設けるとよい。プローブ管配置部本体５２に加熱手段（図示せず）を設けることにより、プローブ管配置部３６に導入される評価用燃焼ガスの温度を調節することができる。例えば、ボイラ１０の後部伝熱部１４の上部を模擬するために、評価用燃焼ガスの温度を約８００℃にする場合には、加熱手段（図示せず）により評価用燃焼ガスを加熱して約８００℃にすればよい。
【００２４】
図３は、プローブ管５４の構成を示す図である。プローブ管５４は、細長く中空状に形成されるプローブ管本体６４を備えている。プローブ管本体６４は、ステンレス鋼等の金属材料等で形成することが可能である。プローブ管本体６４の長さは、例えば、約４００ｍｍとするとよい。プローブ管本体６４には、プローブ管本体６４の中に挿入されており、水や空気等の冷却媒体を流して冷却するための冷却管６６が設けられている。冷却管６６には、プローブ管本体６４と、冷却管６６との間の隙間に冷却媒体を流してプローブ管５４を冷却するために、冷却媒体を噴出させる噴出口が設けられている。なお、図３の矢印は、冷却媒体の流れを示している。プローブ管本体６４と、冷却管６６との間の隙間に流れた冷却媒体は、プローブ管本体６４に設けられた排出口６８から排出される。このように、プローブ管５４を冷却媒体で冷却することにより、ボイラ１０の伝熱管の表面温度を模擬することができる。例えば、ボイラ１０の後部伝熱部１４の上部のように、燃焼ガス温度と、伝熱管の表面温度との温度差が大きい場合には、冷却媒体に水を用いるとよい。また、ボイラ１０の後部伝熱部１４の下部のように、燃焼ガス温度と、伝熱管の表面温度との温度差が小さい場合には、冷却媒体に空気を用いるとよい。プローブ管本体６４には、プローブ管５４の表面温度を測定するために、熱電対等の温度センサ７０が設けられている。
【００２５】
図４は、プローブ管５４の配置構成を示す図である。また、Ｄは、プローブ管５４の外径を示している。Ｌは、プローブ管５４のピッチ（プローブ管５４の中心間距離）を示している。プローブ管配置部本体５２には、例えば、４本のプローブ管５４が設けられている。プローブ管５４は、評価用燃焼ガスの流れの方向に沿って並列して配置されているとよい。このような構成とすることにより、燃焼ガスがボイラ１０の伝熱管を通過するときに生じるカルマン渦により、伝熱管の後流部分に生じ易い燃焼灰のブリッジ性について精度良く評価できる。また、プローブ管５４は、評価用燃焼ガスの流れの方向と交差する方向（例えば、直交方向）に並列して配置されていてもよい。このような構成とすることにより、ボイラ１０の伝熱管における燃焼ガスの流れの方向と交差する方向（例えば、直交方向）の燃焼灰のブリッジ性について評価することができる。プローブ管５４の本数は、少なくとも２本で構成されていればよく、図４に示すような４本に限定されることなく、３本、６本等でもよい。
【００２６】
観察部３８は、プローブ管配置部３６の周りに設けられており、プローブ管５４を観察可能に構成されている。観察部３８は、例えば、ビデオカメラ等で構成することができる。ビデオカメラ等でプローブ管５４を観察することにより、プローブ管５４への燃焼灰の付着性やブリッジの形成過程等を直接観察することができるので、燃焼灰のブリッジ性を評価することができる。観察部３８は、ビデオカメラに限定されることなく、プローブ管５４を観察可能なものであればよい。
【００２７】
燃焼灰ブリッジ性評価装置３０は、プローブ管５４に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数が、ボイラ１０の伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と同じとなるように、評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管５４の外径及びピッチと、が設定されている。プローブ管５４に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数と、ボイラ１０の伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数とを同じとすることにより、プローブ管５４に対する評価用燃焼ガスの流れの形態を、ボイラ１０の伝熱管に対する燃焼ガスの流れの形態と同じにすることができる。より詳細には、評価用燃焼ガスがプローブ管５４を通過するときのプローブ管５４の後流の形態（カルマン渦等の形態）と、燃焼ガスがボイラ１０の伝熱管を通過するときの伝熱管の後流の形態（カルマン渦等の形態）と、を同じにすることができる。これにより、ボイラ１０の伝熱管に対する燃焼ガスの流れの形態を実験室レベルで模擬できるので、燃焼灰のブリッジ性を精度良く評価できる。
【００２８】
ボイラ１０の伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数は、実験により求めてもよいし、文献等から求めてもよい。ボイラ１０の伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数Ｓｔを実験により求める場合には、カルマン渦の周波数Ｆと、燃焼ガスの流速Ｕとを測定し、伝熱管の外径Ｄを用いて、Ｓｔ＝Ｆ・Ｄ／Ｕの式から算出すればよい。
【００２９】
ボイラ１０の伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数を文献から求める場合には、例えば、次のようにして求めることができる。ストローハル数は、流体のレイノルズ数と、管の外径及びピッチの比と、に関係している。そこで、文献を用いて、ボイラ１０の燃焼ガスのレイノルズ数と、伝熱管の外径ｄ及びピッチｌの比（ｌ／ｄ）とからストローハル数を推定する。なお、ボイラ１０の燃焼ガスのレイノルズ数は、例えば、予め実験や解析等により求めておけばよい。このような文献には、例えば、Ｇ．Ｘｕ  ａｎｄ  Ｙ．Ｚｈｏｕ”Ｓｔｒｏｕｈａｌ  ｎｕｍｂｅｒｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｗａｋｅ  ｏｆ  ｔｗｏ  ｉｎｌｉｎｅ  ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ”,Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｆｌｕｉｄｓ  ３７（２００４）ｐｐ．２４８−２５６（以下、文献１という）等を用いることができる。
【００３０】
次に、評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管５４の外径Ｄ及びピッチＬとを設定する方法について説明する。評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管５４の外径Ｄ及びピッチＬとは、プローブ管５４に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数が、ボイラ１０の伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と同じとなるように設定される。上述したように、ストローハル数は、流体のレイノルズ数と、管の外径及びピッチの比と、に関係している。そこで、文献を用いて、プローブ管５４に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数から、評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管５４の外径Ｄ及びピッチＬの比（Ｌ／Ｄ）とを設定する。このような文献には、Ｔｉｎｇｈｕｉ  Ｚｈｅｎｇ，Ｓ．Ｋ．  Ｔａｎｇ  ａｎｄ  Ｂａｏｌｉｍｇ  Ｆｅｉ,”ＯＮ  ＴＨＥ  ＦＯＲＣＥＳ  ＡＮＤ  ＳＴＲＯＵＨＡＬ  ＮＵＭＢＥＲＳ  ＩＮ  ＴＨＥ  ＬＯＷ  ＲＥＹＮＯＬＤＳ  ＮＵＭＢＥＲ  ＷＡＫＥＳ  ＯＦ  ＴＷＯ  ＣＹＬＩＮＤＥＲＳ  ＩＮ  ＴＡＮＤＥＭ”,  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｃａｎａｄｉａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．３，(２００９)  ｐｐ．３４９−３６０（以下、文献２という）等を用いることが可能である。そして、設定したプローブ管５４の外径Ｄ及びピッチＬの比（Ｌ／Ｄ）となるように、プローブ管５４の外径Ｄ及びピッチＬを設定すればよい。
【００３１】
次に、ボイラ１０の伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価装置３０を用いた燃焼灰ブリッジ性評価方法について説明する。図５は、燃焼灰ブリッジ性評価方法の構成を示すフローチャートである。燃焼灰ブリッジ性評価方法は、ストローハル数を求める工程（Ｓ１０）と、設定工程（Ｓ１２）と、配置工程（Ｓ１４）と、観察工程（Ｓ１６）と、を備えている。
【００３２】
ストローハル数を求める工程（Ｓ１０）は、ボイラ１０の伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数を求める工程である。ボイラ１０の伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数は、上述したように、実験や文献１等から求めることができる。
【００３３】
設定工程（Ｓ１２）は、ボイラ１０の伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と、プローブ管５４に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数とが同じとなるように、評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管５４の外径及びピッチと、を設定する工程である。評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管５４の外径Ｄ及びピッチＬとは、上述したように、文献２等から求めることができる。また、評価用燃焼ガスのレイノルズ数は、１００以上１０００以下とするとよい。評価用燃焼ガスのレイノルズ数が１００より小さい場合には、混合気に含まれる燃料を供給し難くなるからである。評価用燃焼ガスのレイノルズ数が１０００より大きい場合には、特殊なフィーダ等の設備が必要になる可能性があるからである。なお、評価用燃焼ガスのレイノルズ数については、例えば、加熱炉３２のセラミックス管４０の内径や、セラミックス管４０内の評価用燃焼ガスの流速を変えることにより変化させることが可能である。また、セラミックス管４０内の評価用燃焼ガスの流速を変えるためには、例えば、燃料供給部３４からセラミックス管４０内に混合気を供給するときの混合気の流速を変えればよい。
【００３４】
配置工程（Ｓ１４）は、設定工程（Ｓ１２）で設定された外径の複数のプローブ管５４を、設定工程（Ｓ１２）で設定されたピッチで配置する工程である。設定工程（Ｓ１２）で設定された外径Ｄの複数のプローブ管５４を、設定工程（Ｓ１２）で設定されたピッチＬでプローブ管配置部３６に配置する。
【００３５】
観察工程（Ｓ１６）は、プローブ管５４の長手方向に対して交差する方向から評価用燃焼ガスを、設定工程（Ｓ１２）で設定されたレイノルズ数で流して、プローブ管５４を観察する工程である。燃料供給部３４から、燃料と空気との混合気を加熱炉３２のセラミックス管４０へ供給する。空気過剰比は、例えば、１．５とするとよい。空気量は、例えば、５Ｌ／ｍｉｎとするとよい。混合気が加熱炉３２で１３５０℃から１４００℃に加熱されることにより火炎４６を形成し、評価用燃焼ガスが発生する。評価用燃焼ガスは、セラミックス管４０の一端側から他端側へ向けて、設定工程（Ｓ１２）で設定されたレイノルズ数で流れ、プローブ管配置部３６へ導入される。評価用燃焼ガスは、プローブ管５４の長手方向に対して交差する方向（例えば、直交する方向）から、設定工程（Ｓ１２）で設定されたレイノルズ数で流れて排気される。プローブ管配置部３６の排気口５８から排出された評価用燃焼ガスは、例えば、排気ガス設備等へ搬送されて排ガス処理される。
【００３６】
プローブ管５４をビデオカメラ等の観察部３８で観察することにより、評価用燃焼ガスがプローブ管５４を通過するときに、燃焼灰がプローブ管５４の表面に付着してブリッジを形成する様子を直接観察することができる。評価用燃焼ガスを流して燃焼灰のブリッジ性を評価する時間は、例えば、１００時間から３００時間とするとよい。このように、実験室レベルでボイラ１０の伝熱管における燃焼灰のブリッジ性を評価することができることから、伝熱管のピッチの最適化や、スートブロワ設置等による燃焼灰のブリッジの対策が可能になる。
【００３７】
以上、上記構成のボイラの伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価装置によれば、加熱炉と、加熱炉の一端側から、燃料と空気との混合気を供給する燃料供給部と、加熱炉の他端側に配置され、混合気が燃焼した評価用燃焼ガスの流れ方向に対して交差する方向に延びて設けられる複数のプローブ管が配置されるプローブ管配置部と、プローブ管を観察する観察部と、を備え、プローブ管に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数が、ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と同じとなるように、評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管の外径及びピッチと、が設定されていることから、ボイラの伝熱管周りの燃焼ガスの流れを実験室レベルで模擬することができるので、ボイラの伝熱管における燃焼灰のブリッジ性を精度良く評価することができる。
【００３８】
上記構成のボイラの伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価方法によれば、ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数を求める工程と、ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と、プローブ管に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数とが同じとなるように、評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管の外径及びピッチと、を設定する設定工程と、設定工程で設定される外径の複数のプローブ管を、設定工程で設定されるピッチで配置する配置工程と、プローブ管の長手方向に対して交差する方向から評価用燃焼ガスを、設定工程で設定したレイノルズ数で流して、プローブ管を観察する工程と、備えていることから、ボイラの伝熱管周りの燃焼ガスの流れを実験室レベルで模擬することができるので、ボイラの伝熱管における燃焼灰のブリッジ性を精度良く評価することができる。
【実施例】
【００３９】
微粉炭ボイラの過熱器条件を模擬した燃焼灰ブリッジ性評価試験を行った。燃焼灰ブリッジ性評価試験には、図２に示す燃焼灰ブリッジ性評価装置３０と同様のものを使用した。燃料には、亜瀝青炭からなる微粉炭を用いた。
【００４０】
まず、微粉炭ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数の推定を行った。ストローハル数の推定には、上記の文献１を用いた。まず、微粉炭ボイラの燃焼ガスのレイノルズ数と、伝熱管の外径ｄ及びピッチｌの比（ｌ／ｄ）と、を求めた。微粉炭ボイラの燃焼ガスのレイノルズ数は、約３６０００であり、伝熱管の外径ｄ及びピッチｌの比（ｌ／ｄ）は、約５．０であった。
【００４１】
図６は、微粉炭ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数の推定方法を説明するためのグラフである。なお、図６のグラフは、上記の文献１のＦｉｇ．６（ｃ）を引用している。図６では、横軸にレイノルズ数（Ｒｅ）を取り、縦軸にストローハル数（Ｓｔ）を取り、管の外径Ｄ及びピッチＬの比（Ｌ／Ｄ）が３．５から５の場合におけるレイノルズ数（Ｒｅ）と、ストローハル数（Ｓｔ）との関係を示している。図６のグラフから、燃焼ガスのレイノルズ数が約３６０００であり、伝熱管の外径（ｄ）及びピッチ（ｌ）の比（ｌ／ｄ）が約５．０のときは、ストローハル数が約０．１８となる。このことから微粉炭ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数を、約０．１８と推定した。
【００４２】
次に、微粉炭ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と、プローブ管に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数とが同じとなるように、評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管の外径及びピッチと、を設定した。評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管の外径及びピッチとの設定には、上記の文献２を用いた。図７は、評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管の外径及びピッチとの設定方法を説明するためのグラフである。なお、図７は、上記の文献２のＦｉｇ．５を引用している。図７では、横軸に管の外径（Ｄ）及びピッチ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｄ）を取り、縦軸にストローハル数（Ｓｔ）を取り、レイノルズ数（ＲＥ）が１００から１０００の場合における管の外径（Ｄ）及びピッチ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｄ）と、ストローハル数（Ｓｔ）との関係を示している。
【００４３】
図７のグラフから、ストローハル数を０．１８にするために、評価用燃焼ガスのレイノルズ数を約５００と設定し、プルーブ管の外径Ｄ及びピッチＬの比（Ｌ／Ｄ）を約１．５に設定した。そして、プルーブ管の外径Ｄ及びピッチＬの比（Ｌ／Ｄ）を約１．５に設定するために、プルーブ管の外径Ｄを１７．３ｍｍとし、プルーブ管のピッチＬを２７．３ｍｍとした。なお、プローブ管については４本使用し、プローブ管の配置構成については、図４に示す構成と同じにした。
【００４４】
次に、燃焼試験を行って、プルーブ管における燃焼灰のブリッジ性を観察した。まず、燃料供給部から、燃料と空気との混合気を加熱炉のセラミックス管へ供給した。燃料は、亜瀝青炭からなる微粉炭を用いた。空気過剰比（空気比）は、１．５とした。空気量は、５Ｌ／ｍｉｎとした。混合気を加熱炉で１４００℃に加熱することにより評価用燃焼ガスを発生させた。そして、評価用燃焼ガスを、セラミックス管の一端側から他端側へ向けて流し、プローブ管配置部へ導入した。評価用燃焼ガスのレイノルズ数は、約５００とした。評価用燃焼ガスは、プローブ管の長手方向に対して直交する方向から流した。評価用燃焼ガスの温度は７００℃とした。プローブ管の表面温度は５００℃とした。評価用燃焼ガスを流しながら、プローブ管を１５０時間曝露した。プローブ管については、ビデオカメラで観察した。
【００４５】
図８は、１５０時間曝露後のプローブ管の観察結果を示す写真である。図８の写真に示すように、評価用燃焼ガスの流れの方向に沿った縦方向のプローブ管の間に、燃焼灰のブリッジが確認された。これにより、ボイラの伝熱管における燃焼灰のブリッジ性を評価可能であることがわかった。
【符号の説明】
【００４６】
１０  ボイラ
１２  ボイラ本体
１４  後部伝熱部
１６  バーナ
１８、５０  配管
２０  伝熱管群
２２、４６  火炎
２４、５８  排気口
３０  燃焼灰ブリッジ性評価装置
３２  加熱炉
３４  燃料供給部
３６  プローブ管配置部
３８  観察部
４０  セラミックス管
４２  ヒータ
４４  導入部
４８  フィーダ
５２  プローブ管配置部本体
５４  プローブ管
５６  導入口
６０、６２  シール部材
６４  プローブ管本体
６６  冷却管
６８  排出口
７０  温度センサ
【図１】
2019052818.tif 000003
【図２】
2019052818.tif 000004
【図３】
2019052818.tif 000005
【図４】
2019052818.tif 000006
【図５】
2019052818.tif 000007
【図６】
2019052818.tif 000008
【図７】
2019052818.tif 000009
【図８】
2019052818.tif 000010