JP5111034B2 - 排熱回収ボイラの制振構造体 - Google Patents

Description

本発明は、水平方向にガス流路を設けた排熱回収ボイラ（横型ＨＲＳＧ）に関し、特に、動的地震力の低減を考慮した横型ＨＲＳＧの制振構造体に関する。

図１５に一部内部構造を示すＨＲＳＧの斜視図を示すが、ＨＲＳＧは、伝熱管群５によりガスタービンで仕事をした後の排ガスの持つエネルギーを回収して蒸気を発生させ、外部の蒸気タービンに供給して発電する複合発電プラント（コンバインドサイクル発電プラント）に使用される。この発電方式は発電効率が高く、さらに負荷応答性が良好であり、電力需要の時間変動への対応が容易であるという特徴を有する。

図１６には図１５に示すＨＲＳＧの内部構造などの側断面略図（図１６（ａ））と図１６（ａ）のａ−ａ線断面矢視図（図１６（ｂ））を示す。
前記ガスタービンからの排ガスは、ＨＲＳＧの煙道入口では排ガス温度が６００〜７００℃程度に達する。排ガスの煙道であるケーシング１は、鋼板からなる左右側壁面と上下壁面と、該鋼材を補強する型鋼などの補強部材から構成された筐体構造であり、排ガスはケーシング１内で前記伝熱管群５と熱交換したのち、２００℃以下程度となりケーシング１の出口に連接して設けられた下流側の図示しない煙突から又は煙道を介して煙突から大気中に放散される。

前記ケーシング１の口径は、例えば２５ｍ（高さ）×１０〜１５ｍ（幅）あり、ケーシング１の内部に吊り梁９により吊下げられている伝熱管群５は大きいＨＲＳＧでは約２０００トンにもなる大重量物であり、さらに図１５に示すようなケーシング１内には脱硝用触媒２０が配置されている。また、ケーシング１の上面には合計で５００トン以上になる汽水分離ドラム６および配管機器類がケーシング１の補強部材である梁３、１１、１４，柱１０（図１７参照）などにより支持されて設けられている。

このように、ケーシング１は大型構造物であり、さらに重量物であるさまざまな機器をサポートすることが要求されることから、大型かつ大重量の構造物としての強度を確保する必要があり、特に、地震時や暴風時に作用する水平力に対して十分な強度がなければならない。

なお、本明細書の補強材である梁３は長手方向が水平方向に向いた上壁面ケーシング１を補強する構造部材であり、梁１１は長手方向がガス流れに直交する方向に向いた下壁面ケーシング１を補強する構造部材であり、梁１４は下壁面ケーシング１のガス流れ方向に長手方向が向いた補強部材であり、柱１０は長手方向が鉛直方向を向いた構造部材であり、これらの梁３、１１、１４，柱１０を各壁面ケーシング１の構成部材として扱う。

次に、ＨＲＳＧは、ケーシング１の内部における高温の排ガスからの熱吸収効率の向上と安全面から外部への遮熱を厳密に行うために保温材を施工する必要があり、ケーシング１の内側に保温材１３を施工する内部保温構造か、ケーシング１の外側に保温材を施工する外部保温構造のどちらかの構造が採用されている。

ケーシング１の外部に保温材を施工する外部保温構造にした場合、ケーシング１の内面が高温のガスに晒されるためにケーシング１の補強部材である梁３、１１、１４または柱１０の内部で温度差が生じ、過大な熱応力を発生させるという問題がある。これに対してケーシング１の内部に保温材１３を施工する内部保温構造を採用した場合には、前記梁３、１１、１４または柱１０が高温に加熱されることがなくなるので梁３、１１、１４または柱１０の内部で温度差は生じない。したがって、ケーシング１の構造部材の温度上昇による強度低下を防止し、ケーシング１の重量を出来る限り小さくすると共に、ＨＲＳＧケーシング１全体としての熱伸びが少ないことから、ＨＲＳＧのケーシング１の保温構造は付属配管等の支持構造を簡素化できる内部保温構造が一般に採用されている。

図１７は、ＨＲＳＧケーシング１の側面外観図（図１７（ａ））、図１７（ａ）のａ−ａ線断面矢視図（図１７（ｂ））、図１７（ｂ）の円Ａ内のブレースの詳細構造図（図１７（ｃ））と円Ｂ内のブレースの詳細構造図（図１７（ｄ））を示す。
ケーシング全体は、左右側壁面と上下壁面とを有する筐体であるケーシング１の下壁面から延長して下部に設けられた型鋼からなる柱脚１２により地盤上に自立支持されている。ケーシング１は、板厚６〜９ｍｍの鋼板２とその補強部材として配置される型鋼であるスチフナ４およびケーシング１を含めたケーシング全体の荷重サポ−ト用としてケーシング１の左右側壁面および上下壁面に対して鉢巻き状に配置され、主に梁３、１１、１４と柱１０により構成されており、前記梁１１及び１４の下部は前記柱脚１２と一体的に接続している。

ケーシング１の内部に設置されている伝熱管群５は、ケーシング１の上壁面から吊り梁９を介して吊り下げられ、脱硝装置２０はケーシング１の下壁面に図示していない荷重受け部材を介して自立しており、ケーシング１の全体は柱脚１２により地盤上に支持されるが、地震時及び暴風時に発生する水平力は各々で負担する。ケーシング１の内部には、図１７（ｂ）に示すように、ガス流れ方向から見て二等辺三角形状の山形の内部ブレ−ス７を設置し、水平力を負担する構造部材が設置されている。図１７（ｃ）に示すように上壁面中央部のケーシング１に取り付けられたブラケット１７にはブレ−ス用板１８が接続され、該ブレ−ス用板１８とブラケット１７を介して内部ブレ−ス７がケーシング１に支持されている。内部ブレース７の上端部が固着したブレ−ス用板１８は、該ブレ−ス用板１８に設けたルーズ穴１８ａに挿通したピン１６を介してブラケット１７に連結している。また、図１７（ｄ）に示すよう下壁面と側壁面のケーシング１と内部ブレ−ス７の下端部はブラケット１７を介して接続している。内部ブレース７の下端部もブラケット１７にピン１６を介して接続している。

また、図１８（ａ）に図１７（ａ）のａ−ａ線断面矢視図を示し、図１８（ｂ）に図１８（ａ）の円Ｂ内の内部ブレース７とケーシング１との接合部の詳細構造図を示す。なお、図１８の円Ａ内には図１７（ｃ）と同じ構造のケーシング１と内部ブレース７との接続部が設けられている。
上壁面のケーシング１の中央部と側壁面のケーシング１の中央部はそれぞれブラケット１７を介して内部ブレース７と接続し、さらに下壁面のケーシング１の中央部と内部ブレース７もブラケット１７を介して接続され、全体として、ケーシング１内にはガス流れ方向から見て菱形形状の内部ブレ−ス７が配置される場合もある。

上述のように排ガスが水平方向に流れるものは横型ＨＲＳＧと称するが、横型ＨＲＳＧについては、構造物の高さが比較的低いことにより、これまで横型ＨＲＳＧにかかる地震力は電気事業法による静的震度法の規定が適用されてきた。

この構造物に対して動的解析手法を適用した場合の地震応答加速度を図１９に示す。建築基準法の応答加速度に対して、一般の地震波による地震応答加速度が固有周期Ｔ＝０．４秒から１秒程度までで、かなり大きくなっている。横型ＨＲＳＧに対して従来は静的震度法による弾性設計であったが、今後は、動的解析手法を適用しての制震構造を適用することが必要になってくるものと想定されている。

従来は、ガス流れ方向に直列配置した伝熱管群５は図２０（ａ）に示すように、複数の上部管寄せ１５を一体型支持部材２４にまとめて上壁面ケーシング１の支持梁３、９の下方にリンク式連結金具２３からなる吊り装置により吊り下げる構造を採用しているため、連結金具２３で負担した水平荷重は上壁面ケーシング１の支持梁３を経由し、柱１０により柱脚１２に伝達される。

また、伝熱管群５の下部に発生するガス流れ方向の水平力は図２０（ｂ）に示すように、複数の管寄せ１５と一体型の支持部材２５でまとめてサポート金具２６により下壁面ケーシング１の補強用の梁１４を経由して、柱１０により柱脚１２に伝達される。

また上下管寄せ１５、１５に発生するガス流れに直交する方向の水平力は図２０（ｃ）に示すように上管寄せ一体型支持部材２４と下管寄せ一体型支持部材２５の端部に設置しているスペーサ２７により側面ケーシング１の柱１０に支持されたサポート金具２６を経由して本体フレームにより基礎に伝達される。

このように、ケーシング１は伝熱管群５をはじめとする重量物をサポ−トすることを要求され、構造物としての必要強度を確保する必要があり、特に、地震時や暴風時に作用する水平力に対し、強度を満足しなければならない。このため、ケーシング１を構成しているフランジ（柱１０、梁３、１１，１４）は大きな荷重を負担する関係で梁せい（梁３の縦断面方向で上端から下端までの高さ）が３ｍにも達する大きなサイズになることもある。
特許第３１８１３７１号公報 特開２００４−０９２９８８号公報

本出願人は特願２００６−２６３３６４号の発明の横型ＨＲＳＧにおいて、ケーシング１のガス流れに直交する方向のフランジの断面上において梁３、１１、１４と内部ブレース７の接合部や、梁１１、１４や柱脚１２と外部ブレース２２の接合部に大きな塑性変形を繰り返し作用させることのできる制振装置３０，３１を設けることによって地震時の応答荷重を低減する構造を提案している。

しかし、上記特願２００６−２６３３６４号で提案した制振装置３０，３１を備えた構成は、梁３、１１、１４や柱１０と鋼板２と内部ブレ−ス７及び外部ブレース２２により、地震時の水平力を負担し、基礎（柱脚１２）まで荷重を伝達する構造物であるが、全ての構造部材を弾性設計しているため、大きな塑性変形を繰り返し許容することに配慮しておらず、動的地震応答量の低減が困難であった。

本発明の課題は、前記従来技術の欠点を解消し、大きな塑性変形を安定して許容し、地震応答荷重を好適に低減する制振装置を有する横型ＨＲＳＧ支持構造を提供することにある。また、本発明の課題は、繰り返し作用する大きな弾塑性変形を安定して許容し、地震応答荷重を低減可能な支持構造を有する排熱回収ボイラの制振構造体を提供することにある。

本発明の上記課題は次の解決手段で解決される。
すなわち、内部に伝熱管群（５）と上、下部管寄せ（１５，１５）を配置し、水平方向に流れるガスの熱を吸収して前記伝熱管群（５）でガスの熱を吸収して蒸気を発生させる横型筐体からなる排熱回収ボイラの制振構造体において、筐体構造の排ガス入口部と出口部の間の排ガス流れに沿う両側壁面と上下壁面を構成するケーシング（１）と、該ケーシング（１）の内面に設けた保温材（１３）と、ケーシング（１）内の排ガス流れに対して直交する方向の横断面内に設けられ、前記ケーシング（１）との間に接続部を有する内部ブレース（７）と、前記ケーシング（１）の下部に設けられ、地盤上に自立支持された柱脚（１２）と、該柱脚（１２）と下壁面ケーシング（１）との間に設けられた外部ブレース（２２）とを設け、さらに、前記ケーシング（１）と内部ブレース（７）の接合部に複数の挟み込み式制振装置（３０）を設け、前記ケーシング（１）と外部ブレース（２２）の接合部に複数のＹ字式制振装置（３１）を設け、上部管寄せ（１５）と上壁面ケーシング（１）の連結部及び下部管寄せ（１５）と下壁面ケーシング（１）の連結部には挟み込み式制振装置（３０）、断塑性材からなり水平方向に横板を入れた断塑性型制振装置（３２）又はリンク機構からなるリンク式制振装置（３３）の少なくともいずれかを設置し、前記挟み込み式制振装置（３０）、断塑性型制振装置（３２）、リンク式制振装置（３３）の設置方法として、設置スペースが比較的狭い場合で前記保温材（１３）の厚さが比較的厚い部位には挟み込み式制振装置（３０）を取り付けると共に、前記保温材（１３）の厚さが比較的薄い部位には断塑性型制振装置（３２）を取り付ける一方、設置スペースが比較的広い場合はリンク式制振装置（３３）を取り付けた排熱回収ボイラの制振構造体である。

特願２００６−２６３３６４号で提案した構成により、横型ＨＲＳＧの支持構造体における内部ブレ−ス７と梁３、１１、１４の間に制振装置３０、梁１４と柱脚１２と外部ブレーズ２２の間に制振装置３１を設置することにより、地震時に作用する振動に対して弾塑性エレメントである制振装置３０，３１が塑性変形を繰り返し、好適に地震エネルギーを吸収し効率的に地震応答を抑制し、経済的なケーシング１構造を提供することが出来た。

図１３は特願２００６−２６３３６４号の発明で述べた挟み込み式制振装置３０とＹ形制振装置３１（３１ａ，３１ｂ）を横型ＨＲＳＧの支持構造体に適用した例を示す。
また、図１４に動的解析による地震応答加速度の比較を示しており、一般の地震波（ＥＬＣＥＮＴＲＯ ＴＡＦＴ 八戸）による地震応答解析を行った結果である。図１４に示す動的解析はＨＲＳＧの図１３に示す位置に制振装置３０を合計１２個（４×３）取り付け、制振装置３１を合計３個取り付けた場合の結果である。

図１３に示す制振装置３０、３１を設置した構成では第一層（柱脚１２と梁１１のある部分で測定）と第二層（梁３のある部分で測定）共に一次設計地震動レベルにおいては、制振装置３０、３１を設置していない従来技術に比べて、地震応答加速度が約２０％低減可能であることが分かった。また、この地震応答加速度の低減は地震動レベルが大きくなるほど低減効果も大きくなる。

本発明では図１３に示す制振装置３０、３１を設置した構成に加えてケーシング内部の上部管寄せ１５及び下部管寄せ１５とケーシング１とを連結させるための制振装置３２、３３をさらに設置することで、図１３に示す制振構造より、さらなる地震応答の抑制を図っている。このとき、ＨＲＳＧ内部には排ガスが流れ、排ガスと伝熱管群５との間で熱交換することが必要であるため、制振装置３０，３１，３２，３３がガス流路を妨げない事が必要である。また、下部管寄せ１５に接続した断塑性型制振構造３２については、管寄せ１５自体がボイラと同様の吊下げ構造（振り子構造）となっており、ＨＲＳＧケーシング１の高さが約２５ｍもある事から、図１９に示す固有周期を長周期化する事で地震応答加速度を低減出来る。

まず、挟み込み式制振装置３０は、１組の内部ブレース７とフランジ３の接合部に対して設置可能である。内部ブレース７は排ガスに曝されるため高温となり得るが、内部ブレース７はＶ字型に配置されているため、フランジ３に対して直角に熱伸びすることになる。

上記挟み込み式制振装置３０は図１３に示すように内部ブレース７の頂部を挟み込むことで地震力を伝達することから内部ブレース７とケーシング１との間に設けた制振装置３０で地震力を吸収するだけでなく、熱伸び差も吸収する。

さらに、ガス流路を妨げないように、挟み込み式の制振装置３０の適用箇所は伝熱管群５の上下バッフル１８、１８（図１６）のスペースに設置することが望ましく、その中でもメンテナンスを考慮した場合、容易に保守のできる下部が最も理想的な配置となる。

また、図１１に示す例では菱形に配置された内部ブレース７の下部の梁１１との交差部に挟み込み式制振装置３０を適用している。内部ブレース７はＶ字形になっており、内部ブレース７は排ガスに曝されるため高温となり熱伸びが生じる。これに対して、挟み込み式制振装置３０はケーシング１に接続した上で内部保温材１３により包み込み、制振装置３０自体の温度上昇を抑制する。また、内部ブレース７の熱伸びに対しては挟み込み式制振装置３０との連結部がスライド式であることにより内部ブレース７の熱伸びを拘束することなく加振方向の水平力を伝達することができる。

次にＹ形制振装置３１は、図１３に示すようにＨＲＳＧのガス流れ方向に沿った側面に対して、外部ブレース２２の２本が山形に配置され、梁１１と交差する接合部に設置する。当該個所は一般の制振装置の適用個所と同じである。また、図１３にはＨＲＳＧのガス流れに直交する方向の断面に対してＹ形制振装置３１ｂを設置し、ガス流れに沿った方向の側面にはＹ形制振装置３１ａを設置した例を示す。

また、挟み込み式の制振装置３０は保温材１３の厚さが比較的厚い部位に使用し、断塑性型制振構造３２は挟み込み式の制振装置３０が使えない保温材１３の厚さが比較的薄い部位に使用するのに適している。従って、断塑性型制振構造３２は水平方向に横板を入れ、コンパクトの割には高い強度を持たせている。

リンク式制振装置３３は、塑性変形する部分が板材ではなくて棒材または管材からなり、管寄せ１５からケーシング１までの距離が比較的長い場合に使用するのに適している。

本発明によれば、ケーシング（１）と内部ブレース（７）の接合部の弾塑性変形により排ガス流れに対して直交方向に作用する地震エネルギーを吸収する複数の挟み込み式制振装置（３０）を設け、ケーシング補強用の梁（１４）と外部ブレース（２２）の接合部にガス流れに沿った方向に作用する地震エネルギーを吸収する複数のＹ字式制振装置（３１）を設け、さらに上部管寄せ（１５）と上壁面ケーシング（１）の連結部および下部管寄せ（１５）と下壁面ケーシング１の連結部又は下壁面ケーシング１と外部ブレース２２との連結部には挟み込み式制振３０、断塑性型制振装置３２又はリンク式制振装置３３などを設置したことにより、無理なく大きな塑性変形が可能な制振装置をＨＲＳＧ支持構造に適用できることから、地震応答荷重の低減が可能となる。

こうして本発明によれば、従来技術に比べ、地震応答荷重低減効果が高く、安全性の高い横型ＨＲＳＧ支持構造を提供することが可能となり、また、既設の横型ＨＲＳＧにおいても、本発明の制振装置の追加が可能であり、本発明を適用することで、既設横型ＨＲＳＧの耐震性能を向上することができる。

本発明の実施の形態について以下、図面とともに詳細に説明する。
図７に本実施例で使用する制振装置３０、３１の概略図を示す。図７に示す制振装置３０、３１は先の特願２００６−２６３３６４号に開示さた制振装置であり、これについては後述し、先に本発明で新たに採用した制振装置３２、３３について説明する。

図１の概略図に制振装置３２の代表例を示す。制振装置３２は断塑性材からなる制振装置であり、断塑性型制振装置３２と呼ぶことがある。図１（ａ）には断塑性型制振装置３２を連結金具２３と下壁面ケーシング１の梁１１との間に設置する例を説明する。図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

断塑性型制振装置３２は横板３２ａと縦板３２ｂを格子状に組み合わせ、連結金具２３と連結する横板３２ａ側にはピン止め金具３２ｃが固着されている。横板３２ａと縦板３２ｂと間に補強のためにウエブ３２ｄを取り付けている。

また、図２には他の実施例の断塑性型制振装置３２を示す。図２に示す断塑性型制振装置３２は下部管寄せ１５と下壁面ケーシング１の梁１４との連結部に設置されるものである。図２（ａ）には断塑性型制振装置３２をガス流れに沿った方向の側面に設置する例を説明する。図２（ｂ）は図２（ａ）の制振装置３２をガス流れに直交する方向から見た図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。

梁１４からなる下壁面ケーシング１にはブラケット１９を介して断塑性型制振装置３２が設けられ、該断塑性型制振装置３２は管寄せ一体型支持部材２５に支持された一対のサポート金具２６に挟まれた状態で、該サポート金具２６に連結される。管寄せ一体型支持部材２５には複数の管寄せ１５が支持されている。

また、図３（ａ）には断塑性型制振装置３２を管寄せ一体型支持部材２５と下壁面ケーシング１（梁１１）との間であってガス流れに沿った方向の側面に設置する例を説明する。図３（ｂ）は図３（ａ）の断塑性型制振装置３２をガス流れに沿った方向から見た図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。また、図４（ａ）には断塑性型制振装置３２を管寄せ一体型支持部材２４と上壁面ケーシング１（梁３）との間であってガス流れに直交する方向の側面に設置する例を説明する。図４（ｂ）は図４（ａ）の断塑性型制振装置３２をガス流れに沿った方向から見た図であり、図４（ｃ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。

また、図５にはリンク式サイスミッタタイピンからなる制振装置の代表的な構造図を示し、リンク式制振装置３３ということがある。図５（ａ）にはリンク式制振装置３３を管寄せ１５の連結金具２３とケーシング１との間に設置した例である。図５（ｂ）は図５（ａ）で用いる２つのピン３３ａ、３３ｂの平面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）のピン３３ａ、３３ｂの側面図である。また図５（ｄ）にはピン３３ａ、３３ｂの各両端部を連結するリンク材３３ｃ、３３ｄの側面図を示す。

図５（ａ）のリンク式制振装置３３は、ケーシング１（柱１０）に固着された止め金具３３ｅの図示しない開口部に一方のピン３３ｂを挿入して固定しておき、該ピン３３ｂの両端部の平坦部３３ｂ１を各リンク材３３ｃ、３３ｄの一対の係止端部３３ｃ１．３３ｄ１の間にそれぞれ挿入して、ピン３３ａ、３３ｂの平坦部３３ａ１、３３ｂ１に設けられた穴とリンク材３３ｃ、３３ｄの一対の係止端部３３ｃ１、３３ｄ１に設けられた穴に図示しないロッドを貫通させて一対のリング材３３ｃ、３３ｃを図示しないロッドを中心に回動自在とする。連結金具２３の端部も前記止め金具３３ｅと同様にしてピン３３ａの中央部に固定させる。

こうして一対のピン３３ａ、３３ｂと一対のリング材３３ｃ、３３ｄが平行四辺形状に連結するが、一対のリング材３３ｃ、３３ｄが変形しながら一対のピン３３ａとピン３３ｂを塑性変形させることで制振効果が得られる。

断塑性型制振装置３２は、後述する挟み込み式制振装置３０と同様にケーシング１内に収納される機器を設置する空間に限りがある場合に利用され、設置空間の大きさに応じて制振装置３２と制振装置３０は使い分けられる。

一方、連結間隔が比較的長い場合、例えば上部管寄せ１５とケーシング１との間の連結にはリンク式制振装置３３を主に使用し、リンク構造が必要でない場合、例えば下部管寄せ１５とケーシング１との間などには断塑性型制振装置３２を使用する。なお図３にも示したように断塑性型制振装置３２を上部管寄せ１５とケーシング１との間に使用しても良い。

また、図６には他の実施例のリンク式制振装置３３を示す。図６に示すリンク式制振装置３３は上部管寄せ１５の連結金具２３と上壁面ケーシング１（梁９）との連結部に設置されるものである。図６（ａ）にはリンク式制振装置３３を上部管寄せの連結金具２３と上壁面ケーシング１（梁９）との間のガス流れに沿った方向の側面に設置した図を示し、図６（ｂ）は図６（ａ）の制振装置３３をガス流れに直交する側面から見た図であり、図６（ｃ）は図６（ａ）の下方から見た図である。

この図６に示すようにリンク式制振装置３３は上壁面ケーシング１（梁９）に取り付けられたブラケット１９の下面に設けられた一対の止め金具３３ｅの穴３３ｅ１にピン３３ｂの両端を回動自在に係止させ、該ピン３３ｂの中央部に上部管寄せ１５の連結金具２３を連結させた構成から成る。図６に示すリンク式制振装置３３は一対のピン３３ｅ，３３ｅを用いてそれぞれに上部管寄せ１５の連結金具２３を連結させた構成である。

次に挟み込み式制振装置３０とＹ形制振装置３１の構造の説明をする。これらの制振装置は前述の特願２００６−２６３３６４号で述べた制振装置である。
図７（ａ）の側面図と図７（ｂ）の図７（ａ）の矢印Ａ方向から見た図に示す制振装置は挟み込み式制振装置３０であり、ケーシング１の内部の内部ブレース７とケーシング１の接合部に設置する。図７（ｃ）に示す側面簡略図と図７（ｄ）に示す図７（ｃ）の装置に地震力Ｐ（ｔ）が作用した場合に構造材料がΔ（ｍｍ）だけ変形した場合を示す制振装置はＹ形制振装置３１（アーム２１と一対の外部ブレース２２、２２からなる）であり、エネルギー吸収性能が大きく、安定した履歴挙動を示すものであり、一般のビル鉄骨と同様に使用するものである。なお、図７（ｅ）には制振装置３１の図面左右方向に地震力が作用した場合の構造材の履歴挙動を示す。

制振装置３０は上板３０ａと下板３０ｂと、該上板３０ａと下板３０ｂの間に複数枚の鋼板３０ｃと、リンク材３０ｄとからなる弾塑性エレメントと上板３０ａに設けられた制振対象物の部材との接続部とからなる。

リンク材３０ｄは両端の鋼板３０ｃの内側に配置され、上板３０ａと下板３０ｂを連結し、上板３０ａと下板３０ｂの平行移動が大きくなり過ぎないように振動を抑制する部材である。複数枚の鋼板３０ｃは並列に間隔を空けて配置される。また、上板３０ａに設けられた制振対象物の部材とは本実施例の場合は、内部ブレース７の下端部に固定接続したブラケット７ａと該ブラケット７ａに固定接続され、上板３０ａに上下動自在に挿入されるフレーム７ｂからなる。

制振装置３０は地震時に前記複数の鋼板３０ｃの平面に直交する方向の振動方向（図７の場合は、図面左右方向）に外力（本実施例の場合は内部ブレース７の先端部が移動した際の力）が作用すると前記弾塑性エレメント（３０ａ〜３０ｄ）が弾塑性変形することにより制振作用を奏する。
なお、前記内部ブレース７は高温のガスに晒されているため、運転中は熱伸びが生じるため、制振装置３０の上板３０ａには図示しないが内部ブレース７の上下方向の伸び代に対する逃げ代を設けている。

挟み込み式制振装置３０は、１組の内部ブレース７とケーシング１の接合部に対して設置可能である。内部ブレース７は排ガスに曝されるために高温となるが、内部ブレース７はＶ字型に配置されているためにケーシング１に対して直交する方向に熱伸びすることになる。これに応じて挟み込み式制振装置３０は内部ブレース７の頂部を挟み込むことで地震力を伝達することから、内部ブレース７は制振装置３０との間で、この熱伸び差を吸収することができる。

すなわち、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、内部ブレース７のフレーム７ｂは挟み込み式制振装置３０の中を上下移動自在であるので内部ブレース７と制振装置３０との間の熱伸びによるずれを吸収できる。こうして挟み込み式制振装置３０は内部ブレース７の熱伸びを拘束することなく加振方向の水平力を伝達することができる。

また、ケーシング１の内部には排ガスが流れ、伝熱管群５との間で熱交換することが必要であるため、ガス流路を妨げない事が必要である。そのため、挟み込み式制振装置３０の適用箇所はケーシング１内の上下と両側方に設けられる保温材保護用のバッフル（図示せず）のスペースに設置することが望ましく、その中でもメンテナンスを考慮した場合、容易に保守のできる伝熱管群５が配置されていないケーシング１の内部が最も理想的な配置箇所となる。

内部ブレース７の一つはケーシング内の排ガス流れに対して直交する方向にある横断面であって、ＨＲＳＧの熱伸びの起点を含む面（図１３の構面Ｙ）に設けられているので、この部分に設ける制振装置３０は上下方向の伸びを考慮するだけでよく、制振装置３０の小型化、性能向上が可能となる。また前記熱伸びの起点は脱硝装置２０の直前または直後に設定するが、後述するように温度域も安定しており好適な位置である。

次にＹ形制振装置３１であるが、これは梁１４と柱脚１２とを接続する一対の外部ブレース２２と梁１４とが交差する接合部に設置する。図１３に示す例ではＹ形制振装置３１ａはアーム２１（図７参照）と一対の外部ブレース２２で梁１４に山形に取り付けられている。

これらの制振装置３０、３１の取付けにより、あらゆる地震エネルギーの作用方向に効果的な制振機能を持たせた排熱回収ボイラとすることができる。制振装置３０、３１は、その設置個所に合わせ使い分けたことに本実施例の特徴がある。

また、図８には図７に示す挟み込み式制振装置３０を上部管寄せ１５の連結金具２３と上壁面ケーシング１（梁９）との連結部であってガス流れ方向の側面に設置した場合の構成例を示す。図８（ａ）には制振装置３０をガス流れ方向の側面に設置した側面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）には制振装置３０をガス流れに直交する側面から見た図であり、図８（ｃ）は図８（ａ）の矢印Ａ方向から見た図（図８（ｃ））である。

また、図９には図７に示す挟み込み式制振装置３０を下部管寄せ１５の連結金具２３と下壁面ケーシング１（梁１４）との連結部であってガス流れ方向の側面に設置した場合の構成例を示す。図９（ａ）には制振装置３０をガス流れ方向の側面に設置した側面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）には制振装置３０をガス流れに直交する方向から見た図であり、図９（ｃ）は図９（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。

さらに、図１０には図７に示す挟み込み式制振装置３０を下部管寄せ１５の連結金具２３と下壁面ケーシング１（梁１１）との連結部であってガス流れに直交する方向に設置した場合の構成例を示す。図１０（ａ）は制振装置３０をガス流れに直交する平面を見た図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）には制振装置３０をガス流れ方向から見た図であり、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。

本実施例では、上記挟み込み式制振装置３０とＹ形制振装置３１を図１３で説明したようにＨＲＳＧの上壁面ケーシング１（梁９）と下壁面ケーシング１（梁１１）に設置すると共に制振装置３１と制振装置３２をＨＲＳＧの上壁面ケーシング１（梁９）と上部管寄せの間および下壁面ケーシング１（梁１１）と下部管寄せの間に設置する。

図１１はＨＲＳＧのガス流れに対して直交する方向の横断面（構面Ｙ）に対しての制振装置３０の設置例を示し、梁１１の中央部に位置するケーシング１と内部ブレース７との接合部に制振装置３０を設けた例を示している。

内部ブレース７のケーシング１との接合部に図７に示す制振装置３０が配置されるが、制振装置３０の上板３０ａに内部ブレース７の下端部（フレーム７ｂ）が上下動自在に取り付けられ、制振装置３０の下板３０ｂにケーシング１が固定接続している。なお、図１１に示す内部ブレース７は菱形形状であるが、対向する側壁面ケーシング１の中央部同士と菱形ブレース７との接続部を掛け渡す水平ブレース８を設けた例を示し、さらに、ケーシング１の下部に設けられ、地盤上に自立支持された型鋼からなる柱脚１２と梁１４との間にＶ字状の外部ブレース２２が設けられている。

内部ブレース７は菱形になっており、内部ブレース７は排ガスに曝されるため高温となり熱伸びが生じる。これに対して、挟み込み式制振装置３０はケーシング１に接続し、内部保温材１３により包み込まれており、制振装置３０自体の温度上昇が抑制される。なお保温材１３としては、温度条件などにより異なるが、ロックウール、セラミックファイバーなどが用いられる。

前記制振装置３０は図１１に示すようにケーシング１の下壁面に一箇所設けてもよく、さらに左右側壁面及び／又は上壁面に設けることにより制振性能がより高くなる。
前記内部ブレース７は、ケーシング１のガス流れ方向から見て、図７に示すように山形形状または図１１に示すように菱形形状であるが、本実施例でブレース７とケーシング１の接続部に制振装置３０を設けることにより、ガス流れに対して直交方向に作用する地震エネルギーを効果的に吸収することができる。

また、前記ケーシング１は、その下部に設けられた下部柱脚１２により地盤上に自立支持されており、該下部柱脚部１２に接続されたブレース２２と補強用の梁１４との接合部にＹ形制振装置３１のアーム２１を設けることにより、さらに効果的に地震エネルギーを吸収することができる。

図１２はＨＲＳＧのガス流れ方向のケーシング１の側壁面より下部に設けたＹ形制振装置３１の設置例を示す。このＹ形制振装置３１をケーシング１の側壁面に沿う方向の地震エネルギーを吸収するように配置することで、ガス流れに沿った方向に対して制振効果がある。

図１２に示すＹ形制振装置３１は、各一端を柱脚１２に接続した２本の外部ブレース２２とその２本の外部ブレース２２の他端を梁１４に接続したアーム２１からなり、全体として山形（三角形）をなす構成で配置される。さらに、図１２のＹ形制振装置３１の設置例の斜視図に相当する図１３には補強用の梁１４に、ガス流れ方向に作用する地震エネルギーを弾塑性変形により吸収する制振装置３１ａを設けた構成図を示す。また、図１３に示すように、ＨＲＳＧのガス出口部のケーシング１の下壁面の補強部材である梁１１の中央部とケーシング１の下方の柱脚１２とをそれぞれ両端部に接続した外部ブレース２２と前記梁１１の接続部には ガス流れ方向に直交する方向に作用する地震エネルギーを弾塑性変形により吸収するＹ形制振装置３１ｂを配置している。

前述のように、排熱回収ボイラ内には伝熱管群５が充填され、さらにケーシング１の上部には汽水分離ドラム６などが搭載され、さらにケーシング１の外部には蒸気タービンへの配管などが縦横に存在している。特にケーシング１の内部の伝熱管群５は個々の伝熱管パネルがガス流れ方向に連続して並列配列されており、さらに、それぞれの伝熱管パネルは複数の連絡管で連絡されている。そのため、ガス流れ方向に弾塑性変形により地震エネルギーを吸収する構造の制振装置を用いると、機器の移動が生じるために、機器同士が接触して損傷などを生じる可能性があり、さらに機器の復旧のための調整箇所数の増加などが生じる可能性があり、ガス流れ方向に弾塑性変形する制振構造は好ましくない。

そこで、本実施例ではガス流れ方向に作用する地震エネルギーを吸収する機能についてはケーシング１の側壁面の補強部材を延長した下部柱脚１２に設けた前記弾塑性変形により吸収する制振装置３１ａ（図１３）に取り付ける。

特に図１３に示す制振装置３１ａは、内部ブレース７が設けられた熱伸びの起点を含む横断面（図１３の構面Ｙ）から垂下した面を支持する排ガス流れと並行する方向に平面が向いたケーシング１の補強部材である梁１４と外部ブレース２２の接合部に設けることにより制振装置３１の小型化、性能向上が可能となる。

また、図１３に示す前記３つの構面Ｙの内の最後流側のケーシング１の下壁面の中央部と内部ブレース７の接続部にはガス流れに対して直交方向に弾塑性変形による制振機能がある制振装置３０を設けているが、制振装置３０の下方には制振装置３１ｂを設け、これらの制振装置３０、３１でＨＲＳＧのガス流れに対して直交方向に弾塑性変形による制振機能を持たせることができ、ＨＲＳＧ出口部より下流側の煙道又は煙突との接続面の変形を少なくしている。

図２、図４、図６、図８、図９はＨＲＳＧ内のガス流れに沿った方向の側面に制振装置３０、３２、３３をそれぞれ配置した各詳細図を示し、図３、図１０はガス流れに直交する方向の平面に対して制振装置３０、３２を配置した各詳細図を示す。図２、図４、図６、図８、図９に示すように上部管寄せ１５とケーシング１の連結部にリンク式連結金具２３を介して挟み込み式制振装置３０、断塑性型制振装置３２又はリンク式制振装置３３を内部保温材１３の内部に好適に設置することが望ましい。

また、下部管寄せ１５については吊下げ構造である下部管寄せ１５の地震応答特性を効率的に低減する役割があり、図２に示すように伝熱管群５の熱延びを考慮してサポート金具２６によりガス流れに沿った方向の水平力を伝達する構造になっており、制振装置３０，３２を図のように適用した。

この際、高温となるガス流れ前流側の炭素鋼の使用可能領域（４００℃以下）に制振装置３０，３２を設置する必要があるため、図２に示すように内部保温材１３で包み込む。さらに、上記ガス流れ前流側では排ガス入口部に近づく程、高温となり、熱伸び代が大きくなる。そのため構造的に複雑になるので、それを避けるために、例えば、図２に示す装置について言えば、支持部材２５の中央部に設置されているスペース金具２６と制振装置３２との挟み込み部をガス下流側にずらして、より低温部に設けることにより、熱伸びに対する逃げ代を小さくして小型化を図っている。

また、一方、前記ガス流れの前流側に続く脱硝装置２０の設置部より前流側の領域では、ガス温度が４００℃以下となるため、内部保温材１３をケーシング１の内側に張り付ける必要性がなく、それぞれの管寄せ１５に独立して制振装置３０、３３を設ける事が出来る。

図１０で説明した管寄せ１５のガス流れに直交する方向の水平力を制振装置３０、３２で受ける構成にする方法であるが、ガス流れに直交する方向の振動については管寄せ１５とケーシング１の隙間が小さく地震応答を好適に低減するためには、ガス流れに直交する方向の隙間を大きくする必要がある。

以上のようにＨＲＳＧの前後方向（ガス流れに沿った方向）及び左右方向（ガス流れに直交する方向）について、いくつかの実施例を紹介したが、ガス流れに直交する方向の制振についてはモーメントフレームとなる内部ブレース７に対して制振装置３０を設置し、外部ブレース２２に対して制振装置３１を設置する事で効果的な応答特性の低減を図ることができ、さらに、ガス流れに沿った方向の管寄せ１５とケーシング１の連結部に制振装置３０、３２、３３を設置し、ガス流れに直交する方向の管寄せ１５とケーシング１の連結部には制振装置３０、３２を設置することで地震力の低減を図ることができる。

これらの制振装置３０〜３３の取付けにより、あらゆる地震エネルギーの作用方向に効果的な制振機能を持たせた排熱回収ボイラとすることができる。制振装置３０〜３３は、その設置個所に合わせ使い分けたことに本実施例の特徴がある。

現在の耐震設計で主として採用される静的震度法による地震力より大きくなる。本発明ではその動的地震力を好適に低減することに対して効果があり、産業上の利用可能性が高い。

本発明に使用する断塑性型制振装置の概要を示し、図１（ａ）は断塑性型制振装置の側面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。 本発明に使用する断塑性型制振装置を下部管寄せの管群連結金具と下壁面ケーシングとの間であってガス流れに沿った方向の側面に設置した図（図２（ａ））、図２（ａ）の制振装置をガス流れに直交する方向から見た図（図２（ｂ））、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図（図２（ｃ））である。 本発明に使用する断塑性型制振装置を下部管寄せの一体型支持部材と下壁面ケーシングとの連結部であってガス流れに直交する方向の側面に設置した図（図３（ａ））と図３（ａ）の断塑性型制振装置をガス流れに沿った方向から見た図（図３（ｂ））、図３（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図（図３（ｃ））である。 本発明に使用する断塑性型制振装置を上部管寄せの一体型支持部材と上壁面ケーシングとの連結部であってガス流れに沿った方向の側面に設置した図（図４（ａ））と図４（ａ）の断塑性型制振装置をガス流れに沿った方向から見た図（図４（ｂ））、図４（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図（図４（ｃ））である。 本発明に使用するリンク式制振装置の概要を示し、図５（ａ）はリンク式制振装置の側面図、図５（ｂ）はリンク式制振装置の一構成部材であるピンの平面図、図５（ｃ）はピンの側面図、図５（ｄ）はリンク式制振装置の一構成部材であるリンクの側面図である。 本発明に使用するリンク式制振装置を上部管寄せの管群連結金具と上壁面ケーシングとの連結部であってガス流れに沿った方向の側面に設置した図（図６（ａ））と図６（ａ）の制振装置をガス流れに直交する側面から見た図（図６（ｂ））と図６（ａ）の下方から見た図（図６（ｃ））である。 本発明に使用する制振装置の概要を示し、図７（ａ）は挟み込み式制振装置の側面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の矢印Ａ方向から見た図、図７（ｃ）はＹ形制振装置の側面簡略図、図７（ｄ）は図７（ｃ）の装置に地震力が作用した場合に構造材料が変形した場合の履歴挙動を示す図であり、図７（ｅ）は図７（ｃ）のＹ形制振装置の図面左右方向に地震力が作用した場合の構造材の履歴挙動を示す。 本発明に使用する挟み込み式制振装置を上部管寄せの管群連結金具と上壁面ケーシングとの連結部であってガス流れに沿った方向の側面に設置した場合の側面図（図８（ａ））、図８（ａ）の制振装置をガス流れに直交する側面から見た図（図８（ｂ））、図８（ａ）の矢印Ａ方向から見た図（図８（ｃ））である。 本発明に使用する挟み込み式制振装置を下部管寄せの管群連結金具と下壁面ケーシングとの連結部であってガス流れに沿った方向の側面に設置した場合の側面図（図９（ａ））、図９（ａ）には制振装置をガス流れに直交する方向から見た図（図９（ｂ））、図９（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図（図９（ｃ））である。 本発明に使用する挟み込み式制振装置を下部管寄せの管群連結金具と下壁面ケーシングとの連結部であってガス流れに直交する方向に設置した場合の側面図（図１０（ａ））、図１０（ａ）の制振装置をガス流れに沿った方向から見た図（図１０（ｂ））、図１０（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図（図１０（ｃ））である。 特願２００６−２６３３６４号の発明のガス流れに直交する方向に平面に挟み込み型制振装置を設置した場合の説明図である。 本発明で使用するガス流れに沿った方向の平面に配置されるＹ形制振装置の説明図である。 特願２００６−２６３３６４号の発明における制振装置の設置箇所と種類の説明図である。 特願２００６−２６３３６４号の発明による動的地震応答量低減状態の説明図である。 排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）の全体構造の斜視説明図である。 排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）の内部構造などの側断面略図（図１６（ａ））と図１６（ａ）のａ−ａ線断面矢視図（図１６（ｂ））である。 従来のＨＲＳＧの側面外観図（図１７（ａ））、図１７（ａ）のａ−ａ線断面矢視図（図１７（ｂ））、図１７（ｂ）の円Ａ内のブレースの詳細構造図（図１７（ｃ））と円Ｂ内のブレースの詳細構造図（図１７（ｄ））である。 ＨＲＳＧケーシングの図１７（ａ）のａ−ａ線断面矢視図（図１８（ａ））と図１８（ａ）の円Ｂ内のブレースとケーシングとの接合部の詳細構造図（図１８（ｂ））である。 従来ＨＲＳＧの動的地震応答特性の概念説明図である。 従来のＨＲＳＧの管寄せ振れ止め構造の説明図（図２０（ａ）はＨＲＳＧの側面（ガス流れの沿った方向）から見た図、図２０（ｂ）は図２０（ａ）の矢印Ａ方向から見た図、図２０（ｃ）はＨＲＳＧの平面（ガス流れの沿った方向）から見た図）である。

符号の説明

１ ケーシング ２ 鋼板
３、９、１１、１４ 梁 ４ スチフナ
５ 伝熱管群 ６ 汽水分離ドラム
７ 内部ブレース ８ 水平ブレース
９ 吊り梁 １０ 柱
１２ 柱脚 １３ 内部保温材
１５ 管寄せ １６ ピン
１７ ブラケット １８ ブレース用板
１８ａ ルーズ穴 １９ ブラケット
２０ 脱硝装置 ２１ アーム
２２ 外部ブレース ２３ 連結金具
２４，２５ 管寄せ一体型支持部材
２６ サポート金具 ３０ 挟み込み式制振装置
３０ａ 上板 ３０ｂ 下板
３０ｃ 鋼板 ３０ｄ リンク材
３１ Ｙ形制振装置 ３２ 断塑性型制振装置
３２ａ 横板 ３２ｂ 縦板
３２ｃ ピン止め金具 ３２ｄ ウエブ
３３ リンク式制振装置 ３３ａ、３３ｂ ピン
３３ｃ、３３ｄ リンク材 ３３ｅ 止め金具

Claims (1)

1. 内部に伝熱管群（５）と上、下部管寄せ（１５，１５）を配置し、水平方向に流れるガスの熱を吸収して前記伝熱管群（５）でガスの熱を吸収して蒸気を発生させる横型筐体からなる排熱回収ボイラの制振構造体において、
   筐体構造の排ガス入口部と出口部の間の排ガス流れに沿う両側壁面と上下壁面を構成するケーシング（１）と、該ケーシング（１）の内面に設けた保温材（１３）と、ケーシング（１）内の排ガス流れに対して直交する方向の横断面内に設けられ、前記ケーシング（１）との間に接続部を有する内部ブレース（７）と、前記ケーシング（１）の下部に設けられ、地盤上に自立支持された柱脚（１２）と、該柱脚（１２）と下壁面ケーシング（１）との間に設けられた外部ブレース（２２）とを設け、さらに、前記ケーシング（１）と内部ブレース（７）の接合部に複数の挟み込み式制振装置（３０）を設け、前記ケーシング（１）と外部ブレース（２２）の接合部に複数のＹ字式制振装置（３１）を設け、上部管寄せ（１５）と上壁面ケーシング（１）の連結部及び下部管寄せ（１５）と下壁面ケーシング（１）の連結部には挟み込み式制振装置（３０）、断塑性材からなり水平方向に横板を入れた断塑性型制振装置（３２）又はリンク機構からなるリンク式制振装置（３３）の少なくともいずれかを設置し、
   前記挟み込み式制振装置（３０）、断塑性型制振装置（３２）、リンク式制振装置（３３）の設置方法として、設置スペースが比較的狭い場合で前記保温材（１３）の厚さが比較的厚い部位には挟み込み式制振装置（３０）を取り付けると共に、前記保温材（１３）の厚さが比較的薄い部位には断塑性型制振装置（３２）を取り付ける一方、設置スペースが比較的広い場合はリンク式制振装置（３３）を取り付けたことを特徴とする排熱回収ボイラの制振構造体。

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