JP2005146897A - 排熱回収改質装置およびその組立工法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな構造にする一方、熱応力の発生を抑制する構造にし、その組立施工作業を簡素化させるとともに、改質触媒の交換を容易に行い得る排熱回収改質装置およびその組立工法を提供する。
【解決手段】本発明に係る排熱回収改質装置は、改質器本体４０に収容され、触媒を充填した改質管２２に燃料に水蒸気を加えた燃料混合ガスを供給し、ガスタービンから供給される排熱ガスを加熱源とし、前記触媒の触媒作用の下、前記燃料混合ガスを水素リッチな燃料ガスに改質させる排熱回収改質装置において、前記改質器本体Ａ_０は、上部管寄せ１１，１３と下部管寄せ１２，１４とを互いに接続させる改質管１５ａ，１５ｂとで構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガスタービンの排熱ガスを利用してガスタービンに供給する燃料を水素リッチな燃料に改質させる排熱回収改質装置およびその組立工法に関する。

炭化水素から水素リッチな燃料ガスを生成する水蒸気改質反応は良く知られている。

例えば、天然ガスの主成分であるメタンは、式（１）、式（２）の反応により、水素リッチな燃料ガスに改質される。

［化１］
ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ＋３Ｈ_２−２０６ｋＪ／ｍｏｌ ……（１）
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋Ｈ_２＋４１ｋＪ／ｍｏｌ ……（２）
ここで、式（１）は、吸熱反応であり、ニッケルあるいはルテニウムなどの触媒を用いると、ガスタービンの排熱ガスが温度５５０℃程度でも１０〜３０％の水素リッチな燃料ガスが生成される。なお、式（２）は、水性ガスシフト反応である。

ところで、例えば、特開２０００−８０９２７号公報に開示されているように、式（１）、式（２）の水蒸気改質反応を利用すると、図１６に示すように、ガスタービン排熱回収発電プラントを構成することができる。

図１６に示すガスタービン排熱回収発電プラントは、水Ｗを蒸発器１で水蒸気Ｖとした後、燃料系（図示せず）からの燃料Ｆを加えて燃料混合ガスとし、改質器２に案内される。

改質器２では、ガスタービン３から排出される排熱ガスＥＧを熱源として式（１）および式（２）の反応が行われ、改質された水素リッチな燃料ガスＦＧがガスタービン燃焼器４に供給される。

ガスタービン燃焼器４に供給された燃料ガスＦＧは、圧縮機５から供給される高圧水蒸気ＨＶを酸化剤として燃焼ガスを生成し、生成した燃焼ガスをガスタービン３で膨張仕事させる。膨張仕事を終えた排熱ガスＥＧは、改質器２に熱源として供給され、ここで燃料ガスＦＧの水蒸気改質を行わせた後、蒸発器１で水Ｗを水蒸気Ｖとして蒸発させる。

一方、燃料Ｆと水蒸気Ｖとの燃料混合ガスを水蒸気改質させる改質器２は、図１７に示すように、本体胴６内に多数の改質管７，７，…を収容する改質管群８を構成するとともに、改質管７，７，…内に触媒９を充填させ、改質管７，７，…の外側にガスタービン３からの排熱ガスＥＧを供給し、改質管７，７，…内を流れる燃料混合ガスを触媒９の作用の下、水蒸気改質を行って水素リッチな燃料を生成する、いわゆる多管式熱交換器になっている。
特開２０００−８０９２７号公報

図１７に示した、いわゆる多管式熱交換器タイプの改質器７，７，…には、実機を製作する場合、いくつかの問題点が含まれている。

まず、改質器７，７，…には、大きな圧力差が生じる。

触媒９による改質触媒の下、燃料Ｆと水蒸気Ｖの燃料混合ガスが流れる改質管７，７，…内は、ガスタービン３のガスタービン燃焼器４と同等以上の圧力になっている。その反面、加熱源としてのガスタービン３から排出される排熱ガスＥＧは、ほぼ大気圧である。このため、改質管７，７，…の内外部は、数メガ〜数十メガパスカルの圧力差になっている。したがって、この圧力差に抗し得る構造のものが必要とされる。

また、改質器７，７，…には、大きな温度差が生じる。

改質器７，７，…に供給される燃料Ｆと水蒸気Ｖは、入口側で約２００℃前後であり、ガスタービン３から排出される排熱ガスとの熱交換後、出口側で約５００℃以上に温度上昇する。

一方、ガスタービン３から排出された排熱ガスＥＧは、約５５０℃で改質器７，７，…に供給され、燃料Ｆと水蒸気Ｖとの燃料混合ガスに熱を与えて約４５０℃まで温度降下する。このため、改質器７，７，…は、局所的に３５０℃程度の温度差が生じ、この温度差に起因して熱応力を発生するが、この熱応力に抗し得る設計が必要とされる。

さらに、改質器７，７，…には、以下に示す技術事項を満たす設計が必要とされる。

まず、図１６で示したガスタービン排熱回収発電プラントでは、水をそのまま大気に放出するので、数百ＭＷ級の大形ガスタービンに適用するのは好ましくない。

このシステムの適用機種は、主に、中小のガスタービンコージェネレーションシステムであり、設置場所に余裕のない場合が多い。このため、装置機器のコンパクト化が強く求められている。

排熱回収改質装置は、複合発電システムの排熱回収ボイラのシステムにおける位置付けが似ているが、排熱回収ボイラでは、管外表面の熱伝導率を改善するため、フィンチューブを用いることが多い。

また、溶接加工時、スタブと称する短管を、先に管寄せ（ヘッダ）に溶接した後、スタブにフィンチューブを溶接することが多い。このため、管と管との間を広く取らざるを得ないので、機器自体が比較的大きくなり易い。

しかも、複合発電システムは、数百ＭＷ級の大形ガスタービンが対象になるため、排熱回収ボイラが大きくなり、設置場所を多少占有してもさほど問題にはならない。

しかし、排熱回収改質装置は、改質管内外の熱伝達率に大きな差がなく、フィンチューブを用いるメリットがあまりないため、ガスタービンの排気圧力損失の許容する限り、改質管群８を密に配置し、改質器７，７，…の管外熱伝達率を向上させるしかない。このため、溶接作業のハンドリングが悪くなり、排熱回収ボイラのように、スタブを用いて管寄せを外側から溶接施工することが難しくなっている。

さらに、改質触媒の交換という問題もある。

中小形のガスタービンの運転パターンは、１日に１回ずつ起動停止する、いわゆるデイリー・スタート・ストップ（ＤＳＳ）の運転が多い。起動停止に伴い、排熱回収改質装置には、温度が５５０℃〜室温の範囲に亘って熱サイクルを行うため、化学プラント等の触媒寿命よりかなり短くなる可能性が高い。このため、ＤＳＳ運転によって改質器自体の耐熱サイクル性は必要不可欠であるが、活性の劣化した触媒を容易に交換できる構造のものが必要とされる。

さらにまた、厳しい環境および運転状況において、使用される排熱回収改質装置は、万一、溶接欠陥や腐食割れなどが生じた場合、改質器内部の可燃ガスが外部に漏洩する危険性がある。改質燃料は、可燃性の高い水素を含んでおり、漏洩した場合、直ちに燃料系を遮断する必要がある。

このように、排熱回収改質装置には、解決すべき問題点が多く含まれているものの、未だ実用機が実現しておらず、今後の電力分野の技術革新とともに、その成り行きが注目されている。

本発明は、発電プラントに新たに燃料電池を組み込む場合に対処できるようにしたものであり、コンパクトな構造にする一方、熱応力の発生を抑制する構造にし、その組立施工作業を簡素化させるとともに、改質触媒の交換を容易に行い得る排熱回収改質装置およびその組立工法を提供することを目的とする。

本発明に係る排熱回収改質装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、改質器本体に収容され、触媒を充填した改質管に燃料に水蒸気を加えた燃料混合ガスを供給し、ガスタービンから供給される排熱ガスを加熱源とし、前記触媒の触媒作用の下、前記燃料混合ガスを水素リッチな燃料ガスに改質させる排熱回収改質装置において、前記改質器本体は、上部管寄せと下部管寄せとを互いに接続させる改質管とで構成したものである。

また、本発明に係る排熱回収改質装置は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、改質器本体に収容され、触媒を充填した改質管に燃料に水蒸気を加えた燃料混合ガスを供給し、ガスタービンから供給される排熱ガスを加熱源とし、前記触媒の触媒作用の下、前記燃料混合ガスを水素リッチな燃料ガスに改質させる排熱回収改質装置において、前記改質器本体は、第１管寄せと第２管寄せとを互いに接続させるＵ字状に成形加工した改質管とで構成したものである。

また、本発明に係る排熱回収改質装置は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、上部管寄せおよび下部管寄せは、ともに横長筒円筒形に形成したものである。

また、本発明に係る排熱回収改質装置は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、第１管寄せおよび第２管寄せは、ともに横長筒円筒形に形成したものである。

また、本発明に係る排熱回収改質装置は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、横長筒円筒形に形成した上部管寄せおよび下部管寄せは、改質管に対し、直径比を１０倍〜２０倍の範囲に設定したものである。

また、本発明に係る排熱回収改質装置は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、上部管寄せと下部管寄せを互いに接続させる改質管は、前記上部管寄せおよび前記下部管寄せのうち、少なくとも一方に接続する曲り部分の曲率半径を前記改質管外径の２倍〜１０倍の範囲に設定したものである。

また、本発明に係る排熱回収改質装置は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、上部管寄せは、触媒交換穴を５０ｃｍ以下の間隔で備えたものである。

また、本発明に係る排熱回収改質装置は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、改質器本体に収容され、触媒を充填した改質管に燃料に水蒸気を加えた燃料混合ガスを供給し、ガスタービンから供給される排熱ガスを加熱源とし、前記触媒の触媒作用の下、前記燃料混合ガスを水素リッチな燃料ガスに改質させる排熱回収改質装置において、前記改質器本体は、管板とドーム状の蓋体とで構成する上部管寄せと、管板とドーム状の蓋体とで構成する下部管寄せとを備えるとともに、前記上部管寄せと前記下部管寄せとを互いに改質管で接続させる構成にしたものである。

また、本発明に係る排熱回収改質装置は、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、改質器本体に収容され、触媒を充填した改質管に燃料に水蒸気を加えた燃料混合ガスを供給し、ガスタービンから供給される排熱ガスを加熱源とし、前記触媒の触媒作用の下、前記燃料混合ガスを水素リッチな燃料ガスに改質させる排熱回収改質装置において、前記改質器本体は、管板とドーム状の蓋体とで構成する第１管寄せと、管板とドーム状の蓋体とで構成する第２管寄せとを備えるとともに、前記第１管寄せと前記第２管寄せとを互いにＵ字状に成形加工した改質管で接続させる構成にしたものである。

また、本発明に係る排熱回収改質装置は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、改質器本体に収容され、触媒を充填した改質管に燃料に水蒸気を加えた燃料混合ガスを供給し、ガスタービンから供給される排熱ガスを加熱源とし、前記触媒の触媒作用の下、前記燃料混合ガスを水素リッチな燃料ガスに改質させる排熱回収改質装置において、前記改質器本体は、前記ガスタービンから供給される排熱ガスを分離させる閉鎖空間部を形成し、この閉鎖空間部に改質ガス検出手段を備えたものである。

また、本発明に係る排熱回収改質装置の組立工法は、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、閉鎖空間部は、バッフル板と胴壁を覆設する断熱材とで形成したものである。

また、本発明に係る排熱回収改質装置の組立工法は、上述の目的を達成するために、請求項１２に記載したように、管寄せを、第１管寄せと第２管寄せとに二分割して予め別体で作製しておき、前記予め別体で作製した前記第２管寄せの外側から改質管を挿通し、挿通後の前記改質管を前記第２管寄せに対して拡管し、さらに前記第２管寄せの内側から溶接施工を行った後、前記第２管寄せを前記第１管寄せに固設させる工法である。

また、本発明に係る排熱回収改質装置の組立工法は、上述の目的を達成するために、請求項１３に記載したように、管寄せを、二分割して予め別体で作製しておき、二分割した管寄せのうち、一方の管寄せの外側から端部を曲げ加工した改質管を挿通し、前記改質管の挿通後、前記一方の管寄せの内側から溶接施工した後、他方の管寄せに固設させる工法である。

また、本発明に係る排熱回収改質装置の組立工法は、上述の目的を達成するために、請求項１４に記載したように、端部を曲げ加工した改質管は、曲げ角度を９０°以下に設定した工法である。

本発明に係る排熱回収改質装置およびその組立工法は、構造をコンパクト化してその組立作業性を容易にさせるとともに、改質触媒の交換作業を簡素化させ、燃料漏れも容易に検知できる構成にしたので、燃料電池の発電プラントへの組込みの実現化に容易に対処させることができる。

以下、本発明に係る排熱回収改質装置およびその組立工法の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。

図１は、本発明に係る排熱回収改質装置の第１実施形態を示す概略斜視図である。

本実施形態に係る排熱回収改質装置は、改質器本体Ａ_０を、第１改質器本体１Ａ_０と第２改質器本体２Ａ_０とに区分けし、ペアとして組み合せた構成になっている。

第１改質器本体１Ａ_０は、横長筒状、例えば長筒円筒形の第１上部管寄せ（ドラム状ヘッダ）１１と、横長筒状、例えば長筒円筒形の第１下部管寄せ（ドラム状ヘッダ）１２との間を複数の改質管１５ａ，１５ａ，…を群とする改質管群１６ａで互いを接続させる構造簡素なブロック体になっている。

また、第２改質器本体２Ａ_０は、第１改質器本体１Ａ_０の構成と同様に、横長筒状、例えば長筒円筒形の第２上部管寄せ（ドラム状ヘッダ）１３と、横長筒状、例えば長筒円筒形の第２下部管寄せ（ドラム状ヘッダ）１４との間を複数の改質管１５ｂ，１５ｂ，…からなる改質管群１６ｂで互いを接続させる構造簡素なブロック体になっている。

また、第１改質器本体１Ａ_０と第２改質器本体２Ａ_０とは、連絡管１７を介して互いが接続され、ペアのブロック体として組み立て、分解が容易な構造になっている。

このような構成を備える排熱回収改質装置において、ガスタービン（図示せず）から排出された排熱ガスＥＧは、第２改質器本体２Ａ_０の改質管１５ｂ，１５ｂ，…および第１改質器本体１Ａ_０の改質管１５ａ，１５ａ，…のそれぞれを横断して流れ間に熱が与えられる。

また、第１上部管寄せ１１の入口１８から供給された燃料Ｆと水蒸気Ｖとの燃料混合ガスは、各改質管１５ａ，１５ａ，…，１５ｂ，１５ｂ，…を通る間に各管内に充填された触媒の水蒸気改質反応の下、水素リッチな燃料ガスに改質され、第２改質器本体２Ａ_０の第２上部管寄せ１３の出口１９からガスタービン燃料器（図示せず）に供給される。

一方、水素リッチな燃料ガスを生成中、各改質管１５ａ，１５ａ，…，１５ｂ，１５ｂ，…には数メガから数十メガパスカルの圧力が作用している。

しかし、本実施形態では、各改質管１５ａ，１５ａ，…，１５ｂ，１５ｂ，…の肉厚を比較的厚いものに設定しているので、耐圧性が充分に確保されている。

また、上下部各管寄せ１１，１２，１３，１４は、多数の穴が設けられ、各改質管１５ａ，１５ａ，…，１５ｂ，１５ｂ，…が溶接や拡管で接続されているが、穴と穴の間、つまりリガメントが弱くなりがちである。

しかし、本実施形態では、上下部各管寄せ１１，１２，１３，１４を長筒円筒形にしているので、肉厚を比較的薄くしても、内圧を均等に分散させることができ、強度を高く維持させることができる。

また、排熱回収改質装置は、必要な伝熱面積を確保するには６ＭＷ級で改質管５ａ，５ｂの本数が千数百本になる。

しかし、本実施形態では、改質器本体Ａ_０を第１改質器本体１Ａ_０と第２改質器本体２Ａ_０との２つのブロック体に区分けし、２つのブロック体に区分けした第１および第２改質器本体１Ａ_０，２Ａ_０に対応させて数多くの改質管１５ａ，１５ａ，…，１５ｂ，１５ｂ，…を設置できるようにしているので、伝熱面積を充分に確保することができる。なお、各改質管１５ａ，１５ａ，…，１５ｂ，１５ｂ，…の管ピッチは、管外径の１．２５〜２．０倍程度に拡げられ、管外の熱伝達率と圧力損失とをバランスさせるようにしている。

このように、本実施形態は、改質器本体Ａ_０を第１改質器本体１Ａ_０と第２改質器本体２Ａ_０とに区分けする一方、第１改質器本体１Ａ_０を、例えば長筒円筒形の第１上部管寄せ１１と第１下部管寄せ１２との間に改質管１５ａ，１５ａ，…を設置するとともに、第２改質器本体２Ａ_０も、例えば長筒円筒形の第２上部管寄せ１３と第２下部管寄せ１４との間に改質管１５ｂ，１５ｂ，…を設置し、２つのブロック体にし、構造をコンパクト化させたので、２つのブロック体の組立作業を容易に行うことができ、改質触媒の交換作業を容易に行うことができ、燃料電池の発電プラントへの組込みの実現化に容易に対処させることができる。

なお、本実施形態は、各管寄せ１１，１２，１３，１４と改質管１５ａ，１５ａ，…，１５ｂ，１５ｂ，…との直径比を約１５程度の各改質器本体１Ａ_０，２Ａ_０を使用したが、この例に限らず、各管寄せ１１，１２，１３，１４と改質管１５ａ，１５ａ，…，１５ｂ，１５ｂ，…との直径比を１０倍〜２０倍の範囲の改質器本体を使用してもよい。

図２は、本発明に係る排熱回収改質装置の第２実施形態を示す概念図である。

本実施形態に係る排熱回収改質装置は、例えば横長筒円筒形の第１管寄せ２０と、例えば横長筒円筒形の第２管寄せ２１との間をＵ字状に成形加工した改質管２２，２２，…を改質管群２３として接続させたものである。

このような構成を備える排熱回収改質装置において、ガスタービン（図示せず）から供給された排ガスＥＧは、Ｕ字状に成形加工した改質管２２，２２，…の改質管群２３を横断して流れる間に熱が与えられる。

また、第１管寄せ２０の入口２４から供給された燃料Ｆと水蒸気Ｖとの燃料混合ガスは、改質管２２，２２，…を流れる間に管内に充填された触媒の水蒸気改質の下、水素リッチな燃料ガスが生成され、第２管寄せ２１の出口２５から燃料器（図示せず）に供給される。

このように、本実施形態は、第１管寄せ２０と第２管寄せ２１とをＵ字状に成形加工した改質管２２，２２，…を改質管群２３として接続させる構成にしたので、構造をより一層コンパクト化させることができる。

また、本実施形態は、改質管２２，２２，…をＵ字状に成形加工する構成にしているので、Ｕ字状の改質管２２，２２，…に熱伸びが発生して拘束されることがなく、熱応力の発生を抑制することができる。

図３および図４は、本発明に係る排熱回収改質装置の組立工法の第１実施形態を説明する概念図である。

本実施形態に係る排熱回収改質装置の組立工法は、例えば、横長筒円筒形の管寄せ２６に対し、改質管２７が密に設置され、管と管とのピッチが狭く、管寄せ２６の外側から改質管２７の着脱に多くの時間と労苦を伴うことを考慮したもので、まず、管寄せ２６を横断面で第１管寄せ２６ａと第２管寄せ２６ｂとの二分割にして別体で作製しておき、別体で作製した第１管寄せ２６ａ、第２管寄せ２６ｂのうち、第２管寄せ２６ｂの外側から改質管２７を挿通させる。

第２管寄せ２６ｂの外側から改質管２７を挿通後、本実施形態は、図４に示すように、改質管２７を第２管寄せ２６ｂに対し、矢印ＡＲ方向にエキスパンドして水密的に当接させ、さらに第２管寄せ２６ｂに開先加工した縁端に隅肉溶接部２８を施工する。

改質管２７を第２管寄せ２６ｂに固設後、本実施形態は、図３に示すように、第２管寄せ２６ｂと第１管寄せ２６ａとの横断分割面に溶接部２９を施工して互いを固設させる。

このように、本実施形態は、管寄せ２６を第１管寄せ２６ａと第２管寄せ２６ｂとに予め二分割して別体で作製し、別体で作製した第２管寄せ２６ｂの外側から改質管２７を挿通して固設させ、改質管２７の固設後、第２管寄せ２６ｂを第１管寄せ２６ａに溶接接続させる工程にするので、管寄せ２６の組立、分解をより一層容易に施工することができる。

図５は、本発明に係る排熱回収改質装置の組立工法の第２実施形態を説明する概念図である。

本実施形態に係る排熱回収改質装置の組立工法は、例えば、横長筒円筒形の管寄せ２６に対し、改質管２７が密に設置され、管と管とのピッチが狭く、管寄せ２６の外側から改質管２７の着脱に多くの時間と労苦を伴うことを考慮したもので、管寄せ２６を横断面で二分割にして別体で作製しておき、別体で作製した管寄せ２６のうち、一方のものを外側から端部３０側を曲げ加工した改質管２７を挿通し、改質管２７の挿通後、管寄せ２６の内側から開先加工を施工していた管寄せ２６の縁端に隅肉溶接部２８を施工したものである。

改質管２７は、その端部３０側に曲げ加工を行って管寄せ２６に挿通させているが、この場合、管内の触媒の充填あるいは抜取りを行う際、フレキシブルホールを用いるため、フレキシブルホールが充分に利用できるように角度を９０°以下に曲げ加工を行うことが望ましい。

このように、本実施形態は、二分割した管寄せ２６の一方に、端部３０側に角度９０°以下の曲げ加工を行った改質管２７を管寄せ２６の外側から挿通させ、管寄せ２６の内側で、端部３０側に角度９０°以下の曲げ加工を行った改質管２７を溶接接続させるので、従来のように改質管の曲り部にスタブの取付作業を行うことがなく、組立作業工程をより一層短縮させることができる。

図６は、本発明に係る排熱回収改質装置の第３実施形態を示す一部切欠正面図である。

本実施形態に係る排熱回収改質装置は、ガスタービン（図示せず）から排出される排熱ガスＥＧが改質管２２，２２，…を群とする改質管群２３の横断方向に沿って流れる際、例えば、横長筒円筒形の管寄せ３１に接続する改質管群２３の曲管部ｇ，…，ｃ，ｂ，ａのうち、中央から外径側に向う曲管部ａ，ｂ，…の熱応力が高くなっていることを考慮したもので、中央から外径側に向う改質管群２３の曲管部ｇ，…，ｃ，ｂ，ａの曲率半径Ｒｇ，…，Ｒｃ，Ｒｂ，Ｒａを、Ｒａ＞Ｒｂ＞Ｒｃ＞，…，＞Ｒｇの関係を満たすように成形加工させたものである。

また、曲管部ｇ，…，ｃ，ｂ，ａのうち、少なくとも一つ以上の曲管部は、曲率半径を改質管外径の２倍〜１０倍の範囲に設定される。

このように、本実施形態は、管寄せ３１に接続する改質管群２３の曲管部ｇ，…，ｃ，ｂ，ａのうち、中央から外径側に向う曲管部ｇ，…，ｃ，ｂ，ａの曲率半径Ｒｇ，…，Ｒｃ，Ｒｂ，ＲａをＲａ＞Ｒｂ＞Ｒｃ＞，…，＞Ｒｇの関係を満たすように成形加工させるとともに、曲管部ｇ，…，ｃ，ｂ，ａのうち、少なくとも一つ以上の曲管部の曲率半径を改質管外径の２倍〜１０倍の範囲に設定したので、曲管部ｇ，…，ｃ，ｂ，ａの熱応力の発生を分散させることができ、強度を高く維持させることができる。

図７は、本発明に係る排熱回収改質装置の第４実施形態を示す一部切欠側断面図である。

本実施形態に係る排熱回収改質装置は、改質管２２，２２，…を群とする改質管群２３内の触媒の充填、取出しの際、その作業性の容易化を考慮したもので、管寄せ３１に触媒交換穴３２を設けたものである。

触媒交換穴３２は、管寄せ３１の運転中、溶接等の手段で塞がれるが、触媒の出し入れ作業中、一方の触媒交換穴３２からフレキシブルホースを改質管２２，２２，…に挿通し、他方の触媒交換穴３２から覗く関係上、そのピッチを５０ｃｍ以下にすることが望ましい。

このように、本実施形態は、管寄せ３１に触媒交換穴３２を設け、この触媒交換穴３２からフレキシブルホースを用いて改質管３１に挿通し、触媒の出し入れ作業を行う構成にしたので、触媒の出し入れ作業を容易に行うことができる。

図８〜図１１は、本発明に係る排熱回収改質装置の第５実施形態を示す概念図である。

本実施形態に係る排熱回収改質装置は、第１実施形態と同様に、改質器本体Ａ_０を、第１改質器本体１Ａ_０と第２改質器本体２Ａ_０とに区分けし、ペアとして組み合せた構成になっている。

第１改質器本体１Ａ_０は、図９および図１０に示すように平板状の管板３３で仕切られ、ドーム状の蓋体３４で構成する第１上部管寄せ３５と、平板状の管板３３で仕切られドーム状の蓋体３４で構成する第１下部管寄せ３６との間を複数の改質管３７，３７，…を群とする改質管群３８で互いを接続させる構造簡素なブロック体になっている。

また、第２改質器本体２Ａ_０は、第１改質器本体１Ａ_０の構成と同様に、平板状の管板３３で仕切られ、ドーム状の蓋体３４で構成する第２上部管寄せ３９と、平板状の管板３３で仕切られ、ドーム状の蓋体３４で構成する第２下部管寄せ４０との間を複数の改質管３７，３７，…を群とする改質管群３８で互いを接続させる構造簡素なブロック体になっている。

また、第１改質器本体１Ａ_０の第１下部管寄せ３６と第２改質器本体２Ａ_０の第２下部管寄せ４０とは、連絡管４１を介して互いが接続され、ペアのブロック体として組み立て、分解が容易な構造になっている。

一方、第１上部管寄せ３５、第１下部管寄せ３６、第２上部管寄せ３９、第２下部管寄せ４０のそれぞれを構成する管板３３は、運転中、数十メガパスカルの内圧に耐え得る肉厚に選定されている。

また、第１上部管寄せ３５、第１下部管寄せ３６、第２上部管寄せ３９、第２下部管寄せ４０のそれぞれを構成する管板３３に挿着する改質管３７，３７，…は、図９に示すように、管板３３に予め穿設した穴４２に挿通するとき、図１１に示すように、まず、管板３３の穴４２に改質管３７を挿通後、矢印ＡＲの方向にエキスパンドして管板３３に水密的に当接させ、さらに管板３３の縁端に形成した開先加工部に隅肉溶接部４３を施工する。

そして、第１上部管寄せ３５、第１下部管寄せ３６、第２上部管寄せ３９、第２下部管寄せ４０のそれぞれに改質管３７，３７，…を固設した後、各管寄せ３５，３６，３９，４０は、図９に示すように、ドーム状の蓋体３４をボルト穴４４を介してボルトで接続させるか、あるいは溶接部を介して接続させる。

このような構成を備える排熱回収改質装置において、ガスタービン（図示せず）から供給された排熱ガスＥＧは、改質管３７，３７，…の改質管群３８を横断して流れる間に熱が与えられる。

また、第１改質器本体１Ａ_０の第１上部管寄せ３５の入口４５から供給された燃料Ｆと水蒸気Ｖとの燃料混合ガスは、改質管群３８、第１下部管寄せ３６、連絡管４１、第２下部管寄せ４０、改質管群３８、第２上部管寄せ３９を通る間に各改質管３７，３７，…の管内に充填された触媒の水蒸気改質の下、水素リッチな燃料ガスに改質され、第２改質器本体２Ａ_０の第２上部管寄せ３９の出口からガスタービン燃焼器（図示せず）に供給される。

このように、本実施形態は、改質器本体Ａ_０を、第１改質器本体１Ａ_０と第２改質器本体２Ａ_０とに区分けし、区分けした第１改質器本体１Ａ_０と第２改質器本体２Ａ_０のそれぞれのうち、第１上部管寄せ３５、第１下部管寄せ３６、第２上部管寄せ３９、第２下部管寄せ４０のそれぞれを平板状の管板３３とドーム状の蓋体３４とで構成し、各管寄せ３５，３６，３９，４０間を直管に形成する改質管３７，３７，…を群とする改質管群３８で互いを接続させる構成にしたので、構造をコンパクト化するとともに、改質管群３８に対する各管寄せ３５，３６，３９，４０の管板３３への溶接作業をより一層容易に行うことができる。

なお、本実施形態は、平板状の管板３３とドーム状の蓋体３４とで構成した各管寄せ３５，３６，３９，４０を直管に形成する改質管３７，３７，…を群とする改質管群３８で互いを接続させたが、この例に限らず、例えば、図１２に示すように、Ｕ字状に成形加工した改質管３７，３７，…を群とするＵ字状の改質管群３８で各管寄せ４７ａ，４７ｂを互いに接続させてもよい。

運転中、改質管群３８に発生する熱応力を抑制する点で有効である。

図１３〜図１５は、本発明に係る排熱回収改質装置の第７実施形態を示す概念図である。

本実施形態に係る排熱回収改質装置は、例えば、横長筒円筒形の第１管寄せ４８、第２管寄せ４９の胴壁５０が断熱材５１で覆設されていて、各管寄せ４８，４９と改質管３７，３７，…との溶接部からの改質ガスリークの検出が難しいことに鑑みてなされたもので、バッフル板５２と断熱材５１との閉鎖空間部５５に配置される改質管３７，３７，…に改質ガス漏洩検出管５３を設けたものである。

この改質ガス漏洩検出器５３は、図１４に示すように、第１管寄せ４８、第２管寄せ４９の両側の軸方向に沿って設けられている。また、改質ガス漏洩検出管５３は、図１５に示すように、閉鎖空間部５５に配置された改質管３７と隣の改質管３７との間に断熱材５１を介して取り付けられるとともに、他端を改質ガス検出器５４に接続する構成になっている。

このように、本実施形態は、比較的改質ガスリークの可能性の高い領域の、バッフル板５２、断熱材５１、胴壁５０で形成された閉鎖空間部５５に改質ガス漏洩検出管５３を設けるとともに、バッフル板５２の隙間から流入するガスタービンの排熱ガスＥＧの押圧力によって改質ガスリークを検出する構成にしたので、第１管寄せ４８、第２管寄せ４９と改質管３７，３７，…との溶接部からの改質ガスリークの有無を容易に確認することができる。

本発明に係る排熱回収改質装置の第１実施形態を示す概略斜視図。 本発明に係る排熱回収改質装置の第２実施形態を示す概念図。 本発明に係る排熱回収改質装置の組立工法の第１実施形態を説明する概念図。 図３のＡ部部分拡大図。 本発明に係る排熱回収改質装置の組立工法の第２実施形態を説明する概念図。 本発明に係る排熱回収改質装置の組立工法の第３実施形態を示す一部切欠正面図。 本発明に係る排熱回収改質装置の第４実施形態を示す一部切欠側断面図。 本発明に係る排熱回収改質装置の第５実施形態を示す概念図。 図８から抜き出した上部管寄せを示す概念図。 本発明に係る排熱回収改質装置の第５実施形態における組立状態を示す概念図。 図１０のＢ部部分拡大図。 本発明に係る排熱回収改質装置の第６実施形態を示す概念図。 本発明に係る排熱回収改質装置の第７実施形態を示す概念図。 図１３のＸ−Ｘ矢視方向から見た平面図。 図１３のＹ−Ｙ矢視方向から見た切断断面図。 従来のガスタービン排熱回収発電プラントを示す概略系統図。 従来の改質器を示す一部破断斜視図。

符号の説明

１ 蒸発器
２ 改質器
３ ガスタービン
４ ガスタービン燃焼器
５ 圧縮機
６ 本体胴
７ 改質管
８ 改質管群
１１ 第１上部管寄せ
１２ 第１下部管寄せ
１３ 第２上部管寄せ
１４ 第２下部管寄せ
１５ａ，１５ｂ 改質管
１６ａ，１６ｂ 改質管群
１７ 連絡管
１８ 入口
１９ 出口
２０ 第１管寄せ
２１ 第２管寄せ
２２ 改質管
２３ 改質管群
２４ 入口
２５ 出口
２６ 管寄せ
２６ａ 第１管寄せ
２６ｂ 第２管寄せ
２７ 改質管
２８ 隅肉溶接部
２９ 溶接部
３０ 端部
３１ 管寄せ
３２ 触媒交換穴
３３ 管板
３４ 蓋体
３５ 第１上部管寄せ
３６ 第１下部管寄せ
３７ 改質管
３８ 改質管群
３９ 第２上部管寄せ
４０ 第２下部管寄せ
４１ 連絡管
４２ 穴
４３ 隅肉溶接部
４４ ボルト穴
４５ 入口
４６ 出口
４７ａ，４７ｂ 管寄せ
４８ 第１管寄せ
４９ 第２管寄せ
５０ 胴壁
５１ 断熱材
５２ バッフル板
５３ 改質ガス漏洩検出管
５４ 改質ガス検出器
５５ 閉鎖空間部

Claims (14)

1. 改質器本体に収容され、触媒を充填した改質管に燃料に水蒸気を加えた燃料混合ガスを供給し、ガスタービンから供給される排熱ガスを加熱源とし、前記触媒の触媒作用の下、前記燃料混合ガスを水素リッチな燃料ガスに改質させる排熱回収改質装置において、前記改質器本体は、上部管寄せと下部管寄せとを互いに接続させる改質管とで構成したことを特徴とする排熱回収改質装置。
2. 改質器本体に収容され、触媒を充填した改質管に燃料に水蒸気を加えた燃料混合ガスを供給し、ガスタービンから供給される排熱ガスを加熱源とし、前記触媒の触媒作用の下、前記燃料混合ガスを水素リッチな燃料ガスに改質させる排熱回収改質装置において、前記改質器本体は、第１管寄せと第２管寄せとを互いに接続させるＵ字状に成形加工した改質管とで構成したことを特徴とする排熱回収改質装置。
3. 上部管寄せおよび下部管寄せは、ともに横長筒円筒形に形成したことを特徴とする請求項１記載の排熱回収改質装置。
4. 第１管寄せおよび第２管寄せは、ともに横長筒円筒形に形成したことを特徴とする請求項２記載の排熱回収改質装置。
5. 横長筒円筒形に形成した上部管寄せおよび下部管寄せは、改質管に対し、直径比を１０倍〜２０倍の範囲に設定したことを特徴とする請求項３記載の排熱回収改質装置。
6. 上部管寄せと下部管寄せを互いに接続させる改質管は、前記上部管寄せおよび前記下部管寄せのうち、少なくとも一方に接続する曲り部分の曲率半径を前記改質管外径の２倍〜１０倍の範囲に設定したことを特徴とする請求項１記載の排熱回収改質装置。
7. 上部管寄せは、触媒交換穴を５０ｃｍ以下の間隔で備えたことを特徴とする請求項１または３記載の排熱回収改質装置。
8. 改質器本体に収容され、触媒を充填した改質管に燃料に水蒸気を加えた燃料混合ガスを供給し、ガスタービンから供給される排熱ガスを加熱源とし、前記触媒の触媒作用の下、前記燃料混合ガスを水素リッチな燃料ガスに改質させる排熱回収改質装置において、前記改質器本体は、管板とドーム状の蓋体とで構成する上部管寄せと、管板とドーム状の蓋体とで構成する下部管寄せとを備えるとともに、前記上部管寄せと前記下部管寄せとを互いに改質管で接続させる構成にしたことを特徴とする排熱回収改質装置。
9. 改質器本体に収容され、触媒を充填した改質管に燃料に水蒸気を加えた燃料混合ガスを供給し、ガスタービンから供給される排熱ガスを加熱源とし、前記触媒の触媒作用の下、前記燃料混合ガスを水素リッチな燃料ガスに改質させる排熱回収改質装置において、前記改質器本体は、管板とドーム状の蓋体とで構成する第１管寄せと、管板とドーム状の蓋体とで構成する第２管寄せとを備えるとともに、前記第１管寄せと前記第２管寄せとを互いにＵ字状に成形加工した改質管で接続させる構成にしたことを特徴とする排熱回収改質装置。
10. 改質器本体に収容され、触媒を充填した改質管に燃料に水蒸気を加えた燃料混合ガスを供給し、ガスタービンから供給される排熱ガスを加熱源とし、前記触媒の触媒作用の下、前記燃料混合ガスを水素リッチな燃料ガスに改質させる排熱回収改質装置において、前記改質器本体は、前記ガスタービンから供給される排熱ガスを分離させる閉鎖空間部を形成し、この閉鎖空間部に改質ガス検出手段を備えたことを特徴とする排熱回収改質装置。
11. 閉鎖空間部は、バッフル板と胴壁を覆設する断熱材とで形成したことを特徴とする請求項１０記載の排熱回収改質装置。
12. 管寄せを、第１管寄せと第２管寄せとに二分割して予め別体で作製しておき、前記予め別体で作製した前記第２管寄せの外側から改質管を挿通し、挿通後の前記改質管を前記第２管寄せに対して拡管し、さらに前記第２管寄せの内側から溶接施工を行った後、前記第２管寄せを前記第１管寄せに固設させることを特徴とする排熱回収改質装置の組立工法。
13. 管寄せを、二分割して予め別体で作製しておき、二分割した管寄せのうち、一方の管寄せの外側から端部を曲げ加工した改質管を挿通し、前記改質管の挿通後、前記一方の管寄せの内側から溶接施工した後、他方の管寄せに固設させることを特徴とする排熱回収改質装置の組立工法。
14. 端部を曲げ加工した改質管は、曲げ角度を９０°以下に設定したことを特徴とする請求項１３記載の排熱回収改質装置の組立工法。

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