WO2019167243A1 - 皮膜及びその形成方法 - Google Patents

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濱田　行貴
水津　竜夫
竹内　一浩
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Tocalo Co Ltd
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    • C10J2200/00—Details of gasification apparatus

Definitions

  • the present disclosure relates to a film formed on the surface of a base material of a furnace in order to suppress adhesion of ash to a furnace such as a coal gasification furnace or a pulverized coal burning boiler, and a method for forming the same.
  • Ash is generated by combustion and gasification reaction in a coal gasifier and by combustion in a pulverized coal fired boiler.
  • Ash which is an incombustible material, adheres and accumulates on the surface of the heat transfer tube and increases the thermal resistance of the entire heat transfer tube, leading to a decrease in heat transfer efficiency.
  • the flow path is blocked and the heat transfer tube is damaged due to the fall of a huge ash mass, which causes the plant to stop.
  • ash is periodically dropped by using a soot blower that injects steam or air, and in the case of a pulverized coal fired boiler, a thermal shock due to a temperature change due to temporary load fluctuations is also used.
  • the first is the modification of ash particles with additives, which is a technology that suppresses the adhesion of ash particles to heat transfer tubes by increasing the ash particle diameter and the ash melting point due to fuel coal additives.
  • the second is suppression of ash adhesion by forming a film on the heat transfer tube.
  • a technique is provided in which a film for controlling the wettability of the heat transfer tube surface is formed by thermal spraying so as to exhibit hydrophobicity with molten ash particles, and adhesion of ash particles is suppressed (Patent Document 1). reference).
  • Patent Documents 2 and 3 There is also provided a technique for removing ash adhering due to a difference in thermal expansion caused by application of ceramic or titanium oxide.
  • Patent Documents 4 and 5 There is also provided a technique for applying a gel-like composition to the surface of a heat transfer tube to facilitate removal of attached ash.
  • the present disclosure is proposed in view of the above-described circumstances, and suppresses ash adhesion to a heat transfer tube or the like, reduces the running cost, and can cope with the expansion of the coal type and
  • An object is to provide a method for forming the same.
  • a film according to the present application is a film formed on the surface of a base material of a furnace, and includes a slide containing oxide ceramics and a compound having a layered crystal structure as a top coat. It has a kinetic material layer.
  • the film according to the present application may be a single layer composed only of a slidable material layer. That is, the slidable material layer may be formed on the surface of the furnace base material.
  • the film according to the present application may have a base layer made of a corrosion-resistant material or a refractory material under the slidable material layer.
  • the base material may be made of steel or refractory material.
  • the base material may constitute a heat transfer tube or a wall surface of the furnace.
  • the furnace according to the present application has a film formed on the surface of the base material of the furnace.
  • the coal gasification furnace, pulverized coal burning boiler, combustion apparatus or reaction apparatus according to the present application includes a furnace.
  • the method of forming a film according to the present application is a method of forming a film formed on the surface of a base material of a furnace, and as a step of forming a topcoat, oxide ceramics, a compound having a layered crystal structure, and silicone A step of applying a slurry of a slidable material containing, and then baking the slurry to form a film.
  • the present disclosure it is possible to reduce the running cost and cope with the expansion of fuel types. As a result, by suppressing the ash adhesion to the furnace, the blockage of the flow path and the breakage of the heat transfer tube are suppressed, and the plant can be stably operated.
  • FIG. 2 is a photograph showing test results of slugging conditions in Example 1.
  • FIG. 3 is a photograph showing test results of fouling conditions in Example 1.
  • FIG. 6 is a photograph showing test results for slugging conditions in Example 2.
  • FIG. 6 is a graph showing test results of slugging conditions in Example 2.
  • 6 is a photograph showing test results of fouling conditions in Example 2.
  • 6 is a graph showing test results of fouling conditions in Example 2.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a film of the present embodiment.
  • the film of the present embodiment suppresses ash adhesion to the furnace and facilitates ash dropping.
  • the film is composed of a base layer 12 formed on the surface of the base material 11 and a slidable material layer 13 formed as a top coat on the surface of the base layer 12.
  • the base material 11 may be a steel material or a refractory material constituting a wall surface, or a carbon steel material or a stainless steel material constituting a heat transfer tube in a furnace such as a coal gasification furnace or a pulverized coal burning boiler.
  • the refractory material include high alumina bricks and chromium / magnesia bricks.
  • the base layer 12 is formed on the surface of the base material 11 with a predetermined thickness, and a surface having a large roughness is formed to fix the slidable material layer 13.
  • the thickness of the base layer 12 may be 200 to 1000 ⁇ m.
  • the surface roughness of the base layer 12 may be 1 to 20 ⁇ m in terms of arithmetic average roughness Ra.
  • the base layer 12 may be an inorganic material such as metal or ceramics, and suppresses the enhancement of ash adhesion due to a corrosion reaction when the surface of the base material 11 is exposed to ash for a long time.
  • the base layer 12 is made of a corrosion-resistant material, so that the corrosion resistance of the furnace can be improved. Examples of the corrosion resistant material include a high chromium alloy.
  • the base layer 12 can also improve the fire resistance of a furnace by using a refractory material. Examples of the refractory material include castable refractories.
  • the slidable material layer 13 is formed on the surface of the base layer 12 with a predetermined thickness by a slidable material.
  • the thickness of the slidable material layer 13 may be 10 to 90 ⁇ m.
  • the slidable material layer 13 includes oxide ceramics and a compound having a layered crystal structure. Examples of the oxide ceramics include oxides containing at least one of silicon, aluminum, chromium, manganese, and iron elements.
  • the layered crystal structure refers to a crystal structure in which atoms or atomic groups are arranged in a plane to form a sheet structure, and the sheet structure repeats in a direction perpendicular to the plane. Among these, those belonging to the hexagonal system are also called graphite-type crystal structures, and have particularly high symmetry.
  • Examples of the compound that can constitute the graphite type crystal structure include graphite, manganese sulfide, graphite fluoride, boron nitride, molybdenum disulfide, and tungsten disulfide.
  • the slidable material layer 13 has the effect of lowering the frictional resistance of the surface of the layered crystal structure, so that the ash particles that have collided slip and the ashing ability of the attached ash is improved. Further, due to the durability of the oxide ceramics, the corrosion reaction between the ash and the base layer 12 in a high temperature environment is suppressed.
  • Such a coating forms a base layer 12 on the surface of a base material 11 that forms a heat transfer tube and wall surface of a furnace of a coal gasification furnace or a pulverized coal-fired boiler, and is slidable as a top coat on the surface of the base layer 12. It is obtained by forming the material layer 13.
  • the base layer 12 may be formed by spraying or applying an inorganic material.
  • the slidable material layer 13 may be formed by applying or spraying a slurry of slidable material. When the slidable material contains silicone in addition to the oxide ceramics and the compound having a layered crystal structure, the coating property is improved.
  • Silicone is a polymer having a main chain formed by alternately bonding silicon having an organic group and oxygen, and includes silicone resin, silicone rubber, silicone oil, silicone grease, and the like.
  • the ratio of the oxide ceramics contained in the slidable material may be 1 to 30% by mass.
  • the proportion of the compound having a layered crystal structure contained in the slidable material may be 10 to 30% by mass.
  • the proportion of silicone contained in the slidable material may be 10 to 50% by mass.
  • the coating may be applied to a furnace of a combustion apparatus or a reaction apparatus in addition to a furnace of a coal gasification furnace or a pulverized coal burning boiler.
  • Example 1 a horizontal combustion furnace was used as the furnace, and an ash adhesion test was performed on the film of the present embodiment.
  • the temperature inside the furnace in the combustion furnace was simulated, and the state of ash adhering to the probe surface on which the film exposed in the furnace was formed was observed.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the combustion furnace used in the ash adhesion test.
  • the combustion furnace 100 is configured in a horizontal type in which the combustion chamber 101 extends substantially horizontally along a flow path from the inlet 102 to the outlet 103.
  • a plurality of segments are connected to each other by a flange 105 so as to be separable, and constitute a preheating part 121, a combustion part 122, and an ash adhesion part 123 along the flow path.
  • the preheating unit 121 LPG and air are supplied from the inlet 102, air and oxygen gas are further supplied in the middle of the flow path, and the LPG burns.
  • a throat 104 having a narrow flow path is formed at a portion where the preheating portion 121 transitions to the combustion portion 122.
  • the throat 104 is supplied with pulverized coal stored in a tank 131 through a supply path 135 together with carrier gas air by a coal supplier 133.
  • the quantity of heat of the supplied pulverized coal is 35 kW.
  • the pulverized coal supplied from the throat 104 burns.
  • generated by combustion of pulverized coal adheres to the probe 111 and wall surface which were installed in the combustion chamber 101.
  • FIG. 2B is a cutaway perspective view showing the configuration of the segment 110 that constitutes the ash adhering portion 123 of the combustion chamber 101.
  • the segments 110 are connected to each other by a flange 105, but in this perspective view, the flange 105 is omitted for simplicity.
  • a probe port 113 for introducing the probe 111 therein, an observation port 115, a sampling port 117, and a thermocouple port 119 are formed in the cylindrical segment 110.
  • the water-cooled probe 111 extends into the combustion chamber 101 and can be visually observed from the observation port 115.
  • the diameter of the probe 111 is 31.8 mm.
  • a sample of the combustion chamber 101 can be collected from the sampling port 117, and a thermocouple is inserted into the combustion chamber 101 from the thermocouple port 119.
  • Reference numerals P1 to P6 in FIG. 2A indicate probes installed in the ash adhesion part 123 of the combustion chamber 101. These probes P1 to P6 are located at 836, 1200, 1562, 1924, 2297, and 2794 mm in the direction of the flow path with respect to the throat 104, respectively.
  • the tests were conducted individually for slugging conditions and fouling conditions.
  • the slagging condition is a condition in which ash melted in an environment where the gas temperature is equal to or higher than the softening temperature of ash adheres to the surface of the base material.
  • a carbon steel material (SS400 steel) was used as the base material 11 assuming the inside wall of the furnace and the wall surface of the furnace outlet.
  • the fouling conditions are conditions in which ash adheres to the surface of the base material in an environment where the gas temperature is equal to or lower than the softening temperature of ash.
  • a stainless steel material (SUS304 steel) was used for the base material 11 assuming a heat transfer tube located at the rear of the furnace.
  • the base layer 12 was a nickel-chromium alloy layer and was formed by an atmospheric plasma spraying method.
  • the thickness of the base layer 12 was 450 ⁇ m.
  • the surface roughness of the base layer 12 was 10 ⁇ m in terms of arithmetic average roughness Ra.
  • the slidable material layer 13 is a fired film of a mixture containing oxide ceramics containing iron and manganese and boron nitride, 25% by mass of oxide ceramics, 15% by mass of boron nitride, and 40% by mass of silicone.
  • a slurry of a mixture containing the remainder as an organic solvent was prepared, applied on the base layer 12, and then baked at 500 ° C. for 30 minutes to form a film.
  • the thickness of the slidable material layer 13 was 30 ⁇ m.
  • FIG. 3 is a photograph showing the test results of the slagging conditions conducted in the combustion furnace of FIG.
  • a when a carbon steel material without a coating (SS400 steel) is used for the probe 111, ash is removed from the probe 111 in 18 minutes, 40 minutes, and 53 minutes from the start of the test. It was.
  • FIG. 3 (b) when carbon steel having only a base layer was used, ash was dropped from the probe 111 in 34 minutes from the start of the test.
  • FIG.3 (c) when using what formed the membrane
  • FIG. 4 is a photograph showing the test results of the fouling conditions performed in the combustion furnace of FIG.
  • FIG. 4A when a stainless steel material (SUS304 steel) without a coating was used for the probe 111, ash was dropped from the probe 111 in 41 minutes from the start of the test.
  • FIG. 4B when the stainless steel material having only the base layer formed thereon was used, ash was removed from the probe 111 in 50 minutes from the start of the test.
  • FIG. 4 (c) when a stainless steel material having a base layer and a slidable material layer formed thereon is used, the probe 111 is removed 15 minutes, 29 minutes, and 59 minutes from the start of the test. Ashes dropped out.
  • Example 1 in both cases of slagging conditions and fouling conditions, when the film is formed on the steel material, ash removal is promoted compared to the case without the film and the case where only the base layer is formed on the steel material. It was confirmed that Therefore, the effect which suppresses adhesion of ash was recognized by the film
  • Example 2 tested the adhesion of ash to a furnace by immersing a test piece in simulated ash in an electric furnace and heating.
  • the simulated ash and the test piece were heated in an electric furnace to a temperature equivalent to the surface temperature of the furnace, and the weight of the attached ash and the ratio of the ash removed by air blow were measured.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the ash adhesion test.
  • a heating chamber 151 is formed by the furnace material 152, and a heater 154 is disposed around the heating chamber 151 in the furnace material 152.
  • a dish-like container 156 containing simulated ash 158 is placed on the bottom surface of the heating chamber 151.
  • the temperature of the simulated ash 158 in the container 156 is monitored by a thermocouple 160.
  • FIG.5 (b) is a perspective view which shows a test piece.
  • the test piece 21 has a shape obtained by cutting a tube having a predetermined length along a cross section passing through its central axis, the width w is 31.8 mm, and the length l is 30 mm.
  • FIG.5 (c) is a perspective view which shows the test piece 23 to which the simulated ash 158 adhered by the test. The simulated ash 158 is removed from the test piece 23 to which the simulated ash 158 is adhered by air blowing from a direction in which the angle ⁇ is 45 degrees from the cross section with respect to the central axis.
  • the simulated ash 158 is composed of a powder of potassium sulfate (K 2 SO 4 ), sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), and ferric oxide (Fe 2 O 3 ) at a ratio of 1: 1: 1.5. It was prepared by mixing at a molar ratio.
  • FIG. 6 is a photograph showing the test results of the slagging conditions conducted in the electric furnace of FIG.
  • the test piece 21 was made of a carbon steel material without a film, a carbon steel material having only a base layer formed, and a carbon steel material having a film made of a base layer and a slidable material layer, as in Example 1.
  • Three types were prepared, and external photographs were taken at each stage before heating, after heating, and after air blowing. Comparing these photographs, the film formed on the carbon steel material at any stage after heating and after the air blow was compared with either the carbon steel material without the film or the carbon steel material formed with only the base layer. Also, it can be seen that the surface is smooth and the adhesion of the simulated ash 158 is suppressed.
  • FIG. 7 is a graph showing test results obtained by measuring the amount of ash and the like under slugging conditions performed in the electric furnace shown in FIG.
  • FIG. 7A is a graph showing the amount of ash attached to the test piece.
  • the amount of ash adhering to the test piece 21 is the largest when only a base layer is formed on a carbon steel material, followed by a carbon steel material without a coating, followed by a coating comprising a base layer and a slidable material layer on the carbon steel material. Was the least.
  • FIG. 7 (b) is a graph showing the removal rate of ash adhering to the test piece by air blow.
  • the removal rate of ash is the largest when carbon steel is formed with a coating consisting of a base layer and a slidable material layer, followed by carbon steel with only a base layer, followed by carbon steel without coating. It was the smallest.
  • FIG. 8 is a photograph showing the test results of fouling conditions in the electric furnace of FIG.
  • a stainless steel material without a film SUS304 steel
  • a stainless steel material having only a base layer formed thereon SUS304 steel
  • a stainless steel material having a base layer and a slidable material layer Three types were prepared, and appearance photographs were taken at each stage before heating, after heating, and after air blowing. Comparing these photographs, in both stages after heating and after air blowing, the one with the film formed on the stainless steel material is either the uncoated stainless steel material or the one with only the base layer formed on the stainless steel material. It can be seen that there is little adhesion of ash and the adhesion of simulated ash 158 is suppressed.
  • FIG. 9 is a graph showing test results obtained by measuring the amount of ash and the like under the fouling conditions in the electric furnace of FIG. Fig.9 (a) is a graph which shows the adhesion amount of the ash to a test piece.
  • the amount of ash adhering to the test piece 23 is the largest in stainless steel material without a film, followed by a base layer formed on a stainless steel material, followed by a film composed of a base layer and a slidable material layer on the stainless steel material. The least formed.
  • FIG. 9 (b) is a graph showing the removal rate of the ash adhering to the test piece by air blow.
  • the removal rate of ash is the largest when a coating made of a base layer and a slidable material layer is formed on a stainless steel material, followed by the formation of a base layer on a stainless steel material, followed by the stainless steel material without a coating. It was small.
  • Example 2 in both cases of slagging conditions and fouling conditions, adhesion of ash is suppressed when a film is formed on a steel material, when there is no film, and when only a base layer is formed on a steel material In addition, it was confirmed that ash fallout was promoted. Therefore, the effect of suppressing the adhesion of ash to the film composed of the base layer and the slidable material layer of the present embodiment and facilitating the ash removal was recognized.
  • the present disclosure can be applied to a furnace base material such as a coal gas furnace or a pulverized coal-fired boiler.
  • Base material 12 Base layer 13 Sliding material layer 100 Combustion furnace

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Abstract

火炉への灰付着を抑制する皮膜であって、ランニングコストを低減し、炭種の拡大に対応できるような皮膜を提供する。皮膜は、火炉の母材（１１）の表面に形成され、ベース層（１２）と、ベース層（１２）の表面に形成された、酸化物セラミックスと、層状結晶構造を有する化合物とを含む摺動性材料層（１３）とを有し、衝突した灰をスリップさせるとともに、付着した灰の脱落を容易にさせ、母材（１１）は火炉の伝熱管又は壁面を構成し、火炉を含む石炭ガス化炉、微粉炭焚きボイラ、燃焼装置又は反応装置にも適用される。

Description

皮膜及びその形成方法
　本開示は、石炭ガス化炉や微粉炭焚きボイラのような火炉への灰の付着を抑制するために火炉の母材の表面に形成される皮膜及びその形成方法に関する。
　石炭ガス化炉では燃焼およびガス化反応によって、微粉炭焚きボイラでは燃焼によって灰が生成する。不燃物である灰は、伝熱管表面に付着・堆積して伝熱管全体の熱抵抗が増加するため、伝熱効率の低下を招く。肥大に灰が堆積する場合は、流路の閉塞や、巨大な灰塊の落下による伝熱管の破損を引き起こし、プラントの停止を引き起こす要因となる。従来、蒸気や空気を噴射するスートブロワによる吹き飛ばしや、微粉炭焚きボイラの場合は一時的な負荷変動による温度変化の熱衝撃も併用することによって、定期的な灰の脱落を実施している。
　一方、伝熱管への灰付着抑制のため、次の二つの種類の技術が提供されている。第一は添加物による灰粒子の改質であり、燃料の石炭への添加物による灰粒子径の増加や灰融点の増加により、伝熱管への灰粒子の付着を抑制する技術である。第二は、伝熱管に皮膜を形成することによる灰付着抑制である。例えば、溶融した灰粒子との疎水性を発揮するように伝熱管表面の濡れ性を制御する皮膜を溶射などで形成し、灰粒子の付着を抑制する技術が提供されている（特許文献１を参照）。セラミックやチタン酸化の塗布による熱膨張の違いにより付着した灰を剥離する技術も提供されている。（特許文献２、３を参照）。ゲル状組成物を伝熱管表面に塗布し、付着した灰を除去し易くする技術も提供されている（特許文献４、５を参照）。
特開２００５－１４６４０９号公報 特開２００３－２６２４９０号公報 特開２００３－１２０９０２号公報 特開２０１１－１６９５２１号公報 特開２０１１－１６９４７６号公報
　しかしながら、スートブロワや熱衝撃により灰を取り除く運用には費用がかかるため、ランニングコストを低減することが求められている。また、従来の伝熱管への灰付着抑制技術は、すべての炭種に対して実施できるものではなく、効果の無い炭種の場合もあった。このため、炭種の拡大に対応できるような伝熱管への灰付着抑制技術が求められている。
　本開示は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、伝熱管等への灰付着を抑制するものであって、ランニングコストを低減し、炭種の拡大に対応できるような皮膜及びその形成方法を提供することを目的とする。
　上述の課題を解決するために、本出願に係る皮膜は、火炉の母材の表面に形成される皮膜であって、トップコートとして、酸化物セラミックスと、層状結晶構造を有する化合物とを含む摺動性材料層を有する。
　本出願に係る皮膜は、摺動性材料層のみからなる単層であってもよい。すなわち、摺動性材料層は、火炉の母材の表面に形成されてもよい。
　本出願に係る皮膜は、摺動性材料層の下層に、耐腐食性材料又は耐火材で構成されたベース層を有していてもよい。母材は、鋼材又は耐火材で構成されていてもよい。母材は、火炉の伝熱管又は壁面を構成するものであってもよい。
　本出願に係る火炉は、火炉の母材の表面に皮膜が形成されたものである。本出願に係る石炭ガス化炉、微粉炭焚きボイラ、燃焼装置又は反応装置は、火炉を含むものである。
　本出願に係る皮膜の形成方法は、火炉の母材の表面に形成される皮膜の形成方法であって、トップコートを形成する工程として、酸化物セラミックスと、層状結晶構造を有する化合物と、シリコーンとを含む摺動性材料のスラリーを塗布し、その後スラリーを焼成して成膜する工程を含む。
　本開示によると、ランニングコストを低減し、燃料種の拡大に対応することができる。ひいては、火炉への灰付着を抑制することにより、流路の閉塞や、伝熱管の破損を抑制し、プラントの安定した運転を可能にする。
本実施の形態の皮膜の概略的な構成を示す断面図である。 実施例１の灰付着試験に使用した燃焼炉の構成を説明する図である。 実施例１のスラッギング条件の試験結果を示す写真である。 実施例１のファウリング条件の試験結果を示す写真である。 実施例２の灰付着試験に使用した電気炉を説明する図である。 実施例２のスラッギング条件の試験結果を示す写真である。 実施例２のスラッギング条件の試験結果を示すグラフである。 実施例２のファウリング条件の試験結果を示す写真である。 実施例２のファウリング条件の試験結果を示すグラフである。
　以下、本実施の形態の皮膜及びその形成方法について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態の皮膜を示す断面図である。本実施の形態の皮膜は、火炉への灰の付着を抑制し、かつ灰の脱落を容易にするものである。
　図１に示すように、皮膜は、母材１１の表面に形成されたベース層１２と、ベース層１２の表面にトップコートとして形成された摺動性材料層１３とから構成されている。母材１１は、石炭ガス化炉や微粉炭焚きボイラのような火炉において、壁面を構成する鋼材や耐火材であってもよく、伝熱管を構成する炭素鋼材やステンレス鋼材であってもよい。耐火材としては、高アルミナ質れんが、クロム・マグネシア質れんが等が挙げられる。
　ベース層１２は、母材１１の表面に所定の厚さで形成され、粗さの大きな表面を形成して摺動性材料層１３を定着させている。ベース層１２の厚さは、２００～１０００μｍであってもよい。ベース層１２の表面粗さは、算術平均粗さＲａで１～２０μｍであってもよい。ベース層１２は、金属、セラミックス等の無機物であってもよく、母材１１の表面が灰に長時間暴露したときの腐食反応による灰の付着力強化を抑制している。ベース層１２は、耐腐食性材料にすることで、火炉の耐腐食性を向上させることができる。耐腐食性材料としては、高クロム系合金等が挙げられる。また、ベース層１２は、耐火材にすることで火炉の耐火性を向上させることもできる。耐火材としては、キャスタブル耐火物が挙げられる。
　摺動性材料層１３は、摺動性材料によってベース層１２の表面に所定の厚さで形成されている。摺動性材料層１３の厚さは、１０～９０μｍであってもよい。摺動性材料層１３は、酸化物セラミックスと、層状結晶構造を有する化合物とを含む。酸化物セラミックスとしては、ケイ素、アルミニウム、クロム、マンガン及び鉄元素の少なくとも一つを含む酸化物が挙げられる。層状結晶構造とは、原子又は原子団が平面状に配列してシート構造をつくり、この平面に垂直な方向にシート構造の繰返しが見られる結晶構造をいう。このうち、六方晶系に属するものは黒鉛型結晶構造とも呼ばれ、特に対称性が高い。黒鉛型結晶構造を構成しうる化合物としては、黒鉛、硫化マンガン、フッ化黒鉛、窒化ホウ素、二硫化モリブデン及び二硫化タングステンが挙げられる。摺動性材料層１３は、層状結晶構造のもつ、表面の摩擦抵抗を低下させる作用により、衝突した灰粒子をスリップさせるとともに、付着した灰の脱落性を向上させている。また、酸化物セラミックスのもつ耐久性により、高温環境下での灰とベース層１２との間での腐食反応を抑制している。
　このような皮膜は、石炭ガス化炉や微粉炭焚きボイラの火炉の伝熱管や壁面を形成する母材１１の表面にベース層１２を形成し、ベース層１２の表面にトップコートとして摺動性材料層１３を形成することによって得られる。ベース層１２は、無機物を溶射したり塗布したりすることによって形成してもよい。摺動性材料層１３は、摺動性材料のスラリーを塗布したりスプレーしたりすることによって形成してもよい。摺動性材料には、酸化物セラミックス、及び層状結晶構造を有する化合物のほかに、シリコーンを含有させると、塗布性が向上する。シリコーンとは、有機基をもつケイ素と酸素が交互に結合してできた主鎖よりなるポリマーであり、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、シリコーン油、シリコーングリース等が挙げられる。摺動性材料に含まれる酸化物セラミックスの割合は１～３０質量％であってもよい。摺動性材料に含まれる層状結晶構造を有する化合物の割合は１０～３０質量％であってもよい。摺動性材料に含まれるシリコーンの割合は１０～５０質量％であってもよい。皮膜は、石炭ガス化炉や微粉炭焚きボイラの火炉の他に、燃焼装置又は反応装置の火炉に適用してもよい。
　実施例１では、火炉として横型の燃焼炉を使用し、本実施の形態の皮膜について灰付着試験を行った。実施例１の試験では、燃焼炉における炉内温度を模擬し、炉内に暴露した皮膜を形成したプローブ表面に付着する灰の様子を観察した。
　図２は、灰付着試験に使用した燃焼炉の構造を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、燃焼炉１００は、入口１０２から出口１０３に向かう流路に沿って燃焼室１０１が略水平に伸びる横型に構成されている。燃焼室１０１は、複数のセグメントがフランジ１０５によって分離可能に連結され、流路に沿って予熱部１２１、燃焼部１２２、灰付着部１２３を構成している。
　予熱部１２１では、入口１０２からＬＰＧ及び空気が供給され、流路の途中で空気及び酸素ガスがさらに供給され、ＬＰＧが燃焼する。予熱部１２１から燃焼部１２２に移行する部分には流路が狭くなったスロート１０４が形成されている。スロート１０４には、タンク１３１に格納された微粉炭が石炭供給器１３３によってキャリアガスの空気とともに供給路１３５を通って供給されている。供給されている微粉炭の熱量は、３５ｋＷである。燃焼部１２２では、スロート１０４から供給された微粉炭が燃焼する。灰付着部１２３では、微粉炭の燃焼によって生成した灰が燃焼室１０１に設置されたプローブ１１１や壁面に付着する。
　図２（ｂ）は、燃焼室１０１の灰付着部１２３を構成するセグメント１１０の構成を示す破断斜視図である。セグメント１１０はフランジ１０５によって互いに連結されるが、この斜視図では簡単のためにフランジ１０５を省略している。円筒状のセグメント１１０には、内部にプローブ１１１を導入するプローブポート１１３と、観測ポート１１５と、サンプリングポート１１７と、熱電対ポート１１９が形成されている。プローブポート１１３からは水冷されたプローブ１１１が燃焼室１０１内に延び、観測ポート１１５から目視が可能である。プローブ１１１の径は、３１．８ｍｍである。サンプリングポート１１７からは燃焼室１０１の試料の採取が可能であり、熱電対ポート１１９からは燃焼室１０１に熱電対が挿入されている。
　図２（ａ）における符号Ｐ１～Ｐ６は、燃焼室１０１の灰付着部１２３に設置されたプローブを示している。これらのプローブＰ１～Ｐ６は、スロート１０４を基準として流路の方向にそれぞれ８３６、１２００、１５６２、１９２４、２２９７、２７９４ｍｍに位置している。
　表１に示すように、試験は、スラッギング条件とファウリング条件とについて個別に実施した。ここで、スラッギング条件は、ガス温度が灰の軟化温度以上である環境で溶融した灰が母材の表面に付着する条件である。スラッギング条件は、火炉内及び火炉出口部の壁面を想定して、母材１１には炭素鋼材（ＳＳ４００鋼）を使用した。ファウリング条件は、ガス温度が灰の軟化温度以下である環境で母材の表面に灰が付着する条件である。ファウリング条件は、火炉後部に位置する伝熱管を想定して、母材１１にはステンレス鋼材（ＳＵＳ３０４鋼）を使用した。ベース層１２はニッケル－クロム合金層であり、大気プラズマ溶射法によって形成した。ベース層１２の厚さは、４５０μｍであった。ベース層１２の表面粗さは、算術平均粗さＲａで１０μｍであった。摺動性材料層１３は、鉄及びマンガンを含む酸化物セラミックスと、窒化ホウ素とを含む混合物の焼成皮膜であり、酸化物セラミックスを２５質量％、窒化ホウ素を１５質量％、シリコーンを４０質量％含み、残部を有機溶媒とする混合物のスラリーを調製し、ベース層１２上に塗布した後、５００℃で３０分間焼成して成膜した。摺動性材料層１３の厚さは、３０μｍであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図３は、図２の燃焼炉で実施したスラッギング条件の試験結果を示す写真である。図３（ａ）に示すように、プローブ１１１に皮膜なしの炭素鋼材（ＳＳ４００鋼）を使用した場合には、試験開始から１８分、４０分、５３分でプローブ１１１から灰の脱落が見られた。図３（ｂ）に示すように、炭素鋼材にベース層のみを形成したものを使用した場合には、試験開始から３４分でプローブ１１１から灰の脱落が見られた。図３（ｃ）に示すように、炭素鋼材にベース層及び摺動性材料層からなる皮膜を形成したものを使用した場合には、試験開始から８分、２７分、４３分でプローブ１１１から灰の脱落が見られた。
　図４は、図２の燃焼炉で実施したファウリング条件の試験結果を示す写真である。図４（ａ）に示すように、プローブ１１１に皮膜なしのステンレス鋼材（ＳＵＳ３０４鋼）を使用した場合には、試験開始から４１分でプローブ１１１から灰の脱落が見られた。図４（ｂ）に示すように、ステンレス鋼材にベース層のみを形成したものを使用した場合には、試験開始から５０分でプローブ１１１から灰の脱落が見られた。図４（ｃ）に示すように、ステンレス鋼材にベース層及び摺動性材料層からなる皮膜を形成したものを使用した場合には、試験開始から１５分、２９分、５９分でプローブ１１１から灰の脱落が見られた。
　実施例１においては、スラッギング条件とファウリング条件のいずれの場合でも、鋼材に皮膜を形成した場合に、皮膜なしの場合、及び鋼材にベース層のみを形成した場合と比べて灰の脱落が促進されることが確認された。したがって、本実施の形態のベース層及び摺動性材料層からなる皮膜に、灰の付着を抑制する効果が認められた。
　実施例２は、電気炉で模擬灰に試験片を埋没させて加熱することにより、火炉への灰の付着を試験した。この試験では、電気炉で模擬灰と試験片とを火炉の表面温度相当に加熱し、付着する灰の重量とエアーブローにて除去される灰の割合を計測した。
　図５は、灰付着試験を説明する図である。図５（ａ）に示す電気炉１５０の断面図のように、電気炉１５０においては炉材１５２によって加熱室１５１が形成され、炉材１５２には加熱室１５１を囲んでヒータ１５４が配置されている。加熱室１５１の底面には模擬灰１５８を入れた皿状の容器１５６が置かれている。容器１５６内の模擬灰１５８の温度は、熱電対１６０によって監視されている。
　図５（ｂ）は、試験片を示す斜視図である。試験片２１は、所定長さの管をその中心軸を通る断面で切断した形状を有し、幅ｗが３１．８ｍｍであり、長さｌが３０ｍｍである。図５（ｃ）は、試験により模擬灰１５８が付着した試験片２３を示す斜視図である。模擬灰１５８の付着した試験片２３は、中心軸について断面から角度θが４５度をなす方向からのエアーブローによって模擬灰１５８が除去される。
　図５（ａ）に示したような電気炉１５０を使用し、火炉における炉内温度を模擬し、模擬灰１５８に埋没させた試験片２１に付着する模擬灰１５８の状態を観測した。試験は、表２に示すように、スラッギング条件とファウリング条件とについて個別に実施した。模擬灰１５８は、いずれの場合にも、硫酸カリウム（Ｋ２ＳＯ４）、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の粉末を１：１：１．５のモル比で混合して作成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　図６は、図５（ａ）の電気炉で実施したスラッギング条件の試験結果を示す写真である。試験は、試験片２１として、実施例１と同様、皮膜なしの炭素鋼材、炭素鋼材にベース層のみを形成したもの、炭素鋼材にベース層と摺動性材料層とからなる皮膜を形成したものの３種類を用意し、加熱前、加熱後、エアーブロー後のそれぞれの段階で外観写真を撮影した。これらの写真を比較すると、加熱後とエアーブロー後とのいずれの段階においても、炭素鋼材に皮膜を形成したものは、皮膜なしの炭素鋼材、及び炭素鋼材にベース層のみを形成したもののいずれよりも表面が滑らかであり、模擬灰１５８の付着が抑制されていることが見られる。
　図７は、図５（ａ）の電気炉で実施したスラッギング条件で灰の量等を測定した試験結果を示すグラフである。図７（ａ）は試験片への灰の付着量を示すグラフである。試験片２１への灰の付着量は、炭素鋼材にベース層のみを形成したものが最も多く、皮膜なしの炭素鋼材がこれに続き、炭素鋼材にベース層と摺動性材料層とからなる皮膜を形成したものが最も少なかった。
　図７（ｂ）は試験片に付着した灰のエアーブローによる除去率を示すグラフである。灰の除去率は、炭素鋼材にベース層と摺動性材料層とからなる皮膜を形成したものが最も大きく、炭素鋼材にベース層のみを形成したものがこれに続き、皮膜なしの炭素鋼材が最も小さかった。
　図８は、図５の電気炉でのファウリング条件の試験結果を示す写真である。試験は、試験片２３として、実施例１と同様、皮膜なしのステンレス鋼材（ＳＵＳ３０４鋼）、ステンレス鋼材にベース層のみを形成したもの、ステンレス鋼材にベース層と摺動性材料層とからなる皮膜を形成したものの３種類を用意し、加熱前、加熱後、エアーブロー後のそれぞれの段階で外観写真を撮影した。これらの写真を比較すると、加熱後とエアーブロー後とのいずれの段階においても、ステンレス鋼材に皮膜を形成したものは、皮膜なしのステンレス鋼材、及びステンレス鋼材にベース層のみを形成したもののいずれよりも灰の付着が少なく、模擬灰１５８の付着が抑制されていることが見られる。
　図９は、図５の電気炉でのファウリング条件で灰の量等を測定した試験結果を示すグラフである。図９（ａ）は試験片への灰の付着量を示すグラフである。試験片２３への灰の付着量は、皮膜なしのステンレス鋼材が最も多く、ステンレス鋼材にベース層を形成したものがこれに続き、ステンレス鋼材にベース層と摺動性材料層とからなる皮膜を形成したものが最も少なかった。
　図９（ｂ）は試験片に付着した灰のエアーブローによる除去率を示すグラフである。灰の除去率は、ステンレス鋼材にベース層と摺動性材料層とからなる皮膜を形成したものが最も大きく、ステンレス鋼材にベース層を形成したものがこれに続き、皮膜なしのステンレス鋼材が最も小さかった。
　実施例２においては、スラッギング条件とファウリング条件のいずれの場合でも、鋼材に皮膜を形成した場合に、皮膜なしの場合、及び鋼材にベース層のみを形成した場合と比べて灰の付着が抑制されると共に、灰の脱落が促進されることが確認された。したがって、本実施の形態のベース層及び摺動性材料層からなる皮膜に、灰の付着を抑制するとともに、灰の脱落を容易にする効果が認められた。
　本開示は、石炭ガス火炉や微粉炭炊きボイラのような火炉の母材に適用することができる。
　１１　母材
　１２　ベース層
　１３　摺動性材料層
　１００　燃焼炉

Claims (7)

  1. 　火炉の母材の表面に形成される皮膜であって、トップコートとして、酸化物セラミックスと、層状結晶構造を有する化合物とを含む摺動性材料層を有する皮膜。
  2. 　前記摺動性材料層の下層に、耐腐食性材料又は耐火材で構成されたベース層を有する請求項１に記載の皮膜。
  3. 　前記母材は、鋼材又は耐火材で構成されている請求項１又は２に記載の皮膜。
  4. 　前記母材は、火炉の伝熱管又は壁面を構成する請求項１から３のいずれか一項に記載の皮膜。
  5. 　請求項１から４のいずれか一項に記載の皮膜が形成された火炉。
  6. 　請求項５に記載の火炉を含む石炭ガス化炉、微粉炭焚きボイラ、燃焼装置又は反応装置。
  7. 　火炉の母材の表面に形成される皮膜の形成方法であって、
    　トップコートを形成する工程として、酸化物セラミックスと、層状結晶構造を有する化合物と、シリコーンとを含む摺動性材料のスラリーを塗布又はスプレーし、その後スラリーを焼成して成膜する工程
    　を含む皮膜の形成方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021139666A (ja) * 2020-03-03 2021-09-16 株式会社Ihi 付着力評価装置
JP2023004980A (ja) * 2021-06-25 2023-01-17 パーカー加工株式会社 摺動部材
WO2025192078A1 (ja) * 2024-03-15 2025-09-18 株式会社Ihi 皮膜、火炉、燃焼装置、反応装置、合金粉末及び皮膜の形成方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06272817A (ja) * 1993-03-24 1994-09-27 Babcock Hitachi Kk 微粉炭燃焼装置
JP2004315309A (ja) * 2003-04-17 2004-11-11 Fuji Finetec Co Ltd 耐火レンガ及び炉
JP2007031565A (ja) * 2005-07-27 2007-02-08 Asahi Glass Co Ltd 硬化性シリコーン樹脂組成物、それを用いた気密容器または電子部品の製造方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4456635A (en) 1982-12-30 1984-06-26 Nalco Chemical Company Intermittently applied coating of magnesium hydroxide to boiler tubes to prevent slag and deposit buildup
JP3166098B2 (ja) 1994-10-14 2001-05-14 川崎製鉄株式会社 高温耐火材表面処理方法
JP3332610B2 (ja) 1994-10-21 2002-10-07 川崎製鉄株式会社 コークス炉の補修方法
JPH09143797A (ja) * 1995-11-22 1997-06-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 流体接触部材の耐摩耗被覆層及びその形成方法
US5759663A (en) * 1996-10-31 1998-06-02 Thorpe Products Company Hard-faced insulating refractory fiber linings
JP2981184B2 (ja) 1997-02-21 1999-11-22 トーカロ株式会社 ボイラ伝熱管および管内面デポジット付着抑制効果に優れるボイラ伝熱管の製造方法
JPH11351505A (ja) 1998-06-08 1999-12-24 Babcock Hitachi Kk ボイラ伝熱管及びその製造方法
JP2001049379A (ja) 1999-08-12 2001-02-20 Nkk Corp 熱交換用伝熱管
JP3675751B2 (ja) * 2001-10-04 2005-07-27 財団法人北九州産業学術推進機構 炉材用耐火物および炉ならびに炉壁の表面処理方法
JP2003120902A (ja) 2001-10-09 2003-04-23 Babcock Hitachi Kk ごみ焼却炉発電ボイラ過熱器
JP2003262490A (ja) 2002-03-07 2003-09-19 Kawasaki Heavy Ind Ltd 伝熱管の付着灰除去方法及び付着灰の除去が容易な伝熱管
JP2003287395A (ja) 2002-03-28 2003-10-10 Kyocera Corp 熱交換器用セラミックス管およびその製造方法
JP4464752B2 (ja) 2003-10-21 2010-05-19 東北発電工業株式会社 付着防止方法
JP4285755B2 (ja) 2004-11-12 2009-06-24 三菱重工環境エンジニアリング株式会社 クリンカ付着防止構造用のフェライト系耐熱合金
JP4568094B2 (ja) 2004-11-18 2010-10-27 株式会社東芝 遮熱コーティング部材およびその形成方法
US20090110833A1 (en) * 2007-10-31 2009-04-30 Gala Industries, Inc. Method for abrasion-resistant non-stick surface treatments for pelletization and drying process equipment components
JP2011169476A (ja) 2010-02-16 2011-09-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 付着灰除去方法
JP2011169521A (ja) 2010-02-18 2011-09-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ボイラ装置およびボイラ装置の付着灰除去方法
JP2012251228A (ja) 2011-06-06 2012-12-20 Babcock Hitachi Kk 皮膜とその形成方法及び燃焼炉の炉内構造物
AR100804A1 (es) 2014-06-23 2016-11-02 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp Conexión roscada para tuberías de la industria del petróleo y composición para recubrimiento fotocurable
JP6550226B2 (ja) 2014-10-31 2019-07-24 トーカロ株式会社 溶射用粉末、溶射皮膜の製造方法、溶射皮膜、及びロール
JP6596214B2 (ja) 2015-03-30 2019-10-23 株式会社フジミインコーポレーテッド 溶射材料
JP2016196820A (ja) 2015-04-02 2016-11-24 株式会社Ihi エンジン用圧縮機翼

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06272817A (ja) * 1993-03-24 1994-09-27 Babcock Hitachi Kk 微粉炭燃焼装置
JP2004315309A (ja) * 2003-04-17 2004-11-11 Fuji Finetec Co Ltd 耐火レンガ及び炉
JP2007031565A (ja) * 2005-07-27 2007-02-08 Asahi Glass Co Ltd 硬化性シリコーン樹脂組成物、それを用いた気密容器または電子部品の製造方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021139666A (ja) * 2020-03-03 2021-09-16 株式会社Ihi 付着力評価装置
JP7338512B2 (ja) 2020-03-03 2023-09-05 株式会社Ihi 付着力評価装置
JP2023004980A (ja) * 2021-06-25 2023-01-17 パーカー加工株式会社 摺動部材
WO2025192078A1 (ja) * 2024-03-15 2025-09-18 株式会社Ihi 皮膜、火炉、燃焼装置、反応装置、合金粉末及び皮膜の形成方法

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