JP6233584B2 - 排熱回収ボイラ - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンから排出された排ガスの熱を回収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Heat Recovery Steam Generator）に関するものである。

上記したような排熱回収ボイラとしては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。
この排熱回収ボイラは、ガスタービンから排出された排ガスが水平方向に流れる箱型を成すケーシングと、このケーシング内に排ガスの流れを横切る方向に互いに間隔をもって並べて収容されて排ガスから熱を回収する複数の伝熱管パネルと、ケーシングの天井壁に伝熱管パネルに沿う方向に配置されて天井壁を補強する天井壁補強梁を備えている。

特開2008-082626号公報

上記したような排熱回収ボイラは、高さが２０ｍ以上、幅が１０ｍ以上の大型構造物であることから、建設スペースを確保するうえで、常々全体サイズの縮小化が求められている。

最近において、ケーシングの天井壁に、伝熱管パネルに沿い且つ下方に凹ませた凹溝を設けて、この凹溝に天井壁補強梁（高さ寸法１０００〜１５００ｍｍ）を収容することで、排熱回収ボイラの高さ寸法を小さくする試みが成されているが、ケーシングの内部に突出する凹溝がケーシング内を流れる高温（６００〜７００℃）の排ガスに晒されることとなり、その結果、凹溝内に止まる高温の空気によって凹溝内の補強梁が熱影響を受けて変形してしまう虞があるという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、省スペース化を図ったうえで、ケーシングの天井壁の補強梁に及ぶ熱による影響を少なく抑えることが可能である排熱回収ボイラを提供することを目的としている。

本発明の第１の態様は、排ガスを水平方向に流す箱型を成すケーシングと、前記ケーシング内に前記排ガスの流れを横切る方向に互いに間隔をもって並べて配置されて該排ガスから熱を回収する複数の伝熱管パネルと、前記ケーシングの天井壁に前記伝熱管パネルに沿う方向に配置されて該天井壁を補強する補強梁を備え、前記補強梁は、前記ケーシングの天井壁に前記伝熱管パネルに沿う方向で且つ該伝熱管パネルの上端部に隣接して形成された凹溝内に配置され、前記補強梁と前記凹溝との間、又は、前記補強梁には、該凹溝内で熱せられた空気を前記ケーシングの外部に逃がす排気部が設けられている構成としている。

また、本発明の第２の態様において、前記補強梁は、長尺ウェブ及び該長尺ウェブの両側縁に位置して互いに対向する一対のフランジを有する断面Ｉ型の補強梁であり、該補強梁の一方のフランジが前記凹溝の溝底上に位置すると共に他方のフランジが前記凹溝の両溝壁間に位置し、前記補強梁の前記他方のフランジと前記凹溝の前記溝壁との間に排気部としての排気用隙間が設けられている構成としている。

さらに、本発明の第３の態様において、前記補強梁は、前記凹溝に嵌合する断面口型の補強梁であり、該補強梁の互いに向き合う対向壁のうちの一方の対向壁が前記凹溝の溝底上に位置すると共に他方の対向壁が前記凹溝の両溝壁間に位置し、前記補強梁の前記他方の対向壁に排気部としての排気用配管が設けられている構成としている。

さらにまた、本発明の第４の態様において、前記補強梁は、前記凹溝に嵌合する断面口型の補強梁であり、該補強梁の互いに向き合う対向壁のうちの一方の対向壁が前記凹溝の溝底上に位置すると共に他方の対向壁が前記凹溝の両溝壁間に位置し、前記補強梁の前記他方の対向壁に排気部としての排気用スリットが設けられている構成としている。

さらにまた、本発明の第５の態様は、前記凹溝内の前記補強梁に、前記複数の伝熱管パネルの配列方向の移動を規制する固定機構を設けた構成としている。

本発明に係る排熱回収ボイラでは、ケーシングの天井壁に形成した凹溝内に補強梁を配置しているので、天井壁上に補強梁を配置する場合と比べて、全体の高さ寸法が減る分だけ（側壁に上下方向に配置される補強梁が短くなる分だけ）鋼材重量を減らし得ると共に、省スペース化が図られることとなる。

また、ケーシングの天井壁に形成した凹溝内に補強梁を配置すると、ケーシングの内部に突出する凹溝がケーシング内を流れる高温の排ガスに晒される分だけ、凹溝内の補強梁が熱影響を受けやすくなるが、凹溝内に止まろうとする高温の空気を補強梁と凹溝との間、又は、補強梁に設けた排気部を通して外部に逃がすようにしているので、補強梁が熱によって変形するのを回避し得ることとなる。

本発明に係る排熱回収ボイラでは、省スペース化を実現しつつ、ケーシングの天井壁の補強梁に及ぶ熱影響を少なく抑えることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の一実施例による排熱回収ボイラを概略的に示す断面説明図である。 図１の円内を拡大して示す部分拡大斜視説明図である。 本発明の他の実施例による排熱回収ボイラの図１円内に相当する部分における部分拡大斜視説明図である。 本発明のさらに他の実施例による排熱回収ボイラの図１円内に相当する部分における部分拡大斜視説明図である。 本発明のさらに他の実施例による排熱回収ボイラの図１円内に相当する部分における部分拡大断面説明図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本発明の一実施例による排熱回収ボイラを示している。
図１に示すように、この排熱回収ボイラ１は、ガスタービンから排出された排ガスをガス導入口ＩＮからガス排出口ＯＵＴにかけて水平方向に流す箱型のケーシング２を備えており、このケーシング２の内部におけるガス導入口ＩＮの下流側には、バーナ３及び排ガスから熱を回収する伝熱管群４が順次配置されている。

伝熱管群４は、ケーシング２内において排ガスの流れを横切る方向に互いに間隔をもって並べて配置された複数の伝熱管パネル４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄから構成されており、これらの伝熱管パネル４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、ケーシング２の天井壁２１上に配置した図示しない支持梁に吊り下げられた状態で支持されている。

ケーシング２は大型の構造物なので、強度を確保するべくその周囲が互いに端部で連結される天井壁補強梁５，図示しない側壁補強梁及び床補強梁６で囲まれており、ケーシング２は、側壁補強梁を基礎Ｅ上の柱７に乗せた状態で設置されている。

また、排熱回収ボイラ１は、ケーシング２の内部における熱回収効率を向上させると共に、外部との熱遮蔽を確実に行うために、ケーシング２の天井壁２１，床２２及び側壁２３には断熱材８及び内貼り９が施工されている。なお、天井壁２１，床２２及び側壁２３には、例えば圧延鋼板ＳＳ４００が用いられ、一方、内貼り９には、例えば、ステンレス鋼板が用いられる。

この場合、ケーシング２の天井壁２１には、幅方向（伝熱管パネル４ａ〜４ｄの各々に沿う方向）の凹溝２４が、伝熱管パネル４ａ〜４ｄの上端部に隣接するようにして形成されており、この凹溝２４内に、上記した天井壁補強梁５が配置されている。

この実施例において、図２に示すように、天井壁補強梁５は、長尺ウェブ５ａ及びこの長尺ウェブ５ａの両側縁に位置して互いに対向する一対のフランジ５ｂ，５ｃを有するＩ型鋼より成っており、天井壁補強梁５の一方のフランジ５ｂが凹溝２４の溝底２４ａ上に位置していると共に、他方のフランジ５ｃが凹溝２４の両溝壁２４ｂ，２４ｂ間に位置している。

そして、天井壁補強梁５の他方のフランジ５ｃと凹溝２４の両溝壁２４ｂ，２４ｂとの間に、排気部としての排気用隙間１０，１０をそれぞれ設けることで、ケーシング２内を流れる高温（６００〜７００℃）の排ガスに晒されて温度が上昇する凹溝２４内の空気を図２に矢印で示すようにして外部に排出するようにしている。

なお、天井壁補強梁５の他方のフランジ５ｃと凹溝２４の両溝壁２４ｂ，２４ｂとは、構造強度を維持するべく幅方向の複数箇所で互いに連結されている。

このような排熱回収ボイラ１では、凹溝２４内に天井壁補強梁５を配置しているので、天井壁２１上に天井壁補強梁５を配置する場合と比べて、全体の高さ寸法が減る分だけ（側壁補強梁が短くなる分だけ）鋼材重量を減らし得ると共に、省スペース化が図られることとなる。

また、凹溝２４内に天井壁補強梁５を配置することで、天井壁補強梁５がケーシング２内を流れる高温の排ガスに熱影響を受けやすくなるが、凹溝２４内に止まろうとする熱せられた空気を天井壁補強梁５の他方のフランジ５ｃと凹溝２４の両溝壁２４ｂ，２４ｂとの間の排気用隙間１０，１０から外部に逃がすようにしているので、天井壁補強梁５が熱によって変形するのを回避し得ることとなる。

さらに、この実施例による排熱回収ボイラ１では、天井壁補強梁５をＩ型鋼より成るものとしているので、天井壁補強梁５を凹溝２４内に配置した状態でのメンテナンス等の作業性が優れたものとなる。

図３は、本発明の他の実施例による排熱回収ボイラを示している。
図３に部分的に示すように、この実施例による排熱回収ボイラ１Ａが、先の実施例による排熱回収ボイラ１と相違するところは、天井壁補強梁５１を凹溝２４に嵌合する角鋼管（いわゆる口型鋼）より成るものとしたうえで、天井壁補強梁５１の互いに向き合う対向壁５１ａ，５１ｂのうちの一方の対向壁５１ａを凹溝２４の溝底２４ａ上に位置させると共に、他方の対向壁５１ｂを凹溝２４の両溝壁２４ｂ，２４ｂ間に位置させて、この他方の対向壁５１ｂに排気部としてのＵ字状の排気用配管１１を設けた点にある。

このような排熱回収ボイラ１Ａにおいても、凹溝２４内に天井壁補強梁５１を配置しているので、天井壁補強梁５１を天井壁２１上に配置する場合と比べて、全体の高さ寸法が減る分だけ（側壁補強梁が短くなる分だけ）鋼材重量を減らし得ると共に、省スペース化が図られることとなる。

また、凹溝２４内に天井壁補強梁５１を嵌合することで、天井壁補強梁５１がケーシング２内を流れる高温の排ガスに熱影響を受けやすくなるが、凹溝２４内の天井壁補強梁５１の内部空間に止まろうとする熱せられた空気を天井壁補強梁５１の他方の対向壁５１ｂに設けた排気用配管１１から、図３に矢印で示すようにして、外部に逃がすようにしているので、天井壁補強梁５１が熱によって変形するのを回避し得ることとなる。

さらに、この実施例による排熱回収ボイラ１Ａでは、天井壁補強梁５を口型鋼より成るものとしているので、高い構造強度を確保し得ることとなる。

図４は、本発明のさらに他の実施例による排熱回収ボイラを示している。
図４に部分的に示すように、この実施例による排熱回収ボイラ１Ｂが、先の実施例による排熱回収ボイラ１Ａと相違するところは、凹溝２４に嵌合する角鋼管より成る天井壁補強梁５１の他方の対向壁５１ｂに、排気部としての排気用スリット１２を設けた点にある。

このような排熱回収ボイラ１Ｂにおいても、鋼材重量を減らし得ると共に、省スペース化が図られることとなる。加えて、凹溝２４内の天井壁補強梁５１の内部空間に止まろうとする熱せられた空気を天井壁補強梁５１の他方の対向壁５１ｂに設けた排気用スリット１２から、図４に矢印で示すようにして、外部に逃がすようにしているので、天井壁補強梁５１が熱によって変形するのを回避し得ることとなる。

さらに、この実施例による排熱回収ボイラ１Ｂにおいても、高い構造強度を確保し得ることとなる。

図５は、本発明のさらに他の実施例による排熱回収ボイラを示している。
図５に部分的に示すように、この実施例による排熱回収ボイラ１Ｃが、先の実施例による排熱回収ボイラ１と相違するところは、凹溝２４内のＩ型鋼より成る天井壁補強梁５に、伝熱管パネル４ａ〜４ｄの配列方向の埋め込みナット（固定機構）３１を天井壁２１，断熱材８及び内貼り９を貫通して設け、埋め込みナット３１にねじ込んだボルト（固定機構）３２により、伝熱管群４をその配列方向に引張又は押圧固定するようにした点にある。

このような排熱回収ボイラ１Ｃでは、上記した効果が得られるのに加えて、地震発生時における伝熱管パネル４ａ〜４ｄ同士の接触を阻止し得ることとなる。

本発明に係る排熱回収ボイラの構成は、上記した実施例に限定されるものではない。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 排熱回収ボイラ
２ ケーシング
４ａ〜４ｄ 伝熱管パネル
５ 天井壁補強梁
５ａ 長尺ウェブ
５ｂ 一方のフランジ
５ｃ 他方のフランジ
１０ 排気用隙間（排気部）
１１ 排気用配管（排気部）
１２ 排気用スリット（排気部）
２１ ケーシングの天井壁
２４ 凹溝
２４ａ 凹溝の溝底
２４ｂ 凹溝の溝壁
３０ 固定機構
３１ 埋め込みナット（固定機構）
３２ ボルト（固定機構）

Claims (5)

1. 排ガスを水平方向に流す箱型を成すケーシングと、
   前記ケーシング内に前記排ガスの流れを横切る方向に互いに間隔をもって並べて配置されて該排ガスから熱を回収する複数の伝熱管パネルと、
   前記ケーシングの天井壁に前記伝熱管パネルに沿う方向に配置されて該天井壁を補強する補強梁を備え、
   前記補強梁は、前記ケーシングの天井壁に前記伝熱管パネルに沿う方向で且つ該伝熱管パネルの上端部に隣接して形成された凹溝内に配置され、
   前記補強梁と前記凹溝との間、又は、前記補強梁には、該凹溝内で熱せられた空気を前記ケーシングの外部に逃がす排気部が設けられている排熱回収ボイラ。
2. 前記補強梁は、長尺ウェブ及び該長尺ウェブの両側縁に位置して互いに対向する一対のフランジを有する断面Ｉ型の補強梁であり、該補強梁の一方のフランジが前記凹溝の溝底上に位置すると共に他方のフランジが前記凹溝の両溝壁間に位置し、前記補強梁の前記他方のフランジと前記凹溝の前記溝壁との間に排気部としての排気用隙間が設けられている請求項１に記載の排熱回収ボイラ。
3. 前記補強梁は、前記凹溝に嵌合する断面口型の補強梁であり、該補強梁の互いに向き合う対向壁のうちの一方の対向壁が前記凹溝の溝底上に位置すると共に他方の対向壁が前記凹溝の両溝壁間に位置し、前記補強梁の前記他方の対向壁に排気部としての排気用配管が設けられている請求項１に記載の排熱回収ボイラ。
4. 前記補強梁は、前記凹溝に嵌合する断面口型の補強梁であり、該補強梁の互いに向き合う対向壁のうちの一方の対向壁が前記凹溝の溝底上に位置すると共に他方の対向壁が前記凹溝の両溝壁間に位置し、前記補強梁の前記他方の対向壁に排気部としての排気用スリットが設けられている請求項１に記載の排熱回収ボイラ。
5. 前記凹溝内の前記補強梁に、前記複数の伝熱管パネルの配列方向の移動を規制する固定機構を設けた請求項１〜４のいずれか一つの項に記載の排熱回収ボイラ。

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