(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素含有燃料を燃焼させるための燃焼装置内における灰付着界面の酸素濃度を計測するための酸素濃度計測装置であって、
酸素濃度を検出するための検出部を備え、
前記検出部は、前記燃焼装置の内部空間に露出して設けられ、前記燃焼装置で生成された灰が前記検出部に付着した状態で前記酸素濃度を検出するように構成され、
前記燃焼装置の前記内部空間における燃焼ガスの流れ方向にて前記検出部よりも上流側の位置に、記検出部を覆って前記検出部への灰の付着を妨げる覆いが設けられていない
ことを特徴とする酸素濃度計測装置。
【請求項２】
前記検出部は、前記燃焼装置の前記内部空間における燃焼ガスの流れに対向するように設けられたことを特徴とする請求項１に記載の酸素濃度計測装置。
【請求項３】
炭素含有燃料を燃焼させるための燃焼装置内における灰付着界面の酸素濃度を計測するための酸素濃度計測装置であって、
酸素濃度を検出するための検出部を備え、
前記検出部は、前記燃焼装置の内部空間に露出して設けられ、前記燃焼装置で生成された灰が前記検出部に付着した状態で前記酸素濃度を検出するように構成され、
前記灰を受け入れて堆積させるための灰貯留部をさらに備え、
前記検出部は、前記灰貯留部の底面に設けられたことを特徴とする酸素濃度計測装置。
【請求項４】
前記検出部に付着した前記灰を除去するための灰除去部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の酸素濃度計測装置。
【請求項５】
前記灰除去部は、前記検出部に流体を吹き付けて前記灰を前記検出部から吹き飛ばすように構成されたスーツブロアを含むことを特徴とする請求項４に記載の酸素濃度計測装置。
【請求項６】
炭素含有燃料を燃焼させるための燃焼装置内における灰付着界面の酸素濃度を計測するための酸素濃度計測装置であって、
酸素濃度を検出するための検出部を備え、
前記検出部は、前記燃焼装置の内部空間に露出して設けられ、前記燃焼装置で生成された灰が前記検出部に付着した状態で前記酸素濃度を検出するように構成され、
前記検出部に付着した前記灰を除去するための灰除去部をさらに備え、
前記灰除去部は、前記検出部が鉛直方向下方を向くように前記酸素濃度計測装置を回動させて前記灰を落下させるように構成された回動部を含むことを特徴とする酸素濃度計測装置。
【請求項７】
前記酸素濃度計測装置は、前記燃焼装置内に位置する伝熱管に少なくとも部分的に接触するように設けられたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の酸素濃度計測装置。
【請求項８】
固体電解質により形成され、前記燃焼装置の前記内部空間に挿通された中空の基体管と、
前記基体管の内側に設けられた参照電極と、をさらに備え、
前記検出部は、前記内部空間に露出するように前記基体管の外表面に設けられた作用電極であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の酸素濃度計測装置。
【請求項９】
炭素含有燃料を燃焼させるための燃焼装置内における灰付着界面の酸素濃度を計測するための酸素濃度計測装置であって、
酸素濃度を検出するための検出部を備え、
前記検出部は、前記燃焼装置の内部空間に露出して設けられ、前記燃焼装置で生成された灰が前記検出部に付着した状態で前記酸素濃度を検出するように構成され、
固体電解質により形成され、前記燃焼装置の前記内部空間に挿通された中空の基体管と、
前記基体管の内側に設けられた参照電極と、をさらに備え、
前記検出部は、前記内部空間に露出するように前記基体管の外表面に設けられた作用電極であり、
前記基体管の内側に設けられ、冷却媒体が流れる冷却管をさらに備えることを特徴とする酸素濃度計測装置。
【請求項１０】
前記基体管が前記内部空間に最も入り込んだ第１位置と、前記第１位置よりも前記燃焼装置の外側に向かって前記基体管が退避した第２位置との間で前記基体管を移動させるためのアクチュエータをさらに備えることを特徴とする請求項８又は９に記載の酸素濃度計測装置。
【請求項１１】
炭素含有燃料を燃焼させるための燃焼装置内における灰付着界面の酸素濃度を計測するための酸素濃度計測装置であって、
酸素濃度を検出するための検出部を備え、
前記検出部は、前記燃焼装置の内部空間に露出して設けられ、前記燃焼装置で生成された灰が前記検出部に付着した状態で前記酸素濃度を検出するように構成され、
前記検出部で検出した前記酸素濃度が第１閾値以下になったとき、前記検出部に前記灰が付着したと判定するように構成された灰付着判定部をさらに備え、
前記酸素濃度計測装置は、前記灰付着判定部により、前記検出部に前記灰が付着したと判定された状態で前記検出部が検出した前記酸素濃度を前記灰付着界面の酸素濃度として出力するように構成されたことを特徴とする酸素濃度計測装置。
【請求項１２】
炭素含有燃料を燃焼させるための燃焼装置における腐食を評価するための腐食評価システムであって、
前記燃焼装置内における灰付着界面の酸素濃度を計測するように構成された請求項１乃至１１の何れか一項に記載の酸素濃度計測装置と、
前記灰付着界面の前記酸素濃度に基づいて、前記燃焼装置における腐食を評価するように構成された腐食評価装置と、
を備えることを特徴とする燃焼装置の腐食評価システム。
【請求項１３】
複数の前記酸素濃度計測装置が、前記燃焼装置内の複数の計測位置にそれぞれ設けられ、各々の前記酸素濃度計測装置は各々の前記計測位置における前記灰付着界面の前記酸素濃度をそれぞれ計測するように構成され、
前記腐食評価装置は、各々の前記計測位置における前記灰付着界面の前記酸素濃度に基づいて、該計測位置における腐食を評価するように構成されたことを特徴とする請求項１２に記載の燃焼装置の腐食評価システム。
【請求項１４】
前記酸素濃度計測装置は、前記燃焼装置内の伝熱管に隣接して設けられ、
前記腐食評価装置は、前記酸素濃度計測装置の計測結果に基づいて前記伝熱管の腐食を評価するように構成されたことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の燃焼装置の腐食評価システム。
【請求項１５】
前記腐食評価装置は、前記灰付着界面の前記酸素濃度が第２閾値未満であるときに、前記燃焼装置において硫化腐食が生じたと判定するように構成されたことを特徴とする請求項１２乃至１４の何れか一項に記載の燃焼装置の腐食評価システム。
【請求項１６】
前記腐食評価装置は、前記灰付着界面の前記酸素濃度が第３閾値よりも大きいときに、前記燃焼装置においてバナジウム腐食が生じたと判定するように構成されたことを特徴とする請求項１２乃至１５の何れか一項に記載の燃焼装置の腐食評価システム。
【請求項１７】
請求項１２乃至１６の何れか一項に記載の腐食評価システムと、
前記腐食評価システムによる評価結果に基づいて、燃焼装置の運転条件を変更するように構成された運転制御部と、
を備えることを特徴とする燃焼装置。
【請求項１８】
炭素含有燃料を燃焼させるための燃焼装置における腐食を評価する方法であって、
請求項１乃至１１の何れか一項に記載の酸素濃度計測装置を用いて前記燃焼装置内における灰付着界面の酸素濃度を計測するステップと、
前記灰付着界面の前記酸素濃度に基づいて、前記燃焼装置における腐食を評価するステップと、
を備えることを特徴とする燃焼装置の腐食評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は酸素濃度計測装置及び燃焼装置並びに燃焼装置の腐食評価システム及び腐食評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼装置内部において酸素濃度を計測し、燃焼装置を構成する機器の腐食評価を行うことがある。
特許文献１及び特許文献２には、ボイラ装置の水壁管の近傍に設けられた酸素センサによって、火炉を形成する水壁管の表面近傍におけるガスの酸素分圧を計測し、計測した酸素分圧に基づいて水壁管の硫化腐食を評価することが記載されている。
【０００３】
また、特許文献３には、腐食評価を目的とするものではないが、ボイラ装置の起動時における窒素酸化物濃度を低減するために、酸素センサを用いてバーナに供給する気体の酸素濃度を計測し、得られた計測値に基づいて、循環排ガスと空気との混合比率を制御することが記載されている。
【０００４】
なお、特許文献４には、ボイラ等の熱機関から排出される排ガス中の酸素量を測定するための酸素センサが記載されている。この酸素センサにおいて、ジルコニア電解質部及び電極接点は保護管で覆われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３０３０５１１号明細書
【特許文献２】特開平８−８６４０８号公報
【特許文献３】特公平３―２３８０２号公報
【特許文献４】特開平７−２６０７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、燃焼装置においては、燃料の燃焼により燃焼ガスとともに灰が生成され、生成された燃焼ガスは灰を伴って燃焼装置内を流れる。このため、燃焼装置内において灰が付着する部位が生じる場合がある。
ここで、燃焼装置の灰付着部位における灰付着界面の酸素濃度は、燃料装置内のガスの酸素濃度と一致しない。このため、ガス中の酸素濃度を検出することを前提としている特許文献１〜４に記載の手法では、燃焼装置において灰が付着した部分における灰付着界面の酸素濃度を検出することは難しく、灰付着部位の腐食評価を精度良く行うことは難しい。
【０００７】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、燃焼装置における灰付着界面の酸素濃度を検出可能な酸素濃度計測装置、燃焼装置の腐食評価システム及び燃焼装置の腐食評価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】
【０００８】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る酸素濃度計測装置は、
炭素含有燃料を燃焼させるための燃焼装置内における灰付着界面の酸素濃度を計測するための酸素濃度計測装置であって、
酸素濃度を検出するための検出部を備え、
前記検出部は、前記燃焼装置の内部空間に露出して設けられ、前記燃焼装置で生成された灰が前記検出部に付着した状態で前記酸素濃度を検出するように構成される。
【０００９】
従来、燃焼装置内のガスの酸素濃度を計測する際、酸素濃度計測装置（例えば酸素センサ）の検出部への灰付着による計測精度への影響を低減するために、通常、検出部に灰が付着しないように酸素濃度計測装置の配置や構造を工夫していた。
これに対し、上記（１）の構成によれば、ガス中の酸素濃度ではなく、灰付着界面における酸素濃度を計測するために、燃焼装置の内部空間に検出部を露出して設けるとともに、検出部に灰が付着した状態で酸素濃度を検出するようにしている。これにより、検出部近傍における燃焼装置の灰の付着状態を模擬して、酸素濃度を検出することができる。
【００１０】
（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、前記燃焼装置の前記内部空間における燃焼ガスの流れに対向するように設けられる。
【００１１】
上記（２）の構成によれば、検出部が燃焼装置の内部空間における燃焼ガスの流れに晒されているので、燃焼ガスの流れに随伴される灰を検出部に付着させやすい。これにより、灰が検出部に付着した状態で酸素濃度を検出することが容易となる。
【００１２】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記酸素濃度計測装置は、前記灰を受け入れて堆積させるための灰貯留部をさらに備え、
前記検出部は、前記灰貯留部の底面に設けられる。
【００１３】
上記（３）の構成によれば、灰貯留部に灰を堆積させることにより、灰貯留部の底面に設けられた検出部に灰をより安定的に付着させることができる。これにより、灰が検出部に付着した状態で酸素濃度を検出することが容易となる。
【００１４】
（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、前記酸素濃度計測装置は、前記検出部に付着した前記灰を除去するための灰除去部をさらに備える。
【００１５】
上記（４）の構成によれば、酸素濃度検出のために検出部を使用しない期間において、灰除去部により検出部に付着した灰を除去することにより、灰の付着に起因する検出部の劣化を抑制することができる。
【００１６】
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、前記灰除去部は、前記検出部に流体を吹き付けて前記灰を前記検出部から吹き飛ばすように構成されたスーツブロアを含む。
【００１７】
上記（５）の構成によれば、スーツブロアによって検出部に流体を吹き付けることにより、検出部から灰を吹き飛ばして除去することができる。
【００１８】
（６）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）の構成において、前記灰除去部は、前記検出部が鉛直方向下方を向くように前記酸素濃度計測装置を回動させて前記灰を落下させるように構成された回動部を含む。
上記（６）の構成によれば、回動部により酸素濃度計測装置を回動させて検出部に鉛直方向下方を向かせることにより、検出部に付着した灰を重力により落下させることができ、これにより検出部から灰を除去することができる。
【００１９】
（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、前記酸素濃度計測装置は、前記燃焼装置内に位置する伝熱管に少なくとも部分的に接触するように設けられる。
【００２０】
酸素濃度計測装置による酸素濃度の計測結果は、温度の影響を受ける場合がある。
上記（７）の構成によれば、酸素濃度計測装置を、伝熱管に少なくとも部分的に接触するように設けることにより、酸素濃度計測装置の温度を伝熱管の温度に近づけることができる。これにより、伝熱管と同程度の温度で酸素濃度を検出することができる。
【００２１】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、
前記酸素濃度計測装置は、
固体電解質により形成され、前記燃焼装置の前記内部空間に挿通された中空の基体管と、
前記基体管の内側に設けられた参照電極と、をさらに備え、
前記検出部は、前記内部空間に露出するように前記基体管の外表面に設けられた作用電極である。
【００２２】
上記（８）の構成によれば、固体電解質で形成された基体管の内側及び外側（燃焼装置の内部空間）にそれぞれ設けられた参照電極及び作用電極においては、基体管の内側と外側とで酸素濃度が異なる場合、酸素分子と酸素イオンとの間の酸化還元反応が起こる。このとき、参照電極と作用電極との間には、基体管の内側の酸素濃度と基体管の外側（燃焼装置の内部空間）の酸素濃度の比に応じた電位差が生じる。よって、該電位差に基づいて灰付着界面の酸素濃度を計測することができる。
【００２３】
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、前記酸素濃度計測装置は、前記基体管の内側に設けられ、冷却媒体が流れる冷却管をさらに備える。
【００２４】
上記（９）の構成によれば、基体管の内側に設けられた冷却管により酸素濃度計測装置を冷却することにより、酸素濃度計測装置の温度を伝熱管の温度に近づけることができる。これにより、燃焼装置における腐食評価対象部位と同程度の温度で酸素濃度を検出することができる。
【００２５】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（８）又は（９）の構成において、前記酸素濃度計測装置は、前記基体管が前記内部空間に最も入り込んだ第１位置と、前記第１位置よりも前記燃焼装置の外側に向かって前記基体管が退避した第２位置との間で前記基体管を移動させるためのアクチュエータをさらに備える。
【００２６】
上記（１０）の構成によれば、アクチュエータを用いることで、酸素濃度検出のために検出部を使用する期間においては基体管を第１位置側に移動させるとともに、酸素濃度検出のために検出部を使用しない期間においては基体管を第２位置側に位置させることができる。これにより、酸素濃度検出のために検出部を使用しない期間において、検出部への灰の付着や高温への曝露を低減することができ、検出部の劣化を抑制することができる。
【００２７】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成において、
前記酸素濃度計測装置は、前記検出部で検出した前記酸素濃度が第１閾値以下になったとき、前記検出部に前記灰が付着したと判定するように構成された灰付着判定部をさらに備え、
前記酸素濃度計測装置は、前記灰付着判定部により、前記検出部に前記灰が付着したと判定された状態で前記検出部が検出した前記酸素濃度を前記灰付着界面の酸素濃度として出力するように構成される。
【００２８】
本発明者らの鋭意検討の結果、灰付着界面における酸素濃度は、灰の付着量と相関関係があり、灰の付着量の増加に従って減少する傾向があるとの知見が得られた。
この知見に基づく上記（１１）の構成によれば、灰付着判定部により、検出部で検出した酸素濃度に基づいて、検出部に灰が付着したか否かを判定することができる。また、灰付着判定部により灰が付着したと判定されたときの酸素濃度検出値を用いることにより、燃焼装置における灰付着界面の酸素濃度をより確実に把握することができる。
【００２９】
（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼装置の腐食評価システムは、
炭素含有燃料を燃焼させるための燃焼装置における腐食を評価するための腐食評価システムであって、
前記燃焼装置内における灰付着界面の酸素濃度を計測するように構成された、上記（１）乃至（１１）の何れかの構成の酸素濃度計測装置と、
前記灰付着界面の前記酸素濃度に基づいて、前記燃焼装置における腐食を評価するように構成された腐食評価装置と、
を備える。
【００３０】
上記（１２）の構成によれば、ガス中の酸素濃度ではなく、酸素濃度計測装置により灰付着界面における酸素濃度を計測することで、検出部近傍における燃焼装置の灰の付着状態を模擬して酸素濃度を検出することができる。これにより、燃焼装置における灰付着界面の酸素濃度を把握することができ、該灰付着界面の酸素濃度に基づいて、燃焼装置における灰付着部位の腐食を精度良く評価することができる。
【００３１】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）の構成において、
複数の前記酸素濃度計測装置が、前記燃焼装置内の複数の計測位置にそれぞれ設けられ、各々の前記酸素濃度計測装置は各々の前記計測位置における前記灰付着界面の前記酸素濃度をそれぞれ計測するように構成され、
前記腐食評価装置は、各々の前記計測位置における前記灰付着界面の前記酸素濃度に基づいて、該計測位置における腐食を評価するように構成される。
【００３２】
燃焼装置における燃焼ガスの流れや構成機器の配置（例えば伝熱管の配列）は一様ではないため、燃焼装置内の位置に応じて灰の堆積状態が異なる。この点、上記（１３）の構成によれば、燃焼装置内において複数の計測位置に酸素濃度計測装置を設けたので、各計測位置での酸素濃度結果に基づいて、各計測位置における腐食を精度良く評価することができる。
【００３３】
（１４）幾つかの実施形態では、上記（１２）又は（１３）の構成において、
前記酸素濃度計測装置は、前記燃焼装置内の伝熱管に隣接して設けられ、
前記腐食評価装置は、前記酸素濃度計測装置の計測結果に基づいて前記伝熱管の腐食を評価するように構成される。
【００３４】
上記（１４）の構成によれば、酸素濃度計測装置を燃焼装置内の伝熱管に隣接して設けるので、酸素濃度計測装置の検出部において該伝熱管における灰の付着状態をより的確に模擬することができる。これにより、酸素濃度計測装置による計測結果に基づいて、伝熱管の腐食を精度良く評価することができる。
【００３５】
（１５）幾つかの実施形態では、上記（１２）乃至（１４）の何れかの構成において、
前記腐食評価装置は、前記灰付着界面の前記酸素濃度が第２閾値未満であるときに、前記燃焼装置において硫化腐食が生じたと判定するように構成される。
【００３６】
燃焼ガスにおける酸素濃度が比較的低い場合、燃焼装置において未燃炭素の発生量が比較的多い。このため、灰と燃焼装置の灰付着部位との界面においては、未燃炭素量の増加及び酸素濃度の低下により、灰に含まれる硫酸ナトリウムが還元されて硫黄が生じやすくなり、これにより硫黄腐食が発生しやすくなる。
上記（１５）の構成によれば、酸素濃度計測装置により計測された酸素濃度を閾値と比較することによって、硫化腐食の発生の有無を適切に判定することができる。
【００３７】
（１６）幾つかの実施形態では、上記（１２）乃至（１５）の何れかの構成において、
前記腐食評価装置は、前記灰付着界面の前記酸素濃度が第３閾値よりも大きいときに、前記燃焼装置においてバナジウム腐食が生じたと判定するように構成される。
【００３８】
燃焼ガスにおける酸素濃度が比較的高い場合、灰中に含まれるバナジウムの形態変化が生じることで、バナジウムアタックと呼ばれる高温腐食（バナジウム腐食）が発生しやすくなる。
上記（１６）の構成によれば、酸素濃度計測装置により計測された酸素濃度を閾値と比較することによって、バナジウム腐食の発生の有無を適切に判定することができる。
【００３９】
（１７）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼装置は、
上記（１２）乃至（１６）の何れに記載の腐食評価システムと、
前記腐食評価システムによる評価結果に基づいて、燃焼装置の運転条件を変更するように構成された運転制御部と、
を備える。
【００４０】
上記（１７）の構成によれば、腐食評価システムによる評価結果に基づいて、燃焼装置において腐食の可能性を低減しながら、燃焼装置を運転することができる。
【００４１】
（１８）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃焼装置の腐食評価方法は、
炭素含有燃料を燃焼させるための燃焼装置における腐食を評価する方法であって、
前記燃焼装置内における灰付着界面の酸素濃度を計測するステップと、
前記灰付着界面の前記酸素濃度に基づいて、前記燃焼装置における腐食を評価するステップと、
を備える。
【００４２】
上記（１８）の方法によれば、ガス中の酸素濃度ではなく、酸素濃度計測装置により灰付着界面における酸素濃度を計測することで、検出部近傍における燃焼装置の灰の付着状態を模擬して酸素濃度を検出することができる。これにより、燃焼装置における灰付着界面の酸素濃度を把握することができ、該灰付着界面の酸素濃度に基づいて、燃焼装置における灰付着部位の腐食を精度良く評価することができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、燃焼装置における灰付着界面の酸素濃度を検出可能な酸素濃度計測装置、燃焼装置の腐食評価システム及び燃焼装置の腐食評価方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】一実施形態に係る酸素濃度計測装置を用いた腐食評価システムの概略構成図である。
【図２】一実施形態に係る酸素濃度計測装置を用いた腐食評価システムの概略構成図である。
【図３】一実施形態に係る酸素濃度計測装置の燃焼装置内における設置例を示す図である。
【図４】一実施形態に係る酸素濃度計測装置の燃焼装置内における設置例を示す図である。
【図５】伝熱管３０の表面近傍における、硫黄腐食に関連する物質の移動及び反応を模式的に示す図である。
【図６】硫酸化ナトリウムの状態図である。
【図７Ａ】一実施形態に係る酸素濃度計測装置の概略断面図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示す酸素濃度計測装置の概略平面図である。
【図８Ａ】一実施形態に係る酸素濃度計測装置の概略断面図である。
【図８Ｂ】図８Ａに示す酸素濃度計測装置の概略平面図である。
【図９】一実施形態に係る酸素濃度計測装置による酸素分圧の計測結果の一例を示すグラフである。
【図１０】一実施形態に係る酸素濃度計測装置の構成を示す図である。
【図１１】一実施形態に係る酸素濃度計測装置の構成を示す図である。
【図１２】図１１に示す酸素濃度計測装置における冷却水の流れを模式的に示す図である。
【図１３】一実施形態に係る酸素濃度計測装置の構成を示す図である。
【図１４】一実施形態に係る酸素濃度計測装置による酸素分圧の計測例を模式的に示すグラフである。
【図１５】酸素分圧（酸素濃度）と腐食速度との関係の一例を示すグラフである。
【図１６】一実施形態に係る燃焼装置の腐食評価方法のフローチャートである。
【図１７】一実施形態に係る燃焼装置の腐食評価方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
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。
【００４６】
図１及び図２は、それぞれ、一実施形態に係る酸素濃度計測装置を用いた腐食評価システムの概略構成図である。なお、図１には、該腐食評価システムが適用された燃焼装置の一例が模式的に示されている。
なお、以下に説明する実施形態においては、燃焼装置の一例としてボイラを採りあげて説明するが、本発明を適用可能な燃焼装置はボイラに限定されない。例えば、幾つかの実施形態では、燃焼装置は、石炭ガス化設備におけるガス化炉であってもよい。
【００４７】
図１に示すように、燃焼装置（ボイラ）１は、火炉壁３により形成される火炉２と、火炉壁３に設けられ、火炉２に燃焼用空気を供給するための風箱５及び火炉２に供給される炭素含有燃料を燃焼させるためのバーナ４を含む。燃焼装置１には、火炉２における燃料の燃焼により生成する燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路１１がダクト壁４０により形成されている。
【００４８】
また、燃焼装置１は、燃焼ガス流路１１に配置され、火炉２にて発生した蒸気を燃焼ガスとの熱交換により加熱するための熱交換器６ａ〜６ｃ，８を含む。これらの熱交換器６ａ〜６ｃ，８は、例えば、加熱器、再熱器、又は節炭器等であってもよい。
熱交換器６ａ〜６ｃは、火炉２の上部から吊り下げられた吊下げ式の熱交換器であり、上下方向（鉛直方向）に延びる伝熱管群により構成される。また、熱交換器８は、横置き式の熱交換器であり、横方向（水平方向）に延びる伝熱管群により構成される。
【００４９】
腐食評価システム１００は、熱交換器６ａ〜６ｃ，８の近傍の近傍に設けられた酸素濃度計測装置１０と、酸素濃度計測装置１０による計測結果を処理するための計測・評価ユニット１２と、を含む。
幾つかの実施形態において、図２に示すように、計測・評価ユニット１２は、検出部９に灰が付着したか否かを判定するための灰付着判定部１３を含む。また、幾つかの実施形態において、計測・評価ユニット１２は、酸素濃度計測装置１０により計測された灰付着界面の酸素濃度に基づいて燃焼装置１における腐食を評価するための腐食評価装置１０２を含む。
【００５０】
なお、理想気体の状態方程式によれば、温度が一定であるとき、酸素濃度と酸素分圧とは比例関係を有する。そこで、本明細書においては、「酸素分圧」は広義の「酸素濃度」に含まれるものとする。
【００５１】
一実施形態において、燃焼装置１は、該燃焼装置１を制御するための運転制御部１０４（図２参照）を含む。
【００５２】
ここで、図３及び図４は、一実施形態に係る酸素濃度計測装置の燃焼装置内における設置例を示す図である。図３及び図４には、燃焼装置１内に設けられた横置き式の熱交換器８の伝熱管３０の近傍に配置された酸素濃度計測装置１０が示されている。なお、図３は、燃焼ガス流路１１（図１参照）の縦断面から視た図であり、図４は、燃焼ガス流路１１の横断面から視た図である。
【００５３】
図３及び図４に示すように、酸素濃度計測装置１０は、酸素分圧（酸素濃度）を検出するための検出部９を備えている。該検出部９は、燃焼装置１の内部空間（図３及び図４では、燃焼ガス流路１１）に露出して設けられている。また、酸素濃度計測装置１０は、燃焼装置１で生成された灰が検出部９に付着した状態で酸素分圧（酸素濃度）を検出するように構成される。すなわち、酸素濃度計測装置１０は、検出部９と、検出部９に付着した灰との間の界面における酸素濃度を検出するように構成される。
【００５４】
金属の腐食は、典型的には、酸素分圧（酸素濃度）の影響を受ける。
例えば、燃焼装置１の伝熱管３０においては、空気比が比較的小さく酸素分圧（酸素濃度）が比較的小さい領域では、硫黄腐食が生じやすくなる。
これについて、図５及び図６を参照してより具体的に説明する。図５は、伝熱管３０の表面近傍における、硫黄腐食に関連する物質の移動及び反応を模式的に示す図である。図６は、硫酸化ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）の状態図である。図６において、横軸は酸素分圧を示し、縦軸は温度を示す。
【００５５】
図５に示すように、伝熱管３０に灰５０が付着している場合、灰に含有される未燃炭素（Ｃ）と燃焼装置１の内部空間（例えば燃焼ガス流路１１）に存在する酸素ガス（Ｏ２）との反応により一酸化炭素（ＣＯ）が生成するとともに（下記式（１））、灰に含有される硫酸化ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）が下記式（１）にて生成した一酸化炭素（ＣＯ）により還元されて、硫黄（Ｓ）が生成する（下記式（２））。
２Ｃ＋Ｏ２→２ＣＯ    ・・・（１）
Ｎａ２ＳＯ４＋３ＣＯ→Ｎａ２Ｏ＋３ＣＯ２＋Ｓ    ・・・（２）
また、上記式（２）により生成した硫黄と、伝熱管３０に含まれる鉄（Ｆｅ）との反応により、硫化鉄（ＦｅＳ）が生成し、これにより伝熱管３０の腐食が生じる（下記式（３））。
２Ｆｅ＋Ｓ２→２ＦｅＳ    ・・・（３）
【００５６】
ここで、燃焼装置１内部空間における酸素分圧が低下すると、灰中における未燃炭素の量が増加することにより、上記式（１）（２）の反応が促進されて、硫黄（Ｓ）の遊離が進む。このことは、図６の状態図からも理解できる。すなわち、図６の状態図には、酸素分圧が小さいほど硫酸化ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）の分解が進むことが示されている。
【００５７】
また、燃焼装置１の伝熱管３０において、空気比が比較的大きく酸素分圧が比較的大きい領域では、バナジウム腐食が生じやすくなる。これは、酸素分圧が大きくなると、灰中に含まれる酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ４）が酸化されて、酸化バナジウム（Ｖ）Ｖ２Ｏ５が生成されやすくなる。この酸化バナジウム（Ｖ）は、比較的低い融点を持つため付着性が高く、バナジウムアタックと呼ばれる腐食を発生させやすい。
このように、燃焼装置１の伝熱管３０等の腐食は、酸素分圧の影響を受ける。
【００５８】
一方、本発明者らの鋭意検討の結果、燃焼装置１の内部空間（例えば燃焼ガス流路１１）における燃焼ガスの酸素分圧（酸素濃度）と、灰付着界面（例えば伝熱管３０における灰付着界面）における酸素分圧（酸素濃度）とは、大きく異なることがわかった。
ここで、図６におけるＰＯ２｜ａ、ＰＯ２｜ｂ及びＰＯ２｜ｃは、それぞれ、図５に示される各点における酸素分圧（酸素濃度）を示す。なお、図５において、ＰＯ２｜ａ、ＰＯ２｜ｂ及びＰＯ２｜ｃは、それぞれ、燃焼装置１の内部空間（燃焼ガス流路１１）において伝熱管３０から離れた位置、伝熱管３０に堆積した灰５０の表面（灰５０と燃焼ガス流路１１との界面）における位置及び、伝熱管３０における灰付着界面（伝熱管３０の表面と灰５０との界面）における位置である。
例えば、図５及び図６に示されるように、伝熱管３０に堆積した灰５０の表面での酸素分圧ＰＯ２｜ｂは、燃焼装置１の内部空間における燃焼ガスの酸素分圧ＰＯ２｜ａよりも小さく、灰付着界面における酸素分圧ＰＯ２｜ｃは、灰５０の表面における酸素分圧ＰＯ２｜ｂよりもさらに小さい。
【００５９】
この点、上述の酸素濃度計測装置１０によれば、燃焼装置１の内部空間（例えば燃焼ガス流路１１）に検出部９を露出して設けるとともに、検出部９に灰が付着した状態で酸素分圧（酸素濃度）を検出することにより、燃焼ガス中の酸素分圧ではなく、灰付着界面における酸素分圧を計測できる。これにより、検出部９近傍における燃焼装置１の灰の付着状態を模擬して、酸素分圧（酸素濃度）を検出することができる。
【００６０】
また、燃焼装置１の腐食評価システム１００において上述の酸素濃度計測装置１０を採用することで、燃焼装置１における灰付着界面の酸素濃度を把握することができ、該灰付着界面の酸素濃度に基づいて、燃焼装置１における灰付着部位の腐食を精度良く評価することができる。
【００６１】
幾つかの実施形態において、燃焼装置１において燃焼される燃料は、石油コークスを含む。石油コークスは、例えば石炭等に比べて、硫黄（Ｓ）やバナジウム（Ｖ）の含有量が比較的大きく、上述した硫化腐食やバナジウム腐食が生じるリスクが大きい。この点、上述の酸素濃度計測装置１０を備えた腐食評価システム１００を用いることにより、石油コークスを燃料として用いる燃焼装置１における灰付着部位の腐食評価を効果的に行うことができる。
【００６２】
次に、幾つかの実施形態に係る酸素濃度計測装置１０についてより具体的に説明する。図７Ａ及び図８Ａは、それぞれ、一実施形態に係る酸素濃度計測装置１０の概略断面図であり、図７Ｂ及び図８Ｂは、それぞれ、図７Ａ及び図８Ａに示す酸素濃度計測装置１０の概略平面図である。
図７Ａ〜７Ｂ及び図８Ａ〜８Ｂに示すように、酸素濃度計測装置１０は、固体電解質により形成された中空の基体管１４と、基体管１４の内側１５に設けられた参照電極１８と、基体管１４の外表面に設けられた作用電極１６と、を含む。
基体管１４は、燃焼装置１の内部空間（例えば燃焼ガス流路１１）に挿通されているとともに、作用電極１６は、燃焼装置１の内部空間に露出するように設けられている。
図７Ａ〜７Ｂ及び図８Ａ〜８Ｂに示す実施形態において、酸素濃度計測装置１０の検出部９は、上述の作用電極１６である。
【００６３】
基体管１４を構成する固体電解質は、酸素イオンを導電可能な導電性物質である。一実施形態では、基体管１４は、固体電解質であるジルコニアにより構成される。
一実施形態において、参照電極１８は、白金ペースト１８Ａと白金メッシュ１８Ｂを含み、該参照電極１８には、電極線１９が接続されている。
一実施形態において、作用電極１６は、白金ペースト１６Ａと白金メッシュ１６Ｂを含み、該作用電極１６には、電極線１７が接続されている。
また、電極線１７及び電極線１９は電位差計（不図示）に接続されおり、該電位差計によって、参照電極１８と作用電極１６との間の電位差が計測できるようになっている。
【００６４】
基体管１４の内側１５は、規定の酸素分圧の気体（典型的には空気）で満たされている。なお、基体管１４の内側１５において規定の酸素分圧が維持されるように、ポンプ（不図示）等で基体管１４の内側１５に空気等が供給されるようになっていてもよい。
【００６５】
上述の構成を有する酸素濃度計測装置１０によれば、固体電解質で形成された基体管１４の内側１５及び外側（燃焼装置１の内部空間）にそれぞれ設けられた参照電極１８及び作用電極１６においては、基体管１４の内側１５と外側とで酸素分圧（酸素濃度）が異なる場合、酸素分子と酸素イオンとの間の酸化還元反応が起こる。このとき、参照電極１８と作用電極１６との間には、基体管１４の内側１５の酸素分圧（酸素濃度）と基体管１４の外側（燃焼装置１の内部空間）の酸素分圧（酸素濃度）の比に応じた電位差が生じる。よって、該電位差を上述した電位差計により検出し、該電位差計による検出結果に基づいて灰付着界面の酸素濃度を計測することができる。
【００６６】
ここで、図９は、上述した作用電極１６を検出部９として有する酸素濃度計測装置１０（例えば図７Ａ〜図７Ｂに示す酸素濃度計測装置１０）による酸素分圧の計測結果の一例を示すグラフである。図９のグラフにおいて、横軸は時間を、縦軸は酸素分圧をそれぞれ示す。また、図９のグラフにおいて、ＰＯ２＿ｇは、燃焼装置１の燃焼ガス流路１１を流れる燃焼ガス中の酸素分圧を示し、ＰＯ２＿ｍは、燃焼ガス流路１１における上述の酸素濃度計測装置１０による灰付着界面の酸素分圧の計測結果を示す。
【００６７】
図９に示すように、燃焼ガス流路１１における灰付着界面の酸素分圧ＰＯ２＿ｍは、燃焼ガス中の酸素分圧ＰＯ２＿ｇに比べて大幅に小さい。これは、灰付着界面においては、灰中に含有される未燃炭素により酸素分圧が低下しているからであると考えられる。
また、図９に示すように、燃焼ガス流路１１における灰付着界面の酸素分圧を示すＰＯ２＿ｍは、時間の経過に伴って減少している。これは、時間の経過に伴い、酸素濃度計測装置１０の検出部９への灰の付着量が増えたためであると考えられる。
【００６８】
なお、このことから、酸素濃度計測装置１０を用いて燃焼装置１の腐食評価を行う際には、酸素濃度計測装置１０の検出部９への灰が十分に付着し、灰付着界面における酸素分圧が減少して定常状態となったときの酸素分圧の計測値を用いることで、より精度のよい腐食評価を行うことができる。
【００６９】
幾つかの実施形態では、検出部９は、燃焼装置１の内部空間における燃焼ガスの流れに対向するように設けられる。
例えば、幾つかの実施形態では、図３及び図４に示すように、酸素濃度計測装置１０は、検出部９が燃焼ガスの流れの方向を向くように設けられる。なお、図４に示す実施形態においては、燃焼ガスの流れの方向は、紙面の手前から奥へ向かう方向である。
【００７０】
このように、検出部９が燃焼装置１の内部空間における燃焼ガスの流れに晒されるようにすることで、燃焼ガスの流れに随伴される灰を検出部９に付着させやすい。これにより、灰が検出部９に付着した状態で酸素濃度を検出することが容易となる。
【００７１】
また、酸素濃度計測装置１０は、灰を受け入れて堆積させるための灰貯留部を備えるとともに、検出部９は灰貯留部の底面に設けられていてもよい。
例えば、図８Ａ〜図８Ｂに示す実施形態では、酸素濃度計測装置１０は、灰を受け入れて堆積させるための灰貯留部２０を備えている。そして、検出部９（作用電極１６）は、灰貯留部２０の底面２１に設けられている。
【００７２】
図８Ａ〜図８Ｂに示す実施形態では、灰貯留部２０は、基体管１４の外側において、作用電極１６を取り囲むように基体管１４の外表面に立設された貯留壁部２２を含む。貯留壁部２２は、接着剤２４により基体管１４の外表面に固定されている。
また、図８Ａ〜図８Ｂに示す灰貯留部２０は、作用電極１６を覆うように設けられたメッシュカバー２６を有する。メッシュカバー２６は、灰貯留部２０に貯留される灰と作用電極１６との接触を低減し、灰５０に含まれる未燃炭素と作用電極１６との反応を抑制するために設けられる。メッシュカバー２６は、例えばＳＵＳ製のメッシュである。
【００７３】
なお、図８Ａには灰貯留部２０に灰５０が貯留している状態が図示されているが、図８Ｂにおいて、灰貯留部２０に貯留した灰５０は図示が省略されている。
【００７４】
上述のような灰貯留部２０を設けて、灰貯留部２０に灰を堆積させることにより、灰貯留部２０の底面２１に設けられた検出部９に灰をより安定的に付着させることができる。これにより、灰が検出部９に付着した状態で酸素濃度を検出することが容易となる。
【００７５】
灰貯留部２０の構成は、図８Ａ〜図８Ｂに図示される例に限定されない。例えば、図８Ａ〜図８Ｂに図示される灰貯留部２０は、平板状部材により構成された、平面視四角形の貯留壁部２２を含む。幾つかの実施形態では、灰貯留部２０は、平面視円形の貯留壁部２２を含んでいてもよく、あるいは、灰貯留部２０は、すり鉢状の形状を有していてもよい。
【００７６】
幾つかの実施形態では、酸素濃度計測装置１０は、検出部９に付着した灰を除去するための灰除去部（不図示）をさらに備える。
酸素濃度検出のために検出部９を使用しない期間において、灰除去部により検出部９に付着した灰を除去することにより、灰の付着に起因する検出部９の劣化を抑制することができる。
【００７７】
例えば、一実施形態では、灰除去部は、検出部９に流体を吹き付けて灰を検出部９から吹き飛ばすように構成されたスーツブロアを含む。
この場合、スーツブロアによって検出部９に流体を吹き付けることにより、検出部９から灰を吹き飛ばして除去することができる。
【００７８】
また、例えば、一実施形態では、灰除去部は、検出部９が鉛直方向下方を向くように酸素濃度計測装置１０を回動させて灰を落下させるように構成された回動部（不図示）を含む。
この場合、回動部により酸素濃度計測装置１０を回動させて検出部９に鉛直方向下方を向かせることにより、検出部９に付着した灰を重力により落下させることができ、これにより検出部９から灰を除去することができる。
【００７９】
なお、すり鉢形状の灰貯留部２０を有する酸素濃度計測装置１０の場合、灰貯留部２０の内壁面は湾曲している。このため、回動部により酸素濃度計測装置１を回動させて検出部９に鉛直方向下方を向かせたときに、灰貯留部２０の底部に堆積した灰が、湾曲した内壁面に沿って落下しやすく、検出部９に付着した灰を除去しやすい。これにより、灰の付着に起因する検出部９の劣化を効果的に抑制することができる。
【００８０】
幾つかの実施形態では、酸素濃度計測装置１０は冷却可能に構成される。
酸素濃度計測装置１０による計測結果は、温度の影響を受ける場合がある。そこで、酸素濃度計測装置１０を冷却して、酸素濃度計測装置１０の温度を腐食評価対象物の温度に近づけることにより、腐食評価対象物と同程度の温度で灰付着界面における酸素濃度を検出することができる。これにより、燃焼装置１の腐食評価をより精度良く行うことができる。
【００８１】
ここで、図１０及び図１１は、それぞれ、一実施形態に係る酸素濃度計測装置１０の構成を示す図であり、図１２は、図１１に示す酸素濃度計測装置１０における冷却水の流れを模式的に示す図である。
【００８２】
例えば、幾つかの実施形態では、図１０に示すように、酸素濃度計測装置１０は、燃焼装置１内に位置する伝熱管３０に少なくとも部分的に接触するように設けられる。なお、図１０に示す例では、酸素濃度計測装置１０のうち基体管１４の外表面の一部が、燃焼ガス流路１１に設けられた伝熱管３０に接触するように、酸素濃度計測装置１０が設けられている。
この場合、酸素濃度計測装置１０と伝熱管３０との間の熱伝導により、酸素濃度計測装置１０の温度を伝熱管３０の温度に近づけることができる。これにより、伝熱管３０と同程度の温度で酸素濃度を検出することができる。
【００８３】
また、例えば、幾つかの実施形態では、図１１及び図１２に示すように、酸素濃度計測装置１０は、基体管１４の内側に設けられ、冷却媒体が流れる冷却管３２をさらに備える。
図１１に示すように、冷却管３２には、矢印により示す方向に、冷却水（冷却媒体）が流れるようになっている。また、基体管１４の内部には、電極線１９が挿通される絶縁管３４が設けられており、電極線１９が冷却管３２から絶縁されるようになっている。
この場合、基体管１４の内側に設けられた冷却管３２により酸素濃度計測装置１０を冷却することにより、酸素濃度計測装置１０の温度を伝熱管３０の温度に近づけることができる。これにより、燃焼装置１における腐食評価対象部位（伝熱管３０）と同程度の温度で酸素濃度を検出することができる。
【００８４】
また、一実施形態では、図１２に示すように、酸素濃度計測装置１０を冷却するための冷却水は、基体管１４の内部に設けられる冷却管３２、並びに、燃焼装置１の外部に設けられるラジエータ３６、冷却水貯留部３８及びポンプ３９がこの順に設けられた冷却媒体循環路３３を循環するようになっている。このように、燃焼装置１の外部に少なくとも一部が設けられた冷却媒体循環路３３において冷却水を循環させることで、酸素濃度計測装置１０の系外の影響が低減された状態で酸素濃度計測装置１０を冷却水により冷却することができる。また、冷却水の温度や循環流量を調節することで、酸素濃度計測装置１０の温度を任意に制御することができる。
【００８５】
図１３は、一実施形態に係る酸素濃度計測装置１０の構成を示す図である。
幾つかの実施形態では、図１３に示すように、酸素濃度計測装置１０は、基体管１４が内部空間（図１３においては燃焼ガス流路１１）に最も入り込んだ第１位置と、第１位置よりも燃焼装置１の外側に向かって基体管１４が退避した第２位置との間で基体管１４を移動させるためのアクチュエータ４２をさらに備える。なお、図１３において、第１位置に位置する酸素濃度計測装置１０は二点鎖線で示されており、第２位置に位置する酸素濃度計測装置１０は実線で示されている。
【００８６】
図１３に示す実施形態において、酸素濃度計測装置１０は、燃焼装置１のダクト壁４０に設けられた孔４１を基体管１４が貫通するように設けられている。また、アクチュエータ４２は、燃焼装置１に対して支持部４５を介して固定される固定部４３と、孔４１の軸方向に沿って移動可能な可動部４４と、を含む。可動部４４は、例えば、図示しないモータの動力又は油圧等により移動可能となっている。酸素濃度計測装置１０の基体管１４の一端部がアクチュエータ４２の可動部４４に固定されており、基体管１４と可動部４４とが一体的に移動できるようになっている。
【００８７】
上述のようにアクチュエータ４２を用いることで、酸素濃度検出のために検出部９を使用する期間においては基体管１４を第１位置側に移動させるとともに、酸素濃度検出のために検出部９を使用しない期間においては基体管１４を第２位置側に位置させることができる。これにより、酸素濃度検出のために検出部９を使用しない期間において、検出部９への灰の付着や高温への曝露を低減することができ、検出部９の劣化を抑制することができる。
【００８８】
尚、センサの劣化に関しては、電極の活性低下が主な要因である場合が多い。その場合、初期電圧と現状電圧との差を補正し、酸素濃度を導出するようにしてもよい。
【００８９】
幾つかの実施形態では、酸素濃度計測装置１０は、上述した灰付着判定部１３をさらに備える。灰付着判定部１３は、検出部９で検出した酸素濃度が第１閾値Ｔｈ１以下になったとき、検出部９に灰が付着したと判定するように構成されている。
【００９０】
本発明者らの鋭意検討の結果、灰付着界面における酸素濃度は、灰の付着量と相関関係があり、灰の付着量の増加に従って減少する傾向があるとの知見が得られた。
この知見に基づいて構成された灰付着判定部１３により、検出部９で検出した酸素濃度に基づいて、検出部９に灰が付着したか否かを判定することができる。また、灰付着判定部１３により灰が付着したと判定されたときの酸素濃度検出値を用いることにより、燃焼装置１における灰付着界面の酸素濃度をより確実に把握することができる。
【００９１】
ここで、図１４は、一実施形態に係る酸素濃度計測装置１０による酸素分圧の計測例を模式的に示すグラフである。図１４のグラフにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は酸素分圧を示す。
例えば、酸素濃度計測装置１０によって、ある時刻ｔ１において計測した酸素分圧が第１閾値Ｔｈ１以下である場合、灰付着判定部１３は、該時刻ｔ１において検出部９に灰が付着していると判定する。一方、酸素濃度計測装置１０によって、ある時刻ｔ２において計測した酸素分圧が第１閾値Ｔｈ１よりも大きい場合、灰付着判定部１３は、該時刻ｔ２において検出部９に灰が付着してないと判定する。この場合、灰付着判定部１３により灰が付着していないと判定された時刻ｔ２における酸素濃度検出値を排除して、灰付着判定部１３により灰が付着したと判定された時刻ｔ１における酸素濃度検出値を用いることにより、燃焼装置１における灰付着界面の酸素濃度をより確実に把握することができる。
【００９２】
幾つかの実施形態では、灰付着判定部１３は、検出部９に灰が付着したか否かを判定するための２番目の閾値（第４閾値）を用いるようになっていてもよい。例えば、一実施形態では、灰付着判定部１３は、ある時刻ｔ３において検出部９で検出した酸素濃度が、第１閾値Ｔｈ１よりも大きい第４閾値Ｔｈ４よりも大きい場合には、該時刻ｔ３において検出部９には灰は付着しておらず、検出部９で検出した酸素濃度が該第４閾値Ｔｈ４以下である場合には、該時刻ｔ３において検出部９には灰が付着した可能性がある、と判定するようになっていてもよい。
また、時刻ｔ３において検出部９で検出した酸素分圧が上述の第４閾値Ｔｈ４以下であったとしても、時刻ｔ３から規定期間Ｔ経過後の時刻（ｔ３＋Ｔ）において、検出部９で検出した酸素分圧が第１閾値Ｔｈ１よりも大きい場合には、灰付着判定部１３は、時刻ｔ３から時刻（ｔ３＋Ｔ）の期間において、実際には検出部９に灰は付着していなかったと判定するようになっていてもよい。検出部９による酸素濃度の検出結果には、ノイズが含まれている可能性もある。そこで、このようにして、検出部９による検出結果のノイズを排除するようにしてもよい。
【００９３】
次に、燃焼装置１における腐食を評価するための腐食評価システム１００についてより具体的に説明する。
腐食評価システム１００は、上述に説明した酸素濃度計測装置１０と、酸素濃度計測装置１０により検出された灰付着界面の酸素濃度に基づいて、燃焼装置１における腐食を評価するように構成された腐食評価装置１０２と、を備えている（図１及び図２参照）。
【００９４】
このような腐食評価システム１００によれば、燃焼ガス中の酸素濃度ではなく、酸素濃度計測装置１０により灰付着界面における酸素濃度を計測することで、検出部近傍における燃焼装置１の灰の付着状態を模擬して酸素濃度を検出することができる。これにより、燃焼装置１における灰付着界面の酸素濃度を把握することができ、該灰付着界面の酸素濃度に基づいて、燃焼装置１における灰付着部位の腐食を精度良く評価することができる。
【００９５】
幾つかの実施形態では、複数の酸素濃度計測装置１０が、燃焼装置１内の複数の計測位置にそれぞれ設けられる。このように複数の計測位置に設けられた各々の酸素濃度計測装置１０は、各々の計測位置における灰付着界面の酸素濃度をそれぞれ計測するように構成されている。そして、腐食評価装置１０２は、各々の計測位置における灰付着界面の酸素濃度に基づいて、各計測位置における腐食を評価するように構成されている。
【００９６】
例えば一実施形態では、図３及び図４に示すように、複数の酸素濃度計測装置１０が、同一水平面内において複数の異なる計測位置に設けられる。あるいは、一実施形態では、複数の酸素濃度計測装置１０が、同一垂直面内において複数の異なる計測位置に設けられていてもよい。
【００９７】
燃焼装置１における燃焼ガスの流れや構成機器の配置（例えば伝熱管３０の配列）は一様ではないため、燃焼装置１内の位置に応じて灰の堆積状態が異なる。この点、上記（１３）の構成によれば、燃焼装置１内において複数の計測位置に酸素濃度計測装置１０を設けたので、各計測位置での酸素濃度結果に基づいて、各計測位置における腐食を精度良く評価することができる。
【００９８】
幾つかの実施形態では、酸素濃度計測装置１０は、図２及び図３に示すように、燃焼装置１内の伝熱管３０に隣接して設けられる。そして、腐食評価装置１０２は、酸素濃度計測装置１０の計測結果に基づいて伝熱管３０の腐食を評価するように構成されている。
【００９９】
このように、酸素濃度計測装置１０を燃焼装置１内の伝熱管３０に隣接して設けることで、酸素濃度計測装置１０の検出部９において該伝熱管３０における灰の付着状態をより的確に模擬することができる。これにより、酸素濃度計測装置１０による計測結果に基づいて、燃焼装置１における伝熱管３０の腐食を精度良く評価することができる。
【０１００】
幾つかの実施形態では、腐食評価装置１０２は、灰付着界面の酸素濃度が第２閾値Ｔｈ２未満であるときに、燃焼装置１において硫化腐食が生じたと判定するように構成される。
【０１０１】
ここで、図１５は、酸素分圧（酸素濃度）と腐食速度（腐食性）との関係の一例を示すグラフである。
上述したように、燃焼ガスにおける酸素濃度が比較的低い場合、燃焼装置１において未燃炭素の発生量が比較的多い。このため、灰と燃焼装置１の灰付着部位との界面においては、未燃炭素量の増加及び酸素濃度の低下により、灰に含まれる硫酸ナトリウムが還元されて硫黄が生じやすくなり、これにより硫黄腐食が発生しやすくなる。このことに基づいて第２閾値Ｔｈ２を適宜設定することができ、図１５に示すように、酸素濃度計測装置１０により計測された酸素濃度が第２閾値Ｔｈ２未満であるときに、燃焼装置１において硫化腐食が生じたと判定することができる。
これにより、酸素濃度計測装置１０により計測された酸素濃度に基づいて、硫化腐食の発生の有無を適切に判定することができる。
【０１０２】
幾つかの実施形態では、腐食評価装置１０２は、灰付着界面の酸素濃度が第３閾値Ｔｈ３よりも大きいときに、燃焼装置１においてバナジウム腐食が生じたと判定するように構成される。
【０１０３】
上述したように、燃焼ガスにおける酸素濃度が比較的高い場合、灰中に含まれるバナジウムの形態変化が生じることで、バナジウムアタックと呼ばれる高温腐食（バナジウム腐食）が発生しやすくなる。このことに基づいて第３閾値Ｔｈ３を適宜設定することができ、図１５に示すように、酸素濃度計測装置１０により計測された酸素濃度が第３閾値Ｔｈ３よりも大きいときに、燃焼装置１においてバナジウム腐食が生じたと判定することができる。
これにより、酸素濃度計測装置１０により計測された酸素濃度に基づいて、バナジウム腐食の発生の有無を適切に判定することができる。
【０１０４】
なお、典型的には、硫化腐食の発生限界酸素濃度である第２閾値Ｔｈ２と、バナジウム腐食の発生限界酸素濃度である第３閾値Ｔｈ３とは、Ｔｈ２＜Ｔｈ３の関係を有する。そこで、Ｔｈ２以上Ｔｈ３以下の範囲内の酸素濃度であれば、伝熱管３０等の硫化腐食及びバナジウム腐食の可能性が低減された状態で、燃焼装置１を安定的に運転することができる。
【０１０５】
幾つかの実施形態では、燃焼装置１は、腐食評価システム１００による評価結果に基づいて、燃焼装置１の運転条件を変更するように構成された運転制御部１０４を有していてもよい。
例えば、運転制御部１０４は、腐食評価システム１００によって燃焼装置１において硫化腐食が生じたと判定されたときに、燃焼装置１における燃焼ガスの酸素濃度を上昇させるため、燃焼装置１に供給する空気における空気比を増加させるように構成されていてもよい。これにより、燃焼装置１における硫化腐食発生の可能性を低減しながら、燃焼装置１を運転することができる。
また、例えば、運転制御部１０４は、腐食評価システム１００によって燃焼装置１においてバナジウム腐食が生じたと判定されたときに、燃焼装置１における燃焼ガスの酸素濃度を減少させるため、燃焼装置１に供給する空気における空気比を減少させるように構成されていてもよい。これにより、燃焼装置１におけるバナジウム腐食発生の可能性を低減しながら、燃焼装置１を運転することができる。
【０１０６】
次に、幾つかの実施形態に係る燃焼装置１の腐食評価方法について説明する。
幾つかの実施形態に係る燃焼装置１の腐食評価方法は、例えば、上述した腐食評価システム１００を用いて実施することができ、燃焼装置１内における灰付着界面の酸素濃度を計測するステップと、灰付着界面の酸素濃度に基づいて、燃焼装置１における腐食を評価するステップと、を備える。
【０１０７】
ここで、図１６及び図１７は、それぞれ、一実施形態に係る燃焼装置１の腐食評価方法のフローチャートである。
【０１０８】
例えば、図１６に示す実施形態に係る腐食評価方法では、まず、上述した酸素濃度計測装置１０を用いて、燃焼装置１内における灰付着界面の酸素濃度を計測する（Ｓ１０２）。
【０１０９】
次に、ステップＳ１０２で計測した酸素濃度を、上述の第１閾値Ｔｈ１（すなわち、酸素濃度計測装置１０の検出部９に灰が付着しているか否かを判定するための閾値）と比較する（Ｓ１０４）。
【０１１０】
ステップＳ１０４における比較結果において、ステップＳ１０２で計測した酸素濃度が第１閾値Ｔｈ１以下であるときには、該酸素濃度に基づいて、燃焼装置１における腐食を評価する（Ｓ１０６）。一方、ステップＳ１０４における比較結果において、ステップＳ１０２で計測した酸素濃度が第１閾値Ｔｈ１よりも大きいときには、該酸素濃度を用いて燃焼装置１における腐食評価を行わず、再度、酸素濃度を計測するステップＳ１０２に戻る。
【０１１１】
なお、燃焼装置１における腐食を評価するステップＳ１０６においては、ステップＳ１０２で計測した酸素濃度と、上述した第２閾値Ｔｈ２又は第３閾値Ｔｈ３との比較により、燃焼装置１における硫化腐食又はバナジウム腐食の有無を判定するようにしてもよい。
【０１１２】
また、例えば、図１７に示す実施形態に係る腐食評価方法では、まず、上述した酸素濃度計測装置１０を用いて、燃焼装置１内における灰付着界面の酸素濃度を計測する（Ｓ１１２）。
【０１１３】
次に、ステップＳ１１２で計測した酸素濃度を、上述の第２閾値Ｔｈ２（すなわち、燃焼装置１において硫化腐食が生じているか否かを判定するための閾値）と比較する（Ｓ１１４）。
ステップＳ１１４において、ステップＳ１１２で計測した酸素濃度が第２閾値Ｔｈ２未満であった場合（ステップＳ１１４のＹＥＳ）、燃焼装置１における燃焼ガスの酸素濃度を上昇させるため、燃焼装置１に供給する空気における空気比を増加させる（Ｓ１１５）。
【０１１４】
ステップＳ１１４において、ステップＳ１１２で計測した酸素濃度が第２閾値Ｔｈ２以上であった場合には（ステップＳ１１４のＮＯ）、ステップＳ１１２で計測した酸素濃度を、上述の第３閾値Ｔｈ３（すなわち、燃焼装置１においてバナジウム腐食が生じているか否かを判定するための閾値）と比較する（Ｓ１１６）。
そして、ステップＳ１１６において、ステップＳ１１２で計測した酸素濃度が第３閾値Ｔｈ３よりも大きい場合（ステップＳ１１６のＹＥＳ）、燃焼装置１における燃焼ガスの酸素濃度を減少させるため、燃焼装置１に供給する空気における空気比を減少させる（Ｓ１１７）。
なお、ステップＳ１１６において、ステップＳ１１２で計測した酸素濃度が第３閾値Ｔｈ３以下であった場合には（ステップＳ１１６のＮＯ）、再度、酸素濃度を計測するステップＳ１１２に戻る。
【０１１５】
このように、燃焼装置１の腐食評価の結果を燃焼装置１の運転に活用することで、伝熱管３０等の硫化腐食及びバナジウム腐食の可能性が低減された状態で、燃焼装置１を安定的に運転することができる。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【符号の説明】
【０１１８】
１          燃焼装置
２          火炉
３          火炉壁
４          バーナ
５          風箱
６ａ〜６ｃ  熱交換器
８          熱交換器
９          検出部
１０        酸素濃度計測装置
１１        燃焼ガス流路
１２        評価ユニット
１３        灰付着判定部
１４        基体管
１５        内側
１６        作用電極
１６Ａ      白金ペースト
１６Ｂ      白金メッシュ
１７        電極線
１８        参照電極
１８Ａ      白金ペースト
１８Ｂ      白金メッシュ
１９        電極線
２０        灰貯留部
２１        底面
２２        貯留壁部
２４        接着剤
２６        メッシュカバー
３０        伝熱管
３２        冷却管
３３        冷却媒体循環路
３４        絶縁管
３６        ラジエータ
３８        冷却水貯留部
３９        ポンプ
４０        ダクト壁
４１        孔
４２        アクチュエータ
４３        固定部
４４        可動部
４５        支持部
５０        灰
１００      腐食評価システム
１０２      腐食評価装置
１０４      運転制御部
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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