JPH04165202A - 排熱回収ボイラ - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、排熱回収ボイラに係わり、とくに大型排熱回
収ボイラ上部管寄せの水平力支持構造に関する。

（従来の技術） 一般に、コンバインドサイクル発電プラントにおいては
、ガスタービン等の排ガスを熱源として、蒸気タービン
用駆動蒸気や、プロセス用蒸気、温水を発生させる排熱
回収ボイラが用いられている。

以下、従来の排熱回収ボイラについて簡単に説明する。

第９図は従来の排熱回収ボイラの一例を示している。こ
の排熱回収ボイラは、機器上部に蒸気ドラムを配置し、
伝熱管を鉛直方向に設置したいわゆる自然循環形ボイラ
である。ガスタービン等からの排ガスは排熱回収ボイラ
４１に流入し、まず過熱器４２、高圧蒸発器４３を経て
脱硝装置４４に至り、排ガス中に含有する窒素酸化物を
除去する。脱硝装置４４を出た排ガスは高圧節炭器４５
、低圧蒸発器４６、低圧節炭器４７を順次通過し、各伝
熱管内の内部流体と熱交換を行う。

第９図に示したような自然循環形排熱回収ボイラは、強
制循環形の排熱回収ボイラと比較すると、循環ポンプが
不要であり所要動力を軽減できるという利点に加えて、
地上からボイラ最上部までの高さを低く抑えることがで
き、ボイラダクトを自立構造とすることが可能で、支持
鉄骨が不要となるなどの長所を有しているため、最近多
くのコンバインドサイクル発電所で採用される傾向にあ
る。

第１０図は第９図のＸ−Ｘ線に沿う断面図を示す。５５
は伝熱管であり、鉛直方向に配置された上下の管寄せに
接続されてパネルを形成している。

ボイラダクトのケーシング５１には保温材５２が内張す
され、ケーシングの温度を大気温度近くに保っている。

伝熱管５５ならびに上下の管寄せ５４．５６等のパネル
の荷重は下部管寄せ５６の下側に設置される下部支持部
材５７によって支持されている。このため排熱回収ボイ
ラの運転中に、伝熱管および上部管寄せは下部管寄せの
支持点を起点として鉛直方向上方に変位することになる
。

かかる排熱回収ボイラに地震力等の水平力が作用した場
合、最重量物である伝熱管パネルの荷重を上下の管寄せ
を介してケーシングに伝達しなければならない。このう
ち、地震時等に管束に発生する水平力は上部管寄せを介
してケーシングに伝達され、最終的には地上に伝達され
る。

第１１図は従来の排熱回収ボイラ上部管寄せの水平力伝
達支持構造の例を示している。この図の例では、管寄せ
はガス流れと直角方向に一本の管寄せとして構成されて
おり、上部管寄せ５４の中央部に突出したラグ６２を保
温材５２を内張したケーシング５１の上部に設けたブラ
ケット６１で支持するように構成されている（実開昭６
１−１４１５０３号公報参照）。また、ケーシング５１
上には上部補強材６４をもつ上部支持部材６３が固着さ
れている。

ところで、近年のコンバインドサイクル発電プラントは
、ガスタービンの大容量化によりさらに大型化する傾向
にあり、これに伴なって排熱回収ボイラも従来より大型
のものが計画されるようになっている。現状ではガス通
路部の高さおよび幅が１０ｍを越え、全長３０ｍ以上に
も及ぶ排熱回収ボイラも出現している。

このような大型の排熱回収ボイラでは、ガス通路部の幅
が長くなるため、幅方向に対して管寄せを一本で構成す
ることができず、ガス通路部幅方向に複数個に分割する
必要がある。また点検、補修時には上部管寄せ部分にア
クセスする必要があり、さらに漏洩管の補修を行うには
、管束を吊り上げて移動させ、スペースを確保してから
行うなどの手段をとるため、上部管寄せと上部ケーシン
グの間には、クレーンレールおよび吊り上げ用トロりを
設置するために十分な空間が必要となる。

（発明が解決しようとする課題） このような大型の排熱回収ボイラにおいては、第１１図
に示された従来例のような上部管寄せ支持構造では、上
部管寄せ５４に取付けたラグ６２もしくはケーシング側
のブラケットを長くかつ大型にする必要が生じる。しか
しながら、上部管寄せに水平力が作用した場合に、前者
の長いラグではモーメントアームが長くなっているため
、ラグ６２の根本すなわち耐圧部である上部管寄せとの
溶接部に過大な曲げ応力を発生して、溶接割れなどの不
具合を発生する可能性があるという問題点がある。後者
の長いブラケットにおいても、ブラケットによって曲げ
応力を分担しなければならず、部材が過大なものになっ
てしまうという欠点を有している。

さらに、第９図に示したような排熱回収ボイラでは、ケ
ーシングの内面に保温材を張り付けているため、ケーシ
ングの温度と内部のガス温度には大きな温度差が生ずる
。そこでケーシング内部の構造部材をケーシングに接続
する場合、前記温度差による部材間の熱膨張差の吸収方
法が、かかる上部管寄せの支持構造設計の問題となる。

本発明は、上記した点に鑑みてなされたもので、構造が
単純で各部分の熱膨張差を有効に吸収するとともに地震
の際パネルの重量を効果的に支持し得る排熱回収ボイラ
の上部管寄せの支持構造を提供することを目的としてい
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、上下に配置した管寄せの間を伝熱管で接続し
てパネルを構成し、このパネルを排ガス流れ中に配置し
て熱回収する排熱回収ボイラにおいて、υ１ガス流れ方
向内面およびυｌガスと直角方向面内に設けられた弾性
変形しうるトラス部材によって支持される上部管寄せ振
れ止め枠を備えたことを特徴とするものである。

（作　用） 」−記のように構成された本発明の排熱回収ボイラによ
れば、熱膨張差が生じた時にトラス部材の弾性変形によ
りその熱膨張差が吸収される。

（実施例） 以下、第１図ないし第３図に基づいて本発明の一実施例
について説明する。

第１図において、上部管寄せ１はガス流れと直角方向に
配置され、これに複数の伝熱管２が接続されてパネルを
構成している。本実施例では伝熱管群２．２はガス流れ
方向に５段のパネルよりなり、そのうち」二流側３段パ
ネルの上部管寄せ１の中心からは枝管５が出ており、外
部の機器と接続されている。下流側２段パネルの上部管
寄せの中心からは水平力を伝達するための突起６が設け
られている。上部ケーシング３と上部管寄せ］の距離は
約１．２ｍあり、上部ケーシング３の内面には保温材４
か張り付けである。枝管５および突起６の両側には、こ
れらを挾み込むようにしてガス流れ方向全パネル方向に
わたって２本の水平部材８が設置されている。この２本
の水平部材８は、上部管寄せ１の前後に配置された６個
の支持金物７を介して接続されており、これらの水平部
材８と支持金物７によって、枝管および突起の前後左右
を囲むようにして管寄せのガス流れ方向ならびにガス流
れと直角方向の変位を拘束するようになっている。本実
施例においては、パネル５段分をまとめて支持している
。この水平部材８と支持金物７て構成されるのが上部管
寄せの振れ止め枠である。

水平部材８は、本実施例においては溝型鋼としているが
、その断面形状については特に規定するものではなく、
水平力を支持するのに十分な断面性能があれば、任意の
断面形状でよい。

上部ケーシング３の保温材４は内張されているため、上
部ケーシング３と伝熱管２および支持部材との間には熱
膨張差が生じる。このため、水平部材８と支持金物７で
構成された梯子状の部品の１而と、上部管寄せ１の上端
との距離は、伝熱管の熱膨脹分にある程度の余裕を見込
んで決める。

本実施例においては、この距離を例えば１００ｍｍとし
ている。この程度の距離ならばパネルに水平力がかかっ
た時に枝管５もしくは突起６と上部管寄せ１の接続部に
発生する曲げ応力は十分小さく、かつ、耐圧部にかかる
外部応力を最小に抑えることができる。

また、水平部材８および支持部材７と枝管５もしくは突
起６との隙間は運転条件に大して適当に決められる。す
なわち上部管寄せ１を上部ケーシング３に対するガス流
れ方向またはガス流れと直角方向の変位に対して拘束し
てよい場合は、隙間を小さくするかあるいは点接触また
は線接触としてもよい。ただし、上部管寄せ１の上部方
向の変位を拘束しないようにしなければならない。一方
、枝管５か外部の機器に接続されていて、外部の機器が
熱膨脹するような場合は、外部の機器の熱膨脹を考慮し
て、適当な隙間を設けてもよい。その理由は、上部管寄
せ１に変位を拘束するものがないと仮定すると、伝熱管
２の剛性は比較的小さいので、地震時の上部管寄せ１の
変位は相当大きいものとなるため、隙間が例えば２０〜
３０ｍｍであっても十分効果があるからである。

水平部材８と支持金物７で構成された梯子状の部品は、
管群パネルの前後に位置する４本の鉛直部材１０と、ガ
ス流れと直角方向面内にある４本の斜め部材９とガス流
れ方向面内にある４本の斜め部材１］とによって上部ケ
ーシング３から吊り下げられるように支持される。斜め
部材９および１１と鉛直部材］０は、それぞれの両端に
接続板１２〜１５を介して水平部材８と上部ケーシング
３に接続され、いわゆるトラスを構成している。

これらの部材を設けることにより、ガス流の方向の水平
力は斜め部材１１と鉛直部材１０とにより、ガス直角方
向水平力は斜め部材９と鉛直部材１０とによってそれぞ
れ分担して受は持つことになる。

斜め部材９および１１は、本実施例においては、例えば
板厚１０ｍｍ未満かつ幅数１０ｍｍの帯板によって、各
々斜め部材の設置されている面と板の幅方向が平行にな
るように設置されている。すなわち、第３図に示すよう
に、上部から見たときに板厚方向が見えることになる。

斜め部材９および１１をこのような方向に取り付けるこ
とにより、運転時にこれらを撓ませて、斜め部材と上部
ケーシング３側との熱膨張差を吸収する。

このことを第４図によって説明すると、本排熱回収ボイ
ラの運転時には、斜め部材９または１１の一端は温度の
低い上部ケーシング３側に接続されており、他端は高温
ガスに曝される水平部材８に接続されているため、両者
の熱膨張差を斜め部材９または１１により吸収しなけれ
ばならない。

このとき斜め部材９または１１を第４図に示すように軸
線方向にすなわち、第４図では排熱回収ボイラの停止時
に破線で示した位置にあった斜め部材９および１１が、
運転時には実線（ハツチング）に示すように変形するこ
とによって、上記熱膨張差を吸収している。ただし、第
４図は斜め部材の変形の概念を示すもので、変位は幾分
誇張されている。斜め部材９または１１は、運転時に撓
み易いような断面形状、板厚のものを選択するとともに
、運転時における変位を確実にするため製作時に予め撓
み方向に凸となった弧状の板材とするのが望ましい。

つぎに本実施例の上部管寄せ１の支持構造によって伝熱
管２から上部管寄せ１に伝達された水平力が、上部ケー
シング３に伝達される作用について第５図（ａ）、（ｂ
）を用いて説明する。第５図（ａ）は、排ガスの上流側
からみた上部管寄せ支持構造であり、上部管寄せ１には
伝熱管２から伝えられたガス流れと直角方向右向きの水
平力Ｆ　が作用するものとする。この水平力Ｆｏによっ
てパネル全体が荷重の方向に変位し、枝管（鉛直部材）
５と水平部材８とが接触することにより、水平力Ｆ。は
上部管寄せ振れ止め枠に伝達される。

上部管寄せ振れ止め枠に伝達された水平力は管群の前後
に設置されたトラスで支持される。上部管寄せ１の中心
から左右のトラスを分けて考えると、水平力Ｆｏは右側
トラスの水平部材と節点にＦ□として伝達され、Ｆｌは
右側トラスの斜め部材に圧縮力Ｆ２として伝わり、鉛直
部材には引張り力Ｆ　として伝達される。Ｆ２、Ｆ３は
それぞれ上部ケーシングとの接続部から上部ケーシング
３へ伝達される。また、水平部材に伝達された水平力Ｆ
ｏは支持金物７を介して左側のトラスにも伝えられ、水
平部材８と左側との節点でＦ□′となる。

Ｆ　１　’は、左側のトラスにおいて斜め部材９′に引
張り力Ｆ　　鉛直部材には圧縮力Ｆ５として伝４ゝ えられ、それぞれの節点を介して上部ケーシング３へ伝
達される。排熱回収ボイラの運転時においでは、前述し
たように斜め部材は、第５図（ｂ）のハツチングを施さ
ないような形状にだ撓んでおり、左右の斜め部材に作用
する力Ｆ２、Ｆ４の上部ケーシング面と平行な成分がそ
れぞれＦ６、Ｆｌに対応している。斜め部材９．９′に
撓みを生じている運転時においては、Ｆｏが振れ止め枠
の水平部材８に作用し始めてから各部材に働く力が釣り
合うまでに引張り力のかかる左側のトラスの斜め部材の
撓みが解消され、圧縮力のかかる右側のトラスの斜め部
材９は運転時の変形に加えさらに変形が増大することに
なる（図５（ｂ）のハツチング部参照）。このようなと
き変形が増大する右側のトラスの斜め部材９で分担する
荷重は引張力を受は持つ左側のトラス９′の荷重に比べ
てわずかであり、左側のトラス９でほとんどの荷重を分
担している。したがって、斜め部材９および１１は、水
平荷重に対して引張りの側のみで支持することができる
ように、断面禎を決める必要がある。

このような構成とすることにより、斜め部材９は、自体
で熱伸びを吸収可能な構造であるため、溶接構造とする
ことが可能で、ボルト締めや摺動部が不要となり信顆性
が向上し事実上メンテナンスフリーとすることができる
。ただし、点検補修時に取り外１．が必要な場合には、
溶接構造としないことも有り得る。

このように、管寄せに水平力が作用し５た時に発生する
曲げ応力を十分小さくすることができる排熱回収ボイラ
管寄せの支持構造を得ることができた。すなわち耐圧部
にかかる外部応力を最小とすることができ、耐圧部を安
全に支持することができる。

また、従来技術で述べたような上部管寄せの一点のみで
支持する場合に比べて、本発明では上部ケーーシングに
伝達する荷重を分担させることが可能となり、上部ケー
シング外部の補強をコンパクトなものにすることができ
る。また、ケーシングに伝わる曲げ応力やせん断力を最
少限にでき、地震などにおいてケーシングにかかる負担
を軽減できる。

さらに、支持構造をいわゆるトラス構造としたため、支
持部で曲げ応力を分担する必要がなくなり、部材を小型
軽量化することができる。

支持用部材は、部材自身で熱伸びを吸収可能な構造と（
、またため、溶接構造とすることが可能で、ボルト綿め
や摺動部が不要となり信頼性が向上し事実上メンテナン
スフリーとすることが可能である。

つぎに、第６図から第８図に基づいて本発明の他の実施
例について説明する。

この実施例においても、発明の作用ならびに効果は前述
の実施例と同一であるため、ここではそれと構成の相違
する部分についてのみ説明する。

第６図において、上部管寄せ２１はガス流れと直角方向
に配置され、これに複数の伝熱管２２が接続されてパネ
ルを構成している。本実施例では伝熱管群２２．２２・
・・はガス流れ方向に２段のパネルよりなり、上流側と
下流側とを結ぶ連絡管２５が接続されている。この実施
例では、上部ケーシング２３と上部管寄せ２１との距離
は第一実施例と同じく約１．２ｍであり、上部ケーシン
グ２３の内面には保温材２４が張り付けである。

第６図から第８図に示すように、連絡管２５の管寄せ中
央側を支持金物２６で囲むように組み合わせて、水平部
材２７に接続し２である。水平部材２７はＨ型に成形さ
れた部材で、上部管寄せ２１の中央、に側に１本、ガス
流れ方向に設置されている。断面形状は第１実施例と同
様に任意とすることができる。

本実施例においては、支持金物２６と水平部材の７とに
より、管寄せ連絡管２５の周囲を囲むようにして、上部
管寄せ２１のガス流れ方向ならびにガス流れと直角方向
の変位を拘束するようになっており、パネル２段分をま
とめて支持している。

水平部材２７と支持金物２６で構成された部品の下面と
、上部管寄せ２１の上端との距離は、第１実施例と同様
に伝熱管２２の熱膨脹分にある程度の余裕を見込んで決
める。本実施例においても、パネルに水平力がかかった
ときに連絡管２５と管寄せ２１の接続部に発生する曲げ
応力は十分小さく、耐圧部にかかる外部応力を最小に抑
えることができる。

水平ｍ＋４’２７と支持金物２６で構成された部品は、
管群パネルの前後に位置する２本の鉛直部材２９と、ガ
ス流れと直角方向内にある４本の斜め部材２８ならびに
ガス流れ方向面内にある４本の斜め部材３０とで上部ケ
ーシングから吊り下げられるようにして支持される。

これらの斜め部材２８．３０と鉛直部材２９で構成され
るトラス構造は、第１実施例と同様な作用効果を有する
ので説明は省略する。

本実施例によると、第１実施例の作用、効果に加えて、
水平部材、鉛直部材の点数を削減することが可能で、さ
らに単純で信頼性の高い構造とすることができる。

第１実施例および本実施例を併用することにより、上部
に管寄せを有する排熱回収ボイラのすべてを、本発明の
目的に沿った支持構造を得ることができる。

さらに、ガス流れ方向の水平力を支持するトラスの位置
を水平部材の上部とすることにより省スペースが可能と
なる。また、複数の管群をまとめて支持することも可能
である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、大型の排熱回収ボイラ上部管寄せの支
持構造において、上部管寄せに作用する水平力によって
管寄せ溶接部に発生する曲げ応力を十分小さくすること
ができ、耐圧部にかかる外部応力を最小にし、耐圧部を
安全に支持することができる。

また、排熱回収ボイラにおいて、上部ケーシングに伝達
される水平荷重を分担し支持することが可能となり、上
部ケーシング外部の補強をコンパクトなものにすること
ができる。また、ケーシングに伝わる曲げ応力やせん断
力を最少限にでき、地震等においてケーシングにかかる
負担を軽減できる。

さらに、支持構造をいわゆるトラス構造としたため、支
持部で曲げ応力を分担する必要がなくなり部材を小型軽
量化することができる。

また、支持用部材は、部材自身で熱伸びを吸収しうる構
造としたため、溶接構造を採用することができ、ボルト
締めや摺動部が不要となり信頼性が向上し事実上メンテ
ナンスフリーとすることができるなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の排熱回収ボイラの第１実施例における
上部管寄せ要部をボイラ正面より見た図、第２図は同じ
くボイラ側面より見た図、第３図は第１図におけるＸ−
Ｘ線に沿う断面図、第４図は第１実施例の運転時におけ
る支持部材の変形を示す図、第５図は同じく管寄せに作
用する水平力の伝達経路を示す図、第６図は本発明の排
熱回収ボイラの他の実施例における上部管寄せ要部をボ
イラ正面より見た図、第７図は同じくボイラ側面より見
た図、第８図は第５図の■−■線に沿う断面図、第９図
は従来の排熱回収ボイラの一例を示す図、第１０図は第
９図のＸ−Ｘ！ｌに沿う断面図、第１１図は第８図の上
部管寄せ支持部の拡大図である。 １・・・上部管寄せ、２・・・伝熱管、３・・・上部ケ
ーシング、４・・・保温材、５・・・枝管、６・・・突
起、７・・・支持金物、８・・・水平部材、９．９′・
・・斜め部材、１０．１０′・・・鉛直部材、１１・・
・斜め部材、１２〜１５・・・接続板、２１・・・上部
管寄せ、２２・・・伝熱管、２３・・・上部ケーシング
、２４・・・保温材、２５・・・連絡管、２６・・・支
持金物、２７・・・水平部材、２８・・・斜め部材、２
９・・・鉛直部材、３０・・・斜め部材、３１〜３３・
・・接続板。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 ｔ〃ス 塾３回 ↑＃ｌ−鹿 某４図 第５　図 ■

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、上下に配置した管寄せの間を伝熱管で接続してパネ
   ルを構成し、かつ、上部管寄せ振れ止め枠によりこのパ
   ネルを拘束し、該パネルを排ガス流れ中に配置して熱回
   収する排熱回収ボイラにおいて、前記上部管寄せ振れ止
   め枠を排ガス流れ方向面内および排ガス流れと直角方向
   面内に設けられた弾性変形しうるトラス部材により支持
   し、前記トラス部材の弾性変形により熱膨張差を吸収す
   ることを特徴とする排熱回収ボイラ。