JP4076014B2 - 排熱回収ボイラ及びその据付方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排熱回収ボイラ及びその据付方法に係り、特に高強度で据付の容易なブレース構造を有する内部保温式の排熱回収ボイラ及びその据付工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排熱回収ボイラは、発電用ガスタービン排ガスの持つエネルギーを回収して蒸気を発生させる装置であり、該ボイラで発生した蒸気は蒸気タービンに送られて発電に利用される。このように発電用ガスタービンと該ガスタービンの排ガスのエネルギーを利用して発電用蒸気タービンを駆動させる方式をコンバインドサイクル発電方式という。このコンバインドサイクル発電方式は、発電効率が高く、良好な負荷応答性により急激な電力需要の変動に対応できるという特徴を有する。
【０００３】
ガスタービン排ガスは、排熱回収ボイラ入口温度が６００〜７００℃程度に達し、ガスの流通経路である板材と補強材により構成されるケーシング内で伝熱管群と熱交換した後、煙突から大気中に放散される。
【０００４】
図１０の排熱回収ボイラの側面内部の構成図及び図１１の図１０のａ−ａ線矢視図に示すように、排熱回収ボイラの鋼板２でできたケーシング１の口径は２５ｍ（高さ）×８〜１６ｍ（幅）もあり、内部に熱回収するための大重量物である伝熱管群５（大きい排熱回収ボイラでは一軸当たり約２，０００ｔ）や脱硝用触媒装置（図示せず）を内蔵し、またケーシング１の天井部の外側には汽水分離ドラム６等（約４００ｔ）が据付され、ケーシング１に補強として取り付けられている梁や柱から構成されるフランジ３によりサポートされている。
【０００５】
このように、ケーシング１は重量物であるさまざまな機器をサポートすることが要求され、構造物としての必要強度を確保する必要があり、特に、地震時や暴風時に作用する水平力に対して十分耐えられる強度を有するものでなければならない。このため、ケーシング１に設けられるフランジ３（柱・梁）は大きな荷重を負担する関係で、強度上有利な梁背３ｍにも達する大きなサイズになることもある。
【０００６】
このようなケーシング１の外部に取り付けた大きなサイズのフランジ３、スティフナー４（図１２）及びケーシング１の外側に取り付けた保温材などで構成される外部保温構造は、ガスタービン起動時など排ガス温度が急激に上昇する際などの急激な温度変化に追従できないため、柱・梁断面内で温度差が発生し、柱・梁断面方向に過大な熱応力を発生させるという問題が生じる。
【０００７】
従って、排熱回収ボイラのケーシング１の保温構造は、ケーシング構造部材の温度上昇による強度低下を防止し、ケーシング重量を最小にできると共に、排熱回収ボイラのケーシング１の全体としての熱伸びが少ないことから、付属配管等との支持構造を簡素化できるケーシング１の内側に設ける内部保温構造が一般的である。
【０００８】
図１２、図１３及び図１４に特開平８−３２６６０２号公報などに開示された排熱回収ボイラのケーシング１の外観及びガス流路断面の詳細構造を示す。図１２はボイラ外観図、図１３は図１２のａ−ａ線矢視図、図１４は図１３のｂ−ｂ線矢視図を示す。
【０００９】
ケーシング１は厚さ６〜９ｍｍの鋼板２と荷重サポート用としてケーシング１に鉢巻き状に多数配置される柱と梁から構成されるフランジ３と鋼板２の補強用に配置されるスティフナー４により構成され、ケーシング１の内部は保温材１３により覆われている。また、ケーシング１内部には排ガスからの熱回収のために図示しない伝熱管群や脱硝用触媒を充填した脱硝装置が設置されている。これらケーシング構造部材やケーシング１内に配置される機器の荷重（自重）はフランジ３でサポートされるが、地震時及び暴風時に発生するケーシング１に作用する水平力も各々のフランジ３で荷重を負担する。フランジ３の面構造として図１３に示すように内部に逆Ｖ字状の鉛直ブレース７を設置して、この鉛直ブレース７で前記水平力を負担する構造と、図１４に示すように鉛直ブレース７を設けず、フランジ３のみのラーメン構造で前記水平力を負担する構造の２つのケースがある。
【００１０】
図１６には、特開平７−１１９４８６号公報に開示された排熱回収ボイラの外部保温型のケーシング１の外観斜視図を示す。図１６に示すケーシング１の形状を保持するためのフランジ３がケーシング１の外面に設けられ、該フランジ３部分は、ケーシング１の水平方向荷重に対する補強部材であるブレース２１が設けられている。また、ケーシング１の内面のガス流れ方向に沿って補強部材２２が設けられている。ブレース２１はケーシング１の内面のガス流れ方向に沿って一定間隔で配置されており、又内部ブレース２１は補強部材２２の間を連結し、ブレース２１に掛かる力が補強部材２２に伝わる構造になっている。そのため、フランジ３を背の低いボックス形状にすることができ、背が低い分、従来のフランジ構造に比べて熱伝導性が良くなり、また内部補強部材２２がブレース２１の熱伸びによるフランジ３の変形を緩和する作用をブレース２１が設置されていない箇所にも伝えるため、ケーシング全体として熱変形・熱応力が小さくなるというものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図１３に示す排熱回収ボイラのケーシング１の内部に鉛直方向に伸びる逆Ｖ字状の鉛直ブレース７を用いる構造は、地震時や暴風時の水平力を前記鉛直ブレース７で負担する構造であり、柱や梁のサイズはラーメン構造に比べると軽量化することができて経済的な構造となる。しかしながら、ケーシング１の内部に鉛直ブレース７を設置すると、ケーシング１と鉛直ブレース７の間で温度差が発生し、熱伸び差を吸収する構造が不可欠となり、熱伸びを拘束する接合様式、例えばケーシング１と鉛直ブレース７をピンなどで接合する構成またはケーシング１と鉛直ブレース７を溶接接合する構成を採用することは困難であった。
【００１２】
また、図１４に示す排熱回収ボイラのケーシング１のラーメン構造の場合、保温材１３をケーシング１の内面全体に設ける完全内部保温構造であるため、その構造はシンプルであるが、地震時や暴風時の水平力に耐える強度するためにはフランジ３を構成する柱や梁のサイズアップは避けられず、重量が増加し、設備費がかさむ欠点があった。
【００１３】
また、これらの排熱回収ボイラを据え付ける際には、図１５に示すように側面ケーシング１０の据付時に側面ケーシング１０を仮固定するための仮サポート材１４を設けた後、側面ケーシング１０と下面ケーシング１１との接合及び側面ケーシング１０と上面ケーシング９との接合を行い、その後、仮サポート材１４を取り外すという工法をとっていた。このため、工程が多く煩雑で、据付工期が長くなるという問題があった。
【００１４】
また、図１６に示すケーシング１は、特開平７−１１９４８６号公報記載のものであり、該ケーシング１の外周に保温材（図示せず）を配置した外部保温構造であり、前述のように急激な温度変化に追従できないため、柱・梁断面内で温度差が発生し、柱・梁断面方向に過大な熱応力を発生させるという問題がある。
【００１５】
本発明の課題は、内部保温構造型の排熱回収ボイラにおいて、ケーシング構造の強度を確保しつつ、フランジ（柱・梁）の重量を低減した排熱回収ボイラ及び据付工期を短縮できる排熱回収ボイラとその据付工法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、次の解決手段で達成される。
請求項１記載の発明は、燃焼ガスと熱交換を行う伝熱管群を収容し、燃焼ガスを水平方向に流れるように上面ケーシング、２つの側面ケーシング及び下面ケーシングによりガス流路を形成したケーシングと該ケーシング内面に配置した保温材を備えた排熱回収ボイラにおいて、口径が２５ｍ（高さ）×８〜１６ｍ（幅）からなる前記ケーシングのガス流れに垂直な略同一断面上にケーシング支持用の柱と梁を配置し、該柱と梁のフランジ部に、上面ケーシングと両側面ケーシングとをそれぞれ接続する２つの上部鉛直ブレースと、下面ケーシングと両側面ケーシングとをそれぞれ接続する２つの下部鉛直ブレースとを設け、上面ケーシングおよび下面ケーシングの中央部にそれぞれブラケットを設け、該ブラケットには鉛直方向に長い長穴を設け、該ブラケットの長穴に通したピンを介して上面ケーシングと上部鉛直ブレースの一端および下面ケーシングと下部鉛直ブレースの一端をそれぞれ接続し、両側面ケーシングの中央部にそれぞれブラケットを設け、該ブラケットにピン接合穴を設け、該ピン接合穴に通したピンを介して側面ケーシングと前記鉛直ブレースの他端とをそれぞれ接続し、前記両側面ケーシングの中央部に設けたブラケットのピン接合穴に通したピンを介して両側面ケーシングと水平ブレースとを接続した排熱回収ボイラである。
【００１７】
請求項１記載の発明では、プラント運転時に発生するケーシングと４つの部材で菱形を形成する鉛直ブレース７により、ケーシングの熱伸び差及び地震時若しくは暴風時の応力の吸収を図ることができる。
【００１８】
このとき、上面ケーシングおよび下面ケーシングの中央部にそれぞれブラケットを設け、該ブラケットには鉛直方向に長い長穴を設け、該ブラケットの長穴を介して上面ケーシングと上部鉛直ブレースの一端および下面ケーシングと下部鉛直ブレースの一端をそれぞれ接続し、かつ、両側面ケーシングの中央部にそれぞれブラケットを設け、該ブラケットにピン接合穴を設け、該ピン接合穴を介して側面ケーシングと前記鉛直ブレースの他端とをそれぞれ接続した構成とすることができる。
【００１９】
鉛直ブレースと上面ケーシング及び下面ケーシングの取合部（連結部）においてブラケットに長穴があるので、当該連結部でプラント運転時には鉛直ブレースは伸びを拘束されることなく自由に熱膨張できる。また、鉛直ブレースと側面ケーシングとの取合部（連結部）のブラケットピン接合穴でピン接合するので、当該連結部は回転が自由であるため、鉛直ブレースの熱伸びの動きに追従することができる。
【００２０】
また、鉛直ブレースの上面ケーシング及び下面ケーシングとの連結部に作用する力は、前記長穴において上下方向にしか逃げがないことにより、地震時及び暴風時にケーシングに作用する水平力は、鉛直ブレースと側面ケーシングとの取合部のピン接合部を介して側面ケーシングのブラケットに伝達され、鉛直ブレースで負担することになる。
また、両側面ケーシングを相互に接続する水平ブレースとを設けた構成にしている。
【００２１】
両側面ケーシングは水平ブレースで保持されているので、プラント運転時の水平ブレースの熱伸び又は地震時若しくは暴風時の水平ブレースの水平力は抑制され、水平ブレースに圧縮力が発生する。しかし、側面ケーシングは一般的な排熱回収ボイラで高さが高いので容易にケーシングの幅方向（ガス流れに直交する水平方向）に変形することができる。従って、水平ブレースには大きな圧縮力は掛からず、前記熱伸び等を吸収することができる。
また、両側面ケーシングにそれぞれブラケットを設け、該ブラケットにピン接合穴を設け、該ブラケットのピン接合穴を介して両側面ケーシングと水平ブレースとを接続することができる。
【００２２】
この場合には、ケーシングと菱形を形成する鉛直ブレースに加えて水平ブレースを設けることで、前記鉛直ブレースによるケーシングの連結部の長穴による熱膨張などの吸収作用とピン接合部の自由回転作用の他に、水平ブレースと側面ケーシングとの連結部のピン接合の自由回転作用により、プラント運転時の鉛直ブレースと水平ブレースの前記熱伸びなどが吸収され、ケーシングの補強が十分行える。
【００２３】
請求項２記載の発明は、燃焼ガスと熱交換を行う伝熱管群を収容し、燃焼ガスを水平方向に流れるように上面ケーシング、２つの側面ケーシング及び下面ケーシングによりガス流路を形成し、口径が２５ｍ（高さ）×８〜１６ｍ（幅）からなる前記ガス流路を形成するケーシングと該ケーシング内面に配置した保温材を備えた排熱回収ボイラの据付方法において、脚柱上に鉛直方向に長い長穴を有するブラケットを中央部に設けた下面ケーシングを設ける第１の工程と、下面ケーシングの両端とピン接合穴を有するブラケットを中央部に設けた２つの側面ケーシングの下端とをそれぞれ接合する第２の工程と、下面ケーシングのブラケットの長穴と各側面ケーシングのブラケットのピン接合穴とにピンを挿入してそれぞれ１つの下部鉛直ブレースの両端で接合し、その接合時に下面ケーシングのブラケットの前記長穴の隙間に角材を仮に挿入する第３の工程と、両側面ケーシングのブラケットのピン接合穴と水平ブレースの両端とにピンを挿入して接合する第４の工程と、前記２つの側面ケーシングの上端と鉛直方向に長い長穴を有するブラケットを中央部に設けた上面ケーシングの両端をそれぞれ接合する第５の工程と、上面ケーシングのブラケットの長穴と各側面ケーシングのブラケットのピン接合穴とにピンを挿入してそれぞれ１つの上部鉛直ブレースの両端で接合し、その接合時に上面ケーシングのブラケットの前記長穴の隙間に角材を仮に挿入する第６の工程と、
前記第３工程と第６工程で長穴の隙間に挿入した角材を取り除く第７の工程とを有することを特徴とする排熱回収ボイラの据付方法である。
【００２４】
請求項２記載の発明によれば、ケーシングの据付時においても、ブレースの下側のＶ字型部分を形成する２本の下部鉛直ブレースと、中間の１本の水平ブレースを用いて２つの側面ケーシングを支持することができ、従来技術で説明した据付用の仮サポート材１４を別途手配する必要がなくなるので、据付工期の短縮が図れる。
すなわち、側面ケーシングを据え付ける際に、図１５に示す仮サポート材１４を使用することなく、元々地震時及び暴風時に作用する水平力を負担する目的で設置している菱形の下側の２本の鉛直ブレースと中間の水平ブレースを流用し、側面ケーシングの仮固定及び位置決めを行うことができる。
また、鉛直ブレースと上面と下面ケーシングの取合部のブラケットに設けられる長穴には、ケーシングの据付時の側面ケーシングを仮サポート状態とする時は角材等をその隙間に挿入し、長穴でブレースの連結部に遊びが生じないようにすることでブレース全体の剛性を高めることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
本実施の形態の排熱回収ボイラの外観構造は、図１２に示す従来技術の排熱回収ボイラと同一の外観構造であるが、そのフランジ３部の内部構造を図１に示す。図１は図１２のａ−ａ線矢視図である。
【００２６】
本実施の形態では、ボイラケーシング１の内面に保温材１３を配置し、その内側を流れるガス流を横断する方向に鉛直ブレース７と水平ブレース８をガス流れ方向に互いに間隔をおいて設置することにより、地震時や暴風時に作用する水平力をブレース７、８とフランジ３（図１０）で効率的に負担し、経済的なケーシング構造を提供するものである。
【００２７】
更に、ケーシング１の据付時においても、ブレース７、８の下側のＶ字型部分を形成する２本の下部鉛直ブレース７と、中間の１本の水平ブレース８を用いて２つの側面ケーシング１０を支持することができ、従来技術で説明した据付用の仮サポート材１４を別途手配する必要がなくなるので、据付工期の短縮が図れる。
【００２８】
すなわち、側面ケーシング１０を据え付ける際に、元々地震時及び暴風時に作用する水平力を負担する目的で設置している菱形の下側の２本の鉛直ブレース７と中間の水平ブレース８を流用し、側面ケーシング１０の仮固定及び位置決めを行う。
【００２９】
図１、図２（図１のａ部の詳細図（図２（ａ））と図２（ａ）のａ−ａ線矢視図（図２（ｂ））および図３（図１のｂ部の詳細図（図３（ａ））と図３（ａ）のｂ−ｂ線矢視図（図３（ｂ））に本実施の形態によるケーシング１へのブレース７、８の取付構造を示す。
【００３０】
図２（ａ）に示すように鉛直ブレース７の端部支持板１８、１８は上面ケーシング９（下面ケーシング１１の場合も同様）にそれぞれ設けられたブラケット１７にピン１６を介して連結されている。このピン１６は支持板１８、１８に設けられ、ブラケット１７に設けた上下方向に長い長穴１５に係止されている。ブラケット１７は上面ケーシング９にボウル・ナット１９で接続されており、ストッパ２０でブラケット１７の両側が固定されている。
【００３１】
また、図３（ａ）に示すように、鉛直ブレース７と水平ブレース８は側面ケーシング１０に設けられたブラケット１７にピン１６で連結するピン構造になっている。鉛直ブレース７の側面ケーシング１０との取合部はピン１６で連結するピン構造になっているために、ピン１６部分で鉛直ブレース７と水平ブレース８は回動ができ、鉛直ブレース７の熱伸びの動きに追従することができる。なお、側面ケーシング１０に設けられたブラケット１７もボウル・ナット１９で側面ケーシング１０に接続されており、ストッパ２０でブラケット１７の両側が側面ケーシングに固定されている。
【００３２】
本発明の実施の形態は、ケーシング１の一つのフランジ３の縦断面内に４つの鉛直ブレース７で菱形ブレースを構成する場合と、前記菱形ブレースにさらに水平ブレース８を加えて構成した場合のいずれかを用いることができる。
【００３３】
本発明の実施の形態では、プラント運転時に発生するケーシング１とブレース７、８との熱伸び差の吸収及び地震時若しくは暴風時の水平力の吸収は下記のようになる。
【００３４】
１）鉛直ブレース７
上面ケーシング９及び下面ケーシング１１の取合部において長穴１５が設けられているため、プラント運転時には鉛直ブレース７は伸びを拘束されることなく自由に熱膨張できる。
また、側面ケーシング１０との取合部はピン１６で連結するピン構造になっており、回転が自由であるため、鉛直ブレース７の熱伸びの動きに追従することができる。
また、鉛直ブレース７の上面ケーシング９及び下面ケーシング１１との連結部に作用する力は長穴１５には上下方向にしか逃げがないので、地震時及び暴風時に発生するケーシング１に作用する水平力はピン１６を介してブラケット１７に伝達され、鉛直ブレース７で負担することになる。
【００３５】
２）水平ブレース８
側面ケーシング１０の取合部はピン１６で連結するピン構造のみであり、長穴は設けていないため、プラント運転時の水平ブレース８の熱伸び又は地震時若しくは暴風時の水平ブレース８の水平力は抑制され、水平ブレース８に圧縮力が発生する。
【００３６】
但し、図１に示すように側面ケーシング１０は一般的な排熱回収ボイラで高さが２５ｍ程度あるため、容易にケーシング１の幅方向（ガス流れに直交する水平方向）に変形することができる。従って、大きな圧縮力を作用させることなく熱伸び等を吸収することができる。
【００３７】
また、ケーシング１内には大重量物の伝熱管群５を天井から吊り下げてサポートしているため、水平ブレース８は長期的に引張力が作用する環境下にある。従って、水平ブレース８の座屈耐力を上回る圧縮力が作用しないように、ケーシング１の側面柱の剛性を考慮してサイズを決定すれば良い。
【００３８】
一方、ケーシング１の据付時に側面ケーシング１０を仮固定するとき、図１に示すように下側２本の鉛直ブレース７と水平ブレース８を使用する。これらはボイラの据付時のみならず、据え付け後も常用として活用するため、鉛直ブレース７と水平ブレース８を撤去する必要がなく、据付作業の合理化を図ることができる。なお、鉛直ブレース７と下面ケーシング１１の取合部のブラケット１７に設けられる長穴１５には、ケーシング１の据付時の側面ケーシング１０を仮サポート状態とする時は角材等をその隙間に挿入し、長穴１５でブレース７の連結部に遊びが生じないようにすることでブレース７、８全体の剛性を高めることができる。
【００３９】
また、排熱回収ボイラの運転時にブラケット１７は直接排ガスに曝され、高温状態になるが、ブラケット１７の熱をケーシング１側に伝達させないように、ケーシング１とブラケット１７の取合部は厚さ６ｍｍ程度のシートパッキンや板等の断熱材１３を挿入した上でブラケット固定ボルト（図示せず）により接合している。
【００４０】
なお、仮に外部保温式のダクト壁を構成するケーシング１であれば、基本的にケーシング１の外側に設ける補強材とブレース７、８間の温度差は構造上発生しない。従って、熱伸び吸収用の長穴１５を設けることなく自由に、ブレース７、８を配置することが可能である。
【００４１】
ケーシング１の据付手順を図４のフロー図に示す。
ケーシング１は大型機器であるため、通常パネル状に分割して現地納入する。据付手順を以下に示す。
▲１▼柱脚１２を据付する。
▲２▼ケーシング（上下面、側面）９、１０、１１を所定の大きさに地組み（据付用に大パネル化）して、上記ケーシング９、１０、１１にブレース（水平ブレース８、下側鉛直ブレース７）取り付け用のブラケット１７も取り付けする。
▲３▼据付している柱脚１２上に下面ケーシング１１の大パネルをセットし、ボルト、溶接により接合する。
▲４▼下面ケーシング１１上に２つの側面ケーシング１０を据え付け、ボルトで固定、溶接接合する（但し、倒れないように側面ケーシング１０はクレーンで保持した状態）。
▲５▼下側鉛直ブレース７と水平ブレース８とを下面ケーシング１１と側面ケーシング１０に取り付けた後、鉛直ブレース７と下面ケーシング１１に設けたブラケット１７の取り合い部の長穴１５の隙間には角材等を挿入する。
▲６▼クレーンによる側面ケーシング１０のサポートを終了する（水平ブレース８により、側面ケーシング１０は固定される）。
▲７▼上面ケーシング９を据付し、ボルト、溶接により接合する。
【００４２】
図１５に示す従来構造の欠点として、後述するように、内部鉛直ブレース７を用いる構造及び鉛直ブレース７を用いないラーメン構造のいずれの構造を建設する場合にも、側面ケーシング１０の据付時に側面ケーシング１０の仮固定用の仮サポート材１４（図１５）を別途手配する必要があった。しかし、上記本発明のケーシング１の据付要領では、側面ケーシング１０の仮固定用に水平ブレース８を用いるので、仮サポート材１４を別途手配する必要が無くなった。
【００４３】
また、上記ケーシング１の据付手順による大きな特徴点は、以下の通りである。鉛直ブレース７は上下面ケーシング９、１１のブラケット１７の長穴１５と各側面ケーシング１０のピン１６の接合穴とがそれぞれ接合されるので、ケーシング１内を流れる排ガスにより前記接合部分に熱膨張と収縮があっても長穴１５で吸収できる。
【００４４】
また、両側面ケーシング１０は水平ブレース８の両端とピン接合しているので熱膨張と収縮を吸収できないが、一般的な排熱回収ボイラで高さが２５ｍ程度あるため、側面ケーシング１０は容易にケーシング１の幅方向（ガス流れに直交する水平方向）に変形することができる。従って、水平ブレース８に過大な圧縮力を作用させることなく熱伸び等を吸収することができる。
【００４５】
従って、内部保温型のケーシング１でも菱形を構成する鉛直ブレース７、さらにこれに水平ブレース８を加えた構造でケーシング１の補強が十分行える。
【００４６】
ケーシング１は内部あるいは外部機器の荷重及び内部圧力に対し、ケーシング１に鉢巻き状に配置（フランジピッチ：１ｍ〜７ｍ程度で配置計画にて決定される）しているフランジ３で荷重をサポートする構造であり、水平流型の排熱回収ボイラの場合、この構造が最も合理的と考えられる。
【００４７】
ブレース７、８は、地震や暴風時にこれらの水平力を負担する目的で設置するが、荷重を伝達するためにフランジ３（外部補強）と取り合う必要がある。従って、ブレース７、８はケーシング１に鉢巻き上に配置しているフランジ３に接続されるが、内部に伝熱管群５が存在する場合、伝熱管群５と干渉するためブレース７、８を取り付けることは不可能となる。
【００４８】
また、内部ガス温度が４００℃を超える領域ではブレース７、８として一般構造用炭素鋼の採用が困難であり、特殊材（ＳＵＳ材、Ｃｒ−Ｍｏ鋼）を採用せざるを得なくなりコスト高となる。
【００４９】
従って、ブレース７、８を配置するのに適した部位は、伝熱管群５が存在せず内部温度が４００℃以下の脱硝用触媒が充填された脱硝装置が配置された領域の前後にあるフランジ３、及び最後流側のフランジ３となるが、配置計画当初よりブレース７、８の設置を考慮して伝熱管群５を配置していれば、任意の箇所にブレース７、８を設置することが可能である。一方、ブレース７、８のサイズは、排熱回収ボイラの口径、負担する水平力から直径（φ）２００ｍｍ〜６００ｍｍ程度のサイズが要求される。
【００５０】
また、ブレース７、８の配置は、図１に示すように水平ブレース８を側面ケーシング１０の高さ方向の中間部位にセットし、鉛直ブレース７は水平ブレース８を中心として上下対称に配置する構造が最も望ましい。その理由として、水平ブレース８を側面ケーシング１０の高さ方向の中間部位に配置することにより、側面ケーシング１０は内圧力に対し、水平ブレース８とは別の支持スパンをケーシング１の内部に設置する必要がないので、該支持スパンを設けた場合に発生する曲げモーメントが小さくなる。また、上下の鉛直ブレース７の長さを均一にすることができ、鉛直ブレース７の座屈耐力を全て同等にすることができる。
【００５１】
本発明のブレース７、８を有するケーシング１について、各々の状況におけるケーシング１の主要部材に発生する応力の状態を以下に示す。
図５に排熱回収ボイラの運転を休止している時（停缶時）のケーシング１に作用する応力状況を示す。停缶時は伝熱管群５、ドラム６等（図１０）の荷重がケーシング１に作用しているのみであり、それらの荷重の大部分は上面ケーシング９に作用している。従って上面ケーシング９は下方向に撓み、側面ケーシング１０は横に開いた状況になる。しかしながら、ケーシング１内の中間部に設置している水平ブレース８が側面ケーシング１０の開きを抑え、その結果、水平ブレース８には引張応力が発生する。なお、鉛直ブレース７は、その上面ケーシング９と下面ケーシング１１のブラケット１７の上下方向に長い長穴１５を介して連結しているので、鉛直ブレース７には応力は発生しない。
【００５２】
図６に運転時の内圧（正圧）を受けたケーシング１の応力状況を示す。このときの荷重作用方向がケーシング１の外側方向に働くため、水平ブレース８には引張応力が発生する。一方、鉛直ブレース７は前記したように長穴１５の設置により、応力は発生しない。
【００５３】
図７には、排熱回収ボイラの運転時のブレース７、８とケーシング１に温度差が発生している状態での応力状況を示す。内部保温材１３によりケーシング１に熱伸びは発生しないが、ブレース７、８は直接排ガスに曝され、熱伸びが生じる。水平ブレース８は側面ケーシング１０に接合されているので熱伸びを拘束された形となっているため、圧縮応力が作用する。しかしながら、水平ブレース８は側面ケーシング１０の中央部に設置されているため、側面ケーシング１０は外側に膨らんだ形状に容易に変形し、その結果水平ブレース８に発生する圧縮応力を低いレベルに抑えることができる。
【００５４】
図８に地震時及び暴風時のケーシング１に作用する応力状況を示す。地震や暴風によるケーシング１に掛かる水平力に対し、水平ブレース８には殆ど応力は発生しないが鉛直ブレース７に負担がかかる（鉛直ブレース７には引張及び圧縮応力が発生）ため、大きな水平力に耐えることができる。
【００５５】
ブレース７、８を有しないラーメン構造のケーシング１が水平力を受けると、図９に示すようにケーシング１のコーナー部に大きな曲げモーメントが発生し、各々のケーシング構成部材はサイズの大きいものが要求される。しかし、内部鉛直ブレース７を設置すると、前記曲げモーメントを大幅に軽減できると共に変位量（δ）も少ないレベルに抑えることができ、フランジ３の部材のサイズアップを抑え、ケーシング１の重量低減が図れる。
【００５６】
以上のことから、ブレース７、８の設計要領は、
１）鉛直ブレース７
・地震及び暴風時に発生する軸力（引張、圧縮力）を計算し、サイジングする。
【００５７】
２）水平ブレース８
・停缶時（引張力）、内圧（引張力）、運転時の温度差（圧縮力）の軸力を各々計算し、組み合わせてサイジングする。水平ブレース８は長期的に引張力が作用しており、運転時にケーシング１と内部水平ブレース８に温度差が発生しても圧縮力としては軽減される。
【００５８】
また、図１５には本発明のようなブレース７、８を用いない従来のラーメン構造のケーシング１を仮固定用の仮サポート材１４を用いて据え付ける工程での排熱回収ボイラの縦断面図を示す。以下、図１５に示す排熱回収ボイラの据付要領を説明する。
▲１▼柱脚１２を据付する。
▲２▼ケーシング１（上下面、側面）を所定の大きさに地組み（据付用に大パネル化）して、ケーシング１にブラケット１７も取り付ける。
▲３▼据付している柱脚１２上に下面ケーシング１１の大パネルをセットし、ボルト、溶接により接合する。
▲４▼下面ケーシング１１上に側面ケーシング１０を据付し、ボルトで固定、溶接接合する（但し、倒れないように側面ケーシング１０はクレーンで保持した状態で）。
▲５▼側面ケーシング１０同士をブラケット１７を介して仮固定用の仮サポート材１４で接続し、また下面ケーシング１１に設けたブラケット１７と側面ケーシング１０のブラケット１７を介して仮固定用の仮サポート材１４で接続する。
▲６▼クレーンによる側面ケーシング１０のサポートを終了する（仮サポート材１４により、側面ケーシング１０は固定される）。
▲７▼上面ケーシング９を据付し、ボルト、溶接により接合する。
▲８▼仮サポート材１４をクレーンで取り外す。
このような、従来の排熱回収ボイラの据付法では、仮サポート材１４を取り付けたり取り外すという工法をとっていたので、工程が多く煩雑で、据付工期が長くなるという問題があった。
【００５９】
ところが、本実施の形態では、ケーシング１の据付時は、水平ブレース８と下側の鉛直ブレース７の２本を使用して側面ケーシング１０を固定する。また、水平ブレース８は長穴１５を設けていないため、そのまま接合し、下面ケーシング１１と鉛直ブレース７の連結部が長穴１５内で動かないように連結する。
【００６０】
以上の方法でケーシング１の据付を実施すると、図１５に示す仮サポート材１４を手配しなくて済むと同時に、仮サポート材１４の取り付け／取り外し作業を削除できて工期の短縮が図れる。
【００６１】
なお、本実施の形態の説明で使用した各図には、ブラケット１７が上面ケーシング９と下面ケーシング１１に設けられた構成が示されているが、それぞれのブラケット１７が上側鉛直ブレース７及び下側鉛直ブレース７に接続され、また２つの側面ケーシング１０にそれぞれ設けられるブラケット１７が上側鉛直ブレース７、下側鉛直ブレース７及び水平ブレース８と接続される例を示した。
【００６２】
このように構成することの利点としては、水平ブレース８及び鉛直ブレース７とフランジ３の引き付け点を一致させることにより、フランジ３に偏心による２次的な曲げモーメントが発生するのを抑え、フランジ３の構成部材のサイズダウンが図れることが挙げられる。
【００６３】
また、各ブレース７、８毎に１つのブラケット１７を接続できるようにブラケット１７を多数設けても良い。例えば、側面ケーシング１０上に設けられるブラケット１７は、上側鉛直ブレース７と下側鉛直ブレース７とをそれぞれ別体のブラケットで構成し、いずれかに水平ブレース８を接続するか、または水平ブレース８を接続するブラケット１７をさらに別体として設けてもよい。
【００６４】
このように構成することの利点としては、各ブラケット１７のサイズを比較的小さくすることが可能となり、現地工事の効率化を図ることができる。しかし水平ブレース８及び鉛直ブレース７とフランジ３の引き付け点が離れるため、フランジ３に偏心による２次的な曲げモーメントが発生し、フランジ３がサイズアップする。
【００６５】
この場合において、上側鉛直ブレース７、下側鉛直ブレース７、水平ブレース８およびこれらに接続される各ブラケット１７は、必ずしも全てが略同一のケーシングのガス流れに直交する断面部に設けられることを要しない。
【００６６】
この構成を採用する利点としては、内部伝熱管群やその他の内部配管とブラッケット１７またはブレース７、８とが干渉する場合、ブラケット１７の形状や、ブレース７、８の引き付け点を調整することにより、ブレース７、８の設置ができることが挙げられる。
【００６７】
ブラケット１７はボルト受けによりフランジ３に結合する。外側ケーシング部材であるフランジ３とブラケット１７を溶接により接合すると、内部ガスによる熱が外側ケーシング部材であるフランジ３に伝達されてしまうため、ブラケット１７とフランジ３はボルト接合する。但し、ボルトのみの接合は剪断耐力が少ないため、それを補うためストッパーを設置することが多い。ストッパーは内部保温材１３中に埋没されるため排ガスに曝されることが無く、外側ケーシング部材であるフランジ３に溶接接合する。
【００６８】
下面ケーシング１１に設けられる下部ブラケット１７は、脚柱１２上に設けるのが望ましい。これは鉛直ブレース７の据え付け時のモーメントの立ち上がりの上で有利であるためである。
【００６９】
次にガス流れ方向に対するブレース７、８の設置個所について述べる。
熱ガスが水平方向に流れる排熱回収ボイラでは、ヘッダと多数の伝熱管とで構成される伝熱管パネルを炉幅方向に２列以上設けることが多い。各伝熱管パネルの寸法は、プラントにもよるが、概ね上下方向に２０〜２５ｍ、幅３〜６ｍ程度であり、炉幅方向に並べる伝熱管パネル数が少ないときにはケーシング１のガス流れに直交する方向の断面形状は縦長となる。
【００７０】
図１３に示す従来のブレース構造では、側面ケーシング１０が支持される柱と鉛直ブレース７とのなす角度が小さく、鉛直ブレース７の長さが本実施の形態のそれに比して長くなるので、鉛直ブレース７がケーシング１に作用する水平力を負担する能力は小さいが、本実施の形態の場合は、側面ケーシング１０が支持される柱と鉛直ブレース７のなす角度が大きくなるので、鉛直ブレース７が水平力を負担する能力が大きい。従って、従来のブレース構造では、ラーメン構造に比べて側面ケーシング１０を支持する柱や上面ケーシング９を支持する大梁のサイズの低減効果が小さいのに対し、本実施の形態の場合は、柱や大梁のサイズの低減効果が大きい。
【００７１】
【発明の効果】
本発明により、ケーシング１の重量低減が図れ、且つ据付用の仮サポート材１４を手配せずにすむため、経済的なケーシング１を提供できると共に、据付においても工期短縮が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態になるＨＲＳＧのフランジ部の構成図。
【図２】 図１のａ部の詳細図（図２（ａ））と図２（ａ）のａ−ａ線矢視図（図２（ｂ））。
【図３】 図１のｂ部の詳細図（図３（ａ））と図３（ａ）のｂ−ｂ線矢視図（図３（ｂ））。
【図４】 本発明の実施の形態になるＨＲＳＧのケーシング構造の据付手順を示すフロー図。
【図５】 本発明の実施の形態になるＨＲＳＧのケーシングのブレース構造における停缶時応力状態の説明図。
【図６】 本発明の実施の形態になるＨＲＳＧのケーシングのブレース構造における運転時（内圧作用時）応力状態の説明図。
【図７】 本発明の実施の形態になるＨＲＳＧのケーシングのブレース構造における運転時（温度差発生時）応力状態の説明図。
【図８】 本発明の実施の形態になるＨＲＳＧのケーシングのブレース構造における地震及び暴風時応力状態の説明図。
【図９】 本発明の実施の形態になるＨＲＳＧのケーシングのラーメン構造における地震及び暴風時応力状態の説明図。
【図１０】 排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）の側面内部の構成図。
【図１１】 図１０のａ−ａ線矢視図。
【図１２】 従来のＨＲＳＧの外観図。
【図１３】 図１２のａ−ａ線矢視図。
【図１４】 図１３のｂ−ｂ線矢視図。
【図１５】 従来のＨＲＳＧ据付要領の説明図。
【図１６】 従来のＨＲＳＧケーシング構造の外観斜視図。
【符号の説明】
１ ケーシング ２ 鋼板
３ フランジ ４ スティフナー
５ 伝熱管群 ６ 汽水分離ドラム
７ 鉛直ブレース ８ 水平ブレース
９ 上面ケーシング １０ 側面ケーシング
１１ 下面ケーシング １２ 柱脚
１３ 保温材 １４ 仮サポート材
１５ 長穴 １６ ピン
１７ ブラケット １８ 鉛直ブレース端部支持板
１９ ボルト・ナット ２０ ストッパ

Claims (2)

1. 燃焼ガスと熱交換を行う伝熱管群を収容し、燃焼ガスを水平方向に流れるように上面ケーシング、２つの側面ケーシング及び下面ケーシングによりガス流路を形成したケーシングと該ケーシング内面に配置した保温材を備えた排熱回収ボイラにおいて、
   口径が２５ｍ（高さ）×８〜１６ｍ（幅）からなる前記ケーシングのガス流れに垂直な略同一断面上にケーシング支持用の柱と梁を配置し、該柱と梁のフランジ部に、上面ケーシングと両側面ケーシングとをそれぞれ接続する２つの上部鉛直ブレースと、下面ケーシングと両側面ケーシングとをそれぞれ接続する２つの下部鉛直ブレースとを設け、
   上面ケーシングおよび下面ケーシングの中央部にそれぞれブラケットを設け、該ブラケットには鉛直方向に長い長穴を設け、該ブラケットの長穴に通したピンを介して上面ケーシングと上部鉛直ブレースの一端および下面ケーシングと下部鉛直ブレースの一端をそれぞれ接続し、両側面ケーシングの中央部にそれぞれブラケットを設け、該ブラケットにピン接合穴を設け、該ピン接合穴に通したピンを介して側面ケーシングと前記鉛直ブレースの他端とをそれぞれ接続し、
   前記両側面ケーシングの中央部に設けたブラケットのピン接合穴に通したピンを介して両側面ケーシングと水平ブレースとを接続した
   ことを特徴とする排熱回収ボイラ。
2. 燃焼ガスと熱交換を行う伝熱管群を収容し、燃焼ガスを水平方向に流れるように上面ケーシング、２つの側面ケーシング及び下面ケーシングによりガス流路を形成し、口径が２５ｍ（高さ）×８〜１６ｍ（幅）からなる前記ガス流路を形成するケーシングと該ケーシング内面に配置した保温材を備えた排熱回収ボイラの据付方法において、
   脚柱上に鉛直方向に長い長穴を有するブラケットを中央部に設けた下面ケーシングを設ける第１の工程と、
   下面ケーシングの両端とピン接合穴を有するブラケットを中央部に設けた２つの側面ケーシングの下端とをそれぞれ接合する第２の工程と、
   下面ケーシングのブラケットの長穴と各側面ケーシングのブラケットのピン接合穴とにピンを挿入してそれぞれ１つの下部鉛直ブレースの両端で接合し、その接合時に下面ケーシングのブラケットの前記長穴の隙間に角材を仮に挿入する第３の工程と、
   両側面ケーシングのブラケットのピン接合穴と水平ブレースの両端とにピンを挿入して接合する第４の工程と、
   前記２つの側面ケーシングの上端と鉛直方向に長い長穴を有するブラケットを中央部に設けた上面ケーシングの両端をそれぞれ接合する第５の工程と、
   上面ケーシングのブラケットの長穴と各側面ケーシングのブラケットのピン接合穴とにピンを挿入してそれぞれ１つの上部鉛直ブレースの両端で接合し、その接合時に上面ケーシングのブラケットの前記長穴の隙間に角材を仮に挿入する第６の工程と、
   前記第３工程と第６工程で長穴の隙間に挿入した角材を取り除く第７の工程とを有することを特徴とする排熱回収ボイラの据付方法。

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