(57)【要約】【課題】ポーラスで熱伝導率の低い微粒へマタイトスケールによる過熱に基づく損傷診断を広範囲でかつ高精度に行うことのできる水壁管の過熱損傷診断装置を提供する。【解決手段】給水の複合水処理法を実施するボイラ水壁管内に付着する微粒へマタイトスケールによるボイラ水壁管の過熱損傷を診断する過熱損傷診断装置において、ボイラ水壁管１またはそれに一体に接続されているメンブレンバー３の表面温度を、火炉外側からサーモグラフィ４を用いて計測してボイラ水壁管の過熱損傷を診断することを特徴とする。【選択図】図１
2015132453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水の複合水処理法を実施するボイラ水壁管内に付着する微粒へマタイトスケールによるボイラ水壁管の過熱損傷を診断する過熱損傷診断装置において、
前記ボイラ水壁管またはそのボイラ水壁管と一体に接続されているメンブレンバーの表面温度を、火炉外側からサーモグラフィを用いて計測して前記ボイラ水壁管の過熱損傷を診断することを特徴とするボイラ水壁管の過熱損傷診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載のボイラ水壁管の過熱損傷診断装置において、
前記ボイラ水壁管が、傾斜管で構成された下部火炉水壁管と、その下部火炉水壁管の上部に連設された垂直管で構成された上部火炉水壁管を有し、
前記下部火炉水壁管と上部火炉水壁管の切り替え部の前記上部火炉水壁管側の水壁管またはメンブレンバーの表面温度を計測することを特徴とするボイラ水壁管の過熱損傷診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載のボイラ水壁管の過熱損傷診断装置において、
前記下部火炉水壁管と上部火炉水壁管の切り替え部の前記上部火炉水壁管側に位置するノーズ部に前記サーモグラフィを設置したことを特徴とするボイラ水壁管の過熱損傷診断装置。
【請求項４】
給水の複合水処理法を実施するボイラ水壁管内に付着する微粒へマタイトスケールによるボイラ水壁管の過熱損傷を診断する過熱損傷診断方法において、
前記ボイラ水壁管またはそのボイラ水壁管と一体に接続されているメンブレンバーの表面温度を、火炉外側からサーモグラフィを用いて計測して前記ボイラ水壁管の過熱損傷を診断することを特徴とするボイラ水壁管の過熱損傷診断方法。
【請求項５】
請求項４に記載のボイラ水壁管の過熱損傷診断方法において、
前記ボイラ水壁管が、傾斜管で構成された下部火炉水壁管と、その下部火炉水壁管の上部に連設された垂直管で構成された上部火炉水壁管を有し、
前記下部火炉水壁管と上部火炉水壁管の切り替え部の前記上部火炉水壁管側の水壁管またはメンブレンバーの表面温度を計測することを特徴とするボイラ水壁管の過熱損傷診断方法。
【請求項６】
請求項５に記載のボイラ水壁管の過熱損傷診断方法において、
前記下部火炉水壁管と上部火炉水壁管の切り替え部の前記上部火炉水壁管側に位置するノーズ部に前記サーモグラフィを設置したことを特徴とするボイラ水壁管の過熱損傷診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、事業用火力発電用ボイラの水壁管内面に付着するスケールによって生じるボイラ水壁管の過熱損傷診断装置および過熱損傷診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、事業用火力発電用ボイラの給水処理方法としてＣＷＴ（Combined Water Treatment  複合水処理法）があり、ボイラ装置への給水中に酸素を注入して溶存酸素とし、給水を弱アルカリ性にして、ボイラ装置の給水配管内や伝熱管内に溶解度の極めて低い３価の鉄水酸化物（ＦｅＯＯＨ）または鉄酸化物（α−Ｆｅ２Ｏ３）で不動態被膜を安定的に形成させることにより、給水配管内や伝熱管内の腐食量を低減して、長寿命化できるという特長を有している（非特許文献１参照）。
【０００３】
また、管内に付着するスケール量が低減でき、スケール除去のための化学洗浄の時間間隔を延長できる。さらに、スケールの付着形態として不動態被膜およびそこに付着するスケールの表面が比較的平滑であるため、管内の差圧上昇が抑制できる。
【０００４】
しかし最近、ＣＷＴを採用している水壁管内に熱伝導率の低い微粒のへマタイトスケールが付着し、それによる水壁管の過熱損傷が発生する事象が報告されている（非特許文献２参照）。
【０００５】
図８はＣＷＴを採用している火力発電用ボイラの概略構成図である。
【０００６】
図８において、図示しない給水配管を通って水壁入口管寄せ１４からボイラ９へ給水され、その後、下部火炉水壁管１０においてそれに設けられているバーナ１２およびアフターエアポート（ＡＡＰ）１３での燃料燃焼により加熱され、高温水となり管内を上昇し、上部火炉水壁管１に至る。
【０００７】
図中の符号７はボイラケーシング、１１は節炭器管、１５はウィンドボックス、１６はペントハウスである。
【０００８】
図９は、本発明者らが見出した火炉水壁管内に付着する微粒へマタイトスケールの付着状態を示す図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）円内の拡大図である。
【０００９】
図９（ａ）は下部火炉水壁管１０と上部火炉水壁管１との切り替え部を示しており、ここでは傾斜管である下部火炉水壁管１０の１本から垂直管である２本の上部火炉水壁管１に分岐されている。
【００１０】
ＣＷＴを採用することにより、ボイラ装置への給水中に酸素を注入して溶存酸素とし、給水を弱アルカリ性にすることにより、下部火炉水壁管１０と上部火炉水壁管１の内面に硬質酸化スケール１７が形成され、その上にへマタイトスケール１８が付着する。
【００１１】
このへマタイトスケール１８は火炉水壁のうち特に傾斜管で構成される下部火炉水壁管１０と垂直管で構成される上部火炉水壁管１との切り替え部位近くの上部火炉水壁管１で多く付着することを本発明者らは確認しており、この部位はボイラ運転中には管内の高温水は超臨界水の状態にある。
【００１２】
この上部火炉水壁管１の母材（以下、メタルと称することもある）２の内面に生成するへマタイトスケールは、０．２〜２μｍ径の微粒状のスケールで、その見かけ密度は０．８〜１．５ｍｇ／ｃｍ３で、へマタイト単体と比較して１／５以下の極めてポーラスな物質である。
【００１３】
このため付着スケールは熱伝導率が低く、スケールが付着すると管内の流体と管外の高温ガス（燃焼ガスと称することもある）との熱交換が悪くなり、火炉内の熱負荷およびスケール厚さに比例してメタル温度が局所的に上昇する。
【００１４】
図１０は、微粒へマタイトスケール１８が付着した場合のメタル温度上昇を示すモデル図である。  
この図において、微粒へマタイトスケール１８が付着していない場合の熱履歴線（点線表示）を「スケールなし」と表記し、微粒へマタイトスケール１８が付着した場合の熱履歴線（実線表示）を「スケール生成後」と表記している。また、この図に示されているように、上部火炉水壁管１内には過熱蒸気２０が流通して、高温ガスとの間で熱交換が行われる。
【００１５】
火炉内の燃焼ガスによりメタルに熱負荷がかかると、母材２の内側に微粒へマタイトスケール１８が付着していない場合は、メタル外面およびメタル内面の熱の移動が容易であり、流通する過熱蒸気２０によって熱が奪われるから、点線で示すようにメタル温度は全体的に低い。
【００１６】
これに対してポーラスな微粒へマタイトスケール１８が付着している場合は、それが熱抵抗体となって伝熱性が阻害されるため、実線で示すようにメタル温度が上昇して、上部火炉水壁管１が過熱損傷することがある。なお、硬質酸化スケール１７は薄く、ポーラスでないから、硬質酸化スケール１７による伝熱性の影響は殆どない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２０１３−１８５７６４号公報
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】日本工業規格「ボイラ給水及びボイラ水の水質」ＪＩＳ  Ｂ−８２２３（２００６）
【非特許文献２】「超臨界圧ボイラの給水化学」（社）火力原子力発電技術協会講演会  仲尾ほか２名  ♯３（２０１０−１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
こうした水壁管内での微粒へマタイトスケールの付着によるメタルの過熱を抑制し、管理する手段として、微粒へマタイトスケールの付着要因を究明し、その因子を取り除くことが考えられる。しかし、給水のＦｅ濃度、温度、流速などの数種の因子が複合的に影響していると考えられ、現在、微粒へマタイトスケールの付着を著しく低減する技術は確立されていない。
【００２０】
また、微粒へマタイトスケールの除去方法として、ボイラ運転停止中に給水流量を大きく増減させる流量スイングや水抜きによるスケール除去法が考えられるが、大型構造物のボイラ装置に適用するには、十分な流量や流速が得られず、適用が難しく効果も少ない。
【００２１】
ＣＷＴを採用したボイラ装置での微粒へマタイトスケール付着による昇温の影響を考慮した過熱による損傷診断について、管内に付着した微粒へマタイトスケール厚さの直接計測とボイラ運転時間からメタル温度履歴を推定し、過熱時間および火炉水壁の強度よりクリープ損傷率を算出し、火炉水壁の残余寿命を診断する提案がある（特許文献１参照）。
【００２２】
しかし、この方法では枝管および試料作成に時間や工数がかかり、火炉水壁全体を広範囲にわたって微粒へマタイトスケールの厚さを精度よく計測することは困難である。また、ボイラ運転時間後に検査を行う場合は、法律などで定められた定期検査毎（例えば２年毎）しか検査できないなどの課題がある。
【００２３】
パウダー状の微粒へマタイトスケールによる過熱に基づく損傷診断を、水壁管の炉内側に埋め込んだ熱電対の計測に基づいて行う方法がある。しかしこの方法では、管表面への熱電対取り付け部材の加工、高所での熱電対の取り付け作業となるため足場の設置などにコストが掛かり過ぎる。また、熱電対を取り付けた部分しか損傷診断ができず、全体的な損傷診断ができないという課題がある。
【００２４】
本発明の目的は、ポーラスで熱伝導率の低い微粒へマタイトスケールによる過熱に基づく損傷診断を広範囲でかつ高精度に行うことのできるボイラ水壁管の過熱損傷診断装置および過熱損傷診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
前記目的を達成するために、本発明の第１の手段は、
給水の複合水処理法を実施するボイラ水壁管内に付着する微粒へマタイトスケールによるボイラ水壁管の過熱損傷を診断する過熱損傷診断装置において、
前記ボイラ水壁管またはそのボイラ水壁管と一体に接続されているメンブレンバーの表面温度を、火炉外側からサーモグラフィを用いて計測して前記ボイラ水壁管の過熱損傷を診断することを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、
前記ボイラ水壁管が、傾斜管で構成された下部火炉水壁管と、その下部火炉水壁管の上部に連設された垂直管で構成された上部火炉水壁管を有し、
前記下部火炉水壁管と上部火炉水壁管の切り替え部の前記上部火炉水壁管側の水壁管またはメンブレンバーの表面温度を計測することを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の第３の手段は前記第２の手段において、
前記下部火炉水壁管と上部火炉水壁管の切り替え部の前記上部火炉水壁管側に位置するノーズ部に前記サーモグラフィを設置したことを特徴とするものである。
【００２８】
本発明の第４の手段は、
給水の複合水処理法を実施するボイラ水壁管内に付着する微粒へマタイトスケールによるボイラ水壁管の過熱損傷を診断する過熱損傷診断方法において、
前記ボイラ水壁管またはそのボイラ水壁管と一体に接続されているメンブレンバーの表面温度を、火炉外側からサーモグラフィを用いて計測して前記ボイラ水壁管の過熱損傷を診断することを特徴とするものである。
【００２９】
本発明の第５の手段は前記第４の手段において、
前記ボイラ水壁管が、傾斜管で構成された下部火炉水壁管と、その下部火炉水壁管の上部に連設された垂直管で構成された上部火炉水壁管を有し、
前記下部火炉水壁管と上部火炉水壁管の切り替え部の前記上部火炉水壁管側の水壁管またはメンブレンバーの表面温度を計測することを特徴とするものである。
【００３０】
本発明の第６の手段は前記第５の手段において、
前記下部火炉水壁管と上部火炉水壁管の切り替え部の前記上部火炉水壁管側に位置するノーズ部に前記サーモグラフィを設置したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明は前述したような構成になっており、ポーラスで熱伝導率の低い微粒へマタイトスケールによる過熱に基づく損傷診断を広範囲でかつ高精度に行うことのできるボイラ水壁管の過熱損傷診断装置および過熱損傷診断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例に係る火炉水壁管の過熱診断装置のシステム図である。
【図２】本発明の実施例に係るボイラ装置のノーズ部付近の概略構成図である。
【図３】本発明の実施例に係る赤外線サーモグラフィの設置図である。
【図４】本発明の実施例に係る赤外線サーモグラフィによる診断例を説明するためのフローチャートである。
【図５】微粒へマタイトスケールの厚さとそれによるメタル温度上昇の関係を示す特性図である。
【図６】微粒へマタイトスケール付着前後の上部火炉水壁管におけるメンブレンパーでの温度上昇を示した図である。
【図７】微粒へマタイトスケールの付着モデルを示す図である。
【図８】ＣＷＴを採用している火力発電用ボイラの概略構成図である。
【図９】本発明者らが見出した火炉水壁管内での微粒へマタイトスケールの付着状態を示す図である。
【図１０】微粒へマタイトスケールが付着した場合のメタル温度上昇を示すモデル図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
前述したように本発明の特徴部は、ボイラ水壁管またはそのボイラ水壁管と一体に接続されているメンブレンバーの表面温度を、火炉外側からサーモグラフィを用いて計測してボイラ水壁管の過熱損傷を診断することにある。
【００３４】
このようにボイラ水壁管またはメンブレンバーの表面温度をサーモグラフィを用いて計測しているから、微粒へマタイトスケールによる過熱に基づく損傷診断を広範囲でかつ高精度に行うことができる。
【００３５】
また、管内に付着した微粒へマタイトスケール厚さの直接計測とボイラ運転時間からメタル温度履歴を推定し、過熱時間および火炉水壁の強度よりクリープ損傷率を算出して、火炉水壁の残余寿命を診断する方法。あるいは、水壁管の炉内側に埋め込んだ熱電対の計測に基づいて微粒へマタイトスケールによる過熱に基づく損傷診断を行う方法に比べると、ボイラ水壁管の損傷診断が簡便であり、しかも信頼性が高いなどの特長も有している。
【００３６】
本発明の実施例を図面と共に説明する。図１は、本発明の実施例に係る火炉水壁管の過熱診断装置のシステム図である。
【００３７】
この過熱診断装置は図１に示すように、上部火炉水壁管１の温度を監視する赤外線サーモグラフィ(赤外線温度計とも称される)４と、赤外線サーモグラフィ４のカメラ部４ａを冷却するカメラ冷却装置５と、赤外線サーモグラフィ４からのデータを格納・処理するデータ処理装置６から主に構成されている。
【００３８】
赤外線サーモグラフィ４は、対象物から出てくる赤外線エネルギーを検出して、それを温度に変換して温度分布を画像表示する装置であり、対象物から離れた所から非接触且つリアルタイムで温度計測が可能な特長を有している。
【００３９】
現在市販されている赤外線サーモグラフィの仕様は、−４０〜５００℃の範囲で温度計測可能であり、しかも検出精度は０．０３℃であるから、上部火炉水壁管１(メンブレンパー３)の炉外側からの温度監視が高精度に行われる。
【００４０】
先でも説明したように、本発明者らは微粒へマタイトスケール１８は火炉水壁管のうち、特に傾斜管で構成される下部火炉水壁管１０と垂直管で構成される上部火炉水壁管１との切り替え部位近くの上部火炉水壁管１の部位で多く付着することを見出した。
【００４１】
この微粒へマタイトスケール１８の付着は全部の上部火炉水壁管１に均等に析出(付着)するとは限らないため、赤外線サーモグラフィ４をできるだけ多数、上部火炉水壁管１を検出対象とする位置に設置することが望ましい。
【００４２】
しかし、上部火炉水壁管１の炉外側には数十ｃｍの所にボイラケーシング７が設けられており、上部火炉水壁管１とボイラケーシング７の間には図示されていないが保温材が充填されている。この保温材としては、例えばシリカ系の原料を繊維状または綿状にして積層したケイ酸カルシウム保温材やロックウール保温材(ＪＩＳ  Ａ9501Ａ〜9514)などが用いられている。
【００４３】
従って、赤外線サーモグラフィ４により上部火炉水壁管１を火炉の外側から監視するには保温材を部分的に除去して、保温効果については外部保温材の施工により補完することになるが、この工事を広範囲に行うのは困難である。
【００４４】
本発明者らは、下部火炉水壁管１０と上部火炉水壁管１との接続部の上部火炉水壁管１側に該当する上部火炉水壁管１のノーズ部２１に着目した。この部位に赤外線サーモグラフィ４を設置することにより、保温材を部分的に除去したり、外部保温材の施工などが必要なく、上部火炉水壁管１の火炉外側温度を広い範囲で検出できることを確認した。
【００４５】
ノーズ部２１は火炉内に突出した特有の構造になっており、この構造は上部火炉水壁管１の後壁部に特有の理由によるものであるが、特に火炉内の燃焼ガスが火炉から後流側のガス流路に流れる場合の経路を適正にする目的などのためにノーズ部２１が設けられている。
【００４６】
下部火炉水壁管１０と上部火炉水壁管１との切り替え部は、管寄せを介さない場合は、図９のような構造になるが、最近のものは、内部流体の流れ状態をより均一にするため、図２に示すように、下部火炉水壁管１０の上部が一旦火炉を離れて火炉外に引き出されて上部火炉水壁管入口管寄せ２３に接続し、その上部火炉水壁管入口管寄せ２３から再び火炉内に戻って上部火炉水壁管１となる構造を採用しているものが多い。
【００４７】
ここで、ノーズ部２１は図２に示すように、上部火炉水壁管入口管寄せ２３からの上部火炉水壁管１が、火炉内に突出した上部火炉水壁管１ａと、後壁の位置を上下に上るスクリーン管１ｂとに分岐したものからなる。
【００４８】
そして火炉内に突出した上部火炉水壁管１ａとスクリーン管１ｂの間には、保温材が施工されていない空間部が形成されている。この部位は、下部火炉水壁管１０と上部火炉水壁管１との切り替え部位の上部火炉水壁管１側に該当するため、この部位を火炉外部から検出するように赤外線サーモグラフィ４を設置することにより、上部火炉水壁管１の火炉外側温度を広い範囲で検出することができる。
【００４９】
さらに、ボイラケーシング７には検査用のマンドアが取り付けられていることが多く、その場合は水壁管とボイラケーシング７の間に保温材が施工されていないため、赤外線サーモグラフィ４の設置には最適である。
【００５０】
ボイラケーシング７は１００℃以上に昇温しているため、赤外線サーモグラフィ４（カメラ部４ａ）を保護のためにカメラ冷却装置５（図１参照）を設けることが望ましい。
【００５１】
また本実施例では、２次元の温度分布およびその温度変化データを記録するため、パソコンなどのデータ処理装置６（図１参照）が設置されている。
【００５２】
赤外線サーモグラフィ４の測定角度を変化させる構成にすることにより、さらに広範囲の計測が可能となる。図３は赤外線サーモグラフィ４の設置図で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図である。
【００５３】
赤外線サーモグラフィ４の測定可能な範囲は、赤外線サーモグラフィ４の仕様、上部火炉水壁管１とボイラケーシング７の距離などに依存し、通常の場合は２〜６ｍであり、炉幅１０ｍのボイラ装置では赤外線サーモグラフィ４は５〜９台ほど必要となる。しかし、ボイラ装置の熱負荷分布から高温になるゾーンは予め想定できるから、そのゾーンに対応するように赤外線サーモグラフィ４は３台程度で十分である。
【００５４】
赤外線サーモグラフィ４は、秒オーダの時間変化で温度分布の測定が可能であり、連続監視できるが、パウダー状へマタイトスケール１８による過熱は、時間または日のオーダで進行するので、データ量の軽減のため、１日１回から数回の測定で十分である。
【００５５】
図４は、赤外線サーモグラフィ４による診断例を説明するためのフローチャートである。  
ステップ（以下、Ｓと略記する）１で上部火炉水壁管１の赤外線サーモグラフィ４による温度計測を行い、Ｓ２で前回からの上部火炉水壁管１の昇温度（昇温した温度差）が３０℃（第１の判定基準温度）以上かどうかの判定がなされる。昇温度が３０℃未満であった場合は（Ｓ２でＮｏ）、ボイラ装置の運転はそのまま継続でき（Ｓ３）、所定時間経過後に再び赤外線サーモグラフィ４による温度計測が行われる（Ｓ１）。
【００５６】
上部火炉水壁管１の昇温度が３０℃以上であった場合（Ｓ２でＹｅｓ）、Ｓ４で上部火炉水壁管１の昇温度が５０℃（第２の判定基準温度）以上かどうかの判定がなされる。昇温度が５０℃未満であった場合は（Ｓ４でＮｏ）、該当する火炉水壁管あるいは火炉水壁管全体の化学洗浄を行ない（Ｓ５）、洗浄の結果、上部火炉水壁管１の昇温度が３０℃未満に下がったことを赤外線サーモグラフィ４で確認するとボイラ装置の運転を継続する（Ｓ３）。
【００５７】
上部火炉水壁管１の昇温度が５０℃以上であった場合（Ｓ４でＹｅｓ）、Ｓ６で上部火炉水壁管１を含む火炉水壁管の更新を行う。
【００５８】
本実施例では上部火炉水壁管１の昇温度が３０℃以上で５０℃未満の場合、Ｓ５で火炉水壁管の化学洗浄を行なったが、昇温度が３０℃以上になったゾーンの抜管調査による過熱損傷診断を行い、その診断結果に基づいてボイラ装置の運転継続か火炉水壁管の更新かを判断しても良い。
【００５９】
このように、長期的な温度変化の監視により、火炉水壁管の過熱損傷診断や限界温度までの予測により微粒へマタイトスケールの化学洗浄時期も想定できる。また、スケールブローやスケール除去運転での効果も赤外線サーモグラフィ４による監視で把握できる。
【００６０】
前述したように、ＣＷＴを採用したボイラ装置の火炉水壁管内面に付着する微粒へマタイトスケールは、ポーラスで熱伝導率が低く、へマタイト微粒子と超臨界水の混合層モデルで熱伝導率を解析した結果、０．４〜１Ｗ／ｍＫと推定された。
【００６１】
図５は、微粒へマタイトスケールの厚さとそれによるメタル温度上昇の関係を調べて、それをまとめた特性図である。この図から微粒へマタイトスケールによるメタル昇温度は、下式で表される。
【００６２】
ΔＴ＝Ｑ×（ｔｐｓ／λｐｓ）
ここで式中、ΔＴ：メタル昇温度（℃）
Ｑ：熱負荷（ｋＷ／ｍ２）
ｔｐｓ：微粒へマタイトスケールの厚さ（ｍ）
λｐｓ：微粒へマタイトスケールの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）。
【００６３】
微粒へマタイトスケールの熱伝導率（λｐｓ）を０．６Ｗ／ｍＫ、熱負荷（Ｑ）を３００ｋＷ／ｍ２とすると、微粒へマタイトスケールが０．１ｍｍの厚さ付着すると、メタル温度は約５０℃昇温することになり(図５参照)、スケール厚さが薄くても伝熱管材料は過熱損傷を引き起こすことになるため、より程度の高い監視が必要となる。
【００６４】
図４のＳ４で昇温度が５０℃以上かどうかの判定は、この図５の特性に基づいて設定された第２の判定基準値である。また、図４のＳ２で昇温度が３０℃以上かどうかの判定は、Ｓ４の前段階の安全値を見込んだ第１の判定基準値である。このように本発明の実施例では、火炉水壁管の過熱損傷診断を２重構えで行っており、信頼性の向上が図れる。
【００６５】
図６は、微粒へマタイトスケール付着前後の上部火炉水壁管１におけるメンブレンパー３での温度上昇を示した図であり、図６(ａ)は微粒へマタイトスケール付着前の状態、図６(ｂ)は微粒へマタイトスケール付着後の状態を、それぞれ示す図である。
【００６６】
図６に示すように上部火炉水壁管１は、外径が２０〜８０ｍｍ程度の伝熱管どうしをメンブレンバー３と称する板厚が３〜１０ｍｍ、板幅が１０〜１００ｍｍ程度の平鋼を介して溶接して、火炉水壁パネルとして使用される。従って、メンブレンバー３は上部火炉水壁管１に溶接により接続され、上部火炉水壁管１と一体化されており、温度履歴を上部火炉水壁管１と共有する。
【００６７】
図６(ａ)に示すように、上部火炉水壁管１の管内面に微粒へマタイトスケール１８が付着していない前の状態では、メンブレンパー３の温度は４５０〜５００℃である。
【００６８】
微粒へマタイトスケール１８は、初めに熱負荷２１を受けた管内面炉内側の特定の部位に付着する傾向があるが、一定量付着すると飽和する傾向があり、母材２の温度が上昇するため付着域は管内面炉外側へ徐々に広がって行き (特に図６(ｂ)の最も手前側の上部火炉水壁管１参照)、メンブレンパー３の温度も上昇して、４８０〜５３０℃になる。
【００６９】
上部火炉水壁管１の炉外側管表面やメンブレンパー３のメタル温度変化は赤外線サーモグラフィ４を用いて検知できるので、検知した計測値によって微粒へマタイトスケール１８付着による上部火炉水壁管１の過熱を高精度の監視できる。
【００７０】
図７は微粒へマタイトスケール１８の付着モデルを示す図であり、図７(ａ)は上部火炉水壁管１に対する熱負荷２１の当たり方を示す図、図７(ｂ)は微粒へマタイトスケール１８が上部火炉水壁管１の炉内側から炉外側へと付着する状態を示す図、図７(ｃ)はさらにメタル温度が上昇して微粒へマタイトスケール１８の付着範囲が広がっていく状態を示す図である。
【００７１】
微粒へマタイトスケール１８は、炉内側の燃焼ガスからの熱負荷２１により、まず上部火炉水壁管１の炉内側の一部に付着し、次いで上部火炉水壁管１の炉外側の方へも付着する(図７(ｂ)参照)。さらにメタル温度が上昇すると、微粒へマタイトスケール１８の付着範囲が拡大する。
【００７２】
本実施例によれば、赤外線サーモグラフィにより２次元面の温度とその変化が測定でき、上部火炉水壁管１に対する赤外線サーモグラフィの設置角度を変化させることにより広い範囲の測定ができる。そのため、予測が困難な突発的な微粒へマタイトスケール１８の付着による過熱診断に適している。
【００７３】
図１に示すデータ処理装置６には、予め定められたサンプリング周期で計測された各赤外線サーモグラフィ４からの上部火炉水壁管１あるいはメンブレンパー３の計測温度データの他に、微粒へマタイトスケールの熱伝導率（λｐｓ）、燃焼ガスによる熱負荷（Ｑ）、前記第１の判定基準値ならびに第２の判定基準値など、過熱損傷診断に必要な各種データが記憶されている。
【符号の説明】
【００７４】
１：上部火炉水壁管、
１ａ：火炉内に突出した上部火炉水壁管、
１ｂ：スクリーン管、
２：母材、
３：メンブレンバー、
４：赤外線サーモグラフィ、
６：データ処理装置、
７：ボイラケーシング、
９：ボイラ、
１０：下部火炉水壁管、
１７：硬質酸化スケール、
１８：微粒へマタイトスケール、
２１：熱負荷、
２２：ノーズ部、
２３：上部火炉水壁管入口管寄せ。
【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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【図１０】
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