(57)【要約】  ボイラ１は、火炉１０中でバイオマス固体燃料を含むバイオマス含有燃料を燃焼させたとき、ガス温度が４００〜１０００℃の酸化雰囲気下で、伝熱管表面温度が３００〜６５０℃で発生するファウリングを抑制するボイラ１であって、ボイラ１は、火炉１０とスピネル族化合物供給部とを備え、前記バイオマス含有燃料の燃焼の際に前記スピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される。
2020213587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炉中でバイオマス固体燃料を含むバイオマス含有燃料を燃焼させたとき、ガス温度が４００〜１０００℃の酸化雰囲気下で、伝熱管表面温度が３００〜６５０℃で発生するファウリングを抑制するボイラであって、
前記ボイラは、火炉とスピネル族化合物供給部とを備え、
前記バイオマス含有燃料の燃焼の際に前記スピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給されるボイラ。
【請求項２】
前記火炉は、
前記バイオマス含有燃料の燃焼で生成する燃焼ガスが上昇する縦型の火炉本体と、
前記火炉本体の側面に設けられたバーナー部と、
前記火炉本体の側面でかつ前記バーナー部より上方に設けられ、前記火炉本体内に空気を供給するオーバーエアポート部と、
を備え、
前記ボイラは、さらに、
前記バイオマス含有燃料を粉砕するミルと、
前記ミルに前記バイオマス含有燃料を供給するミル供給ラインと、
前記ミルから排出されたバイオマス含有燃料を前記バーナー部に供給するバーナー部用燃料供給ラインと、
前記オーバーエアポート部に空気を供給するＯＡＰ供給ラインと、
を備え、
前記火炉本体は、頂部を備え、
前記スピネル族化合物供給部は、前記ミル供給ライン、前記バーナー部用燃料供給ライン、前記ＯＡＰ供給ライン、及び前記火炉本体の頂部より選択される１種以上の部分に設けられる請求項１に記載のボイラ。
【請求項３】
前記スピネル族化合物は、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＦｅＡｌ２Ｏ４、ＺｎＡｌＯ４、ＭｎＡｌ２Ｏ４、ＦｅＦｅ３＋２Ｏ４、ＭｇＦｅ３＋２Ｏ４、ＭｎＦｅ３＋２Ｏ４、ＦｅＣｒ２Ｏ４及びＭｇＣｒ２Ｏ４より選択される少なくとも１種の金属酸化物である請求項１又は２に記載のボイラ。
【請求項４】
前記火炉に供給される前記バイオマス含有燃料の単位時間当たり質量Ｍｖ［ｋｇ／Ｈｒ］と、前記火炉に供給される前記スピネル族化合物の単位時間当たり質量Ｍｓ［ｋｇ／Ｈｒ］との比率Ｍｖ：Ｍｓが１００：１０〜０．０１の範囲内にある請求項１〜３のいずれか１項に記載のボイラ。
【請求項５】
火炉を備えたボイラを用い、前記火炉中でバイオマス固体燃料を含むバイオマス含有燃料を燃焼させたとき、ガス温度が４００〜１０００℃の酸化雰囲気下で、伝熱管表面温度が３００〜６５０℃で発生するファウリングを抑制するファウリング抑制方法であって、
前記ボイラは、スピネル族化合物供給部をさらに備え、
前記バイオマス含有燃料の燃焼の際に前記スピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給されるファウリング抑制方法。
【請求項６】
前記スピネル族化合物は、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＦｅＡｌ２Ｏ４、ＺｎＡｌＯ４、ＭｎＡｌ２Ｏ４、ＦｅＦｅ３＋２Ｏ４、ＭｇＦｅ３＋２Ｏ４、ＭｎＦｅ３＋２Ｏ４、ＦｅＣｒ２Ｏ４及びＭｇＣｒ２Ｏ４より選択される少なくとも１種の金属酸化物である請求項５に記載のファウリング抑制方法。
【請求項７】
前記火炉に供給される前記バイオマス含有燃料の単位時間当たり質量Ｍｖ［ｋｇ／Ｈｒ］と、前記火炉に供給される前記スピネル族化合物の単位時間当たり質量Ｍｓ［ｋｇ／Ｈｒ］との比率Ｍｖ：Ｍｓが１００：０．０１〜１０の範囲内にある請求項５又は６に記載のファウリング抑制方法。
【請求項８】
前記火炉は、
前記バイオマス含有燃料の燃焼で生成する燃焼ガスが上昇する縦型の火炉本体と、
前記火炉本体の側面に設けられたバーナー部と、
前記火炉本体の側面でかつ前記バーナー部より上方に設けられ、前記火炉本体内に空気を供給するオーバーエアポート部と、
を備え、
前記ボイラは、さらに、
前記バイオマス含有燃料を粉砕するミルと、
前記ミルに前記バイオマス含有燃料を供給するミル供給ラインと、
前記ミルから排出されたバイオマス含有燃料を前記バーナー部に供給するバーナー部用燃料供給ラインと、
前記オーバーエアポート部に空気を供給するＯＡＰ供給ラインと、
を備え、
前記火炉本体は、頂部を備え、
前記スピネル族化合物供給部は、前記ミル供給ライン、前記バーナー部用燃料供給ライン、前記ＯＡＰ供給ライン、及び前記火炉本体の頂部より選択される１種以上の部分に設けられる請求項５〜７のいずれか１項に記載のファウリング抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ボイラ及びファウリング抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、石炭を含む固体燃料を用いたボイラが知られている。このボイラでは、燃焼した石炭から灰が発生し、灰が燃焼ガスによって流動する。このため、上記ボイラでは、灰が、火炉の壁面、及び火炉上方から下流にわたって配置された伝熱管群等に付着して堆積し、スラッギング、ファウリング等が生じる。【０００３】
ここで、スラッギングとは、火炎からの輻射を受ける伝熱面に生じる灰粒子の付着である。スラッギングは、通常、還元雰囲気中、ガス温度が１０００℃以上の高温域で生じる。また、ファウリングとは、燃焼時に一旦揮発した灰分が凝縮することにより、伝熱面に生じる灰粒子の付着である。ファウリングは、通常、酸化雰囲気中、ガス温度４００〜１０００℃の範囲で発生する。【０００４】
これに対し、特許文献１には、ボイラの灰付着抑制方法が開示されている。特許文献１に開示された灰付着抑制方法は、固体燃料の灰成分の組成と添加剤の組成とを予め測定し、固体燃料と添加剤との適切な混合比率を決定し、決定された混合比率の混合物をボイラに供給する方法である。【０００５】
例えば、特許文献１の各実施例では、微粉炭と添加剤との混合物について、Ｎ２：８０％、Ｏ２：１％、ＣＯ２：１９％の比較的不活性な雰囲気中、１３００℃で燃焼させ、灰の付着率を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５７１３８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された灰付着抑制方法は、実施例の雰囲気及び燃焼温度に鑑みると、スラッギングの抑制方法を開示するものと解される。このため、特許文献１には、ファウリングの効率的な抑制方法は開示されていない。【０００８】
本開示は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。本開示の目的は、ファウリングの発生を効率的に抑制する、ボイラ及びファウリング抑制方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の第１の態様に係るボイラは、火炉中でバイオマス固体燃料を含むバイオマス含有燃料を燃焼させたとき、ガス温度が４００〜１０００℃の酸化雰囲気下で、伝熱管表面温度が３００〜６５０℃で発生するファウリングを抑制するボイラであって、前記ボイラは、火炉とスピネル族化合物供給部とを備え、前記バイオマス含有燃料の燃焼の際に前記スピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される。【００１０】
本開示の第２の態様に係るボイラは、第１の態様に係るボイラにおいて、前記火炉は、前記バイオマス含有燃料の燃焼で生成する燃焼ガスが上昇する縦型の火炉本体と、前記火炉本体の側面に設けられたバーナー部と、前記火炉本体の側面でかつ前記バーナー部より上方に設けられ、前記火炉本体内に空気を供給するオーバーエアポート部と、を備え、前記ボイラは、さらに、前記バイオマス含有燃料を粉砕するミルと、前記ミルに前記バイオマス含有燃料を供給するミル供給ラインと、前記ミルから排出されたバイオマス含有燃料を前記バーナー部に供給するバーナー部用燃料供給ラインと、前記オーバーエアポート部に空気を供給するＯＡＰ供給ラインと、を備え、前記火炉本体は、頂部を備え、前記スピネル族化合物供給部は、前記ミル供給ライン、前記バーナー部用燃料供給ライン、前記ＯＡＰ供給ライン、及び前記火炉本体の頂部より選択される１種以上の部分に設けられる。【００１１】
本開示の第３の態様に係るボイラは、第１又は第２の態様に係るボイラにおいて、前記スピネル族化合物は、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＦｅＡｌ２Ｏ４、ＺｎＡｌＯ４、ＭｎＡｌ２Ｏ４、ＦｅＦｅ３＋２Ｏ４、ＭｇＦｅ３＋２Ｏ４、ＭｎＦｅ３＋２Ｏ４、ＦｅＣｒ２Ｏ４及びＭｇＣｒ２Ｏ４より選択される少なくとも１種の金属酸化物である。【００１２】
本開示の第４の態様に係るボイラは、第１〜第３のいずれかの態様に係るボイラにおいて、前記火炉に供給される前記バイオマス含有燃料の単位時間当たり質量Ｍｖ［ｋｇ／Ｈｒ］と、前記火炉に供給される前記スピネル族化合物の単位時間当たり質量Ｍｓ［ｋｇ／Ｈｒ］との比率Ｍｖ：Ｍｓが１００：１０〜０．０１の範囲内にある。【００１３】
本開示の第５の態様に係るファウリング抑制方法は、火炉を備えたボイラを用い、前記火炉中でバイオマス固体燃料を含むバイオマス含有燃料を燃焼させたとき、ガス温度が４００〜１０００℃の酸化雰囲気下で、伝熱管表面温度が３００〜６５０℃で発生するファウリングを抑制するファウリング抑制方法であって、前記ボイラは、スピネル族化合物供給部をさらに備え、前記バイオマス含有燃料の燃焼の際に前記スピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される。【００１４】
本開示の第６の態様に係るファウリング抑制方法は、第５の態様に係るファウリング抑制方法において、前記スピネル族化合物は、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＦｅＡｌ２Ｏ４、ＺｎＡｌＯ４、ＭｎＡｌ２Ｏ４、ＦｅＦｅ３＋２Ｏ４、ＭｇＦｅ３＋２Ｏ４、ＭｎＦｅ３＋２Ｏ４、ＦｅＣｒ２Ｏ４及びＭｇＣｒ２Ｏ４より選択される少なくとも１種の金属酸化物である。【００１５】
本開示の第７の態様に係るファウリング抑制方法は、第５又は第６の態様に係るファウリング抑制方法において、前記火炉に供給される前記バイオマス含有燃料の単位時間当たり質量Ｍｖ［ｋｇ／Ｈｒ］と、前記火炉に供給される前記スピネル族化合物の単位時間当たり質量Ｍｓ［ｋｇ／Ｈｒ］との比率Ｍｖ：Ｍｓが１００：１０〜０．０１の範囲内にある。【００１６】
本開示の第８の態様に係るファウリング抑制方法は、第５〜第７のいずれかの態様に係るファウリング抑制方法において、前記火炉は、前記バイオマス含有燃料の燃焼で生成する燃焼ガスが上昇する縦型の火炉本体と、前記火炉本体の側面に設けられたバーナー部と、前記火炉本体の側面でかつ前記バーナー部より上方に設けられ、前記火炉本体内に空気を供給するオーバーエアポート部と、を備え、前記ボイラは、さらに、前記バイオマス含有燃料を粉砕するミルと、前記ミルに前記バイオマス含有燃料を供給するミル供給ラインと、前記ミルから排出されたバイオマス含有燃料を前記バーナー部に供給するバーナー部用燃料供給ラインと、前記オーバーエアポート部に空気を供給するＯＡＰ供給ラインと、を備え、前記火炉本体は、頂部を備え、前記スピネル族化合物供給部は、前記ミル供給ライン、前記バーナー部用燃料供給ライン、前記ＯＡＰ供給ライン、及び前記火炉本体の頂部より選択される１種以上の部分に設けられる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係るボイラを示す図である。
【図２】実施例１で用いた縦型加熱炉試験システムを示す図である。
【図３】図２の範囲Ｂを拡大した図である。
【図４】図２に示す縦型加熱炉試験システムを構成する縦型加熱炉における燃焼時の温度分布を模式的に示すグラフである。
【図５】灰、又は灰と添加剤との混合物の供給量と、灰付着量との関係を示すグラフである。
【図６】灰粒子の粒子径と積算個数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を用いて実施形態に係るボイラ及びファウリング抑制方法について詳細に説明する。
【００１９】
［ボイラ］
はじめに、ボイラについて説明する。図１は、実施形態に係るボイラを示す図である。
【００２０】
図１に示すボイラ１は、火炉１０中でバイオマス固体燃料を含むバイオマス含有燃料を燃焼させたとき、ガス温度が４００〜１０００℃の酸化雰囲気下で、伝熱管表面温度が３００〜６５０℃で発生するファウリングを抑制する装置である。ここで、伝熱管表面温度とは、火炉内に設置された蒸気の流れる配管の燃焼ガスと接する側の表面の温度を意味する。また、ボイラ１は、バイオマス含有燃料の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給されることにより、上記ファウリングを抑制する装置である。
【００２１】
ボイラ１の構成については後に詳述するが、簡単に説明する。ボイラ１は、火炉１０とスピネル族化合物供給部とを備える。ここで、スピネル族化合物供給部とは、火炉１０内にスピネル族化合物が供給される部分である。スピネル族化合物供給部は、ミル供給ライン７５、バーナー部用燃料供給ライン８５、ＯＡＰ供給ライン１５、及び火炉本体１１の頂部１２より選択される１種以上の部分に設けられる。
【００２２】
このように、ボイラ１は、上記ファウリングを抑制するボイラであって、火炉１０とスピネル族化合物供給部とを備え、前記バイオマス含有燃料の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される装置である。
【００２３】
なお、図１では、ボイラ１が、ミル供給ライン７５、バーナー部用燃料供給ライン８５、ＯＡＰ供給ライン１５、及び火炉本体１１の頂部１２の４種の部分にスピネル族化合物供給部が設けられる一例を示している。しかし、ボイラ１の変形例として、これら４種の部分のうちの１種以上３種以下の部分にスピネル族化合物供給部が設けられる装置とすることが可能である。
【００２４】
また、ボイラ１は、好ましくは、火炉１０中でバイオマス含有燃料５０を燃焼させたとき、ガス温度が８００〜９００℃の酸化雰囲気下で、伝熱管表面温度が５００〜６５０℃のボイラ後伝部で発生するファウリングを抑制する装置である。以下、ボイラ１について詳述する。
【００２５】
（バイオマス含有燃料）
はじめに、ボイラ１での燃焼に用いられるバイオマス含有燃料５０について説明する。バイオマス含有燃料５０は、バイオマス固体燃料を含む燃料である。バイオマス含有燃料５０は、通常、バーナー部１３での燃焼用の燃料として用いられる。
【００２６】
バイオマス固体燃料としては、例えば、木質チップ、ＥＦＢ、ＰＫＳ、及びバークより選択される１種以上の燃料が用いられる。ここで、ＥＦＢ（Ｅｍｐｔｙ  Ｆｒｕｉｔｓ  Ｂｕｎｃｈ）とは、パーム椰子空果房である。ＰＫＳ（Ｐａｌｍ  Ｋｅｍｅｌ  Ｓｈｅｌｌ）とは、パーム椰子殻である。バークとは、樹皮である。
【００２７】
本実施形態において、バイオマス含有燃料５０は、バイオマス固体燃料のみからなる場合と、バイオマス固体燃料に加え微粉炭を含む場合とがある。上記のバイオマス含有燃料５０の微粉末の大きさは、バイオマス含有燃料５０がバイオマス固体燃料のみからなる場合と、バイオマス含有燃料５０がバイオマス固体燃料に加え微粉炭を含む場合とのいずれの場合にも適用される。バイオマス固体燃料は、ボイラ１に設けられたミル８０等での粉砕により微粉末化された後、バーナー部１３に供給される。
【００２８】
ボイラ１の通常運転時において、微粉末状のバイオマス含有燃料５０は、バーナー部１３より火炉１０内に供給され、供給とほぼ同時に燃焼される。バイオマス含有燃料５０は、燃焼により燃焼ガスを生成し、生成した燃焼ガスは縦型の火炉本体１１内を上昇する。実施形態に係るボイラ１は、バイオマス含有燃料５０の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給されることができる構造になっている。
【００２９】
（スピネル族化合物）
次に、スピネル族化合物について説明する。スピネル族化合物とは、スピネル型結晶構造を有する化合物である。実施形態に係るボイラ１では、バイオマス含有燃料５０の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給されることにより、ファウリングの発生を抑制することが可能である。
【００３０】
スピネル族化合物としては、例えば、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＦｅＡｌ２Ｏ４、ＺｎＡｌＯ４、ＭｎＡｌ２Ｏ４、ＦｅＦｅ３＋２Ｏ４、ＭｇＦｅ３＋２Ｏ４、ＭｎＦｅ３＋２Ｏ４、ＦｅＣｒ２Ｏ４及びＭｇＣｒ２Ｏ４より選択される少なくとも１種の金属酸化物が用いられる。
【００３１】
なお、スピネル族化合物は、ボイラ１の複数個所のスピネル族化合物供給部から火炉１０に供給されることがある。具体的には、スピネル族化合物を供給するスピネル族化合物供給部は、ミル８０、ミル供給ライン７５、バーナー部用燃料供給ライン８５、ＯＡＰ供給ライン１５、及び火炉本体１１の頂部１２より選択される１種以上の部分に設けられることがある。スピネル族化合物がボイラ１の複数個所のスピネル族化合物供給部から火炉１０に供給される場合は、火炉１０に供給される各個所のスピネル族化合物の微粉末の積算分布径Ｄ５０が、上記スピネル族化合物の微粉末の積算分布径Ｄ５０の範囲内になるようにする。
【００３２】
火炉１０に供給されるバイオマス含有燃料の単位時間当たり質量Ｍｖ［ｋｇ／Ｈｒ］と、火炉１０に供給されるスピネル族化合物の単位時間当たり質量Ｍｓ［ｋｇ／Ｈｒ］との比率Ｍｖ：Ｍｓが、通常１００：１０〜０．０１の範囲内にある。
【００３３】
スピネル族化合物がボイラ１の複数個所のスピネル族化合物供給部から火炉１０に供給される場合、上記Ｍｓは、複数個所のスピネル族化合物供給部から火炉１０に供給されるスピネル族化合物の単位時間当たりの合計質量［ｋｇ／Ｈｒ］である。
【００３４】
ボイラ１では、バイオマス含有燃料５０は複数個のバーナー部１３から火炉１０に供給される。この場合、上記Ｍｖは、複数個のバーナー部１３から火炉１０に供給されるバイオマス含有燃料５０の単位時間当たりの合計質量［ｋｇ／Ｈｒ］である。
【００３５】
（ボイラの構成）
次に、ボイラ１の構成について説明する。なお、ボイラ１において、スピネル族化合物を供給するスピネル族化合物供給部は、ミル供給ライン７５、バーナー部用燃料供給ライン８５、ＯＡＰ供給ライン１５、及び火炉本体１１の頂部１２より選択される１種以上の部分に設けられる。
【００３６】
具体的には、ミル供給ライン７５に設けられるスピネル族化合物供給部は、スピネル族化合物ミル上流供給部７７であり、火炉１０外に設けられる。また、バーナー部用燃料供給ライン８５に設けられるスピネル族化合物供給部は、スピネル族化合物ミル下流供給部８７であり、火炉１０外に設けられる。さらに、ＯＡＰ供給ライン１５に設けられるスピネル族化合物供給部は、スピネル族化合物ＯＡＰ供給部１７であり、火炉１０外に設けられる。また、火炉本体１１の頂部１２に設けられるスピネル族化合物供給部は、頂部供給部１９であり、火炉１０内に設けられる。各スピネル族化合物供給部については、火炉１０内に設けられる構成と火炉１０外に設けられる構成とに分けて後述する。
【００３７】
ボイラ１は、火炉１０と、火炉１０の下流側に設けられた燃焼ガス水平移動部２０と、燃焼ガス水平移動部２０の下流側に設けられた燃焼ガス下降部３０と、を備える。また、ボイラ１は、バイオマス含有燃料５０を粉砕するミル８０等を備える。
【００３８】
＜火炉＞
火炉１０は、バイオマス固体燃料を含むバイオマス含有燃料５０を燃焼させることが可能な装置である。火炉１０は、縦型の火炉本体１１と、バーナー部１３と、オーバーエアポート部１４とを備える。また、火炉本体１１は頂部１２を備え、火炉本体１１の頂部１２には、スピネル族化合物供給部としての頂部供給部１９が設けられる。
【００３９】
なお、図１に示すボイラ１は、火炉１０が水平部や下降部を有する一例であり、ボイラ１の構造は図１に示すボイラ１の構造に限定されない。例えば、ボイラ１は、火炉１０が水平部や下降部を有さない、タワー型ボイラとすることができる。
【００４０】
火炉本体１１は、火炉本体１１の内部の鉛直方向の長さが水平方向の幅より長い縦型構造を有する筒状構造体である。火炉本体１１は、火炉本体１１の内部において、バイオマス含有燃料５０の燃焼で生成する燃焼ガスが火炉本体１１の内部形状に沿って上昇する構造になっている。火炉本体１１の頂部１２には、バイオマス含有燃料５０の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される頂部供給部１９及び火炉頂部水管群４１が設けられる。ここで、火炉本体１１の頂部１２とは、火炉本体１１の天井を構成する部分を意味する。
【００４１】
バーナー部１３は、火炉本体１１内においてバイオマス含有燃料５０を燃焼させる装置である。具体的には、バーナー部１３は、バイオマス含有燃料５０の微粉末と空気とを含む混合物である燃料微粉末含有ガスを燃焼させることができる構造になっている。バーナー部１３は、火炉本体１１の側面に設けられ、火炉本体１１の内部に燃料微粉末含有ガスを供給することができるようになっている。
【００４２】
なお、バーナー部１３は、燃料微粉末含有ガスに代えて、燃料微粉末含有ガスとスピネル族化合物の微粉末との混合物である燃料−スピネル含有ガスを供給することができるようになっている。燃料−スピネル含有ガスは、バイオマス含有燃料５０の微粉末と空気とスピネル族化合物の微粉末とを含む混合物である。
【００４３】
バーナー部１３から供給される燃料微粉末含有ガス及び燃料−スピネル含有ガスの燃焼温度は、通常１２００〜１４００℃と高温である。このため、４００〜１０００℃で生じるファウリングは、火炉本体１１内のバーナー部１３の近傍では、通常、発生しない。ファウリングは、ガス温度が４００〜１０００℃の酸化雰囲気下で、伝熱管表面温度が３００〜６５０℃である、バーナー部１３よりも下流のボイラ後伝部で発生する。
【００４４】
オーバーエアポート部１４は、二段燃焼用の空気の供給口である。オーバーエアポート部１４は、火炉本体１１の側面でかつバーナー部１３より上方に設けられ、火炉本体１１内に空気を供給する。また、オーバーエアポート部１４は、空気に代えて、スピネル族化合物の微粉末と空気とを含むスピネル微粉末含有ガスを供給することができるようになっている。
【００４５】
＜火炉１０内に設けられるスピネル族化合物供給部＞
［頂部供給部］
火炉１０内において、火炉本体１１の頂部１２には、頂部供給部１９が設けられる。頂部供給部１９は、スピネル族化合物を火炉本体１１の頂部１２から火炉本体１１内に供給するスピネル族化合物供給部である。すなわち、スピネル族化合物供給部としての頂部供給部１９は、火炉本体１１の頂部１２に設けられている。
【００４６】
スピネル族化合物供給部として頂部供給部１９が用いられる場合、通常、バイオマス含有燃料の燃焼の際に、頂部供給部１９から火炉本体１１内にスピネル族化合物が供給される。火炉本体１１内では、バイオマス含有燃料の燃焼で生じた灰と、スピネル族化合物とが反応して、アルミナシリケート塩やシリケート塩等を生成することにより、大きな粒径の灰が形成される。この大きな粒径の灰により、生成した灰の火炉１０内への付着が抑制される。
【００４７】
頂部供給部１９は、スピネル族化合物を、スピネル族化合物のみの形態で、又はスピネル族化合物の微粉末と空気とを混合して得られたスピネル族化合物混合ガスの形態で、火炉１０内に供給することができるようになっている。頂部供給部１９の上流側には、通常、ミル等の粉砕手段が備えられない。このため、頂部供給部１９を介してスピネル族化合物が供給される場合は、通常、微粉末状のスピネル族化合物が供給される。
【００４８】
なお、頂部供給部１９の上流側にミル等の粉砕部を備えてもよい。この場合、この粉砕部に供給されるスピネル族化合物としては、微粉末に限定されず、塊状のスピネル族化合物を用いることができる。なお、微粉末よりも大きな塊状等のスピネル族化合物を用いる場合、粉砕部から排出されて頂部供給部１９に供給されるスピネル族化合物が微粉末になるように粉砕部で処理を行う。
【００４９】
火炉本体１１の頂部１２でかつ頂部供給部１９よりも下流側には、複数の水管４０からなる火炉頂部水管群４１が設けられる。ここで、下流とは、ボイラ１の通常運転時の燃焼ガスの流れ方向における下流を意味する。火炉頂部水管群４１は、具体的には、火炉本体１１の頂部１２の内、頂部供給部１９よりも燃焼ガス水平移動部２０に近い部分に設けられる。火炉頂部水管群４１は、通常、過熱器として用いられる。なお、図１に示すボイラ１は火炉頂部水管群４１を１個備えるが、ボイラの変形例として、火炉頂部水管群４１を複数個備える構成としてもよい。
【００５０】
なお、スピネル族化合物を添加しない場合、ファウリングは、火炉１０の中では、火炉頂部水管群４１の水管４０の表面で生じやすい。このため、ファウリングの発生を抑制するスピネル族化合物を火炉１０内に供給する頂部供給部１９は、火炉頂部水管群４１よりも上流側に設けられる。なお、ファウリングは、火炉１０中の火炉頂部水管群４１よりも、下流の燃焼ガス水平移動部２０及び燃焼ガス下降部３０中の部材で発生しやすい。
【００５１】
＜燃焼ガス水平移動部＞
燃焼ガス水平移動部２０は、火炉１０の下流側に設けられ、火炉１０から排出された燃焼ガスが水平方向に移動する部分である。燃焼ガス水平移動部２０は、内部に水平移動部水管群４２を備える。水平移動部水管群４２は、複数の水管４０からなり、通常、過熱器又は再熱器として用いられる。なお、図１に示すボイラ１は水平移動部水管群４２を１個備えるが、ボイラの変形例として、水平移動部水管群４２を複数個備える構成としてもよい。水平移動部水管群４２を複数個備えるボイラの変形例では、水平移動部水管群４２の一部を過熱器とし、水平移動部水管群４２の残部を再熱器とする構成としてもよい。
【００５２】
スピネル族化合物を添加しない場合、ボイラ１でのファウリングは、火炉１０よりも、燃焼ガス水平移動部２０、及び後述の燃焼ガス下降部３０で生じやすい。具体的には、ファウリングは、火炉１０の火炉頂部水管群４１の水管４０の表面よりも、燃焼ガス水平移動部２０の水平移動部水管群４２の水管４０の表面、及び後述の燃焼ガス下降部３０の下降部水管群４３の水管４０の表面で生じやすい。ボイラ１では、燃焼ガス水平移動部２０より上流の火炉本体１１に、頂部供給部１９、スピネル族化合物ミル上流供給部７７等のスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給されることにより、ファウリングの発生を抑制することができる。
【００５３】
＜燃焼ガス下降部＞
燃焼ガス下降部３０は、燃焼ガス水平移動部２０の下流側に設けられ、燃焼ガス水平移動部２０から排出された燃焼ガスが下降する部分である。燃焼ガス下降部３０は、内部に下降部水管群４３を備える。下降部水管群４３は、複数の水管４０からなり、通常、過熱器又は再熱器として用いられる。ボイラ１は下降部水管群４３として、下降部水管群４３ａ、４３ｂ及び４３ｃを備える。これらの下降部水管群４３ａ、４３ｂ及び４３ｃは、例えば、それぞれ、過熱器又は再熱器として用いられる。なお、図１に示すボイラ１は下降部水管群４３として下降部水管群４３ａ、４３ｂ及び４３ｃの３個を備えるが、ボイラの変形例として、下降部水管群４３を３個以外の個数で備える構成としてもよい。
【００５４】
スピネル族化合物を添加しない場合、ボイラ１でのファウリングは、火炉１０よりも、燃焼ガス下降部３０、及び燃焼ガス水平移動部２０で生じやすい。具体的には、ファウリングは、火炉１０の火炉頂部水管群４１の水管４０の表面よりも、燃焼ガス下降部３０の下降部水管群４３の水管４０の表面、及び燃焼ガス水平移動部２０の水平移動部水管群４２の水管４０の表面で生じやすい。ボイラ１では、燃焼ガス下降部３０より上流の火炉本体１１に、頂部供給部１９、スピネル族化合物ミル上流供給部７７等のスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給されることにより、ファウリングの発生を抑制することができる。
【００５５】
ミル８０は、微粉末よりも大きなバイオマス含有燃料５０を粉砕する装置である。微粉末よりも大きなバイオマス含有燃料５０は、ミル８０で処理されることにより、微粉末状のバイオマス含有燃料５０になる。
【００５６】
ボイラ１では、微粉末状のバイオマス含有燃料５０を火炉１０のバーナー部１３に供給することにより、バイオマス含有燃料５０を燃焼させる。一方、未加工のバイオマス含有燃料５０は、微粉末よりも大きな物質を含むことがある。例えば、未加工のバイオマス含有燃料５０に含まれるバイオマス固体燃料が直径１〜３ｍｍ程度のペレットであることがある。ミル８０は、主に、このような微粉末よりも大きなバイオマス含有燃料５０を粉砕し、微粉末化する装置である。
【００５７】
＜火炉１０外に設けられるスピネル族化合物供給部＞
火炉１０外には、スピネル族化合物供給部が３種類設けられる。火炉１０外に設けられるスピネル族化合物供給部は、ミル供給ライン７５、バーナー部用燃料供給ライン８５、又はＯＡＰ供給ライン１５に設けられる。なお、火炉１０外にスピネル族化合物供給部が設けられる場合、ボイラ１の変形例として、これら３種の部分のうちの１種以上２種以下の部分にスピネル族化合物供給部が設けられる装置とすることが可能である。
【００５８】
ボイラ１では、具体的には、ミル供給ライン７５に設けられるスピネル族化合物供給部は、スピネル族化合物ミル上流供給部７７である。また、バーナー部用燃料供給ライン８５に設けられるスピネル族化合物供給部は、スピネル族化合物ミル下流供給部８７である。さらに、ＯＡＰ供給ライン１５に設けられるスピネル族化合物供給部は、スピネル族化合物ＯＡＰ供給部１７である。以下、これらのスピネル族化合物供給部について説明する。
【００５９】
［スピネル族化合物ミル上流供給部］
ミル８０の上流側にはミル８０にバイオマス含有燃料５０を供給するミル供給ライン７５が設けられる。また、ミル供給ライン７５の上流側にはミル供給ライン７５にバイオマス含有燃料５０を供給する燃料供給部７０が設けられる。このため、燃料供給部７０に供給されたバイオマス含有燃料５０は、ミル供給ライン７５を介してミル８０に移送され、ミル８０での粉砕により微粉末化されるようになっている。
【００６０】
ミル供給ライン７５の途中には、スピネル族化合物ミル上流供給部７７が設けられる。スピネル族化合物ミル上流供給部７７は、スピネル族化合物をミル供給ライン７５に供給するスピネル族化合物供給部である。すなわち、スピネル族化合物供給部としてのスピネル族化合物ミル上流供給部７７は、ミル供給ライン７５に設けられている。
【００６１】
スピネル族化合物供給部としてスピネル族化合物ミル上流供給部７７が用いられる場合、通常、バイオマス含有燃料の燃焼の際に、スピネル族化合物ミル上流供給部７７から火炉本体１１内にスピネル族化合物が供給される。火炉本体１１内では、バイオマス含有燃料の燃焼で生じた灰と、スピネル族化合物とが反応して、アルミナシリケート塩やシリケート塩等を生成することにより、大きな粒径の灰が形成される。この大きな粒径の灰により、生成した灰の火炉１０内への付着が抑制される。
【００６２】
ミル供給ライン７５はミル８０の上流側に位置するため、スピネル族化合物ミル上流供給部７７を介して供給されたスピネル族化合物をミル８０で粉砕することが可能である。このため、スピネル族化合物ミル上流供給部７７を介してスピネル族化合物が供給される場合、微粉末よりも大きな塊状等のスピネル族化合物をそのまま供給することが可能である。微粉末よりも大きなスピネル族化合物をそのままミル供給ライン７５に供給する場合、得られる微粉末状のスピネル族化合物を微粉化するためミル８０を設定する。
【００６３】
［スピネル族化合物ミル下流供給部］
ミル８０の下流側にはミル８０から排出されたバイオマス含有燃料５０をバーナー部１３に供給するバーナー部用燃料供給ライン８５が設けられる。ミル８０から排出されたバイオマス含有燃料５０が微粉末状である場合、このバイオマス含有燃料５０を、このまま、バーナー部１３に供給することが可能である。バーナー部用燃料供給ライン８５は、ミル８０の下流側でバーナー部１３の個数に相当する数に分岐される。微粉末状のバイオマス含有燃料５０は、必要により空気と共にバーナー部１３に移送される。
【００６４】
バーナー部用燃料供給ライン８５の途中には、スピネル族化合物ミル下流供給部８７が設けられる。スピネル族化合物ミル下流供給部８７は、スピネル族化合物をバーナー部用燃料供給ライン８５に供給するスピネル族化合物供給部である。すなわち、スピネル族化合物供給部としてのスピネル族化合物ミル下流供給部８７は、バーナー部用燃料供給ライン８５に設けられている。
【００６５】
スピネル族化合物供給部としてスピネル族化合物ミル下流供給部８７が用いられる場合、通常、バイオマス含有燃料の燃焼の際に、スピネル族化合物ミル下流供給部８７から火炉本体１１内にスピネル族化合物が供給される。火炉本体１１内では、バイオマス含有燃料の燃焼で生じた灰と、スピネル族化合物とが反応して、アルミナシリケート塩やシリケート塩等を生成することにより、大きな粒径の灰が形成される。この大きな粒径の灰により、生成した灰の火炉１０内への付着が抑制される。
【００６６】
バーナー部用燃料供給ライン８５はミル８０の下流側に位置するため、バーナー部用燃料供給ライン８５を介して供給されたスピネル族化合物を粉砕することはできない。このため、スピネル族化合物ミル下流供給部８７を介してスピネル族化合物が供給される場合は、微粉末状のスピネル族化合物が供給される。
【００６７】
［スピネル族化合物ＯＡＰ供給部］
火炉本体１１に設けられるオーバーエアポート部１４は二段燃焼用の空気の供給口である。ボイラ１では、オーバーエアポート部１４に空気を供給するＯＡＰ供給ライン１５が設けられる。ここで、ＯＡＰとはオーバーエアポート（Ｏｖｅｒ  Ａｉｒ  Ｐｏｒｔ)を意味する。なお、オーバーエアポート部１４は、空気に代えて、空気とスピネル族化合物との混合物を供給することができるようになっている。オーバーエアポート部１４から供給されるスピネル族化合物としては微粉末状のスピネル族化合物が用いられる。
【００６８】
ＯＡＰ供給ライン１５の途中には、スピネル族化合物ＯＡＰ供給部１７が設けられる。スピネル族化合物ＯＡＰ供給部１７は、スピネル族化合物をＯＡＰ供給ライン１５に供給するスピネル族化合物供給部である。すなわち、スピネル族化合物供給部としてのスピネル族化合物ＯＡＰ供給部１７は、ＯＡＰ供給ライン１５に設けられている。
【００６９】
スピネル族化合物供給部としてスピネル族化合物ＯＡＰ供給部１７が用いられる場合、通常、バイオマス含有燃料の燃焼の際に、スピネル族化合物ＯＡＰ供給部１７から火炉本体１１内にスピネル族化合物が供給される。火炉本体１１内では、バイオマス含有燃料の燃焼で生じた灰と、スピネル族化合物とが反応して、アルミナシリケート塩やシリケート塩等を生成することにより、大きな粒径の灰が形成される。この大きな粒径の灰により、生成した灰の火炉１０内への付着が抑制される。
【００７０】
ＯＡＰ供給ライン１５にはミル等の粉砕手段がないため、ＯＡＰ供給ライン１５を介して供給されたスピネル族化合物を粉砕することはできない。このため、スピネル族化合物ＯＡＰ供給部１７を介してスピネル族化合物が供給される場合は、微粉末状のスピネル族化合物が供給される。
【００７１】
ボイラ１では、バイオマス含有燃料５０の８００〜９００℃の酸化雰囲気下での燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給されることにより、ファウリングを抑制することができる。酸化雰囲気としては、例えば、酸素Ｏ２が１〜１９ｖｏｌ％、又は二酸化炭素ＣＯ２が１〜１９ｖｏｌ％の雰囲気が用いられる。
【００７２】
（作用）
ボイラ１の作用について説明する。ボイラ１では、微粉末状のバイオマス含有燃料５０をボイラ１のバーナー部１３から火炉１０内に供給して燃焼させる。なお、バーナー部１３から火炉１０内に供給されるバイオマス含有燃料５０は、通常、バイオマス含有燃料５０の微粉末と空気とを含む混合物である燃料微粉末含有ガスの形態で供給される。この場合、火炉１０内で燃料微粉末含有ガスが燃焼する。
【００７３】
実施形態に係るボイラ１では、バイオマス含有燃料５０の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給されることによりファウリングの発生を抑制することができる。以下、ボイラ１の作用について説明する。
【００７４】
ボイラ１では、バイオマス含有燃料５０の燃焼の際に、スピネル族化合物が、ミル供給ライン７５、バーナー部用燃料供給ライン８５、ＯＡＰ供給ライン１５及び頂部供給部１９等のスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される。なお、スピネル族化合物が、ミル供給ライン７５又はバーナー部用燃料供給ライン８５に供給されるときは、バイオマス含有燃料５０とスピネル族化合物との混合物が、バーナー部１３から火炉１０内に供給され、バイオマス含有燃料５０が燃焼する。
【００７５】
バイオマス含有燃料５０がバーナー部１３の近傍で燃焼する際の燃焼温度は、通常１２００〜１４００℃と高温である。このため、８００〜９００℃で生じるファウリングは、火炉本体１１内のバーナー部１３の近傍では、通常、発生しない。ファウリングは、ガス温度が４００〜１０００℃の酸化雰囲気下で、伝熱管表面温度が３００〜６５０℃である、バーナー部１３よりも下流のボイラ後伝部で発生する。
【００７６】
具体的には、スピネル族化合物を添加しない場合、ファウリングは、火炉１０の火炉頂部水管群４１、燃焼ガス水平移動部２０の水平移動部水管群４２、及び燃焼ガス下降部３０の下降部水管群４３、の水管４０の表面で生じやすい。より具体的には、ファウリングは、火炉１０の火炉頂部水管群４１の水管４０の表面よりも、燃焼ガス水平移動部２０の水平移動部水管群４２の水管４０の表面、及び燃焼ガス下降部３０の下降部水管群４３の水管４０の表面で生じやすい。
【００７７】
これに対し、ボイラ１では、バイオマス含有燃料５０の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給されるため、ファウリングの発生が抑制される。
【００７８】
例えば、スピネル族化合物供給部が、ミル供給ライン７５、バーナー部用燃料供給ライン８５、ＯＡＰ供給ライン１５等に設けられる場合、バイオマス含有燃料５０の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される。これらの場合、火炉本体１１内では、バイオマス含有燃料の燃焼で生じた灰と、スピネル族化合物とが反応して、アルミナシリケート塩やシリケート塩等を生成することにより、大きな粒径の灰が形成される。この大きな粒径の灰により、生成した灰の火炉１０内への付着が抑制されるため、ファウリングの発生が効率的に抑制される。
【００７９】
一方、スピネル族化合物供給部としての頂部供給部１９が、火炉本体１１の頂部１２に設けられる場合、バイオマス含有燃料５０の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される。この場合、火炉本体１１内では、バイオマス含有燃料の燃焼で生じた灰と、スピネル族化合物とが反応して、アルミナシリケート塩やシリケート塩等を生成することにより、大きな粒径の灰が形成される。この大きな粒径の灰により、生成した灰の火炉１０内への付着が抑制されるため、ファウリングの発生が効率的に抑制される。
【００８０】
また、ボイラ１では、スピネル族化合物が、ファウリングが発生しやすい火炉頂部水管群４１よりも上流で火炉１０内に供給されるため、ファウリングの発生が効率的に抑制される。
【００８１】
［ファウリング抑制方法］
次に、実施形態に係るファウリング抑制方法について説明する。実施形態に係るファウリング抑制方法は、実施形態に係るボイラ１を用いるファウリング抑制方法である。
【００８２】
実施形態に係るファウリング抑制方法は、火炉１０を備えたボイラ１を用い、火炉１０中でバイオマス固体燃料を含むバイオマス含有燃料５０を燃焼させたときに発生するファウリングを抑制するファウリング抑制方法である。具体的には、実施形態に係るファウリング抑制方法は、火炉１０中でバイオマス含有燃料５０を燃焼させたとき、ガス温度が４００〜１０００℃の酸化雰囲気下で、伝熱管表面温度が３００〜６５０℃で発生するファウリングを抑制するファウリング抑制方法である。好ましくは、実施形態に係るファウリング抑制方法は、火炉１０中でバイオマス含有燃料５０を燃焼させたとき、ガス温度が８００〜９００℃の酸化雰囲気で、伝熱管表面温度が５００〜６５０℃のボイラ後伝部で発生するファウリングを抑制する方法である。実施形態に係るファウリング抑制方法は、バイオマス含有燃料５０の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される方法である。
【００８３】
実施形態に係るファウリング抑制方法で用いられるボイラ１、バイオマス含有燃料５０及びスピネル族化合物は、実施形態に係るボイラ１での説明と同様である。このため、これらの説明を省略する。
【００８４】
実施形態に係るファウリング抑制方法では、バイオマス含有燃料５０の８００〜９００℃の酸化雰囲気下での燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される。実施形態に係るファウリング抑制方法における酸化雰囲気は、実施形態に係るボイラ１における酸化雰囲気と同じであるため説明を省略する。
【００８５】
実施形態に係るファウリング抑制方法における、上記Ｍｓと上記Ｍｖとの比率Ｍｖ：Ｍｓ及びその数値範囲は、実施形態に係るボイラ１におけるＭｖ：Ｍｓ及びその範数値囲と同じであるため説明を省略する。
【００８６】
実施形態に係るファウリング抑制方法では、スピネル族化合物は、ミル供給ライン７５、バーナー部用燃料供給ライン８５、ＯＡＰ供給ライン１５、及び火炉本体１１の頂部１２より選択される１種以上の部分に設けられる。
【００８７】
（作用）
実施形態に係るファウリング抑制方法の作用は、バイオマス含有燃料５０の燃焼の際にスピネル族化合物供給部からスピネル族化合物が供給される場合のボイラ１の作用と同じであるため、説明を省略する。
【実施例】
【００８８】
以下、本実施形態を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれら実施例に限定されるものではない。【００８９】
［実施例１］（スピネル添加）
（試験装置）【００９０】
上記ボイラ１と同様な環境を再現する試験装置として、図２に示す縦型加熱炉試験システムを用いた。図２は、実施例１で用いた縦型加熱炉試験システムを示す図である。図２に示す縦型加熱炉試験システム２は、ボイラ１の火炉１０に相当する縦型加熱炉２００と、ボイラ１のミル８０に相当する燃料供給器１００と、を備える。【００９１】
＜燃料供給器＞
燃料供給器１００は、微粉末状のバイオマス含有燃料５０と空気１１０とを含む混合物である燃料微粉末含有ガスを縦型加熱炉２００に供給する装置である。なお、燃料供給器１００は、上記燃料微粉末含有ガスに代えて、燃料微粉末含有ガスとスピネル族化合物の微粉末との混合物である燃料−スピネル含有ガスを縦型加熱炉２００に供給することが可能になっている。【００９２】
＜縦型加熱炉＞
縦型加熱炉２００は、火炉本体１１に相当するセラミック管２１０と、セラミック管２１０の上端部を閉塞する縦型加熱炉頂部２２０と、セラミック管２１０の下端部を閉塞する縦型加熱炉底部２３０と、セラミック管２１０を加熱するヒーター２４０とを備える。【００９３】
縦型加熱炉頂部２２０の径方向の中央部には、燃料供給器１００から供給される燃料微粉末含有ガスをセラミック管２１０内に導入する導入管が設けられる。縦型加熱炉底部２３０は、セラミック管２１０の下端部と密着するリング状上端部と、リング状上端部の内周側端部から下方に凹設された有底筒状部とを備える。この有底筒状部の径方向の中央部にはプローブ３００が挿脱自在に挿入される。【００９４】
＜プローブ＞
図３を参照してプローブ３００を説明する。図３は、図２の範囲Ｂを拡大した図である。図３に示すように、プローブ３００は、筒状のプローブ本体３１０と、プローブ本体３１０の上方に形成された半球状のプローブ先端部３２０とを有する。プローブ３００の内部３４０は空洞になっており、プローブ３００の内部３４０にはプローブ３００の長手方向に沿って管状の冷却ノズル３５０が挿入される。【００９５】
冷却ノズル３５０は、先端部が半球状のプローブ先端部３２０と離間するように挿入される。これにより、冷却ノズル３５０の内側を上昇した冷却媒体３６０がプローブ先端部３２０の内面で反射して、冷却ノズル３５０の外側、すなわち冷却ノズル３５０とプローブ本体３１０との間の空間、を下降することができるようになっている。冷却媒体３６０の流れ方向ＣＦのうち、冷却ノズル３５０の内側を上昇する冷却媒体３６０の流れ方向をＣＦ１、プローブ先端部３２０の内面で反射する冷却媒体３６０の流れ方向をＣＦ２で示す。冷却媒体３６０としては冷却水及び空気が用いられ、冷却水に空気の気泡が混合されることにより、冷却媒体３６０が冷却ノズル３５０の内側を効率よく上昇することができるようになっている。プローブ先端３２０の表面は冷却ノズル３５０に流れる冷却水と空気の量を調整することによって、所望の温度に制御できる。【００９６】
図２に示すように、プローブ３００は、縦型加熱炉底部２３０の有底筒状部の径方向の中央部に挿脱自在に挿入される。このため、プローブ３００は、セラミック管２１０内の長手方向の任意の位置に、挿入可能である。【００９７】
プローブ３００を、縦型加熱炉底部２３０に挿脱自在に挿入する理由を図４を参照して説明する。図４は、図２に示す縦型加熱炉試験システム２を構成する縦型加熱炉２００におけるセラミック管２１０内のガス温度分布を模式的に示すグラフである。具体的には、図４は、ヒーター２４０でセラミック管２１０を加熱した際の、セラミック管２１０内の長手方向の部位と、ガス温度との関係を模式的に示すグラフである。図４の縦軸は、セラミック管２１０内の長手方向の部位を示す。具体的には、縦軸の上端は縦型加熱炉頂部２２０に接するセラミック管２１０の部位を示し、縦軸の下端は縦型加熱炉底部２３０に接するセラミック管２１０の部位を示す。図４の横軸は、セラミック管２１０内の径方向の中央部のガス温度を示す。【００９８】
縦型加熱炉２００においてヒーター２４０でセラミック管２１０を加熱すると、図４に示すように、セラミック管２１０内の上側ほどガス温度が高く、セラミック管２１０内の下側ほどガス温度が低くなる。このため、プローブ３００を、セラミック管２１０内の長手方向の任意の位置に挿入させることにより、プローブ３００を、所望のガス温度におくことが可能である。【００９９】
具体的には、燃料微粉末含有ガスを図２に示す燃焼炎２５０を生じるように燃焼させると、図３に示すように灰２６０が生成する。生成した灰２６０は図３のＡＦの方向に降下するため、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着する。この時、所望の温度に制御したプローブ先端３２０を所望のガス温度の位置まで縦型加熱炉２００に挿入し、燃焼試験後にプローブ３００を引き抜きプローブ先端部の表面３３０に付着した灰２６０を回収する。これにより、所定のガス温度及びプローブ表面温度で付着した灰２６０の付着量を測定することができる。【０１００】
このように、縦型加熱炉試験システム２によれば、燃焼時の雰囲気とプローブ３００の挿入高さ及びプローブ先端表面温度とを調整することにより、ボイラ１のファウリング発生環境を再現できるようになっている。具体的には、縦型加熱炉試験システム２によれば、ファウリングが発生しやすい、ガス温度が８００〜９００℃の酸化雰囲気下及び水管表面を模擬したプローブ表面温度が５００〜６５０℃で燃焼試験をし、付着した灰２６０を回収することができる。【０１０１】
なお、縦型加熱炉試験システム２では、上記燃料微粉末含有ガスに代えて、燃料微粉末含有ガスとスピネル族化合物の微粉末との混合物である燃料−スピネル含有ガスを燃焼炎２５０を生じるように燃焼させることが可能である。この場合、縦型加熱炉試験システム２によれば、ファウリングが発生しやすい、ガス温度が８００〜９００℃の酸化雰囲気下及び水管表面を模擬したプローブ表面温度が５００〜６５０℃で燃焼試験をし、付着した灰２６０を回収することができる。【０１０２】
＜ガス分析＞
図２に示すように、縦型加熱炉試験システム２では、縦型加熱炉２００での燃焼試験で生成した燃焼ガス及び灰２６０が、縦型加熱炉２００の縦型加熱炉底部２３０から排出され、排出路３７０を介してろ過器４００に送られるようになっている。ろ過器４００は、円筒ろ紙４１０を備えており、灰２６０を捕捉して燃焼ガスのみを通過させることができるようになっている。ろ過器４００から排出された燃焼ガスは、排気路４５０を介してガス冷却器５００に送られ、さらにポンプ６００を介してガス分析器７００に送られるようになっている。これにより、縦型加熱炉試験システム２によれば、ボイラ１に近いファウリングの生成環境で生成した燃焼ガスを分析することができるようになっている。【０１０３】
（バイオマス含有燃料）
バイオマス含有燃料として、積算分布径Ｄ５０が７５μｍの微粉末状のバイオマス含有燃料を用意した。【０１０４】
（添加剤）
ファウリングを抑制するための添加剤として、微粉末状のスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４を用意した。【０１０５】
（燃焼試験）
縦型加熱炉試験システム２での燃焼試験は、バイオマス含有燃料とスピネル族化合物との混合物を、短時間で縦型加熱炉２００のセラミック管２１０内に連続的に投入して燃焼させる試験とした。【０１０６】
はじめに、セラミック管内のガス温度８００〜９００℃の位置にプローブ３００の先端表面３２０が位置するように挿入した。また、プローブ先端３２０の表面温度は５００℃に制御した。【０１０７】
次に、燃料供給器１００において、バイオマス含有燃料とスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４とを混合し混合物を作製した。混合物におけるバイオマス含有燃料とスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４との混合割合は、バイオマス含有燃料９７０ｇに対してスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４３０ｇとした。この混合比率は、縦型加熱炉２００に投入するバイオマス含有燃料の単位時間当たり質量Ｍｖ［ｋｇ／Ｈｒ］とスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４の単位時間当たり質量Ｍｓ［ｋｇ／Ｈｒ］との比率Ｍｖ：Ｍｓが９７：３になるようにしたものである。【０１０８】
次に、燃料供給器１００内のバイオマス含有燃料とスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４との混合物を約０．７ｇ／分の投入速度で縦型加熱炉２００のセラミック管２１０内に投入し、混合物を燃焼させた。【０１０９】
燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含有燃料とスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４との混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が１．１ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。以上の実験例を実施例１−１とする。【０１１０】
さらに、セラミック管２１０内に供給されるバイオマス含有燃料とスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４との混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が異なる場合は、実施例１−１と同様にして燃焼試験を行った（実施例１−２及び実施例１−３）。【０１１１】
実施例１−２では、燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含有燃料とスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４との混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が２．１ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。【０１１２】
実施例１−３では、燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含有燃料とスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４との混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が  ３．２ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。【０１１３】
（評価）
＜灰付着量の評価＞
実施例１−１〜実施例１−３につき、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０の付着量を測定した。実施例１−１〜実施例１−３の結果の集合体を実施例１として図５に示す。
＜灰の粒子径の評価＞
実施例１につき、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰の粒子径と積算個数との関係を測定した。結果を図６に示す。【０１１４】
［比較例１］（添加剤なし）
添加剤としてのスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４を混合しない以外は実施例１と同様にして燃焼試験を行った。【０１１５】
（燃焼試験）
縦型加熱炉試験システム２での燃焼試験は、バイオマス含有燃料とスピネル族化合物との混合物を、短時間で縦型加熱炉２００のセラミック管２１０内に連続的に投入して燃焼させる試験とした。【０１１６】
また、燃料供給器１００内のバイオマス含有燃料を約０．７ｇ／分の投入速度で縦型加熱炉２００のセラミック管２１０内に投入し、バイオマス含有燃料を燃焼させた。【０１１７】
燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含有燃料が供給され、燃焼によて生成された灰が１．１ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。以上の実験例を比較例１−１とする。【０１１８】
さらに、セラミック管２１０内に供給されるバイオマス含有燃料が燃焼によて生成された灰量が異なる以外は、比較例１−１と同様にして燃焼試験を行った（比較例１−２、比較例１−３及び比較例１−４）。【０１１９】
比較例１−２では、燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含有燃料が供給され、燃焼によて生成された灰が１．６ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。【０１２０】
比較例１−３では、燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含有燃料が供給され、燃焼によて生成された灰が２．１ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。【０１２１】
比較例１−４では、燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含有燃料が供給され、燃焼によて生成された灰が３．０ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。【０１２２】
（評価）
＜灰付着量の評価＞
比較例１−１〜比較例１−４につき、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０の付着量を測定した。比較例１−１〜比較例１−４の結果の集合体を比較例１として図５に示す。【０１２３】
＜灰の粒子径の評価＞
比較例１につき、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰の粒子径と積算個数との関係を測定した。結果を図６に示す。【０１２４】
［比較例２］（Ａｌ２Ｏ３添加）
添加剤として、スピネルＭｇＡｌ２Ｏ４に代えてＡｌ２Ｏ３を用いた以外は実施例１と同様にして燃焼試験を行った。【０１２５】
（燃焼試験）
縦型加熱炉試験システム２での燃焼試験では、バイオマス含有燃料とＡｌ２Ｏ３との混合物を、短時間で縦型加熱炉２００のセラミック管２１０内に連続的に投入して燃焼させる試験とした。【０１２６】
次に、燃料供給器１００において、バイオマス含有燃料とＡｌ２Ｏ３とを混合し混合物を作製した。混合物におけるバイオマス含有燃料とＡｌ２Ｏ３との混合割合は、バイオマス含有燃料９７０ｇに対してＡｌ２Ｏ３を３０ｇとした。この混合比率は、縦型加熱炉２００に投入するバイオマス含有燃料の単位時間当たり質量Ｍｖ［ｋｇ／Ｈｒ］とＡｌ２Ｏ３の単位時間当たり質量Ｍｓ［ｋｇ／Ｈｒ］との比率Ｍｖ：Ｍｓが９７：３になるようにしたものである。【０１２７】
次に、燃料供給器１００内のバイオマス含有燃料とＡｌ２Ｏ３との混合物を約０．７ｇ／分の投入速度で縦型加熱炉２００のセラミック管２１０内に投入し、混合物を燃焼させた。【０１２８】
燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含有燃料とＡｌ２Ｏ３の混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が１．１ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。以上の実験例を比較例２−１とする。【０１２９】
さらに、セラミック管２１０内に供給されるバイオマス含有燃料とＡｌ２Ｏ３の混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が異なる以外、比較例２−１と同様にして燃焼試験を行った（比較例２−２及び比較例２−３）。【０１３０】
比較例２−２では、燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含有燃料とＡｌ２Ｏ３の混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が２．１ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。【０１３１】
比較例２−３では、燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含有燃料とＡｌ２Ｏ３の混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が３．２ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。【０１３２】
（評価）
＜灰付着量の評価＞
比較例２−１〜比較例２−３につき、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０の付着量を測定した。比較例２−１〜比較例２−３の結果の集合体を比較例２として図５に示す。【０１３３】
＜灰の粒子径の評価＞
比較例２につき、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰の粒子径と積算個数との関係を測定した。結果を図６に示す。【０１３４】
［比較例３］（ＣａＯ添加）
添加剤として、スピネルＭｇＡｌ２Ｏ４に代えてＣａＯを用いた以外は実施例１と同様にして燃焼試験を行った。【０１３５】
（燃焼試験）
縦型加熱炉試験システム２での燃焼試験では、バイオマス含有燃料とＣａＯとの混合物を、短時間で縦型加熱炉２００のセラミック管２１０内に連続的に投入して燃焼させる試験とした。【０１３６】
また、燃料供給器１００において、バイオマス含有燃料とＣａＯとを混合し混合物を作製した。混合物におけるバイオマス含有燃料とＣａＯとの混合割合は、バイオマス含有燃料９７０ｇに対してＣａＯ３０ｇとした。この混合比率は、縦型加熱炉２００に投入するバイオマス含有燃料の単位時間当たり質量Ｍｖ［ｋｇ／Ｈｒ］とＣａＯの単位時間当たり質量Ｍｓ［ｋｇ／Ｈｒ］との比率Ｍｖ：Ｍｓが９７：３になるようにしたものである。【０１３７】
次に、燃料供給器１００内のバイオマス含有燃料とＣａＯとの混合物を約０．７ｇ／分の投入速度で縦型加熱炉２００のセラミック管２１０内に投入し、混合物を燃焼させた。【０１３８】
燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含羞燃料とＣａＯの混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が１．１ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。以上の実験例を比較例３−１とする。【０１３９】
さらに、セラミック管２１０内に供給されるバイオマス含有燃料とＣａＯとの合計量が異なる以外は、比較例３−１と同様にして燃焼試験を行った（比較例３−２及び比較例３−３）。【０１４０】
比較例３−２では、燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含羞燃料とＣａＯの混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が２．１ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。【０１４１】
比較例３−３では、燃料供給器１００からセラミック管２１０内に、バイオマス含羞燃料とＣａＯの混合物が供給され、燃焼によて生成された灰の合計量が３．２ｇ供給された時点で、プローブ３００をセラミック管２１０から取り出した。プローブ３００の放冷後、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０を採取した。【０１４２】
（評価）
＜灰付着量の評価＞
比較例３−１〜比較例３−３につき、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰２６０の付着量を測定した。比較例３−１〜比較例３−３の結果の集合体を比較例３として図５に示す。【０１４３】
＜灰の粒子径の評価＞
比較例３−３につき、プローブ先端部３２０の表面３３０に付着した灰の粒子径と積算個数との関係を測定した。結果を図６に示す。【０１４４】
図５より、実施例１は、比較例１〜３に比較して、灰付着量が少ないことが分かった。また、図６より、実施例１は、比較例１、比較例２及び比較例３に比較して、粒子径が大きくなることが分かった。
図５及び図６の結果より、添加剤としてスピネルＭｇＡｌ２Ｏ４を用いた場合の効果は、灰２６０の粒子径の増加による脱落性の向上によるものと推測される。【０１４５】
特願２０１９−０７８５４７号（出願日：２０１９年４月１７日）の全内容は、ここに援用される。【０１４６】
以上、実施例に沿って本実施形態の内容を説明したが、本実施形態はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
本開示によれば、ファウリングの発生を効率的に抑制する、ボイラ及びファウリング抑制方法を提供することができる。
【符号の説明】
【０１４８】
１  ボイラ
１０  火炉
１１  火炉本体
１２  火炉本体の頂部
１３  バーナー部
１４  オーバーエアポート部
１５  ＯＡＰ供給ライン
１７  スピネル族化合物ＯＡＰ供給部（スピネル族化合物供給部）
１９  頂部供給部（スピネル族化合物供給部）
２０  燃焼ガス水平移動部
３０  燃焼ガス下降部
４０  水管
４１  火炉頂部水管群
４２  水平移動部水管群
４３、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ  下降部水管群
５０  バイオマス含有燃料
６０  スピネル族化合物
７０  燃料供給部
７５  ミル供給ライン
７７  スピネル族化合物ミル上流供給部（スピネル族化合物供給部）
８０  ミル
８５  バーナー部用燃料供給ライン
８７  スピネル族化合物ミル下流供給部（スピネル族化合物供給部）
２  縦型加熱炉試験システム
１００  燃料供給器
１１０  空気
２００  縦型加熱炉
２１０  セラミック管
２２０  縦型加熱炉頂部
２３０  縦型加熱炉底部
２４０  ヒーター
２５０  燃焼炎
２６０  灰
ＡＦ  灰の流れ方向
３００  プローブ
３１０  プローブ本体
３２０  プローブ先端部
３３０  プローブ先端部の表面
３４０  プローブの内部
３５０  冷却ノズル
３６０  冷却媒体（水、空気）
３７０  排出路
ＣＦ、ＣＦ１、ＣＦ２  冷却媒体の流れ方向
４００  ろ過器
４１０  円筒ろ紙
４５０  排気路
５００  ガス冷却器
６００  ポンプ
７００  ガス分析器
【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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【国際調査報告】
2020213587.tif 000009
2020213587.tif 000010
2020213587.tif 000011
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