排熱回収ボイラ

【課題】約650℃で約50m/s以上の高温高流速のガスタービン排ガスの旋回流によって励起される伝熱管パネルの振動を抑制を図りながらＨＲＳＧの安定運用を可能とする排熱回収ボイラを提供することにある。
【解決手段】例えば約650℃で約50m/s〜100m/sのような高温高流速のガスタービン排ガス11が排熱回収ボイラ内で旋回流を形成して、該旋回流によって伝熱管パネル13AL〜13CRが振動を励起されようとする場合に、排ガス1の流れに直交する方向の配置された伝熱管パネル13AL〜13CRの隣接する２つのパネル同士を連結する第２の連結部材52A、52B、52C又は53A、53Bは、隣接する２つの伝熱管パネル13AL〜13CR同士の相対変位に応じて１つのピン26又は２つのピン25、25により、変位自由度を変化させた構成としているので、全伝熱管パネル13AL〜13CRの安定した振動モードを形成して十分な振動エネルギー吸収効果を得ることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）に関し、特にガスタービンからの高温高速の排ガスの流れにより励振される排熱回収ボイラの伝熱管パネルの防振構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
急増する電力需要に応えるために、高効率発電の一環として、最近複合発電プラントが注目されている。この複合発電プラントはまず、ガスタービンによる発電を行うとともに、ガスタービンから排出される排ガス中の熱を排熱回収装置（排熱回収ボイラ）によって回収し、この排熱回収ボイラで発生した蒸気により、蒸気タービンを駆動させて発電するものである。
【０００３】
この複合発電プラントは、ガスタービンによる発電と蒸気タービンによる発電を同時に行うことができるために、発電効率が高い上にガスタービンは負荷応答性に優れており、急激な電力需要の上昇、下降にも充分対応し得る負荷追従性に優れた利点もあり、特にいわゆる毎日起動停止（Daily Start Stop）運転や、週末起動停止（Weekly Start Stop）運転を行うプラントには有効である。
【０００４】
ところが、この複合発電プラントにおいては、ＬＮＧ、灯油などのクリーンな燃料を使用するので、ＳＯｘ量やダスト量は少なくなるが、ガスタービンの燃焼においては酸素量が多く、高温燃焼を行うために、排ガス中のＮＯｘ量が増加するので、脱硝装置を内蔵した排熱回収ボイラが用いられている。
【０００５】
図１１には脱硝装置が配置された複合発電プラントの概略系統図を示す。図１１において、ガスタービン１からの高温高速の排ガス１１は排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）ダクト１２に設置された過熱器３、第１の蒸発器４、脱硝装置５、第２の蒸発器６、節炭器７に順次に接触して熱交換される。また第１の蒸発器４と第２の蒸発器６からの蒸気を含む水が管路２８ａと管路２８ｂから汽水分離ドラム８にそれぞれ送られ、該汽水分離ドラム８から分離された蒸気は飽和蒸気管３７を経て過熱器３でさらに過熱された後、主蒸気管３１を経由して蒸気タービン９を駆動する過熱蒸気として利用される。蒸気タービン９で用いられた蒸気は復水器１０で水Ｗに戻され、給水管路３２に配置された復水ポンプ３０により節炭器７に循環され、節炭器７でガスタービン１からの排ガス１１より予熱されてドラム８内に供給される。ドラム８内の水は降水管３３を通って下降し、管路３５ａ、３５ｂを経て蒸発器４、６へ導入され、その後、管路２８ａ、２８ｂを経てドラム８内に戻る。主蒸気管３１に接続されたタービンバイパス管３８は、蒸気タービン９をバイパスして蒸気を直接復水器１０に導いても良い。
【０００６】
また、図１１には、蒸気タービン９への蒸気の流量を調節する蒸気タービン加減弁３９、蒸気タービン９への蒸気の供給により蒸気のバイパス量を調節するタービンバイパス弁４０および排ガスダクト１２のダンパ４１が設けられている。
【０００７】
以上の説明は、複合発電プラントにおける高温高速の排ガス１１、給水Ｗ及び蒸気の各流れの概要を説明したものであるが、一般に、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）内には、過熱器３、蒸発器４、６及び節炭器７等の熱交換器が組み込まれて、排ガス１１の排熱を回収するとともに排ガス１１の脱硝を行うために脱硝装置５が配置されている。
【０００８】
図１２には排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）内に配置される熱交換器を構成する伝熱管パネル１３の斜視図を示している。該伝熱管パネル１３は、前記図１１の過熱器３、第１の蒸発器４、第２の蒸発器６及び節炭器７等の伝熱面を構成する熱交換器であり、上部、下部管寄せ１７、１７とそれらの間に多数の伝熱管２２を接続し、伝熱管２２の外周には排ガス１１からの熱を吸収し易くしたフィン２３が螺旋状に巻き付けられ、溶接接続されたフィンチューブ２４からなる。このような伝熱管パネル１３が図１２に示す例では、パネル面をガス流れに直交する方向に向けて３つ伝熱管パネル１３を一ユニットとして、このユニットを複数並べて配置し、これらをガス流れに直交するボイラ左右方向の水平サポート１９とガス流れ方向に沿った連結金具１８と水平サポート端部補強板２０（図１２には図示せず。図１９に示すように水平サポート端部補強板２０は１つの伝熱管パネル１３の並列位置にある２つの水平サポート１９間を連結し、２つの隣接伝熱管パネル１３の補強板２０同士を連結する）で束ねている。
【０００９】
３列の伝熱管２２を千鳥配置する伝熱管パネル１３の横断面図を図１３に示し、図１４に図１３の伝熱管パネルの側面図と、図１５に図１３の伝熱管パネル１３の上下に管寄せを接続する前の状態の側面図を示している。
【００１０】
これら図１３、図１４及び図１５の断面図、側面図及び組み立て前の側面図に示す構成からなるフィンチューブ２４（伝熱管２２とフィン２３からなる）をハニカムサポート２９（図１３）で束ね、さらにハニカムサポート２９の外側を連結金具１８、水平サポート１９及び補強板２０（図１７〜図２０参照）で束ねて一伝熱管パネル１３として用いる例である。ここでは、各伝熱管パネル１３は伝熱管２２とその回りに螺旋状に溶接されるフィン２３からなるフィンチューブ２４を備え、このフィンチューブ２４を２列また３列千鳥配置した例を示している。
【００１１】
３列のフィンチューブ２４を一伝熱管パネルユニットとして製造する場合には、上部、下部管寄せ１７、１７の間に図１３に示すようにフィンチューブ２４の上下にそれぞれ波板からなるハニカムサポート２９の互いに接触する部分の要所を溶接接続して溶接部Ｙとする。
【００１２】
図１６にＨＲＳＧの鳥瞰図を示す。ＨＲＳＧは、ダクト１２の内部に伝熱管パネル１３を収納した蒸気発生器である。ダクト１２の内部には、ガスタービン(図示せず)からの高温高速の排ガス１１が流入され、伝熱管パネル１３で熱吸収されて比較的低温になったガスが煙突１４から排出される。
【００１３】
図１７にＨＲＳＧの排ガス入口部の側面図を示す。また図１８には図１７のＡ−Ａ線断面図を示し、図１９には図１７のＢ−Ｂ線断面図を示し、例えば伝熱管パネル１３Ａは排ガス１１の流れガスに直交する方向に左、中央、右と３列並列配置された例を示しており、伝熱管パネル１３ＡＬ、伝熱管パネル１３ＡＭ、伝熱管パネル１３ＡＲからなる。なお、伝熱管パネル１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃをガスタービンからの排ガス１１の流れ方向に沿って順次配置する。
【００１４】
また各伝熱管パネル１３ＡＬ、伝熱管パネル１３ＡＭ、伝熱管パネル１３ＡＲはダクト１２の前後方向の連結金具１８とダクト１２の横断方向に水平サポート１９がそれぞれ複数段配置されている。連結金具１８は水平サポート１９の端部に設けられている。
【００１５】
また各伝熱管パネル１３ＡＬ、伝熱管パネル１３ＡＭ、伝熱管パネル１３ＡＲは上部管寄せ１７ＡＬ、１７ＡＭ、１７ＡＲにそれぞれ吊下げ支持され、また伝熱管パネル１３ＡＬ、伝熱管パネル１３ＡＭ、伝熱管パネル１３ＡＲは下部管寄せ１７ＡＬ、１７ＡＭ、１７ＡＲにそれぞれ接続している。また、ダクト１２は架構１６を介して地面１５に支持されている。
【００１６】
伝熱管パネル１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃには、約６５０℃で約２０ｍ／ｓの高温高流速ガス１１が作用して振動する。この振動を抑制するため、従来、伝熱管パネル１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃをガスタービンからの排ガス（ガス流れ）１１の流れる方向に沿った（前後）方向に連結する金具１８を設置していた(特開２０００−２９１９０１号公報参照)。この連結金具１８による伝熱管パネル１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの前後方向の連結状態を、図１７とは異なる方向から表示したものを、図１８（図１７のＡ−Ａ線断面図）及び図１９（図１７のＢ−Ｂ線断面図）に示す。
【００１７】
図１９に示すように、水平サポート１９の端部には補強板２０が設置されており、この補強板２０にピン２１を介して連結金具１８が設置されている。図１９に示す伝熱管パネル１３ＡＬ、１３ＡＭ、１３ＡＲに、ガスタービン１からの約６５０℃で約２０ｍ／ｓの高温高流速ガス１１が作用した場合の伝熱管パネル１３ＡＬ、１３ＡＭ、１３ＡＲの変形状態を図２０に示す。
【００１８】
排ガス１１の流れは、均等流ではなく旋回流であり、これが各伝熱管パネル１３ＡＬ、１３ＡＭ、１３ＡＲの間隙である圧力損失の小さい部分に流れ込むことが振動のトリガとなり、排ガス１１の流れに対して左右方向に連結されていない伝熱管パネル１３ＡＬ、１３ＡＭ、１３ＡＲの振動が除々に大きくなる。また、この振動により、連結金具１８の変形が大きくなり、連結金具１８の損傷や破断につながるとともに、伝熱管パネル１３ＡＬ、１３ＡＭ、１３ＡＲ同士が接触して（図２０に点線サークルＳで示す）により伝熱管パネル１３ＡＬ、１３ＡＭ、１３ＡＲに損傷が生じることが問題であった。
【００１９】
このような従来の問題点を解決すべく、ＨＲＳＧ内での排ガス１１の流れに対して左右方向にも連結金具１８を設けることが考えられるが、単純に前記左右方向を連結する金具１８を設けるだけでは、全伝熱管パネル１３ＡＬ、１３ＡＭ、１３ＡＲ；１３ＢＬ、１３ＢＭ、１３ＢＲ；１３ＣＬ、１３ＣＭ、１３ＣＲの安定した振動モードを形成できず、連結金具１８による十分な振動吸収ができないことが問題であった。
【００２０】
また、本出願人が先に出願した発明（特許文献１）では排ガス１１の流れの前後方向に配置される一対の伝熱管パネル同士を連結金具で連結することで、伝熱管パネル群の剛性を高めることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２０００−２９１９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
近年、ガスタービンが大型化して、ＨＲＳＧに流入する排ガスは、従来の約２０ｍ／ｓの流速に比べて遥かに高速流である約５０ｍ／sで、しかも約６５０℃という高温ガスとなっている。そのため、ＨＲＳＧ内で高速高温の排ガス１１に偏流が生じると、１００ｍ／ｓにもなる高速ガス流が部分的に発生する場合がある。
【００２３】
そのため、上記したように図１８、図１９記載の伝熱管パネル構成では、前記約６５０℃で約５０ｍ／ｓ以上、局所的には約１００ｍ／ｓの高温高速流のガスタービン排ガス１１が旋回流となって作用した場合に図２０に示すように伝熱管パネルの振動を抑制することができないことがあり、また、特許文献１記載の方法では剛性が高くなっても高温高速の排ガス流による変形防止を達成させることはできない。
【００２４】
本発明の課題は、上記従来技術における問題点を解決し、約６５０℃で約５０ｍ／ｓ以上、場合によっては約１００ｍ／ｓの高温高流速のガスタービン排ガスの旋回流によって励起される伝熱管パネルの振動を抑制を図りながらＨＲＳＧの安定運用を可能とする排熱回収ボイラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は以下の請求項に記載した発明により達成される。
請求項１記載の発明は、ガスタービン排ガスが旋回流となって流入するダクト内でのガス流れに直交する方向に２列以上並列配置され、ガス流れに沿って２列以上配置され、複数個の伝熱管を束ねた伝熱管パネルと、前記ダクト内でのガス流れに沿って２列以上配置された伝熱管パネルの隣接する伝熱管パネル同士を連結する第１の連結部材で連結し、またガス流れに直交する方向に２列以上配置された伝熱管パネルの隣接する伝熱管パネル同士を連結する第２の連結部材で連結し、前記第２の連結部材は、隣接する２つの伝熱管パネル同士の相対変位に応じて変位自由度を変化させた構成からなることを特徴とする排熱回収ボイラである。
【００２６】
請求項２記載の発明は、前記第２の連結部材が、隣接する２つの伝熱管パネル同士の相対変位が他の隣接する２つの伝熱管パネル同士の相対変位より大きくなる部位は変位自由度のある２以上のピン止め体で第２の連結部材が構成され、隣接する２つの伝熱管パネル同士の相対変位が他の隣接する２つの伝熱管パネル同士の相対変位より小さくなる部位は変位自由度のある１つのピン止め体で第２の連結部材が構成されることを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラである。
【００２７】
請求項３記載の発明は、前記ピン止め体が、隣接する２つの伝熱管パネルにそれぞれ支持固定された係止板と前記各係止板に設けられたそれぞれの丸孔より小径である、前記丸孔に挿着して２つの伝熱管パネルを係止するピンからなることを特徴とする請求項２記載の排熱回収ボイラである。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１記載の発明によれば、例えば約６５０℃で約５０ｍ／ｓ以上、局所的には約１００ｍ／ｓの高温高速流のガスタービン排ガスの旋回流によって伝熱管パネルが振動を励起されようとする場合に、前記第２の連結部材は、隣接する２つの伝熱管パネル同士の相対変位に応じて変位自由度を変化させた構成であるので、全伝熱管パネルの安定した振動モードを形成して十分な振動エネルギー吸収効果を得ることができる。
【００２９】
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、ガス流れに直交する方向に配置される隣接する２つの伝熱管パネル同士の相対変位が他の隣接する２つの伝熱管パネル同士の相対変位より大きくなる部位には変位自由度のある２以上のピン止め体で第２の連結部材が構成され、またガス流れに直交する方向に配置される隣接する２つの伝熱管パネル同士の相対変位が他の隣接する２つの伝熱管パネル同士の相対変位より小さくなる部位には変位自由度のある１つのピン止め体で第２の連結部材が構成されることで、確実に全伝熱管パネルの安定した振動モードを形成して十分な振動エネルギー吸収効果を得ることができ、確実にＨＲＳＧの防振が達成できる。
【００３０】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明の効果に加えて、ガス流れに直交する方向に隣接する２つの伝熱管パネルを連結する第２の連結部材としてピン止めという簡単な構成を用いることができるので、安価にＨＲＳＧの防振を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例のＨＲＳＧパネル防振構造における図１７のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】図１のＨＲＳＧの伝熱管パネルの連結用のピンの形状とパネル間の左右方向の相対変形時に荷重Ｐとその反力（Ｐ／２）のピンへの発生部位を説明する図である。
【図３】図１のＨＲＳＧの伝熱管パネルの連結用ピンの変位δと荷重Ｐとの関係を示すグラフである。
【図４】図１のＨＲＳＧの中央部の伝熱管パネルに設置した１本のピンを有する左右方向連結金具の詳細を示す平面図である。
【図５】図１のＨＲＳＧの中央部の伝熱管パネルに設置した１本のピンを有する左右方向連結金具の詳細を示す側面図である。
【図６】図１のＨＲＳＧの前側の伝熱管パネルと後側の伝熱管パネルの各縁部分に設置した２本のピンを有する左右方向連結金具の詳細を示す平面図である。
【図７】図１のＨＲＳＧの前側の伝熱管パネルと後側の伝熱管パネルの各縁部分に設置した２本のピンを有する左右方向連結金具の詳細を示す側面図である。
【図８】ガスタービン排ガスの旋回流が、本実施例による防振構造に作用した場合の伝熱管パネルの振動モードを示す図１７のＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】ガスタービン排ガスの旋回流が、本実施例による防振構造に作用した場合の伝熱管パネルのもう１つの振動モードを示す図１７のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１０】従来の構造と本実施例による防振構造での伝熱管パネルの振動レベルを比較した結果を示すグラフである。
【図１１】脱硝装置が配置された複合発電プラントの概略系統図である
【図１２】排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）内に配置される熱交換器を構成する伝熱管パネルの斜視図である。
【図１３】排熱回収ボイラ内に配置される伝熱管パネルの断面図である。
【図１４】図１３の伝熱管パネルの側面図である。
【図１５】図１３の伝熱管パネルの組み立て前の側面図である。
【図１６】ＨＲＳＧの鳥瞰図である。
【図１７】ＨＲＳＧの入口部分の側面図である。
【図１８】図１７のＡ−Ａ線断面図である。
【図１９】図１７のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２０】従来のＨＲＳＧの伝熱管パネルの振動を抑制することができない場合の伝熱管パネルの排ガス流による変形状態を説明する図１７のＢ−Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１には本発明の実施例のＨＲＳＧパネル防振構造における図１７のＢ−Ｂ線断面図を示す。本実施例では排ガス流れ方向に３列、排ガス流れに直交する方向に３列の伝熱管パネル（以下単にパネルということがある）１３が配置しているものとして説明する。しかし実際は排ガス流れ方向には３列以上、排ガス流れに直交する方向にも３列以上の伝熱管パネル１３が配置されているものもある。
【００３３】
また、図１において、排ガスの入口側（缶前）の伝熱管パネル１３Ａ、中央部の伝熱管パネル１３Ｂ、出口側（缶後）の伝熱管パネル１３Ｃとし、各伝熱管パネル１３Ａ〜１３Ｃのうちで缶前から見て左側のものを伝熱管パネル１３ＡＬ、１３ＢＬ、１３ＣＬ、中央のものを伝熱管パネル１３ＡＭ、１３ＢＭ、１３ＣＭ、そして右側を伝熱管パネル１３ＡＲ、１３ＢＲ、１３ＣＲということにする。
【００３４】
図１に示す全伝熱管パネル１３ＡＬ、１３ＡＭ、１３ＡＲ；１３ＢＬ、１３ＢＭ、１３ＢＲ；１３ＣＬ、１３ＣＭ、１３ＣＲ（以下全パネルということがある。）の縁部分の伝熱管パネル１３ＣＬと伝熱管パネル１３ＣＲが伝熱管パネル１３ＣＭと接合をする連結金具５３Ａ、５３Ｂに２本のピン２５を設置し、全パネルの中央部分に１本のピン２６を有する左右方向連結金具５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃを設置することで、全パネルの安定した振動モードを形成して十分な振動エネルギー吸収効果を得ることを可能にする防振構造である。
ここで、排ガス１１が作用しない時点(パネル変形前の時点)でのパネル間のギャップδｂとする。
【００３５】
本構造では、振動時に生じるパネル間の左右方向の相対変位を利用してエネルギー吸収部材である鋼製ピン２５、２６により振動エネルギーを吸収する。このピン２５、２６の詳細を、図２、図３を用いて説明する。
【００３６】
図２は、ピン２５、２６の形状を示したものである。直径Ｄで長さＬのピン２５、２６の長さ方向の中央部にパネル間の左右方向の相対変形時に荷重Ｐが発生する。また、荷重Ｐの反力（Ｐ／２）がピン２５、２６の両端部に発生する。図３は、横軸をピン２５、２６の変位δ、縦軸を荷重Ｐとするグラフであり、変位δと荷重Ｐによる平行四辺形内の面積Ａ分のエネルギー吸収が行われる。
【００３７】
図１における全パネルの中央部のパネル１３Ｂに設置した１本のピン２６を有する左右方向連結金具５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃの詳細を図４及び図５に示す。図４は平面図であり、図５は側面図である。これらの図に示すように、伝熱管パネル１３ＢＬ、１３ＢＭ、１３ＢＲに設けた左右のパネルを束ねる水平サポート１９と水平サポート端部補強板２０の中で、水平サポート端部補強板２０にピン支持板固定板５２Ｄを取り付け、伝熱管パネル１３ＢＬ、１３ＢＲのピン支持板固定板５２Ｄにそれぞれ並列状に配置して支持された一対のピン支持板５２Ａ、５２Ａ又は５２Ｃ、５２Ｃを設け、伝熱管パネル１３ＢＭのピン支持板固定板５２Ｄにはピン支持板５２Ｂを設け、各ピン支持板５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃにはそれぞれ丸孔（図示せず）を設けておく。そして並列配置された一対のピン支持板５２Ａ、５２Ａ又は５２Ｃ、５２Ｃの間にピン支持板５２Ｂをそれぞれ差し込み、互いの丸孔同士を重ね合わせて、これに振動吸収部材であるピン２６は差し込む。
【００３８】
図１におけるＨＲＳＧ前側の伝熱管パネル１３ＡとＨＲＳＧ後側の伝熱管パネル１３Ｃの各縁部分に設置した２本のピン２５を有する左右方向連結金具５３Ａ、５３Ｂの詳細を、図６及び図７に示す。図６は平面図であり、図７は側面図である。これらの図に示すように、左側に図示するパネル１３ＡＬ、１３ＡＭ；１３ＣＬ、１３ＣＭと右側に図示するパネル１３ＡＭ、１３ＡＲ；１３ＣＭ、１３ＣＲとをそれぞれ束ねる水平サポート１９と水平サポート端部補強板２０の中で、相対向する水平サポート端部補強板２０、２０にそれぞれピン支持板固定板５３Ｄ、５３Ｄを設け、これらピン支持板固定板５３Ｄ、５３Ｄに丸孔（図示せず）を設け、該ピン支持板固定板５３Ｄ、５３Ｄを挟むように設けた２枚の並列位置に配置したピン支持板５３Ａ、５３Ａ又は５３Ｂ、５３Ｂにもそれぞれ２つの丸孔を設け、前記ピン支持板固定板５３Ｄと２枚のピン支持板５３Ａ、５３Ａ又は５３Ｂ、５３Ｂの丸孔同士を重ね合わせてピン２５を差し込む。各ピン支持板５３Ａ、５３Ｂにはそれぞれ２つの丸孔があるので、それぞれにピン２５を差し込む。なお、ピン支持板５３Ａ、５３Ｂはピン２５を中心に回動自在である。ピン支持板５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃはピン２６を中心に回動自在である。
なお、図４、図６で水平サポート１９と水平サポート端部補強板２０の内部には伝熱管２２とフィン２３を束ねたハニカムサポート２９ａ、２９ｂと、該ハニカムサポート２９ａ、２９ｂの端部と水平サポート１９と水平サポート端部補強板２０で囲まれた空間部には充填部材４３が配置されている。
【００３９】
ただし、フィン２４を持たない伝熱管２２群を伝熱管パネル１３として用いる場合はハニカムサポート２９がない構成とすることもできる。
【００４０】
このような構造とすることで、ＨＲＳＧを流れる排ガス１の旋回流による振動時に生じるパネル間の左右方向（排ガス流れに直交する方向）の相対変位を利用したエネルギー吸収が可能となる。
【００４１】
本発明による防振構造の効果を、以下に説明する。
図８は、約６５０℃、約５０ｍ／ｓのガスタービンからの排ガス１１の旋回流が、本実施例による防振構造に作用した場合の振動モードを示す。この振動モードは、全パネル(図中の９個のパネル１３ＡＬ、１３ＡＭ、１３ＡＲ；１３ＢＬ、１３ＢＭ、１３ＢＲ；１３ＣＬ、１３ＣＭ、１３ＣＲ)における、ＨＲＳＧ後側のパネル１３ＣＬ、１３ＣＭ、１３ＣＲ間のギャップδａ１が振動前のギャップδbより大きく、ＨＲＳＧ前側のパネル１３ＡＬ、１３ＡＭ、１３ＡＲ間のギャップδａ３が振動前のギャップδｂより小さく、中央部分のパネル１３ＢＬ、１３ＢＭ、１３ＢＲのパネルのギャップδａ２が振動前のギャップδｂにほぼ等しくなる形状、つまり１次モードで変形する形状である。
【００４２】
上述のように、ＨＲＳＧ後側のパネル１３ＣＬ、１３ＣＭ、１３ＣＲ間のギャップδａ１は振動前のギャップδｂより大きいため相対変位が生じており、この部分で大きい振動エネルギー吸収が期待できるため、このエネルギー吸収量に対応した２本のピン２５が設置されている。同様に、ＨＲＳＧ前側のパネル１３ＡＬ、１３ＡＭ、１３ＡＲ間のギャップδａ３は振動前のギャップδｂより小さいため相対変位が生じており、この部分におけるこのエネルギー吸収量に対応した２本のピン２５が設置されている。
【００４３】
これに対し、中央部分のパネル１３ＢＬ、１３ＢＭ、１３ＢＲのパネルのギャップδａ２は振動前のギャップδｂにほぼしく、相対変位がほとんど生じず、この部分で大きい振動エネルギー吸収が期待できないため１本のピン２６が設置されている。
【００４４】
図９は、本発明による防振構造のもう一つの振動モードを示す。このモードでは、ＨＲＳＧ後側のパネル１３ＣＬ、１３ＣＭ間のギャップδｃ１が振動前のギャップδｂより大きく、ＨＲＳＧ前側のパネル１３ＡＭ、１３ＡＲ間のギャップδｃ１も振動前のギャップδｂより大きい。一方、ＨＲＳＧ後側のパネル１３ＣＭ、１３ＣＲ間のギャップδｃ３が振動前のギャップδｂより小さく、下縁側のパネル１３ＡＬ、１３ＡＭ間のギャップδｃ３も振動前のギャップδｂより小さい。
【００４５】
これに対し、中央部分のパネル１３ＢＬ、１３ＢＭ、１３ＢＲのパネルのギャップδｃ２が振動前のギャップδｂにほぼ等しくなる。つまりこの振動モード形状は、２次モードで変形する形状である。
【００４６】
本モード(２次モード)におけるパネル間の相対変位が大きい場所は、上述した一次モードの場合と同じであり、相対変位が大きくなる部分に２本のピン２５が設置され、相対変位が小さい部分に１本のピン２６が設置されている。
【００４７】
図１０に、従来の防振構造と本実施例による構造での、パネルの振動レベルを比較した結果を示す。本図の横軸は運転時間、縦軸は振動レベルを示し、振動レベルは所期の振動変位を１とした時の無次元化した振動変位を表す。
【００４８】
点線で示す従来構造のパネルの振動レベルは、ガスタービンからの排ガスの旋回流によって、個々のパネルが振動するため、運転時間に対して２次曲線的に振動レベルが増加していた。これに対し、実線で示す本実施例の防振構造では、運転時間に対して、直線的に振動レベルが増加するものの、その増加の勾配は、従来構造に比べて極めて小さくなる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、今後、タービンの大型化等による排ガス偏流が増加することが予想されるため、本発明による伝熱管パネルの防振構造は、今後のＨＲＳＧにも利用される可能性が高い。
【符号の説明】
【００５０】
１ガスタービン３過熱器
４第１の蒸発器５脱硝装置
６第２の蒸発器７節炭器
８汽水分離ドラム９蒸気タービン
１０復水器１１排ガス
１２ＨＲＳＧダクト
１３Ａガス流れ前側の伝熱管パネル
１３Ｂガス流れ中央部の伝熱管パネル
１３Ｃガス流れ後側伝熱管パネル
１３ＡＬ、１３ＢＬ、１３ＣＬ左側の伝熱管パネル
１３ＡＭ、１３ＢＭ、１３ＣＭ中央の伝熱管パネル
１３ＡＲ、１３ＢＲ、１３ＣＲ右側の伝熱管パネル
１４煙突１５地面
１６架構
１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ上部、下部管寄せ
１８連結金具１９水平サポート
２０水平サポート端部補強板
２１ピン２２伝熱管
２３フィン２４フィンチューブ
２５、２６ピン２８ａ、２８ｂ管路
２９ハニカムサポート３０復水ポンプ
３１主蒸気管３２給水管路
３３降水管３５ａ、３５ｂ管路
３７飽和蒸気管
３８タービンバイパス管３９蒸気タービン加減弁
４０タービンバイパス弁４１ダンパ
４３充填部材
５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃピン支持板
５２Ｄピン支持板固定板５３Ａ、５３Ｂピン支持板
５３Ｄピン支持板固定板Ｐ荷重
δ 変位

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン排ガスが旋回流となって流入するダクト内でのガス流れに直交する方向に２列以上並列配置され、ガス流れに沿って２列以上配置され、複数個の伝熱管を束ねた伝熱管パネルと、
前記ダクト内でのガス流れに沿って２列以上配置された伝熱管パネルの隣接する伝熱管パネル同士を連結する第１の連結部材で連結し、またガス流れに直交する方向に２列以上配置された伝熱管パネルの隣接する伝熱管パネル同士を連結する第２の連結部材で連結し、
前記第２の連結部材は、隣接する２つの伝熱管パネル同士の相対変位に応じて変位自由度を変化させた構成からなることを特徴とする排熱回収ボイラ。
【請求項２】
前記第２の連結部材は、隣接する２つの伝熱管パネル同士の相対変位が他の隣接する２つの伝熱管パネル同士の相対変位より大きくなる部位は変位自由度のある２以上のピン止め体で構成され、隣接する２つの伝熱管パネル同士の相対変位が他の隣接する２つの伝熱管パネル同士の相対変位より小さくなる部位は変位自由度のある１つのピン止め体で構成されることを特徴とする請求項１記載の排熱回収ボイラ。
【請求項３】
前記ピン止め体は、隣接する２つの伝熱管パネルにそれぞれ支持固定された係止板と前記各係止板に設けられたそれぞれの丸孔より小径である前記丸孔に挿着して２つの伝熱管パネルを係止するピンからなることを特徴とする請求項２記載の排熱回収ボイラ。

【図１】