(57)【要約】【課題】固体粒子を含む気流に対して、その固体粒子の衝突で摩耗する物体面を保護するための摩耗抑制方法を提供する。【解決手段】固体粒子１を含む気流に対して、その固体粒子１の衝突で摩耗する物体３面を保護するための摩耗抑制方法において、物体面３へ保護液４を導入する保護液導入部５を設け、その保護液導入部５から保護液４を導入して物体面３上に液膜６を形成し、その液膜６で物体面３に衝突する固体粒子１の衝突エネルギを減じ、物体面３の摩耗を抑制する方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体粒子を含む気流に対して、その固体粒子の衝突で摩耗する物体面を保護するための摩耗抑制方法において、
前記物体面へ保護液を導入する保護液導入部を設け、その保護液導入部から保護液を導入して前記物体面上に液膜を形成し、その液膜で前記物体面に衝突する固体粒子の衝突エネルギを減じ、前記物体面の摩耗を抑制することを特徴とする摩耗抑制方法。
【請求項２】
固体粒子を含む気流に対して、その固体粒子の衝突で摩耗する物体面を保護するための摩耗抑制装置において、
前記物体面へ保護液を導入する保護液導入部を設けると共に、
前記保護液導入部に保護液を供給する保護液供給部を設け、
前記保護液導入部から保護液を導入して前記物体面上に液膜を形成し、その液膜で前記物体面に衝突する固体粒子の衝突エネルギを減じ、前記物体面の摩耗を抑制するように構成したことを特徴とする摩耗抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体粒子を含む気流に対して、その固体粒子の衝突で摩耗する物体面を保護するための摩耗抑制方法及び摩耗抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流動層ボイラのサイクロン、微粉炭バーナ配管、または各種粉体輸送配管など、気流と固体粒子とが混合した固気混相流が流れる配管では、例えば配管の向きが変わるコーナー部などにおいて、固体粒子の衝突により物体面が激しく摩耗するという問題がある。
【０００３】
気流中の固体粒子による摩耗が激しい箇所を保護する方法として、例えば特許文献１に記載されるような、摩耗箇所にガスを吹き出させることによって物体表面のエロージョンを抑制する方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−５６４０７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】橋本建次著、「粉粒体による摩耗」、産業技術センター、１９７４年、ｐ．１０８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１の方法は、高温気流の熱で気化する冷却剤をあらかじめ物体面に仕込んでおき、物体表面を気化した冷却ガスの層で被覆する方法であり、固体粒子の運動量を十分に低下させるだけのガス層を形成することはできず、物体面の摩耗を十分に低下させることはできなかった。
【０００７】
このように、ガス吹き出しによって気流中に広く分散した固体粒子から物体表面を防御する方法では、気流あるいは気流中の固体粒子の運動量に影響を及ぼすだけの大量のガスを使用する必要があるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、固体粒子を含む気流に対して、その固体粒子の衝突で摩耗する物体面を保護するための摩耗抑制方法及び摩耗抑制装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために創案された本発明は、固体粒子を含む気流に対して、その固体粒子の衝突で摩耗する物体面を保護するための摩耗抑制方法において、前記物体面へ保護液を導入する保護液導入部を設け、その保護液導入部から保護液を導入して前記物体面上に液膜を形成し、その液膜で前記物体面に衝突する固体粒子の衝突エネルギを減じ、前記物体面の摩耗を抑制する摩耗抑制方法である。
【００１０】
また本発明は、固体粒子を含む気流に対して、その固体粒子の衝突で摩耗する物体面を保護するための摩耗抑制装置において、前記物体面へ保護液を導入する保護液導入部を設けると共に、前記保護液導入部に保護液を供給する保護液供給部を設け、前記保護液導入部から保護液を導入して前記物体面上に液膜を形成し、その液膜で前記物体面に衝突する固体粒子の衝突エネルギを減じ、前記物体面の摩耗を抑制するように構成した摩耗抑制装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、固体粒子を含む気流に対して、その固体粒子の衝突で摩耗する物体面を保護するための摩耗抑制方法及び摩耗抑制装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る摩耗抑制方法を説明する概略図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る保護液導入部の概略構成図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る摩耗抑制方法を説明する要部概略図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る摩耗抑制方法を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態について図面に基づき説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態に係る摩耗抑制方法を実施するための摩耗抑制装置の構成を示す図である。ここでは、一例として、固体粒子１を含む気流を通す配管２のコーナー部の摩耗を抑制する場合を説明する。この場合、図１にハッチングで示される位置、すなわち配管２のコーナー部の外側に位置する内壁が、固体粒子１の衝突により摩耗される物体面３となる。
【００１５】
図１に示すように、摩耗抑制装置１００は、配管２内の物体面３の近傍から、物体面３の上方へ保護液４を導入する保護液導入部５と、保護液導入部５に保護液４を供給するための保護液供給部１０１と、を設けたものであり、物体面３上に保護液４による液膜６を形成し、その液膜６で物体面３に衝突する固体粒子１の衝突エネルギを減じ、物体面３の摩耗を抑制するものである。
【００１６】
本実施の形態では、保護液導入部５はノズル状に形成されると共に物体面３の上方に接続され、配管２の壁面から保護液４を吹き出すように構成される。このように構成することで、物体面３へ導入された保護液４は物体面３の表面を下方に流れ、摩耗から物体面３を保護するための液膜６を形成する。
【００１７】
この保護液導入部５は、図２（ａ）に示すように、配管２の壁面に設けられ保護液４の噴出し口となる噴出プレート７と、保護液供給部１０１からの保護液４を噴出プレート７に送る導入管８とを主に備えるものである。
【００１８】
本発明では噴出プレート７として、例えば図２（ｂ）に示すような、多数の吹き出し孔９を設けた金属プレート７ｈや、図２（ｃ）に示すような、多数のスリット１０を設けた金属プレート７ｓなどを使用することができる。このような噴出プレート７を用いることにより、保護液導入部５からの保護液４の供給範囲を広げ、液膜６で被覆する物体面３の面積を広げることができ、より広範囲で固体粒子１の衝突から物体面３を保護できる。これら噴出プレート７は、金属板のパンチング加工やスリット加工により製造される。これらの他にも、保護液４を内部から染み出させるように形成した多孔質の焼結金属などを使用することもできる。
【００１９】
なお本発明では、図１中に点線で示すように、保護液導入部５ａを物体面３の上空（すなわち、配管２の内部）に設け、その噴出し口を物体面３に対向させると共に気流の上流側に向けて配置し、保護液４を物体面３に対して吹き出すように構成しても良い。また、噴出し口を物体面３に対向させると共に気流の下流側に向けて配置した保護液導入部５ｂのように構成しても良い。この場合、物体面３に対して飛来中の固体粒子１に保護液４を直接噴霧して、固体粒子１を保護液４で被覆することができる。ただし、摩耗を十分に抑制するためには物体面３上に保護液４による液膜６を形成する必要があるので、保護液導入部５ａの形状および位置は、噴出された保護液４が物体面３上で液膜６を形成できるようなものとする。
【００２０】
摩耗抑制装置１００の保護液供給部１０１は、保護液導入部５に保護液４を供給するための供給系１０２と、保護液４を物体面３の下方から配管２外へ排出させるための排出系１０３と、からなる。
【００２１】
供給系１０２は、保護液４を貯留するタンク１１と、タンク１１から保護液４を圧送するためのポンプ１２と、保護液導入部５への保護液４の供給量を調節するための供給バルブ１３と、を備え、これらタンク１１、ポンプ１２、供給バルブ１３、および保護液導入部５は、供給配管１４で順次接続される。この供給系１０２は、タンク１１からポンプ１２により圧送した保護液４の供給量をバルブ１３の開度で調節し、その保護液４を保護液導入部５から物体面３上方に導入するものである。なお、タンク１１には保護液４を抜き出すための排液バルブ１５が設けられ、供給配管１４の途中には保護液４の流量を計測するための図示しない流量計が設けられる。
【００２２】
排出系１０３は、物体面３の下方に設けられ保護液４を配管２外へ排出するための排出孔１６と、その排出孔１６よりも液膜６の下流側に設けられ保護液４の漏出を防止するためのカバー１７と、排出された保護液４を濾過して固体粒子１と保護液４とに分離するための濾過部１８と、を備え、排出孔１６と濾過部１８が排出配管１９により接続される。この排出系１０３では、カバー１７は排出孔１６の上方と液膜６の下流側を覆うように形成されており、物体面３から流れてきた保護液４をカバー１７で堰き止めて排出孔１６に集め、配管２外へ排出するようにしている。また、カバー１７は固体粒子１を含む気流が、直接、排出孔１６に入り込まないように工夫されている。
【００２３】
なお、配管２のコーナー部が最下方に位置する場合など、保護液４が物体面３上から流れ出ないような構成においては、排出孔１６は物体面３の最下方に接続される。また、このような場合には、導入された保護液４が漏出することが無いのでカバー１７は省略しても良い。
【００２４】
本実施の形態では、供給系１０２のタンク１１と排出系１０３の濾過部１８とを循環配管２０で接続し、排出孔１６から濾過部１８を経て回収した保護液４をタンク１１に戻して再利用するようにしている。なお、本発明では供給系１０２および排出系１０３を独立としても良い。
【００２５】
液膜６は、図３に示すように、物体面３の上方から下方に流れる保護液４により形成される。この液膜６は、物体面３に向けて飛来してきた固体粒子１の衝突速度を減速させて摩耗を抑制すると共に、捕捉した固体粒子１を下方に排出して物体面３を洗浄するためのものである。
【００２６】
液膜６を形成するための保護液４としては、経済性および摩耗抑制の観点から水を用いることが好ましい。
【００２７】
非特許文献１に記載されるように、通常、物体面３に衝突する固体粒子に１０質量％程度の水分が付着している場合、衝突した固体粒子１／物体面３間の接触が水分によって潤滑されるため、固体粒子１が物体面３をより深く研削することとなり、摩耗量が増加する。ところが、衝突する固体粒子１に含まれる水分量が２０質量％以上となる（言い換えると、固体粒子１と、固体粒子１に付着した水分と、の合計質量に対する水分量が２０質量％以上となる）と、付着水そのものが固体粒子１と物体面３との衝突を緩和するようになり、摩耗量が低下する。
【００２８】
つまり、保護液４として水を用い、物体面３に衝突する固体粒子１に含まれる水分量が２０質量％以上となるように、液膜６を物体面３上に形成すると、液膜６によって固体粒子１の衝突速度を減速させる第１のクッション効果と、固体粒子１の付着水によって物体面３との衝突を緩和させる第２のクッション効果により、物体面３の摩耗を効果的に抑制できることとなる。
【００２９】
なお本発明では、配管２の伝熱劣化を抑えるべく、保護液４を加熱してから供給するためのヒータまたは熱交換手段を供給系１０２に設けても良い。
【００３０】
さらに本発明では、保護液４として水を用いるほかにも、配管２の材質、形状、温度、圧力などにより、保護液４の成分を適宜変更可能である。例えば、気流の流速が早く保護液４としての水が飛散して配管２の下流側へ巻き込まれるような環境では、比重や粘度の大きい有機溶液を使用することもできる。また、配管２の腐食防止のための防錆剤を水に配合するなどしても良い。
【００３１】
次に、本実施の形態に係る摩耗抑制方法について説明する。
【００３２】
気流中に含まれる固体粒子１による物体面３の摩耗が懸念されるとき、ポンプ１１を起動すると共に供給バルブ１３を開いて、タンク１１内の保護液４を保護液導入部５へ供給する。
【００３３】
保護液導入部５は物体面３の上方に接続されており、保護液導入部５から導入された保護液４は物体面３上を下方に向けて流れ、保護液４による液膜６が形成される。
【００３４】
ここで、液膜６となる保護液４に水を用いる場合には、供給配管１４の途中の図示しない流量計の指示値に基づいて、物体面３に衝突する固体粒子１に含まれる水分量が２０質量％以上となるように、保護液導入部５からの保護液４の供給量を調節する。なお、保護液４の供給量は供給バルブ１３の開度により調節される。
【００３５】
物体面３上に形成された液膜６は、図１，３に示したように、飛来してきた固体粒子１の物体面３への衝突速度を著しく低下させ、物体面３の摩耗を抑制する。さらに、捕捉した固体粒子１を下方へ向けて移動させ、物体面３上に固体粒子１が付着・堆積することを防止する。
【００３６】
保護液４と共に物体面３の下方に移動した固体粒子１は、排出孔１６から配管２外へ排出されて濾過部１８で濾過され、保護液４のみがタンク１１へ戻される。
【００３７】
気流中の固体粒子１の濃度が低くなるなどして、物体面３の摩耗の懸念が低下したときには、ポンプ１１を停止すると共に供給バルブ１３を閉じて摩耗抑制装置１００の運転を終了する。
【００３８】
以上要するに、本発明の摩耗抑制方法では、摩耗から保護したい物体面３で液膜６を形成し、その液膜６で物体に衝突する固体粒子１の衝突エネルギを減じて、物体面３の摩耗を抑制するようにしている。
【００３９】
本発明によれば、固体粒子１の衝突速度を液膜６により低下させるので、固体粒子１の減速効果（クッション効果）が大きく、物体面３の摩耗をより抑制することができる。
【００４０】
また、ガス吹き出しによる方法のように大量の空気を導入する必要が無く、少量の保護液４で摩耗を抑制できる。
【００４１】
さらには、固体粒子１を保護液４と共に配管２外へ排出できるようにしているので、配管２内に固体粒子１が付着・堆積することが無い。
【００４２】
本発明は上記実施の形態に限られず、種々の変更が可能である。
【００４３】
例えば、図４に示すように、固気混相の気流を固体粒子１とガスとに分離するためのサイクロン４１に保護液ヘッダ４２を設け、保護液ヘッダ４２から保護液４を導入してサイクロン４１の内壁を液膜６で被覆し、飛来してきた固体粒子１の衝突速度を液膜６で減速して摩耗を抑制すると共に、捕捉した固体粒子１を保護液４と共に下方へ排出するように構成しても良い。
【００４４】
図４に示すような構成においても、本発明に係る摩耗抑制方法は固体粒子の衝突による摩耗を効果的に抑制することができる。
【００４５】
また、保護液４を導入するための保護液導入部５を複数設け、より広範囲の物体面３を固体粒子１の衝突から保護するように構成しても良い。
【００４６】
また、噴出プレート７（７ｈ、７ｓ）は金属に限定されない。気流の圧力、温度、気流および保護液の種類に応じて、噴出プレート７の材質を適宜変更することは勿論可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  固体粒子
２  配管
３  物体面
４  保護液
５  保護液導入部
６  液膜
１００  摩耗抑制装置
１０１  保護液供給部
１０２  供給系
１０３  排出系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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