JP3970619B2

JP3970619B2 - 排熱回収ボイラの建設方法

Info

Publication number: JP3970619B2
Application number: JP2002023971A
Authority: JP
Inventors: 功早稲田; 淳夫河原; 貢武蔵
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2022-01-31
Also published as: JP2003222302A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複合発電（コンバインドサイクル発電）プラントに用いられる排熱回収ボイラ（以下、ＨＲＳＧと称すことがある）に関し、特に排熱回収ボイラの建設方法（ブロック化工法）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンを用いる複合発電プラントは石炭焚きボイラ等を用いる火力発電プラントに比較して熱効率が高く、燃料として主に天然ガスを用いるので硫黄酸化物及びばい塵の発生量が少ないため排ガスの浄化処理の負担が少なく、将来性の高い発電プラントとして注目されている。また複合発電プラントは負荷応答性に優れており、電力需要に応じて、その発電出力を急激に変えることができる高頻度起動停止運転（Daily Start Daily Stop）に適した発電方式としても注目されている。
【０００３】
複合発電プラントは、発電用ガスタービンと該ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を発生させるＨＲＳＧと、該ＨＲＳＧで得られた蒸気を用いて発電を行う蒸気タービンを主要な構成機器とするプラントである。
【０００４】
図１に助燃バーナを内部に備えた横型ＨＲＳＧの概略構成図を示すが、ＨＲＳＧは水平方向にガスタービンからの排ガスＧが流れるガスダクトであるケーシング１を備え、該ケーシング１のガスタービン排ガスが導入される入口付近の内部に助燃バーナ２が配置され、その後流側に多数の伝熱管群３が配置されている。前記伝熱管群３は一般的には上流側から下流側に過熱器３ａ、蒸発器３ｂ及び節炭器３ｃが順に配置されているが、再熱器（図示せず）を配置する場合もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＨＲＳＧを含めて複合発電プラントを構成する機器は、大容量の火力発電プラントを構成する機器に比較して、その容量が小さく、工場内で完成に近い段階まで組み立てた後に輸送可能であり、その場合には現地での据え付け作業が比較的簡単に行える。そのため前記火力発電プラントを構成する大容量の機器に比べて短期間で据え付けが完了する。
【０００６】
しかし、それでもＨＲＳＧなどは決してサイズが小さい機器ではなく、その据え付け作業には多大の労力と時間が必要である。例えば、ＨＲＳＧは数本の伝熱管とその管寄せを一単位とする伝熱管パネルを現地に必要な数だけ輸送して、現地で予め建設されているＨＲＳＧケーシングの天井部に設けた支持梁に伝熱管パネルを一単位ごとに吊り下げる作業を行っていた。何千本、何万本もある伝熱管を、このように高所に吊り下げる作業を繰り返し行うことは危険を伴うだけでなく、工期が長くなり、建設コストが高くなることも問題点であった。
【０００７】
そのため、ＨＲＳＧの伝熱管パネル群を幾つかのブロックに分けて、それらのブロックを一単位として製造工場内で完成させ、現地ではそれを組み立てるだけで据付けが完了するようにＨＲＳＧを構成する機器をブロック化してＨＲＳＧの建設を容易にする技術開発が強く望まれている。
【０００８】
特に、海外でＨＲＳＧの建設用部品を調達すること及び良質な建設要員を確保することが困難であることなどの事情を考慮すると、ＨＲＳＧを構成する機器の製造に必要な技術力があり、品質管理または工程管理等の管理体制が整い、熟練要員が多い日本国内の前記機器の製造工場において前記機器を複数のブロックに分けた部分品として完成させ、現地に輸送して、組み立てるブロック化工法が非常に有利である。特に複合発電プラントを構成する機器の中で容量が比較的大きいＨＲＳＧを複数のブロックに分けて予め工場で製造し、ＨＲＳＧの建設現地で組み立てる工法の開発が望まれている。
【０００９】
本発明の課題は排熱回収ボイラの構成機器を複数にブロック化して工場内で製造し、各ブロックを現地に輸送して組み立てるための有利な建設方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は次の構成によって解決される。
すなわち、排ガスがほぼ水平方向に流れるガス流路を構成するケーシング内に伝熱管群を配置して蒸気を発生させる排熱回収ボイラの建設方法であって、
伝熱管群と該伝熱管群の管寄せとからなる伝熱管パネルと該伝熱管パネルの上方に設けた上部ケーシングと該上部ケーシングの上面に設けられた前記伝熱管パネル支持梁を含む部材を輸送フレーム内に収納して得られるブロックを排熱回収ボイラの設計仕様に従って必要なサイズと個数分作製し、
予め排熱回収ボイラの建設現場において天井部支持梁部分を含む支持構造部材と天井部以外の排熱回収ボイラの側面ケーシングと底面ケーシングを建設しておき、
排熱回収ボイラの建設現場において前記各ブロックのガス流れに垂直となる面を上下方向に配置して立て起こし治具上に仮止めし、
各ブロックを載置した前記立て起こし治具を排熱回収ボイラの側面ケーシングの側面に隣接位置においてクレーンにより、立て起こし治具の長手方向が鉛直方向に向くように立て掛け、
次いで、各ブロックのガス流れと垂直になる面が排熱回収ボイラの側面ケーシングに沿うように配置して前記立て起こし治具を側面ケーシングに仮止めし、
クレーンの吊り上げ対象を、側面ケーシングに仮止めした立て起こし治具の内部に載置されているブロックの伝熱管パネル支持梁に代え、該ブロックを上方に吊り上げて立て起こし治具から外し、
排熱回収ボイラのケーシングの隣接する天井部支持梁の間隙部に上方からブロックを吊り降ろすことで天井部支持梁の設置高さに各ブロックの伝熱管パネル支持梁を配置して両方の支持梁を接続用の鋼板を介して接続固定する排熱回収ボイラの建設方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態になる排熱回収ボイラのブロック化工法の説明を図面と共にする。
図２はボイラのガス流れ方向に直交する断面を見た図、図３にはボイラのガス流れ方向の断面を見た図を示す。なお、図２は図１のＡ−Ａ線断面矢視図に相当し、図３は図２のＡ−Ａ線断面矢視図に相当する。
【００１６】
排熱回収ボイラの伝熱管パネル２３群は図２、図３に示すように伝熱管６、上部管寄せ７、下部管寄せ８、上部連絡管９、下部連絡管１０によって構成され、伝熱管６は上部で管寄せサポート１１を介して伝熱管パネル支持梁２２によって支持されている。また、伝熱管パネル２３の外周はケーシング１と内部ケーシング１２およびケーシング１と内部ケーシング１２の間に充填される保温材１３によって覆われ、全体が伝熱管パネル支持梁２２に支持されている。伝熱管６の外周にはフィン１６（一部のみ図示）が巻き付けられており、フィン付き伝熱管６は排ガス流れ方向に対して千鳥状に複数配置されている。伝熱管６は排ガスＧが伝熱管６同士の間を通過する際に、ある速さ以上になると、通過する排ガスＧの流体力と排ガスＧの経路を構成している伝熱管６の剛性力とがお互いに干渉することにより、伝熱管６が自励振動する流力弾性振動と呼ばれる現象を起こすおそれがある。その流力弾性振動を防止するためと前後および左右の伝熱管６が互いに接触することを避けるために管軸に直交する方向に設けられた防振サポート１８により束ねられている。
【００１７】
図４には伝熱管パネルブロック２５の斜視図を示す。ケーシング１内部に配置される前記構成からなる複数の伝熱管６の群と管寄せ７、８からなる伝熱管パネル２３を複数に分けてブロック化し、各伝熱管パネルブロック２５（以下、単にブロック２５と称する）は、一つの輸送フレーム２４内には約６００本の伝熱管６とそれらの上下管寄せ７、８と上下の連絡管９、１０、さらに上部ケーシング２０、保温材２１、伝熱管パネル支持梁２２等を一体物として収納したものである。図５には上部管寄せ７と上部ケーシング部分の斜視図を示す。
【００１８】
蒸気温度が１３００℃級の複合発電プラント用のＨＲＳＧでは、ガス流路の幅方向（ガス流れに直交する方向）に２または３のブロック２５に分割し、ガス流れ方向には伝熱管群の配置と輸送上の制約から６〜１２のブロック２５に分割して、それぞれをブロック２５とするが、この場合の一つのブロック２５のサイズは、例えば長さ２６ｍ、幅３〜４．５ｍ、高さ１．５〜４ｍである。
【００１９】
各ブロック２５にはフィン付き伝熱管パネル２３を３〜８パネル、隣接する他のブロック２５の管寄せとの間で被加熱流体が流通する上部連絡管９、上部ケーシング２０、上部ケーシング内面に取り付けた保温材２１および内部ケーシング１９を建設現場据え付け後の完成品の寸法でそれぞれ組み込み、また、さらに上部ケーシング２０の上にはＨ型鋼からなる伝熱管パネル支持梁２２を所定本数取付け、該支持梁２２に対応する上部ケーシング２０の内側に上部管寄せ７を支持するためのサポート１１を設ける。前記各部品を輸送フレーム２４内に囲むようにして取り付けて一つのブロック２５とする。
【００２０】
ＨＲＳＧケーシング１の内部に配置される伝熱管パネル２３は上部ケーシング２０に取り付ける支持梁２２に吊り下げて支持されるだけであり、輸送フレーム２４で固定していないと輸送中の揺れで損傷するおそれがある。
【００２１】
本実施の形態では図６に示すように防振サポート１８と輸送フレーム２４の間に揺れ止め用固定ボルト２６を配置する。輸送フレーム２４の外側から防振サポート１８の端部に向けて押圧可能な揺れ止め用固定ボルト２６を押し当てた後、ロックナット２７で締め付けて伝熱管パネル２３を防振サポート１８を介して輸送フレーム２４に固定する（図６（ａ））。ＨＲＳＧ建設現地でブロック２５を据え付ける際に、このロックナット２７の締付けをゆるめて前記固定ボルト２６の防振サポート１８への押圧を解除してブロック２５を輸送フレーム２４から取り外す（図６（ｂ））。
【００２２】
また、図示していないが、輸送フレーム２４と防振サポート１８の端部の間隔に相当する長さのプレートを有する固定部材を輸送フレーム２４と防振サポート１８の両方に溶接しておき、輸送後はこの固定部材を切断することでも良い。
【００２３】
さらに、輸送フレーム２４と防振サポート１８の端部の間隔に相当する厚みの木材などのプレートを、前記間隔に差し込んでおき、輸送後は、このプレートを抜き出すことでも良い。
【００２４】
また、伝熱管パネル２３が振動しないように、砂、ゲル材等の充填物を輸送フレーム２４の内側の伝熱管パネル２３の要所要所に充填しておき、輸送後は、この充填物を抜き出すことでも良い。
【００２５】
また、図７に示すような幅が変更可能な一対のロッド３１にそれぞれ回動自在に支持された橋掛けアーム２８を複数取付けてハシゴ状にし、カム２９付きのレバー３０を一方のロッド３１に設けられた回動中心を中心に回動させて一対のロッド３１の間隔を変更できる固定部材３２を用意しておき、輸送フレーム２４と防振サポート１８の端部の間隔に、この固定部材３２を差し込み、カム付きレバー３０を操作して一対のロッド３１の間隔を調整して輸送フレーム２４と防振サポート１８を固定し、輸送後にもカム付きレバー３０の調整で固定部材３２を取り外す方法でも良い。
【００２６】
ブロック２５内の上部ケーシング２０はＨＲＳＧのケーシング１の天井部分を構成するケーシング部材であり、図８に示すようにＨＲＳＧの建設現場では天井部分を除いたケーシング部材でＨＲＳＧのケーシング１を予め建設しておく（図８はケーシング１のコーナ部のみを示す。）。該ケーシング１は側面ケーシング１ａ、１ｂと底面ケーシング１ｃからなるが、保温材２１がそれぞれ側面ケーシング１ａ、１ｂ及び底面ケーシング１ｃの内面に張り付けられており、それぞれが図示しないＨ型鋼で構成される枠構造物で補強されている。ＨＲＳＧ天井部にはケーシングが無く、天井部のケーシング１は各ブロック２５の上部ケーシング２０を繋ぎ合わせて構成する。なお、ブロック２５内の保温材２１はＨＲＳＧのケーシング１に張り付けられる保温材１３を構成する部材であり、同様にブロック２５内の内部ケーシング１９はＨＲＳＧの内部ケーシング１２を構成する部材である。
【００２７】
各ブロック２５の上部ケーシング２０を繋ぎ合わせるためためのＨ型鋼からなる支持部材を兼ねた天井部支持梁３３、３４を前記建設現場のケーシング１の天井面に予め格子状に設けておく。
【００２８】
ＨＲＳＧの建設現場に到着したブロック２５は順次、ケーシング１の天井部分の支持梁３３、３４の間のケーシング１の開口部に上方からクレーンで挿入されるが、その前に現場に到着したブロック２５は、図９に示すように、ブロック立て起こし治具３７に載せられる（図９（ａ））。次いでブロック立て起こし治具３７にブロックの要所を固定して（図９（ｂ））、ブロック２５の吊り上げに障害となる輸送フレーム部分Ｓを撤去し、同時に輸送時の揺れ止め用の固定部材も撤去する（図９（ｃ））。
【００２９】
前記立て起こし治具３７の設置場所では、立て起こし治具３７の長手方向がＨＲＳＧケーシング１の長手方向、すなわちＨＲＳＧのガス流路に沿う方向に配置される。従って、図１０のＨＲＳＧの側面図に示すように、立て起こし治具３７の先端に取り付けられている吊り天秤３８にクレーンのワイヤを係止させて、ブロック２５の上部ケーシング２０側を上方に吊り上げる。このとき立て起こし治具３７の基部側を中心に回動するようにクレーンにより立て起こし治具３７が吊り上げられ、立て起こし治具３７の長手部分が地面に対して垂直に向いた時点で立て起こし治具３７の伝熱管パネル２３のガス流れに垂直となる面（幅広の平面）がＨＲＳＧの側面ケーシング１ａに直交しているので、図１１のＨＲＳＧの平面図に示すように立て起こし治具３７をクレーンにより９０度回転させて、立て起こし治具３７のガス流れに垂直となる面（幅広の平面）（ＨＲＳＧの平面図）を側面ケーシング１ａの側面に沿わせた後、立て起こし治具３７を側面ケーシング１ａに仮止めする。
【００３０】
こうして、図１２に示すように立て起こし治具３７が側面ケーシング１ａの側面に安定して支持された状態で、吊り天秤３８を吊り上げていたクレーンの吊り対象をブロック２５の伝熱管パネル支持梁２２に掛け代えてブロック２５のみをクレーンで吊り上げる。このときブロック２５のガス流れに垂直となる伝熱管パネル２３の面がＨＲＳＧのガス流れ方向と平行な向きにあるので、再び吊り上げた状態で９０度ブロック２５を回転させてＨＲＳＧのケーシングの天井部の開口に挿入するように降下させる。
【００３１】
図１３（ａ）にはＨＲＳＧのケーシング１の天井部の一つの開口からケーシング１内に挿入したブロック２５の上部ケーシング２０付近の側面図（伝熱管パネル部分取付後の図８のＡ−Ａ線切断面図）を示す。ＨＲＳＧケーシング１の天井部に設けられたＨ型鋼からなる一対の天井部支持梁３３の間にブロック２５は降りてくるが、ケーシング１の天井部支持梁３３の側面に予め設けられた支持片３６に重ね合わされる位置にブロック２５の上部支持梁２２を配置して支持梁２２と支持片３６をリベットで接続して、さらにブロック２５の上部ケーシング２０と支持梁３３の間隙部分に当てた鋼板３９に上部ケーシング２０と支持梁３３を溶接接続する。
【００３２】
図１３（ｂ）に示すようにケーシング１のＨ型鋼からなる一対の支持梁３３の下に予め鋼板３９を溶接しておき、ケーシング１の支持梁３３の側面に設けた支持片３６とブロック２５の上部支持梁２２をリベットで接続した後、ブロック２５の上部ケーシング２０と鋼板３９の間隙部分に当てた鋼板４０で上部ケーシング２０と鋼板３９を溶接接続しても良い。この場合はケーシング天井部の上側から溶接作業ができ、接続作業性が良くなる。
【００３３】
こうして、前記伝熱管パネルブロック２５を現地で据え付けることでＨＲＳＧのケーシング１と共に伝熱管群の設置が完了することになる。また本実施の形態により、ＨＲＳＧのケーシング１の内部上方での危険な建設作業が無くなり、足場の設置、及びその解体作業も不要となり、ＨＲＳＧのケーシング１に容易に、かつ短時間で伝熱管パネル２３を設置できるので短い工期でＨＲＳＧを建設できる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、排熱回収ボイラの各構成機器をブロック化して工場内で製造し、各ブロックを現地に輸送して組み立てることで、様々な仕様に迅速に対応でき、複合発電プラントの計画から据え付け・試運転までの工程を合理化しつつ品質が高く信頼性のある排熱回収ボイラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】助燃バーナを内部に備えた横型排熱回収ボイラの概略構成図である。
【図２】ボイラのガス流れ方向に直交する断面を見たＨＲＳＧのケーシング内部に配置される伝熱管群の構成図である。
【図３】ボイラのガス流れ方向の断面を見たＨＲＳＧのケーシング内部に配置される伝熱管群の構成図である。
【図４】伝熱管パネルブロックの斜視図である。
【図５】伝熱管パネルブロックの上管寄せと上部ケーシング部分の斜視図である。
【図６】伝熱管パネルブロックの揺れ止め固定部材の側面図である。
【図７】伝熱管パネルブロックの揺れ止め固定部材の側面図である。
【図８】ＨＲＳＧの建設現場に予め建設されたケーシングの斜視図である。
【図９】ブロック立て起こし治具にブロックを載置する様子を示す側面図である。
【図１０】立て起こし治具によりブロックを吊り上げる様子を示す側面図である。
【図１１】立て起こし治具によりブロックを吊り上げる様子を示す平面図である。
【図１２】立て起こし治具をケーシング側面に支持させた状態で、ブロックのみをクレーンで吊り上げる様子を示す図である。
【図１３】ＨＲＳＧのケーシングの天井部の一つの開口からケーシング内に挿入したブロックの上部ケーシング付近の側面図（伝熱管パネル部分取付後の図８のＡ−Ａ線切断面図）である。
【符号の説明】
１ケーシング１ａ、１ｂ側面ケーシング
１ｃ底面ケーシング
２助燃バーナ３伝熱管群
６伝熱管７上部管寄せ
８下部管寄せ９上部連絡管
１０下部連絡管１１管寄せサポート
１２内部ケーシング１３保温材
１６フィン１８防振サポート
１９内部ケーシング２０上部ケーシング
２１保温材２０ブロックの上部ケーシング
２２伝熱管パネル支持梁２３伝熱管パネル
２４輸送フレーム２５ブロック
２６揺れ止め用固定ボルト２７ロックナット
２８橋掛けアーム２９カム
３０カム付きレバー３１ロッド
３２揺れ止め用固定部材
３３、３４ＨＲＳＧの天井部支持梁
３６天井部支持梁の支持片３７立て起こし治具
３８吊り天秤３９、４０鋼板
Ｇ排ガス

Claims

排ガスがほぼ水平方向に流れるガス流路を構成するケーシング内に伝熱管群を配置して蒸気を発生させる排熱回収ボイラの建設方法であって、
伝熱管群と該伝熱管群の管寄せとからなる伝熱管パネルと該伝熱管パネルの上方に設けた上部ケーシングと該上部ケーシングの上面に設けられた前記伝熱管パネル支持梁を含む部材を輸送フレーム内に収納して得られるブロックを排熱回収ボイラの設計仕様に従って必要なサイズと個数分作製し、
予め排熱回収ボイラの建設現場において天井部支持梁部分を含む支持構造部材と天井部以外の排熱回収ボイラの側面ケーシングと底面ケーシングを建設しておき、
排熱回収ボイラの建設現場において前記各ブロックのガス流れに垂直となる面を上下方向に配置して立て起こし治具上に仮止めし、
各ブロックを載置した前記立て起こし治具を排熱回収ボイラの側面ケーシングの側面に隣接位置においてクレーンにより、立て起こし治具の長手方向が鉛直方向に向くように立て掛け、
次いで、各ブロックのガス流れと垂直になる面が排熱回収ボイラの側面ケーシングに沿うように配置して前記立て起こし治具を側面ケーシングに仮止めし、
クレーンの吊り上げ対象を、側面ケーシングに仮止めした立て起こし治具の内部に載置されているブロックの伝熱管パネル支持梁に代え、該ブロックを上方に吊り上げて立て起こし治具から外し、
排熱回収ボイラのケーシングの隣接する天井部支持梁の間隙部に上方からブロックを吊り降ろすことで天井部支持梁の設置高さに各ブロックの伝熱管パネル支持梁を配置して両方の支持梁を接続用の鋼板を介して接続固定することを特徴とする排熱回収ボイラの建設方法。