JP7126805B2 - 排熱回収ボイラ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の伝熱管を支持する構造を有する排熱回収ボイラ及びその製造方法に関するものである。

排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Heat Recovery Steam Generator）が知られている（特許文献１）。排熱回収ボイラは、多数の伝熱管を備えており、各伝熱管は、伝熱管の長手方向における所定位置に配置された多孔板によって支持されている。多孔板は、各伝熱管に対応する複数の孔を備えており、各孔に伝熱管を挿入することによって各伝熱管を定位置に支持する。

特開２００３－１２０９０１号公報

排熱回収ボイラの大型化に伴い伝熱管は長尺になり、多孔板間の距離（支持スパン）は、例えば３ｍ～４ｍといったように長くなっている。また各伝熱管は排ガス流れ方向に直交するように配置されるものが多く、排ガス流れによって伝熱管後流に生じたカルマン渦による伝熱管の自励振動が発生し、伝熱管が多孔板との間で摩耗が生じて損傷してしまうことが懸念される。

また、排ガス成分の一部が伝熱管に固着し、その付着物が排ガスの流路面積を狭め、排ガスの流速が増加する。排ガスの流速の増加により、伝熱管の加振力の増加とカルマン渦の発生増加で自励振動の発生がし易くなり、振動の振幅がさらに増加し、伝熱管の摩耗損傷を増加させるおそれがある。例えば、高炉ガスや油等の硫黄分を含む燃料を燃焼させた後の排ガス中には、硫黄酸化物（ＳＯｘ）が存在する。この場合には、排ガス中のＳＯ_２と脱硝用に注入したアンモニアが反応して硫酸水素アンモニウム等が発生し、濃度や排ガス温度等の条件により、伝熱管上に硫酸水素アンモニウム等が析出して付着物となり伝熱管に固着する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、伝熱管の自励振動を抑制することができる排熱回収ボイラ及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の排熱回収ボイラ及びその製造方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる排熱回収ボイラは、排ガスの流れに対して直交して配列された複数の伝熱管からなる伝熱管群と、各前記伝熱管が挿通される複数の孔が形成され、前記伝熱管群の長手方向に所定間隔を有して設けられた複数の多孔板と、前記多孔板の間に配置され、前記伝熱管の少なくとも一部に接触するように配置された支持板とを備えていることを特徴とする。

多孔板には各伝熱管が挿通される複数の孔が形成されており、各伝熱管を支持するようになっている。多孔板は、伝熱管群の長手方向に所定間隔を有して複数設けられている。多孔板の間には、伝熱管に接触するように配置された支持板が設けられている。このように、多孔板の間で伝熱管を支持する支持板を設けることとして、伝熱管が自由に振動できる支持間隔の長さを短くすることができる。多孔板間の間隔が小さくなることで伝熱管が排ガス流れによって自励振動を起こすおそれを低減することができる。
なお、支持板は、伝熱管に対して排熱回収ボイラの運転時に接触していれば良く、運転開始前の冷間状態では非接触とされていても良い。

さらに、本発明の排熱回収ボイラでは、前記伝熱管は、鉛直方向及び水平方向に千鳥状に配置され、前記支持板は、隣り合う前記伝熱管の間を鉛直方向に対して斜めに延在するように設けられていることを特徴とする。

隣り合う伝熱管の間を鉛直方向に対して斜めに延在するように支持板を設けることとしたので、複数の伝熱管に対し鉛直方向下方または上方から接触させて、１つの支持板あたり効率良く複数の伝熱管を支持することができるので、支持板の配設が容易になる。

さらに、本発明の排熱回収ボイラでは、前記支持板の両端部が固定される枠体を備えていることを特徴とする。

支持板を固定する構造としては、多孔板の間に設けるものなので、多孔板のように各伝熱管をそれぞれの孔に挿通させて各伝熱管を定位置に支持する機能までは必要はない。そこで、支持板の両端部を固定する枠体を多孔板で支持された複数の伝熱管の周囲を囲うように設けることで、支持板を簡便に保持する構成を実現することができる。

さらに、本発明の排熱回収ボイラでは、前記枠体は、水平部と鉛直部とを接続した矩形状とされ、前記水平部と前記鉛直部は、相対移動、回転可能に接続されていることを特徴とする。

枠体の水平部と鉛直部とを相対移動可能に接続することとしたので、伝熱管群が熱変形してもこれに枠体を追従させることができ、伝熱管を損傷させることがない。また水平部と鉛直部との温度差で熱膨張差が生じても相互を拘束しないので枠体が伝熱管を損傷させることがない。

さらに、本発明の排熱回収ボイラでは、前記伝熱管群の前記伝熱管の長手方向と直交する一側方と他側方に配置されて前記排ガスの流れの偏流を防止する偏流防止板を備え、前記枠体は、前記偏流防止板に固定されていることを特徴とする。

伝熱管群の側方に設置されている偏流防止板に対して枠体を固定することとしたので、簡便な構成で枠体を定位置に固定することができる。これにより、枠体及び支持板の伝熱管長手方向における移動が規制されるので、伝熱管の振動低減を更に効果的に発揮させることができる。
例えば、偏流防止板に切欠やスリットを設け、これに枠体の端部を挿入することによって固定する。

さらに、本発明の排熱回収ボイラでは、前記支持板は、前記伝熱管に対して鉛直方向下方から接触することを特徴とする。

自重により鉛直方向下方へ撓む伝熱管を支持板が下方から伝熱管と確実な接触を維持して好適に支持することができるので、伝熱管が排ガス流れによって自励振動を起こすおそれを低減することができる。

さらに、本発明の排熱回収ボイラでは、各前記多孔板の上端同士を接続するように水平方向に延在する支持ビームを備え、前記枠体は、前記支持ビームから吊り下げられて支持されていることを特徴とする。

各多孔板の上端同士を接続するとともに水平方向に延在する支持ビームに対して、吊り下げられるように枠体を固定することとした。このように偏流防止板を用いないで枠体を固定することができるので、偏流防止板に加わる荷重（枠体と支持板）を低減して、偏流防止板の補強要否の検討を省くことができる。

さらに、本発明の排熱回収ボイラでは、前記支持板の幅方向端部は、厚さ方向に丸みを有したＲ形状とされていることを特徴とする。

支持板の幅方向端部に厚さ方向に丸みを有したＲ形状及びデーパを設けることとしたので、支持板を伝熱管の間に挿入する際に伝熱管を傷付けることがない。

さらに、本発明の排熱回収ボイラでは、前記支持板には、厚さ方向に貫通する排ガスの流路のための複数の穴または切欠が形成されていることを特徴とする。

支持板に複数の穴または切欠を設けることで、排ガスの流路を確保することとした。これにより、支持板が排ガスの流れを阻害することを可及的に抑えることができ、排ガスが通過する際の流れ抵抗を低下して圧力失を低減することが出来る。

さらに、本発明の排熱回収ボイラでは、前記支持板は、交互に山部および谷部が長手方向に設けられた波形状とされていることを特徴とする。

支持板を波形状とすることで、伝熱管に対する支持板の変形の自由度を向上しながら接触する確率を上げることができる。

さらに、本発明の排熱回収ボイラでは、前記支持板は、幅方向における中央部が凸とされた形状とされていることを特徴とする。

支持板の幅方向における中央部を凸とする形状としたので、伝熱管に対する支持板の接触部分との距離を縮めて接触する確率を上げるとともに、凸部分で弾性力により伝熱管と密着して接触することができる。

さらに、本発明の排熱回収ボイラでは、前記支持板は、隣り合う前記多孔板の間の中央に配置されていることを特徴とする。

支持板を隣り合う多孔板間の中央に配置することで、最小限の数の支持板を用いて伝熱管が自由に振動できる支持間隔の長さを短くすることができ、伝熱管の自励振動を抑えることができる。
なお、支持板は、多孔板間の間に複数設置してもよい。この場合には、等間隔で支持板を設けることが好ましい。

さらに、本発明の参考例としての排熱回収ボイラでは、前記排ガスは、アンモニアによる脱硝が行われかつ硫黄酸化物を含むものとされ、前記支持板は、排ガス温度が１００℃～２５０℃の間の所定の温度範囲とされた領域にのみ設けられていることを特徴とする。

アンモニアによる脱硝が行われると、排ガスには脱硝未反応で回収できなかったアンモニアを含むことになり、排ガス中に含まれるＳＯｘ分と反応して、１００℃～２５０℃の間の所定温度域で硫酸水素アンモニウムが伝熱管上に付着するおそれがある。この領域に支持板を設けることで、付着した硫酸水素アンモニウムによって排ガス流路が狭くなって排ガスの流速が上昇したとしても、伝熱管の自励振動が助長されることを抑制できる。
なお、支持板は、排ガス温度が１００℃～２５０℃の間の所定温度とされた領域のみに設けても良い。

また、本発明の排熱回収ボイラの製造方法は、排ガスの流れに対して直交して配列された複数の伝熱管からなる伝熱管群を設置する工程と、各前記伝熱管が挿通される複数の孔が形成された複数の多孔板を、前記伝熱管群の長手方向に所定間隔を有して設置する工程と、前記多孔板の間に、前記伝熱管に接触するように支持板を設置する工程とを有していることを特徴とする。

多孔板間で伝熱管を支持する支持板を設けることとしたので、伝熱管が排ガス流れによって自励振動を起こすおそれを低減することができる。

本発明の一実施形態に係る排熱回収ボイラの概略構成を示した側面図である。 フィンチューブを示した斜視図である。 千鳥状に配置されたフィンチューブを示し、（ａ）は多孔板に対してフィンチューブが挿通された状態を示す正面図であり、（ｂ）はフィンチューブに付着した付着物を示した横断面図である。 多孔板の間に設けられた支持板を示した側面図である。 支持板の配列の具体的構成を示した正面図である。 枠体の接続構造を示した正面図である。 支持板の端部の形状を示した側面図である。 支持板の変形例を示し、（ａ）は複数の穴を形成した平面図であり、（ｂ）は複数の切欠を形成した平面図である。 枠体の固定構造を示した平面図である。 フィンチューブと支持板との接触状態を示し、（ａ）は運転前の状態を示した横断面図、（ｂ）は運転中の状態を示した断面図である。 多孔板に設けた支持ビームを示した斜視図である。 フィンチューブの上方から接触する支持板を示した断面図である。 支持板の第１変形例を示した斜視図である。 フィンチューブと図１３の支持板との接触を示した断面図である。 支持板の第２変形例を示した斜視図である。 フィンチューブと図１５の支持板との接触を示した断面図である。 支持ビームに吊下げられた枠体を示した斜視図である。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：heat recovery steam generator）１が示されている。排熱回収ボイラ１の排ガス流れの上流側には、図示しない燃焼器で燃焼された燃焼ガスが導かれる図示しないガスタービンと、排熱回収ボイラ内にガスタービンから排出された排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を処理する図示しない脱硝装置とが設けられている。脱硝装置は、アンモニアを用いて脱硝する方式が採用されている。

鉛直方向に排ガスが流通する熱交換容器２の内部に、複数のフィンチューブ（伝熱管）３が水平方向に設けられている。すなわち、フィンチューブ３は、排ガスの流れに対して直交して配置されている。各フィンチューブ３は、熱交換容器２の外部にてＵ字管４を介して接続されている。

図２に示すように、フィンチューブ３は、使用温度に合せてステンレス鋼や低合金鋼等で形成された円管５の外周面に多数のフィン６が軸方向に短い間隔を開けて直立するように固定された構造とされている。円管５の内部には、例えばボイラや蒸気タービンに供給される水や蒸気が流される。なお、本実施形態では、フィン６は、鍔状でその外周縁部に歯車状の凹凸が形成されたセレートフィンとなっているが、凹凸が無い円板状のものとしてもよく限定するものではない。またフィンがなく円管５のみのものでもよい。

熱交換容器２の底部と頂部には、それぞれ排ガス流入ダクト８と排ガス流出ダクト９とが設けられ、図示しないガスタービンで仕事を終えた高温の排ガスが排ガス流入ダクト８から流入して熱交換容器２の内部を鉛直方向下方から上方に通過し、排ガス流出ダクト９から流出する。そして、フィン６により排ガスとの伝熱面積を増大されたフィンチューブ３の周囲を高温の排ガスが流れることにより、円管５の内部を流れる流体（水や蒸気など）が排ガスと熱交換して加熱される。こうして排ガスの保有する熱量が効率良く回収されて有効に利用される。

フィンチューブ３の直線部の長手方向の長さは長尺化しており、長いものでは２０ｍ以上にも達するものがある。このため、内部を流れる流体も含めて重量のあるフィンチューブ３の中間部が下方に撓むおそれがある。そこで、フィンチューブ３の長手方向において所定間隔で設置された複数の多孔板１１によってフィンチューブ３の荷重が支持される。多孔板１１の間隔は、例えば２ｍ～５ｍとされる。多孔板１１は所定の厚みを備えた平板状の部材であり、各フィンチューブ３が挿通される多数の孔１２（図１参照）が形成されている。多孔板１１は、熱交換容器２の内部に配設された天井構造材１３等から吊具１４によって吊り下げられ、各構成部品の温度が上昇した際に、熱膨張差による各構成部品が相互干渉しないようにしている。

図３に示すように、各フィンチューブ３は、鉛直方向及び水平方向に千鳥状に密に配列された状態で、多孔板１１に対して定位置に支持されている。図３（ａ）において矢印で示したように、排ガスは多孔板１１の鉛直方向下方から上方に向かって流れる。
多孔板１１の間でフィンチューブ３を支持することで、隣り合う多孔板１１の間の支持間隔が、フィンチューブ３が自由に振動できる支持長さとなる。フィンチューブ３は、排ガス流れの流体力によって振動を発生するが、フィンチューブ３の支持長さと、フィンチューブ３周りの排ガスの流速が大きく影響する。また、図３（ｂ）に示すように、排ガスの性状により、排熱回収ボイラ１の運転でフィンチューブ３の外周には、付着物１６が生じるものがある。

付着物１６としては、典型的には、酸性硫酸水素アンモニウムが挙げられる。酸性硫酸水素アンモニウムは、アンモニアを用いる脱硝装置が排熱回収ボイラ１の上流側に設置され、かつ燃料が高炉ガス等や油類のように硫黄分を比較的多く含む燃料を用いた場合の燃焼排ガスに顕著に生成される。
硫酸水素アンモニウムは、脱硝触媒の還元剤として排ガス中に噴霧されるアンモニア（ＮＨ_３）のうち還元脱硝反応に使用されずに回収が出来なかったものと、排ガス中のＳＯｘとの化学反応（ＮＨ_３＋Ｈ_２ＳＯ_４）によって、硫酸水素アンモニウム（ＮＨ_４ＨＳＯ_４）が発生する。硫酸水素アンモニウムは排ガス中の濃度にもよるが、約１００℃～２５０℃から析出が始まる。この様に付着物１６が生成されると、フィンチューブ３間の排ガスの流路が狭くなり排ガスの流速が増大して、フィンチューブ３の加振力の増加とカルマン渦の発生増加で、フィンチューブ３の自励振動が発生し易くなる。フィンチューブ３の自励振動が発生すると振動の振幅を増大させるため、フィンチューブ３が多孔板１１の支持部分で摩耗損傷を増加させるおそれがある。多孔板１１の支持部分で摩耗損傷が発生した場合、各フィンチューブ３は、千鳥状に密に配列された状態であるため、多孔板１１の支持部分付近の摩耗損傷したフィンチューブ３を交換することは容易ではない。そこで、本実施形態では、図４に示すように、多孔板１１の間に支持板２０を設置する。

多孔板１１の間でフィンチューブ３を支持する支持板２０を設けることで、フィンチューブ３が自由に振動できる支持間隔の長さを短くすることができる。隣り合う多孔板１１の間の間隔が大きい場合でも、支持板２０を設けることで自励振動発生に影響するフィンチューブ３の支持間隔長さを短くできる。このためフィンチューブ３が排ガス流れによって自励振動を起こすおそれを低減することができる。
支持板２０は、図４の（ａ）に示すように、隣り合う多孔板１１の間の略中央付近に配置することが好ましい。ただし、図４の（ｂ）に示すように、多孔板１１の間に複数の支持板２０を設置しても良い。この場合には、一部のフィンチューブ３に自励振動が発生しないように支持板２０を略等間隔で設置することが好ましい。支持板２０の設置位置及び数は、フィンチューブ３の自励振動が発生する条件によって適宜調整される。

あるいは、図４の（ｃ）に示すように、支持板２０を、付着物１６（図３（ｂ）参照）が生じて、フィンチューブ３の周りの排ガス流速が増加しやすい領域に設けても良い。例えば、上述のように酸性硫酸水素アンモニウムが付着物１６として生じる場合には、排ガス温度が１５０℃～２５０℃のうち、排熱回収ボイラ１の運転条件で硫酸水素アンモニウムが析出されやすい所定範囲の温度とされた領域に設ける。この場合、支持板２０は、排ガス温度が１５０℃～２５０℃のうち、所定範囲の温度とされた領域のみに設けても良い。すなわち、支持板２０を多孔板１１で支持されたフィンチューブ３の鉛直上下方向の全体にわたって設ける必要は無い。または、排ガス温度が１５０℃～２５０℃のうち、所定範囲の温度とされた領域を含むように支持板２０を設けても良い。

図５には、支持板２０の配列の具体的構成が示されている。支持板２０は、所定の厚さｔ１を有する板状とされている。本実施形態では、例えば、支持板２０は、幅が１０ｍｍから５０ｍｍ、厚さ（ｔ１）が３ｍｍから９ｍｍである。すなわち、支持板２０は、幅広面が排ガス流れに対向するように配置されている。
支持板２０の材質としては、ガス性状により異なるが、例えば排ガス温度で選定することが出来る。一例として、排ガス温度が３５０℃～４００℃以下の場合には炭素鋼が用いられ、３５０℃～４００℃以上でかつ５５０℃～６００℃以下の場合には１Ｃｒから２Ｃｒ含有低合金鋼が用いられ、５５０℃～６００℃以上の温度の場合にはＳＵＳが用いられる。

支持板２０の両端は、枠体２２に対して溶接によって固定されている。枠体２２は、長尺の板状体とされており、水平方向に延びる水平部２２ａと、鉛直方向に延びる鉛直部２２ｂとを備えており、矩形状の形成されている。水平部２２ａの左右両端に対して鉛直部２２ｂの上下端がそれぞれ固定されている。
枠体２２の材質は、上述した支持板２０と同様のものが用いられる。枠体２２は多数の支持板２０を保持するために支持板２０より板厚が厚く剛強な構造としている。

図６には、水平部２２ａと鉛直部２２ｂとを固定する具体例が示されている。同図に示すように、接続プレート２４にピン２５の軸径よりも大きめの穴を設け、これを介してピン２５によって水平部２２ａと鉛直部２２ｂとが支持されている。すなわち、水平部２２ａと鉛直部２２ｂとは、接続プレート２４の大きめの穴によりピン２５の位置と相対移動と回転が可能なように接続されている（同図中の矢印参照）。これにより、フィンチューブ３が熱変形してもこれに枠体２２を追従させることができ、フィンチューブ３を枠体２２で損傷させることがない。また、水平部２２ａと鉛直部２２ｂとの温度差で熱膨張差が生じても相互を強く拘束していないので枠体２２が捩れ変形したりして、フィンチューブ３を損傷させることがない。

図５に示されているように、支持板２０は、千鳥状に配置されたフィンチューブ３の間を鉛直方向に対して斜めに傾斜して延在するように互いに平行に複数設けられている。具体的には、同図の紙面において枠体２２の手前側に位置する各支持板２０は、右斜め上方に延在するように設けられており、同図の紙面において枠体２２の背面側に位置する各支持板２０は、左斜め上方に延在するように配置されている。このように、フィンチューブ３間の各隙間に支持板２０を交差するように配置することで、支持板２０は、複数のフィンチューブ３に対して接触支持させることが可能となる。１つの支持板２０あたり効率良く複数のフィンチューブ３を接触支持することができるので、支持板２０の配設が容易になる。

支持板２０は、図７に示されているように、厚さ方向にテーパ状に先細りとなった上で先端部に丸みを有したＲ形状とされている。これにより、製造時に支持板２０をフィンチューブ３の間に挿入する際にフィンチューブ３を傷付けることがない。また、排ガスが通過する際に、支持板２０の幅広面が排ガス流れに対向するので、支持板２０の幅方向両端部分にある長手方向に延びる各辺は、排ガス流れと直交して渦を発生させるなど流体エネルギの損失を招き易い領域になる。

支持板２０には、図８（ａ）に示すように、厚さ方向に貫通する複数の穴２０ａを形成しても良い。穴２０ａの形状は、円形であっても楕円や長円あるいは多角形であっても良い。これにより、排ガスが支持板２０を通過できる流路を確保することで、支持板２０が排ガス流れを阻害することを可及的に抑えることができる。このため、排ガスが通過する際の流れ抵抗を低下して、排ガスの圧力損失を低減することが出来る。

また、図８（ｂ）に示すように、同様の目的で支持板２０の側部に複数の切欠２０ｂを設けても良い。切欠２０ｂの形状も、同図に示すように半円形状としても良いし、楕円や長円あるいは多角形の一部分の形状を用いてもよい。排ガスが支持板２０を通過できる流路を確保することにより、排ガスが通過する際の流れ抵抗を低下して、排ガスの圧力損失を低減することが出来る。
なお、支持板２０の幅が排ガス流れに大きな影響を与えない場合には、穴２０ａや切欠２０ｂを設けなくてもよい。

図９には、枠体２２の固定構造が示されている。同図は、排ガスの流れの下流側から鉛直下方を見込んだ状態を示していて、熱交換容器２の一側方を紙面左側に示していて熱交換容器２の他側方は省略している。フィンチューブ３の一側方には、排ガス流れの偏流を防止する偏流防止板２８が設けられている。同様に、フィンチューブ３の他側方にも、図示しない偏流防止板２８が設けられている。偏流防止板２８は、鉛直方向に沿って設けられている。偏流防止板２８によって、排ガスが複数のフィンチューブ３が並んで配設され流れ抵抗が大きくなっている領域を避けて、フィンチューブ３の無い領域を流れることを抑制しいている。
同図に示したように、偏流防止板２８に対して枠体２２を固定してもよい。具体的には、偏流防止板２８に切欠やスリットを設け、枠体２２の端部を挿入することによって固定する。これにより、枠体２２の鉛直方向の位置支持に留まらず、ひいては支持板２０のフィンチューブ３の長手方向における移動が規制されることで、フィンチューブ３が自由に振動できる支持間隔の長さが変動しないので、フィンチューブ３の振動低減を更に効果的に発揮させることができる。

図１０には、フィンチューブ３と支持板２０との接触状態が示されている。フィンチューブ３は多孔板１１により密に配置され、もともとフィンチューブ３どうしの間隔は狭く、フィンチューブ３と支持板２０との間隔は、接触／非接触に係わらず狭い状況にある。このため、図１０（ａ）に示すように、運転前の冷間状態では、フィンチューブ３内に流体（水や蒸気）が供給されていないので自重によるたわみ量が少ないため、フィンチューブ３と支持板２０とが接触していない状態でもよい。一方、排熱回収ボイラ１の運転時には、図１０（ｂ）に示すように、フィンチューブ３内に流体（水や蒸気）が供給されてフィンチューブ３の重量が増すのでたわみ量が大きくなり、フィンチューブ３の下側の２点が支持板２０に接触することになる。なお、同図に示したように、運転前にはフィンチューブ３と支持板２０とが接触していなくても構わないが、運転中には必ずフィンチューブ３と支持板２０とが接触するように相対位置が決定されている。もちろん、運転前にフィンチューブ３と支持板２０とが接触していても良い。

本実施形態による排熱回収ボイラは、以下のように製造される。
先ず、排熱回収ボイラ１の鉛直方向に排ガスが流通する熱交換容器２の内部に、排ガスの流れに対して直交して配列された複数のフィンチューブ３は次の工程で組み立てられる。
そして、複数の各フィンチューブ３を長手方向に所定間隔を有して複数の多孔板１１に挿通し、排ガスの流れに対して直交して配置する。各多孔板１１は、複数のフィンチューブ３の長手方向に所定間隔で設置する。各フィンチューブ３は、熱交換容器２の外部にてＵ字管４を介して接続する。
排熱回収ボイラ１の長時間の運転などで、フィンチューブ３の外周には、硫酸水素アンモニウムなどの付着物１６が生じて、排ガス流路が狭くなって排ガスの流速が上昇してフィンチューブ３に自励振動が発生し、フィンチューブ３が多孔板１１の支持部分で摩耗損傷を増加させるおそれがある場合は、多孔板１１の間にフィンチューブ３に接触するように支持板２０を設置する。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
多孔板１１間でフィンチューブ３に接触する支持板２０を設けることとしたので、多孔板１１の間隔が大きい場合であってもフィンチューブ３が自由に振動できる支持間隔の長さを短くできる。このため、フィンチューブ３が排ガス流れによって自励振動を起こすおそれを低減することができる。

また、隣り合うフィンチューブ３の間を鉛直方向に対して斜めに延在するように支持板２０を設けることとしたので、各支持板２０は複数のフィンチューブ３に対し上方から接触させて、効率良く複数のフィンチューブ３を支持することができる。

支持板２０を固定する構造としては、多孔板１１の間に設けるものなので、多孔板１１のように各フィンチューブ３をそれぞれの孔に挿通させて各フィンチューブ３を定位置に支持する構造までは必要ない。そこで、支持板２０の両端部を固定する枠体２２を設けることで、支持板２０を簡便に保持する構成を実現することができる。

なお、上記実施形態では、図９に示したように偏流防止板２８を用いて枠体２２を固定することとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図１１に示すように、多孔板１１の上端同士を接続するように水平方向に延在する支持ビーム３０を設ける。そして、図１７に示すように、枠体吊具１５を用いて支持ビーム３０から吊り下げるようにして枠体２２を固定しても良い。この場合には、支持板２０も枠体２２とともに吊り下げられるので、図１２に示すように、支持板２０は、フィンチューブ３に対して下方から接触する。また、このような構成により、偏流防止板２８を用いないで枠体２２を固定することができるので、偏流防止板２８に加わる荷重（枠体２２と支持板２０）を低減して、偏流防止板２８の補強要否の検討を省くことができる。

また、上記実施形態では、支持板２０を平板状の形状として説明したが、図１３に示すような形状としても良い。具体的には、同図に示されているように、支持板２０’は、長手方向に交互に山部および谷部が設けられた波形状とされている。波形状とされた支持板２０’は、板材をプレス成形することによって得ることができる。これにより、図１４に示すように、フィンチューブ３の間に挿入する際の長手方向の剛性を維持しながら、フィンチューブ３に対する支持板２０’の幅方向の変形の自由度を向上して、フィンチューブ３に対する距離を縮めて支持板２０’が接触する確率を上げることができる。

あるいは、図１５に示すように、幅方向における中央部が凸とされた形状とした支持板２０”としても良い。支持板２０”は、例えば湾曲した２枚の板材の幅方向における両端を溶接等によって接続することで得ることができる。これにより、図１６に示すように、フィンチューブ３に対する支持板２０”の接触部分との距離を縮めて接触する確率を上げるとともに、中央部の凸部分で弾性力によりフィンチューブ３と確実に密着して接触することができる。

また、上記実施形態では、図１に示したように排ガス流れが鉛直方向下方から上方に流れる縦型とされた排熱回収ボイラとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、排ガスが水平方向に流れる横型であっても、フィンチューブが自由に振動できる支持間隔の長さを短くして自励振動を抑制する手法として適用可能である。

１ 排熱回収ボイラ
２ 熱交換容器
３ フィンチューブ（伝熱管）
４ Ｕ字管
５ 円管
６ フィン
１１ 多孔板
１２ 孔
１３ 天井構造材
１４ 吊具
１５ 枠体吊具
１６ 付着物
２０，２０’，２０” 支持板
２０ａ 穴
２０ｂ 切欠
２２ 枠体
２２ａ 水平部
２２ｂ 鉛直部
２４ 接続プレート
２５ ピン
２８ 偏流防止板
３０ 支持ビーム

Claims (11)

1. 排ガスの流れに対して直交して配列された複数の伝熱管からなる伝熱管群と、
   各前記伝熱管が挿通される複数の孔が形成され、前記伝熱管群の長手方向に所定間隔を有して設けられた複数の多孔板と、
   前記多孔板の間に配置され、前記伝熱管の少なくとも一部に接触するように配置された支持板と、
   前記支持板の両端部が固定される枠体と、
   を備え、
   前記枠体は、水平部と鉛直部とを接続した矩形状とされ、
   前記水平部と前記鉛直部は、相対移動可能に接続されていることを特徴とする排熱回収ボイラ。
2. 排ガスの流れに対して直交して配列された複数の伝熱管からなる伝熱管群と、
   各前記伝熱管が挿通される複数の孔が形成され、前記伝熱管群の長手方向に所定間隔を有して設けられた複数の多孔板と、
   前記多孔板の間に配置され、前記伝熱管の少なくとも一部に接触するように配置された支持板と、
   前記支持板の両端部が固定される枠体と、
   を備え、
   前記伝熱管群の前記伝熱管の長手方向と直交する一側方と他側方に配置されて前記排ガスの流れの偏流を防止する偏流防止板を備え、
   前記枠体は、前記偏流防止板に固定されていることを特徴とする排熱回収ボイラ。
3. 前記支持板は、前記伝熱管に対して鉛直方向下方から接触することを特徴とする請求項２に記載の排熱回収ボイラ。
4. 排ガスの流れに対して直交して配列された複数の伝熱管からなる伝熱管群と、
   各前記伝熱管が挿通される複数の孔が形成され、前記伝熱管群の長手方向に所定間隔を有して設けられた複数の多孔板と、
   前記多孔板の間に配置され、前記伝熱管の少なくとも一部に接触するように配置された支持板と、
   前記支持板の両端部が固定される枠体と、
   を備え、
   各前記多孔板の上端同士を接続するように水平方向に延在する支持ビームを備え、
   前記枠体は、前記支持ビームから吊り下げられて支持されていることを特徴とする排熱回収ボイラ。
5. 排ガスの流れに対して直交して配列された複数の伝熱管からなる伝熱管群と、
   各前記伝熱管が挿通される複数の孔が形成され、前記伝熱管群の長手方向に所定間隔を有して設けられた複数の多孔板と、
   前記多孔板の間に配置され、前記伝熱管の少なくとも一部に接触するように配置された支持板と、
   を備え、
   前記支持板の幅方向端部は、厚さ方向に丸みを有したＲ形状とされていることを特徴とする排熱回収ボイラ。
6. 排ガスの流れに対して直交して配列された複数の伝熱管からなる伝熱管群と、
   各前記伝熱管が挿通される複数の孔が形成され、前記伝熱管群の長手方向に所定間隔を有して設けられた複数の多孔板と、
   前記多孔板の間に配置され、前記伝熱管の少なくとも一部に接触するように配置された支持板と、
   を備え、
   前記支持板には、厚さ方向に貫通する排ガスの流路のための複数の穴または切欠が形成されていることを特徴とする排熱回収ボイラ。
7. 前記伝熱管は、鉛直方向及び水平方向に千鳥状に配置され、
   前記支持板は、隣り合う前記伝熱管の間を鉛直方向に対して斜めに延在するように設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の排熱回収ボイラ。
8. 前記支持板は、交互に山部および谷部が長手方向に設けられた波形状とされていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の排熱回収ボイラ。
9. 前記支持板は、幅方向における中央部が凸とされた形状とされていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の排熱回収ボイラ。
10. 前記支持板は、隣り合う前記多孔板の間の中央に配置されていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の排熱回収ボイラ。
11. 排ガスの流れに対して直交して配列された複数の伝熱管からなる伝熱管群を設置する工程と、
    各前記伝熱管が挿通される複数の孔が形成された複数の多孔板を、前記伝熱管群の長手方向に所定間隔を有して設置する工程と、
    前記多孔板の間に、前記伝熱管に接触するように支持板を設置する工程と、
    前記支持板の両端部に枠体を固定する工程と、
    を備え、
    前記枠体は、水平部と鉛直部とを接続した矩形状とされ、
    前記水平部と前記鉛直部は、相対移動可能に接続されていることを特徴とする排熱回収ボイラの製造方法。

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