CN116438406A - 废热回收锅炉的支撑机构 - Google Patents

Abstract

提供一种在抑制了成本上升的同时又能够应对高温化的废热回收锅炉的支撑机构。一种废热回收锅炉的支撑机构，适用于废热回收锅炉，该废热回收锅炉具备废气(2)沿水平方向流动的壳体构造的壳体(5)、在壳体的内部悬吊的传热管组(9)、与传热管组的端部连接的集管(11)，废热回收锅炉的支撑机构抑制传热管组的晃动，其特征在于，具备：底座(15)，用于保持集管在气体流动方向上的位置；连接体(14)，焊接于集管并结合于底座；多个限制构件(17)，以夹入集管的方式设置于底座；传递构件(13)，设置在壳体与底座之间，将作用于底座的力向壳体传递。

Description

废热回收锅炉的支撑机构

技术领域

本发明涉及用于抑制设置在废热回收锅炉内的传热管组的晃动的支撑机构。

背景技术

作为高效率发电的一环而备受关注的复合发电设备首先利用燃气轮机进行发电，并利用废热回收锅炉(HRSG)回收从燃气轮机排出的废气中的热量，通过在该废热回收锅炉产生的蒸汽使蒸汽轮机驱动进行发电。

在这种废热回收锅炉中，通常在作为废气的烟道的壳体的内部配置有多个对燃气轮机的废气的热量进行回收的过热器、蒸发器、节煤器等换热器。各换热器由沿着废气的流动方向整齐排列的多个传热管构成，将各传热管的上下两端通过上部集管和下部集管连接而成为一张传热管面板。多个传热管面板在壳体内沿着废气的流动方向串列配置，各传热管面板从壳体的上壁面经由支承梁被悬吊。

以往，已知有如下的减振构造：在传热管面板与壳体之间设置支撑机构，由该支撑机构负担的水平载荷被传递到壳体的基础部，由此减少在地震时等作用的水平力。例如，在专利文献1记载的减振构造中，将相对于废气的流动方向串列配置的多个传热管面板的各上部集管汇总地连接于上部底座，并通过连杆式的连结配件将该上部底座支承于壳体的支承梁的下方，由此，由连结配件负担的水平载荷经由壳体的支承梁被传递到基础部。而且，将多个传热管面板的各下部集管汇总地连接于下部底座，并通过支撑配件将该下部底座支承于从壳体的下壁面立起的加强梁，由此，由支撑配件负担的水平载荷经由加强梁被传递到基础部。

在此，将在上部集管的外周面焊接的连接体与上部底座进行销结合，由此将上部集管连接于上部底座。同样，将在下部集管的外周面焊接的连接体与下部底座进行销结合，由此将下部集管连接于下部底座。需要说明的是，在通过来自高温的废气的热量回收而产生蒸汽的废热回收锅炉中，有时使用9Cr钢作为在高温强度上优异的集管材料。在该情况下，在上部集管和下部集管的外周面焊接的连接体也与集管材料同样地使用9Cr钢。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-79822号公报

发明内容

发明要解决的课题

近年来，伴随着燃气轮机的大型化/高性能化而废气温度高温化，特别是在作为废气的上游侧的壳体的入口附近，也会预测到废气温度成为650℃以上的高温的情况。然而，在使用了9Cr钢作为连接体的材料的情况下，9Cr钢的容许应力为649℃以下，因此当废气温度达到650℃以上时，9Cr钢的容许抗拉强度下降，会产生无法确保连接体对传热管面板的支撑功能这样的问题。需要说明的是，如果将连接体变更为容许应力比9Cr钢高的材料，例如不锈钢，则即使在650℃以上的高温下也能够确保支撑功能，但是在该情况下，在连接体焊接的集管的材料也需要设为不锈钢，不锈钢与9Cr钢相比造价高，因此产生成本显著上升这样的另外一个问题。

本发明鉴于这样的现有技术的实际情况而作出，其目的在于提供一种在抑制了成本上升的同时又能够应对高温化的废热回收锅炉的支撑机构。

用于解决课题的方案

为了实现上述的目的，代表性的本发明涉及一种废热回收锅炉的支撑机构，适用于废热回收锅炉，该废热回收锅炉具备：壳体构造的壳体，废气沿水平方向流动于该壳体构造的壳体；传热管组，悬吊在所述壳体的内部；集管，与所述传热管组的端部连接，所述废热回收锅炉的支撑机构抑制所述传热管组的晃动，其特征在于，具备：底座，用于保持所述集管在气体流动方向上的位置；连接体，焊接于所述集管并结合于所述底座；多个限制构件，以将所述集管夹入的方式设置于所述底座；传递构件，设置在所述壳体与所述底座之间，将作用于所述底座的力向所述壳体传递。

发明效果

根据本发明的废热回收锅炉的支撑机构，能够在抑制了成本上升的同时应对废气的高温化。需要说明的是，上述的以外的课题、结构及效果通过以下的实施方式的说明而明确可知。

附图说明

图1是废热回收锅炉的外观立体图。

图2是表示废热回收锅炉的内部构造的侧视图。

图3是表示在废热回收锅炉内配置的换热器的排列状态的俯视图。

图4是表示上部集管侧的支撑机构的侧视图。

图5是表示上部集管侧的支撑机构的主要部分的立体图。

图6是表示上部集管与上部底座的连结部分的主视图。

图7是表示上部连接体的说明图。

图8是表示上部长孔与上部销的结合状态的说明图。

图9是表示下部集管侧的支撑机构的侧视图。

图10是表示下部集管侧的支撑机构的主要部分的立体图。

图11是表示下部集管与下部底座的连结部分的主视图。

图12是表示下部连接体的说明图。

图13是表示下部销与下部长孔的结合状态的说明图。

具体实施方式

以下，参照图1～图13，说明本发明的实施方式。

图1是废热回收锅炉的外观立体图，图2是表示废热回收锅炉的内部构造的侧视图，图3是表示配置在废热回收锅炉内的换热器的排列状态的俯视图。

如图1～图3所示，废热回收锅炉1具备对来自燃气轮机(未图示)的废气2进行引导的通道3，通道3经由多个构架4被支承于地面。通道3具有由上下壁面和左右侧壁面构成的壳体构造的壳体5，在壳体5的内部配置过热器、蒸发器、节煤器等多个换热器6、脱硝装置7等。从燃气轮机排出的废气2从通道3的入口被导入壳体5的内部，在多个换热器6及脱硝装置7中顺次通过之后，从烟囱8向外部排出。这些换热器6具有以与废气2的流动方向交叉的方式沿铅垂方向延伸设置的多个传热管(传热管组)9，在壳体5的外部上方设置与多个传热管9连接的汽水分离圆筒10。

沿着与废气2的流动方向正交的水平方向配置成多列的多个传热管9在上端侧连接有上部集管11，并在下端侧连接有下部集管12，通过未图示的蜂巢支撑件捆束而构成一张传热管面板9A。各换热器6以将多列的传热管面板9A单元化成一个面板块的状态配置在壳体5内。例如，在与通道3的入口最近的换热器6中，沿着废气2的流动方向配置的两列(两张)传热管面板9A被单元化成面板块。而且，在从通道3的入口开始数的第二个换热器6中，沿着废气2的流动方向配置的5列(5张)传热管面板9A被单元化成面板块。

各传热管面板9A从壳体5的上壁面经由支承梁5a悬吊，在气体流动的前后方向上由连杆式的连结配件13支承。在本实施方式中，上述各传热管面板9A中的在废气温度成为650℃以上的区域配置的传热管面板9A，即，位于废气2的流动方向的上游端侧的两个传热管面板9A经由以下说明的支撑机构支承于支承梁5a。由此，抑制传热管面板9A在气体流动的前后方向的晃动。

首先，基于图4～图8，说明上部集管侧的支撑机构(上部支撑机构)。图4是表示上部集管侧的支撑机构的侧视图，图5是表示上部集管侧的支撑机构的主要部分的立体图，图6是表示上部集管与上部底座的连结部分的主视图，图7是表示上部连接体的说明图，图8是表示上部长孔与上部销的结合状态的说明图。

如前所述，在相对于废气2的流动方向串列配置的两个传热管面板(传热管组9)9A的上端侧分别设置上部集管(集管)11，在各上部集管11的外周面分别通过焊接来固定上部连接体(连接体)14。使用一般的9Cr钢作为上部集管11的材料，为了确保焊接强度，上部连接体14也使用同种材料的9Cr钢。各上部连接体14与上部底座(底座)15进行销结合，该上部底座15经由连杆式的连结配件(传递构件)13支承于处于壳体5的顶棚部的支承梁5a的下方。

上部底座15保持上部集管11在气体流动方向上的位置，用于抑制传热管面板9A的晃动。上部底座15由使一对槽形钢(槽钢)的腹板彼此隔着规定的间隔而对接并一体化而成的结构所构成，以跨上部底座15的两槽形钢的方式架设两根上部销16。而且，在上部底座15的上表面中央部固定基台板15a，连结配件13的下端部连结于该基台板15a。

如图7所示，上部连接体14由将下端部切口成圆弧状的板状构件构成，在该板状构件设有用于供上部销16插通的上部圆孔14a。并且，切口而成的圆弧状部分被焊接于上部集管11的外周面。而且，如图5所示，在上部底座15设置有上部长孔15b，在该上部长孔15b及上部圆孔14a插通有上部销16的状态下，上部连接体14的上侧部分配置于上部底座15的所述间隔内(一对槽形钢的腹板之间)(参照图6)。在此，上部长孔15b是以废气2的流动方向(图8的左右方向)为长轴的非圆形孔，在上部销16与上部长孔15b之间确保沿着废气2的流动方向延伸的第一间隙t1。第一间隙t1是将上部销16的两侧存在的间隙t1a与间隙t1b相加后的值(t1＝t1a+t1b)，通过这样的第一间隙t1，避免沿着废气2的流动方向的水平载荷直接作用于上部连接体14与上部底座15的销结合部分。

三个上部限制构件(限制构件)17隔着规定的间隔而垂下设置于上部底座15的下表面，在这些上部限制构件17之间夹入2个上部集管11。位于上部底座15的两端侧的2个上部限制构件17例如由将凸缘倾斜地切割后的槽形钢构成，正中的上部限制构件17由板状的钢材构成。并且，在一端侧的上部限制构件17的平坦的腹板与正中的上部限制构件17之间夹入一方的上部集管11，在另一端侧的上部限制构件17的平坦的腹板与正中的上部限制构件17之间夹入另一方的上部集管11。需要说明的是，只要能够夹入上部集管11即可，上部限制构件17可以是上述以外的结构，例如，作为正中的上部限制构件17，也可以使用在外周面形成有凹部的圆柱状或圆筒状的钢材。而且，两端侧的上部限制构件17也可以使用在圆筒状的钢材焊接弯头等而形成为大致L字状的构件。

各上部限制构件17未将上部集管11以紧密状态夹入，而是两个上部限制构件17隔着第二间隙t2而夹入上部集管11(参照图4)，上部集管11的伴随着热膨胀的尺寸变化由第二间隙t2吸收。需要说明的是，第二间隙t2为比较稍小的尺寸，在上部销16与上部长孔15b之间确保的所述第一间隙t1设定为比第二间隙t2大的值(t1>t2)。

接下来，基于图9～图13，说明下部集管侧的支撑机构(下部支撑机构)。图9是表示下部集管侧的支撑机构的侧视图，图10是表示下部集管侧的支撑机构的主要部分的立体图，图11是表示下部集管与下部底座的连结部分的主视图，图12是表示下部连接体的说明图，图13是表示下部销与下部长孔的结合状态的说明图。

在相对于废气2的流动方向串列配置的2个传热管面板(传热管组9)9A的下端侧设置下部集管(集管)12，在各下部集管12的外周面分别通过焊接固定下部连接体(连接体)18。与前述的上部集管11和上部连接体14同样，下部集管12和下部连接体18两方的材料都使用9Cr钢。

各下部连接体18与下部底座(底座)19进行销结合而支承该下部底座19。下部底座19经由引导构件20以能够滑动的方式卡合于设置在壳体5的下表面壁(底面部)的支承柱(传递构件)21。支承柱21对由于地震或废气的压力而作用于传热管面板9A的废气的流动方向的水平力进行支承。

下部底座19保持下部集管12在气体流动方向上的位置，用于抑制传热管面板9A的晃动。下部底座19由使一对槽形钢的腹板彼此隔着规定的间隔而对接并一体化而成的结构构成，以跨下部底座19的两槽形钢的方式架设两根下部销22。

在下部底座19的下表面固定设置由H形钢构成的两个引导构件20，两引导构件20隔着规定的间隔而沿铅垂方向延伸。支承柱21也由H形钢构成，支承柱21从壳体5的下表面壁朝向上方立起。并且，在两引导构件20之间以相互的凸缘彼此接触的方式插入支承柱21，由此下部底座19能够以引导构件20和支承柱21的凸缘为滑动面沿着铅垂方向移动。而且，在支承柱21的上表面四个角固定有由三角形形状的板材构成的肋23，使上述各肋23的垂直面与两引导构件20的相对的凸缘接触。由此，能抑制两引导构件20的相对于铅垂方向的倾斜，因此能防止与两引导构件20正交的下部底座19的相对于水平方向的倾斜。

如图12所示，下部连接体18由将上端部切口成圆弧状的板状构件构成，在该板状构件设置有用于供下部销22插通的下部圆孔18a。并且，被切口而成的圆弧状部分焊接于下部集管12的外周面。而且，如图10所示，在下部底座19设置下部长孔19a，在该下部长孔19a及下部圆孔18a插通有下部销22的状态下，下部连接体18的下侧部分配置在下部底座19的所述间隔内(一对槽形钢的腹板之间)(参照图11)。在此，如图13所示，下部长孔19a是以铅垂方向为长轴的非圆形孔，在下部销22与下部长孔19a之间确保了沿着铅垂方向延伸的第五间隙S，因此与传热管组9的加热相伴的向下方的单独的传热管面板9A的伸长量的差异(伸长差)通过第五间隙S而被容许。

三个下部限制构件(限制构件)24隔着规定的间隔而下垂设置于下部底座19的上表面，在这些下部限制构件24之间夹入两个下部集管12。与前述的上部限制构件17同样，位于下部连接体18的两端侧的两个下部限制构件24由将凸缘倾斜地切割后的槽形钢构成，正中的下部限制构件24由板状的钢材构成。当然，下部限制构件24的形状没有限定于此。并且，在一端侧的下部限制构件24的平坦的腹板与正中的下部限制构件24之间夹入一方的下部集管12，在另一端侧的下部限制构件24的平坦的腹板与正中的下部限制构件24之间夹入另一方的下部集管12。

另外，各下部限制构件24未将下部集管12以紧密状态夹入，两个下部限制构件24隔着第四间隙t4而夹入下部集管12(参照图9)，下部集管12的伴随着热膨胀的尺寸变化由第四间隙t4吸收。

在此，如图13所示，在下部销22与下部长孔19a之间沿着废气2的流动方向(图中的左右方向)设置有第三间隙t3(t3＝t3a+t3b)。与上部集管侧的支撑机构同样，该第三间隙t3设定为比第四间隙t4大的值(t3>t4)。需要说明的是，第三间隙t3可以是与上述的第一间隙t1相同的值，也可以是不同的值。而且，第四间隙t4可以是与上述的第二间隙t2相同的值，也可以是不同的值。

如以上说明所述，在本实施方式的废热回收锅炉1的支撑机构中，焊接在上部集管11的上部连接体14与经由连结配件13而支承于壳体5的上壁面侧的上部底座15进行销结合，并且设置有将上部集管11夹入的上部限制构件17。因此，在地震时等作用于上部集管11的气体流动的前后方向的水平力不会传递给上部集管11与上部连接体14的结合部，而会由上部限制构件17及上部底座15负担，并经由连结配件13、支承梁5a及构架4向基础部传递。即，在地震时等产生的水平力不会作用于上部连接体14。因此，虽然使用9Cr钢作为上部集管11和上部连接体14的材料，但是在例如超过650℃的废气2的高温条件下也能够抑制传热管面板9A的晃动。即，能够确保传热管面板9A的支撑功能。

另外，在本实施方式的废热回收锅炉1的支撑机构中，焊接于下部集管12的下部连接体18与下部底座19进行销结合，并且将下部集管12夹入的下部限制构件24设置于下部底座19。因此，在地震时等作用于下部集管12的气体流动的前后方向的水平力由下部限制构件24及下部底座19负担，经由支承柱21、支承梁5a及构架4向基础部传递。即，在地震时等产生的气体流动的前后方向的水平力由支承柱21支承，未作用于下部连接体18。因此，与上部侧的支撑机构同样，虽然使用9Cr钢作为下部集管12和下部连接体18的材料，但是在废气2的高温条件下也能够抑制传热管面板9A的晃动。即，能够更可靠地确保传热管面板9A的支撑功能。

另外，在本实施方式的废热回收锅炉1的支撑机构中，通过在设置于上部底座15的上部长孔15b和设置于上部连接体14的上部圆孔14a插通上部销16而将上部底座15与上部连接体14进行销结合，在这些上部销16与上部长孔15b之间确保了沿着废气2的流动方向延伸的第一间隙t1。因此，通过上部销16在上部长孔15b内移动来吸收沿着废气2的流动方向的水平载荷，能够防止水平载荷直接作用于上部连接体14与上部底座15的销结合部分的情况。

同样，通过在设置于下部底座19的下部长孔19a和设置于下部连接体18的下部圆孔18a插通下部销22而将下部底座19与下部连接体18进行销结合，在上述下部销22与下部长孔19a之间确保了沿着废气2的流动方向延伸的第三间隙t3。因此，通过下部销22在下部长孔19a内移动来吸收沿着废气2的流动方向的水平载荷，能够防止水平载荷直接作用于下部连接体18与下部底座19的销结合部分。

另外，在本实施方式的废热回收锅炉1的支撑机构中，上部限制构件17隔着第二间隙t2而夹入上部集管11，同样，下部限制构件24隔着第四间隙t4地夹入下部集管12，因此能够通过第二间隙t2和第四间隙t4分别吸收上部集管11和下部集管12的伴随着热膨胀的尺寸变化。

另外，在本实施方式的废热回收锅炉1的支撑机构中，通过在设置于下部底座19的下部长孔19a和设置于下部连接体18的下部圆孔18a插通下部销22而将下部底座19与下部连接体18进行销结合，在上述下部销22与下部长孔19a之间确保了沿着铅垂方向延伸的第五间隙S。因此，通过第五间隙S能够容许传热管组9的伴随着加热的向下方的伸长差。此外，固设于下部底座19的一对引导构件20以能够滑动的方式支承于从壳体5的下表面壁立起的支承柱21，在该支承柱21的上表面固定有与引导构件20的滑动面接触的肋23，因此能够可靠地防止对下部集管12的气体流动方向水平力进行支承的下部底座19的倾斜。

需要说明的是，本发明并非限定为上述的实施方式，而包含各种变形例。上述的实施方式是为了便于理解而对本发明进行了详细描述，未必限定为具备说明的全部结构。

例如，在上述实施方式中，说明了将本发明的支撑机构应用于位于废气2的流动方向的上游端侧的两列传热管面板9A的情况，但是关于除此以外的传热管面板9A，也可以应用同样的支撑机构。而且，由上部底座15侧的上部限制构件17夹入的上部集管11、由下部底座19侧的下部限制构件24夹入的下部集管12的个数并不局限于2个，可以是1列或3列以上的传热管面板9A。

另外，在上述实施方式中，在使用9Cr钢作为上部集管11和下部集管12的材料的关系方面，焊接于它们的上部连接体14和下部连接体18的材料也使用了9Cr钢，但只要与上部集管11及下部集管12为同种材料即可，也可以使用9Cr钢以外的钢材作为上部连接体14、下部连接体18的材料。

另外，本发明的支撑机构可以仅应用于上部集管11，或者也可以仅适用于下部集管12。

标号说明

1 废热回收锅炉

2 废气

3 通道

4 构架

5 壳体

5a 支承梁

6 换热器

7 脱硝装置

8 烟囱

9传热管(传热管组)

9A 传热管面板

10汽水分离圆筒

11上部集管(集管)

12下部集管(集管)

13连结配件(传递构件)

14上部连接体(连接体)

14a上部圆孔(圆孔)

15上部底座(底座)

15a基台板

15b上部长孔(长孔)

16上部销(销)

17上部限制构件(限制构件)

18下部连接体(连接体)

18a下部圆孔(圆孔)

19下部底座(底座)

19a下部长孔(长孔)

20引导构件

21支承柱(传递构件)

22下部销(销)

23肋

24下部限制构件(限制构件)

t1 第一间隙

t2 第二间隙

t3 第三间隙

t4 第四间隙

S 第五间隙

Claims (8)

1.一种废热回收锅炉的支撑机构，适用于废热回收锅炉，该废热回收锅炉具备：壳体构造的壳体，废气沿水平方向流动于该壳体构造的壳体；传热管组，悬吊在所述壳体的内部；及集管，与所述传热管组的端部连接，所述废热回收锅炉的支撑机构抑制所述传热管组的晃动，其特征在于，具备：

底座，用于保持所述集管在气体流动方向上的位置；

连接体，焊接于所述集管并结合于所述底座；

多个限制构件，以将所述集管夹入的方式设置于所述底座；及

传递构件，设置在所述壳体与所述底座之间，将作用于所述底座的力向所述壳体传递。

2.根据权利要求1所述的废热回收锅炉的支撑机构，其特征在于，

所述底座与所述连接体通过销被向设置于一方的长孔和设置于另一方的圆孔插入而被连结，在所述销与所述长孔之间形成有沿废气的流动方向延伸的第一间隙。

3.根据权利要求2所述的废热回收锅炉的支撑机构，其特征在于，

所述多个限制构件隔着第二间隙夹入所述集管，所述第一间隙设定得比所述第二间隙大。

4.一种废热回收锅炉的支撑机构，适用于废热回收锅炉，该废热回收锅炉具备：壳体构造的壳体，废气沿水平方向流动于该壳体构造的壳体；传热管组，悬吊在所述壳体的内部；上部集管，连接于所述传热管组的上端部并沿着与废气的流动正交的水平方向延伸；及下部集管，连接于所述传热管组的下端部并沿着与废气的流动正交的水平方向延伸，所述废热回收锅炉的支撑机构抑制所述传热管组的晃动，其特征在于，

所述废热回收锅炉的支撑机构具有：上部支撑机构，抑制所述传热管组的上端部的晃动；和下部支撑机构，抑制所述传热管组的下端部的晃动，

所述上部支撑机构具备：上部底座，用于保持所述上部集管在气体流动方向上的位置；上部连接体，焊接于所述上部集管并结合于所述上部底座；多个上部限制构件，以将所述上部集管夹入的方式设置于所述上部底座；及连结配件，设置于所述壳体的顶棚部并与所述上部底座连结，

所述下部支撑机构具备：下部底座，用于保持所述下部集管在气体流动方向上的位置；下部连接体，焊接于所述下部集管并结合于所述下部底座；多个下部限制构件，以将所述下部集管夹入的方式设置于所述下部底座；及支承柱，设置于所述壳体的底面部，对作用于所述下部底座的水平力进行支承。

5.根据权利要求4所述的废热回收锅炉的支撑机构，其特征在于，

所述上部底座与所述上部连接体通过上部销被向设置于一方的上部长孔和设置于另一方的上部圆孔插入而被连结，在所述上部销与所述上部长孔之间形成有沿着废气的流动方向延伸的第一间隙，

所述下部底座与所述下部连接体通过下部销被向设置于一方的下部长孔和设置于另一方的下部圆孔插入而被连结，在所述下部销与所述下部长孔之间形成有沿着废气的流动方向延伸的第三间隙。

6.根据权利要求5所述的废热回收锅炉的支撑机构，其特征在于，

所述多个上部限制构件隔着第二间隙夹入所述上部集管，所述第一间隙设定得比所述第二间隙大，

所述多个下部限制构件隔着第四间隙夹入所述下部集管，所述第三间隙设定得比所述第四间隙大。

7.根据权利要求5或6所述的废热回收锅炉的支撑机构，其特征在于，

在所述下部销与所述下部长孔之间形成有沿着铅垂方向延伸的第五间隙。

8.根据权利要求4～7中任一项所述的废热回收锅炉的支撑机构，其特征在于，

所述下部底座与所述支承柱以能够沿铅垂方向滑动的方式卡合，在所述支承柱的上表面设置有肋，该肋防止所述下部底座的倾斜。

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