JPH10505152A - オープンスペースのボイラー管用の耐熱タイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ボイラー管を、ガス流による腐蝕・浸蝕作用から保護するのに好適な耐熱タイルであって、高温ガスが衝突する側のボイラー管を覆う長尺のセラミック体を含んでなる。このタイルは、管に固定されたネジ付きスタッドとそのスタッドにネジ止めされるナットを用い、タイルを管に押しつけることによって取り付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】 オープンスペースのボイラー管用の耐熱タイル 技術分野 本発明は、耐熱遮蔽材、とりわけ炉の中の水を含むボイラー管を、高温ガス流 の腐蝕・浸蝕作用から保護するためのセラミック耐熱材の分野にある。 背景技術 商用の炉の水又はスチームを導くボイラー管を耐熱材で保護することが一般に 行なわれている。多くの場合、このようなボイラー管は、狭い間隔の列に配置さ れ、これらの配列は、耐熱タイルの実質的に一体の壁で保護されることができる 。 Baileyは、米国特許第1719642号明細書で、このような狭い間隔の管の配列に 使用されるタイルを開示している。裏側が金属で表側がセラミックのタイルが、 管の間に固定されたボルトから吊られる。管の配列は実質的に一体のタイル壁で 覆われ、管を完全に包囲する。 Lawsonは、米国特許第3797416号明細書で、粉末石炭燃焼ボイラーのボイラー 管の保護を開示している。保護部材の間に目違い継ぎを有する実質的に一体の保 護壁が、管を完全に包む。 Grahamらは、米国特許第3828735号明細書で、狭い間隔のボイラー管の配列を 保護するための実質的に一体のタイル壁を開示している。タイルは、管の間のＴ 型アンカーから吊るされる。 Fournierらは、米国特許第4809645号明細書で、管から突出したフィンによっ て管に相対して保持された個々の耐熱タイルの実質的 に一体の壁で覆われた、狭い間隔のボイラー管の配列を開示している。 Aikenらは、米国特許第5243801号明細書で、管の間に固定されたＴ形アンカー によって、狭い間隔のボイラー管の配列の上に吊るされる実質的に一体の耐熱タ イル壁を開示している。 炉の中の狭い間隔のボイラー管は、実質的に一体の耐熱タイル壁で経済的に保 護されることができるが、ボイラー管が割合に広い間隔にある場合、完全な保護 壁を設けることが経済的に妥当でないことがある。それよりも、各々の水管を独 立して保護することが望ましいことがある。このような状況は、いろいろな場面 で生じている。 例えば、Guskeaは、米国特許第3914100号明細書で、製鋼工場の再加熱炉にお いて、遠い間隔の水管用の保護セラミックタイルを開示している。ペアの中空セ ラミックタイルが、それらの長手エッジにそって相互に連絡し、管を完全に取り 囲む。 また、Erringtonは、米国特許第4071311号明細書で、製鋼工場の再加熱炉の水 平な水管用の耐熱被覆を開示しており、この被覆は、管を完全に囲む二つの層か らなり、繊維層が耐熱タイルを覆う。 最後に、Greenらは、米国特許第4682568号明細書で、個々の間隔を設けられた 過熱管を保護するためのセラミックタイルを開示している。この遮蔽材は、二つ の組み合わせの半円筒状耐熱成形体を備え、それらがスチーム管を完全に取り囲 む。タイルの各片片の間の組み合わせは、それらが管に平行な相対的動きによっ て一緒に管からスライドされることを必要とし、即ち、最初の装置からと交換す るために管がいずれの側からも取り扱えることを必要とする。これらの条件は、 常に満足されることはできない。クラックの入った又はその他の損傷した１つだ けのタイルを交換するために、管に隣 接する多くのタイルが、その損傷タイルをスライドして取り出されなければなら ない。 発明の開示 本発明は、炉の過熱セクションに装着された、間隔を設けて配置されたスチー ム管の配列に関する。本発明は、大量に燃焼させる都市ゴミの焼却炉に特に有用 である。このような設備の運転条件下で、炉の上部にある過熱セクションは、ス チーム管を早期に腐蝕・浸蝕させる微粒子とガス成分の双方を含む高速高温のガ スの流れに暴露される。高温ガスから管への効率的な熱交換が望ましいため、ま た、管のガスの流れに直角な間隔が割合に広いため、過熱器を完全な耐熱タイル 壁で保護することは経済的に妥当でない。 即ち、本発明の目的は、損傷を与え易い微粒子やガス成分を含む高速高温ガス 流による腐蝕・浸蝕からオープンスペースのボイラー管を保護するのに適する耐 熱タイルを提供することであり、さらに、装着、管からの取り外し、交換が容易 で、且つ軽量で使用が経済的な耐熱タイルを提供することである。 この目的を達成するにおいて、従来技術の教示と異なり、本発明のタイルは、 高温ガス流に面した管の側のみが覆われるだけで有効であることが見出されてい る。この結果、高温ガスから管への熱交換が高められるだけでなく、セラミック 材料の必要量が少ないため、過熱器を保護するための総コストが抑えられる。し かも、本保護タイルは従来技術のタイルよりも軽量であり、タイルを支持するた めの管の強化をそれ程必要としない。 このように、本発明の耐熱タイルは、管にそって延びるセラミック体を備え、 高温ガス流の方に向けられた前面と、管表面の約半分以下に接触するように形成 された背面を有する。セラミック遮蔽材 （セラミック体の一部でもよく、別個な成形体でもよい）が、流入するガスの方 に、セラミック体の前面から張り出す。 キャビティが、セラミック体と遮蔽材に設けられ、セラミック体の前面から遮 蔽材の前面まで延在する。キャビティは背面で伸長され、遮蔽材の前面の途中で 段状に拡大される。タイルは、管に固定されたネジ付きスタッドから管に取り付 けられるが、これは、タイルを管にフィットさせ、スタッドをキャビティの間を 通し、スタッドをナットでネジ止めすることによって行なわれる。ナットと、キ ャビティの段状拡張部によって形成されたショルダーの間の接触が、タイルを管 に押し付ける。 好ましい態様において、セラミックプラグが遮蔽材の前面でキャビティに装着 され、固定メカニズムに高い保護を与える。 本発明の耐熱タイルが作成され使されることができる仕方と手段は、添付の図 面と以下の詳細な説明を参照することによって明らかになるであろう。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の耐熱タイルの前面図である。 図２は、図１の線２−２にそった断面図であり、細い線のボイラー管とタイル 取付機構もまた示す。 図３は、図１の耐熱タイルを背部から見た図である。 図４は、一本の管の上に位置する本発明の二つの耐熱タイルの関係を示すアイ ソメ図である。 図５は、スチーム管の上に位置する本発明の二つのタイルの間の好ましい接合 を示す部分的な断面図である。 本発明の実施態様 次に図面を参照して、ボイラー管20は保護タイル30を支持し、保護タイル30は 管の一方の側に取り付けられる。タイル30は、セラミック体30と遮蔽材33を備え る。特に有用な態様において、チューブ20は、大量に燃焼させる都市ゴミの焼却 炉の過熱セクションのスチーム管であり、タイルは、高温ガス流に向いたチュー ブの側に固定される。この態様において、高温ガス流は、タイルの前面32に衝突 する。一般に、図４に示されたように、もう１つのタイル30が、同じ管の隣接セ クションに固定される。 隣接タイルの間の接続は、いろいろな様式であってよく、本発明の有用性は、 選択される接続様式にはそれ程関係しない。例えば、突合せ接続が採用されるこ とができ、所望によりタイルの間に耐熱セメントが使用され、あるいは別な様式 であることもできる。もう１つの接続様式は、図に示されているように相互はぎ 接続であり、これも好ましい様式である。図５に最も明確に示されているように 、相互はぎ接続においては、一方のタイルの突合せ端部31が、隣接タイルのカラ ー40の下に保持される。 タイルの前面32は遮蔽材33を支持し、この遮蔽材は、タイルの構成部分である ことができ、あるいは、別個に作成され、タイルが管に固定されるときにセラミ ック体38に接続されてもよい。次に図２と図３を参照して、タイル30の背面37は 、ボイラー管の表面の約半分以下に接触すること、即ち、タイルが管の外周の約 半分以下と接触することが分かるであろう。管の残部の高温ガス流と接触する部 分の反対部分は開放されている。このように、高価な耐熱材が節減され、それに 伴ってタイルの重量やコストも低減される。 キャビティ34が設けられ、入口41から始まってセラミック体38の背面38より遮 蔽材33の前面を通って延びる。このキャビティは、遮蔽材の前面の方が段状に拡 大され、ショルダー39を形成する。この キャビティは、製造時にセラミック体と遮蔽材に成形されることができる。入口 41の長手方向の伸長は、管20にタイルを固定するための手段に対してタイルの長 手方向の適合性を許容し、また、熱膨脹のための用意を与える。 キャビティ34は、ネジ付きスタッド21を通すために前方を大きくして（back t o front）作成される。スタッド21はステンレス鋼で作成されることができ、溶 接その他の適切な手段によってボイラー管20に固定されることができる。タイル は、先ず、入口41からスタッドをキャビティ34の中に通すことによってタイルを 管に合わせ、次いで、スタッドをナット22でネジ止めしてショルダー39を押さえ 、それによって管に対してタイルを押しつけることによって固定することができ る。セラミック体と遮蔽材が別々の物体の場合、遮蔽材をセラミック体に接触さ せて配置し、その組み合わせをスタッドが貫くことができる。ナットがスタッド に適用されるとき、ナットはそれらの物品を一緒に支持することができる。 必らずしも必要ではないが、遮蔽材の前面のキャビティをぴったりと塞いでシ ールする寸法のセラミックプラグ35が挿入されることが望ましい場合があり、こ の措置が好ましい。所望により耐熱セメント36が使用され、シール性を向上させ 、それによってタイル取付手段を腐蝕から保護することができる。この付加的保 護は、所望によりタイルがチューブから容易に取り外され、交換され得ることが 保証されることが明らかであろう。 本発明のタイルは、市販の数多くのいろいろなセラミック材料から製造される ことができる。例えば、非常に満足できるタイルがREFRAX（商標）20の窒化ケイ 素結合からなる炭化ケイ素から製造されることができ、これはカーボランダム社 （米国ニューヨーク州のナイアガラフォールズ）より入手可能である。 工業上の利用性 例 炭化ケイ素粒子、ケイ素金属粒子、有機バインダー粉末、及び水の均一な混合 物を、直径6.4cmの過熱器管を保護する半円筒状タイルを製造するために設計さ れた長さ約0.3ｍ×幅約9.2cmの二つのパーツの型の凹形の半片に付加した。型の 凹形の半片は、タイルを貫く所望のキャビティを形成するための中央のスタッド を備えた。もう一方の、スタッドを通す中央の穴を有する型の凸形の半片を、型 の凹形半片にしっかりと押しつけ、圧縮し、未焼結（グリーン）セラミック材料 からなる砂状混合物の全ての余剰物を型から除去した。型のパーツを分離させて 取り除いた後、未焼結セラミックタイルを乾燥させ、窒素雰囲気中で加熱して有 機バインダーを逃散させ、窒化ケイ素結合の炭化ケイ素のセラミックタイル生産 物を得た。 上記のセラミックタイル生産物を、ボイラー中の間隔を設けて配置されたスチ ーム搬送過熱器管の露出面を保護するために使用した。タイルを、直径0.9cm× 長さ2.5cmのネジ付きのSUS310ステンレス鋼のスタッドによって管に取り付け、 このスタッドは、隣接タイルの突合せ端部の間に約0.3cmのギャップを維持する ように管にそって溶接した。セラミックモルタルをタイルの凹面に施し、タイル と管の間の良好な接触を確保し、次いでタイルを上記スタッドに取り付けた後、 ネジ付きスタッドにネジ止めされるステンレス鋼ナットを用いて個々のタイルを スタッドに固定した。カーボランダム社（米国ニューヨーク州のナイアガラフォ ールズ）から入手可能なCARBOFRAX（商標）８XXFモルタルは、この用途に適切な 製品である。管の上のタイルの間の0.3cmのギャップが、弾力性のあるセラミッ ク繊維ガスケット材料で充填された。カーボランダム社（米国ニューヨークナ州 にあるナイアガラフォールズ）から入手可能なFIBERF RAX（商標）セラミック繊維はこの用途に適切である。 本発明は、本願明細書に例示された態様に束縛されるものではなく、本発明の 範囲は、請求の範囲によってのみ限定されるものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年４月９日 【補正内容】 請求の範囲 １．個々のボイラー管を、ガス流による腐蝕・浸蝕から保護するのに好適な耐 熱タイルであって、 (a) ボイラー管にそって伸長し、ガス流の方に向いた前面と、その個々のボイ ラー管の表面の約半分以下と接触するように作成された１つの滑らかな局面の背 面を有する一体の半円筒状セラミック体、 (b) タイルの前面からガス流の方に張り出すセラミック遮蔽材、 (c) そのセラミック体の背面の入口からその遮蔽材の前面を貫いて延びるキャ ビティであって、その遮蔽材の前面の方が段状に拡大されてショルダーを形成し たキャビティ、 を含んでなり、個々のボイラー管に固定されたネジ付きスタッドを用い、タイル をボイラー管に合わせ、スタッドをキャビティの中に通し、スタッドをナットで ネジ止めしてショルダーを押さえ、それによってタイルをボイラー管に押しつけ ることによりタイルがボイラー管に固定されることができる耐熱タイル。 ２．セラミック体と遮蔽材が単一の一体物を含んでなる請求項１に記載のタイ ル。 ３．遮蔽材とセラミック体が別個な物体である請求項１に記載のタイル。 ４．遮蔽材の前面のキャビティをぴったりと塞いでシールするように合わせら れたセラミックプラグをさらに含んでなる請求項１に記載のタイル。 ５．その伸長したセラミック体の一方の端部に突合せ端部と、その伸長したセ ラミック体の他方の端部にカラーをさらに備え、それによって二つのタイルが相 互はぎ接続によって端部と端部で一緒に 適合されることができる請求項１に記載のタイル。 ６．その入口が長手方向に伸長された請求項１に記載のタイル。 ７．個々のボイラー管に接触して端から端まで取り付けられた複数の耐熱タイ ルによって、ガス流による腐蝕・浸蝕から保護された個々のボイラー管であって 、その各タイルは、 (a) ボイラー管にそって伸長し、ガス流の方に向いた前面と、その個々のボイ ラー管の表面の約半分以下と接触するように作成された１つの滑らかな局面の背 面を有する一体の半円筒状セラミック体、 (b) タイルの前面からガス流の方に張り出すセラミック遮蔽材、 (c) そのセラミック体の背面の入口からその遮蔽材の前面を貫いて延びるキャ ビティであって、その遮蔽材の前面の方が段状に拡大されてショルダーを形成し たキャビティ、 を含んでなり、個々のボイラー管に固定されたネジ付きスタッドを用い、タイル をボイラー管に合わせ、スタッドをキャビティの中に通し、スタッドをナットで ネジ止めしてショルダーを押さえ、それによってタイルをボイラー管に押しつけ ることにより各タイルがボイラー管に固定されることができる耐熱タイルを備え た個々の保護ボイラー管。 ８．各タイルが、その伸長したセラミック体の一方の端部に突合せ端部と、そ の伸長したセラミック体の他方の端部にカラーをさらに備え、それによって二つ のタイルが相互はぎ接続によって端部と端部で一緒に適合されることができる請 求項７に保護ボイラー管。 ９．その入口が長手方向に伸長された請求項７に記載の保護ボイラー管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コール，アーサー ダブリュ. アメリカ合衆国，マサチューセッツ 01969，ロウリー，ボックスフォード ロ ード 238 (72)発明者 ヘファーナン，ジョン エム. アメリカ合衆国，ペンシルベニア 19047, ラングホーン，ニューゲート ロード 225

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．オープンスペースのボイラー管を、ガス流による腐蝕・浸蝕から保護する のに好適な耐熱タイルであって、 (a) ボイラー管にそって伸長し、ガス流の方に向いた前面と、ボイラー管の表 面の約半分以下と接触するように作成された背面を有するセラミック体、 (b) タイルの前面からガス流の方に張り出すセラミック遮蔽材、 (c) そのセラミック体の背面の入口からその遮蔽材の前面を貫いて延びるキャ ビティであって、その遮蔽材の前面の方が段状に拡大されてショルダーを形成し たキャビティ、 を含んでなり、ボイラー管に固定されたネジ付きスタッドを用い、タイルをボイ ラー管に合わせ、スタッドをキャビティの中に通し、スタッドをナットでネジ止 めしてショルダーを押さえ、それによってタイルをボイラー管に押しつけること によりタイルがボイラー管に固定されることができる耐熱タイル。 ２．セラミック体と遮蔽材が単一の一体物を含んでなる請求項１に記載のタイ ル。 ３．遮蔽材とセラミック体が別個な物体である請求項１に記載のタイル。 ４．遮蔽材の前面のキャビティをぴったりと塞いでシールするように合わせら れたセラミックプラグをさらに含んでなる請求項１に記載のタイル。 ５．その伸長したセラミック体の一方の端部に突合せ端部と、その伸長したセ ラミック体の他方の端部にカラーをさらに備え、それによって二つのタイルが相 互はぎ接続によって端部と端部で一緒に適合されることができる請求項１に記載 のタイル。 ６．その入口が長手方向に伸長された請求項１に記載のタイル。 ７．ボイラー管の端から端まで取り付けられた複数の耐熱タイルによって、ガ ス流による腐蝕・浸蝕から保護されたボイラー管であって、その各タイルは、 (a) ボイラー管にそって伸長し、ガス流の方に向いた前面と、ボイラー管の表 面の約半分以下と接触するように作成された背面を有するセラミック体、 (b) タイルの前面からガス流の方に張り出すセラミック遮蔽材、 (c) そのセラミック体の背面の入口からその遮蔽材の前面を貫いて延びるキャ ビティであって、その遮蔽材の前面の方が段状に拡大されてショルダーを形成し たキャビティ、 を含んでなり、ボイラー管に固定されたネジ付きスタッドを用い、タイルをボイ ラー管に合わせ、スタッドをキャビティの中に通し、スタッドをナットでネジ止 めしてショルダーを押さえ、それによってタイルをボイラー管に押しつけること により各タイルがボイラー管に固定されることができる耐熱タイルを備えた保護 ボイラー管。 ８．各タイルが、その伸長したセラミック体の一方の端部に突合せ端部と、そ の伸長したセラミック体の他方の端部にカラーをさらに備え、それによって二つ のタイルが相互はぎ接続によって端部と端部で一緒に適合されることができる請 求項７に保護ボイラー管。 ９．その入口が長手方向に伸長された請求項７に記載の保護ボイラー管。