高温付着物の測定方法、測定装置及び高温付着物抑制方法
【課題】高温ガス中の付着性物質の付着傾向をその場で容易にしかも的確に判定することができる方法と、この判定結果に基づいて付着物抑制剤の注入管理を適切に行うことができる方法とを提供する。
【解決手段】炉内又は煙道内の高温ガス中に、該ガス中の物質を付着させるための被着体１を挿入し、該被着体に付着した付着物の付着状況に基づいて付着物の付着傾向を判定する。この付着状況に基づいて付着物抑制剤の添加量を制御する。
【解決手段】炉内又は煙道内の高温ガス中に、該ガス中の物質を付着させるための被着体１を挿入し、該被着体に付着した付着物の付着状況に基づいて付着物の付着傾向を判定する。この付着状況に基づいて付着物抑制剤の添加量を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉内や煙道内の高温ガスに含まれる付着性物質がボイラ水管等に付着する傾向を判定するための方法と、この方法による判定結果に基づいて高温付着物抑制剤の添加量を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃熱ボイラ水管等の高温付着物により、ボイラの熱回収率低下、水管の閉塞による操業停止、水管腐食などの問題はこれまで多数確認されている。
【０００３】
高温付着物の付着を抑制する方法として、例えばＳｉ、Ａｌ、Ｚｒ系の薬剤を燃料に添加することによる高温付着物抑制方法が知られている(特許第３７４６０２６等)。
【０００４】
しかし、これら高温付着物抑制剤による付着抑制効果は、付着物の成分、煙道を飛散している付着性成分量などの変動により、必要添加率も変動し、十分な効果を得られない場合がある。
【０００５】
高温付着物抑制剤による付着抑制効果は、炉の操業を停止した際の目視点検、煙道内の差圧上昇速度、ボイラ等における蒸気発生量の低下などで判断するが、これらの状況観察から付着による悪影響が確認された時点では、すでに強固な付着物が成長しており、薬剤注入量の増減だけでは付着抑制効果を十分に発揮できない。
【０００６】
煙道内の飛散煤塵を短期間で採取する方法としては、ＪＩＳ Ｚ ８８０８等の排ガス採取方法、または種々の簡易排ガスサンプリング装置(特開２００４−６１４８４等)があるが、いずれもサンプリング管内に排ガスと一緒に煤塵を引き込む方法である。これらの方法では、煙道から採取された時点で外気による冷却効果が加わるが、実際の煙道内の高温付着物の成長は排ガスに曝されている時間にも影響を受けること、また付着物の性状、温度勾配が煤塵を外気に引き出すことでは再現できないことから、これらの方法では高温付着物の付着傾向を的確に判定することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３７４６０２６号
【特許文献２】特開２００４−６１４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の通り、従来の高温付着物抑制剤による付着抑制技術では、炉の操業を停止した際の目視点検、煙道内の差圧上昇速度、ボイラ等における蒸気発生量の低下などで付着量を判断していたため、この時点では、すでに強固な付着物が成長しており、薬剤注入量の増減だけでは付着抑制効果を十分に発揮できないこと、又は炉の操業条件、燃料に起因する付着物性状の変動に合わせた薬剤仕様の切り替えができないことから、高温付着物抑制剤の適切な注入量管理が難しい。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、高温ガス中の付着性物質の付着傾向をその場で容易にしかも的確に判定することができる方法と、この判定結果に基づいて付着物抑制剤の注入管理を適切に行うことができる方法と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】
【００１０】
請求項１の高温付着物の測定方法は、炉内又は煙道内の高温ガス中に、該ガス中の物質を付着させるための被着体を挿入し、該被着体に付着した付着物の付着量又は付着厚み、もしくは該被着体の温度を測定することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２の高温付着物の測定方法は、請求項１において、前記被着体は管状であり、管内に冷却媒体を流すことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３の高温付着物の測定方法は、請求項１又は２において、前記被着体は管状であり、該管内に測温体を挿入して温度を測定することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４の高温付着物の測定方法は、請求項３において、前記管内の温度または管内外の温度差の経時変化を測定することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５の高温付着物抑制方法は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法により測定された前記被着体に付着した付着物の付着量又は付着厚み、もしくは該被着体の温度に基づいて、高温ガス中に添加する高温付着物抑制剤の添加量を制御することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６の高温付着物抑制方法は、請求項５において、高温ガス中への前記高温付着物抑制剤の添加前および添加後に管状の被着体の管内温度、管内外の温度差の経時変化、付着物の付着量または付着厚みを測定し、この測定結果に従って高温付着物抑制剤の添加量を制御することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７の高温付着物抑制方法は、請求項５又は６において、前記高温付着物抑制剤がＭｇ化合物、Ｓｉ化合物、Ｃａ化合物、Ａｌ化合物、及びＦｅ化合物から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項８の高温付着物の測定装置は、炉内又は煙道内の高温ガス中に挿入し、該ガス中の物質を付着させるための管状の被着体と、該被着体の管内に冷却媒体を流す冷却媒体導入手段とを備えたものである。
【００１８】
請求項９の高温付着物の測定装置は、請求項８において、前記管内に挿入され、管内の温度を測定する測温体を備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、炉内又は煙道内にサンプリング管等の被着体を差し込み、炉内又は煙道内での付着物の付着状況例えば、付着物量、付着厚みなどの付着速度を検出し、これに基づいて付着物の付着傾向を判定する。従って、炉内や煙道においてこの判定を行うことが可能である。また、この判定結果に基づいて、炉内や煙道内の状況の変動に迅速に追従して、付着抑制剤の添加制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】被着体の側面図である。
【図２】被着体の拡大断面図である。
【図３】別の被着体の拡大断面図である。
【図４】被着体の取り付け例を示す断面図である。
【図５】実験例における測定結果を示すグラフである。
【図６】実験例における測定結果を示すグラフである。
【図７】実験例における測定結果を示すグラフである。
【図８】実験例における測定結果を示すグラフである。
【図９】実験例における測定結果を示すグラフである。
【図１０】実験例における測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
【００２２】
本発明では、炉内又は煙道内の高温ガス中に被着体を挿入し、この被着体の付着物の付着状況に基づいて付着物の付着傾向を判定する。
【００２３】
被着体としては、鉄、チタンなどの高温耐食性の金属材料よりなる管状のものが好ましい。被着体保護のために管状の被着体内に空気、蒸気、水などの冷媒を通して冷却するのが好ましい。この冷媒は、炉内や煙道内に放出しても良く、循環して炉内又は煙道外で冷却して再利用してもよい。また、管状の被着体に熱電対を差し込んで温度を測定し、高温付着物によるボイラ水管の熱回収率低下状況、付着速度などを推定してもよい。また、被着体が過度に高温になることを防止し、被着体の温度による劣化防止を図るようにしてもよい。
【００２４】
熱電対により温度を測定する場合には、熱電対を深く差し込んで熱電対の先端位置を管状の被着体の先端よりも突出させて管外の温度を測定してもよく、熱電対を浅く差し込んで熱電対の先端を管状の被着体内に位置させて被着体内の温度を測定するようにしてもよい。また、熱電対の先端位置を移動させて複数地点の温度を測定してもよい。このようにすれば、複数の熱電対を用いることなく複数の箇所の温度を測定することができる。
【００２５】
燃焼設備のサイズにもよるが、被着体としては、有効長さ(炉内又は煙道内に挿入されている長さ)が２００〜３０００ｍｍ、外径１０〜５０ｍｍ程度のものが好ましい。差し込み方向は水平方向、上下方向、斜め方向のいずれでも良い。冷媒としては空気、蒸気、又は水が好適である。冷媒の流量は、燃焼設備のサイズにもよるが１〜１０００Ｌ／ｍｉｎ程度が望ましい。被着体を炉内又は煙道内に差し込んでおく時間は数分〜数週間特に１〜２４時間程度が好ましい。炉内又は煙道から被着体を引き抜いて付着物の付着量や付着厚みを測定する場合の測定頻度は数日から数週間に1回程度が好ましい。
【００２６】
本発明の高温付着物の測定方法は、高温ガスに付着物抑制剤を添加した場合の付着抑制効果を調べる場合に好適である。付着物抑制剤の効果を調べるには、まず付着物抑制剤添加前の高温ガス内に被着体を差し込み、高温付着物抑制剤添加前の所定時間における付着物の付着量、付着厚み等を測定して付着速度を調査する。次に、高温付着物抑制剤を所定量添加し、同じ条件で付着速度を測定する。そして、高温付着物抑制剤添加前の付着速度と対比し、付着抑制効果を求める。
【００２７】
なお、付着抑制効果の確認を行う前に、炉や煙道の開放点検などであらかじめ採取した付着物を分析するか、又は付着物抑制剤添加前の高温ガス内に被着体を差し込み、被着体に付着した付着物を分析し、高温付着物抑制剤の種類を選定するのが好ましい。
【００２８】
炉内又は煙道内の高温ガス中の煤塵濃度と付着物抑制剤の添加率との関係を検量線にしておき、かつ排ガス内の飛散煤塵量を測定し、添加率の目安を作り、高温付着物抑制剤の添加量を決めても良い（後述の実験例１）。
【００２９】
また、いきなり高温付着物抑制剤を添加し、その際の付着速度から添加量を増減し、付着速度を見ながら添加量調整をしても良い（後述の実験例２のＲｕｎ３）。
【００３０】
被着体を頻繁に抜き差ししなくとも、管状の被着体内の温度または管状の被着体内外の温度差から付着量を推定し、高温付着物抑制剤の添加量を増減しても良い。その場合はあらかじめ付着物の熱伝導率などを把握しておく必要がある。また、管状の被着体内の温度または管状被着体の内外の温度差と付着量との関係を検量線として予め取得しておくことにより、付着物量を予測して高温付着物抑制剤の添加量を決定または制御してもよい。なお、管状の被着体内の温度または管状の被着体内外の温度差を測定する場合には、管状被着体内に通す前記冷媒の流量を一定とするのが好ましい。
【００３１】
熱電対などの測温体を備えた被着体により測定された管状被着体内温度、被着体内外温度差、付着速度、付着物外観からスートブロー等の物理的剥離作用の頻度を調整しても良い。
【００３２】
高温付着物抑制剤としては、粒径１〜１００００ｎｍのＭｇ化合物、Ｆｅ化合物、Ｓｉ化合物、Ｃａ化合物、Ａｌ化合物（例えば、炭酸塩、酸化物、水酸化物、カルボン酸塩）の一種もしくは二種以上からなる粉末またはこれらを水などの溶媒に分散させた分散液を用いることができる。
【００３３】
高温付着物抑制剤は、炉内で燃焼させる燃料又は焼却物に対して添加してもよく、炉内雰囲気または煙道ガス中に噴霧してもよい。添加量は、燃料や焼却物に対して０．０００２〜２０ｗｔ％、またはガス中の煤塵量に対して０．０１〜２００ｗｔ％添加するのが好ましい。
【００３４】
粉末の付着物抑制剤を添加する場合は、コンプレッサー、ブロワなどで薬剤を圧送するか、または既設の冷却用空気、助燃用空気ラインを用いる場合には冷却用空気、助燃用空気配管にライン注入して移送して添加することができる。また、付着物抑制剤を燃料に添加する場合は、粉末供給装置から直接燃料に添加したり、コンベアなどで燃料搬送ラインまで移送しても良い。
【００３５】
液体の付着物抑制剤を添加する場合は、添加用ノズルを添加箇所に設置し、付着物抑制剤の液を噴霧するのが好ましい。このノズルとしては、噴霧される液滴径が２〜３０００μｍ程度で均一に添加できるものが好ましい。具体的には、ノズルとしては、滴径２〜３０００μｍ、噴霧流量１００〜１０００Ｌ／Ｈｒ、噴霧圧力１．０〜５．０ＭＰａ程度のものが望ましい。また、粉末の場合と同様に燃料に直接に液体の付着物抑制剤を添加しても良い。
【００３６】
粉付着物抑制剤を炉内又は煙道内に添加する場合は、予め設備内の付着物の付着箇所を確認しておき、その近辺（特に上流側の直近）にノズルを設置するのが好ましい。専用のノズル設置口を設けてもよく、予めスートブローのライン、点検用のフランジなど代用できるものがあればこれらを利用してもよい。炉の運転開始前にノズルを設置し、運転開始後、暫くして炉内の状況が安定した段階で高温付着物抑制剤を添加し始めるのが好ましい。
【００３７】
付着物抑制剤は、設備稼働中に間欠的又は連続に注入する。間欠注入の場合は、薬剤供給装置、電磁弁、電動弁などをタイマーまたは流量にて制御することが望ましい。液体添加の場合は、原液注入、ライン注入のいずれでもよい。薬剤の添加時間の目安は数分〜数時間／回で１日１回以上の間欠注入もしくは所定量連続注入とする。
【００３８】
被着体への付着物の付着状況に基づいて付着物抑制剤の添加抑制を行うことにより、高温付着物の付着を安定して抑制することが可能になる。これにより、清掃作業の軽減による作業人員の安全性確保、清掃コストの削減、緊急停止回避による操業日数の延命、ボイラ水管への付着物抑制による熱回収率の維持、効率的な燃焼による燃料コストの削減、CO2排出量削減などの省エネルギー化への貢献が可能になる。
【００３９】
第１図は、この被着体の好適な一例を示す側面図である。
【００４０】
この被着体１は管状であり、後端にフランジ１ｆが設けられている。この被着体１の先端は、開放していてもよく、閉じていてもよい。なお、熱電対を先端から炉内又は煙道内に突出させる場合には、被着体１の先端は開放したものとする。被着体は、第２図のように一重の円管状であれば足りるが、第３図のように同心状の外管１ａと内管１ｂとを備えた二重管であってもよい。この第３図の場合には、外管１ａの先端を閉じたものとし、内管１ｂの先端を開放させ、かつ内管１ｂの先端を外管１ａの先端の内面から若干後退（離隔）させておく。このように二重管よりなる被着体であれば、外管１ａと内管１ｂとの間に冷媒を往送し、内管１ｂ内に該冷媒を復送させるようにして冷媒を循環させることができる。第２図の一重管に冷媒を通すときには、冷媒を被着体１の先端から炉内又は煙道内に流出させる。
【００４１】
第４図は、この被着体１を炉体又は煙道２に取り付けるための構造例を示す断面図である。
【００４２】
炉体又は煙道２は、耐火物３と、該耐火物３の外面を覆う鉄皮４とを有している。この炉体又は煙道２を貫通して孔５が設けられている。鉄皮４からは、短い円管状の取付座６が孔５と同軸に外方へ突設されている。この取付座６の突出方向先端にフランジ６ｆが設けられている。被着体１は、この取付座６から孔５を通って、炉内又は煙道内に突出するように配置され、フランジ１ｆをフランジ６ｆに重ね合わせ、ボルト（図示略）や適宜のクリップによって固定する。この被着体１内に熱電対を差し込んだり、冷媒を流通させたりする。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例及び比較例について説明する。
【００４４】
以下の実施例及び比較例では、焼却能力１００ｔ／ｄａｙの可燃物焼却用のキルンストーカ炉に本発明を適用した。この焼却炉の排ガスは、廃熱ボイラ及びガス冷却設備を経てバグフィルタにて集塵処理される。この廃熱ボイラ水管（排ガス温度８００〜９００℃）に付着物が付着し易い。付着物抑制剤の注入地点は廃熱ボイラ入口の煙道とした。
【００４５】
被着体としては、全長１５００ｍｍ（煙道内への突出長さ８００ｍｍ）、外径１７．３ｍｍ、内径１０．７ｍｍのステンレス製の一重管よりなるサンプリング管を用いた。
【００４６】
冷却媒体として空気を３０Ｌ／ｈｒ流し、この空気を炉内に流出させた。
【００４７】
被着体の差し込み時間は４ｈとした。
【００４８】
４時間経過後、静かに被着体を抜き取り、常温まで放冷し、付着物の重量を測定した。この計測後、付着物を剥し取り、新たな同型の被着体を再び炉に設置した。この付着物量に基づいて、付着物抑制剤としてのＭｇＣＯ３粉末の添加量を調節した。
【００４９】
＜実験例１：薬剤添加率の算出式決定＞
予備試験での被着体への煤塵付着速度とあらかじめ測定した水管付着物の机上試験結果、及びボイラ出口煤塵量から、被着体への煤塵付着速度当たりの薬剤必要添加率を算出した。
【００５０】
なお、本来はボイラ入口煤塵を採取する必要があるが、サンプリングの精度も考慮して、本実施例ではボイラ出口の飛散煤塵がボイラ入口の飛散煤塵とほぼ同じとみなして、ボイラ出口煤塵の数値を代用した。
【００５１】
ボイラ出口排ガス中の煤塵採取をＪＩＳ Ｚ ８８０８に従って行ったところ、１００ｋｇ／ｈであった。また、被着体への付着物の付着速度は６５ｇ／４ｈであった。
【００５２】
この付着物の付着を抑制するために必要な付着物添加量を決定するために、次の試験を行った。
【００５３】
水管に付着した煤塵を破砕し、所定量のＭｇＣＯ３を混合し、ルツボに入れる。ルツボごと電気炉に入れ、９００℃にて９０分加熱する。加熱後のサンプルを自然放冷し、土壌硬度計にて圧縮強度を測定する。圧縮強度が０．０ｋｇ／ｃｍ２に達したＭｇＣＯ３の添加率を必要添加率とした。
【００５４】
この試験結果を第５図に示す。第５図の通り、この場合のＭｇＣＯ３の必要添加量は煤塵重量に対し１５％であった。
【００５５】
上記の試験より、炉内に添加する付着物抑制剤（以下、薬剤ということがある。）の必要添加量を以下の様に算出した。
【００５６】
薬剤必要添加量＝ボイラ出口煤塵量×ＭｇＣＯ３必要添加率×｛(サンプリング管付着速度)／(予備試験での被着体への付着物の付着速度)｝
＝１００(ｋｇ／ｈ)×１５％×(サンプリング管付着速度)
／６５(ｇ／４ｈ)
【００５７】
＜実験例２ 薬剤注入点の下流側に被着体を設置した実施例及び比較例＞
薬剤注入点を廃熱ボイラ入口の煙道とした。この薬剤注入点より排ガス下流２５００ｍｍの箇所に被着体を設置した。被着体は上記のサンプリング管であり、空気流量も上記の通りとした。
【００５８】
次のＲｕｎ１〜３の条件にて試験を行った。
【００５９】
Ｒｕｎ１ 薬剤無添加(ブランク)：炉の運転開始後、２、１０、２０日目にそれぞれ付着物が付着していない被着体により付着速度のみ４ｈずつ測定。薬剤は添加しなかった。
【００６０】
Ｒｕｎ２ 薬剤注入量制御無(一定量注入)：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に被着体によって付着速度を４ｈずつ測定した。薬剤注入量は１５ｋｇ／ｈの一定値とした。
【００６１】
Ｒｕｎ３ 薬剤注入量制御有：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に被着体によって付着速度を４ｈ測定し、付着速度が約２０ｇ／４ｈになるまで薬剤注入量を調節して、付着速度を測定した。なお、Ｒｕｎ３に関しては、付着速度が約２０ｇ／４ｈになった後は、薬剤注入量は一定とした。
【００６２】
被着体への付着物の付着速度(ｇ／４ｈ)と薬剤添加量(ｋｇ−ＭｇＣＯ３／ｈ)との測定結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
【００６４】
表１の通り、Ｒｕｎ３においては、炉の運転開始後、２日目に付着速度を測定したところ３２ｇ／４ｈであった。目標値である２０ｇ／４ｈに近づけるため薬剤注入量を１５ｋｇ／ｈから１８ｋｇ／ｈに調節し、再度、付着速度を測定したところ１８ｇ／４ｈとなった。そこで、目標値に達したと判断し、２日目〜９日目の間はこの２日目に決定した薬剤注入量で運転を継続した。１０、２０日目も同様の操作をした。１０〜１９日目の薬剤注入量は１０日目に調節した値であり、２０〜３０日目の薬剤注入量は２０日目に調節した値である。
【００６５】
効果を判定するために、１カ月後の廃熱ボイラ蒸気発生量を比較した。その結果を第６図に示す。
【００６６】
表１及び第６図のＲｕｎ１とＲｕｎ２の比較より、被着体への付着速度は、蒸気発生量すなわちボイラ水管への高温付着物の付着速度と相関があり、被着体への付着速度を検出することにより、ボイラ水管への付着状況を把握することが可能であることがわかった。
【００６７】
Ｒｕｎ３においては、薬剤の適正注入量を探し出すことで１ヵ月後でも大きな蒸気発生量の低下を起こさない結果となった。
【００６８】
Ｒｕｎ２とＲｕｎ３を比較すると、薬剤注入量を付着物の付着状況に応じて制御することにより、付着速度は安定して２０ｇ／４ｈにまで低下することがわかる。Ｒｕｎ３では、１ヵ月経過後の蒸気発生量もＲｕｎ２に比べ、高い数値となった。
【００６９】
＜実験例３ 薬剤注入点の上流側及び下流側に被着体を設置した実施例及び比較例＞
薬剤注入点より排ガス上流側２５００ｍｍの箇所に上記と同様の被着体ａを設置し、薬剤注入点より排ガス下流側２５００ｍｍの箇所に上記と同様の被着体ｂを設置した。
【００７０】
次のＲｕｎ４〜６の条件にて試験を行った。
【００７１】
Ｒｕｎ４ 無添加（ブランク）：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に被着体への付着速度のみ４ｈずつ測定した。薬剤は添加しなかった。
【００７２】
Ｒｕｎ５ 薬剤注入量制御無（一定量注入）：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に被着体への付着速度を４ｈずつ測定した。炉の運転開始後、２日目の付着速度に基づいて薬剤注入量を決定した。その後は薬剤注入量は、この値の通りとした。
【００７３】
Ｒｕｎ６ 薬剤注入量制御有：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に被着体ａにより付着速度を４ｈずつ測定し、薬剤注入量制御を行った。なお、このＲｕｎ６に関しては付着速度測定後、すぐに薬剤注入量を変更した。２日目〜９日目の間はこの２日目に決定した薬剤注入量で運転を継続した。１０、２０日目も同様の操作をした。１０〜１９日目の薬剤注入量は１０日目の値であり、２０〜３０日目の薬剤注入量は２０日目の値である。
【００７４】
被着体ａへの付着物の付着速度(ｇ／４ｈ)と薬剤添加量(ｋｇ−ＭｇＣＯ３／ｈ)を表２に示す。
【００７５】
【表２】
【００７６】
Ｒｕｎ４〜６について、１ヵ月後の廃熱ボイラ蒸気発生量を比較した。結果を第７図に示す。また、被着体ｂへの付着速度を比較した結果を表３に示す。
【００７７】
【表３】
【００７８】
表３の通り、被着体ｂへの付着速度はブランク（Ｒｕｎ４）では殆ど変化がなかったが薬剤注入量制御無のＲｕｎ５では付着速度は低下している。その結果、蒸気発生量も維持する結果となった。
【００７９】
Ｒｕｎ６の通り、薬剤注入量を付着状況に応じて制御することにより、被着体への付着速度も２０ｇ／４ｈ近辺を維持し、蒸気発生量も約７〜８ｔｏｎ／日程度を維持する結果となった。
【００８０】
＜実験例４ 被着体の管内温度と付着物量の検量線作成＞
実験例４は、被着体の差し込み口が小さい場合などにあらかじめ被着体管内の温度変化から被着体への付着量を推定し、この推定値から薬剤添加量を算出する方法である。
【００８１】
以下には、事前に薬剤添加口から被着体を差し込み、被着体の管内温度を測定し、被着体の管内温度と付着物量との検量線を作成する方法を示した。
【００８２】
ただし、排ガス入口温度の変動が大きい場合には、付着量を直接測定する方法もしくは被着体の管内外の温度差と付着物量との検量線を作成する方法を採用するのが望ましい。
【００８３】
被着体としては、前記と同じサンプリング管を用い、冷却媒体として空気を３０Ｌ／ｍｉｎ流通させた。被着体の差し込み時間は１、４、又は８ｈとした。熱電対を被着体管内に設置した。熱電対の差し込み長さは被着体管内温度測定時には１４５０ｍｍとした。
【００８４】
被着体を煙道内の有効長さが８００ｍｍになるように差し込み、空気を流通させながら所定時間経過した時点で被着体の管内温度を測り、静かに被着体を抜き取り、常温まで放冷した。その後、被着体に付着した付着物の重量を測定する。
【００８５】
被着体の管内温度と付着量との関係を第８図に示す。
【００８６】
なお、１ｈ、４ｈ及び８ｈのときの被着体の管内温度と付着物量は次の通りである。
１ｈ：管内温度７７１℃、付着物量１５．５ｇ
４ｈ：管内温度７５８℃、付着物量６４．４ｇ
８ｈ：管内温度７４４℃、付着物量４７０ｇ
【００８７】
＜実験例５ 薬剤注入箇所よりも下流側に設置した被着体の管内温度に基づく薬剤注入量制御の実施例及び比較例＞
実験例４において、薬剤注入点よりも２５００ｍｍ下流に被着体を設置し、前記のものと同じ薬剤を注入するようにした。
【００８８】
次のＲｕｎ７〜９の条件に従って試験を行った。
【００８９】
Ｒｕｎ７ 無添加（ブランク)：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に被着体を煙道に挿入してから４ｈ経過時の管内温度のみ測定。薬剤は添加しなかった。
【００９０】
Ｒｕｎ８ 薬剤注入量制御無（一定量注入)：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に被着体を煙道に挿入してから４ｈ経過時の管内温度を測定した。薬剤注入量は１５ｋｇ／ｈの一定値に設定し、薬剤注入量制御は変化させなかった。
【００９１】
Ｒｕｎ９ 薬剤注入量制御有：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に被着体を煙道に挿入してから４ｈ経過時の管内温度を測定し、管内温度が７７０℃（付着速度が２０ｇ／４ｈ）近辺になるように薬剤注入量を調節した。
【００９２】
被着体の管内温度（℃）と薬剤添加量(ｋｇ−ＭｇＣＯ３／ｈ)を表４に示す。
【００９３】
【表４】
【００９４】
炉の運転開始後、２日目に被着体挿入から２ｈ後の管内温度を測定したところ７６５℃であった。目標値である７７０℃に近づけるため薬剤注入量を１５ｋｇ／ｈから１７ｋｇ／ｈに調節し、再度、被着体の管内温度を測定したところ７７０℃となった。目標値に達したと判断してそのままの薬剤注入量にて薬剤注入を継続した。炉の運転開始後、１０、２０日目も同様の操作をした。
【００９５】
効果を判定するために、１ヵ月後の廃熱ボイラ蒸気発生量を比較した。結果を第９図に示す。
【００９６】
第９図より、薬剤注入箇所よりも下流側に被着体を設置して、管内温度を測定した場合でも薬剤注入量を的確に制御することが可能であることが確認された。
【００９７】
また、薬剤無添加のＲｕｎ７では被着体の管内の温度が低めを推移しているところから、付着物量が多いことが推定される。
【００９８】
＜実験例６ 薬剤注入箇所よりも上流側及び下流側にそれぞれ設置した被着体の管内温度に基づく薬剤注入量制御の実施例及び比較例＞
実験例５において、薬剤注入箇所よりも上流側２５００ｍｍの箇所にも同様に被着体を設置し、各被着体に冷却媒体として空気を３０Ｌ／ｍｉｎ流通させた。サンプリング管差し込み時間は４ｈとした。熱電対を各被着体の管内に設置した。差し込み長さは１４５０ｍｍとした。
【００９９】
次のＲｕｎ１０〜１２の条件にて試験を行った。
【０１００】
Ｒｕｎ１０ 無添加(ブランク)：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に各被着体への管内温度のみ測定。薬剤は添加しなかった。
【０１０１】
Ｒｕｎ１１ 薬剤注入量制御無(一定量注入)：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に各被着体への付着速度を測定した。炉の運転開始後、２日目の上流側の被着体の管内温度に基づいて薬剤注入量を決定した。その後は薬剤注入量は、この値の通りとした。
【０１０２】
Ｒｕｎ１２ 薬剤注入量制御有：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に管内温度を測定し、上流側の被着体の管内温度から付着速度を推定し、その推定値から薬剤必要添加量を算出して、すぐにその添加量に変更した。
【０１０３】
上流側の被着体の管内温度（℃）と薬剤添加量(ｋｇ−ＭｇＣＯ３／ｈ)とを表５に示す。また、付着物の推定付着速度を表５に示す。
【０１０４】
【表５】
効果を判定するために、１ヵ月後の廃熱ボイラ蒸気発生量を比較した。結果を第１０図に示す。
【０１０５】
薬剤注入後における下流側被着体の管内温度（℃）を表６に示す。
【０１０６】
【表６】
【０１０７】
Ｒｕｎ１０では、薬剤を添加していないため、上流側被着体の管内温度と下流側被着体の管内温度はほぼ同じであった。
【０１０８】
Ｒｕｎ１１は、上流側被着体の管内温度よりも下流側被着体の管内温度の方が若干高くなった。下流側被着体の熱回収率が薬剤の効果により向上したものと推定される。
【０１０９】
Ｒｕｎ１２に関しては、上流側被着体の管内温度よりも下流側被着体の管内温度の方が明らかに高くなっており、下流側被着体への付着量が減少し、熱回収率が向上していることが推定される。また、薬剤注入量制御をすることで蒸気発生量も８ｔｏｎ／日近くを維持する結果となった。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 被着体
１ｆ フランジ
２ 炉内又は煙道
３ 耐火物
４ 鉄皮
５ 孔
６ 取付座
６ｆ フランジ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉内や煙道内の高温ガスに含まれる付着性物質がボイラ水管等に付着する傾向を判定するための方法と、この方法による判定結果に基づいて高温付着物抑制剤の添加量を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃熱ボイラ水管等の高温付着物により、ボイラの熱回収率低下、水管の閉塞による操業停止、水管腐食などの問題はこれまで多数確認されている。
【０００３】
高温付着物の付着を抑制する方法として、例えばＳｉ、Ａｌ、Ｚｒ系の薬剤を燃料に添加することによる高温付着物抑制方法が知られている(特許第３７４６０２６等)。
【０００４】
しかし、これら高温付着物抑制剤による付着抑制効果は、付着物の成分、煙道を飛散している付着性成分量などの変動により、必要添加率も変動し、十分な効果を得られない場合がある。
【０００５】
高温付着物抑制剤による付着抑制効果は、炉の操業を停止した際の目視点検、煙道内の差圧上昇速度、ボイラ等における蒸気発生量の低下などで判断するが、これらの状況観察から付着による悪影響が確認された時点では、すでに強固な付着物が成長しており、薬剤注入量の増減だけでは付着抑制効果を十分に発揮できない。
【０００６】
煙道内の飛散煤塵を短期間で採取する方法としては、ＪＩＳ Ｚ ８８０８等の排ガス採取方法、または種々の簡易排ガスサンプリング装置(特開２００４−６１４８４等)があるが、いずれもサンプリング管内に排ガスと一緒に煤塵を引き込む方法である。これらの方法では、煙道から採取された時点で外気による冷却効果が加わるが、実際の煙道内の高温付着物の成長は排ガスに曝されている時間にも影響を受けること、また付着物の性状、温度勾配が煤塵を外気に引き出すことでは再現できないことから、これらの方法では高温付着物の付着傾向を的確に判定することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３７４６０２６号
【特許文献２】特開２００４−６１４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の通り、従来の高温付着物抑制剤による付着抑制技術では、炉の操業を停止した際の目視点検、煙道内の差圧上昇速度、ボイラ等における蒸気発生量の低下などで付着量を判断していたため、この時点では、すでに強固な付着物が成長しており、薬剤注入量の増減だけでは付着抑制効果を十分に発揮できないこと、又は炉の操業条件、燃料に起因する付着物性状の変動に合わせた薬剤仕様の切り替えができないことから、高温付着物抑制剤の適切な注入量管理が難しい。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、高温ガス中の付着性物質の付着傾向をその場で容易にしかも的確に判定することができる方法と、この判定結果に基づいて付着物抑制剤の注入管理を適切に行うことができる方法と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】
【００１０】
請求項１の高温付着物の測定方法は、炉内又は煙道内の高温ガス中に、該ガス中の物質を付着させるための被着体を挿入し、該被着体に付着した付着物の付着量又は付着厚み、もしくは該被着体の温度を測定することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２の高温付着物の測定方法は、請求項１において、前記被着体は管状であり、管内に冷却媒体を流すことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３の高温付着物の測定方法は、請求項１又は２において、前記被着体は管状であり、該管内に測温体を挿入して温度を測定することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４の高温付着物の測定方法は、請求項３において、前記管内の温度または管内外の温度差の経時変化を測定することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５の高温付着物抑制方法は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法により測定された前記被着体に付着した付着物の付着量又は付着厚み、もしくは該被着体の温度に基づいて、高温ガス中に添加する高温付着物抑制剤の添加量を制御することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６の高温付着物抑制方法は、請求項５において、高温ガス中への前記高温付着物抑制剤の添加前および添加後に管状の被着体の管内温度、管内外の温度差の経時変化、付着物の付着量または付着厚みを測定し、この測定結果に従って高温付着物抑制剤の添加量を制御することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７の高温付着物抑制方法は、請求項５又は６において、前記高温付着物抑制剤がＭｇ化合物、Ｓｉ化合物、Ｃａ化合物、Ａｌ化合物、及びＦｅ化合物から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項８の高温付着物の測定装置は、炉内又は煙道内の高温ガス中に挿入し、該ガス中の物質を付着させるための管状の被着体と、該被着体の管内に冷却媒体を流す冷却媒体導入手段とを備えたものである。
【００１８】
請求項９の高温付着物の測定装置は、請求項８において、前記管内に挿入され、管内の温度を測定する測温体を備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、炉内又は煙道内にサンプリング管等の被着体を差し込み、炉内又は煙道内での付着物の付着状況例えば、付着物量、付着厚みなどの付着速度を検出し、これに基づいて付着物の付着傾向を判定する。従って、炉内や煙道においてこの判定を行うことが可能である。また、この判定結果に基づいて、炉内や煙道内の状況の変動に迅速に追従して、付着抑制剤の添加制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】被着体の側面図である。
【図２】被着体の拡大断面図である。
【図３】別の被着体の拡大断面図である。
【図４】被着体の取り付け例を示す断面図である。
【図５】実験例における測定結果を示すグラフである。
【図６】実験例における測定結果を示すグラフである。
【図７】実験例における測定結果を示すグラフである。
【図８】実験例における測定結果を示すグラフである。
【図９】実験例における測定結果を示すグラフである。
【図１０】実験例における測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
【００２２】
本発明では、炉内又は煙道内の高温ガス中に被着体を挿入し、この被着体の付着物の付着状況に基づいて付着物の付着傾向を判定する。
【００２３】
被着体としては、鉄、チタンなどの高温耐食性の金属材料よりなる管状のものが好ましい。被着体保護のために管状の被着体内に空気、蒸気、水などの冷媒を通して冷却するのが好ましい。この冷媒は、炉内や煙道内に放出しても良く、循環して炉内又は煙道外で冷却して再利用してもよい。また、管状の被着体に熱電対を差し込んで温度を測定し、高温付着物によるボイラ水管の熱回収率低下状況、付着速度などを推定してもよい。また、被着体が過度に高温になることを防止し、被着体の温度による劣化防止を図るようにしてもよい。
【００２４】
熱電対により温度を測定する場合には、熱電対を深く差し込んで熱電対の先端位置を管状の被着体の先端よりも突出させて管外の温度を測定してもよく、熱電対を浅く差し込んで熱電対の先端を管状の被着体内に位置させて被着体内の温度を測定するようにしてもよい。また、熱電対の先端位置を移動させて複数地点の温度を測定してもよい。このようにすれば、複数の熱電対を用いることなく複数の箇所の温度を測定することができる。
【００２５】
燃焼設備のサイズにもよるが、被着体としては、有効長さ(炉内又は煙道内に挿入されている長さ)が２００〜３０００ｍｍ、外径１０〜５０ｍｍ程度のものが好ましい。差し込み方向は水平方向、上下方向、斜め方向のいずれでも良い。冷媒としては空気、蒸気、又は水が好適である。冷媒の流量は、燃焼設備のサイズにもよるが１〜１０００Ｌ／ｍｉｎ程度が望ましい。被着体を炉内又は煙道内に差し込んでおく時間は数分〜数週間特に１〜２４時間程度が好ましい。炉内又は煙道から被着体を引き抜いて付着物の付着量や付着厚みを測定する場合の測定頻度は数日から数週間に1回程度が好ましい。
【００２６】
本発明の高温付着物の測定方法は、高温ガスに付着物抑制剤を添加した場合の付着抑制効果を調べる場合に好適である。付着物抑制剤の効果を調べるには、まず付着物抑制剤添加前の高温ガス内に被着体を差し込み、高温付着物抑制剤添加前の所定時間における付着物の付着量、付着厚み等を測定して付着速度を調査する。次に、高温付着物抑制剤を所定量添加し、同じ条件で付着速度を測定する。そして、高温付着物抑制剤添加前の付着速度と対比し、付着抑制効果を求める。
【００２７】
なお、付着抑制効果の確認を行う前に、炉や煙道の開放点検などであらかじめ採取した付着物を分析するか、又は付着物抑制剤添加前の高温ガス内に被着体を差し込み、被着体に付着した付着物を分析し、高温付着物抑制剤の種類を選定するのが好ましい。
【００２８】
炉内又は煙道内の高温ガス中の煤塵濃度と付着物抑制剤の添加率との関係を検量線にしておき、かつ排ガス内の飛散煤塵量を測定し、添加率の目安を作り、高温付着物抑制剤の添加量を決めても良い（後述の実験例１）。
【００２９】
また、いきなり高温付着物抑制剤を添加し、その際の付着速度から添加量を増減し、付着速度を見ながら添加量調整をしても良い（後述の実験例２のＲｕｎ３）。
【００３０】
被着体を頻繁に抜き差ししなくとも、管状の被着体内の温度または管状の被着体内外の温度差から付着量を推定し、高温付着物抑制剤の添加量を増減しても良い。その場合はあらかじめ付着物の熱伝導率などを把握しておく必要がある。また、管状の被着体内の温度または管状被着体の内外の温度差と付着量との関係を検量線として予め取得しておくことにより、付着物量を予測して高温付着物抑制剤の添加量を決定または制御してもよい。なお、管状の被着体内の温度または管状の被着体内外の温度差を測定する場合には、管状被着体内に通す前記冷媒の流量を一定とするのが好ましい。
【００３１】
熱電対などの測温体を備えた被着体により測定された管状被着体内温度、被着体内外温度差、付着速度、付着物外観からスートブロー等の物理的剥離作用の頻度を調整しても良い。
【００３２】
高温付着物抑制剤としては、粒径１〜１００００ｎｍのＭｇ化合物、Ｆｅ化合物、Ｓｉ化合物、Ｃａ化合物、Ａｌ化合物（例えば、炭酸塩、酸化物、水酸化物、カルボン酸塩）の一種もしくは二種以上からなる粉末またはこれらを水などの溶媒に分散させた分散液を用いることができる。
【００３３】
高温付着物抑制剤は、炉内で燃焼させる燃料又は焼却物に対して添加してもよく、炉内雰囲気または煙道ガス中に噴霧してもよい。添加量は、燃料や焼却物に対して０．０００２〜２０ｗｔ％、またはガス中の煤塵量に対して０．０１〜２００ｗｔ％添加するのが好ましい。
【００３４】
粉末の付着物抑制剤を添加する場合は、コンプレッサー、ブロワなどで薬剤を圧送するか、または既設の冷却用空気、助燃用空気ラインを用いる場合には冷却用空気、助燃用空気配管にライン注入して移送して添加することができる。また、付着物抑制剤を燃料に添加する場合は、粉末供給装置から直接燃料に添加したり、コンベアなどで燃料搬送ラインまで移送しても良い。
【００３５】
液体の付着物抑制剤を添加する場合は、添加用ノズルを添加箇所に設置し、付着物抑制剤の液を噴霧するのが好ましい。このノズルとしては、噴霧される液滴径が２〜３０００μｍ程度で均一に添加できるものが好ましい。具体的には、ノズルとしては、滴径２〜３０００μｍ、噴霧流量１００〜１０００Ｌ／Ｈｒ、噴霧圧力１．０〜５．０ＭＰａ程度のものが望ましい。また、粉末の場合と同様に燃料に直接に液体の付着物抑制剤を添加しても良い。
【００３６】
粉付着物抑制剤を炉内又は煙道内に添加する場合は、予め設備内の付着物の付着箇所を確認しておき、その近辺（特に上流側の直近）にノズルを設置するのが好ましい。専用のノズル設置口を設けてもよく、予めスートブローのライン、点検用のフランジなど代用できるものがあればこれらを利用してもよい。炉の運転開始前にノズルを設置し、運転開始後、暫くして炉内の状況が安定した段階で高温付着物抑制剤を添加し始めるのが好ましい。
【００３７】
付着物抑制剤は、設備稼働中に間欠的又は連続に注入する。間欠注入の場合は、薬剤供給装置、電磁弁、電動弁などをタイマーまたは流量にて制御することが望ましい。液体添加の場合は、原液注入、ライン注入のいずれでもよい。薬剤の添加時間の目安は数分〜数時間／回で１日１回以上の間欠注入もしくは所定量連続注入とする。
【００３８】
被着体への付着物の付着状況に基づいて付着物抑制剤の添加抑制を行うことにより、高温付着物の付着を安定して抑制することが可能になる。これにより、清掃作業の軽減による作業人員の安全性確保、清掃コストの削減、緊急停止回避による操業日数の延命、ボイラ水管への付着物抑制による熱回収率の維持、効率的な燃焼による燃料コストの削減、CO2排出量削減などの省エネルギー化への貢献が可能になる。
【００３９】
第１図は、この被着体の好適な一例を示す側面図である。
【００４０】
この被着体１は管状であり、後端にフランジ１ｆが設けられている。この被着体１の先端は、開放していてもよく、閉じていてもよい。なお、熱電対を先端から炉内又は煙道内に突出させる場合には、被着体１の先端は開放したものとする。被着体は、第２図のように一重の円管状であれば足りるが、第３図のように同心状の外管１ａと内管１ｂとを備えた二重管であってもよい。この第３図の場合には、外管１ａの先端を閉じたものとし、内管１ｂの先端を開放させ、かつ内管１ｂの先端を外管１ａの先端の内面から若干後退（離隔）させておく。このように二重管よりなる被着体であれば、外管１ａと内管１ｂとの間に冷媒を往送し、内管１ｂ内に該冷媒を復送させるようにして冷媒を循環させることができる。第２図の一重管に冷媒を通すときには、冷媒を被着体１の先端から炉内又は煙道内に流出させる。
【００４１】
第４図は、この被着体１を炉体又は煙道２に取り付けるための構造例を示す断面図である。
【００４２】
炉体又は煙道２は、耐火物３と、該耐火物３の外面を覆う鉄皮４とを有している。この炉体又は煙道２を貫通して孔５が設けられている。鉄皮４からは、短い円管状の取付座６が孔５と同軸に外方へ突設されている。この取付座６の突出方向先端にフランジ６ｆが設けられている。被着体１は、この取付座６から孔５を通って、炉内又は煙道内に突出するように配置され、フランジ１ｆをフランジ６ｆに重ね合わせ、ボルト（図示略）や適宜のクリップによって固定する。この被着体１内に熱電対を差し込んだり、冷媒を流通させたりする。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例及び比較例について説明する。
【００４４】
以下の実施例及び比較例では、焼却能力１００ｔ／ｄａｙの可燃物焼却用のキルンストーカ炉に本発明を適用した。この焼却炉の排ガスは、廃熱ボイラ及びガス冷却設備を経てバグフィルタにて集塵処理される。この廃熱ボイラ水管（排ガス温度８００〜９００℃）に付着物が付着し易い。付着物抑制剤の注入地点は廃熱ボイラ入口の煙道とした。
【００４５】
被着体としては、全長１５００ｍｍ（煙道内への突出長さ８００ｍｍ）、外径１７．３ｍｍ、内径１０．７ｍｍのステンレス製の一重管よりなるサンプリング管を用いた。
【００４６】
冷却媒体として空気を３０Ｌ／ｈｒ流し、この空気を炉内に流出させた。
【００４７】
被着体の差し込み時間は４ｈとした。
【００４８】
４時間経過後、静かに被着体を抜き取り、常温まで放冷し、付着物の重量を測定した。この計測後、付着物を剥し取り、新たな同型の被着体を再び炉に設置した。この付着物量に基づいて、付着物抑制剤としてのＭｇＣＯ３粉末の添加量を調節した。
【００４９】
＜実験例１：薬剤添加率の算出式決定＞
予備試験での被着体への煤塵付着速度とあらかじめ測定した水管付着物の机上試験結果、及びボイラ出口煤塵量から、被着体への煤塵付着速度当たりの薬剤必要添加率を算出した。
【００５０】
なお、本来はボイラ入口煤塵を採取する必要があるが、サンプリングの精度も考慮して、本実施例ではボイラ出口の飛散煤塵がボイラ入口の飛散煤塵とほぼ同じとみなして、ボイラ出口煤塵の数値を代用した。
【００５１】
ボイラ出口排ガス中の煤塵採取をＪＩＳ Ｚ ８８０８に従って行ったところ、１００ｋｇ／ｈであった。また、被着体への付着物の付着速度は６５ｇ／４ｈであった。
【００５２】
この付着物の付着を抑制するために必要な付着物添加量を決定するために、次の試験を行った。
【００５３】
水管に付着した煤塵を破砕し、所定量のＭｇＣＯ３を混合し、ルツボに入れる。ルツボごと電気炉に入れ、９００℃にて９０分加熱する。加熱後のサンプルを自然放冷し、土壌硬度計にて圧縮強度を測定する。圧縮強度が０．０ｋｇ／ｃｍ２に達したＭｇＣＯ３の添加率を必要添加率とした。
【００５４】
この試験結果を第５図に示す。第５図の通り、この場合のＭｇＣＯ３の必要添加量は煤塵重量に対し１５％であった。
【００５５】
上記の試験より、炉内に添加する付着物抑制剤（以下、薬剤ということがある。）の必要添加量を以下の様に算出した。
【００５６】
薬剤必要添加量＝ボイラ出口煤塵量×ＭｇＣＯ３必要添加率×｛(サンプリング管付着速度)／(予備試験での被着体への付着物の付着速度)｝
＝１００(ｋｇ／ｈ)×１５％×(サンプリング管付着速度)
／６５(ｇ／４ｈ)
【００５７】
＜実験例２ 薬剤注入点の下流側に被着体を設置した実施例及び比較例＞
薬剤注入点を廃熱ボイラ入口の煙道とした。この薬剤注入点より排ガス下流２５００ｍｍの箇所に被着体を設置した。被着体は上記のサンプリング管であり、空気流量も上記の通りとした。
【００５８】
次のＲｕｎ１〜３の条件にて試験を行った。
【００５９】
Ｒｕｎ１ 薬剤無添加(ブランク)：炉の運転開始後、２、１０、２０日目にそれぞれ付着物が付着していない被着体により付着速度のみ４ｈずつ測定。薬剤は添加しなかった。
【００６０】
Ｒｕｎ２ 薬剤注入量制御無(一定量注入)：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に被着体によって付着速度を４ｈずつ測定した。薬剤注入量は１５ｋｇ／ｈの一定値とした。
【００６１】
Ｒｕｎ３ 薬剤注入量制御有：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に被着体によって付着速度を４ｈ測定し、付着速度が約２０ｇ／４ｈになるまで薬剤注入量を調節して、付着速度を測定した。なお、Ｒｕｎ３に関しては、付着速度が約２０ｇ／４ｈになった後は、薬剤注入量は一定とした。
【００６２】
被着体への付着物の付着速度(ｇ／４ｈ)と薬剤添加量(ｋｇ−ＭｇＣＯ３／ｈ)との測定結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
【００６４】
表１の通り、Ｒｕｎ３においては、炉の運転開始後、２日目に付着速度を測定したところ３２ｇ／４ｈであった。目標値である２０ｇ／４ｈに近づけるため薬剤注入量を１５ｋｇ／ｈから１８ｋｇ／ｈに調節し、再度、付着速度を測定したところ１８ｇ／４ｈとなった。そこで、目標値に達したと判断し、２日目〜９日目の間はこの２日目に決定した薬剤注入量で運転を継続した。１０、２０日目も同様の操作をした。１０〜１９日目の薬剤注入量は１０日目に調節した値であり、２０〜３０日目の薬剤注入量は２０日目に調節した値である。
【００６５】
効果を判定するために、１カ月後の廃熱ボイラ蒸気発生量を比較した。その結果を第６図に示す。
【００６６】
表１及び第６図のＲｕｎ１とＲｕｎ２の比較より、被着体への付着速度は、蒸気発生量すなわちボイラ水管への高温付着物の付着速度と相関があり、被着体への付着速度を検出することにより、ボイラ水管への付着状況を把握することが可能であることがわかった。
【００６７】
Ｒｕｎ３においては、薬剤の適正注入量を探し出すことで１ヵ月後でも大きな蒸気発生量の低下を起こさない結果となった。
【００６８】
Ｒｕｎ２とＲｕｎ３を比較すると、薬剤注入量を付着物の付着状況に応じて制御することにより、付着速度は安定して２０ｇ／４ｈにまで低下することがわかる。Ｒｕｎ３では、１ヵ月経過後の蒸気発生量もＲｕｎ２に比べ、高い数値となった。
【００６９】
＜実験例３ 薬剤注入点の上流側及び下流側に被着体を設置した実施例及び比較例＞
薬剤注入点より排ガス上流側２５００ｍｍの箇所に上記と同様の被着体ａを設置し、薬剤注入点より排ガス下流側２５００ｍｍの箇所に上記と同様の被着体ｂを設置した。
【００７０】
次のＲｕｎ４〜６の条件にて試験を行った。
【００７１】
Ｒｕｎ４ 無添加（ブランク）：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に被着体への付着速度のみ４ｈずつ測定した。薬剤は添加しなかった。
【００７２】
Ｒｕｎ５ 薬剤注入量制御無（一定量注入）：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に被着体への付着速度を４ｈずつ測定した。炉の運転開始後、２日目の付着速度に基づいて薬剤注入量を決定した。その後は薬剤注入量は、この値の通りとした。
【００７３】
Ｒｕｎ６ 薬剤注入量制御有：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に被着体ａにより付着速度を４ｈずつ測定し、薬剤注入量制御を行った。なお、このＲｕｎ６に関しては付着速度測定後、すぐに薬剤注入量を変更した。２日目〜９日目の間はこの２日目に決定した薬剤注入量で運転を継続した。１０、２０日目も同様の操作をした。１０〜１９日目の薬剤注入量は１０日目の値であり、２０〜３０日目の薬剤注入量は２０日目の値である。
【００７４】
被着体ａへの付着物の付着速度(ｇ／４ｈ)と薬剤添加量(ｋｇ−ＭｇＣＯ３／ｈ)を表２に示す。
【００７５】
【表２】
【００７６】
Ｒｕｎ４〜６について、１ヵ月後の廃熱ボイラ蒸気発生量を比較した。結果を第７図に示す。また、被着体ｂへの付着速度を比較した結果を表３に示す。
【００７７】
【表３】
【００７８】
表３の通り、被着体ｂへの付着速度はブランク（Ｒｕｎ４）では殆ど変化がなかったが薬剤注入量制御無のＲｕｎ５では付着速度は低下している。その結果、蒸気発生量も維持する結果となった。
【００７９】
Ｒｕｎ６の通り、薬剤注入量を付着状況に応じて制御することにより、被着体への付着速度も２０ｇ／４ｈ近辺を維持し、蒸気発生量も約７〜８ｔｏｎ／日程度を維持する結果となった。
【００８０】
＜実験例４ 被着体の管内温度と付着物量の検量線作成＞
実験例４は、被着体の差し込み口が小さい場合などにあらかじめ被着体管内の温度変化から被着体への付着量を推定し、この推定値から薬剤添加量を算出する方法である。
【００８１】
以下には、事前に薬剤添加口から被着体を差し込み、被着体の管内温度を測定し、被着体の管内温度と付着物量との検量線を作成する方法を示した。
【００８２】
ただし、排ガス入口温度の変動が大きい場合には、付着量を直接測定する方法もしくは被着体の管内外の温度差と付着物量との検量線を作成する方法を採用するのが望ましい。
【００８３】
被着体としては、前記と同じサンプリング管を用い、冷却媒体として空気を３０Ｌ／ｍｉｎ流通させた。被着体の差し込み時間は１、４、又は８ｈとした。熱電対を被着体管内に設置した。熱電対の差し込み長さは被着体管内温度測定時には１４５０ｍｍとした。
【００８４】
被着体を煙道内の有効長さが８００ｍｍになるように差し込み、空気を流通させながら所定時間経過した時点で被着体の管内温度を測り、静かに被着体を抜き取り、常温まで放冷した。その後、被着体に付着した付着物の重量を測定する。
【００８５】
被着体の管内温度と付着量との関係を第８図に示す。
【００８６】
なお、１ｈ、４ｈ及び８ｈのときの被着体の管内温度と付着物量は次の通りである。
１ｈ：管内温度７７１℃、付着物量１５．５ｇ
４ｈ：管内温度７５８℃、付着物量６４．４ｇ
８ｈ：管内温度７４４℃、付着物量４７０ｇ
【００８７】
＜実験例５ 薬剤注入箇所よりも下流側に設置した被着体の管内温度に基づく薬剤注入量制御の実施例及び比較例＞
実験例４において、薬剤注入点よりも２５００ｍｍ下流に被着体を設置し、前記のものと同じ薬剤を注入するようにした。
【００８８】
次のＲｕｎ７〜９の条件に従って試験を行った。
【００８９】
Ｒｕｎ７ 無添加（ブランク)：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に被着体を煙道に挿入してから４ｈ経過時の管内温度のみ測定。薬剤は添加しなかった。
【００９０】
Ｒｕｎ８ 薬剤注入量制御無（一定量注入)：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に被着体を煙道に挿入してから４ｈ経過時の管内温度を測定した。薬剤注入量は１５ｋｇ／ｈの一定値に設定し、薬剤注入量制御は変化させなかった。
【００９１】
Ｒｕｎ９ 薬剤注入量制御有：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に被着体を煙道に挿入してから４ｈ経過時の管内温度を測定し、管内温度が７７０℃（付着速度が２０ｇ／４ｈ）近辺になるように薬剤注入量を調節した。
【００９２】
被着体の管内温度（℃）と薬剤添加量(ｋｇ−ＭｇＣＯ３／ｈ)を表４に示す。
【００９３】
【表４】
【００９４】
炉の運転開始後、２日目に被着体挿入から２ｈ後の管内温度を測定したところ７６５℃であった。目標値である７７０℃に近づけるため薬剤注入量を１５ｋｇ／ｈから１７ｋｇ／ｈに調節し、再度、被着体の管内温度を測定したところ７７０℃となった。目標値に達したと判断してそのままの薬剤注入量にて薬剤注入を継続した。炉の運転開始後、１０、２０日目も同様の操作をした。
【００９５】
効果を判定するために、１ヵ月後の廃熱ボイラ蒸気発生量を比較した。結果を第９図に示す。
【００９６】
第９図より、薬剤注入箇所よりも下流側に被着体を設置して、管内温度を測定した場合でも薬剤注入量を的確に制御することが可能であることが確認された。
【００９７】
また、薬剤無添加のＲｕｎ７では被着体の管内の温度が低めを推移しているところから、付着物量が多いことが推定される。
【００９８】
＜実験例６ 薬剤注入箇所よりも上流側及び下流側にそれぞれ設置した被着体の管内温度に基づく薬剤注入量制御の実施例及び比較例＞
実験例５において、薬剤注入箇所よりも上流側２５００ｍｍの箇所にも同様に被着体を設置し、各被着体に冷却媒体として空気を３０Ｌ／ｍｉｎ流通させた。サンプリング管差し込み時間は４ｈとした。熱電対を各被着体の管内に設置した。差し込み長さは１４５０ｍｍとした。
【００９９】
次のＲｕｎ１０〜１２の条件にて試験を行った。
【０１００】
Ｒｕｎ１０ 無添加(ブランク)：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に各被着体への管内温度のみ測定。薬剤は添加しなかった。
【０１０１】
Ｒｕｎ１１ 薬剤注入量制御無(一定量注入)：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に各被着体への付着速度を測定した。炉の運転開始後、２日目の上流側の被着体の管内温度に基づいて薬剤注入量を決定した。その後は薬剤注入量は、この値の通りとした。
【０１０２】
Ｒｕｎ１２ 薬剤注入量制御有：炉の運転開始後、２、１０、２０日目に管内温度を測定し、上流側の被着体の管内温度から付着速度を推定し、その推定値から薬剤必要添加量を算出して、すぐにその添加量に変更した。
【０１０３】
上流側の被着体の管内温度（℃）と薬剤添加量(ｋｇ−ＭｇＣＯ３／ｈ)とを表５に示す。また、付着物の推定付着速度を表５に示す。
【０１０４】
【表５】
効果を判定するために、１ヵ月後の廃熱ボイラ蒸気発生量を比較した。結果を第１０図に示す。
【０１０５】
薬剤注入後における下流側被着体の管内温度（℃）を表６に示す。
【０１０６】
【表６】
【０１０７】
Ｒｕｎ１０では、薬剤を添加していないため、上流側被着体の管内温度と下流側被着体の管内温度はほぼ同じであった。
【０１０８】
Ｒｕｎ１１は、上流側被着体の管内温度よりも下流側被着体の管内温度の方が若干高くなった。下流側被着体の熱回収率が薬剤の効果により向上したものと推定される。
【０１０９】
Ｒｕｎ１２に関しては、上流側被着体の管内温度よりも下流側被着体の管内温度の方が明らかに高くなっており、下流側被着体への付着量が減少し、熱回収率が向上していることが推定される。また、薬剤注入量制御をすることで蒸気発生量も８ｔｏｎ／日近くを維持する結果となった。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 被着体
１ｆ フランジ
２ 炉内又は煙道
３ 耐火物
４ 鉄皮
５ 孔
６ 取付座
６ｆ フランジ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内又は煙道内の高温ガス中に、該ガス中の物質を付着させるための被着体を挿入し、該被着体に付着した付着物の付着量又は付着厚み、もしくは該被着体の温度を測定することを特徴とする高温付着物の測定方法。
【請求項２】
請求項１において、前記被着体は管状であり、管内に冷却媒体を流すことを特徴とする高温付着物の測定方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記被着体は管状であり、該管内に測温体を挿入して温度を測定することを特徴とする高温付着物の測定方法。
【請求項４】
請求項３において、前記管内の温度または管内外の温度差の経時変化を測定することを特徴とする高温付着物の測定方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法により測定された前記被着体に付着した付着物の付着量又は付着厚み、もしくは該被着体の温度に基づいて、高温ガス中に添加する高温付着物抑制剤の添加量を制御することを特徴とする高温付着物抑制方法。
【請求項６】
請求項５において、高温ガス中への前記高温付着物抑制剤の添加前および添加後に管状の被着体の管内温度、管内外の温度差の経時変化、付着物の付着量または付着厚みを測定し、この測定結果に従って高温付着物抑制剤の添加量を制御することを特徴とする高温付着物抑制方法。
【請求項７】
請求項５又は６において、前記高温付着物抑制剤がＭｇ化合物、Ｓｉ化合物、Ｃａ化合物、Ａｌ化合物、及びＦｅ化合物から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする高温付着物抑制方法。
【請求項８】
炉内又は煙道内の高温ガス中に挿入し、該ガス中の物質を付着させるための管状の被着体と、該被着体の管内に冷却媒体を流す冷却媒体導入手段とを備えた高温付着物の測定装置。
【請求項９】
請求項８において、前記管内に挿入され、管内の温度を測定する測温体を備えていることを特徴とする高温付着物の測定装置。
【請求項１】
炉内又は煙道内の高温ガス中に、該ガス中の物質を付着させるための被着体を挿入し、該被着体に付着した付着物の付着量又は付着厚み、もしくは該被着体の温度を測定することを特徴とする高温付着物の測定方法。
【請求項２】
請求項１において、前記被着体は管状であり、管内に冷却媒体を流すことを特徴とする高温付着物の測定方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記被着体は管状であり、該管内に測温体を挿入して温度を測定することを特徴とする高温付着物の測定方法。
【請求項４】
請求項３において、前記管内の温度または管内外の温度差の経時変化を測定することを特徴とする高温付着物の測定方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法により測定された前記被着体に付着した付着物の付着量又は付着厚み、もしくは該被着体の温度に基づいて、高温ガス中に添加する高温付着物抑制剤の添加量を制御することを特徴とする高温付着物抑制方法。
【請求項６】
請求項５において、高温ガス中への前記高温付着物抑制剤の添加前および添加後に管状の被着体の管内温度、管内外の温度差の経時変化、付着物の付着量または付着厚みを測定し、この測定結果に従って高温付着物抑制剤の添加量を制御することを特徴とする高温付着物抑制方法。
【請求項７】
請求項５又は６において、前記高温付着物抑制剤がＭｇ化合物、Ｓｉ化合物、Ｃａ化合物、Ａｌ化合物、及びＦｅ化合物から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする高温付着物抑制方法。
【請求項８】
炉内又は煙道内の高温ガス中に挿入し、該ガス中の物質を付着させるための管状の被着体と、該被着体の管内に冷却媒体を流す冷却媒体導入手段とを備えた高温付着物の測定装置。
【請求項９】
請求項８において、前記管内に挿入され、管内の温度を測定する測温体を備えていることを特徴とする高温付着物の測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１９０６０９（Ｐ２０１０−１９０６０９Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３２７６７（Ｐ２００９−３２７６７）
【出願日】平成２１年２月１６日（２００９．２．１６）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１６日（２００９．２．１６）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
[ Back to top ]