JPH0826963B2 - 排熱回収ボイラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は排熱回収ボイラに係り、特に給水との熱交換
に供される管外流体のショートパスを防止するのに好適
な排熱回収ボイラに関する。

（従来の技術） 排熱回収ボイラは内然機関、ガスタービン等の高温の
排ガスを熱源用流体として受け入れ、伝熱管内を流れる
低温の媒体、すなわち給水との間で熱交換せしめて熱回
収を図る大形の熱交換器として知られ、ガス蒸気複合サ
イクル発電プラントに使用されるものがその代表的な例
である。この大形の排熱回収ボイラの代表例である自然
循環形排熱回収ボイラを図面を参照して説明する。

第５図において、水平に長く延びる熱交換器胴１内に
は過熱器２、高圧蒸気器３および高圧節炭器４からなる
高圧系熱交換器群と低圧蒸発器５および低圧節炭器６か
らなる低圧系熱交換器群とが備えられる。高圧系には高
圧蒸気ドラム７が、また低圧系には低圧蒸気ドラム８が
それぞれ備えられ、これらの蒸気ドラム７、８は熱交換
器胴１の上部に配置される。なお、図中、符号９は脱硝
装置を示しており、排ガス中に含まれる窒素酸化物を触
媒作用により除去するものである。

一方、第６図は各熱交換器を代表して高圧蒸発器３の
詳細を示している。各伝熱管11は垂直方向に向けられ、
その両端は上部管寄せ12および下部管寄せ13と連通する
ように各々集合させられ、伝熱管パネルを構成してい
る。また、胴板14の内面には断熱材15が張られており、
胴板14の温度が大気温度から大きく上昇しないように配
慮されている。さらに、伝熱管11の長さが10メートル超
という大形の伝熱管パネルにおいては上部および下部管
寄せ12、13だけでは伝熱管11を支持できないためにその
中間部が中間サポート16によって支持される。この中間
サポート16には第７図に示されるように伝熱管11の配列
に合わせて穿つた貫通孔17が設けられ、各伝熱管11がそ
こに挿通されて伝熱管パネルの剛性が高められる。この
剛性の高められた伝熱管パネルは第６図に示される上部
ブラケット18および下部支持材19を介して胴板14に固定
される。上述した高圧系の過熱器２、高圧蒸発器および
高圧節炭器４さらには低圧系の低圧蒸発器５および低圧
節炭器６はこうした伝熱管パネルを複数枚組合わせて構
成したものである。

ちなみに、第６図および第７図は同一流路断面に１枚
の伝熱管パネルを配置したものであるが、同じ流路断面
に２枚の伝熱管パネルを配置する場合には第８図および
第９図に示されるようになる。ここで、個々の伝熱管パ
ネルの構成は第６図および第７図のものと同一であり、
説明は省略する。

（発明が解決しようとする課題） ところで、近年、この種の排熱回収ホイラが組込まれ
るガス蒸気複合サイクル発電プラントにおいては、大容
量ガスタービンの出現と共に機器の大形化が顕著であ
り、熱交換器胴１のガス通路幅を広く取ることのできる
同一流路断面に２枚の伝熱管パネルを配置するやり方が
有力になりつつある。この場合、第８図および第９図に
示されるように２枚の伝熱管パネルの間には伝熱管11が
配置されない領域、つまり空間20が生じることになり、
排ガスが伝熱管11の周囲を通ることなく、下流側の伝熱
管パネルに流れる、いわゆるショートパスが発生する可
能性がある。ショートパスして流れる排ガスは伝熱管11
の内部を通る給水あるいは蒸気との間で熱のやり取りを
不可能にするものであり、こうした流れが多くなると、
排熱回収ボイラの伝熱性能が大きく損なわれてしまう。

そこで、本発明の目的は同一流路断面に並設される伝
熱管パネルの間で管外流体のショートパスが起こるのを
防止するようにした排熱回収ボイラを提供することにあ
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の廃熱回収ボイラは、複数の伝熱管とこれらの
伝熱管を所定の間隔で平行に保持するサポート板からな
る伝熱管パネルの複数個を熱交換器胴内の高温流体の流
路方向及び流路断面方向にそれぞれ複数配設するととも
に、前記各伝熱管パネル間の流路に沿った間隙に前記高
温流体の流れを制御する偏向手段を設けた廃熱回収ボイ
ラであって、前記偏向手段は、前記伝熱管パネルの流路
に沿ったサポート板縁部にそれぞれ前記間隙を挟んで抱
き合わせとなるよう対向して並設された断面コ字状のパ
ネル側板と、これらのパネル側板間の高温流体の流路に
対向する開口を覆う可撓板とを具備したことを特徴とす
る。

（作用） 熱交換器胴に導かれた排ガスはその同一流路断面に並
設された伝熱管パネルの間を流れようとする。双方の伝
熱管パネルの間を塞ぐ位置に設けられる偏向手段はこの
排ガスの流れをその壁面により妨げ、流れを伝熱管が並
ぶ方向とへと向かわせる。これにより排ガスは伝熱管の
側に導かれ、管内流体との間で熱のやり方を行ないつ
つ、下流側の伝熱管パネルへと導かれる。すなわち、伝
熱管の間で起こるショートパスによって熱のやり取りが
不可能になるのを防止できる。

また、伝熱管パネルは運転中、熱膨脹により流路断面
方向に伸長し、伝熱管パネル間の隙間は狭くなるが、本
発明では伝熱管パネル先端に設ける伝熱管パネル間を覆
う覆い板が可撓板で構成されているので、伝熱管パネル
の伸長に応じて撓みが生じ伝熱管パネルの熱応力を緩和
させ、破壊や熱歪みの発生を防止する。

さらに、流路方向に配設された各伝熱管パネルには、
流路に沿って温度勾配が生じて、この温度差に起因して
流路方向に複数段配設されたパネル側板に段差を生ずる
が、本発明ではパネル側板のコ字状の縁どうしが重なっ
て段差が塞がれるので、流路から外れて熱の授受に関与
しない排ガスの流れが生ずるのが防止される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図を参照
して説明する。第１図および第２図において、各伝熱管
11は排ガス等が流れる流路内に直立して配置され、その
集合体である伝熱管パネルは３列を区切りとして一つの
パネルが構成されている。この一区切りの伝熱管パネル
には各々中間サポート16が配置される。第２図に示され
るように中間サポート16は直立している各伝熱管11の要
所に複数枚設けられ、その伝熱管パネルの剛性を高めて
いる。同じ流路断面に並ぶ２枚の伝熱管パネルの間には
伝熱管11の軸心方向に沿って排ガスを常に伝熱管11の方
向に向かわせる偏向手段21が設けられる。この偏向手段
21は断面コ字状の一対のパネル側板22a、22bと、このパ
ネル側板22a,22bの前面を覆う断面Ｕ字状の偏向カバー2
3とから構成される。ここで、パネル側板22a、22bは中
間サポート16に固定された２枚の保持板24a、24cの間に
嵌込まれ、またパネル側板22bは中間サポート16に固定
さえた２枚の保持板24b、24dの間に嵌込まれ、それぞれ
ボルト25によって水平面内を移動可能に支持されてい
る。一方、偏向カバー23はパネル側板22a、22bに押え板
26a、26bを使用してボルト27により固定される。伝熱管
パネルが前後方向２段に並ぶ本実施例においては第２段
の伝熱管パネルにも偏向手段21が設けられ、この場合偏
向カバー23は逆向きに配置される。

上記の偏向手段21は拡大して示す第３図の斜視図によ
り全体的な配置が理解可能である。

次に、上記構成によるところの作用を第４図を参照し
て説明する。管外流体である排ガスが多数の伝熱管11か
らなる伝熱管パネルの前面から後面にかけて流れると
き、同一流路断面に並設された２枚の伝熱管パネルの間
にも排ガスが流れようとする。この排ガスは前面の偏向
カバー23の壁面に妨げられ、外側に流れの向きが変えら
れ、偏向カバー23とそれに続くパネル側板22a、22bとに
案内されてこれに隣接する伝熱管11の方へ導かれる。こ
れにより排ガスが伝熱管11の配置されない空間20（第９
図参照）を経て熱交換に関与することなく流れるのを防
止することができる。この後、第２段の伝熱管パネルを
通って後面の偏向カバー23に達した排ガスは壁面に沿っ
て内側に流れの向きが変えられ、双方が合流して下流側
の伝熱管パネルへと導かれる。

一方、前後方向２段にわたる伝熱管パネルの間には排
ガスから受け取る熱量に差があることから、熱膨張の際
に双方の間で伸び差が生じる。このとき、初段の伝熱管
パネルに備えられる偏向カバー23および第２段の伝熱管
パネルに備えられる偏向カバー23は共に薄板をＵ字状に
折り曲げた形状であり、それぞれが内側に自由にたわ
み、その一方が相手の自由な熱膨張を拘束しない。

さらに、上記の伸び差に起因して初段および第２段伝
熱管パネルには双方の継続部に隙間が生じることが考え
られるが、それぞれパネル側板22a、22bはコ字状の縁同
士が重なり、こうした隙間が塞がれ、これにより流路か
ら外れて熱の授受に関与しない排ガスの流れが生じるの
が防止される。

かくして、薄板をＵ字状に折り曲げた偏向カバー23を
パネル側板22a、22bの前面あるいは後面に装置してなる
偏向手段21を用いるならば、前後方向各伝熱管パネルに
生じる熱膨張による伸び差を吸収しながら、同一流路断
面に並設された伝熱管パネルの間での管外流体のショー
トパスを抑制することができ、排熱回収ボイラの伝熱性
能が損なわれるのを防止することが可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は同一流路断面に並設され
た伝熱管パネルの間に管外流体の流れを制御する偏向手
段を設けているので、排ガスが伝熱管パネルの間の隙間
を経て下流側の伝熱管パネルに流れるのを効果的に抑制
することができ、排熱回収熱交換器の伝熱性能がショー
トパスのために低下するのを防止できるという優れた効
果を奏する。

また、伝熱管パネル先端に設ける伝熱管パネル間を覆
う覆い板が可撓板で構成されているので、伝熱管パネル
の伸長に応じて撓みが生じ伝熱管パネルの熱応力を緩和
させ、破壊や熱歪みの発生を防止する。

さらに、流路方向に配設された各伝熱管パネル間に生
じる段差が、パネル側板のコ字状の縁どうしの重なりに
より塞がれて、流路から外れて熱の授受に関与しない排
ガスの流れが生ずるのが防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明による排熱回収ボイラの一
実施例を示す横断面図および縦断面図、第３図は偏向手
段の詳細を示す斜視図、第４図は本発明に係る動作説明
図、第５図は従来の排熱回収ボイラの一例を示す構成
図、第６図および第７図は従来の排熱回収ボイラの伝熱
管パネルを示す縦断面図および横断面図、第８図および
第９図は従来の伝熱管パネルを示す縦断面図および横断
面図である。 １……熱交換器胴 11……伝熱管 16……中間サポート 22a、22b……パネル側板 23……偏向カバー 24a、24b、24c、24d……保持板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の伝熱管とこれらの伝熱管を所定の間
   隔で平行に保持するサポート板からなる伝熱管パネルの
   複数個を熱交換器胴内の高温流体の流路方向及び流路断
   面方向にそれぞれ複数配設するとともに、前記伝熱管パ
   ネル間の流路に沿った間隙に前記高温流体の流れを制御
   する偏向手段を設けた廃熱回収ボイラであって、 前記偏向手段は、前記伝熱管パネルの流路に沿ったサポ
   ート板縁部にそれぞれ前記間隙を挟んで抱き合わせとな
   るよう対向して並設された断面コ字状のパネル側板と、 これらのパネル側板間の前記高温流体の流路に対向する
   開口を覆う可撓板とを具備したことを特徴とする廃熱回
   収ボイラ。