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JP2019052818A - Combustion ash bridge property evaluation device and combustion ash bridge property evaluation method - Google Patents

Combustion ash bridge property evaluation device and combustion ash bridge property evaluation method Download PDF

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JP2019052818A JP2017178622A JP2017178622A JP2019052818A JP 2019052818 A JP2019052818 A JP 2019052818A JP 2017178622 A JP2017178622 A JP 2017178622A JP 2017178622 A JP2017178622 A JP 2017178622A JP 2019052818 A JP2019052818 A JP 2019052818A
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デディ プリヤント
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Abstract

To evaluate a bridge property of combustion ash in a heat transfer pipe of a boiler, in a combustion ash bridge property evaluation device.SOLUTION: A combustion ash bridge property evaluation device 30 in a transfer pipe of a boiler includes: a heating furnace 32; a fuel supply part 34 for supplying mixture of a fuel and air from one end side of the heating furnace 32; and a probe pipe arrangement part 36 which is arranged on the other end side of the heating furnace 32, and in which a plurality of probe pipes 54 provided by extending in the direction orthogonal to a flow direction of a combustion gas for evaluation in which the mixture combusted are arranged. The Reynolds number of the combustion gas for evaluation, and an outer diameter and a pitch of the probe pipe 54 are set so that the Strouhal number of the flow of the combustion gas for evaluation with respect to the probe pipes 54 becomes the same Strouhal number of the flow of the combustion gas with respect to the heat transfer pipe of the boiler.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、燃焼灰ブリッジ性評価装置及び燃焼灰ブリッジ性評価方法に係り、特に、ボイラの伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価装置及び燃焼灰ブリッジ性評価方法に関する。   The present invention relates to a combustion ash bridge property evaluation apparatus and a combustion ash bridge property evaluation method, and more particularly to a combustion ash bridge property evaluation device and a combustion ash bridge property evaluation method in a heat transfer tube of a boiler.

近年、微粉炭ボイラ等のボイラの分野において、燃料の多様化が図られ、亜瀝青炭、褐炭、バイオマスなどの低品位燃料の利用が拡大している。低品位燃料の中には、低融点の化合物が多く含まれており、ボイラの後部伝熱部等の伝熱管への付着灰の増加や、伝熱管の間に燃焼灰のブリッジが発生する恐れがある(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, fuels have been diversified in the field of boilers such as pulverized coal boilers, and the use of low-grade fuels such as subbituminous coal, lignite, and biomass has been expanded. Low-grade fuel contains a lot of low melting point compounds, which may increase the amount of ash adhering to the heat transfer tubes, such as the rear heat transfer section of the boiler, and may cause combustion ash bridges between the heat transfer tubes. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2004−116799号公報JP 2004-116799 A

ところで、ボイラの伝熱管の壁面に燃焼灰が付着して堆積すると、伝熱管の伝熱性能が低下する可能性がある。また、伝熱管同士の間に燃焼灰のブリッジが発生すると、伝熱管周りの燃焼ガスの流速が低下し、伝熱性能、ひいてはボイラ効率の低下につながる場合がある。しかし、ボイラの伝熱管における燃焼灰のブリッジ性については、その評価方法が未だにまだ確立されていない。   By the way, if combustion ash adheres and accumulates on the wall surface of the heat transfer tube of the boiler, the heat transfer performance of the heat transfer tube may be lowered. Further, when a bridge of combustion ash is generated between the heat transfer tubes, the flow velocity of the combustion gas around the heat transfer tubes is lowered, which may lead to a decrease in heat transfer performance and consequently boiler efficiency. However, the evaluation method for the bridging property of the combustion ash in the heat transfer tube of the boiler has not been established yet.

そこで本発明の目的は、ボイラの伝熱管における燃焼灰のブリッジ性を評価可能な燃焼灰ブリッジ性評価装置及び燃焼灰ブリッジ性評価方法を提供することである。   Then, the objective of this invention is providing the combustion ash bridge property evaluation apparatus and combustion ash bridge property evaluation method which can evaluate the bridge property of the combustion ash in the heat exchanger tube of a boiler.

本発明に係る燃焼灰ブリッジ性評価装置は、ボイラの伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価装置であって、加熱炉と、前記加熱炉の一端側から、燃料と空気との混合気を供給する燃料供給部と、前記加熱炉の他端側に配置され、前記混合気が燃焼した評価用燃焼ガスの流れ方向に対して交差する方向に延びて設けられる複数のプローブ管が配置されるプローブ管配置部と、前記プローブ管を観察する観察部と、を備え、前記プローブ管に対する前記評価用燃焼ガスの流れのストローハル数が、前記ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と同じとなるように、前記評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、前記プローブ管の外径及びピッチと、が設定されていることを特徴とする。   A combustion ash bridge property evaluation apparatus according to the present invention is a combustion ash bridge property evaluation device in a heat transfer tube of a boiler, which supplies a mixture of fuel and air from a heating furnace and one end side of the heating furnace. A probe tube arrangement in which a supply unit and a plurality of probe tubes arranged on the other end side of the heating furnace and extending in a direction intersecting with the flow direction of the combustion gas for evaluation in which the air-fuel mixture burns are arranged And an observation unit for observing the probe tube, wherein the Strouhal number of the flow of the combustion gas for evaluation with respect to the probe tube is the same as the Strouhal number of the flow of the combustion gas with respect to the heat transfer tube of the boiler As described above, the Reynolds number of the combustion gas for evaluation and the outer diameter and pitch of the probe tube are set.

本発明に係る燃焼灰ブリッジ性評価装置において、前記プローブ管配置部は、前記複数のプローブ管が、前記評価用燃焼ガスの流れの方向に沿って配置されていることを特徴とする。   In the combustion ash bridging evaluation apparatus according to the present invention, the probe tube disposition unit is characterized in that the plurality of probe tubes are disposed along a flow direction of the evaluation combustion gas.

本発明に係る燃焼灰ブリッジ性評価装置において、前記ボイラは、微粉炭ボイラであり、前記燃料は、亜瀝青炭、褐炭またはバイオマスであることを特徴とする。   In the combustion ash bridge property evaluation apparatus according to the present invention, the boiler is a pulverized coal boiler, and the fuel is subbituminous coal, lignite, or biomass.

本発明に係る燃焼灰ブリッジ性評価方法は、ボイラの伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価方法であって、ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数を求める工程と、前記ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と、プローブ管に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数とが同じとなるように、前記評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、前記プローブ管の外径及びピッチと、を設定する設定工程と、前記設定工程で設定された外径の複数のプローブ管を、前記設定工程で設定されたピッチで配置する配置工程と、前記プローブ管の長手方向に対して交差する方向から、前記評価用燃焼ガスを前記設定工程で設定されたレイノルズ数で流して、前記プローブ管を観察する観察工程と、を備えることを特徴とする。   A combustion ash bridge property evaluation method according to the present invention is a combustion ash bridge property evaluation method in a heat transfer tube of a boiler, the step of obtaining a Strouhal number of the flow of combustion gas with respect to the heat transfer tube of the boiler, and the heat transfer tube of the boiler The Reynolds number of the evaluation combustion gas, and the outer diameter and pitch of the probe tube so that the Strouhal number of the flow of combustion gas with respect to the probe and the Strouhal number of the flow of evaluation combustion gas with respect to the probe tube are the same Crossing with respect to the longitudinal direction of the probe tube, and a setting step of setting a plurality of probe tubes having an outer diameter set in the setting step at a pitch set in the setting step An observation step of observing the probe tube by flowing the combustion gas for evaluation at a Reynolds number set in the setting step. That.

本発明に係る燃焼灰ブリッジ性評価方法において、前記配置工程は、前記複数のプローブ管を、前記評価用燃焼ガスの流れの方向に沿って配置することを特徴とする。   In the combustion ash bridge property evaluation method according to the present invention, the arranging step arranges the plurality of probe tubes along a flow direction of the evaluation combustion gas.

本発明に係る燃焼灰ブリッジ性評価方法において、前記ボイラは、微粉炭ボイラであり、前記評価用燃焼ガスの燃料は、亜瀝青炭、褐炭またはバイオマスであることを特徴とする。   In the combustion ash bridge property evaluation method according to the present invention, the boiler is a pulverized coal boiler, and the fuel for the evaluation combustion gas is subbituminous coal, lignite or biomass.

上記構成によれば、ボイラの伝熱管周りの燃焼ガスの流れを模擬することができるので、ボイラの伝熱管における燃焼灰のブリッジ性を評価することが可能となる。   According to the above configuration, the flow of the combustion gas around the heat transfer tube of the boiler can be simulated, so that the bridging property of the combustion ash in the heat transfer tube of the boiler can be evaluated.

本発明の実施の形態において、ボイラの構成を示す模式図である。In embodiment of this invention, it is a schematic diagram which shows the structure of a boiler. 本発明の実施の形態において、燃焼灰ブリッジ性評価装置の構成を示す図である。In embodiment of this invention, it is a figure which shows the structure of a combustion ash bridge property evaluation apparatus. 本発明の実施の形態において、プローブ管の構成を示す図である。In embodiment of this invention, it is a figure which shows the structure of a probe tube. 本発明の実施の形態において、プローブ管の配置構成を示す図である。In embodiment of this invention, it is a figure which shows the arrangement configuration of a probe tube. 本発明の実施の形態において、燃焼灰ブリッジ性評価方法の構成を示すフローチャートである。In embodiment of this invention, it is a flowchart which shows the structure of the combustion ash bridge property evaluation method. 本発明の実施の形態において、微粉炭ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数の推定方法を説明するためのグラフである。In embodiment of this invention, it is a graph for demonstrating the estimation method of the straw hull number of the flow of the combustion gas with respect to the heat exchanger tube of a pulverized coal boiler. 本発明の実施の形態において、評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管の外径及びピッチとの設定方法を説明するためのグラフである。In embodiment of this invention, it is a graph for demonstrating the setting method of the Reynolds number of the combustion gas for evaluation, the outer diameter of a probe tube, and a pitch. 本発明の実施の形態において、150時間曝露後のプローブ管の観察結果を示す写真である。In embodiment of this invention, it is a photograph which shows the observation result of the probe tube after 150-hour exposure.

以下に本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。まず、ボイラについて説明する。図1は、ボイラ10の構成を示す模式図である。ボイラ10は、ボイラ本体12と、ボイラ本体12と連通して設けられる後部伝熱部14と、を備えている。ボイラ本体12には、ボイラ本体12の下部に複数のバーナ16が設けられている。各バーナ16は、燃料と空気との混合気が搬送される配管18と接続されている。ボイラ10が、例えば、微粉炭ボイラである場合には、燃料は、亜瀝青炭、褐炭、バイオマスからなる微粉炭等で構成されている。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. First, the boiler will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the boiler 10. The boiler 10 includes a boiler body 12 and a rear heat transfer section 14 provided in communication with the boiler body 12. The boiler body 12 is provided with a plurality of burners 16 at the bottom of the boiler body 12. Each burner 16 is connected to a pipe 18 through which a mixture of fuel and air is conveyed. When the boiler 10 is a pulverized coal boiler, for example, the fuel is composed of pulverized coal made of subbituminous coal, lignite, biomass, or the like.

ボイラ本体12や後部伝熱部14には、伝熱管群20が設けられている。伝熱管群20は、S字状やU字状等に形成された伝熱管を並列させて配置することにより構成されている。伝熱管は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料で形成されている。伝熱管群20は、過熱器や再熱器等の熱交換器としての機能を有している。   A heat transfer tube group 20 is provided in the boiler body 12 and the rear heat transfer section 14. The heat transfer tube group 20 is configured by arranging heat transfer tubes formed in an S shape or U shape in parallel. The heat transfer tube is made of a metal material such as stainless steel, for example. The heat transfer tube group 20 has a function as a heat exchanger such as a superheater or a reheater.

混合気がバーナ16で燃焼されることにより、ボイラ本体12に火炎22が形成されて、燃焼ガスが発生する。図1の矢印Gは、燃焼ガスの流れを示している。燃焼ガスは、ボイラ本体12の下部から上部に向かって流れ、ボイラ本体12から後部伝熱部14へ移動する。そして、燃焼ガスは、後部伝熱部14の上部から下部に向けて流れ、後部伝熱部14の排気口24から排気される。燃焼ガスは、伝熱管群20を通過することにより熱交換が行われる。燃焼ガスの流れる方向は、伝熱管の長手方向に対して交差する方向(例えば、直交方向)である。燃焼ガスの温度は、後部伝熱部14の上部では約800℃になり、後部伝熱部14の下部では約400℃になる。また、伝熱管の表面温度は、後部伝熱部14の上部では約650℃になり、後部伝熱部14の下部では約300℃になる。   When the air-fuel mixture is burned by the burner 16, a flame 22 is formed in the boiler body 12, and combustion gas is generated. An arrow G in FIG. 1 indicates the flow of combustion gas. The combustion gas flows from the lower part of the boiler body 12 toward the upper part, and moves from the boiler body 12 to the rear heat transfer unit 14. The combustion gas flows from the upper part to the lower part of the rear heat transfer unit 14 and is exhausted from the exhaust port 24 of the rear heat transfer unit 14. The combustion gas exchanges heat by passing through the heat transfer tube group 20. The direction in which the combustion gas flows is a direction that intersects the longitudinal direction of the heat transfer tube (for example, an orthogonal direction). The temperature of the combustion gas is about 800 ° C. at the upper part of the rear heat transfer unit 14 and is about 400 ° C. at the lower part of the rear heat transfer unit 14. The surface temperature of the heat transfer tube is about 650 ° C. at the upper part of the rear heat transfer unit 14 and is about 300 ° C. at the lower part of the rear heat transfer unit 14.

燃焼ガスが伝熱管群20を通過するときに、伝熱管の壁面には、燃焼ガスに含まれる燃焼灰が付着して堆積する。より詳細には、燃焼ガスが伝熱管の長手方向に対して交差する方向(例えば、直交方向)に流れるとき、伝熱管の周り(例えば、伝熱管の後流部分)にカルマン渦等が形成されるので、伝熱管の壁面に燃焼灰が付着し易くなる。燃焼ガスが伝熱管群20を通過するときのレイノルズ数は、例えば、約36000である。このように、伝熱管の壁面に燃焼灰が堆積すると、伝熱管と伝熱管との間に燃焼灰が堆積したブリッジが形成される。燃料に、亜瀝青炭、褐炭、バイオマス等の低品位燃料が用いられる場合には、燃料に含まれる低融点化合部等からなる燃焼灰が付着して堆積することにより、ブリッジが形成され易くなる。このようなブリッジが形成されると、伝熱管の伝熱性能の低下や、伝熱管の周りの燃焼ガスの流速が低下して、ボイラ10の発電効率が低下する可能性がある。   When the combustion gas passes through the heat transfer tube group 20, combustion ash contained in the combustion gas adheres and accumulates on the wall surface of the heat transfer tube. More specifically, when the combustion gas flows in a direction crossing the longitudinal direction of the heat transfer tube (for example, an orthogonal direction), a Karman vortex or the like is formed around the heat transfer tube (for example, the downstream portion of the heat transfer tube). Therefore, it becomes easy for combustion ash to adhere to the wall surface of the heat transfer tube. The Reynolds number when the combustion gas passes through the heat transfer tube group 20 is, for example, about 36000. Thus, when combustion ash accumulates on the wall surface of the heat transfer tube, a bridge is formed between the heat transfer tube and the heat transfer tube. When a low-grade fuel such as subbituminous coal, lignite, or biomass is used as the fuel, a bridge is easily formed by adhering and depositing combustion ash composed of a low-melting-point compound portion or the like contained in the fuel. If such a bridge is formed, the heat transfer performance of the heat transfer tube may be reduced, the flow rate of the combustion gas around the heat transfer tube may be reduced, and the power generation efficiency of the boiler 10 may be reduced.

以下に説明するボイラ10の伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価装置及び燃焼灰ブリッジ性評価方法は、このようなボイラ10の伝熱管に形成され易い燃焼灰のブリッジ性を評価するためのものである。なお、ボイラ10については、微粉炭ボイラ等の石炭焚ボイラに限定されることなく、他のボイラについても評価可能である。   The combustion ash bridge property evaluation apparatus and the combustion ash bridge property evaluation method in the heat transfer tube of the boiler 10 described below are for evaluating the bridge property of the combustion ash that is easily formed in such a heat transfer tube of the boiler 10. . In addition, about the boiler 10, it can evaluate also about another boiler, without being limited to coal fired boilers, such as a pulverized coal boiler.

次に、ボイラ10の伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価装置について説明する。図2は、燃焼灰ブリッジ性評価装置30の構成を示す図である。燃焼灰ブリッジ性評価装置30は、加熱炉32と、燃料供給部34と、プローブ管配置部36と、観察部38と、を備えている。   Next, the combustion ash bridge property evaluation apparatus in the heat transfer tube of the boiler 10 will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the combustion ash bridge property evaluation apparatus 30. The combustion ash bridge property evaluation apparatus 30 includes a heating furnace 32, a fuel supply unit 34, a probe tube placement unit 36, and an observation unit 38.

加熱炉32は、円筒状のセラミックス管40と、セラミックス管40の周りに設けられるヒータ42と、を有している。セラミックス管40の長手方向の一端側には、外気をシールすると共に、燃料供給部34から燃料と空気との混合気をセラミックス管40内へ導入するための導入部44が設けられている。セラミックス管40の長さは、例えば、約2000mmとするとよい。ヒータ42は、セラミックス管40を1350℃から1400℃に加熱する機能を有しているとよい。これにより、バーナを用いなくても、混合気を1350℃から1400℃に加熱することにより、火炎46を形成して混合気を燃焼させて評価用燃焼ガスを発生させることができる。勿論、導入部44には、バーナを補助的に設けるようにしてもよい。図2の矢印Hは、評価用燃焼ガスの流れを示している。加熱炉32は、図2に示すような縦型燃焼炉だけでなく、横型燃焼炉であってもよい。   The heating furnace 32 includes a cylindrical ceramic tube 40 and a heater 42 provided around the ceramic tube 40. On one end side of the ceramic tube 40 in the longitudinal direction, an introduction portion 44 is provided for sealing outside air and introducing a mixture of fuel and air from the fuel supply portion 34 into the ceramic tube 40. The length of the ceramic tube 40 is preferably about 2000 mm, for example. The heater 42 may have a function of heating the ceramic tube 40 from 1350 ° C. to 1400 ° C. Thereby, even if it does not use a burner, by heating an air-fuel mixture from 1350 degreeC to 1400 degreeC, the flame 46 can be formed and an air-fuel mixture can be burned and the combustion gas for evaluation can be generated. Of course, a burner may be provided in the introduction portion 44 as an auxiliary. An arrow H in FIG. 2 indicates the flow of the evaluation combustion gas. The heating furnace 32 may be not only a vertical combustion furnace as shown in FIG. 2 but also a horizontal combustion furnace.

燃料供給部34は、燃料と空気との混合気を、加熱炉32へ供給する機能を有している。燃料供給部34は、フィーダ48と、フィーダ48と加熱炉32とを接続する配管50と、を有している。フィーダ48は、例えば、マイクロフィーダで構成することができる。マイクロフィーダは、粉末状の燃料Fを運ぶ円盤をモータで回転駆動し、燃料Fを空気に同伴して所定流量で搬送可能なフィーダである。フィーダ48と、加熱炉32の一端側であるセラミックス管40の導入部44とは、配管50で接続されている。燃料Fは、燃焼灰ブリッジ性を評価するボイラ10に使用されている燃料と同じものを用いるとよい。例えば、微粉炭ボイラの伝熱管における燃焼灰のブリッジ性を評価する場合には、燃料には、亜瀝青炭、褐炭、バイオマスからなる微粉炭を用いるとよい。   The fuel supply unit 34 has a function of supplying a mixture of fuel and air to the heating furnace 32. The fuel supply unit 34 includes a feeder 48 and a pipe 50 that connects the feeder 48 and the heating furnace 32. The feeder 48 can be composed of, for example, a microfeeder. The micro-feeder is a feeder capable of rotating a disk carrying powdered fuel F with a motor and transporting the fuel F with air at a predetermined flow rate. The feeder 48 and the introduction portion 44 of the ceramic tube 40 that is one end side of the heating furnace 32 are connected by a pipe 50. As the fuel F, the same fuel as that used in the boiler 10 for evaluating the combustion ash bridge property may be used. For example, when evaluating the bridging property of combustion ash in a heat transfer tube of a pulverized coal boiler, pulverized coal composed of subbituminous coal, lignite, and biomass may be used as the fuel.

プローブ管配置部36は、加熱炉32の他端側に配置されるプローブ管配置部本体52と、プローブ管配置部本体52に配置される複数のプローブ管54と、を有している。プローブ管配置部本体52は、外側からプローブ管54を観察可能とするために、石英ガラス等のガラス材料で形成されているとよい。プローブ管配置部本体52には、評価用燃焼ガスが導入される導入口56と、評価用燃焼ガスが排気される排気口58と、が設けられている。プローブ管配置部本体52と、加熱炉32のセラミックス管40との間は、評価用燃焼ガスの漏れを防止するために、シール部材60でシールされているとよい。   The probe tube placement section 36 has a probe tube placement section main body 52 disposed on the other end side of the heating furnace 32 and a plurality of probe tubes 54 disposed on the probe tube placement section main body 52. The probe tube placement portion main body 52 may be formed of a glass material such as quartz glass so that the probe tube 54 can be observed from the outside. The probe tube placement portion main body 52 is provided with an introduction port 56 through which the evaluation combustion gas is introduced and an exhaust port 58 through which the evaluation combustion gas is exhausted. A space between the probe tube placement portion main body 52 and the ceramic tube 40 of the heating furnace 32 may be sealed with a seal member 60 in order to prevent leakage of the combustion gas for evaluation.

プローブ管配置部本体52には、複数のプローブ管54が設けられている。プローブ管54は、ボイラ10の伝熱管を模擬して形成されているとよい。プローブ管54は、細長く中空状に形成されている。プローブ管54は、プローブ管54の一端側がプローブ管配置部本体52に挿入されており、プローブ管54の他端側がプローブ管配置部本体52から突出させて設けられている。プローブ管54は、プローブ管54の長手方向が、評価用燃焼ガスの流れの方向と交差する方向(例えば、直交方向)になるようにして設けられている。プローブ管配置部本体52と、プローブ管54との間には、評価用燃焼ガスの漏れを防止するために、ガスケット等のシール部材62が設けられている。プローブ管配置部本体52には、ヒータ等の加熱手段(図示せず)を設けるとよい。プローブ管配置部本体52に加熱手段(図示せず)を設けることにより、プローブ管配置部36に導入される評価用燃焼ガスの温度を調節することができる。例えば、ボイラ10の後部伝熱部14の上部を模擬するために、評価用燃焼ガスの温度を約800℃にする場合には、加熱手段(図示せず)により評価用燃焼ガスを加熱して約800℃にすればよい。   The probe tube placement portion main body 52 is provided with a plurality of probe tubes 54. The probe tube 54 may be formed by simulating the heat transfer tube of the boiler 10. The probe tube 54 is formed in an elongated and hollow shape. The probe tube 54 is provided such that one end side of the probe tube 54 is inserted into the probe tube arrangement portion main body 52 and the other end side of the probe tube 54 is projected from the probe tube arrangement portion main body 52. The probe tube 54 is provided such that the longitudinal direction of the probe tube 54 is a direction (for example, an orthogonal direction) intersecting the direction of the flow of the evaluation combustion gas. A seal member 62 such as a gasket is provided between the probe tube placement portion main body 52 and the probe tube 54 in order to prevent leakage of the combustion gas for evaluation. The probe tube placement portion main body 52 may be provided with heating means (not shown) such as a heater. By providing a heating means (not shown) in the probe tube placement portion main body 52, the temperature of the combustion gas for evaluation introduced into the probe tube placement portion 36 can be adjusted. For example, in order to simulate the upper portion of the rear heat transfer section 14 of the boiler 10, when the temperature of the evaluation combustion gas is about 800 ° C., the evaluation combustion gas is heated by a heating means (not shown). What is necessary is just to be about 800 degreeC.

図3は、プローブ管54の構成を示す図である。プローブ管54は、細長く中空状に形成されるプローブ管本体64を備えている。プローブ管本体64は、ステンレス鋼等の金属材料等で形成することが可能である。プローブ管本体64の長さは、例えば、約400mmとするとよい。プローブ管本体64には、プローブ管本体64の中に挿入されており、水や空気等の冷却媒体を流して冷却するための冷却管66が設けられている。冷却管66には、プローブ管本体64と、冷却管66との間の隙間に冷却媒体を流してプローブ管54を冷却するために、冷却媒体を噴出させる噴出口が設けられている。なお、図3の矢印は、冷却媒体の流れを示している。プローブ管本体64と、冷却管66との間の隙間に流れた冷却媒体は、プローブ管本体64に設けられた排出口68から排出される。このように、プローブ管54を冷却媒体で冷却することにより、ボイラ10の伝熱管の表面温度を模擬することができる。例えば、ボイラ10の後部伝熱部14の上部のように、燃焼ガス温度と、伝熱管の表面温度との温度差が大きい場合には、冷却媒体に水を用いるとよい。また、ボイラ10の後部伝熱部14の下部のように、燃焼ガス温度と、伝熱管の表面温度との温度差が小さい場合には、冷却媒体に空気を用いるとよい。プローブ管本体64には、プローブ管54の表面温度を測定するために、熱電対等の温度センサ70が設けられている。   FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the probe tube 54. The probe tube 54 includes a probe tube main body 64 that is formed in an elongated and hollow shape. The probe tube main body 64 can be formed of a metal material such as stainless steel. The length of the probe tube main body 64 may be about 400 mm, for example. The probe tube main body 64 is inserted into the probe tube main body 64 and is provided with a cooling tube 66 for cooling by flowing a cooling medium such as water or air. The cooling pipe 66 is provided with a jet outlet for jetting the cooling medium in order to cool the probe pipe 54 by flowing the cooling medium through the gap between the probe pipe main body 64 and the cooling pipe 66. In addition, the arrow of FIG. 3 has shown the flow of the cooling medium. The cooling medium that has flowed into the gap between the probe tube main body 64 and the cooling tube 66 is discharged from a discharge port 68 provided in the probe tube main body 64. Thus, by cooling the probe tube 54 with the cooling medium, the surface temperature of the heat transfer tube of the boiler 10 can be simulated. For example, when the temperature difference between the combustion gas temperature and the surface temperature of the heat transfer tube is large as in the upper part of the rear heat transfer section 14 of the boiler 10, water may be used as the cooling medium. Further, when the temperature difference between the combustion gas temperature and the surface temperature of the heat transfer tube is small as in the lower part of the rear heat transfer unit 14 of the boiler 10, air may be used as the cooling medium. The probe tube main body 64 is provided with a temperature sensor 70 such as a thermocouple in order to measure the surface temperature of the probe tube 54.

図4は、プローブ管54の配置構成を示す図である。また、Dは、プローブ管54の外径を示している。Lは、プローブ管54のピッチ(プローブ管54の中心間距離)を示している。プローブ管配置部本体52には、例えば、4本のプローブ管54が設けられている。プローブ管54は、評価用燃焼ガスの流れの方向に沿って並列して配置されているとよい。このような構成とすることにより、燃焼ガスがボイラ10の伝熱管を通過するときに生じるカルマン渦により、伝熱管の後流部分に生じ易い燃焼灰のブリッジ性について精度良く評価できる。また、プローブ管54は、評価用燃焼ガスの流れの方向と交差する方向(例えば、直交方向)に並列して配置されていてもよい。このような構成とすることにより、ボイラ10の伝熱管における燃焼ガスの流れの方向と交差する方向(例えば、直交方向)の燃焼灰のブリッジ性について評価することができる。プローブ管54の本数は、少なくとも2本で構成されていればよく、図4に示すような4本に限定されることなく、3本、6本等でもよい。   FIG. 4 is a diagram showing an arrangement configuration of the probe tube 54. D indicates the outer diameter of the probe tube 54. L indicates the pitch of the probe tube 54 (the distance between the centers of the probe tubes 54). For example, four probe tubes 54 are provided in the probe tube placement portion main body 52. The probe tubes 54 may be arranged in parallel along the direction of the evaluation combustion gas flow. By setting it as such a structure, the bridging property of the combustion ash which is easy to produce in the downstream part of a heat exchanger tube by the Karman vortex which arises when combustion gas passes the heat exchanger tube of the boiler 10 can be evaluated accurately. The probe tube 54 may be arranged in parallel in a direction (for example, an orthogonal direction) that intersects the direction of the evaluation combustion gas flow. By setting it as such a structure, the bridge property of the combustion ash of the direction (for example, orthogonal direction) which cross | intersects the direction of the flow of the combustion gas in the heat exchanger tube of the boiler 10 can be evaluated. The number of probe tubes 54 may be at least two, and is not limited to four as shown in FIG. 4, and may be three, six, or the like.

観察部38は、プローブ管配置部36の周りに設けられており、プローブ管54を観察可能に構成されている。観察部38は、例えば、ビデオカメラ等で構成することができる。ビデオカメラ等でプローブ管54を観察することにより、プローブ管54への燃焼灰の付着性やブリッジの形成過程等を直接観察することができるので、燃焼灰のブリッジ性を評価することができる。観察部38は、ビデオカメラに限定されることなく、プローブ管54を観察可能なものであればよい。   The observation unit 38 is provided around the probe tube placement unit 36 and configured to be able to observe the probe tube 54. The observation part 38 can be comprised with a video camera etc., for example. By observing the probe tube 54 with a video camera or the like, it is possible to directly observe the adherence of the combustion ash to the probe tube 54, the formation process of the bridge, and the like, so that the bridging property of the combustion ash can be evaluated. The observation unit 38 is not limited to a video camera, and any unit that can observe the probe tube 54 may be used.

燃焼灰ブリッジ性評価装置30は、プローブ管54に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数が、ボイラ10の伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と同じとなるように、評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管54の外径及びピッチと、が設定されている。プローブ管54に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数と、ボイラ10の伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数とを同じとすることにより、プローブ管54に対する評価用燃焼ガスの流れの形態を、ボイラ10の伝熱管に対する燃焼ガスの流れの形態と同じにすることができる。より詳細には、評価用燃焼ガスがプローブ管54を通過するときのプローブ管54の後流の形態(カルマン渦等の形態)と、燃焼ガスがボイラ10の伝熱管を通過するときの伝熱管の後流の形態(カルマン渦等の形態)と、を同じにすることができる。これにより、ボイラ10の伝熱管に対する燃焼ガスの流れの形態を実験室レベルで模擬できるので、燃焼灰のブリッジ性を精度良く評価できる。   The combustion ash bridge property evaluating apparatus 30 is configured to evaluate the combustion gas so that the number of straw hulls in the flow of evaluation combustion gas with respect to the probe tube 54 is the same as the number of straw hulls in the flow of combustion gas with respect to the heat transfer tube of the boiler 10 The Reynolds number and the outer diameter and pitch of the probe tube 54 are set. By making the Strouhal number of the flow of the evaluation combustion gas with respect to the probe tube 54 and the Strouhal number of the flow of the combustion gas with respect to the heat transfer tube of the boiler 10 the same, the form of the flow of the evaluation combustion gas with respect to the probe tube 54 Can be made the same as the form of the flow of the combustion gas with respect to the heat transfer tube of the boiler 10. More specifically, the form of the wake of the probe pipe 54 (form of Karman vortex or the like) when the combustion gas for evaluation passes through the probe pipe 54 and the heat transfer pipe when the combustion gas passes through the heat transfer pipe of the boiler 10. The form of the wake (form of Karman vortex etc.) can be made the same. Thereby, since the form of the flow of the combustion gas with respect to the heat exchanger tube of the boiler 10 can be simulated at the laboratory level, the bridging property of the combustion ash can be accurately evaluated.

ボイラ10の伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数は、実験により求めてもよいし、文献等から求めてもよい。ボイラ10の伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数Stを実験により求める場合には、カルマン渦の周波数Fと、燃焼ガスの流速Uとを測定し、伝熱管の外径Dを用いて、St=F・D/Uの式から算出すればよい。   The Strouhal number of the flow of the combustion gas with respect to the heat transfer tube of the boiler 10 may be obtained by experiments or may be obtained from literature. When the Strouhal number St of the flow of the combustion gas with respect to the heat transfer tube of the boiler 10 is obtained by experiment, the Karman vortex frequency F and the flow velocity U of the combustion gas are measured, and the outer diameter D of the heat transfer tube is used. What is necessary is just to calculate from the formula of St = F · D / U.

ボイラ10の伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数を文献から求める場合には、例えば、次のようにして求めることができる。ストローハル数は、流体のレイノルズ数と、管の外径及びピッチの比と、に関係している。そこで、文献を用いて、ボイラ10の燃焼ガスのレイノルズ数と、伝熱管の外径d及びピッチlの比(l/d)とからストローハル数を推定する。なお、ボイラ10の燃焼ガスのレイノルズ数は、例えば、予め実験や解析等により求めておけばよい。このような文献には、例えば、G.Xu and Y.Zhou”Strouhal numbers in the wake of two inline cylinders”,Experiments in Fluids 37(2004)pp.248−256(以下、文献1という)等を用いることができる。   When obtaining the Strouhal number of the flow of the combustion gas with respect to the heat transfer tube of the boiler 10 from the literature, for example, it can be obtained as follows. The Strouhal number is related to the Reynolds number of the fluid and the ratio of the outer diameter and pitch of the tube. Therefore, using the literature, the Strouhal number is estimated from the Reynolds number of the combustion gas of the boiler 10 and the ratio (l / d) of the outer diameter d and the pitch l of the heat transfer tube. Note that the Reynolds number of the combustion gas in the boiler 10 may be obtained in advance by experiments or analysis, for example. Such documents include G.I. Xu and Y. Zhou “Strohual Numbers in the Wake of Two Inline Cylinders”, Experiments in Fluids 37 (2004) pp. 199 248-256 (hereinafter referred to as Document 1) or the like can be used.

次に、評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管54の外径D及びピッチLとを設定する方法について説明する。評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管54の外径D及びピッチLとは、プローブ管54に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数が、ボイラ10の伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と同じとなるように設定される。上述したように、ストローハル数は、流体のレイノルズ数と、管の外径及びピッチの比と、に関係している。そこで、文献を用いて、プローブ管54に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数から、評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管54の外径D及びピッチLの比(L/D)とを設定する。このような文献には、Tinghui Zheng,S.K. Tang and Baolimg Fei,”ON THE FORCES AND STROUHAL NUMBERS IN THE LOW REYNOLDS NUMBER WAKES OF TWO CYLINDERS IN TANDEM”, Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering Vol.33,No.3,(2009) pp.349−360(以下、文献2という)等を用いることが可能である。そして、設定したプローブ管54の外径D及びピッチLの比(L/D)となるように、プローブ管54の外径D及びピッチLを設定すればよい。   Next, a method for setting the Reynolds number of the combustion gas for evaluation and the outer diameter D and pitch L of the probe tube 54 will be described. The Reynolds number of the evaluation combustion gas and the outer diameter D and pitch L of the probe tube 54 are such that the Strouhal number of the flow of the evaluation combustion gas with respect to the probe tube 54 is the straw of the flow of the combustion gas with respect to the heat transfer tube of the boiler 10. It is set to be the same as the hull number. As described above, the Strouhal number is related to the Reynolds number of the fluid and the ratio of the outer diameter and pitch of the tube. Therefore, using the literature, from the Strouhal number of the flow of the evaluation combustion gas with respect to the probe tube 54, the Reynolds number of the evaluation combustion gas and the ratio (L / D) of the outer diameter D and the pitch L of the probe tube 54 Set. Such references include Tinghui Zheng, S .; K. Tang and Baolimg Fei, “ON THE FORCES AND STRONGHAL NUMBERS IN THE LOW REYNOLDS NUMBER WAKES OF. 33, no. 3, (2009) pp. 349-360 (hereinafter referred to as Document 2) or the like can be used. Then, the outer diameter D and the pitch L of the probe tube 54 may be set so that the ratio (L / D) of the set outer diameter D and pitch L of the probe tube 54 is obtained.

次に、ボイラ10の伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価装置30を用いた燃焼灰ブリッジ性評価方法について説明する。図5は、燃焼灰ブリッジ性評価方法の構成を示すフローチャートである。燃焼灰ブリッジ性評価方法は、ストローハル数を求める工程(S10)と、設定工程(S12)と、配置工程(S14)と、観察工程(S16)と、を備えている。   Next, a combustion ash bridge property evaluation method using the combustion ash bridge property evaluation device 30 in the heat transfer tube of the boiler 10 will be described. FIG. 5 is a flowchart showing the configuration of the combustion ash bridge property evaluation method. The combustion ash bridge property evaluation method includes a step (S10) for obtaining a Strouhal number, a setting step (S12), an arrangement step (S14), and an observation step (S16).

ストローハル数を求める工程(S10)は、ボイラ10の伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数を求める工程である。ボイラ10の伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数は、上述したように、実験や文献1等から求めることができる。   The step of obtaining the Strouhal number (S10) is a step of obtaining the Strouhal number of the flow of the combustion gas with respect to the heat transfer tube of the boiler 10. As described above, the Strouhal number of the flow of the combustion gas with respect to the heat transfer tube of the boiler 10 can be obtained from experiments, literature 1, and the like.

設定工程(S12)は、ボイラ10の伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と、プローブ管54に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数とが同じとなるように、評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管54の外径及びピッチと、を設定する工程である。評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管54の外径D及びピッチLとは、上述したように、文献2等から求めることができる。また、評価用燃焼ガスのレイノルズ数は、100以上1000以下とするとよい。評価用燃焼ガスのレイノルズ数が100より小さい場合には、混合気に含まれる燃料を供給し難くなるからである。評価用燃焼ガスのレイノルズ数が1000より大きい場合には、特殊なフィーダ等の設備が必要になる可能性があるからである。なお、評価用燃焼ガスのレイノルズ数については、例えば、加熱炉32のセラミックス管40の内径や、セラミックス管40内の評価用燃焼ガスの流速を変えることにより変化させることが可能である。また、セラミックス管40内の評価用燃焼ガスの流速を変えるためには、例えば、燃料供給部34からセラミックス管40内に混合気を供給するときの混合気の流速を変えればよい。   In the setting step (S12), the evaluation combustion gas flow is adjusted so that the Strouhal number of the combustion gas flow with respect to the heat transfer tube of the boiler 10 is the same as the Strouhal number of the evaluation combustion gas flow with respect to the probe tube 54. In this step, the Reynolds number and the outer diameter and pitch of the probe tube 54 are set. As described above, the Reynolds number of the combustion gas for evaluation and the outer diameter D and pitch L of the probe tube 54 can be obtained from Document 2 and the like. Further, the Reynolds number of the combustion gas for evaluation is preferably 100 or more and 1000 or less. This is because when the Reynolds number of the combustion gas for evaluation is smaller than 100, it becomes difficult to supply the fuel contained in the air-fuel mixture. This is because when the Reynolds number of the combustion gas for evaluation is larger than 1000, a special feeder or the like may be required. The Reynolds number of the evaluation combustion gas can be changed, for example, by changing the inner diameter of the ceramic tube 40 of the heating furnace 32 or the flow rate of the evaluation combustion gas in the ceramic tube 40. In order to change the flow rate of the combustion gas for evaluation in the ceramic tube 40, for example, the flow rate of the air-fuel mixture when the air-fuel mixture is supplied from the fuel supply unit 34 into the ceramic tube 40 may be changed.

配置工程(S14)は、設定工程(S12)で設定された外径の複数のプローブ管54を、設定工程(S12)で設定されたピッチで配置する工程である。設定工程(S12)で設定された外径Dの複数のプローブ管54を、設定工程(S12)で設定されたピッチLでプローブ管配置部36に配置する。   The arrangement step (S14) is a step of arranging the plurality of probe tubes 54 having the outer diameter set in the setting step (S12) at the pitch set in the setting step (S12). The plurality of probe tubes 54 having the outer diameter D set in the setting step (S12) are arranged on the probe tube arrangement portion 36 at the pitch L set in the setting step (S12).

観察工程(S16)は、プローブ管54の長手方向に対して交差する方向から評価用燃焼ガスを、設定工程(S12)で設定されたレイノルズ数で流して、プローブ管54を観察する工程である。燃料供給部34から、燃料と空気との混合気を加熱炉32のセラミックス管40へ供給する。空気過剰比は、例えば、1.5とするとよい。空気量は、例えば、5L/minとするとよい。混合気が加熱炉32で1350℃から1400℃に加熱されることにより火炎46を形成し、評価用燃焼ガスが発生する。評価用燃焼ガスは、セラミックス管40の一端側から他端側へ向けて、設定工程(S12)で設定されたレイノルズ数で流れ、プローブ管配置部36へ導入される。評価用燃焼ガスは、プローブ管54の長手方向に対して交差する方向(例えば、直交する方向)から、設定工程(S12)で設定されたレイノルズ数で流れて排気される。プローブ管配置部36の排気口58から排出された評価用燃焼ガスは、例えば、排気ガス設備等へ搬送されて排ガス処理される。   The observation step (S16) is a step of observing the probe tube 54 by flowing the evaluation combustion gas from the direction intersecting the longitudinal direction of the probe tube 54 at the Reynolds number set in the setting step (S12). . An air-fuel mixture of fuel and air is supplied from the fuel supply unit 34 to the ceramic tube 40 of the heating furnace 32. The air excess ratio may be 1.5, for example. The amount of air is preferably 5 L / min, for example. When the air-fuel mixture is heated from 1350 ° C. to 1400 ° C. in the heating furnace 32, a flame 46 is formed, and a combustion gas for evaluation is generated. The evaluation combustion gas flows from the one end side to the other end side of the ceramic tube 40 at the Reynolds number set in the setting step (S12), and is introduced into the probe tube arranging portion 36. The evaluation combustion gas flows from the direction intersecting the longitudinal direction of the probe tube 54 (for example, the direction orthogonal thereto) at the Reynolds number set in the setting step (S12) and exhausted. The combustion gas for evaluation discharged from the exhaust port 58 of the probe tube placement unit 36 is conveyed to, for example, an exhaust gas facility or the like and subjected to exhaust gas treatment.

プローブ管54をビデオカメラ等の観察部38で観察することにより、評価用燃焼ガスがプローブ管54を通過するときに、燃焼灰がプローブ管54の表面に付着してブリッジを形成する様子を直接観察することができる。評価用燃焼ガスを流して燃焼灰のブリッジ性を評価する時間は、例えば、100時間から300時間とするとよい。このように、実験室レベルでボイラ10の伝熱管における燃焼灰のブリッジ性を評価することができることから、伝熱管のピッチの最適化や、スートブロワ設置等による燃焼灰のブリッジの対策が可能になる。   By observing the probe tube 54 with an observation unit 38 such as a video camera, the combustion ash adheres to the surface of the probe tube 54 and forms a bridge directly when the combustion gas for evaluation passes through the probe tube 54. Can be observed. The time for evaluating the bridging property of the combustion ash by flowing the evaluation combustion gas may be, for example, 100 hours to 300 hours. Thus, since the bridging property of the combustion ash in the heat transfer tube of the boiler 10 can be evaluated at the laboratory level, it becomes possible to optimize the pitch of the heat transfer tube, and to take measures against the bridging of the combustion ash by installing a soot blower or the like. .

以上、上記構成のボイラの伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価装置によれば、加熱炉と、加熱炉の一端側から、燃料と空気との混合気を供給する燃料供給部と、加熱炉の他端側に配置され、混合気が燃焼した評価用燃焼ガスの流れ方向に対して交差する方向に延びて設けられる複数のプローブ管が配置されるプローブ管配置部と、プローブ管を観察する観察部と、を備え、プローブ管に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数が、ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と同じとなるように、評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管の外径及びピッチと、が設定されていることから、ボイラの伝熱管周りの燃焼ガスの流れを実験室レベルで模擬することができるので、ボイラの伝熱管における燃焼灰のブリッジ性を精度良く評価することができる。   As described above, according to the combustion ash bridge property evaluation apparatus in the heat transfer tube of the boiler having the above-described configuration, the heating furnace, the fuel supply unit that supplies the mixture of fuel and air from one end side of the heating furnace, and the heating furnace A probe tube arrangement portion arranged on the end side and arranged with a plurality of probe tubes provided extending in a direction intersecting with the flow direction of the evaluation combustion gas in which the air-fuel mixture burns, and an observation portion for observing the probe tube And the Reynolds number of the evaluation combustion gas and the probe so that the Strouhal number of the flow of the evaluation combustion gas with respect to the probe tube is the same as the Strouhal number of the flow of the combustion gas with respect to the heat transfer tube of the boiler. Since the outer diameter and pitch of the tube are set, the flow of combustion gas around the boiler heat transfer tube can be simulated at the laboratory level. Sex and can be accurately evaluated.

上記構成のボイラの伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価方法によれば、ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数を求める工程と、ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と、プローブ管に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数とが同じとなるように、評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管の外径及びピッチと、を設定する設定工程と、設定工程で設定される外径の複数のプローブ管を、設定工程で設定されるピッチで配置する配置工程と、プローブ管の長手方向に対して交差する方向から評価用燃焼ガスを、設定工程で設定したレイノルズ数で流して、プローブ管を観察する工程と、備えていることから、ボイラの伝熱管周りの燃焼ガスの流れを実験室レベルで模擬することができるので、ボイラの伝熱管における燃焼灰のブリッジ性を精度良く評価することができる。   According to the combustion ash bridge property evaluation method in the heat transfer tube of the boiler having the above-described configuration, the step of obtaining the Strouhal number of the flow of the combustion gas with respect to the heat transfer tube of the boiler, the Strouhal number of the flow of the combustion gas with respect to the heat transfer tube of the boiler, and In the setting step, the Reynolds number of the evaluation combustion gas, the outer diameter and the pitch of the probe tube are set so that the Strouhal number of the flow of the evaluation combustion gas with respect to the probe tube is the same. An arrangement process in which a plurality of probe tubes having a set outer diameter are arranged at a pitch set in the setting process, and a Reynolds in which the combustion gas for evaluation is set in the setting process from the direction intersecting the longitudinal direction of the probe pipe It is possible to simulate the flow of combustion gas around the heat transfer tube of the boiler at the laboratory level. The bridge of ash in the heat transfer tubes of the boiler can be accurately evaluated.

微粉炭ボイラの過熱器条件を模擬した燃焼灰ブリッジ性評価試験を行った。燃焼灰ブリッジ性評価試験には、図2に示す燃焼灰ブリッジ性評価装置30と同様のものを使用した。燃料には、亜瀝青炭からなる微粉炭を用いた。   A combustion ash bridge property evaluation test simulating superheater conditions of a pulverized coal boiler was conducted. For the combustion ash bridge property evaluation test, the same one as the combustion ash bridge property evaluation apparatus 30 shown in FIG. 2 was used. As the fuel, pulverized coal made of subbituminous coal was used.

まず、微粉炭ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数の推定を行った。ストローハル数の推定には、上記の文献1を用いた。まず、微粉炭ボイラの燃焼ガスのレイノルズ数と、伝熱管の外径d及びピッチlの比(l/d)と、を求めた。微粉炭ボイラの燃焼ガスのレイノルズ数は、約36000であり、伝熱管の外径d及びピッチlの比(l/d)は、約5.0であった。   First, the Strouhal number of the flow of combustion gas to the heat transfer tube of the pulverized coal boiler was estimated. The above literature 1 was used for estimation of the Strouhal number. First, the Reynolds number of the combustion gas of the pulverized coal boiler and the ratio (l / d) of the outer diameter d and the pitch l of the heat transfer tube were determined. The Reynolds number of the combustion gas of the pulverized coal boiler was about 36000, and the ratio (l / d) between the outer diameter d and the pitch l of the heat transfer tube was about 5.0.

図6は、微粉炭ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数の推定方法を説明するためのグラフである。なお、図6のグラフは、上記の文献1のFig.6(c)を引用している。図6では、横軸にレイノルズ数(Re)を取り、縦軸にストローハル数(St)を取り、管の外径D及びピッチLの比(L/D)が3.5から5の場合におけるレイノルズ数(Re)と、ストローハル数(St)との関係を示している。図6のグラフから、燃焼ガスのレイノルズ数が約36000であり、伝熱管の外径(d)及びピッチ(l)の比(l/d)が約5.0のときは、ストローハル数が約0.18となる。このことから微粉炭ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数を、約0.18と推定した。   FIG. 6 is a graph for explaining a method for estimating the Strouhal number of the flow of the combustion gas with respect to the heat transfer tube of the pulverized coal boiler. The graph of FIG. 6 is the same as that of FIG. 6 (c) is cited. In FIG. 6, the Reynolds number (Re) is taken on the horizontal axis, the Strouhal number (St) is taken on the vertical axis, and the ratio (L / D) between the outer diameter D and the pitch L of the pipe is 3.5 to 5. 3 shows the relationship between the Reynolds number (Re) and the Strouhal number (St). From the graph of FIG. 6, when the Reynolds number of the combustion gas is about 36000 and the ratio (l / d) of the outer diameter (d) and the pitch (l) of the heat transfer tube is about 5.0, the Strouhal number is It is about 0.18. From this, the Strouhal number of the flow of the combustion gas with respect to the heat transfer tube of the pulverized coal boiler was estimated to be about 0.18.

次に、微粉炭ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と、プローブ管に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数とが同じとなるように、評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管の外径及びピッチと、を設定した。評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管の外径及びピッチとの設定には、上記の文献2を用いた。図7は、評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、プローブ管の外径及びピッチとの設定方法を説明するためのグラフである。なお、図7は、上記の文献2のFig.5を引用している。図7では、横軸に管の外径(D)及びピッチ(L)の比(L/D)を取り、縦軸にストローハル数(St)を取り、レイノルズ数(RE)が100から1000の場合における管の外径(D)及びピッチ(L)の比(L/D)と、ストローハル数(St)との関係を示している。   Next, the Reynolds number of the combustion gas for evaluation, so that the Strouhal number of the flow of combustion gas for the heat transfer tube of the pulverized coal boiler is the same as the Strouhal number of the flow of evaluation gas for the probe tube, The outer diameter and pitch of the probe tube were set. For the setting of the Reynolds number of the combustion gas for evaluation and the outer diameter and pitch of the probe tube, the above-mentioned document 2 was used. FIG. 7 is a graph for explaining a method of setting the Reynolds number of the combustion gas for evaluation and the outer diameter and pitch of the probe tube. 7 is the same as FIG. 5 is quoted. In FIG. 7, the horizontal axis represents the ratio (L / D) of the outer diameter (D) and pitch (L) of the tube, the vertical axis represents the Strouhal number (St), and the Reynolds number (RE) ranges from 100 to 1000. The relationship between the ratio (L / D) of the outer diameter (D) and pitch (L) of the pipe and the Strouhal number (St) is shown.

図7のグラフから、ストローハル数を0.18にするために、評価用燃焼ガスのレイノルズ数を約500と設定し、プルーブ管の外径D及びピッチLの比(L/D)を約1.5に設定した。そして、プルーブ管の外径D及びピッチLの比(L/D)を約1.5に設定するために、プルーブ管の外径Dを17.3mmとし、プルーブ管のピッチLを27.3mmとした。なお、プローブ管については4本使用し、プローブ管の配置構成については、図4に示す構成と同じにした。   From the graph of FIG. 7, in order to set the Strouhal number to 0.18, the Reynolds number of the combustion gas for evaluation is set to about 500, and the ratio (L / D) of the outer diameter D and pitch L of the probe tube is about Set to 1.5. And in order to set the ratio (L / D) of the outer diameter D and pitch L of the probe tube to about 1.5, the outer diameter D of the probe tube is set to 17.3 mm, and the pitch L of the probe tube is set to 27.3 mm. It was. Four probe tubes were used, and the arrangement of the probe tubes was the same as that shown in FIG.

次に、燃焼試験を行って、プルーブ管における燃焼灰のブリッジ性を観察した。まず、燃料供給部から、燃料と空気との混合気を加熱炉のセラミックス管へ供給した。燃料は、亜瀝青炭からなる微粉炭を用いた。空気過剰比(空気比)は、1.5とした。空気量は、5L/minとした。混合気を加熱炉で1400℃に加熱することにより評価用燃焼ガスを発生させた。そして、評価用燃焼ガスを、セラミックス管の一端側から他端側へ向けて流し、プローブ管配置部へ導入した。評価用燃焼ガスのレイノルズ数は、約500とした。評価用燃焼ガスは、プローブ管の長手方向に対して直交する方向から流した。評価用燃焼ガスの温度は700℃とした。プローブ管の表面温度は500℃とした。評価用燃焼ガスを流しながら、プローブ管を150時間曝露した。プローブ管については、ビデオカメラで観察した。   Next, a combustion test was performed to observe the bridging property of the combustion ash in the probe tube. First, an air-fuel mixture of fuel and air was supplied from a fuel supply unit to a ceramic tube of a heating furnace. As the fuel, pulverized coal made of subbituminous coal was used. The excess air ratio (air ratio) was 1.5. The amount of air was 5 L / min. A combustion gas for evaluation was generated by heating the mixture to 1400 ° C. in a heating furnace. Then, the combustion gas for evaluation was flowed from one end side to the other end side of the ceramic tube, and was introduced into the probe tube placement portion. The Reynolds number of the combustion gas for evaluation was about 500. The evaluation combustion gas was flowed from a direction orthogonal to the longitudinal direction of the probe tube. The temperature of the combustion gas for evaluation was 700 ° C. The surface temperature of the probe tube was 500 ° C. The probe tube was exposed for 150 hours while flowing the evaluation combustion gas. The probe tube was observed with a video camera.

図8は、150時間曝露後のプローブ管の観察結果を示す写真である。図8の写真に示すように、評価用燃焼ガスの流れの方向に沿った縦方向のプローブ管の間に、燃焼灰のブリッジが確認された。これにより、ボイラの伝熱管における燃焼灰のブリッジ性を評価可能であることがわかった。   FIG. 8 is a photograph showing the observation results of the probe tube after exposure for 150 hours. As shown in the photograph of FIG. 8, a bridge of combustion ash was confirmed between the probe tubes in the vertical direction along the flow direction of the combustion gas for evaluation. As a result, it was found that the bridging property of the combustion ash in the heat transfer tube of the boiler can be evaluated.

10 ボイラ
12 ボイラ本体
14 後部伝熱部
16 バーナ
18、50 配管
20 伝熱管群
22、46 火炎
24、58 排気口
30 燃焼灰ブリッジ性評価装置
32 加熱炉
34 燃料供給部
36 プローブ管配置部
38 観察部
40 セラミックス管
42 ヒータ
44 導入部
48 フィーダ
52 プローブ管配置部本体
54 プローブ管
56 導入口
60、62 シール部材
64 プローブ管本体
66 冷却管
68 排出口
70 温度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Boiler 12 Boiler main body 14 Rear heat transfer part 16 Burner 18, 50 Piping 20 Heat transfer tube group 22, 46 Flame 24, 58 Exhaust port 30 Combustion ash bridge property evaluation apparatus 32 Heating furnace 34 Fuel supply part 36 Probe pipe arrangement part 38 Observation Portion 40 Ceramic tube 42 Heater 44 Introduction portion 48 Feeder 52 Probe tube placement portion main body 54 Probe tube 56 Introduction port 60, 62 Seal member 64 Probe tube body 66 Cooling tube 68 Discharge port 70 Temperature sensor

Claims (6)

ボイラの伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価装置であって、
加熱炉と、
前記加熱炉の一端側から、燃料と空気との混合気を供給する燃料供給部と、
前記加熱炉の他端側に配置され、前記混合気が燃焼した評価用燃焼ガスの流れ方向に対して交差する方向に延びて設けられる複数のプローブ管が配置されるプローブ管配置部と、
前記プローブ管を観察する観察部と、
を備え、
前記プローブ管に対する前記評価用燃焼ガスの流れのストローハル数が、前記ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と同じとなるように、前記評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、前記プローブ管の外径及びピッチと、が設定されていることを特徴とする燃焼灰ブリッジ性評価装置。
A combustion ash bridge property evaluation apparatus for a heat transfer tube of a boiler,
A heating furnace;
A fuel supply unit for supplying a mixture of fuel and air from one end of the heating furnace;
A probe tube disposition portion disposed on the other end side of the heating furnace and disposed with a plurality of probe tubes provided extending in a direction intersecting with a flow direction of the evaluation combustion gas in which the air-fuel mixture burns;
An observation unit for observing the probe tube;
With
The Reynolds number of the evaluation combustion gas and the probe so that the Strouhal number of the flow of the evaluation combustion gas with respect to the probe tube is the same as the Strouhal number of the flow of the combustion gas with respect to the heat transfer tube of the boiler. A combustion ash bridge property evaluation apparatus characterized in that an outer diameter and a pitch of a pipe are set.
請求項1に記載の燃焼灰ブリッジ性評価装置であって、
前記プローブ管配置部は、前記複数のプローブ管が、前記評価用燃焼ガスの流れの方向に沿って配置されていることを特徴とする燃焼灰ブリッジ性評価装置。
The combustion ash bridge property evaluation apparatus according to claim 1,
The said probe pipe arrangement | positioning part is a combustion ash bridge property evaluation apparatus characterized by the said some probe pipe being arrange | positioned along the direction of the flow of the said combustion gas for evaluation.
請求項1または2に記載の燃焼灰ブリッジ性評価装置であって、
前記ボイラは、微粉炭ボイラであり、
前記燃料は、亜瀝青炭、褐炭またはバイオマスであることを特徴とする燃焼灰ブリッジ性評価装置。
The combustion ash bridge property evaluation apparatus according to claim 1 or 2,
The boiler is a pulverized coal boiler,
The combustion ash bridging property evaluation apparatus, wherein the fuel is subbituminous coal, lignite, or biomass.
ボイラの伝熱管における燃焼灰ブリッジ性評価方法であって、
ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数を求める工程と、
前記ボイラの伝熱管に対する燃焼ガスの流れのストローハル数と、プローブ管に対する評価用燃焼ガスの流れのストローハル数とが同じとなるように、前記評価用燃焼ガスのレイノルズ数と、前記プローブ管の外径及びピッチと、を設定する設定工程と、
前記設定工程で設定された外径の複数のプローブ管を、前記設定工程で設定されたピッチで配置する配置工程と、
前記プローブ管の長手方向に対して交差する方向から、前記評価用燃焼ガスを前記設定工程で設定されたレイノルズ数で流して、前記プローブ管を観察する観察工程と、
を備えることを特徴とする燃焼灰ブリッジ性評価方法。
A combustion ash bridge property evaluation method for a heat transfer tube of a boiler,
A process for determining the Strouhal number of the flow of combustion gas to the heat transfer tube of the boiler;
The Reynolds number of the evaluation combustion gas and the probe tube so that the Strouhal number of the combustion gas flow with respect to the heat transfer tube of the boiler and the Strouhal number of the evaluation combustion gas flow with respect to the probe tube are the same. A setting step for setting the outer diameter and pitch of
An arrangement step of arranging a plurality of probe tubes having an outer diameter set in the setting step at a pitch set in the setting step;
An observation step of observing the probe tube by flowing the evaluation combustion gas at a Reynolds number set in the setting step from a direction intersecting the longitudinal direction of the probe tube;
A combustion ash bridge property evaluation method comprising:
請求項4に記載の燃焼灰ブリッジ性評価方法であって、
前記配置工程は、前記複数のプローブ管を、前記評価用燃焼ガスの流れの方向に沿って配置することを特徴とする燃焼灰ブリッジ性評価方法。
It is a combustion ash bridge property evaluation method according to claim 4,
In the arranging step, the plurality of probe tubes are arranged along a flow direction of the evaluation combustion gas.
請求項4または5に記載の燃焼灰ブリッジ性評価方法であって、
前記ボイラは、微粉炭ボイラであり、
前記評価用燃焼ガスの燃料は、亜瀝青炭、褐炭またはバイオマスであることを特徴とする燃焼灰ブリッジ性評価方法。
A combustion ash bridge property evaluation method according to claim 4 or 5,
The boiler is a pulverized coal boiler,
A combustion ash bridge property evaluation method, wherein the fuel for the evaluation combustion gas is subbituminous coal, lignite, or biomass.
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