JP2000329304A - 水冷パネルセグメントの加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】 水熱ボイラーの火炉ハウジングに用いる
水冷パネルセグメントを、1000℃に及ぶ高温に加熱して
も、熱歪の発生を低位に抑えることのできる加熱方法の
提供。 【解決手段】 上記セグメントを構成する金属管部と金
属板部のうち、金属管部に入熱を集中させる誘導加熱を
行って、熱歪の発生を低位に抑えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水熱ボイラーの心
臓部に当る火炉（燃焼室兼熱交換器）のハウジングの壁
パネルを形成するための要素部材である水冷パネルセグ
メントを、大きな熱歪が発生しないように加熱する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記火炉のハウジングは、火炉を囲うと
いう役割に加えて、火炉からの放散熱を回収する役割を
担っている。このため、壁パネルに熱回収用の水路が仕
込まれており、この水路を流れ上記放散熱を吸収して温
められた水を、火炉を貫通する主管群に供給する仕組に
より、熱収支を向上させている。

【０００３】上記ハウジングの壁パネルは、方形のパネ
ルセグメントを溶接などにより繋ぎ合わせて形成されて
おり、上記パネルセグメントは、図６，図７に平面図と
断面図を示すように、互い違いに並んだ複数列の金属管
部1aと金属板部1bとが溶接接続された構造の水冷パネル
セグメント１である。

【０００４】火炉のハウジングは、本来はさしたる耐食
性や耐摩耗性を要求されるものではなく、弱酸性の結露
水による湿食に強い低合金鋼を用いる程度の対策により
十分耐久させることができた。しかしながら、近年は、
ごみ焼却発電などの展開によって高い耐食性や耐摩耗性
が要求されるケースが生じ、新たな対策が必要になって
きた。有力な対策の一つが、Ｎｉ−Ｃｒ基などの自溶合
金系の被覆材料による被覆である。上記被覆は溶射法な
どによって上記被覆材料の層を形成し、これに溶融処理
を加えることによって施すことができる。

【０００５】上記溶融処理は、被覆層の緻密化と下地へ
の融着を目的としたものであって、1000℃に及ぶ高温加
熱を要するものである。しかして、前記水冷パネルセグ
メントが複雑な断面形状を有する上、５ｍ前後の長尺に
及ぶことから、加熱・冷却に伴って熱歪を生じやすく、
これを避けるために、たとえば、温度分布の十分平坦な
加熱炉内で昇温速度を押さえて均熱加熱を行うといっ
た、設備コストを要し且つ非能率的な作業を余儀なくさ
れていた。更には、上記のように対策しても、なお、熱
歪をmmオーダーに抑えるのは容易でなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ボイラー火
炉用の水冷パネルセグメントの加熱に係る上記問題点に
鑑みてなされたものであって、該セグメントの加熱を、
熱歪を低位に抑えて高能率に行うことのできる加熱方法
の提供を課題とした。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべくな
された本発明の基本要旨は、互い違いに並んだ金属管部
と金属板部とを有する水冷パネルセグメントを熱歪が生
じないように加熱する方法であって、該水冷パネルセグ
メントの前記金属管部に対して集中的に且つ表側・裏側
均等に入熱して加熱を行うことを特徴とする水冷パネル
セグメントの加熱方法である。

【０００８】上記本発明は、上記セグメントの加熱に伴
う熱歪の発生が、金属管部と金属板部とで昇温特性が大
きく異なることに起因するとの発想に基づき上記昇温特
性の差異を補うような加熱方法を追究してなされたもの
である。しかして、上記本発明加熱方法によれば、熱歪
を常時mmオーダーに抑えることができる。これは、金属
管部に集中的に入熱する構成により、金属板部は金属管
部からの伝熱で加熱されることとなって、金属管部温度
＞金属板部温度という関係でセグメントの加熱が進む
が、投影面積当りの熱容量が金属管部≫金属板部である
ことから、昇温速度を抑えなくても金属管部と金属板部
の温度差は僅差に終始し、実質的な均熱状態を終始維持
した形の加熱が実現されることに依ると考えられる。因
に、通常の炉加熱では、加熱目標温度よりも高温の熱源
との温度差に由来する熱流が、金属管部にも金属板部に
も投影面積割りで均等に作用するため、上記熱容量関係
から金属板部の昇温が終始顕著に先行して顕著な温度差
ひいては熱膨脹差が生じ、これに伴う高温部の圧縮降伏
と低温部の引張降伏（特に前者）が大きい熱歪を生じさ
せていたものと考えられる。

【０００９】なお、本発明においても、セグメントの片
方の面と他方の面（便宜上、表側・裏側の面とする）に
均等に入熱することが、反り歪を回避するために、従来
と同様に必須である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明加熱方法の対象となる、図
６，図７に示した水冷パネルセグメント１における、金
属管部1aと金属板部1bの配置数は、通常は、夫々５〜20
程度であり、金属管部1aの金属管は外径20〜80×肉厚３
〜15(mm)程度、金属板部1bは巾５〜30×肉厚３〜15(mm)
程度である。セグメント全体の寸法は巾１〜２×長さ４
〜６(m)程度であり、又、材質は炭素鋼，低合金鋼（Ｃ
ｒ−Ｍｏ系など），ステンレス鋼などに亘る。但し、本
発明の対象は、上記通常仕様のセグメントに限定はされ
ない。

【００１１】本発明方法によって行う加熱の温度は、塗
膜（有機系，無機系）を焼付けるための300℃前後か
ら、前記自溶合金系被覆（Ｎｉ−Ｃｒ系などの自溶合
金、あるいはこれにＷＣが配合されたものなど）に溶融
処理を施すための1000℃強まで様々であるが、本発明方
法の適用が特に利点をもたらすのは、母材金属の再結晶
や変態が歪問題を引起こしやすい800℃以上の加熱であ
る。

【００１２】本発明方法において、セグメントの金属管
部に入熱を集中させて加熱する手法は任意に選定されて
よい。たとえば、金属管部にガス炎を集中的に当てて加
熱する手法を表・裏面の均等入熱に留意して適用するの
もよく、又、金属板部を加熱されにくいように断熱材で
遮蔽して炉内加熱する手法によってもよい。しかしなが
ら、上記手法は、いずれも熟練技能を要するものであ
り、技能の高低が熱歪の大小にも影響する傾向がある。
この観点から、誘導加熱法を利用して金属管部を集中的
に加熱する手法を採用して技能の影響を排除することが
望ましい。

【００１３】図１は、上記誘導加熱の構成を例示した要
部の断面図である。即ち、セグメント１の表側の面に誘
導コイルの１つのコイルエレメント2a（便宜上、往電路
エレメントとする）を、セグメント１を横切る方位で対
向させ、裏側の面には前記エレメント2aとは逆方向に電
流が流れるもう１つのエレメント2b（復電路エレメン
ト）を同じ方位で対向させる態様でコイルを配置する。
しかして、この設定でコイルに高周波交流を通電する
と、セグメント１内には、主として金属管部1aを管周方
向に流れる誘導電流ｉが誘起されて、上記エレメントに
対向した短区間が所望温度まで急速加熱される。

【００１４】セグメント１の短区間を加熱する上記加熱
操作を、たとえば、図２，図３に示した態様で、コイル
２をセグメント１に対してその長手方向に相対移動させ
て行くことにより、セグメント１の加熱すべき区間全体
を加熱することができる。

【００１５】上記誘導加熱によれば、図１から判るよう
に、金属管部1aに対して集中的に入熱が行われ、しか
も、電流ｉは金属管部1aの表裏に亘って周回するから、
表裏均等に入熱される。この際、コイルエレメント2a，
2bの金属管部1aとの間隔を複数の金属管部1aに関して揃
えておくことにより、各々の金属管部1aに均等に入熱で
きてセグメント１の巾方向に均等な加熱が行える。又、
コイル２への通電条件を一定に保ってコイル２を一定の
速度で相対移動させることにより、セグメント１の長手
方向にも均等な加熱が行える。

【００１６】誘導加熱に用いるコイル２のエレメント2
a，2bは、通常は、図１に示すような直線状として金属
板部1bには殆ど入熱させないようにしてよいが、必要に
応じて、たとえば図４に示すようにセグメント１の断面
形状に沿わせる傾向を加味して、金属管部1aへの入熱効
率を高め、あるいは、金属板部1bにも少しは入熱させる
ようにしてもよい。コイル２に通電する高周波電流の周
波数は、セグメント１の金属管部1aの管肉厚さに応じ
て、又、金属板部1bにも入熱させる場合にはその板厚を
も考慮して（いずれも、大肉厚ほど低い周波数とする）
選定されるが、通常は、500Hz〜200kHzの範囲内に好適
周波数がある。

【００１７】図１，図４に示したコイルエレメント2a，
2bは、図５に示すように往復の電路エレメント2a，2bが
連なった環状に形成してもよく、又、図２，図３に例示
した処理ライン内の搬送事情などにより、上記エレメン
ト2aと2bとを２体に分けた構成としてもよい。

【００１８】本発明加熱方法を上記誘導加熱方式で実施
した場合、前記誘導電流が生じる深さ（浸透深さ）を、
たとえば前記自溶合金被覆層の溶融処理に必要な最小限
に留めるように前記通電周波数を選定すれば、必要な加
熱を従来の数分の一の入熱で遂行できる。誘導加熱の上
記特徴も熱歪の軽減に寄与する。

【００１９】（実施例）片面にＮｉ−Ｃｒ系自溶合金
（JIS／MSFNi４）の1500μm厚さの溶射層を形成した水
冷パネルセグメントを、該溶射層に溶融処理を施すため
に、本発明加熱方法及び従来の加熱方法により、夫々10
50℃に加熱して冷却後の熱歪を調べた。 ＜セグメントの仕様＞ ・材 質：ＳＴＢＡ２２ ・寸 法：巾0.8ｍ×長さ４ｍ。 ・金属管部：15条。 外径38mm×肉厚4.8mm。 ・金属板部：16条。 巾14mm×板厚6.0mm（両側端は
半巾）。 ＜本発明方法による加熱（本発明例）＞ ・前記誘導加熱方式により実施。 ・誘導加熱条件：図５の形式のコイル（巾50mm）に、３
kHz，約200kWの高周波通電を行いながら、コイルをセグ
メントの長手方向に1.0mm／sで相対移動。 ・所要時間：70min ＜従来の加熱方法による加熱（比較例）＞ ・±20℃に保たれた電気炉内に装入して加熱。 ・所要時間：420min ＜熱歪発生状況＞ ・本発明例：巾方向３mm，長手方向８mmの鞍型反り歪の
み。 ・比較例 ：金属管部が表側・裏側に不規則に出入りす
る不定型歪が最大20mmの高低差で発生。

【００２０】上記例に見る通り、本発明方法は、従来方
法の20％に満たない時間で遂行してもなお、熱歪を極く
小さいレベルに抑えた加熱が行えており、本発明方法の
優位性が確認された。

【００２１】

【発明の効果】本発明は、上述のように、水熱ボイラー
の心臓部に当る火炉ハウジングの壁パネルを形成するた
めの要素部材である水冷パネルセグメントの加熱を、該
セグメントの金属管部に入熱を集中させて行うことによ
り、熱歪の発生を、ハウジングの形成に支障のない低位
に抑えることを可能にしたものである。

【００２２】近年、ごみ焼却発電を環境問題を生じない
ように行うための要件として火炉の燃温温度を300℃以
上あるいは更に高温に高めることが必要になり、これに
伴って、火炉を構成する部材に従来レベルを大巾に上回
る耐食性や耐摩耗性が要求されるようになってきてお
り、その最有力の対策として自溶合金系の被覆材料によ
る被覆が挙げられる。しかしながら上記被覆の施工に
は、溶融処理のための1000℃に及ぶ加熱が必要である
上、上記セグメントの断面形状が前記のように複雑であ
ることから、大きく且つ不規則な熱歪の発生が避け難
く、これが上記被覆方式の展開を妨げていた。

【００２３】本発明方法によって上記歪問題が解決さ
れ、しかも、本発明方法を誘導加熱法を利用して行う実
施形態によれば、被覆施工の生産性も従来より大巾に向
上させることができて被覆施工コストの低減も行える。
即ち、本発明方法は、心待ちにされていた上記被覆方式
の本格的な展開を可能にしたものであり、産業界及び環
境保全事業への貢献が絶大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法による水冷パネルセグメントの加熱
態様の一例を示す要部の断面図。

【図２】本発明方法の加熱態様を例示した、一部を省略
した平面図。

【図３】図２の加熱態様の正面図。

【図４】本発明に使用するコイルのエレメントの形状の
変形例を示す側面図。

【図５】本発明方法に使用するコイルの一例を示す側面
図。

【図６】本発明加熱方法の対象となる水冷パネルセグメ
ントの一例の、一部を省略した平面図。

【図７】図６のセグメントの右側面図。

【符号の説明】

１ セグメント 1a 金属管部 1b 金属板部 ２ コイル 2a，2b コイルエレメント

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互い違いに並んだ金属管部と金属板部と
   を有する水冷パネルセグメントを熱歪が生じないように
   加熱する方法であって、該水冷パネルセグメントの前記
   金属管部に対して集中的に且つ表側・裏側均等に入熱し
   て加熱を行うことを特徴とする水冷パネルセグメントの
   加熱方法。
2. 【請求項２】 誘導コイルの往電路と復電路のエレメン
   トを、前記水冷パネルセグメントを横切る方位でセグメ
   ントの表側と裏側の面に夫々対向させて該コイルに高周
   波通電することにより、セグメントのコイルを配した短
   区間内に、主として前記金属管部を管周方向に周回する
   誘導電流を誘起させて、該短区間に対して、金属管部に
   集中的且つ表裏均等に入熱する加熱を行い、この短区間
   加熱操作を、前記コイルをセグメントの長手方向に相対
   移動させて行くことによって、セグメントの加熱すべき
   区間全体に適用することを特徴とする、請求項１に記載
   の水冷パネルセグメントの加熱方法。
3. 【請求項３】 表面に自溶合金系の被覆材料の層を形成
   した前記水冷パネルセグメントを対象として、該被覆材
   料層に溶融処理を施して緻密化させるために、セグメン
   トを1000℃に及ぶ高温に加熱する、請求項１又は２に記
   載の水冷パネルセグメントの加熱方法。