JPH04313603A - 排熱回収ボイラの管寄せ支持装置 - 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】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は排熱回収ボイラに係り、
特に大型排熱回収ボイラに組込まれて使用される管寄せ
の水平力のための支持装置に関する。

【０００２】

【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
、蒸気タービン用の駆動蒸気や、プロセス用の温水を発
生させる排熱回収ボイラが用いられている。

【０００３】図８は従来の排熱回収ボイラの一例を示し
ている。本図に示される排熱回収ボイラは機器の上部に
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って、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、ここで含
有する窒素酸化物が除去される。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４
７を順次通過し、各伝熱管内の内部流体を熱交換を行う
。

【０００４】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
ンプが不要であって、所内動力を軽減できる利点に加え
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、さらに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、新設の多くのコンバインドサイクル発電プラントが
この方式を採用するものと考えられている。

【０００５】図９は図８のＣ−Ｃ断面図を示す。図中符
号５５は伝熱管であり、鉛直方向に配置され、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が内張りされ、ケー
シング５１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
て支持している。このため、排熱回収ボイラの運転中に
おいて、伝熱管５５および上部管寄せ５４は下部管寄せ
５６の支持点を起点として鉛直方向上側に変位すること
になる。

【０００６】かかる排熱回収ボイラの伝熱管５５はガス
タービン排ガスのような比較的低温のガスから効率良く
熱回収するためにフィン付き伝熱管が使用される場合が
多い。フィン付き伝熱管ではフィンが負荷質量としては
作用するが管の剛性を高めることはなく、伝熱管５５の
座屈を防止し、自立させるためには上部管寄せ５４の変
位が拘束されなければならない。このため、上部管寄せ
５４の水平方向の変位を拘束する支持装置が設置される
。この支持装置は、さらに、排熱回収ボイラに地震力な
どの水平力が作用した場合にも最重量物である伝熱管５
５等のパネルの荷重を支持し、ケーシング５１に伝達す
る機能も有している。支持装置を構成する部材は強度的
には地震時の水平力に対抗し得るように設計される。

【０００７】図１０および図１１は従来の排熱回収ボイ
ラの上部管寄せ５４の水平力伝達支持構造の例を示して
いる。図１０の例では上部管寄せ５４はガス流れと直角
方向に作用する水平力を上部管寄せ５４の中央部に突出
したラグ６２を設けてこれをケーシング５１の上部に設
けたブラケット６１で支持する構成としている。また図
１１の例ではガス流れ方向の水平力を上部管寄せ５４の
端部に設けられた突出部材６５をケーシング内面に付設
された支持部材６６にて挟み込むようにして支持してい
る（実開昭６１−１４１５０３号公報参照）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】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大
型化する傾向にあり、これにとも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きてい
る。現状ではガス通路部高さおよび幅が１０ｍを越え、
全長３０ｍ以上にも及ぶ排熱回収ボイラも存在する。

【０００９】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
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５４と
ケーシング５１との間にはクレーンレールおよび吊り上
げ用トロリを設置するために十分な空間が必要となる。

【００１０】図１０に示されるような上部管寄せ５４の
支持構造では上部管寄せ５４に取り付けたラグ６２もし
くはケーシング５１側のブラケット６１を長くかつ大型
にする必要がある。しかしながら、上部管寄せ５４に水
平力が作用した場合に前者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５４との溶接部に過大な曲げ応力が発生し、
溶接割れなどの重大な不具合の発生が懸念される状況に
ある。また、後者においても、ブラケット６１で曲げ応
力を分担しなければならず、部材が過大なものになって
しまう欠点がある。また、上部管寄せ５４を幅方向に複
数個分割した場合、図１１に示すように上部管寄せ５４
の端部をケーシング５１側から支持するのは事実上不可
能である。

【００１１】さらに、図９に示したような排熱回収ボイ
ラではケーシング５１の内面に保温材５２を張り付けて
いるため、ケーシング５１の温度と内部のガス温度には
大きな温度差が生じるので、ケーシング５１の内部の構
造部材をケーシング５１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問題となる。

【００１２】そこで、本発明は上部管寄せに作用する前
後左右方向の力を効果的に支持することができ、かつ支
持部材に生じる熱応力を最小に保持可能な管寄せ支持装
置を提供することを目的とする。 ［発明の構成］

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
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の流動域に配置
してなる排熱回収ボイラの管寄せ支持装置において、上
下に配置される２本の水平部材、双方の水平部材にわた
される鉛直部材および鉛直部材の外側で、双方の水平部
材にわたされる斜め部材を組み合わせて上部管寄せを支
持するトラスを形成し、該トラスの一点を天井板に固定
し、他点を該天井板にガス流動方向に沿って滑動可能に
設けたことを特徴とするものである。また、トラス上部
の水平部材に管材を使用し、該水平部材を天井板に取り
付けられた環状部材に貫通させ、これにより長手方向に
滑動自在で、かつ軸方向に回動自在に支持したトラスを
２面設け、上部管寄せの突起物ないしは枝管の周囲を囲
うように２面のトラスの下部を接続するように構成した
ことを特徴とする。さらに前記トラスの固定点を伝熱管
パネルの固定点に一致させるかもしくはできるだけ近い
点に設け、運転時におけるトラスの変位方向を伝熱管パ
ネルの変位方向に一致させたことを特徴とする。

【００１４】

【作用】上記の如く構成された本発明によれば、上部管
寄せ支持用トラスをガス流動方向に対して滑動自在に支
持し、該トラスを構成する部材を自由に熱膨張させ、こ
れにより部材内の熱応力の発生が抑制される。

【００１５】また、同トラスを２面設け、これらを接続
して上部管寄せを支持する場合には、ガス流れ方向に滑
動自在に支持すると同時に、トラス面はガス流動方向を
軸に回同自在に支持されるので、２面のトラスの接続金
物が熱膨張してもトラス面に面外曲げ変形が生じず、支
持部への曲げモーメントの伝達がなく、ケーシングにも
伝達されない。

【００１６】さらに、支持装置の固定点を伝熱管群の固
定点に一致させるか、なるべく近い位置を選択している
ので、両者の熱膨張による変位差を最小にでき、変位の
拘束による熱応力の発生が抑制される。

【００１７】

【実施例】以下、図１ないし図４を参照して本発明の一
実施例について説明する。

【００１８】図１ないし図３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、複数の伝熱管２が接続
されてパネルを構成している。本実施例ではパネル１段
には３列の伝熱管２が接続され、伝熱管群はガス流動方
向に５段のパネルよりなる。上部管寄せ１の中心には水
平力を伝達するための突起７が設けられている。ケーシ
ング３と上部管寄せ１の距離は約１．２　ｍであり、ケ
ーシング３の内面には保温材４が張り付けてある。ケー
シング３は上部構造部材５および上部補強部材６により
補強される。

【００１９】本実施例においてはガス流動方向のトラス
面は上部の管状水平部材１０と、管寄せ１に設けられた
突起７の位置にある水平部材１５とをガセットプレート
１１，１２を介して斜め部材１３および垂直部材９にて
接続することにより構成されている。トラス面の上部に
位置する管状水平部材１０は、ケーシング３にガス流動
方向に整列して取り付けられた支持金物８に接続される
環状部材９の内面を貫通しており、この貫通部を滑動す
ることによってトラス面の熱膨張を拘束しないようにな
っている。また、このような支持構造では管状水平部材
１０は環状部材９に対してその軸方向に回転可能である
。上部のガセットプレート１１は環状部材９の周辺を囲
むようなＵ字型をしており、環状部材９に対して隙間を
もたせて、環状水平部材１０に接続されている。この環
状部材９とガセットプレート１１の隙間を調節すること
によりトラス面の熱膨張の方向を規定している。本実施
例ではトラス面は図４に示すように図の右側（ガス下流
側）の隙間を０または微小量として固定とし、左側（ガ
ス上流側）へ熱膨張が生じるようになっている。また、
図４は停止時（冷態時）を示すもので、移動側の支持点
では右側を熱膨張代にとり、左側の隙間は小さくなって
いる。

【００２０】トラス面の固定点は伝熱管群の固定点にあ
わせて管群とトラス面が同一方向に熱膨張するように選
ぶ。これにより伝熱管群の変形、熱応力の発生を防止で
きる。

【００２１】上記のように構成されたトラス面は突起７
を挟んで２面からなり、図２および図３に示すように突
起７の周囲を囲むように接続金物１９で接続されている
。また、この白面はガス流れと直角方向については水平
部材１５とケーシング３とを斜め部材１６とガセットプ
レート１７，１８によって接続している。斜め部材１６
はガス流れ直角方向に変形しやすいように、幅厚比の大
きめの部材を使用し、ガス流動方向に板厚の方向をとり
、熱応力の発生を回避している。

【００２２】上記構成からなる上部管寄せ支持用のトラ
ス面は上側の環状水平部材１０がケーシング３に固定さ
れている環状部材９に対して滑動することにより熱膨張
が吸収される。すなわち、直接溶接した場合には斜め部
材１３や水平部材１５等の温度は最大６００℃近くにも
なるため、ほぼ常温のケーシング３に対して両者の熱膨
張差により圧縮方向に過大な熱応力が発生することにな
るが、本実施例のような構成とした場合には熱応力の発
生を最小に抑えることができる。これにより該トラス部
材の熱変形や接合部の溶接割れを防ぐことが可能である
。

【００２３】また、本実施例ではトラスを２面設け、こ
れらを接続して上部管寄せ１を支持するようにしている
が、トラス面はガス流動方向に滑動自在に支持すると同
時にガス流動方向を軸に回動自在に支持される。すなわ
ち、図５に示されているように、停止時においては垂直
部材１４と斜め部材１６はケーシング３と三角形を形成
しているが、運転時（熱ガス流入時）には接続金物１９
がガス流動直角方向に熱膨張することになる。このとき
環状水平部材１０と環状部材９は回転可能に接続されて
いるから、垂直部材１４は曲げ変形は生じず、ハの字状
に回転変形することになる。したがって、トラスの接続
金物１９が熱膨張してもトラス面に面外曲げ変形を生じ
ない。さらに、環状部材９によりトラス面を回動可能に
支持しているため、ここから支持金物８及びケーシング
３への支持部へ曲げモーメントが伝達されることがなく
、ケーシング３の設計上有利である。

【００２４】かかる管寄せ支持装置に伝熱管パネルから
ガス流れ方向の水平力が作用したときの力の伝達経路は
、まず突起７から接続金物１９へ伝えられ、水平部材１
５を通して斜め部材１６から前述したトラス面の固定点
（本実施例では右端）を経てケーシング３上部へ伝達さ
れる。ガス流動方向の場合には力は突起７から水平部材
１５を通して斜め部材１６からケーシング３へ伝達され
ることになるが、この方向の場合斜め部材１６の熱応力
は部材自身のたわみによって吸収するため、水平力に対
して引っ張り力が発生する方の斜め部材のみが力を分担
することになる。トラス面の固定点は伝熱管群の固定点
にあわせて管群とトラス面が同一方向に熱膨張するよう
に選ばれており、伝熱管群の変形、熱応力の発生を防止
できる。

【００２５】かくして、本実施例の上部管寄せ支持装置
によれば、ガス流動方向のトラス面内での熱応力を抑制
することができる。また、ガス流動方向のトラス面では
トラス面内で自由に熱膨張させているので、斜め部材を
圧縮引張りとももたらすことができ、部材の小型化が可
能である。トラス面はケーシングに対し回転可能に支持
されているので、面外曲げ変形を防止でき、またケーシ
ングへの曲げモーメントの伝達も防止できる。さらに、
トラス面の固定点は伝熱管群の固定点にあわせて管群と
トラス面が同一方向に熱膨張するように選択されており
、伝熱管群の変形、熱応力の発生も防止できる。

【００２６】次に、図６を参照して本発明の他の実施例
について説明する。装置の構成は前記実施例とほぼ同様
であるが、支持装置が伝熱管群１Ａから１Ｃまでの３種
類の管群を単一の支持装置にて支持している点が異なっ
ている。通常の排熱回収ボイラは複数の伝熱管群をまと
めて１つのケーシング内に組み込まれることが多く、こ
のような管群の管寄せを一括して支持する場合には、図
６に示すようにトラスがガス流動方向に長くなる。この
ような場合にもトラス面が滑動自在に支持されているこ
とから、第１の実施例に比べて水平部材がかなり長くな
っているにもかかわらず、熱応力の発生を抑制すること
ができる。さらに、本実施例のような長い支持構造を採
用することにより部材の節約、簡素化も実現可能である
。

【００２７】図７は本発明のさらに異なる実施例を示し
ている。本装置の構成は上記実施例とほぼ同様であるが
、本実施例では特に支持用のスペースが狭い場合の支持
装置であって、斜め部材１３を双方の垂直部材１４の間
に配置している点が上記実施例と異なっている。本実施
例においてもトラス面は自由な熱膨張を許す構造として
いるため、斜め部材１３を引っ張り、圧縮とも効かせる
ことが可能であり、部材の小型化を達成することができ
る。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、保
温材が内張りされてケーシング外表面が常温近くに保た
れるような排熱回収ボイラにおいて、ガス流動域にあっ
て伝熱管の接続された上部管寄せを支持するトラス面を
ガス流れ方向に対して滑動自在、かつ回動自在に支持す
ることによって熱応力の発生を最小に抑え、信頼性の高
い支持装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る排熱回収ボイラの上部管寄せ支持
装置をボイラ側面より見た立面図。

【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視図。

【図３】図１におけるＢ−Ｂ矢視図。

【図４】環状水平部材の支持部の詳細を示す図。

【図５】ガス流れ直角方向の部材の変形を示す図。

【図６】本発明の他の実施例の排熱回収ボイラの上部管
寄せ支持装置を示す立面図。

【図７】本発明の第３の実施例の排熱回収ボイラの上部
管寄せ支持装置を示す立面図。

【図８】従来の排熱回収ボイラの一例を示す構成図。

【図９】図９のＣ−Ｃ線に沿う断面図。

【図１０】図９のＤ部詳細を示す拡大断面図。

【図１１】図１０のＥ部詳細を示す拡大断面図。

【符号の説明】

１…上部管寄せ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　１Ａ…上部管寄せＡ １Ｂ…上部管寄せＢ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　１Ｃ…上部管寄せＣ ２…伝熱管　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　２Ａ…伝熱管Ａ ２Ｂ…伝熱管Ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　２Ｃ…伝熱管Ｃ ３…ケーシング　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　４…保温 ５…上部構造部材　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　６…上部補強部材 ７…突起　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　８…支持金物 ９…環状部材　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　１０…環状水平部材 １１，１２，１７，１８…ガセットプレート　　　　１
３，１６…斜め部材 １４…垂直部材　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　１５…水平部材 １９…接続金物

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、このパネルを排ガスの流動域
   に配置してなる排熱回収ボイラの管寄せ支持装置におい
   て、上下に配置される２本の水平部材、該双方の水平部
   材にわたされる鉛直部材および鉛直部材の外側で、該双
   方の水平部材にわたす斜め部材を組み合わせて上部管寄
   せを支持するトラスを形成し、かつ該トラスの一点を天
   井板に固着し、他点を該天井板にガス流動方向に沿って
   滑動可能に設けたことを特徴とする排熱回収ボイラの管
   寄せ支持装置。
2. 【請求項２】　　前記トラス上部の水平部材に管材を使
   用し、該水平部材を天井板に設けられた環状部材に貫通
   させこれにより長手方向に滑動自在で、かつ軸方向に回
   動自在に支持したトラスを２面設け、上部管寄せの突起
   物ないしは枝管の周囲を囲うように２面のトラスの下部
   を接続するように構成したことを特徴とする請求項１記
   載の排熱回収ボイラの管寄せ支持装置。
3. 【請求項３】　　前記トラスの固定点を伝熱管パネルの
   固定点に一致させるかもしくはできるだけ近い点に設け
   、運転時における該トラスの変位方向を該伝熱管パネル
   の変位方向に一致させたことを特徴とする請求項１記載
   の排熱回収ボイラの管寄せ支持装置。