JPH11264501A - 排熱回収ボイラ - Google Patents
排熱回収ボイラInfo
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- JPH11264501A JPH11264501A JP10065930A JP6593098A JPH11264501A JP H11264501 A JPH11264501 A JP H11264501A JP 10065930 A JP10065930 A JP 10065930A JP 6593098 A JP6593098 A JP 6593098A JP H11264501 A JPH11264501 A JP H11264501A
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Abstract
けて耐久性と経済性の高い排熱回収ボイラを提供するこ
と。 【解決手段】 過熱器102、再熱器、蒸発器103、
104、106、節炭器105、107などの熱交換器
と脱硝装置110が温度条件に応じて配置され、排熱回
収ボイラの構造体内へガスタービンから約600℃の燃
焼排ガスが導入される。この上流側の構造体11aを内
部保温構造とすることにより、構造体の構成材料として
ブレースを除き、一般の炭素鋼が使用できる。また、下
流側の構造体11bは排ガス温度が低くなっているの
で、廉価な一般の炭素鋼が使用でき、また施工の容易な
外部保温構造とすることで、経済性の高い排熱回収ボイ
ラが提供できる。
Description
器、再熱器、蒸発器、節炭器等の熱交換器が配置され、
ガスタービンからの高温の燃焼排ガスが導入される排熱
回収ボイラに関する。
図6は構造体11の内部を説明するために、構造体11
の一部を切り欠いた図である。また、図7の図6に示す
排熱回収ボイラの側断面図を示す。排ガスは図7は紙面
の左側から右側に向けて流れる。
は箱形状の構造であり、図示していないガスタービンか
らの高温の燃焼排ガス(例えば約600℃)が構造体1
1の入口部である入口ダクトから導入される。
過熱器102、高圧蒸発器103および高圧蒸発器10
4、高圧節炭器105、中圧蒸発器106、中圧節炭器
107、低圧蒸発器108、低圧節炭器109などの熱
交換器が配置されるとともに、構造体11の外部には、
高圧蒸気ドラム111、中圧蒸気ドラム112、低圧蒸
気ドラム113などが配置されている。
102〜109は、降水管114や連絡管116によ
り、構造体11を貫通して接続される。また、蒸発器1
03、104の蒸発水管は直接ドラム111〜113に
接続される。また、前記各種配管が構造体11を貫通す
る部分には構造体11と降水管114、連絡管116ま
たは蒸発器103、104蒸発水管との熱膨張差を吸収
するためのエクスパンション構造が設けられている。
11の入口ダクト101から導入されて、その熱量は各
熱交換器102〜109で順次回収されて、給水を加熱
して、高温高圧蒸気を発生させ、図示していない蒸気タ
ービンに供給する。
れた排ガスは、例えば約100℃の低温の排ガスとなっ
て構造体11から出た後に、図示していない煙突に送ら
れて排出される。
伝熱管と該伝熱管の上下に管寄せ(図示せず)が配置さ
れたパネル構造などからなり、該パネル構造は構造体1
1の上部に吊り上げられるか、または底部で支持されて
構造体11内に配置されている。
9では伝熱管の外径が31.8mm程度の小径で、長さ
が10メートル以上となることや、伝熱管にはその伝熱
効率を向上されるために外周部にフィンが巻かれること
から、自重による変形を防止する必要があること、ま
た、1つのパネル内での複数の伝熱管の出入りを防止す
るため拘束部品が必要であることなどから重量物とな
る。したがって各熱交換器102〜109を吊り下げた
場合には構造体11の一部となる支持梁、支持鉄骨など
のサイズを大きくする必要があり、底部で支持する場合
には、自重による変形防止用の大型の鉄骨や梁が必要と
なる。また、構造体11の要所には、地震力による幅方
向の変形を防止するために鉛直方向の鉄骨からなるブレ
ースが配置される。
体11内の高圧蒸発器103および高圧蒸発器104の
間には排ガス中の窒素化合物を除去するための脱硝装置
110が配置されている。脱硝装置110は一つの構造
体11である触媒ユニットが複数個積み重なって構成さ
れ、また、構造体11内の排ガス流路内の横断面全体に
排ガスの摺り抜けがないように、排ガス流路の幅全体に
わたり配置されている。
は、構造体11内での熱回収を効果的に行うためや、構
造体11の外側の天井部、側面部が検査または作業スペ
ースとなり、安全性の面から構造体11から外気への放
熱を遮断する必要があるために、入口ダクトから出口ダ
クトまで構造体11全体が保温材で保温される。
は、構造体11の外側に保温材を施工した外部保温構
造、構造体11の内側に保温材を施工した内部保温構造
がある。
は、大型の構造物となることから、構成材料としては、
機械的強度、経済性の面から廉価で一般的な炭素鋼を使
用することが望ましく、直接高温の排ガスにさらされる
ために、構造体11の構成材料として高温強度が高く、
高価な材料を使用する必要がある外部保温構造に比較し
て、ブレースを除き、一般の炭素鋼が使用できる内部保
温構造が有利である。
記内部保温構造は排熱回収ボイラのDSS(毎日起動停
止)運転による頻繁な起動停止や、内部に装置などを持
ち込んでの作業時に生じる荷重や、運転停止中の結露に
よる劣化に対して、保温材自体の耐熱性、耐久性を向上
させることが必要であり、保温材料が高級になること
や、積層厚さまたは密度が大になることなどから、施工
コストが高くなるといった問題が生じる。
回収ボイラは、大型の構造物であり、発電所への搬送形
態として、排熱回収ボイラ全体を例えば高温モジュール
1、脱硝モジュール2、中温モジュール3、低温モジュ
ール4として、それぞれのモジュール1〜4を設備が整
った工場で建設した後、搬送装置や搬送船により建設現
地へ搬送し、前記各モジュール1〜4をそれぞれ順次接
続することが行われているが、この接続作業において狭
溢部となるモジュール内部からの作業となる内部保温材
の施工作業に比較して、モジュール外部から保温材を施
工する外部保温構造を有する構造体11の方が作業的に
は簡単で有利である。
に、構造体11内にガス流れ上流側から過熱器102、
再熱器103、蒸発器104、106、108、節炭器
105、107、109などの熱交換器が順次配置され
ているので、その排ガス入口から出口にわたり排ガス温
度の勾配が生じている。しかし、前記従来技術の排熱回
収ボイラの構造体11に使用される内部保温構造と外部
保温構造は、耐久性や経済性の面でどちらにも問題があ
った。
点を解消し、内部保温構造と外部保温構造を適切に使い
分けて耐久性と経済性の高い排熱回収ボイラを提供する
ことにある。
の構成によって解決される。 (1)ガスタービンからの高温の燃焼排ガスが導入され
る構造体の内部に熱交換器を配置して、前記燃焼排ガス
の熱量を回収して蒸気を発生する排熱回収ボイラにおい
て、前記構造体の燃焼排ガス入口側の高温部は内部保温
構造とし、熱交換器と排ガスとの熱交換によって生じる
排ガスの温度勾配に応じて、燃焼排ガスの流れ方向にお
ける所定の位置で内部保温構造の構造体を外部保温構造
の構造体に切り替えた排熱回収ボイラ。
スが導入される構造体の内部に熱交換器を配置して、前
記燃焼排ガスの熱量を回収して蒸気を発生する排熱回収
ボイラにおいて、前記構造体の燃焼排ガス入口側の高温
部は内部保温構造とし、構造体の構成材料の耐熱温度に
応じて、燃焼排ガスの流れ方向における所定の位置で内
部保温構造の構造体を外部保温構造の構造体に切り替え
た排熱回収ボイラ。
スが導入される構造体の内部に熱交換器と脱硝装置を配
置して、前記燃焼排ガスの熱量を回収して蒸気を発生す
る排熱回収ボイラにおいて、前記構造体の燃焼排ガス入
口側の高温部は内部保温構造とし、脱硝装置の配置位置
の近傍で内部保温構造の構造体を外部保温構造の構造体
へ切り替えた排熱回収ボイラ。
ビンから約600℃の燃焼排ガスが導入される。構造体
内には、過熱器、再熱器、蒸発器、節炭器などの熱交換
器が温度条件に応じて配置されており、それぞれ排ガス
の熱量を回収することから、排ガス温度は排ガス流れの
上流側から、下流側に向けて徐々に低下する。排熱回収
ボイラの排ガス出口温度は約100℃である。
側の構造体を内部保温構造とすることにより、構造体の
構成材料としてブレースを除き、一般の炭素鋼が使用で
きる。また、下流側の構造体は排ガス温度が低くなって
いるので、構造体は廉価な一般の炭素鋼が使用でき、ま
た施工の容易な外部保温構造としたものである。
構造を構造体内の温度勾配、構成材料の耐熱温度などに
応じて内部保温構造から比較的安価な外部保温構造に切
り替えることにより、経済性の高い排熱回収ボイラが提
供できる。
り替え位置は、排ガス温度が炭素鋼の高温強度が保障さ
れた限界温度(例えば、400℃)以下となる位置とす
ることができる。
合には、脱硝装置はその脱硝最適温度(例えば、380
℃)となる位置に配置されることから、前記切り替えは
脱硝装置の近傍、好ましくは直前または直後の位置とす
ることができる。
構造体の外側は大気にさらされているので常温であるの
に対して、外部保温構造とした場合は構造体は排ガスの
温度まで上昇することになる。したがって、内部保温構
造から外部保温構造への切り替え部には、両方の構造体
間に大きな熱伸び変形差が生じることになる。
ョイントにより前記両方の構造体を接合することで、ガ
ス流れ方向と構造体のガス流れを横断する方向(以下、
口径方向という)の熱伸び変形差を吸収している。
ば、図1に示すように非金属ベロー8cがサポート8
a、8b間に取り付けられており、変形差を吸収する。
該サポート8a、8bは構造体に取付けられている。前
記非金属ベロー8cの代わりに山形状またはU字形状の
波板状の金属ベローを使用しても良い。
ント8と外部保温構造側の構造体との取付け部は、排ガ
スに直接さらされるから温度上昇が生じるが、特に起動
時の急激な温度上昇に対しての急激な変形による損傷を
防止するために、本発明では、上流側の内部保温の厚さ
を徐々に減少させ、後流側の外部保温側との取付け部で
重複させることにより、温度上昇を小さくしている。ま
た、上流側の内部保温の厚さを徐々に減少させ、後流側
の外部保温側との取付け部で重複させる代わりに、熱遮
蔽用のシールプレートを前記エクスパンションジョイン
トの内側に設けることで、温度急変による変形防止が図
れる。
と共に説明する。図3に示す実施の形態では、排熱回収
ボイラの内部保温構造とした構造体11aと外部保温構
造とした構造体11bとを脱硝装置110が設置された
脱硝モジュール2の入口側で切り替えている。
らの排ガス中の窒素酸化物を除去するために脱硝装置1
10が配置されるが、脱硝装置110内の脱硝触媒の活
性化にとって最適の温度範囲があり、この温度範囲を外
れると所定の脱硝率が得られずに、規制値を超えた窒素
酸化物が排出されることになる。このため、脱硝装置1
10は排ガス流れの上流側から下流側に向けて熱交換器
102〜109の熱回収によって生じる排ガスの温度勾
配において、脱硝装置110の入口排ガス温度が前記最
適な温度範囲に入る位置に設けられる。
発器103、104の間に脱硝装置110を設けること
が好ましい。その理由は伝熱管内を蒸気の一相流が流れ
る過熱器102とは異なり、蒸発器103、104にお
いては、蒸気と水との二相流が流れて蒸発現象が生じて
いるため、排ガスから吸収した熱量は潜熱として使用さ
れることから、脱硝装置110の入口温度が制御しやす
くなる利点があるからである。
例えば380℃〜350℃であり、これを構造体11の
構成材料を選定する目安温度とすることで、例えば、4
00℃程度までの高温強度が保障された鋼材(一般構造
用炭素鋼が使用可能)を選定し、構造体11を内部保温
構造から外部保温構造へ切り替えることができる。
て、内部保温構造から外部保温構造への切り替え部に、
エキスパンションジョイントを設けたものを示す。内部
保温構造は構造体11の内部が断熱構造となる(以下、
内断熱と言うことがある)ため、その部分の構造体11
の温度は外気温度と同一となり、外部保温構造は構造体
11の外部が断面構造となる(以下、外断熱と言うこと
がある)ため構造体11部分の温度は排ガス温度と同一
になる。
内部に保温材9aが配置された構造体11aと、外部に
保温材9bが配置された構造体11bと、前記構造体1
1aと構造体11bとの間にエキスパンションジョイン
ト8が設けられている。
11aと構造体11bにそれぞれ取り付けられるサポー
ト8aとサポート8bと該サポート8a、8b間に取り
付けられる非金属ベロー8cからなる。該非金属ベロー
8cは、例えばテフロンのフィルムと補強用の繊維によ
り形成されており、ガス流れ方向の熱伸びに対しては、
余長を取ることにより追従でき、かつ口径方向の熱伸び
に対しては、非金属ベロー8cの変形により追従でき
る。また、前記非金属ベロー8cの代わりに山形状また
はU字形状の波板状の金属ベローを使用しても良い。
に示す。このうち、図4(a)と図4(b)にはそれぞ
れ内部保温構造となる構造体11aおよび外部保温構造
となる構造体11bのガス流れに対して横断面方向の熱
伸び変形状態を示す。図5は紙面の左側がガス流れ上流
側を示し、内部保温構造となる構造体11aとエキスパ
ンションジョイント8が設けられる保温構造の切り替え
部と外部保温構造となる構造体11bの側断面図を示
す。
成する構造体11a、11bは、それぞれ底部におい
て、基礎上に設けられた支持架台13で支持される。ま
た、構造体11a、11bの各熱伸び固定点13a、1
3bを支持架台13の中央部に設けている。構造体11
の口径方向の熱伸びは前記固定点13a、13bを中心
にして、口径方向に放射状に生じる。
あり口径方向の熱伸び変形はほとんど生じないが、外部
保温構造の構造体11bは、外断熱であり口径方向の熱
伸び変形量が比較的大となる(破線は熱伸び変形後の形
状を示す)。口径方向の変形は支持架台13の固定点1
3a、13bを起点して放射状に生じることから、両者
間を接続するエキスパンションジョイント8では図5に
示すように、台形状の変形差を吸収することになる。
ションジョイント8内には、非金属ベロー8cを排ガス
の熱から保護するために保温材9cが充填されている。
編んであるセラミックブランケット、その中間層は綿状
の弾力性あるロックウール(使用しない場合がある)、
その最外層はミネラルボードなどの撥水性の高密度保温
材を使用する。また、保温材9bはロックウールを用
い、保温材9cはセラミックウールを用いる。保温材9
b、9cは複数枚を積層して用いる事が望ましい。
は、保温構造を設けないことで、構造体11a、11b
からサポート8a、8b側に伝達された熱は非金属ベロ
ー8cに至るまでに大気との間で放散されるので、非金
属ベロー8cとサポート8a、8bとの取付け部温度を
非金属ベロー8cの耐熱温度以下にすることができる。
の保温材9aをエキスパンションジョイント8および外
部保温構造側へ徐々にまたは段階的に厚さを減少させて
設け、外部保温構造にオーバーラップさせている。
部保温構造体11bへのメタル温度の温度勾配が緩やか
となり、内部保温構造から外部保温構造への切り替え部
における口径方向の熱伸びによる変形差を減少させるこ
とができる。
ポート8bに伝達される温度が減少することとサポート
8bの外表面を保温構造にしないことによりサポート8
bから大気への熱放散が大きいことから、内部保温構造
体11a側のサポート8aと外部保温構造体11b側の
サポート8b同士の熱伸び変形差を最小にすることがで
きる。
分の排ガス温度が約400℃の場合に、外部保温側の取
付け部の重複させる保温材9aの厚さを75mmとした
場合に、外部保温側の取付け部の温度は約130℃とな
る。これにより、エキスパンションジョイント8で吸収
する口径方向の熱伸び変形量は保温材9aを重複させな
い場合と比較して、約1/3に低減できる。
構造体11の切り替え部の内部にシールプレート10を
設けたものである。シールプレート10は内部保温材9
aの積層構造の内部にその一端が挿入されて支持されて
いて、他端は外部保温構造体11bの内側に当接してい
る。
ンションジョイント8の内部に高温の排ガスが接触する
のを防止できる。また、シールプレート10を外部保温
構造体11bの範囲まで伸ばしているので、サポート8
bの温度上昇を防止することができる。この例では、シ
ールプレート10とエキスパンションジョイント8、構
造体11bとの間の空間が空気による断熱層となる。
構造の切り替え部における保温材の施工が簡単になるの
で、施工が容易となる利点がある。
温構造を適切に使い分けることにより、耐久性と経済性
の高い排熱回収ボイラが得られる。
体の保温構造の切り替え部に側断面図を示す。
体の保温構造の切り替え部に側断面図を示す。
面図を示す。
保温構造となる構造体および外部保温構造となる構造体
のガス流れに対して横断面方向の熱伸び変形状態を示
す。
保温構造となる構造体とエキスパンションジョイントが
設けられる切り替え部と外部保温構造となる構造体の側
断面図の一部を示す。
す。
ール 3 中温モジュール 4 低温モジュ
ール 8 エキスパンションジョイント 9a、9b、9
c 保温材 11 構造体 13 支持架台 102〜109 熱交換器 110 脱硝装
置 111〜113 蒸気ドラム 114 降水管 116 連絡管
Claims (9)
- 【請求項1】 ガスタービンからの高温の燃焼排ガスが
導入される構造体の内部に熱交換器を配置して、前記燃
焼排ガスの熱量を回収して蒸気を発生する排熱回収ボイ
ラにおいて、 前記構造体の燃焼排ガス入口側の高温部は内部保温構造
とし、熱交換器と排ガスとの熱交換によって生じる排ガ
スの温度勾配に応じて、燃焼排ガスの流れ方向における
所定の位置で内部保温構造の構造体を外部保温構造の構
造体に切り替えたことを特徴とする排熱回収ボイラ。 - 【請求項2】 内部保温構造の構造体を外部保温構造の
構造体に切り替えた部分にはエクスパンションジョイン
トを設けると共に、該エクスパンションジョイントは内
部保温構造とし、該内部保温構造は、その厚さを排ガス
後流側の外部保温構造の構造体と重複する位置まで漸減
させながら設けたことを特徴とする請求項1記載の排熱
回収ボイラ。 - 【請求項3】 内部保温構造の構造体を外部保温構造の
構造体に切り替えた部分にはエクスパンションジョイン
トを設けると共に、熱遮蔽用のシールプレートを前記エ
クスパンションジョイントの内側に設けたことを特徴と
する請求項1記載の排熱回収ボイラ。 - 【請求項4】 ガスタービンからの高温の燃焼排ガスが
導入される構造体の内部に熱交換器を配置して、前記燃
焼排ガスの熱量を回収して蒸気を発生する排熱回収ボイ
ラにおいて、 前記構造体の燃焼排ガス入口側の高温部は内部保温構造
とし、構造体の構成材料の耐熱温度に応じて、燃焼排ガ
スの流れ方向における所定の位置で内部保温構造の構造
体を外部保温構造の構造体に切り替えたことを特徴とす
る排熱回収ボイラ。 - 【請求項5】 内部保温構造の構造体を外部保温構造の
構造体に切り替えた部分にはエクスパンションジョイン
トを設けると共に、該エクスパンションジョイントは内
部保温構造とし、該内部保温構造は、その厚さを排ガス
後流側の外部保温構造の構造体と重複する位置まで漸減
させながら設けたことを特徴とする請求項3記載の排熱
回収ボイラ。 - 【請求項6】 内部保温構造の構造体を外部保温構造の
構造体に切り替えた部分にはエクスパンションジョイン
トを設けると共に、熱遮蔽用のシールプレートを前記エ
クスパンションジョイントの内側に設けたことを特徴と
する請求項4記載の排熱回収ボイラ。 - 【請求項7】 ガスタービンからの高温の燃焼排ガスが
導入される構造体の内部に熱交換器と脱硝装置を配置し
て、前記燃焼排ガスの熱量を回収して蒸気を発生する排
熱回収ボイラにおいて、 前記構造体の燃焼排ガス入口側の高温部は内部保温構造
とし、脱硝装置の配置位置の近傍で内部保温構造の構造
体を外部保温構造の構造体へ切り替えたことを特徴とす
る排熱回収ボイラ。 - 【請求項8】 内部保温構造の構造体を外部保温構造の
構造体に切り替えた部分にはエクスパンションジョイン
トを設けると共に、該エクスパンションジョイントは内
部保温構造とし、該内部保温構造は、その厚さを排ガス
後流側の外部保温構造の構造体と重複する位置まで漸減
させながら設けたことを特徴とする請求項7記載の排熱
回収ボイラ。 - 【請求項9】 内部保温構造の構造体を外部保温構造の
構造体に切り替えた部分にはエクスパンションジョイン
トを設けると共に、熱遮蔽用のシールプレートを前記エ
クスパンションジョイントの内側に設けたことを特徴と
する請求項7記載の排熱回収ボイラ。
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