JPH0820041B2 - 排熱回収ボイラ - Google Patents

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配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が内張りされ、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ツト61
で支持するように構成されている（実開昭61−141503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リ
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
ラケツ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
ブラケツトにおいても、ブラケツトによって曲げ応力を
分担しなければならず、部材が過大のものになってしま
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脹差の吸収
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、排ガス流れ方
向内面および排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） 上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郡2,2はガス流れ
方向に５段のパネルよりなり、そのうち上流側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１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が張り
付けてある。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で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
熱膨脹差が生じる。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下面と、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が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11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10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け持つこ
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側との熱膨脹差を吸収する。

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
の熱膨脹差を斜め部材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、上記熱膨脹差を吸収している。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F₀が作用するものとする。この水平力F₀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F₀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F₀は右側トラスの水平部材と節
点にF₁として伝達され、F₁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F₃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F₀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F₁′とな
る。F₁′は、左側のトラスにおいて斜め部材９′に引張
り力F₄、鉛直部材には圧縮力F₅として伝えられ、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ては、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、F₇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、F₀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け持つ左側
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、断面積を決める必要が
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。ただし、点検補修時に取り外しが必要な場合には、
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
したため、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が張り付けてある。

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に接続してある。水平部材27はＨ型に成形された部材
で、上部管寄せ21の中央上側に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27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少に抑えることが
できる。

水平部材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６図のVIII−VIII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線に沿う断面図、第11図は第10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、29……鉛直部
材、30……斜め部材、31〜33……接続板。

Claims (1)

【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、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。