JPH06147404A

JPH06147404A - ボイラ火炉監視方法および装置

Info

Publication number: JPH06147404A
Application number: JP29890392A
Authority: JP
Inventors: Yuji Fukuda; 祐治福田
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1992-11-09
Filing date: 1992-11-09
Publication date: 1994-05-27

Abstract

(57)【要約】【目的】低ＮＯｘ燃焼による水壁管の腐食の発生の有
無、および進展速度を定量的に監視するボイラ火炉監視
方法および装置を提供する。【構成】硫黄分を含む燃料を使用するボイラの火炉内
水壁近傍のガス温度を検出する手段４と、火炉内にさら
して設けた試料６と、この試料の電気抵抗の変化から腐
食の発生、腐食量、腐食速度の何れか一つ以上を測定す
る手段７、８、１０をボイラのバーナ９の近傍の水壁部
２１に設ける。【効果】硫化腐食の有無および発生時の腐食量、腐食
速度を定量的に測定することができ、これを基にボイラ
の適正な運転を行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボイラの火炉を監視す
る方法および装置に係り、特に水壁管の腐食による減肉
の発生の有無および進展度合いを監視することのできる
ボイラ火炉監視方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】石炭や重油等の化石燃料を使用するボイ
ラ装置では、燃焼によって窒素酸化物（以下、ＮＯｘと
いう）が発生することが知られている。このＮＯｘを低
減する方法としては、燃焼の際発生するＮＯｘ量、すな
わちＮＯｘ発生量そのものを低減する方法と、発生した
ＮＯｘを分解、除去する方法に大別される。前者は高温
かつ酸素濃度の高い状態で発生するサーマルＮＯｘを低
減する方法で、低ＮＯｘバーナによる燃焼法、２段燃焼
法が有効とされており、燃料リッチの還元性ガスを発生
させることによりＮＯｘ量の低減を図るものである。

【０００３】一方、化石燃料には硫黄（Ｓ）分が含まれ
ており、サーマルＮＯｘを低減するために燃料リッチの
還元性ガスを生成させて低ＮＯｘ化を図ろうとすると、
生成した還元性ガス中にＨ₂ＳやＣＯＳ等の腐食性の強
い成分が含まれるようになり、通常の酸化性ガスに較べ
て腐食性が強くなり、例えばボイラ装置の水壁管で腐食
が発生するという問題が生じる。

【０００４】一般にボイラ装置の水壁管としては炭素
鋼、低合金Ｃｒ−Ｍｏ鋼が使用されており、水壁管で腐
食が生じる位置はバーナ近傍である。また、発明者のこ
れまでの研究結果によると、腐食部位表面には硫化物ス
ケール（ＦｅＳ）が形成されていることが特徴で、その
表面にはカーボンやパーライト（ＦｅＳ₂）を含む未燃
粒子が多数付着している。このことから、腐食機構とし
ては燃焼火炎の水壁管への直撃による還元性雰囲気の形
成および未燃分の付着による硫化の促進が挙げられる。
また、アルカリ成分やＳ分の多い燃料を使用する場合に
は水壁管表面に低融点化合物が形成され腐食が促進され
る。

【０００５】このような水壁管の硫化腐食の発生および
進展速度は燃焼条件と密接に関係する。しかし、燃焼条
件は使用燃料により種々変化するため、水壁管の減肉を
防止または軽減するためには、水壁管近傍の環境変化を
監視し、燃焼方法を最適化する必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そうした監視装置とし
ては、例えば特願平２−２６７８６１“ボイラ装置およ
びその運転方法”に記載されているような酸素センサー
により水壁管表面の酸素分圧を測定する方法がある。し
かしながら、火炎の温度が通常１０００℃以上になるこ
と、ガスにはＨ₂ＳやＣＯＳといった腐食性ガスが含ま
れていることから、市販の酸素センサーでは長時間の使
用に耐えることができないといった問題点がある。さら
に上記方法は材料の腐食量を直接測定する方法でないた
め、測定データと材料の腐食量は必ずしも対応しないと
いう問題点がある。

【０００７】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解決し、低ＮＯｘ燃焼による水壁管の腐食の発生の有無
および進展速度を定量的に監視するボイラ火炉監視方法
および装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願の第１の発明は、硫黄成分を含む燃料を使用するボ
イラ水壁部火炉内にさらして設けた試料を冷却手段によ
り所定温度に制御し、該試料近傍のガス温度を測定する
とともに、この試料に電流を流して試料両端の電圧を計
測することにより試料の腐食の発生または腐食量または
腐食速度を検知し、これに基づきバーナの燃焼条件の変
更、またはスートブロアの作動を指示するようにしたこ
とを特徴とするボイラ火炉内監視方法に関する。

【０００９】本願の第２の発明は、硫黄分を含む燃料を
使用するボイラの火炉内水壁近傍のガス温度を測定する
手段と、火炉内にさらして設けた試料と、該試料の電気
抵抗の変化から腐食の発生または腐食量もしくは腐食速
度を測定する手段とを前記ボイラの水壁部に設けたこと
を特徴とするボイラ火炉内監視装置に関する。

【００１０】

【作用】電圧Ｖ、電流Ｉ、抵抗Ｒの間には（１）式のオ
ームの法則が成り立つ。

【００１１】

【数１】Ｖ＝Ｒ・Ｉ …（１）また、抵抗Ｒは

【００１２】

【数２】Ｒ＝ρ・ｌ／ｓ …（２）ｌ：試料の長さ、ｓ：断面積、ρ：比抵抗であるから、電圧Ｖは

【００１３】

【数３】Ｖ＝ρ・ｌ・Ｉ／ｓ …（３）で与えられる。比抵抗ρは寸法に無関係の物質定数であ
るから、試料に一定の電流Ｉを流して端子間の電圧Ｖを
測定すれば、試料の電気抵抗Ｒを測定することができ
る。電気抵抗Ｒは試料の断面積ｓの逆数１／ｓに比例す
る。したがって腐食で断面積が低下すると電気抵抗は増
加する。

【００１４】ボイラの水壁管は通常酸化雰囲気で、メタ
ル温度も４００℃程度であることから、腐食による断面
積ｓの低下はほとんどない。しかし、火炎が直撃し硫化
腐食が発生すると、断面積ｓは低下し始める。硫化腐食
では、腐食により硫化物が試料表面に生成するが、この
硫化物は試料との密着性が悪く、容易に剥離する。この
ため、断面積の低下割合は時間に対してほぼ直線とな
り、硫化腐食が発生している間の試料の電圧Ｖは時間に
対してほぼ直線的に増加する。したがって、電圧の変化
を測定することによって、腐食の発生の有無および腐食
速度を測定することができる。

【００１５】また、腐食の発生に大きく影響するのは火
炎が水壁管を直撃するかどうかであるが、火炎が直撃す
る場合には水壁管近傍のガス温度が上昇する。したがっ
て、上記電気抵抗の変化と合わせて、水壁管火炉側のガ
ス温度を測定することによって、水壁管の腐食進行度合
いを精度よく監視することが可能となる。さらに、この
測定信号に基づき、燃焼条件を最適化することによっ
て、水壁管の腐食を防止または大幅に軽減することがで
きる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照にして
説明する。図１から図３に本発明の一実施例を示す。図
１は本発明の一実施例の構成および水壁管への設置方法
を説明する図で、図２は監視装置を火炉側から見た図
で、図３は図２のIII − III線矢視方向断面図である。

【００１７】図１において、水壁を構成する水壁管１は
通常フィン２を介して接合される構造となっているが、
監視装置が水壁管と水壁管の間に設置され、監視装置の
表面が火炉へ露出する構造となっている。監視装置の外
管３には温度測定用熱電対４および５と電気抵抗測定用
試料６が設置されており、外管３の内部は冷却空気で常
時冷却されている。温度測定は水壁管近傍のガス温度を
測定する熱電対４と電気抵抗測定用試料６の温度を測定
する熱電対５から構成されている。熱電対としては白金
熱電対またはアルメルクロメル等が使用できるが、ガス
温度は通常１０００以上となるので、白金熱電対が有効
である。

【００１８】電気抵抗測定は４端子法で実施した。本方
法は電気抵抗測定用試料６の両端１３に一定の電流を流
し（図２参照）、試料両端１４の電圧を測定することに
よって試料６の電気抵抗を測定するものである。電気抵
抗測定試料用の材料としては（１）硫化腐食に対して敏
感なこと、（２）経年変化が小さいこと、（３）耐熱性
に優れることが必要となる。こうした条件を満足する材
料としては８０Ｎｉ２０Ｃｒに代表されるニクロムがよ
い。本材料の場合、試料温度が低いとほとんど腐食しな
いので、試料表面温度は７００〜８００℃程度になるよ
うに、冷却空気の温度を常時制御する必要がある。

【００１９】腐食速度を精度よく測定するためには電圧
の変化が大きいほどよい。このためにはできるだけ試料
の長さを長くし、反対に断面積を小さくするのが必要で
ある。そこで、本実施例では図２に示すように、試料を
コイル状にしている。また、試料は運転中の剥離を防止
し、さらに過熱を防止するために図３に示すような方法
で装置の外管３に密着されている。すなわち、外管に耐
熱性に優れた酸化物（例えば、アルミナやジルコニア）
をコーティングして酸化物層１５を設けた後、試料６を
設置し、さらにこの電気抵抗測定用試料６を固定するた
めに酸化物をコーティングし、その後表面を研磨し、電
気抵抗測定用試料６が表面に出るようにしている。上記
した温度および電圧の測定データはデータロガー８を介
してコンピュータ１０に収録できるようにしている。ま
た、メタル温度測定用熱電対５から入力された信号によ
り、コンピュータ１０は冷却空気の流量調節弁９を開閉
して、流量調整を行うようになっている。

【００２０】図４は、本発明の一実施例であるボイラ火
炉監視装置の実機ボイラ水壁管への取付け位置を示した
ものである。本実施例ではバーナ１９の高さの側壁に６
個取付けている。監視装置の設置位置２０は腐食が問題
となる部位、例えば左右側壁中央部でバーナ高さの位置
に設置するのがよいが、設置位置および数はボイラ構造
により異なるため、特に限定するものではない。

【００２１】次に、上記のように構成された本実施例の
使用例について説明する。図５はガス温度測定例であ
る。図５において、火炎が水壁管を直撃するとガス温度
の上昇が認められ（時間ａ）、水壁管が腐食環境にさら
されるようになったことがわかる。図６は試料６の電気
抵抗測定例である。火炎が直撃されない間は電気抵抗の
変化はほとんどないが、火炎が本監視装置を直撃するよ
うになると、徐々に電気抵抗が増加していく（ｃから
ｄ）。また、火炎が直撃しなくなると電気抵抗の上昇は
なくなる（ｄ）。

【００２２】したがって、本実施例で火炎の直撃による
水壁管の腐食を精度よく監視することが可能となる。な
お、電気抵抗変化量から腐食速度を予測するためには、
あらかじめ実験室にて使用材料の電気抵抗変化量と断面
積変化量の関係を求めておく必要がある。また、電気抵
抗は温度変化に対して敏感であることから、装置の内部
は常に冷却し、一定温度となるようにするか、または電
気抵抗の温度依存性を実験室的に求めておいて、この結
果で温度に対する電気抵抗の変化を補正し、断面積の変
化のみを検出するようにする。

【００２３】本実施例の監視装置で腐食が検知された場
合には、例えば、側壁よりのバーナに供給する２次空気
の量を増加させて、水壁管表面を還元雰囲気にしない方
法や、スートブロアを作動させ、表面に付着した付着灰
を除去するなどの方法により、腐食の増加を防止するよ
うにする。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、ボイラの水壁管表面の
ガス温度および腐食程度を運転中に監視するようにした
ため、火炎がインピンジした際に問題となる硫化腐食の
発生の有無および発生した際の腐食速度を定量的に測定
することができる。また、本測定結果に基づき運転方法
を最適化することが可能となり、長時間安全に運転を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す火炉監視装置の説明
図。

【図２】本発明の一実施例の火炉側から見た説明図。

【図３】図２のIII − III線矢視方向断面図。

【図４】本発明実施例の実機ボイラにおける設置位置を
示した図。

【図５】本発明の一実施例によるガス温度測定例を示し
た図。

【図６】本発明の一実施例による電気抵抗測定例を示し
た図。

【符号の説明】

１…水壁管、２…フィン、３…監視装置の外管、４…ガ
ス温度測定用熱電対、５…電気抵抗測定試料の温度測定
用熱電対、６…電気抵抗測定用試料、７…直流電流供給
装置、８…データロガー、９…冷却空気流量調節弁、１
０…コンピュータ、１１…冷却空気供給装置、１２…内
管、１３…電流端子、１４…電圧端子、１５…酸化物
層、１６…火炉、１７…アフターエアーポート、１８…
ダクト、１９…バーナ、２０…本発明実施例設置位置、
２１…水壁、２２…空気配管。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】硫黄成分を含む燃料を使用するボイラ水
壁部火炉内にさらして設けた試料を冷却手段により所定
温度に制御し、該試料近傍のガス温度を測定するととも
に、この試料に電流を流して試料両端の電圧を計測する
ことにより試料の腐食の発生または腐食量または腐食速
度を検知し、これに基づきバーナの燃焼条件の変更、ま
たはスートブロアの作動を指示するようにしたことを特
徴とするボイラ火炉内監視方法。
【請求項２】硫黄分を含む燃料を使用するボイラの火
炉内水壁近傍のガス温度を測定する手段と、火炉内にさ
らして設けた試料と、該試料の電気抵抗の変化から腐食
の発生または腐食量もしくは腐食速度を測定する手段と
を前記ボイラの水壁部に設けたことを特徴とするボイラ
火炉内監視装置。