JP3689000B2 - Fireproof tiled construction for boiler tube / heat exchanger protection - Google Patents

Fireproof tiled construction for boiler tube / heat exchanger protection Download PDF

Info

Publication number
JP3689000B2
JP3689000B2 JP2000606941A JP2000606941A JP3689000B2 JP 3689000 B2 JP3689000 B2 JP 3689000B2 JP 2000606941 A JP2000606941 A JP 2000606941A JP 2000606941 A JP2000606941 A JP 2000606941A JP 3689000 B2 JP3689000 B2 JP 3689000B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tiles
wall
tile
boiler
coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000606941A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004520561A (en
JP2004520561A5 (en
Inventor
エス. シックリング,ジェイ
エム. トレーシー,デニス
エム. バータベディアン,アラ
エー. ウェイド,ジョナサン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
Original Assignee
Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US09/526,331 external-priority patent/US6267066B1/en
Application filed by Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc filed Critical Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
Priority claimed from PCT/US2000/007135 external-priority patent/WO2000057106A1/en
Publication of JP2004520561A publication Critical patent/JP2004520561A/en
Publication of JP2004520561A5 publication Critical patent/JP2004520561A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3689000B2 publication Critical patent/JP3689000B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/10Water tubes; Accessories therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
  • Protection Of Pipes Against Damage, Friction, And Corrosion (AREA)
  • Chimneys And Flues (AREA)

Abstract

A refractory tile system (60) includes a barrier layer coating (61) applied to the wall (16) of a boiler. Refractory tiles (66) are then fastened to the tu be wall (16) utilizing a floating attachment mechanism (68) to provide a relatively high degree of freedom of movement relative to the tube wall to accommodate micro-scale bowing of the tile generated by the relatively large temperature gradient and mean temperature typically experienced by such tile s. Each tile (66) is also isolated from adjacent tiles by providing a predetermined gap (70) therebetween of sufficient size to effectively preven t macro-scale bowing. Moreover, a compressible fibrous mortar is disposed in t he gap between each adjacent tile to prevent contaminants from passing therethrough.

Description

【0001】
1.発明の分野
本発明は金属の通水壁チューブを熱い高度に腐食性の炉ガスから保護し同時に良好な熱伝導性を維持する耐火性のチューブブロックに向けられるものである。
【0002】
2.背景情報
耐火性のタイルは廃棄物焼却炉や他の用途の熱交換器においてボイラーの壁を保護するために長く用いられてきた。このタイルの主なる機能は、典型的には通水壁チューブとその間に配設された膜又はウェブ(腹板)とを含む鋼合金のボイラー壁を温度、侵食、及びボイラー作用と関連した酸蒸気の作用による腐食から保護することであった。これらの条件はボイラーの内部に起きる燃焼工程によって発生される。例えば、市の固体廃棄物(MSW)用施設は炉の中のくずやごみを約1400℃までの温度で焼却する。これらのMSW設備で発生された価値あるエネルギーを再生するために水が炉に近接した金属の通水壁チューブを通過されこの高温度によって水蒸気に変換される。このチューブ組立体の中に発生した水蒸気は次にタービンで駆動される発電機に動力を供給するのに用いられる。しかし、MSW設備はまた金属壁に接触したならばこの壁を化学的に腐食させるガス生産物を生成する。耐火タイルの目的はガス生産物による壁の直接の腐食を阻止しかつチューブが依然として十分に加熱されて効率的に水蒸気を発生することであった。このタイルの主要な目的はしたがってチューブの壁の耐久性を延ばすことである。
【0003】
ボイラーチューブ保護のための耐火タイルは伝統的には炭化硅素(SiC)のような材料から作られてきた。これらのタイルは典型的にはチューブ壁の外形に合致する大きさと形状に形成された裏面を有する実質的に平面の面が設けられている。このようなタイルは一般に3つの構造のうちの1つの変更例として、すなわちボルトで止めるタイル、ロウメグアへの米国特許第4,768,447号に開示されているような張りつけタイル、及びエイケン他への米国特許第5,243,801号とザンペル アドバンスト レフラク ト リー テクノロジィ会社へのWO97/09577号に開示されているような溝つき又はT溝つきタイルとして知られている変形張りつけタイルのうちの1つの変更例として構成されてきた。米国特許第4,768,447号、米国特許第5,243,801号及びWO97/09577号は本明細書に参照例として十分に合体されている。
【0004】
図1と2に示されるように、ボルト止めタイル10は一般にボイラーの内部に向って配列されるようになっている正方形又は矩形の面12が設けられる。1つの孔が面12のほぼ中心でタイルの厚さを貫通する。さら穴部分34が典型的には孔又は穴30の内部に存在しナット28のための受け座として作用する。典型的な取付け構造では、スタッド(植込みボルト)又はねじつきボルト24が膜部分16にボイラー壁62の2つのチューブ18の間で溶接される。タイル10の形成された裏面14はチューブ壁19の外形を受け入れるよう合致しこれとぴったり接触する大きさと形状の正確な部分20を含んでいる。
【0005】
タイルはスタッドを孔に通して取付けタイルを所定位置にスタッドに螺合されたワッシャ―28とナット26とによって固定することにより、取付けられる。キャップ(図示しない)が次に典型的には所定位置に孔を覆ってモルタル塗りされ標準孔の間の隙間を通ってタイルの後側に流れることのできるガスの量が最小となるようにする。モルタル(図示しない)の層は典型的にはタイルと壁62の間と隣接するタイルの間とに塗布され、タイルを所定位置に固定するのを助けまたガスがタイルの間及び/又は後側に流れるのを実質的に阻止する作用をする堅固な構造を形成する。
【0006】
ボルト止めタイル構造を用いる利点はこのタイルは取付けるのが比較的に容易でありまた垂直の張出した表面を含むボイラーの実質的にどの表面にも取付けられることである。
【0007】
このようなボルト止めタイルの欠点はタイルの欠損に関連する。これらのタイルは通常スタッドの機能低下のため2年から4年の耐用寿命を有している。スタッドが劣化した時、タイルは壁から離れて落下するようになり、ボイラーチューブが焼却炉の大気にさらされることになる。スタッドの劣化の原因は以前は高温度の酸による腐食によるものと考えられていた。特に酸がスタッド孔を通ってタイルを突き抜けスタッドを侵すと考えられていた。この腐食はその高い作用温度(1000℃又はそれ以上と考えられる)のためスタッドにとってきびしいと考えられた。またタイルのひび割れは普通の現象でありスタッドに過剰に応力をかけることにより発生すると考えられていた。
【0008】
ボルト止めタイル構造に関連した欠点を解決する1つの試みは張りつけタイルの使用が含まれていた。図3と4に示されるように、張りつけタイル45が典型的にはアンカ/フック又は短いスタッド37を使用しタイルをボイラー壁62の膜に張りつけ、重力が利用されタイルをボイラー壁62に密接して保持し良好な熱伝導が得られるようにする。このタイル45は1つ又はそれ以上の孔30′がタイルの裏面14′から熱い面に向って突出しているが熱い面を完全には突き抜けていない点でボルト止めタイルの一変形である。これはタイルに密接した面を与え理論的には酸の腐食に対する抵抗を向上させる。モルタル(図示しない)の層は典型的にはタイル45とボイラー壁62との間と、隣接するタイルの間とに取付けられ堅固な実質的にガスと灰を透過しない構造を形成する。
【0009】
この張りつけタイル構造の変更例はタイル45を空気吹き抜け装置と関連して使用する。この変更例ではモルタルがタイルの裏側には取付けられずタイルとボイラー壁との間に隙間を残している。空気の流れはこの隙間を通って供給され壁の酸による腐食を最小にするのを助ける。
【0010】
張りつけタイルの利点は一般に取付けと取替えが比較的容易であることである。この張りつけタイル構造の欠点はタイルがその固定部から離れて落下する傾向があるため垂直でない壁に取付けることができないことである。また、これらタイルは熱膨張などのため作用中その固定部から離れて持上がることが知られている。さらにまた上記の空気吹き抜け装置は不利にはモルタルを使用する構造に対してタイル構造の費用を増大させる。タイルと壁との間の熱伝達はまた不利には空気層の絶縁(すなわち比較的低い熱伝導性)特性により減少される。
【0011】
図5を参照すると、変更された張りつけタイル50がそのアンカー又はフックから外れるようになる張りつけタイルに関連した欠点を解消する試みで開発されている。この変更された構造の例はマッシュルームボルト、チューブ溶接フィンアンカー、及びT溝のタイルとして普通に知られている。これらのタイル50は典型的にはボルト止めタイルと張りつけタイルとの複合体であり、密接したタイル面12′を実質的にT字形の形状を有するアンカー52と結合させタイルを効果的に捕えこれを垂直の表面と張出し表面とに取付けるようにする。
【0012】
これらのタイル50は一般にタイルとボイラー壁の間と隣接するタイルの間とにモルタルの層が取付けられる。モルタルの目的は堅固な取付け部を提供することによりこれらタイルを固定するのを助けまた灰と腐食ガスがタイルの間と後側を突き抜けるのに抵抗する障壁が得られるようにすることである。
【0013】
これらの変更されたタイル50の利点はこれが見かけ上任意のボイラー表面に取付けられることである。タイル50の欠点はその縁からタイルの中へと横方向に突出する行き止まりの(すなわち不連続の)溝54を組込んでいるため製造が困難となることである。また、これらタイルはこの行き止まり溝(育溝)54の複雑性により物理的に弱くなる。さらにまた、個々のタイルは一般に中央列のタイルを取除くことなく取替えることはできない。
【0014】
上記の構造の欠点を解消するため意図された他の方法は図3と4に示される向き合った凹所又は溝49の間に取付けられた弾性材料48と組合せた張りつけタイル45の使用を含んでいる。この方法は通常の堅固なモルタルを用いるタイル張り構造に比べてタイルの取付けと取替えを容易にする傾向がある。この方法はある用途においては満足できるよう作用するが、弾性材料48が不利には腐食ガスの流れに対して少ししか抵抗できずそのためMSWボイラーに見られるような特に腐食性の環境で用いるには望ましくないものとなる。
【0015】
さらにまた、上記の方法の多くは繊維の圧縮性材料又はモルタルを膨張接合部として作用するようタイル使用期間にわたって使用する。例えば、この材料はれんが工事の当業者にとって良く知られている(すなわちコンクリート歩道等の構築に普通に用いられるような)やり方で7個から15個のタイル毎に用いられる。これらの接合部は、しかし、不利には酸や他の腐食性の材料を通過させ下側に位置するボイラー壁を腐食させるようになる。さらに、このような膨張接合部を有するタイル張り構造の有効寿命はこのような膨張接合部を有しない同様のタイル構造よりもさほど長いことが示されなかった。
【0016】
したがって、従来技術に関連する欠点を解消する改良された耐火タイル張り構造が必要である。
【0017】
概要
本発明の重要な観点は従来技術の構造の欠陥の多くに対応する問題の認識である。これらの欠陥は個々のタイルの曲がり(ここで用いられる“微小規模の”曲がり)と図8に示されるような多くのタイルの集積した曲がり(ここで用いられる“相互関連の”又は“大規模の”曲がり)とによって生じることが認識された。図9を参照すると、微小規模の曲がりは堅固なモルタル(図示しない)を介して隣接タイルに伝達する力Fを発生しそのため大規模の曲がりの効果を生じる。この大規模の曲がりは劣化を生じるのに十分な引張り応力をスタッドに加える。この点に関し、タイルの大きな寸法上の不安定性は上昇したボイラーの温度にさらすことによって発生する熱膨張に主として限定されるとこれまで考えられていた。さらにまた、曲がりは個々のタイルに限定されると考えられていた。
【0018】
これに対し、本発明は、ボイラーの作動中の個々のタイルによって生じる熱勾配(すなわち、例えば図7に示される熱い面112′と裏面114′との温度の間の差)が前もって予測されたよりも大きく、また前に述べた熱膨張よりもタイルの寸法上の不安定性に大きな影響を与えたという認識に基づいている。そして熱勾配によって生じた曲がりが応力を隣接タイルの間に配設された堅いモルタルを介して伝達し個々のタイルの曲がりの効果をタイル張り構造の長さの2乗の関数として効果的に変更することが理解された。この現象は次の式によって表わされる。
δ=αL2 ΔT/(8t)
ここでδ=累積偏位、α=熱膨張係数、Lはタイル列の長さ、ΔTはタイルの対向面の温度の間の差、そしてtはタイルの厚さである。
【0019】
また長期間に生じるタイル上の熱い面の酸化がタイルを横切る温度勾配を一層激化させ微小規模の曲がり効果をさらに増すようになる“熱斑点”を形成することがわかった。この点に関し、大規模の曲がりは酸化を加速し、そのためタイルの劣化を加速する作用をする自己−永続性のサイクルを開始することがわかった。例えば、SiCタイルの熱い面の最適の作用温度は約500から600℃とすることができる。この温度の酸化は最小であり実質的にタイルの寿命に影響を与えないことがわかった。しかし、酸化は熱い面が約750℃に達し又はこの温度を超えた場合に迅速に進行し温度がさらに上昇するにつれて迅速に加速し続けることがわかった。したがって本発明の観点は大規模の曲がりがボイラー壁からタイルを分離させる作用をし、一般にタイルの裏面から壁への熱移動を減少させる空気の隙間を形成することを認識することであった。この熱移動の減少は熱い面における温度を好ましい作用温度の範囲を超えて実際に増加させる。この大規模の曲がりは最終的に熱い面の温度を750℃又はそれ以上の酸化促進温度に上昇させる効果を有する。この酸化また、上記のように大規模の曲がりをさらに激化させることになる温度勾配を増大させそれにより自己−永続性の有害なサイクルを形成するようになる。
【0020】
したがって、従来技術のタイル構造は酸の浸透を最小にするために(すなわち、張りつけ及び変更タイル45と50の育孔取付け)開発されてきたため、このタイル構造は上記の曲がり条件を確認するものではなくまたこれを意図するものでもない。これらの従来の構造は依然としてタイルの周りに堅いモルタルを用いそれにより大規模の曲がりが生じるようにするものである。
【0021】
同様に、何らかの実質的に利益を生じさせる上記の膨張接合部の欠陥は一部はこの欠陥により全面にわたる曲がり現象と比較的良好な熱膨張効果を補償するにすぎない試みとを認識することが理解された。この欠陥は比較的少量の又は稀有の膨張接合部(すなわち、7から15個のタイル毎に1回だけ用いられる)によるだけでなく、また膨張接合部の少なくとも一部分の中に配設された普通のモルタルの頻繁な使用によっても示される。
【0022】
本発明を開発する最初の段階は普通の18cm×18cmのボルト止めタイルの第1の限られた要素モデル(FEM)の完成を含み作動中のタイルのひび割れの原因を査定することであった。この分析は熱勾配によるタイルの応力の存在を示した。また個々のタイルは熱勾配の関数として曲がることを示した。この分析の最初の結果はタイルの厚さを増しタイルの強度を増すことであった。
【0023】
この最初の分析が完了した後、第2の限られた要素モデルがタイル全体にわたりまたスタッドの長さに沿った熱の線図を予測するために完成された。予測された焼却炉の1370℃の作用温度で、このモデルは、大概のステンレス鋼にとって最高の使用温度である800℃より高い温度でスタッドが作用することを予言した。
【0024】
劣化したスタッドは焼却炉から回収された。スタッドの分析はこれらスタッドが劣化する前に約6mm引き伸ばされることを示した。これはスタッドが引張り荷重のもとに置かれ、そのため酸による腐食のみによって劣化するのではなくむしろ応力−腐食によるものであることを示した。したがってスタッドの応力の原因を調査することが決定された。
【0025】
さらにまた劣化したスタッドの回収の間、タイルの火ぶくれ部分が存在することが観察された。これらの火ぶくれはこの部分で約10タイル×10タイルであり、ボイラーの中へと変位された。
【0026】
第3の限られた要素モデルがタイルの曲がりと引張り応力の現象を研究するため開始された。前に述べたように、第1のFEMは個々のタイルの曲がり又は大規模の曲がりが熱勾配によって起きることを示した。しかしこの曲がりはスタッドに見られる6mmの変形を生じさせるには不十分な大きさ(0.3mm)であった。
【0027】
第3のFEMでは、7×7列のタイルがモデルとされ、モルタルが堅い材料として作用することを予想した。この分析の結果は25mmを超える大きな曲がりを発生するタイルの中の全体効果を示した。さらに、応力分析は全体の(大規模の)曲がりがスタッドを破壊点まで引き伸ばすのに十分な引張り力をスタッドに加えることを示した。
【0028】
限られた要素モデルを確実にするため、タイルが取付けられた試験パネルが焼却炉の中に取付けられた。試験パネルから集められたデータはタイルが作用中大規模に曲がり、曲がりの大きさは1年間の使用後で約4mmであることを示した。曲がりの速度の推定はタイルが試験の開始から約2.5年で8mm変位する(スタッドの劣化に要すると考えられる変位)ことを示している。これはボルト止めタイルからの前の使用寿命期間の観察と良く対応している。
【0029】
したがって、本発明の第1の態様によれば、ボイラーの壁に用いられる耐火タイル張り構造において、壁に係合可能な浮動取付け機構を有する複数のタイルと、複数のタイルと壁との間に配設される腐食障壁とを具備し、浮動取付け機構は、壁上で複数のタイルを互いに移動可能な離間した関係に保持し、複数のタイルは、ボイラーの作動温度にさらされている間に生じる複数のタイルの寸法変化を許容するに十分な隙間を、隣接するタイルの間に形成する寸法及び形状を有し、腐食障壁は、壁に塗布された被膜であって、壁に接着する一方で複数のタイルには接着しない被膜から形成されること、を特徴とする耐火タイル張り構造が提供される
【0030】
本発明の第2の態様によれば、ボイラーの壁に用いられる耐火タイル張り構造において、壁上に配置され、互いに移動可能に離間した複数のタイルと、複数のタイルと壁との間に配設され、壁の腐食を実質的に阻止する腐食障壁とを具備し、複数のタイルは、ボイラーの作動温度にさらされている間に複数のタイルの大規模曲がりを実質的に阻止するに十分な隙間を、隣接するタイルの間に形成する寸法及び形状を有し、腐食障壁は、壁に塗布された被膜であって、壁に接着する一方で複数のタイルには接着しない被膜から形成されること、を特徴とする耐火タイル張り構造が提供される
【0031】
本発明の第3の態様によれば、ボイラーの壁の有効寿命を増進させる方法において、(a)壁に係合可能な浮動取付け機構を有する複数のタイルであって、浮動取付け機構により壁上で互いに移動可能な離間した関係に保持される複数のタイルを用意する段階と、(b)ボイラーの作動温度にさらされている間に生じる複数のタイルの寸法変化を許容するに十分な隙間が、隣接するタイルの間に形成されるように、複数のタイルの寸法及び形状を設定する段階と、(c)壁に接着する一方で複数のタイルには接着しない被膜を、壁に塗布により形成して、被膜からなる腐食障壁を壁上に配置する段階と、(d)複数のタイルが壁に重ねられ、かつ腐食障壁が複数のタイルと壁との間に配置されるように、浮動取付け機構を壁に係合させる段階と、を有する方法が提供される
【0032】
本発明の上記のまた他の特徴と利点は添付図面と関連する本発明の種々の形態についての以下の詳細な記載を読解することによりさらに容易に明らかとなるであろう。
【0033】
好ましい実施態様の詳細な記載
添付図面に記載された各図を参照すると、本発明の例示の実施態様が以下に詳細に記載される。説明を明瞭にするため、添付図面に示される同一の特徴部分は同一の参照番号で示されまた図面における他の実施態様に示される同様の特徴部分は同様の参照番号で示される。
【0034】
この開示において用いられた場合、ここに記載された要素に関連して用いられた時の“軸方向”なる用語はこの要素に対する方向を言い、この要素が図6,7,10及び14に示されるチューブ18に係合して配置された時チューブ18の中心軸線に実質的に平行である(すなわち、図7)。“横断方向”なる用語は軸線方向に実質的に直角な方向を言う。
【0035】
ここで図6を参照すると、本発明の1つの実施態様では、耐火タイル張り構造60は焼却炉又は熱交換器のボイラーの壁62(すなわち、膜16とチューブ壁19)に塗布された障壁層被膜61を含んでいる。この障壁層61はボイラーの平常の作動温度での酸及び塩腐食抵抗が得られるようになっている。このような被膜の一例はワーセスター、マサチューセットのノートン会社から入手可能なPC−1022(登録商標)のような燐酸塩結合のSiC障壁層である。有利には、この材料は比較的良好な腐食抵抗と熱伝導性とをもたらす。耐火タイル66は次に浮動取付け機構68を用いてチューブ壁62と重なった関係でチューブ壁62に締結される。タイル66はMSW焼却炉/熱交換器その他のボイラーの内部で受ける温度(約1400℃の高い)に耐えることのできる例えば炭化硅素(SiC)又は他のセラミック材料のような、当業者にとって公知の任意の適当な耐火性材料から構成される。
【0036】
浮動取付け機構68はタイル66にチューブ壁62に対する運動の比較的高い自由度を与えタイルの微小曲がりに適合できるようにする。上述のように、小規模曲がりはこれらタイルの受ける比較的大きな温度勾配(典型的には約200から600℃又はそれ以上)によって生じることがわかっている。さらに上述のように、この温度勾配は、特に曲がりがタイルの列の長さの2乗として増大する全体の影響にかんがみ、上昇した温度そのものよりも実質的に大きいタイルの寸法上の不安定性への影響を有することがわかっている。各タイル66は、隣接タイルの間に全体構成によって生じることがわかっている大規模曲がりを効果的に阻止するに十分な大きさの所定の隙間70を設けることにより、隣接タイルから効果的に絶縁される。図9に示されるように、この全面にわたる現象は微小規模に曲がった時堅いモルタル(図示しない)を介しタイルにより相互に対し加えられた圧力又は力によって生じる。
【0037】
再び図6を参照すると、隙間70は好ましくは、隣接タイル66の間に離間され相互係合した接合部を形成する大きさと形状に形成された周縁72によって、形成される。この相互係合構造は有利にはタイルの間に閉塞された列を提供する作用をしボイラーの作動中灰又は他の汚染物質がこの隙間70を突き抜けるのを妨げるようにする。さらにまた圧縮性の繊維モルタル(図示しない)が各隣接タイルの間の隙間又は通路70に配置されさらに灰又は他の汚染物質が突き抜けるのを阻止する。このような適当な圧縮性の繊維モルタルの例はナイヤガラフォール、ニューヨークのユニフラックス会社から入手可能なTopcoat2600(登録商標)として知られている。この圧縮性繊維モルタルが用いられた場合、隙間70は選択された特別の圧縮可能なモルタルの既知の圧縮性と組合わせた大きさとし、それによりタイル間の力の移動を、個々のタイルが最大の微小規模曲がりの状態で配置された時に大規模曲がりの発生するのを実質的に阻止するに十分な低い大きさに保持するようにする。例えば、実質的に図7に示されるように形成され約30cm×20cmで延びる矩形の面112′を有するタイルは、隣接タイルから少なくとも約6mm延びる隙間70′を有している。
【0038】
図示の実施態様では、浮動取付け機構68はタイル66に配設された同様の大きさの凹所80に係合するようになっている凸状の終端部78を備えた複数の可撓アーム76を有するレール74を含んでいる。アーム76はしたがってタイル66と解放可能な係合に付勢されその取付けと取外しを容易にする。さらにまた、アーム76の弾力性はタイル66を壁62に、熱勾配と上昇した平均温度によって生じたタイル66の寸法の変化に応じてタイル66を壁62に対して動かし又は“浮動する”ように、締結する作用をする。この点に関し、浮動取付け機構68はタイル66を壁62に対し少なくとも3つの自由度で(すなわち3つの相互に直角な図示の軸線X,Y,Z)動かす。さらにまた、X,Y及びZ線に沿った並進運動に加えて、タイルはチューブ18の周りに回転する及び/又はチューブ18に近づきもしくは離れるよう曲がることができる。アーム76と凸状の終端部78とを含むレール74は好ましくはステンレス鋼のような可撓性で腐食抵抗性の材料から構成される。
【0039】
また図示のように、タイル66の面112は壁62の外形に実質的に合致する幾何学形状としタイルに比較的均一の厚さを与えることができるようにする。
【0040】
図7を参照すると、本発明の他の実施態様がタイル張り構造60′として示されている。この実施態様は図6に示されるタイル張り構造60と実質的に同様であるが、実質的に平坦な面112′と他の浮動取付け機構6′とを用いている。図示のように、この浮動取付け機構68′は約50%少ないアーム76′を用いているが、多くの点で図6の浮動取付け機構68と類似している。
【0041】
浮動取付け機構68′の実施態様を説明したが、当業者にとって、上記のように大規模の曲がり作用を生じないでタイルが微小規模で膨張したり曲がったりすることができるようにタイルをボイラーの壁62に固定することができる実質的に任意の取付け機構を、本発明の精神と範囲から逸脱することなく用いることができること理解されよう。この点に関し、例えば十分な間隙が取付け機構とタイルとの間に設けられていて、上記の寸法上の変化が過剰力又は応力を取付け機構や隣接タイルに加えることなく生じるようになっていることを前提に、可撓アーム7676′に代、剛性の取付け機構を用いることができる。
【0042】
このような他の構造の例は、ステンレス鋼その他から構成され、タイルの内部に配設された実質的に大きな穴84(仮想線で示される)に挿入可能でタイル面112に実質的に平行に延びる1つ又は複数のピン82(仮想線で示される)の設置を含むことができる。ピン82はまた当業者にとって公知の普通のやり方で(図示しない)壁62に固定される。この方法で、タイルは上記したように壁に対し効果的に“浮動する”のに十分な間隙を有して壁62に固定される。
【0043】
10及び図11を参照すると、本発明のさらに他の実施態様がタイル張り構造60″として示されている。このタイル張り構造60″は図6及び図7に示されるタイル張り構造60及び60′と実質的に同様であるが、他の浮動取付け機構68″を用いている。図示のように、この浮動取付け機構68″は、アーム76″が図示のようにタイル66″の半円筒形の溝又は凹所80″と係合するよう実質的に“C”字形となっているが、多くの点で図7の浮動取付け機構68′と同様である。
【0044】
図11を参照すると、タイル66″の溝80″は、タイル66″の上縁と下縁116と118からそれぞれ軸方向内側に延びる上側溝81と下側溝83を含んでいる。上側溝81は好ましくは下側溝83の軸方向距離d2 より大きな軸方向距離d1 だけ上側縁116から延び、以下に記載されるようにタイル66″の取付けを容易にしている。また図示のように、上側及び下側の表面116と118は溝81と83との交差部で約30から60度の角度αで面取りされ、以下に記載されるようにタイル66″の取付けをさらに容易にする。好ましい実施態様では、角度αは図示のように約45度である。
【0045】
ここで図12〜15を参照すると、タイル66″の取付け方法が示されている。図12を参照すると、タイル66″がタイルの上側表面116を上側及び下側のアーム76″の間に実質的にこれと実質的に軸方向に整列して配置することにより取付けられる。この位置づけは上側表面116の一部を図示のようにチューブ18と面対面の係合をするように配置することにより達成される。図13を参照すると、タイル66″の表面116は矢印によって示されるように軸方向上方に動かされ、また下側表面118は矢印で示されるようにチューブ18により接近するよう回動される。この作用は上側溝81(図11)を図示のように一組の(すなわち最上位の)アーム76″と受入れ係合するよう摺動させる働らきをする。この運動はタイルが下側アーム76″を通り越しタイル66″が図14に示されるようにチューブ18と実質的に平行に整列して動くことができるようになるまで、続けられる。タイルはそれから隣接する前に取付けられたタイル66″に向って軸方向に(すなわち方向に)並進され下側溝83(図11)の内部に受け入れられるよう係合する。この並進運動は好ましくは下側アーム76″が溝83の基端120(図11)と係合するまで続く。この時点で、隣接タイル66″は図15に示されるようなその所望の離間した相互係合の配置となり、取付けを完了する。他のタイル66″(図示しない)が次に同様な方法で取付けられる。
【0046】
以下の例示の実施例は本発明の一定の形態を説明するよう意図されている。これらの実施例は限定として解釈されるものではない。
【0047】
実施例
実施例1−比較
図1及び図2に示される一般型の一連の普通のボルト止めタイルが図16に示されるパターンで炉の中に取付けられた。A,B,C及びDで表示されたタイルにそれぞれLVDT(直線状可変−変位トランスジューサ)が取付けられこれらタイルが平常の炉の作動中チューブ壁から離れる変位を測定した。図示のように、タイルBとDは隣接タイルの間に普通の可撓性のモルタル〔上記のTopcoat2600(登録商標)〕を含むタイル列部分に配置された。図17を参照すると、LVDTの出力は取付けられたタイルが相互にほぼ同時に変位され大規模曲がりが起きている証拠を提供したことを示している。(図表で示された変位の大きさの相違は明らかにタイル内部のLVDTの位置の変動によるものであった。)タイルB上に配置されたLVDTはうまく作動せずそのため図17には示されていないことに注意されたい。
【0048】
実施例2
本発明のタイルの列が試験のためボイラーに取付けられた。これらタイルは実質的に図7に示され同図について上記したような方法で構成されボイラーに取付けられ、ボイラー壁とタイルとの間の障壁材料と隣接タイルの間のTopcoat2600(登録商標)との使用を含んでいた。A,B,C,D,E、及びGとして示された選択されたタイルは実施例1に記載された方法でLVDTsが取付けられた。図17に示されるように、これらLVDTsの出力はこれらタイルが実施例1に示されるものとは反対に相互から独立して変位されたことを示している。これらの試験結果はしたがって本発明のこれらタイルが大規模曲がりを生じることなく個々の(微小規模)曲がりに適合できたことを示している。
【0049】
浮動取付け機構68,68′及び68″はタイル66,66′及び66″が壁62に対して動くこと(すなわち“浮動する”ことができるようにするが、当業者は浮動取付け機構68,68′及び68″が好ましくはタイル66をチューブ18の表面にできるだけ密接して保持しタイル66を通るチューブへの熱の移動が最大となるようにすることを理解するであろう。
【0050】
さらにまた、前記した張りつけタイルと上述の変更張りつけタイル張り構造は本発明と組合せて用いることができる。さらに、上述のような普通のボルト止めタイル締結装置がスタッドと穴との間に余分の間隙が得られるよう変更されタイルが壁に対して浮動できるようにしそれにより本発明の隣接タイルの間の腐食障壁と隙間とに組合わせて用いることができるようにする。
【0051】
以上の記載は主として例示の目的で意図されている。本発明はその典型的な実施態様について図示されかつ記載されているが、当業者にとってその形式と詳細における上記の種々の変更、省略、及び付加が本発明の精神と範囲から逸脱することなく行われることが理解されるべきである。
本発明は以上のように記載されているが、請求を求めるものは以下のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来技術のボルト止め耐火タイルの平面図である。
【図2】 図1の耐火タイルの2−2線に沿った断面図である。
【図3】 従来技術の張りつけ耐火タイルの切断側面図である。
【図4】 図3の張りつけ耐火タイルの切断頂面図である。
【図5】 従来技術の変更耐火タイルの一部が破載されボイラー壁と係合するよう配置された一部分解斜面図である。
【図6】 本発明の耐火タイル張り構造の実施態様の頂面図を含む、図2と同様な図である。
【図7】 本発明の耐火タイル張り構造の他の実施態様の図6と同様な図である。
【図8】 本発明により確定された大規模に曲げられた従来技術の耐火タイルの列の斜面図である。
【図9】 曲がりによる改良を示すため部分が仮想線で示される、従来技術の一対の隣接する耐火タイルの一部の、図2と同様な概略断面図である。
【図10】 本発明の耐火タイル張り構造のさらに他の実施態様の図6と7と同様な図である。
【図11】 図10の耐火タイル張り構造の部分の分解側面図である。
【図12】 本発明の耐火タイルの取付けの間に行われる段階の、図10と11の耐火タイル張り構造の斜面図である。
【図13】 本発明の耐火タイルの取付けの間に行われる段階における図10と11の耐火タイル張り構造の斜面図である。
【図14】 図10と11の耐火タイル張り構造の、耐火タイルの取付けの間に行われる段階での斜面図である。
【図15】 図10と11の耐火タイル張り構造の、耐火タイルの取付けの間に行われる段階での斜面図である。
【図16】 試験のためボイラーに取付けられた図1と2の一連の普通のボルト止めタイルの概略正面図である。
【図17】 図16のボルト止めタイルによって生じた試験結果のグラフである。
【図18】 本発明のタイルによって生じた試験結果の図17と同様なグラフである。
[0001]
1. Field of Invention
The present invention is directed to a refractory tube block that protects metal flow wall tubes from hot and highly corrosive furnace gases while maintaining good thermal conductivity.
[0002]
2. Background information
Refractory tiles have long been used to protect boiler walls in waste incinerators and other application heat exchangers. The main function of this tile is to make the steel alloy boiler wall, typically comprising a water flow tube and a membrane or web (belt plate) disposed therebetween, acid, associated with temperature, erosion, and boiler action. It was to protect against corrosion due to the action of steam. These conditions are generated by the combustion process that takes place inside the boiler. For example, municipal solid waste (MSW) facilities incinerate litter and waste in furnaces at temperatures up to about 1400 ° C. In order to regenerate valuable energy generated in these MSW facilities, water is passed through a metal wall tube adjacent to the furnace and converted to steam by this high temperature. The steam generated in the tube assembly is then used to power a turbine driven generator. However, the MSW facility also produces a gas product that, when in contact with a metal wall, chemically corrodes this wall. The purpose of the refractory tile was to prevent direct corrosion of the wall by the gas product and the tube was still fully heated to efficiently generate water vapor. The primary purpose of this tile is therefore to increase the durability of the tube wall.
[0003]
Refractory tiles for boiler tube protection have traditionally been made from materials such as silicon carbide (SiC). These tiles are typically provided with a substantially planar surface with a back surface formed in a size and shape that matches the outer shape of the tube wall. Such tiles are generally variations of one of the three structures: bolted tiles, glued tiles as disclosed in U.S. Pat. No. 4,768,447 to Loumegua, and Aiken et al. US Pat. No. 5,243,801 of the US Patent No. 5,243,801 and one of the modified glazed tiles known as grooved or T-grooved tiles as disclosed in WO 97/095757 to Zampel Advanced Reflexory Technology Company It has been configured as one modification. U.S. Pat. No. 4,768,447, U.S. Pat. No. 5,243,801 and WO 97/09577 are fully incorporated herein by reference.
[0004]
As shown in FIGS. 1 and 2, the bolted tile 10 is generally provided with a square or rectangular surface 12 adapted to be arranged towards the interior of the boiler. One hole penetrates the thickness of the tile approximately at the center of the surface 12. Countersunk portion 34 is typically present within hole or hole 30 and serves as a seat for nut 28. In a typical mounting structure, a stud (plant bolt) or threaded bolt 24 is welded to the membrane portion 16 between the two tubes 18 of the boiler wall 62. The formed back surface 14 of the tile 10 includes an accurate portion 20 that is sized and shaped to fit and closely contact the contour of the tube wall 19.
[0005]
The tiles are mounted by passing the studs through the holes and fixing the mounting tiles in place with washers 28 and nuts 26 threaded into the studs. A cap (not shown) is then typically mortared over the hole in place to minimize the amount of gas that can flow to the back of the tile through the gap between the standard holes. . A layer of mortar (not shown) is typically applied between the tile and the wall 62 and between adjacent tiles to help fix the tile in place and gas between the tiles and / or the backside. A rigid structure is formed which acts to substantially prevent the flow of water.
[0006]
The advantage of using a bolted tile structure is that this tile is relatively easy to install and can be mounted on virtually any surface of the boiler, including vertical overhanging surfaces.
[0007]
The disadvantages of such bolted tiles are related to tile defects. These tiles typically have a useful life of 2 to 4 years due to the deterioration of the stud function. When the stud deteriorates, the tile will fall off the wall and the boiler tube will be exposed to the incinerator atmosphere. The cause of stud deterioration was previously thought to be due to high temperature acid corrosion. In particular, it was thought that acid would penetrate the tiles through the stud holes and attack the studs. This corrosion was considered severe for the stud due to its high working temperature (considered 1000 ° C. or higher). In addition, tile cracks were a normal phenomenon and were thought to occur due to excessive stress applied to the studs.
[0008]
One attempt to solve the shortcomings associated with bolted tile construction has included the use of glued tiles. As shown in FIGS. 3 and 4, the glued tile 45 typically uses anchors / hooks or short studs 37 to glue the tile to the membrane of the boiler wall 62, and gravity is used to bring the tile in close contact with the boiler wall 62. To maintain good heat conduction. The tile 45 is a variation of a bolted tile in that one or more holes 30 'protrude from the tile back surface 14' toward the hot surface but do not completely penetrate the hot surface. This provides a close surface to the tile and theoretically improves resistance to acid corrosion. A layer of mortar (not shown) is typically attached between the tile 45 and the boiler wall 62 and between adjacent tiles to form a rigid, substantially gas and ash impermeable structure.
[0009]
This variation of the tiled construction uses the tile 45 in conjunction with an air blow-through device. In this modification, the mortar is not attached to the back side of the tile, leaving a gap between the tile and the boiler wall. Air flow is supplied through this gap to help minimize wall acid corrosion.
[0010]
The advantage of glued tiles is that they are generally relatively easy to install and replace. A disadvantage of this tiled tile structure is that the tile cannot be mounted on a non-vertical wall because it tends to fall away from its fixed part. It is also known that these tiles are lifted away from their fixed part during operation due to thermal expansion and the like. Furthermore, the air blow-off device described above disadvantageously increases the cost of the tile structure over structures using mortar. Heat transfer between the tile and the wall is also disadvantageously reduced due to the insulating (ie, relatively low thermal conductivity) properties of the air layer.
[0011]
Referring to FIG. 5, a modified glazing tile 50 has been developed in an attempt to eliminate the drawbacks associated with glazing tiles that become detached from their anchors or hooks. Examples of this modified structure are commonly known as mushroom bolts, tube weld fin anchors, and T-groove tiles. These tiles 50 are typically composites of bolted tiles and glued tiles that combine the closely tiled surface 12 'with anchors 52 having a substantially T-shape to effectively capture the tiles. To be mounted on vertical and overhanging surfaces.
[0012]
These tiles 50 are generally fitted with a layer of mortar between the tile and the boiler wall and between adjacent tiles. The purpose of the mortar is to help secure these tiles by providing a rigid attachment, and to provide a barrier that resists ash and corrosive gases from penetrating between and behind the tiles.
[0013]
The advantage of these modified tiles 50 is that they can be mounted on any apparent boiler surface. The disadvantage of tile 50 is that it is difficult to manufacture because it incorporates a dead-end (ie, discontinuous) groove 54 that projects laterally into the tile from its edge. Also, these tiles are physically weak due to the complexity of this dead-end groove (growing groove) 54. Furthermore, individual tiles generally cannot be replaced without removing the middle row tiles.
[0014]
Other methods intended to eliminate the disadvantages of the above structure include the use of a glued tile 45 in combination with an elastic material 48 mounted between opposed recesses or grooves 49 shown in FIGS. Yes. This method tends to facilitate the installation and replacement of tiles as compared to a tiled structure using conventional hard mortar. While this method works satisfactorily in certain applications, the elastic material 48 can disadvantageously resist little to the flow of corrosive gases, so that it can be used in particularly corrosive environments such as those found in MSW boilers. It becomes undesirable.
[0015]
Furthermore, many of the methods described above use a fiber compressible material or mortar over the life of the tile to act as an expansion joint. For example, this material is used every 7 to 15 tiles in a manner well known to those skilled in the art of brickwork (i.e., as commonly used in the construction of concrete walkways, etc.). These joints, however, disadvantageously cause acid and other corrosive materials to pass and corrode the underlying boiler wall. Furthermore, the useful life of a tiled structure with such an expansion joint has not been shown to be much longer than a similar tile structure without such an expansion joint.
[0016]
Therefore, there is a need for an improved refractory tiled structure that eliminates the disadvantages associated with the prior art.
[0017]
Overview
An important aspect of the present invention is the recognition of problems corresponding to many of the prior art structural defects. These defects include individual tile bends ("minor scale" bends used here) and many tile accumulated bends (as used herein "interrelated" or "large scale") as shown in FIG. It was recognized that this was caused by “bending”. Referring to FIG. 9, a micro-scale bend generates a force F that is transmitted to an adjacent tile via a rigid mortar (not shown), thus producing a large-scale bend effect. This large bend applies sufficient tensile stress to the stud to cause degradation. In this regard, it has previously been thought that the large dimensional instability of the tile is mainly limited to the thermal expansion that occurs due to exposure to elevated boiler temperatures. Furthermore, bending was thought to be limited to individual tiles.
[0018]
In contrast, the present invention provides a thermal gradient caused by individual tiles during operation of the boiler (ie, the difference between the temperature of the hot surface 112 'and the back surface 114' shown in FIG. 7, for example) previously predicted. And is based on the recognition that it has had a greater impact on tile dimensional instability than previously discussed thermal expansion. And the bending caused by the thermal gradient transfers the stress through a rigid mortar placed between adjacent tiles, effectively changing the effect of individual tile bending as a function of the square of the length of the tiled structure. It was understood that This phenomenon is expressed by the following equation.
δ = αL2 ΔT / (8t)
Where δ = cumulative deflection, α = thermal expansion coefficient, L is the length of the tile row, ΔT is the difference between the temperatures of the opposing faces of the tile, and t is the thickness of the tile.
[0019]
It has also been found that oxidation of hot surfaces on the tile that occurs over a long period of time forms "thermal spots" that further intensify the temperature gradient across the tile and further increase the micro-scale bending effect. In this regard, it has been found that large-scale bends initiate a self-permanent cycle that acts to accelerate oxidation and thus accelerate tile degradation. For example, the optimum working temperature of the hot surface of the SiC tile can be about 500 to 600 ° C. It has been found that oxidation at this temperature is minimal and does not substantially affect the lifetime of the tile. However, it has been found that the oxidation proceeds rapidly when the hot surface reaches about 750 ° C. or exceeds this temperature and continues to accelerate rapidly as the temperature is further increased. Accordingly, it was an aspect of the present invention to recognize that large bends act to separate the tile from the boiler wall and generally form an air gap that reduces heat transfer from the back of the tile to the wall. This reduction in heat transfer actually increases the temperature at the hot surface beyond the preferred operating temperature range. This large bend ultimately has the effect of raising the temperature of the hot surface to an oxidation promoting temperature of 750 ° C. or higher. This oxidation also increases the temperature gradient which will further exacerbate large-scale bends as described above, thereby creating a self-permanent deleterious cycle.
[0020]
Thus, since prior art tile structures have been developed to minimize acid penetration (ie, laying and modifying tiles 45 and 50 with hole growth), this tile structure does not confirm the above bending conditions. Nor is it intended. These conventional structures still use stiff mortar around the tiles, thereby causing large-scale bends.
[0021]
Similarly, some of the above-described expansion joint defects that would produce any substantial benefit may be recognized as partly due to this defect and an attempt to compensate for the overall bending phenomenon and relatively good thermal expansion effects. Understood. This defect is not only due to relatively small or rare expansion joints (ie, only used once every 7 to 15 tiles), but also usually disposed within at least a portion of the expansion joint. Also shown by frequent use of mortar.
[0022]
The first step in developing the present invention was to assess the cause of cracking of the tile in operation, including the completion of a first limited element model (FEM) of a regular 18 cm x 18 cm bolted tile. This analysis indicated the presence of tile stress due to thermal gradients. It was also shown that individual tiles bend as a function of thermal gradient. The initial result of this analysis was to increase the thickness of the tile and increase the strength of the tile.
[0023]
After this initial analysis was completed, a second limited element model was completed to predict a thermal diagram across the tile and along the length of the stud. With a predicted incinerator operating temperature of 1370 ° C., this model predicted that the stud would operate at temperatures above 800 ° C., the highest operating temperature for most stainless steels.
[0024]
Deteriorated studs were recovered from the incinerator. Stud analysis showed that these studs were stretched about 6 mm before they deteriorated. This indicated that the stud was placed under a tensile load and therefore was not degraded by acid corrosion alone but rather by stress-corrosion. Therefore, it was decided to investigate the cause of stud stress.
[0025]
Furthermore, it was observed that there was a blistering portion of the tile during the recovery of the deteriorated stud. These blisters were approximately 10 tiles × 10 tiles in this area and were displaced into the boiler.
[0026]
A third limited element model was started to study the phenomenon of tile bending and tensile stress. As previously mentioned, the first FEM showed that individual tile bends or large bends were caused by thermal gradients. However, this bend was not large enough (0.3 mm) to cause the 6 mm deformation seen in the stud.
[0027]
In the third FEM, 7 × 7 rows of tiles were modeled and the mortar was expected to act as a stiff material. The results of this analysis showed the overall effect in tiles that generate large bends exceeding 25 mm. In addition, stress analysis showed that the entire (large scale) bend applied sufficient tensile force on the stud to stretch the stud to the point of failure.
[0028]
To ensure a limited element model, a test panel fitted with tiles was installed in the incinerator. Data collected from the test panel showed that the tiles bent extensively during operation, and the bend magnitude was about 4 mm after one year of use. An estimate of the bending speed indicates that the tile will be displaced by 8 mm in about 2.5 years from the start of the test (displacement deemed necessary for stud deterioration). This corresponds well with observations of previous service life from bolted tiles.
[0029]
  Therefore, the present inventionFirstAccording to the aspect, used for boiler wallIsResistanceFireIlluminated structureA plurality of tiles having a floating mounting mechanism engageable with the wall, and a corrosion barrier disposed between the plurality of tiles and the wall, wherein the floating mounting mechanism includes a plurality of tiles on the wall. Keeping them in a distantly movable relationship with each other, the tiles form gaps between adjacent tiles that are sufficient to allow dimensional changes of the tiles to occur while exposed to the boiler operating temperature A refractory tiled structure characterized in that the corrosion barrier is a coating applied to the wall and formed from a coating that adheres to the wall but does not adhere to the plurality of tiles Will be provided.
[0030]
  The second of the present inventionAccording to the aspectUsed for boiler wallsIsResistanceFireIlluminated structureA plurality of tiles disposed on the wall and movably spaced apart from each other, and a corrosion barrier disposed between the plurality of tiles and the wall and substantially preventing corrosion of the wall, The tile has a size and shape that forms a gap between adjacent tiles that is sufficient to substantially prevent large-scale bending of the plurality of tiles while exposed to the operating temperature of the boiler; Is provided with a refractory tiled structure characterized in that it is formed from a coating applied to a wall that adheres to the wall but does not adhere to a plurality of tiles..
[0031]
  The third of the present inventionAccording to the aspect, How to improve the useful life of boiler wall(A) providing a plurality of tiles having a floating attachment mechanism engageable with a wall, wherein the tiles are held in spaced relation to each other on the wall by the floating attachment mechanism; (B) the size and shape of the tiles so that a sufficient gap is formed between adjacent tiles to allow for dimensional changes of the tiles that occur during exposure to the operating temperature of the boiler; And (c) forming a coating that adheres to the wall but does not adhere to the plurality of tiles by coating on the wall, and disposing a corrosion barrier made of the coating on the wall; Engaging the floating mounting mechanism with the wall such that the tiles are superimposed on the wall and the corrosion barrier is disposed between the plurality of tiles and the wall..
[0032]
These and other features and advantages of the present invention will become more readily apparent upon reading the following detailed description of the various forms of the present invention in conjunction with the accompanying drawings.
[0033]
Detailed Description of the Preferred Embodiment
Exemplary embodiments of the present invention are described in detail below with reference to the figures described in the accompanying drawings. For the sake of clarity, the same features shown in the accompanying drawings are indicated with the same reference numerals, and similar features shown in other embodiments in the drawings are indicated with the same reference numerals.
[0034]
As used in this disclosure, the term “axial” when used in connection with the elements described herein refers to the direction relative to this element, which is shown in FIGS. The central axis of the tube 18 when placed in engagement with the tube 18a(Ie, FIG. 7). The term “transverse direction” refers to a direction substantially perpendicular to the axial direction.
[0035]
Referring now to FIG. 6, in one embodiment of the present invention, the refractory tiled structure 60 is a barrier layer applied to an incinerator or heat exchanger boiler wall 62 (ie, membrane 16 and tube wall 19). A coating 61 is included. This barrier layer 61 is adapted to provide acid and salt corrosion resistance at the normal operating temperature of the boiler. An example of such a coating is a phosphate bonded SiC barrier layer such as PC-1022® available from the Norton company of Worcester, Massachusetts. Advantageously, this material provides relatively good corrosion resistance and thermal conductivity. The refractory tile 66 is then fastened to the tube wall 62 in a superimposed relationship with the tube wall 62 using a floating mounting mechanism 68. Tile 66 is known to those skilled in the art, such as silicon carbide (SiC) or other ceramic materials, such as silicon carbide (SiC) or other ceramic materials that can withstand the temperatures experienced inside MSW incinerators / heat exchangers and other boilers (as high as about 1400 ° C.). Consists of any suitable refractory material.
[0036]
The floating attachment mechanism 68 provides the tile 66 with a relatively high degree of freedom of movement relative to the tube wall 62 so that it can accommodate the small bends of the tile. As mentioned above, small bends have been found to be caused by the relatively large temperature gradients (typically about 200 to 600 ° C. or higher) experienced by these tiles. Furthermore, as mentioned above, this temperature gradient is particularly inconsistent with the dimensional instability of the tile, which is substantially greater than the elevated temperature itself, especially in light of the overall effect that the bending increases as the square of the length of the row of tiles. Is known to have the effect of Each tile 66 is effectively isolated from adjacent tiles by providing a predetermined gap 70 large enough to effectively prevent large bends between adjacent tiles that are known to occur due to the overall configuration. Is done. As shown in FIG. 9, this overall phenomenon is the pressure or force applied to each other by the tiles through a hard mortar (not shown) when bent to a small scale.FCaused by.
[0037]
Referring again to FIG. 6, the gap 70 is preferably formed by a peripheral edge 72 that is sized and shaped to form a spaced and interengaged joint between adjacent tiles 66. This interengaging structure advantageously serves to provide a closed row between the tiles and prevents ash or other contaminants from penetrating through this gap 70 during boiler operation. Furthermore, a compressible fiber mortar (not shown) is placed in the gaps or passages 70 between each adjacent tile to further prevent ash or other contaminants from penetrating. An example of such a suitable compressible fiber mortar is known as Topcoat 2600® available from Uniflux Company of Niagara Falls, New York. When this compressible fiber mortar is used, the gap 70 is sized in combination with the known compressibility of the selected special compressible mortar, thereby maximizing the transfer of force between the tiles. When it is arranged in the state of a small-scale bend, the size is kept low enough to substantially prevent the occurrence of a large-scale bend. For example, a tile having a rectangular surface 112 ′ formed substantially as shown in FIG. 7 and extending about 30 cm × 20 cm has a gap 70 ′ extending at least about 6 mm from an adjacent tile.
[0038]
In the illustrated embodiment, the floating attachment mechanism 68 includes a plurality of flexible arms 76 having a convex termination 78 adapted to engage a similarly sized recess 80 disposed in the tile 66. A rail 74 is included. The arm 76 is thus biased into releasable engagement with the tile 66 to facilitate its installation and removal. Furthermore, the elasticity of the arm 76 causes the tile 66 to move or “float” relative to the wall 62 in response to a change in the size of the tile 66 caused by the thermal gradient and the increased average temperature. It acts to fasten. In this regard, the floating mounting mechanism 68 moves the tile 66 with respect to the wall 62 with at least three degrees of freedom (ie, three mutually perpendicular axes X, Y, Z shown). Furthermore, in addition to translational movement along the X, Y, and Z lines, the tiles can rotate around the tube 18 and / or bend toward or away from the tube 18. Rail 74, including arm 76 and convex end 78, is preferably constructed from a flexible, corrosion resistant material such as stainless steel.
[0039]
Also, as shown, the surface 112 of the tile 66 has a geometric shape that substantially matches the contour of the wall 62 and has a relatively uniform thickness on the tile.tTo be able to give.
[0040]
  Referring to FIG. 7, another embodiment of the present invention is shown as a tiled structure 60 '. This embodiment is substantially similar to the tiled structure 60 shown in FIG.TanSurface 112 'and other floatsMountingMechanism 68'And are used. As shown, thisFloating mounting mechanism68 'uses about 50% fewer arms 76', but in many respects,Floating mounting mechanismSimilar to 68.
[0041]
  floatingMountingMechanism 68,68'EmbodimentExplainedHowever, for those skilled in the art, the tiles expand on a small scale without causing a large-scale bending action as described above.OrSongOrVirtually any attachment mechanism capable of securing the tile to the boiler wall 62 so that it can be used without departing from the spirit and scope of the present invention.IsUnderstoodLike. In this regard, for example,Adequate clearance is installedmechanismAnd between the tilesAndExcessive dimensional change aboveNaInstall force or stressMechanismIn addition to adjacent tilesWithoutAs it happensOn the assumption that, Flexible arm 76,76 'HuhTheA rigid mounting mechanismCan be used.
[0042]
Examples of such other structures are made of stainless steel or the like and can be inserted into a substantially large hole 84 (shown in phantom) disposed within the tile and substantially parallel to the tile surface 112. Installation of one or more pins 82 (indicated by phantom lines) extending to Pin 82 is also secured to wall 62 in a conventional manner known to those skilled in the art (not shown). In this manner, the tile is secured to the wall 62 with sufficient clearance to effectively “float” with respect to the wall as described above.
[0043]
  Figure10And figure11, yet another embodiment of the present invention is shown as a tiled structure 60 ". This tiled structure 60" is illustrated in FIG.And figureIs substantially similar to the tiled structures 60 and 60 'shown in FIG.MountingMechanism 68 "is used.Floating mounting mechanism68 "is substantially" C "shaped so that the arm 76" engages the semi-cylindrical groove or recess 80 "of the tile 66" as shown, but in many respects FIG. ofFloating mounting mechanism68 '.
[0044]
Referring to Fig. 11, the groove 80 "of the tile 66" includes an upper groove 81 and a lower groove 83 extending axially inward from the upper and lower edges 116 and 118 of the tile 66 ", respectively. Preferably the axial distance d of the lower groove 832 Larger axial distance d1 Only extends from the upper edge 116 to facilitate attachment of the tile 66 "as described below. Also, as shown, the upper and lower surfaces 116 and 118 are at the intersection of the grooves 81 and 83. Chamfered at an angle α of about 30 to 60 degrees to further facilitate the mounting of tile 66 ″ as described below. In the preferred embodiment, the angle α is about 45 degrees as shown.
[0045]
Referring now to FIGS. 12-15, a method of attaching a tile 66 ″ is shown. Referring to FIG. 12, the tile 66 ″ is substantially between the upper surface 116 of the tile and the upper and lower arms 76 ″. It is mounted by positioning it in a substantially axial alignment with this, by positioning a portion of the upper surface 116 in face-to-face engagement with the tube 18 as shown. 13. Referring to Figure 13, the surface 116 of the tile 66 "is an arrow.aIs moved axially upward as indicated by and the lower surface 118 is shown by an arrowbAs shown, the tube 18 is rotated closer. This action serves to cause the upper groove 81 (FIG. 11) to slide into receiving engagement with a set of (ie, uppermost) arms 76 "as shown. This movement causes the tile to move to the lower arm 76. The "pass through tile 66" continues until it can move in substantially parallel alignment with the tube 18 as shown in FIG. 14. The tile is then adjacent to the previously mounted tile 66 ". In the axial direction (iecIs translated and engaged so as to be received within the lower groove 83 (FIG. 11). This translational movement preferably continues until the lower arm 76 "engages the proximal end 120 (Fig. 11) of the groove 83. At this point, the adjacent tile 66" has its desired spacing as shown in FIG. The arrangement is interengaged and the installation is complete. Another tile 66 "(not shown) is then attached in a similar manner.
[0046]
The following illustrative examples are intended to illustrate certain aspects of the present invention. These examples are not to be construed as limiting.
[0047]
Example
Example 1-Comparison
  FIG.And figureA series of ordinary bolted tiles of the general type shown in 2 were installed in the furnace in the pattern shown in FIG. On tiles displayed in A, B, C and DRespectivelyLVDT (A linear variable-displacement transducer) was attached to measure the displacement of these tiles away from the tube wall during normal furnace operation. As shown, tiles B and D were placed in a tile row section containing ordinary flexible mortar [Topcoat 2600® above] between adjacent tiles. Referring to FIG. 17, LVDT'sThe output shows that the mounted tiles were displaced almost simultaneously with each other, providing evidence that a large bend occurred. (The difference in displacement shown in the chart is clearly the LVD inside the tile.T'sThis was due to the change in position. ) LVD placed on tile BT isNote that it does not work well and is therefore not shown in FIG.
[0048]
Example 2
An array of tiles of the present invention was attached to a boiler for testing. These tiles are constructed and attached to the boiler in a manner substantially as shown in FIG. 7 and described above for that figure, with the barrier material between the boiler wall and the tile and the Topcoat 2600® between the adjacent tiles. Included use. Selected tiles designated as A, B, C, D, E, and G were mounted with LVDTs in the manner described in Example 1. As shown in FIG. 17, the outputs of these LVDTs indicate that the tiles were displaced independently of each other as opposed to that shown in Example 1. These test results thus show that these tiles of the present invention could be adapted to individual (microscale) bends without producing large bends.
[0049]
  floatingThe attachment mechanisms 68, 68 ′ and 68 ″ move the tiles 66, 66 ′ and 66 ″ relative to the wall 62.(Ie“Floating”)However, those skilled in the artfloatingIt will be appreciated that the attachment mechanisms 68, 68 'and 68 "preferably hold the tile 66 as close as possible to the surface of the tube 18 so that heat transfer through the tile 66 to the tube is maximized. .
[0050]
Furthermore, the above-mentioned pasted tile and the above-mentioned modified pasted tile structure can be used in combination with the present invention. Furthermore, the conventional bolted tile fastening device as described above is modified to provide an extra gap between the stud and the hole so that the tile can float with respect to the wall, thereby providing a space between adjacent tiles of the present invention. It can be used in combination with a corrosion barrier and a gap.
[0051]
The above description is primarily intended for illustrative purposes. While the invention has been illustrated and described in terms of exemplary embodiments thereof, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, omissions, and additions in form and detail may be made without departing from the spirit and scope of the invention. It should be understood that
Although the present invention has been described above, what is claimed is as follows.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a prior art bolted refractory tile.
2 is a cross-sectional view of the refractory tile of FIG. 1 taken along line 2-2.
FIG. 3 is a cut-away side view of a prior art glued refractory tile.
4 is a cut top view of the glued refractory tile of FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a partially exploded perspective view in which a portion of a prior art modified refractory tile is collapsed and arranged to engage a boiler wall.
FIG. 6 is a view similar to FIG. 2, including a top view of an embodiment of the fireproof tiled structure of the present invention.
FIG. 7 is a view similar to FIG. 6 of another embodiment of the fireproof tiled structure of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view of a row of prior art refractory tiles bent to a large scale established according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view similar to FIG. 2 of a portion of a pair of adjacent refractory tiles of the prior art, with portions shown in phantom lines to show improvements due to bending.
FIG. 10 is a view similar to FIGS. 6 and 7 of yet another embodiment of the fireproof tiled structure of the present invention.
11 is an exploded side view of a portion of the refractory tiled structure of FIG.
12 is a perspective view of the refractory tiled structure of FIGS. 10 and 11 at a stage performed during installation of the refractory tile of the present invention. FIG.
13 is a perspective view of the refractory tiled structure of FIGS. 10 and 11 at a stage performed during installation of the refractory tile of the present invention. FIG.
FIG. 14 is a perspective view of the refractory tiled structure of FIGS. 10 and 11 at a stage performed during installation of the refractory tile.
FIG. 15 is a perspective view of the refractory tiled structure of FIGS. 10 and 11 at a stage performed during the installation of the refractory tile.
FIG. 16 is a schematic front view of a series of conventional bolted tiles of FIGS. 1 and 2 attached to a boiler for testing.
17 is a graph of test results produced by the bolted tile of FIG.
FIG. 18 is a graph similar to FIG. 17 of the test results produced by the tile of the present invention.

Claims (5)

ボイラーの壁に用いられる耐火タイル張り構造において、
前記係合可能な浮動取付け機構を有する複数のタイルと、
前記複数のタイルと前記壁との間に配設される腐食障壁とを具備し、
前記浮動取付け機構は、前記壁上で前記複数のタイルを互いに移動可能な離間した関係に保持し、
前記複数のタイルは、ボイラーの作動温度にさらされている間に生じる該複数のタイルの寸法変化を許容するに十分な隙間を、隣接する該タイルの間に形成する寸法及び形状を有し
前記腐食障壁は、前記壁に塗布された被膜であって、該壁に接着する一方で前記複数のタイルには接着しない被膜から形成されること
を特徴とする耐火タイル張り構造。
That are used on the walls of the boiler Te fire tiled structure smell,
And multiple tiles that have a engageable floating attachment mechanism to said wall,
A corrosion barrier disposed between the plurality of tiles and the wall ;
The floating mounting mechanism holds the plurality of tiles in a spaced apart relationship on the wall;
Wherein the plurality of tiles, have a size and shape to form a sufficient gap between adjacent said tiles to allow dimensional changes of the plurality of tiles arising during exposure to operating temperatures of boiler And
The corrosion barrier is a coating applied to the wall and formed from a coating that adheres to the wall but does not adhere to the plurality of tiles ;
Fireproof tiled structure characterized by
前記浮動取付け機構は、前記複数のタイルを前記壁に対し移動可能な離間した関係に保持する請求項1に記載の耐火タイル張り構造。It said floating attachment mechanism for holding the plurality of tiles in pairs City move possible spaced relation to the wall, the refractory tile structure according to claim 1. 前記複数のタイルは、それらタイルの少なくとも一部と前記壁との間に前記寸法変化を許容するに十分な第2の隙間を形成する寸法及び形状を有する、請求項2に記載の耐火タイル張り構造。Wherein the plurality of tiles, between at least a portion and the wall thereof tile has a size and shape to form a sufficient second gap to allow the dimensional change, refractory tile according to claim 2 Upholstery structure. ボイラーの壁に用いられる耐火タイル張り構造において、
前記壁上に配置され、互いに移動可能に離間した複数のタイルと、
前記複数のタイルと前記壁との間に配設され、該壁の腐食を実質的に阻止する腐食障壁とを具備し、
前記複数のタイルは、ボイラーの作動温度にさらされている間の該複数のタイルの大規模曲がりを実質的に阻止するに十分な隙間を、隣接する該タイルの間に形成する寸法及び形状を有し
前記腐食障壁は、前記壁に塗布された被膜であって、該壁に接着する一方で前記複数のタイルには接着しない被膜から形成されること
を特徴とする耐火タイル張り構造。
That are used on the walls of the boiler Te fire tiled structure smell,
A plurality of tiles disposed on the wall and movably spaced from each other ;
A corrosion barrier disposed between the plurality of tiles and the wall and substantially preventing corrosion of the wall ;
Wherein the plurality of tiles, the size and shape to form a sufficient clearance to substantially prevent bending large plurality of tiles during exposure to operating temperatures of boiler, between adjacent said tiles Have
The corrosion barrier is a coating applied to the wall and formed from a coating that adheres to the wall but does not adhere to the plurality of tiles ;
Fireproof tiled structure characterized by
ボイラーの壁の有効寿命を増進させる方法において、
(a)前記壁に係合可能な浮動取付け機構を有する複数のタイルであって浮動取付け機構により該壁上で互いに移動可能な離間した関係に保持される複数のタイルを用意する段階と、
(b)ボイラーの作動温度にさらされている間に生じる前記複数のタイルの寸法変化を許容するに十分な隙間が、隣接する該タイル間に形成されるように、該複数のタイルの寸法及び形状を設定する段階と、
(c)前記壁に接着する一方で前記複数のタイルには接着しない被膜を、該壁に塗布により形成して、該被膜からなる腐食障壁を壁上に配置する段階と、
(d)前記複数のタイルが前記壁に重ねられ、かつ前記腐食障壁が該複数のタイルと該壁との間に配置されるように、前記浮動取付け機構壁に係合させる段階
を有する方法。
The useful life of the wall of the boiler Te method odor of enhancing,
(A) a plurality of tiles having engageable floating attachment mechanism to the wall, the steps of providing a plurality of tiles held in relation spaced movable to each other on the walls by the floating attachment mechanism ,
(B) such that a sufficient clearance to allow dimensional changes of the plurality of tiles that occurs during exposure to operating temperatures of the boiler is formed between adjacent said tiles, the dimensions of the plurality of tiles And setting the shape ;
(C) a coating which does not adhere to the plurality of tiles while adhering to the wall, comprising the steps of forming a coating on the wall, placing a corrosion barrier comprising a coating film on the wall,
(D) as the plurality of tiles is superimposed on the wall and the corrosion barrier is disposed between the plurality of tiles and wall, comprising the steps of engaging the floating attachment mechanism on the wall ,
Having a method.
JP2000606941A 1999-03-19 2000-03-17 Fireproof tiled construction for boiler tube / heat exchanger protection Expired - Fee Related JP3689000B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12516099P 1999-03-19 1999-03-19
US09/526,331 US6267066B1 (en) 2000-03-15 2000-03-15 Refractory tile system for boiler tube/heat exchanger
PCT/US2000/007135 WO2000057106A1 (en) 1999-03-19 2000-03-17 Refractory tile system for boiler tube/heat exchanger protection

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2004520561A JP2004520561A (en) 2004-07-08
JP2004520561A5 JP2004520561A5 (en) 2004-12-24
JP3689000B2 true JP3689000B2 (en) 2005-08-31

Family

ID=26823324

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000606941A Expired - Fee Related JP3689000B2 (en) 1999-03-19 2000-03-17 Fireproof tiled construction for boiler tube / heat exchanger protection

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP1226390B1 (en)
JP (1) JP3689000B2 (en)
KR (1) KR100469549B1 (en)
AT (1) ATE280926T1 (en)
BR (1) BR0009117A (en)
CA (1) CA2372168C (en)
DE (1) DE60015378T2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2882812B1 (en) * 2005-03-07 2007-05-25 Saint Gobain Ct Recherches REFRACTORY TILE, IN PARTICULAR FOR A GASIFIER.
KR101397305B1 (en) * 2013-02-08 2014-05-23 한국남부발전 주식회사 Refractory material of circulating fluidized bed combustion boiler
KR101387057B1 (en) 2013-10-23 2014-04-18 금성이엠씨 주식회사 Apparatus for protecting waterwall tube of boiler and method thereof
GB201417495D0 (en) * 2014-10-03 2014-11-19 Calderys France Refractory system for lining the interior walls of high-temperature furnaces or boilers and method of protection
CN113081835B (en) * 2021-04-13 2022-06-03 成都中医药大学附属医院 Plaster decocting device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2955234B2 (en) * 1995-11-15 1999-10-04 三菱重工業株式会社 Refractory structure for water pipe protection

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004520561A (en) 2004-07-08
EP1226390B1 (en) 2004-10-27
EP1226390A1 (en) 2002-07-31
KR20020005620A (en) 2002-01-17
DE60015378D1 (en) 2004-12-02
CA2372168A1 (en) 2000-09-28
KR100469549B1 (en) 2005-02-02
ATE280926T1 (en) 2004-11-15
CA2372168C (en) 2007-01-30
BR0009117A (en) 2003-03-05
DE60015378T2 (en) 2006-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6267066B1 (en) Refractory tile system for boiler tube/heat exchanger
JP3689000B2 (en) Fireproof tiled construction for boiler tube / heat exchanger protection
US20020077767A1 (en) Heat-resistant assembly for protecting boiler tubes and method of assembling same
JP5043821B2 (en) Fireproof tiles especially for gasifiers
WO2000057106A1 (en) Refractory tile system for boiler tube/heat exchanger protection
HU218518B (en) Heat transfer tubebundle-wall construction and fire resistant block
US5154139A (en) Refractory tube block
JP5473228B2 (en) Refractory support structure
US5423294A (en) Furnace tile and expansion joint
EP1310731B1 (en) Fireproof structure for protecting water pipes of a heat exchanger and installation method
US20070271867A1 (en) Refractory tiles for heat exchangers
Masakazu Okazaki et al. Specific failures of superalloys with thermal barrier coatings subjected to thermo-mechanical fatigue loadings with a thermal gradient in a simulated combustion environment
JP2004520561A5 (en)
Stephan New Refractory Solutions for Waterwall Protection in Waste-to-Energy Boilers
JP2002529675A (en) Thermal device wall lining and method, and related bricks and fixtures
JP3447309B2 (en) Heat transfer tube bank support structure
JP2996128B2 (en) Air heater for high temperature corrosion resistance
Stephan et al. Refractory Tile Installation: Mortar or No Mortar?
JP3476907B2 (en) Protection measures for header in water pipe wall of boiler combustion chamber
JPH10232095A (en) Heat exchanger and method for restoring heat transfer pipe supporting function of the same
JP2996129B2 (en) Air heater for high temperature corrosion resistance
JP2003161417A (en) Clinker sticking preventive furnace wall structure in waste combustion furnace
JPH1030801A (en) Refractory structure for protecting water tube
Stephan et al. Design Considerations and Field Results for Back-Cast Refractory Tile Systems in Waste-to-Energy Plants
Odrobiňák et al. Analysis of the Impact of the Ribbon Track on Unconventional Fixing on a Steel Multi‐Span Bridge

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040622

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20040921

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20041101

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20041214

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20050510

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20050609

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090617

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100617

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100617

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110617

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120617

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees