JP5652072B2 - 耐火材層の摩耗量管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、循環流動層ボイラを構成する各種機器、並びにダクトや配管等に用いられる耐火材層の摩耗量管理方法に関するものである。

一般に、循環流動層ボイラの火炉内では、燃料が散気ノズルから吹き出される空気或いは酸素等の燃焼用流動化ガスにより流動媒体としてのベッド材と共に流動化しながら燃焼し、該燃料の燃焼により発生した燃焼排ガスは、灰及びベッド材の一部と一緒に吹き上げられ、前記火炉上部に接続されたダクトから媒体分離装置としてのサイクロンへ導入されて前記灰及びベッド材が捕集され、該サイクロンで捕集された灰及びベッド材は、サイクロン下部に接続されたダウンカマーから媒体再循環装置としての外部熱交換器へ導入され、該外部熱交換器において抜熱されて冷却された後、媒体戻し管を介して前記火炉の底部に戻され、循環されるようになっている。

又、前記サイクロンで灰及びベッド材が分離された燃焼排ガスは、前記サイクロンの上部に接続された出口ダクトから後部伝熱部へ導かれ、該後部伝熱部の過熱器及び節炭器において熱回収され、更にガスエアヒータにおいて熱回収された後、集塵機等を経て煙突から大気に放出されるようになっている。

そして、前記循環流動層ボイラの火炉内では、燃料とベッド材とが流動化されて、灰及びベッド材の一部を含む燃焼排ガスが吹き上げられているため、火炉壁を形成する伝熱管や火炉内に設けられる蒸発器の伝熱管の摩耗が激しくなると共に、前記灰及びベッド材が流通するダクト、サイクロン、ダウンカマー、外部熱交換器、及び媒体戻し管の摩耗も激しくなる。

このため、前記伝熱管の表面や、前記ダクト、サイクロン、ダウンカマー、外部熱交換器、及び媒体戻し管の内面には耐火材を施工し、表面を保護する必要があるが、これらの耐火材施工箇所には、被耐火材施工面に予め多数の耐火材保持用スタッドを取り付けて耐火材を設けることにより、耐火材層を形成するようになっている。因みに、前記出口ダクトから後部伝熱部へ導かれる燃焼排ガスは、大部分の灰及びベッド材が分離されているものの、分離し切れなかった微細な灰も含まれているため、前記出口ダクトの内面にも耐火材は施工されている。

尚、前述の如き耐火材層と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

特開２００９−１８０４２０号公報

ところで、前記耐火材保持用スタッドとしては、一般に、Ｙ字状のものが用いられており、該Ｙ字状の耐火材保持用スタッドの枝分かれ部が摩耗により完全になくなって単なる真っ直ぐな棒状になってしまうと、前記耐火材保持用スタッドによる耐火材の保持機能が低下するため、該耐火材保持用スタッドの長さがおよそ半分程度となる前に耐火材層の交換が必要とされており、例えば、前記耐火材層の厚さが施工当初に５０［ｍｍ］のものであれば、およそ２５［ｍｍ］程度まで減少した場合、残っている古い耐火材と摩耗が進行した古い耐火材保持用スタッドとを一旦撤去し、新たに被耐火材施工面に耐火材保持用スタッドを取り付けて耐火材を設けることにより、新しい耐火材層を形成するようになっている。

但し、摩耗の進行度合いにより、エリア毎に部分的に前記耐火材の補修を行うことは可能であり、又、前記耐火材保持用スタッドに関しても、摩耗があまり進行していない場合には溶接による継ぎ足しを行うこともある。

しかしながら、従来においては、前記耐火材層の交換に関する定量的な判断を行うことは困難となっていたため、該耐火材層の表面状態を保守点検技術者が目視で観察し、定性的に摩耗量を把握することにより、現時点での対応を決定すると共に、次回の点検までに前記Ｙ字状の耐火材保持用スタッドの枝分かれ部が摩耗によりなくなってしまわないかを判断する必要もあり、経験的に余裕を見て耐火材層の補修或いは交換を行わざるを得ないのが現状であった。

因みに、前記耐火材層の厚さをノギスで計測することも可能ではあるが、この場合、耐火材の一部を剥ぎ取ってノギスを差し込まなければならず、手間がかかる割には精度が悪く、しかも、剥ぎ取った部分の補修も必要となり、必ずしも好ましい方法であるとは言えなかった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、耐火材の一部を剥ぎ取ってノギスを差し込んだりすることなく、耐火材層の残存厚さを確実に把握し得、耐火材層の補修や交換の必要性並びにその実施時期を的確に判断し得る耐火材層の摩耗量管理方法を提供しようとするものである。

本発明は、被耐火材施工面に予め耐火材保持用スタッドを取り付けて耐火材を設けるようにした耐火材層の摩耗量管理方法であって、前記被耐火材施工面に摩耗検出用スタッドを予め垂直に取り付けておき、点検時に、前記摩耗検出用スタッドに前記耐火材の表面側から超音波探触子を接触させ、超音波探傷にて得た計測値と前記被耐火材施工面の肉厚との差から摩耗検出用スタッドの長さを求め、該摩耗検出用スタッドの長さに基づいて耐火材の摩耗量を検知することを特徴とする耐火材層の摩耗量管理方法にかかるものである。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

前述の如く被耐火材施工面に摩耗検出用スタッドを予め垂直に取り付けておき、点検時に、前記摩耗検出用スタッドに前記耐火材の表面側から超音波探触子を接触させ、超音波探傷にて得た計測値と前記被耐火材施工面の肉厚との差から摩耗検出用スタッドの長さを求め、該摩耗検出用スタッドの長さに基づいて耐火材の摩耗量を検知すると、前記耐火材層の交換に関する定量的な判断を行うことが可能となるため、従来のように、耐火材層の表面状態を保守点検技術者が目視で観察し、定性的に摩耗量を把握することにより、現時点での対応を決定すると共に、次回の点検までに前記Ｙ字状の耐火材保持用スタッドの枝分かれ部が摩耗によりなくなってしまわないかを判断する必要がなくなり、経験的に余裕を見て耐火材層の補修或いは交換を行うようなことをしなくて済む一方、前記耐火材層の厚さをノギスで計測する場合のように、耐火材の一部を剥ぎ取ってノギスを差し込むようなこともしなくて済み、手間がかからず精度も良く、しかも、剥ぎ取った部分の補修も必要とならず、非常に好ましい方法であると言える。

前記耐火材層の摩耗量管理方法においては、前記摩耗検出用スタッドに対し耐火材保持部材を張り出させるように固着することにより、該摩耗検出用スタッドを耐火材保持用スタッドとしても用いることができ、このようにすると、耐火材の保持をより安定化させる上で有効となる。

本発明の耐火材層の摩耗量管理方法によれば、耐火材の一部を剥ぎ取ってノギスを差し込んだりすることなく、耐火材層の残存厚さを確実に把握し得、耐火材層の補修や交換の必要性並びにその実施時期を的確に判断し得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の耐火材層の摩耗量管理方法の実施例を示す断面図である。 本発明の耐火材層の摩耗量管理方法が適用される循環流動層ボイラの一例を示す全体概要構成図である。 図２の循環流動層ボイラにおける蒸発器を示す要部断面図であって、図２のＩＩＩＡ部相当図である。 図３−ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面図である。 本発明の耐火材層の摩耗量管理方法を用いて求めた摩耗検出用スタッドの長さの信頼性を検証するために、ノギスによる実測値との比較を行ったプロット図である。 本発明の耐火材層の摩耗量管理方法において摩耗検出用スタッドを耐火材保持用スタッドとしても用いる場合の一例を示す断面図である。 図５−ＡのＶＢ−ＶＢ矢視図である。 本発明の耐火材層の摩耗量管理方法において摩耗検出用スタッドを耐火材保持用スタッドとしても用いる場合の他の例を示す断面図である。 図６−ＡのＶＩＢ−ＶＩＢ矢視図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の耐火材層の摩耗量管理方法の実施例であって、被耐火材施工面１に予めＹ字状の耐火材保持用スタッド２を取り付けて耐火材３を設けるようにした耐火材層４において、前記被耐火材施工面１に摩耗検出用スタッド５を予め垂直に取り付けておき、点検時に、前記摩耗検出用スタッド５に超音波探触子６を接触させ、超音波探傷装置７による超音波探傷にて摩耗検出用スタッド５の長さＬを求め、該摩耗検出用スタッド５の長さＬに基づいて耐火材３の摩耗量を検知するようにしたものである。

図２は本発明の耐火材層の摩耗量管理方法が適用される循環流動層ボイラの一例を示す全体概要構成図であって、散気ノズル１１から吹き出される空気或いは酸素等の燃焼用流動化ガスＡにより燃料を砂や石灰石等からなる流動媒体としてのベッド材１２と共に流動化させながら燃焼させる火炉１０と、該火炉１０の内部に配設された蒸発器１３と、前記火炉１０の上部にダクト１４を介して接続され且つ火炉１０内での燃焼により発生した燃焼排ガス中に含まれる灰及びベッド材１２の一部を捕集する媒体分離装置としてのサイクロン１５と、該サイクロン１５で捕集された流動媒体がダウンカマー１６を介して導入され、該流動媒体を冷却し媒体戻し管１７を介して前記火炉１０の底部に戻し循環させる外部再循環ユニットとしての外部熱交換器１８と、前記サイクロン１５で流動媒体が捕集された燃焼排ガスが出口ダクト１９を介して導入され、内部に過熱器２０と節炭器２１とガスエアヒータ２２とが配設された後部伝熱部２３とを備えてなる構成を有している。

尚、前記外部熱交換器１８は、前記ダウンカマー１６が接続されるシールボックス２４内底部に、流動用空気Ｃを散気ノズル２５から上方へ吹き出すためのウィンドボックス２６を形成し、散気ノズル２５の上方におけるシールボックス２４内に、流動媒体との熱交換により過熱蒸気を発生させて蒸気タービンへ導入するための最終過熱器２７を配設してなる構成を有している。

前述の如き発電設備としての循環流動層ボイラにおいては、ガスエアヒータ２２で加熱された燃焼用流動化ガスＡが火炉１０の底部へ供給されると共に、流動用空気Ｃが外部熱交換器１８の底部へ供給されており、この状態で、火炉１０の散気ノズル１１上に燃料を投入すると、該燃料が散気ノズル１１から吹き出される燃焼用流動化ガスＡによりベッド材１２と共に流動化しながら燃焼し、該火炉１０内での燃料の燃焼により発生した燃焼排ガスは、灰及びベッド材１２の一部と一緒に吹き上げられダクト１４を介してサイクロン１５へ導入され、該サイクロン１５において流動媒体が捕集され、該サイクロン１５で捕集された流動媒体は、サイクロン１５下部に接続されたダウンカマー１６から外部再循環ユニットとしての外部熱交換器１８へ導入され、該外部熱交換器１８において抜熱されて冷却された後、媒体戻し管１７を介して前記火炉１０の底部に戻され、循環されるようになっている。

前記サイクロン１５で流動媒体が分離された燃焼排ガスは、出口ダクト１９を介して後部伝熱部２３へ導かれ、該後部伝熱部２３の過熱器２０及び節炭器２１において熱回収され、更にガスエアヒータ２２において熱回収された後、図示していない集塵機等を経て煙突から大気に放出されるようになっている。

一方、ボイラ給水は、節炭器２１において燃焼排ガスにより加熱され、図示していない蒸気ドラムを経て火炉１０の炉壁１０ａ内を流れ、蒸発器１３で更に加熱された後、再び前記蒸気ドラムへ戻り、飽和蒸気となって過熱器２０へ導入され燃焼排ガスにより過熱され、該過熱器２０において過熱された過熱蒸気は、最終過熱器２７へ導かれ流動媒体により更に過熱され、該最終過熱器２７において過熱された過熱蒸気は、蒸気タービンへ導入され、発電が行われるようになっている。

ここで、前記蒸発器１３は、図３−Ａ及び図３−Ｂに示す如く、多数本の伝熱管１３ａをフィン１３ｂで接合して伝熱パネル１３ｃとし、該伝熱パネル１３ｃを複数枚並設してなる構成を有している。但し、図３−Ａ及び図３−Ｂには一枚の伝熱パネル１３ｃのみを示している。そして、前記伝熱パネル１３ｃを構成する伝熱管１３ａの表面（被耐火材施工面１）には、予めＹ字状の耐火材保持用スタッド２を取り付けて耐火材３を設けることにより耐火材層４を形成しているため、このように耐火材層４が形成される前記被耐火材施工面１に対し、図１に示す如く、摩耗検出用スタッド５を予め垂直に取り付けておき、点検時に、前記摩耗検出用スタッド５に超音波探触子６を接触させ、超音波探傷装置７による超音波探傷にて摩耗検出用スタッド５の長さＬを求め、該摩耗検出用スタッド５の長さＬに基づいて耐火材３の摩耗量を検知するようにすれば良い。

尚、前記蒸発器１３の伝熱管１３ａの表面に限らず、火炉１０の炉壁１０ａや、前記ダクト１４、サイクロン１５、ダウンカマー１６、外部熱交換器１８、媒体戻し管１７、及び出口ダクト１９の内面にも、前述と同様、耐火材層４が形成されているため、これらの被耐火材施工面１に対しても、摩耗検出用スタッド５を予め垂直に取り付けておき、点検時に、前記摩耗検出用スタッド５に超音波探触子６を接触させ、超音波探傷装置７による超音波探傷にて摩耗検出用スタッド５の長さＬを求め、該摩耗検出用スタッド５の長さＬに基づいて耐火材３の摩耗量を検知することができることは言うまでもない。

又、本発明者等は、実機において、本発明の耐火材層の摩耗量管理方法を用いて求めた摩耗検出用スタッド５の長さＬの信頼性を検証するために、ノギスによる実測値との比較を行った。超音波探傷による計測値は図１においてＤとなり、被耐火材施工面１の肉厚をｔとすると、前記摩耗検出用スタッド５の長さＬは、
Ｌ＝Ｄ−ｔ
で表され、複数の摩耗検出用スタッド５に関し、このＬの値とノギスによる実測値とをプロットしたところ、図４に示すような結果が得られた。図４に示すプロット図からも明らかなように、本発明による計測値の方が長めとなるのは＋２［ｍｍ］程度に収まり、本発明による計測値の方が短めとなるのは−３［ｍｍ］程度に収まり、精度的に問題なく実用化できることが確認された。

即ち、前述の如く被耐火材施工面１に摩耗検出用スタッド５を予め垂直に取り付けておき、点検時に、前記摩耗検出用スタッド５に超音波探触子６を接触させ、超音波探傷装置７による超音波探傷にて摩耗検出用スタッド５の長さＬを求め、該摩耗検出用スタッド５の長さＬに基づいて耐火材３の摩耗量を検知すると、前記耐火材層４の交換に関する定量的な判断を行うことが可能となるため、従来のように、耐火材層４の表面状態を保守点検技術者が目視で観察し、定性的に摩耗量を把握することにより、現時点での対応を決定すると共に、次回の点検までに前記Ｙ字状の耐火材保持用スタッド２の枝分かれ部が摩耗によりなくなってしまわないかを判断する必要がなくなり、経験的に余裕を見て耐火材層４の補修或いは交換を行うようなことをしなくて済む一方、前記耐火材層４の厚さをノギスで計測する場合のように、耐火材３の一部を剥ぎ取ってノギスを差し込むようなこともしなくて済み、手間がかからず精度も良く、しかも、剥ぎ取った部分の補修も必要とならず、非常に好ましい方法であると言える。

こうして、耐火材３の一部を剥ぎ取ってノギスを差し込んだりすることなく、耐火材層４の残存厚さを確実に把握し得、耐火材層４の補修や交換の必要性並びにその実施時期を的確に判断し得る。

一方、前記摩耗検出用スタッド５は、図１に示す例では単なる丸棒で形成してあるが、例えば、図５−Ａ及び図５−Ｂに示す如く、前記丸棒で形成した摩耗検出用スタッド５に対し、同じ丸棒で形成した耐火材保持部材５ａを張り出させるように溶接して固着することにより、該摩耗検出用スタッド５を十字状とし、耐火材保持用スタッド２としても用いることができる。

又、前記摩耗検出用スタッド５は、図６−Ａ及び図６−Ｂに示す如く、前記丸棒で形成した摩耗検出用スタッド５に対し、半円板で形成した耐火材保持部材５ｂを張り出させるように溶接して固着することにより、該摩耗検出用スタッド５を円板状の鍔が張り出す形状とし、耐火材保持用スタッド２として兼用するようにしても良い。

このように、前記摩耗検出用スタッド５に耐火材保持用スタッド２としての機能を持たせるようにすれば、耐火材３の保持をより安定化させる上で有効となる。

尚、本発明の耐火材層の摩耗量管理方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、循環流動層ボイラに限らず、被耐火材施工面に予め耐火材保持用スタッドを取り付けて耐火材を設けるものであれば、どのようなものにも適用可能なこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 被耐火材施工面
２ 耐火材保持用スタッド
３ 耐火材
４ 耐火材層
５ 摩耗検出用スタッド
５ａ 耐火材保持部材
５ｂ 耐火材保持部材
６ 超音波探触子
７ 超音波探傷装置
１０ 火炉
１０ａ 炉壁
１３ 蒸発器
１３ａ 伝熱管
１３ｂ フィン
１３ｃ 伝熱パネル
１４ ダクト
１５ サイクロン
１６ ダウンカマー
１７ 媒体戻し管
１８ 外部熱交換器
１９ 出口ダクト
Ｌ 長さ
ｔ 肉厚
Ｄ 超音波探傷による計測値

Claims (2)

1. 被耐火材施工面に予め耐火材保持用スタッドを取り付けて耐火材を設けるようにした耐火材層の摩耗量管理方法であって、
   前記被耐火材施工面に摩耗検出用スタッドを予め垂直に取り付けておき、点検時に、前記摩耗検出用スタッドに前記耐火材の表面側から超音波探触子を接触させ、超音波探傷にて得た計測値と前記被耐火材施工面の肉厚との差から摩耗検出用スタッドの長さを求め、該摩耗検出用スタッドの長さに基づいて耐火材の摩耗量を検知することを特徴とする耐火材層の摩耗量管理方法。
2. 前記摩耗検出用スタッドに対し耐火材保持部材を張り出させるように固着することにより、該摩耗検出用スタッドを耐火材保持用スタッドとしても用いるようにした請求項１記載の耐火材層の摩耗量管理方法。

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