JP2017509856A

JP2017509856A - バーナーノズルチップ

Info

Publication number: JP2017509856A
Application number: JP2016557959A
Authority: JP
Inventors: チョン，ジェ−ウ; チョン，ジョン−ウン
Original assignee: ハナウェルテックカンパニーリミテッド
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2017-04-06
Anticipated expiration: 2035-03-16
Also published as: WO2015174629A1; JP6284653B2; KR101494767B1; CN106104155A; CN106104155B

Abstract

本発明の一実施形態によるバーナーノズルチップは，燃料材が流入されて移動する内側通路が前後方向に形成され，前方に向かって前記燃料材を排出する内側管体と，前記内側管体の内部に設けられる一つ以上の分割板と，を含む。前記分割板は，前記内側通路を区画するように設けられる分割プレートと，前記分割プレートの後方側に装着される耐磨耗部材と，を含み，前記内側通路が形成された前記内側管体の内側表面及び前記分割プレートの表面に自溶性合金被覆層が形成される。【選択図】図６

Description

本発明は，バーナーノズルチップに関するものであり，詳しくは，耐磨耗性を効果的に向上し，スラグの付着を最小化するバーナーノズルチップに関するものである。

石炭火力発電所では，石炭微粉砕機（pulverizer）で微細に粉末化された微粉炭（pulverized coal）を，導管を介して供給し，供給された微粉炭をダンパーで空気と一定割合で混合して，ボイラーの炉（furnace）内に投入して燃焼する。微粉炭の燃焼によって水管中の水が蒸気化し，蒸気化された水蒸気でタービンを回転して電力を生産する。

バーナーノズルチップは，微粉炭と空気を炉内に供給する移送装置の端部分であって，炉の内部においてバーナーノズルチップは火炎に直接露出される。よって，耐久性を向上するために壁体が二重に構成されており，中央に石炭が供給され，その外側からは燃焼用空気の一部が供給される。一般にバーナーノズルチップは微粉炭及び空気の混合物が排出される内側通路が形成された内側管体及び，内側管体の外部に，離隔配置されて炉内に空気を供給する外側通路が形成された外側管体の二重壁体で構成される。内側管体の内部通路内は一つ以上の分割プレートが設けられ，内側管体を介して放出される微粉炭及び空気の混合物の流動を制御する。

本発明の目的は，耐磨耗性を効果的に向上し，スラグの付着を最小化するバーナーノズルチップを提供することにある。

本発明の他の目的は，以下の詳細な説明と図面からより明確になるはずである。

本発明の一実施形態によるバーナーノズルチップは，燃料材が流入されて移動する内側通路が前後方向に形成され，前方に向かって前記燃料材を排出する内側管体と，前記内側管体の内部に設けられる一つ以上の分割板と，を含み，前記分割板は，前記内側通路を区画するように設けられる分割プレートと，前記分割プレートの後方側に設けられる耐磨耗部材と，を含む。

前記耐磨耗部材は，前記燃料材が流入される方向に対向する方向に配置される衝突面を含み，前記耐磨耗材の一端は，前記分割板に支持される。

前記衝突面は，前記内側通路の後方に向かって膨らんだ曲面状を成す。

前記耐磨耗部材は，前記分割プレートに対向する一面から，前記分割プレートに向かって突出形成された第１突起部を含み，前記分割プレートは，前記耐磨耗部材に対向する一面から前記第１突起部に対応する形状に陥没して形成され，前記第１突起部が挿入される第１溝部を含む。

前記分割プレートは，前記耐磨耗部材に対向する一面から，前記耐磨耗部材に向かって突出形成された第２突起部を含み，前記耐磨耗部材は，前記分割プレートに対向する一面から前記第２突起部に対応する形状に陥没して形成され，前記第２突起部が挿入される第２溝部を含む。

前記耐磨耗部材の素材は，セラミック材料又は超硬合金で良い。

前記バーナーノズルチップは，前記内側通路が形成された前記内側管体の内側表面に自溶性合金被覆層が形成される。

前記バーナーノズルチップは，前記分割プレートの表面に自溶性合金被覆層が形成される。

前記自溶性合金被覆層は，Ｎｉを含む自溶性合金であり，厚さが０．１乃至５mmで，硬度値はＨＲＣ４０以上のもので良い。

前記自溶性合金被覆層は，溶射被覆装置で前記自溶性合金を溶射被覆した後，溶融処理して形成しても良い。

本発明の一実施形態によるバーナーノズルチップの効果を説明すると以下のとおりである。

微粉炭が衝突する分割プレートの一側に耐磨耗部材を設置して，微粉炭の衝突による分割プレートの磨耗を最小化することができる。

耐磨耗部材は交換が容易な形状であって，バーナーノズルチップのメンテナンスの容易性が向上される効果を奏する。

耐磨耗部材の設置によって分割プレートの寿命が延びるため，バーナーノズルチップの寿命が延びる効果を奏する。

内側管体の内側表面，分割プレートの表面に自溶性合金被覆層が形成されるため，スラグの付着が最小化されて内側通路の流動性が確保される効果を奏する。

内側通路の流動性を確保することで，燃料材供給の安定性が確保される効果を奏する。

内側通路周辺のスラグの付着が最小化され，内側管体の内側表面及び分割プレートの表面の磨耗を抑制して，バーナーノズルチップの寿命を延長する効果を奏する。

バーナーノズルチップの寿命延長及び燃料材供給の安定性確保によって，石炭火力発電所の維持コストが減少し，操業の安定性が増大する効果を奏する。

従来のバーナーノズルチップを概略的に示す斜視図である。従来のバーナーノズルチップを概略的に示す断面図である。本発明の一実施形態による耐磨耗部材を概略的に示す斜視図である。本発明の一実施形態によって分割プレートに耐磨耗部材が設けられた分割板を概略的に示す斜視図である。本発明の一実施形態による第１溝部及び第１突起部，第２溝部及び第２突起部を概略的に示す斜視図である。本発明の一実施形態によって耐磨耗部材が含まれた分割板を含むバーナーノズルチップを概略的に示す図である。本発明の一実施形態による自溶性合金被覆層が形成されたバーナーノズルチップを概略的に示す斜視図である。本発明の一実施形態による自溶性被覆層の顕微鏡組織であって，火炎溶射した被覆層の顕微鏡組織である。本発明の一実施形態による自溶性被覆層の顕微鏡組織であって，火炎溶射した被覆層を溶融処理した顕微鏡組織である。

本発明はバーナーノズルチップに関するものであり，以下，添付した図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。本発明の実施形態は，様々な形に変形されてもよく，本発明の範囲が後述する実施形態に限定されると解釈してはならない。本実施形態は，当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に本発明を，より詳細に説明するために提供されるものである。よって，図面に示す各要素の形状は，より明確な説明をするために誇張されている可能性がある。

一般に，石炭火力発電所では微粉炭を燃焼して発生した熱を利用して電力を生産する。石炭微粉砕機において，石炭を微粒子に粉砕して微粉炭を生産し，導管を介して微粉炭がダンパーに供給される。ダンパーで微粉炭と空気が一定割合で混合され，混合された微粉炭と空気が炉内に供給される。炉内に供給された微粉炭の燃焼によって水管中の水が蒸気化し，蒸気化された水蒸気でタービンを回転して電力を生産する。石炭火力発電所におけるバーナーノズルチップは混合された微粉炭と空気を炉内に供給する移送装置の端部分に当たり，一般に炉の内部には複数のバーナーノズルチップが設けられる。

以下，本発明のバーナーノズルチップが石炭火力発電所の炉の内部で使用される場合を例に挙げて説明するが，本発明のバーナーノズルチップは石炭火力発電所の炉の内部のバーナーノズルチップだけでなく，燃料材を供給する全ての種類のバーナーに適用可能である。

図１は，従来のバーナーノズルチップを概略的に示す図であって，図１ａは斜視図であり，図１ｂは断面図である。

図１に示すように，バーナーノズルチップ１は燃料材が流入されて移動する内側通路１５が前後方向に形成された内側管体１０，内側管体１０の内部に設けられる分割プレート３０及び空気が供給される外側通路５５が前後方向に形成された外側管体５０を含む。一般に，内側管体１０は箱状の管体であるが，本発明の内側管体１０は，流体が移動する通路が形成された全ての管状を含む。

内側管体１０の内部に形成された内側通路１５を介して，微粉炭及び空気が炉の内部に向かって排出される。また，炉内で微粉炭が円滑に燃焼されることを促進するために，外側管体５０に形成された外側通路５５で火炎方向に空気が供給される。

微粉炭は，内側通路１５を介して炉の内部に排出されるため，バーナーノズルチップ１の内側通路１５の前方に近接して火炎が形成される。バーナーノズルチップ１は屈折軸（図示せず）を含み，炉内の温度状況に応じて微粉炭の排出方向が上下に転換されるようにして炉内の火炎を調節する。

内側管体１０の内部で，内側通路１５を分割する分割プレート３０が，一つ以上設けられる。分割プレート３０は内側管体１０を介して排出される微粉炭及び空気混合物の流動を均一にする。また，バーナーノズルチップ１の微粉炭の排出方向を上側又は下側に転換する場合，微粉炭及び空気混合物が内側通路１５の下側又は上側に偏る現象を防止することができる。

内側管体１０の内側通路１５で空気と混合された微粉炭が高速に移動する。微粉炭粒子は分割プレート３０に衝突して分割プレート３０の早期破損を誘発し，このためバーナーノズルチップ１の寿命を短縮する。これによって，バーナーノズルチップ１の交換及び修理のために操業が中断される問題が発生する。

図２は，本発明の一実施形態による耐磨耗部材を概略的に示す斜視図であり，図３は，本発明の一実施形態によって分割プレートに耐磨耗部材が設けられた分割板を概略的に示す斜視図である。

図２に示すように，耐磨耗部材１００は，衝突面１１０を含む保護部材１２０と支持部材１３０を含む。衝突面１１０は，空気及び微粉炭が流入される方向に対向する方向に配置される。支持部材１３０は，保護部材１２０に一端が連結され，他端は分割プレート３０に支持される。支持部材１３０の形状は，分割プレート３０の形状，耐磨耗部材１００の着脱容易性及び分割プレート３０の効果的な保護などの要素を考慮して決定する。

耐磨耗部材１００は，分割プレート３０の一端に設けられて微粉炭が分割プレート３０に直接衝突することを防止する。耐磨耗部材１００には直接微粉炭が衝突するため，磨耗破損に対して耐久性が強い素材で製作する。耐磨耗部材１００の素材は，セラミック材料又は超硬合金などの高硬度素材が好ましい。セラミック素材の例としては，炭化ケイ素，アルミナ，アルミナとジルコニアなどの混合物などがあり，超硬合金の例としては，ＷＣ（タングステンカーバイド）などがあるが，耐磨耗部材１００の素材は，必ずしもこれらに限定されるものではない。

図２に示すように，耐磨耗部材１００の衝突面１１０は，膨らんだ曲面状である。衝突面１１０が膨らんだ曲面状であるため，微粉炭の衝突から耐磨耗部材１００及び分割プレート３０を効果的に保護することができる。

図３に示すように，耐磨耗部材１００は分割プレート３０の一側に装着される。図３に示すように，耐磨耗部材１００は分割プレート３０の一側に密着して装着されることが好ましいが，本発明が必ずしも耐磨耗部材１００と分割プレート３０が密着して装着されることに限定されない。

図３においては，ボディプレート３２とウィングプレート３４を含むＴ字状の分割プレート３０を図示するが，分割プレート３０の形状が必ずしもこれに限ることはない。

分割プレート３０には一つの耐磨耗部材１００が装着されてもよく，複数に分割された耐磨耗部材１００が装着されてもよい。ボディプレート（プレート本体）３２とウィングプレート３４の後方に，それぞれ複数に分割された耐磨耗部材１００が装着される。複数に分割された耐磨耗部材１００の場合，分割プレート３０に耐磨耗部材１００の着脱が容易で，磨耗が集中された耐磨耗部材１００のみを交換して使用することができる。

図４は，本発明の一実施形態による第１溝部及び第１突起部，第２溝部及び第２突起部を概略的に示す斜視図である。

図４に示すように，耐磨耗部材１００と分割プレート３０の結合部位には溝部と突起部が形成されており，溝部に突起部を挿入して耐磨耗部材１００を分割プレート３０の一側に堅固に装着する。

支持部材１３０の一面には，第１突起部１５２が突出形成され，分割プレート３０の一面には，第１突起部１５２に対応する形状に第１溝部１５０が陥没して形成される。第１突起部１５２が第１溝部１５０に挿入され，分割プレート３０に耐磨耗部材１００が装着される。図４には支持部材１３０の一面に第１突起部１５２が突出形成される例を図示しているが，保護部材１２０の一面に第１突起部１５２が突出形成されることを含む。

分割プレート３０の一面には，第２突起部１６２が突出形成され，支持部材１３０の一面には，第２突起部１６２に対応する形状として第２溝部１６０が陥没して形成される。第２突起部１６２が第２溝部１６０に挿入され，分割プレート３０に耐磨耗部材１００が装着される。図４には支持部材１３０の一面に第２溝部１６０が陥没して形成される例を示しているが，保護部材１２０の一面に第２溝部１６０が陥没して形成されるものを含む。

図３に示すように，分割プレート３０の一面にのみ第１溝部１５０が形成され，これに対応する支持部材１３０の一面にのみ第１突出部１５２が形成される。また，図示してはいないが，支持部材１３０の一面にのみ第２溝部１６０が形成され，これに対応する分割プレート３０の一面にのみ第２溝部１６０を形成することも任意である。

図４に示すように，複数の耐磨耗部材１００の複数の面に第１突出部１５２が形成され，これに対応する分割プレート３０の複数の面に第１溝部１５０が形成される。また，図示してはいないが，分割プレート３０の複数の面に第２突出部１６２が形成され，これに対応する複数の支持部材１３０のそれぞれの一面に第２溝部１６０が形成されてもよいことは言うまでもない。

第１溝部１５０又は第２溝部１６０を含む溝部及び第１突出部１５２及び第２突出部１６２を含む突出部は，空気及び微粉炭の移動方向を垂直の方向に分割プレート３０又は支持部材１２０に形成される。空気及び微粉炭の移動方向と垂直の方向に分割プレート３０又は支持部材１２０に溝部及び突出部が形成されて結合されるため，内側通路１５に高速の空気及び微粉炭の移動の流れが形成される場合であっても支持部材１２０が分割プレート３０から離脱することが防止される。

図５は，本発明の一実施形態によって耐磨耗部材が含まれた分割板を含むバーナーノズルチップを概略的に示す断面図である。

図５に示すように，本発明の一実施形態によるバーナーノズルチップ１は，分割プレート３０及び耐磨耗部材１００を含む分割板４０が内側管体１０の内部に設けられている。耐磨耗部材１００の設置によって，微粉炭の衝突から分割プレート３０を効果的に保護することができ，分割プレート３０の損傷を防止して，結果的にバーナーノズルチップ１の寿命を延長する。

本発明を好ましい実施形態を介して詳細に説明したが，それらとは異なる実施形態ないし実施例も可能である。よって，後述する特許請求の範囲の技術的思想と範囲は前述好ましい実施形態に限定されるものではない。

発明を実施するための形態
本発明の一実施形態による自溶性合金被覆層を含むバーナーノズルチップは以下のようである。

バーナーノズルチップ１は炉の内部に設けられ，炉の内部に燃料材を供給する。バーナーノズルチップ１の内側通路１５に沿って排出された燃料材が燃焼されることで，バーナーノズルチップ１近くの前方に火炎が形成される。よって，バーナーノズルチップ１は長時間高温の環境に露出されるようになる。内側通路１５に沿って移動する燃料材に含まれた微粉炭の各種成分が高温の影響を受け，内側通路１５が形成された内側管体１０の内側面及び分割プレート３０に付着されるスラッギング（slagging）現象が発生する。一般に，バーナーノズルチップはステンレス鋼で製造されるが，ステンレス鋼は，スラグの付着性が高いことが知られている。

スラッギング現象によって内側通路１５及び分割プレート３０に微粉炭粒子が累積付着される。内側通路１５及び分割プレート３０に微粉炭粒子が累積付着されることで，内側通路１５を通過する空気及び微粉炭を含む燃料材の流動の流れが弱くなる。燃料材の流動の流れが減少することでバーナーノズルチップ１の機能喪失が引き起こされるため，炉の正常的な操業が不可能になる。

図６は，本発明の一実施形態による自溶性合金被覆層が形成されたバーナーノズルチップを概略的に示す斜視図である。

図６に示すように，バーナーノズルチップ１のスラッギング現象を防止するために内側通路１５が形成された内側管体１０の内側表面，分割プレート３０の表面に自溶性合金被覆層２００を形成する。自溶性合金はＮｉを主成分とする合金であって，Ｎｉを主成分とする合金は石炭の付着を減少する特性があり，体磨耗性に優れる素材である。

本発明の一実施形態による自溶性合金被覆層２００は，ＨＮＦＡＣ６１合金（重量％で，Ｃ：１５％，Ｂ：３．０％，Ｓｉ：４．０％，Ｆｅ：３．５％，Ｗ：３５％，Ｃ：０．６％，その他の不可避的不純物及び残りＮｉを含む）で形成された被覆層である。自溶性合金の被覆方法としては，母材との接着性能が優秀で被覆層内に気孔を最小化するクラッディング方法が好ましい。クラッディング方法は，火炎溶射方法などを利用して自溶性合金を母材に溶射被覆した後，溶融する方法である。

但し，本発明の自溶性合金被覆層２００が必ずしもＨＮＦＡＣ６１合金に限ることはなく，Ｎｉを主成分にする全ての自溶性合金を含む。被覆方法も火炎溶射方法に限ることはなく，アーク溶射，プラズマ溶射など，全ての溶射被覆方法を含む。自溶性合金被覆層２００の厚さは０．１乃至５mmであり，硬度値はＨＲＣ４０以上であることが好ましい。

内側通路１５が形成された内側管体１０の内側表面，分割プレート３０の表面に自溶性合金被覆層２００が形成され，バーナーノズルチップ１のスラッギング現象を最小化する。また，自溶性合金被覆層２００は耐磨耗性に優れるため，高速に移送する微粉炭によって内側管体１０の内側表面，分割プレート３０の表面の磨耗損傷を減少する。よって，バーナーノズルチップ１の寿命が延び，メンテナンスコストが減少し，操業の安定性が確保される。

図７は，本発明の一実施形態による自溶性被覆層の顕微鏡組織であって，図７ａは，火炎溶射した被覆層の顕微鏡組織であり，図７ｂは，火炎溶射した被覆層を溶融処理した顕微鏡組織である。

本発明の一実施形態によってＨＮＦＡＣ６１合金を内側通路１５が形成された内側管体１０の内側表面，分割プレート３０の表面に火炎溶射で被覆した後，真空炉で１０５０℃で２０分間溶融処理して，自溶性合金被覆層２００を形成した。

図７ａと図７ｂを比べると，図７ａは被覆層内に気孔（黒点）が面積率１５％前後に存在し，母材と被覆層の間で接着が行われず部分的に離れている部位（黒線）が観察されるが，図７ｂは被覆層内の気孔が１％以下で，母材と被覆層の間に不連続する部位のない緻密な組織をなしていることが分かる。よって，溶融処理した自溶性合金被覆層２００が，溶融処理していない自溶性合金被覆層２００に比べ母材と緻密な組織をなしていることが分かる。

本発明は，様々な形態のバーナーノズルチップに応用される。

Claims

燃料材が流入されて移動する内側通路が前後方向に形成され，前方に向かって前記燃料材を排出する内側管体と，
前記内側管体の内部に設けられる一つ以上の分割板と，を含み，
前記分割板は，
前記内側通路を区画するように設けられる分割プレートと，
前記分割プレートの後方側に装着される耐磨耗部材と，を含むバーナーノズルチップ。
前記耐磨耗部材は，
前記燃料材が，流入される方向に対向する方向に配置される衝突面を含み，
前記耐磨耗材の一端は，
前記分割板に支持されることを特徴とする請求項１記載のバーナーノズルチップ。
前記衝突面は，
前記内側通路の後方に向かって膨らんだ曲面状であることを特徴とする請求項２記載のバーナーノズルチップ。
前記耐磨耗部材は，
前記分割プレートに対向する一面から，前記分割プレートに向かって突出形成された第１突起部を含み，
前記分割プレートは，
前記耐磨耗部材に対向する一面から，前記第１突起部に対応する形状に陥没して形成され，前記第１突起部が挿入される第１溝部を含むことを特徴とする請求項２記載のバーナーノズルチップ。
前記分割プレートは，
前記耐磨耗部材に対向する一面から，前記耐磨耗部材に向かって突出形成された第２突起部を含み，
前記耐磨耗部材は，
前記分割プレートに対向する一面から，前記第２突起部に対応する形状に陥没して形成され，前記第２突起部が挿入される第２溝部を含むことを特徴とする請求項２記載のバーナーノズルチップ。
前記耐磨耗部材の素材は，
セラミック材料又は超硬合金であることを特徴とする請求項１記載のバーナーノズルチップ。
前記バーナーノズルチップは，
前記内側通路が形成された前記内側管体の内側表面に自溶性合金被覆層が形成されることを特徴とする請求項１記載のバーナーノズルチップ。
前記バーナーノズルチップは，
前記分割プレートの表面に自溶性合金被覆層が形成されることを特徴とする請求項１記載のバーナーノズルチップ。
前記自溶性合金被覆層は，
Ｎｉを含む自溶性合金であり，厚さが０．１乃至５mmで，硬度値はＨＲＣ４０以上であることを特徴とする請求項７又は請求項８記載のバーナーノズルチップ。
前記自溶性合金被覆層は，
溶射被覆装置で前記自溶性合金を溶射被覆した後，溶融処理することを特徴とする請求項７又は請求項８記載のバーナーノズルチップ。