JPH11294707A - 炉壁の腐食監視装置と該監視装置を備えた火炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボイラ火炉内に存在する硫化水素ガスや塩化
水素ガスによる水壁管の腐食発生の有無や腐食速度を運
転中に連続的に検出するボイラ火炉の水壁管の腐食監視
装置を提供すること。 【解決手段】 反応器１内に火炉３１の炉壁管１１の評
価しようとする金属製試料６を設置し、炉壁管１１から
反応器１内に炉内のガスを導入するとともに、金属製試
料６の両端６ａ、６ｂに定電流を流し、その電圧変化を
測定することにより、炉壁管１１の腐食発生の有無及び
その速度を測定する。また、より高精度の測定を行うた
めには、監視しようとする炉壁管１１に熱電対等の温度
検出器を取り付け、この温度検出器と同じ温度となるよ
うに金属製試料６の温度を制御するのが良い。また、反
応器６内部の温度を火炉３１内と同一温度にする温度調
整か可能な加熱装置５を付属して設けると、反応器６内
が火炉３１内と同一雰囲気にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、硫黄または塩素を
含有する燃料を燃焼させるボイラにおいて、ボイラ炉壁
の腐食の有無及び腐食速度を測定するのに使用される腐
食監視装置と該監視装置を備えた火炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】油焚ボイラ、石炭焚ボイラ及びごみ焼却
ボイラにおいて、それぞれ石油、石炭及びごみが燃焼す
ると、燃焼内部に含まれている硫黄や塩素から腐食性の
強い硫化水素や塩化水素が発生して、ボイラ火炉の炉壁
管を激しく減肉させる場合がある。特に、近年のボイラ
は燃焼排ガスを低ＮＯｘ化させるために、バーナの燃焼
空気を理論燃焼空気量よりも低めとして運用されるの
で、火炉内では多量の硫化水素が発生する場合がある。
前記硫化水素により炉壁管が腐食して減肉することがあ
り、これに対する対策を講じることがボイラ運転上重要
な課題となっている。

【０００３】従来このような炉壁管の腐食減肉を管理
し、腐食減肉に対応するためにプラント定期検査時等に
炉壁管の肉厚測定やスケール分析等を行って腐食の発生
有無や腐食速度を調べていた。

【０００４】上記検査方法では、定期検査等ボイラが稼
働していないときにしか腐食の有無や腐食速度を計測で
きず、連続的な監視ができない欠点があった。このた
め、ボイラ火炉運転中に炉壁管の腐食の有無や腐食速度
を測定することのできる装置が望まれている。

【０００５】そうした腐食監視装置としては、例えば電
気化学モニタが考案されている。（出典ＶＧＢ Ｋｒａ
ｆｔｗｅｒｋｓｔｅｃｈｎｉｋ ７６（１９９６） Ｎ
ｏ．９）。これは、交流インピーダン法の原理に基づく
もので、金属の表面に溶融塩が形成された場合に交流電
圧を印加すると、印加した交流電圧に対応した交流電流
が流れるので、インピーダンス特性を測定することによ
り分極抵抗を求める方法である。この方法は金属表面に
溶融塩や水溶液が接する場合には有効であるが、硫化水
素ガスや塩化水素ガスによる腐食が起こる場合には適用
できない。

【０００６】これに対して特開平６−１４７４０４号公
報記載の「ボイラ火炉監視方法及び装置」には腐食で試
料断面積が減少すると、試料の電気抵抗が変化すること
を利用し、腐食の発生、腐食量、腐食速度のいずれかを
検知する方法が開示されている。本ボイラ火炉監視装置
の概略図を図７（図７（ａ）は監視装置の断面略図、図
７（ｂ）は監視装置先端部略図）に示す。監視装置４０
の外管４１を火炉３１の水壁管４３とフィン４４で構成
される火炉壁に挿入し、該外管４１の火炉３１内側には
燃焼ガス温度用の熱電対４５と電気抵抗測定用試料４６
を配置し、電気抵抗測定用試料４６にはその温度測定用
熱電対４８を外管４１内から火炉外部に導き、電気抵抗
測定用試料４６の温度変化から火炉壁の腐食の程度を推
測するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図７に示すボイラ火炉
監視装置４０では、火炉３１内に設置された試料４６
は、その表面温度が７００〜８００℃になるように、外
管４１と内管４９の間には冷却空気を流し、試料配置部
を冷却するようにしている。本装置４０において、試料
４６は火炉３１内の１０００℃以上の高温ガスが直撃す
る部位に曝露するようにしており、空気のみで７００〜
８００℃に常時保持するのは非常に困難である。また、
腐食が進行した場合には試料４６を交換する必要がある
が、ボイラ運転中に交換するのは不可能である。さら
に、試料温度は７００〜８００℃にしているが、減肉が
問題となるボイラ火炉３１の水壁管４３のメタル温度は
４５０℃程度であり、水壁管４３の腐食速度の絶対値ま
で精度よく測定するには試料温度を水壁管４３の温度と
同じにする必要があるが、火炉３１内に試料４６を設置
した場合には水壁管４４と同じ温度に設置するのは困難
である。

【０００８】本発明の課題は、以上述べた従来技術の問
題点を解決するために、ボイラ火炉内に存在する硫化水
素ガスや塩化水素ガスによる水壁管の腐食発生の有無や
腐食速度を運転中に連続的に検出するボイラ火炉の水壁
管の腐食監視装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明は、火炉の炉壁の外部に設置された反応器内に
管材等の評価しようとする金属製試料材を設置し、炉壁
から反応器内に炉内ガスを導入するとともに、金属製試
料の両端に定電流を流し、電圧変化を測定することによ
り、ボイラ水壁管の腐食発生の有無及びその速度を測定
することを特徴とする。

【００１０】金属製試料の温度は監視しようとする部位
の水壁管の温度と同じになるように調節できるようにな
っている。より高精度の測定を行うためには、監視使用
とする水壁管に熱電対等の温度検出器を取り付け、この
温度検出器と同じ温度となるように金属製試料の温度を
制御するのが良い。

【００１１】また、火炉内の燃焼ガスを反応器に導入す
るガス導入管及び反応器内の火炉内の燃焼ガスを再度火
炉内に戻すガス戻し管とを炉壁に設け、前記ガス導入管
及びガス戻し管とを炉壁から脱着可能な構造としするこ
とで、必要に応じて反応器を任意の部位に移動させるこ
とができ、多数部位での監視をする場合に好適である。

【００１２】また、火炉内の燃焼ガスを反応器に導入す
るガス導入管には火炉内の燃焼ガス中の固形物をろ過す
るフィルタを設けることで、反応器内に燃焼灰が入り込
むのを防止できる。

【００１３】また、金属製試料は炉壁と同一の材質のも
のを使用するか又は炉壁より耐食性の劣る材質のものを
使用することにより、炉内ガスが腐食性の弱い成分から
なる場合でも、火炉壁の腐食の程度を事前に予測するこ
とができる。

【００１４】また、前記炉壁の腐食監視装置の監視結果
に応じて、燃焼用空気量の調整や、バーナチップの向き
の調整をする火炉も本発明の範囲内のものである。

【００１５】本発明においては、反応器内の温度をボイ
ラ火炉内と同一温度にする温度調整が可能な加熱装置を
反応器に付属して設けると、反応器内をボイラ火炉内と
同一雰囲気にすることができる。また、ボイラ火炉内よ
り高温にすることで、金属製試料の減肉を促進させて、
炉壁の耐久性の促進試験も可能となる。

【００１６】本発明は硫黄や塩素を含む燃料を使用して
ボイラ火炉に限らず、燃焼炉、加熱炉等の燃焼装置に適
用することができる。

【００１７】

【作用】以下、本発明の作用を説明する。反応器内に設
置した金属製試料に硫化水素や塩化水素を含む炉内ガス
が接触すると、腐食が発生し、金属製試料の断面積が減
少する。この金属製試料の両端に定電流Ｉを流した際に
発生する金属製試料両端の電圧Ｖは金属製試料の抵抗Ｒ
と下式の関係にある。 Ｖ＝Ｉ・Ｒ （１）

【００１８】一方、金属製試料の抵抗Ｒは金属製試料の
長さＬ、断面積Ｓと下式の関係にある。 Ｒ＝Ｌ／（Ｓ・δ） （２） ここで、δは定数である。

【００１９】腐食により金属製試料の断面積Ｓが減少す
ると、Ｒは増加し、Ｒの増加により電圧Ｖが増加する。
従って、金属製試料の両端の電圧Ｖを測定することによ
り、電圧Ｖが増加する場合には腐食が発生、電圧Ｖが変
化しない場合には腐食が発生していないことが分かる。
さらに、予め電圧Ｖと金属製試料の減肉量の関係を求め
ておくことにより、測定された電圧Ｖから腐食速度も算
出することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施の形態を図面
を用いて説明する。図１は本発明になる水壁管の腐食監
視装置３０の断面図である。ボイラ火炉３１から反応器
１に火炉３１内の燃焼ガスを導く流路である炉内ガス吸
引管２が設けられている。反応器１の外部にはヒータ５
が巻かれ、また、反応器１の内部には金属製試料６及び
熱電対７が設置されており、熱電対７は演算器９を介し
てヒータ５の制御器１０に接続されており、熱電対７か
らの信号により、金属製試料６が任意の温度になるよう
にしている。

【００２１】炉内ガス吸引管２は炉壁管１１を貫通して
ボイラ火炉３１内に先端部が挿入されている。反応器１
の後流にはポンプ１３が設置され、火炉３１内から取り
込まれた燃焼ガスは炉内ガス戻し管３を経由して再度、
火炉３１内に戻るようになっている。炉内ガス吸引管２
と炉内ガス戻し管３にはそれぞれ流路開閉用のバルブ１
４、１５が設けられている。また、反応器１内に設置し
た金属製試料６の両端６ａ、６ｂにはそれぞれリード線
１７、１８を介して定電流装置２０と電圧計２１が連結
されており、電圧計２１には記録計２２が接続されてい
る。

【００２２】反応器１を構成する材質は特に限定される
ものではないが、耐高温腐食性に優れた材料、例えば金
属ではＳＵＳ３１０ＳやＡｌｌｏｙ８００Ｈ等の高クロ
ム材料やアルミナ等のセラミックスが好適である。

【００２３】火炉３１内の燃焼ガスには燃焼灰が含まれ
ているため、炉内ガス吸引管２と反応器の中間にフィル
タ２３を設け、反応器１内に燃焼灰が入るのを防止して
いる。フィルタ２３としては、脱塵装置に通常使用され
ている窒化珪素（ＳｉＣ）やアルミナ等のセラミック焼
結材料からなるフィルタやアルミナ繊維で形成されたバ
グフィルタが耐高温腐食性にも優れ、好適である。この
際、フィルタ２３に燃焼灰が付着すると燃焼ガスが反応
器１内に通過しなくなるので、適時空気や窒素ガス等で
逆洗する必要がある。逆洗間隔は特に限定されないが、
測定終了時やガス流量が少なくなった時に行えばよい。
なお、燃焼ガスと金属製試料６の反応量はわずかであ
り、反応器１に導入される燃焼ガスの流量は１００ｍｌ
／ｍｉｎ程度で十分である。

【００２４】反応器１内に導入された燃焼ガスはポンプ
１３により再度火炉３１内に戻すようにしているが、使
用するポンプ１３は耐高温腐食性に優れた材料とする
か、ポンプ１３に入る前に冷却器２４を設け、ガス温度
を腐食性が小さくなる温度（３００℃以下）とする必要
がある。

【００２５】次に本実施の形態の作用を説明する。炉内
ガス吸引管２をボイラ火炉３１の炉壁管１１の間から火
炉３１内に挿入する。この場合、反応器１内の金属製試
料６の温度は腐食状況を知りたい対象物、例えば炉壁管
１１の温度と同じになるように反応器１の外部に設置さ
れたヒータ５で加熱する。なお、金属製試料６の温度は
熱電対７により計測し、計測結果により、ヒータ５を調
節する。炉内ガス吸引管２をボイラ火炉３１内に挿入し
て所要時間ガスを吸引すると、反応器１内に設置された
金属製試料６が炉内ガスにより腐食する場合には金属製
試料６の断面積が減少する。金属製試料６の両端６ａ、
６ｂから定電流を流すと、金属製試料６の断面積の減少
により試料両端６ａ、６ｂの電圧が低下する。電圧計９
は電圧値を計測し、その経時変化が記録計２２により記
録される。

【００２６】図２は横軸に経過時間（ｄａｙ）、縦軸に
電圧変化（ｍＶ）を取ったグラフである。図２は金属製
試料６として炉壁管１１と同じ材質のＳＴＢＡ２０（径
５ｍｍ、長さ５０ｍｍ）を使用し、電流を１Ａとした場
合の結果である。

【００２７】図２に示すように、金属製試料６の両端６
ａ、６ｂの電位Ｖを測定することにより、電圧が増加す
る場合には腐食が発生し、電位が変化しない場合には腐
食が発生していないことが分かる。また、図３は実験室
において求めた金属製試料６の線材の電圧と腐食量の関
係である。図３に示すように、予め電圧と金属製試料６
の減肉量の関係を求めておくことにより、測定された電
圧から腐食量も算出することができる。

【００２８】図４は本発明のボイラ火炉３１の炉壁管の
腐食監視装置３０のボイラ火炉３１への設置位置を示し
たもので、本発明になる腐食監視装置３０を腐食が問題
となる火炉３１の側壁３２に配置することや火炉３１の
前壁３３のバーナ３５の設置された高さに配置すること
により、炉壁管１１の腐食をボイラ運転中に監視するこ
とができる。なお、バーナ３５の上方の前壁３３には燃
焼用空気を供給するアフターエアポート３６が設けられ
ている。さらに、この腐食監視装置３０からの信号によ
り、燃焼空気量の調節やバーナチップの向きの調整を運
転中に行う事ができ、腐食を軽減することも可能とな
る。

【００２９】金属製試料６の材質や形状は特に限定する
ものではないが、精度良く炉壁管１１の減肉速度を測定
する場合には、炉壁管１１に使用している材料と同じ材
質のもので金属製試料６を作製することが好適である。
金属製試料６の形状は、（２）式からできるだけ断面積
Ｓが小さく、長さＬの長いものとすることにより、電圧
変化を大きくすることができる。

【００３０】本実施の形態では、金属製試料６の材質を
炉壁管１１と同じ材質としている。しかし、炉内ガスの
腐食性が弱く、炉壁管１１と同じ材質では電位の変化が
小さい場合には、金属製試料６の材質をより耐食性の悪
いもの、例えば炉壁管１１がＳＴＢＡ２０等の低合金鋼
の場合には、耐食性の劣る炭素鋼としたり、金属製試料
６の温度を炉壁管１１の温度より高くすることにより対
応することができる。なお、腐食により試料６が断線し
た場合には、金属製試料６部分のみを交換すればよい。

【００３１】図５は本発明の炉壁管１１の腐食監視装置
３０の第２の例を示す断面図である。図５において、炉
壁管１１には温度測定器である熱電対２５が設置されて
おり、その信号は金属製試料６の温度を測定する熱電対
７の演算器９に入るようになっている。図５に示すその
他の構成で図１に示す構成と同一機能を奏するものは同
一番号を付してその説明は省略する。

【００３２】図５に示す実施の形態では炉壁管１１の温
度を測定し、その温度と金属性試料６の温度が同じにな
るようにしているため、前述した先の図１に示す実施の
形態に比べてより正確な金属性試料６の腐食測度の測定
ができる特徴がある。

【００３３】図６は本発明の炉壁管１１の腐食監視装置
３０の第３の例を示す図である。図６において腐食監視
装置３０と炉内ガス吸引管２及び炉内ガス戻し管３の間
に接合部２７を設け、脱着可能なようにしている。本例
の効果としては、必要に応じて反応器１を任意の部位に
移動させ測定できることで多数部位を監視する場合に好
適である。なお、図６には、腐食監視装置３０は図１ま
たは図５に示す装置を用いるが、その図示を省略してい
る。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、ボイラ火炉の炉壁管の
腐食監視装置を実機に設置することにより炉壁管の腐食
の発生の有無と腐食速度を運転中に監視することがで
き、炉壁管を構成する伝熱管の損傷を未然に防ぐことが
できる。また、この腐食監視装置からの信号により、燃
焼調整や燃料変更を行うことにより炉壁管の腐食速度を
低下させたり、腐食しないようにすることができるな
ど、ボイラプラント運転上優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明におけるボイラ炉壁管の腐食監視装置
の一実施の形態の断面図である。

【図２】 図１の金属製試料の電位と時間の関係を示す
説明図である。

【図３】 図１の金属製試料の電位と腐食速度の関係を
示す説明図である。

【図４】 本発明におけるボイラ炉壁管の腐食監視装置
のボイラ炉壁に設置する部位を説明する図である。

【図５】 本発明におけるボイラ炉壁管の腐食監視装置
の一実施例の形態の断面図である。

【図６】 本発明におけるボイラ炉壁管の腐食監視装置
の一実施例の形態の構成図である。

【図７】 従来技術のボイラ炉壁管の腐食監視装置の構
成図である。

【符号の説明】

１ 反応器 ２ 炉内ガス吸引管 ３ 炉内ガス戻し管 ５ ヒータ ６ 金属製試料 ７ 熱電対 ９ 演算器 １０ 制御器 １１ 炉壁管 １３ ポンプ １４、１５ バルブ １７、１８ リード線 ２０ 定電流装置 ２１ 電圧計 ２２ 記録計 ２３ フィルタ ２７ 接合部 ３０ 腐食監視装置 ３１ 火炉 ３２ 側壁 ３３ 前壁 ３５ バーナ ３６ アフターエアポート

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉壁内で燃料を燃焼させる火炉におい
   て、火炉内の燃焼ガスを導入する炉壁の外部に配置され
   た反応器と、該反応器内に設置した炉内ガスによる炉壁
   の腐食を検出するための金属製試料と、該金属製試料の
   両端に定電流を流して金属製試料の両端の電圧変化を測
   定する電圧検出手段と、該電圧検出手段の測定値を記録
   する記録手段とを備えたことを特徴とする炉壁の腐食監
   視装置。
2. 【請求項２】 反応器内の温度を調整可能にする加熱装
   置が反応器に付属していることを特徴とする請求項１記
   載の炉壁の腐食監視装置。
3. 【請求項３】 火炉の炉壁に温度検出手段を取り付け、
   該温度検出手段の炉壁の検出温度と反応器内の金属製試
   料の温度とを同じにする温度調整手段を加熱装置に設け
   たことを特徴とする請求項２記載の炉壁の腐食監視装
   置。
4. 【請求項４】 火炉内の燃焼ガスを反応器に導入するガ
   ス導入管及び反応器内の火炉内の燃焼ガスを再度火炉内
   に戻すガス戻し管とを炉壁に設け、前記ガス導入管及び
   ガス戻し管とを炉壁から脱着可能な構造としたことを特
   徴とする請求項１記載の炉壁の腐食監視装置。
5. 【請求項５】 火炉内の燃焼ガスを反応器に導入するガ
   ス導入管には火炉内の燃焼ガス中の固形物をろ過するフ
   ィルタを設けたことを特徴とする請求項４記載の炉壁の
   腐食監視装置。
6. 【請求項６】 金属製試料は炉壁と同一の材質のものを
   使用するか又は炉壁より耐食性の劣る材質のものを使用
   することを特徴とする請求項１記載の炉壁の腐食監視装
   置。
7. 【請求項７】 請求項１記載の炉壁の腐食監視装置の監
   視結果に応じて、燃焼用空気量の調整や、バーナチップ
   の向きの調整をすることを特徴とする火炉。