JPS62158994A - 排熱回収熱交換器の製造方法 - 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】 （発明の技術分野〕 本発明は、ガスタービンからの排気ガスの残留熱を利用
して蒸気タービン用蒸気を発生さ１！るコンバインドリ
−イクル発電プラントに係り、特にコンバインドサイク
ル発電プラントに使用される１熱回収熱交換器おＪ：び
その製造方法に関する。

〔発明の技術的費用とその問題点〕

最近建設される火力発電プラン１〜では、使用燃料の高
騰により発電の高効率化が要求されＣおり、この要求か
ら］ンバインドサイクル発電プラントが脚光を浴びてい
る。コンバインドサイクル発電プラント立はガスタービ
ンプラントとこのガスタービンプラン１〜からの排熱を
利用した蒸気タービンプラントとを組み合せたものであ
り、種々のタイプのプラントが考えられている。

従来の典型的なコンバインドサイクル発電プラントは第
１２図に示されるように構成されており、ガスタービン
プラント１と蒸気タービンプラント２とを備えている。

ガスタービンプラント１はガスタービン３にて回転駆動
される圧縮機４を有し、この圧縮機４で圧縮された空気
は燃焼器５に供給され、ここで燃料と混合して燃焼され
、高温高圧の燃焼ガスとなってガスタービン３に送られ
る。

ガスタービン３に案内された燃焼ガスはここで膨張して
ｌ事をし、図示しない翼車を回転させ、発電機６を駆動
させる。ガスタービン３にて仕事をした燃焼ガスは膨張
した排気ガスとなってダクト７を通り排熱回収熱交換器
８に案内される。

この排気ガスの温度は通常５００℃〜６００℃と高温で
あり、この排気ガスをそのまま排棄するのは大きな熱的
損失であり不経済である。このため、排熱回収熱交換器
８が設けられ、この熱交換器８で排気ガス中に含まれる
残留熱を回収している。排熱回収熱交換器８に案内され
た排気ガスは、伝熱管９内を通る給水と熱交換して冷却
され、低温のガスどｒ７って煙突１０から大気中に放出
される。

一方、蒸気タービンプラン１へ２は蒸気タービン１１を
有し、この蒸気タービン１１に案内された蒸気は膨服し
て仕事をし、発電機６を駆動させる。

また、蒸気タービン１１で仕事をし、膨服した蒸気は復
水器１２に案内されて凝縮され、復水となる。この復水
は給水ポンプ１３をｍえた給水系統１４を通り、排熱回
収熱交換器８の低圧Ｔ］ノマイザ１５に送られ、この１
コノマイザ１５にて予熱される。予熱された給水は低圧
蒸気ドラム１６の下部水中に送り込まれる。

低圧蒸気ドラム１６内の水は、低圧循環ポンプ１７およ
び移送ポンプ１８により低圧蒸気発生器１９おＪ：び高
圧１コノマイザ２０にそれぞれ送られる。低圧蒸気発生
器１９内を通る給水は加熱されて順次蒸発され、気液二
相流となって低圧蒸気ドラム１６の上部蒸気中に戻され
、気液に分離される。低圧蒸気ドラム１６の上部に貯っ
た蒸気は、図示しない湿分分離器を経て湿分分離された
後、蒸気タービン１１の途中段に給気される。

また、高圧エコノマイザ２０に案内された給水は予熱さ
れて高圧蒸気ドラム２１の下部水中に送り込まれる。高
圧蒸気ドラム２１内の水は、高圧循環ポンプ２２により
並設された高圧蒸気発生器２３およびプレ蒸気発生器２
４に分岐して送られる。一方、これらは再び合流して、
高圧蒸気ドラム２１の上部蒸気中に戻される。高圧蒸気
発生器２３およびプレ蒸気発生器２４中を流れる給水は
、加熱されて次第に蒸発し高圧蒸気ドラム２１内に戻る
ころは蒸気と水の気液二相流状態となっている。高圧蒸
気ドラム２１内に貯った蒸気は、図示しない湿分分離器
を通った後、過熱器２５に送られ過熱蒸気となって蒸気
タービン１１に送られ、蒸気タービン１１を駆動させる
ようになっている。

排熱回収熱交換器８内に収容される低圧エコノマイザ１
５、低圧蒸気発生器１９、高圧エコノマイザ２０、高圧
蒸気発生器２３、プレ蒸気発生器２４、過熱器２５の相
互間は各々伝熱面積を太き−日　　　− くしたフィン付の伝熱管９群により構成される。

これらの伝熱管群は流体励起振動による疲労破損を防ぐ
ため、適当な間隔で配置された支え板２６で支持される
。但し伝熱管９は長さ方向に熱膨張して伸びるため、支
え板２６は伝熱管９をスライド自在に支持し、伝熱管の
長さ方向には拘束していない。

また、排熱回収熱交換器８に案内される給水あるいは蒸
気が複数の伝熱管９群に分流されたり、合流したりする
箇所にはヘッダ２７が配設されている。

以上述べたように、ｔｊｌ熱回収熱交換器８は多数の伝
熱管９を有し、強制対流による熱伝達にＪ：り給水を排
気ガスと熱交換している。

ところが、排熱回収熱交換器８は通常非常に大形の４Ｍ
造物であるため、製作や運搬および据付の便利さから機
能別に分割ユニツ］−構造とされ、例えば、入口ダクト
、蒸気発生器、エコノマイザ、蒸気ドラムおよび出ロダ
ク］−と複数に分割されたＩＩ４造に一般的に構成され
る。

第１３図は複数に分割された排熱回収熱交換器８の蒸気
発生器およびエコノマイザの構造を示している。

これらの蒸気発生器およびエコノマイザに使用される伝
熱管９は伝熱面積を大ぎくするため、第１４図（Ａ）お
よび（Ｂ）に示すフィン付伝熱管が使用され、長さは普
通熱交換性能を考慮して４０〜５０ｍの長さが必要とな
る。伝熱管９を長くすることにより、排熱回収熱交換器
８の機器が長大となることを防ぐため、伝熱管９は蛇管
状に形成され、伝熱管直管部の長さを１０ｍ前後に構成
している。このため、第１３図および第１４図（Ａ）、
（Ｂ）に示す如くＵ字形伝熱管９ａと直管状伝熱管９ｂ
とを位置へで溶接接続し、所定の長さにしている。この
蛇管状伝熱管９は第１５図乃至第１７図に示すヘッダ２
７に位置Ｂで溶接接続されている。蛇管状伝熱管９が数
百本接続されるヘッダ２７は対向して設けられた一対の
側板２８ａ、２８ｂに固定される。

一方、蛇管状伝熱管９もヘッダ２７同様、流体励起振動
による疲労破損を防ぐため、適当な間隔で配置された支
え板２６で支持される。克え板２６は蛇管状伝熱管９の
熱膨張による伸びを吸収するため、蛇管状伝熱管９を自
由に移動するＪ：うになっている。蛇管状伝熱管９の伸
び方向は、ヘッダ２７の取付方向とは反対側である。ヘ
ッダ２７は側板２８ａ、２８ｂに固定されており、ヘッ
ダ側への延びが規制されるためである。なお、第１３図
において、符号２９ａおよび２９ｂは側板２８ａ、２８
ｂの両側端部に固定された一対の端板である。

しかして、排熱回収熱交換器８内に組み込まれる蒸気発
生器およびエコノマイザの組立順序は従来法のようにし
て行なわれる。まず第１５図に示すように側板２８ａ、
２８ｂを図示しない定盤上ニ据工、ヘッダ２７，２７を
側板２８ａ、２８ｂに取付固定する。その後、第１６図
に示すように、支え板２６を組み込み、支え板２６の管
穴の芯出し位置決めする。支え板２６は側板２８ａ、２
８ｂより伝熱管９が高温になって伸びるのを吸収す＝　
　８　− るために図示しないシャフト等を使用し、吊り下げ固定
する。支え板２６の組み込み完了後、第１６図および第
１７図に示すように、反ヘッダ側より１０ｍ前後の直管
状伝熱管９ｂを挿入し、この挿入後にＵ字形伝熱管９ａ
を溶接接続し、蛇管状伝熱管９を完成させるとともに、
直管状伝熱管９ｂをヘッダ２７に溶接にて接続する。そ
して、最後に、第１３図に示すように端板２９ａ、２９
ｂを固定するのが一般的である。

しかしながら、上述した蒸気発生器およびエコノマイザ
の組立方法においては、直管状伝熱管９ｂの挿入をヘッ
ダ２７の取付側の反対側から行なわなければならず、ま
た蛇管状伝熱管９の形成に際し、Ｕ字状伝熱管９ａの溶
接スペースが狭く、溶接作業や溶接部の検査等に多大の
時間と労力を費やし、排熱回収熱交換器の製造工期が長
くなるという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、蛇管
状伝熱管を形成するための溶接スペースを充分に確保し
、伝熱管溶接の作業性や溶接部検査の作業性を著しく向
上させて組立作業の作業能率を向上さｌ！、信頼性を高
めに１熱回収熱交換器およびイの製造方法を提供するこ
とを目的どづる。

〔発明の概要〕

本イ！１第１番目の発明に係る排熱回収熱交換器は、■
］ノマイザや蒸気発生器を構成づる伝熱管ＢＹを熱交換
器ケーシング内に収容し、ガスタービンのＩＪ＋気ガス
で蒸気タービン用蒸気を発生さける排熱回収熱交換器に
おいて、前記伝熱管ｌ！Ｙは複数の伝熱管上ジュールに
分割可能に形成され、各伝熱管モジュールを継板にて一
体あるいは一体的に連結して伝熱管群を構成したことを
特徴どするものである。

本ｆｌ第２番目の発明に係る１７１熱回収熱交換器のＶ
Ｊ造方法は、モジュール冶具十に横開ぎ状態で伝熱管モ
ジュールと絹み立てるモジュール組ｖｆＴ稈ど、組み立
てられた伝熱管モジュールを起立さ「て全体組立冶具に
順次据付【プる工程ど、仝体用ｆｔ冶Ｑ上に据付Ｅ−ノ
られた隣接する伝熱管モジュール同士を互いに連結して
伝熱管群を絹みずｆてる伝熱管群組立工程と、組み立て
られた伝熱管群を熱交換器ケーシング内に収容させる工
程どを備えることを特徴とする方法である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例について添付図面を参照して説
明する。

本発明に係る排熱回収熱交換器はコンバインドリ−イク
ル発電プラン］・に用いられ、ガスタービンプラントの
ガスタービンから排気される排気ガスの残留熱を利用し
て蒸気タービンプラン１への蒸気タービン用蒸気を生じ
させるものである。

排熱回収熱交換器はそのケーシング内に蒸気発生器や■
］ツマイブ等を構成する伝熱管群３０が収容される。排
熱回収熱交換器の全体の構成は第１２図に示４従来のも
のと同様であるので説明を省略する。

伝熱管群３０は第１図に示すように分割された複数、例
えば４個の伝熱管モジュール３１を絹み立てたもので、
各伝熱管モジュール３１を継板３２にて一体あるいは一
体的に溶接し、接続Ｊ−ることにＪ：り構成される。各
伝熱管モジュール３１は第２図に示すように構成され、
適当な間隔をおいで整列耐直された複数の矩形の支え板
３４をＩＲｈえ、これらの支え板３／Ｉの室穴３５内に
直管状の伝熱管３６を挿通さＵる。挿通された直管状の
伝熱管３６は、所定の端部がＵ字状伝熱管（Ｕベント管
）３７に自動溶接機３８にて一体に溶接され、仝休どし
て蛇管状の伝熱管３９が構成される。蛇管状伝熱管３９
は実際には伝熱面積を拡大されるため、第３図（Ａ）お
にびＵ’３）に示７１−　Ｊ：うにフィン４０付の伝熱
管が用いられる。そして、蛇管状伝熱管３９の両端部は
一側から取り出され、ヘッダ４１に接続可能にされる。

次に、排熱回収熱交換器の製造方法について説明する。

刊熱回収熱交換器に組み込まれる伝熱管群３０は第１図
に示Ｊように複数の伝熱管モジ１−ル３１を組み合ゼて
構成される。この伝熱管モジュール３１は、第２図に示
すようにモジュール組立゛［稈で製造され、初めに定盤
４３上にモジュール冶具としての組立冶具／Ｉ／Ｉを介
して複数の支え板３４を所定の間隔をおいて列状に立設
させる。このとき、矩形の支え板３４は長手方向が横方
向を向くように立設され、各支え板３４．３４は互いに
平行関係に保たれるように少なくとも両端部が組立冶具
４４上に据付けられる。この据付【）の際、各支え板３
４．３４に形成された管穴３５は互いに芯出しされるよ
うにセットされる。

各支え板３４を定ｌｌＡ４３上に据付けた後、支え板３
４の管穴３５に複数の直管状の伝熱管３６を挿入させ、
挿通させる。複数の伝熱管３６を挿通させた後、図示し
ない組立冶具を用いて１ノ字状伝熱管（ベント管）３７
を自動溶接機３８にて自動溶接できる位置にセットする
。ぞして、直管状伝熱管３６とＵ字形伝熱管３７とを自
動溶接ｎ３Ｂにより溶接して一体に固定し、蛇管状伝熱
管３９を構成する。

この場合、各支え板３４は横向きに立設されるので、溶
接作業時には各支え板金具４６が側方に位置される。し
たがって、一本の蛇管状伝熱管３９の溶接部が上方から
全てＷ１認できるように、直管状伝熱管３６と（Ｊベン
］へ管３７どをセラ１〜する。

直管状伝熱管３６へのＵベント菅伝熱管３７の溶接ＬＪ
列状に配列された支え板３４の一番下段に位置するもの
から、第４図（Ａ）および（］３）に示すＪζうに順次
上方に向って行なわれる。したがって、蛇管状伝熱管３
９は下側から順次Ｊ三方に向って一段づつ組み立てられ
る。この組立てににす、−木の蛇管状伝熱管３９を構成
づるための溶接作業は、直管状伝熱管３６の両側で同時
に行なうことができ、しかも溶接作業の作業スペースを
広くとることができるので、作業能率が向１−シ、二Ｆ
期の短縮を図ることができる。また、直管状伝熱管３６
は下段のものから順次上段へと溶接にて構成されるので
、溶接作業は隣接でる伝熱管の邪麿にならず、広い作業
スペース内で溶接でき、溶接の精度や品質を向上さゼる
ことができる。

このＪ：うにして組み立てられた伝熱管モジュール（ブ
ロック）３１は外形寸法が小さく、しかも地上近く（土
盤／Ｉ３上）で作業を進めることができるため、溶接箇
所の検査も容易であり、短時間で精度のよい検査を行な
うことができる。したがって、伝熱管モジュール３１の
溶接部の信頼性はざらに高いものになる。

このようにして、伝熱管モジュール３１は第３図（Ａ）
および（Ｂ）に示すように組み立てられる。第３図（Ａ
）は伝熱管モジュール３１の側面図、第３図（Ｂ）はそ
の平面図をそれぞれ示す。

この時、伝熱管モジュール３１は図示しないフロア上の
組立治具４４上に横向ぎに置かれており、伝熱管モジュ
ール３１を排熱回収熱交換器に組み込まれるときには、
伝熱管モジュール３１に支え板３４に取付けられた吊り
金具４７１が上方に位置されるように９０度向回転せな
ければならない。

しかし、伝熱管モジュール３１のみでは剛性力が不足す
るため、直接クレーンにて回転させ、起立させることが
できない。

そこで、伝熱管モジュール３１を第５図に示す回転治具
３６上にセットして、伝熱管モジュール−Ｉ　Ｄ　　　
− ３１を横倒し状態から起立状態に保持ざｌる。回転冶具
４６は台座４７十にセンタピン４８を介してＬ字形の支
持台１！Ｉ９が回転自在に支持される。

支持台４９は一端にクレーン吊」−用穴５０が形成され
、このクレーン吊」−用穴５０にクレーンから吊設され
たフック５１が着脱自在に掛止めされる。

そして、回転冶具４６の！−字形支持台４９上に横倒し
状態に伝熱管モジュール３１をセットし、図示しないク
レーンにより支持台／Ｉ９の−・端を吊設ワイヤ５２に
よって吊り上げ、第５図、第６図および第７図に示すＪ
ζうに、センタビン４８廻りに９０度向回転せる。

回転が終了した伝熱管モジュール３１は上端の吊り治具
４４を吊設治具５４を介してクレーンから吊設し、続い
て伝熱管群３０の全体組立］二程へ移送される。

伝熱管群の全体組立は、第８図に示すＪ：うに行なわれ
、予め全体組立冶具５５十に側板５６ａが取付けられる
。側板６５ａが取付けられた全体組立治具５５上に組み
立てられる所要数の伝熱管モジュール３１を順次据付け
ていく。所要数の伝熱管モジュール３１の据付けが完了
づ゛ると、第９図に示すように反対側に側板５６ｂを取
付けるとともに−り部に伝熱管群ｍ下げビーム５７を掛
番ノ渡す。

そして、隣接する伝熱管モジュール３１同士には、継板
３２を用いて溶接にて一体接続される。なお、符号６３
は吊り金員である。

この後、第１０図および第１１図に示すように、両側板
５６ａ、５６ｂの対向する所定位置にヘッダ固定スリー
ブ５８．５９を側方から挿入固定させ、このヘッダ固定
スリーブ５８．５９にヘッダ６０をその長手方向にスラ
イド自在となるように取付けるとともに、各ヘッダ６０
に直管状伝熱管３６の所要の端部を溶接にて一体に接続
する。その後、両側板５６ａ、５６ｂの端部に端板６１
を溶接にて固定させ、これにより排熱回収熱交換器の１
つの伝熱管群３０が構成される。

その際、ヘッダ６０は直接側板５６ａ、５６ｂに取り付
けられることなく、側板５６ａ、５６ｂの外側より差込
まれるヘッダ固定スリーブ５８゜５９により固定させる
ため、取ｔ１は伝熱管挿入後においても容易かつ簡単に
行なうことが可能となり、ヘッダ６０．６０を伝熱管挿
入前に予め取ｔＩＩ″Ｊでおく必要がなくなる。また、
ヘッダ６０，６０の流体励起振動による疲労破損におい
てもヘッダ固定スリーブ５８．５９を介して側板５６ａ
。

５６ｂに固定するため問題はない。

このようにして組み立てられた伝熱管群３０はＩＬ熱回
収熱交換器の熱交換器ケーシング内に収容され、排熱回
収熱交換器が製造される。

〔発明の効果〕

以上に述べたＪ：うに本発明に係るＵ熱回収熱交換器お
よびその製造方法は、熱交換器ケーシング内に組み込ま
れる伝熱管群を複数の伝熱管モジュールを一体に連結す
ることにより構成されるので、各伝熱管モジュールの組
立を作業スペースの広い箇所で行なうことができ、各伝
熱管モジュールの溶接作業や溶接部の検査を効率Ｊ：り
、短時間で能率的に行なうことがき、作業能率の向上を
図ること、信頼性の高い排熱回収熱交換器を提供づるこ
とができる。

また、伝熱管群は複数の伝熱管モジュールを組み合せる
ことにより構成されるので、複数の伝熱管モジュールを
並行作業で同時に製作することができ、排熱回収熱交換
器のＩｌＩ造］−程を大幅に短縮できる等の効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る排熱回収熱交換器に組み込まれる
伝熱管群を示す図、第２図は伝熱管群を構成する１つの
伝熱管モジュールを説明する斜視図、第３図（Ａ）およ
び（Ｂ）は横置き状態の伝熱管モジュールを示す側面図
および平面図、第４図（Ａ）および（８）は伝熱管群を
構成する伝熱管モジュールの溶接手順を示す図、第５図
乃至第７図は組み立てられた伝熱管モジュールを横置き
状態から起立させる手順を説明する図、第８図および第
９図は所要数の伝熱管モジュールを連結して伝熱管群を
組み立てる全体組立手順を示す図、第１０図は伝熱管群
にヘッダを取付ける状態を示す図、第１１図は第１０図
のＸＴ−ＸＴ線に沿う平断面図、第１２図はコンバイン
ドリイクル発電プラントを示づ概略系統図、第１３図は
伝熱管内に組み込まれる従来の伝熱管群を示’ｌ　ｔ３
＋視図、第１４図（Δ）おＪ：び（Ｂ）は伝熱管群に組
み込まれるＵ字形フィン伝熱管を示す正面図および部分
拡大図、第１５図乃至第１７図は従来の伝熱管群の製造
工程をそれぞれ示す図である。 １・・・ガスタービンプラン１〜．２・・・蒸気タービ
ンプラント、３・・・ガスタービン、６・・・発電機、
８・・・排熱回収熱交換器、１１・・・蒸気タービン、
１３・・・給水ポンプ、１５・・・低圧エコノマイザ、
１６・・・低圧蒸気ドラム、１７・・・低圧循環ポンプ
、１８・・・移送ポンプ、１９・・・低圧蒸気発生器、
２０・・・高圧■」ノマイザ、２１・・・高圧蒸気ドラ
ム、２２・・・高圧蒸気発生器、２３・・・高圧蒸気発
生器、２４・・・プレ蒸発器、２５・・・加熱器、３０
・・・伝熱管群、３１・・・伝熱管モジュール、３２・
・・継板、３４・・・支え板、３６・・・直管状伝熱管
、３７・・・Ｕ字状伝熱管、３８・・・自動溶接機、３
９・・・蛇管状伝熱管、４３・・・定盤、４４・・・モ
ジュール治′具（組−立治具）、４６・・・回転冶具、
４９・・・支持台、５５・・・全体組立治具、５７・・
・吊下げビーム。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久＄　３　図 第　６　図 第７図 第　６　図 第　９　図 ＄１４図 ２１３Ｊ 羊１６　図 ２かｌ 第１９図 ？６１ 第　１７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エコノマイザや蒸気発生器を構成する伝熱管群を熱
   交換器ケーシング内に収容し、ガスタービンの排気ガス
   で蒸気タービン用蒸気を発生させる排熱回収熱交換器に
   おいて、前記伝熱管群は複数の伝熱管モジュールに分割
   可能に形成され、各伝熱管モジュールを継板にて一体あ
   るいは一体的に連結して伝熱管群を構成したことを特徴
   とする排熱回収熱交換器。 ２、伝熱管モジュールは適宜間隔をおいて列状に整列配
   置された複数の支え板を備え、上記支え板の管穴に直管
   状伝熱管を挿通させるとともに、直管状伝熱管の所要の
   端部同士を所要のＵ字状伝熱管で接続して構成された特
   許請求の範囲第１項に記載の排熱回収熱交換器。 ３、モジュール治具上に横置き状態で伝熱管モジュール
   を組み立てるモジュール組立工程と、組み立てられた伝
   熱管モジュールを起立させて全体組立治具に順次据付け
   る工程と、全体組立治具上に据付けられた隣接する伝熱
   管モジュール同士を互いに連結して伝熱管群を組み立て
   る伝熱管群組立工程と、組み立てられた伝熱管群を熱交
   換器ケーシング内に収容させる工程とを備えることを特
   徴とする排熱回収熱交換器の製造方法。 ４、伝熱管モジュールは、モジュール治具上に適宜間隔
   をおいて列状に複数の支え板を整列配置した後、各支え
   板の管穴に直管状伝熱管が挿通され、挿通セットされ直
   管状伝熱管の所要の端部同同士をＵ字状伝熱管に溶接接
   続し、蛇管伝熱管を構成することにより組み立てられる
   特許請求の範囲第３項に記載の排熱回収熱交換器の製造
   方法。 ５、直管状伝熱管の所要の端部へのＵ字状伝熱管の溶接
   接続は下段から上段に向つて行なわれる特許請求の範囲
   第４項に記載の排熱回収熱交換器の製造方法。 ６、組み立てられた伝熱管モジュールの起立は、伝熱管
   モジュールを回転治具上にセットすることにより行なわ
   れる特許請求の範囲第３項に記載の排熱回収熱交換器の
   製造方法。