JP2004144379A - バーナディフューザコーンおよびそれのボイラ炉内への取付け方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐久性に優れるバーナディフューザコーンおよびそれのボイラ炉内への取付け方法を提供する。
【解決手段】円錐面状の拡開面４を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面４の外周縁を始端として円錐の頂点に向って円錐面の母線上で延びて該母線の途上を終端とするスリット６を、周方向に間隔を置いて複数本配置し、各スリット６の終端にスリット幅より大径でバーナディフューザコーンを貫通する終端孔７を設ける。
【選択図】 図２
【解決手段】円錐面状の拡開面４を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面４の外周縁を始端として円錐の頂点に向って円錐面の母線上で延びて該母線の途上を終端とするスリット６を、周方向に間隔を置いて複数本配置し、各スリット６の終端にスリット幅より大径でバーナディフューザコーンを貫通する終端孔７を設ける。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重油や分解油、アスファルトの如き石油精製プロセスにおいて発生する残渣油などを燃料とするバーナの、とくに、火炎の保持並びに燃焼の安定化に寄与するバーナディフューザコーン、ならびにこのバーナディフューザコーンのボイラ炉内に設けた取付け治具への取付け方法に関するものである。
なお、本発明のバーナディフューザコーンは、天然ガスや軽質油を燃焼するボイラをはじめ、一般的な石油系燃料を熱源とする加熱燃焼炉用としても利用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、火力発電用ボイラの燃焼室には、バーナディフューザコーンを備えたバーナーが複数個配設され、燃料の噴霧とその燃焼が連続的に行われている。ボイラでは、この燃焼エネルギーを用いて、鋼管の内部を流通するボイラ水を沸騰させて水蒸気を発生させるとともに、この水蒸気をさらに高温かつ高圧化させることによって、水蒸気タービンの駆動力を提供する役割りを果している。
【０００３】
ボイラの熱源となるバーナには、バーナ着火領域に着火可能な気流の低速域を形成すると共に、該低速気流中で燃焼フレームを適正に保持して燃焼を安定化させるために、例えば耐熱合金製のバーナディフューザーコーンが装着されているのが通例である。
【０００４】
このバーナディフューザコーンの一般的な構造を、図１に示す。同図に示すように、バーナディフューザコーン１は、内筒２ａよび外筒２ｂによる二重筒状の直胴部２の先端に、リブ３を介して一体化した構造が一般的である。バーナディフューザコーン１は、切頭円錐面状に拡開して成り、例えばボイラ本体に取り付けられ、直胴部２の内筒２ａ内に配置された燃料供給管（図示せず）から、ディフューザコーン１の拡開方向に向けて燃料がボイラ本体内に噴射されるとともに、同様に内筒２ａ内に配置されたエアノズルから燃焼用空気が供給される結果、ボイラ本体内での燃焼が行われる。
【０００５】
かような構成のディフューザコーン１は、その拡開面（表面）４が燃焼フレームからの強い輻射熱を受けるため、耐熱鋼や耐熱合金で形成され、また背面には直胴部２の内筒２ａおよび外筒２ｂ間の隙間から冷却用空気５を供給して、ディフューザコーン１の過熱を防ぐように工夫されている。
【０００６】
しかしながら、このような対策を考慮したディフューザコーンであっても、長期間の運転によってディフューザコーンが焼損したり、過熱および裏面からの空気冷却の不均衡に起因して発生する熱歪の影響による、変形などが発生するため、６ケ月〜１年程度の運転で、その交換を余儀なくされている。
【０００７】
かように、ボイラでの安定した燃焼や操業を実現するには、ディフューザコーンの寿命を延ばすことが有効であり、そのために、次に示す種々の改良や改善策が提案されている。
【０００８】
まず、ディフューザコーンの材質を耐熱性に優れるセラミックスに変更したり、金属製のディフューザコーンの表面にセラミックス板を張り付けるなど、セラミックスを利用した技術としては、特開平５−２６４１４号公報、実開昭５６−１３２４１７号公報、実開昭６１−１３１１２４号公報、実開昭６１−３４３１６号公報、実開昭６１−３４３１７号公報、実開昭６１−３４３１８号公報、実開昭６１−５８５３１号公報、実開昭６１−５８５３２号公報、実開昭６１−７４７２８号公報、実開昭６１−８４３１９号公報、実開昭６１−８９６２３号公報および実開平１−１５１０２６号公報などに開示のものがある。
【０００９】
また、ディフューザコーンの構造を改良する技術については、例えばディフューザコーンを中空状態にして冷却機能を向上させることによって、温度の低下と温度分布を均等化させるものとして、特開昭５８−９５１４４号公報および特開平７−１７４３１５号公報に開示の技術があり、また冷却用空気の過冷却による熱歪の発生を抑制するものとして、実開昭５８−９５１４４号公報、特開平６−１４７１８号公報、特開平９−２１０３１３号公報および特開平９−２９６９１５号公報などに提案の技術が知られている。
【００１０】
さらに、セラミックス製ディフューザコーンに関して、熱歪の発生を最小限に抑えるため、円錐状のコーンを複数個に分割することが、実開昭６１−３４３１７号、実開昭６１−７４７２８号および特開昭６１−５８５３１号各公報などに開示があり、このような技術は、金属製のディフューザコーンに対しても古くから採用されている。
【００１１】
しかしながら、前記のセラミックス製ディフューザコーンは、耐熱性に優れるものの熱歪の影響を受けて破損するなどの不利がある。また、構造を改善した金属製のディフューザコーンは、寿命が多少延びるものの、なお耐久性に乏しい状況にあり、さらなる改良、改善の必要性に迫られていた。
【００１２】
特に、硫黄やバナジウムなどの腐食性成分を含む重質油を燃焼する環境では、非常に輻射熱が強い上、バーナディフューザコーンの表面に、油滴が付着して燃焼し、局部的にさらに過熱するとともに、油滴中に含まれている腐食成分による高温侵食作用が激しいため、従来技術に係るバーナディフューザコーンでは極めて短命であり、早急な対策の確立が求められている。
【００１３】
また、従来、ガスタービンの如き高温被曝部材（例えば、燃焼器内筒、動静翼など）に、熱遮蔽コーティングを施す例がある。例えば、特許第２７１００７５号公報、特開２０００−１４４３６５号公報には、耐熱合金としてＭＣｒＡｌＸ合金と呼ばれる皮膜をアンダーコートとして施工した後、その上にＹ２Ｏ３を添加したＺｒＯ２系セラミックス皮膜を形成して、高温の環境から基材の被曝を抑制しようとする技術を提案している。
【００１４】
しかし、このような熱遮蔽コーティングは、ガスタービン用として開発された経緯があるため、ガスタービン燃料として汎用されている灯油、軽質油、天然ガスなどの良質な燃料ガス中では比較的良好な熱遮蔽性と耐久性を示す。しかしながら、ＶやＳなどの腐食性化合物を多く含む重質油の燃焼ガス雰囲気中では、その寿命が著しく短くなるという欠点があった。このため、ガスタービン用として開発された従来の上記熱遮蔽コーティングをそのまま適用できないのが実情である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来の耐熱金属製ディフューザコーンが抱えている上述した技術的課題、すなわち、バーナ使用環境下でも、過熱による熱変形や亀裂を発生したり、また耐熱性不足に起因する焼損現象の顕在化などによって、燃料の良好な燃焼条件が維持されないという問題点を解消し、とくにＶやＳなどの腐食性化合物を含む重質油の燃焼ガス雰囲気中での耐久性に優れるバーナディフューザコーンを提供すること、ならびにこのバーナディフューザコーンのボイラ炉内の取付け治具への有利な取付け方法を提案することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記の従来技術の問題点を、主に形状を工夫することによって改善するものである。すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
（１）円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周縁を始端として円錐の頂点に向って円錐面の母線上で延びて該母線の途上を終端とするスリットを、周方向に間隔を置いて複数本配置し、各スリットの終端にスリット幅より大径でバーナディフューザコーンを貫通する終端孔を設けてなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
【００１７】
（２）円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周部の一部を切除してなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
【００１８】
（３）円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周部から円錐面の母線中央部までの領域に、複数個の貫通孔を設けてなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
【００１９】
（４）円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周縁を始端として円錐の頂点に向って円錐面の母線上で延びて該母線の途上を終端とするスリットを、周方向に間隔を置いて複数本配置し、各スリットの終端にスリット幅より大径でバーナディフューザコーンを貫通する終端孔を設けるとともに、拡開面の外周部の一部を切除してなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
【００２０】
（５）円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周縁を始端として円錐の頂点に向って円錐面の母線上で延びて該母線の途上を終端とするスリットを、周方向に間隔を置いて複数本配置し、各スリットの終端にスリット幅より大径でバーナディフューザコーンを貫通する終端孔を設けるとともに、スリットとスリットとの間に少なくとも１個の貫通孔を設けてなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
【００２１】
（６）円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周部から円錐面の母線中央部までの領域に、複数個の貫通孔を設けるとともに、円錐面の外周部の一部を切除してなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
【００２２】
（７）円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周縁を始端として円錐の頂点に向って円錐面の母線上で延びて該母線の途上を終端とするスリットを、周方向に間隔を置いて複数本配置し、各スリットの終端にスリット幅より大径でバーナディフューザコーンを貫通する終端孔を設けるとともに、スリットとスリットとの間に少なくとも１個の貫通孔を設け、さらに円錐面の外周部の一部を切除してなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
【００２３】
（８）スリットは、幅が１〜１０ｍｍおよび長さが円錐母線長の４０％以上であり、このスリットの６〜１２本を外周縁の円周等分位置または不等分位置に配置したことを特徴とする前記（１）、（４）、（５）または（７）に記載のバーナディフューザコーン。
【００２４】
（９）終端孔の径はスリット幅の２〜５倍であることを特徴とする前記（１）、（４）、（５）または（７）に記載のバーナディフューザコーン。
【００２５】
（１０）貫通孔は径が３〜４０ｍｍであり、この貫通孔の６〜２０個を等間隔または不等間隔に配置したことを特徴とする前記（３）、（５）または（７）に記載のバーナディフューザコーン。
【００２６】
（１１）耐熱金属からなることを特徴とする前記（１）ないし（１０）のいずれかに記載のバーナディフューザコーン。
【００２７】
本発明のバーナディフューザコーンは、前記円錐面とその外周端部側面に、酸素含有量が０．５ ｍａｓｓ％未満である耐熱合金溶射皮膜からなる厚み５０〜５００μｍのアンダーコート、およびそのアンダーコートの上に５０〜８００μｍの厚みで設けたＺｒＯ２系セラミックス溶射皮膜のトップコートとからなる複合皮膜を形成することが好ましい。
【００２８】
また、本発明は、上述したバーナディフューザコーンを、ボイラ炉内に設けた耐熱鋼製取付け治具に取付けるに際し、該ディフューザコーンの円錐面外周端部と前記取付け治具の円形枠内周面との間に、冷却空気供給用間隙を介在させることを特徴とするのバーナディフューザコーンのボイラ炉内への取付け方法を提案する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るバーナディフューザコーンについて、図面を参照して詳しく説明する。
まず、図２に示すバーナディフューザコーン１は、その拡開面４の外周縁４ａを始端として円錐の頂点Ｏに向って円錐面の母線上で延びて該母線の途上を終端とする、スリット６を、周方向に間隔を置いて複数本、図示例で８本有し、各スリット６の終端にはスリット幅より大径でバーナディフューザコーン１を貫通する終端孔７を設けて成る。以下、この図２に示す形状のバーナディフューザコーンをＡ型という。
【００３０】
このＡ型のバーナディフュザコーンは、ボイラの運転中、すなわち燃料の燃焼環境下において、次に示す作用効果を発揮する。
一般に、燃料の燃焼環境下において受ける熱負荷の大部分は、輻射熱によるものであり、とくに、燃焼開始時やボイラ運転停止時や、ボイラの運転負荷の変動時などでは、該ディフュザコーンの受ける熱負荷は不均等になり易い。従って、ディフュザコーンの裏面から冷却用空気５（図１参照）を均等に送っていたとしても、結果的には冷却が不均等になりやすい。このため、ディフュザコーンが局部的に過熱されて焼損したり、大きく変形してディフュザコーン本来の機能が保持できなくなる結果、適切な燃焼が実現されないという事態に陥ることがある。
【００３１】
この点、本発明のディフューザコーンは、前記の熱変形をスリット６を設けて吸収させることにより、その熱変形を局部的に限定させて、他に波及しないようにし、他の正常な拡開面４の部分に影響が及ばないという作用効果を有する。
【００３２】
また、スリット６を介して、ディフューザコーンの裏面から送風される冷却空気の一部が、表面に漏洩することによって、ディフューザコーンの冷却が拡開面４側からも可能になるため、局部的過熱による変形の発生に対して、大きな抑制効果を発揮する。
【００３３】
さらに、スリット６の先端に設けた円形の終端孔７は、ディフュザコーンの一部が過熱によって変形した際、熱変形時の応力集中を緩和して、スリット６の先端が割れや亀裂の発生起点となって伝播するのを抑制する作用を有する。
【００３４】
ここで、各スリット６は、幅が１〜１０ｍｍおよび長さが円錐母線長の４０％以上であり、このスリットの６〜１２本を外周縁の円周等分位置または不等分位置に配置することが好ましい。なお、円錐母線長とは、拡開面を規定する円錐の母線上における、拡開面４の外周縁４ａから内周円の端部ｄまでの長さを意味する。
【００３５】
すなわち、スリット６の幅は、バーナディフューザコーンの拡開面積の大きさによって、決定することが望ましい。本発明が対象とする蒸気発生量３００ ｔ／ｈ〜１５００ ｔ／ｈ性能の火力発電用ボイラでは、スリット幅１０ ｍｍ以上では、裏面から漏洩する冷却漏洩量が過大となって、燃焼フレームの安定性を阻害する。また、スリット幅１ｍｍ以下では、冷却空気量が少なくなるほか、機械加工が困難となるなどの問題点がある。このような理由から、１〜１０ ｍｍにすることが有利である。
【００３６】
同様に、スリット６の長さも、バーナディフューザコーンの拡開面積の大きさによって、決定することが望ましいが、スリットの長さを８０ ｍｍ以上とすると、拡開面部の構造強度を低下させて、機械的な損傷を促し、また、４０ ％より短くすると、局部過熱による拡開面の変形防止効果が少なくなる。この理由から、円錐母線長の４０％以上、より好ましくは５０〜８０％とする。
【００３７】
さらに、スリット６は、バーナディフューザコーンの拡開面積の大きさによって、決定することが望まし。スリット数が６本以下では、局部過熱による拡開面の変形部が大きくなって、燃焼フレームの安定性を損う。また、１２本以上では、スリットの機械加工費の増加に見合うほどの効果が認められず経済的に得策でない。この理由から、６〜１２本を外周縁の円周等分位置または不等分位置に配置することが好ましい。
【００３８】
また、終端孔７は、バーナディフューザコーンの局部過熱による拡開面の熱変形に伴うスリット端部からの亀裂の発生を防ぐことを目的としているため、終端孔の直径がスリット幅では、その効果に乏しく、また、５倍以上の大きさにしても、その効果が増加することがない。この理由から、スリット幅の２〜５倍とすることが好ましい。
以上のスリットおよび終端孔に関する好適範囲から、ディフューザコーンの材質、燃料の種類および運転中の熱負荷の高低などによって、各設定値を適宜決定すればよい。
【００３９】
図３に示すバーナディフューザコーン１は、拡開面４の外周部の一部を切除してなるものである。すなわち、図示例は、拡開面４の円周状外周部の中心点ｃを挟む対称位置をそれぞれ部分的に切除し、当該部分をそれぞれ弦８とした形状を有する。以下、この図３に示す形状のバーナディフューザコーンをＢ型という。
【００４０】
このような構造のＢ型のバーナディフューザコーンは、ディフュザコーンの運転中に受ける熱負荷が不均等になるのを回避することができるものである。すなわち、Ｂ型のバーナディフューザコーンは、特にディフューザコーンの拡開面外周部の円弧部分を切除し、この切除部から多くの冷却用空気を拡開面の表面に流し込むことを所期したものである。この冷却用空気の導入強化によって、ディフューザコーンの冷却効果が向上して、過熱による焼損防止をはじめ、燃焼ガスや燃焼灰による腐食作用を緩和することができる。
【００４１】
ここで、ディフュザコーンの拡開面外周部において切除する部分は、外周縁部４と拡開面の頂点（中心）Ｃ点を結んで得られる円錐面の半径を基準にし、切除部との最短距離が半径の５〜３０ ％とすることが好ましい。なぜなら、５％より少ない場合は、切除の効果に乏しく、また、３０ ％より大きくするとディフュザコーンとしての機能を消失するからである。
【００４２】
図４に示すバーナディフューザコーン１は、拡開面４の外周部から円錐面の母線中央部までの領域の任意位置に、複数個の貫通孔９を設けて成るものである。以下、この図４に示す形状のバーナディフューザコーンをＣ型という。
【００４３】
かような構造のＣ型のバーナディフューザコーンは、所定領域に設けた多数の貫通孔９を通して、冷却用の空気５がディフューザコーンの裏面から表面へ流出して、ディフュザコーンの冷却と燃焼ガス中の腐食成分（例えばＳＯ２、ＳＯ３、Ｈ２Ｓ 、ＣＯＳなど）や燃焼灰中の腐食成分（例えばバナジウム、ナトリウム、硫黄などの化合物など）の付着を防止したり、腐食作用を緩和させる作用を発揮する。
【００４４】
ここで、貫通孔は径が３〜４０ ｍｍであり、この貫通孔の６〜２０個を等間隔または不等間隔に配置することが好ましい。
すなわち、貫通孔の径は、３ ｍｍより小さくすると、冷却空気の流通が少なく、また、４０ ｍｍより大きくすると、冷却空気の流入が過大となって、燃焼フレームの安定性を損うからである。この理由から、３〜４０ ｍｍとする。
【００４５】
また、貫通孔の設置数は、６個より少なくすると、バーナディフュザコーン全体を適度にまた平均して冷却したり、燃焼フレームの安定性を向上させることができないおそれがある。この理由から、６〜２０個とする。
この場合も、前記貫通孔に関する好適範囲から、ディフューザコーンの材質、燃料の種類および運転中の熱負荷の高低などによって、各設定値を適宜決定すればよい。
【００４６】
図５に示すバーナディフューザコーン１は、前記のＡ型とＢ型とを複合したものであり、前記したＡ型およびＢ型のバーナディフューザコーン１の作用を併せ持つ。以下、この図５に示す形状のバーナディフューザコーンをＡ＋Ｂ型という。なお、スリット６および終端孔７、そして弦８については、前記Ａ型およびＢ型の場合と同様である。
【００４７】
図６に示すバーナディフューザコーンは、前記のＡ型とＣ型とを複合したものである。すなわち、スリット６と隣り合う、他のスリット６との間に少なくとも１個の貫通孔９を設けてなり、前記したＡ型およびＣ型のバーナディフューザコーン１の作用を併せ持つ。この場合は、スリット６とスリット６と間に少なくとも１つの貫通孔９を配置すればよい。以下、この図６に示す形状のバーナディフューザコーンをＡ＋Ｃ型という。なお、スリット６および終端孔７、そして弦８については、前記Ａ型およびＣ型の場合と同様である。
【００４８】
図７に示すバーナディフューザコーンは、前記のＢ型とＣ型とを複合したものであり、前記したＢ型およびＣ型のバーナディフューザコーン１の作用を併せ持つ。以下、この図６に示す形状のバーナディフューザコーンをＢ＋Ｃ型という。なお、弦８および貫通孔９については、前記Ｂ型およびＣ型の場合と同様である。
【００４９】
図８に示すバーナディフューザコーンは、前記のＡ型とＢ型とＣ型とを複合したものであり、前記したＡ型、Ｂ型およびＣ型のバーナディフューザコーン１の作用を併せ持つ。以下、この図８に示す形状のバーナディフューザコーンをＡ＋Ｂ＋Ｃ型という。なお、スリット６および終端孔７、弦８、そして貫通孔９については、前記Ａ型、Ｂ型およびＣ型の場合と同様である。
【００５０】
本発明のディフュザコーンの材質は、ＪＩＳ Ｇ５１２１およびＪＩＳ Ｇ５１２２に規定されているステンレス鋳鋼や耐熱鋳鋼をはじめ、Ｃｏ基合金（例えば２３ ｍａｓｓ％Ｎｉ−１８ ｍａｓｓ％Ｔｉ−１．１ ｍａｓｓ％Ｚｒ−残Ｃｏ）あるいはＮｉ基合金（例えば１９ｍａｓｓ％Ｃ−１８ ｍａｓｓ％Ｆｅ−５ｍａｓｓ％Ｎｂ−３ ｍａｓｓ％Ｍｏ−残Ｎｉ）などが好適であり、またディフュザコーンの拡開面に対しては、耐熱性、耐酸化性を有する溶射皮膜やＰＶＤ皮膜、ＣＶＤ皮膜または金属拡散処理皮膜などを施工することが好ましく、これらの処理は何ら制約を受けることなく実施できる。
【００５１】
上述した形状を有するバーナディフュザコーンの円錐面の表面に対し、本発明では、溶射法によって、アンダーコートとしてＭＣｒＡｌＸ合金を好適例とする耐熱合金の溶射皮膜を５０〜５００ μｍの厚みに形成し、さらにそのアンダーコートの上に、トップコートとしてＹ２Ｏ３、ＣａＯ、ＣｅＯ２、ＭｇＯ、Ｙｂ２Ｏ３などの酸化物の１種以上を５〜３５ ｍａｓｓ％添加してなるＺｒＯ２系セラミックスの溶射皮膜を５０〜８００μｍの厚みに形成してなる複合皮膜にて被覆することが望ましい。
【００５２】
発明者らの研究によると、ＭＣｒＡｌＸ合金溶射皮膜のアンダーコートと、ＺｒＯ２系セラミックス溶射皮膜のトップコートとからなる複合皮膜は、しばしばその界面において剥離し、熱遮蔽特性が低下していることがわかった。その原因を追求した結果、アンダーコートとして施工したＭＣｒＡｌＸ合金溶射皮膜中に含まれている酸素量が大きな影響を及ぼしていることが判明したので、これを規制することとした。
【００５３】
すなわち、本発明においては、大気プラズマ溶射法などによって成膜されたＭＣｒＡｌＸ合金の溶射皮膜中には、空気によってＣｒ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｙなどの金属が酸化して存在し、特にＣｒ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＣｏＯなどの酸化物がトップコートのＺｒＯ２系セラミックス皮膜との接合力を著しく低下させていることを発見した。
このため、本発明では、アンダーコートとする耐熱合金溶射皮膜中の酸素量を０．５ ｍａｓｓ％以下に制御することにした。これによって、高温環境下において、アンダーコート溶射皮膜の表面には、緻密なＡｌ２Ｏ３膜が生成し、該アンダーコートとの密着性に優れたものになるとともに、ＺｒＯ２系セラミックス皮膜との接合性にも良好な特性を発揮するようになる。
【００５４】
なお、アンダーコートとなるＭＣｒＡｌＸ合金溶射皮膜中の酸素量が０．５ ｍａｓｓ％より多いと、アンダーコートの表面に形成するＡｌ２Ｏ３の皮膜が不連続となったり、緻密性が失われるほか、耐熱性に劣るＣｒ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＣｏＯなどの酸化物が共存しているため、トップコートであるＺｒＯ２系セラミックス溶射皮膜との接合力が低下し、トップコートのみが剥離しやくなって、バーナディフュザコーンの保護作用が消失する。
【００５５】
なお、ボイラ運転中のバーナディフュザコーンは、燃焼炎からの強い輻射熱に曝露されることから、該バーナディフュザコーンの円錐状拡開面に対しては、酸素含有量を制御して、耐高温酸化性と密着性に優れた耐熱合金のアンダーコートを溶射法によって形成すると同時に、その上にＺｒＯ２系セラミックスの溶射皮膜を積層した複合皮膜を形成して、バーナディフュザコーンの耐熱性を向上させることは望ましいことである。
【００５６】
本発明において、酸素量が０．５ ｍａｓｓ％未満であるＭＣｒＡｌＸ合金のアンダーコートの施工は、減圧プラズマ溶射法を適用することが好適であるが、高速フレーム溶射法によっても、熱源中を飛行する溶射粒子（ＭＣｒＡｌＸ合金）の速度を３００ ｍ／ｓ以上に制御すれば施工することが可能である。一方、以上のようなＭＣｒＡｌＸ合金のアンダーコートの膜厚は、５０〜５００ μｍが好適であり、５０μｍよりも薄い場合にはデイフューザコーンの保護が十分でなく、また、５００ μｍよりも厚くしても格別その効果が認められないので、経済的でない。
【００５７】
さらに、ＺｒＯ２系セラミックスのトップコートの膜厚は、１００〜８００ μｍの範囲が適し、５０ μｍより薄膜では輻射炎による遮熱効果が十分でなく、８００ μｍより厚くするとセラミック皮膜自体の機械的強度が低下するので好ましいものではない。
【００５８】
本発明において、さらに好ましい条件としては、トップコートの気孔率を４〜２０ ％に制御すべきである。トップコートの気孔は、断熱作用を示すため、表面からの強い燃焼炎の輻射熱に起因する熱の伝導を抑制して、アンダーコートと基材の温度の昇温を防ぐとともに、空気冷却されている基材の影響をトップコート表面に伝え難いため、ここでは高温の環境が維持され、燃料の燃焼に好適な環境が構成されるからである。気孔率が４％以下では、上記の作用が弱く２０ ％より多い場合には、トップコートの機械的強度が弱くなる欠点がある。
【００５９】
以上のような要領でディフューザコーンの円錐面表面に施工したトップコートとしてのＺｒＯ２系溶射皮膜は、それ自体が多孔質であるうえ熱伝導率が低い（耐熱鋼が１０〜２０ Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対し、０．８〜１．２ Ｗ／ｍ・Ｋ）ため、裏面からの空気冷却効果を金属基材のみにとどめ、溶射皮膜の表面に及ばない環境をつくり出すことができる。このため、その下層の円錐表面では比較的高い温度環境が構成される結果、重質油の燃焼が効果的に持続され、ディフューザコーン本来の保炎作用にも十分な性能を発揮することができる。
なお、ＺｒＯ２系セラミックス溶射皮膜の形成は、大気プラズマ溶射法、減圧プラズマ溶射法が適し、高速フレーム溶射法は熱源温度が低いので、ＺｒＯ２粒子の溶融が十分でなく良好なトップコートの形成ができない。
【００６０】
次に、本発明においてはまた、上述した特徴を有するバーナディフューザコーンについて、これをボイラの燃焼室に取付けるに際しても工夫を試みた。それは、該バーナディフューザコーンの焼損対策を取付け環境の面からさらに強化することにある。図９は、本発明に係るバーナディフューザコーンを、ボイラ炉内に設けられた取付け治具に取付けた状態の正面図である。即ち、本発明に係る取付け方法というのは、該バーナディフューザコーン９１を取付け治具９０の中央部の円形枠９３内に配置し、該バーナディフューザコーン外周端部９２と耐熱金属製の取付け治具９０の円形枠９３との間に、スペーサ９４を介在させることによって、その両者が接触しないようにすると共に、冷却空気供給用間隙９５が設けられている。バーナディフューザコーン９１の円形枠９３との間に設けられた前記間隙９５は、ボイラ運転中（バーナが燃焼中）に冷却空気を供給するのに有効に作用し、バーナディフューザコーン９１の冷却を一層効果的なものにする。なお、この間隙９５は、バーナディフューザコーン９１の直胴部にリブを設けることによっても可能であり、こうした間隙９５の作り方については特に限定されるものではない。
【００６１】
以上説明したように、本発明の形状および加工を施工したディフューザコーンは、スリット、拡開面の一部切除、そして貫通孔の配設などの因子を適宜組合わせることによって、ディフューザコーンの損傷原因となっている局部過熱による焼損や熱変形の防止、冷却効果の向上に伴う金属面温度の低下による燃焼ガス成分や燃焼灰に起因する腐食損傷の防止などに効果を発揮して、良好な燃料の燃焼条件を長期間にわたって維持し、ボイラの安定した連続運転に寄与することができる。
【００６２】
【実施例】
実施例１
蒸発量１１００ｔ／ｈ、過熱蒸気温度５６０ ℃の大型発電用ボイラのバーナディフュザコーンとして、本発明に係わる形状になるものと従来形状に係るものとを、約１年間（７０００時間）にわたって連続運転に供して、その耐久性を比較した。ここで、本発明に係るディフュザコーンとしては、先に示したＡ型（図２）、Ｃ型（図３）およびＡ＋Ｂ型（図４）であり、従来形状のものは図１に示したものである。ディフュザコーンの材質は、全て５０ ｍａｓｓ％Ｎｉ−４９ ｍａｓｓ％Ｃｒ−１ｍａｓｓ％Ｎｂ合金とした。
【００６３】
また、燃料は硫黄：１．５ 〜２．５ ｍａｓｓ％およびＶ：５０〜１００ ｍａｓｓ ｐｐｍを含む重質油であり、ディフューザコーンが配列されているボイラの火炉燃焼室における燃焼雰囲気は低空気燃焼が行なわれる環境下とした。
【００６４】
以上のような環境下で約１年間連続運転に供されたディフューザコーンの外観を調査した結果、従来のディフューザコーン（図１）は、その内、外周部分が高温酸化と過熱による焼損によって殆んど消耗し、初期の円錐形状は全く維持されていなかった。
【００６５】
これに対し、本発明の技術に係るバーナディフューザコーンは、円錐の外周部が僅かに消耗しているものの全体としての形状はほぼ完全に維持されており、さらに長時間にわたって使用可能であることが判明した。
【００６６】
実施例２
前記実施例１記載の性能を有する火力発電用ボイラのバーナディフューザコーンとして、本発明に係る形状をしたもの、および従来の形状のものを約１年間（６８００時間）にわたって連続運転に供して、その耐久性を比較した。
【００６７】
ここで、本発明に係るディフュザコーンの形状は、Ａ型（図２）、Ａ＋Ｃ型（図６）およびＢ＋Ｃ型（図７）であり、また従来型のディフューザコーンは、図１に示したものである。ディフュザコーンの材質は、全てＪＩＳ Ｇ５１２２規定のＳＣＨ２２に相当する耐熱鋼とした。また、燃料は、硫黄：１．２ 〜１．８ ｍａｓｓ％およびＶ：４０〜１２０ ｍａｓｓ ｐｐｍを含む重質油であり、ボイラ内環境は実施例１と同様である。
【００６８】
以上のような条件で約１年間使用されたディフューザコーンの外観状況を観察した結果、従来型のバーナディフューザは、円錐形状部の大部分が、焼損してバーナディフュザコーンとしての作用機能を消失した状態にあったが、本発明のバーナディフュザコーンは、円錐形状の外周部のみ若干の損耗が認められる程度であり、熱的な変形もほとんど認められなかった。
【００６９】
実施例３
この実施例では、蒸発量８００ ｔ／ｈ、過熱器出口蒸気温度５６１ ℃の火力発電用ボイラのバーナディフューザコーンとして、本発明に係るＡ＋Ｂ型（図５）およびＢ＋Ｃ型（図７）を用い、それぞれの拡開面（表面）に対し、溶射法によって次の（ｉ）および（ｉｉ）に示す耐熱合金皮膜および耐熱セラミックス皮膜を、それぞれ３００ μｍの厚さで形成した。
（ｉ）３２ ｍａｓｓ％Ｎｉ−２１ ｍａｓｓ％Ｃｒ、８ ｍａｓｓ％Ａｌ−０．５ ｍａｓｓ％Ｙ−残部Ｃｏ
（ｉｉ）前記（ｉ）の合金を１８０ μｍ 施工した上に、８ｍａｓｓ％Ｙ２Ｏ３−９２ ｍａｓｓ％ＺｒＯ２を３００ μｍ 厚に施工
【００７０】
また、ボイラの燃料は、硫黄０．８ 〜１．５ ｍａｓｓ％およびＶ：２０〜３０ ｍａｓｓ ｐｐｍ を含む重質油であり、ボイラ内環境は実施例１と同様である。
【００７１】
以上のような条件で約１年間使用されたディフューザコーンの外観状況を観察した結果、本発明のバーナディフューザコーンに、耐熱合金皮膜や、その上に耐熱性セラミックスを複合積層したものは、その外周部においても殆んど損傷が認められず健全な状態を維持していた。
【００７２】
実施例４
この実施例では、 幅５０ ｍｍ×長さ１００ ｍｍ×厚さ５ ｍｍのステンレス製テストピースの片面に、溶射法によって下記耐熱合金の溶射皮膜をアンダーコートとして形成するのに際し、該溶射皮膜中に含まれる酸素量を０．０４〜１．２ ｍａｓｓ％の範囲に変化させてなるアンダーコートを、１００ μｍ厚に施工した。なお、このアンダーコート中の酸素含有量は、減圧プラズマ溶射法を０．０４〜１．２ ｍａｓｓ％、高速フレーム溶射法０．１２〜０．５ ｍａｓｓ％、大気プラズマ溶射法０．０８〜１．２ ｍａｓｓ％のように溶射法とその溶射条件を変化させて行った。
【００７３】
▲１▼耐熱合金の化学組成とトップコートの形成
３２ ｍａｓｓ％Ｎｉ−２１ ｍａｓｓ％Ｃｒ−８ｍａｓｓ％Ａｌ−０．５ ｍａｓｓ％Ｙ一残りＣｏ（数字はｍａｓｓ％）
上記アンダーコートに８ ｍａｓｓ％Ｙ２Ｏ３−９２ ｍａｓｓ％ＺｒＯ２を３００μｍ厚、大気プラズマ溶射法によってトップコートを形成した。
▲２▼熱衝撃試験条件
上記複合皮膜で被覆した試験片を１０００ ℃に調整した電気炉に１５分間装入し、その後直ちに、２５ ℃の水中に投入する操作を１サイクルとし、計２０回連続して行ないトップコート（ＺｒＯ２系セラミックス皮膜）の剥離状況を観察した。
▲３▼試験結果
試験結果をアンダーコートの酸素含有量を基準として要約すると、下記表１のような結果が得られ、酸素量０．５ ｍａｓｓ％以下のアンダーコートは、優れた耐熱衝撃性能を示し、２０サイクルの試験後もトップコート（ＺｒＯ２系セラミックス皮膜）の剥離は認められなかった。
【００７４】
【表１】
【００７５】
実施例５
この実施例では、蒸発量８００ ｔ／ｈ過熱器出口蒸気温度５６１ ℃の火力発電用ボイラのバーナディフューザコーンとして、本発明に係る図２に示したＢ型とＤ型を用い、それぞれの円錐部の開放面に対し、溶射法によって表２に示すような酸素含有量の異なる耐熱合金皮膜のアンダーコートとＺｒＯ２系セラミックス皮膜のトップコートからなる複合皮膜を形成した。
【００７６】
（１）耐熱合金の化学組成とその酸素含有量
３２ ｍａｓｓ％Ｎｉ・２１ ｍａｓｓ％Ｃｒ・８ ｍａｓｓ％Ａｌ・０．５ ｍａｓｓ％Ｙ残りＣｏ（ｍａｓｓ％）
【００７７】
【表２】
【００７８】
（２）ＺｒＯ２系セラミックス皮膜組成と厚さ
０．８ ｍａｓｓ％Ｙ２Ｏ３・９２ ｍａｓｓ％ＺｒＯ２（ｍａｓｓ） 膜厚 ３００ μｍ
このボイラの燃料は、硫黄０．８〜１．５ ｍａｓｓ％、Ｖ：２０〜３０ ｐｐｍであり、従来型のバーナディフューザコーン（図１）では４カ月〜６カ月の運転で、円錐部が消失していたものである。本発明のバーナディフューザコーンは、表３に示すように１年間連続使用した後でも、いずれのバーナディフューザコーンは健全な形状を維持し、さらに長時間の使用が可能であることがうかがえる。
しかも、円錐面の溶射皮膜の外観には明らかな差異がみとめられた。すなわち、本発明に係る試験Ｎｏ．１、２、４、５の皮膜はトップコートのＺｒＯ２系セラミックス皮膜の剥離は全く認められないのに対し、試験Ｎｏ．３、６では、トップコートの剥離が２０〜３０ ％（面積比）認められ、アンダーコートの耐熱合金皮膜が露出するとともに、燃料灰が多量に付着し、高温腐食損傷の発生が随所に認められた。
【００７９】
【表３】
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るバーナディフューザコーンは、拡開面の形状等を改良すること、ならびにボイラ取付け治具への間隙を介在させた取付け方法の工夫などにより、特に過酷な重質油系燃料の燃焼環境においても、ディフューザコーンの過熱による変形焼損などを、長期間にわたって防止することができる。
このことは、円錐面の酸素含有量を０．５ ％未満の耐熱合金のアンダーコート溶射皮膜と、その上に耐熱遮蔽性に優れたＺｒＯ２系セラミックスのトップコート溶射皮膜とを、溶射法によって形成させ、円錐面の保温効果を向上させて、燃料の燃焼効率をその長期安定性を確保することとした点も併せて、本発明の効果をより一層顕著なものとしている。
従って、本発明に係るバーナディフューザコーンを、例えば火力発電用ボイラに配設した場合、該ボイラの燃焼環境を運転初期の良好な燃焼雰囲気に長期間にわたって維持することが可能であり、ボイラの安定運転および燃焼排ガスに起因する環境汚染の抑制に対して大きな効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のバーナディフューザコーンを示す斜視図である。
【図２】本発明のバーナディフューザコーンの形状を示す図である。
【図３】本発明のバーナディフューザコーンの形状を示す図である。
【図４】本発明のバーナディフューザコーンの形状を示す図である。
【図５】本発明のバーナディフューザコーンの形状を示す図である。
【図６】本発明のバーナディフューザコーンの形状を示す図である。
【図７】本発明のバーナディフューザコーンの形状を示す図である。
【図８】本発明のバーナディフューザコーンの形状を示す図である。
【図９】ボイラ炉内にバーナディフューザコーンを取付けたもようを示す正面図である。
【符号の説明】
１ バーナディフューザコーン
２ 直胴部
２ａ 内筒
２ｂ 外筒
３ リブ３
４ 拡開面
５ 冷却用空気
６ スリット
７ 終端孔
８ 弦
９ 貫通孔
９１ バーナディフューザコーン
９２ バーナディフューザコーン外周端部
９３ 取付け治具の円形枠
９４ スペーサ
９５ 間隙
【発明の属する技術分野】
本発明は、重油や分解油、アスファルトの如き石油精製プロセスにおいて発生する残渣油などを燃料とするバーナの、とくに、火炎の保持並びに燃焼の安定化に寄与するバーナディフューザコーン、ならびにこのバーナディフューザコーンのボイラ炉内に設けた取付け治具への取付け方法に関するものである。
なお、本発明のバーナディフューザコーンは、天然ガスや軽質油を燃焼するボイラをはじめ、一般的な石油系燃料を熱源とする加熱燃焼炉用としても利用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、火力発電用ボイラの燃焼室には、バーナディフューザコーンを備えたバーナーが複数個配設され、燃料の噴霧とその燃焼が連続的に行われている。ボイラでは、この燃焼エネルギーを用いて、鋼管の内部を流通するボイラ水を沸騰させて水蒸気を発生させるとともに、この水蒸気をさらに高温かつ高圧化させることによって、水蒸気タービンの駆動力を提供する役割りを果している。
【０００３】
ボイラの熱源となるバーナには、バーナ着火領域に着火可能な気流の低速域を形成すると共に、該低速気流中で燃焼フレームを適正に保持して燃焼を安定化させるために、例えば耐熱合金製のバーナディフューザーコーンが装着されているのが通例である。
【０００４】
このバーナディフューザコーンの一般的な構造を、図１に示す。同図に示すように、バーナディフューザコーン１は、内筒２ａよび外筒２ｂによる二重筒状の直胴部２の先端に、リブ３を介して一体化した構造が一般的である。バーナディフューザコーン１は、切頭円錐面状に拡開して成り、例えばボイラ本体に取り付けられ、直胴部２の内筒２ａ内に配置された燃料供給管（図示せず）から、ディフューザコーン１の拡開方向に向けて燃料がボイラ本体内に噴射されるとともに、同様に内筒２ａ内に配置されたエアノズルから燃焼用空気が供給される結果、ボイラ本体内での燃焼が行われる。
【０００５】
かような構成のディフューザコーン１は、その拡開面（表面）４が燃焼フレームからの強い輻射熱を受けるため、耐熱鋼や耐熱合金で形成され、また背面には直胴部２の内筒２ａおよび外筒２ｂ間の隙間から冷却用空気５を供給して、ディフューザコーン１の過熱を防ぐように工夫されている。
【０００６】
しかしながら、このような対策を考慮したディフューザコーンであっても、長期間の運転によってディフューザコーンが焼損したり、過熱および裏面からの空気冷却の不均衡に起因して発生する熱歪の影響による、変形などが発生するため、６ケ月〜１年程度の運転で、その交換を余儀なくされている。
【０００７】
かように、ボイラでの安定した燃焼や操業を実現するには、ディフューザコーンの寿命を延ばすことが有効であり、そのために、次に示す種々の改良や改善策が提案されている。
【０００８】
まず、ディフューザコーンの材質を耐熱性に優れるセラミックスに変更したり、金属製のディフューザコーンの表面にセラミックス板を張り付けるなど、セラミックスを利用した技術としては、特開平５−２６４１４号公報、実開昭５６−１３２４１７号公報、実開昭６１−１３１１２４号公報、実開昭６１−３４３１６号公報、実開昭６１−３４３１７号公報、実開昭６１−３４３１８号公報、実開昭６１−５８５３１号公報、実開昭６１−５８５３２号公報、実開昭６１−７４７２８号公報、実開昭６１−８４３１９号公報、実開昭６１−８９６２３号公報および実開平１−１５１０２６号公報などに開示のものがある。
【０００９】
また、ディフューザコーンの構造を改良する技術については、例えばディフューザコーンを中空状態にして冷却機能を向上させることによって、温度の低下と温度分布を均等化させるものとして、特開昭５８−９５１４４号公報および特開平７−１７４３１５号公報に開示の技術があり、また冷却用空気の過冷却による熱歪の発生を抑制するものとして、実開昭５８−９５１４４号公報、特開平６−１４７１８号公報、特開平９−２１０３１３号公報および特開平９−２９６９１５号公報などに提案の技術が知られている。
【００１０】
さらに、セラミックス製ディフューザコーンに関して、熱歪の発生を最小限に抑えるため、円錐状のコーンを複数個に分割することが、実開昭６１−３４３１７号、実開昭６１−７４７２８号および特開昭６１−５８５３１号各公報などに開示があり、このような技術は、金属製のディフューザコーンに対しても古くから採用されている。
【００１１】
しかしながら、前記のセラミックス製ディフューザコーンは、耐熱性に優れるものの熱歪の影響を受けて破損するなどの不利がある。また、構造を改善した金属製のディフューザコーンは、寿命が多少延びるものの、なお耐久性に乏しい状況にあり、さらなる改良、改善の必要性に迫られていた。
【００１２】
特に、硫黄やバナジウムなどの腐食性成分を含む重質油を燃焼する環境では、非常に輻射熱が強い上、バーナディフューザコーンの表面に、油滴が付着して燃焼し、局部的にさらに過熱するとともに、油滴中に含まれている腐食成分による高温侵食作用が激しいため、従来技術に係るバーナディフューザコーンでは極めて短命であり、早急な対策の確立が求められている。
【００１３】
また、従来、ガスタービンの如き高温被曝部材（例えば、燃焼器内筒、動静翼など）に、熱遮蔽コーティングを施す例がある。例えば、特許第２７１００７５号公報、特開２０００−１４４３６５号公報には、耐熱合金としてＭＣｒＡｌＸ合金と呼ばれる皮膜をアンダーコートとして施工した後、その上にＹ２Ｏ３を添加したＺｒＯ２系セラミックス皮膜を形成して、高温の環境から基材の被曝を抑制しようとする技術を提案している。
【００１４】
しかし、このような熱遮蔽コーティングは、ガスタービン用として開発された経緯があるため、ガスタービン燃料として汎用されている灯油、軽質油、天然ガスなどの良質な燃料ガス中では比較的良好な熱遮蔽性と耐久性を示す。しかしながら、ＶやＳなどの腐食性化合物を多く含む重質油の燃焼ガス雰囲気中では、その寿命が著しく短くなるという欠点があった。このため、ガスタービン用として開発された従来の上記熱遮蔽コーティングをそのまま適用できないのが実情である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来の耐熱金属製ディフューザコーンが抱えている上述した技術的課題、すなわち、バーナ使用環境下でも、過熱による熱変形や亀裂を発生したり、また耐熱性不足に起因する焼損現象の顕在化などによって、燃料の良好な燃焼条件が維持されないという問題点を解消し、とくにＶやＳなどの腐食性化合物を含む重質油の燃焼ガス雰囲気中での耐久性に優れるバーナディフューザコーンを提供すること、ならびにこのバーナディフューザコーンのボイラ炉内の取付け治具への有利な取付け方法を提案することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記の従来技術の問題点を、主に形状を工夫することによって改善するものである。すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
（１）円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周縁を始端として円錐の頂点に向って円錐面の母線上で延びて該母線の途上を終端とするスリットを、周方向に間隔を置いて複数本配置し、各スリットの終端にスリット幅より大径でバーナディフューザコーンを貫通する終端孔を設けてなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
【００１７】
（２）円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周部の一部を切除してなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
【００１８】
（３）円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周部から円錐面の母線中央部までの領域に、複数個の貫通孔を設けてなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
【００１９】
（４）円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周縁を始端として円錐の頂点に向って円錐面の母線上で延びて該母線の途上を終端とするスリットを、周方向に間隔を置いて複数本配置し、各スリットの終端にスリット幅より大径でバーナディフューザコーンを貫通する終端孔を設けるとともに、拡開面の外周部の一部を切除してなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
【００２０】
（５）円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周縁を始端として円錐の頂点に向って円錐面の母線上で延びて該母線の途上を終端とするスリットを、周方向に間隔を置いて複数本配置し、各スリットの終端にスリット幅より大径でバーナディフューザコーンを貫通する終端孔を設けるとともに、スリットとスリットとの間に少なくとも１個の貫通孔を設けてなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
【００２１】
（６）円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周部から円錐面の母線中央部までの領域に、複数個の貫通孔を設けるとともに、円錐面の外周部の一部を切除してなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
【００２２】
（７）円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周縁を始端として円錐の頂点に向って円錐面の母線上で延びて該母線の途上を終端とするスリットを、周方向に間隔を置いて複数本配置し、各スリットの終端にスリット幅より大径でバーナディフューザコーンを貫通する終端孔を設けるとともに、スリットとスリットとの間に少なくとも１個の貫通孔を設け、さらに円錐面の外周部の一部を切除してなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
【００２３】
（８）スリットは、幅が１〜１０ｍｍおよび長さが円錐母線長の４０％以上であり、このスリットの６〜１２本を外周縁の円周等分位置または不等分位置に配置したことを特徴とする前記（１）、（４）、（５）または（７）に記載のバーナディフューザコーン。
【００２４】
（９）終端孔の径はスリット幅の２〜５倍であることを特徴とする前記（１）、（４）、（５）または（７）に記載のバーナディフューザコーン。
【００２５】
（１０）貫通孔は径が３〜４０ｍｍであり、この貫通孔の６〜２０個を等間隔または不等間隔に配置したことを特徴とする前記（３）、（５）または（７）に記載のバーナディフューザコーン。
【００２６】
（１１）耐熱金属からなることを特徴とする前記（１）ないし（１０）のいずれかに記載のバーナディフューザコーン。
【００２７】
本発明のバーナディフューザコーンは、前記円錐面とその外周端部側面に、酸素含有量が０．５ ｍａｓｓ％未満である耐熱合金溶射皮膜からなる厚み５０〜５００μｍのアンダーコート、およびそのアンダーコートの上に５０〜８００μｍの厚みで設けたＺｒＯ２系セラミックス溶射皮膜のトップコートとからなる複合皮膜を形成することが好ましい。
【００２８】
また、本発明は、上述したバーナディフューザコーンを、ボイラ炉内に設けた耐熱鋼製取付け治具に取付けるに際し、該ディフューザコーンの円錐面外周端部と前記取付け治具の円形枠内周面との間に、冷却空気供給用間隙を介在させることを特徴とするのバーナディフューザコーンのボイラ炉内への取付け方法を提案する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るバーナディフューザコーンについて、図面を参照して詳しく説明する。
まず、図２に示すバーナディフューザコーン１は、その拡開面４の外周縁４ａを始端として円錐の頂点Ｏに向って円錐面の母線上で延びて該母線の途上を終端とする、スリット６を、周方向に間隔を置いて複数本、図示例で８本有し、各スリット６の終端にはスリット幅より大径でバーナディフューザコーン１を貫通する終端孔７を設けて成る。以下、この図２に示す形状のバーナディフューザコーンをＡ型という。
【００３０】
このＡ型のバーナディフュザコーンは、ボイラの運転中、すなわち燃料の燃焼環境下において、次に示す作用効果を発揮する。
一般に、燃料の燃焼環境下において受ける熱負荷の大部分は、輻射熱によるものであり、とくに、燃焼開始時やボイラ運転停止時や、ボイラの運転負荷の変動時などでは、該ディフュザコーンの受ける熱負荷は不均等になり易い。従って、ディフュザコーンの裏面から冷却用空気５（図１参照）を均等に送っていたとしても、結果的には冷却が不均等になりやすい。このため、ディフュザコーンが局部的に過熱されて焼損したり、大きく変形してディフュザコーン本来の機能が保持できなくなる結果、適切な燃焼が実現されないという事態に陥ることがある。
【００３１】
この点、本発明のディフューザコーンは、前記の熱変形をスリット６を設けて吸収させることにより、その熱変形を局部的に限定させて、他に波及しないようにし、他の正常な拡開面４の部分に影響が及ばないという作用効果を有する。
【００３２】
また、スリット６を介して、ディフューザコーンの裏面から送風される冷却空気の一部が、表面に漏洩することによって、ディフューザコーンの冷却が拡開面４側からも可能になるため、局部的過熱による変形の発生に対して、大きな抑制効果を発揮する。
【００３３】
さらに、スリット６の先端に設けた円形の終端孔７は、ディフュザコーンの一部が過熱によって変形した際、熱変形時の応力集中を緩和して、スリット６の先端が割れや亀裂の発生起点となって伝播するのを抑制する作用を有する。
【００３４】
ここで、各スリット６は、幅が１〜１０ｍｍおよび長さが円錐母線長の４０％以上であり、このスリットの６〜１２本を外周縁の円周等分位置または不等分位置に配置することが好ましい。なお、円錐母線長とは、拡開面を規定する円錐の母線上における、拡開面４の外周縁４ａから内周円の端部ｄまでの長さを意味する。
【００３５】
すなわち、スリット６の幅は、バーナディフューザコーンの拡開面積の大きさによって、決定することが望ましい。本発明が対象とする蒸気発生量３００ ｔ／ｈ〜１５００ ｔ／ｈ性能の火力発電用ボイラでは、スリット幅１０ ｍｍ以上では、裏面から漏洩する冷却漏洩量が過大となって、燃焼フレームの安定性を阻害する。また、スリット幅１ｍｍ以下では、冷却空気量が少なくなるほか、機械加工が困難となるなどの問題点がある。このような理由から、１〜１０ ｍｍにすることが有利である。
【００３６】
同様に、スリット６の長さも、バーナディフューザコーンの拡開面積の大きさによって、決定することが望ましいが、スリットの長さを８０ ｍｍ以上とすると、拡開面部の構造強度を低下させて、機械的な損傷を促し、また、４０ ％より短くすると、局部過熱による拡開面の変形防止効果が少なくなる。この理由から、円錐母線長の４０％以上、より好ましくは５０〜８０％とする。
【００３７】
さらに、スリット６は、バーナディフューザコーンの拡開面積の大きさによって、決定することが望まし。スリット数が６本以下では、局部過熱による拡開面の変形部が大きくなって、燃焼フレームの安定性を損う。また、１２本以上では、スリットの機械加工費の増加に見合うほどの効果が認められず経済的に得策でない。この理由から、６〜１２本を外周縁の円周等分位置または不等分位置に配置することが好ましい。
【００３８】
また、終端孔７は、バーナディフューザコーンの局部過熱による拡開面の熱変形に伴うスリット端部からの亀裂の発生を防ぐことを目的としているため、終端孔の直径がスリット幅では、その効果に乏しく、また、５倍以上の大きさにしても、その効果が増加することがない。この理由から、スリット幅の２〜５倍とすることが好ましい。
以上のスリットおよび終端孔に関する好適範囲から、ディフューザコーンの材質、燃料の種類および運転中の熱負荷の高低などによって、各設定値を適宜決定すればよい。
【００３９】
図３に示すバーナディフューザコーン１は、拡開面４の外周部の一部を切除してなるものである。すなわち、図示例は、拡開面４の円周状外周部の中心点ｃを挟む対称位置をそれぞれ部分的に切除し、当該部分をそれぞれ弦８とした形状を有する。以下、この図３に示す形状のバーナディフューザコーンをＢ型という。
【００４０】
このような構造のＢ型のバーナディフューザコーンは、ディフュザコーンの運転中に受ける熱負荷が不均等になるのを回避することができるものである。すなわち、Ｂ型のバーナディフューザコーンは、特にディフューザコーンの拡開面外周部の円弧部分を切除し、この切除部から多くの冷却用空気を拡開面の表面に流し込むことを所期したものである。この冷却用空気の導入強化によって、ディフューザコーンの冷却効果が向上して、過熱による焼損防止をはじめ、燃焼ガスや燃焼灰による腐食作用を緩和することができる。
【００４１】
ここで、ディフュザコーンの拡開面外周部において切除する部分は、外周縁部４と拡開面の頂点（中心）Ｃ点を結んで得られる円錐面の半径を基準にし、切除部との最短距離が半径の５〜３０ ％とすることが好ましい。なぜなら、５％より少ない場合は、切除の効果に乏しく、また、３０ ％より大きくするとディフュザコーンとしての機能を消失するからである。
【００４２】
図４に示すバーナディフューザコーン１は、拡開面４の外周部から円錐面の母線中央部までの領域の任意位置に、複数個の貫通孔９を設けて成るものである。以下、この図４に示す形状のバーナディフューザコーンをＣ型という。
【００４３】
かような構造のＣ型のバーナディフューザコーンは、所定領域に設けた多数の貫通孔９を通して、冷却用の空気５がディフューザコーンの裏面から表面へ流出して、ディフュザコーンの冷却と燃焼ガス中の腐食成分（例えばＳＯ２、ＳＯ３、Ｈ２Ｓ 、ＣＯＳなど）や燃焼灰中の腐食成分（例えばバナジウム、ナトリウム、硫黄などの化合物など）の付着を防止したり、腐食作用を緩和させる作用を発揮する。
【００４４】
ここで、貫通孔は径が３〜４０ ｍｍであり、この貫通孔の６〜２０個を等間隔または不等間隔に配置することが好ましい。
すなわち、貫通孔の径は、３ ｍｍより小さくすると、冷却空気の流通が少なく、また、４０ ｍｍより大きくすると、冷却空気の流入が過大となって、燃焼フレームの安定性を損うからである。この理由から、３〜４０ ｍｍとする。
【００４５】
また、貫通孔の設置数は、６個より少なくすると、バーナディフュザコーン全体を適度にまた平均して冷却したり、燃焼フレームの安定性を向上させることができないおそれがある。この理由から、６〜２０個とする。
この場合も、前記貫通孔に関する好適範囲から、ディフューザコーンの材質、燃料の種類および運転中の熱負荷の高低などによって、各設定値を適宜決定すればよい。
【００４６】
図５に示すバーナディフューザコーン１は、前記のＡ型とＢ型とを複合したものであり、前記したＡ型およびＢ型のバーナディフューザコーン１の作用を併せ持つ。以下、この図５に示す形状のバーナディフューザコーンをＡ＋Ｂ型という。なお、スリット６および終端孔７、そして弦８については、前記Ａ型およびＢ型の場合と同様である。
【００４７】
図６に示すバーナディフューザコーンは、前記のＡ型とＣ型とを複合したものである。すなわち、スリット６と隣り合う、他のスリット６との間に少なくとも１個の貫通孔９を設けてなり、前記したＡ型およびＣ型のバーナディフューザコーン１の作用を併せ持つ。この場合は、スリット６とスリット６と間に少なくとも１つの貫通孔９を配置すればよい。以下、この図６に示す形状のバーナディフューザコーンをＡ＋Ｃ型という。なお、スリット６および終端孔７、そして弦８については、前記Ａ型およびＣ型の場合と同様である。
【００４８】
図７に示すバーナディフューザコーンは、前記のＢ型とＣ型とを複合したものであり、前記したＢ型およびＣ型のバーナディフューザコーン１の作用を併せ持つ。以下、この図６に示す形状のバーナディフューザコーンをＢ＋Ｃ型という。なお、弦８および貫通孔９については、前記Ｂ型およびＣ型の場合と同様である。
【００４９】
図８に示すバーナディフューザコーンは、前記のＡ型とＢ型とＣ型とを複合したものであり、前記したＡ型、Ｂ型およびＣ型のバーナディフューザコーン１の作用を併せ持つ。以下、この図８に示す形状のバーナディフューザコーンをＡ＋Ｂ＋Ｃ型という。なお、スリット６および終端孔７、弦８、そして貫通孔９については、前記Ａ型、Ｂ型およびＣ型の場合と同様である。
【００５０】
本発明のディフュザコーンの材質は、ＪＩＳ Ｇ５１２１およびＪＩＳ Ｇ５１２２に規定されているステンレス鋳鋼や耐熱鋳鋼をはじめ、Ｃｏ基合金（例えば２３ ｍａｓｓ％Ｎｉ−１８ ｍａｓｓ％Ｔｉ−１．１ ｍａｓｓ％Ｚｒ−残Ｃｏ）あるいはＮｉ基合金（例えば１９ｍａｓｓ％Ｃ−１８ ｍａｓｓ％Ｆｅ−５ｍａｓｓ％Ｎｂ−３ ｍａｓｓ％Ｍｏ−残Ｎｉ）などが好適であり、またディフュザコーンの拡開面に対しては、耐熱性、耐酸化性を有する溶射皮膜やＰＶＤ皮膜、ＣＶＤ皮膜または金属拡散処理皮膜などを施工することが好ましく、これらの処理は何ら制約を受けることなく実施できる。
【００５１】
上述した形状を有するバーナディフュザコーンの円錐面の表面に対し、本発明では、溶射法によって、アンダーコートとしてＭＣｒＡｌＸ合金を好適例とする耐熱合金の溶射皮膜を５０〜５００ μｍの厚みに形成し、さらにそのアンダーコートの上に、トップコートとしてＹ２Ｏ３、ＣａＯ、ＣｅＯ２、ＭｇＯ、Ｙｂ２Ｏ３などの酸化物の１種以上を５〜３５ ｍａｓｓ％添加してなるＺｒＯ２系セラミックスの溶射皮膜を５０〜８００μｍの厚みに形成してなる複合皮膜にて被覆することが望ましい。
【００５２】
発明者らの研究によると、ＭＣｒＡｌＸ合金溶射皮膜のアンダーコートと、ＺｒＯ２系セラミックス溶射皮膜のトップコートとからなる複合皮膜は、しばしばその界面において剥離し、熱遮蔽特性が低下していることがわかった。その原因を追求した結果、アンダーコートとして施工したＭＣｒＡｌＸ合金溶射皮膜中に含まれている酸素量が大きな影響を及ぼしていることが判明したので、これを規制することとした。
【００５３】
すなわち、本発明においては、大気プラズマ溶射法などによって成膜されたＭＣｒＡｌＸ合金の溶射皮膜中には、空気によってＣｒ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｙなどの金属が酸化して存在し、特にＣｒ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＣｏＯなどの酸化物がトップコートのＺｒＯ２系セラミックス皮膜との接合力を著しく低下させていることを発見した。
このため、本発明では、アンダーコートとする耐熱合金溶射皮膜中の酸素量を０．５ ｍａｓｓ％以下に制御することにした。これによって、高温環境下において、アンダーコート溶射皮膜の表面には、緻密なＡｌ２Ｏ３膜が生成し、該アンダーコートとの密着性に優れたものになるとともに、ＺｒＯ２系セラミックス皮膜との接合性にも良好な特性を発揮するようになる。
【００５４】
なお、アンダーコートとなるＭＣｒＡｌＸ合金溶射皮膜中の酸素量が０．５ ｍａｓｓ％より多いと、アンダーコートの表面に形成するＡｌ２Ｏ３の皮膜が不連続となったり、緻密性が失われるほか、耐熱性に劣るＣｒ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＣｏＯなどの酸化物が共存しているため、トップコートであるＺｒＯ２系セラミックス溶射皮膜との接合力が低下し、トップコートのみが剥離しやくなって、バーナディフュザコーンの保護作用が消失する。
【００５５】
なお、ボイラ運転中のバーナディフュザコーンは、燃焼炎からの強い輻射熱に曝露されることから、該バーナディフュザコーンの円錐状拡開面に対しては、酸素含有量を制御して、耐高温酸化性と密着性に優れた耐熱合金のアンダーコートを溶射法によって形成すると同時に、その上にＺｒＯ２系セラミックスの溶射皮膜を積層した複合皮膜を形成して、バーナディフュザコーンの耐熱性を向上させることは望ましいことである。
【００５６】
本発明において、酸素量が０．５ ｍａｓｓ％未満であるＭＣｒＡｌＸ合金のアンダーコートの施工は、減圧プラズマ溶射法を適用することが好適であるが、高速フレーム溶射法によっても、熱源中を飛行する溶射粒子（ＭＣｒＡｌＸ合金）の速度を３００ ｍ／ｓ以上に制御すれば施工することが可能である。一方、以上のようなＭＣｒＡｌＸ合金のアンダーコートの膜厚は、５０〜５００ μｍが好適であり、５０μｍよりも薄い場合にはデイフューザコーンの保護が十分でなく、また、５００ μｍよりも厚くしても格別その効果が認められないので、経済的でない。
【００５７】
さらに、ＺｒＯ２系セラミックスのトップコートの膜厚は、１００〜８００ μｍの範囲が適し、５０ μｍより薄膜では輻射炎による遮熱効果が十分でなく、８００ μｍより厚くするとセラミック皮膜自体の機械的強度が低下するので好ましいものではない。
【００５８】
本発明において、さらに好ましい条件としては、トップコートの気孔率を４〜２０ ％に制御すべきである。トップコートの気孔は、断熱作用を示すため、表面からの強い燃焼炎の輻射熱に起因する熱の伝導を抑制して、アンダーコートと基材の温度の昇温を防ぐとともに、空気冷却されている基材の影響をトップコート表面に伝え難いため、ここでは高温の環境が維持され、燃料の燃焼に好適な環境が構成されるからである。気孔率が４％以下では、上記の作用が弱く２０ ％より多い場合には、トップコートの機械的強度が弱くなる欠点がある。
【００５９】
以上のような要領でディフューザコーンの円錐面表面に施工したトップコートとしてのＺｒＯ２系溶射皮膜は、それ自体が多孔質であるうえ熱伝導率が低い（耐熱鋼が１０〜２０ Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対し、０．８〜１．２ Ｗ／ｍ・Ｋ）ため、裏面からの空気冷却効果を金属基材のみにとどめ、溶射皮膜の表面に及ばない環境をつくり出すことができる。このため、その下層の円錐表面では比較的高い温度環境が構成される結果、重質油の燃焼が効果的に持続され、ディフューザコーン本来の保炎作用にも十分な性能を発揮することができる。
なお、ＺｒＯ２系セラミックス溶射皮膜の形成は、大気プラズマ溶射法、減圧プラズマ溶射法が適し、高速フレーム溶射法は熱源温度が低いので、ＺｒＯ２粒子の溶融が十分でなく良好なトップコートの形成ができない。
【００６０】
次に、本発明においてはまた、上述した特徴を有するバーナディフューザコーンについて、これをボイラの燃焼室に取付けるに際しても工夫を試みた。それは、該バーナディフューザコーンの焼損対策を取付け環境の面からさらに強化することにある。図９は、本発明に係るバーナディフューザコーンを、ボイラ炉内に設けられた取付け治具に取付けた状態の正面図である。即ち、本発明に係る取付け方法というのは、該バーナディフューザコーン９１を取付け治具９０の中央部の円形枠９３内に配置し、該バーナディフューザコーン外周端部９２と耐熱金属製の取付け治具９０の円形枠９３との間に、スペーサ９４を介在させることによって、その両者が接触しないようにすると共に、冷却空気供給用間隙９５が設けられている。バーナディフューザコーン９１の円形枠９３との間に設けられた前記間隙９５は、ボイラ運転中（バーナが燃焼中）に冷却空気を供給するのに有効に作用し、バーナディフューザコーン９１の冷却を一層効果的なものにする。なお、この間隙９５は、バーナディフューザコーン９１の直胴部にリブを設けることによっても可能であり、こうした間隙９５の作り方については特に限定されるものではない。
【００６１】
以上説明したように、本発明の形状および加工を施工したディフューザコーンは、スリット、拡開面の一部切除、そして貫通孔の配設などの因子を適宜組合わせることによって、ディフューザコーンの損傷原因となっている局部過熱による焼損や熱変形の防止、冷却効果の向上に伴う金属面温度の低下による燃焼ガス成分や燃焼灰に起因する腐食損傷の防止などに効果を発揮して、良好な燃料の燃焼条件を長期間にわたって維持し、ボイラの安定した連続運転に寄与することができる。
【００６２】
【実施例】
実施例１
蒸発量１１００ｔ／ｈ、過熱蒸気温度５６０ ℃の大型発電用ボイラのバーナディフュザコーンとして、本発明に係わる形状になるものと従来形状に係るものとを、約１年間（７０００時間）にわたって連続運転に供して、その耐久性を比較した。ここで、本発明に係るディフュザコーンとしては、先に示したＡ型（図２）、Ｃ型（図３）およびＡ＋Ｂ型（図４）であり、従来形状のものは図１に示したものである。ディフュザコーンの材質は、全て５０ ｍａｓｓ％Ｎｉ−４９ ｍａｓｓ％Ｃｒ−１ｍａｓｓ％Ｎｂ合金とした。
【００６３】
また、燃料は硫黄：１．５ 〜２．５ ｍａｓｓ％およびＶ：５０〜１００ ｍａｓｓ ｐｐｍを含む重質油であり、ディフューザコーンが配列されているボイラの火炉燃焼室における燃焼雰囲気は低空気燃焼が行なわれる環境下とした。
【００６４】
以上のような環境下で約１年間連続運転に供されたディフューザコーンの外観を調査した結果、従来のディフューザコーン（図１）は、その内、外周部分が高温酸化と過熱による焼損によって殆んど消耗し、初期の円錐形状は全く維持されていなかった。
【００６５】
これに対し、本発明の技術に係るバーナディフューザコーンは、円錐の外周部が僅かに消耗しているものの全体としての形状はほぼ完全に維持されており、さらに長時間にわたって使用可能であることが判明した。
【００６６】
実施例２
前記実施例１記載の性能を有する火力発電用ボイラのバーナディフューザコーンとして、本発明に係る形状をしたもの、および従来の形状のものを約１年間（６８００時間）にわたって連続運転に供して、その耐久性を比較した。
【００６７】
ここで、本発明に係るディフュザコーンの形状は、Ａ型（図２）、Ａ＋Ｃ型（図６）およびＢ＋Ｃ型（図７）であり、また従来型のディフューザコーンは、図１に示したものである。ディフュザコーンの材質は、全てＪＩＳ Ｇ５１２２規定のＳＣＨ２２に相当する耐熱鋼とした。また、燃料は、硫黄：１．２ 〜１．８ ｍａｓｓ％およびＶ：４０〜１２０ ｍａｓｓ ｐｐｍを含む重質油であり、ボイラ内環境は実施例１と同様である。
【００６８】
以上のような条件で約１年間使用されたディフューザコーンの外観状況を観察した結果、従来型のバーナディフューザは、円錐形状部の大部分が、焼損してバーナディフュザコーンとしての作用機能を消失した状態にあったが、本発明のバーナディフュザコーンは、円錐形状の外周部のみ若干の損耗が認められる程度であり、熱的な変形もほとんど認められなかった。
【００６９】
実施例３
この実施例では、蒸発量８００ ｔ／ｈ、過熱器出口蒸気温度５６１ ℃の火力発電用ボイラのバーナディフューザコーンとして、本発明に係るＡ＋Ｂ型（図５）およびＢ＋Ｃ型（図７）を用い、それぞれの拡開面（表面）に対し、溶射法によって次の（ｉ）および（ｉｉ）に示す耐熱合金皮膜および耐熱セラミックス皮膜を、それぞれ３００ μｍの厚さで形成した。
（ｉ）３２ ｍａｓｓ％Ｎｉ−２１ ｍａｓｓ％Ｃｒ、８ ｍａｓｓ％Ａｌ−０．５ ｍａｓｓ％Ｙ−残部Ｃｏ
（ｉｉ）前記（ｉ）の合金を１８０ μｍ 施工した上に、８ｍａｓｓ％Ｙ２Ｏ３−９２ ｍａｓｓ％ＺｒＯ２を３００ μｍ 厚に施工
【００７０】
また、ボイラの燃料は、硫黄０．８ 〜１．５ ｍａｓｓ％およびＶ：２０〜３０ ｍａｓｓ ｐｐｍ を含む重質油であり、ボイラ内環境は実施例１と同様である。
【００７１】
以上のような条件で約１年間使用されたディフューザコーンの外観状況を観察した結果、本発明のバーナディフューザコーンに、耐熱合金皮膜や、その上に耐熱性セラミックスを複合積層したものは、その外周部においても殆んど損傷が認められず健全な状態を維持していた。
【００７２】
実施例４
この実施例では、 幅５０ ｍｍ×長さ１００ ｍｍ×厚さ５ ｍｍのステンレス製テストピースの片面に、溶射法によって下記耐熱合金の溶射皮膜をアンダーコートとして形成するのに際し、該溶射皮膜中に含まれる酸素量を０．０４〜１．２ ｍａｓｓ％の範囲に変化させてなるアンダーコートを、１００ μｍ厚に施工した。なお、このアンダーコート中の酸素含有量は、減圧プラズマ溶射法を０．０４〜１．２ ｍａｓｓ％、高速フレーム溶射法０．１２〜０．５ ｍａｓｓ％、大気プラズマ溶射法０．０８〜１．２ ｍａｓｓ％のように溶射法とその溶射条件を変化させて行った。
【００７３】
▲１▼耐熱合金の化学組成とトップコートの形成
３２ ｍａｓｓ％Ｎｉ−２１ ｍａｓｓ％Ｃｒ−８ｍａｓｓ％Ａｌ−０．５ ｍａｓｓ％Ｙ一残りＣｏ（数字はｍａｓｓ％）
上記アンダーコートに８ ｍａｓｓ％Ｙ２Ｏ３−９２ ｍａｓｓ％ＺｒＯ２を３００μｍ厚、大気プラズマ溶射法によってトップコートを形成した。
▲２▼熱衝撃試験条件
上記複合皮膜で被覆した試験片を１０００ ℃に調整した電気炉に１５分間装入し、その後直ちに、２５ ℃の水中に投入する操作を１サイクルとし、計２０回連続して行ないトップコート（ＺｒＯ２系セラミックス皮膜）の剥離状況を観察した。
▲３▼試験結果
試験結果をアンダーコートの酸素含有量を基準として要約すると、下記表１のような結果が得られ、酸素量０．５ ｍａｓｓ％以下のアンダーコートは、優れた耐熱衝撃性能を示し、２０サイクルの試験後もトップコート（ＺｒＯ２系セラミックス皮膜）の剥離は認められなかった。
【００７４】
【表１】
実施例５
この実施例では、蒸発量８００ ｔ／ｈ過熱器出口蒸気温度５６１ ℃の火力発電用ボイラのバーナディフューザコーンとして、本発明に係る図２に示したＢ型とＤ型を用い、それぞれの円錐部の開放面に対し、溶射法によって表２に示すような酸素含有量の異なる耐熱合金皮膜のアンダーコートとＺｒＯ２系セラミックス皮膜のトップコートからなる複合皮膜を形成した。
【００７６】
（１）耐熱合金の化学組成とその酸素含有量
３２ ｍａｓｓ％Ｎｉ・２１ ｍａｓｓ％Ｃｒ・８ ｍａｓｓ％Ａｌ・０．５ ｍａｓｓ％Ｙ残りＣｏ（ｍａｓｓ％）
【００７７】
【表２】
（２）ＺｒＯ２系セラミックス皮膜組成と厚さ
０．８ ｍａｓｓ％Ｙ２Ｏ３・９２ ｍａｓｓ％ＺｒＯ２（ｍａｓｓ） 膜厚 ３００ μｍ
このボイラの燃料は、硫黄０．８〜１．５ ｍａｓｓ％、Ｖ：２０〜３０ ｐｐｍであり、従来型のバーナディフューザコーン（図１）では４カ月〜６カ月の運転で、円錐部が消失していたものである。本発明のバーナディフューザコーンは、表３に示すように１年間連続使用した後でも、いずれのバーナディフューザコーンは健全な形状を維持し、さらに長時間の使用が可能であることがうかがえる。
しかも、円錐面の溶射皮膜の外観には明らかな差異がみとめられた。すなわち、本発明に係る試験Ｎｏ．１、２、４、５の皮膜はトップコートのＺｒＯ２系セラミックス皮膜の剥離は全く認められないのに対し、試験Ｎｏ．３、６では、トップコートの剥離が２０〜３０ ％（面積比）認められ、アンダーコートの耐熱合金皮膜が露出するとともに、燃料灰が多量に付着し、高温腐食損傷の発生が随所に認められた。
【００７９】
【表３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るバーナディフューザコーンは、拡開面の形状等を改良すること、ならびにボイラ取付け治具への間隙を介在させた取付け方法の工夫などにより、特に過酷な重質油系燃料の燃焼環境においても、ディフューザコーンの過熱による変形焼損などを、長期間にわたって防止することができる。
このことは、円錐面の酸素含有量を０．５ ％未満の耐熱合金のアンダーコート溶射皮膜と、その上に耐熱遮蔽性に優れたＺｒＯ２系セラミックスのトップコート溶射皮膜とを、溶射法によって形成させ、円錐面の保温効果を向上させて、燃料の燃焼効率をその長期安定性を確保することとした点も併せて、本発明の効果をより一層顕著なものとしている。
従って、本発明に係るバーナディフューザコーンを、例えば火力発電用ボイラに配設した場合、該ボイラの燃焼環境を運転初期の良好な燃焼雰囲気に長期間にわたって維持することが可能であり、ボイラの安定運転および燃焼排ガスに起因する環境汚染の抑制に対して大きな効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のバーナディフューザコーンを示す斜視図である。
【図２】本発明のバーナディフューザコーンの形状を示す図である。
【図３】本発明のバーナディフューザコーンの形状を示す図である。
【図４】本発明のバーナディフューザコーンの形状を示す図である。
【図５】本発明のバーナディフューザコーンの形状を示す図である。
【図６】本発明のバーナディフューザコーンの形状を示す図である。
【図７】本発明のバーナディフューザコーンの形状を示す図である。
【図８】本発明のバーナディフューザコーンの形状を示す図である。
【図９】ボイラ炉内にバーナディフューザコーンを取付けたもようを示す正面図である。
【符号の説明】
１ バーナディフューザコーン
２ 直胴部
２ａ 内筒
２ｂ 外筒
３ リブ３
４ 拡開面
５ 冷却用空気
６ スリット
７ 終端孔
８ 弦
９ 貫通孔
９１ バーナディフューザコーン
９２ バーナディフューザコーン外周端部
９３ 取付け治具の円形枠
９４ スペーサ
９５ 間隙
Claims (12)
- 円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周縁を始端として円錐の頂点に向って円錐面の母線上で延びて該母線の途上を終端とするスリットを、周方向に間隔を置いて複数本配置し、各スリットの終端にスリット幅より大径でバーナディフューザコーンを貫通する終端孔を設けてなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
- 円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周部の一部を切除してなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
- 円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周部から円錐面の母線中央部までの領域に、複数個の貫通孔を設けてなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
- 円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周縁を始端として円錐の頂点に向って円錐面の母線上で延びて該母線の途上を終端とするスリットを、周方向に間隔を置いて複数本配置し、各スリットの終端にスリット幅より大径でバーナディフューザコーンを貫通する終端孔を設けるとともに、拡開面の外周部の一部を切除してなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
- 円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周縁を始端として円錐の頂点に向って円錐面の母線上で延びて該母線の途上を終端とするスリットを、周方向に間隔を置いて複数本配置し、各スリットの終端にスリット幅より大径でバーナディフューザコーンを貫通する終端孔を設けるとともに、スリットとスリットとの間に少なくとも１個の貫通孔を設けてなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
- 円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周部から円錐面の母線中央部までの領域に、複数個の貫通孔を設けるとともに、円錐面の外周部の一部を切除してなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
- 円錐面状の拡開面を有するバーナディフューザコーンにおいて、該拡開面の外周縁を始端として円錐の頂点に向って円錐面の母線上で延びて該母線の途上を終端とするスリットを、周方向に間隔を置いて複数本配置し、各スリットの終端にスリット幅より大径でバーナディフューザコーンを貫通する終端孔を設けるとともに、スリットとスリットとの間に少なくとも１個の貫通孔を設け、さらに円錐面の外周部の一部を切除してなることを特徴とするバーナディフューザコーン。
- スリットは、幅が１〜１０ｍｍおよび長さが円錐母線長の４０％以上であり、このスリットの６〜１２本を外周縁の円周等分位置または不等分位置に配置したことを特徴とする請求項１、４、５または７に記載のバーナディフューザコーン。
- 終端孔の径はスリット幅の２〜５倍であることを特徴とする請求項１、４、５または７に記載のバーナディフューザコーン。
- 貫通孔は径が３〜４０ｍｍであり、この貫通孔の６〜２０個を等間隔または不等間隔に配置したことを特徴とする請求項３、５または７に記載のバーナディフューザコーン。
- 前記円錐面とその外周端部側面に、酸素含有量が０．５ ｍａｓｓ％未満である耐熱合金溶射皮膜からなる厚み５０〜５００μｍのアンダーコート、およびそのアンダーコートの上に５０〜８００μｍの厚みで設けたＺｒＯ２系セラミックス溶射皮膜のトップコートとからなる複合皮膜を形成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のバーナディフューザコーン。
- 請求項１〜１１いずれか１項に記載のバーナディフューザコーンを、ボイラ炉内に設けた耐熱鋼製取付け治具に取付けるに際し、該ディフューザコーンの円錐面外周端部と前記取付け治具の円形枠内周面との間に、冷却空気供給用間隙を介在させることを特徴とするのバーナディフューザコーンのボイラ炉内への取付け方法。
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|---|---|---|---|
| JP2002308841A JP2004144379A (ja) | 2002-10-23 | 2002-10-23 | バーナディフューザコーンおよびそれのボイラ炉内への取付け方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002308841A JP2004144379A (ja) | 2002-10-23 | 2002-10-23 | バーナディフューザコーンおよびそれのボイラ炉内への取付け方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004144379A true JP2004144379A (ja) | 2004-05-20 |
Family
ID=32454872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002308841A Pending JP2004144379A (ja) | 2002-10-23 | 2002-10-23 | バーナディフューザコーンおよびそれのボイラ炉内への取付け方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004144379A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008145006A (ja) * | 2006-12-07 | 2008-06-26 | Ihi Corp | 微粉炭燃焼用バーナ |
| EP2359065A2 (de) * | 2008-12-12 | 2011-08-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Brennstofflanze für einen brenner |
-
2002
- 2002-10-23 JP JP2002308841A patent/JP2004144379A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008145006A (ja) * | 2006-12-07 | 2008-06-26 | Ihi Corp | 微粉炭燃焼用バーナ |
| EP2359065A2 (de) * | 2008-12-12 | 2011-08-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Brennstofflanze für einen brenner |
| CN102265091A (zh) * | 2008-12-12 | 2011-11-30 | 西门子公司 | 用于燃烧器的燃料喷管 |
| JP2012511687A (ja) * | 2008-12-12 | 2012-05-24 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | バーナ用燃料ランス |
| CN102265091B (zh) * | 2008-12-12 | 2014-04-09 | 西门子公司 | 用于燃烧器的燃料喷管 |
| US8973367B2 (en) | 2008-12-12 | 2015-03-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Fuel lance for A burner |
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