JPH05296405A - 伝熱管支持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】煙道もしくはダクト内に伝熱管群を配設したボ
イラ装置において，伝熱管群の水平方向の荷重を支持す
る水平内部フレームのサイズを小さくして伝熱管群の伝
熱面の阻害度合を低減して熱効率の向上をはかると共
に，ボイラの全長を短くして設備費の低減をはかる。 【構成】伝熱管群を囲んで排ガスの前流側と後流側に，
両端をダクト側壁に固定してほぼ水平に配設した一対の
水平内部フレームを設け，伝熱管群の管列により形成さ
れる間隙部を貫通させて，一対の水平内部フレーム間を
連結する連結プレートを設けた伝熱管支持装置とする。 【効果】水平内部フレーム１本当りに作用する水平方向
の荷重を小さくすることができるので，水平内部フレー
ムのサイズが小さくなりボイラの熱効率を向上させると
共に，ボイラ全長が短くなり設備費の低減がはかられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は排熱回収ボイラ等のボイ
ラ装置に係り，特にボイラに設けられる伝熱管群の水平
方向の荷重を支持するのに好適なフレーム構造を有する
ボイラなどの伝熱管支持装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エネルギの高効率化利用の一環として，
最近複合発電プラントが注目されている。この複合発電
プラントは，まずガスタービンによる発電を行うと共
に，ガスタービンから排出された排ガス中の熱を廃熱回
収ボイラにおいて回収し，同ボイラで発生した蒸気によ
り蒸気タービンを作動させて発電するものである。この
複合発電プラントは，発電効率の面に加えてガスタービ
ンの特性である負荷応答性が高く，急激な電力需要の上
昇にも十分に対応し得るという利点がある。図７は，タ
ービンからの排ガスの熱を回収する廃熱回収ボイラの構
成を示す。図において，ガスタービンの排ガスＧは過熱
器15，高圧蒸発器16を経て脱硝装置17に至り，排ガス中
の窒素酸化物（ＮＯx）を除去する。続いて，排ガスは
高圧蒸発器18，高圧節炭器21，低圧蒸発器22，低圧節炭
器25を経て排出される。この間に発生した高圧蒸気Ｓ₁
および低圧蒸気Ｓ₂は，蒸気タービンの動力源，工場内
熱源として利用される。図７に示す19および23は，それ
ぞれ高圧ドラムおよび低圧ドラムで，20および24はそれ
ぞれ高圧降水管および低圧降水管を示す。以上の構成の
廃熱回収ボイラは，ガスタービンの排ガスＧを通過させ
るダクト６内に配置される。ガスタービンの排ガスＧの
熱を回収する過熱器15から低圧節炭器25までの各機器
は，効率よく熱回収させるために図８，図９に示すごと
く，フィン付伝熱管１が用いられ，しかも千鳥状に配置
されている。図８は，図７のＤ部拡大図で，図９は，図
８のＥ−Ｅ矢視図を示す。このフィン付伝熱管１と下部
管寄せ４は，上部管寄せ２とサポート３を介して，ダク
ト６により支持され，いわゆる吊下げ形構造となってい
る。フィン付伝熱管１は，ガスタービンの排ガスＧの流
体力や，フィン付伝熱管１の後流に発生するカルマン渦
等によって，フィン付伝熱管１が激しく振動して破損す
ることがよく知られている。これに対処するために，図
８に示すように，水平方向に支持板７を複数箇所に設け
て，フィン付伝熱管１の支持スパンＬを短くし，固有振
動数を高めて防振効果をもたらす構造にしている。そし
て，地震力等の水平方向にかかる荷重に対しては，下部
管寄せ４を振れ止め５を介してダクト６に取付け，荷重
がダクト６に伝達される構造としている。下部管寄せ４
の振れ止め５は，フィン付伝熱管１が吊下げ構造のため
に熱膨張を拘束しないように，下部管寄せ４に固着され
たラグ14を挟み込んだスライド構造としている。

【０００３】さらに，ガスタービンの大容量化に対応し
て，排熱回収ボイラも大型化して，ダクト６の断面の幅
および高さは，いずれも１０ｍ以上と大型のものにな
り，それに応じて内部に設けられているフィン付伝熱管
１も大型で長尺となる。そして，上，下管寄せ２，４
と，フィン付伝熱管１はボイラ左右方向には多数の本数
と接続されるため剛性も大きくなるが，ボイラ前後方向
には２〜３本の伝熱管としか接続されないので剛性は小
さい。そのため，図８に示すように上，下管寄せ２，４
の間に，水平力を支持するための両端をダクト６に固定
した水平内部フレーム９，10を伝熱管群の前後に配設し
ている。図10は図８のＦ−Ｆ矢視図を示すもので，水平
内部フレーム９，10を配置した平面図であり，ボイラ後
方向（排ガス流れ方向）に働く水平荷重に対して水平内
部フレーム10で支持してダクト６の側面に荷重を伝達す
る。一方，ボイラ前方向（排ガス流れと逆方向）に働く
水平荷重に対しては，水平内部フレーム９で支持して，
上記同様にダクト６の側面に荷重を伝達させる構造とし
ている。つまり，ある水平方向の荷重に対して，フィン
付伝熱管１前後の水平内部フレーム９，10のうちのいず
れか１つの水平内部フレームで支持する構造にしてい
る。このような水平内部フレーム９，10の構造では，上
述のごとくガスタービンの大容量化に伴って，ダクト６
の幅も大きいことから，水平内部フレーム９，10の支持
スパンＷが大きくなる。したがって，曲げ強度を確保す
るため水平内部フレーム９，10は大型となり，フィン付
伝熱管１の伝熱面を阻害するという欠点がある。さら
に，伝熱管群と伝熱管群との間に水平内部フレーム９，
10を設けるスペースが必要となることから，排熱回収ボ
イラ全体の長さが長くなり，ボイラ設備のコスト増加を
招く欠点があった。特に，水平内部フレーム９，10は，
高温の排ガス中に設置されるため機械的強度が低下する
ので，水平内部フレーム９，10の幅は５００〜１０００
ｍｍ程度の大型となり，これがボイラの長さを決定する
因子となっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したごとく，従来
の排ガスが水平方向に流れる煙道（ダクト）内に，伝熱
管群を縦方向に配設した排熱回収ボイラ等において，伝
熱管群の水平方向の荷重を支持する水平内部フレームの
構造についての配慮がなく，設定の強度を保持するため
に断面強度の大きい大型の水平内部フレームが必要とな
り，ボイラ全長が長くなって設備コストが増大すると共
に，伝熱管の伝熱面を阻害する関係上ボイラの熱交換効
率が低下するという問題があった。

【０００５】本発明の目的は，上記従来技術における問
題点を解消し，煙道またはダクト内に伝熱管群を縦方向
に配設し，伝熱管群の水平方向の荷重を支持する水平内
部フレームを設けた構造の排熱回収ボイラ等のボイラ装
置において，伝熱管群の水平方向の荷重を支持する水平
内部フレームが小型で，かつ強度の大きい構造の水平内
部フレームとなし，かつ伝熱管群の伝熱面の阻害度合を
低減すると共に，ボイラ全長を短くして設備費の低減を
はかることができるボイラ等の伝熱管支持装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために，廃熱回収ボイラ等の排ガスの煙道（ダク
ト）内に伝熱管群を縦方向に設置し，かつ伝熱管群の水
平方向の荷重を支持する水平内部フレームを設けた構造
の伝熱管支持装置において，上記伝熱管群の排ガス前流
側に設置した水平内部フレームと，伝熱管群の排ガス後
流側に設置した水平内部フレームとの間を，伝熱管群の
管列により形成される間隙部を貫通して，少なくとも１
本の連結プレートで連結する構造とするものである。本
発明は，排ガスが流れるダクト（または煙道）内に伝熱
管群を配設した構造のボイラ装置において，上記伝熱管
群を囲んで排ガスの前流側と後流側とに，両端をダクト
側壁の中間部位に固定してほぼ水平に配設した，伝熱管
群の水平方向の荷重を支持する少なくとも一対の水平内
部フレームを設け，上記伝熱管群を構成する複数の伝熱
管の管列により形成される間隙部を貫通して，上記一対
の水平内部フレーム間を連結する少なくとも１本の連結
プレートを設けた伝熱管支持装置である。本発明の伝熱
管支持装置において，連結プレートを，一対の水平内部
フレームの中央部に，伝熱管群の伝熱管の管列により形
成される間隙部を貫通して設けてもよく，また一対の水
平内部フレーム間を，伝熱管群の伝熱管の管列により形
成される斜め方向の間隙部を貫通して少なくとも２本以
上の連結プレートを設けた構造としてもよい。

【０００７】

【作用】地震等の水平荷重が，ボイラの後方向に作用す
ると，排ガス後流側に設置された水平内部フレームで支
持すると同時に，連結プレートを介して排ガス前流側に
設置されている水平内部フレームにも水平荷重が伝達さ
れる。したがって，水平内部フレームにのみ荷重が集中
するということがないので，水平内部フレームのサイズ
を小型にすることができるのでボイラ全長を短くするこ
とが可能となり，また伝熱管群の伝熱面の阻害度合を低
減することができるのでボイラの熱効率が向上する。

【０００８】

【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ，図面を用いて
さらに詳細に説明する。 ＜実施例１＞図１は，本発明の伝熱管支持装置の構成の
一例を示すもので，廃熱回収ボイラの水平ダクト６内に
縦方向に配設された伝熱管群の水平断面図を示すもので
ある。図において，フィン付伝熱管１からなる伝熱管群
に対して，排ガスＧの前流側に，水平内部フレーム９と
後流側に水平内部フレーム10を設置し，水平内部フレー
ム９，10の両端はダクト６の側壁部で支持されている。
そして，フィン付伝熱管１は，ボイラの水平ダクト６の
中央部でダクト６の幅方向の伝熱管の配列を多少広くし
て間隙部を形成し，この間隙部を貫通して水平内部フレ
ーム９，10の間を少なくとも１本の連結プレート11で連
結し固定する構造とするものである。なお，図２は図１
のＡ−Ａ矢視図である。今，地震等の水平方向の力が，
ボイラのダクト６の後方向（排ガスの流れ方向）に作用
すると，排ガス後流側に設置した水平内部フレーム10に
分布荷重的に力が作用して，水平内部フレーム10の両端
のダクト６の側壁の支持部に荷重が伝達されると共に，
ダクト６の中央部の連結プレート11を介して，排ガス前
流側に設置している水平内部フレーム９へも伝達された
後，両端のダクト６の支持部に荷重が伝達される。次
に，水平方向の力がボイラのダクト６の前方向（排ガス
流れと逆方向）に作用すると，上記と同様に排ガス前流
側に設置されている水平内部フレーム９に作用し，連結
プレート11を介して排ガス後流側の水平内部フレーム10
に荷重が伝達され，水平内部フレーム両端のダクト６の
支持部へと荷重が伝達される。以上のごとく，本発明の
効果は，１つの水平方向の荷重に対して伝熱管群の排ガ
ス前流側と後流側に設けられている２本の水平内部フレ
ーム９，10で荷重を支持することになる。したがって，
水平内部フレーム９，10の１本に作用する荷重が半減す
るので，水平内部フレーム９，10のサイズを小さくする
ことができ，フィン付伝熱管１の伝熱面の阻害を低減さ
せることができる。ひいては，ボイラのダクト６全体の
長さを短くしコンパクトにできる優れた効果が生じる。
また，本構造の伝熱管支持装置では，連結プレート11に
は，水平荷重の方向のいかにかかわらず，常に引張力が
作用することになるので，連結プレート部材のサイズが
小さくて済む効果もある。なお，本実施例に示した伝熱
管支持装置は，連結プレート11を１箇所にのみ設けた例
であるが，２箇所以上の複数箇所に連結した構造にして
もよい。また，本実施例では，ボイラのダクト６に設け
られたフィン付伝熱管１は，吊り下げ構造に設置された
場合について示したものであるが，他のボトム支持構造
などの場合についても本発明の伝熱管支持装置が適用で
きることは言うまでもない。

【０００９】＜実施２＞図３は，本発明の伝熱管支持装
置の他の構成の一例を示すもので，ボイラのダクト６内
に配設された伝熱管群の水平断面図で，図４は，図３の
Ｂ−Ｂ矢視図である。図において，千鳥配列されたフィ
ン付伝熱管１の斜め方向には間隙部δがあって，この間
隙部δに連結プレート11を挿入して，伝熱管群の排ガス
前流側と後流側に配設されている水平内部フレーム９，
10の間を連結し固定するものである。このような構造に
すると，水平方向の荷重の支持および荷重の伝達模様は
実施例１の場合とほぼ同様であるが，フィン付伝熱管１
の配列を変えることなく連結プレート11を容易に挿入し
設置できる利点がある。

【００１０】＜実施３＞図５は，本発明の伝熱管支持装
置の他の構成の一例を示すもので，ボイラのダクト６内
に配設された伝熱管群の水平断面図であり，図６は，図
５のＣ−Ｃ矢視図である。図において，ボイラのダクト
６の上下方向に配設した縦内部フレーム12，13と，水平
内部フレーム９，10とで構成されており，連結プレート
11は縦内部フレーム12，13間を連結している。本実施例
は，排熱回収ボイラのダクト幅が大きい場合に，伝熱管
群の支持スパンＷが大きくなるため，ダクト６の内部に
縦内部フレーム12，13を設置し支持スパンＷを分割し小
さくした場合の一例である。本実施例による効果は，縦
内部フレーム12，13のサイズを小さくすることができる
ところにあって，その他は，実施例１および２とほぼ同
様の効果を有するものである。

【００１１】

【発明の効果】以上詳細に説明したごとく，本発明の伝
熱管支持装置によれば，廃熱回収ボイラ等のダクト内に
設置された伝熱管群に作用する水平方向の荷重を，伝熱
管群の排ガス前流側および後流側に配設した水平内部フ
レームで同時に支持することができるの，で水平内部フ
レーム１本当りに作用する支持荷重を小さくすることが
でき，水平内部フレームのサイズが小型となって，伝熱
管群の伝熱面に及ぼす阻害度合を低減してボイラの熱効
率の向上をはかることができると共に，ボイラの全長を
短くすることが可能となりボイラの設備費を低減するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１で例示した伝熱管支持装置の
構成を示す水平断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視図。

【図３】本発明の実施例２で例示した伝熱管支持装置の
構成を示す水平断面図。

【図４】図３のＢ−Ｂ矢視図。

【図５】本発明の実施例３で例示した伝熱管支持装置の
構成を示す水平断面図。

【図６】図５のＣ−Ｃ矢視図。

【図７】従来の排熱回収ボイラの構成を示す模式図。

【図８】図７のＤ部拡大図。

【図９】図８のＥ−Ｅ矢視図。

【図１０】図８のＦ−Ｆ矢視図。

【符号の説明】

１…フィン付伝熱管 ２…上部管寄せ ３…サポート ４…下部管寄せ ５…振れ止め ６…ダクト ７…支持板 ８…フィン ９…水平内部フレーム １０…水平内部フレーム １１…連結プレート １２…縦内部フレーム １３…縦内部フレーム １４…ラグ １５…過熱器 １６…高圧蒸発器 １７…脱硝装置 １８…高圧蒸発器 １９…高圧ドラム ２０…高圧降水管 ２１…高圧節炭器 ２２…低圧蒸発器 ２３…低圧ドラム ２４…低圧降水管 ２５…低圧節炭器 Ｇ…排ガス Ｓ₁…高圧蒸気 Ｓ₂…低圧蒸気 Ｗ…水平内部フレームの支持スパン Ｌ…伝熱管の支持スパン δ…間隙部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排ガスが流れる煙道もしくはダクト内に伝
   熱管群を配設した構造のボイラ装置において，上記伝熱
   管群を囲んで排ガスの前流側と後流側とに，両端をダク
   ト側壁部に固定してほぼ水平に配設した，伝熱管群の水
   平方向の荷重を支持する少なくとも一対の水平内部フレ
   ームを設け，上記伝熱管群を構成する複数の伝熱管の管
   列により形成される間隙部を貫通して，上記一対の水平
   内部フレーム間を連結する少なくとも１本の連結プレー
   トを設けたことを特徴とする伝熱管支持装置。
2. 【請求項２】請求項１において，一対の水平内部フレー
   ムのほぼ中央部に，伝熱管群の管列により形成される間
   隙部を貫通して連結プレートを設けたことを特徴とする
   伝熱管支持装置。
3. 【請求項３】請求項１において，一対の水平内部フレー
   ム間を，伝熱管群の管列によって形成される斜め方向の
   間隙部を貫通して少なくとも２本以上の連結プレートを
   設けたことを特徴とする伝熱管支持装置。