JP2005146409A - Adhesion-preventing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、付着防止方法に関するものであり、特に石炭灰や溶融ガラスが金属表面に付着するのを防止する灰付着防止方法に関するものである。 The present invention relates to an adhesion prevention method, and more particularly to an ash adhesion prevention method for preventing coal ash and molten glass from adhering to a metal surface.
表面に物質が付着するのを防止する方法としては、例えば、煉瓦等のコークス炉の炉壁にガラス層を形成して、炉壁に石炭灰等の灰が付着するのを防ぐ技術が特開平8−120276号公報(特許文献1)等に示されている。しかしながら、火力発電所等で用いるボイラ内に配置される蒸気管(ボイラ内蒸気管)のような金属材料の部材に石炭灰等の灰が付着するのを防止する技術については、従来より提案されていなかった。
したがって、ボイラ内蒸気管等のような金属材料からなる部材に石炭灰が付着した場合には、蒸気管の伝熱性が低下するため、短期間で定期的に石炭灰を除去する清掃を行わなくてはならず、メンテナンスが面倒であった。また、清掃中は、ボイラの運転を停止しなければならなかった。 Therefore, when coal ash adheres to a member made of a metal material such as a steam pipe in a boiler, the heat transfer performance of the steam pipe is lowered, so that cleaning for removing coal ash periodically is not performed in a short period of time. The maintenance was troublesome. During the cleaning, the boiler operation had to be stopped.
本発明の目的は、火力発電所等で用いるボイラ内蒸気管等のような金属材料からなる部材に石炭灰等の灰が付着するのを防止する付着防止方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an adhesion preventing method for preventing ash such as coal ash from adhering to a member made of a metal material such as a steam pipe in a boiler used in a thermal power plant or the like.
本発明の他の目的は、金属材料からなる部材に溶融ガラスが付着するのを防止する付着防止方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an adhesion preventing method for preventing molten glass from adhering to a member made of a metal material.
本発明の更に他の目的は、ボイラ内蒸気管に石炭灰等の灰が付着するのを防止できるボイラを提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a boiler that can prevent ash such as coal ash from adhering to the steam pipe in the boiler.
本発明の更に別の目的は、石炭灰や溶融ガラスが金属表面に付着するのを防止できるコーティング層を形成できる溶射用材料を提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a thermal spray material capable of forming a coating layer capable of preventing coal ash and molten glass from adhering to a metal surface.
本発明は、付着防止方法を改良の対象とする。本発明では、金属からなる部材(以下、単に金属部材という)の表面に、Cr:21〜25重量%、Mo:12〜14重量%、Fe:6重量%以下、W:1〜3重量%、Si:2〜9重量%を含有し、残部が実質的にNiからなるNi−Cr基合金によりコーティング層を形成して、金属部材に未燃炭素からなる灰が付着するのを防止する。また、Siの代わりにAl:2〜9重量%を用いることもできる。また、Siの代わりにSiとAlとの混合物:4〜9重量%を用いることもできる。なお、ここでいう「金属」とは、単体の金属及び合金の両方を含んでいる。また、「残部が実質的にNiからなる」とは、不可避不純物等の物質を除いた残部がNiからなるという意味である。 The present invention aims to improve the adhesion prevention method. In the present invention, Cr: 21 to 25 wt%, Mo: 12 to 14 wt%, Fe: 6 wt% or less, W: 1 to 3 wt% on the surface of a member made of metal (hereinafter simply referred to as a metal member) , Si: 2 to 9% by weight, and a coating layer is formed of a Ni—Cr-based alloy consisting essentially of Ni to prevent ash made of unburned carbon from adhering to the metal member. Further, Al: 2 to 9% by weight can be used instead of Si. Further, a mixture of Si and Al: 4 to 9% by weight can be used instead of Si. Here, “metal” includes both a single metal and an alloy. Further, “the balance is substantially made of Ni” means that the balance except for substances such as inevitable impurities is made of Ni.
また、上記組成のコーティング層を形成することにより、金属部材に溶融ガラスが付着するのを防止することができる。このような付着防止方法は、ガラス製造工程で用いる金型や金属製器具等への溶融ガラスの付着防止に適用することができる。 Moreover, it can prevent that a molten glass adheres to a metal member by forming the coating layer of the said composition. Such an adhesion preventing method can be applied to prevent adhesion of molten glass to a mold or a metal tool used in the glass manufacturing process.
本発明のように、Ni−Cr基合金でコーティング層を形成すると、金属部材表面に灰または溶融ガラスが付着するのを有効に防止することができる。これは、Ni−Cr基合金により、金属部材表面の酸化を防ぐことができるため、金属部材表面に凹凸ができにくくなり、灰または溶融ガラスの付着防止を図ることができるものと考えられる。Moは、Ni−Cr基合金に固溶して、基合金を強化して、高温強度を増すとともに、不動態特性を改善し、耐食性を向上させる役割を果たす。Feは、Ni−Cr基合金の地を安定化させるとともに不動態特性の改善効果があり、耐食性を改善する役割を果たす。Wは、Moと同様の効果があり、局部的耐腐食性を向上させる役割を果たしている。 When the coating layer is formed of a Ni—Cr based alloy as in the present invention, it is possible to effectively prevent ash or molten glass from adhering to the metal member surface. This is because the Ni-Cr-based alloy can prevent the oxidation of the surface of the metal member, so that the surface of the metal member becomes difficult to be uneven, and the adhesion of ash or molten glass can be prevented. Mo dissolves in the Ni—Cr base alloy, strengthens the base alloy, increases the high temperature strength, improves the passive characteristics, and plays a role of improving the corrosion resistance. Fe stabilizes the ground of the Ni—Cr base alloy and has an effect of improving the passive characteristics, and plays a role of improving the corrosion resistance. W has the same effect as Mo and plays the role of improving local corrosion resistance.
特に本発明では、Si及びAlの少なくとも一つを所定量加えるため、金属部材の耐酸化性を効果的に高めることができる。SiまたはAlの量が2重量%を下回ったり、SiとAlとの混合物の量が4重量%を下回ると、十分な耐酸化性を得ることができない。Si、Al及びSiとAlとの混合物の量がそれぞれ9重量%を上回るとコーティング層が脆弱化する。 In particular, in the present invention, since a predetermined amount of at least one of Si and Al is added, the oxidation resistance of the metal member can be effectively improved. If the amount of Si or Al is less than 2% by weight or the amount of the mixture of Si and Al is less than 4% by weight, sufficient oxidation resistance cannot be obtained. When the amount of Si, Al and the mixture of Si and Al exceeds 9% by weight, the coating layer becomes brittle.
本発明の付着防止方法は、種々の部材の付着防止に適用できる。例えば、火力発電所等で用いるボイラ内蒸気管からなる金属部材に、ボイラ内蒸気管を加熱するために石炭を燃焼して生じた石炭灰が付着するのを防止するのに用いることができる。本発明の付着防止方法では、コーティング層の伝熱性が比較的高いので、このようなボイラ内蒸気管からなる金属部材に用いた場合でも、コーティング層による伝熱性の低下を防ぐことができる。また、本発明の付着防止方法では、コーティング層の厚みを薄くしてもある程度の付着防止効果を得ることができるので、コーティング層の厚みを薄くできる。これによっても、コーティング層による伝熱性の低下を防ぐことができる。 The adhesion preventing method of the present invention can be applied to preventing adhesion of various members. For example, it can be used to prevent adhesion of coal ash generated by burning coal to heat the steam pipe in the boiler to a metal member composed of the steam pipe in the boiler used in a thermal power plant or the like. In the adhesion preventing method of the present invention, since the heat transfer property of the coating layer is relatively high, even when the coating layer is used for a metal member composed of the steam pipe in the boiler, a decrease in heat transfer property due to the coating layer can be prevented. Further, in the adhesion preventing method of the present invention, a certain degree of adhesion preventing effect can be obtained even if the thickness of the coating layer is reduced, so that the thickness of the coating layer can be reduced. This also prevents a decrease in heat conductivity due to the coating layer.
コーティング層は、種々の方法で形成することができる。特に金属部材に溶射することによりコーティング層を形成すれば、短時間で簡単且つ確実にコーティング層を形成することができる。 The coating layer can be formed by various methods. In particular, if the coating layer is formed by spraying a metal member, the coating layer can be formed easily and reliably in a short time.
コーティング層は、その表面を研磨して、平坦化するのが好ましい。このようにすれば、灰または溶融ガラスの付着を更に少なくできる。また、コーティング層の表面を研磨した後に、コーティング層の表面を加熱して、表面に酸化皮膜からなる保護層を形成すれば、この保護層によりコーティング層の腐食の進行を防ぐことができる。 The coating layer is preferably flattened by polishing its surface. In this way, adhesion of ash or molten glass can be further reduced. Further, if the surface of the coating layer is polished and then the surface of the coating layer is heated to form a protective layer made of an oxide film on the surface, this protective layer can prevent the coating layer from proceeding with corrosion.
本発明の付着防止方法を適用するボイラは、ボイラ内蒸気管を内部に配置し、ボイラ内蒸気管内に蒸気を発生させる。そして、ボイラ内蒸気管は、その表面に、Cr:21〜25重量%、Mo:12〜14重量%、Fe:6重量%以下、W:1〜3重量%、Si:2〜9重量%を含有し、残部が実質的にNiからなるNi−Cr基合金からなるコーティング層が形成されている。また、Siの代わりにAl:2〜9重量%を用いる。また、Siの代わりにSiとAlとの混合物:4〜9重量%を用いる。 The boiler to which the adhesion preventing method of the present invention is applied has a steam pipe in the boiler disposed therein, and generates steam in the steam pipe in the boiler. And the steam pipe in a boiler has Cr: 21-25 weight%, Mo: 12-14 weight%, Fe: 6 weight% or less, W: 1-3 weight%, Si: 2-9 weight% on the surface. The coating layer which consists of a Ni-Cr base alloy which consists of Ni and the remainder substantially consists of Ni is formed. Further, Al: 2 to 9% by weight is used instead of Si. Further, a mixture of Si and Al: 4 to 9% by weight is used instead of Si.
本発明の付着防止方法で用いるコーティング層の形成に用いる溶射用材料は、Cr:21〜25重量%、Mo:12〜14重量%、Fe:6重量%以下、W:1〜3重量%、Si:2〜9重量%を含有し、残部が実質的にNiからなるNi−Cr基合金からなる。また、Siの代わりにAl:2〜9重量%を用いる。また、Siの代わりにSiとAlとの混合物:4〜9重量%を用いる。溶射用材料は粉末でもよいし、線材でもよい。 The thermal spray material used for forming the coating layer used in the adhesion preventing method of the present invention is Cr: 21-25% by weight, Mo: 12-14% by weight, Fe: 6% by weight or less, W: 1-3% by weight, Si: 2 to 9% by weight, and the balance is made of a Ni—Cr base alloy substantially consisting of Ni. Further, Al: 2 to 9% by weight is used instead of Si. Further, a mixture of Si and Al: 4 to 9% by weight is used instead of Si. The thermal spray material may be a powder or a wire.
本発明によれば、Ni−Cr基合金でコーティング層を形成するので、金属部材の表面に灰または溶融ガラスが付着するのを有効に防止することができる。そのため、ボイラ内蒸気管の付着防止に用いた場合には、石炭灰を除去する清掃回数を少なくでき、ボイラ等の運転停止の回数も少なくできる。また、灰の付着を防止できることにより、金属部材の伝熱効率を向上させることができる。特に本発明では、Si及びAlの少なくとも一つを所定量加えるため、金属部材の耐酸化性を効果的に高めることができる。 According to the present invention, since the coating layer is formed of the Ni—Cr based alloy, it is possible to effectively prevent ash or molten glass from adhering to the surface of the metal member. Therefore, when it is used for preventing the adhesion of steam pipes in the boiler, the number of cleanings for removing coal ash can be reduced, and the number of times of shutdown of boilers and the like can also be reduced. Moreover, the heat transfer efficiency of a metal member can be improved by being able to prevent adhesion of ash. In particular, in the present invention, since a predetermined amount of at least one of Si and Al is added, the oxidation resistance of the metal member can be effectively improved.
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1は、本例の付着防止方法を実施する火力発電所のボイラの概略を示している。ここで簡単にボイラの構造を説明する。図1に示すように、ボイラは、炉体1と燃焼用バーナ3と第1〜第3の過熱器5,7,9とを有している。炉体1は、上下方向に延びる第1及び第2の筒状体11,13と、第1及び第2の筒状体11,13を上方で連通した状態で連結して横方向に延びる連結体15とを有している。燃焼用バーナ3は、第1の筒状体11の下方に配置されており、石炭を燃料とする火炎を第1の筒状体11内に放出している。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described. FIG. 1 schematically shows a boiler of a thermal power plant that implements the adhesion prevention method of this example. Here, the structure of the boiler will be briefly described. As shown in FIG. 1, the boiler includes a furnace body 1, a
第1〜第3の過熱器5,7,9は、いずれも連結体15内に配置されている。第1の過熱器5を例にして過熱器の構造を説明すると、図2に詳細に示すように、過熱器5は、複数のボイラ内蒸気管17が組み合わされて構成されている。ボイラ内蒸気管17は、耐熱鋳鋼やオーステナイト系ステンレス材の横断面が円形の管からなり、上下方向に延びる第1及び第2の管部17a,17bと、第1及び第2の管部17a,17bを連結して横方向に延びる連結管部17cとを有している。
The first to third superheaters 5, 7, 9 are all disposed in the connecting
本ボイラでは、燃焼用バーナ3から火炎が放出されると、図1の矢印Aに示すように、第1の筒状体11から連結体15及び第2の筒状体13に熱が伝わるとともに、排気ガスが流れる。この熱により、過熱器5,7,9の各ボイラ内蒸気管17内の水が蒸発し、蒸発した蒸気が図示しない発電タービンを回転して発電を行う。しかしながら、排気ガス中に含まれる微粉炭の燃えかすである石炭灰がボイラ内蒸気管17の表面に付着すると、ボイラ内蒸気管17への熱伝導性が低下する。そこで、本実施の形態の灰付着防止方法では、図2及び図3に示すように、溶射用材料(線材)を用いて溶射により金属部材を構成するボイラ内蒸気管17の表面に50〜300μmの厚みのコーティング層19を形成する。溶射用材料としては、Cr:21〜25重量%、Mo:12〜14重量%、Fe:6重量%以下、W:1〜3重量%、Si:2〜9重量%を含有し、残部が実質的にNiからなるNi−Cr基合金からなる溶射用材料、または、Siの代わりにAl:2〜9重量%を用いた溶射用材料、または、Siの代わりにSiとAlとの混合物:4〜9重量%を用いた溶射用材料を用いる。次に、コーティング層19の表面を研磨してから、コーティング層19の表面を500℃で120分間加熱して、表面に酸化皮膜からなる保護層を形成した。本例では、エメリー紙、グリーンカーボン、ジルコニア等の砥石を用いて表面粗さ調整を行った。また、最終的な表面粗さは十点平均粗さで10〜30μmであった。
In this boiler, when a flame is released from the
次に、本コーティング層の組成による灰付着除去の効果を確認する試験を行った。まず、下記の表1に示す組成の円筒材料(厚み2.3mm、外径31.8mm、長さ120mm)からなる金属部材をそれぞれ作った。そして、図4に示すように、円筒材料31を内部を水冷できるプローブ33に装着した。そして、これをバーナ35、微粉炭供給器37を備えた微粉炭燃焼炉39内に配置して炉内の温度を1300℃に調整して燃焼を行った。なお、微粉炭の燃焼を完結した条件で溶融灰を付着させるため、微粉炭供給器37と円筒材料31と間の距離Lは、十分な長さ(1350mm)となっている。なお、符号33は水冷器であり、燃焼炉39の内径Dは120mmの寸法を有している。そして、燃焼後、10分、20分、30分の石炭灰付着量を調べた。測定結果は表1に併せて示している。
表1より、本発明の組成に含まれる実施例1〜3の組成の円筒材料は、比較例1〜10の組成の円筒材料に比べて石炭灰の付着量を少なくできるのが分かる。特に比較例1〜4の結果より、Si及びAlの少なくとも一つの量が少ない場合には、付着量が多くなるのが分かる。 From Table 1, it can be seen that the cylindrical materials having the compositions of Examples 1 to 3 included in the composition of the present invention can reduce the adhesion amount of coal ash compared to the cylindrical materials having the compositions of Comparative Examples 1 to 10. In particular, the results of Comparative Examples 1 to 4 show that the amount of adhesion increases when the amount of at least one of Si and Al is small.
次に、図5に示すように、900℃と950℃の各窒素雰囲気中において、上述の実施例1〜3及び比較例1〜10の組成からなる金属板51の上に常温で直径2mmの溶融ガラス53を載せて、金属板材料51と溶融ガラス53との接触角を測定した。測定結果は表2に示している。
表2より、実施例1〜3の組成の金属板材料は、比較例1〜10の組成の金属板材料に比べて接触角が大きいのが分かる。即ち、実施例1〜3の組成の金属板材料は、比較例1〜10の組成の金属板材料に比べて溶融ガラスのぬれ性が低く、溶融ガラスが付着し難いのが分かる。 From Table 2, it can be seen that the metal plate materials having the compositions of Examples 1 to 3 have a larger contact angle than the metal plate materials having the compositions of Comparative Examples 1 to 10. That is, it can be seen that the metal plate materials having the compositions of Examples 1 to 3 have lower wettability of the molten glass than the metal plate materials having the compositions of Comparative Examples 1 to 10, and the molten glass is difficult to adhere.
1 炉体
3 燃焼用バーナ
5,7,9 第1〜第3の過熱器
17 ボイラ内蒸気管
19 コーティング層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (16)
前記灰が前記ボイラ内蒸気管を加熱するために石炭を燃焼して生じた石炭灰である請求項1〜3のいずれか一つに記載の付着防止方法。 The member consists of a steam pipe in the boiler,
The adhesion prevention method according to any one of claims 1 to 3, wherein the ash is coal ash generated by burning coal to heat the steam pipe in the boiler.
前記ボイラ内蒸気管は、その表面に、Cr:21〜25重量%、Mo:12〜14重量%、Fe:6重量%以下、W:1〜3重量%、Si:2〜9重量%を含有し、残部が実質的にNiからなるNi−Cr基合金からなるコーティング層が形成されていることを特徴とするボイラ。 In the boiler that arranges the steam pipe in the boiler and generates steam in the steam pipe in the boiler,
The steam pipe in the boiler has Cr: 21 to 25% by weight, Mo: 12 to 14% by weight, Fe: 6% by weight or less, W: 1 to 3% by weight, Si: 2 to 9% by weight on the surface thereof. A boiler comprising: a coating layer made of a Ni—Cr based alloy containing Ni and the balance being substantially made of Ni.
前記ボイラ内蒸気管は、その表面に、Cr:21〜25重量%、Mo:12〜14重量%、Fe:6重量%以下、W:1〜3重量%、Al:2〜9重量%を含有し、残部が実質的にNiからなるNi−Cr基合金からなるコーティング層が形成されていることを特徴とするボイラ。 In the boiler that arranges the steam pipe in the boiler and generates steam in the steam pipe in the boiler,
The steam pipe in the boiler has Cr: 21 to 25% by weight, Mo: 12 to 14% by weight, Fe: 6% by weight or less, W: 1 to 3% by weight, Al: 2 to 9% by weight on the surface thereof. A boiler comprising: a coating layer made of a Ni—Cr based alloy containing Ni and the balance being substantially made of Ni.
前記ボイラ内蒸気管は、その表面に、Cr:21〜25重量%、Mo:12〜14重量%、Fe:6重量%以下、W:1〜3重量%、SiとAlとの混合物:4〜9重量%を含有し、残部が実質的にNiからなるNi−Cr基合金からなるコーティング層が形成されていることを特徴とするボイラ。 In the boiler that arranges the steam pipe in the boiler and generates steam in the steam pipe in the boiler,
The steam pipe in the boiler has Cr: 21 to 25% by weight, Mo: 12 to 14% by weight, Fe: 6% by weight or less, W: 1 to 3% by weight, a mixture of Si and Al: 4 A boiler comprising: a coating layer made of a Ni—Cr-based alloy containing ˜9% by weight and the balance being substantially made of Ni.
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