(57)【要約】【課題】伝熱管のフィンの摩耗の進行を把握することで、伝熱管が安定して支持され、伝熱管の自励振動を防止する伝熱管組立体およびこれを備えた熱回収装置を提供することを目的とする。【解決手段】所定間隔を有して略平行に配置され、それぞれが略鉛直方向に延在するとともに、内部に熱媒体が流通する複数の伝熱管４と、各伝熱管４の外周部に設けられた複数のフィンと、フィンを備えた伝熱管４を挿通させる貫通部６が形成されるとともに、略水平方向に配置された複数の多孔板１と、を備え、複数の伝熱管４のうちのいずれか１つは、フィンよりも摩耗し易い材料によって構成された摩耗部を有するダミー管４ａとされていることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔を有して略平行に配置され、それぞれが略鉛直方向に延在するとともに、内部に熱媒体が流通する複数の伝熱管と、
各前記伝熱管の外周部に設けられた複数のフィンと、
前記フィンを備えた前記伝熱管を挿通させる貫通部が形成されるとともに、略水平方向に配置された複数の多孔板と、を備え、
複数の前記伝熱管のうちのいずれか１つは、前記フィンよりも摩耗し易い材料によって構成された摩耗部を有するダミー管とされていることを特徴とする伝熱管組立体。
【請求項２】
前記ダミー管は、前記熱媒体と熱交換する流体流れの上流側に位置する前記伝熱管と同等の流体流れ方向位置、または、さらに上流側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の伝熱管組立体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の伝熱管組立体を備えていることを特徴とする熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば排ガスボイラの排熱回収装置に用いられて好適な伝熱管組立体およびこれを備えた熱回収装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ガスタービンやディーゼルエンジン等の原動機から排出される高温の排ガスの熱回収を目的として、原動機と排熱回収ボイラとを組み合わせた複合プラントが知られている。この種の複合プラントの中で、近年、数多く計画・建造されているのが、ＬＮＧ等を燃料とするガスタービン、排熱回収ボイラ、及び、蒸気タービンを組み合わせた排熱回収コンバインドサイクルプラントである。このような複合プラントでは、ガスタービン等から排出される高温の排ガスが排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：ｈｅａｔ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｓｔｅａｍ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）に導かれる。
【０００３】
近年では、コンバインドサイクルプラントでのガスタービンの高効率化に伴う排ガス量の増大、排ガス温度の上昇は、排熱回収ボイラの大容量化が必要とされている。ガスタービンの大型化に伴い、ＨＲＳＧも大型となるため、従来の竪型ＨＲＳＧでは高さ方向に限界があるため、横型ＨＲＳＧが主流となってきている。
【０００４】
横型ＨＲＳＧは、横方向に排ガスが流れるダクトに対して伝熱管を上方から吊り下げる吊り下げ式となっているため、所定値よりも速いガス流速を受けた場合に伝熱管が振動するというおそれがあった。このような対策について開示された文献として、下記特許文献１がある。
【０００５】
特許文献１には、扁平状態のチューブ状の支持部材を熱交換器シェル内部に間隔を空けて配列された伝熱管の相互間隙に挿入し、該支持部材を膨張させることによって、支持部材の膨張表面を伝熱管に圧接させて、伝熱管の振動を拘束する熱交換器伝熱管の支持構造が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平５−９６７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に開示された熱交換器伝熱管の支持構造では、支持構造と複数の伝熱管の間に弾性体を取り付けることで振動を抑制していることから、構造が複雑となるという問題があった。
【０００８】
また、竪型ＨＲＳＧでは伝熱管を側壁から片持ち梁のように横方向に挿入するので、伝熱管の自重によって下方へ変形することを利用して支持点に当接させて保持することが可能となっていた。しかし、横型ＨＲＳＧでは、伝熱管が上方から下方に向けて吊り下げられているため、伝熱管の自重による変形を支持点に当接させるように利用することができない。このため、横型ＨＲＳＧでは、伝熱管と伝熱管を支持する多孔板との接触が不安定となるという問題があった。
【０００９】
図５に示されるように、伝熱管１０１が多孔板１０４に支持されない場合、伝熱管１０１と、伝熱管１０１が挿通する多孔板１０４に設けられた貫通部１０３との間に隙間１０５が形成される。この隙間１０５が形成されている場合に、伝熱管１０１が多孔板１０４との接触不良により振動（自励振動）するという問題があった。また、伝熱管１０１が挿通する多孔板１０４の貫通部１０３と振動時に接触することで、伝熱管１０１に設けられたフィン１０２が摩耗箇所１０２ａのように摩耗するという問題があった。
【００１０】
また、伝熱管１０１に設けられたフィン１０２と多孔板１０４との接触箇所は数万箇所とされていることから、フィン１０２の全数の摩耗の進行を検査するのは時間と労力がかかり困難であるという問題があった。
【００１１】
伝熱管の自励振動を防止するためには、所定の間隔で伝熱管を支持する支持点を設ける必要があるが、支持点として機能させるには所定値よりも高い荷重でフィンと多孔板が接触し続けなければならないという問題があった。
【００１２】
多孔板が伝熱管の支持点として機能しない場合、伝熱管の固有振動が変化するおそれがあった。また、伝熱管の固有振動数を計算する際に振動数が変化することから、振動の周期が変化してしまう。これにより、固有振動数が小さくなるため、排気ガスの低い流速であっても伝熱管の自励振動が発生しやすくなるという問題があった。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、伝熱管のフィンの摩耗の進行を把握することで、伝熱管が安定して支持され、伝熱管の自励振動を防止する伝熱管組立体およびこれを備えた熱回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の伝熱管組立体およびこれを備えた熱回収装置は以下の手段を採用する。
本発明の伝熱管組立体は、所定間隔を有して略平行に配置され、それぞれが略鉛直方向に延在するとともに、内部に熱媒体が流通する複数の伝熱管と、各前記伝熱管の外周部に設けられた複数のフィンと、前記フィンを備えた前記伝熱管を挿通させる貫通部が形成されるとともに、略水平方向に配置された複数の多孔板と、を備え、複数の前記伝熱管のうちのいずれか１つは、前記フィンよりも摩耗し易い材料によって構成された摩耗部を有するダミー管とされていることを特徴とする。
【００１５】
所定間隔を有して略平行に配置され、それぞれが略鉛直方向に延在するとともに、内部に熱媒体（例えば蒸気）が流通する複数の伝熱管が設けられている。各伝熱管の外周部に伝熱管を支持するための複数のフィンが設けられている。ボイラ等から排出される排気ガスが各伝熱管と接触する。複数の伝熱管のうちのいずれか１つは、伝熱管に設けられたフィンよりも摩耗し易い材料によって構成された摩耗部を有するダミー管が設けられている。
【００１６】
これにより、ダミー管の摩耗を調べるだけで、他のフィンの摩耗状態を推測することができる。したがって、全ての伝熱管に設けられたフィンの摩耗を検査する必要がなく、ダミー管だけを測定すればよいので、検査作業の労力を軽減させることができる。ダミー管の摩耗量は、例えば、フィンの２倍とされ、ダミー管の摩耗が３ｍｍの場合、フィンは６ｍｍ摩耗していると推測することができる。さらに、ダミー管の摩耗値により、複数の伝熱管に設けられたフィンの摩耗状態を把握することができるので、フィンの全数検査の時期を知ることができる。また、フィンの摩耗を防ぐことで、多孔板に設けられた貫通部との隙間が形成されるのを防止することができることにより多孔板で伝熱管のフィンを確実に支持することができる。したがって、伝熱管の自励振動の発生を防ぐことができる。
【００１７】
さらに、本発明にかかる伝熱管組立体は、前記ダミー管は、前記熱媒体と熱交換する流体流れの上流側に位置する前記伝熱管と同等の流体流れ方向位置、または、さらに上流側に配置されていることを特徴とする。
【００１８】
ダミー管は、流体（例えば排気ガス）と複数の伝熱管が接触する位置よりも上流側に設けられる。もっとも伝熱管の摩耗が発生しやすい流体と伝熱管の接触位置よりも上流側にダミー管を設けることで、ダミー管よりも下流側に位置する複数の伝熱管の摩耗を把握することができる。なお、ダミー管は、内部には蒸気を流さずダミー管の摩耗量を知るためだけのテストピースとされる。
【００１９】
本発明にかかる熱回収装置は、上記の伝熱管組立体を備えていることを特徴とする。
【００２０】
伝熱管組立体を熱回収装置（例えばガスタービンの排熱を回収して蒸気を生成する排熱回収装置（ＨＲＳＧ））に設けることで、伝熱管と多孔板との接触不良を防ぐことができる。したがって、伝熱管の自励振動を防ぐことができる熱回収装置とすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
複数の伝熱管のうちのいずれか１つは、伝熱管に設けられたフィンよりも摩耗し易い材料によって構成された摩耗部を有するダミー管が設けられている。これにより、ダミー管の摩耗を調べるだけで、他のフィンの摩耗状態を推測することができる。したがって、全ての伝熱管に設けられたフィンの摩耗を検査する必要がなく、ダミー管だけを測定すればよいので、検査作業の労力を軽減させることができる。伝熱管のフィンの摩耗が進行するのを防ぐことで確実に伝熱管のフィンと多孔板に設けられた貫通部を接触させることができる。したがって、伝熱管の自励振動の発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の伝熱管組立体が適用される熱回収装置を示した側面図である。
【図２】本発明の伝熱管組立体を示した部分詳細図である。
【図３】本発明の伝熱管組立体の第１実施形態を示した横断面図である。
【図４】本発明の伝熱管組立体の第２実施形態を示した横断面詳細図である。
【図５】本発明の伝熱管組立体の参考例を示した部分詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る伝熱管組立体およびこれを備えた熱回収装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本発明の熱回収装置１０（図１参照）は図示しない横型ＨＲＳＧ（以下、単に「ＨＲＳＧ」という。）に適用される。ＨＲＳＧは、図示しないガスタービンから排出された排気ガスをダクト内（図示せず）に水平方向に流し、垂直に配置した伝熱管４（図１参照）により蒸気を発生させる。コンバインドサイクル発電プラント（図示せず）を構成するＨＲＳＧは、ガスタービンの排熱を利用して蒸気を発生し、蒸気タービン（図示せず）へ供給する設備である。
【００２４】
ＨＲＳＧは、鉄鋼構造の支持体に支持されたケーシング（図示せず）の内部に複数の伝熱管４（図１参照）が金属バンド等で束ねた群とされて配置されている。伝熱管４の群をヘッダー５（図１参照）を介して図示しない蒸気ドラム又は蒸気タービン等の間で蒸気又は熱水を導通させている。また、ケーシングの内部に複数の伝熱管４が宙吊りとなって設けられている。
【００２５】
［第１実施形態］
図１に示されているように、複数の伝熱管４は、ケーシング（図示せず）内で略鉛直方向に延在するとともに、所定間隔を有して略平行に配置されている。また、伝熱管４の内部には熱媒体（例えば蒸気）が流通され、伝熱管４の外周部には複数のフィン３（図２参照）が溶接により接合されて設けられている。
【００２６】
また、同様にケーシング内には、複数の多孔板１が設けられる。図２に示されているように、多孔板１（図示省略）は、フィン３を備えた伝熱管４を挿通させる貫通部６が形成される。伝熱管４の外周部に設けられたフィン３は、伝熱管４の伝熱を促進させるためのものである。また、フィン３は、多孔板１の貫通部６と接触することで伝熱管４が支持されている。
【００２７】
図３に示されているように、複数の伝熱管４のうちのいずれか１つは、フィン３よりも摩耗し易い材料によって構成された摩耗部を有するダミー管４ａとされている。言い換えると摩耗条件が既知であるフィン３よりも摩耗し易いダミー管４ａが伝熱管４の管群の中に設けられる。なお、ダミー管４ａは、管の内部には蒸気を流さずダミー管４ａの摩耗量を知るためだけのテストピースとされる。また、ダミー管４ａの本数は伝熱管４群に対して、例えば１本とされている。
【００２８】
フィン３の材料には、例えば、１Ｃｒ鋼が用いられる。また、ダミー管４ａの材料には、例えば、１Ｃｒ鋼よりも柔らかい炭素鋼が用いられる。また、多孔板１は、フィン３と同じ材料が用いられ、多孔板１との接触面積が小さいフィン３側が摩耗するようになっている。
【００２９】
フィン３の摩耗条件は、摩耗のパラメータである、比摩耗量［ｍｍ／（Ｎ／ｍｍ２・ｍ／ｓ・ｈｒ）］，負荷面圧［Ｎ／ｍｍ２］及び摩耗摺動速度［ｍｍ／ｓ］からなる。また、推定摩耗量は下記の式から導き出される。
Ｗ＝Ｋ×Ｐ×Ｖ×Ｔ
Ｗは推定摩耗寸法（ｍｍ），Ｋは比摩耗量［ｍｍ／（Ｎ／ｍｍ２・ｍ／ｓ・ｈｒ）］，Ｐは負荷面圧（Ｎ／ｍｍ２），Ｖは摩耗摺動速度（ｍｍ／ｓ），Ｔは摺動時間（ｈｒ）を表している。
【００３０】
次に上記構成の伝熱管組立体の動作について説明する。
図示しないガスタービンから排出された排気ガスが、図３に示される伝熱管４の郡と接触する。伝熱管４は、排気ガスからの排熱を利用することで蒸気を生成する。伝熱管４の郡と排気ガスが接触する上流側は、排気ガスの流速が速い状態で接触するため、伝熱管４の郡の上流側は、排気ガスの抵抗が大きくなる。また、排気ガスの流速が速い状態で伝熱管４と接触する箇所に複数の伝熱管４のフィン３よりも摩耗し易いように材料を調整したダミー管４ａを設置することで、伝熱管４よりも先にダミー管４ａが早く摩耗するようにされる。
【００３１】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
複数の伝熱管４のうちのいずれか１つは、伝熱管４に設けられたフィン３よりも摩耗し易い材料によって構成された摩耗部を有するダミー管４ａが設けられている。これにより、ダミー管４ａの摩耗を調べるだけで、他のフィン３の摩耗状態を推測することができる。
【００３２】
また、全ての伝熱管４に設けられたフィン３の摩耗を検査する必要がなく、ダミー管４ａだけを測定すればよいので、検査作業の労力を軽減させることができる。ダミー管４ａの摩耗量は、例えば、フィン３の２倍とされ、ダミー管４ａの摩耗が３ｍｍの場合、フィン３は６ｍｍ摩耗していると推測することができる。
【００３３】
さらに、ダミー管４ａの摩耗値により、複数の伝熱管４に設けられたフィン３の摩耗状態を把握することができるので、フィン３の全数検査の時期を知ることができる。また、フィン３の摩耗を防ぐことで、多孔板１に設けられた貫通部６との隙間が形成されるのを防止することができる。これにより、多孔板１で伝熱管４のフィン３を確実に支持することができる。したがって、伝熱管４の自励振動の発生を防ぐことができる。
【００３４】
ダミー管４ａは、蒸気を流さないテストピースとされているので、摩耗してしまっても熱回収装置１０の運用上問題がない。これにより、ダミー管４ａが損傷しても熱回収装置１０を停止することがないので、熱回収装置１０を安定して運転することができる。
【００３５】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図４を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に示したダミー管４ａを、熱媒体と熱交換する流体流れの上流側に位置する伝熱管４と同等の流体流れ方向位置、または、さらに上流側に配置させたものである。したがって、第１実施形態と同様の構成には同一符号を付しその説明を省略する。
図４に示されているように、ダミー管４ａは、熱媒体と熱交換する流体流れの上流側に位置する伝熱管４と同等の流体流れ方向（矢印ａの方向）位置、または、さらに上流側に配置されている。ダミー管４ａは、多孔孔１ａに設けられた貫通部６ａにより支持されている。また、流体（例えば排気ガス）と複数の伝熱管４が接触する位置よりも上流側に設けられている。ガスタービンから排出された排気ガスが矢印ａの方向に流れ、排気ガスと伝熱管４との接触が最も大きい箇所に設けられているので、ダミー管４ａが最も摩耗し易い環境で摩耗する。ダミー管４ａの設置箇所は、例えば、速い排気ガス流速が流れる熱回収装置１０（図１参照）の中央側とされている。
【００３６】
本実施形態によれば、最も伝熱管４の摩耗が発生しやすい排気ガスと伝熱管４の接触位置よりも上流側にダミー管４ａを設けることで、ダミー管４ａよりも下流側に位置する複数の伝熱管４の摩耗を把握することができる。また、ダミー管４ａの摩耗状況を最も早く検出することができる。これにより、ダミー管４ａの摩耗状況から伝熱管４の摩耗状況を早く把握することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  多孔板
１ａ  多孔板
３  フィン
４  伝熱管
４ａ  ダミー管
５  ヘッダー
６  貫通部
６ａ  貫通部
１０  熱回収装置
【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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