JPS60251388A - 排熱回収熱交換器 - Google Patents

排熱回収熱交換器

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Publication number
JPS60251388A
JPS60251388A JP10595784A JP10595784A JPS60251388A JP S60251388 A JPS60251388 A JP S60251388A JP 10595784 A JP10595784 A JP 10595784A JP 10595784 A JP10595784 A JP 10595784A JP S60251388 A JPS60251388 A JP S60251388A
Authority
JP
Japan
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heat exchanger
heat transfer
transfer tubes
horizontal
heat
Prior art date
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Pending
Application number
JP10595784A
Other languages
English (en)
Inventor
Takayuki Nagashima
孝幸 長嶋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP10595784A priority Critical patent/JPS60251388A/ja
Publication of JPS60251388A publication Critical patent/JPS60251388A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/1807Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines
    • F22B1/1815Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines using the exhaust gases of gas-turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/08Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/08Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D7/082Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration
    • F28D7/085Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration in the form of parallel conduits coupled by bent portions
    • F28D7/087Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag with serpentine or zig-zag configuration in the form of parallel conduits coupled by bent portions assembled in arrays, each array being arranged in the same plane

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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はコンバインドサイクルタービンプラント等に設
けられる排熱回収熱交換器に関する。
〔発明の技術的背題およびその問題点〕一般に、」ンバ
インドサイクルとは、ガスタービンと蒸気タービンを組
み合わせることによってプラント効率を高めるようにし
た発電システムであって、その形式の一つに排熱回収形
と呼ばれるものがある。
第6図は上記排熱回収形コンバインドサイクル発電プラ
ントの系統図であって、ガスタービン1、発電機2およ
び蒸気タービン3が一軸上に配列され、これに蒸気発生
装置として一つの排熱回収熱交換器4が組み合わされて
いる。すなわち、図示しない燃焼器によって作られた高
温高圧の燃焼ガスG1は、ガスタービン1に流入してこ
れを高速回転させる。上記ガスタービン1で仕事を行な
った圧力および温度が低下した排気ガスG2は、排熱回
収熱交換器4に導入され、多数の伝熱管からなる蒸発器
5おにび工」ノマイザ6で給水と熱交換せしめられ、出
口ダクト7から1出される。一方、上記エコノマイザ6
には蒸気タービン3の復水器8から復水がポンプ9によ
り導管10を経て供給され、そのエコノマイザ6で加熱
された熱水はドラム11に導かれ、このドラム11に導
かれた熱水が蒸発器5で加熱され蒸気となり再びドラム
11および導管12を経て蒸気タービン3に供給される
ところで、このようなコンバインドサイクル発電設備に
用いられる排熱回収熱交換器には、第6図に示したよう
な、ガスタービンの排気ガスが垂直に流れて水平に設置
された伝熱管と熱交換するたて型と、第7図に示すよう
に、ガスタービンの排気ガスが水平に流れて垂直に設け
られた伝熱管と熱交換する横型とがある。
上記たて型の排熱回収交換器は、水の循環をポンプで行
なう強制循環式であるため、出力制御、ドラムレベルコ
ントロールが容易、起動時間が短かい等の長所があるが
、排気ガスを垂直方向に流すため、装置全体の高さが高
くなってしまい、我国のような地震国においては、構造
上の不利をまぬがれ得ない。さらに環境対策上、ガスタ
ービン排気に含まれるNOxの濃度を低くしなければな
らない場合には、第6図に示した排熱回収熱交換器の中
に、脱硝装置を組込む必要があり、益々その高さが大き
くなり、耐震上不利となる。また高さが高くなればなる
程、大きな地震力を受けるため、強固な支持架構が必要
となり、経済的にも不利になる等の問題がある。
一方、排気ガスを横に流す横型の1熱回収熱交換器は、
たて型とは対称的にガスを横に流すため、排熱回収熱交
換器の高さは、この排ガス流路程度でよく、耐震設計上
非常に有利となる。そしてこの中に環境対策としてガス
タービン排気ガスのNOx低減用触媒を組込む場合にも
、排ガスダクトをガスの流れ方向に大きくするだけで対
処できるので、その高さは大きくならず、脱硝装置を組
込んでも耐震上不利となることはない。また、全体の配
置をうまく行なえば、ガスタービンの排ガス流路の曲が
りが少なくてすみ、コンバインドサイクルプラントとし
ての全体効率を上昇さゼることができる。しかし、この
ような横型の排熱回収熱交換器は、伝熱管、管寄せの配
置から、ボイラの型式としては水と蒸気の比重差によっ
て水循環を行なう自然循環型となる。このため、プラン
ト起動時の運動が難かしく、定格出力に達するまでに時
間がかかるという問題がある。
しかるに、コンバインドサイクルプラントはディリース
タート、ストップ運用を行なうミドル負荷用として建設
されるので、起動時間が短かいものが要求されるように
なった。
ところで、このような急速起動特性をもたせるには、ボ
イラの水循環を自然循環式から強制循環式とし、第8図
に示すように伝熱管を水平に設置すればよい。
しかしながら、このように熱交換器の入口管寄せ13、
出口管寄せ14および伝熱管15を配置した場合には、
伝熱管15内に流体が単相であるエコノマイザや過熱器
では問題ないものの、伝熱管内で沸騰現象が生じ、二相
流となる蒸発器においては、出口管寄せの下部に飽和水
が留り、上部に蒸気が留ってしまい、出口管寄せより蒸
気ドラムまでの流れが不安定となってしまうという不都
合がある。すなわち、伝熱管15を水平にした場合にお
いて出口管寄t!14がたて型の場合には、流入した二
相流が管寄せの中に滞留して第9図に示すように水相と
気相に分離してしまう。したがって、各伝熱管の圧損を
等しくするように出口管寄せ14の中央に取付けられた
接続管16より上記出口管寄せの液面りが低い場合には
、その接続管16からは蒸気ばかりが流出し、その後液
面りが接続管16のレベルまで達したところで蒸気と水
の二相流が流出する。ところがこの場合流れが少しでも
変動するとその組響を受けて上記液面りが大きくハンチ
ングを起してしまい、結果的に出口管寄せ14と蒸気ド
ラムとの間の二相流流動状態が非常に不安定になり、運
転ができなくなることがある。
このため実際には、横型の強制循環型排熱回収熱交換器
は殆ど実用化されていないというのが現状である。
〔発明の目的〕
本発明はこのような点に鑑み、十分な急速起動特性を有
し、かつ耐震的に有利な強制循環型排熱回収熱交換器を
得ることを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、水平方向に流れる排ガスと伝熱管内を流れる
流体とを熱交換せしめる排熱回収熱交換器において、水
平面内に配設された伝熱管を上下複数段にわたって設け
るとともに、その各伝熱管の端部が接続される管寄せの
うち少なくとも出口管寄せを、その中心軸が伝熱管中心
軸と直角かつ水平になるように配設したことを特徴と覆
るものであって、これにより出口管寄せに流入した飽和
蒸気と飽和水の二相流が出口管寄せ内に滞留して、出口
管寄せと蒸気ドラムとの間の二相流流動状態が不安定と
なることがないようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明
する。
第2図において、ガスタービン1、発電機2および蒸気
タービン3は一軸上に配列され、図示しない燃焼器によ
って発生せしめられた高温高圧の燃焼ガスG1がガスタ
ービン1に流入してタービンを高速回転させる。上記ガ
スタービン1で仕事を行なった排ガスG2は排熱回収熱
交換器4に導入され、多数の伝熱管からなる蒸発器5お
よびエコノマイザ6で給水と熱交換せしめられ、出口ダ
クトから排出される。一方、蒸気タービン3の復水器8
からの復水は、ポンプ9によりエコノマイザ6、蒸気5
に順次供給され蒸気となり、導管12を介して蒸気ター
ビン3に供給される。
ところで、排熱回収熱交換器4はガスタービンの排ガス
を水平に流す横型であって、蒸発器5におりる伝熱管2
0は、第1図に示すように、水平に設置されるとともに
上下多段に配設されている。
上記各伝熱管20は上下に隣接する複数の伝熱管毎に複
数の伝熱管群に分割されており、各伝熱管20の入口部
および出口部は、各伝熱管群毎にその伝熱管群に対応し
て設【プられた入口管寄せ21および出口管寄せ22に
接続されている。
すなわち、上記入口管寄せ21および出口管寄せ22は
、各伝熱管群の中心軸と直行しかつ水平となるように各
伝熱管群に対応して設cノられており、同一伝熱管群に
お番ノる各伝熱管の管寄せへの接続管部20aが、第3
図および第4図に示すように、継列位置から横列位置へ
と90°ひねられ、上下に位置する各伝熱管が、入口管
寄せ21或は出口管寄せ22における横方向に配列され
た接続孔にhいに接続されている。
しかして、ポン19で背圧された給水は前述のにうに導
管10を経て排熱回収熱交換器4の1コノマイザ6に入
り、そのエコノマイザ6で昇温した水は蒸気ドラム11
に入る。蒸気ドラム11の中には飽和蒸気と飽和水が混
合状態で滞留しており、この飽和水は循環ポンプ23に
より蒸発器5に流入する。蒸発器の入口には第1図に示
すように入口管寄せ21が複数個水平に設けられており
、循環ポンプ23より飽和水が均等に分配されて各入口
管寄t!21に流入する。
上記入口管寄せ21に流入した飽和水は、90°ひねら
れた接続管部20aを介して水平でガスの流れに直行す
るように設CJられた伝熱管20に流入し、そこでガス
タービン1からの排ガスと熱交換して加熱される。この
ようにして伝熱管内で加熱された気相と液相の二相流は
、再び90°ひねるように取付けられた接続管部20a
を通って出口管寄せ22に流入し、さらに蒸気ドラム1
1に流入して気水分離され、蒸気が排熱回収熱交換器の
過熱器24を経て蒸気タービンに供給される。
ところで、前記蒸発器5では流動中に飽和水が沸騰現象
を起して、伝熱管内では二相流となって流動するが、垂
直管内を流れる二相流と異なり、伝熱管が水平管である
ため、二相流の流動状態が安定しており、循環ポンプ2
3により流量制御できるので、安定性および制御性もよ
いものとなる。
また、出口管寄せ22がそれぞれ水平に設置されている
ため、出口管寄せ22内において飽和蒸気と飽和水が二
相に分離して滞留することがなくなめらかに蒸気ドラム
に流入することができ、安定しl〔流動状態が維持され
る。
第5図は本発明の他の実施例を示すものであって、入口
管寄せ25は従来型の排熱回収熱交換器と同様1本の縦
方向の管寄せとし、出口管寄せ22のみが複数の水平状
の管寄せによって構成されている。しかして、この場合
でも、入口側の流体は飽和水であり、二相流にはなって
いないので、特別問題はなく前記第一実施例と同一作用
効果を奏する。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明においては水平面内に配設
された伝熱管の端部を接続づる少なくとも出口管寄せを
、その中心軸が伝熱管中心軸と直角かつ水平になるよう
に配設したので、出口管寄せ部において気相と液相とが
分離して出口管寄せと、蒸気ドラムとの間の二相流の流
動状態が不安定になるようなことが防止され、安定な二
相流状態を実現できる水平伝熱管を用いた強制循環式の
横型の排熱回収熱交換器とすることができ、耐震性が高
くかつ強制循環式による急速起動特性を保有せしめるこ
とがぐきる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の排熱回収熱交換器の概略構成を示す斜
視図、第2図は本発明の排熱回収熱交換器を用いたコン
バインドサイクルプラントの概略構成図、第3図は本発
明の排熱回収熱交換器の伝熱管部の部分平面図、第4図
は第3図の側面図、第5図は本発明の他の実施例を示す
斜視図、第6図はたて型の排熱回収熱交換器を用いた排
熱回収形コンバインドサイクルプラントの概略構成図、
第7図は横型の排熱回収熱交換器を用いた」ンバインド
サイクルプラントの概略構成図、第8図は従来の水平伝
熱管を用いた横型排熱回収熱交換器の斜視図、第9図は
第8図の熱交換器の作動説明図である。 1・・・ガスタービン、2・・・発電機、3・・・蒸気
タービン、4・・・排熱回収熱交換器、5・・・蒸発器
、6・・・■コノマイザ、20・・・伝熱管、20a・
・・接続管部21・・・入口管寄”μ、22・・・出口
管寄せ、23・・・循環ポンプ。 出願人代理人 猪 股 清 躬1目 第2圃 %5目 第6目 第2聞

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 水平方向に流れる排ガスと伝熱管内を流れる流体
    とを熱交換せしめる排熱回収熱交換器において、水平面
    内に配設された伝熱管を上下複数段にわたって設けると
    ともに、その各伝熱管の端部が接続される管寄せのうち
    少なくとも出口管寄せをその中心軸が伝熱管中心軸と直
    角かつ水平になるJ:うに配設したことを特徴とする、
    排熱回収熱交換器。 2、 伝熱管の出口管寄せへの接続管部が、上下関係位
    置から水平関係位置に90°ひねられて出口管寄せに接
    続されていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の排熱回収熱交換器。
JP10595784A 1984-05-25 1984-05-25 排熱回収熱交換器 Pending JPS60251388A (ja)

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JP10595784A JPS60251388A (ja) 1984-05-25 1984-05-25 排熱回収熱交換器

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JP10595784A JPS60251388A (ja) 1984-05-25 1984-05-25 排熱回収熱交換器

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JPS60251388A true JPS60251388A (ja) 1985-12-12

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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