JP3294035B2 - 流動床ボイラの伝熱管摩耗防止方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流動床ボイラの過熱器
及び再熱器に使用するステンレス鋼伝熱管の摩耗防止方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】流動床ボイラの流動層内に設置された伝
熱管は、流動層内の粒子の動きによって表面を擦られ摩
耗減肉する。これを防止する為に、伝熱管表面に硬度の
高い自溶性合金を溶射し、その生成膜により摩耗から保
護する。

【０００３】しかし、メタル温度が低い蒸発器管及び過
熱器管ではこの自溶性合金は還元腐食が発生しない為に
健全に使用出来るが、メタル温度が５５０℃以上ではこ
の還元腐食が発生し使用出来ないようになる。

【０００４】従って、５５０℃前後から以上の条件に晒
される過熱器や再熱器に用いられるステンレス鋼伝熱管
に対しては、摩耗減肉対策として伝熱管の外側にステン
レス鋼の保護板（プロテクタ）を設置する方法を取って
いる。

【０００５】図６に、従来の流動床ボイラに於ける過熱
器及び再熱器等に用いられるステンレス鋼伝熱管のエレ
メント構造例を示している。図６に示すものでは、各ス
テンレス鋼伝熱管１は流動層内の粒子の動きによる管の
摩耗を防止する観点から、そのメタル温度の如何によら
ず、一様に管の下面に半割プロテクタ３を装着し、曲が
り角部は保護箱４で覆うことにより保護している。

【０００６】このような半割プロテクタ３ないし保護箱
４を設けるとこれらのステンレス鋼伝熱管１の伝熱性が
阻害されるために、この伝熱管１を使用する過熱器或い
は再熱器等の伝熱面積をその補いの為に増加しなければ
ならない実情に置かれていた。

【０００７】流動床端部の各伝熱管のベンド部は流動層
内の粒子の動きが非常に激しいので摩耗防止保護箱の装
着も止むを得ぬとして、直管部に装着する半割プロテク
タは図６のＣ−Ｃ断面図に示すように、粒子の下方から
の当たりをカバーする半割プロテクタをバンドで吊る必
要があり、製作及び取付上の手数が掛かるのが難点であ
った。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
流動層内でステンレス鋼伝熱管群の摩耗減肉対策に関連
して生ずる問題を解決し、保護板（プロテクタ）を極力
使用せず、また製作組立やメインテナンスの容易な、流
動床ボイラ伝熱管の摩耗防止方法を提供することを課題
としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、流動床ボイラ
の流動層内に配置される過熱器及び再熱器伝熱管の摩耗
防止方法における前記した課題を解決するために、次の
ような方法を採用する。即ち、本発明では、流動層内に
配置された過熱器及び再熱器伝熱管の各部メタル温度を
精度良く予測し、５５０℃以上のメタル温度となる伝熱
管材質をステンレス鋼管とする。

【００１０】そして、このステンレス鋼伝熱管自体の表
面に形成される高温酸化被膜の耐摩耗性とこれによって
推定される摩耗減肉量を勘案の上、所要の肉厚に加えス
テンレス鋼伝熱管のメタル温度グループ毎に余肉量をも
たせた伝熱管の肉厚とする方法を採用する。

【００１１】また、上記に加え、その予測メタル温度が
５５０℃以下のメタル温度となる伝熱管には二重管プロ
テクタを取付け施工する。

【００１２】前記した両伝熱管摩耗防止方法において、
前記伝熱管のベンド部にメタル温度に無関係に、保護箱
及び二重管プロテクタの少くともいづれか一方を取付け
施工するのが好ましい。

【００１３】

【作用】ステンレス鋼伝熱管の摩耗防止方法として、耐
圧上の必要肉厚に加え伝熱管のメタル温度グループ毎の
摩耗減肉量に対応した余肉量をもたせた肉厚とする本発
明の方法を採る事によって、次のような本発明の作用が
得られる。

【００１４】先ず、流動床ボイラにおいて、本発明者が
行った実缶試験により得られた結果について説明する。
図５に示すのは、流動床ボイラ各部エレメントの表面メ
タル温度であり、５５０℃前後以上となるのは１次過熱
器の最終部と２次過熱器の大部分及び再熱器の全部とな
っている事が判る。

【００１５】また、図４は流動床ボイラでの各種伝熱管
のメタル温度と摩耗量の関係を示すものであり、ステン
レス鋼伝熱管の摩耗量が５５０℃以上になると急激に低
下すること、及び自溶性合金の溶射面の摩耗量が同じく
５５０℃以上で、それまでは少なかったのが急激に増加
する事が示されている。

【００１６】このような試験結果に基づいて、流動床内
での５５０℃前後以上のステンレス鋼伝熱管のメタル温
度を精度良く予測し、適正な耐摩耗余肉量を与えるとい
う方法を採り、半割プロテクタの取付けによる保護方式
を極力取り止める事により、ステンレス鋼伝熱管の伝熱
性が良くなり、結果的にこの伝熱管を使用する各部の伝
熱面積の増加を抑制する事が出来る。

【００１７】また、本発明により必要且つ十分な最小の
肉厚とする事により、伝熱管の管内径が大きくなり、冷
却側の管路抵抗を小さくすることが出来るので、その圧
力損失が低減されるというメリットも派生して生ずる事
となる。

【００１８】前記したように、メタル温度が５５０℃以
下の伝熱管に対しては、上記の様な耐摩耗性の被膜は形
成されないので二重管プロテクタの取付けによる摩耗防
止方法を採る。これによれば従来の半割プロテクタと対
比して、運転中のバンド部の切断によるプロテクタの脱
落等のトラブルの可能性は全く無く、プロテクタの製作
ないし取付け上の手数の掛かる問題も緩和されることに
なる。

【００１９】更にまた、ベンド部には従来と同様、メタ
ル温度に無関係に、保護箱又は及び二重管プロテクタを
取付けたものとすれば、伝熱管を流動床端部特有の層内
粒子の激しい流動による摩耗から保護することができ
る。

【００２０】

【実施例】本発明の実施の態様について、以下図面に基
づいて具体的に説明する。図１は本発明を適用する流動
床ボイラの各エレメント配置例を示すものである。流動
床ボイラにおいては、図２に示すように流動床５は流動
材である燃料及び石灰石等の粒子をそれぞれ燃料ノズル
８と流動材ノズルから受入れ、これらを、流動床炉底部
７に設けたエアノズル９から燃焼用空気を入れ、これと
発生するガスで流動化し燃焼や熱交換を行う。１０は風
箱である。

【００２１】そのため、図１の平面図に示すように、こ
の流動層６内に蒸発器１１，１次過熱器１２，２次過熱
器１３及び再熱器１４等のエレメントが流動床５を平面
的に必要な幅でカバーするよう配置されている。

【００２２】図２の側断面図はステンレス鋼伝熱管１を
用いる２次過熱器１３の例である。流動床５の流動床炉
底部７には燃料ノズル８及びエアノズル９が設けられて
おり、その上部に２次過熱器１３のエレメントがあり、
その内部流体の流れは下方より上方になっており、入口
部及びベンド部は二重管プロテクタ２を装着している。

【００２３】その他の５５０℃を越える伝熱管１はメタ
ル温度によって定まる余肉量を付加しただけのステンレ
ス鋼伝熱管１そのものにより構成されている。

【００２４】図３は流動層６内に配置される１次過熱器
１２，２次過熱器１３及び再熱器１４等のメタル温度の
高いエレメントに使用されるステンレス鋼伝熱管１の摩
耗防止方法の一実施例を示している。管のメタル温度が
５５０℃以上になれば、ステンレス鋼伝熱管１自体の表
面に形成される高温酸化被膜の耐摩耗性が、更に、その
温度が高くなるほど緻密な被膜が出来るため向上し摩耗
減肉量が減少する。

【００２５】これらの特性に注目して、管のメタル温度
を精度良く予測し、これによって推定される摩耗減肉量
を勘案の上、所要の肉厚にステンレス鋼伝熱管１のメタ
ル温度グループ毎の余肉量を加え決定する方法を採用し
ている。

【００２６】メタル温度が前述の５５０℃以下の管には
二重管プロテクタ２を用いて摩耗より保護するが、この
プロテクタ２は伝熱管１の曲げ加工の前に直管の状態で
伝熱管１に被せ曲げ製作する方法を取っており、ステン
レス鋼のプロテクタ２は流動層６の粒子から完全に伝熱
管１を隔離する為、従来の半割プロテクタ３よりそのメ
インテナンス面、効果面においても、製作組立上から言
っても優れていると言える。

【００２７】また、ベンド部にはメタル温度に無関係
に、保護箱４及び二重管プロテクタ２の少くともいづれ
か一方を取付け伝熱管１を流動床５端部特有の層内粒子
の激しい流動による摩耗から保護する。このような方法
を採る根拠は、前項で説明しているように図４、図５の
実缶試験結果に基づくものである。

【００２８】従って、ステンレス鋼伝熱管１を使用する
部分については、伝熱管１のメタル温度を精度良く予測
し、５５０℃前後ないしそれ以上のエレメントに関して
は適正な対摩耗余肉量を与える方式を用い、半割プロテ
クタ３による保護方式を取り止める事によって、ステン
レス鋼伝熱管１の伝熱性が良くなり、結果的にこの伝熱
管１を使用する各部の伝熱面積の増加を抑制することが
出来る。

【００２９】因みに、本実施例の伝熱管摩耗防止方法に
よって設計した例では従来に比し、平均１０〜１５％の
伝熱面積減とできる事が明らかになっている。また、肉
厚を必要且つ十分な最小のものとすることで、内径が大
きくなることにより管路抵抗が小となり冷却側圧力損失
が低減される点も前項で述べた通りである。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の採用によ
り、流動床ボイラのステンレス鋼伝熱管を使用する５５
０℃前後以上のメタル温度となるエレメント各部の肉厚
を、所要肉厚に自体表面に形成される高温酸化被膜の耐
摩耗力に対応した余肉量を加えたものとし、保護板（プ
ロテクタ）の使用を極力行わない方法を採ることによっ
て次の効果を奏することができる。

【００３１】すなわち、（１）ステンレス鋼伝熱管の伝
熱性が良くなり、伝熱管を使用する各部の伝熱面積の増
加が抑制される。（２）ステンレス鋼伝熱管の肉厚を必
要且つ十分な最小のものとすることにより、管の内径が
大きくなる為、冷却側の管路抵抗を小さくする事が出来
るので関係各部の圧力損失が低減される。

【００３２】更に、上記に加えメタル温度が５５０℃以
下の伝熱管に半割プロテクタではなく、二重管プロテク
タを取付けるので、プロテクタは流動層の粒子から完全
に伝熱管を隔離する為、従来の半割プロテクタよりもそ
のメインテナンス面、効果面においても、又、製作組立
上から言っても優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する流動床ボイラにおける各エレ
メント配置の平面図。

【図２】図１における２次過熱器１３を拡大して示す側
面図。

【図３】図１においてメタル温度が高いステンレス鋼伝
熱管エレメントに対する摩耗防止方法例を示す図面で、
（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面
図。

【図４】流動床ボイラでの各種伝熱管の摩耗実績を示す
線図。

【図５】流動床ボイラ各エレメントの表面メタル温度を
示す線図。

【図６】従来のステンレス鋼伝熱管エレメントの摩耗防
止方法例を示す図面で、（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−
Ｃ線に沿う断面図。

【符号の説明】

１ ステンレス鋼伝熱管 ２ 二重管プロテクタ ４ 保護箱 ５ 流動床 ６ 流動層 ７ 流動床炉底部 ８ 燃料ノズル ９ エアノズル １０ 風箱 １１ 蒸発器 １２ １次過熱器 １３ ２次過熱器 １４ 再熱器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 由則 長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株 式会社長崎造船所内 (72)発明者 北川 雄一郎 長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株 式会社長崎造船所内 (56)参考文献 ボイラ技術講座 全８巻「ボイラの材 料と強度 第４巻」，ｐ．30〜37，日本 ボイラ協会（昭和44年８月５日発行) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F22B 1/00,37/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流動床ボイラの流動層内に配置される過
   熱器及び再熱器伝熱管の摩耗防止方法として、流動層内
   に配置された過熱器及び再熱器伝熱管の各部メタル温度
   を予測し、５５０℃以上のメタル温度となる伝熱管材質
   をステンレス鋼管とし、このステンレス鋼伝熱管自体の
   表面に形成される高温酸化被膜の耐摩耗性とこれによっ
   て推定される摩耗減肉量を勘案の上、所要の肉厚に加
   え、同ステンレス鋼伝熱管のメタル温度グループ毎に余
   肉量をもたせた伝熱管の肉厚とするとともに、前記予測
   されるメタル温度が５５０℃以下となる伝熱管には二重
   管プロテクタを施す事を特徴とする流動床ボイラの伝熱
   管摩耗防止方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の流動床ボイラの伝熱管
   摩耗防止方法において、前記伝熱管のベンド部には保護
   箱及び二重管プロテクタの少くともいづれか一方を施す
   ことを特徴とする流動床ボイラの伝熱管摩耗防止方法。