JPS6026201A - 廃熱回収装置 - Google Patents

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】 この発明は煙道内での排ガスのバイパス量を少なくして
熱回収効率を高めた廃熱回収装置に関する。

例えば高効率発電の一環として、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装置によって回収し、
この廃熱回収装置（廃熱回収ボイラ）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ガスタービンによる発電と蒸気タ
ービンによる発電を行なうために発電効率が高いうえ、
ガスタービンの特性である負荷応答性が高く、このため
に急激な電力需要の上昇にも十分対応し得る負荷追従性
に優れた利点もある。

第１図から第４図は従来の廃熱回ＩＩ５！ボイラを示す
もので、第１図は廃熱回収ボイラの概略系統図、第２図
は第１図の保ｉｌＩ！構造の断面図、第３図は第１図の
Ａ部を拡大した側断面図、第４図は第３図のＢ−Ｂ線断
面図を示す。

第１図において図示していないガスタービンからの排ガ
スＧは矢印で示す如く煙道内の上流側（第１図の左）か
ら下流側（第１図の右）へ向って流れ、この煙道１００
内には、過熱器上。

第一段高圧蒸発器２．第二段高圧蒸発器４．高圧節炭器
７．低圧蒸発器８および低圧節炭器１１等の伝熱管群に
よって構成された廃熱回収ボイラが配置されている。

排ガスＧは過熱器１．第一段高圧蒸発器２を経て脱硝装
置３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Ｇは第二段高圧蒸発器４．高圧節炭
器７．低圧蒸発器８゜低圧節炭器１１を経て排出され排
ガス中の廃熱が回収される。この間に発生した高圧蒸気
Ｓ８及び低圧蒸気Ｓ２は蒸気タービンの動力源、所内熱
源として利用される。図中符号５及び９は各々高圧ドラ
ム、低圧ドラムを、符号６及び１０は降水管を示す。

以上述べたように廃熱回収ボイラはガスタービンからの
排ガスを通過させる煙道１００内に配置されているが、
この煙道１００は外部に対する熱の放散を防止し、廃熱
回収ボイラの熱効率を高めるため、第２図に示すような
保湿も′ｑ造となっている。第２図の符号１７ａ、１７
ｂは側部外部ケーシング、１６は保温材、２０ａ、２０
ｂは側部内部ケーシングを示す。なお、排ガスＧは各伝
熱管１１（第３図および第４図参照）を通過するに従っ
て排ガス温度が低下するので、この排ガス温度に対応し
て第２図に示す如く保温材１６の厚さを変化させており
、高温部（上流側）はど保温材１６の厚さを厚くして断
熱性を高め、低温部（下流側）では保温材１６の厚さを
薄くしている。

第３図は従来の廃熱回収ボイラにおける第１図のＡ部を
拡大した側断面図を示し、第４図は第３図のＢ−Ｂ線断
面図を示す。

なお第３図および第４図においてＨ２，Ｗ２は煙道１０
０内の伝熱空間を示し、Ｈ，、Ｈ，、Ｗ、、　Ｗ、は非
伝熱空間を示す。

廃熱回収ボイラの伝熱管群は第３図および第４図に示す
如く伝熱管１２、上部及び下部管寄せ１９．１３、上部
連絡管１８．下部連絡管２１．にょって構成され、伝熱
管１２は底部で管寄せサポート１４によって支持され、
その外周は第４図に示す如く外部ケーシング１７ａ、　
１７ｂ　、　２４．２５、保温１４１６、内部ケーシン
グ２０ａ、　２０ｂ、　２２．２３によって被われ全体
が管寄せサポートビーム１５上に底部支持構造で支持さ
れている。廃熱回収ボイラの伝熱管群はタービンからの
排ガスの熱回収率を高めるために、伝熱管１２の配列は
千鳥状に配：６され、伝熱空間Ｈｈ　ＷＪｒこ位置する
伝熱管１２にはフィンが取り付けられたフィン付伝熱管
１２ａが使用されている。

一方、第４図に示す如く、非伝熱空間Ｈ１，Ｈ。

に位置する伝熱管１２の上部および下部管寄せ１９１３
の近傍では、伝熱管１２が上部および下部管′？ｆせ１
９，１３に集合させるために、あるいは上部および下部
管寄せ１９．ｌ’３と伝熱管１２との取合上、フィン付
伝熱管１２ａに代えて裸伝熱管１２ｂが用いられている
。

このためにガスタービンからの排ガスＧが煙道１００内
を通過する場合、煙道の」二、下方向においては伝熱空
間ＨＪこ位置するフィン付伝熱管１２ａ部分を通過する
通気抵抗は、非伝熱空間病Ｈ７こ位置する裸伝熱管１２
ｂ部分に比べて大きくなる。

従って第３図に示す煙道でみれば上部内部ケーシング２
２．下部内部ケーシング２３の近傍に」１下の熱交換に
関与しない非伝熱空間Ｈ１，Ｈ３ができ、排ガスＧは通
気抵抗の小さい非伝熱空間Ｈ。

Ｈ３を流れ、通気抵抗の大きい伝熱空間ＨＪこは流れに
くくなる。

このように第３図の煙道１００の上、下方向には熱交換
に関与する伝熱空間Ｈ２と熱交換に直接関与しない非伝
熱空間Ｈ１，Ｈ，４（形成されてしまう。

次に第４図に示すように廃熱回収ボイラの幅方向におい
ても、上部および下部后・寄せ１９．１３と伝熱管１２
との取合上、伝熱管１２と側部内部ケーシング２０ａ、
　２０ｂとの間にはやはり熱交換に直接関与しない非伝
熱空間病、ｒｆ、ができてしまう。

この場合、第２図の如く、煙道の下流に行くほど保温イ
′Ａ１６の厚さが薄く、かつ」１下ケーシングｉ７ａ、
１７ｂの外形寸法は上流から下流まで一定であるので、
煙道の下流へ行くほど非伝熱空間ＷＩＷ、は実質的に広
くなる。この非伝熱空間Ｗ、、　Ｗ。

は排ガスＧが通過する際に抵抗となるべきものが伝熱空
間Ｗ、に比べて少ないために伝熱空間Ｗ２に比較して圧
力損失が少く、このために大量の排ガスＧがこの非伝熱
空間Ｗ、、　Ｈ３をバイパスしてしまい、ボイラ全体の
熱回収効率が大幅に低下してしまうことになる。

またこの排ガスＧのバイパスにより、元来熱交換に直接
関与しない非伝熱空間Ｈ，Ｈ，に配置された管寄せ１９
．１３等が大量のバイパスした排ガス流によって加熱さ
れ、メタル温度が上昇することになる。このためこの部
分に配置ずべき部材の段用温度を高く設定しなければな
らず、祠料費が崇む欠点がある。

さらに非伝熱空間Ｈ１，Ｈ８，Ｗ、、　Ｈ３に配置され
た部材の一つである管寄せサポート１４は一方的にバイ
パスした排ガスＧによって加熱されるためそのメタル湿
度は当然」１昇するが、このヅボート１４と接触する下
部管寄せ１３自体は内部流体によって冷却されるため、
両者の間には必然的に温度差が生じ応力が発生ずる。こ
のために温度差による応力を吸収する構造を採用しなり
ればならず、底部支持構造自体も一段と複雑なｆｆ、７
造となる。

さらにまた非伝熱空間Ｈ，，Ｈ，、Ｗ、、　Ｈ３はバイ
パスした大量のガス流によって流速が上昇するが、非伝
熱空間Ｈ１，Ｈｓ、　Ｗ＋、　Ｗｉこ配ｔＭされた部材
がこの高速のガス流によって振動を生ずる虞れもある。

この発明の目的は上述した問題点を除去し、熱回収効率
が高く、熱応力の発生が少く、゛振動等も生じることの
ない廃熱回収装置を提供することにある。

要するにこの発明は煙道内の非伝熱空間Ｈ工。

Ｈ３，Ｗｌ、　Ｗ、にガス偏流防止部材を設置してこの
非伝熱空間Ｈ１，Ｈ３，Ｗ工、Ｗ、のガスのバイパスを
防止するようにしたものである。

以下この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第５図〜第７図は本発明の一実施例を示したもので、第
５図は従来構造の第３図に相当する側断面図、第６図は
第５図のａ−ａ線断面図、第７図は第５図のＤ−Ｄ線断
面図である。

第５図〜第７図の実施例においては、煙道の」二、下お
よび左、右に形成される非伝熱空間■−Ｈ１３Ｗ３ｊ　
Ｗｌにそれぞれ偏流防止部材２６を配置４シたのである
。

すなわち、煙道の上、下に形成された非伝熱空間Ｈ，，
Ｈ３には第５図〜第７図に示すように排ガスＧが非伝熱
空間Ｈ，Ｈをバイパスすることを防ぐために上部偏流防
止部イ′Ａ２６２Ｌ、下部偏流防止部４′Ａ２６ｂを煙
道を横切る方向に配置し、煙道の左、右に形成された非
伝熱空間Ｗ１１Ｗ３には第６図および第７図に示すよう
に側部内部ケーシング２０ａ、　２０ｂにそって側部偏
流防止部材２６ｃおよび２６ｄを配置したのである。

このように非伝熱空間ＨＩ、Ｈ３１ｗＩ１ｗ３に偏流防
止部材２６ａ−ｄを配置することによって排ガスＧの偏
流が防止でき、フィン付伝熱管１２ａでの熱回収効率が
向上する。

また、非伝熱空間ＨＩＩ　Ｈ３には第５図および第７図
に示す如く、排ガスＧの流れ方向に距離Ｌ１ごとに上部
偏流防止部材２６ａおよび下部偏流防止部イ９２６ｂが
配置され、非伝熱空間Ｖ／、、　Ｈ３には第７図に示す
如く排ガスＧの流れ方向に距離Ｌ２ごとに側部偏流防止
部材’２６ｃ、ｄを配置ｆ、ｊ、　Ｌ、だので、上部偏
流防止部４４’２６ａ、２６ａ、下部偏流防止部材２６
ｂ、２６ｂおよび側部偏流防止部材２６１）、２６ｂお
よび２６　ｃ、　２６　ｃ同志の間に（は排ガスＧのよ
どみ部２８が形成されるために排ガスＧが非伝熱空１ｎ
ＩＨｒ、　Ｈｓｒ　Ｗ、＋　ｗ３をバイパスすルコトは
防止できる。

なお、第５図から第７図においては上部、下部および側
部偏流防止部材２６　ａ、　２６　ｂ、　２６　ｃ。

２６ｄが排ガスＧの流れに対してほぼ直交するように取
付けられているので、これらの偏流防止部ｉ４’２６ａ
、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄの背面には補強リプ２７が配
置されて補強されている。

第８図は下部偏流防止部材２６ｂの煙道への取り何は状
態の詳細を示す。先ず、煙道を借戒する下部内部ケーシ
ング２３は熱応力を吸収するため次のも１１造となって
いる。例えば煙道の下部内部ケーシング２３を例に説明
ずれば符号２３と３８で示す様に煙道の幅方向に公害゛
（形成してあり、各内部ケーシング２３，３８は各々ス
タッドボルト２９、ナツト４２．ワッシャ４４によって
外部ケーシング２４に接続しである。（下部内部ケーシ
ング３８側のボルト接続は図示していない。）４１はス
ライドプレートであり、下部内部ケーシング２３側に対
してのみ接続してあり、各内部ケーシング２３，３８が
このスライドプレート４１の取りｆ」け部において相対
的に移動し得るよう構成することにより、下部内部ケー
シング２３，３８同志下部の内部外部のケーシング２３
と２４．３８と２４間の温度差による変位を吸収し得る
よう構成しである。従って下部偏流防止部材２６ｂも下
部内部ケーシング２３，３８と同様に符号２６ｂ。

２６ｂに示す如く煙道１００の幅方向に分割して形成し
、排ガスＧによる熱変位を吸収し得るよう構成すること
によって、ケーシング同志、偏流防止部材同志の熱吸収
による伸び差をスライドプレート４１によって吸収でき
る。

なお、第５図〜第７図の実施例においては、非伝熱空間
ＨＩ＃　Ｈ８と非伝熱空間ｗ１ｇ　、　”３に上部と下
部の偏流防止部１’２６ａ、２６ｂと側部偏流防止部材
２６ｃ、２６ｄを別々に配置したが、前述したようにス
ライドプレート（第８図参照）を縦方向、横方向へ挿入
して上部と下部の偏流防止部材２６ａ、２６ｂを側部偏
流防止部４４’２６ｃ、２６ｄによって一体構造にすれ
ば、偏流防止部材２６を製作する手間、取付のための手
間は省け、スライドプレート４１の大きさを任意に選ぶ
ことによって偏流防止部材２６自体の製作誤差をも吸収
できる構造となる。

第９図および第１０図のものは偏流防止部材２６の他の
実施例を示したもので、第５図〜第７図に示した偏流防
止部材２６と異る点は、第５図〜第７図の偏流防止部材
２６は排ガスＧの流れ方向に対比で非伝熱空間Ｈ工、Ｈ
３，ｗ、、　ｗ、へ垂直に上部、下部および側部偏流防
止部材２６〜２６ｂ。

２６ｃ、２６ｄを配置したが、第９図および第１０図の
偏流防止部材２６は上部および下部の偏流防止部材２６
ａ、２６ｂのみ排ガスＧの流れ方向に対して傾斜して配
置例シた点である。

この第９図の実施例においては、上部および下部偏流防
止部１Ｊ’２６ａ、２６ｂを排ガスＧの流れ方向に対し
て所定の角度αをもって斜めに取りイ」け、さらにその
上端部をほぼ水平に屈曲させて水平部を形成して排ガス
Ｇの通過抵抗を減少させると共に整流効果をも高め、全
体として排ガスの圧力（１１失を大幅に減少させるよう
にしたものである。

第１０図は下部ヘッダ１３近傍を下部偏流防止部４Ａ２
６ｂによって覆った構造を示すもので、第９図の補強リ
ブ２７に代えて、別の支持部拐４５を介して下部偏流防
止部材２６ｂを下部管寄せ１３により支持する構造とし
たものである。

このように、下部ヘッダ１３の近傍を、第１０図に示す
ような下部偏流防止部材２６ｂによって覆うことによっ
て、ヘッダ近傍を低温に保つことができ、特に下部ヘッ
ダ１３の管寄せ号ボート１４は低温になって、その支持
構造を高温の排ガスＧから開放することができる。

第１１図から第１３図のものは他の実施例を示すもので
、第１１図は煙道の側断面図、第１２図は第１１図のＦ
−Ｆ線断面図、第１３図は煙道のコーナ部における偏流
防止部４ｍの斜視図である。

第５図〜第７図、および第９図、第１０図のものと異な
る点は、第５図〜第７図のものにおいては偏流防止部材
２６の全てが平板状の」二部、下部および側１ｌｌ（の
偏流防止部４４’２６ａ、　２６ｂ、　２６ｃ２６ｄに
よってｔｌｌ成されたものであり、第９図および第１０
図のものにおいては、偏流防止部材２６が上部および下
部偏流防止部材２６ａ、２６ｂのみが第９図および第１
０図に示すように排ガスＧの流れ方向にそって角度αだ
け傾斜し、側部偏流防止部４４’２６ｃ、２６ｄは平板
状のものを組合せたものである。

これｔこ対し、第１１図〜第１３図のものは、上部下部
および側部偏流防止部Ｉｌｌ’　２６ａ’、　２６ｂ、
’　２６ｃ２６ｄによって、全ての非伝熱空間ＨＩｓ　
ＨＢｒ　ＷＩｓＷ、を被ったのである。

第１１図ないし第１３図のものは、非伝熱空間ＨＨには
上部偏流防止部材２６ａ、２６ａ同志および下部偏流防
止部材２６ｂ、２６ｂ同志を第１１図に示す如く接続部
偏流防止部材２６ｅ、２６ｅによって接続して非伝熱空
間Ｈ１，Ｈ，を被い、非伝熱空間Ｗｉｓ　Ｗｓには側部
偏流防止部材２６ｃ、２６ｃ同志、あるいは側部偏流防
止部材２６ｄ、２６ｄ同志を接続部偏流防止部材２６ｅ
、２６ｅによって接続して非伝熱空間Ｗ、、　Ｗ、を被
ったものである。

このように煙道内の上下左右には偏流防止部材２６によ
って被われるために、排ガスＧの偏流は防止でき、上部
へラダ１９の近傍および下部へラダ１３の近傍は、偏流
防止部材２６によって被われているために、低温に保持
することができ、排ガスＧ巾に多少ダストが含まれてい
てもヘツタは９，１３の近傍にダストが付着することは
防止できる。

なお、上部、下部偏流防止部材２６ａ、２６ａ。

２６ｂ、２６ｂ間には接続部偏流防止部材２６θ。

２６ｅが接続されているが、この接続部偏流防止部材２
６ｅには第１３図に示す如く伝熱管１２の裸伝熱管１２
ｂが貫通する裸伝熱管１２１）の貫通用孔があけられ、
この貫通用孔は裸伝熱管１２ｂの外径寸法よりも大きく
形成してあり、排ガスＧによる熱応力や伸び差を吸収す
るよう右１／７成されている。この場合、接続部偏流防
止部イイ２６ｅの貫通用孔から排ガスＧの一部がよどみ
部２８に流入しである程度排ガスＧがバイパスするので
、よどみ部２８にバッフル４３を適宜配置して、さらに
効果的にバイパス流を防止できる。

以上、本発明の実施例においては、複合発電プラントの
廃熱ボイラについてのみ説明したが本発明は本実施例に
限定されるものではなく、広く煙道内に伝熱管が配置さ
れた節炭器などにも応用できるものである。

この発明を実施することにより、熱交換に直接関与しな
い非伝熱空間で排ガスのノくイノマスを大幅に低減でき
るので、装置の熱交換効率を大幅に向上させることがで
きる。

また非伝熱空間の部材の温度上昇が少なｌ／）ので、こ
の部分に設置ずべき部材の膜用温度を低減でき装置の製
造費を低減させることができる。

さらに非伝熱空間での熱応力の発生が低減できるので応
力除去用の複雑な構造を採用する必要がない管種々の効
果を発揮する。

既設のものでも偏流防止部材を設置することで容易に改
造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は廃熱回収ボイラの全体概要図、第２図は保温構
造部の側部断面図、第３図は第１図のＡ部を拡大した詳
細断面図、第４図は第３図のＢ−Ｂ線断面図、第５図は
この発明の第１の実施例を示すボイラ装置の側面図、＠
６図は第５図のａ−ａ線断面図、第７図は第５図のＤ　
−Ｄ線断面図、第８図は第５図のＥ−Ｅ線断面拡大図、
第９図は第２の実施例を示す偏流防止部材の断面図、第
１０図は第９図の変形例を示す偏流防止部材の断面図、
第１１図は第３の実施例を示す偏流防止部材の断面図、
第１２図は第１１図のＦ−Ｆ線断面図、第１３図は第］
、１図および第１．２図の煙道のコーナ部における偏流
防ｔｌ二部利の斜視部分図である。 １００・・・・・・煙道 １２・・−・・・伝熱管 ２６、２６ａ、　２６ｂ、　２６ｃ、　２６ｄ、　２６
ｅ　・旧・・偏流防止部材 Ｈ，、Ｈ，Ｗ、、　Ｗ、・・・・・・非伝熱空間第３図 口８ 第４図 第６図 手続補正書　（自発） 昭和５８年１１月５日 特許庁長官若杉和夫　殿 １、事件の表示 昭和５８　年　特　許　願第１３３６１５号２゛発明０
名称　廃熱回収装置 ３、　補正をする者 事件との関係　特許出願人 （Ｊ：１９ｉ　東京都千代田区大手町２丁目６番２号氏
　名（名称）　（５４４）バブコック日立株式会社４、
代理人 氏　名　ＮＫ渋谷コータース　電話　（４６０）　６０
７２７、補正の対象 １、「発明の詳細な説明」の１・７（。 （１）明細書第７頁下から第３Ｔテ目「崇む」は誤記に
つき「かさむ」と訂正する。 （２）明細書第１０頁上から第１３行１１「ｂ、２６ｂ
および２６ｃ、２６ｅＪとあるものを「ｃ、２６ｃおよ
び２６ｄ、２６ｄ」と訂正する。 （３）　ＩＵ（１１８第１５頁上カラ第７行ｒｌ１１．
第８　Ｒにｌ　ｌ−１−１。 Ｈ」とあるものをｌ’−Ｈ，、Ｈ３Ｊと訂正する。 ２、添角する「図面」 （１）第５図の寸法ｒＬＪは「Ｌｌ」に訂正する。 （２）　第８図に符号１２，１２ｂ、４１．２７を加入
し、一部図面の不備の部分（符号４１．２７に対応する
）を修正する。 （以　」二） 第５図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　排ガスを通過させる煙道中に伝熱管群を配置’ｔ
   　シ排力゛ス中の熱を回収するものにおいて、前記煙道
   内の直接熱交換を行わない非伝熱空間の少くとも一部に
   排ガスの偏流を防止する偏流防止部材を配置したことを
   特徴とする廃熱回収装置。 ２、前記煙道内の偏流防止部材を、排ガス流れ方向に対
   して煙道内に斜めに張り出すように形成したことを特徴
   とする特ｄ′１′請求の範囲第１項記戦の廃熱回収装置
   。 ３・　非伝熱空間と伝熱空間とを偏流防止部材によって
   仕切り、非伝熱空間を偏流防止部材で被ったことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の廃熱回
   収装置。