废热回收锅炉及支承方法与流程

本发明涉及具备多个传热管的废热回收锅炉及支承多个传热管的载荷的支承方法。

背景技术：

在废热回收锅炉(HRSG)中，从燃气轮机等排出的废气在管道内通过，废气与传热管内的水或蒸汽进行热交换，由此生成蒸汽。在废热回收锅炉的管道内部配置有供水、蒸汽流通的多个传热管(例如，参照专利文献1)。

在专利文献1中公开有以下的技术方案：使传热管的两端部贯穿锅炉顶壁，并固定于从支承梁悬吊的冠状件。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-89610号公报

发明要解决的课题

然而，在专利文献1中，需要使传热管的两端部贯穿锅炉顶壁并将它们连结，传热管的设置、更换需要繁杂的作业。

另外，以往，具有使用金属制(例如，不锈钢材)的吊杆从位于锅炉顶壁的铅垂上方附近的支承梁支承传热管的情况，然而向废热回收锅炉的入口流通的废气温度常常高温化(例如，650℃以上)，对废热回收锅炉的入口附近的传热管进行支承的吊杆的强度降低，可能难以支承传热管。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供能够容易地进行传热管的设置、更换，并且即使废气温度高温化也能够可靠地支承传热管的载荷的废热回收锅炉及支承方法。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明采用以下的方案。

本发明的一方案所涉及的废热回收锅炉具备：管道，其被导入废气；多个传热管，其配置于所述管道的内部，使该多个传热管的内部流通与废气进行热交换的流体；集管，其在所述多个传热管的铅垂上方与所述多个传热管连结，且沿与废气的流通方向交叉的水平方向延伸；筒状的连接管，其与所述集管连结，从该集管向铅垂上方延伸并贯穿所述管道，在该筒状的连接管的内部流通有所述流体；以及支承机构，其在所述管道的铅垂上方支承所述连接管，所述连接管在所述管道的铅垂上方的规定位置具备从外周面向外侧突出的突部，所述支承机构具备：夹持部，其在所述规定位置的铅垂下方夹持所述连接管的外周面，并且沿水平面的第一方向延伸；以及一对支承部，其支承所述夹持部的所述第一方向的两端部的下表面。

根据本发明的一方案所涉及的废热回收锅炉，连接管从与多个传热管连结的集管向铅垂上方延伸并贯穿管道，在连接管的管道的铅垂上方的规定位置从外周面向外侧突出有突部。在连接管的规定位置的铅垂下方安装有夹持外周面的夹持部，多个传热管的载荷经由连接管的突部向夹持部传递。向夹持部传递的多个传热管的载荷从夹持部所延伸的水平面的第一方向的两端部的下表面向一对支承部传递。由于使用由在内部流动的流体来冷却的连接管而非以往的吊杆，因此能够抑制强度的降低，从而能够支承多个传热管的载荷。多个传热管不贯通管道而配置于管道的内部，因此能够容易地进行传热管的设置、更换。另外，多个传热管的载荷在废气不流通的管道的铅垂上方由支承机构支承，因此，即使废气温度高温化也能够可靠地支承传热管的载荷。

在本发明的一方案所涉及的废热回收锅炉中，也可以为，所述支承机构具备：一对第一限制构件，其限制所述夹持部的一端的向与所述第一方向正交的水平面的第二方向的移动；以及一对第二限制构件，其限制所述夹持部的另一端的向所述第二方向的移动。

根据本结构，能够限制夹持部的一端及另一端的向水平面的第二方向的移动。

在上述结构的废热回收锅炉中，也可以为，所述集管是形成为沿所述第二方向延伸的筒状的金属制的构件，在所述集管沿所述第二方向隔开间隔地连结有一对所述连接管，所述一对第一限制构件沿所述第二方向隔开规定间隔地配置，所述一对第二限制构件沿所述第二方向隔开所述规定间隔地配置。

集管是形成为沿第二方向延伸的筒状的金属制的构件，因此，向管道导入高温的废气时，集管的第二方向的长度因热延伸而变长，与集管连结的一对连接管的第二方向的配置间隔变长。由于一对第一限制构件及一对第二限制构件沿第二方向隔开规定间隔地配置，因此不会因集管的热延伸而使一对连接管与集管的连结位置应力产生。

在上述方案的废热回收锅炉中，也可以为，所述支承机构具备配置在所述夹持部与所述一对支承部之间、由表面粗糙度比所述一对支承部的上表面小的金属材料形成的一对板状构件。

如此，在夹持部因集管的热延伸、地震等外力沿第二方向移动时，一对夹持部的移动能顺利地进行。

在上述结构的废热回收锅炉中，也可以为，所述支承机构在所述夹持部的一端及另一端具备限制所述夹持部向所述第一方向的移动的一对第三限制构件。

由此，在因地震等向多个传热管施加了第一方向的外力的情况下，能够适当地防止夹持部沿第一方向移动。

本发明的一方案所涉及的支承方法是对废热回收锅炉所具备的多个传热管的载荷进行支承的支承方法，其中，所述废热回收锅炉具备：管道，其被导入废气；多个传热管，其配置于所述管道的内部，使该多个传热管的内容流通与废气进行热交换的流体；集管，其在所述多个传热管的铅垂上方与所述多个传热管连结，且沿与废气的流通方向交叉的水平方向延伸；以及筒状的连接管，其与所述集管连结，从该集管向铅垂上方延伸并贯穿所述管道，在该筒状的连接管的内部流通有所述流体，所述支承方法具备下述工序：在所述管道的铅垂上方的规定位置，在所述连接管的外周面接合向外侧突出的突部；在所述规定位置的铅垂下方安装沿水平面的第一方向延伸的夹持部来夹持所述连接管的外周面；以及利用一对支承部支承所述夹持部的所述第一方向的两端部的下表面。

根据本发明的一方案所涉及的支承方法，在连接管的管道的铅垂上方的规定位置接合有从外周面向外侧突出的突部，在连接管的规定位置的铅垂下方安装有夹持外周面的夹持部，因此多个传热管的载荷经由突部向夹持部传递。传递到夹持部的多个传热管的载荷从夹持部所延伸的水平面的第一方向的两端部的下表面向一对支承部传递。使用由在内部流动的流体冷却的连接管而非以往的吊杆，因此能够抑制强度的降低，从而能够支承多个传热管的载荷。多个传热管不贯通管道而配置在管道的内部，因此能够容易地进行传热管的设置、更换。另外，多个传热管的载荷在废气不流通的管道的铅垂上方由支承机构支承，因此，即使废气温度高温化也能够可靠地支承传热管的载荷。

发明效果

根据本发明，能够提供能够容易地进行传热管的设置、更换，并且即使废气温度高温化也能够可靠地支承传热管的载荷的废热回收锅炉及支承方法。

附图说明

图1是表示第一实施方式所涉及的废热回收锅炉的纵剖视图。

图2是表示图1的I部分的局部放大图。

图3是表示图2的传热管、上部集管、下部集管及连接管的立体图。

图4是表示图2的连接管及支承机构的立体图。

图5是图4的连接管及支承机构的II-II向视剖视图。

图6是图4的连接管及支承机构的II-II向视剖视图，实线表示废气导入前的状态，虚线表示废气导入后的状态。

图7是图5所示的支承机构的III-III向视剖视图。

图8是表示第二实施方式所涉及的废热回收锅炉的连接管及支承机构的立体图。

附图标记说明

10 管道

11 流入口

20 传热管

30 上部集管

40 下部集管

50 连接管

51 肋(突部)

52 环(突部)

60 支承机构

61、62 夹紧构件(夹持部)

61a 紧固连结具

63、64 支承梁(支承部)

65 第一限制构件

66 第二限制构件

67 第三限制构件

68 滑板(板状构件)

70 脱硝装置

80 蒸汽鼓

90 构架

100 废热回收锅炉

X 第一方向

Y 第二方向

Z 轴线

具体实施方式

〔第一实施方式〕

以下，参照附图对本发明的第一实施方式所涉及的废热回收锅炉进行说明。

如图1所示，本实施方式的废热回收锅炉是从燃气轮机(省略图示)排出的高温(例如650℃以上)的燃烧废气(以下称作废气)沿水平方向流动的横型的废热回收锅炉。在本实施方式中，废气流动方向为水平方向，与其正交的方向成为铅垂方向，另外，传热管20的长边方向成为铅垂方向。图2是表示图1的I部分的局部放大图。图3是表示图2的传热管20、上部集管30、下部集管40及连接管50的立体图。

需要说明的是，在以下记载的实施方式中，上方是指铅垂方向上侧，下方是指铅垂方向下侧。

如图1及图2所示，本实施方式所涉及的废热回收锅炉100具备管道10、多个传热管20、上部集管30、下部集管40、连接管50、支承机构60、脱硝装置70及蒸汽鼓80。

管道10是将废气导入且沿水平方向延伸的筒状体。从燃气轮机等排出来的废气从流入口11流入并在管道10的内部流通，且从流出口12流出并向烟囱(省略图示)引导。在管道10的内部收容有多个传热管20、上部集管30、下部集管40及脱硝装置70。

传热管20配置在管道10的内部，是使与废气进行热交换的蒸汽、供水(流体)在内部流通的管体。如图2及图3所示，沿铅垂方向配置的多个传热管20的上部与上部集管30连接，多个传热管20的下部与下部集管40连接。

需要说明的是，就传热管20而言，在图1中集中多个传热管20而简要地显示，另外，在图2及图3中也简要地显示传热管20的设置根数。

上部集管30在多个传热管20的上方与多个传热管20连结，为沿与废气的流通方向正交(交叉)的水平方向延伸的金属制(例如，高铬钢、不锈钢制)的筒状体。

下部集管40在多个传热管20的下方与多个传热管20连结，为沿与废气的流通方向正交(交叉)的水平方向延伸的金属制(例如，高铬钢、不锈钢制)的筒状体。

连接管50与上部集管30连结，为从上部集管30沿着铅垂方向的轴线Z向上方延伸的筒状体。连接管50贯穿管道10的上部向上方延伸，上端与蒸汽鼓80连结。

如图3所示，在上部集管30，沿着上部集管30延伸的方向(后述的图5的Y方向(第二方向))隔开间隔D1地连结有一对连接管50。

如图4的立体图所示，连接管50在管道10的上方的配置有支承机构60的位置(规定位置)具备从外周面向外侧突出的多个肋(突部)51。连接管50及肋51例如由高铬钢、不锈钢形成。

肋51在绕轴线Z的周向上等间隔地设置于多个部位(例如以90度间隔设置4个部位)，并通过例如焊接进行接合。肋51的数量、配置管间隔、尺寸(长度、宽度及板厚)优选根据连接管50、上部集管30、下部集管40及多个传热管20的重量而适当地设定为能够支承需要的载荷。通过肋51的数量、尺寸的选择范围扩宽，能够容易地确保肋51与连接管50的焊接长度，从而能够支承需要的载荷。

支承机构60是通过在管道10的上方支承连接管50而支承与连接管50连结的多个传热管20、上部集管30及下部集管40的载荷的机构。如图2所示，支承机构60设置于相对于地面固定的构架90的上表面。

接着，参照图4及图5对支承机构60详细地进行说明。

图4是表示图2的连接管50及支承机构60的立体图，图5是图4的连接管50及支承机构60的II-II向视剖视图。

如图4所示，支承机构60具备夹紧构件(夹持部)61、62、一对支承梁(支承部)63、64、一对第一限制构件65、一对第二限制构件66、一对第三限制构件67及一对滑板(板状构件)68。在本实施方式中，夹紧构件61与夹紧构件62由设为同样的形状的一对夹紧构件61、62形成，从而进行部件的共用化。

一对夹紧构件61、62是在连接管50的接合有肋51的位置的下方夹持连接管50的外周面并且沿着水平面的X方向(第一方向)延伸的构件。在此，在本实施方式中，X方向与管道10内的废气的流通方向一致。一对夹紧构件61、62例如是对板状的构件进行弯曲加工使其能够夹着连接管50、且在弯曲部分焊接肋板来确保强度而成的构件，只要是具有同样的功能的构件即可，并不限定结构，若有类似的市售品也可以利用。例如，就一对夹紧构件61、62而言，未必需要由成对的相同形状的部材来夹持，例如即使夹紧构件61或夹紧构件62的一方比另一方的X方向的长度短，也能够同样地构成。一对夹紧构件61、62通过在夹着连接管50的状态下紧固连结由螺栓及螺母构成的紧固连结具61a而夹持连接管50的外周面。在一对夹紧构件61、62的上表面，经由肋51被传递连接管50、上部集管30、下部集管40及多个传热管20的载荷。

一对夹紧构件61、62及肋51由金属材料(例如，高铬钢、不锈钢)形成。在将本实施方式的导入管道10的废气的温度设为650℃～700℃的情况下，在支承机构60的附近的连接管50中流通的蒸汽的温度约为600℃。在该情况下，一对夹紧构件61、62及肋51由耐热温度成为550℃～600℃的金属材料形成即可，可以从普通的高温用金属材料中选择。该耐热温度与导入管道10的废气的温度相比低很多。这是由于一对夹紧构件61、62及肋51配置于管道10的外部，被外部气体冷却。

支承梁63是支承一对夹紧构件61、62的X方向的一端的下表面的构件，支承梁64是支承一对夹紧构件61、62的X方向的另一端的下表面的构件。一对支承梁63、64安装并固定于相对于地面固定的构架90。

一对第一限制构件65是限制一对夹紧构件61、62的一端的向Y方向(第二方向)的移动的板状构件。如图5所示，一对第一限制构件65沿Y方向隔开间隔D2地配置。

一对第二限制构件66是限制一对夹紧构件61、62的另一端的向Y方向的移动的板状构件。一对第二限制构件66沿Y方向隔开间隔D2地配置。在此，Y方向与和管道10内的废气的流通方向正交(交叉)的水平方向一致。由此，一对夹紧构件61、62的一端和另一端分别被一对第一限制构件65和一对第二限制构件66限制向Y方向的超过间隔D2的范围的移动。

图6是图4的连接管50及支承机构60的II-II向视剖视图，实线表示废气导入前的状态，虚线表示废气导入后的状态。在图6中，下方是朝向管道10的Y方向的中心位置的方向，上方是朝向管道10的外部的方向。

如图6中实线所示，向管道10导入废气之前，上部集管30没有热延伸，因此对一对连接管50的间隔D1没有热延伸的影响，一对夹紧构件61、62配置在管道10的Y方向的中心位置侧。另一方面，如图6中虚线所示，向管道10导入废气之后，上部集管30的温度上升而热延伸，因此一对连接管50的间隔D1变长，一对夹紧构件61、62在间隔D2的范围内向管道10的Y方向的外侧移动。

一对第三限制构件67是限制一对夹紧构件61、62的向X方向的移动的板状构件。一对夹紧构件61、62的X方向的长度本来就不长，而且配置于管道10的外部，因此即使向管道10导入废气之后一对夹紧构件61、62的温度上升，热延伸量也较少。一对第三限制构件67隔开与一对夹紧构件61、62的X方向的长度大致相同的长度、或者在一对夹紧构件61、62的X方向的长度的基础上设置了热延伸余量的间隔而配置。因此，成为一对夹紧构件61、62的X方向的位置的移动被约束的状态。

图7是图5的III-III向视剖视图。如图7所示，滑板68是配置在夹紧构件61、62的一端与支承梁63之间的板状构件。另外，滑板68也配置在夹紧构件61、62的另一端与支承梁64之间。滑板68由金属材料(例如，SUS304等不锈钢材)形成。另外，滑板68进一步优选使用被加工为表面粗糙度(例如，算术平均粗糙度Ra，最大高度Rz)比支承梁63、64的上表面小、且表面性状不会因氧化等发生较大改变的材料。

接着，对支承废热回收锅炉100所具备的多个传热管20的载荷的支承方法进行说明。在本实施方式中，通过以下的支承方法，成为多个传热管20的载荷由支承机构60支承的状态。

第一，在贯穿管道10而向上方延伸的连接管50的配置有支承机构60的位置处，通过焊接来接合从外周面向外侧突出的多个肋51。此时，连接管50、上部集管30、下部集管40及传热管20的载荷通过其他的载荷支承机构(省略图示)而临时支承。连接管50也可以事先在配置有支承机构60的位置通过焊接来接合从外周面向外侧突出的多个肋51。

第二，在配置有多个肋51的位置的下方安装一对夹紧构件61、62并将紧固连结具61a紧固连结，一对夹紧构件61、62成为夹持连接管50的外周面的状态。

第三，解除载荷支承机构(省略图示)对连接管50、上部集管30、下部集管40及传热管20的载荷的临时支承，成为由一对支承梁63、64支承一对夹紧构件61、62的X方向的两端部的下表面的状态。

通过以上的第一～第三工序，成为多个传热管20的载荷由支承机构60支承的状态。

对以上说明了的本实施方式的废热回收锅炉100所起到的作用及效果进行说明。

根据本实施方式的废热回收锅炉100，连接管50从与多个传热管20连结的上部集管30向上方延伸并贯穿管道10，在连接管50的管道10的上方的规定位置从外周面向外侧突出有肋51。在连接管50的规定位置的下方安装有夹持外周面的一对夹紧构件61、62，多个传热管20的载荷经由肋51向一对夹紧构件61、62传递。传递到一对夹紧构件61、62的多个传热管20的载荷从一对夹紧构件61、62所延伸的水平面的X方向(第一方向)的两端部的下表面向一对支承梁63、64传递。

使用由在内部流动的供水、蒸汽冷却的连接管50而非以往的吊杆，来抑制强度的降低，因此能够利用普通的高温用金属材料(例如，高铬钢、不锈钢)来支承多个传热管20的载荷。多个传热管20不贯通管道10而配置在管道10的内部，因此能够容易地进行传热管20的设置、更换。另外，多个传热管20的载荷在废气不流通的管道10的上方由支承机构60支承，因此即使废气温度高温化也能够可靠地支承传热管20的载荷。

在本实施方式的废热回收锅炉100中，支承机构60具备：限制一对夹紧构件61、62的一端的向与X方向正交的水平面的向Y方向的移动的一对第一限制构件65；以及限制一对夹紧构件61、62的另一端的向Y方向的移动的一对第二限制构件66。能够通过一对第一限制构件65及一对第二限制构件66限制一对夹紧构件61、62的一端及另一端的向Y方向的移动。因此，即使向管道10导入高温的废气，上部集管30等的温度上升而发生热延伸，也能够将上部集管30、多个传热管20的位置配置在规定的范围内。

在本实施方式的废热回收锅炉100中，上部集管30是形成为沿Y方向延伸的筒状的金属制的构件，在上部集管30，沿Y方向隔开间隔D1地连结有一对连接管50，一对第一限制构件65沿Y方向隔开间隔D2地配置，一对第二限制构件66沿Y方向隔开间隔D2地配置。

上部集管30是形成为沿Y方向延伸的筒状的金属制的构件，因此，若向管道10导入高温的废气，则上部集管30的Y方向的长度因热延伸而变长，从而与上部集管30连结的一对连接管50的Y方向的配置间隔变长。一对第一限制构件65及一对第二限制构件66沿Y方向隔开间隔D2地配置，因此不会由于上部集管30的热延伸而使一对连接管50与上部集管30的连结位置产生应力。

在本实施方式的废热回收锅炉100中，支承机构60具备配置在一对夹紧构件61、62与一对支承梁63、64之间、由表面粗糙度比一对支承梁63、64的上表面小的金属材料形成的一对滑板68。

由此，一对夹紧构件61、62因上部集管30的热延伸、地震等外力沿Y方向移动时，一对夹紧构件61、62的移动顺利地进行，不会使支承机构60产生过剩的应力。

在本实施方式的废热回收锅炉100中，支承机构60具备限制一对夹紧构件61、62的向X方向的移动的一对第三限制构件67。

由此，在因地震等向多个传热管20施加了X方向的外力的情况下，能够适当地防止一对夹紧构件61、62沿X方向移动，能够将上部集管30、多个传热管20的位置配置在规定位置。

〔第二实施方式〕

接着，参照附图对本发明的第二实施方式所涉及的废热回收锅炉进行说明。

本实施方式是第一实施方式的变形例，除以下特别地说明的情况外，为与第一实施方式同样的设置。

第一实施方式的废热回收锅炉是连接管50在管道10的上方的配置有支承机构60的位置具备从外周面向外侧突出的多个肋51的锅炉。与此相对，本实施方式的废热回收锅炉是连接管50在管道10的上方的配置有支承机构60的位置具备从外周面向外侧突出的环(突部)52的装置。通过绕环52的整周进行焊接能够确保连接管50与环52的焊接长度，从而能够支承需要的载荷。

图8是表示本实施方式所涉及的废热回收锅炉100的连接管50及支承机构60的立体图。如图8所示，连接管50在管道10的上方的配置有支承机构60的位置(规定位置)具备从外周面向外侧突出的环52。环52是绕轴线Z的周向延伸的环状构件，通过焊接与连接管50接合。环52例如由高铬钢、不锈钢形成。

环52将连接管50、上部集管30、下部集管40及多个传热管20的载荷向在连接管50的接合有肋51的位置的下方夹持连接管50的外周面的一对夹紧构件61、62的上表面传递。

根据本实施方式，能够将连接管50、上部集管30、下部集管40及多个传热管20的载荷经由环52向一对夹紧构件61、62的上表面的绕轴线Z的周向的各位置均匀地传递。

〔其他的实施方式〕

在以上的说明中，在上部集管30，沿上部集管30所延伸的方向(图5的Y方向)隔开间隔D1地连结有一对连接管50，然而也可以是其他方式。

例如，也可以是在上部集管30的Y方向的中心部连结单一的连接管50。

在以上的说明中，关于在向管道10导入650℃以上的高温的废气的情况下利用支承机构60进行支承是有效的这点进行了说明，然而在导入600℃以上且小于650℃的废气的情况下，第一实施方式及第二实施方式的支承机构60也是有效的。

例如，在连接管50、上部集管30、下部集管40及多个传热管20的载荷比向管道10导入650℃以上的高温的废气的情况下采用的这些部件的载荷重的情况下，也使用由在内部流动的供水、蒸汽冷却的连接管50来抑制强度的降低，因此能够使用普通的高温用金属材料(例如，高铬钢、不锈钢)来支承多个传热管20的载荷。采用第一实施方式及第二实施方式的支承机构60是有效的。在该情况下，能够更加可靠地由支承机构60支承重量较大的连接管50、上部集管30、下部集管40以及多个传热管20。