JP2984572B2 - 伝熱管の摩耗低減構造を有するボイラ炉壁 - Google Patents

伝熱管の摩耗低減構造を有するボイラ炉壁

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JP2984572B2 JP7065867A JP6586795A JP2984572B2 JP 2984572 B2 JP2984572 B2 JP 2984572B2 JP 7065867 A JP7065867 A JP 7065867A JP 6586795 A JP6586795 A JP 6586795A JP 2984572 B2 JP2984572 B2 JP 2984572B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はボイラの燃焼室壁伝熱管
の局所摩耗を低減するようにした伝熱管の摩耗低減構造
を有するボイラ炉壁に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のボイラにおいて、火炉内部での粒
子循環量が多く燃焼室壁管に摩耗の考慮が必要な場合に
は、燃焼室下部の粒子循環量が多い部分に耐摩耗用の耐
火材を施工して燃焼室壁管の摩耗を防ぐ対策を行なって
いる。
【0003】図5は従来のボイラの燃焼室壁伝熱管の配
置を示す斜視図、図6はその断面図である。図5におい
て1は燃焼室壁伝熱管でフィン4により各伝熱管1−1
から1−5を接続している。2は耐火材で燃焼室3の下
部で各伝熱管1を覆って保持し、この部分での伝熱管の
摩耗を防いでいる。従来の燃焼室コーナ部の伝熱管配置
は図6の断面で示すように90°に配置されている。
【0004】このような従来のボイラの燃焼室壁の伝熱
管部において、耐火材2の直上部の燃焼室壁伝熱管部で
の局所摩耗に対しては、燃焼室壁の伝熱管1の摩耗速度
の高い部分について、次のような対策を実施している。
【0005】(1)耐摩耗用のプロテクタを燃焼室壁伝
熱管に施工し、施工したプロテクタをボイラの定期点検
毎に点検し、摩耗、損耗があれば新しいプロテクタに施
工をやり直す。
【0006】(2)耐摩耗性が高い金属を燃焼室壁伝熱
管部に肉盛溶射し、施工した溶射部をボイラの定期点検
毎に肉圧計測を実施し、溶射した肉厚が減少している部
分について再度肉盛溶射する。
【0007】(3)ボイラの定期点検毎に燃焼室壁伝熱
管の肉厚を測定し、肉厚減少が多い部位について、耐摩
耗性耐火材を施工し、肉厚減少部に粒子が接触しないよ
うにする。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】燃焼室内部に固体燃料
や流動材が多量に存在する循環流動層ボイラ等において
は、燃焼室コーナ部の耐火材直上の炉壁伝熱管部で壁面
近傍の下降粒子により局所摩耗が発生している。ボイラ
毎のこのような伝熱管部の局所摩耗の状況は、ボイラ燃
料の種類、運転状態、ボイラ炉壁の構造等により程度の
差異はあるものの、各コーナ部が局所摩耗するメカニズ
ムは以下のとおりと考えられる。
【0009】(1)燃焼室壁面近傍の下降粒子(固体燃
料、流動材、未燃粒子等)が耐火材の水平部に堆積し、
堆積した粒子は粒子固有の安息角で斜面を形成する。
【0010】(2)壁面近傍を下降する粒子は、上記
(1)にて形成された斜面上を移動し、燃焼室下部へ落
下する。この粒子の移動経路および移動速度の差によっ
て壁面伝熱管にこれら粒子が当り、局所摩耗が発生す
る。
【0011】すなわち、各コーナ部においては、平面部
に比べると粒子の経路長さが両コーナ側面で制約されて
いるので短かくなり、粒子流れが速くなってコーナ部の
壁面伝熱管表面での粒子移動速度が上がり、管表面との
接触による局所摩耗を引き起こしている。
【0012】従来技術では、このコーナ部での局所摩耗
に対して粒子の流れを変えて摩耗量を低減するような考
慮はなされておらず、局所摩耗部を粒子に直接接触しな
いようにして摩耗低減を図っており、局所摩耗対策に対
して定期点検毎に費用が発生している。
【0013】本発明はこのような伝熱管の局所摩耗に対
して、摩耗低減費用がかからないように耐火材上部のコ
ーナ壁の形状に工夫を行い、コーナ壁伝熱管の局所摩耗
を低減する伝熱管の摩耗低減構造を有するボイラ炉壁を
提案する事を目的としたものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、ボ
イラの燃焼室下部の耐火材のコーナ部内側を埋め込んで
多角形状とする。(2)コーナ部内側を円形状とする。
(3)燃焼室のコーナ部の伝熱管壁を(1)の多角形状
に合わせて配置する。このようなボイラ炉壁の構造とし
て耐火材上面コーナ部の伝熱管の局所摩耗を低減する構
成とする。
【0015】即ち、本発明は、(1)燃料を燃焼する燃
焼室を持ち、同燃焼室の四周面が伝熱管壁で構成される
と共に同燃焼室下部の前記伝熱管壁が耐火材で覆われて
構成されているボイラの炉壁において、前記耐火材のコ
ーナ部内側を埋め込んで同耐火材内周面を多角形状にし
てなり、前記耐火材上面コーナ部の伝熱管の局所摩耗を
低減することを特徴とする伝熱管の摩耗低減構造を有す
るボイラ炉壁を提供する。
【0016】(2)又、前述の(1)において、前記耐
火材のコーナ部内側は円形状に埋め込んだ構造であるこ
とを特徴とする伝熱管の摩耗低減構造を有するボイラ炉
壁を提供する。
【0017】(3)更に、前述の(1)において、前記
燃焼室コーナ部の伝熱管壁は前記多角形状に合せて配置
してなることを特徴とする伝熱管の摩耗低減構造を有す
るボイラ炉壁も提供する。
【0018】
【作用】本発明はこのような手段により、(1)の発明
においては、燃焼室内に存在する粒子、即ち、固体燃
料、流動材、未燃粒子、等は大部分は伝熱管壁面に沿っ
て落下し、耐火材の上面の水平部に堆積し、粒子固有の
安息角で斜面を形成する。壁面近傍の下降粒子はこの堆
積斜面に落ちて、この斜面の経路で移動して隣接する伝
熱管に接触し、特に従来の90度のコーナ部では堆積斜
面の形成する経路が直線平面部より短くなり、粒子流れ
が速くなって伝熱管と接触し、局部摩耗を起していた
が、本発明ではコーナ部がカットされ、90度よりも大
きな角度となり、コーナ部が広くなっているので堆積粒
子の斜面を移動する粒子速度がゆるやかになる。その結
果耐火材上面コーナ部伝熱管表面の粒子の移動速度が大
幅に減少し、粒子の接触によるコーナ部伝熱管表面の局
所摩耗を低減させることができる。
【0019】(2)の発明においては、耐火材コーナ部
を円形状、更に(3)の発明においては、伝熱管壁を耐
火材コーナ部の形状に合わせて配置したので、それぞれ
(1)の発明と同様の作用、効果を奏すると共に燃焼炉
の形状に合せて耐火材のコーナ形状を決定することがで
きるものである。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。図1に本発明の第1実施例に係る伝熱管
の摩耗低減構造を有するボイラ炉壁の断面図である。図
において1は燃焼室伝熱管でフィン4によって接続さ
れ、燃焼室伝熱壁5を構成している。2は耐火材で図5
の従来例と同じく燃焼室3の下部に施工されて燃焼室伝
熱管を保護している。2aはその耐火材2の上面であ
る。燃焼室3はこのような燃焼室伝熱壁5で周囲を囲ま
れ、その下部は耐火材2が施工されている。
【0021】このような第1実施例では、燃焼室3の耐
火材2の上面2aのコーナ部の燃焼室伝熱管配置形状お
よび耐火材形状を従来の90°形状からコーナ部を図示
のように135°でカットし、カットコーナ形状6と
し、伝熱管1もこのコーナ形状部6に平行に3本配列し
たものである。耐火材上面2aコーナ部形状をこのよう
な形状にする事によって、後述するようにコーナ部伝熱
管表面の局所摩耗量を低減する事が出来る。
【0022】図2は本発明の第2実施例に係る伝熱管の
摩耗低減構造を有するボイラ炉壁の断面図である。図に
おいて1は燃焼室伝熱管でフィン4で接続され、燃焼室
伝熱壁15を構成している。伝熱管1の配列は従来の図
6と同じく、90°の配置であり、耐火材12の形状が
異る。燃焼室3はこのような燃焼室伝熱壁15で周囲を
囲まれ、その下部は耐火材12が施工されている。
【0023】本第2実施例では燃焼室コーナ部耐火材1
2の上面12aの形状を従来の90°形状からコーナ部
の端の伝熱管1のうち3本程度の部分の角を埋め込んで
カット部16を形成し、全体で8角形状となるようにし
たものである。なお、8角形状に限定せず、例えばコー
ナ部を2段階の形状とし、多角形状としても良いもので
ある。このようにコーナ部耐火材上面形状を多角形とす
る事によって、後述するようにコーナ部伝熱管表面の局
所摩耗量を低減する事が出来る。
【0024】図3は本発明の第3実施例に係る伝熱管の
摩耗低減構造を有するボイラ炉壁の断面図である。図に
おいて、1は燃焼室伝熱管でフィン4で接続され、燃焼
室伝熱壁25を構成している。伝熱管1の配列は、従来
例、第2実施例と同じく、90°の配置であり、耐火材
22の形状が異る。燃焼室3はこのような燃焼室伝熱壁
25で周囲を囲まれ、その下部は耐火材22が施工され
ている。
【0025】本第3実施例では、燃焼室壁断面において
コーナ部耐火材の上面形状を従来の90°形状からコー
ナ部の端伝熱管1のうち3本程度の部分の角を埋め込ん
で1/4円形状のコーナ部26とする。この耐火材22
のような形状変更により第2実施例同様に、コーナ部伝
熱管表面の局所摩耗量を低減する事が出来る。
【0026】このような構成の第1、第2、第3実施例
の作用について図1に示す第1実施例及び図6の従来例
と対比して更に詳しく説明する。燃焼室3内に存在する
粒子の大部分は伝熱管壁面に沿って落下する。従来の図
6に示すコーナ部と図1において、管表面を粒子が落下
する長さを第1実施例と従来例とでそれぞれa1
1 、粒子がコーナ部を通過する幅(点線で図示の範
囲)をそれぞれa2 ,b2 とすると、a1 /b1 =1.
0、a2 /b2 ≒0.6となる。
【0027】即ち、本実施例のコーナ部幅b2 の方が従
来の90°の幅a2 よりも大きくなり、従って、落下す
る粒子量が同じであっても、粒子がコーナ部(a2 ,b
2 部分)を通過する平均移動速度はカットコーナ形状部
6では約60%となる。即ち、本実施例のコーナ部にお
いては、壁面2aに下降した粒子が堆積する。この堆積
した粒子の斜面を落下する粒子が移動し落下するが、粒
子の経路長さは従来例の幅a2 の部分よりもb2 が大き
いため斜面を移動する粒子の流れが遅くなり、その結果
耐火材上面2aコーナ部伝熱管表面の粒子の移動量及び
移動速度が大幅に減少し、伝熱管1の表面と接触して発
生するコーナ部伝熱管の局所摩耗を低減させる。
【0028】以上、第1実施例で説明したが、図2に示
すようにカット部16を有する第2実施例、図3に示す
ように円形状コーナ部26を有する第3実施例において
も同様の作用、効果を奏するものである。
【0029】図4は本発明の第1,第2実施例に係るコ
ーナ部の伝熱管に石膏製の実機サイズモデルを使用し、
コールドモデル試験を実施した結果をプロットしたもの
である。図において、(a)はコーナ部伝熱管の1から
5番の伝熱管(図5参照)に対する最大摩耗深さの関係
を示し、(b)は同じ伝熱管に対する摩耗減量の関係を
示している。
【0030】図からわかるように符号40で示す従来の
最大摩耗深さに対し、符号41で示す第1実施例の平均
で48%に、符号42で示す第2実施例の平均で28%
低減されている。
【0031】又、符号43で示す従来の摩耗減量平均に
対し、符号44で示す第1実施例の平均で45%、符号
45で示す第2実施例の平均で26%に低減されてい
る。
【0032】
【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
によれば、ボイラの燃焼室下部の耐火材のコーナ部内側
を埋め込んで多角形状とする。(2)コーナ部内側を円
形状とする。(3)燃焼室のコーナ部の伝熱管壁を
(1)の多角形状に合わせて配置する。このようなボイ
ラ炉壁の構造として耐火材上面コーナ部の伝熱管の局所
摩耗を低減する構成としたので、燃焼室壁面を下降し、
コーナ部伝熱管表面を移動して摩耗を促進する粒子につ
いて耐火材上面コーナ部の伝熱管表面を移動する速度を
減少させてコーナ部局所摩耗を低減させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る伝熱管の摩耗低減構
造を有するボイラ炉壁の断面図である。
【図2】本発明の第2実施例に係る伝熱管の摩耗低減構
造を有するボイラ炉壁の断面図である。
【図3】本発明の第3実施例に係る伝熱管の摩耗低減構
造を有するボイラ炉壁の断面図である。
【図4】本発明の第1,第2実施例での実験結果をプロ
ットした図で、(a)は最大摩耗深さ、(b)は摩耗減
量をそれぞれ示す。
【図5】従来のボイラ燃焼室壁伝熱管のコーナ部の斜視
図である。
【図6】図5における断面図である。
【符号の説明】
1 燃焼室壁伝熱管 2,12,22 耐火材 3 燃焼室 4 フィン 5,15,25 燃焼室伝熱壁 6 コーナ形状 16 カット部 26 円形状コーナ部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F23M 5/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料を燃焼する燃焼室を持ち、同燃焼室
    の四周面が伝熱管壁で構成されると共に同燃焼室下部の
    前記伝熱管壁が耐火材で覆われて構成されているボイラ
    の炉壁において、前記耐火材のコーナ部内側を埋め込ん
    で同耐火材内周面を多角形状にしてなり、前記耐火材上
    面コーナ部の伝熱管の局所摩耗を低減することを特徴と
    する伝熱管の摩耗低減構造を有するボイラ炉壁。
  2. 【請求項2】 前記耐火材のコーナ部内側は円形状に埋
    め込んだ構造であることを特徴とする請求項1記載の伝
    熱管の摩耗低減構造を有するボイラ炉壁。
  3. 【請求項3】 前記燃焼室コーナ部の伝熱管壁は前記多
    角形状に合せて配置してなることを特徴とする請求項1
    記載の伝熱管の摩耗低減構造を有するボイラ炉壁。
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