(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の伝熱パネル支持構造において、
前記各下管寄せの下方に設けられ水平な下面を有するパネル支持部と、水平な上面を有し該上面でパネル支持部を支持する中空架台と、伝熱パネル間の排ガスを中空架台内に供給するガス供給ラインと、該中空架台内のガスをボイラ本体内の伝熱パネルより下流側に流すガス排出ラインと、中空架台と下管寄せを一体に囲む断熱材と、を備えたことを特徴とする排熱回収ボイラの伝熱パネル支持構造。
【請求項２】
前記各伝熱パネルは、高温の排ガスを十分に冷却し、かつ適当な圧損を有するように、垂直伝熱管が密に配置されており、前記ガス供給ラインは、中空架台を十分に冷却できる温度と、中空架台とガス排出ラインを通して排ガスを十分に供給できる圧力を有する伝熱パネル間にその上流端が連通している、ことを特徴とする請求項１に記載の排熱回収ボイラの伝熱パネル支持構造。
【請求項３】
前記排熱回収ボイラは、３つの伝熱パネルを有し、各伝熱パネルによる圧損と排ガスの温度降下は、それぞれ約２５ｍｍＡｑと約１００℃であり、前記ガス供給ラインの上流端は、最上流と中間の伝熱パネル間に連通している、ことを特徴とする請求項２に記載の排熱回収ボイラの伝熱パネル支持構造。
【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、排熱回収ボイラの伝熱パネル支持構造に関する。
【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３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。なお図３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４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とからなる。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（この図で左から右に）排ガス流路と上下管寄せの収納部分とに仕切られ、水平管寄せ５ａ，５ｂ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５は、従来の大型排熱回収ボイラのパネル正面図である。この図に示す排熱回収ボイラは大型であり、高温ガスの流路断面が例えば約１０ｍ×１０ｍもあり、流路に並列に配置された各伝熱パネルの重量は２０〜３０トンにも達する。なお、各部の基本構造は図４と同様である。
【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も熱膨張（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、仕切り板４ｂには熱膨張を許容するために隙間があるため、架台４ａの周囲には、運転中に高温排ガス（約６５０℃）が仕切り板４ｂを通して流れ込み、架台４ａの滑り面もほぼ同等の高温になり、高温酸化により摩擦係数が非常に大きく（例えば２以上）なり、熱膨張・熱収縮に応じて伝熱パネル５が円滑に滑らない問題点があった。
【０００６】
このため、伝熱パネルに自重の２倍以上の水平力（約４０〜６０トン）が作用するばかりでなく、静摩擦係数と動摩擦係数の差によるいわゆるステックスリップが生じ、昇温・冷却の過程で急激にドーンという衝撃音とともに熱膨張が開放され、この衝撃荷重により各部に亀裂等が発生することがある、等の問題点があった。
【０００７】
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。この問題を解決するために、従来は、高温・高面圧下で低い摩擦係数を有する材料を支持面に使用したり、図５に例示したように、幅方向に伝熱パネルを分割する、等の手段をとっていた。しかし、例えば約６５０℃以上の高温で面圧５０〜７０Ｋｇ／ｃｍ２の高面圧に耐え、かつ低い摩擦係数を有する適当な材料は現実にはなく、かつ伝熱パネルを分割しても熱膨張量を低減できるだけで、抜本的な解決はなされていなかった。
【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、高温・高面圧下で伝熱パネルを支持することができ、かつ熱膨張・熱収縮に応じて伝熱パネルを円滑に滑らせることができる排熱回収ボイラの伝熱パネル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の伝熱パネル支持構造において、前記各下管寄せの下方に設けられ水平な下面を有するパネル支持部と、水平な上面を有し該上面でパネル支持部を支持する中空架台と、伝熱パネル間の排ガスを中空架台内に供給するガス供給ラインと、該中空架台内のガスをボイラ本体内の伝熱パネルより下流側に流すガス排出ラインと、中空架台と下管寄せを一体に囲む断熱材と、を備えたことを特徴とする排熱回収ボイラの伝熱パネル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、前記各伝熱パネルは、高温の排ガスを十分に冷却し、かつ適当な圧損を有するように、垂直伝熱管が密に配置されており、前記ガス供給ラインは、中空架台を十分に冷却できる温度と、中空架台とガス排出ラインを通して排ガスを十分に供給できる圧力を有する伝熱パネル間にその上流端が連通している。前記排熱回収ボイラは、３つの伝熱パネルを有し、各伝熱パネルによる圧損と排ガスの温度降下は、それぞれ約２５ｍｍＡｑと約１００℃であり、前記ガス供給ラインの上流端は、最上流と中間の伝熱パネル間に連通している、ことが好ましい。
【００１１】
【作用】
上記本発明の構成によれば、各下管寄せの下方に設けられたパネル支持部を支持する架台が中空になっており、この内部に上流側の伝熱パネルで冷却された排ガスがガス供給ラインにより供給されるので、この排ガスにより、中空架台を冷却し、この上面とパネル支持部の下面を伝熱により直接冷却することができる。更に、中空架台と下管寄せを断熱材が一体に囲んでいるので、外部の排ガスからの入熱を低減することができ、かつ下管寄せ内の給水温度は排ガスに比較して十分低い（例えば２００〜３００℃）ので下管寄せにより断熱材を冷却することができ、断熱材で覆われた中空架台の上面とパネル支持部の下面を更に冷却することができる。
【００１２】
従って、上流側の伝熱パネルでの冷却された排ガスと、下管寄せ内の相対的に低温の給水とにより、伝熱パネルを支持する滑り面を流入する高温排ガスより十分に低い温度（例えば約４５０℃以下）に保持することができ、滑り面の高温酸化を防止して低い摩擦係数に保持することができる。
また、本発明の好ましい構成によれば、各伝熱パネルは、高温の排ガスを十分に冷却しかつ適当な圧損を有するように垂直伝熱管が密に配置されており、前記ガス供給ラインは、中空架台を十分に冷却できる温度と、中空架台とガス排出ラインを通して排ガスを十分に供給できる圧力とを有する伝熱パネル間にその上流端が連通しているので、高温用の圧縮機等を設けることなく、ガスの圧力差によりガス供給ラインとガス排出ラインを通して排ガスを流すことができる。
【００１３】
【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。かかる構成は、図４に示した従来の排熱回収ボイラと同様である。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、図１の部分拡大図であり、排熱回収ボイラの伝熱パネル支持構造を示している。この図において、本発明の伝熱パネル支持構造は、パネル支持部１２、中空架台１４、ガス供給ライン１６、ガス排出ライン１８、及び断熱材２０からなる。
パネル支持部１２は、各下管寄せ５ｂの下方に設けられ水平な下面１２ａを有し、この下面１２ａで伝熱パネル５の重量を支持している。また、中空架台１４は水平な上面１４ａを有し、この上面１４ａにパネル支持部１２の下面１２ａが載りパネル支持部１２を介して伝熱パネル全体を支持するようになっている。この中空架台１４は、伝熱性の良い金属材料からなる。かかる構成により、伝熱パネル７，８，９が熱膨張・熱収縮する際に、パネル支持部１２の下面１２ａが中空架台１４の上面１４ａを水平に滑り、熱応力の発生を防止することができる。
【００１５】
ガス供給ライン１６は、伝熱パネル間の排ガスを中空架台１４の内部に供給するようになっている。また、ガス排出ライン１８は、中空架台１４の内部のガスをボイラ本体４内の伝熱パネルより下流側に流すようになっている。これらのガスライン１６，１８は、適当な断熱材により高温の排ガスにより内部ガスが加熱されないようになっているのがよい。
【００１６】
各伝熱パネル７，８，９は、高温の排ガスを十分に冷却し、かつ適当な圧損を有するように、垂直伝熱管が密に配置されている。各伝熱パネル７，８，９による圧損ΔＰと排ガスの温度降下ΔＴは、それぞれ約２５ｍｍＡｑ，約１００℃程度であるのがよい。この構成により、最上流の伝熱パネル７に流入する排ガス温度が約６５０℃程度の高温であっても、最上流の伝熱パネル７と中間の伝熱パネル８の間に位置する排ガス温度は、高温酸化が起こりにくい約５５０℃程度となり、かつこの部分の圧力を、最下流の伝熱パネル９の下流側に対して２つのパネルの圧損の和である約５０ｍｍＡｑ高くすることができる。
【００１７】
従って、図２に示すように、ガス供給ライン１６の上流端１６ａを、最上流と中間の伝熱パネル７，８間に連通させることにより、ガス供給ライン１６に、中空架台１４を十分に冷却できる温度（この例では約５５０℃）の排ガスを、圧力差（この例では約１００ｍｍＡｑ）だけで中空架台１４とガス排出ライン１８を通して流すことができ、この排ガスにより、中空架台１４を冷却し、この上面１４ａとパネル支持部の下面１２ａを伝熱により直接冷却することができる。
【００１８】
また、図２に示すように、本発明の伝熱パネル支持構造では、更に、断熱材２０が中空架台１４と下管寄せ５ｂを一体に囲んでいるので、外部の排ガスからの入熱を低減することができ、かつ下管寄せ５ｂ内の給水温度は排ガスに比較して十分低い（例えば２００〜３００℃）ので下管寄せ５ｂにより断熱材２０を冷却することができ、断熱材２０で覆われた中空架台の上面１４ａとパネル支持部の下面５ｂを更に冷却することができる。
【００１９】
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。
【００２０】
【発明の効果】
上述した本発明の構成によれば、上流側の伝熱パネルで冷却された排ガスと、下管寄せ内の相対的に低温の給水とにより、伝熱パネルを支持する滑り面を高温排ガスより十分に低い温度（例えば約４５０℃以下）に保持することができ、滑り面の高温酸化を防止して低い摩擦係数に保持することができる。
【００２１】
従って、本発明の排熱回収ボイラの伝熱パネル支持構造は、高温・高面圧下で伝熱パネルを支持することができ、かつ熱膨張・熱収縮に応じて伝熱パネルを円滑に滑らせることができる、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】図１の部分拡大図である。
【図３】従来の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る。
【図４】従来の排熱回収ボイラの全体構成図である。
【図５】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
１２  パネル支持部
１２ａ  下面
１４  中空架台
１４ａ  上面
１６  ガス供給ライン
１８  ガス排出ライン
２０  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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