JP2001012878A - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器

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JP2001012878A
JP2001012878A JP18119299A JP18119299A JP2001012878A JP 2001012878 A JP2001012878 A JP 2001012878A JP 18119299 A JP18119299 A JP 18119299A JP 18119299 A JP18119299 A JP 18119299A JP 2001012878 A JP2001012878 A JP 2001012878A
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heat transfer
gas
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Yoshiteru Abe
吉輝 阿部
Eiji Murakami
英治 村上
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Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Babcock Hitachi KK
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1615Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits being inside a casing and extending at an angle to the longitudinal axis of the casing; the conduits crossing the conduit for the other heat exchange medium
    • F28D7/1623Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits being inside a casing and extending at an angle to the longitudinal axis of the casing; the conduits crossing the conduit for the other heat exchange medium with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/06Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits having a single U-bend
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型部材や高価な高強度材を用いなくても、
特に過熱器のようなガス上流側の高温部においても、伝
熱管パネルを自立型とすることができる伝熱管パネル支
持構造を有する排熱回収ボイラを得ること。 【解決手段】 ケーシング2内の下側の管群支持台19
でガス上流側の管寄せ20a及び下流側の管寄せ20b
を支持している。上流側管寄せ20aに端部が接続して
いる伝熱管21aは直立して上方へ伸びており、ケーシ
ング2内の上部でガス流れに沿って水平な方向へ折り曲
げられ、さらに鉛直下方、ガス流れに反対に水平方向に
折曲げられた後に鉛直下方へ伸びるような形状のレグ部
22がある。ガス上流側の伝熱管21aと下流側の伝熱
管21bでは、運転時に温度差による熱伸び差が生じる
が、レグ部22が熱伸び差を吸収するために下流側の管
寄せ20bに生じる上方に引っ張られる応力は小さい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器の構造に
係わり、特にガス流れ上流側の高温部において用いられ
る伝熱管パネルに好適な構造に関する。
【0002】
【従来の技術】コンバインドサイクル発電プラントは、
ガスタービンで発電を行うと共に、ガスタービンから排
出された排ガス中の熱を排熱回収ボイラで回収して蒸気
を発生させ、蒸気タービンでも発電を行う。一般にコン
バインドサイクル発電プラントは、発電効率が高いこと
に加えて負荷応答性が高く、急激な電力需要の増加に対
応できるという特徴があり、近年多用される傾向にあ
る。
【0003】図5に排熱回収ボイラの構成の一例を示
す。図5に示す排熱回収ボイラは排ガス1を導入するケ
ーシング2内のガス流れ方向に沿って上流側から順に過
熱器3、高圧蒸発器4、脱硝装置5、高圧節炭器6、低
圧蒸発器7及び低圧節炭器8が配置され、ケーシング2
の上部に蒸気ドラム11、12を配置した伝熱管横置き
型の自然循環ボイラである。
【0004】ガスタービンからの排気ガス1はケーシン
グ2内に流入し、まず過熱器3、高圧蒸発器4で熱交換
された後、脱硝装置5に入り、排ガス中の窒素酸化物が
除去される。さらに、この排ガス1は高圧節炭器6、低
圧蒸発器7及び低圧節炭器8を順次通過し、伝熱管内の
内部流体と熱交換を行って、温度が低下し、ケーシング
2を出て図示していない煙突から排出される。
【0005】図5における過熱器3、高圧蒸発器4、高
圧節炭器6、低圧蒸発器7及び低圧節炭器8の各伝熱管
は、その長手方向を鉛直方向に配置した複数の伝熱管を
パネル状に配置して構成され、これら伝熱管パネルの支
持方式には吊り下げ式と自立式の2種類がある。
【0006】図示しない吊り下げ式の伝熱管パネルの支
持方式は、伝熱管に座屈破壊が発生する心配がないとい
う長所がある反面、伝熱管パネル群の全ての重量をケー
シング2に設けられる支持部材で吊り下げるため、支持
部材及びこれを基礎から支える鉄骨に剛性の高い大型部
材を用いなければならず、構造が複雑でコスト高にもな
るという欠点がある。
【0007】次に自立式の伝熱管パネルの構造の例を図
4に示す。伝熱管管寄せ20(20a、20b)は入口
側及び出口側ともにケーシング2内の下方にあり、管群
支持台19によって支持されている。入口側管寄せ20
aに接続された伝熱管21aはケーシング2内の上方で
U字状に折り返されて出口側管寄せ20bに接続する。
伝熱管21(21a、21b)はボイラ運転時に熱伸び
によって上方に伸びるため、上端のU字状折返部にラグ
16が接合されており、ブラケット17によって半固定
されている。ブラケット17は支持台14を介してケー
シング2に支持されている。また、ケーシング2の内側
には保温材13が、その外側には梁15が設けられてい
る。
【0008】自立式の伝熱管パネル構造は梁15から伝
熱管21を吊り下げないため、梁15に剛性の高い大型
部材を用いる必要がないので、コスト的な利点を有して
いる。しかし過熱器3等の高温部ではガス上流側と下流
側の伝熱管21の温度差による熱伸び差が大きくなるた
めに、下流側の管寄せ20bには上方へ引っ張る応力が
発生する。このため下流側の伝熱管21bと管寄せ20
bの接続部位の損傷が問題となる場合がある。
【0009】前記下流側の伝熱管21bと管寄せ20b
の接続部位の損傷は排熱回収ボイラでは伝熱管21には
フィンが巻いてあり、剛性が高くなっているので管寄せ
20の近傍や曲げ加工部等のフィンを巻いていない部分
にひずみが集中しやすいことにより発生する。この他、
管寄せ20に接続された配管等にも悪影響を及ぼす危険
性がある。
【0010】そのため管寄せ20にわん曲したレグ部を
設けて、熱伸び差を吸収するなどの対策が考えられる
が、座屈強度が低下するため管寄せ20にレグを設ける
構造は大型化には不向きである。前記熱伸び差吸収装置
の大型化に際しては支持フレーム等に収容するなどの対
策が必要であるが、過熱器等の高温部ではガス温度が非
常に高いため、支持フレーム自体の強度も必要となり、
高価な高強度材を用いるなどの対策が行われている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来技術で述べたよう
に、排熱回収ボイラの伝熱管支持方式は吊り下げ式に比
べて自立式の方が構造的及びコスト的に有利である。し
かしガス上流側と下流側の伝熱管において熱伸び差によ
ってガス下流側の管寄せに上方側へ引っ張る応力が加わ
るため、管寄せに接続された配管等へ悪影響が生じる場
合がある。
【0012】また、管寄せにレグ部を設けると、座屈強
度が低下するため支持フレームに収容するなどの対策が
行われるが、過熱器等高温部で使用する場合は支持フレ
ーム自体の高温強度も必要となるため、高価な高強度材
を用いるようになる。
【0013】本発明の課題は、大型部材や高価な高強度
材を用いなくても、特に過熱器のようなガス上流側の高
温部においても、伝熱管パネルを自立型とすることがで
きる伝熱管パネル支持構造を有する排熱回収ボイラなど
の熱交換器を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は、水
平方向にガス流路を形成するケーシング内に鉛直方向
に、その長手方向が向くように各伝熱管を配置して伝熱
管群を構成した熱交換器において、各伝熱管はU字状の
折曲部を有し、その基部に入口管寄せと出口管寄せを配
置して自立型の伝熱管群を構成し、前記各伝熱管のU字
状の折曲部に上下方向の伝熱管の伸び差を吸収するため
のレグ部を設けた伝熱管群を備えた熱交換器により解決
される。
【0015】上記本発明の熱交換器では、ケーシング内
の下側にある入口管寄せから出た伝熱管は上方で折り返
して、下側にある出口管寄せに接続し、管群の上側には
重量物を配置しない構造として座屈強度の低下を抑制す
る。また、上方の折曲部のレグ部でガス上流側にある伝
熱管と下流側にある伝熱管の熱伸び差を吸収する。
【0016】また、前記伝熱管群よりガス流れ下流側に
設けた支持フレームに支持され、前記伝熱管群を構成す
る各伝熱管を支持する伝熱管サポート部材を設けても良
い。上記構成により、座屈強度を大きく低下させること
なく、大型化に対応可能な自立型の伝熱管群の構造が得
られる。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を用い
て、具体的に示す。図1は本発明の実施例になる排熱回
収ボイラの伝熱管パネルの構造の側面図である。ケーシ
ング2内を排気ガス1が通過し、伝熱管21内を流れる
媒体と熱交換を行うものである。
【0018】伝熱管管寄せ20(20a、20b)は入
口側及び出口側ともにケーシング2内の下方にあり、管
群支持台19によって支持されている。入口側管寄せ2
0aに接続された伝熱管21はケーシング2内の上方に
レグ部22を有するU字状折返部を形成し、出口側管寄
せ20bに接続する。伝熱管21はボイラ運転時の熱伸
び吸収用にU字状折返部にラグ16が接合され、さらに
支持台14を介してケーシング2に支持されているブラ
ケット17に支持されている。自立型の伝熱管パネルは
ボイラ運転時の熱によって管寄せ20aを基準に鉛直方
向の上方へ伸びるため伝熱管パネルの上端部はブラケッ
ト17によって半固定されている。
【0019】また、ケーシング2の内側には保温材13
が設けられ、ケーシング2下方の外側は支持梁18によ
って下部から支えられており、ケーシング2の上方外側
は梁15によって支えられている。また、ケーシング2
内の下側には管群支持台19が設置されており、ガス上
流側の管寄せ20a及び下流側の管寄せ20bを支持し
ている。上流側管寄せ20aに端部が接続している伝熱
管21aは直立して上方へ伸びており、ケーシング2内
の上部でガス流れに沿って水平な方向へ折り曲げてあ
る。さらに鉛直下方、ガス流れに反対に水平方向に折曲
げられた後に鉛直下方へ伸びるような形状のレグ部22
を設けている。そして下流側の管寄せ20bに接続され
る。
【0020】上端で折れ曲がった伝熱管21のガス上流
側の部分21aと下流側の部分21bでは、運転時に温
度差による熱伸び差が生じる。したがって従来技術にな
る図4に示す構造では下流側の管寄せ20bには上方に
引っ張られる形の応力が作用することになるが、図1に
示す例ではパネル上部に設けられたレグ部22において
熱伸び差を吸収できるために下流側の管寄せ20bに生
じる上方に引っ張られる応力は小さい。
【0021】またレグ部22はパネル上部にあるため、
変形を受けた際に座屈が生じる可能性は低く、排熱回収
ボイラの大型化に対応可能な構造となる。さらに、上部
の片側のみレグ部22を設置するため、伝熱管群の両側
にレグ部22を設けるためのスペースを必要とせず、排
熱回収ボイラの設置面積をあまり大きくしないというメ
リットもある。
【0022】図1に示す自立型の伝熱管群の構造は、内
部保温型と呼ばれる形式でケーシング2内に保温材13
が設置されている形式のものであるが、ケーシング2外
に保温材13を設置する外部保温型と呼ばれる形式のも
のに図1に示す伝熱管支持構造を適用することも可能で
ある。
【0023】図2に示す本発明になる第2の実施の形態
は、ガス上流側の伝熱管21a及び下流側の伝熱管21
bの上部に共にレグ部22が設けられている。そのた
め、伝熱管群の両側にレグ部22のスペースを必要とす
るが、二カ所のレグ部22で熱伸び差を吸収できるた
め、レグ部22の水平方向部分の長さを小さくできると
いうメリットがある。
【0024】図3に示す本発明になる第3の実施の形態
では、図1に示す伝熱管パネルの構造と同じ考え方にな
るものであるが、伝熱管21a、21bにまたがるよう
に、水平方向に設けた伝熱管パネルサポート部材24に
よって支持し、このサポート部材24を、より低温側の
伝熱管パネル群を収容した支持フレーム23に接合した
ものである。支持フレーム23をガス温度の低温側に設
置するため、支持フレーム23にそれほど高い高温強度
を必要としない。図3に示す例は、商品点数は多くなる
が、より確実に伝熱管群を支持でき信頼性が高い。排熱
回収ボイラがさらに大型化する場合には、非常に有効な
手段となる。
【0025】
【発明の効果】以上のように、本発明になる排熱回収ボ
イラの伝熱管パネルの構造によれば、排熱回収ボイラ
の、例えば過熱器のようなガス上流側の高温部において
も、伝熱管パネル群を自立させることができる。これに
より、排熱回収ボイラの大型化、あるいは構造簡略化に
よるコスト低減効果があり、ひいては発電コストの低減
にもつながるので、工業的、経済的に大きな効果が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態になる排熱回収ボイラの
伝熱管パネル構造の側面図である。
【図2】 本発明の実施の形態になる排熱回収ボイラの
伝熱管パネル構造の側面図である。
【図3】 本発明の実施の形態になる排熱回収ボイラの
伝熱管パネル構造の側面図である。
【図4】 従来技術になる排熱回収ボイラの伝熱管パネ
ル構造の例の側面図である。
【図5】 排熱回収ボイラの装置構成である。
【符号の説明】
1 排気ガス 2 ケーシング 3 過熱器 4 高圧蒸発器 5 脱硝装置 6 高圧節炭器 7 低圧蒸発器 8 低圧節炭器 9 高圧降水管 10 低圧降水管 11 高圧ドラム 12 低圧ドラム 13 保温材 14 支持台 15 梁 16 ラグ 17 ブラケット 18 支持梁 19 管群支持台 20 管寄せ 21 伝熱管 22 レグ部 23 支持フレーム 24 サポート部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水平方向のガス流路を形成するケーシン
    グ内に鉛直方向に、その長手方向が向くように伝熱管を
    複数配置して伝熱管群を構成した熱交換器において、 各伝熱管はU字状の折曲部を有し、その両端部に入口管
    寄せと出口管寄せを接続して自立型の伝熱管群を構成
    し、前記各伝熱管のU字状の折曲部に上下方向の伝熱管
    の伸び差を吸収するためのレグ部を設けた伝熱管群を備
    えたことを特徴とする熱交換器。
  2. 【請求項2】 伝熱管群よりガス流れ下流側に設けた支
    持フレームに支持され、前記伝熱管群を構成する各伝熱
    管を支持する伝熱管サポート部材を設けたことを特徴と
    する請求項1記載の熱交換器。
JP18119299A 1999-06-28 1999-06-28 熱交換器 Pending JP2001012878A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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