(57)【要約】【課題】隣接する２つの耐摩耗材の隙間（溝）への摩耗性を有する固体粒子を含む流体の侵入を抑えて製造コストを増大させることなく、耐久性のある耐摩耗構造体を提供し、さらに該耐摩耗構造体を備えた微粉炭燃焼用バーナを提供すること。【解決手段】摩耗性を有する固体粒子を含む流体の流路を形成する母材１の表面に多数の耐摩耗材２を接着剤３により貼り付けて耐摩耗性構造体を形成する。このとき隣接する２つの耐摩耗材２，２の隙間が母材１表面側から見て、その長手方向を前記流体の流れ方向に対して２０度以上、９０度以下の傾斜角度となるように配列すると、摩耗性を有する固体粒子を含む流体の溝への侵入が抑制されるため、目地剤４の摩耗が抑制される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩耗性を有する固体粒子を含む流体の流路を形成する母材表面に多数の耐摩耗材を接着剤により貼り付けて形成した耐摩耗性構造体において、
隣接する２つの耐摩耗材の隙間が母材表面側から見て長手方向が前記流体の流れ方向に対して２０度以上、９０度以下の傾斜角度となるように配置することを特徴とする耐摩耗構造体。
【請求項２】
平面形状が三角形である耐摩耗材を用いることを特徴とする請求項１記載の耐摩耗構造体。
【請求項３】
微粉炭と微粉炭搬送用空気の混合流体を火炉に供給して微粉炭を燃焼させる一次ノズルと該一次ノズルの外周部に設けられる１以上の微粉炭燃焼用空気ノズルと前記一次ノズル内に設けられる微粉炭と微粉炭搬送用空気の流れを偏在化させるための流路断面積変更部材とを備えた微粉炭燃焼バーナにおいて、
前記流路断面積変更部材の壁面に請求項１又は２記載の耐摩耗構造体を用いることを特徴とする微粉炭燃焼バーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐摩耗構造体と該耐摩耗構造体を備えた微粉炭燃焼用バーナに関し、特に固体と気体の混合物からなる固気二相流や固体と液体の混合物からなる固液二相流のような摩耗性を有する固体粒子を含む流体を取り扱う技術分野に用いられる耐摩耗構造体と該耐摩耗構造体を備えた微粉炭燃焼用バーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭を微粉砕して気流搬送するための石炭送供管や固体燃料燃焼用バーナの微粉炭と気体との混合流体流路、あるいは石炭と水とのスラリー状燃料の送供管などの固気二相流や固液二相流の流路内には液体を下流側で要求される状態で供給するための内部装置が多く設けられており、該装置の液体に接する壁面は耐摩耗構造が設けられており、構造が複雑であったり、大型であったりした場合には、分割構造物を前記壁面に貼り付けられている。
【０００３】
従来技術からなる前記耐摩耗構造体には、前記流路を構成する部材（以下、母材ということがある）の表面に、前記固気二相流や固液二相流の固体より硬度の高い硬質粒子を層状に充填し、該硬質粒子群で構成される層の間隙に電着金属を充填して硬質粒子を母材上に捕捉した耐摩耗構造体（特開平９−１４３７９７号公報）などがある。
【０００４】
また、図４に示す従来技術の耐摩耗構造体は、鋼材等の母材１の上に直方体形などの形状をしたセラミックス等の耐摩耗材２を多数並べて接着剤３により貼り付けた構成から成っている。なお、一般に母材１上に配置した各耐摩耗材２の隙間（溝）には目地剤４が充填される。目地剤４は接着剤３と同じ材料が使用される。
【０００５】
前記耐摩耗構造体の隙間（溝）は図８のように、通常は摩耗性流体の流れに沿った方向にその長手方向があるが、前記隙間（溝）部分には目地剤が充填されており、耐摩耗性が劣るために図９に示すように摩耗性を有する固体粒子を含む流体によって摩耗を受け、次第に剥がされ、最終的には母材１と耐摩耗材２の間の接着剤３の層まで摩耗が進行して、耐摩耗材２が脱落することがある。
【０００６】
この現象は、耐摩耗材を分割したことにより、隣接する２つの耐摩耗材２の間に隙間が生じること、及びその隙間を耐摩耗性が劣る目地剤４を用いて充填せざるを得ないことに起因している。
【０００７】
図５には曲面を有する母材１の上に多数の耐摩耗材２を貼り付けた耐摩耗構造体の例、図６は平らな面を有する母材１の上に隙間をできるだけなくすため接触させて多数の耐摩耗材２を貼り付けた耐摩耗構造体の例を示す。  
平らな母材の上に耐摩耗材を貼り付けた耐摩耗構造体の場合には、図６のように耐摩耗材と耐摩耗材の間の隙間を無くして密着させることが比較的容易である（特開平７−１０３１８７号公報）。しかし、曲面形状の母材の上に耐摩耗材を貼り付けた耐摩耗構造体の場合には、直方体の耐摩耗材を用いる限り、耐摩耗材と耐摩耗材の間の隙間を無くすことはできない。曲面形状の母材の上に耐摩耗材を貼り付けた耐摩耗構造体では直方体形の耐摩耗材の代わりに台形上の耐摩耗材を用いれば、耐摩耗材と耐摩耗材の間の隙間を無くすことができるが、複雑な構造体である母材の曲率半径の違いによって台形の耐摩耗材の形状をそれぞれ変更する必要があり、耐摩耗材の汎用性が低下して、施工コストが単一の形状の耐摩耗材を並列配置する場合に比べて増加する。
【０００８】
図７は円錐台状の母材の上に従来技術の略直方体の耐摩耗材を配列した例を示すが、摩耗性を有する固体粒子を含む流体の流れに平行な方向に長手方向を有する隣接する耐摩耗材間の隙間（溝）に目地剤が施工されている。母材は流体の流れ方向の下流側になるほど径が拡大されており、曲率半径が変化するために台形の耐摩耗材の形状を変更して貼り付ける必要がある。
【特許文献１】特開平９−１４３７９７号公報
【特許文献２】特開平７−１０３１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来技術からなる耐摩耗構造体は、隣接する耐摩耗材間に充填する目地剤が摩耗によって剥がされ、最終的には耐摩耗材と母材間の接着剤まで摩耗が進行して、耐摩耗材が母材から落下する問題点があった。また曲面を有する母材に対しては前記目地剤の摩耗を防止するためには母材の曲率半径に応じて耐摩耗材の形状を種々取りそろえる必要があり、製造コストがかさむ問題点があった。
【００１０】
本発明の課題は、隣接する耐摩耗材の隙間（溝）への摩耗性を有する固体粒子を含む流体の侵入を抑えて製造コストを増大させることなく、耐久性のある耐摩耗構造体を提供し、また、該耐摩耗構造体を備えた微粉炭燃焼用バーナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記本発明の課題は、次の解決手段で解決される。すなわち、
請求項１記載の発明は、摩耗性を有する固体粒子を含む流体の流路を形成する母材表面に多数の耐摩耗材を接着剤により貼り付けて形成した耐摩耗性構造体において、隣接する２つの耐摩耗材の隙間が母材表面側から見て長手方向が前記流体の流れ方向に対して２０度以上、９０度以下の傾斜角度となるように配置する耐摩耗構造体である。
【００１２】
請求項２記載の発明は、平面形状が三角形である耐摩耗材を用いる請求項１記載の耐摩耗構造体である。
【００１３】
請求項３記載の発明は、微粉炭と微粉炭搬送用空気の混合流体を火炉に供給して微粉炭を燃焼させる一次ノズルと該一次ノズルの外周部に設けられる１以上の微粉炭燃焼用空気ノズルと前記一次ノズル内に設けられる微粉炭と微粉炭搬送用空気の流れを偏在化させるための流路断面積変更部材（濃縮器およびベンチュリー部）とを備えた微粉炭燃焼バーナにおいて、前記流路断面積変更部材（濃縮器およびベンチュリー部）の壁面に請求項１又は２記載の耐摩耗構造体を用いる微粉炭燃焼バーナである。
【００１４】
（作用）
請求項１記載の発明によれば、耐摩耗材と耐摩耗材の間の隙間（溝）を摩耗性を有する固体粒子を含む流体の流れ方向に対して２０度以上、９０度以下の傾斜角度を持って配置することによって摩耗性を有する固体粒子を含む流体の溝への侵入が抑制されるため、目地剤の摩耗が抑制される。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の作用に加えて平面形状が三角形である耐摩耗材を用いると耐摩耗材と耐摩耗材の間の隙間（溝）を摩耗性を有する固体粒子を含む流体の流れ方向に対して２０度以上、９０度以下の傾斜角度を持って配置することができる。
【００１６】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の耐摩耗構造体を微粉炭燃焼用の一次ノズル内の流路断面積変更部材（濃縮器およびベンチュリー部）の壁面に適用することで、濃縮器およびベンチュリー部が良好な耐久性を発揮できる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の発明によれば、隣接する２つの耐摩耗材間の隙間（溝）への摩耗性を有する固体粒子を含む流体の侵入が抑制されるため、目地剤の摩耗が抑制された耐久性のある耐摩耗構造体が比較的低コストで得られる。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、従来から入手可能である耐摩耗材の平面形状を三角形にするだけで、耐久性のある耐摩耗構造体が得られる。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の耐摩耗構造体を微粉炭燃焼用の一次ノズルの流路断面積変更部材（濃縮器およびベンチュリー部）の壁面に適用することで、耐久性のある微粉炭燃焼バーナが低コストで得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施例を図面と共に説明する。  
図１に本実施例の耐摩耗構造体の斜視図を示し、図２に耐摩耗構造体の配置方法と摩耗性を有する固体粒子を含む流体の流れ方向との関係を説明する図（図２（ａ）は表面から見た図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図）を示す。
【００２１】
円錐台状の母材１の円錐台平面上に所定の厚みを有する略三角形の耐摩耗材２を前記円錐台の全表面に所定枚数分を接着剤で貼り付ける。このとき、隣接する耐摩耗材２の隙間（溝）の長手方向が摩耗性を有する固体粒子を含む流体の流れ方向に対して２０度以上、９０度以下の傾斜角度を持つように配置する。
【００２２】
図１に示すように三角形の耐摩耗材２を円錐台平面の全表面に貼り付けると、摩耗性を有する固体粒子を含む流体は隣接する２つの耐摩耗材２，２の隙間を目地剤４の長手方向に対して所定の角度（２０度以上、９０度以下の傾斜角度）（図２参照））を持って流れるため、目地剤４の摩耗量は図９に示す場合に比べて著しく少なくなり、目地剤４の摩耗が大幅に抑制される。
【００２３】
なお、ここで耐摩耗材２としてはアルミナ、窒化ケイ素、シリコンカーバイド、炭化ケイ素などのセラミックスが主に用いられ、接着剤３及び目地剤４としてはエポキシ系樹脂などが用いられる。
【００２４】
図１に示す耐摩耗構造体を微粉炭バーナの一次ノズル１１の微粉炭濃縮器１２とベンチュリー部１３の壁面に適用した例を図３に示す。図３は微粉炭バーナの縦断面図であるが、燃料の微粉炭と搬送用空気（一次空気）の混合流体１４は一次ノズル１１を通って燃焼炉１６に供給される。一次ノズル１１の先端には保炎器１７が配置され、その後流側に形成される混合流体１４の循環渦の効果によりバーナ近傍からボイラ火炎が形成される。一次ノズル１１の外周には燃焼用の二次空気の通路である二次流路１９と三次流路２０が設けられている。また、一次ノズル１１の中央部にバーナ起動時に使用する油焚きバーナ２１が設けられている。さらに、一次ノズル１１の内壁面には微粉炭流を中心側に絞るベンチュリー部１３が設けられ、その後流側の油焚きバーナ２１の外周には微粉炭流を濃縮流と希薄流に分離するための濃縮器１２が設けられている。
【００２５】
一次ノズル１１内を流れる微粉炭流は濃縮器１２の前端部でベンチュリー部１３によりその流れがノズル１１の中央部に絞り込まれ、次いで濃縮器１２の前端部付近で一次ノズル１１の内壁側に向けて流れの向きが変えられ、濃縮器１２の後端部付近で流れる領域が拡大される。そのため濃縮器１２の後端部を過ぎると、微粉炭流の中の微粉炭粒子とガスの慣性力の差により、微粉炭粒子は一次ノズル１１の内壁側に、ガスは中心部へと分離される。
【００２６】
保炎器１７の後流側の火炉１６内に形成される混合流体の循環渦には一次ノズル１１の内壁側の微粉炭粒子濃度の濃い流体が供給され、循環渦形成部での保炎性がよくなり、バーナ近傍からボイラ火炎が形成される。また、ベンチュリー部１３は微粉炭流を絞り込むことにより火炎の逆流防止の機能を奏するものである。
【００２７】
濃縮器１２とベンチュリー部１３の壁面、特にその微粉炭流と最初に接触するそれらの上流側の傾斜壁面は微粉炭流が強く当たるので、これらの濃縮器１２とベンチュリー部１３の壁面に図１に示す耐摩耗構造体を適用すると、濃縮器１２とベンチュリー部１３の耐久性が従来に比べて良くなる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の耐摩耗構造体は、石炭を微粉砕して気流搬送するための石炭送供管や固体燃料燃焼用バーナの微粉炭と気体との混合流体流路、あるいは石炭と水とのスラリー状燃料の送供管などの固気二相流や固液二相流の流路内には液体を下流側で要求される状態で供給するための内部装置の流体に接する面に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例の耐摩耗構造体の斜視図である。
【図２】本発明の実施例の耐摩耗構造体の配置方法と摩耗性を有する固体粒子を含む流体の流れ方向との関係を説明する図である。
【図３】本発明の実施例の耐摩耗構造体を濃縮器として使用する微粉炭焚きボイラの微粉炭バーナの断面図である。
【図４】従来の耐摩耗構造体の断面図である。
【図５】従来の耐摩耗構造体の断面図である。
【図６】従来の耐摩耗構造体の断面図である。
【図７】従来の耐摩耗構造体の斜視図である。
【図８】従来の耐摩耗構造体と摩耗性を有する固体粒子を含む流体の流れ方向との関係を説明する斜視図である。
【図９】従来の耐摩耗構造体と摩耗性を有する固体粒子を含む流体の流れ方向との関係を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  母材                    ２  耐摩耗材
３  接着剤                  ４  目地剤
１１  微粉炭バーナの一次ノズル
１２  微粉炭濃縮器          １３  ベンチュリー部
１４  混合流体              １６  火炉
１７  保炎器                １９  二次流路
２０  三次流路              ２１  油焚きバーナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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