JP5721472B2

JP5721472B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP5721472B2
Application number: JP2011043313A
Authority: JP
Inventors: 直行神山; 剛之宮地; 岡本　卓也; 卓也岡本; 祐一郎里
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2031-02-28
Also published as: JP2012180958A; WO2012117621A1; ES2727803T3; EP2682677A4; TR201911008T4; EP2682677A1; PL2682677T3; EP2682677B1; US20130327510A1

Description

本発明は、排ガス処理システムにおける熱交換器に関する。

火力発電プラントや化学プラント用のボイラの排ガス処理装置は、システム構成の一般的な一例として、排ガス流路に脱硝装置、空気予熱器エアヒータ、再加熱用ガスガスヒータの熱回収器、乾式電気集塵機、湿式脱硫装置、上記ガスガスヒータの再加熱器及び煙突が順に配設されている。ここでガスガスヒータは、上記熱回収器と再加熱器とを冷温水循環ラインで接続して水を媒体として循環ポンプにより排ガスと熱交換を行なうものである。
この処理装置では、ボイラの排ガスをエアヒータに導き燃焼用空気と熱交換して排ガス温度を例えば１３０〜１５０℃程度まで冷却してガスガスヒータ熱回収器に導き更に排ガス温度を冷却した後、電気集塵装置に導きフライアッシュを除去した後、電気集塵装置の出口における高温排ガスを水との熱交換により更に低温にして湿式脱硫装置に導く。湿式脱硫装置では、排ガス中のＳＯ₂を例えば石灰石をスラリー状に溶かし込んだ吸収液で吸収除去し、更にこの気液接触過程で、排ガス中の残存フライアッシュも除去する。次いでＳＯ₂及びフライアッシュが除去された排ガスをガスガスヒータの再加熱器に導く。ここでは、湿式脱硫装置の処理過程においてＳＯ₂吸収液等で降温された排ガス温度をガスガスヒータ再加熱器に配された配管内部を通過する熱媒水との熱交換により高める。このことにより煙突から大気放出する際、水分凝縮量の低減による白煙発生防止と、温度上昇による拡散効率向上の機能を果たしている。
例えば石炭火力発電所における大型のガスガスヒータ熱回収器及び再加熱器の熱交換方式としてフィンチューブ式熱交換器が提案されている（特許文献１）。

特開平１１−３０４１３８号公報

ところで、熱交換器の伝熱バンドルのメンテナンスを行う際、以下の問題点が発生していた。

１）火力発電プラントにおけるフィンチューブ式熱交換器の伝熱管への燃焼飛灰のブラスト効果による経時摩耗、或いは同灰組成が付着性・腐食性を持つ場合、該灰が伝熱面に固着して腐食が進行し、チューブの肉厚が経年的に低下していく。
バンドルの大規模補修や更新で計画外停止をすると、商業運転阻害による売電損害が発生する。このため熱媒水漏洩は非常に重要な問題とされている。

２）また、運転中の漏洩検査にて漏洩箇所数が多い場合や大規模補修、バンドル更新が必要と判断される場合にはプラントを停止させて補修を行う事になる。

３）従来では、例えば下部バンドルを引き抜くのに熱交換器バンドルが格納されたダクトの上部に設置された開口部から１基あたり例えば２０〜３０トンにも及ぶ大型のモジュールバンドルを１基ずつ上段バンドルから順番にクレーンで吊り上げていた。
従ってメンテナンスが必要のない健全なバンドルまで引き抜く必要があった。
又、ダクト内部で例えば残肉厚検査などのバンドル点検作業を要する場合、ダクト内に全ての対象のバンドルの正面と背面に全面足場を仮設する必要があったが、これにも多大なコストと期間がかかる要因となっていた。

４）これによって、バンドルの大規模補修や更新をするのに、多大な期間を要し、発電所の定検期間を遅延させるリスクがありこの場合、商業運転阻害による売電損害が発生する。

５）更に、下段側バンドルの大規模補修を行う場合、補修が完了しダクト内に再格納するまでの間、健全なバンドルを空地に仮置きしておく必要があり、当該置き場所を当該期間確保しなければならないばかりか、仮置き場所が屋外の場合には天候環境によっては養生不足で損傷させてしまうリスクも発生する。
また、養生や屋内保管にも管理費用が嵩むという問題がある。

本発明は、前記問題に鑑み、特定の伝熱管バンドルのみを引き抜くことを可能とし、作業効率が向上する熱交換器を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、ガス流れ方向と直交する方向に複数に配設される伝熱管バンドルを収納する伝熱管バンドル収納ダクトと、該伝熱管バンドル収納ダクトの側壁に設けた、前記複数の伝熱管バンドルを各々挿抜自在とする開口部と、前記伝熱管バンドル収納ダクト内の排ガス流入方向と直交する方向に設けられ、前記複数の伝熱管バンドルを各々移動自在なレールと、前記複数の伝熱管バンドルの内、特定の伝熱管バンドルを引き抜く際、前記伝熱管バンドル収納ダクト外の構造体に着脱可能に設けた仮支持部と、該仮支持部に支持され、特定の伝熱管バンドルを移動させる移動レールと、該移動レールの上の特定の伝熱管バンドルを引き出す駆動装置と、前記特定の伝熱管バンドルを支えつつ引き抜くクレーンとを具備することを特徴とする熱交換器にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記開口部内に、側壁側から前記伝熱管バンドル収納ダクト内部の排ガス方向と直交する方向に、伝熱管バンドルを引き抜き移動させるバンドル下レールを有していることを特徴とする熱交換器にある。

第３の発明は、第１の発明において、前記開口部内に、側壁側から前記伝熱管バンドル収納ダクト内部の排ガス方向と直交する方向に、伝熱管バンドルを引き抜き移動させるバンドル下レールを有していることを特徴とする熱交換器にある。

第４の発明は、第３の発明において、前記バンドル下レールに当接する伝熱管バンドルの裏面側に裏面レールを有していることを特徴とする熱交換器にある。
第５の発明は、第１の発明において、前記複数に配設される伝熱管バンドルが、ガス流れ方向と同一方向に沿って、高温バンドル、中温バンドル、低温バンドルからなることを特徴とする熱交換器にある。

本発明によれば、特定の伝熱管バンドルのみを引き抜くことが可能となるので、メンテナンス期間の短縮が可能となり、定検期間を最短化することができる。

図１−１は、熱交換器の概略図である。図１−２は、熱交換器の概略図である。図２−１は、実施例１に係る熱交換器の斜視外略図である。図２−２は、実施例１に係る熱交換器の斜視外略図である。図３は、実施例２に係る熱交換器の斜視外略図である。図４は、図３の要部概略図である。図５は、図３の要部外略図である。図６は、本実施例に係る熱交換器が適用される排ガス処理システムの概略図である。図７は、排ガス処理設備の熱交換器の概略図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図６は、本実施例に係る熱交換器が適用される排ガス処理システムの概略図である。

図６に示すように、排ガス処理システム１００は、発電プラントや工場などのボイラ１０１から排出される排ガスが煙突１１１から放出される過程で、当該排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、煤塵、および硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去するものである。
先ず、ボイラ１０１から排出された排ガスＧ₀は、触媒が充填された脱硝装置１０２に導入される。脱硝装置１０２において、還元剤として注入されるアンモニア（ＮＨ₃）により、排ガスＧ₀に含まれる窒素酸化物が水と窒素とに還元され無害化される。

脱硝装置１０２から排出された排ガスＧ₁は、エアヒータ（ＡＨ）１０３を経由し、一般に１３０℃〜１５０℃の温度に冷却される。

エアヒータ１０３を経た排ガスＧ₂は、ガスガスヒータの熱交換器である熱回収器１０４に導入され、熱媒体（例えば水など）と熱交換を行うことにより、熱回収される。熱回収器１０４を経た排ガスＧ₃の温度は、概略８５〜１１０℃となり例えば電気集塵機（ＥＰ）１０５での集塵能力が向上される。

熱回収器１０４を経た排ガスＧ₃は、電気集塵機１０５に導入され煤塵が除去される。

電気集塵機１０５を経た排ガスＧ₄は、電動機により駆動される送風機１０６により昇圧される。なお、この送風機１０６は、設けない場合もあるしガスガスヒータの再加熱器１０８の後流側に配置される場合もある。

送風機１０６により加圧された排ガスＧ₅は、脱硫装置１０７に導入される。脱硫装置１０７では、石灰石をスラリー状に溶かし込んだ吸収液により、排ガスＧ₅中の硫黄酸化物が吸収除去され、副生成物として石膏（図示せず）が生成される。そして、脱硫装置１０７を経た排ガスＧ₆の温度は、一般に約５０℃程に低下する。

脱硫装置１０７を経た排ガスＧ₆は、ガスガスヒータの熱交換器である再加熱器１０８に導入される。再加熱部１０８は、上記熱回収器１０４との間で熱媒体８３を循環ポンプ１０９により一対の循環配管１１０を往来して循環する過程で、熱回収部１０４により回収された回収熱により排ガスＧ₆を加熱する。ここで５０℃程度の脱硫装置１０７の出口の排ガスＧ₆の温度は、再加熱部１０８で約８５〜１１０℃に再加熱され、排ガスＧ ₈ として煙突１１１から大気放出される。

図７は、排ガス処理設備の熱交換器の概略図である。
図７に示すように、排ガスＧ₂が導入され、熱媒体８３と熱交換する熱交換器が設けられている。
熱交換器は、熱回収器１０４と再加熱器１０８とを熱媒体８３が循環するための循環配管１１０を有する。熱媒体８３は、循環配管１１０を介して熱回収器１０４と再加熱器１０８との間を循環している。熱回収器１０４と再加熱器１０８との各々の内部に設けられる熱媒体循環通路１１０の表面には、複数のフィンが伝熱管１１に設けられている。熱媒体循環通路１１０には熱交換部８６が設けられ、熱媒体８３が循環する際に放熱で奪われた降温相当のエネルギーをスチーム８７で加熱することで補い、熱媒体８３の媒体温度を維持調整することができる。

熱媒体８３は、熱媒体タンク８８から熱媒体循環通路１１０に供給される。熱媒体８３は、熱媒体の循環ポンプ１０９により循環通路１１０内を循環させる。また、脱硫装置１０７からの浄化ガスＧ₆のガス温度に応じて調節弁Ｖ₁によりスチーム８７の供給量を調整し、熱回収器１０４から排出される排ガスＧ₃のガス温度に応じて調節弁Ｖ₂により再加熱器１０８に送給される熱媒体８３を熱回収器１０４に供給し、再加熱器１０８に送給される熱媒体８３の供給量を調整する。なお、再加熱器１０８から排出される浄化ガスＧ₇は煙突１１１から外部に排出される。

以下、本実施例に係る前記熱回収器１０４及び再加熱器１０８の熱交換器の構造について、図面を参照して説明する。図１−１及び図１−２は、熱交換器の概略図である。

図１−１及び図１−２に示すように、熱交換器は、伝熱管バンドル収納ダクト２０内に、伝熱管バンドルを束ねた集合体である伝熱管バンドルを複数配置しており、排ガスの流入方向上流側から高温バンドル２２Ａ、中温バンドル２２Ｂ、低温バンドル２２Ｃとしている。
そして、排ガスのガス流れ方向に熱回収又は熱交換用の複数の伝熱管バンドル２２Ａ（２２Ａ₁〜２２Ａ₃）、２２Ｂ（２２Ｂ₁〜２２Ｂ₃）、２２Ｃ（２２Ｃ₁〜２２Ｃ₃）を、所定間隔を持って配置している。図１中、符号Ｇは排ガス、２０ａはダクト入口部、２０ｂは拡張部を図示する。なお、伝熱管バンドルの排ガス導入方向上流側が正面２２ａであり、排ガス導入方向下流側が背面２２ｂである。
図中、Ｘ方向は排ガス流れ方向であり、Ｙ方向は伝熱管バンドルの挿入方向であり、Ｚ方向は伝熱管バンドルの積み上げ設置方向である。

図２−１及び図２−２は、実施例１に係る熱交換器の斜視外略図である。
熱交換器は、伝熱管バンドル２２を収納する伝熱管バンドル収納ダクト（以下「バンドル収納ダクト」という）２０と、該伝熱管バンドル収納ダクト２０の側壁に設けた、伝熱管バンドル２２を挿抜自在とする開口部２６と、バンドル収納ダクト２０内の排ガスＧの流入方向と直交する方向に設けられ、伝熱管バンドルを移動自在な下レール２７とを具備している。
なお、符号２５は人が往来するための架構ステージに備えられた手すりであり、通常は該手すり２５は垂直に立ち人が落下しないようにされているが、伝熱管バンドル２２の出し入れの際には、水平に倒れるように可動するヒンジを備えているのでバンドルが図２−１のように通過できる構造となっている。

また、手すりの床面２５ａは、手すり２５を倒した際には、伝熱管バンドル２２を仮置きできるようにしている。
図中、Ｘ方向は排ガス流れ方向であり、Ｙ方向は伝熱管バンドルの挿入方向であり、Ｚ方向は伝熱管バンドルの積み上げ設置方向である。

運転中の漏洩検査にて漏洩箇所数を特定する場合には、以下のようにして伝熱管バンドル２０を引抜くようにしている。

１）特定の伝熱管バンドル（例えば伝熱管バンドル２２Ｃ₃）を引き抜く場合、先ず伝熱管バンドルが格納された開口部２６を開放し、手すり２５を倒す。
２）次に、開口部２５から１基あたり２０〜３０トンに及ぶ伝熱管バンドル２２Ｃ₃をクレーン２３で支えつつ、引き抜く。
３）伝熱管バンドル全体が開口部２６から出た際には、図示しないもう１台のクレーンを用いて、伝熱管バンドルを吊り上げ、所定位置に仮置きする。

これにより、各段積み配置からの伝熱管バンドルの引き抜き作業が容易となる。
この結果、段積バンドルの各段から、健全な他バンドルを引き抜く事なく、補修・更新を要するバンドルのみを独立で引き抜くことができる。

この際、側壁側からダクト内部長手方向に各バンドル下部に対応する位置に、該バンドルを開口に向かって引き抜き移動させる為のバンドル下レール２７を設置しているので、バンドル下レール２７の上を側壁開口に向かって長手方向に伝熱管バンドルの引き出しを容易としている。
このバンドル下レール２７上に載せた伝熱管バンドルの引き出しは、チェーンブロック等により長手方向に引き出すようにしている。

本実施例に係る熱交換器とすることで、特定の伝熱管バンドルのみを引き抜くことが可能となるので、メンテナンス期間の短縮が可能となり、定検期間を最短化することができる。

すなわち、従来では、例えば下部バンドルを引き抜くのに熱交換器バンドルが格納されたバンドル収納ダクトの上部に設置された開口部から１基あたり例えば２０〜３０トンにもおよぶモジュールバンドルを１基ずつ上段バンドルから順番にクレーンで吊り上げていく、無駄な作業となり、検査の必要のない健全なバンドルまで引き抜く必要があったが、本発明によれば、特定の伝熱管バンドルのみを引き抜くことが可能となり、一般に２０〜３０トン／１バンドルの交換作業に関して約４割程度の時間の短縮が可能となる。

更に、補修を要するバンドルを独立で引き出せる様になるので、健全なバンドルの仮置き場所が不要となり、その分のコスト削減ができ、又仮置き時の損傷リスクも低減出来る。

また、プラント停止中に伝熱管バンドルの点検作業を要する場合、対象バンドルのみを引き抜くことで作業環境の良い場所で検査ができるので、ダクト内での全面足場の仮設が不要となり、相応分のコスト削減、期間短縮が可能となる。

図３は、実施例２に係る熱交換器の概略図である。図４及び５は、図３の要部概略図である。実施例１に係る熱交換器と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、実施例２に係る熱交換器は、バンドル収納ダクト２０外の構造体（架構）２１に設けた脱着可能な仮支持部３０と、該仮支持部３０に支持され、伝熱管バンドル２２を移動させる移動レール３１と、移動レール３１の上に伝熱管バンドル２２を引き出す駆動装置３２及びワイヤ３３とを具備している。

本実施例では、伝熱管バンドル２２の下レール２７に当接する部分に裏面レール２８を有している。

下レール２７及び裏面レール２８の表面には、摩擦係数の低い材質の薄板３５Ａ、３５Ｂを設け、薄板３５Ａ、３５Ｂを滑らせる事で伝熱管バンドル２２の引き抜きを容易としている。

よって、バンドル収納ダクト２０の外部に設けた移動レール３１を設置し、伝熱管バンドル２２を横向きに引っ張る事のできるウインチ補助機構等の駆動装置３２によって、引き抜きを容易としている。
なお、引抜きの際に脱線しないように、移動レール３１にはガイド部材３１ａが設けられている。

また、バンドル収納ダクト２０内の構造体２１に設けた下レール２７の側面には、灰の混入を防止するために、囲い部３６が設けられている。

実施例１では、クレーンが少なくとも２機必要であるが、本実施例の構成とすることで、クレーンの使用が１機で済むこととなり。メンテナンススペースもその分小さくすることができる。

また、薄板３５Ａ、３５Ｂに摩擦係数の低い材質の組合せを選定する事で、引き出し、押し込みが容易となる。

ここで、摩擦係数の低い材質の組合せとしては、例えばＣｒ（クロムめっき）−Ｃｕ（銅合金）、ＳＵＳ（バンドルフレーム材）−Ｃｕ（銅合金）などを挙げることができる。

また、滑り摩耗・焼付きに対する好適な材料としては、例えば鋼材（ＳＵＳ）−硬質クロムめっきの組合せを挙げることができるが、これに限定されるものではない。

また、耐食性のある材料の組合せとしては、焼き入れ鋼−ＳＵＳ材の組合せを挙げることができるが、これに限定されるものではない。

また、バンドル下レール２７は、石炭灰の煤塵や固着成分が付着する可能性があるので、バンドル下レール用の保護カバーを設置し、プラントを停止した後に、このカバーを外し、バンドル下レール２７を露出させて動かせるようにするようにしてもよい。
これにより、バンドル下部のレールへの灰や固着物によるバンドルメンテナンス工事の阻害を防止することができる。

また、人が往来するための架構ステージに備えられた手すり２５は、通常は垂直に立ち人が落下しないようにされているが、伝熱管バンドル２２の出し入れの際には、水平に倒れるように可動するヒンジを備えているのでバンドルが図２−１のように通過できる構造となっている。

このように、本発明によれば、熱媒漏洩箇所の迅速検知した後や、補修及び発電所の定検期間中の大型熱交バンドル更新工事において、工事期間の大幅短縮により、稼働率の向上を図り、電力年間発電量の増大を図ることができる。
また、大掛かりな足場組が不要となり、バンドルの点検期間の削減や、メンテナンス作業容易性の大幅向上及び安全上のリスクの低減を図ることができる。

２０伝熱管バンドル収納ダクト
２１構造体
２２伝熱管バンドル
２３クレーン
２５手すり
２６開口部
２７下レール
２８裏面レール
３１移動レール
３１ａガイド部材
３２駆動装置
３３ワイヤ
３５Ａ、３５Ｂ薄板
３６囲い部

Claims

ガス流れ方向と直交する方向に複数に配設される伝熱管バンドルを収納する伝熱管バンドル収納ダクトと、
該伝熱管バンドル収納ダクトの側壁に設けた、前記複数の伝熱管バンドルを各々挿抜自在とする開口部と、
前記伝熱管バンドル収納ダクト内の排ガス流入方向と直交する方向に設けられ、前記複数の伝熱管バンドルを各々移動自在なレールと、
前記複数の伝熱管バンドルの内、特定の伝熱管バンドルを引き抜く際、前記伝熱管バンドル収納ダクト外の構造体に着脱可能に設けた仮支持部と、
該仮支持部に支持され、特定の伝熱管バンドルを移動させる移動レールと、
該移動レールの上の特定の伝熱管バンドルを引き出す駆動装置と、
前記特定の伝熱管バンドルを支えつつ引き抜くクレーンとを具備することを特徴とする熱交換器。
請求項１において、
前記開口部内に、側壁側から前記伝熱管バンドル収納ダクト内部の排ガス方向と直交する方向に、伝熱管バンドルを引き抜き移動させるバンドル下レールを有していることを特徴とする熱交換器。
請求項１において、
前記開口部内に、側壁側から前記伝熱管バンドル収納ダクト内部の排ガス方向と直交する方向に、伝熱管バンドルを引き抜き移動させるバンドル下レールを有していることを特徴とする熱交換器。
請求項３において、
前記バンドル下レールに当接する伝熱管バンドルの裏面側に裏面レールを有していることを特徴とする熱交換器。
請求項１において、
前記複数に配設される伝熱管バンドルが、ガス流れ方向と同一方向に沿って、高温バンドル、中温バンドル、低温バンドルからなることを特徴とする熱交換器。