JP2014129971A - Heat transfer pipe assembly and heat recovery device having the same - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a heat transfer tube assembly suitable for use in, for example, an exhaust heat recovery device of an exhaust gas boiler, and a heat recovery device including the heat transfer tube assembly.
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。 Conventionally, a combined plant combining a prime mover and an exhaust heat recovery boiler is known for the purpose of heat recovery of high-temperature exhaust gas discharged from a prime mover such as a gas turbine or a diesel engine. Among this type of complex plant, a large number of recently planned and built are exhaust heat recovery combined cycle plants that combine a gas turbine using LNG as a fuel, an exhaust heat recovery boiler, and a steam turbine. . In such a complex plant, high-temperature exhaust gas discharged from a gas turbine or the like is guided to a heat recovery steam generator (HRSG).
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。 In recent years, an increase in the amount of exhaust gas accompanying an increase in the efficiency of a gas turbine in a combined cycle plant and an increase in exhaust gas temperature require an increase in capacity of the exhaust heat recovery boiler. As the gas turbine becomes larger, the HRSG also becomes larger, so that the conventional vertical HRSG has a limit in the height direction, so the horizontal HRSG has become mainstream.
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。
The horizontal type HRSG is a suspension type in which the heat transfer tube is suspended from above the duct through which the exhaust gas flows in the horizontal direction. Therefore, the heat transfer tube may vibrate when it receives a gas flow rate faster than a predetermined value. there were. As a document disclosing such a measure, there is the following
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。
In
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。
However, in the heat exchanger heat transfer tube support structure disclosed in
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。 In addition, in the vertical HRSG, the heat transfer tube is inserted laterally like a cantilever from the side wall, so that it can be held in contact with the support point by utilizing the deformation of the heat transfer tube due to its own weight. It was. However, in the horizontal type HRSG, the heat transfer tube is suspended from the upper side to the lower side, and therefore, it cannot be used so that the deformation due to the weight of the heat transfer tube is brought into contact with the support point. For this reason, the horizontal HRSG has a problem that the contact between the heat transfer tube and the porous plate supporting the heat transfer tube becomes unstable.
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。
As shown in FIG. 5, when the
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。
Further, since the number of contact points between the
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。 In order to prevent the self-excited vibration of the heat transfer tube, it is necessary to provide support points that support the heat transfer tube at a predetermined interval, but in order to function as a support point, the fin and the porous plate are loaded with a load higher than a predetermined value. There was the problem of having to keep in touch.
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。 When the perforated plate does not function as a support point for the heat transfer tube, the natural vibration of the heat transfer tube may change. Moreover, since the frequency changes when calculating the natural frequency of the heat transfer tube, the period of vibration changes. As a result, the natural frequency becomes small, and there is a problem that self-excited vibration of the heat transfer tube is likely to occur even at a low flow rate of the exhaust gas.
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。 This invention is made in view of such a situation, Comprising: By grasping | ascertaining progress of the wear of the fin of a heat exchanger tube, a heat exchanger tube is supported stably and the self-excited vibration of a heat exchanger tube is prevented. An object of the present invention is to provide a heat transfer tube assembly and a heat recovery apparatus including the heat transfer tube assembly.
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。
In order to solve the above problems, the heat transfer tube assembly of the present invention and the heat recovery apparatus including the heat transfer tube assembly employ the following means.
The heat transfer tube assembly of the present invention is arranged substantially in parallel with a predetermined interval, each extending in a substantially vertical direction, and a plurality of heat transfer tubes through which a heat medium flows, and each of the heat transfer tubes A plurality of fins provided on the outer periphery, and a plurality of through-holes through which the heat transfer tubes including the fins are inserted, and a plurality of perforated plates arranged in a substantially horizontal direction. Any one of the heat tubes is a dummy tube having a wear part made of a material that is more easily worn than the fins.
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。 A plurality of heat transfer tubes are provided that are arranged substantially in parallel with a predetermined interval, each extending in a substantially vertical direction, and in which a heat medium (for example, steam) flows. A plurality of fins for supporting the heat transfer tubes are provided on the outer periphery of each heat transfer tube. Exhaust gas discharged from a boiler or the like comes into contact with each heat transfer tube. Any one of the plurality of heat transfer tubes is provided with a dummy tube having a wear portion made of a material that is more easily worn than fins provided on the heat transfer tubes.
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。 Thereby, the wear state of other fins can be estimated only by examining the wear of the dummy tube. Therefore, it is not necessary to inspect the wear of the fins provided in all the heat transfer tubes, and only the dummy tube needs to be measured, so that the labor of the inspection work can be reduced. The amount of wear of the dummy tube is, for example, twice that of the fin. When the wear of the dummy tube is 3 mm, it can be estimated that the fin is worn by 6 mm. Further, since the wear state of the fins provided in the plurality of heat transfer tubes can be grasped from the wear value of the dummy tube, it is possible to know the timing of the total inspection of the fins. In addition, by preventing wear of the fins, it is possible to prevent the formation of a gap with the penetrating portion provided in the porous plate, so that the fins of the heat transfer tubes can be reliably supported by the porous plate. Therefore, generation | occurrence | production of the self-excited vibration of a heat exchanger tube can be prevented.
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。 Furthermore, in the heat transfer tube assembly according to the present invention, the dummy tube is disposed at the fluid flow direction position equivalent to the heat transfer tube located upstream of the fluid flow to exchange heat with the heat medium, or further upstream. It is characterized by being.
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。 The dummy tube is provided upstream of the position where the fluid (for example, exhaust gas) and the plurality of heat transfer tubes contact. By providing the dummy tube upstream of the contact position between the fluid and the heat transfer tube where the heat transfer tube is most likely to wear, the wear of the plurality of heat transfer tubes positioned downstream of the dummy tube can be grasped. Note that the dummy tube is a test piece that is used only to know the amount of wear of the dummy tube without flowing steam inside.
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。 A heat recovery apparatus according to the present invention includes the above heat transfer tube assembly.
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。 By providing the heat transfer tube assembly in a heat recovery device (for example, an exhaust heat recovery device (HRSG) that recovers exhaust heat of the gas turbine and generates steam), poor contact between the heat transfer tube and the porous plate can be prevented. . Therefore, it can be set as the heat recovery apparatus which can prevent the self-excited vibration of a heat exchanger tube.
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。 Any one of the plurality of heat transfer tubes is provided with a dummy tube having a wear portion made of a material that is more easily worn than fins provided on the heat transfer tubes. Thereby, the wear state of other fins can be estimated only by examining the wear of the dummy tube. Therefore, it is not necessary to inspect the wear of the fins provided in all the heat transfer tubes, and only the dummy tube needs to be measured, so that the labor of the inspection work can be reduced. By preventing the wear of the fins of the heat transfer tube from proceeding, the fins of the heat transfer tube and the penetrating portion provided in the porous plate can be brought into contact with each other. Therefore, generation | occurrence | production of the self-excited vibration of a heat exchanger tube can be prevented.
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。
Hereinafter, an embodiment of a heat transfer tube assembly and a heat recovery apparatus including the heat transfer tube assembly according to the present invention will be described with reference to the drawings.
The heat recovery apparatus 10 (see FIG. 1) of the present invention is applied to a horizontal HRSG (hereinafter simply referred to as “HRSG”) (not shown). In the HRSG, exhaust gas discharged from a gas turbine (not shown) flows horizontally in a duct (not shown), and steam is generated by the heat transfer tubes 4 (see FIG. 1) arranged vertically. The HRSG that constitutes the combined cycle power plant (not shown) is a facility that generates steam using the exhaust heat of the gas turbine and supplies the steam to the steam turbine (not shown).
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。
The HRSG is arranged as a group in which a plurality of heat transfer tubes 4 (see FIG. 1) are bundled with a metal band or the like inside a casing (not shown) supported by a steel structure support. Steam or hot water is conducted between a group of
[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。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, the plurality of
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。
Similarly, a plurality of
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。
As shown in FIG. 3, any one of the plurality of
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。
For example, 1Cr steel is used as the material of the
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。
The wear conditions of the
W = K × P × V × T
W is the estimated wear size (mm), K is the specific wear amount [mm / (N / mm 2 · m / s · hr)], P is the load surface pressure (N / mm 2 ), V is the wear sliding speed ( mm / s), T represents sliding time (hr).
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。
Next, the operation of the heat transfer tube assembly configured as described above will be described.
Exhaust gas discharged from a gas turbine (not shown) contacts the group of
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。
According to this embodiment, there exist the following effects.
Any one of the plurality of
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。
Further, it is not necessary to inspect the wear of the
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。
Furthermore, since the wear state of the
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。
Since the
[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。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, the
As shown in FIG. 4, the
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。
According to the present embodiment, by providing the
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
1 perforated
Claims (3)
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。 A plurality of heat transfer tubes that are arranged substantially in parallel with a predetermined interval, each extending in a substantially vertical direction, and in which a heat medium flows, and
A plurality of fins provided on the outer periphery of each of the heat transfer tubes;
A through-hole through which the heat transfer tube including the fin is inserted is formed, and a plurality of perforated plates arranged in a substantially horizontal direction, and
Any one of the plurality of heat transfer tubes is a dummy tube having a wear portion made of a material that is more easily worn than the fins.
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