JPH0735284A - 温度が異なるガス流を混合する合流管の接続構造 - Google Patents

温度が異なるガス流を混合する合流管の接続構造

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JPH0735284A
JPH0735284A JP20375893A JP20375893A JPH0735284A JP H0735284 A JPH0735284 A JP H0735284A JP 20375893 A JP20375893 A JP 20375893A JP 20375893 A JP20375893 A JP 20375893A JP H0735284 A JPH0735284 A JP H0735284A
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JP
Japan
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gas
pipe
tributary
mainstream
fluidized bed
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JP20375893A
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Inventor
Yoshiyuki Doi
与志幸 土居
Manabu Ishihara
学 石原
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 加圧流動床ボイラーとガスタービンとの複合
発電プラント等において、高温ガスと低温ガスとを混合
してガスタービンに供給する場合などの合流管接続構造
に関するもので、合流管の接続コーナー部付近での壁面
の局部加熱の発生を防ぎ、その部位での疲労破壊の発生
を防ぐことを目的としている。 【構成】 プラント起動時に加圧流動床ボイラーから低
温ガスが供給される主流ガス配管1に、燃焼器から高温
ガスを供給する支流ガス配管2を角度θで傾斜接続し、
支流ガス配管2の接続端部は、主流ガス配管1の配管通
路途中に開口して差込み接続され、主流ガスの通路内に
δだけ突出させている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば加圧流動床ボイ
ラーとガスタービンとの複合発電プラントに於いて、高
温ガスと低温ガスとを混合してガスタービンに供給する
場合等の合流管接続構造に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、加圧流動床ボイラーから排出され
る高温・高圧ガスによってガスタービン・発電機を駆動
する発電方式が実用化されている。
【0003】この種のプラントでは、図6に示す様に、
加圧流動床ボイラー4から排出される高温・高圧ガスが
ガスタービン5・発電機6を駆動して発電を行うと共
に、加圧流動床ボイラ4で必要な高圧空気をガスタービ
ンによって駆動される圧縮機7から供給する設備構成と
なっている。
【0004】即ち、ガスタービン5を駆動するためには
加圧流動床ボイラー4で高温・高圧ガスが生成されてい
る必要が有り、一方、加圧流動床ボイラー4に高圧空気
を供給するためにはガスタービン5・圧縮機7が駆動さ
れている必要が有る。
【0005】このプラントを起動する場合、まず加圧流
動床ボイラー4に高圧空気を供給することから始める必
要が有り、そのためにガスタービン5・圧縮機7だけを
単体で駆動できる設備を設けている。
【0006】最初に圧縮機をモーター8により駆動して
高圧空気を燃焼器9に供給し、燃焼器で生成される高温
・高圧ガスによりガスタービン5を起動する。
【0007】ガスタービンが起動されると、圧縮機7か
ら高圧空気を連続して供給することができる様になり、
その高圧空気は燃焼器9と加圧流動床ボイラー4とに分
けて供給される。
【0008】その後加圧流動床ボイラー4が起動される
と、まず炉内の昇温のために低温ガスが排出されること
になり、これがガスタービン5に供給されることにな
る。従って、加圧流動床ボイラー4の炉内昇温が完了す
るまでの間、燃焼器9から高温ガスを供給し続け、加圧
流動床ボイラー4からの低温ガスにこの高温ガスを混合
してガスタービン5に供給する様にしている。
【0009】図3は、加圧流動床ボイラーからの低温ガ
スと燃焼器からの高温ガスとを混合する従来の合流管の
接続構造図である。(図6の記号10の部分)
【0010】図3に示すように従来の合流管の接続構造
は、加圧流動床ボイラーからの主流ガス配管1′に燃焼
器からの支流ガス配管2′が接続されており、合流部で
の流れ同志の衝突により振動等が発生しない様、支流ガ
ス配管2′を主流ガス配管1′に傾斜接続して、合流部
での流れがスムーズになる様に構成している。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のよう
な発電プラントにおける加圧流動床ボイラーからの低温
ガスと燃焼器からの高温ガスとは温度差が非常に大き
く、もし合流部直後で高温ガスが壁面を局部加熱した場
合、その部位で疲労破壊等を誘発する様な高い熱応力が
発生する。
【0012】図3に示す様な従来の合流管の接続構造で
は、傾斜導入された支流ガス(燃焼器からの高温ガス)
2 が主流ガス(加圧流動床ボイラーからの低温ガス)
1の流れに押し流されることにより、支流ガスが層を
成して流れる。
【0013】この層状流れが壁面に沿って流れた場合、
その部分で局部加熱が起こる可能性が有る。従ってその
流況を実験的に確認したところ、図5に示す様に、合流
管の接続コーナー部から下流側に向ってある範囲で壁面
の局部加熱が起っていることが確認された。
【0014】この現象は、支流ガスの比重量γ2 ・流量
2 ・流速V2 に対して主流ガスの比重量γ1 ・流量Q
1 ・流速V1 が大きい程顕著になる傾向にあり、又、合
流管の接続傾斜角θが小さい程顕著になる傾向にもあっ
た。
【0015】そこで、前記の各条件をコントロールして
現象が起こりにくくなる様にすることを試みたが、主流
ガス及び支流ガスの比重量γ1 ,γ2 ・流量Q1 ,Q2
はプラントの運用条件によって決まるものであり、これ
をコントロールすることは運用を制限することになるた
めに実際問題対応困難であり、又、配管口径を調整して
ガスの流速V1 ,V2 を変化しても流量条件によっては
(主流ガスの流量Q1が大きい場合には)その効果が小
さく、更に、合流管の接続傾斜角θを大きくした場合に
は、合流部で流れ同志が衝突することにより配管の振動
が発生したため、これを対応策として採用することもで
きなかった。
【0016】本発明は合流管の接続部構造をわずかに工
夫するだけで上記従来技術の不具合点を解消することを
目的としている。
【0017】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の構成として本発明の温度が異なるガス流を混合する合
流管の接続構造は、主流ガス配管通路途中に接続された
支流ガス配管から前記主流ガス配管中を流れる主流ガス
と異なる温度の支流ガスを導入して混合する合流管に於
いて、主流ガスの比重量・流量・流速と支流ガスの比重
量・流量・流速と合流管の接続傾斜角度との組合せに対
して合流管の接続端部を適切な寸法だけ主流ガス通路内
に突出させて接続したことを特徴としている。
【0018】
【作用】図3及び図4に示す様な支流ガス(高温ガス)
の層状流れが合流管の接続コーナー部から下流側に向っ
てある範囲で壁面に沿って流れる現象は、次の様なメカ
ニズムで起っているものと考えられる。
【0019】合流管に主流ガス(低温ガス)及び支流ガ
ス(高温ガス)が流入する場合、そのガス流が持つ力の
大きさは次式により表される。 F=γ・Q・v/g ここに、 F:ガス流が持つ力、 γ:比重量(温度によって変化する) Q:流量、v:流速、g:重力加速度、
【0020】主流ガスの持つ力をF1 、支流ガスの持つ
力をF2 とする。主流ガスの流れ方向をX方向、支流ガ
スの流れ方向をX−Y平面上でX軸に対し傾斜角θの方
向とした場合、各方向の力の大きさは、次式により表さ
れる。 FX =F1 +F2 ・cos θ FY =F2 ・sin θ
【0021】合流後の流れ方向であるX方向の力につい
ては、そのまま合流後のガス流が持つ力となるが、Y方
向の力については、支流ガスが主流ガスに衝突する力と
して作用し、支流ガスに反作用を及ぼすことになる。
【0022】この反作用力は、壁面の局部加熱が起って
いる合流管の接続コーナー部付近について、図4に示す
様な接続コーナ部から下流側に向ってだんだんと小さく
なる分布になっているものと考えられる。即ち、反作用
力がある程度大きい範囲では、支流ガスの流れが壁面ま
で押戻されてその部分を加熱し、一方、反作用力が小さ
くなると、支流ガスの流れが壁面まで押戻されなくなっ
て加熱されなくなる(低温のままである)ものと考えら
れる。
【0023】従って、壁面の局部加熱を防止する方法と
しては、反作用力そのものを小さくするか、もしくは合
流管の接続コーナー部を壁面から遠ざけるかのいずれか
により、支流ガスの流れが壁面まで押戻されなくなる様
にすることが考えられる。
【0024】反作用力そのものを小さくすることについ
ては、支流ガスの比重量γ2 ・流量Q2 ・流速V2 に対
して主流ガスの比重量γ1 ・流量Q1 ・流速V1 を小さ
くするか、もしくは合流管の接続傾斜角θが大きくする
かのいずれかの方法が考えられるが、これらについては
従来の技術でも述べた様に、主流ガス及び支流ガスの比
重量γ1 ,γ2 ・流量Q1 ,Q2 はプラントの運用条件
によって決まるものであり、これをコントロールするこ
とは運用を制限することになるために実際問題対応困難
であり、又、配管口径を調整してガスの流速V1 ,V2
を変化しても流量条件によっては(主流ガスの流量Q1
が大きい場合には)その効果が小さく、更に、合流管の
接続傾斜角θを大きくした場合には、合流部で流れ同志
が衝突することにより配管の振動が発生したため、これ
を対応策として採用することもできなかった。
【0025】従って本発明では、合流管の接続コーナー
部を壁面から遠ざけることに着目して対応策を見出すこ
とにしており、その手段として図1,図2に示す様に、
合流管の接続端部を主流ガス通路内に突出させて接続す
ることを提案している。
【0026】そして、合流管の接続端部を主流ガス通路
内に突出させる寸法は、接続コーナー部付近の反作用
力、即ち、主流ガスの比重量γ1 ・流量Q1 ・流速V1
と支流ガスの比重量γ2 ・流量Q2 ・流速V2 と合流管
の接続傾斜角度θとの組合せに対して適切な寸法とする
必要が有る。
【0027】なお、この寸法を決定する場合、図4に示
す様な合流管の接続コーナー部付近の局所流れを正確に
把握する必要が有り、従って当該部の形状と前記各条件
とを正確にモデル化した流動解析やモデルテストに基づ
き決定するのが実際的である。
【0028】この結果、従来技術では、支流ガス(高温
ガス)の層状流れが壁面に沿って流れることによりその
部分で局部加熱が起こることに対し、本発明では、主流
ガスの比重量・流量・流速と支流ガスの比重量・流量・
流速と合流管の接続傾斜角度との組合せに対して合流管
の接続端部を適切な寸法だけ主流ガス通路内に突出させ
て接続することにより、この現象を防止するものであ
る。
【0029】
【実施例】以下本発明の1実施例について、図1及び図
2に基づき説明する。図1は、本発明の温度が異なるガ
ス流を混合する合流管接続構造の軸方向断面図、図2
は、本発明の温度が異なるガス流を混合する合流管接続
構造の周方向断面図である。
【0030】これらの図において、プラント起動時に加
圧流動床ボイラーから低温ガスが供給される主流ガス配
管1には、燃焼器から高温ガスを供給する支流ガス配管
2が角度θで傾斜接続されている。支流ガス配管2の接
続端部は、主流ガス配管1に開口して差込み接続されて
おり、主流ガスの通路内にδだけ突出している。G1
低温の主流ガス、G2 は高温の支流ガスを示す。
【0031】ここに、支流ガス配管2の接続端部突出寸
法δは、主流ガスの比重量γ1 ・流量Q1 ・流速V1
支流ガスの比重量γ2 ・流量Q2 ・流速V2 と合流管の
接続傾斜角度θとの組合せに対して、合流管の接続コー
ナー部付近に於いて壁面の局部加熱が起こらないことを
流動解析もしくはモデルテストによって確認した寸法と
なっている。
【0032】その一例として、次の通りである。 主流ガス側条件 温度 400℃ 比容積 0.4m3/kg (比重量 γ1 =2.5kg
/m3 ) 流量 30kg/sec (Q1 =12.0 m3/sec
) 配管口径 1000mm 流速 V1 =15.3 m/sec 支流ガス側条件 温度 750℃ 比容積 0.6m3/kg (比重量 γ2 =1.7kg
/m3 ) 流量 5kg/sec (Q2 =3.0 m3/sec ) 配管口径 300mm 流速 V2 =42.5 m/sec 接続傾斜角 θ=60° 支流ガス配管の接続端部突出寸法 δ≧30mm
【0033】以上本発明の1実施例について具体的に説
明したが、本発明は上記実施例に限定されるものでな
く、本発明技術思想の範囲内において種々設計変更し得
るものであり、それらは何れも本発明の技術的範囲に属
する。
【0034】
【発明の効果】本発明の温度が異なるガス流を混合する
合流管の接続構造を適用することにより、合流管の接続
コーナー部付近に於いて壁面の局部加熱が起こる(高い
熱応力が発生する)ことを防止でき、その部位で疲労破
壊等が発生する心配が無くなる。
【0035】これによって、加圧流動床ボイラーとガス
タービンとの複合発電プラントに於ける当該合流管の信
頼性向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例に係る温度が異なるガス流を
混合する合流管接続構造の軸方向断面図である。
【図2】図1の合流管接続構造の周方向断面図である。
【図3】従来の合流管接続構造における温度の異なるガ
ス流の流動状況説明図である。
【図4】図3の合流管接続コーナー部付近の拡大図であ
る。
【図5】従来の合流管接続構造における壁面局部加熱の
発生状況を示す合流管接続開口部分の展開図である。
【図6】加圧流動床ボイラーとガスタービンとの複合発
電プラントにおける設備構成を示す概略図である。
【符号の説明】
1 主流ガス配管 2 支流ガス配管 4 加圧流動床ボイラー 5 ガスタービン 6 発電機 7 圧縮機 8 モータ 9 燃焼器 10 合流管部分 G1 主流ガス(低温ガス) G2 支流ガス(高温ガス) δ 支流ガス配管接続端部突出寸法 θ 支流ガス配管傾斜取付角度

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主流ガス配管通路途中に接続された支流
    ガス配管から前記主流ガス配管中を流れる主流ガスと異
    なる温度の支流ガスを導入して混合する合流管に於い
    て、主流ガスの比重量・流量・流速と支流ガスの比重量
    ・流量・流速と合流管の接続傾斜角度との組合せに対し
    て合流管の接続端部を適切な寸法だけ主流ガス通路内に
    突出させて接続したことを特徴とする温度が異なるガス
    流を混合する合流管の接続構造。
JP20375893A 1993-07-27 1993-07-27 温度が異なるガス流を混合する合流管の接続構造 Withdrawn JPH0735284A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112747256A (zh) * 2019-10-30 2021-05-04 华龙国际核电技术有限公司 一种管道交汇结构及核电站余热排出管道系统

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Effective date: 20001003