(57)【要約】      （修正有）【課題】一体型モジュール式熱交換器を有する蒸気発生器を提供する。【解決手段】蒸気発生器のためのモジュール式熱交換器アセンブリ（８）は、第１の流体源に接続されるように構成および配置された第１の流体入口導管と、第１の流体入口導管に連結された管板（４０）とを含む。管板（４０）は、第１の面（４２）と、反対側の第２の面（４３）とを含む。複数のプラテン管（５４）は、管板（４０）の第２の面（４３）から延在する。複数のプラテン管（５４）は、熱交換容器（６）内の第１の流体と熱交換関係にある第２の流体を運搬するように構成および配置されている。モジュール式熱交換器アセンブリ（８）は、熱交換容器（６）から選択的かつ容易に取り外し可能に構成および配置されている。【選択図】図１
2017026304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気発生器のためのモジュール式熱交換器アセンブリ（８）であって、
第１の流体源に接続されるように構成および配置された第１の流体入口導管と、
前記第１の流体入口導管に連結された管板（４０）であって、第１の面（４２）と、反対側の第２の面（４３）とを含む管板（４０）と、
前記管板（４０）の前記第２の面（４３）から延在する複数のプラテン管（５４）であって、前記複数のプラテン管（５４）は、熱交換容器（６）の前記第１の流体と熱交換関係にある第２の流体を運搬するように構成および配置され、前記モジュール式熱交換器アセンブリ（８）は、前記熱交換容器（６）から選択的かつ容易に取り外し可能に構成および配置されている、複数のプラテン管と、
を備えるモジュール式熱交換器アセンブリ（８）。
【請求項２】
前記複数のプラテン管（５４）のそれぞれは、第１の端部（５６）と、第２の端部（５７）と、それらの間に延在する導管（６３）を画定する中間部分（５８）とを含み、前記第１の端部（５６）は、前記管板（４０）の前記第１の面（４２）に露出されている、請求項１に記載のモジュール式熱交換器アセンブリ（８）。
【請求項３】
前記複数のプラテン管（５４）の前記第２の端部（５７）に設けられ、前記第２の端部（５７）において前記複数のプラテン管（５４）のそれぞれを流体接続するプラテンヘッダ（６０）をさらに備える、請求項２に記載のモジュール式熱交換器アセンブリ（８）。
【請求項４】
前記プラテンヘッダ（６０）に流体接続された第２の流体入口導管（６３）をさらに備える、請求項３に記載のモジュール式熱交換器アセンブリ（８）。
【請求項５】
前記管板（４０）の前記第１の面（４２）に配置され、前記複数のプラテン管（５４）のそれぞれの前記第１の端部（５６）を流体接続するドーム部材（９４）をさらに備える、請求項２に記載のモジュール式熱交換器アセンブリ（８）。
【請求項６】
前記ドーム部材（９４）に流体接続された出口（１０５）をさらに備える、請求項５に記載のモジュール式熱交換器アセンブリ（８）。
【請求項７】
前記複数のプラテン管（５４）のうち選択されたものの前記第２の端部（５７）は、前記複数のプラテン管（１１４）のうち他の選択されたものの前記第２の端部（５７）に流体接続している、請求項２に記載のモジュール式熱交換器アセンブリ（８）。
【請求項８】
前記複数のプラテン管（５４）を囲む膜ケージ（７２）を画定する複数の外側チューブ（７０）をさらに備える、請求項１に記載のモジュール式熱交換器アセンブリ（８）。
【請求項９】
前記膜ケージ（７２）を画定する前記複数の外側チューブ（７０）に流体接続された入口導管（６３）をさらに備える、請求項８に記載のモジュール式熱交換器アセンブリ（８）。
【請求項１０】
前記複数のプラテン管（５４）は、略直線形状、Ｌ字形状、および三角ピッチ形状のうち１つに配置される、請求項１に記載のモジュール式熱交換器アセンブリ（８）。
【請求項１１】
ガス化装置（４）と、
前記ガス化装置（４）に連結され、熱交換ゾーン（７３）を画定する外面（１７）と内面（１８）とを含み、前記熱交換ゾーン（７３）を露出する露出端部（２２）を含む、熱交換容器（６）と、
前記露出端部（２２）に隣接する前記内面（１８）上に配置された支持リング（２６）と、
前記熱交換ゾーン（７３）に選択的に取り外し可能に配置されたモジュール式熱交換器アセンブリ（８）と、
を備える熱交換器システム（２）であって、前記モジュール式熱交換器アセンブリ（８）は、
第１の流体源に接続されるように構成および配置され、前記熱交換ゾーン（７３）に流体接続された第１の流体入口導管と、
前記支持リング（２６）によって支持されており、前記第１の流体入口導管に連結されており、第１の面（４２）と、反対側の第２の面（４３）とを含む、管板（４０）と、
前記管板（４０）の前記第２の面（４３）から、前記熱交換ゾーン（７３）に延在し、前記熱交換容器（６）内の前記第１の流体と熱交換関係にある第２の流体を運搬するように構成および配置されている、複数のプラテン管（５４）と、
を備える、熱交換器システム（２）。
【請求項１２】
前記複数のプラテン管（５４）のそれぞれは、第１の端部（５６）と、第２の端部（５７）と、それらの間に延在する導管（６３）を画定する中間部分（５８）とを含み、前記第１の端部（５６）は、前記管板（４０）の前記第１の面（４２）に露出されている、請求項１１に記載の熱交換器システム（２）。
【請求項１３】
前記熱交換容器（６）の前記露出端部（２２）に連結された端部カバー（３０）をさらに備え、前記第１の流体入口導管は、前記端部カバー（３０）を通って延在する、請求項１１に記載の熱交換器システム（２）。
【請求項１４】
前記複数のプラテン管（５４）を囲む膜ケージ（７２）を画定する複数の外側チューブ（７０）と、
前記膜ケージ（７２）を画定する前記複数の外側チューブ（７０）に流体接続された入口導管（６３）と、
をさらに備える、請求項１１に記載の熱交換器システム（２）。
【請求項１５】
前記複数のプラテン管（５４）は、略直線形状、Ｌ字形状、および三角ピッチ形状のうち１つに配置される、請求項１１に記載の熱交換器システム（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、蒸気発生器の技術に関し、より詳細には、一体型モジュール式熱交換器を有する蒸気発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気発生器は、１つの流体から、第２の流体内に熱を抽出して、蒸気を生成する。典型的には、第２の流体は、第１の流体に露出されている熱交換器を通過する。所望の蒸気要件、たとえば、温度、圧力等に応じて、第１の流体源は変更可能である。一部の場合において、第１の流体は、ガスタービンから通過する排気ガスから、またはガス化プロセスにおいてガス化装置内での石炭または他の供給原料の部分的燃焼から、供給される。ガス化プロセスから生じた排気ガスは、合成ガスと呼ばれている。合成ガスは、部分燃焼プロセスを減少させて生成され、硫化物、すなわちＨ2Ｓおよび、塩化物（すなわち、ＨＣＬ）の複数の形態を含む。硫化物および塩化物のいずれも、熱交換器の材料選択を促す腐食性物質である。材料の選択は、コスト、寿命、およびメンテナンス要件を含む考慮事項を含むことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８，８３４，５８４号明細書
【発明の概要】
【０００４】
例示的実施形態の１つの態様によると、蒸気発生器のためのモジュール式熱交換器アセンブリは、第１の流体源に接続されるように構成および配置された第１の流体入口導管と、第１の流体入口導管に連結された管板とを含む。管板は、第１の面と、反対側の第２の面とを含む。複数のプラテン管は、管板の第２の面から延在する。複数のプラテン管は、熱交換容器内の第１の流体と熱交換関係にある第２の流体を運搬するように構成および配置されている。モジュール式熱交換器アセンブリは、熱交換容器から選択的かつ容易に取り外し可能に構成および配置されている。
【０００５】
例示的実施形態の別の態様によると、熱交換システムは、ガス化装置と、ガス化装置に連結された熱交換容器とを含む。熱交換容器は、熱交換ゾーンを画定する外面と内面とを含む。熱交換容器は、熱交換ゾーンを露出する、露出した端部を含む。サポートリングが、露出した端部に隣接する内面上に配置されている。モジュール式熱交換器アセンブリは、熱交換ゾーンに選択的に、取り外し可能に配置される。モジュール式熱交換器アセンブリは、第１の流体源に接続されるように構成および配置された第１の流体入口導管を含む。第１の流体入口導管は、熱交換ゾーンに流体接続される。管板は、支持リングに支持されており、第１の流体入口導管に連結される。管板は、第１の面と、反対側の第２の面とを含む。複数のプラテン管は、管板の第２の面から、熱交換ゾーンへと延在する。複数のプラテン管は、熱交換容器内の第１の流体と熱交換関係にある第２の流体を運搬するように構成および配置されている。
【０００６】
これらのおよび他の利点ならびに特徴は、図面と合わせて以下の説明からさらに明らかになろう。
【０００７】
本発明とみなされる発明の主題は、本明細書の最後の特許請求の範囲において特に示され、明確に請求される。本発明の上述したおよび他の特徴ならびに利点は、添付した図面と合わせて以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的な実施形態に係る、モジュール式熱交換器アセンブリを有する熱交換器に装着されたガス化装置の部分図である。
【図２】図１の、熱交換器およびモジュール式熱交換器アセンブリの部分断面側面図である。
【図３】例示的な実施形態の一態様に係る、モジュール式熱交換器アセンブリの複数のプラテン管の部分端面図である。
【図４】例示的な実施形態の別の態様に係る、モジュール式熱交換器アセンブリの複数のプラテン管の部分端面図である。
【図５】例示的な実施形態のさらに別の態様に係る、モジュール式熱交換器アセンブリの複数のプラテン管の部分端面図である。
【図６】例示的な実施形態の別の態様に係る、モジュール式熱交換器アセンブリの部分断面側面図である。
【図７】例示的な実施形態のさらに別の態様に係る、モジュール式熱交換器アセンブリの部分断面側面図である。
【図８】例示的な実施形態のさらに別の態様に係る、モジュール式熱交換器アセンブリの部分断面側面図である。
【図９】例示的な実施形態のまたさらに別の態様に係る、モジュール式熱交換器アセンブリの部分断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
詳細な説明では、例として図面を参照しながら、本発明の実施形態を利点および特徴と共に説明する。
【００１０】
例示的な実施形態に係る熱交換器システムは、図１において、全体として２で示される。熱交換器システム２は、モジュール式熱交換器アセンブリ８を有する熱交換容器６に連結されたガス化装置４を含む。ガス化装置４は、複数の車輪１２を介して、レール１０上に支持されている。このようにして、ガス化装置４は、選択的に、熱交換容器６から連結を解除されて、モジュール式熱交換器アセンブリ８の修理および／または交換を可能にすることができる。熱交換容器６は、モジュール式熱交換器アセンブリ８を受け入れる内側部分２０を画定する外面１７および内面１８を有している。
【００１１】
熱交換容器６はまた、周辺フランジ２３を有する露出端部２２を含む。熱交換容器６は、内面１８上に支持され、露出端部２２に隣接して配置された支持リング２６を含むようにさらに示され、また、支持リング２６から離間した内面１８上に支持されたガイドリング２８（図２）を含むことができる。ガイドリング２８は、内側部分２０内のガスが通過することを可能にする多数のガイドリングセグメント（別個には標示せず）から形成してもよい。端部カバー３０は、露出端部２２に連結されている。端部カバー３０は、多数の機械的ファスナー（別個には標示せず）を介して周辺フランジ２３に接合されている周辺フランジ部材３１を含む。端部カバー３０は、ガス化装置４に連結された入口フランジ３４を有する入口３３をさらに含む。以下に詳説されるように、入口３３は、合成ガスを受容する。端部カバー３０はさらに、出口ゾーン３６を画定することが可能である。
【００１２】
図２に最もよく示されるように、モジュール式熱交換器アセンブリ８は、支持リング２６によって支持された管板４０を含む。例示的実施形態の一態様によれば、支持リング２６は、内面１８の周りで連続的に延在する。管板４０は、第１の面４２と、反対側の第２の面４３とを含む。耐熱システム４４は、第１の面４２の外側に延在する。耐熱システム４４は、入口３３に沿って延在する第１のまたはスロート部４５および、管板４０の第２の面４３に沿って延在する第２のまたは管板耐熱性部分４６を含む。耐熱システム４４は、出口ゾーン３６に流入する合成ガスからの熱伝達を減少させる。
【００１３】
モジュール式熱交換器アセンブリ８は、管板４０の第２の面４３の外方に延在する複数の管またはプラテン５４を含む。複数のプラテン管５４のそれぞれは、第１の端部５６と、第２の端部５７と、中間部５８とを含む。第１の端部５６は、管板４０に連結され、出口ゾーン３６に流体的に露出しており、第２の端部５７は、プラテンヘッダ６０に流体連結される。プラテンヘッダ６０は、第２の流体入口ヘッダ６２を介して、水等の第２の流体の供給源に流体接続される。第２の流体入口ヘッダ６２は、入口導管６３を介して、プラテンヘッダ６０に連結される。
【００１４】
モジュール式熱交換器アセンブリ８はまた、熱交換ゾーン７３を画定している複数のプラテン管５４を囲む膜ケージ７２を画定する複数の外側チューブ７０を含む。複数の外側チューブ７０のそれぞれは、第１の端部７４と第２の端部７５とを含む。第１の端部７４は、出口ゾーン３６に流体接続され、第２の端部７５は、膜ケージヘッダ７８に流体接続される。示されるように、膜ケージヘッダ７８は、第２の流体入口ヘッダ６２に流体接続される。
【００１５】
熱交換容器６はまた、内面１８と膜ケージ７２との間に画定されるシールガスゾーン８１内にシールガスを導入するシールガス入口８０を含むように示されている。シールガスゾーン８１は、支持リング２６とガイドリング２８との間に延在する。シールガスは、隣接するガイドリングセグメント（別個には標示せず）間に導かれて、ノズル（図示せず）を介して熱交換容器６から通過させることができる。熱交換容器６はさらに、耐熱システム４４のスロート部４５の周りに延在する耐熱保護膜ケージ８４を含むように示されている。耐熱保護膜ケージ８４は、入口８７と出口８６とを含む。水または水蒸気の形態をとることができる、第３の流体は、入口８７に導かれ、スロート部４５の上を通過する。このようにして、スロート部４５も冷却する一方で、耐熱保護膜ケージ８４は、内側部分２０に流れ込む第１の流体と、出口ゾーン３６内に流れ込む第２の流体との間の熱障壁を提供する。ここでは、第１の面４２で終端するとして示されている一方で、プラテン管５４は、出口ゾーン３６内へ延在することができることを理解されたい。たとえば、プラテン管５４は、耐熱保護膜ケージ８４の入口８７を越えて延在することができる。
【００１６】
例示的な態様によると、加熱された第１の流体は、第１のまたはスロート部４５を通って、内側部分２０へと流入する。第２の流体は、プラテンヘッダ６０および膜ケージヘッダ７８内に流入し、複数のプラテン管５４および複数の外側チューブ７０を通って流れる。第２の流体は、内側部分２０の第１の流体との熱交換関係において通過する。熱せられると、第２の流体は、典型的には蒸気または水蒸気および／または水の形態で、端部カバー３０を通って延在する第２の流体出口８８を通って流れ、所望の目的地に送ることができる。
【００１７】
この例示的な実施形態の一態様によれば、複数のプラテン管５４は、図３に示すように、実質的に直線の構成に配置されている。より詳細には、複数のプラテン管５４は、膜ケージ７２から、略直線経路に沿って半径方向内側に延在する複数の列（別個には標示せず）に配置されている。図４は、複数のプラテン管５４の別の配置である。図４では、複数のプラテン管５４は、Ｌ字状に配置されている。図５では、複数のプラテン管５４は、概ね三角形の配置で示されている。ここで、複数のプラテン管５４は、様々な構成で配置することができることを理解されたい。
【００１８】
ここで図６を参照すると、  同様の参照符号は、それぞれの図において対応する部分を表している。例示的な実施形態の一態様によれば、熱交換容器６は、複数の支持リングセグメント（別個には標示せず）から形成された支持リング９２を含む。熱交換容器６はさらに、フランジ継手の形態をとることができる耐漏接合部（図示せず）を介して、管板４０の外径９５に連結されたドーム部材９４を含むように示されている。ドーム部材９４は、耐漏熱膨張継手（図示せず）を介して耐熱保護膜ケージ８４と連結させることができる。ドーム部材９４は、外面９６と、出口ゾーン１００を画定する内面９７とを含む。出口ヘッダ１０４は、ドーム部材９４に流体的に接続され、したがって、出口ゾーン１００に流体的に接続される。出口ヘッダ１０４は、蒸気および／または蒸気と水との混合物を、出口１０５に運搬する。また図６に示すように、端部カバー３０は、支持リング２６を介してシールガスをシールガスゾーン８１に運搬するシールガス入口１０７を含む。より詳細には、図示の例示的実施形態において、シールガスは、端部カバー３０の内面（別個には標示せず）とドーム部材９４の外面９６との間に画定された空間１０８に導入される。シールガスは、隣接するシールリングセグメント間を、シールガスゾーン８１内へと流れることができる。ここでは、第１の面４２で終端するとして示されているが、プラテン管５４は、出口ゾーン１００内にさらに延在することができることを理解されたい。
【００１９】
ここで続いて図７を参照すると、  同様の参照符号は、それぞれの図において対応する部分を表している。図示の例示的な実施形態によると、モジュール式熱交換器アセンブリ８は、接続部材１１８を介して第２の複数のプラテン管１１４の対応する１つに流体連結された第１の複数のプラテン管１１６を含む。例示的な実施形態の一態様によれば、接続部材１１８は、Ｕ字形接続導管１２０の形態をとる。さらに図示するように、入口１２３は、端部カバー３０を通って、入口ヘッダ１２４へと通過する。入口ヘッダ１２４は、第１の複数のプラテン管１１６のそれぞれに流体連結される。出口１２８は、端部カバー３０を通って、第２の複数のプラテン管１１４のそれぞれに流体接続された出口ヘッダ１２９へと通過する。
【００２０】
さらに示すように、スロート膜壁１３４は、入口ヘッダ１２４に流体連結された入口１３５と、出口ヘッダ１２９に流体連結された出口１３６とを含む。上述したのと同様に、スロート膜壁１３４は、入口３３の耐漏圧力境界を提供するのと同様に、耐熱システム４４に熱シールドを提供する。図示した例示的な態様によれば、第２の流体は、加熱された第２の流体を生成する内側部分２０の内部の、第１の流体と熱交換関係にあるプラテン管１１６と１１４とを通過する、入口ヘッダ１２４へと導かれてよい。加熱された第２の流体は、出口ヘッダ１２９から所望の目的地へ通過する。
【００２１】
図８について、  同様の参照符号はそれぞれの図において対応する部分を表しており、出口ヘッダ１２９に流体接続された気水分離器１４２を示している。気水分離器１４２は、蒸気内に混入した水を分離し、出口ゾーン３６に流体接続された蒸気出口１４４と飽和蒸気出口１４６とを含む。過熱蒸気出口１４８はまた、端部カバー３０から延在する。図９は、ドーム部材９４の出口ゾーン１００に流体連結された気水分離器１４２を示している。
【００２２】
この時点で、例示的な実施形態は、石炭、天然ガス、バイオマス、重油または複数の他の燃料のガス化プロセスによって生成された合成ガスであってもよい高温流に水を露出させることにより、蒸気を発生するように構成された熱交換器を記載していることを理解されたい。合成ガスは、高圧蒸気を生成するために、約２，５００°Ｆ（１，３７０°Ｃ）の温度に、また約３００ｐｓｉｇ（２，０６０ｋｐａ）以上の圧力にあるか、または約１，５００ｐｓｉｇ（１０，３４０ｋｐａ）以上の圧力を有する蒸気であってもよい。さらに、モジュール式熱交換器アセンブリは、容易に除去することができ、または交換できることを理解されたい。より詳細には、合成ガスは、熱交換器部品を損傷する可能性のある様々な腐食性物質を含む。モジュールとして熱交換器部品を形成することによって、望ましくない停止時間を招くことなく交換または修理を行なうことができる。さらに、モジュールの使用によって、そうしなければ熱交換器全体を移動させる必要のある装置がアクセスできない領域における修理および／または交換が可能になる。
【００２３】
本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的とし、本発明を限定することを目的とするものではない。本明細書で使用されるように、文脈で別途明確に指示しない限り、単数形は、複数形も含むものとする。本明細書で使用される場合、用語「備える」および／または「含む」は、記載の特徴、整数値、ステップ、操作、要素および／または構成要素の存在を指定することがさらに理解されるが、１つ以上の他の特徴、整数値、ステップ、操作、要素、構成要素および／またはそのグループの存在または追加を排除するものではない。
【００２４】
「約」という用語は、本出願の際に利用可能な装置に基づいて、特定の量の測定に関連する誤差の程度を含むことを意図している。たとえば「約」は、所定の値の±８％、５％、または２％の範囲を含むことができる。
【００２５】
本発明について限られた数の実施形態にのみ関連して詳述しているが、本発明がこのような開示された実施形態に限定されないことが直ちに理解されるべきである。むしろ、これまでに記載されていない任意の数の変形、変更、置換または等価な構成を組み込むために、本発明を修正することができ、それらは本発明の趣旨と範囲に相応している。さらに、本発明の様々な実施形態について記載しているが、本発明の態様は記載した実施形態のうちのいくつかのみを含んでもよいことを理解すべきである。したがって、本発明は、上記の説明によって限定されるとみなされるのではなく、添付した特許請求の範囲によって限定されるだけである。
【符号の説明】
【００２６】
２  熱交換器システム
４  ガス化装置
６  熱交換容器
８  モジュール式熱交換器アセンブリ
１０  レール
１２  複数の車輪
１７  外面
１８  内面
２０  内側部分
２２  露出端部
２３  周辺フランジ
２６  支持リング
２８  ガイドリング
３０  端部カバー
３１  周辺フランジ部材
３３  入口
３４  入口フランジ
３６  出口ゾーン
４０  管板
４２  第１の面
４３  反対側の第２の面
４４  耐熱システム
４５  第１のまたはスロート部
４６  第２のまたは管板耐熱性部分
４７  第１の端部
４８  第２の端部
５４  複数のプラテン管
５６  第１の端部
５７  第２の端部
５８  中間部
６０  プラテンヘッダ
６２  第２の流体入口ヘッダ
６３  入口導管
７０  複数の外側チューブ
７２  膜ケージ
７３  熱交換ゾーン
７４  第１の端部
７５  第２の端部
７８  膜ケージヘッダ
８０  シールガス入口
８１  シールガスゾーン
８４  耐熱保護膜ケージ
８６  出口
８７  入口
８８  第２の流体出口
９２  支持リング
９４  ドーム部材
９５  外径
９６  外面
９７  内面
１００  出口ゾーン
１０４  出口ヘッダ
１０５  出口
１０７  シールガス入口
１０８  空間
１１４  第２の複数のプラテン管
１１６  第１の複数のプラテン管
１１８  接続部材
１２０  Ｕ字形接続導管
１２３  入口
１２４  入口ヘッダ
１２８  出口
１２９  出口ヘッダ
１３４  スロート膜壁
１３５  入口
１３６  出口
１４２  気水分離器
１４４  蒸気出口
１４６  飽和蒸気出口
１４８  過熱蒸気出口
【図１】
2017026304.tif 000003
【図２】
2017026304.tif 000004
【図３】
2017026304.tif 000005
【図４】
2017026304.tif 000006
【図５】
2017026304.tif 000007
【図６】
2017026304.tif 000008
【図７】
2017026304.tif 000009
【図８】
2017026304.tif 000010
【図９】
2017026304.tif 000011
【外国語明細書】
2017026304000001.pdf