Some Preventive Methods against Erosive Wear in Fluidized Bed Boiler
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In the power industry, it has been demanded and expected to cope with the energy resources issues and global environmental problems. Under these expectations , biomass power generation using wood fuel with a CO2 reduction effect has been increased as the effective use of resources. Biomass boilers are burned by flowing the fuel and the medium in a high temperature environment, especially circulating fluidized bed boiler. The advantage of this boiler is that impact on the global environment is low. It should be considered that economic problems remain because the erosion wear of the material that is used in the furnace and that repair costs many occur at the earliest. This paper discusses about high-temp erosion wear of water-cooled panel and air nozzle in the boiler furnace (fluidization nozzle) through the test by overlay welding and thermal spraying to find out proper measures against surface wear. Main results obtained herein through the erosion test are as follows. a. As for water-cooled boiler panel of pressure boundary heated to about 400°C , Ni-base material like Alloy 625 is one of the candidate material which has good property in weldabililty , thermal expansion co-efficient etc. b. As for air nozzle heated to about 800°C , Co-base material like Stellite No.12 maintaining high hardness until high temperature seems to be one of candidate material onto the air nozzle. These material will be hereafter tested including addition of ceramics like Cr3C2. c. In the erosion wear , scratching (microplowing) seems to be dominant phenamena for ductile material. On the other hand, spalling also seems to be dominant one for brittle material. 1. は じ め に 電力産業ではエネルギ―資源問題と地球環境問題への対応がもとめられており,資源の有効活用としてCO2削減 効果のある木質燃料を利用したバイオマス発電への期待は高い。しかし,循環流動層(循環流動床)ボイラでは燃 料と媒体を高温環境下で流動して燃焼させているため,ボイラに使用される部材の侵食摩耗が深刻な問題となる ことから,環境負荷は低減するものの設備の稼働率と経済性の課題がある。また,これらの耐侵食摩耗材料を開発 する上で,試験評価方法が確立されていない。 本資料は,循環流動床ボイラ火炉内の水冷壁パネルおよび炉底に取り付け媒体を浮遊させ酸素を供給する流動 化ノズルについて,ボイラ稼働時の高温における耐侵食摩耗策に関する肉盛溶接および溶射による2・3の試みを紹 介する。 2. 循環流動床ボイラの損耗状況 循環流動床ボイラとは,燃焼媒体として珪砂を利用しており,流動化ノズルからの空気により珪砂を巻き上げ, 流動層を形成し木屑等の低品位燃料を燃焼させている。ボイラの損傷は劣悪炭,廃タイヤなどに含まれる硫黄分, 木屑・RPF等に含まれる塩素分により発生する腐食性ガスによる腐食 および飛灰や珪砂による侵食摩耗が介在 することから,水冷壁パネルおよび流動化ノズルに減肉が発生しやすい。図1に循環流動床ボイラの概要を示す。 *1 〒346-0101 埼玉県久喜市菖蒲町昭和沼24番地1/ 24-1, Showanuma, Shobu-cho, Kuki City, Saitama *2 E-mail:tadashi.kimura@waj.co.jp 2. 1 水冷壁パネル 写真1に示すように,キャスタブル境界部およびその近傍の水冷壁パネルが局部的に摩耗することがある。また, 一般の石炭焚きボイラのディスラッガ廻り,天井管や曲げ管等にも局部的な摩耗がみられ,400°C前後の水管表面 での焼却灰による摩耗や焼却ガスによる腐食が影響している。 溶射による応急的対策が一般的であるが,近年恒久対策としてNi基溶接材料を用いた耐食・耐摩耗肉盛溶接に よる補修が試みられている。 2. 2 流動化ノズル 炉底の取付位置により異なるが,高温(約800°C)にさらされる流動化ノズルは半年に1回程度の定修毎に交換 または補修が必要となる。写真2に示すように,著しく損傷を受ける箇所はメンテンス対象であり,メンテナンス 頻度およびメンテナンスコストに大きく影響する。 図1 循環流動層ボイラの概要 写真1 水冷壁パネルの損耗状況 (a) 外観 (b) 局部的に摩耗した箇所 写真2 炉底流動化ノズルの外観 3. 試験片製作要領 高温における耐浸食策を検討するために,以下のような要領で試験片を作成した。試験の目的は,実機を模擬し た温度条件でのブラスト摩耗試験により最適材料を選定することである。 3. 1 肉盛溶接および溶射基材の選定 肉盛溶接および溶射基材として高温で酸化皮膜の発生が少ないSUS304を使用し,その表面に耐腐食性および耐 侵食摩耗性のある材料を選定して肉盛溶接および溶射により試験片を製作した。表1に試験片製作要領を示す。 3.2 肉盛溶接方法および溶射方法 肉盛溶接方法は,MIG(Metal Inert Gas)溶接法とPTA(Plasma Transfer Arc)溶接法により , 基材SUS304 (幅 100×長さ 500×厚さ 12mm)の上に溶接材料を 2層肉盛溶接した。標準的な溶接条件で実施し ,溶接後はワ イヤ放電加工で試験片形状(幅 20×長 40×厚 9mm)に加工し,溶接面を研磨布紙(#400)で仕上げた。溶射方法 は,母材SUS304を試験片形状に加工し,プラズマ溶射および高速フレーム溶射(HVOF)により,および粉末式フレー ム溶射後の溶融処理(自溶性合金)により皮膜を形成した。 流動化ノズル 水冷壁パネル