JP3737186B2 - 排熱回収装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃焼排ガスが通過する煙道中に設けられた排熱回収装置に係り、特に煙道内で排ガスが偏流することなく熱交換効率が良好な構造の排熱回収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
急増する電力需要に応えるために大容量の火力発電所が建設されているが、これらのボイラは部分負荷時においても高い発電効率を得るためにボイラの変圧運転を行うことが要求されている。
これは最近の電力需要の特徴として、原子力発電の伸びと共に、負荷の最大と最小の差も増大し、火力発電はベースロード用から負荷調整用へと移行する傾向にある。
つまり、火力発電用ボイラは、ボイラ負荷を常に全負荷で運転されるケースは少なく、ボイラ負荷を、７５％負荷、５０％負荷あるいは２５％負荷へと、負荷を上げ、下げして運転したり、またボイラの運転を停止（休止）するなど、いわゆる毎日起動停止（Daily Start Stop：以下単にＤＳＳと言う）運転や、週末起動停止（Weekly Start Stop：以下単にＷＳＳという）運転を行って中間負荷を担い、発電効率を向上させる運転が行われている。
例えば、高効率発電の一環として、最近は複合プラントが注目されている。この複合発電プラントは、まず、ガスタービンによる発電を行うと共に、ガスタービンから排出される排ガス中の熱を排熱回収装置（排熱回収ボイラ）によって回収し、この排熱回収ボイラで発生した蒸気により蒸気タービンを駆動させて発電するものである。
この複合発電プラントは、ガスタービンによる発電と、蒸気タービンによる発電とを同時に行うことができるため発電効率が高い上に、ガスタービンは負荷応答性に優れ、このために急激な電力需要の上昇、下降にも十分対応し得る負荷追従性に優れた利点もあり、特にＤＤＳ運転やＷＳＳ運転を行うプラントには有効である。
ところが、この複合発電プラントにおいては、ＬＮＧ、灯油などのクリーンな燃料を使用するので、ＳＯｘ量やダスト量は少ないが、ガスタービンの燃焼においては酸素量が多く、高温燃焼を行うために排ガス中のＮＯｘ量が増加するので、脱硝装置を内蔵した排熱回収ボイラが開発されている。
図４から図８は、従来の排熱回収ボイラを示すもので、図４は、排熱回収ボイラの系統図を示し、図５は、図４のＡ−Ａ矢視図で、排熱回収ボイラの保温構造を示す断面図であり、図６は、図４のＢ部を拡大した側断面図で、図７は、図６のＣ−Ｃ矢視図、図８は、図６のＤ−Ｄ部位の詳細図、図９は、図８のＥ−Ｅ矢視図を示す。
図４において、ガスタービン（図示せず）からの排ガスＧは、矢印で示すごとく、煙道１００内の上流側（図４の左）から下流側（図４の右）へ向かって流れ、この煙道１００内には、過熱器１、第１段高圧蒸発器２、第２段高圧蒸発器４、高圧節炭器７、低圧蒸発器８および低圧節炭器１１等の伝熱管群によって構成された排熱回収ボイラが配置されている。
排ガスＧは、過熱器１、第１段高圧蒸発器２を経て脱硝装置３に至り、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する。続いて、排ガスＧは、第２段高圧蒸発器４、高圧節炭器７、低圧蒸発器８、低圧節炭器１１を経て排出され、排ガス中の排熱が回収される。この間に発生した高圧蒸気Ｓ1および低圧蒸気Ｓ2は、蒸気タービンの動力源、所内の熱源として利用される。図４の符号５および９は、各々高圧ドラムおよび低圧ドラムを、符号６および１０は降水管を示す。
以上述べたように、排熱回収ボイラは、ガスタービンからの排ガスＧを通過させる煙道１００内に配置されているが、この煙道１００は外部に対する熱の放散を防止し、排熱回収ボイラの熱効率を高めるため、図５に示すような保温構造となっている。図５の符号１７ａ、１７ｂは側部外側ケーシング、１６は保温材、２０ａ、２０ｂは側部内側ケーシングを示す。なお、排ガスＧは、各伝熱管１２（図６参照）を通過するにしたがって排ガス温度が低下するので、この排ガス温度に対応して、例えば図５に示すように保温材１６の厚さを変化させており、高温部（上流側）ほど保温材１６の厚みを大きくして断熱性を高め、低温部（下流側）では保温材１６の厚さを薄くしている。
図６は、図４に示す従来の排熱回収ボイラのＢ部の拡大側断面図を示し、図７は、図６のＣ−Ｃ矢視図を示す。
なお、図７において、Ｈ2、Ｗ2は煙道１００内の伝熱空間を示し、Ｈ1、Ｈ3、Ｗ1、Ｗ3は非伝熱空間を示す。排熱回収ボイラの伝熱管群は、図６に示すように、伝熱管１２、上部および下部管寄せ１９および１３、上部連絡管１８、下部連絡管２１によって構成され、伝熱管１２は上部で管寄せサポート１４によって支持され、その外周は図７に示すように、側部外側ケーシング１７ａ、１７ｂ、下部外側ケーシング２４、上部外側ケーシング２５、保温材１６、側部内側ケーシング２０ａ、２０ｂ、上部内側ケーシング２２、下部内側ケーシング２３によって囲われ、全体が管寄せサポートビーム１５に吊り下げ構造で支持されている。排熱回収ボイラ伝熱管群は、タービンからの排ガスの熱回収率を高めるために、伝熱管１２の配列は千鳥状に配置され、伝熱空間Ｈ2、Ｗ2に位置する伝熱管１２には、フィンが取付けられたフィン付伝熱管１２ａが使用されている。このフィン付伝熱管１２ａは、排ガスＧがフィン付伝熱管１２ａ間を流動することにより、個々のフィン付伝熱管１２ａが揺れ、前後および左右のフィン付伝熱管１２ａが接触することを避けるため、また振動等を防ぐために伝熱管の軸直角方向に設けられた水平サポート２８により結束し支持されている。
一方、図７に示すように、非伝熱空間Ｈ1、Ｈ3に位置する伝熱管１２の上部および下部管寄せ１９、１３の近傍では、伝熱管１２が上部および下部管寄せ１９、１３に集合させるために、あるいは上部および下部管寄せ１９、１３と、伝熱管１２との取合上、フィン付伝熱管１２ａに代えて裸伝熱管１２ｂが用いられている。
このために、ガスタービンからの排ガスＧが煙道１００内を通過する場合、煙道１００の上、下方向においては伝熱空間Ｈ2に位置するフィン付伝熱管１２ａの部分を通過する通気抵抗は、非伝熱空間Ｈ1、Ｈ3に位置する裸伝熱管１２ｂの部分に比べて大きくなる。
したがって、図６に示す煙道１００において、上部内側ケーシング２２、下部内側ケーシング２３の近傍に、上下の熱交換に関与しない非伝熱空間Ｈ1、Ｈ3ができ、排ガスＧは、通気抵抗の大きい伝熱空間Ｈ2には流れにくくなる。これを防止するために、非伝熱空間Ｈ1、Ｈ3には、排ガスＧが非伝熱空間Ｈ1、Ｈ3をバイパスするのを防止するために、上部偏流防止部材２６ａ、下部偏流防止部材 ２６ｂを、煙道１００を横切る方向に配設されている。
次に、図７に示すように、排熱回収ボイラの幅方向においても、上部および下部管寄せ１９、１３と、伝熱管１２と、側部内側ケーシング２０ａ、２０ｂとの間には、やはり熱交換に直接関与しない非伝熱空間Ｗ1、Ｗ3ができてしまう。この場合、図５に示すごとく、煙道１００の下流に行くほど保温材１６の厚さが薄く、かつ側部外側ケーシング１７ａ、１７ｂの外形寸法は、上流から下流まで一定であるので、煙道の下流へ行くほど非伝熱空間Ｗ1、Ｗ3は実質的に広くなる。この非伝熱空間Ｗ1、Ｗ3は、排ガスＧが通過する際に抵抗となるべきものが伝熱空間Ｗ2に比較して少ないので、このために大量の排ガスＧがこの非伝熱空間Ｗ1、Ｗ3をバイパスしてしまい、ボイラ全体の熱回収効率が大幅に低下してしまうことになる。
この非伝熱空間Ｗ1、Ｗ3に、排ガスＧがバイパスするのを防ぐために、図８、図９に示すように、側部偏流防止部材２７が配設されている。この側部偏流防止材２７が設けられている。なお、図８は、図４のＣ−Ｃ矢視を拡大した側断面図で、図９は、図８のＥ−Ｅ矢視である水平断面図である。
図８に示すように、側面偏流防止部材２７は、 側部内側ケーシング２０ａ、２０ｂに取り付けられ、排ガスＧとの熱交換により上部および下部管寄せ１９、１３の熱伸びにより、伝熱管が移動（図８、図９に破線で示す）するのを考慮し、ギャップを設けた構造としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したごとく従来技術において、上部および下部管寄せと、側部偏流防止部材との接触による損傷を避けるため、上部および下部管寄せと伝熱管を一体化した、いわゆるパネル状の熱交換器を設置した後に、側部偏流防止部材を取り付けねばならなかった。また、伝熱管や水平サポートと側部偏流防止部材との接触を避けるために、排ガスによる熱交換器の熱膨張による熱伸び量に相当するギャップを設けるが、このギャップには排ガスのバイパス量を低減するために、側部偏流防止部材の取り付け時に調整をする必要があり、これは高所作業で、かつ伝熱管と側部内側ケーシングとの狭い空間で作業をしなければならないという問題があった。
また、上記ギャップは、熱伸び量が最大である排ガスの最高温度での熱伸び量にしなければ、伝熱管の水平サポートと側部偏流防止部材とは接触しないため、排ガスが最高温度以下の場合には、熱伸び量が十分でなく、そのため上記ギャップの幅は大きくなり排ガスのバイパス量は増加し、そのため排熱回収効率は低下するという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、上記従来技術における問題点を解消するものであって、高所作業や狭い空間での取り付け作業を少なくし、かつ排ガスのバイパス量を大幅に低減することが可能な構造の熱交換効率の良好な排熱回収装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の目的を達成するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成とするものである。すなわち、
本発明は請求項１に記載のように、燃焼排ガスが通過する煙道中に、複数の伝熱管を、上、下に設けられた管寄せに接続して配置し、上記排ガス中の熱を回収する排熱回収装置であって、上記伝熱管は、該伝熱管の軸直角方向に設けられた複数列の水平サポートと、該伝熱管の長手方向に複数段配設された上記水平サポートによって結束支持され、上記複数列の水平サポートの端部に、該複数列の水平サポートを結束する水平サポート結束部材を設け、該水平サポート結束部材を、伝熱管の長手方向に配列された複数の垂直連結部材により支持固定して一体構造のパネル型熱交換器を構成し、該一体構造の熱交換器と、上記煙道の内壁との間の排ガスの偏流が生じ易い隙間部に、上記熱交換器側に設ける排ガス偏流防止部材と、煙道の内壁に設ける排ガス偏流防止部材とが互いに嵌挿でき、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に配設した排熱回収装置とするものである。
また、本発明は請求項２に記載のように、燃焼排ガスが通過する煙道中に、複数の伝熱管を、上、下に設けられた管寄せに接続して配置し、上記排ガス中の熱を回収する排熱回収装置であって、上記伝熱管は、該伝熱管の軸直角方向に設けられた複数列の水平サポートと、該伝熱管の長手方向に複数段配設された上記水平サポートによって結束支持され、上記複数列の水平サポートの端部に、該複数列の水平サポートを結束する水平サポート結束部材を設け、該水平サポート結束部材を、伝熱管の長手方向に配列された複数の垂直連結部材により支持固定して一体構造のパネル型熱交換器を構成し、該一体構造の熱交換器と、上記煙道の側壁との間の排ガスの偏流が生じ易い部位に、上記熱交換器側に設ける排ガス偏流防止部材と、煙道の側壁に設ける排ガス偏流防止部材とが互いに嵌挿でき、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に配設した排熱回収装置とするものである。
また、本発明は請求項３に記載のように、燃焼排ガスが通過する煙道中に、複数の伝熱管を、上、下に設けられた管寄せに接続して配置し、上記排ガス中の熱を回収する排熱回収装置であって、上記伝熱管は、該伝熱管の軸直角方向に設けられた複数列の水平サポートと、該伝熱管の長手方向に複数段配設された上記水平サポートによって結束支持され、上記複数列の水平サポートの端部に、該複数列の水平サポートを結束する水平サポート結束部材を設け、該水平サポート結束部材を、伝熱管の長手方向に配列された複数の垂直連結部材により支持固定して一体構造のパネル型熱交換器を構成し、上記煙道の側壁に、伝熱管の長手方向に凹型の断面形状をしたメス形の排ガス偏流防止部材を配設し、該排ガス偏流防止部材の凹部に、上記熱交換器の水平サポート結束部材と垂直連結部材とにより構成される断面が凸型形状のオス型の排ガス偏流防止部材を嵌挿し、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に配設した排熱回収装置とするものである。
本発明の排熱回収装置において、請求項１に記載のように、一体構造の熱交換器と、上記煙道の内壁との間の排ガスの偏流が生じ易い隙間部に、上記熱交換器側に設ける排ガス偏流防止部材と、煙道の内壁に設ける排ガス偏流防止部材とが互いに嵌挿でき、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に配設しているので、上記排ガス偏流防止部材間に生じる隙間部を最小限に小さくしているので、排ガスのバイパス量を著しく少なくすることができ、排熱回収効率を向上できる効果がある。
また、本発明の排熱回収装置は、請求項２に記載のように、煙道の側壁との間の排ガスの偏流が生じ易い部位に、上記熱交換器側に設ける排ガス偏流防止部材と、煙道の側壁に設ける排ガス偏流防止部材とが互いに嵌挿でき、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に設けているので、最も排ガスが偏流しやすい煙道の側壁部に、互いに嵌挿できる構造の排ガス偏流防止部材を設けているので、排ガスのバイパス量を効果的に抑制することが可能となり、排熱回収効率を向上させることができる効果がある。
また、本発明の排熱回収装置は、請求項３に記載のように、煙道の側壁に伝熱管の長手方向に凹型の断面形状をしたメス形の排ガス偏流防止部材を配設し、該排ガス偏流防止部材の凹部に、上記熱交換器の水平サポート結束部材と垂直連結部材とにより構成される断面が凸型形状のオス型の排ガス偏流防止部材を嵌挿し、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に設けているので、煙道の側壁の最も排ガスがバイパスしやすい部分に、一体構造のパネル型熱交換器の水平サポート結束部材と垂直連結部材とにより構成されたオス型の排ガス偏流防止部材を配設しているので、極めて簡易な構成で排ガスの偏流を有効に抑制することができ、排ガスのバイパス量を効果的に抑制することが可能となり、排熱回収効率が向上できる効果がある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１、図２および図３は、本発明の排熱回収装置の伝熱管の取付け構造の一例を示す。なお、従来技術と同様の構成部分については説明を省略する。
図１は、図６に示すＤ−Ｄ部位に配設されている熱交換器の構成を示し、図２は、図１のＥ−Ｅ矢視図、図３は、図１のＦ−Ｆ矢視図である。
図１において、フィン付伝熱管１２ａ同士の接触および振動等を防ぐために、伝熱管の軸直角方向に複数段設けられた水平サポート２８の各端部に、複数列の水平サポート２８を結束する水平サポートの結束部材２９が溶接により取り付けられており、複数段の水平サポートの結束部材２９を連結するために、垂直連結部材３０が設けられている。水平サポートの結束部材２９は、図３に示すように、上側の垂直連結部材３０とはボルトにて固定され、下側の垂直連結部材３０とはボルトによりスライド構造で支持し、フィン付伝熱管１２ａと垂直連結部材３０が、排ガスＧの熱による伸び量により垂直連結部材３０の損傷を防ぐ構造となっている。
水平サポートの結束部材２９と、垂直連結部材３０は、上部および下部管寄せと、伝熱管を一体化する時に取り付けられるため、煙道内での高所作業および狭い空間での取付け作業を行う必要がなく、地上で製作することができるので組立が容易となり作業の安全性が確保される。
また、図２に示すように、断面が凹型形状（メス型）の偏流防止部材３１は、側面内側ケーシング２０ａ、ｂに、水平サポートの結束部材２９と垂直連結部材３０からなる凸型形状（オス型）の偏流防止部材をスライド可能に挾み込むように取付けられている。このような構造とすることにより、排ガスＧによる熱膨張（図１、２に破線で示す）は、オス型偏流防止部材とメス型偏流防止部材とが互いにスライドすることにより吸収されることになる。また、上記構造とすることにより、 フィン付伝熱管１２ａや、 水平サポート２８と側部内側ケーシング２０ａ、ｂに設けられた凹型の偏流防止部材との接触が無くなるために、従来の排ガスのバイパス量を減らすためのギャップを設ける必要が無くなり、また熱膨張により凸型の偏流防止部材と凹型の偏流防止部材との間の隙間を低減することができるので、排ガスの偏流によるバイパス量を減らすことができ、排ガスの熱交換効率が向上する。
【０００７】
【発明の効果】
本発明の排熱回収装置は、請求項１に記載のように、一体構造の熱交換器と、上記煙道の内壁との間の排ガスの偏流が生じ易い隙間部に、上記熱交換器側に設ける排ガス偏流防止部材と、煙道の内壁に設ける排ガス偏流防止部材とが互いに嵌挿でき、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に配設しているので、上記排ガス偏流防止部材間に生じる隙間部を最小限に小さくしているので、排ガスのバイパス量を著しく少なくすることができ、排熱回収効率を向上できる効果がある。
また、本発明の排熱回収装置は、請求項２に記載のように、煙道の側壁との間の排ガスの偏流が生じ易い部位に、上記熱交換器側に設ける排ガス偏流防止部材と、煙道の側壁に設ける排ガス偏流防止部材とが互いに嵌挿でき、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に設けているので、最も排ガスが偏流しやすい煙道の側壁部に、互いに嵌挿できる構造の排ガス偏流防止部材を設けているので、排ガスのバイパス量を効果的に抑制することが可能となり、排熱回収効率を向上させることができる効果がある。
また、本発明の排熱回収装置は、請求項３に記載のように、煙道の側壁に伝熱管の長手方向に凹型の断面形状をしたメス形の排ガス偏流防止部材を配設し、該排ガス偏流防止部材の凹部に、上記熱交換器の水平サポート結束部材と垂直連結部材とにより構成される断面が凸型形状のオス型の排ガス偏流防止部材を嵌挿し、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に設けているので、煙道の側壁の最も排ガスがバイパスしやすい部分に、一体構造のパネル型熱交換器の水平サポート結束部材と垂直連結部材とにより構成されたオス型の排ガス偏流防止部材を配設しているので、極めて簡易な構成で排ガスの偏流を有効に抑制することができ、排ガスのバイパス量を効果的に抑制することが可能となり、排回収効率が向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態で例示した排熱回収装置の構成を示す模式図。
【図２】図１のＥ−Ｅ矢視図。
【図３】図１のＦ−Ｆ矢視図。
【図４】従来の排熱回収ボイラの構成を示す模式図。
【図５】図４のＡ−Ａ矢視図で、従来の排熱回収ボイラの保温構造を示す断面図。
【図６】図４のＢ部の拡大図。
【図７】図６のＣ−Ｃ矢視図。
【図８】図７のＤ−Ｄ部位の詳細図。
【図９】図８のＥ−Ｅ矢視図。
【符号の説明】
１…過熱器
２…第１段高圧蒸発器
３…脱硝装置
４…第２段高圧蒸発器
５…高圧ドラム
６…降水管
７…高圧節炭器
８…低圧蒸発器
９…低圧ドラム
１０…降水管
１１…低圧節炭器
１２…伝熱管
１２ａ…フィン付伝熱管
１２ｂ…裸伝熱管
１３…下部管寄せ
１４…管寄せサポート
１５…管寄せサポートビーム
１６…保温材
１７ａ…側部外側ケーシング
１７ｂ…側部外側ケーシング
１８…上部連絡管
１９…上部管寄せ
２０ａ…側部内側ケーシング
２０ｂ…側部内側ケーシング
２１…下部連絡管
２２…上部内側ケーシング
２３…下部内側ケーシング
２４…下部外側ケーシング
２５…上部外側ケーシング
２６ａ…上部偏流防止部材
２６ｂ…下部偏流防止部材
２７…側部偏流防止部材
２８…水平サポート
２９…水平サポートの結束部材
３０…垂直連結部材
３１…凹型形状（メス型）の偏流防止部材
１００…煙道
Ｇ…排ガス
Ｓ1…高圧蒸気
Ｓ2…低圧蒸気
Ｈ1…非伝熱空間
Ｈ2…伝熱空間
Ｈ3…非伝熱空間
Ｗ1…非伝熱空間
Ｗ2…伝熱空間
Ｗ3…非伝熱空間
【発明の属する技術分野】
本発明は燃焼排ガスが通過する煙道中に設けられた排熱回収装置に係り、特に煙道内で排ガスが偏流することなく熱交換効率が良好な構造の排熱回収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
急増する電力需要に応えるために大容量の火力発電所が建設されているが、これらのボイラは部分負荷時においても高い発電効率を得るためにボイラの変圧運転を行うことが要求されている。
これは最近の電力需要の特徴として、原子力発電の伸びと共に、負荷の最大と最小の差も増大し、火力発電はベースロード用から負荷調整用へと移行する傾向にある。
つまり、火力発電用ボイラは、ボイラ負荷を常に全負荷で運転されるケースは少なく、ボイラ負荷を、７５％負荷、５０％負荷あるいは２５％負荷へと、負荷を上げ、下げして運転したり、またボイラの運転を停止（休止）するなど、いわゆる毎日起動停止（Daily Start Stop：以下単にＤＳＳと言う）運転や、週末起動停止（Weekly Start Stop：以下単にＷＳＳという）運転を行って中間負荷を担い、発電効率を向上させる運転が行われている。
例えば、高効率発電の一環として、最近は複合プラントが注目されている。この複合発電プラントは、まず、ガスタービンによる発電を行うと共に、ガスタービンから排出される排ガス中の熱を排熱回収装置（排熱回収ボイラ）によって回収し、この排熱回収ボイラで発生した蒸気により蒸気タービンを駆動させて発電するものである。
この複合発電プラントは、ガスタービンによる発電と、蒸気タービンによる発電とを同時に行うことができるため発電効率が高い上に、ガスタービンは負荷応答性に優れ、このために急激な電力需要の上昇、下降にも十分対応し得る負荷追従性に優れた利点もあり、特にＤＤＳ運転やＷＳＳ運転を行うプラントには有効である。
ところが、この複合発電プラントにおいては、ＬＮＧ、灯油などのクリーンな燃料を使用するので、ＳＯｘ量やダスト量は少ないが、ガスタービンの燃焼においては酸素量が多く、高温燃焼を行うために排ガス中のＮＯｘ量が増加するので、脱硝装置を内蔵した排熱回収ボイラが開発されている。
図４から図８は、従来の排熱回収ボイラを示すもので、図４は、排熱回収ボイラの系統図を示し、図５は、図４のＡ−Ａ矢視図で、排熱回収ボイラの保温構造を示す断面図であり、図６は、図４のＢ部を拡大した側断面図で、図７は、図６のＣ−Ｃ矢視図、図８は、図６のＤ−Ｄ部位の詳細図、図９は、図８のＥ−Ｅ矢視図を示す。
図４において、ガスタービン（図示せず）からの排ガスＧは、矢印で示すごとく、煙道１００内の上流側（図４の左）から下流側（図４の右）へ向かって流れ、この煙道１００内には、過熱器１、第１段高圧蒸発器２、第２段高圧蒸発器４、高圧節炭器７、低圧蒸発器８および低圧節炭器１１等の伝熱管群によって構成された排熱回収ボイラが配置されている。
排ガスＧは、過熱器１、第１段高圧蒸発器２を経て脱硝装置３に至り、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する。続いて、排ガスＧは、第２段高圧蒸発器４、高圧節炭器７、低圧蒸発器８、低圧節炭器１１を経て排出され、排ガス中の排熱が回収される。この間に発生した高圧蒸気Ｓ1および低圧蒸気Ｓ2は、蒸気タービンの動力源、所内の熱源として利用される。図４の符号５および９は、各々高圧ドラムおよび低圧ドラムを、符号６および１０は降水管を示す。
以上述べたように、排熱回収ボイラは、ガスタービンからの排ガスＧを通過させる煙道１００内に配置されているが、この煙道１００は外部に対する熱の放散を防止し、排熱回収ボイラの熱効率を高めるため、図５に示すような保温構造となっている。図５の符号１７ａ、１７ｂは側部外側ケーシング、１６は保温材、２０ａ、２０ｂは側部内側ケーシングを示す。なお、排ガスＧは、各伝熱管１２（図６参照）を通過するにしたがって排ガス温度が低下するので、この排ガス温度に対応して、例えば図５に示すように保温材１６の厚さを変化させており、高温部（上流側）ほど保温材１６の厚みを大きくして断熱性を高め、低温部（下流側）では保温材１６の厚さを薄くしている。
図６は、図４に示す従来の排熱回収ボイラのＢ部の拡大側断面図を示し、図７は、図６のＣ−Ｃ矢視図を示す。
なお、図７において、Ｈ2、Ｗ2は煙道１００内の伝熱空間を示し、Ｈ1、Ｈ3、Ｗ1、Ｗ3は非伝熱空間を示す。排熱回収ボイラの伝熱管群は、図６に示すように、伝熱管１２、上部および下部管寄せ１９および１３、上部連絡管１８、下部連絡管２１によって構成され、伝熱管１２は上部で管寄せサポート１４によって支持され、その外周は図７に示すように、側部外側ケーシング１７ａ、１７ｂ、下部外側ケーシング２４、上部外側ケーシング２５、保温材１６、側部内側ケーシング２０ａ、２０ｂ、上部内側ケーシング２２、下部内側ケーシング２３によって囲われ、全体が管寄せサポートビーム１５に吊り下げ構造で支持されている。排熱回収ボイラ伝熱管群は、タービンからの排ガスの熱回収率を高めるために、伝熱管１２の配列は千鳥状に配置され、伝熱空間Ｈ2、Ｗ2に位置する伝熱管１２には、フィンが取付けられたフィン付伝熱管１２ａが使用されている。このフィン付伝熱管１２ａは、排ガスＧがフィン付伝熱管１２ａ間を流動することにより、個々のフィン付伝熱管１２ａが揺れ、前後および左右のフィン付伝熱管１２ａが接触することを避けるため、また振動等を防ぐために伝熱管の軸直角方向に設けられた水平サポート２８により結束し支持されている。
一方、図７に示すように、非伝熱空間Ｈ1、Ｈ3に位置する伝熱管１２の上部および下部管寄せ１９、１３の近傍では、伝熱管１２が上部および下部管寄せ１９、１３に集合させるために、あるいは上部および下部管寄せ１９、１３と、伝熱管１２との取合上、フィン付伝熱管１２ａに代えて裸伝熱管１２ｂが用いられている。
このために、ガスタービンからの排ガスＧが煙道１００内を通過する場合、煙道１００の上、下方向においては伝熱空間Ｈ2に位置するフィン付伝熱管１２ａの部分を通過する通気抵抗は、非伝熱空間Ｈ1、Ｈ3に位置する裸伝熱管１２ｂの部分に比べて大きくなる。
したがって、図６に示す煙道１００において、上部内側ケーシング２２、下部内側ケーシング２３の近傍に、上下の熱交換に関与しない非伝熱空間Ｈ1、Ｈ3ができ、排ガスＧは、通気抵抗の大きい伝熱空間Ｈ2には流れにくくなる。これを防止するために、非伝熱空間Ｈ1、Ｈ3には、排ガスＧが非伝熱空間Ｈ1、Ｈ3をバイパスするのを防止するために、上部偏流防止部材２６ａ、下部偏流防止部材 ２６ｂを、煙道１００を横切る方向に配設されている。
次に、図７に示すように、排熱回収ボイラの幅方向においても、上部および下部管寄せ１９、１３と、伝熱管１２と、側部内側ケーシング２０ａ、２０ｂとの間には、やはり熱交換に直接関与しない非伝熱空間Ｗ1、Ｗ3ができてしまう。この場合、図５に示すごとく、煙道１００の下流に行くほど保温材１６の厚さが薄く、かつ側部外側ケーシング１７ａ、１７ｂの外形寸法は、上流から下流まで一定であるので、煙道の下流へ行くほど非伝熱空間Ｗ1、Ｗ3は実質的に広くなる。この非伝熱空間Ｗ1、Ｗ3は、排ガスＧが通過する際に抵抗となるべきものが伝熱空間Ｗ2に比較して少ないので、このために大量の排ガスＧがこの非伝熱空間Ｗ1、Ｗ3をバイパスしてしまい、ボイラ全体の熱回収効率が大幅に低下してしまうことになる。
この非伝熱空間Ｗ1、Ｗ3に、排ガスＧがバイパスするのを防ぐために、図８、図９に示すように、側部偏流防止部材２７が配設されている。この側部偏流防止材２７が設けられている。なお、図８は、図４のＣ−Ｃ矢視を拡大した側断面図で、図９は、図８のＥ−Ｅ矢視である水平断面図である。
図８に示すように、側面偏流防止部材２７は、 側部内側ケーシング２０ａ、２０ｂに取り付けられ、排ガスＧとの熱交換により上部および下部管寄せ１９、１３の熱伸びにより、伝熱管が移動（図８、図９に破線で示す）するのを考慮し、ギャップを設けた構造としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したごとく従来技術において、上部および下部管寄せと、側部偏流防止部材との接触による損傷を避けるため、上部および下部管寄せと伝熱管を一体化した、いわゆるパネル状の熱交換器を設置した後に、側部偏流防止部材を取り付けねばならなかった。また、伝熱管や水平サポートと側部偏流防止部材との接触を避けるために、排ガスによる熱交換器の熱膨張による熱伸び量に相当するギャップを設けるが、このギャップには排ガスのバイパス量を低減するために、側部偏流防止部材の取り付け時に調整をする必要があり、これは高所作業で、かつ伝熱管と側部内側ケーシングとの狭い空間で作業をしなければならないという問題があった。
また、上記ギャップは、熱伸び量が最大である排ガスの最高温度での熱伸び量にしなければ、伝熱管の水平サポートと側部偏流防止部材とは接触しないため、排ガスが最高温度以下の場合には、熱伸び量が十分でなく、そのため上記ギャップの幅は大きくなり排ガスのバイパス量は増加し、そのため排熱回収効率は低下するという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、上記従来技術における問題点を解消するものであって、高所作業や狭い空間での取り付け作業を少なくし、かつ排ガスのバイパス量を大幅に低減することが可能な構造の熱交換効率の良好な排熱回収装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の目的を達成するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成とするものである。すなわち、
本発明は請求項１に記載のように、燃焼排ガスが通過する煙道中に、複数の伝熱管を、上、下に設けられた管寄せに接続して配置し、上記排ガス中の熱を回収する排熱回収装置であって、上記伝熱管は、該伝熱管の軸直角方向に設けられた複数列の水平サポートと、該伝熱管の長手方向に複数段配設された上記水平サポートによって結束支持され、上記複数列の水平サポートの端部に、該複数列の水平サポートを結束する水平サポート結束部材を設け、該水平サポート結束部材を、伝熱管の長手方向に配列された複数の垂直連結部材により支持固定して一体構造のパネル型熱交換器を構成し、該一体構造の熱交換器と、上記煙道の内壁との間の排ガスの偏流が生じ易い隙間部に、上記熱交換器側に設ける排ガス偏流防止部材と、煙道の内壁に設ける排ガス偏流防止部材とが互いに嵌挿でき、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に配設した排熱回収装置とするものである。
また、本発明は請求項２に記載のように、燃焼排ガスが通過する煙道中に、複数の伝熱管を、上、下に設けられた管寄せに接続して配置し、上記排ガス中の熱を回収する排熱回収装置であって、上記伝熱管は、該伝熱管の軸直角方向に設けられた複数列の水平サポートと、該伝熱管の長手方向に複数段配設された上記水平サポートによって結束支持され、上記複数列の水平サポートの端部に、該複数列の水平サポートを結束する水平サポート結束部材を設け、該水平サポート結束部材を、伝熱管の長手方向に配列された複数の垂直連結部材により支持固定して一体構造のパネル型熱交換器を構成し、該一体構造の熱交換器と、上記煙道の側壁との間の排ガスの偏流が生じ易い部位に、上記熱交換器側に設ける排ガス偏流防止部材と、煙道の側壁に設ける排ガス偏流防止部材とが互いに嵌挿でき、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に配設した排熱回収装置とするものである。
また、本発明は請求項３に記載のように、燃焼排ガスが通過する煙道中に、複数の伝熱管を、上、下に設けられた管寄せに接続して配置し、上記排ガス中の熱を回収する排熱回収装置であって、上記伝熱管は、該伝熱管の軸直角方向に設けられた複数列の水平サポートと、該伝熱管の長手方向に複数段配設された上記水平サポートによって結束支持され、上記複数列の水平サポートの端部に、該複数列の水平サポートを結束する水平サポート結束部材を設け、該水平サポート結束部材を、伝熱管の長手方向に配列された複数の垂直連結部材により支持固定して一体構造のパネル型熱交換器を構成し、上記煙道の側壁に、伝熱管の長手方向に凹型の断面形状をしたメス形の排ガス偏流防止部材を配設し、該排ガス偏流防止部材の凹部に、上記熱交換器の水平サポート結束部材と垂直連結部材とにより構成される断面が凸型形状のオス型の排ガス偏流防止部材を嵌挿し、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に配設した排熱回収装置とするものである。
本発明の排熱回収装置において、請求項１に記載のように、一体構造の熱交換器と、上記煙道の内壁との間の排ガスの偏流が生じ易い隙間部に、上記熱交換器側に設ける排ガス偏流防止部材と、煙道の内壁に設ける排ガス偏流防止部材とが互いに嵌挿でき、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に配設しているので、上記排ガス偏流防止部材間に生じる隙間部を最小限に小さくしているので、排ガスのバイパス量を著しく少なくすることができ、排熱回収効率を向上できる効果がある。
また、本発明の排熱回収装置は、請求項２に記載のように、煙道の側壁との間の排ガスの偏流が生じ易い部位に、上記熱交換器側に設ける排ガス偏流防止部材と、煙道の側壁に設ける排ガス偏流防止部材とが互いに嵌挿でき、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に設けているので、最も排ガスが偏流しやすい煙道の側壁部に、互いに嵌挿できる構造の排ガス偏流防止部材を設けているので、排ガスのバイパス量を効果的に抑制することが可能となり、排熱回収効率を向上させることができる効果がある。
また、本発明の排熱回収装置は、請求項３に記載のように、煙道の側壁に伝熱管の長手方向に凹型の断面形状をしたメス形の排ガス偏流防止部材を配設し、該排ガス偏流防止部材の凹部に、上記熱交換器の水平サポート結束部材と垂直連結部材とにより構成される断面が凸型形状のオス型の排ガス偏流防止部材を嵌挿し、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に設けているので、煙道の側壁の最も排ガスがバイパスしやすい部分に、一体構造のパネル型熱交換器の水平サポート結束部材と垂直連結部材とにより構成されたオス型の排ガス偏流防止部材を配設しているので、極めて簡易な構成で排ガスの偏流を有効に抑制することができ、排ガスのバイパス量を効果的に抑制することが可能となり、排熱回収効率が向上できる効果がある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１、図２および図３は、本発明の排熱回収装置の伝熱管の取付け構造の一例を示す。なお、従来技術と同様の構成部分については説明を省略する。
図１は、図６に示すＤ−Ｄ部位に配設されている熱交換器の構成を示し、図２は、図１のＥ−Ｅ矢視図、図３は、図１のＦ−Ｆ矢視図である。
図１において、フィン付伝熱管１２ａ同士の接触および振動等を防ぐために、伝熱管の軸直角方向に複数段設けられた水平サポート２８の各端部に、複数列の水平サポート２８を結束する水平サポートの結束部材２９が溶接により取り付けられており、複数段の水平サポートの結束部材２９を連結するために、垂直連結部材３０が設けられている。水平サポートの結束部材２９は、図３に示すように、上側の垂直連結部材３０とはボルトにて固定され、下側の垂直連結部材３０とはボルトによりスライド構造で支持し、フィン付伝熱管１２ａと垂直連結部材３０が、排ガスＧの熱による伸び量により垂直連結部材３０の損傷を防ぐ構造となっている。
水平サポートの結束部材２９と、垂直連結部材３０は、上部および下部管寄せと、伝熱管を一体化する時に取り付けられるため、煙道内での高所作業および狭い空間での取付け作業を行う必要がなく、地上で製作することができるので組立が容易となり作業の安全性が確保される。
また、図２に示すように、断面が凹型形状（メス型）の偏流防止部材３１は、側面内側ケーシング２０ａ、ｂに、水平サポートの結束部材２９と垂直連結部材３０からなる凸型形状（オス型）の偏流防止部材をスライド可能に挾み込むように取付けられている。このような構造とすることにより、排ガスＧによる熱膨張（図１、２に破線で示す）は、オス型偏流防止部材とメス型偏流防止部材とが互いにスライドすることにより吸収されることになる。また、上記構造とすることにより、 フィン付伝熱管１２ａや、 水平サポート２８と側部内側ケーシング２０ａ、ｂに設けられた凹型の偏流防止部材との接触が無くなるために、従来の排ガスのバイパス量を減らすためのギャップを設ける必要が無くなり、また熱膨張により凸型の偏流防止部材と凹型の偏流防止部材との間の隙間を低減することができるので、排ガスの偏流によるバイパス量を減らすことができ、排ガスの熱交換効率が向上する。
【０００７】
【発明の効果】
本発明の排熱回収装置は、請求項１に記載のように、一体構造の熱交換器と、上記煙道の内壁との間の排ガスの偏流が生じ易い隙間部に、上記熱交換器側に設ける排ガス偏流防止部材と、煙道の内壁に設ける排ガス偏流防止部材とが互いに嵌挿でき、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に配設しているので、上記排ガス偏流防止部材間に生じる隙間部を最小限に小さくしているので、排ガスのバイパス量を著しく少なくすることができ、排熱回収効率を向上できる効果がある。
また、本発明の排熱回収装置は、請求項２に記載のように、煙道の側壁との間の排ガスの偏流が生じ易い部位に、上記熱交換器側に設ける排ガス偏流防止部材と、煙道の側壁に設ける排ガス偏流防止部材とが互いに嵌挿でき、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に設けているので、最も排ガスが偏流しやすい煙道の側壁部に、互いに嵌挿できる構造の排ガス偏流防止部材を設けているので、排ガスのバイパス量を効果的に抑制することが可能となり、排熱回収効率を向上させることができる効果がある。
また、本発明の排熱回収装置は、請求項３に記載のように、煙道の側壁に伝熱管の長手方向に凹型の断面形状をしたメス形の排ガス偏流防止部材を配設し、該排ガス偏流防止部材の凹部に、上記熱交換器の水平サポート結束部材と垂直連結部材とにより構成される断面が凸型形状のオス型の排ガス偏流防止部材を嵌挿し、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に設けているので、煙道の側壁の最も排ガスがバイパスしやすい部分に、一体構造のパネル型熱交換器の水平サポート結束部材と垂直連結部材とにより構成されたオス型の排ガス偏流防止部材を配設しているので、極めて簡易な構成で排ガスの偏流を有効に抑制することができ、排ガスのバイパス量を効果的に抑制することが可能となり、排回収効率が向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態で例示した排熱回収装置の構成を示す模式図。
【図２】図１のＥ−Ｅ矢視図。
【図３】図１のＦ−Ｆ矢視図。
【図４】従来の排熱回収ボイラの構成を示す模式図。
【図５】図４のＡ−Ａ矢視図で、従来の排熱回収ボイラの保温構造を示す断面図。
【図６】図４のＢ部の拡大図。
【図７】図６のＣ−Ｃ矢視図。
【図８】図７のＤ−Ｄ部位の詳細図。
【図９】図８のＥ−Ｅ矢視図。
【符号の説明】
１…過熱器
２…第１段高圧蒸発器
３…脱硝装置
４…第２段高圧蒸発器
５…高圧ドラム
６…降水管
７…高圧節炭器
８…低圧蒸発器
９…低圧ドラム
１０…降水管
１１…低圧節炭器
１２…伝熱管
１２ａ…フィン付伝熱管
１２ｂ…裸伝熱管
１３…下部管寄せ
１４…管寄せサポート
１５…管寄せサポートビーム
１６…保温材
１７ａ…側部外側ケーシング
１７ｂ…側部外側ケーシング
１８…上部連絡管
１９…上部管寄せ
２０ａ…側部内側ケーシング
２０ｂ…側部内側ケーシング
２１…下部連絡管
２２…上部内側ケーシング
２３…下部内側ケーシング
２４…下部外側ケーシング
２５…上部外側ケーシング
２６ａ…上部偏流防止部材
２６ｂ…下部偏流防止部材
２７…側部偏流防止部材
２８…水平サポート
２９…水平サポートの結束部材
３０…垂直連結部材
３１…凹型形状（メス型）の偏流防止部材
１００…煙道
Ｇ…排ガス
Ｓ1…高圧蒸気
Ｓ2…低圧蒸気
Ｈ1…非伝熱空間
Ｈ2…伝熱空間
Ｈ3…非伝熱空間
Ｗ1…非伝熱空間
Ｗ2…伝熱空間
Ｗ3…非伝熱空間
Claims (3)
- 燃焼排ガスが通過する煙道中に、複数の伝熱管を、上、下に設けられた管寄せに接続して配置し、上記排ガス中の熱を回収する排熱回収装置であって、上記伝熱管は、該伝熱管の軸直角方向に設けられた複数列の水平サポートと、該伝熱管の長手方向に複数段配設された上記水平サポートによって結束支持され、上記複数列の水平サポートの端部に、該複数列の水平サポートを結束する水平サポート結束部材を設け、該水平サポート結束部材を、伝熱管の長手方向に配列された複数の垂直連結部材により支持固定して一体構造のパネル型熱交換器を構成し、該一体構造の熱交換器と、上記煙道の内壁との間の排ガスの偏流が生じ易い隙間部に、上記熱交換器側に設ける排ガス偏流防止部材と、煙道の内壁に設ける排ガス偏流防止部材とが互いに嵌挿でき、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に配設したことを特徴とする排熱回収装置。
- 燃焼排ガスが通過する煙道中に、複数の伝熱管を、上、下に設けられた管寄せに接続して配置し、上記排ガス中の熱を回収する排熱回収装置であって、上記伝熱管は、該伝熱管の軸直角方向に設けられた複数列の水平サポートと、該伝熱管の長手方向に複数段配設された上記水平サポートによって結束支持され、上記複数列の水平サポートの端部に、該複数列の水平サポートを結束する水平サポート結束部材を設け、該水平サポート結束部材を、伝熱管の長手方向に配列された複数の垂直連結部材により支持固定して一体構造のパネル型熱交換器を構成し、該一体構造の熱交換器と、上記煙道の側壁との間の排ガスの偏流が生じ易い部位に、上記熱交換器側に設ける排ガス偏流防止部材と、煙道の側壁に設ける排ガス偏流防止部材とが互いに嵌挿でき、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に配設したことを特徴とする排熱回収装置。
- 燃焼排ガスが通過する煙道中に、複数の伝熱管を、上、下に設けられた管寄せに接続して配置し、上記排ガス中の熱を回収する排熱回収装置であって、上記伝熱管は、該伝熱管の軸直角方向に設けられた複数列の水平サポートと、該伝熱管の長手方向に複数段配設された上記水平サポートによって結束支持され、上記複数列の水平サポートの端部に、該複数列の水平サポートを結束する水平サポート結束部材を設け、該水平サポート結束部材を、伝熱管の長手方向に配列された複数の垂直連結部材により支持固定して一体構造のパネル型熱交換器を構成し、上記煙道の側壁に、伝熱管の長手方向に凹型の断面形状をしたメス形の排ガス偏流防止部材を配設し、該排ガス偏流防止部材の凹部に、上記熱交換器の水平サポート結束部材と垂直連結部材とにより構成される断面が凸型形状のオス型の排ガス偏流防止部材を嵌挿し、かつ熱膨張および収縮によってスライド可能な構造に配設したことを特徴とする排熱回収装置。
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