JP3227137B2 - 排熱回収ボイラ - Google Patents
排熱回収ボイラInfo
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Description
係り、特に過熱器、再熱器および節炭器などに用いられ
る伝熱パネルの構造に関するものである。
インドサイクルプラントが注目されている。このコンバ
インドサイクルプラントは、まずガスタービンによる発
電を行ない、そのガスタービンから排出される排ガス中
の保有熱を排熱回収ボイラによつて熱回収し、さらにこ
の排熱回収ボイラで発生した蒸気によって蒸気タービン
を駆動させて、両方のタービンで発電するものである。
ントの概略構成図である。同図において、空気供給管1
からの空気Aと燃料供給管2からの燃料Fを燃焼器3で
混合して燃焼させ、その燃焼ガスでガスタービン4を回
転させて、ガスタービン4による発電を行なう。
Gは、排熱回収ボイラの排ガス通路6へ導入される。こ
の排ガス通路6には下流側から上流側に向けて節炭器
7、蒸発器8、ドラム9および過熱器10がそれぞれ配
置されている。又、近年、ガスタービン排ガス温度の高
温化に伴い、蒸発器8と過熱器10との間に再熱器29
が配置される場合もある。
ンプ11より給水管12を経て節炭器7に供給され、こ
れで所定の温度まで予熱された後、ドラム9に供給され
る。ドラム9に供給された給水WFは、ドラム9の降水
管13を経て蒸発器8、ドラム9の順で自然循環または
強制循環され、その間に加熱されてドラム9内で水と蒸
気に分離される。水は再び降水管13、蒸発器8および
ドラム9へと再循環されるが、蒸気は過熱器10へ送ら
れ、ここでさらに昇温された後、主蒸気管14より蒸気
タービン15へ供給され、蒸気タービン15によって発
電を行なう。前記再熱器29がある場合には、蒸気ター
ビン15からの蒸気を再熱器29に送ってそこで蒸気を
過熱し、その過熱蒸気を再び蒸気タービン15へ送って
発電する。なお、図中の16は発電機、17は復水器で
ある。
熱器10などに使用されている伝熱パネルの斜視図であ
る。この伝熱パネル18は同図に示すように、入口下部
ヘッダ19から導入された水又は蒸気は、多数並設され
た伝熱管22にて加熱されながら下方から上方へ流れて
出口上部ヘッダ20により取り出され、連絡管21を経
由して次の伝熱パネル18へと移動する。
口下部ヘッダ19からの被加熱流体は伝熱管22を下か
ら上への一方向のみ流れ、出口上部ヘッダ20から連絡
管21を経て、次の伝熱パネル18へと流れる仕組みに
なっている。
図である。同図に示すように排ガスGの流れ方向上流側
より過熱器41、蒸発器42ならびに節炭器43が順次
配置されている。給水ポンプ(図示せず)から送られて
きた水は節炭器43の入口に導入され、節炭器43内で
上昇、下降を繰り返しながら熱吸収され、流量調整弁4
4を通ってドラム45へ導かれる。
され、蒸発器42にて飽和蒸気となって過熱器41に導
かれ、高温に過熱された後に蒸気タービン(図示せず)
に供給される。
量が低下すると蒸発量が少なくなるため、節炭器43の
入口側に配置されている給水流量調整弁46で給水流量
を調整するようになっている。このとき、給水ポンプの
特性から節炭器43の内圧は、負荷が低下しても高く維
持されるようになっており、それによって節炭器43内
でのスチーミングを防止している。特に変圧運転を行な
う場合、過熱器41や蒸発器42においては飽和蒸気温
度が低下することになるため、この方法によって節炭器
43の内圧を高く維持することはスチーミング防止に有
効である。
8における伝熱管22の管内熱伝達率は、ほぼ管内流速
の0.8乗に比例するため、流速が速いほど熱回収率は
良くなり、反対に管内流速が遅いほど熱回収率は悪い。
るため、排熱回収ボイラ5を工場で図7に示すように排
熱回収ボイラモジュール23にする傾向にある。この場
合同図に示す如く、排熱回収ボイラモジュール23の下
に、輸送用重機24(例えばドーリーなど)を入れて、
排熱回収ボイラモジュール23をそのままの状態で建設
現地まで輸送する方式が採られている。そのため排熱回
収ボイラ5の横幅L1は輸送用重機24を入れる関係
上、輸送用重機24の横幅L2よりも広くなり、排熱回
収ボイラをモジュール化しない場合の横幅L3よりもか
なり広い。
本数も多くなる。従って個々の管内流速が低下し、十分
な熱回収が行なわれない。これを補うためにはバネル数
を増加する必要があり、それに伴って重量が増加したり
大型化したり、不経済であるなどの問題を有している。
ような伝熱パネル18が提案されている(実開昭62−
125807号公報)。この伝熱パネル18は、伝熱管
22の両端に配置されるヘッダ19ならびにヘッダ20
をそれぞれ複数に分割して分割パネルを作り、各分割パ
ネルをパネル連絡管21で接続する構造になっている。
このようにすれば、従来の伝熱パネルに比較して個々の
伝熱管22における管内流速を増し、熱回収効率を高め
ることができる。
ない訳ではない。すなわち伝熱パネルの分割数に応じて
パネル連絡管21の数が増える訳であるが、このパネル
連絡管21の存在によって圧力損失が大となるばかりで
なく、アンバランスフローを生じることがある。特に節
炭器の場合にアンバランスフローを生じると、部分的に
水の流れない伝熱管が生じ、そのため管内で蒸気が発生
してウォーターハンマー現象が起こり、伝熱管を損傷す
る欠点がある。
では、流量調整弁44の出口において流体がフラッシン
グし、特に変圧運転においては流量調整弁44の出入口
の圧力差が大きく、それに伴ってフラッシングも激しく
なり、流量調整弁44の摩耗が顕著になる。
めには、節炭器43出口の流体エンタルピーを低くした
設計にする必要がある。しかし節炭器43出口の流体エ
ンタルピーを低くすることは、結果的には排熱回収ボイ
ラの蒸発量を低下することになり、コンバインドサイク
ルプラントなどではプラント効率の低下を招来すること
になり、好ましいことではない。
を解消して、伝熱パネル内の伝熱管の本数が増加して
も、管内流速が大きくでき、熱回収率が高く維持できる
排熱回収ボイラを提供することにある。
め、本発明は、排ガス通路内に配置した過熱器、再熱
器、蒸発器および節炭器などの熱交換器のうち、前記蒸
発器を除く少なくとも1つの熱交換器は、多数の伝熱管
が排ガス通路の幅方向に配置され、その伝熱管の両端に
はヘッダが接続された伝熱パネルから構成された排熱回
収ボイラを対象とするものである。
は、伝熱管を排ガス通路の幅方向に分割すると共に、前
記伝熱管の一端に接続されるヘッダとして、同じ側に配
置され隙間を介して分離した別管体からなる温度差を有
する入口ヘッダと出口ヘッダを、前記分割した伝熱管に
それぞれ接続して設け、他端に接続されるヘッダとして
中間ヘッダを全伝熱管に接続して設けた構成になってお
り、 この伝熱パネルを複数、排ガス流れ方向の下流側か
ら上流側に向けて第1の伝熱パネル、第2の伝熱パネル
として順次並設し、被加熱流体を第1の伝熱パネルの入
口ヘッダから導入し、その入口ヘッダに接続された伝熱
管を通り、中間ヘッダを経て、出口ヘッダに接続された
伝熱管を通り、その第1の伝熱パネルの出口ヘッダから
第2の伝熱パネルの入口ヘッダに導入し、その入口ヘッ
ダに接続された伝熱管を通り、中間ヘッダを経て、出口
ヘッダに接続された伝熱管を通り、その第2の伝熱パネ
ルの出口ヘッダから排出されることにより、 被加熱流体
が排ガス通路内で蛇行を繰り返しながら、かつ排ガス流
れ方向の下流側から上流側に向けて移行しながら排ガス
との間で熱交換がなされるように構成されていることを
特徴とするものである。
ており、伝熱管の管内流速が速くなり、しかも被加熱流
体が排ガス通路内で蛇行を繰り返しながら、かつ排ガス
流れ方向の下流側から上流側に向けて移行しながら排ガ
スとの間で熱交換がなされ、そのため熱回収効率が高く
維持できる。また、入口ヘッダを通る低温流体と出口ヘ
ッダを通る高温流体の間に温度差が生じる。そのため入
口ヘッダと出口ヘッダを1本の連続したヘッダで構成す
ると前記温度差によりヘッダならびにそれに接続されて
いる伝熱管の変形、損傷を生じる。その点本発明は温度
差を有する入口ヘッダと出口ヘッダが隙間を介して分離
した別管体になっているため、前記温度差によるヘッダ
や伝熱管の変形、損傷が解消される。
明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係る伝熱
パネルの正面図である。
かって垂直方向に延びたガス通路内に多数本の伝熱管2
2が配置されているが、この伝熱管22は紙面に向かっ
て左右にほぼ2分され、中間部にガスパス防止板27が
挿入されている。紙面に向かって右側の伝熱管22(領
域a)の一端には入口ヘッダ19が接続され、一方、左
側の伝熱管22(領域b)の一端には出口ヘッダ20が
接続されている。この入口ヘッダ19と出口ヘッダ20
とは完全に分離しており、図に示すように両者の隙間に
対応した伝熱管22と伝熱管22の間にガスパス防止板
27が配置されている。また、全伝熱管22の他端は、
入口ヘッダ19ならびに出口ヘッダ20と対向する位置
に設けられた中間ヘッダ25にそれぞれ接続されてい
る。
えば水などの被加熱流体は入口ヘッダ19から導入さ
れ、領域a側の伝熱管22を通り、中間ヘッダ25を経
て、領域b側の伝熱管22を通ってから出口ヘッダ20
から排出され、従来のものと異なり被加熱流体が二方向
に流れるようになっている。
に示す過熱器10、再熱器29、蒸発器8および節炭器
7のうち、蒸発器8を除く過熱器10、再熱器29およ
び節炭器7を前記伝熱パネル18で構成したものであ
る。
熱流体は沸騰しながら熱伝達されるのであるから、管内
の流速を上げても伝熱効率の向上にはほとんど影響しな
いためである。これに対して過熱器10、再熱器29お
よび節炭器7における伝熱管22内での被加熱流体は水
あるいは蒸気のみの一相であるため、流速を上げるとそ
れに応じて伝熱効率が向上する。
と出口ヘッダ20とを分離した場合、領域aにおける左
端の伝熱管22aと領域bにおける右端の伝熱管22b
との隙間が必然的に大きくなる。そうなると排ガスGが
その隙間を通ってショートパスして熱回収効率が低減す
るから、ショートパスを防止して熱回収効率を高めるた
めにガスパス防止板27が配置されている。
口ヘッダ20の長さがほぼ等しいが、図2に示す第2の
実施の形態の場合は、入口ヘッダ19と出口ヘッダ20
の長さを変えている。このように入口ヘッダ19と出口
ヘッダ20の長さを交互に変えることによって、パネル
Aの分割部をショートパスした排ガスの熱を、下流側に
位置するパネルBで熱回収するようにしている。この実
施の形態では、入口ヘッダ19を短く、出口ヘッダ20
を長くしているが、これとは反対側に入口ヘッダ19を
長く、出口ヘッダ20を短くすることもできる。同図に
示されているように複数枚の伝熱パネルを排ガス流れ方
向の下流側から上流側に向けて順次並設し、矢印で示す
ように被加熱流体を第1の伝熱パネルの入口ヘッダ19
aから導入し、その入口ヘッダ19aに接続された伝熱
管を通り、中間ヘッダを経て、出口ヘッダ20aに接続
された伝熱管を通り、その第1の伝熱パネルの出口ヘッ
ダ20aから第2の伝熱パネルの入口ヘッダ19bに導
入し、その入口ヘッダ19bに接続された伝熱管を通
り、中間ヘッダを経て、出口ヘッダ20bに接続された
伝熱管を通り、その第2の伝熱パネルの出口ヘッダ20
bから第3の伝熱パネルの入口ヘッダ19cに導入し、
その入口ヘッダ19cに接続された伝熱管を通り、中間
ヘッダを経て、出口ヘッダ20cに接続された伝熱管を
通り、その第2の伝熱パネルの出口ヘッダ20cから排
出されることにより、最終的には第5の伝熱パネルの出
口ヘッダ20eから排出される。このようにして被加熱
流体が排ガス通路内で蛇行を繰り返しながら、かつ排ガ
ス流れ方向の下流側から上流側に向けて移行しながら排
ガスとの間で熱交換がなされるように構成されている。
第1の実施の形態と異なる点は、図1の伝熱パネル18
は縦位置に配置されたものであるのに対し、図3の伝熱
パネル18は横位置に配置したものであり、他の構成は
図1のものと同一である。
たものである。コンバインドサイクルプラントの場合、
ガスタービンの起動時、低負荷時に、排熱回収ボイラの
節炭器7の給水出口部で蒸気が発生する欠点がある。そ
れは起動時、低負荷時には高負荷時に比べて図5に示す
排ガス通路6の入口での排ガス温度が低く、このために
節炭器7の上流側に配置されている過熱器10、再熱器
29ならびに蒸発器8の伝熱パネル18での熱吸収量は
少なくなる。
器10、再熱器29、蒸発器8での熱吸収量が少なくな
るのでそれだけ高くなり、節炭器7の伝熱パネル18で
の熱吸収量は逆に多くなり、この熱吸収量の増加に伴っ
て節炭器7の伝熱パネル18の内、給水出口に近い、つ
まり排ガスの流れからみて上流側の伝熱パネル18(節
炭器7の排ガス上流に位置する伝熱パネル18)でスチ
ーミングが発生する。そしてスチーミングが発生する
と、ウォーターハンマーを併発し、伝熱管22を損傷す
る恐れがあるため好ましくない。
18を全て節炭器7に使った場合、給水出口部の伝熱パ
ネル18Cの入口ヘッダ19から中間ヘッダ25に流れ
る下降流の伝熱管22内で蒸気が発生すると、その蒸気
が停滞し、ウォーターハンマーを生じるという問題があ
る。
気が発生すると予測される給水出口部の伝熱パネル18
Cを上昇流のみの伝熱パネル18、即ち図6に示す伝熱
パネル18とし、その他の伝熱パネル18D〜18Hを
図1または図2に示す伝熱パネル18とすることによっ
て、節炭器7での熱回収を高め、さらに蒸気が発生して
も停滞を起こすことなく、ドラム9に給水することがで
きる。
は、伝熱パネル18Dも上昇流のみの伝熱パネル18と
し、伝熱パネル18Cと伝熱パネル18Dを接続する連
結管の径を小さくして、連結管内流速を高め、蒸気の停
滞を無くし、伝熱パネル18Dから伝熱パネル18Cへ
給水することもできる。
するための図である。同図に示すように排ガスGの流れ
方向上流側から下流側に沿って過熱器41,蒸発器4
2,高温側節炭器43bならびに低温側節炭器43aが
順次配置されている。
給水は、低温腐食防止のため節炭器43a内の高温の水
と適量混合し、排ガスGの露点(約45℃)以上に加熱
して節炭器43aに供給される。節炭器43aに送られ
た水は、上昇、下降を繰り返しながら排ガスGからの熱
を吸収した後、上昇管のみで構成されている高温側節炭
器43bに節炭器連絡管47を通して供給される。この
ように高温側節炭器43bを上昇管のみで構成すれば、
その中で蒸気を発生してもそれが滞留することはなく、
結局、ウォーターハンマーは生じない。
は蒸気を含んだ気水混合流体)は、ドラム連絡管18を
通ってドラム45に導かれ、ドラム45内の缶水と混合
され、蒸発器42に流入する。蒸発器42で発生した飽
和蒸気はドラム45内で気水分離され、過熱器連絡管4
9により過熱器41に導かれ、過熱蒸気となって蒸気タ
ービン(図示せず)に送られる。
御は、低温側節炭器43aと高温側節炭器43bとを連
絡する節炭器連絡管47の途中に設けられている流量調
整弁46で行なわれる。そのため、低温側節炭器43a
内は所定の高い圧力に維持することができ、低温側節炭
器43a内でのスチーミングが防止できる。
構成されているため、スチーミングを発生しても問題に
はならないから、ドラム45入口の流体エンタルピーを
高めた設計が可能であり、蒸気量を増すことでコンバイ
ンドサイクルプラントなどのプラント効率を高めに設計
することができる。
多くすれば、それだけ蒸発量を増加することができると
ともに、低温側節炭器43a入口のガス温度が低下し、
さらに低温側節炭器43aでのスチーミングが生じ難い
という効果がある。
連絡するドラム連絡管48の途中には、オリフィスまた
はオリフィスチューブなどからなる圧力損失付与部50
と切換弁51とが併設されている。部分負荷で低温側節
炭器43a出口の流体温度が上昇して、流量調整弁46
出口においてフラッシングが発生し易くなると、前記切
換弁51により流体を圧力損失の大きい圧力損失付与部
50に導くことにより、フラッシングを防止することが
できる。さらにこのようなことから、流量調整弁46入
口の流体エンタルピーをこれらの限界近くまで高めるこ
とができ、そのために蒸発量を更に増加して、プラント
効率をいっそう向上することが可能である。
成になっており、管内流速が速くでき、しかも被加熱流
体が排ガス通路内で蛇行を繰り返しながら、かつ排ガス
流れ方向の下流側から上流側に向けて移行しながら排ガ
スとの間で熱交換がなされ、そのため熱回収効率が高く
維持できる。また、入口ヘッダを通る低温流体と出口ヘ
ッダを通る高温流体の間に温度差が生じる。そのため入
口ヘッダと出口ヘッダを1本の連続したヘッダで構成す
ると前記温度差によりヘッダならびにそれに接続されて
いる伝熱管の変形、損傷を生じる。その点本発明は温度
差を有する入口ヘッダと出口ヘッダが隙間を介して分離
した別管体になっているため、前記温度差によるヘッダ
や伝熱管の変形、損傷が解消される。
になっており、入口ヘッダと出口ヘッダを隙間を介して
分離することにより、その隙間に対応する伝熱管と伝熱
管の間が開くが、そこにガスパス防止部材を配置するこ
とにより、排ガスのショートパスが阻止でき、熱回収効
率をさらに高めることができる。
になっており、1つの伝熱パネルの入口ヘッダと出口ヘ
ッダの隙間を、隣に配置された伝熱パネルの入口ヘッダ
または出口ヘッダと対向することにより、入口ヘッダと
出口ヘッダの隙間を通過した排ガスの保有熱がその後流
側の伝熱パネルで回収され、熱回収効率をさらに高める
ことができる。
正面図である。
平面図である。
正面図である。
ラの節炭器付近の概略構成図である。
成図である。
態を示す説明図である。
ある。
ラの概略構成図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 排ガス通路内に配置した過熱器、再熱
器、蒸発器および節炭器などの熱交換器のうち、前記蒸
発器を除く少なくとも1つの熱交換器は、多数の伝熱管
が排ガス通路の幅方向に配置され、その伝熱管の両端に
はヘッダが接続された伝熱パネルから構成された排熱回
収ボイラにおいて、 前記伝熱パネルの少なくとも一部は、伝熱管を排ガス通
路の幅方向に分割すると共に、前記伝熱管の一端に接続
されるヘッダとして、同じ側に配置され隙間を介して分
離した別管体からなる温度差を有する入口ヘッダと出口
ヘッダを、前記分割した伝熱管にそれぞれ接続して設
け、 他端に接続されるヘッダとして中間ヘッダを全伝熱管に
接続して設けた構成になっており、 この伝熱パネルを複数、排ガス流れ方向の下流側から上
流側に向けて第1の伝熱パネル、第2の伝熱パネルとし
て順次並設し、被加熱流体を第1の伝熱パネルの入口ヘ
ッダから導入し、その入口ヘッダに接続された伝熱管を
通り、中間ヘッダを経て、出口ヘッダに接続された伝熱
管を通り、その第1の伝熱パネルの出口ヘッダから第2
の伝熱パネルの入口ヘッダに導入し、その入口ヘッダに
接続された伝熱管を通り、中間ヘッダを経て、出口ヘッ
ダに接続された伝熱管を通り、その第2の伝熱パネルの
出口ヘッダから排出されることにより、 被加熱流体が排ガス通路内で蛇行を繰り返しながら、か
つ排ガス流れ方向の下流側から上流側に向けて移行しな
がら排ガスとの間で熱交換がなされるように 構成されて
いることを特徴とする排熱回収ボイラ。 - 【請求項2】 請求項1記載において、前記伝熱管の入
口ヘッダと出口ヘッダとの隙間に対応する伝熱管と伝熱
管の間にガスパス防止部材が配置されていることを特徴
とする排熱回収ボイラ。 - 【請求項3】 請求項1記載において、前記伝熱パネル
を排ガス流れ方向に複数段配置し、隣接する伝熱パネル
の入口ヘッダと出口ヘッダの長さが互いに異なり、1つ
の伝熱パネルの入口ヘッダと出口ヘッダの隙間が、隣に
配置された伝熱パネルの入口ヘッダまたは出口ヘッダと
対向していることを特徴とする排熱回収ボイラ。 - 【請求項4】 請求項1記載において、前記熱交換器が
節炭器であって、その節炭器が、排ガス流れ方向上流側
に配置された高温側節炭器と、下流側に配置された低温
側節炭器を有し、その低温側節炭器の伝熱パネルは前記
入口ヘッダと出口ヘッダと中間ヘッダを設けた上昇管と
下降管の組み合わせで構成され、前記高温側節炭器の伝
熱パネルは入口下部ヘッダと出口上部ヘッダを設けた上
昇管のみで構成されていることを特徴とする排熱回収ボ
イラ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Applications Claiming Priority (1)
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JP05097299A JP3227137B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 排熱回収ボイラ |
Related Parent Applications (1)
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JP1252315A Division JP2925594B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 排熱回収ボイラ |
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JPH11287402A JPH11287402A (ja) | 1999-10-19 |
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JP05097299A Expired - Lifetime JP3227137B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 排熱回収ボイラ |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (2)
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-
1999
- 1999-02-26 JP JP05097299A patent/JP3227137B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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JPH11287402A (ja) | 1999-10-19 |
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