(57)【要約】【課題】伝熱管を水で洗浄する作業を容易に実施することができ、作業時間を低減することを目的とする。【解決手段】排熱回収ボイラは、内部に排ガスが鉛直方向へ流通するダクト１３と、ダクト１３内に配置され、長手軸方向が水平方向に設置された複数の伝熱管１４を有する複数の熱交換器１０Ｂ，１１，１２Ａとを備え、複数の熱交換器１０Ｂ，１１，１２Ａは、ダクト１３内を流通する排ガスの温度又は伝熱管１４の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲を含むように一群として設置されることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に排ガスが鉛直方向へ流通するダクトと、
前記ダクト内に配置され、長手軸方向が水平方向に設置された複数の伝熱管を有する複数の熱交換器と、
を備え、
前記複数の熱交換器は、前記ダクト内を流通する排ガスの温度又は伝熱管の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲を含むように一群として設置される排熱回収ボイラ。
【請求項２】
前記複数の熱交換器は、鉛直方向に隣り合う前記熱交換器同士の伝熱管間の中心間距離が、前記伝熱管の直径の所定倍数以下の間隔で設置される請求項１に記載の排熱回収ボイラ。
【請求項３】
前記伝熱管の直径に対する前記所定倍数が２．５倍である請求項２に記載の排熱回収ボイラ。
【請求項４】
前記複数の熱交換器は、鉛直方向に隣り合う前記熱交換器同士が、前記熱交換器の鉛直上方から洗浄用の水を流下させたとき、鉛直上方の一の熱交換器の伝熱管の下面から鉛直下方の他の熱交換器の伝熱管の上面にかけて水膜が連続的に形成される間隔で配置される請求項１に記載の排熱回収ボイラ。
【請求項５】
燃料を燃焼して発生させた高温高圧ガスによって駆動されるガスタービンと、
前記ガスタービンから排出される排ガスが供給される請求項１から４のいずれか１項に記載の排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラから排出された蒸気によって駆動する蒸気タービンと、
前記ガスタービン及び前記蒸気タービンの少なくともいずれか一つの回転力によって駆動する発電機と、
を備える発電システム。
【請求項６】
内部に排ガスが鉛直方向へ流通するダクトと、前記ダクト内に配置され、長手軸方向が水平方向に設置された複数の伝熱管を有する複数の熱交換器とを備え、
前記複数の熱交換器は、前記ダクト内を流通する排ガスの温度又は伝熱管の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲を含むように一群として設置された排熱回収ボイラの洗浄方法であって、
前記複数の熱交換器の鉛直下方に、洗浄用の水を受ける養生プールを設置するステップと、
前記複数の熱交換器の鉛直上方から前記洗浄用の水を流下するステップと、
を備える排熱回収ボイラの洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱回収ボイラ、発電システム及び排熱回収ボイラの洗浄方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉ガスや灯油等が燃料として使用されるガスタービンを備える複合発電プラント（コンバインドサイクル発電プラント）等に設置される排熱回収ボイラ（HRSG：Heat  Recovery  Steam  Generator）内を流れる排ガス中には、燃料に由来する硫黄（Ｓ）分が含まれている。
【０００３】
また、排熱回収ボイラ内の排ガス流路には、複数の伝熱管で構成された複数の伝熱パネルが集合した熱交換器が配置される。伝熱管では、排ガスと蒸気又は水などとの間で熱交換が行われる。なお、各熱交換器が群となって構成されたものは、バンクと呼ばれることがある。
【０００４】
排熱回収ボイラ内の排ガス流れの熱交換器の中間には脱硝装置が配置され、プラントの運転中に発生するＮＯｘを除去するために脱硝装置の排ガス流れの上流側からアンモニアなどの還元剤が噴射される。脱硝装置で注入され余剰となったアンモニアと、排ガス中の硫黄分によるＳＯｘが反応することによって、脱硝装置の排ガス流れの下流側で硫酸水素アンモニウム（（ＮＨ４）ＨＳＯ４）が発生し、硫酸水素アンモニウムは、固体として熱交換器の伝熱管表面に付着する。
【０００５】
下記の特許文献１では、排熱回収装置の伝熱面に対し、水洗浄を行い、過酸化水素と苛性ソーダ、水酸化カルシウムの少なくとも一種を含む洗浄液をスプレーした後、更に洗浄を行う伝熱面付着物の除去法が開示されている。下記の特許文献２では、排熱回収熱交換器の節炭器を構成する伝熱管を水平方向に向けて配置してフィンを鉛直方向に設けることで、節炭器の上部からの噴霧水によって堆積された硫酸水素アンモニウムを容易に洗い流せることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−２３３６９４号公報
【特許文献２】特開平４−３２４００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
硫酸水素アンモニウムは、一般に約２３０℃以下で析出することが知られている。排熱回収ボイラでは、硫酸水素アンモニウムが付着しやすい温度域が生じている。
【０００８】
従来の排熱回収ボイラにおいて、排ガス流路内の熱交換器には温度分布が存在する。したがって、硫酸水素アンモニウムが析出する温度域に配置された熱交換器の表面には、生成した硫酸水素アンモニウムが付着する。
【０００９】
また、伝熱管に付着した硫酸水素アンモニウムは、固形物であり、排ガスから蒸気や水等への伝熱を妨げたり、排ガス流路の断面積を減縮させて圧力損失を高める要因となるため、付着した硫酸水素アンモニウムを定期的に除去する必要がある。硫酸水素アンモニウムは、水溶性であることから、水洗によって洗浄できる。しかし、硫酸水素アンモニウムは水に溶けることで硫酸が生成されることがある。排熱回収ボイラの排ガスの流れ方向が鉛直方向となるように設置されているダクトの場合、水洗による洗浄にあたりダクトの鉛直方向上側（排ガス流れの下流側）から水を流すと、生成された硫酸によってダクトの下側（排ガス流れの上流側）に設けられた他の器材の腐食や脱硝触媒の性能低下が発生するおそれがある。
【００１０】
そのため、熱交換器の水洗時には、洗浄対象とする複数の熱交換器の鉛直下方に仮設の養生プールを設置している。
【００１１】
この養生プールは、鉛直方向上下に隣り合う熱交換器の間の空間や、熱交換器と脱硝触媒の間の空間に設置される。従来、複数の熱交換器の間の空間や、熱交換器と脱硝触媒の間の空間は、ある程度の高さのある空間が形成されている。そして、水洗作業は、熱交換器ごとに実施され、洗浄対象となる熱交換器の直下、又は、複数段で構成した熱交換器の最も下側となる熱交換器の直下に養生プールを設置し、洗浄対象となる複数の熱交換器の上面から洗浄水を流下させる。したがって、硫酸水素アンモニウムが付着した複数の熱交換器を水洗するには、複数回、養生プールの設置作業を行う必要があり、時間とコストが増加するという課題がある。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、複数の熱交換器を水で洗浄する作業を効率的に実施することができ、作業時間を低減することが可能な排熱回収ボイラ、発電システム及び排熱回収ボイラの洗浄方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の排熱回収ボイラ、発電システム及び排熱回収ボイラの洗浄方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の第１態様に係る排熱回収ボイラは、内部に排ガスが鉛直方向へ流通するダクトと、前記ダクト内に配置され、長手軸方向が水平方向に設置された複数の伝熱管を有する複数の熱交換器とを備え、前記複数の熱交換器は、前記ダクト内を流通する排ガスの温度又は伝熱管の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲を含むように一群として設置される。
【００１４】
この構成によれば、排ガスの流れ方向が鉛直方向となるダクト内に配置された複数の熱交換器について、ダクト内を流通する排ガスの温度、又は、排ガスと接触する伝熱管の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲を含むように一群として設置される。
排熱回収ボイラのダクト内では、排ガスの温度又は伝熱管の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲において、硫酸水素アンモニウム（（ＮＨ４）ＨＳＯ４）が生成しやすいことから、一群として設置された複数の熱交換器において主として、硫酸水素アンモニウムが生成されて、一群として設置された複数の熱交換器以外の熱交換器では、硫酸水素アンモニウムがほとんど生成されない。
ダクト内に設置された熱交換器を、水を用いて洗浄する際、硫酸水素アンモニウムの洗浄に関しては、排ガスの温度又は伝熱管の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲を含むように一群として設置された複数の熱交換器のみを水を用いた洗浄対象とすればよい。その結果、他の熱交換器は、硫酸水素アンモニウムの洗浄に関して水を用いた洗浄対象とする必要がなく、一度で洗浄を終えることができる。
なお、複数の熱交換器が一群として設置されている状態とは、鉛直方向の上下に隣り合う熱交換器の鉛直方向の間隔が一定以上の距離とならないように、複数の熱交換器が一つの塊として設置されている状態をいう。
【００１５】
上記第１態様において、複数の熱交換器は、鉛直方向に隣り合う前記熱交換器同士の伝熱管間の中心間距離が、前記伝熱管の直径の所定倍数以下の間隔で設置されてもよい。
また、上記第１態様において、前記伝熱管の直径に対する前記所定倍数が２．５倍でもよい。
【００１６】
伝熱管が、鉛直方向において伝熱管の直径の所定倍数、例えば２．５倍を超える間隔で設置されると、熱交換器の鉛直上方から洗浄水を流下させたとき、一の伝熱管の下面から鉛直下方の他の伝熱管の上面にかけて生成される水膜が途切れてしまう。この構成によれば、鉛直方向の上下に隣り合う熱交換器同士が、伝熱管間の中心間距離について、鉛直方向において伝熱管の直径の所定倍数以下、例えば、２．５倍以下の間隔で設置されていることから、一の伝熱管の下面から鉛直下方に隣り合う他の伝熱管の上面にかけて形成される水膜が途切れずに、連続的に洗浄水が流下する。その結果、伝熱管の下面において水膜が途切れることによって水滴が溜まり易い状況が発生しにくくなり、硫酸水素アンモニウムも伝熱管の下面において付着したままとなりにくく、残留しにくくなる。
【００１７】
上記第１態様において、前記複数の熱交換器は、鉛直方向に隣り合う前記熱交換器同士が、前記熱交換器の鉛直上方から洗浄用の水を流下させたとき、鉛直上方の一の熱交換器の伝熱管の下面から鉛直下方の他の熱交換器の伝熱管の上面にかけて水膜が連続的に形成される間隔で配置されてもよい。
【００１８】
この構成によれば、熱交換器の鉛直上方から洗浄水を流下させたとき、一の伝熱管の下面から下方に隣り合う他の伝熱管の上面にかけて形成される水膜が途切れずに、連続的に洗浄水が流下する。その結果、伝熱管の下面において水滴が溜まりにくくなり、硫酸水素アンモニウムも伝熱管の下面において付着したままとなりにくく、残留しにくくなる。
【００１９】
本発明の第２態様に係る発電システムは、燃料を燃焼して発生させた高温高圧ガスによって駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンから排出される排ガスが供給される請求項１から４のいずれか１項に記載の排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラから排出された蒸気によって駆動する蒸気タービンと、前記ガスタービン及び前記蒸気タービンの少なくともいずれか一つの回転力によって駆動する発電機とを備える。
【００２０】
本発明の第３態様に係る排熱回収ボイラの洗浄方法は、内部に排ガスが鉛直方向へ流通するダクトと、前記ダクト内に配置され、長手軸方向が水平方向に設置された複数の伝熱管を有する複数の熱交換器とを備え、前記複数の熱交換器は、前記ダクト内を流通する排ガスの温度又は伝熱管の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲を含むように一群として設置された排熱回収ボイラの洗浄方法であって、前記複数の熱交換器の鉛直下方に、洗浄用の水を受ける養生プールを設置するステップと、前記複数の熱交換器の鉛直上方から前記洗浄用の水を流下するステップとを備える。
【００２１】
この構成によれば、排ガスの流れ方向が鉛直方向となるダクト内に配置された複数の熱交換器について、ダクト内を流通する排ガスの温度又は伝熱管の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲を含むように一群として設置される。排熱回収ボイラのダクト内では、排ガスの温度又は伝熱管の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲において、硫酸水素アンモニウム（（ＮＨ４）ＨＳＯ４）が生成しやすいことから、一群として設置された複数の熱交換器において主として、硫酸水素アンモニウムが生成されて、一群として設置された複数の熱交換器以外の熱交換器では、硫酸水素アンモニウムがほとんど生成されない。
ダクト内に設置された熱交換器を、水を用いて洗浄する際、硫酸水素アンモニウムの洗浄に関しては、排ガスの温度又は伝熱管の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲を含むように一群として設置された複数の熱交換器のみを水を用いた洗浄対象とすればよい。その結果、他の熱交換器は、硫酸水素アンモニウムの洗浄に関して洗浄対象とする必要がなく、一度で洗浄を終えることができる。
一群として設置された複数の熱交換器の鉛直上方から洗浄水を流下させることによって、伝熱管に付着した硫酸水素アンモニウムが吸水して膨潤又は水に溶けて、鉛直下方へ落下する。伝熱管の水洗時には、複数の熱交換器の鉛直下方に養生プールが設置される。これにより、洗浄に用いられた水、洗い流された硫酸水素アンモニウム及び硫酸等が、鉛直下方に設けられた他の熱交換器や脱硝装置に触れないようにすることができる。
なお、複数の熱交換器が一群として設置されている状態とは、鉛直方向の上下に隣り合う熱交換器の鉛直方向の間隔が一定以上の距離とならないように、複数の熱交換器が一つの塊として設置されている状態をいう。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、複数の熱交換器を水で洗浄する作業を効率的に実施することができ、作業時間を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る排熱回収ボイラを備えるガスタービンコンバインドサイクル発電システムを示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る排熱回収ボイラのダクト及び熱交換器を示す縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る熱交換器の伝熱管を示す縦断面図である。
【図４】従来の排熱回収ボイラのダクト及び熱交換器を示す縦断面図である。
【図５】従来の熱交換器の伝熱管を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
図２に示すように、火力発電プラント等において用いられる排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）は、排ガスの流れ方向が鉛直方向となるダクト１３の内部には、複数の熱交換器１０Ａ，１０Ｂ，１１，１２Ａ，１２Ｂが設置されている。熱交換器１０Ａ，１０Ｂ，１１，１２Ａ，１２Ｂは、それぞれ伝熱管１４から構成され、複数の伝熱管１４の長手軸方向は水平方向に往復するよう端部にて曲げ加工を行って形成された伝熱管パネルが集合して、熱交換器１０Ａ，１０Ｂ，１１，１２Ａ，１２Ｂを構成し、これが配列してバンク（伝熱管群）を構成している。複数の伝熱管１４の外周表面には、フィン１５（図３参照）が設けられて、伝熱面積を増加して熱交換器１０Ａ，１０Ｂ，１１，１２Ａ，１２Ｂの熱交換効率を向上させるものがある。
【００２５】
図２には、本実施形態に係る複数の熱交換器１０Ｂ，１１，１２Ａが一つのバンク１６として設置されている例を示している。本実施形態に係る排熱回収ボイラは、例えば、機能的に異なる第１熱交換器１０と、第２熱交換器１１と、第３熱交換器１２とを備える。
【００２６】
第１熱交換器１０は、上部第１熱交換器１０Ａと下部第１熱交換器１０Ｂに分割され、第３熱交換器１２は、上部第３熱交換器１２Ａと下部第３熱交換器１２Ｂに分割される。本実施形態に係る一つのバンク１６は、下部第１熱交換器１０Ｂと第２熱交換器１１と上部第３熱交換器１２Ａを備える。
【００２７】
この一つのバンク１６は、上部第１熱交換器１０Ａを備えるバンク１７や、下部第３熱交換器１２Ｂを備えるバンク１８とは別のバンクであり、バンク１６とバンク１７，１８の間には、熱交換器１０Ａと熱交換器１０Ｂの鉛直方向の間隔、又は、熱交換器１２Ａと熱交換器１２Ｂの鉛直方向の間隔が一定以上の距離が設けられている。例えば、バンク１６と、上部第１熱交換器１０Ａを備えるバンク１７との間には、作業者が入って洗浄作業を行うことができるほどの高さがあり、バンク１６と下部第３熱交換器１２Ｂを備えるバンク１８との間には、作業者が入ったり、養生プール２０を設置できるほどの高さを有する。
【００２８】
一方、図２及び図３に示すように、一つのバンク１６を構成する複数の熱交換器１０Ｂ，１１，１２Ａは、鉛直方向上下に隣り合う熱交換器同士、すなわち、下部第１熱交換器１０Ｂと第２熱交換器１１の間隔や、第２熱交換器１１と上部第３熱交換器１２Ａの間隔が、鉛直方向において一定以上の距離となるように配置されるのではなく、伝熱管１４間の中心間距離δについて、後述する水を用いた洗浄時に水膜が途切れないことが好ましく、鉛直方向において伝熱管１４の直径ｄの所定倍数以下の間隔で設置され、さらに好ましくは伝熱管１４の直径ｄの２．５倍以下の間隔で設置される。このように、一つのバンク１６において、複数の熱交換器１０Ｂ，１１，１２Ａが一つの塊として設置されている状態となり、複数の熱交換器１０Ｂ，１１，１２Ａが一群として設置されている状態となっている。従来、各熱交換器は、機能ごとに一つのバンクとして設置されているが、本実施形態に係る複数の熱交換器１０Ｂ，１１，１２Ａは、一つのバンク１６として設置されている状態にある。
【００２９】
本実施形態では、一つのバンク１６として設置された複数の熱交換器１０Ｂ，１１，１２Ａは、ダクト１３内を流通する排ガスの温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲が存在するような一群として設置される。実際には、排ガスの温度を直接計測できないので、排ガスに接触する伝熱管１４の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲が存在するような一群として設置される。
【００３０】
本願の発明者らは、排熱回収ボイラ４２のダクト１３内では、排ガスの温度又は伝熱管１４の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲において、硫酸水素アンモニウム（（ＮＨ４）ＨＳＯ４）が付着しやすいという知見を得た。
【００３１】
排ガスの温度又は伝熱管１４の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲において、硫酸水素アンモニウムが付着しやすいことから、本実施形態に係る排熱回収ボイラでは、一群として一つのバンクとして設置された複数の熱交換器１０Ｂ，１１，１２Ａにおいて主として、多量の硫酸水素アンモニウムが生成されて、一群として一つのバンクとして設置された複数の熱交換器１０Ｂ，１１，１２Ａ以外の熱交換器１０Ａや熱交換器１２Ｂでは、硫酸水素アンモニウムがほとんど付着しない。
【００３２】
排ガスには伝熱管１４と熱交換をすることで温度が低下してゆく温度分布があり、ダクト１３内を鉛直下方から鉛直上方へ向かって流通することから、ダクト１３内を流通する排ガス温度は、鉛直下方から鉛直上方へ向かって徐々に温度が低下していく。
【００３３】
上述したとおり、一つのバンク１６は、ダクト１３内を流通する排ガスの温度又は伝熱管１４の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲を含むように設置される。したがって、図２に示すように、バンク１６における最上部（排ガス流れの最下流であるバンク１６の出口部）は、下部第１熱交換器１０Ｂの最上部であり、排ガスの温度又は伝熱管１４の外表面温度が１５０℃、又は１５０℃以下の近傍となる位置に設けられる。また、バンク１６における最下部（排ガス流れの最上流であるバンク１６の入口部）は、上部第３熱交換器１２Ａの最下部であり、排ガスの温度又は伝熱管１４の外表面温度が２００℃、又は２００℃以上の近傍となる位置に設けられる。
【００３４】
バンク１６の最上部における排ガス温度又は伝熱管１４の外表面温度が、１５０℃以下であり、バンク１６の最下部における排ガス温度又は伝熱管１４の外表面温度が２００℃以上であれば、一つのバンク１６は、ダクト１３内を流通する排ガスの温度又は伝熱管１４の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲に存在するように設置されることになる。これにより、排熱回収ボイラ４２のダクト１３内では、排ガスの温度又は伝熱管１４の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲において、硫酸水素アンモニウムが付着しやすいことから、一つのバンク１６として設置された複数の熱交換器１０Ｂ，１１，１２Ａにおいて主に、硫酸水素アンモニウムが生成される。そして、複数の熱交換器１０Ｂ，１１，１２Ａの伝熱管１４において、硫酸水素アンモニウムが付着されやすい。
【００３５】
なお、一つのバンク１６の鉛直方向ですぐ上方及びすぐ下方で排ガス温度が変化するような実施形態では、排ガス温度又は伝熱管１４の外表面温度の管理範囲を拡げてもよい。バンク１６以外の上部第１熱交換器１０Ａを備えるバンク１７や下部第３熱交換器１２Ｂを備えるバンク１８が、１５０℃以上２００℃以下の範囲に設置されないようにする必要があることは変わらない。一方、一つのバンク１６の鉛直方向ですぐ上方及びすぐ下方で排ガス温度が急に変化する場合には、バンク１６の最上部における排ガス温度又は伝熱管１４の外表面温度が、１５０℃以上でもよいが、一つのバンク１６の上方で隣り合う上部第１熱交換器１０Ａ（バンク１７）の最下部が、１５０℃以上にならないようにする。また、バンク１６の最下部における排ガス温度又は伝熱管１４の外表面温度が、２００℃以下でもよいが、一つのバンク１６の下方で隣り合う下部第３熱交換器１２Ｂ（バンク１８）の最上部が、２００℃以下にならないようにする。
これにより、本実施形態のバンク１６以外のバンク、例えば、バンク１７，１８が、排ガスの温度又は伝熱管１４の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲に設置されることがないため、これらのバンク１７，１８で硫酸水素アンモニウムが付着することはほとんどない。
【００３６】
また、上述した実施例は、本発明の一例であり、本発明の構成はこの例に限定されない。例えば、図示しないが、ダクト１３内に配置された第４熱交換器における排ガス温度又は伝熱管１４の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲にあり、第４熱交換器の下方に設置される第５熱交換器の上部側における排ガス温度又は伝熱管１４の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲にあるときは、第４熱交換器と第５熱交換器が、本発明に係る一つのバンクを構成する。または、第５熱交換器を上部第５熱交換器と下部第５熱交換器に分割して、第４熱交換器と上部第５熱交換器が本発明に係る一つのバンクを構成するようにしてもよい。
【００３７】
上述したとおり、一つのバンク１６内において、鉛直方向の上下に隣り合う熱交換器１０Ｂ，１１，１２Ａ同士は、伝熱管１４間の中心間距離δについて、鉛直方向において伝熱管１４の直径ｄの所定倍数以下の間隔で設置され、さらに好ましくは鉛直方向において伝熱管１４の直径ｄの２．５倍以下の間隔で設置される。
【００３８】
本実施形態と異なり、伝熱管１４が、鉛直方向において伝熱管１４の直径ｄの所定倍数を超える、又は２．５倍を超える間隔で設置されると（図５参照）、熱交換器の鉛直上方から洗浄水を流下させたとき、一つの伝熱管１４の下面から鉛直下方の他の伝熱管１４の上面にかけて生成される水膜が途切れてしまう場合がある。本実施形態によれば、鉛直方向の上下に隣り合う熱交換器１０Ｂ，１１，１２Ａ同士が、伝熱管１４間の中心間距離δについて、鉛直方向において伝熱管１４の直径ｄの所定倍数以下、さらに好ましくは２．５倍以下の間隔で設置されていることから、一つの伝熱管１４の下面から鉛直下方に隣り合う他の伝熱管１４の上面にかけて形成される水膜が途切れずに、連続的に洗浄水が流下する。その結果、一つのバンク１６の伝熱管１４の下面において水滴が溜まりにくくなり、硫酸水素アンモニウムも伝熱管１４の下面において付着したままとなりにくくなり、硫酸水素アンモニウムが残留しにくくなる。
【００３９】
なお、本発明は、伝熱管１４間の中心間距離δについて、鉛直方向において伝熱管１４の直径ｄの所定倍数以下、又は２．５倍以下の間隔で設置される場合に限定されない。鉛直方向の上下に隣り合う熱交換器１０Ｂ，１１，１２Ａ同士の伝熱管１４間の中心間距離δは、熱交換器の鉛直上方から水を流下させたとき、一つのの伝熱管１４の下面から鉛直下方の他の伝熱管１４の上面にかけて水膜が連続的に形成される間隔で配置されていれば、伝熱管１４の直径ｄに限定しない他の基準を用いた値でもよい。水膜が連続的に形成される間隔は、実験等によって予め確認することができる。
【００４０】
また、一つのバンク１６内において、鉛直方向の上下に隣り合う熱交換器１０Ｂ，１１，１２Ａ同士は、互いに接触しないような位置まで近接させることができる。例えば、鉛直方向の上下に隣り合う熱交換器１０Ｂ，１１，１２Ａ同士は、伝熱管１４間の中心間距離δについて、伝熱管１４の直径ｄの１．５倍以上となるように設置される。伝熱管１４の外周面にフィン１５が設置される場合は、鉛直方向の上下に隣り合う熱交換器１０Ｂ，１１，１２Ａの互いのフィン１５が重ならない距離以上とする。
【００４１】
次に、上述した構成を有する排熱回収ボイラ４２の洗浄方法について説明する。
本実施形態に係る排熱回収ボイラでは、ダクト１３内に設置された熱交換器１０，１１，１２を、水を用いて洗浄する際、硫酸水素アンモニウムの洗浄に関しては、排ガスの温度又は伝熱管１４の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲を含むように一群として設置された複数の熱交換器１０Ｂ，１１，１２Ａのみ、すなわち一つのバンク１６のみを洗浄対象とすればよい。
【００４２】
まず、図２に示すように、本実施形態に係るバンク１６の鉛直方向の直下、すなわち、バンク１６と下部第３熱交換器１２Ｂを備えるバンク１８との間に、洗浄水等を受けることが可能な養生プール２０を設置する。これにより、洗浄に用いられた水、洗い流された硫酸水素アンモニウム及び硫酸、腐食膜等が、養生プール２０で受け止めて回収され、鉛直下方に設けられた他の熱交換器１２Ｂ、脱硝装置２２などに触れないようにすることができる。
【００４３】
そして、水洗装置２１を用いて、複数の熱交換器１０Ｂ，１１，１２Ａを備える一つのバンク１６の鉛直上方側から洗浄用の水を流下する。このとき、鉛直上方から鉛直下方へと洗浄水を流下して、水膜を形成しながら水を落下させて、伝熱管１４表面に付着した硫酸水素アンモニウムを洗浄する。硫酸水素アンモニウムは、水溶性であることから、伝熱管１４に付着した硫酸水素アンモニウムが水に溶けて、洗浄水と共に下方へと流れる。
【００４４】
洗浄水を伝熱管１４に向けて流下させることによって、まず、伝熱管１４に付着した硫酸水素アンモニウムに水が吸収され、硫酸水素アンモニウムが膨潤する。そして、鉛直上方から鉛直下方への水膜の流れによって、硫酸水素アンモニウムが落下する。この作業の後、依然として伝熱管１４に付着したままの硫酸水素アンモニウムは、ジェット高圧水を作業員が手作業で噴き付けることによって、除去される。本実施形態では、上述したとおり、一の伝熱管１４の下面から鉛直下方に隣り合う他の伝熱管１４の上面にかけて形成される水膜が途切れずに、連続的に洗浄水が流下する。その結果、伝熱管１４の下面において水滴が溜まりにくくなり、硫酸水素アンモニウムも伝熱管１４の下面において付着したままとなりにくく、硫酸水素アンモニウムが残留しにくくなる。したがって、伝熱管１４に付着したままの硫酸水素アンモニウムが少なくなるため、別途に伝熱管１４の周囲からジェット高圧水を作業員が手作業で噴き付けて、硫酸水素アンモニウムを除去する作業も軽減され、洗浄作業が効率化される。
【００４５】
また、本実施形態に係るバンク１６を主体に、多量の硫酸水素アンモニウムが生成されて付着されていることから、水を用いて洗浄する際、一つのバンク１６のみを洗浄対象とすればよい。したがって、養生プール２０の設置や水洗作業は１回で済む。この点からも、本実施形態によれば、洗浄作業が効率化される。
【００４６】
以下、本発明の一実施形態に係る熱交換器１０，１１，１２が適用される排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）を備えるガスタービンコンバインドサイクル（Gas  Turbine  Combined  Cycle：ＧＴＣＣ）発電システムについて説明する。
【００４７】
図１に示すように、ガスタービンコンバインドサイクル発電システム４０は、ガスタービン４１と、排熱回収ボイラ４２と、蒸気タービン４３と、復水器４４と、給水循環ライン６２とを有する。
【００４８】
本実施形態では、ガスタービン４１は、大気中から空気を吸込んで圧縮機４５にて圧縮し、高圧の空気を燃焼器４６に送給する。一方、燃料ガスが燃焼器４６へ供給され、圧縮機４５から供給された高圧の空気によって燃料が燃焼し、高温・高圧のガスとなる。高温・高圧のガスは、タービン４７で断熱膨張してタービン４７を回転させてガスタービン４１を回転駆動する。また、蒸気タービン４３が排熱回収ボイラ４２で発生する蒸気（低圧蒸気、高圧蒸気）を断熱膨張させることにより回転駆動して、圧縮機４５を駆動させると共に、蒸気タービン４３とガスタービン４１の回転駆動の少なくともいずれかで発電機４８を回転駆動して電気出力を発生させ、発電を行う。
【００４９】
そして、ガスタービン４１で燃焼して発生した排ガス（ＧＴ排ガス）は、排熱回収ボイラ４２に送給される。
【００５０】
本実施形態では、排熱回収ボイラ４２は、ダクト１３と、脱硝装置２２と、高圧過熱器４９と、高圧蒸発器５０と、高圧節炭器５１と、低圧蒸発器５２と、低圧節炭器５３などを有する。高圧過熱器４９、高圧蒸発器５０、高圧節炭器５１、低圧蒸発器５２、低圧節炭器５３は、ダクト１３内に排ガスのガス流れ方向に沿って上流側から下流側に向かってこの順に配置されているが、限定するものではない。
【００５１】
図１に示した例では、上述した実施形態における熱交換器１０，１１，１２は、それぞれ低圧節炭器５３、低圧蒸発器５２、高圧節炭器５１に相当する。低圧節炭器５３は、上部第１熱交換器１０Ａと下部第１熱交換器１０Ｂに分割され、高圧節炭器５１は、上部第３熱交換器１２Ａと下部第３熱交換器１２Ｂに分割される。そして、低圧節炭器５３の下部第１熱交換器１０Ｂと、低圧蒸発器５２と、高圧節炭器５１の上部第３熱交換器１２Ａが、一つのバンク１６として設置されている。また、脱硝装置２２は、高圧蒸発器５０と高圧節炭器５１の間に設置されている。
【００５２】
ダクト１３はガスタービン４１からの排ガスが導入されるガス入口部５４と、煙突に続く出口ダンパ５５とを有する。図１に示す例では、ダクト１３中に形成される排ガスの流路は、鉛直上下方向に延びており、鉛直下方側から鉛直上方側に向けて排ガスが流れるように形成されている。出口ダンパ５５は煙突と連結しており、出口ダンパ５５から排出される排ガスは煙突から大気に放出される。
【００５３】
高圧過熱器４９、高圧蒸発器５０、高圧節炭器５１、低圧蒸発器５２及び低圧節炭器５３は、ダクト１３内に収納されている。高圧過熱器４９、高圧蒸発器５０、高圧節炭器５１、低圧蒸発器５２及び低圧節炭器５３は、複数の伝熱管１４から構成される。また、図１に示した本実施形態の例では、高圧過熱器４９、高圧蒸発器５０、高圧節炭器５１、低圧蒸発器５２及び低圧節炭器５３は、ダクト１３内に各々の伝熱管１４の長手軸方向が水平となるように配置されている。このため、高圧過熱器４９、高圧蒸発器５０、高圧節炭器５１、低圧蒸発器５２及び低圧節炭器５３の複数の伝熱管１４は、排ガスの排ガス流路と略直交するように設けられ、鉛直下方から鉛直上方に向けて流れる排ガスに晒されるように配置されている。
【００５４】
排熱回収ボイラ４２から排出される低圧蒸気、高圧蒸気は、蒸気タービン４３へ供給される。蒸気タービン４３は、排熱回収ボイラ４２で発生した低圧蒸気、高圧蒸気により回転駆動する。蒸気タービン４３の駆動源として用いられた高圧蒸気は後述するように図示しない蒸気配管で低圧蒸発器５２に送り込まれる。蒸気タービン４３の駆動源として用いられた低圧蒸気は、復水器４４に送給される。復水器４４は、蒸気タービン４３の駆動源として用いられた低圧蒸気を凝縮して復水にする。復水器４４から排出される復水はポンプ５６により給水循環ライン６２を介して排熱回収ボイラ４２内に給水として送給される。
【００５５】
排熱回収ボイラ４２内に送給された給水は、低圧節炭器５３に送り込まれて排ガスと熱交換することで加熱され、低圧蒸発器５２内で加熱されて低圧ドラム５７に送り込まれて気液分離される。低圧ドラム５７で気液分離された低圧蒸気は、低圧ドラム５７から排出され、蒸気タービン４３の低圧蒸気タービン５８に供給され、低圧蒸気タービン５８を回転駆動させる。
【００５６】
また、給水はポンプ５９にて加圧された後、高圧節炭器５１に送り込まれて加熱された後、高圧蒸発器５０内で加熱されて高圧ドラム６０に送り込まれて気液分離される。高圧ドラム６０で気液分離された高圧蒸気は、高圧ドラム６０から排出され、高圧過熱器４９で過熱された後、蒸気タービン４３の高圧蒸気タービン６１に供給され、高圧蒸気タービン６１を回転駆動させる。
【００５７】
上述したとおり、ガスタービンコンバインドサイクル発電システム４０では、ガスタービン４１のタービン４７を回転させ、ガスタービン４１を回転駆動させると共に、低圧蒸気、高圧蒸気を用いて蒸気タービン４３の低圧蒸気タービン５８、高圧蒸気タービン６１を回転させ、蒸気タービン４３を回転駆動させて、発電機４８を回転駆動して発電を行う。
【００５８】
以下、本実施形態に係る排熱回収ボイラ４２のバンク１６の作用効果について説明する。
従来、排ガスの流れ方向が鉛直方向となる排熱回収ボイラでは、図４に示すように、ダクト７１内において、排ガスの温度又は伝熱管１４の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲を含むようにおいて設置される複数の熱交換器７２，７３，７４は、機能ごとに離隔して配置されることが一般的であり、複数のバンク８１，８２，８３によって構成されている。すなわち、バンク８１，８２，８３は、それぞれ一つの熱交換器７２，７３，７４を構成しており、バンク８１，８２，８３間は、一定以上の距離、すなわち、図５に示すように、少なくとも伝熱管１４間の中心間距離δ’について、鉛直方向において伝熱管１４の直径ｄの所定倍数を超える、又は２．５倍を超える間隔で設けられている。あるいは、バンク８１とバンク８２間、又は、バンク８２とバンク８３間の空間は、洗浄や点検作業を行う際に作業者が入ったり、養生プール２０を設置できるほどの高さ空間を有する。
【００５９】
そして、従来、複数のバンク８１，８２，８３の各々の全部又は一部が、硫酸水素アンモニウムが生成しやすい温度範囲、排ガスの温度又は伝熱管１４の外表面温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲に設置されている。したがって、伝熱管１４に付着した硫酸水素アンモニウムを洗浄する作業は、水洗装置２１を用いて、バンク８１，８２，８３ごとに実施されている。このとき、洗浄対象となるバンク８１，８２，８３の直下に養生プール２０を設置し、洗浄対象となるバンク８１，８２，８３のそれぞれの鉛直方向上面から洗浄水を流下させ洗浄している。したがって、硫酸水素アンモニウムが付着した複数個のバンク８１，８２，８３を水洗するには、複数回にわたり、養生プール２０を洗浄対象のバンク８１，８２，８３の直下への設置作業と水洗作業を繰り返して行う必要があり、時間とコストが増加していた。
【００６０】
これに対し、本実施形態では、硫酸水素アンモニウムが付着しているバンク１６が、一つに集約されるため、養生プール２０の設置作業や水洗作業が１回で済む。そのため、養生プール２０の設置と水洗作業が従来に比べて効率的となり、洗浄時間を短縮し、コストダウンを図ることができる。また、本実施形態では、上述したとおり、一つの伝熱管１４の下面から鉛直下方に隣り合う他の伝熱管１４の上面にかけて形成される水膜が途切れずに、連続的に洗浄水が流下する。その結果、伝熱管１４の下面において水滴が溜まりにくくなり、硫酸水素アンモニウムも伝熱管１４の下面において付着したままとなりにくく、硫酸水素アンモニウムが残留しにくくなる。したがって、伝熱管１４に付着したままの硫酸水素アンモニウムが少なくなるため、伝熱管１４の周囲から別途にジェット高圧水を作業員が手作業で噴き付けて、除去する作業も軽減され、洗浄作業が効率化される。
【符号の説明】
【００６１】
１０    ：第１熱交換器（熱交換器）
１０Ａ  ：上部第１熱交換器
１０Ｂ  ：下部第１熱交換器
１１    ：第２熱交換器（熱交換器）
１２    ：第３熱交換器（熱交換器）
１２Ａ  ：上部第３熱交換器
１２Ｂ  ：下部第３熱交換器
１３    ：ダクト
１４    ：伝熱管
１５    ：フィン
１６    ：バンク
１７    ：バンク
１８    ：バンク
２０    ：養生プール
２１    ：水洗装置
２２    ：脱硝装置（脱硝触媒）
４０    ：ガスタービンコンバインドサイクル発電システム
４１    ：ガスタービン
４２    ：排熱回収ボイラ
４３    ：蒸気タービン
４４    ：復水器
４５    ：圧縮機
４６    ：燃焼器
４７    ：タービン
４８    ：発電機
４９    ：高圧過熱器
５０    ：高圧蒸発器
５１    ：高圧節炭器
５２    ：低圧蒸発器
５３    ：低圧節炭器
５４    ：ガス入口部
５５    ：出口ダンパ
５６    ：ポンプ
５７    ：低圧ドラム
５８    ：低圧蒸気タービン
５９    ：ポンプ
６０    ：高圧ドラム
６１    ：高圧蒸気タービン
６２    ：給水循環ライン
７１    ：ダクト
７２    ：熱交換器
７３    ：熱交換器
７４    ：熱交換器
８１    ：バンク
８２    ：バンク
８３    ：バンク
【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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