(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ本体内に垂直に配置され、かつ水平に流れる排ガスに沿って間隔を隔てて配置された複数の伝熱パネルを有し、該各伝熱パネルは、上下の水平管寄せと該水平管寄せ間を連結した多数の垂直伝熱管とからなる、排熱回収ボイラにおける伝熱パネルの支持構造であって、
上端が下管寄せに剛接され下方に伸びた複数の垂直給水管と、該垂直給水管の下端に剛接され前記下管寄せと平行にほぼ水平に伸びた水平給水管と、水平給水管の直下に設けられ水平給水管を熱膨張可能に支持する支持架台と、該支持架台を囲む断熱材とを備え、水平給水管及び垂直給水管を介して下管寄せに給水が供給される、ことを特徴とする排熱回収ボイラにおける伝熱パネルの支持構造。
【請求項２】
前記水平給水管は、複数の水平な支持面を有し、前記支持架台は、水平給水管の支持面を支持する水平な上面を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の排熱回収ボイラにおける伝熱パネルの支持構造。
【請求項３】
前記水平給水管の支持面は、垂直給水管に対応した位置に設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の排熱回収ボイラにおける伝熱パネルの支持構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は排熱回収ボイラに係わり、更に詳しくは、排熱回収ボイラにおける伝熱パネルの支持構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブレイトンサイクルとランキンサイクルを組合わせた複合サイクルや、既設のボイラにガスタービンを組み合わせて出力を増大させるリパワリングが、近年ますます盛んになっている。図５は、複合サイクルの１つである排熱回収式複合サイクル発電プラントの全体構成図であり、ガスタービン１の排気を排熱回収ボイラ２（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｔｅａｍ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）に導き、その熱を回収して蒸気を発生させ蒸気タービン３を駆動するようになっている。かかる複合サイクルは、ガスタービンの最高利用温度が高いという利点と、蒸気タービンの最低利用温度が低いという利点を活用したものであり、熱効率及び部分負荷効率が高く、起動停止時間が短く、温排水量が少ない、等の特徴を有している。なおこの図に示した排熱回収ボイラは、ガスタービンの排熱を回収するためにリパワリングにも適用される。
【０００３】
図６は、従来の排熱回収ボイラの全体構成図である。この図に示すように、従来の排熱回収ボイラは、断熱材で内張りされたボイラ本体４と、この本体内に架台４ａに載せられて垂直に配置された複数（この図で３つ）の伝熱パネル５とからなり、各伝熱パネル５は、上下の水平管寄せ５ａ，５ｂ（マニホールド）とこの管寄せ間を連結する多数の垂直伝熱管５ｃとからなる。ボイラ本体内は、仕切り板４ｂにより、ガスタービンからの高温排ガス（例えば６５０℃）が流れる排ガス流路と上下管寄せの収納部分とに仕切られ、各管寄せが高温の排ガスに直接曝されないようになっている。また、下管寄せ５ｂの下方にはパネル支持部６が設けられ、このパネル支持部６を架台４ａで支持し、伝熱パネルの重量を支えるようになっている。また各伝熱パネル５の垂直伝熱管５ｃにはボイラ用給水が下流側から順次上向きに流れ、高温排ガスにより加熱されて高温水又は蒸気となり、これにより排ガス中の熱を回収するようになっている。
【０００４】
図７は、図６の排熱回収ボイラのパネル正面図である。大型の排熱回収ボイラでは、高温ガスの流路断面は例えば約１０ｍ×１０ｍにもなり、各伝熱パネルの重量が重く、下管寄せ５ｂの水平長さも長くなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の排熱回収ボイラでは、起動又は停止時に伝熱パネルが幅方向に熱膨張（又は熱収縮）するため、パネル支持部６が架台４ａの上を水平に滑る必要がある。しかし、架台４ａの周囲には、仕切り板４ｂの隙間から高温排ガス（約６５０℃）が流れ込むため、架台４ａの滑り面はほぼ同等の高温になり、  １長時間保持後の滑り出し摩擦係数が非常に増大し（例えば２以上）、  ２かつステックスリップや  ３部分的な拡散結合が生じて、伝熱パネル５が架台４ａ（伝熱パネル支持部材）上をスムーズに滑らなくなる問題点があった。
【０００６】
このため、摩擦係数の増大や拡散結合により伝熱パネルに過大な水平力（例えば自重の２倍以上の約４０〜６０トン）が作用したり、ステックスリップにより、昇温・冷却の過程で熱膨張が急に開放され、激しい衝撃音（例えば「バキーン」，「ドーン」という音）とともに衝撃荷重が作用し、各部に亀裂等を発生させることがある問題点があった。この現象は、比較的小型の排熱回収ボイラでも発生するが、特に大型になる程重要である。
【０００７】
上述した架台の滑り面は、例えば約６５０℃以上の高温に曝されながら５０〜７０Ｋｇ／ｃｍ２の高面圧を受ける。このため、通常の材料では、上述した現象を回避できず、従来は、幅方向に伝熱パネルを分割したり、ボイラ各部の強度を高めかつメンテナンスを頻繁に行う、等の手段をとっていた。しかし、これらの対策により、構造が複雑化し、重量が増し、装置が大型化し、製造コストが過大になる等の問題点があった。
【０００８】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、滑り面の高温酸化量を低減し、ステックスリップや拡散結合をなくし、高温・高面圧下において伝熱パネルをスムーズに熱膨張させることができる排熱回収ボイラにおける伝熱パネルの支持構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ボイラ本体内に垂直に配置され、かつ水平に流れる排ガスに沿って間隔を隔てて配置された複数の伝熱パネルを有し、該各伝熱パネルは、上下の水平管寄せと該水平管寄せ間を連結した多数の垂直伝熱管とからなる、排熱回収ボイラにおける伝熱パネルの支持構造であって、上端が下管寄せに剛接され下方に伸びた複数の垂直給水管と、該垂直給水管の下端に剛接され前記下管寄せと平行にほぼ水平に伸びた水平給水管と、水平給水管の直下に設けられ水平給水管を熱膨張可能に支持する支持架台と、該支持架台を囲む断熱材とを備え、水平給水管及び垂直給水管を介して下管寄せに給水が供給される、ことを特徴とする排熱回収ボイラにおける伝熱パネルの支持構造が提供される。
【００１０】
本発明の好ましい実施例によれば、前記水平給水管は、複数の水平な支持面を有し、前記支持架台は、水平給水管の支持面を支持する水平な上面を有する。また、前記水平給水管の支持面は、垂直給水管に対応した位置に設けられている、ことが好ましい。
【００１１】
【作用】
上記本発明の構成によれば、伝熱パネルの下管寄せの下方に複数の垂直給水管と下管寄せと平行に水平に伸びた水平給水管とが剛接されているので、支持架台により水平給水管を熱膨張可能に支持することにより、伝熱パネル全体を下管寄せの長さ方向に熱膨張可能に支持することができる。また、この水平給水管及び垂直給水管を介して下管寄せに給水が供給されるので、内部を流れる給水により水平給水管及び垂直給水管を下管寄せとほぼ同一の温度（例えば２００〜３００℃）に冷却することができる。更に、水平給水管の直下に支持架台が設けられ、かつこの部分が断熱材で囲まれているので、水平給水管により支持架台を冷却し、かつ断熱材により高温排ガスによる昇温を防止することができ、これにより、支持架台の滑り面の高温酸化量を低減し、ステックスリップや拡散結合をなくし、高温・高面圧下において伝熱パネルをスムーズに熱膨張させることができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。
図１は、本発明による伝熱パネル支持構造を有する排熱回収ボイラの全体構成図である。この図において、排熱回収ボイラ１０は、ボイラ本体４内に３つの伝熱パネル７，８，９を有し、各伝熱パネルはそれぞれ垂直に配置され、かつ水平に流れる排ガスに沿って間隔を隔てて配置されている。また、各伝熱パネルは、上下の水平管寄せ５ａ，５ｂ（マニホールド）とこの水平管寄せ間を連結した多数の垂直伝熱管５ｃとからなる。
【００１３】
更に図１において、伝熱パネル７，８，９の間には下流側の上管寄せ５ａから上流側の下管寄せ５ｂに給水を流す降水管１１ａが設けられている。また、最下流の伝熱パネル９の下管寄せ５ｂには外部から低温（約１８０〜２００℃）の給水が給水入口ライン１１ｂから導入され、かつ最上流の伝熱パネル７の上管寄せ５ａからは加熱されて例えば３００℃以上の高温になった蒸気又は高温水が給水出口ライン１１ｃを介して図示しないメインボイラ等に供給されるようになっている。なお、本発明は３つの伝熱パネルに限定されず、２つであっても４つ以上であってもよい。
【００１４】
図２は、本発明の伝熱パネルの支持構造を有する大型排熱回収ボイラのパネル正面図、図３は最上流又は中間の伝熱パネルの支持構造を示す図２の部分拡大図、図４は図３のＡ部拡大図である。
図２において、最下流の伝熱パネル９の下管寄せ５ｂには、図１と同様に、外部から低温（約１８０〜２００℃）の給水が給水入口ライン１１ｂから導入される。また図３に示すように、最上流と中間の伝熱パネル７，８には、下流側の上管寄せ５ａから降水管１１ａを介して給水が供給される。なお図２に示すような大型の排熱回収ボイラでは、高温ガスの流路断面は例えば約１０ｍ×１０ｍ以上にもなり、各伝熱パネルの重量が重く（例えば２０〜３０トン）、下管寄せ５ｂの水平長さは、この図のように、各伝熱パネルを左右に別々に設けた場合でも例えば４〜５ｍ以上の長さになる。
【００１５】
図１〜図４において、本発明の伝熱パネルの支持構造では、上端が下管寄せに溶接等で剛接され下方に垂直に伸びた複数の垂直給水管１２と、垂直給水管１２の下端に剛接され下管寄せ５ｂと平行にほぼ水平に伸びた水平給水管１４と、水平給水管１４の直下に設けられ水平給水管１４を支持する支持架台１６と、支持架台１６を囲む断熱材１８とを備える。また、水平給水管１４及び垂直給水管１２を介して下管寄せ５ｂに給水を供給するようになっている。
【００１６】
また、図４に示すように、水平給水管１４は、複数の水平な支持面１４ａを有し、支持架台１６は、水平給水管１４の支持面１４ａを支持する水平な上面１６ａを有している。この構成により、支持架台１６の上面１６ａの上を垂直給水管の支持面１４ａが水平に滑ることにより、支持架台１６により水平給水管１４を熱膨張可能に支持することができる。
【００１７】
更に、図２〜図４に示すように、水平給水管１４の支持面１４ａは、垂直給水管１２に対応した位置に設けられ、垂直給水管１２や水平給水管１４に大きな曲げモーメントを作用させることなく、伝熱パネル７，８，９の全体の重量を支持面１４ａを介して支持架台１６に伝達するようになっている。
【００１８】
上述した構成により、伝熱パネル７，８，９の下管寄せ５ｂの下方に複数の垂直給水管１２と下管寄せ５ｂと平行に水平に伸びた水平給水管１４とが溶接等により剛接されているので、支持架台１６により水平給水管１４を熱膨張可能に支持することにより、伝熱パネル全体を下管寄せの長さ方向（図２で左右）に熱膨張可能に支持することができる。
また、この水平給水管１４及び垂直給水管１２を介して下管寄せ５ｂに給水が供給されるので、内部を流れる給水により水平給水管１４及び垂直給水管１２を下管寄せ５ｂとほぼ同一の温度（例えば２００〜３００℃）に冷却することができる。
【００１９】
更に、水平給水管１４の直下に支持架台１６が設けられ、かつこの部分が断熱材１８で囲まれているので、水平給水管１４により支持架台１６を冷却し、かつ断熱材１８により高温排ガスによる昇温を防止することができ、これにより、支持架台の滑り面の高温酸化量を低減し、ステックスリップや拡散結合をなくし、高温・高面圧下において伝熱パネルをスムーズに熱膨張させることができる。
【００２０】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】
上述したように本発明の排熱回収ボイラにおける伝熱パネルの支持構造は、滑り面の高温酸化量を低減し、ステックスリップや拡散結合をなくし、高温・高面圧下において伝熱パネルをスムーズに熱膨張させることができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による伝熱パネル支持構造を有する排熱回収ボイラの全体構成図である。
【図２】本発明の伝熱パネルの支持構造を有する大型排熱回収ボイラのパネル正面図である。
【図３】最上流又は中間の伝熱パネルの支持構造を示す図２の部分拡大図である。
【図４】図３のＡ部拡大図である。
【図５】従来の排熱回収式複合サイクル発電プラントの全体混図である。
【図６】従来の排熱回収ボイラの全体構成図である。
【図７】従来の大型排熱回収ボイラのパネル正面図である。
【符号の説明】
１  ガスタービン
２  排熱回収ボイラ
３  蒸気タービン
４  ボイラ本体
４ａ  架台
４ｂ  仕切り板
５  伝熱パネル
５ａ  上管寄せ
５ｂ  下管寄せ
５ｃ  垂直伝熱管
６  パネル支持部
７，８，９  伝熱パネル
１０  排熱回収ボイラ
１１ａ  降水管
１１ｂ  給水入口ライン
１１ｃ  給水出口ライン
１２  垂直給水管
１４  水平給水管
１４ａ  支持面
１６  支持架台
１６ａ  上面
１８  断熱材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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