JPH1122901A

JPH1122901A - 高温ガス配管

Info

Publication number: JPH1122901A
Application number: JP17802997A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Inage; 真一稲毛; Toshibumi Sasao; 俊文笹尾; Tadataka Murakami; 忠孝村上; Shigeyoshi Kobayashi; 成嘉小林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-07-03
Filing date: 1997-07-03
Publication date: 1999-01-26

Abstract

(57)【要約】【課題】圧損を低く押さえつつ管の摩耗等を抑制するこ
とができる高温ガス配管を提供する。【解決手段】ボイラーから排出される排ガスの流れる高
温ガス配管において、前記配管の曲がり部の内壁に、周
方向に間隔を置いて、また、流れ方向に間隔を置いて、
自身の下流側に渦を発生させる複数の突起を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微粒子を含む流体
の流れで曲がり部を有する配管に係り、ボイラーから排
出される排ガスの流れる曲がり部を有する高温ガス配管
に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体の流れる曲がり部を有する流体の配
管構造については、曲がり部の外周側壁に耐摩耗性材料
よりなる波状の突起領域を設け、流れに含まれる粒子を
当該突起領域に当てるようにして、当てた後の粒子の跳
躍により配管の他の領域に粒子が接触することを抑制す
ることが特開昭50−59816 号公報に記載されている。

【０００３】また、曲がり部の外周側壁の肉厚を厚くし
て、階段状の突起領域を構成して、突起による抵抗によ
り流体の流速を低下させて、流体の内面のエロージョン
を抑制すると共に、突起をエロージョンの犠牲にして管
の肉厚の減少を抑制することが特開平2−93195 号公報
に記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ボイラー排ガ
ス等の流れる高温ガス配管では、流れも速く、曲がり部
も複数あることが多いため、圧損を低く押さえることが
望まれるが、いずれも公知例にも流れの圧損を低く押さ
えつつ管の摩耗等を抑制することについては示唆されて
いない。

【０００５】そこで、本発明は、圧損を低く押さえつつ
管の摩耗等を抑制することができる高温ガス配管を提供
することを目的とする。

【０００６】また、本発明は、圧損を低く押さえつつ管
の摩耗等を抑制することができる高温ガス配管を備えた
燃焼プラントを提供することを他の目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の前記目的を解決
するために、ボイラーから排出される排ガスの流れる高
温ガス配管において、前記配管の曲がり部の内壁に、周
方向に間隔を置いて複数の突起を配置することを特徴と
する。

【０００８】これにより、圧損の増加を抑制しつつ、構
造物から管内の主流へ放出される渦内に粒子を巻き込
み、渦内に粒子を捕集することができる。これにより、
配管曲がり部の壁面を擦る灰粒子の総量を減らすことが
でき、壁面の摩耗量を抑制することが可能となる。

【０００９】また、ボイラーから排出される排ガスの流
れる高温ガス配管において、前記配管の曲がり部の内壁
に、排ガスの上流側から下流側にかけて間隔を置いて複
数の突起を配置することを特徴とする。

【００１０】これにより、圧損の増加を抑制しつつ、構
造物から管内の主流へ放出される渦内に粒子を巻き込
み、渦内に粒子を捕集することができる。これにより、
配管曲がり部の広い範囲において、壁面を擦る灰粒子の
総量を減らすことができ、壁面の摩耗量を抑制すること
が可能となる。

【００１１】また、ボイラーから排出される排ガスの流
れる高温ガス配管において、前記配管の曲がり部の内壁
に、配管の軸心方向に対して迎角を有する突起を配置す
ることを特徴とする。

【００１２】これにより、圧損の増加を抑制しつつ、構
造物から管内の主流へ放出される渦内に粒子を巻き込
み、渦内に粒子を良好に捕集することができる。これに
より、配管曲がり部の広い範囲において、壁面を擦る灰
粒子の総量を減らすことができ、壁面の摩耗量を抑制す
ることが可能となる。

【００１３】本発明の他の目的を解決するために、ボイ
ラーとボイラーから排出される排ガスの流れる高温ガス
配管とを備えた燃焼プラントにおいて、前記配管の曲が
り部の内壁に、内壁面から離れるに従い断面積が小さく
なるよう形成された突起を周方向に間隔を置いて複数配
置されることを特徴とする。

【００１４】これにより、圧損の増加を抑制しつつ、構
造物から管内の主流へ放出される渦内に粒子を巻き込
み、渦内に粒子を良好に捕集することができる。これに
より、配管曲がり部の広い範囲において、壁面を擦る灰
粒子の総量を減らすことができ、壁面の摩耗量を抑制す
ることが可能となり、信頼性が高く、効率が高い燃焼プ
ラントが得られる。

【００１５】また、流動層ボイラーと、該ボイラーの燃
焼排ガスにより駆動されるガスタービンと、該流動層ボ
イラーの排ガスを前記ガスタービンに輸送する高温ガス
配管とを備えた複合サイクルプラントにおいて、前記配
管の曲がり部の内壁に、配管の軸心方向に対して迎角を
有する突起を配置することを特徴とする。

【００１６】これにより、圧損の増加を抑制しつつ、構
造物から管内の主流へ放出される渦内に粒子を巻き込
み、渦内に粒子を良好に捕集することができる。これに
より、配管曲がり部の広い範囲において、壁面を擦る灰
粒子の総量を減らすことができ、壁面の摩耗量を抑制す
ることが可能となり、信頼性が高く、効率が高い複合サ
イクルプラントが得られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を添付図
面に基づいて説明する。

【００１８】流動層ボイラーを用いた複合サイクルプラ
ントの系統図を図３に示す。流動層ボイラー１内では、
空気圧縮器２より供給される空気３により微粉炭４が燃
焼させられる。燃焼により発生した高温ガス５は、ボイ
ラー１内に設置された伝熱管６へ伝えられ、伝熱管６内
では蒸気が発生する。蒸気は蒸気タービン７へ導かれ、
発電機８を駆動する。また、高温ガス５はサイクロン９
により灰粒子を除去した後、高温配管１０によりヘッダ
ー１１を経て、ガスタービン１２へ輸送される。その
際、高温ガス５中には、サイクロン９までは２００（μ
mm）程度の、サイクロン９を通過した後も完全に除去で
きない数（μmm）程度の灰粒子１３が残存している場合
がある。そのため、プラントを長期に渡り稼働すると、
灰粒子１３が高温配管１０の壁面に無数に衝突し、管壁
面に深刻な摩耗を発生させる場合がある。特に、高温配
管１０の曲がり部において摩耗は顕著になる。

【００１９】図１は本発明による高温配管の第１実施例
を示す。図２は、高温配管主流方向に回転の軸を持つ渦
を発生させる構造物の詳細を示す。

【００２０】図１において、５は高温ガス、１０は前記
高温配管（曲がり部の拡大部例えば、サイクロン９の上
流側に位置する高温配管を示す。または、サイクロンの
下流側に位置する高温配管を示す）、１３は灰粒子、１
４は自身の下流側に渦を生じる渦発生装置（突起）、１
５は渦発生装置１４より発生する渦である。本実施例で
は渦発生装置１４は三角錐形状をなし、摩耗が特に顕著
である曲がり部の外側壁に設置されるように構成されて
いる。

【００２１】また、ここでは、配管の流れ方向の上流側
から下流側にかけて、間隔を置いて前記渦発生装置１４
を複数設置する。例えば、間隔は一の渦発生装置１４に
よる渦が、渦発生装置１４から離れるに従い灰粒子１３
に及ぼす影響が小さくなる位のところに他の渦発生装置
を配置するような間隔にすることができる。突起により
発生する渦により、全体としての圧損の増加を抑制しつ
つ、高温ガス５中の灰粒子１３が配管の曲がり部の外側
面に当たることを抑制でき、壁面の摩耗を減らすことが
できる。

【００２２】図２に渦発生装置１４の一例を示す。渦発
生装置１４は、例えば、底面から距離が離れるに従い断
面積が小さくなるような形とする。一例として、三角錐
形状をしており、１４ａ，１４ｂ，１４ｃを３頂点とす
る三角形の面（頂点１４ａと辺１４ｂ−１４ｃ（頂点１
４ｂと１４ｃを両端とする辺）の中点を結ぶ線）が、配
管内の主流方向に対して仰角αとなるように高温配管の
壁面に固定されている。主流方向が規定しがたい場合は
例えば、配管の軸心方向に対して迎角を持つようにす
る。高温配管内では、高温ガス５が流れる。その際、翼
状構造物である渦発生装置１４の高温配管壁面から離れ
た部分にある端部、即ち、突出部（図２の頂点１４ｄ）
の後方に、主流方向に回転の中心軸を持つ強い渦１５が
発生する。前記渦は下流側に進行するに伴って渦１５の
回転半径は増加し、角運動量も増加する。前記高温配管
中の高温ガス５中に含まれる灰粒子１３は、前記渦中に
捕集される。そのため、灰粒子１３の進路は大きく変化
し、流れに対する圧損の増加を抑制しつつ、壁面に衝突
する粒子個数を減らすことが可能となる。

【００２３】また、本実施例では、渦１５の流れのうち
主流方向を中心軸として旋回する流れの流量を全流量の
３〜５％の範囲にすることにより、上記した灰粒子１３
の捕集を十分効果的に行うことができる。このような流
量配分を行うには、渦発生装置１４としては、主流に対
する仰角αが１０〜２０度，主流に垂直な面における高
温配管壁面からの高さが該垂直な面内の高温配管の平均
内径の３〜５％の範囲となるようにすれば良い。周方向
に複数配置する場合の渦発生装置１４の間隔は、曲がり
の外側では間隔を狭く、内側では広くすることができ
る。また、等間隔に配置することもできる。

【００２４】配管の周方向に複数間隔を置いて配置する
ことにより、より広い領域の摩耗を抑制することができ
る。また、本例では、三角錐状の例をしめしたが、前記
のように配管の主流方向に対して迎角を有するものであ
れば、これに限られない。

【００２５】比較例として、図５に示すように摩耗を抑
制するため曲がり部にＴ字管（Ｔ字型接合部）１６を設
けたものを示す。

【００２６】図４に示すような配管のエルボでは、内部
を流れる高温ガス５及び灰粒子１３に遠心力が働く。そ
のため、曲がり部の配管外側に灰粒子が紐状に集中す
る。集中した灰粒子が配管壁面に衝突することにより摩
耗を引き起こす。その対策のために、比較例として図５
に示すＴ字管（Ｔ字型接合部）１６を用いている場合、
灰粒子１３は、曲がり部でエルボ同様に配管外側に集中
する。集中した灰粒子は、Ｔ字管１６の平坦部に衝突
し、図のように灰粒子の運動軌跡を変化させることによ
り、曲がり後の配管との衝突を抑制している。配管に複
数の曲がり部がある場合Ｔ字管の平坦部での衝突を多数
回繰り返すことにより、曲がり後の配管に衝突する箇所
が発生する。この場合、その衝突箇所において管壁面に
摩耗が発生する。実際のプラントでは高温配管には多数
の曲がり部が存在するために、Ｔ字管による曲がり部を
設けるのみで、摩耗を抑制することが困難で圧損も大き
い。前記実施例のような構造にすることにより、多数の
曲がり部を有し、複雑な配管系においても圧損の増加を
抑制しつつ、配管壁面上に発生する摩耗を抑制すること
ができる。

【００２７】図６は第２実施例を示す。

【００２８】図６において、５は高温ガス、１０は高温
配管、１３は灰粒子、１４は翼状構造物（渦発生装
置）、１５は翼状構造物板２０より発生する渦である。
本実施例では、高温配管１０の任意の断面、好ましくは
高温配管の曲がり部入口部に設置に、円周方向に間隔を
置いてほぼ全面に渡って複数個の主流方向に回転の中心
軸を持つ渦発生装置１４を設けたものである。尚、同図
の渦発生装置１４は、周方向に複数配置されていれば、
必ずしも同一直線上に配置されていなくても良い。一個
の渦発生装置１４からでる渦の半径は、凡そ翼の高さの
２倍程度である。そのため、（配管断面の周長）／（翼
高さ×２）個程度の渦発生装置１４を設置することによ
り、より効果的に粒子を渦中に捕集でき、圧損の増加を
抑制しつつ、摩耗抑制が可能となる。渦発生装置１４
は、曲がり部の中間より上流側に設ける。さらに、流れ
方向に上流側から下流側にかけて複数配置する場合であ
っても、少なくとも一の段落は曲がり部の中間より上流
側に設ける。

【００２９】図７は第３実施例を示す。

【００３０】図７において、５は高温ガス、１０は高温
配管、１３は灰粒子、１４は翼状構造物（渦発生装
置）、１５は翼状構造物板２０より発生する渦である。
本実施例では、配管内面に対して適切な仰角を持つ３個
の三角錐形状をした渦発生装置１４ａ，１４ｂ，１４ｃ
（構造は図２に同じ）を設置している。同図の横方向に
おける翼１４ｂと１４ｃの高さを高温配管１０の径の１
／３に設定すると共に、縦方向における翼状構造物１４
ａの高さを１／３に設定し、角翼状構造物の先端が正三
角形の３つの頂点をなすように配置する。この配置で、
翼１４ａと１４ｃから発生する渦１５ａと１５ｃから発
生する循環（中心軸の廻りに渦として流れる流量）をΓ
とし、翼１４ｂから発生する渦１５ｂの循環を−Γ／２
（符号は、渦の回転方向が逆であることを示す）とする
ように、角翼１４ａ〜１４ｃの間で仰角を１０〜２０度
の範囲で調整する。これにより、各翼から発生する３個
の渦の中心軸は、螺旋軌道を描きながら合体し、１つの
強い渦を形成する。

【００３１】このように、前記高温配管内の主流方向に
回転の中心を持つ渦を発生させる構造物を複数設け、該
複数の構造物の下流に発生する複数の渦を合体させるこ
とにより、前記高温配管内にさらに灰粒子を効率良く捕
集でき、配管曲がり部の壁面を擦る灰粒子の総量を減ら
すことができ、壁面の摩耗量をより効果的に抑制するこ
とが可能となる。これによれば、高温配管内に作られた
強い渦により、圧損の増加を抑制しつつ、より効果的に
粒子を捕集することができる。

【００３２】このように、高温配管の配管曲がり部にお
いては、灰粒子が集中し、配管壁面を多数の粒子が擦る
ために配管壁面に発生する摩耗を抑制することが困難で
あり、その傾向は多数の曲がり部を有する配管系に顕著
であった。本発明によれば、配管内に設置した渦発生装
置により形成される前記渦により灰粒子を捕集でき、壁
面への粒子衝突を抑制することにより、効率良く摩耗を
抑制できる。

【００３３】これらの実施例では、流動層ボイラーを用
いた複合サイクルプラントを示したが、ボイラーからの
排ガスを他に輸送する燃焼プラントに前記構造を適応し
てもよい。

【００３４】

【発明の効果】本発明により、圧損を低く押さえつつ管
の摩耗等を抑制することができる高温ガス配管を提供す
ることができる。

【００３５】また、他の本発明により、圧損を低く押さ
えつつ管の摩耗等を抑制することができる高温ガス配管
を備えた燃焼プラントを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる高温配管の一実施例を示す図。

【図２】渦発生装置の詳細図。

【図３】加圧流動ボイラーの系統図。

【図４】エルボ部における摩耗発生に関する概要図。

【図５】比較例を示す図。

【図６】本発明に係わる高温配管の第２実施例を示す
図。

【図７】本発明に係わる高温配管の第３実施例を示す
図。

【符号の説明】

１…流動層ボイラー、２…空気圧縮器、３…空気、４…
微粉炭、５…高温ガス、６…伝熱管、７…蒸気タービ
ン、８…発電機、９…サイクロン、１０…高温配管、１
１…ヘッダー、１２…ガスタービン、１３…灰粒子、１
４…渦発生装置、１５…渦発生装置１４より発生する
渦、１６…Ｔ字管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林成嘉茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボイラーから排出される排ガスの流れる高
温ガス配管において、前記配管の曲がり部の内壁に、周方向に間隔を置いて複
数の突起を配置することを特徴とする高温ガス配管。
【請求項２】ボイラーから排出される排ガスの流れる高
温ガス配管において、前記配管の曲がり部の内壁に、排ガスの上流側から下流
側にかけて間隔を置いて複数の突起を配置することを特
徴とする高温ガス配管。
【請求項３】ボイラーから排出される排ガスの流れる高
温ガス配管において、前記配管の曲がり部の内壁に、配管の軸心方向に対して
迎角を有する突起を配置することを特徴とする高温ガス
配管。
【請求項４】ボイラーとボイラーから排出される排ガス
の流れる高温ガス配管とを備えた燃焼プラントにおい
て、前記配管の曲がり部の内壁に、内壁面から離れるに従い
断面積が小さくなるよう形成された突起を周方向に間隔
を置いて複数配置されることを特徴とする燃焼プラン
ト。
【請求項５】流動層ボイラーと、該ボイラーの燃焼排ガ
スにより駆動されるガスタービンと、該流動層ボイラー
の排ガスを前記ガスタービンに輸送する高温ガス配管と
を備えた複合サイクルプラントにおいて、前記配管の曲がり部の内壁に、配管の軸心方向に対して
迎角を有する突起を配置することを特徴とする複合サイ
クルプラント。