JP6142518B2

JP6142518B2 - 排熱回収ボイラの支持構造

Info

Publication number: JP6142518B2
Application number: JP2012270894A
Authority: JP
Inventors: 容臣高田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2017-06-07
Anticipated expiration: 2032-12-12
Also published as: JP2014115046A

Description

本発明は、排熱回収ボイラの支持構造に関するものである。

コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンで発電を行うと共に、ガスタービンから排出された排ガスを排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Heat Recovery Steam Generator ）に導いて排ガス中の熱を回収して蒸気を発生させ、蒸気タービンでも発電を行うものである。一般に、コンバインドサイクル発電プラントは、発電効率が高いことに加えて負荷応答性が高く、急激な電力需要の増加に対応できるという利点がある。

前記排熱回収ボイラとしては、排ガスを横方向に導く横形の排熱回収ボイラ（特許文献１、２等参照）がある。このような横形の排熱回収ボイラでは、横方向に延設されたボイラを、該ボイラの長手方向に所要の間隔を有して配置した複数の門型架構からなる支持構造により吊り下げて支持している。

従来から用いられている門型架構は、ボイラケーシング及び該ボイラケーシング内に設置される伝熱管群等を含むボイラの重量を吊り下げて支持する天井バックステーと、天井バックステーに作用する荷重を基礎に伝える左右の側面バックステーからなるラーメン構造となっており、地震水平力に対して、天井バックステー及び側面バックステーの剛性によって転倒モーメントに耐える強度を保持している。

特開平０９−３０３７０７号公報特開２００３−２２２３０４号公報

従来の排熱回収ボイラの支持構造は、一例を図５に示すように、ボイラ１を構成するボイラケーシング２の幅方向（図５の左右方向）に延設してボイラケーシング２の上部に配置される天井バックステー３と、前記ボイラケーシング２の左右側の外部に立設して前記天井バックステー３の両端部を支持する側面バックステー４とからなる門型架構５を有しており、この門型架構５はボイラ１の長手方向（図５の紙面に対して鉛直の方向）に所要の間隔を有して複数備えられている。図５中、６はボイラケーシング２の下側において左右の側面バックステー４を互いに接続する下側バックステーである。

前記ボイラケーシング２の重量及びボイラケーシング２の内部に備えられる伝熱管群７等の重量は、図示しない吊下材を介して前記天井バックステー３に吊り下げることで支持している。従って、天井バックステー３にはスパンの二乗に比例する曲げモーメントが作用し、天井バックステー３は図５中破線で示すように中間部が下方へ湾曲した変形を生じる。この時、天井バックステー３と側面バックステー４とはラーメン構造で締結された剛体となっているため、側面バックステー４には破線で示すように中間部が外方へ張り出す二次的な曲げモーメントが発生し、このために部材強度上不利になる問題がある。更に、天井バックステー３と側面バックステー４の締結部には大きな応力が発生することになるため、地震時における門型架構５の強度に問題を生じる可能性がある。

従って、従来の支持構造では、上記二次的な曲げモーメント及び締結部の応力に耐え得るように門型架構５の剛性強度を更に高める必要があり、支持構造の製作費用が増加するという問題がある。

又、前記支持構造には、前記ボイラケーシングの天井壁に幅方向に延びる下方に凹ませた溝を設け、該溝内に前記門型架構の天井バックステーを配置するようにした天井ホットバックステーと称されるものがあるが、この場合、ボイラケーシング側の温度と外部温度との温度差により天井ホットバックステーはバイメタル変形を起こす問題があり、前記ボイラの重量によって天井ホットバックステーが曲げ変形することに加えてバイメタル変形が生じるために、側面バックステーに作用する二次的な曲げモーメントは更に増加し、従って、天井ホットバックステーと側面バックステーの剛性強度を高めるのみでは門型架構の強度を保持できなくなる可能性がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、天井バックステーがボイラの重量によって曲げ変形しても側面バックステーに二次的な曲げモーメントが発生しないようにした排熱回収ボイラの支持構造を提供しようとするものである。

本発明は、ボイラケーシングの長手方向複数箇所に配置される天井バックステーと左右の側面バックステーを備えた門型架構の前記天井バックステーによりボイラの重量を吊り下げて支持している排熱回収ボイラの支持構造であって、前記天井バックステーの両端と左右の側面バックステーの上端との間に、前記天井バックステーを曲げ変形させるように作用するボイラの重量を、前記天井バックステーの両端が凸部を支点として上下に傾動することで前記天井バックステーの曲げ変形を許容して左右の側面バックステーの上端に伝える可動連結部を備えたことを特徴とする排熱回収ボイラの支持構造、に係るものである。

上記排熱回収ボイラの支持構造において、前記可動連結部は、前記天井バックステーの両端と左右の側面バックステーの上端の対向面の一方から突出して対向面の他方に当接することでボイラの重量を支持する凸部と、該凸部を左右に挟む位置で前記対向面の他方から突出したストッパと、前記対向面を貫通して前記天井バックステーの両端と左右の側面バックステーの上端との間を締結するボルト締結具を有していてもよい。

又、上記排熱回収ボイラの支持構造において、前記ボイラケーシングを形成する天井壁と側壁とのコーナ部に、湾曲面によるエキスパンション構造を備えていてもよい。

本発明によれば、天井バックステーの両端と左右の側面バックステーの上端との間に、ボイラの重量による天井バックステーの曲げ変形を許容して左右の側面バックステーに支持する可動連結部を備えたので、従来のラーメン構造の門型支持構造において側面バックステーに生じていた二次的な曲げモーメントの発生を防止することができ、よって、軽量な構成の門型支持構造を用いて支持強度が高められるという優れた効果を奏し得る。

（ａ）は本発明における排熱回収ボイラの支持構造の一実施例を示す要部の正面図、（ｂ）は（ａ）をＩＢの方向から見た切断平面図である。本発明を適用した排熱回収ボイラの一例を示す側面図である。図２の排熱回収ボイラをＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た切断正面図である。ボイラケーシングの天井壁部分に設けられる天井ホットバックステーの一例を示す切断側面図である。従来のラーメン構造を有する支持構造の問題を説明するための排熱回収ボイラの切断正面図である。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。

図２、図３は本発明を適用した排熱回収ボイラの一例を示すもので、図５と同一の符合を付した部分は同一物を示している。図２、図３において、ボイラ１を構成するボイラケーシング２はガス入口Ａとガス出口Ｂを有して図２の左右方向に長く延設されている。前記ボイラケーシング２の上部にはボイラケーシング２の幅方向に延設された天井バックステー３が設けられ、ボイラケーシング２の側面の外部には前記天井バックステー３の両端部を支持する側面バックステー４が立設されて門型架構５０を構成している。そして、前記門型架構５０をボイラケーシング２の長手方向に所要の間隔を有して複数配置することで支持構造が構成されている。

前記ボイラケーシング２の内部には、ガス入口Ａから導入されるガスの流れ方向上流側より、例えば、バーナ８、伝熱パネル９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅによる伝熱管群７が設けてあり、又、ボイラケーシング２の内部に脱硝装置１０を備えている場合もある。又、前記伝熱管群７に接続した気水分離ヘッダ１１がボイラケーシング２の上部に設けられている。

前記ボイラケーシング２と、該ボイラケーシング２内に備えられる伝熱管群７等と、ボイラケーシング２の上部に設けられる気水分離ヘッダ１１等からなるボイラ１の重量は、図示しない吊下材を介して前記天井バックステー３に吊り下げて支持している。

図３に示す如く、前記門型架構５０を構成する前記天井バックステー３の両端部と側面バックステー４の上端との間には、ボイラ１の重量を支持することで天井バックステー３に生じる曲げ変形を許容して前記ボイラ１の重量を前記左右の側面バックステー４に伝える可動連結部１２を設ける。

図１（ａ）、（ｂ）は前記可動連結部１２の一例を示したもので、この可動連結部１２は、Ｉ型鋼のウェブ３ａが上下を向くように配置される天井バックステー３の両端における下側のフランジ３ｂの下面である上側の対向面１３と、Ｉ型鋼のウェブ４ａが左右を向くように配置される左右の側面バックステー４の上端に固定した固定板１４の上面である下側の対向面１５が互いに対向している。そして、上側の対向面１３には下方に突出して下側の対向面１５に当接することで天井バックステー３に作用する重量を側面バックステー４に伝える凸部１６を固定している。又、前記下側の対向面１５における前記凸部１６を左右から挟む位置には、前記上側の対向面１３に当接しない高さで突出したストッパ１７，１７'を固定している。この時、前記凸部１６とストッパ１７，１７'との間には所要のクリアランスが形成されている。

前記凸部１６とストッパ１７，１７'は、図１（ｂ）に示すように、ボイラ１の長手方向に長い長さを有している。前記天井バックステー３における凸部１６の裏側（上側）のウェブ３ａとフランジ３ｂには補強部材１８を溶接固定することにより下側のウェブ３ｂを補強しており、又、前記凸部１６に対応した位置の固定板１４の下面とウェブ４ａには補強部材１９を溶接固定することにより固定板１４を補強している。

更に、前記天井バックステー３の両端と左右の側面バックステー４の上端の間は、前記上側の対向面１３を有する下側のフランジ３ｂと、下側の対向面１５を有する固定板１４を貫通するように設けたボルト締結具２０により締結している。

図１では、上側の対向面１３に凸部１６を設け、下側の対向面１５にストッパ１７，１７'を設けた場合について示したが、下側の対向面１５に凸部１６を設け、上側の対向面１３にストッパ１７，１７'を設けるようにしてもよい。又、前記可動連結部１２は、側面バックステー４の上端に対して天井バックステー３の両端が上下に傾動できるように締結されていればよく、従って、左右の側面バックステー４の上端に対して天井バックステー３の両端を上下に傾動できるピンによって締結してもよい。

又、図１に示すように、前記ボイラケーシング２を形成している天井壁２ａと側壁２ｂとのコーナ部には、外側に突出した湾曲面２１によるエキスパンション構造２２を備えている。

次に、上記実施例の作動を説明する。

図５に示したように、門型架構５の天井バックステー３にはボイラの重量が吊り下げられるために、天井バックステー３は長手方向中間部が破線で示すように下方へ湾曲した変形を生じる。

このとき、図１に示す如く、前記天井バックステー３の両端と左右の側面バックステー４の上端との間を可動連結部１２により連結した門型架構５０を構成したので、前記天井バックステー３の両端は凸部１６を支点として側面バックステー４の固定板１４上で自由に傾動することができる。

従って、天井バックステー３がボイラ１の重量を受けることによって曲げ変形しても側面バックステー４に二次的な曲げモーメントが発生することは防止され、天井バックステー３の両端と側面バックステー４の上端の締結部に応力が発生することはない。又、前記ボイラケーシング２の天井壁２ａと側壁２ｂとのコーナ部には、湾曲面２１によるエキスパンション構造２２を備えているので、前記天井バックステー３の曲げ変形によって天井壁２ａが破線で示すように変形しても、エキスパンション構造２２によって天井壁２ａと側壁２ｂのコーナ部に応力が発生することは防止される。

前記凸部１６を左右両側から挟むように設けたストッパ１７，１７'は、天井バックステー３が側面バックステー４に対して長手方向へ移動することを規制しており、又、前記ボルト締結具２０は、天井バックステー３の両端と側面バックステー４の上端が、ボイラ１の長手方向（図１の紙面に対して鉛直の方向）へ相互にずれることを防止しているので、天井バックステー３は側面バックステー４上に安定して支持される。

図４は前記門型架構５０の天井バックステーを天井ホットバックステーとした構成を示すものであり、前記ボイラケーシング２の天井壁２ａに、幅方向に延びる下方に凹ませた溝２３を設け、該溝２３の内部に前記門型架構５０の天井バックステー３を配置することにより天井ホットバックステー２４としている。前記溝２３内に配置される天井ホットバックステー２４の下方部分はボイラケーシング２の温度を受けて加熱される一方、天井ホットバックステー２４の上方部分は外気と接しているため、天井ホットバックステー２４はボイラケーシング２側の温度と外部温度との温度差によって長手方向中間部が下方へ湾曲したバイメタル変形を生じる。従って、前記天井ホットバックステー２４には、ボイラ１の重量によって生じる曲げ変形に加えて前記バイメタル変形が生じることになるが、天井ホットバックステー２４の両端と左右の側面バックステー４の上端との間が前記可動連結部１２によって連結されているので、大きな曲げ変形を生じる天井ホットバックステー２４においても側面バックステー４に二次的な曲げモーメントが発生することは防止される。

前記天井バックステー３の両端と側面バックステー４の上端を可動連結部１２により締結した門型架構５０によれば、図５に示した従来のラーメン構造の門型架構５によって側面バックステー４に生じていた二次的な曲げモーメントの発生を防止できるので、二次的な曲げモーメントの発生を考慮して構成する必要がある従来の門型架構５に比して本発明における門型架構５０は構成の軽量化を図ることができ、且つ、地震等に対する支持構造の支持強度を高めることができる。

尚、本発明の排熱回収ボイラの支持構造は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ボイラ
２ボイラケーシング
３天井バックステー
４側面バックステー
１２可動連結部
１３上側の対向面（対向面）
１５下側の対向面（対向面）
１６凸部
１７，１７' ストッパ
２０ボルト締結具
２１湾曲面
２２エキスパンション構造
５０門型架構

Claims

ボイラケーシングの長手方向複数箇所に配置される天井バックステーと左右の側面バックステーを備えた門型架構の前記天井バックステーによりボイラの重量を吊り下げて支持している排熱回収ボイラの支持構造であって、前記天井バックステーの両端と左右の側面バックステーの上端との間に、前記天井バックステーを曲げ変形させるように作用するボイラの重量を、前記天井バックステーの両端が凸部を支点として上下に傾動することで前記天井バックステーの曲げ変形を許容して左右の側面バックステーの上端に伝える可動連結部を備えたことを特徴とする排熱回収ボイラの支持構造。
前記可動連結部は、前記天井バックステーの両端と左右の側面バックステーの上端の対向面の一方から突出して対向面の他方に当接することでボイラの重量を支持する凸部と、該凸部を左右に挟む位置で前記対向面の他方から突出したストッパと、前記対向面を貫通して前記天井バックステーの両端と左右の側面バックステーの上端との間を締結するボルト締結具を有することを特徴とする請求項１に記載の排熱回収ボイラの支持構造。
前記ボイラケーシングを形成する天井壁と側壁とのコーナ部に、湾曲面によるエキスパンション構造を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の排熱回収ボイラの支持構造。