特許 6689523 固体粒子回収装置及び流動層ボイラ設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6689523

(24)【登録日】2020年4月10日

(45)【発行日】2020年4月28日

(54)【発明の名称】固体粒子回収装置及び流動層ボイラ設備

(51)【国際特許分類】

   F23J 3/04 20060101AFI20200421BHJP

   F23C 10/10 20060101ALI20200421BHJP

【ＦＩ】

   F23J3/04

   F23C10/10

【請求項の数】7

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-26127(P2016-26127)

(22)【出願日】2016年2月15日

(65)【公開番号】特開2017-145972(P2017-145972A)

(43)【公開日】2017年8月24日

【審査請求日】2018年11月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】516047175

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズインダストリー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100137752

【弁理士】

【氏名又は名称】亀井 岳行

(74)【代理人】

【識別番号】100096541

【弁理士】

【氏名又は名称】松永 孝義

(74)【代理人】

【識別番号】100133318

【弁理士】

【氏名又は名称】飯塚 向日子

(74)【代理人】

【識別番号】100174953

【弁理士】

【氏名又は名称】佐々木 豪

(72)【発明者】

【氏名】矢崎 将崇

(72)【発明者】

【氏名】岩瀬 徹哉

(72)【発明者】

【氏名】津村 俊一

(72)【発明者】

【氏名】北坂 朋生

(72)【発明者】

【氏名】山口 忠

(72)【発明者】

【氏名】冠木 豊

(72)【発明者】

【氏名】塚田 法広

(72)【発明者】

【氏名】那須 龍宗

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 一教

【審査官】 岩▲崎▼ 則昌

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５７−０５２７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１６５７３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｊ ３／０４

Ｆ２３Ｃ １０／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

木質バイオマスを燃料とする燃焼装置から排出される排ガスと水との熱交換を行う節炭器と、排ガスと空気との熱交換を行う空気予熱器と、排ガス中の煤塵を捕集するバグフィルターとを排ガス流れ方向上流側から下流側に順次備えた排ガスダクトを流れる排ガス中の固体粒子を回収する固体粒子回収装置であって、
前記固体粒子回収装置は、節炭器下方の排ガスダクトに設けられ、排ガス中の固体粒子を回収可能な節炭器側ホッパと、空気予熱器下方の排ガスダクトに設けられ、排ガス中の固体粒子を回収可能な空気予熱器側ホッパとを備え、
排ガス流れ方向に対向する平面部を有し、排ガス中の固体粒子を節炭器側ホッパと空気予熱器側ホッパに案内するバッフル板を、該バッフル板の上端がホッパ縁よりも上方にあり、且つ下端がホッパ縁よりも下方にあるように配置し、
前記バッフル板は、排ガス流れ方向において前記空気予熱器側ホッパの入口側に設置され、且つ、
前記バッフル板は、複数の細長い板材を有すると共に、前記空気予熱器側ホッパの入口側において排ガス流れ方向に交差する幅方向に間隔をあけて配置された複数の第１の板材と、排ガス流れ方向に対して前記第１の板材の下流側に前記幅方向に間隔をあけて配置され且つ前記幅方向において前記第１の板材どうしの間の位置に対応して配置された複数の第２の板材と、を有し、前記第１の板材および第２の板材とが前記空気予熱器側ホッパの入口側に設置される、
ことを特徴とする固体粒子回収装置。

【請求項2】

木質バイオマスを燃料とする燃焼装置から排出される排ガスと水との熱交換を行う節炭器と、排ガスと空気との熱交換を行う空気予熱器と、排ガス中の煤塵を捕集するバグフィルターとを排ガス流れ方向上流側から下流側に順次備えた排ガスダクトを流れる排ガス中の固体粒子を回収する固体粒子回収装置であって、
前記固体粒子回収装置は、節炭器下方の排ガスダクトに設けられ、排ガス中の固体粒子を回収可能な節炭器側ホッパと、空気予熱器下方の排ガスダクトに設けられ、排ガス中の固体粒子を回収可能な空気予熱器側ホッパとを備え、
排ガス流れ方向に対向する平面部を有し、排ガス中の固体粒子を節炭器側ホッパと空気予熱器側ホッパに案内するバッフル板を、該バッフル板の上端がホッパ縁よりも上方にあり、且つ下端がホッパ縁よりも下方にあるように配置し、
前記バッフル板は、排ガス流れ方向において前記空気予熱器側ホッパの入口側に設置され、且つ、
前記バッフル板の各板材は、幅方向の両端部から排ガス流れ方向の上流側に向けて延びる立壁状の形状を有する、
ことを特徴とする固体粒子回収装置。

【請求項3】

前記バッフル板は、前記各板材の下端部が、前記幅方向に延びる板状の支持板により支持された、
ことを特徴とする請求項２に記載の固体粒子回収装置。

【請求項4】

バッフル板よりも排ガス流れ方向下流側の空気予熱器側ホッパ内に、ホッパ底部に対向する平面部を有し、ホッパ内の固体粒子のホッパ外への飛散を防止する再飛散防止板を、該再飛散防止板の上端がホッパ縁より下方にあるように配置したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の固体粒子回収装置。

【請求項5】

前記バッフル板は、その上端が空気予熱器側ホッパ上方の排ガスダクトの上部にあるように配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の固体粒子回収装置。

【請求項6】

前記節炭器側ホッパと空気予熱器側ホッパは隣接配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の固体粒子回収装置。

【請求項7】

木質バイオマスを燃料とする流動層ボイラと、
該流動層ボイラから排出される排ガスと水との熱交換を行う節炭器と、排ガスと空気との熱交換を行う空気予熱器と、排ガス中の煤塵を捕集するバグフィルターとを排ガス流れ方向上流側から下流側に順次備えた排ガスダクトと、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固体粒子回収装置と、
節炭器側ホッパ及び空気予熱器側ホッパ内の固体粒子を流動層ボイラに送る循環部と
を設けたことを特徴とする流動層ボイラ設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、木質バイオマスを燃料とする排ガス中の灰などの固体粒子を回収する固体粒子回収装置及び該固体粒子回収装置を備えた流動層ボイラ設備に関し、特に、排ガスダクトに設けた節炭器や空気予熱器の下部から固体粒子を回収する固体粒子回収装置及び該固体粒子回収装置を備えた流動層ボイラ設備に関する。

【背景技術】

【0002】

火力発電所や工場等に設置されるボイラ等の燃焼装置としては、石炭焚きボイラが主流である。例えば、下記特許文献１には、石炭焚きボイラの排ガスを、順次節炭器、脱硝装置、空気予熱器（Ａ／Ｈ）、集塵装置（バグフィルター）に通してから大気に排出する排ガス処理方法が開示されており、排ガスを節炭器出口からガス再循環集塵装置を経てボイラの燃焼室に循環させている。そして、排ガス中には石炭の燃焼によって灰が多量に発生するため、節炭器下部のホッパ、ガス再循環集塵装置のホッパ、脱硝装置下部のホッパ、Ａ／Ｈ下部のホッパ、バグフィルター下部のホッパなどに灰を溜めて、溜まった灰をフライアッシュサイロに輸送している。

【0003】

また、下記特許文献２には、微粉炭焚きボイラの排ガスを、順次節炭器、還元型触媒、Ａ／Ｈに通してから大気に排出する排ガス処理方法が開示されている。そして、燃焼によって発生する、燃料由来による粒状の灰を捕集するために、節炭器の下方と、節炭器と触媒との間の煙道に、各々ホッパを設けた構成が開示されている。

【0004】

また、ボイラの種類としては、他に流動層ボイラがある。流動層ボイラは砂などの流動媒体と共に、燃料を炉内で媒体と混合させながら燃焼するボイラであり、７５０−９００℃の低温燃焼が可能であることから、サーマルＮＯｘの発生を抑制する効果が高く、環境負荷が低い。また広範な性状の燃料の燃焼が可能であって、高い燃焼効率を有する点で優れており、近年ゴミ焼却炉として広く普及してきている。尚、サーマルＮＯｘとは、燃焼用空気の中に含まれている窒素と酸素とが高温状態において反応し、ＮＯとなることで生成するＮＯｘを言う。

【0005】

下記特許文献３には、循環流動層ボイラから発生する排ガスを遠心式分離機、バグフィルター、ＳＯｘ減少装置に通してから大気に排出する排ガス処理方法が開示されており、加熱炉から煙道ガス及び煙道ガス中に飛沫同伴される灰粒子を排出し、遠心式分離機を用いて煙道ガスから灰粒子を分離し、分離した灰粒子を加熱炉に戻して再循環させている。特許文献３では、硫黄含有炭素質燃料を用いていることから、排ガス中の二酸化硫黄を減少させるために炭酸カルシウムを加熱炉や煙道に供給し、灰粒子を加熱炉に再循環させることで炭酸カルシウムの利用効率を高めている。

【0006】

更に、下記特許文献４には、循環流動層ボイラにおいて、コンバスタで発生する排ガスをサイクロン、対流伝熱部、Ａ／Ｈ、バグフィルターを介して大気に排出している構成が開示されており、対流伝熱部下部やＡ／Ｈ下部から回収された固形粒子は、サイロに蓄えられて、コンバスタに戻される。この循環流動層ボイラはゴミ焼却炉として機能しており、コンバスタ出口の塩化水素濃度を所定値以下に保つようにカルシウム化合物をコンバスタに投入することで、ダイオキシン類の発生を抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開昭６０−１３３２１４号公報

【特許文献2】特開２０１５−１２４９１３号公報

【特許文献3】特表２００８−５０３７０７号公報

【特許文献4】特開平６−６６４１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

流動層ボイラの燃焼排ガス中には、未燃分を含む燃焼灰及び流動層の流動媒体である流動砂が含まれているが、これらの固形物が高温の排ガスに同伴することで、排ガス流路の下流側の装置などに飛散して、装置内部の損傷や摩耗などを引き起こしてしまう。特に、節炭器やＡ／Ｈよりも排ガス流路下流側のバグフィルターなどに飛散すると、バグフィルターのろ布の損傷などの要因となる。バグフィルターのろ布を金属製にすることで、耐久性は向上するもののコストが掛かってしまう。

【0009】

また、燃焼過程の未燃分を含む燃焼灰がバグフィルターのろ布に付着し、バグフィルターの逆洗用の空気等と接触して再燃焼し、バグフィルター下部のホッパ内に塊状に成長したクリンカが発生すると、ホッパからサイロへのダクトが閉塞して排出障害を引き起こしてしまう。

【0010】

上記特許文献１に記載の構成によれば、高温の石炭灰をＡ／Ｈの入口煙道に投入し、熱回収を行って低温になった石炭灰をフライアッシュサイロに輸送することで、バグフィルターの熱損傷を防止している。しかし、節炭器下部やＡ／Ｈ下部のホッパで灰を効率的に回収できないと、バグフィルターのホッパ内のクリンカの発生は抑制できない。

【0011】

上記特許文献２に記載の構成によれば、節炭器下方のホッパ上部に、ホッパ内に捕集した固体粒子が外部に流出しないように邪魔板を設けたり、その下流側の煙道下部のホッパの上方に低反発部を設けたりして、灰を回収する構成が開示されている。燃料として石炭を用いた場合、石炭灰は比較的比重が大きいため、煙道下部に溜まりやすく、ホッパ内にも捕集し易い。

【0012】

近年の二酸化炭素による地球温暖化の問題から、カーボンニュートラルと言われるバイオマス燃料が注目されている。バイオマスは、生物が光合成によって生成した有機物であり、バイオマスを燃焼することによって放出される二酸化炭素は、生物の成長過程で、光合成により大気から吸収した二酸化炭素である。従って、バイオマスは生物のライフサイクルの中で大気中の二酸化炭素を増加させないニュートラルな燃料である。その中でも、木質バイオマス燃料は、再生可能エネルギー特別措置法（ＦＩＴ法）による買い取り価格も高く、利用の促進が期待されている。

【0013】

ところで従来のバイオマス燃料は、ペレット状に成形したりチップ状に粗砕したりして、含有水分は概ね低く一定に抑えられていた。しかしながら最近は、森林の間伐材が直接ボイラに持ち込まれるケースが多くなり、含有水分が多く、しかも高水分の域で変動の大きいことが、以下に述べる問題の引き金になっている。

【0014】

そして、流動層ボイラは、燃料への適応性が高いことと環境負荷が低いことから、バイオマスの直接燃焼に最適な燃焼装置である。この流動層ボイラを基軸に据えたバイオマス発電は、今後の普及が見込まれている。

【0015】

流動層ボイラでは、特許文献３や特許文献４に記載のように、排ガスに同伴する燃焼灰や流動砂をバグフィルター下部やＡ／Ｈ下部のホッパに回収して流動層に戻すことで、補充する流動砂の量を軽減している。しかし、木質バイオマスの燃焼灰は、石炭灰と比べて比重が軽いため、これらのホッパには回収されずに、それよりも下流側のバグフィルターなどに飛散し易い。また、ホッパに回収されにくいことで流動層に戻す未燃分を含む燃焼灰の量が減ってしまうと、最終的に炉外に排出される未燃分の量が多くなり、経済的にも好ましくない。

【0016】

そして、木質バイオマス燃料は入荷される燃料中の水分のばらつきが大きく、水分量が多い場合は、排ガス量が増加して、炉内温度が低下すると共に燃焼の滞留時間が減少するため、燃焼性が悪くなる傾向がある。また、排ガス量の増加は空塔速度の上昇を招き、摩耗要因となる流動砂の同伴量が増加するため、灰や未燃分等を回収するためのホッパ、ダクト及び灰輸送配管等の摩耗を引き起こす要因となる。更に、燃焼性が悪くなると未燃分が増加することで、粗粒灰が燃え切らずにバグフィルターのろ布に付着することで、バグフィルターの逆洗時の空気で再燃焼することによるろ布の損傷、あるいは、再燃焼灰のバグフィルター下部のホッパへの落下により、塊状に成長したクリンカが発生すると、ホッパからサイロへのダクトが閉塞して排出障害を引き起こしてしまう。

【0017】

そこで、本発明の課題は、バグフィルターよりも排ガス流路の上流側で、木質バイオマスを燃料とした排ガスに同伴する未燃分を含む灰や流動砂等の固体粒子を効率的に回収可能な固体粒子回収装置及び該固体粒子回収装置を備えた流動層ボイラ設備を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0018】

上記本発明の課題は、下記の構成を採用することにより達成できる。
請求項１記載の発明は、木質バイオマスを燃料とする燃焼装置から排出される排ガスと水との熱交換を行う節炭器（１５）と、排ガスと空気との熱交換を行う空気予熱器（１７）と、排ガス中の煤塵を捕集するバグフィルター（１９）とを排ガス流れ方向上流側から下流側に順次備えた排ガスダクト（４０）を流れる排ガス中の固体粒子を回収する固体粒子回収装置（１００）であって、前記固体粒子回収装置（１００）は、節炭器下方の排ガスダクトに設けられ、排ガス中の固体粒子を回収可能な節炭器側ホッパ（３５）と、空気予熱器下方の排ガスダクトに設けられ、排ガス中の固体粒子を回収可能な空気予熱器側ホッパ（３７）とを備え、排ガス流れ方向に対向する平面部を有し、排ガス中の固体粒子を節炭器側ホッパ（３５）と空気予熱器側ホッパ（３７）に案内するバッフル板（４１）を、該バッフル板（４１）の上端がホッパ縁よりも上方にあり、且つ下端がホッパ縁よりも下方にあるように配置し、前記バッフル板（４１）は、排ガス流れ方向において前記空気予熱器側ホッパ（３７）の入口側に設置され、且つ、前記バッフル板（４１）は、複数の細長い板材を有すると共に、前記空気予熱器側ホッパ（３７）の入口側において排ガス流れ方向に交差する幅方向に間隔をあけて配置された複数の第１の板材と、排ガス流れ方向に対して前記第１の板材の下流側に前記幅方向に間隔をあけて配置され且つ前記幅方向において前記第１の板材どうしの間の位置に対応して配置された複数の第２の板材と、を有し、前記第１の板材および第２の板材とが前記空気予熱器側ホッパ（３７）の入口側に設置された固体粒子回収装置である。

【0019】

請求項２記載の発明は、木質バイオマスを燃料とする燃焼装置から排出される排ガスと水との熱交換を行う節炭器（１５）と、排ガスと空気との熱交換を行う空気予熱器（１７）と、排ガス中の煤塵を捕集するバグフィルター（１９）とを排ガス流れ方向上流側から下流側に順次備えた排ガスダクト（４０）を流れる排ガス中の固体粒子を回収する固体粒子回収装置（１００）であって、前記固体粒子回収装置（１００）は、節炭器下方の排ガスダクトに設けられ、排ガス中の固体粒子を回収可能な節炭器側ホッパ（３５）と、空気予熱器下方の排ガスダクトに設けられ、排ガス中の固体粒子を回収可能な空気予熱器側ホッパ（３７）とを備え、排ガス流れ方向に対向する平面部を有し、排ガス中の固体粒子を節炭器側ホッパ（３５）と空気予熱器側ホッパ（３７）に案内するバッフル板（４１）を、該バッフル板（４１）の上端がホッパ縁よりも上方にあり、且つ下端がホッパ縁よりも下方にあるように配置し、前記バッフル板（４１）は、排ガス流れ方向において前記空気予熱器側ホッパ（３７）の入口側に設置され、且つ、前記バッフル板（４１）の各板材は、幅方向の両端部から排ガス流れ方向の上流側に向けて延びる立壁状の形状を有することを特徴とする固体粒子回収装置である。

【0020】

請求項３記載の発明は、バッフル板（４１）は、前記各板材の下端部が、前記幅方向に延びる板状の支持板（５７）により支持されたことを特徴とする請求項２に記載の固体粒子回収装置である。

【0021】

請求項４記載の発明は、バッフル板（４１）よりも排ガス流れ方向下流側の空気予熱器側ホッパ（３７）内に、ホッパ底部に対向する平面部を有し、ホッパ内の固体粒子のホッパ外への飛散を防止する再飛散防止板（４３）を、該再飛散防止板（４３）の上端がホッパ縁より下方にあるように配置した請求項１ないし３のいずれかに記載の固体粒子回収装置である。

【0022】

請求項５記載の発明は、前記バッフル板（４１）は、その上端が空気予熱器側ホッパ（３７）上方の排ガスダクト（４０）の上部にあるように配置されている請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の固体粒子回収装置である。

【0023】

請求項６記載の発明は、前記節炭器側ホッパ（３５）と空気予熱器側ホッパ（３７）は隣接配置されている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の固体粒子回収装置である。

【0024】

請求項７記載の発明は、木質バイオマスを燃料とする流動層ボイラ（１）と、該流動層ボイラ（１）から排出される排ガスと水との熱交換を行う節炭器（１５）と、排ガスと空気との熱交換を行う空気予熱器（１７）と、排ガス中の煤塵を捕集するバグフィルター（１９）とを排ガス流れ方向上流側から下流側に順次備えた排ガスダクト（４０）と、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固体粒子回収装置（１００）と、節炭器側ホッパ（３５）及び空気予熱器側ホッパ（３７）内の固体粒子を流動層ボイラ（１）に送る循環部（５６）とを設けた流動層ボイラ設備である。
なお、本明細書における固体粒子とは、燃料の燃焼によって発生する灰やすす、未燃分などの煤塵のみならず、流動層ボイラの流動媒体（主に砂）も含む意である。

【0025】

（作用）
上述のように、燃料の燃焼によって発生する未燃分を含む灰や流動砂などの固体粒子は高温の排ガス流に同伴することで、排ガス流路下流側のバグフィルターなどに飛散し、バグフィルターの損傷などの要因となる。また、木質バイオマスを燃料とした場合は、高水分燃料を燃焼時に、排ガス量が増加して未燃分が増えることで、粗粒の燃焼灰が燃え切らずにバグフィルターのろ布に付着することで、バグフィルターの逆洗時の空気で再燃焼することによるろ布の損傷、あるいは、再燃焼灰のバグフィルター下部のホッパへの落下により、塊状に成長したクリンカが発生すると、ホッパからサイロへのダクトが閉塞して排出障害を引き起こしてしまう。なお、微粒の燃焼灰はボイラ内の滞留時間で燃焼を完結しているので再燃焼することは無く問題の対象とはならない。

【0026】

木質バイオマスは石炭に比べて比重が軽いため、節炭器やＡ／Ｈの下方にホッパを設けても、燃焼灰が排ガス流に乗って運ばれてしまい、ホッパ内に溜めることは難しい。上記特許文献２に記載の構成では、比重が木質バイオマスよりも約１０倍以上大きい石炭灰を対象としており、ホッパ内に捕集され易いが、ホッパ内に当たった反動で外部に排出されないように、ホッパ上部の邪魔板によって流出を防止している。

【0027】

一方、木質バイオマスの場合は上述のようにホッパ内に溜まりにくいため、例えば節炭器下方のホッパ上部に、上記特許文献２に記載の固体粒子の邪魔板を設けたとしても、ホッパ内に捕集される効果がそもそも殆どないため、邪魔板による流出防止効果も見込めず、煙道を流れてくる燃焼灰がすり抜けてそのまま下流側のバグフィルターに飛散してしまう。また、特許文献２の図１１に開示されているような、低反発部をホッパより上方の煙道や側壁に、排ガス流れに沿って設けた構成では、同様に上向きの排ガス流に同伴されて、灰が低反発部をすり抜けて上方に流れてしまう。

【0028】

ボイラの排ガスは、過熱器や節炭器、空気予熱器を通り抜けた後、バグフィルターに流入する。従って、バグフィルターよりも排ガス流路の上流側の節炭器下方のホッパとＡ／Ｈ下方のホッパにより、特に下流の機器に悪影響を及ぼす粗粒の燃焼灰を極力回収できることが望ましい。そこで、本発明者らは、節炭器下方のホッパとＡ／Ｈ下方のホッパの両方のホッパで、比重の軽い木質バイオマス燃料由来の灰等の固体粒子を効率よく捕集するために、これらのホッパ近傍に設置するバッフル板の位置、形状、大きさなどについて鋭意研究を重ね、本発明を完成するに至った。

【0029】

まず、排ガスが最初に流れ込む節炭器下方のホッパ（節炭器ホッパと言う場合がある）で、主に灰を回収することを考えた場合、これはバッフル板を節炭器ホッパの出口側に設けることで可能である。しかし、節炭器ホッパとバッフル板によって流路が狭くなることで、排ガスの流速が増加する部位が存在するため、バッフル板や節炭器ホッパの摩耗を引き起こしてしまうポテンシャルが高くなる。これらの部材が摩耗すると、部材の交換やメンテナンスの必要が生じるため、運転効率や処理効率が悪くなる。

【0030】

粗粒の燃焼灰はバグフィルターの上流側で回収できれば足りるため、どちらかのホッパをメインとして回収するのではなく、両方のホッパで回収できる灰の合計量が多くなれば良い。そこで、バッフル板をＡ／Ｈ下方のホッパ（Ａ／Ｈホッパと言う場合がある）の入り口側に設けることで、両方のホッパで効率よく粗粒の燃焼灰を回収できるのではないかと考え、鋭意検討を重ねた。

【0031】

バッフル板を、その平面部が排ガス流れ方向に対向するように、節炭器ホッパよりも下流側のＡ／Ｈ側のホッパ入り口側に設けることで、バッフル板に当たった粗粒の燃焼灰が、Ａ／Ｈホッパに案内されると共に、その反動で上流側の節炭器ホッパにも落下する。バッフル板の上端がホッパ縁よりも上方にあれば、ホッパ上方の排ガスダクトを流れる粗粒の燃焼灰がバッフル板に当たって、ホッパ内に案内される。この時、バッフル板の下端がホッパ縁よりも上方にあると、バッフル板の下方を粗粒の燃焼灰がすり抜ける可能性がある。従って、バッフル板の上端がホッパ縁よりも上方にあり、バッフル板の下端がホッパ縁よりも下方にある配置とすれば良い。また、排ガスは一度、節炭器ホッパに流入していることで、ダクト側と流路が別れて広くなる部分を流れるため、バッフル板を通過する際に若干流速が増加するものの、それ程流速は上昇しない。従って、バッフル板や節炭器ホッパやＡ／Ｈホッパなどの摩耗を防止できる。

【0032】

即ち、請求項１、２記載の発明によれば、バッフル板をＡ／Ｈホッパの入り口側であって、バッフル板の上端がホッパ縁よりも上方にあり、且つバッフル板の下端がホッパ縁よりも下方にあるように設置することで、バッフル板に当たった灰を、Ａ／Ｈホッパ及び節炭器ホッパに案内することができ、バッフル板の下方をすり抜ける灰も防止できる作用がある。従って、灰の回収率が向上する。

【0033】

また、請求項１記載の発明によれば、バッフル板は、複数の細長い板材を排ガス流れ方向に千鳥配置し、且つ、空気予熱器側ホッパの入口側に設置した構成とすることで、粗粒の燃焼灰が確実にバッフル板に当たると共に、排ガスが板材間の隙間を流れることで、圧力損失の増大を防止できる。従って、請求項１記載の発明によれば、灰の捕集率の向上及び圧力損失の増大の抑制を図ることができる。

【0034】

さらに、請求項２記載の発明によれば、バッフル板が排ガス流れ方向の上流側に向けて延びる立壁状の形状を有することで、バッフル板に当たった燃焼灰等の固体粒子が幅方向外側に移動して下流側にすり抜けにくくなり、バッフル板に当たった固体粒子を下方のホッパに案内して回収しやすくなる。したがって、請求項２記載の発明によれば、固体粒子の捕集率の向上をさらに図ることができる。

【0035】

請求項３記載の発明によれば、バッフル板の下端部が幅方向に延びる板状の支持板で支持されることで、ホッパに回収された固体粒子が舞い上がろうとしても支持板で妨げられて、ホッパに回収された固体粒子の再飛散が抑制される。したがって、請求項３記載の発明によれば、固体粒子の捕集率の向上をさらに図ることができる。

【0036】

尚、木質バイオマス由来の灰は比重が軽いため、一度ホッパ内に流入しても、舞い上がってホッパ外部に飛散してしまう場合もある。そこで、バッフル板の下流側のＡ／Ｈホッパ内に、再飛散防止板を設置することで、ホッパ外部に飛散する灰を抑制できる。再飛散防止板は、その上端がホッパ縁よりも上方にあると、ホッパ内の灰がホッパ上部の排ガスダクトを流れる排ガス流に運ばれてしまうことが考えられる。そこで、再飛散防止板を、その上端がホッパ縁よりも下方にあるような配置にすることで、灰をホッパ内に留めておくことができる。従って、請求項４記載の発明によれば、上記請求項１−３記載の発明の作用に加えて、Ａ／Ｈホッパ内に流入した粗粒の燃焼灰が舞い上がっても再飛散防止板に当たることで、ホッパ外部への再飛散を抑制できる。

【0037】

また、バッフル板は、その上端がホッパ上方の排ガスダクトの上部にあれば、排ガスダクトを流れる粗粒の燃焼灰の大部分がバッフル板に当たることになる。従って、請求項５記載の発明によれば、上記請求項１−４記載の発明の作用に加えて、排ガスダクトの上部を流れる粗粒の燃焼灰も高い確率で捕集でき、ダクトを流れる粗粒の燃焼灰の回収率の向上を図ることができる。

【0038】

そして、節炭器ホッパとＡ／Ｈホッパを隣接配置にすることで、バッフル板と節炭器ホッパとの間隔も近くなるため、バッフル板に当たった粗粒の燃焼灰が上流側の節炭器ホッパに案内され易くなる。従って、請求項６記載の発明によれば、上記請求項１から請求項５記載の発明の作用に加えて、Ａ／Ｈホッパより上流側の節炭器ホッパでの回収率が向上する。

【0039】

また、流動層ボイラでは、流動媒体として使用される砂も排ガスと共に飛散するが、請求項７記載の発明によれば、流動層ボイラ設備に請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固体粒子回収装置を設けることで、粗粒の燃焼灰と共に飛散する流動砂もバッフル板や再飛散防止板によってＡ／Ｈホッパ及び節炭器ホッパに回収できる。従って、回収した粗粒の燃焼灰と流動砂を流動層ボイラに戻すことで、流動砂の補充量も軽減される。

【発明の効果】

【0040】

請求項１、２記載の発明によれば、バッフル板を設置することによってＡ／Ｈ側ホッパと節炭器側ホッパの両ホッパで排ガス中の灰や未燃分等の固体粒子を効率的に回収できるため、固体粒子の回収率が向上する。また、排ガスがバッフル板を通過する際も流速の急激な上昇が抑制されるので、バッフル板や節炭器側ホッパの摩耗を引き起こすポテンシャル、更にバグフィルーのろ布の損傷を引き起こすポテンシャルも低減できる。

【0041】

請求項１記載の発明によれば、複数の細長い板材を千鳥配置に構成したバッフル板を空気予熱器側ホッパの入口側に設置することにより、圧力損失の増大を抑制しながら固体粒子の捕集率の向上を図ることができる。
請求項２記載の発明によれば、バッフル板が排ガス流れ方向の上流側に向けて延びる立壁状の形状を有することにより、固体粒子の捕集率の向上を図ることができる。

【0042】

請求項３記載の発明によれば、バッフル板の下端部が幅方向に延びる板状の支持板で支持されることで、固体粒子の再飛散を抑制でき、捕集率の向上を図ることができる。

【0043】

請求項４記載の発明によれば、上記請求項１−３記載の発明の効果に加えて、比重が軽く、飛散しやすい木質バイオマス燃料由来の粗粒の燃焼灰でも、再飛散防止板に当たることで、Ａ／Ｈホッパから外部への再飛散を抑制できる。

【0044】

請求項５記載の発明によれば、上記請求項１−４記載の発明の効果に加えて、バッフル板の上端が排ガスダクトの上部に位置することで、排ガスダクトを流れる粗粒の焼灰を効率よく回収できる。

【0045】

請求項６記載の発明によれば、上記請求項１から請求項５記載の発明の効果に加えて、節炭器側ホッパとＡ／Ｈ側ホッパを隣接配置にすることで、Ａ／Ｈ側ホッパより上流側の節炭器側ホッパでの固体粒子の回収率の向上を図ることができる。

【0046】

請求項７記載の発明によれば、流動層ボイラ設備に請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固体粒子回収装置を設けることで、灰と共に飛散する砂の回収量が向上し、砂の補充量も軽減できる。また、未燃分粒子を回収できればボイラの燃焼部へ戻すことで、燃焼効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0047】

【図1】本発明の一実施例であるボイラ設備の系統図（概略図）である。

【図2】図１のボイラ設備の灰回収装置の一部詳細図である。

【図3】図２のＡ−Ａ線矢視図である。

【図4】図４（Ａ）は、図２のＢ−Ｂ線矢視図（上流側板）であり、図４（Ｂ）は、図２のＣ−Ｃ線矢視図（下流側板）である。

【図5】図２のバッフル板の別の例を示した灰回収装置の一部詳細図である。

【図6】図６（Ａ）はケース１の設置例の斜視図であり、図６（Ｂ）はケース２の設置例の斜視図である（実施例）。

【図7】図７（Ａ）はケース３の設置例の斜視図であり、図７（Ｂ）はケース４の設置例の斜視図である（比較例）。

【図8】図８（Ａ）は断面コの字型、図８（Ｂ）は断面Ｌ字型のバッフル板の例を示した図である。

【図9】ケース１の流動解析結果を示した図である。

【図10】ケース２の流動解析結果を示した図である。

【図11】ケース３の流動解析結果を示した図である。

【図12】ケース４の流動解析結果を示した図である。

【図13】黒色灰の粒度分布の測定結果を示した図である。

【図14】黒色灰の捕集率及び通過率を示した図である。

【図15】図１のボイラ設備の別の例（比較例）の系統図（概略図）である。

【発明を実施するための形態】

【0048】

以下に、本発明の実施の形態を示す。

【実施例1】

【0049】

図１には、本発明の一実施例のボイラ設備の系統図を示し、図２には、図１のボイラの灰回収装置（固体粒子回収装置）の一部詳細図を示し、節炭器下方とＡ／Ｈ下方のホッパ部分の内部側面図（一部断面図）を示している。また、図３には、図２のＡ−Ａ線矢視図（平面図）を示し、図４（Ａ）には、図２のＢ−Ｂ線矢視図（一部省略）を示し、図４（Ｂ）には、図２のＣ−Ｃ線矢視図（一部省略）を示す。更に、図５には、図２のバッフル板の別の例を示す。

【0050】

流動層ボイラ１の起動時は、バーナ５等に供給される灯油などの液体燃料により炉内及び流動層６１を所定温度以上にすると共に、流動層６１を流動化状態とし、その後、フィーダ３から木質バイオマス燃料が投入され、火炉７内で燃焼させ、所定負荷到達後はバーナ５等を消火し、木質バイオマス専焼状態で燃焼させる。燃焼によって発生する排ガスは、出口部９から過熱器１１、蒸発水管部１３、節炭器１５を通り排ガスと水との間で熱交換が行われる。水と排ガスを熱交換することで蒸気を発生させ、この高圧蒸気により図示しないタービンを回転させて、タービンと連結した発電機により発電する。

【0051】

更にＡ／Ｈ１７で燃焼用空気と排ガスとの熱交換が行われることで、燃焼用空気が昇温されて、一次空気配管６５から火炉７下部より一次空気が、二次空気配管６７から火炉７の缶前のアフターエアポート６９より二次空気が、それぞれ火炉７内に供給される。一次空気及び二次空気は、各配管６５，６７に設けたダンパ６３により流量が調整される。Ａ／Ｈ１７でガス温度が一定温度まで低下した排ガスは、バグフィルター１９により煤塵が除去された後、煙突２１から排出される。

【0052】

火炉７の下部では砂などの流動媒体により流動層６１が形成されており、流動層６１内の異物（灰が付着して大きくなった砂及びクリンカ）を除去する目的で、ボイラ炉底より砂を抜き出し、排出機２３において冷却し、分離機２５により篩い分けした後、ブロア２７により砂供給用サイロ２９に空気搬送されて火炉７に再投入される。また、砂サイロ３１からも砂が補充される。

【0053】

次に、灰回収装置１００について説明する。
図２に示すように、節炭器１５の下方とＡ／Ｈ１７の下方には、それぞれ節炭器ホッパ３５とＡ／Ｈホッパ３７を備えており、更に、Ａ／Ｈホッパ３７の入り口（上流側）に、バッフル板４１を、その上端がホッパ縁３７ａよりも上方にあり、且つその下端がホッパ縁３７ａよりも下方にあるように、起立姿勢で配置している。

【0054】

排ガスは、出口部９から矢印Ｄ方向（下方）に流れて、節炭器ホッパ３５とＡ／Ｈホッパ３７間の水平部４０ａを通り、矢印Ｅ方向（上方）に流れる。
排ガスと共に排ガスダクト４０を流れる灰及び砂等の固体粒子は、バッフル板４１の上端がホッパ縁よりも上方にあることで、バッフル板４１に当たって、Ａ／Ｈホッパ３７に案内されると共に、その反動で上流側の節炭器ホッパ３５にも落下する。また、バッフル板４１の下端がホッパ縁３７ａよりも下方にあることで、粗粒の燃焼灰のバッフル板４１の下方のすり抜けを防止できる。

【0055】

従って、排ガスダクト４０を流れてくる粗粒の燃焼灰や砂が下流側のバグフィルター１９に飛散することを防止でき、損傷のリスクも解消するので、バグフィルター１９のろ布が布製のままでも問題ない。フライアッシュサイロ用バグフィルター４９についても同様のことが言える。

【0056】

当業者の常識的な考え方であれば、上記バッフル板４１は、よりガス流れ方向上流側（図示例では右側）のホッパに設けるのが普通である。しかしながら、本発明者らは、その発想では問題を解決できないことを見出し、敢えて下流（図示例では左側）のホッパに設けることとした。この点が本発明の特徴に繋がっている。

【0057】

尚、木質バイオマス由来の灰は比重が軽いため、一度回収されても、舞い上がって排ガスダクト４０に飛散してしまう場合もある。そこでＡ／Ｈホッパ３７内に、再飛散防止板４３を、その上端がホッパ縁３７ａよりも下方にあるように配置することで、ホッパ３７内の灰が排ガスダクト４０を流れる排ガスに運ばれてしまうことを防止しながら、ホッパ３７外部への飛散を抑制できる。即ち、Ａ／Ｈホッパ３７内の灰は舞い上がっても、再飛散防止板４３に当たってＵターンすることで捕集される。図２では、再飛散防止板４３が、その端部がホッパ内壁に接して水平方向に沿って設置されているが、端部がホッパ内壁に接していなくても、また斜め方向に設置されていても良く、灰の衝突面がホッパ底側を向いているような配置であれば良い。

【0058】

煤塵中には、主に木質バイオマス燃料由来の灰と砂が含まれており、節炭器ホッパ３５とＡ／Ｈホッパ３７では、特に粒径の比較的大きい粗粒灰と砂が回収される。回収された灰と砂はロータリーバルブ４５によって連続的に定量排出され、ブロア２７からの空気搬送によって砂用バグフィルター３９に運ばれる。この時、配管の湾曲部をセラミックライニング管としたり、配管の流速調整用の弁５３を開閉することで流速を１５〜２０ｍ／ｓとすれば、配管の摩耗を抑制できる。ロータリーバルブ４５や弁５３の調整は、図示しない制御装置によって行うことで、連続運転も可能となる。

【0059】

更に、砂用バグフィルター３９からはロータリーバルブ４５によって一定量ずつ繰り出され、循環配管５６を経て砂供給用サイロ２９に送られる。尚、この時、均圧配管５５により一部をバイパスすることで、粗粒灰の流れがスムーズになる。本実施例によれば、灰と共に飛散する流動砂もＡ／Ｈホッパ３７及び節炭器ホッパ３５に回収できることで流動砂の回収量が向上し、また回収した流動砂を火炉７に循環させることで火炉７に供給する流動砂の補充量も軽減される。

【0060】

一方、粒径の比較的小さい微粒の燃焼灰は、節炭器ホッパ３５とＡ／Ｈホッパ３７をすり抜けて、Ａ／Ｈ１７の下流側のバグフィルター１９で回収される。バグフィルター１９からはロータリーバルブ４５によって一定量ずつ繰り出され、真空ポンプ４７によってフライアッシュサイロ用バグフィルター４９に送られる。更に、フライアッシュサイロ用バグフィルター４９からはロータリーバルブ４５によって一定量ずつ繰り出され、フライアッシュサイロ５１に送られる。バグフィルター１９では微粒の燃焼灰が回収され、流動砂は殆ど含まれないので、フライアッシュサイロ５１に貯留される灰は、湿式処理又は乾式処理後、有効利用される。

【0061】

以上のように、灰回収装置１００は、節炭器ホッパ３５とＡ／Ｈホッパ３７とバグフィルター１９の他に、砂用バグフィルター３９、砂供給用サイロ２９、フライアッシュサイ
ロ用バグフィルター４９、フライアッシュサイロ５１等から構成される。

【0062】

また、図２及び３に示すように、節炭器ホッパ３５とＡ／Ｈホッパ３７を隣接配置にすることで、バッフル板４１と節炭器ホッパ３５との間隔も近くなるため、バッフル板４１に当たった粗粒の燃焼灰が節炭器ホッパ３５に案内され易くなり、節炭器ホッパ３５での粗粒の燃焼灰の回収率が向上する。尚、本明細書中、隣接配置とは節炭器ホッパ３５とＡ／Ｈホッパ３７のそれぞれのホッパ縁が接する場合、及び節炭器ホッパ３５とＡ／Ｈホッパ３７との間に各構造体の接続に必要な程度のダクトが存在する場合を意味している。

【0063】

バッフル板４１は、その上端が排ガスダクト４０の上部、例えば水平部４０ａの天井付近まであれば、排ガスダクト４０を流れる粗粒の燃焼灰の大部分がバッフル板４１に当たることになるため、排ガスダクト４０の上部を流れる粗粒の燃焼灰も高い確率で捕集できる。

【0064】

一方で、バッフル板４１の長さ（高さ）が短い方が、排ガスの圧力損失は軽減されるため、例えば図５に示すように、バッフル板４１の長さをダクト４０の内径（高さ）の半分程度にすることも考えられる。排ガスの流速は、ケーシングの構造・サイズ、バイオマス燃料の性状及び排ガス量等の関係で決まってくる。流速が大きいと比重の大きい粒子でも飛散するが、流速が小さいと比重の大きい粒子のみならず比重が小さくても形状の大きい粒子は落下して捕集されやすくなる。

【0065】

バッフル板４１の上端が流路の半分の高さ位置にある場合、バッフル板４１の上の部分（流路の上半分）は比較的灰が少なく、障害物がないことで流速が高速に保たれる。そして、バッフル板４１の設置部分（流路の下半分）は比較的灰が多く、バッフル板４１に当たって流速が落ちて捕集される。従って、流速が速く、且つバッフル板４１を設置することによる圧力損失の増加を極力抑える必要がある場合は、図５に示すようにバッフル板４１の上端を流路の半分の高さ位置にすることにより、圧力損失を低く抑えることが可能となる。この場合は、バッフル板４１より上側の排ガス流速は速くなるが、比重が小さく且つ微粒の灰が選択的に同伴される。一方、バッフル板４１の設置している下側の排ガス流速は上側に比較して相対的に遅くなる。流動砂のように比重の大きい粒子及び粗粒の燃焼灰のように比重が小さくても形状の大きい粒子は、排ガスに同伴されて下側を流れる確率が高いが、バッフル板４１に衝突することで流速が落ちて捕集されるので、所定の捕集率は確保可能となる。

【0066】

また、バッフル板４１は、図４に示すように、複数の細長い板４１ａ、４１ｂを千鳥配置とした構成にすると良い。図４（Ａ）には上流側板４１ａの配置を示し、図４（Ｂ）には下流側板４１ｂの配置を示している。図示例では、排ガス流れ方向に沿って上流側板４１ａと下流側板４１ｂを設置し、排ガス流れ方向から見て重複しないように千鳥配置としている。この配置によって、排ガス流に同伴する固体粒子が確実にバッフル板４１の各板４１ａ、４１ｂに当たると共に、排ガスが上流側板４１ａ間、下流側板４１ｂ間、上流側板４１ａと下流側板４１ｂ間などの隙間を流れることで、排ガスの圧力損失の増大を防止できる。

【0067】

本実施例の効果を確認するため、実施例としてバッフル板４１のみ設置した場合（ケース１）及びバッフル板４１と再飛散防止板４３の両方を設置した場合（ケース２）、また較例として、バッフル板４１を節炭器ホッパ３５出口側（下流側）に設置した場合（ケース３）、バッフル板４１をＡ／Ｈホッパ３７よりも下流側のダクト４０に設置した場合（ケース４）について流動解析を行い、固体粒子の捕集率、排ガスの最大流速及び排ガスの圧力損失を計算した。

【0068】

尚、捕集率については、本流動解析において、排ガスに同伴される全粒子数が各ホッパに何個補修されたかの数を数えて各々の捕集率の計算を実施した。また、ダクト内に残留した粒子数及び排ガスに同伴されて系外に出た粒子数も数えて全体の収支を確認した。

【0069】

また、圧力損失は以下のように求めた。圧力値として各断面での静圧の平均値及び動圧の平均値の和を全圧の平均値として求め、圧力損失は流入面（ダクト入口の平行断面、即ち鉛直部と水平部の境界面）の全圧平均値と所定断面での全圧平均値との差として算出した。下記表１記載の圧力損失（ドラフトロス）は各ケースでの流入面の全圧平均値と流出面（ダクト出口の平行断面）の全圧平均値との差として算出している。

【0070】

図６（Ａ）及び（Ｂ）には、実施例としてケース１及びケース２の設置例の斜視図を示し、図７（Ａ）及び（Ｂ）には、比較例としてケース３及びケース４の設置例の斜視図を示す。これらの図では、バッフル板４１の形状及び位置が分かりやすいように、バッフル板４１を実線で示し、節炭器ホッパ３５、Ａ／Ｈホッパ３７及び排ガスダクト４０の一部は破線で示している。流動解析条件は以下の通りとした。

【0071】

排ガス量：４１，０００ｍ3Ｎ／ｈ、節炭器ホッパ入り口ガス温度：２２８℃、ダスト濃度：０．６ｇ／ｍ3Ｎ、ダスト粒径：０．６ｍｍ、ダスト密度：０．１ｔ／ｍ3
図８には、バッフル板４１の断面の例を示す。図８（Ａ）には図２及び図５に示すバッフル板４１の断面であって断面コの字型、図８（Ｂ）には断面Ｌ字型の例を示している。

【0072】

バッフル板４１として、図８（Ａ）に示す断面コの字型の板（２００ｍｍ×１５００ｍｍ）を排ガス流れ方向に５本ずつ、計１０本用いて千鳥配置に設置した。バッフル板４１は、その平面部（コの字の開口側）が排ガス流れ方向に対向するように、ケース１〜３では鉛直方向に設置し、ケース４では水平方向に設置した。

【0073】

各ホッパ３５，３７の形状は四角錐であり、節炭器ホッパ３５は底辺（２０００ｍｍ×１６８０ｍｍ）、高さ１２００ｍｍ、Ａ／Ｈホッパ３７は底辺（２０００ｍｍ×２０１０ｍｍ）、高さ１２００ｍｍとし、排ガスダクト４０の幅２０００ｍｍ、高さ１５００ｍｍ、各ホッパ３５，３７間の距離（縁間の距離）を５９０ｍｍとした。

【0074】

図９には、ケース１の流動解析結果を示し、図１０には、ケース２の流動解析結果を示し、図１１には、ケース３の流動解析結果を示し、図１２には、ケース４の流動解析結果を示す（斜視図）。各図の（Ｂ）は各図の（Ａ）のＸ部（Ｘ１〜Ｘ４）の拡大図を示し、各図の（Ｄ）は各図の（Ｃ）のＹ部（Ｙ１〜Ｙ４）の拡大図を示している。この解析は汎用流体解析ソフト(Ａｎｓｙｓ Ｆｌｕｅｎｔ（アンシス・ジャパン株式会社製））によりモデル化し、有限体積法による定常解析により実施した。表１には、各ケースの固体粒子の捕集率、排ガスの最大流速及び排ガスの圧力損失を示す。尚、表中のＥｃｏとは節炭器のことである。

【0075】

【表1】

【0076】

ケース４（図１２）では、合計捕集率が低く、最大流速と圧力損失が高くなる結果となり、どの数値もこれらの中で一番良くなかった。図１２（Ｂ）及び（Ｄ）に示すように、特にバッフル板４１を通過後の排ガス流速が２３．８ｍ／ｓ以上に上昇した。ケース３（図１１）では、ケース１に比べて合計の捕集率は高いものの、Ｒ部に示すように排ガスがバッフル板４１の下側とホッパ３５上部間の隙間をすり抜けて最大流速が２３ｍ／ｓまで上昇した。局部的にでも流速が大きい箇所があると、バッフル板やホッパなどの摩耗の要因となってしまい、これらの部材の寿命が短命化するため好ましくない。また、圧力損失もケース１及び２に比べて非常に高かった。流速は速い方が圧力損失は大きくなる。

【0077】

ケース１（図９）では、合計の捕集率がケース３に比べて若干低かったが、最大流速が２１．５ｍ／ｓに抑えられ、圧力損失も低かった。更に、ケース２（図１０）では、再飛散防止板４３の効果によってＡ／Ｈホッパ３７における捕集率が向上した。また、圧力損失も一番低く、最も良好な結果となった。総合的に見て、ケース１とケース２が適用可能と判断される。

【0078】

また、断面コの字型（又は図８（Ｂ）に示すような断面Ｌ字型でも良い）の板によりバッフル板４１を構成すると、図９（Ｂ）に示すように排ガスが板に当たった際にコの字の空間部に案内されることで下方に流れやすくなる。また、バッフル板４１の各板の下部が貫通する支持板５７（ダクト内壁に固定）によりバッフル板４１を支持したり、バッフル板４１の各板の上部を支持部材５９（ダクト内壁に固定）により支持したりすることで、支持構造が強固となり、排ガス流によるバッフル板４１の揺動を抑制できる。

【0079】

尚、図示しないが、バグフィルター１９下部のホッパ１９ａに窒素や二酸化炭素などの不燃性ガスのエアーブラスターを設置したり、ロータリーバルブ４５が設置されている配管の径を大きくしたりすることで（例えば、５０ｍｍから６５ｍｍに）、より一層、灰の流れがスムーズになる。

【実施例2】

【0080】

本実施例では、一番良好な結果が得られたケース２について、飛散灰として実際に採取した黒色灰のダスト分布とダスト密度を用いて、実施例１と同一の解析モデルで流動解析を実施した。燃料となる木質バイオマスは、表２に元素分析結果を示すが、杉の間伐材を乾燥等の処理をすることなく破砕したものである。尚、表中、ウッドとは木材を薄い方形状に粉砕したものを言い、チッパーとは細長い繊維状に粉砕したものを言う。

【0081】

【表2】

【0082】

表２に示すように、杉の間伐材には石炭と違って硫黄分が殆ど含まれていないため、火炉７に石灰石を投入する必要はない。そして、図１５に示すボイラ設備を使用して、以下の運転条件により、木質バイオマスの燃焼を行った。尚、図１５に示すボイラ設備は図１の設備に改善する前の設備（比較例）であり、バッフル板４１や再飛散防止板４３は設置されておらず、節炭器ホッパ３５とＡ／Ｈホッパ３７とバグフィルター１９で回収された全ての灰及び砂がフライアッシュサイロ用バグフィルター４９からフライアッシュサイロ５１に送られる。その他の部分は図１のボイラ設備と共通している。

【0083】

改善前の設備では、全ての灰及び砂をフライアッシュサイロ５１に貯めていたが、設備系内の閉塞、損傷、輸送配管の摩耗等の問題があり、安定運用に問題があった。しかし、図１の設備に改善することで、設備系内の閉塞、損傷、輸送配管の摩耗等の問題は全て解消される。また、上流側の節炭器ホッパ３５とＡ／Ｈホッパ３７では、未燃分の多い粗粒の燃焼灰と流動砂が火炉７に回収される。更に、下流側のバグフィルター１９では粒径が小さく未燃分の少ない燃焼灰が回収される。従って、未燃分の低減による燃焼効率の向上及び流動砂の補充量の軽減が図れる。

【0084】

流動層ボイラは空気ノズル方式（炉底より空気を供給するもの）の単胴自立型の自然循環・強制循環併用式のボイラであり、火炉形状が炉幅５．６ｍ×炉奥行３．６ｍ×炉高１６．６ｍ、送電端出力５０００ｋＷ規模のボイラである。また、起動時用として灯油バーナを用いた。そして、木質チップをフィーダ３から供給し、火炉７内に投入後、流動層６１内及び層上で燃焼した。流動層ボイラ１で発生した蒸気をタービンに送気することで、タービンを高速で回転させ、タービンに接続している発電機を回転させることで、回転エネルギーを電気に変換するシステムである。基本的に定格負荷で１年間連続運転としている。
表３には、燃焼灰の内、未燃分の多い粗粒灰として採取した黒色灰の組成分析結果を示す。木質系バイオマスとして適用した燃料は、杉の間伐材をチップ状にしたものであるが、一般的な木質バイオマスと比較すると、杉特有の灰性状として、Ｃａ分及びＫ分が多いという特徴がある。これらの成分は灰融点を低くする性質があるため、灰の炉内及び伝熱管への灰付着には注意を要する。

【0085】

【表3】

【0086】

また、図１３には、レーザー法で分析した黒色灰の粒度分布の測定結果を示す。測定装置として、株式会社堀場製作所製のレーザー回折式粒度分布測定装置（型式ＬＡ９２０）を使用した。黒色灰のダストの平均粒径：２９０μｍ、ダスト密度：０．２ｔ／ｍ3であった。尚、排ガス量や節炭器ホッパ３５入り口ガス温度等の条件は実施例１と同じである。

【0087】

図１４には、実施例１と同一の解析モデルで流動解析した結果を示す。解析条件は、ダストの平均粒径とダスト密度以外は実施例１と同じである。尚、実線は上流側の節炭器ホッパ３５の捕集率を示し、破線は下流側のＡ／Ｈホッパ３７の捕集率を示し、一点鎖線は黒色灰の通過率（両ホッパの通過率）を示す。例えば、１０００μｍ粒子径の灰は、上流側ホッパで７６％捕集、下流側ホッパで１９％捕集、残りの５％が流出面を通過する結果を記載している（全１００％）。

【0088】

灰の中でも、特に粒径の比較的大きい粗粒灰が、燃え切らずにバグフィルター１９に飛散することで、損傷や摩耗などを引き起こす。図１４によれば、上流側の節炭器ホッパ３５と下流側のＡ／Ｈホッパ３７の捕集率を合計すると、特に粒径１．５ｍｍ（１５００μｍ）以上の粗粒灰は通過率がほぼゼロとなり、殆ど捕集可能であるとの結果であった。また、粒径１０００μｍ程度の灰でも、９５％もの捕集率であった。粒径の大きい灰は落下しやすいため、上流側の節炭器ホッパ３５で主に回収され、５００μｍ前後の粒径の小さい灰は、バッフル板４１や再飛散防止板４３の効果によって下流側のＡ／Ｈホッパ３７で主に回収されると言える。

【0089】

表２の間伐材では、全水分が５５％程度で計画値（性能計算等のベース条件）を４４％としているが、実際の間伐材の水分は２０％〜６０％とばらつきがある。ペレット状のバイオマス燃料は加工されているため水分量が一定に調整されているが、原林から採取した間伐材は何ら処理されていないため、水分量のばらつきが生じてしまう。

【0090】

水分量の高い燃料のみが計画条件の場合は、火炉内壁に耐火材を張って炉内の温度を上げることで燃焼性は解消されるが、実際の運用条件として水分量の低い燃料もある場合は、耐火材の高温部に灰が付着してクリンカの発生を引き起こしてしまうことも考慮する必要がある。従って、水分量に広いばらつきのある未加工の木質バイオマス燃料を使用する場合は、単純に炉内の温度を上げることはできない。水分量が多い燃料を適用した場合、燃焼性が悪くなって未燃分が増加して、バグフィルター１９に飛散したり、バグフィルター１９下部のホッパ１９ａ内で排出障害を引き起こしてしまう。しかし、灰回収装置１００によって、このような燃料を使用した場合でも、バグフィルター１９の上流側で未燃分を多く含む粗粒灰や流動砂を効果的に捕集できる。

【実施例3】

【0091】

本実施例では、一番良好な結果が得られたケース２について、灰中の未燃分の低減効果を確認するべく、図１のボイラ設備（ケース２）と図１５のボイラ設備の各設備におけるフライアッシュサイロ５１の灰中の未燃分を測定した。灰中未燃分はフライアッシュサイロ５１より採取した燃焼灰のサンプル１グラムを大気中で８００℃×２時間の条件で加熱して、加熱前後の重量から算出した。

【0092】

設備の運転条件は、実施例２と同様とし、図１５のボイラ設備では２２回灰を採取したところ、灰中の未燃分の割合は１７．４〜３４．５（％）の範囲で平均２４．６（％）であった。また、図１のボイラ設備では７回灰を採取したところ、灰中の未燃分の割合は１０．９７〜２０．６（％）の範囲で平均１６．２（％）であった。この結果から約８％改善していることが確認された。

【0093】

また、ケース２について、実施例２と同様のレーザー回折式粒度分布測定装置と篩により灰の粒度分布を測定したところ、粒径１ｍｍ以上の灰はフライアッシュサイロ５１の灰全体の２．３％程度であり、このことからも粗粒の燃焼灰は２．３％以下であると言え、粗粒灰の多くがバッフル板４１の設置の効果で節炭器ホッパ３５及びＡ／Ｈホッパ３７に捕集されていることが確認された。

【0094】

以上のことから、節炭器ホッパ３５とＡ／Ｈホッパ３７で回収した粗粒灰等を火炉７に戻すことで未燃分も低減することが確認された。また、フライアッシュサイロ５１で採取された固体粒子は殆どが微粒の灰であるため、良質の灰が採取できることで、灰の有効利用効果も高い。

【実施例4】

【0095】

本実施例では、一番良好な結果が得られたケース２について、砂の飛散量の低減効果を確認するべく、図１のボイラ設備（ケース２）と図１５のボイラ設備の各設備における砂の補充量を測定した。流動砂の補充は、１袋が１．２５トンのフレキシブルコンテナバックを用いて、必要量を砂サイロ３１より補充した。具体的には、流動層６１の下部と上部との差圧により算出する層高（層厚さ）が制御装置によって中央操作室に表示されることで、所定の層高以下になった時点で流動砂を補充した。測定期間は２８日間とした。

【0096】

図１５のボイラ設備における砂の補充量は１０ｔ（２８日間のトータル量）に対し、図１のボイラ設備における砂の補充量は１．２５ｔ（２８日間のトータル量）であった。従って、砂の補充量は改善前の１２．５％にまで著しく低減した。

【産業上の利用可能性】

【0097】

ボイラ等の燃焼装置から排出される燃焼ガスから灰を回収する灰回収装置として、利用可能性がある。

【符号の説明】

【0098】

１ 流動層ボイラ ３ フィーダ
５ バーナ ７ 火炉
９ 出口部 １１ 過熱器
１３ 蒸発水管部 １５ 節炭器
１７ Ａ／Ｈ １９ バグフィルター
２１ 煙突 ２３ 排出機
２５ 分離機 ２７ ファン
２９ 砂供給サイロ ３１ 砂サイロ
３５ 節炭器ホッパ ３７ Ａ／Ｈホッパ
３９ 砂用バグフィルター ４０ 排ガスダクト
４１ バッフル板 ４３ 再飛散防止板
４５ ロータリーバルブ ４７ 真空ポンプ
４９ フライアッシュサイロ用バグフィルター
５１ フライアッシュサイロ ５３ 弁
５５ 均圧配管 ５６ 循環配管
５７ 支持板 ５９ 支持部材
６１ 流動層 ６３ ダンパ
６５ 一次空気配管 ６７ 二次空気配管
６９ アフターエアポート
１００ 灰回収装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】