JP2006214625A - 排熱回収ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を削減して短時間での設置が可能で、点検時に垂直ガスパス防止板を取り外す必要がなく、点検作業が簡便で時間短縮が可能な排熱回収ボイラを提供する。
【解決手段】伝熱管１１の上、下端部に水平ガスパス防止板６，７を設け、上側水平ガスパス防止板６，７の燃焼排ガス流れ方向上流側端部と上面ダクトケーシング４の間、下側水平ガスパス防止板６，７の燃焼排ガス流れ方向上流側端部と下面ダクトケーシング５の間を垂直ガスパス防止板８で閉塞し、上側水平ガスパス防止板６，７の燃焼排ガス流れ方向下流側端部と上面ダクトケーシング４の間、下側水平ガスパス防止板６，７の燃焼排ガス流れ方向下流側端部と下面ダクトケーシング５との間に垂直ガスパス防止板を設置しないで空間部１９を形成したことを特徴とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、ガスタービンの燃焼排ガス等より熱を回収する排熱回収ボイラに係り、特にその排熱回収ボイラ内のガスパス防止構造に関するものである。

従来技術

従来の排熱回収ボイラならびにガスパス防止構造の一例を、図８ないし図１４を用いて説明する。

図８において、排熱回収ボイラへ流入した燃焼排ガスＧは、それの流れ方向（図中の矢印方向）と直交するように配置された伝熱管群１と熱交換したのち排熱回収ボイラから排出される。

図中の２は上部管寄せ、３は下部管寄せ、４は上面ダクトケーシング、５は下面ダクトケーシングである。

この排熱回収ボイラにおいて燃焼排ガスＧと伝熱管群１との間で効率良く熱交換を行わせるためには、伝熱管群１以外へ流れるガスショートパスを防止する必要がある。その一例として、伝熱管群１の（フィン付伝熱管）の両端部から管寄せ２，３の部分をガスパス防止板７，８，９，１０で囲んでいる。

図９は伝熱管群の上端部におけるガスパス防止構造を示す正面図、図１０はその上端部の一部拡大正面図、図１１は伝熱管群の下端部におけるガスパス防止構造を示す正面図、図１２はその下端部の一部拡大正面図、図１３は水平ガスパス防止板でフィン付き伝熱管を挟む前の状態を示す平面図、図１４は水平ガスパス防止板でフィン付き伝熱管を挟んだ状態を示す平面図である。

伝熱管群１を構成する多数のフィン付き伝熱管１１の上端部ならびに下端部は、伝熱管群１の組立時に水平ガスパス防止板７、１０で挟み込んでいた。この状態が図１３ならびに図１４に示されている。

図１３ならびに図１４は３列のフィン付伝熱管１１を挟み込む例を示しており、内側に配置される２枚の水平ガスパス防止板１０ａ，１０ｂと、外側に配置される２枚の水平ガスパス防止板７ａ，７ｂとで３列のフィン付伝熱管１１ａ〜１１ｃを挟み込む構造になっている。

図１３に示すように、前記第１の水平ガスパス防止板１０ａにおける第１列目のフィン付伝熱管１１ａと対向する端部は直線状になっており、第２列目のフィン付伝熱管１１ｂと対向する端部には半円型切欠部２０ａがそれぞれ形成されている。

また前記第２の水平ガスパス防止板１０ｂにおける第２列目のフィン付伝熱管１１ｂと対向する端部には半円型切欠部２０ｂがそれぞれ形成され、第３列目のフィン付伝熱管１１ｃと対向する端部は直線状になっている。

さらに前記第１の水平ガスパス防止板７ａにおける第１列目のフィン付伝熱管１１ａと対向する端部には、Ｕ字型切欠部２１ａがそれぞれ形成されている。前記第２の水平ガスパス防止板７ｂにおける第３列目のフィン付伝熱管１１ｃと対向する端部には、Ｕ字型切欠部２１ｂがそれぞれ形成されている。

第１列目のフィン付伝熱管１１ａを水平ガスパス防止板１０ａと水平ガスパス防止板７ａで両側から挟み込むように、第２列目のフィン付伝熱管１１ｂを水平ガスパス防止板１０ａと水平ガスパス防止板１０ｂで両側から挟み込むように、第３列目のフィン付伝熱管１１ｃを水平ガスパス防止板１０ｂと水平ガスパス防止板７ｂで両側から挟み込むようにして組み合わせる。

図８、図９ならびに図１１に示すように、上側に設置された水平ガスパス防止板７，１０の燃焼排ガス流れ方向上流側端部と上面ダクトケーシング４との間は垂直ガスパス防止板８で閉塞されている。また、上側に設置された水平ガスパス防止板７，１０の燃焼排ガス流れ方向下流側端部と上面ダクトケーシング４との間は垂直ガスパス防止板９で閉塞されている。

さらに下側に設置された水平ガスパス防止板７，１０の燃焼排ガス流れ方向上流側端部と下面ダクトケーシング５との間は垂直ガスパス防止板８で閉塞されている。さらにまた、下側に設置された水平ガスパス防止板７，１０の燃焼排ガス流れ方向下流側端部と下面ダクトケーシング５との間は垂直ガスパス防止板９で閉塞されている。

なお、この種のガスショートパスの防止構造に関しては、例えば下記のような特許文献を挙げることができる。
特開平９−２６４５０３号公報 特開平６−３００２１０号公報 特開２００２−１０６８０５号公報 実公平６−１９９２３号公報

前述した従来の構造では、伝熱管群の水平方向及び垂直方向にガスパス防止板を設置することにより燃焼排ガスのショートパスを防止するという機能は果たしていたが、使用するガスパス防止板の数が多く、短時間での設置作業が困難という問題があった。

また、管寄せとダクトケーシングの間に設置される垂直ガスパス防止板が伝熱管群の排ガス流れ方向上流側と下流側の両方に設置されているため、定期点検時に管寄せ等を点検するために、垂直ガスパス防止板を取り外さなければ点検できないことが問題であった。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、部品点数を削減して短時間での設置が可能で、しかも管寄せなどの点検時に従来のように垂直ガスパス防止板を取り外す必要がなく、点検作業が簡便で時間短縮が可能な排熱回収ボイラを提供するものである。

前記目的を達成するため本発明は、上面ダクトケーシングと下面ダクトケーシングと両側面ダクトケーシングで形成されて内部を燃焼排ガスが流通するダクトと、そのダクト内に前記燃焼排ガスの流れ方向と直交するように配置された伝熱管群とを備えた排熱回収ボイラを対象とするものである。

そして本発明の第１の手段は、前記伝熱管群を構成する伝熱管の上端部ならびに下端部に、前記燃焼排ガスの流れ方向に沿って延びる水平ガスパス防止板をそれぞれ設けるとともに、
当該伝熱管群の燃焼排ガス流れ方向上流側で、前記上側水平ガスパス防止板の燃焼排ガス流れ方向上流側端部と前記上面ダクトケーシングとの間、ならびに前記下側水平ガスパス防止板の燃焼排ガス流れ方向上流側端部と前記下面ダクトケーシングとの間を垂直ガスパス防止板で閉塞し、
当該伝熱管群の燃焼排ガス流れ方向下流側で、前記上側水平ガスパス防止板の燃焼排ガス流れ方向下流側端部と前記上面ダクトケーシングとの間、ならびに前記下側水平ガスパス防止板の燃焼排ガス流れ方向下流側端部と前記下面ダクトケーシングとの間に垂直ガスパス防止板を設置しないで空間部を形成したことを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記水平ガスパス防止板が、前記伝熱管と対向する端部に伝熱管の外周部と同じ形状の円弧状の切欠部を形成した複数に分割された水平ガスパス防止板からなり、前記伝熱管の端部を前記分割した水平ガスパス防止板で挟んだことを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第２の手段において、前記分割した水平ガスパス防止板が、第１の内側水平ガスパス防止板と、第２の内側水平ガスパス防止板と、第１の外側水平ガスパス防止板と、第２の外側水平ガスパス防止板とで構成され、
前記第１の内側水平ガスパス防止板における第１列目の伝熱管と対向する端部に平面形状がＵ字型をした切欠部が形成され、第２列目の伝熱管と対向する端部に平面形状が半円型をした切欠部が形成され、
前記第２の内側水平ガスパス防止板における第２列目の伝熱管と対向する端部に平面形状が半円型をした切欠部が形成され、第３列目の伝熱管と対向する端部に平面形状がＵ字型をした切欠部が形成され、
前記第１の外側水平ガスパス防止板における第１列目の伝熱管と対向する端部に平面形状がＵ字型をした切欠部が形成され、前記第２の外側水平ガスパス防止板における第３列目の伝熱管と対向する端部に平面形状がＵ字型をした切欠部が形成されて、
前記第１列目の伝熱管を前記第１の内側水平ガスパス防止板と前記第１の外側水平ガスパス防止板で両側から挟んで、前記第２列目の伝熱管を前記第１の内側水平ガスパス防止板と前記第２の内側水平ガスパス防止板で両側から挟んで、前記第３列目の伝熱管を前記第２の内側水平ガスパス防止板と前記第２の外側水平ガスパス防止板で両側から挟んだことを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第３の手段において、前記第１の内側水平ガスパス防止板におけるＵ字型切欠部の間に形成されている舌片部と、前記第１の外側水平ガスパス防止板におけるＵ字型切欠部の間に形成されている舌片部とを重ねて、前記第２の内側水平ガスパス防止板におけるＵ字型切欠部の間に形成されている舌片部と、前記第２の外側水平ガスパス防止板におけるＵ字型切欠部の間に形成されている舌片部とを重ねたことを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は前記第４の手段において、前記内側水平ガスパス防止板の舌片部と外側水平ガスパス防止板の舌片部との重合部を溶接したことを特徴とするものである。

本発明の第６の手段は前記第３ないし第５のいずれかの手段において、前記第１の内側水平ガスパス防止板と第２の内側水平ガスパス防止板との接合部を溶接したことを特徴とするものである。

本発明によれば、伝熱管の外周部と同じ形状の円弧状切欠部を形成した複数の水平ガスパス防止板で伝熱管の端部を挟み込むことで、燃焼排ガス流れ方向下流に設置していた垂直ガスパス防止板を省略することができる。

そのために垂直ガスパス防止板の数が半減でき、現地据付作業の効率向上とコストの低減が図れる。さらに、従来は点検時などに垂直ガスパス防止板を取り外し後に伝熱管パネル内へ出入りしていたが、下流側垂直ガスパス防止板を省略することにより垂直ガスパス防止板取り外しが不要となり、メンテナンスし易くなるなどの特長を有している。

本発明の実施形態について図１ないし図７を用いて説明する。図１は伝熱管群の上端部におけるガスパス防止構造を示す正面図、図２はその上端部の一部拡大正面図ならびに一部拡大斜視図、図３は伝熱管群の下端部におけるガスパス防止構造を示す正面図、図４はその下端部の一部拡大正面図、図５は水平ガスパス防止板でフィン付き伝熱管を挟む前の状態を示す平面図、図６は水平ガスパス防止板でフィン付き伝熱管を挟んだ状態を示す平面図、図７は廃熱回収ボイラの概略構成図である。

図７に示すように燃焼排ガスＧが流通するダクトは、上面ダクトケーシング４と下面ダクトケーシング５と両側面ダクトケーシング（図示せず）で形成され、その内部に多数の伝熱管群１が設置されている。

伝熱管群１は図６に示すように互い違いにずれて整列された無数のフィン付伝熱管１１から構成され、各フィン付伝熱管１１の上下両端部（フィン無しの部分）には図７に示すように水平ガスパス防止板６，７が水平方向に設置されている。

図５ならびに図６は３列のフィン付伝熱管１１を挟み込む例を示しており、内側に配置される２枚の水平ガスパス防止板６ａ，６ｂと、外側に配置される２枚の水平ガスパス防止板７ａ，７ｂとで３列のフィン付伝熱管１１を挟み込む構造になっている。従って水平ガスパス防止板の全体は、これら分割した水平ガスパス防止板６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂの組み合わせによって構成されることになる。

図５に示すように、前記第１の水平ガスパス防止板６ａにおける第１列目のフィン付伝熱管１１ａと対向する端部には平行部と円弧部が連続した平面形状がＵ字型をしたＵ字型切欠部１２ａがそれぞれ形成され、第２列目のフィン付伝熱管１１ｂと対向する端部には円弧部からなる平面形状が半円型をした半円型切欠部１３ａがそれぞれ形成されている。

また前記第２の水平ガスパス防止板６ｂにおける第２列目のフィン付伝熱管１１ｂと対向する端部には平面形状が半円型をした半円型切欠部１３ｂがそれぞれ形成され、第３列目のフィン付伝熱管１１ｃと対向する端部には平面形状がＵ字型をしたＵ字型切欠部１２ｂがそれぞれ形成されている。

さらに前記第１の水平ガスパス防止板７ａにおける第１列目のフィン付伝熱管１１ａと対向する端部には、平面形状がＵ字型をしたＵ字型切欠部１４ａがそれぞれ形成されている。前記第２の水平ガスパス防止板７ｂの第３列目のフィン付伝熱管１１ｃと対向する端部には、平面形状がＵ字型をしたＵ字型切欠部１４ｂがそれぞれ形成されている。

第１列目のフィン付伝熱管１１ａを水平ガスパス防止板６ａと水平ガスパス防止板７ａで両側から挟み込むように、第２列目のフィン付伝熱管１１ｂを水平ガスパス防止板６ａと水平ガスパス防止板６ｂで両側から挟み込むように、第３列目のフィン付伝熱管１１ｃを水平ガスパス防止板６ｂと水平ガスパス防止板７ｂで両側から挟み込むようにして組み合わせて、水平ガスパス防止板６，７付きの伝熱管群１を構成する。

この際図６に示すように、水平ガスパス防止板６ａ，６ｂは水平ガスパス防止板７ａ，７ｂの上になるようにして組み合わせ、水平ガスパス防止板６ａ（６ｂ）のＵ字型切欠部１２ａ（１２ｂ）と隣のＵ字型切欠部１２ａ（１２ｂ）の間に形成されている舌片部１６が、水平ガスパス防止板７ａ（７ｂ）のＵ字型切欠部１４ａ（１４ｂ）と隣のＵ字型切欠部１４ａ（１４ｂ）の間に形成されている舌片部１７の上に重ねられる。また水平ガスパス防止板６ａと水平ガスパス防止板６ｂの端部は接合される。

なお、水平ガスパス防止板６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂに形成されている切欠部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂは、それの配列方向の一個所をアンカーポイント１５とし、その他はボイラ運転時のフィン付伝熱管１１と水平ガスパス防止板６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂとの熱伸び差を考慮した切欠部となっている。

前記アンカーポイント１５の個所では、切欠部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂの半円部の内径がフィンが無い部分の伝熱管１１の外径と略同寸で、密に嵌合するようになっている。なお、アンカーポイント１５でない個所の切欠部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂでも伝熱管１１との間隙は極僅かであり、伝熱管１１と切欠部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂの間からガスのショートパスは実質的に殆ど生じない程度の間隙である。

前記水平ガスパス防止板６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂは、例えば図２（ａ），（ｂ）に示すように伝熱管１１とバンド１８との間で挟持されている。バンド１８は２つに分割されており、ボルト締めによって伝熱管１１に固定されている。図１ならびに図２（ａ）に示すように、伝熱管群１の上端部側に配置される水平ガスパス防止板６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂは、その上に設けられたバンド１８により上方向の移動が阻止されている。一方、図３ならびに図４に示すように、伝熱管群１の下端部側に配置される水平ガスパス防止板６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂは、その下に設けられたバンド１８により下方向の移動が阻止されている。

図１、図３ならびに図７に示すように、各伝熱管群１のガス流れ方向上流側において、前記上側水平ガスパス防止板６，７の燃焼排ガス流れ方向上流側端部と上面ダクトケーシング４との間、ならびに前記下側水平ガスパス防止板６，７の燃焼排ガス流れ方向上流側端部と下面ダクトケーシング４との間には垂直ガスパス防止板は設置されておらず、空間部１９が形成されている。この空間部１９は、例えば管寄せ２，３の定期点検時などに通路として利用される。

前述のような水平ガスパス防止板６、７を使用することにより伝熱管１１の両端部におけるガスショートパスを防止することができるため、伝熱管群でガス流れ方向下流側に設置していた垂直ガスパス防止板を省略することができる。

本発明の実施形態に係る伝熱管群の上端部におけるガスパス防止構造を示す正面図である。 その上端部の一部拡大正面図（ａ）ならびに一部拡大斜視図（ｂ）である。 伝熱管群の下端部におけるガスパス防止構造を示す正面図である。 その下端部の一部拡大正面図である。 水平ガスパス防止板でフィン付き伝熱管を挟む前の状態を示す平面図である。 水平ガスパス防止板でフィン付き伝熱管を挟んだ状態を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る廃熱回収ボイラの概略構成図である。 従来の排熱回収ボイラの概略構成図である。 その排熱回収ボイラの伝熱管群の上端部におけるガスパス防止構造を示す正面図である。 その上端部の一部拡大正面図である。 伝熱管群の下端部におけるガスパス防止構造を示す正面図である。 その下端部の一部拡大正面図である。 水平ガスパス防止板でフィン付き伝熱管を挟む前の状態を示す平面図である。 水平ガスパス防止板でフィン付き伝熱管を挟んだ状態を示す平面図である。

符号の説明

１：伝熱管群、２：上部管寄せ、３：下部管寄せ、４：上面ダクトケーシング、５：下面ダクトケーシング、６：水平ガスパス防止板（内側）、７：水平ガスパス防止板（外側）、８：ガス上流側垂直ガスパス防止板、１１：フィン付き伝熱管、１２ａ，１２ｂ：Ｕ字型切欠部、１３ａ，１３ｂ：半円型切欠部、１４ａ，１４ｂ：Ｕ字型切欠部、１５：アンカーポイント、１６，１７：舌片部、１８：バンド、１９：空間部、Ｇ：燃焼排ガス。

Claims (6)

1. 上面ダクトケーシングと下面ダクトケーシングと両側面ダクトケーシングで形成されて内部を燃焼排ガスが流通するダクトと、
   そのダクト内に前記燃焼排ガスの流れ方向と直交するように配置された伝熱管群とを備えた排熱回収ボイラにおいて、
   前記伝熱管群を構成する伝熱管の上端部ならびに下端部に、前記燃焼排ガスの流れ方向に沿って延びる水平ガスパス防止板をそれぞれ設けるとともに、
   当該伝熱管群の燃焼排ガス流れ方向上流側で、前記上側水平ガスパス防止板の燃焼排ガス流れ方向上流側端部と前記上面ダクトケーシングとの間、ならびに前記下側水平ガスパス防止板の燃焼排ガス流れ方向上流側端部と前記下面ダクトケーシングとの間を垂直ガスパス防止板で閉塞し、
   当該伝熱管群の燃焼排ガス流れ方向下流側で、前記上側水平ガスパス防止板の燃焼排ガス流れ方向下流側端部と前記上面ダクトケーシングとの間、ならびに前記下側水平ガスパス防止板の燃焼排ガス流れ方向下流側端部と前記下面ダクトケーシングとの間に垂直ガスパス防止板を設置しないで空間部を形成したことを特徴とする排熱回収ボイラ。
2. 請求項１記載の排熱回収ボイラにおいて、前記水平ガスパス防止板が、前記伝熱管と対向する端部に伝熱管の外周部と同じ形状の円弧状の切欠部を形成した複数に分割された水平ガスパス防止板からなり、前記伝熱管の端部を前記分割した水平ガスパス防止板で挟んだことを特徴とする排熱回収ボイラ。
3. 請求項２記載の排熱回収ボイラにおいて、前記分割した水平ガスパス防止板が、第１の内側水平ガスパス防止板と、第２の内側水平ガスパス防止板と、第１の外側水平ガスパス防止板と、第２の外側水平ガスパス防止板とで構成され、
   前記第１の内側水平ガスパス防止板における第１列目の伝熱管と対向する端部に平面形状がＵ字型をした切欠部が形成され、第２列目の伝熱管と対向する端部に平面形状が半円型をした切欠部が形成され、
   前記第２の内側水平ガスパス防止板における第２列目の伝熱管と対向する端部に平面形状が半円型をした切欠部が形成され、第３列目の伝熱管と対向する端部に平面形状がＵ字型をした切欠部が形成され、
   前記第１の外側水平ガスパス防止板における第１列目の伝熱管と対向する端部に平面形状がＵ字型をした切欠部が形成され、前記第２の外側水平ガスパス防止板における第３列目の伝熱管と対向する端部に平面形状がＵ字型をした切欠部が形成されて、
   前記第１列目の伝熱管を前記第１の内側水平ガスパス防止板と前記第１の外側水平ガスパス防止板で両側から挟んで、前記第２列目の伝熱管を前記第１の内側水平ガスパス防止板と前記第２の内側水平ガスパス防止板で両側から挟んで、前記第３列目の伝熱管を前記第２の内側水平ガスパス防止板と前記第２の外側水平ガスパス防止板で両側から挟んだことを特徴とする排熱回収ボイラ。
4. 請求項３記載の排熱回収ボイラにおいて、前記第１の内側水平ガスパス防止板におけるＵ字型切欠部の間に形成されている舌片部と、前記第１の外側水平ガスパス防止板におけるＵ字型切欠部の間に形成されている舌片部とを重ねて、前記第２の内側水平ガスパス防止板におけるＵ字型切欠部の間に形成されている舌片部と、前記第２の外側水平ガスパス防止板におけるＵ字型切欠部の間に形成されている舌片部とを重ねたことを特徴とする排熱回収ボイラ。
5. 請求項４記載の排熱回収ボイラにおいて、前記内側水平ガスパス防止板の舌片部と外側水平ガスパス防止板の舌片部との重合部を溶接したことを特徴とする排熱回収ボイラ。
6. 請求項３ないし５のいずれか１項記載の排熱回収ボイラにおいて、前記第１の内側水平ガスパス防止板と第２の内側水平ガスパス防止板との接合部を溶接したことを特徴とする排熱回収ボイラ。

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