JPS60205108A - 伝熱管プロテクタ構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、伝熱管プロテクタ構造に系り、特にスートプ
ロアからの排気蒸気および燃焼灰による伝熱管の摩耗お
よび高温腐食を防止するのに好適な伝熱管プロテクタ構
造に関するものである。

〔発明の背景〕

重油、石炭まだは重油と石炭の混合物を燃料として利用
するボイラでは、燃料中の不純物たとえばＳ、■および
Ｎａなどが燃焼する際に灰分を生成し、その灰分が特に
過熱管及び再熱器伝熱管の外表面に厚く固着、堆積する
。この堆積した灰分（フライアッシュともいう）は伝熱
管の伝熱特性を著しく低下させると共に伝熱管を摩耗、
減肉するアッシュエロージョン現象が生ずることは良く
知られている。特にアッシュエロージョンハ主にボイラ
壁面付近において燃料ガスが集中、偏流してガス流速が
高くなる一次過熱器や節炭器の部位で特に問題となる。

このように伝熱管に付着した灰を定期的に除去すること
によって、灰が厚く付着することを抑制している。

従来、この灰分を除去する一つの方法としては、第１図
（二示すように、ボイラ１内に収納されている二次過熱
器出口へツタ２側の二次過熱器出口コイル３と二次過熱
器中間コイル４との間、または二次過熱器中間コイル４
と二次過熱器入口コイル５との間にそれぞれスートプロ
ア６８〜６ｄを設置して高圧蒸気を噴出させている。こ
の方法では、スートプロア６ａ〜６ｄからの高圧蒸気に
よシ伝熱器コイル３，４．５の表面に付着する灰を効果
的に除去することができる。

しかし、スートプロア６ａ〜６ｄから噴出する蒸気には
燃料ガス中の灰が含まれているので、噴出蒸気が伝熱管
の外衣面に直撃する。たとえば二次過熱器出口コイル３
の穀下段における伝熱管７や二次過熱器中間コイル４の
最下段における伝熱管？では灰を含む噴出蒸気による摩
耗が生じ、さらにはなはだしい場合には年間の減肉量は
１晴以上に達する例もある。

したがって、噴出蒸気が直撃する伝熱管７．８において
は、摩耗を防止する対策が必要である。

このような灰を含んだ噴出蒸気による伝熱管の摩耗を防
止する方法としては、噴出蒸気が直撃する伝熱管７，８
の表面に耐摩耗性に優れた純クロムやアルミナ等の酸化
物系セラミックスを溶射する方法がある、 しかし、この従来の方法では伝熱管の外表面の温度が５
００℃を超えると、ｆｆｉ相伝熱管と溶射層の熱膨張差
が大きくなるため、ボイラの起動−停止に伴う温度変化
によって溶射ｆＭが容易にはく離するおそれがある。そ
こで、過熱器あるいは再熱器伝熱管にこの方法を適用す
る場合には溶射方法の改善ならびに後熱処理等の点を解
決する必要がある。更に、この方法は接着性を良好にす
るために母材をブラスト処理する必要があシ、現地で作
業するのに不向きであるという欠点をも有している。

また、伝熱管の摩耗を防止する他の方法としては、伝熱
管の外層を耐摩耗性の優れた金属材料たとえば２５チク
ロム−２０チニツケル（ＪＩＳＳＵＳ３１０Ｓ等）とし
、伝熱管の内層を通常の伝熱管材料あるいは必要に応じ
て高温強度の優れた材料とする二重管構造にするもので
ある。この二重管構造の伝熱管は非常に高価であると共
に、多量に使用するのでボイラ全体に占める材料費が著
しく高くなるという問題点がある。

上述した方法に比べて、比較的安価で且つ噴出蒸気によ
る摩耗あるいはアッシュエロージョンを確実に防止する
方法としては、伝熱管の外側に耐摩耗性の優れた材料か
らなるプロテクタを設置する方法がある。

第２図は伝熱管にプロテクタを設置した従来構造の一例
を示す説明斜視図である。すなわち、この伝熱管プロテ
クタ構造は、Ｉ買出蒸気が直撃する伝熱管９の外表面を
緩うようにプロテクタ１０を設置したものである。この
例において、プロテクタ１０は半円筒状の保持治具１１
の両端に溶接１２によって保持されていると共に、プロ
テクタ１０の一端は溶接１３により移動しないように固
定されている。この保持治具１１はプロテクタ１０を＆
ｉｆると共に、プロテクタ１０の熱膨張によって伝熱管
の表面に摺動自在に構成されている。

従来のプロテクタ１０の材質としては耐摩耗性および耐
高温酸化性にも優れているＳ　ＯＳ　３１．０等が広く
用いられている。

ところが、従来の伝熱管プロテクタ構造は次のような問
題点がある。

第一の問題点としては、第３図に示すように温度変化に
よる熱膨張差によって伝熱管９とプーフ゛クタ１０との
間に隙間が生じるため、燃料灰分１４が浸入、堆積する
と共（二伝熱管の熱吸収を著しく低下させる。

堆積した燃料灰分１４はプロテクタ１０で把持されて噴
出蒸気では除去されなくなることがある。

伝熱管９は管内に流れる蒸気によって冷却されるため、
伝熱管９の外表面温度は隙間に堆積した灰の融点以下に
保たれる。そのため、伝熱管９は高温腐食にさらされる
おそれがない。一方、伝熱管９に対面するプロテクタ１
０の内表面では、第３図に示す如く、高温の燃料ガスに
さらされるため、８００℃の高温となり、隙間に堆積し
た燃料灰分１４が溶融し、プロテクタ１０は著しく腐食
される。このように著しく腐食が進行すると、プロテク
タ１０は溶損してプロテクタとしての役目を果さなくな
る。なお、プロテクタ１０の外表面では噴出蒸気によっ
て灰が取シ除けられるので高温腐食の問題はない。

第２の問題としては、ボイラの運動中に伝熱管９よシプ
ロプクタ１０の温度がかなシ高くなり、熱膨張差によっ
て伝熱管９とプロテクタ１０の溶接部１３に応力が果申
し、熱疲労によυき裂が発生ずる。そのため、プロテク
タ１０が伝熱管９から脱落するおそれがある。

以上のような問題点を解決するためには灰を含む噴出蒸
気に対する耐摩耗性および燃料灰分に対する耐腐食性特
に耐アッシュエロージヨン性の両方に侵れた材料からプ
ロテクタ１０を形成すると共に、溶接構造をさける必要
がある。

このような要求を満たす４４料としては、アルミナ、炭
化けい素等のセラミックスが考えられる。

しかしながら、セラミックスでは高温１溪食に優れてい
る反面、８ｍに弱いため、プロテクタ素材としては不適
当であるという問題点がおった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ボイラ伝熱管に悪い影響を及ｔホすス
ートプロアからの噴出蒸気による伝熱管の摩耗および燃
焼灰（二よる高温腐食時にアッシュエロージョンよシ伝
熱管の減肉を防止するのに好適な伝熱管プロテクタ構造
体を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明の要旨とするところは、ボイラ伝熱管の外表面に
プロテクタを設けた伝熱管プロテクタ構造において、５
ＵＳ３７０８等の筒クロム系ステンレスへ１アルミニウ
ム、アルミ系合金、銅または銅系合金からなるプロテク
タの伝熱管に対面する内表面又は外表面に高クロム質合
金または酸化ジルコニウム等のセラミックスの溶射層を
設けたことを特徴とする伝熱管プロテクタ構造である。

本発明における米追士己プロテクタは保持治具を介して
伝熱管に摺動自在に取シ付けられた構造を有している。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第４図は本発明に係る伝熱庁プロテクタ構造における伝
熱Ｕにプロテクタを取り付けた状態を示す斜視図、第５
図は伝熱管プロテクタ構造の縦断面図である。１５はボ
イラに収納されている伝熱・ａでおって、伝熱管１５の
外表面には保持治具１６〜１８を介してプロテクタ１９
が５．・戸・り自在に取シ付けられている。保持治具１
６，１７はプロテクタ１９の両端を係止するように伝イ
へρに固定されている。この実施例では保持冶具１６，
１７としてラグ方式を採用している。さらに、プロテク
タ１９の中央部は保持治具１８ずなわち、半円￥ｔＪ猿
によって保持されている。この半同尚環からなる保持治
具１８は、両端をプロテクタ１９の両側縁に溶接部１３
によって連結されている。このように伝熱管に対面して
保持されるプロテクタ１９の内表面には耐高温腐食性に
優れたズ才将による溶射ｊ？４２０が被覆されている。

また、プロテクタ１９の材質としてはｇｔ賑化性、向ｆ
　ｊｆ／＝耗性の両面に侵れた５ＵＳ３１０Ｓ等の１ｔ
；、クロム７テンレ′ス鋼あるいはアルミ系又は銅系合
金を使用するのが好ましい。またプロテクタ１９の内面
に被覆した溶射層の利料としては耐食性に後れた５０チ
クロム５０チニツケル等の高クロム負の合金域、又は酸
化ジルコニウム等のセラミックを用いればよい。この溶
射層２０は伝熱管１５に対面するプロテクタ１９の内面
側に設けられているので、ボイラの起動−停止時の温度
変化によってプロテクタ１９からはく離しても、伝熱管
１５とプロテクタ１９との隙間から脱落することがない
。そのため、溶射層２゜がプロテクタ１９の内表面を更
に保護しているので、プロテクタ１９と伝熱管１５の隙
間に侵入した燃焼灰分１４に対して長期間にわたって優
れた防食効果が期待できる。なお、溶射層２ｏの厚さは
耐はく離を考慮して１ｍ程度とするのが良い。

プロテクタ１９の伝熱管１５への取シ付は方法は図に示
す如く両ラグ１６．１７の間に遊嵌した状態で保持され
ているため、プロテクタ１９の両端が拘束されず温度変
化に伴い自由熱膨張し、膨張応力はプロテクタ１９自身
に吸収されるようになる。従来の溶接（二よる方法で問
題となっていたプロテクタの脱落の問題は全く生じない
。さらにプロテクタ１９の移動も防止できる。このこと
を効果的に行なうためにはプロテクタ１９の端部とラグ
１６．１７の間隔を適当な大きさにする必要がある。例
えは材質が５ＵＳ３１０Ｓで長さが１ｍ程度のプロテク
タの場合はラグ１６．１７とプロテクタ１９端部の間隔
は２〜３翻とするのが良い。一方、ラグ１６．１７と伝
熱管１５の接合は溶接によって行なわれているが、この
溶接１３はラグ１６．１７の全周に渡って行なっても良
いし、部分的に数ケ所溶接するだけでも良い。なお、ラ
グ１６．１７は伝熱管１５に溶接によって固着されてい
るためラグ内側のメタル温間は伝熱管１５とほぼ同等で
ある。そのため、隙間に侵入した燃焼灰分によるラグの
腐食は軽微であるので、ラグの材質はプロテクタと同等
のもので良い。

第６図及び第７図はプロテクタを半円筒保持材を介して
伝熱管に保持する実施例を示す斜視図及び縦断面図であ
る。この伝熱管プロテクタ構造体は伝熱管と同心でかつ
大径の半円筒保持材２１３〜２１ｃの開口両端をプロテ
′クタの側線に溶接してプロテクタ１９を保持し、さら
にグロテクタエ９の両端側にはストッパー２２２，２２
ｂが離間して固定されている。この場合、プロテクタの
内面側に耐食性の優れた材料の溶射層が設けであるのは
上記の例と同一であるが、伝熱管１５へのプロテクタ１
９の取付けを半円筒保持材２１ａ〜２１ｂで行なってお
り、プロテクタ１９の移動は伝熱管１５に溶接付けした
ストッパ２２ａ、２２ｂで防止している。本実施例では
保持材２１８〜２１Ｃはプロテクタ１９の両端及び中央
部に溶接付けされているが、保持材の取り付は数はプロ
テクタの長さや伝熱管の振動の度合によって両端のみと
しても良いし、中央部のみでも良い。

第８図は本発明の他の実施例を示す縦断面図であって、
プロテクタ１９の内表面に溶射層２０ヲ設け、さらに、
その上面に耐熱性、耐食性に優れたセラミックプレート
２３を高温接着剤で取付け、プロテクタ１９と伝熱管１
５の間に隙間ができないようにした伝熱管プロテクタ構
造体を示したものである。この伝熱管プロテクタ構造体
は、非常に腐食性の強い燃焼灰が形成され、少量の灰が
侵入しただけで腐食が著しく進行するような環境下で使
用される場合に、きわめて有効なものである。

セラミックグレート２３の材質としては、プロテクタ内
表面のメタル温度を下げ腐食速度を低減するためにも熱
伝導性の良い炭化けい素や窒化ボロン等を使用するのが
好ましい。

第９図も本発明の他の実施例を示す縦断面図であって第
５図で示しだラグ１６，１７の内面に適当なテーバを設
け、ラグ１６．１７とプロテクタ１９の間にくさび２４
を圧入れ、プロテクタ１９の振動を防止するようにした
ものである。噴出蒸気の流速が速く、プロテクタの振動
が激しくなる環境下で使用する場合にきわめて有効な構
造である。なお、くさび２４は侵入した灰による影響を
うけないので、プロテクタ１９と同じ材質で良い。

同様な考え方で第５図及び′ｄＪＪ７図の保持治具１６
〜１８と伝熱管との間にクサビを入れて保持治具とクサ
ビとを溶接で固定する方法も好ましい。

第１０図は本発明の他の実施例を示した斜視図であって
、プロテクタ１９を伝熱管１５に摺動自在に取り付ける
方法は第６図に示したものと同様であり、特にプロテク
タ１９の外表面に耐アツシュエロ〜ジョン性に優れた金
属又はセラミックスからなる溶射層２０を設けた点に特
徴と有する。

このような伝熱管プロテクタ構造体においては、プロテ
クタ１９を熱伝導性の良いアルミニウム、アルミ系合金
あるいは銅、銅系合金から形成される場合に耐アッシュ
エロージョンを向上させるのに有効である。

ここで、プロテクタの材質をアルミ系又は銅系としたの
は、これらの材料は通常のプロテクタ材料であるオース
テナイト系ステンレス鋼に比べて１０倍以上の熱伝導率
を有しておシ、伝熱管の熱伝導性はプロテクタ取付けに
よシ何ら低下することはないからである。その他のメリ
ットとしてはこれらの材料は延性にも富んでいるため、
伝熱管とプロテクタの間に生じる空隙も、取付は後、・
・、ンマー等で整形することによって極力少なくするこ
とができる、すなわち密着性を増加させることができる
点である。一方、耐摩耗性の点からはこれらの材料は通
常の伝導管材料である炭素鋼や低合金鋼に比べても悪い
ため、その外表面には耐摩耗性に優れた高クロム質の金
属又は酸化アルミニウムや酸化ジルコニウム等のセラミ
ックス材料からなる溶射層を設けている。この場合、ア
ルミ系や銅系の材料は軟質であるため、表面処理が容易
で、極めて良好なアンカパターンが得られるので、酌射
層の接着性は通常の鋼をθネオとした場合よｐも極めて
高くなるという特長がある。

第１１図は第１０図のＡ−Ａ線断面図であって、燃料ガ
ス側のプロテクタ１９の外表面全体に溶射層２０を設け
た例である。このような伝熱管プロテクタ構造体におい
ては、第１２図に示すようにアッシュエロージョンの特
性に応じて外表面の一部分に溶射層を形成するのも適宜
である。

第１３図はすでにアツシュエロージョンニヨル減肉を生
じている伝熱管に本発明による伝熱管プロテクタ構造体
を取り付ける一例を示している。

この実施例によれば、プロテクタ１９が延性に富んでい
るため、プロテクタ１９を伝熱管１５に取シ付けた後、
アッシュエロージョンでょシ侵食された部２５の外形に
応じてハンマ等でプロテクタ１９を整形することによっ
て伝熱管１５とプロテクタ１９の間の空隙を極小にする
ことができる。

そのため、現地における伝熱管を補修する場合に特に有
効である。

々お、本プロテクタの使用限界温度であるが、アルミ系
の場合で約５００℃、銅系の場合で約８００℃程度と、
オーステナイト系ステンレス鋼に比べて低温域でしか使
用できガいが、通常、アッシュエロージョンが問題とな
る一次過熱器や節炭器のガス温度は６００℃以下である
ため、十分使用可能で耐熱性の点では特に問題になるこ
とはない。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば燃焼灰の
侵入によるプロテクタ内面側の高温腐食特にアッシュエ
ロージョンを防止することができると共に、更に使用中
のプロテクタの脱落、の０題もなくスートブロアからの
噴出蒸気による伝熱管の摩耗を長期間に安定して防止す
ることができ、その工業的価値は極めて大きいものがあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はボイラの過熱器の構造図、第２図は従来の伝熱
管へのプロテクタの取付は実施例を示す斜視図、第３図
は実機での腐食の状況を示した横断面図、第４図は本発
明になるプロテクタの取付は実施例を示す斜視図、第５
図は本発明になるプロテクタの取付は実施例を示す縦断
面図、第６図は本発明になる他の実施例を示す斜視図、
第７図は本発明になる他の実施例を示す縦断面図、第８
図も本発明になる他の実施例を示す縦断面図、第９図は
本発明の他の実施例を示す縦断面図、第１０図〜第１３
図は本発明におけるプロテクタの外表面に溶射層を形成
した例を示す説明図である。 １３・・・溶接部、１５・・・伝熱管、１６〜１８・・
・保持治具、１９・・・プロテクタ、２０・・・溶射層
。 代理人　鵜　沼　辰　之 第１図 第２図 第３図 第４図 第６図 第７図 第８図 ５ 第９図 ５ 第１０図 第１１図　第１２図 第１３図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ボイラ伝熱管の外表面にプロテクタを設けた伝
   熱管プロテクタ構造において、前記伝熱管に対面するプ
   ロテクタの内表面に高クロム質合金または酸化ジルコニ
   ウムその他のセラミックスの溶射層を形成することを特
   徴とする伝熱管プロテクタ構造。
2. （２）伝熱管は５ＵＳ３１０Ｓその他の高クロム系ステ
   ンレス鋼からなることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の伝熱管プロテクタ構造。
3. （３）伝熱管はアルミニウム、アルミ系合金、銅または
   銅系合金からなることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の伝熱管プロテクタ構造。
4. （４）特許請求の範囲第１項において、プロテクタは伝
   熱管に対面する内表面にセラミックプレートを粘付して
   なることを特徴とする伝熱管プロテクタ構造。
5. （５）％許請求の範囲第２項において、プロテクタの保
   持治具がプロテクタの両端側の伝熱管に固定したラグで
   あることを特徴とする伝熱管プロテクタ構造。
6. （６）伝熱管に対面するプロテクタの外表面に耐アツシ
   、：Ｌ　ｘ　ｏ　−ジョン性に優れた金属またはセラミ
   ックスからなる溶射層を設けたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項および第３項記載の伝熱管プロテクタ構
   造。