JP2011174635A

JP2011174635A - ボイラ管の配管構造

Info

Publication number: JP2011174635A
Application number: JP2010037704A
Authority: JP
Inventors: Hisafumi Kasuya; 尚史粕谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2011-09-08

Abstract

【課題】低コストでボイラ管の腐食を防止するとともに熱交換率を維持するボイラ管の配管構造を提供する。
【解決手段】ボイラ管１の配管構造は、ボイラ管１の表面に形成され、ボイラ管１に少なくとも耐食性を付与する耐食層６と、ボイラ管１の表面に形成され、ボイラ管１に熱を伝達する伝熱部２とを備え、耐食層６と伝熱部２がボイラ管１の周方向及び長手方向に多数混在する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラ管の配管構造に係り、特に、熱交換部を有するボイラ内に複数設けられるボイラ管の配管構造に関する。

熱交換部を有するボイラ内に複数設けられるボイラ管（伝熱管）には、排ガスとボイラ管内の水とが熱交換する過程で燃焼灰の付着およびスケールの生成といった現象が起こる。ボイラ管に付着した燃焼灰やスケールは、ボイラ管の熱交換率を悪化させるだけでなく、ボイラ管を腐食させる恐れがある。これを防止するために、従来、ボイラ管の表面には、耐食性を有する溶射材料が溶射されるようになっている。

産業用ボイラの耐食・耐磨耗溶射材料としては、例えば、Ｎｉ−５０ＣｒのようなＮｉ基材料やＣｒ_３Ｃ_２／ＮｉＣｒのような金属炭化物を主成分とした材料が用いられ、様々な溶射法によりコーティングされてきた。

しかし、これら耐食・耐磨耗溶射材料は、高い耐食性と耐磨耗性を有するものの、高価なニッケルや金属炭化物を含むため、ボイラの構成部材のような広い面積を対象とする場合、高コストになってしまうという問題がある。

また、耐食・耐磨耗溶射材料は、伝熱性能が低いため、耐食・耐磨耗溶射材料を用いてボイラ管の表面をコーティングすると、ボイラ管の熱交換率が低下する恐れがある。
このため、ボイラ管の熱交換率を維持するとともに、ボイラ管の腐食を防止する表面処理を施したボイラ管構造が求められている。

伝熱管の表面処理に用いられる被覆用材料ではあるが、特許文献１には、Ｆｅ−Ｓｉ系化合物からなる金属製基板表面の被覆用材料が記載されている。この被覆用材料は、Ｓｉ：１０〜３５％で、残部がＦｅと不可避不純物からなる合金であり、溶射材料として用いられる。

また、特許文献２には、アルカリシリケートを含むコーティングゾルを支持体に塗布し、その後、塗布剤に２段階の熱的圧縮を加えてガラス質層へ変成させるコーティング手法が記載されている。

特開２００９−０６８０６９号公報特開２００７−５２１９８４号公報

しかしながら、特許文献１に記載される被覆用材料は、溶射により伝熱管に直接塗布しており、ボイラ管の熱交換率維持について指摘されていない。
また、特許文献２は、塗布剤に２段階の熱的圧縮を加えてガラス質層へ変成させるので、作業が困難で変成の際に手間が生じ、コストがかかる。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、低コストでボイラ管の腐食を防止するとともに熱交換率を維持するボイラ管の配管構造を提供することを目的とする。

本発明に係るボイラ管の配管構造は、熱交換部を有するボイラ内に複数設けられるボイラ管の配管構造において、前記ボイラ管の表面に形成され、前記ボイラ管に少なくとも耐食性を付与する耐食層と、前記ボイラ管の表面に形成され、前記ボイラ管に熱を伝達する伝熱部とを備え、前記耐食層と前記伝熱部が前記ボイラ管の周方向及び長手方向に多数混在することを特徴とする。

このボイラ管の配管構造では、耐食層と伝熱部がボイラ管の周方向及び長手方向に多数混在しているので、ボイラ管の耐食とボイラ管の熱交換率維持を両立することができる。また、従来のＮｉ基材料や金属炭化物を主成分とした材料を用いることなく、表面処理できるのでコストを低減することが可能となる。

上記ボイラ管の配管構造において、前記伝熱部は、前記ボイラ管の表面に突設して複数形成されてもよい。
これにより、ボイラ管の表面に突設している伝熱部が耐食層による伝熱阻害の影響を軽減することができるので、ボイラ管の耐食とボイラ管の熱交換率維持を両立することができる。

あるいは、前記伝熱部は、前記ボイラ管の表面に沿って形成されるメッシュ構造であってもよい。
この場合、ボイラ管の表面に沿って形成されるメッシュ構造が耐食層による伝熱阻害の影響を軽減することができるので、ボイラ管の耐食とボイラ管の熱交換率維持を両立することができる。

上記ボイラ管の配管構造において、前記耐食層は、前記ボイラ管の表面に常温で硬化するコーティング材を被覆することによって形成されてもよい。
これにより、バインダー（固着材）を用いることなく、常温で膜材を硬化させることができるので、耐食層の形成が容易であり、コーティング費用を低減させることができる。

本発明では、耐食層と伝熱部がボイラ管の周方向及び長手方向に多数混在しているので、ボイラ管の耐食とボイラ管の熱交換率維持を両立することができる。また、従来のＮｉ基材料や金属炭化物を主成分とした材料を用いることなく、表面処理できるのでコストを低減することが可能となる。

実施形態１のボイラ管の配管構造の一例を示す一部断面図である。図１の伝熱管の最外層部を示す一部拡大図である。実施形態２のボイラ管の配管構造の一例を示す外観図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

［実施形態１］
図１は、実施形態１のボイラ管の配管構造の一例を示す一部断面図である。図２は、図１の伝熱管の最外層部を示す一部拡大図である。

ボイラ管１は、図１に示すように、主に、耐食層６と、伝熱部２とから構成される。ボイラ管１は、熱交換部を有するボイラ内に複数設けられる鋼管である。ボイラ管１の材料は、特に限定されないが、例えば、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼であってもよい。
なお、本実施形態のボイラ管１では、厚さを１．２〜１２．５ｍｍとしてもよい。

耐食層６は、ボイラ管１の表面に形成され、ボイラ管１に少なくとも耐食性を付与する。具体的には、耐食層６は耐食性の他に、例えば、耐摩耗性を付与するものであってもよい。
また、耐食層６は、伝熱性能が低いため、伝熱部２に塗布されないように留意し、ボイラ管１の基材面４に塗布する。

耐食層６は、ボイラ管の表面に常温で硬化するコーティング材を被覆することによって形成されてもよい。これにより、バインダーを用いることなく、常温で膜材を硬化させることができるので、耐食層の形成が容易であり、コーティング費用を低減させることができる。

具体的には、耐食層６は、例えば、常温硬化可能なガラス繊維であってもよいし、パーヒドロポリシラザン（アクアミカ）であってもよい。
パーヒドロポリシラザンは、−（ＳｉＨ_２ＮＨ）−を基本ユニットとして有しており、常温で緻密なシリカ（ＳｉＯ_２）に転化する。例えば、図２に示すように、パーヒドロポリシラザンは、ＯＨ基を有する物質と反応して加水分解され、常温でシリカに転化し、伝熱管１の基材面４を被覆する。
−（ＳｉＨ_２ＮＨ）− ＋２Ｈ_２Ｏ → ＳｉＯ_２＋２Ｈ_２

なお、耐食層６としてガラス繊維を用いた場合、耐食層６の厚さは、１０〜１００μｍであってもよい。

伝熱部２は、ボイラ管１の表面に形成され、ボイラ管１に熱を伝達する。伝熱部２は、図１に示すように、ボイラ管１の表面に突設して複数形成されてもよい。
これにより、ボイラ管１の表面に突設している伝熱部２が耐食層６による伝熱阻害の影響を軽減することができる。

なお、図１には、伝熱部２として、伝熱管２の基材面４に周方向及び長手方向に複数設けられるスタッドを図示している。スタッドの形状は、特に限定されず、略円柱形状であってもよいし、先端部に向かって先細る略円錐形状であってもよい。
また、図示しないが、伝熱部２は伝熱管２の表面に形成されるフィンであってもよい。

上述のようにして形成される耐食層６および伝熱部２は、ボイラ管１の周方向及び長手方向に多数混在する。また、伝熱部２が耐食層６によって全て覆われないように少なくとも一部露出して設けられることが好ましい。

本実施形態のボイラ管の配管構造では、耐食層６と伝熱部２とがボイラ管１の周方向及び長手方向に多数混在しているので、ボイラ管１の耐食とボイラ管１の熱交換率維持を両立することができる。また、従来のＮｉ基材料や金属炭化物を主成分とした材料を用いることなく、表面処理できるのでコストを低減することが可能となる。

［実施形態２］
次に、実施形態２に係るボイラ管の配管構造について説明する。図３は、実施形態２のボイラ管の配管構造の一例を示す外観図である。
実施形態２では、伝熱部２が異なる点を除けば、実施形態１で説明したボイラ管の配管構造と同一であるので、その詳細な説明を省略する。

伝熱部は、図２に示すように、ボイラ管１の表面に沿って形成されるメッシュ構造８であってもよい。
メッシュ構造８の伝熱部を形成するには、まず、耐食層６を形成するコーティング材がボイラ管１の基材面４に付着しないように、予めボイラ管１の表面に網目状のマスキングを施す。その後、ボイラ管１の表面にマスキングをした状態で、常温硬化可能なガラス繊維などのコーティング材を塗布する。次いで、コーティング材の硬化が始まる前に、マスキングを剥がすことにより、メッシュ構造８の伝熱部である基材面４を露出させることができる。

上述のようにしてボイラ管１の表面に沿って形成されるメッシュ構造８が耐食層６による伝熱阻害の影響を軽減することができるので、ボイラ管１の耐食とボイラ管１の熱交換率維持を両立することができる。

１ボイラ管
２伝熱部（スタッド）
４基材面
６耐食層
８メッシュ構造

Claims

熱交換部を有するボイラ内に複数設けられるボイラ管の配管構造において、
前記ボイラ管の表面に形成され、前記ボイラ管に少なくとも耐食性を付与する耐食層と、前記ボイラ管の表面に形成され、前記ボイラ管に熱を伝達する伝熱部とを備え、
前記耐食層と前記伝熱部が前記ボイラ管の周方向及び長手方向に多数混在することを特徴とするボイラ管の配管構造。
前記伝熱部は、前記ボイラ管の表面に突設して複数形成されることを特徴とする請求項１に記載のボイラ管の配管構造。
前記伝熱部は、前記ボイラ管の表面に沿って形成されるメッシュ構造であることを特徴とする請求項１に記載のボイラ管の配管構造。
前記耐食層は、前記ボイラ管の表面に常温で硬化するコーティング材を被覆することによって形成されることを特徴とする請求項１乃至３に記載のボイラ管の配管構造。