特許 7414663 排熱回収ボイラ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-05

(45)【発行日】2024-01-16

(54)【発明の名称】排熱回収ボイラ

(51)【国際特許分類】

   F22B 1/18 20060101AFI20240109BHJP

   F22B 37/00 20060101ALI20240109BHJP

【ＦＩ】

F22B1/18 K

F22B37/00 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020134017

(22)【出願日】2020-08-06

(65)【公開番号】P2022030200

(43)【公開日】2022-02-18

【審査請求日】2023-02-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】津田 将太

(72)【発明者】

【氏名】根本 晃

【審査官】礒部 賢

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０２０／００３２９９５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－２５１６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１９４５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３６６３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００６／０１４４３４８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１９１６７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０７－００４６０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２２Ｂ １／００ － ３７／７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスタービンからの排ガスが導入され、前記排ガスの流れ方向の上流側から順に、過熱器、蒸発器、予熱器を備える排熱回収ボイラであって、
前記過熱器、前記蒸発器および前記予熱器はそれぞれ、
熱交換部と、
前記熱交換部を収納する本体胴と
を備え、
各前記本体胴は、別体で構成され、
前記過熱器は、
第１の熱交換部と、
前記第１の熱交換部を収納する第１の本体胴と、
前記排ガスを前記第１の本体胴内に導入する第１の導入部と、
前記第１の本体胴内に導入され前記第１の熱交換部において熱交換された前記排ガスを前記第１の本体胴内から排出する第１の排出部と
を備え、
前記蒸発器は、
第２の熱交換部と、
前記第２の熱交換部を収納する第２の本体胴と、
前記第１の排出部から排出された前記排ガスを前記第２の本体胴内に導入する第２の導入部と、
前記第２の本体胴内に導入され前記第２の熱交換部において熱交換された前記排ガスを前記第２の本体胴内から排出する第２の排出部と
を備え、
前記予熱器は、
第３の熱交換部と、
前記第３の熱交換部を収納する第３の本体胴と、
前記第２の排出部から排出された前記排ガスを前記第３の本体胴内に導入する第３の導入部と、
前記第３の本体胴内に導入され前記第３の熱交換部において熱交換された前記排ガスを前記第３の本体胴内から排出する第３の排出部と
を備え、
前記排熱回収ボイラは、
前記第３の熱交換部の出口と前記第２の熱交換部の入口を連結する加熱水管と、
前記第２の熱交換部の出口と前記第１の熱交換部の入口を連結する飽和蒸気管と、
前記過熱器の前記第１の本体胴を収納する外胴と、
前記第２の本体胴内に導入され前記第２の熱交換部において熱交換された前記排ガスの一部を前記外胴と前記第１の本体胴との間に導入する冷却用導入配管と、
前記外胴と前記第１の本体胴との間に導入され前記第１の本体胴を冷却した前記排ガスを前記予熱器の前記第３の本体胴内に導入する排ガス導入配管と
を備えることを特徴とする排熱回収ボイラ。

【請求項2】

ガスタービンからの排ガスが導入され、前記排ガスの流れ方向の上流側から順に、過熱器、蒸発器、予熱器を備える排熱回収ボイラであって、
前記過熱器、前記蒸発器および前記予熱器はそれぞれ、
熱交換部と、
前記熱交換部を収納する本体胴と
を備え、
各前記本体胴は、別体で構成され、
前記過熱器は、
第１の熱交換部と、
前記第１の熱交換部を収納する第１の本体胴と、
前記排ガスを前記第１の本体胴内に導入する第１の導入部と、
前記第１の本体胴内に導入され前記第１の熱交換部において熱交換された前記排ガスを前記第１の本体胴内から排出する第１の排出部と
を備え、
前記蒸発器は、
第２の熱交換部と、
前記第２の熱交換部を収納する第２の本体胴と、
前記第１の排出部から排出された前記排ガスを前記第２の本体胴内に導入する第２の導入部と、
前記第２の本体胴内に導入され前記第２の熱交換部において熱交換された前記排ガスを前記第２の本体胴内から排出する第２の排出部と
を備え、
前記予熱器は、
第３の熱交換部と、
前記第３の熱交換部を収納する第３の本体胴と、
前記第２の排出部から排出された前記排ガスを前記第３の本体胴内に導入する第３の導入部と、
前記第３の本体胴内に導入され前記第３の熱交換部において熱交換された前記排ガスを前記第３の本体胴内から排出する第３の排出部と
を備え、
前記排熱回収ボイラは、
前記第３の熱交換部の出口と前記第２の熱交換部の入口を連結する加熱水管と、
前記第２の熱交換部の出口と前記第１の熱交換部の入口を連結する飽和蒸気管と、
前記過熱器の前記第１の本体胴を収納する第１の外胴と、
前記蒸発器の前記第２の本体胴を収納する第２の外胴と、
前記第２の本体胴内に導入され前記第２の熱交換部において熱交換された前記排ガスの一部を前記第２の外胴と前記第２の本体胴との間に排出する冷却用排出部と、
前記第２の外胴と前記第２の本体胴との間に導入され前記第２の本体胴を冷却した前記排ガスを前記第１の外胴と前記第１の本体胴との間に導入する冷却用導入配管と、
前記第１の外胴と前記第１の本体胴との間に導入され前記第１の本体胴を冷却した前記排ガスを前記予熱器の前記第３の本体胴内に導入する排ガス導入配管と
を備えることを特徴とする排熱回収ボイラ。

【請求項3】

ガスタービンからの排ガスが導入され、前記排ガスの流れ方向の上流側から順に、過熱器、蒸発器、予熱器を備える排熱回収ボイラであって、
前記過熱器、前記蒸発器および前記予熱器はそれぞれ、
熱交換部と、
前記熱交換部を収納する本体胴と
を備え、
各前記本体胴は、別体で構成され、
前記過熱器は、
第１の熱交換部と、
前記第１の熱交換部を収納する第１の本体胴と、
前記排ガスを前記第１の本体胴内に導入する第１の導入部と、
前記第１の本体胴内に導入され前記第１の熱交換部において熱交換された前記排ガスを前記第１の本体胴内から排出する第１の排出部と
を備え、
前記蒸発器は、
第２の熱交換部と、
前記第２の熱交換部を収納する第２の本体胴と、
前記第１の排出部から排出された前記排ガスを前記第２の本体胴内に導入する第２の導入部と、
前記第２の本体胴内に導入され前記第２の熱交換部において熱交換された前記排ガスを前記第２の本体胴内から排出する第２の排出部と
を備え、
前記予熱器は、
第３の熱交換部と、
前記第３の熱交換部を収納する第３の本体胴と、
前記第２の排出部から排出された前記排ガスを前記第３の本体胴内に導入する第３の導入部と、
前記第３の本体胴内に導入され前記第３の熱交換部において熱交換された前記排ガスを前記第３の本体胴内から排出する第３の排出部と
を備え、
前記排熱回収ボイラは、
前記第３の熱交換部の出口と前記第２の熱交換部の入口を連結する加熱水管と、
前記第２の熱交換部の出口と前記第１の熱交換部の入口を連結する飽和蒸気管と、
前記過熱器の前記第１の本体胴を収納する第１の外胴と、
前記蒸発器の前記第２の本体胴を収納する第２の外胴と、
前記予熱器の前記第３の本体胴を収納する第３の外胴と、
前記第３の本体胴内に導入され前記第３の熱交換部において熱交換された前記排ガスの一部を前記第３の外胴と前記第３の本体胴との間に排出する第１の冷却用排出部と、
前記第３の外胴と前記第３の本体胴との間に導入され前記第３の本体胴を冷却した前記排ガスを前記第２の外胴と前記第２の本体胴との間に導入する第１の冷却用導入配管と、
前記第２の外胴と前記第２の本体胴との間に導入され前記第２の本体胴を冷却した前記排ガスを前記第１の外胴と前記第１の本体胴との間に導入する第２の冷却用導入配管と、
前記第１の外胴と前記第１の本体胴との間に導入され前記第１の本体胴を冷却した前記排ガスを外部に排出する第２の冷却用排出部と
を備えることを特徴とする排熱回収ボイラ。

【請求項4】

前記加熱水管および前記飽和蒸気管に蒸気ドラムが介在することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の排熱回収ボイラ。

【請求項5】

前記過熱器に導入される前記排ガスの圧力が、大気圧よりも高いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の排熱回収ボイラ。

【請求項6】

前記過熱器、前記蒸発器、前記予熱器の少なくともいずれかが、直列に複数備えられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の排熱回収ボイラ。

【請求項7】

前記過熱器、前記蒸発器、前記予熱器の少なくともいずれかが、並列に複数備えられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の排熱回収ボイラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、排熱回収ボイラに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、火力発電プラントでは、プラントにおける熱効率を向上させるために、コンバインドサイクル発電が採用されている。コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンと、蒸気タービンと、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）とを備える。

【0003】

ガスタービンには、燃焼器から排出された、高温および高圧の燃焼ガスが導入される。ガスタービンは、導入された燃焼ガスの膨張仕事によって回動される。そして、ガスタービンが回動することで、発電機は回動され発電する。

【0004】

ガスタービンからの排ガスは、排熱回収ボイラに導入され、排熱回収ボイラでは、排ガスの熱量を利用して蒸気を発生させる。蒸気は、蒸気タービンに導入され、ガスタービンとともに発電機を回動する。

【0005】

上記したように、排熱回収ボイラは、ガスタービンから排出された排ガスの熱量を有効利用するために利用されている。従来の排熱回収ボイラは、一つのダクト内に、ガスタービンから排出された排ガスの流れ方向に、過熱器、蒸発器、節炭器の熱交換器を備えている。

【0006】

また、近年、脱炭素化が推進されており、太陽光や風力のような再生可能エネルギの利用拡大や水素エネルギの活用が注目されている。

【0007】

その水素の活用方法の一つとして、水素を燃料とするガスタービン発電設備の開発が進められている。このガスタービン発電設備では、水素を燃焼させた燃焼ガスでタービンを回動して発電機を駆動する。このような水素燃焼ガスタービンにおいても、排熱回収ボイラを利用したコンバインドサイクル発電が検討されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】国際公開第２０１２／１６５６０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

水素燃焼ガスタービンを備えるコンバインドサイクル発電では、水素燃焼ガスタービンから排出される排ガスの温度および圧力は、例えば、従来の、天然ガスを燃焼させた燃焼ガスで回動するガスタービンから排出される排ガスの温度および圧力よりも高い。従来のガスタービンにおいては、タービン出口における排ガスの圧力は、大気圧程度ある。一方、水素燃焼ガスタービンにおいては、タービン出口における排ガスの圧力は、大気圧よりも高い。

【0010】

また、熱効率を向上させるため、天然ガスを燃焼させた燃焼ガスで回動するガスタービンにおいても高圧化および高温化が進められ、排ガスの温度および圧力が上昇することも考えられる。

【0011】

そのため、従来のタービンから排気された排ガスの圧力よりも高い圧力の排ガスが導入される排熱回収ボイラとして、大気圧程度の排ガスが導入されることを前提に設計された従来の排熱回収ボイラをそのまま適用することは、耐圧性や耐熱性などの安全性の観点から妥当ではない。

【0012】

また、従来の排熱回収ボイラのように、過熱器、蒸発器および予熱器を一つのダクトに備える場合、ダクトは最も高温および高圧となる排熱回収ボイラの入口の排ガス条件に合わせて材料の選定や設計がなされる。そのため、排ガスの流れ方向の下流側の排ガス条件に対しては必要以上の仕様形態となり、製造コストも増大する。

【0013】

本発明が解決しようとする課題は、過熱器、蒸発器および予熱器のそれぞれに導入される排ガス条件に応じた最適な設計が可能な排熱回収ボイラを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0014】

実施形態の排熱回収熱交換器は、ガスタービンからの排ガスが導入され、前記排ガスの流れ方向の上流側から順に、過熱器、蒸発器、予熱器を備える。そして、前記過熱器、前記蒸発器および前記予熱器はそれぞれ、熱交換部と、前記熱交換部を収納する本体胴とを備え、各前記本体胴は、別体で構成されている。そして、前記過熱器は、第１の熱交換部と、前記第１の熱交換部を収納する第１の本体胴と、前記排ガスを前記第１の本体胴内に導入する第１の導入部と、前記第１の本体胴内に導入され前記第１の熱交換部において熱交換された前記排ガスを前記第１の本体胴内から排出する第１の排出部とを備え、前記蒸発器は、第２の熱交換部と、前記第２の熱交換部を収納する第２の本体胴と、前記第１の排出部から排出された前記排ガスを前記第２の本体胴内に導入する第２の導入部と、前記第２の本体胴内に導入され前記第２の熱交換部において熱交換された前記排ガスを前記第２の本体胴内から排出する第２の排出部とを備え、前記予熱器は、第３の熱交換部と、前記第３の熱交換部を収納する第３の本体胴と、前記第２の排出部から排出された前記排ガスを前記第３の本体胴内に導入する第３の導入部と、前記第３の本体胴内に導入され前記第３の熱交換部において熱交換された前記排ガスを前記第３の本体胴内から排出する第３の排出部とを備える。さらに、前記排熱回収ボイラは、前記第３の熱交換部の出口と前記第２の熱交換部の入口を連結する加熱水管と、前記第２の熱交換部の出口と前記第１の熱交換部の入口を連結する飽和蒸気管と、前記過熱器の前記第１の本体胴を収納する外胴と、前記第２の本体胴内に導入され前記第２の熱交換部において熱交換された前記排ガスの一部を前記外胴と前記第１の本体胴との間に導入する冷却用導入配管と、前記外胴と前記第１の本体胴との間に導入され前記第１の本体胴を冷却した前記排ガスを前記予熱器の前記第３の本体胴内に導入する排ガス導入配管とを備える。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１の実施の形態の排熱回収ボイラの構成の概略図である。

【図2】第２の実施の形態の排熱回収ボイラの構成の概略図である。

【図3】第２の実施の形態の排熱回収ボイラにおいて、３つの蒸発器を並列に備えたときの蒸発器を過熱器側から見たときの概略図である。

【図4】第３の実施の形態の排熱回収ボイラの構成の概略図である。

【図5】第４の実施の形態の排熱回収ボイラの構成の概略図である。

【図6】第５の実施の形態の排熱回収ボイラの構成の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

【0017】

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ａの構成の概略図である。図１は、排熱回収ボイラ１０Ａの側面図であり、過熱器２０、蒸発器３０および予熱器４０の内部構成の概略を示している。

【0018】

また、図１には、ガスタービンＧＴからの排ガスが排熱回収ボイラ１０Ａに導入されていることを示すためにガスタービンＧＴおよび排気管Ｇ１を模式的に示しているが、ガスタービンＧＴおよび排気管Ｇ１は、排熱回収ボイラ１０Ａの構成には含まれない（以下の実施の形態についても同じ）。

【0019】

排熱回収ボイラ１０Ａは、ガスタービンＧＴの排ガスの熱量を利用して蒸気を発生させる。排熱回収ボイラ１０Ａは、図１に示すように、ガスタービンＧＴから排出された排ガスが流れる排気管Ｇ１に連結されている。そして、排熱回収ボイラ１０Ａには、ガスタービンＧＴから排出された排ガスが導入される。

【0020】

図１に示すように、排熱回収ボイラ１０Ａは、排熱回収ボイラ１０Ａに導入される排ガスの流れ方向の上流側から順に、過熱器２０、蒸発器３０、予熱器４０を備える。

【0021】

過熱器２０は、排ガスの流れ方向の最も上流側に配置される。過熱器２０は、熱交換部２１と、本体胴２２と、導入部２３と、排出部２４とを備える。

【0022】

熱交換部２１は、例えば、複数の伝熱管を備える多管式の熱交換器などで構成される。熱交換部２１は、本体胴２２に導入された排ガスの熱量によって熱交換部２１を流れる飽和蒸気を過熱蒸気とする。なお、熱交換部２１は、第１の熱交換部として機能する。

【0023】

本体胴２２は、熱交換部２１を収納する。本体胴２２は、例えば、両端部が閉じられた筒体で構成される。熱交換部２１は、この筒体内に収納されている。また、本体胴２２は、圧力容器としての機能も備える。なお、本体胴２２は、第１の本体胴として機能する。

【0024】

導入部２３は、ガスタービンから排気された排ガスを本体胴２２内に導入する。導入部２３は、図１に示すように、ガスタービンＧＴの排気管Ｇ１と連結されている。すなわち、過熱器２０の導入部２３は、排熱回収ボイラ１０Ａの入口である。導入部２３は、例えば、本体胴２２の側壁に備えられる。なお、導入部２３は、第１の導入部として機能する。

【0025】

ここで、過熱器２０は、排ガスの流れ方向の最も上流側に配置されるため、過熱器２０に導入される排ガスの温度および圧力は、蒸発器３０や予熱器４０に導入される排ガスの温度および圧力よりも高い。すなわち、過熱器２０の本体胴２２内には、排熱回収ボイラ１０Ａにおいて最も高温および高圧の排ガスが導入される。本体胴２２内には、例えば、大気圧よりも高い圧力の排ガスを導入可能である。

【0026】

排出部２４は、本体胴２２内に導入され熱交換部２１において熱交換された排ガスを本体胴２２内から排出する。排出部２４は、例えば、導入部２３と熱交換部２１を介して対向する側に設けられる。これによって、導入部２３から本体胴２２内に導入され排ガスは、熱交換部２１を流れ、十分に熱交換部２１で熱交換された後に排出部２４から排出される。なお、排出部２４は、第１の排出部として機能する。

【0027】

蒸発器３０は、排ガスの流れ方向において、過熱器２０の下流側に配置される。蒸発器３０は、熱交換部３１と、本体胴３２と、導入部３３と、排出部３４とを備える。

【0028】

熱交換部３１は、例えば、複数の伝熱管を備える多管式の熱交換器などで構成される。熱交換部３１は、本体胴３２に導入された排ガスの熱量によって熱交換部３１を流れる加熱水を飽和蒸気とする。なお、熱交換部３１は、第２の熱交換部として機能する。

【0029】

本体胴３２は、熱交換部３１を収納する。本体胴３２は、例えば、両端部が閉じられた筒体で構成される。熱交換部３１は、この筒体内に収納されている。また、本体胴３２は、圧力容器としての機能も備える。なお、本体胴３２は、第２の本体胴として機能する。

【0030】

導入部３３は、過熱器２０の排出部２４から排出された排ガスを本体胴３２内に導入する。導入部３３は、例えば、本体胴３２の側壁に備えられる。また、導入部３３は、配管５０を介して過熱器２０の排出部２４に連結されている。なお、導入部３３は、第２の導入部として機能する。

【0031】

排出部３４は、本体胴３２内に導入され熱交換部３１において熱交換された排ガスを本体胴３２内から排出する。排出部３４は、例えば、導入部３３と熱交換部３１を介して対向する側に設けられる。これによって、導入部３３から本体胴３２内に導入され排ガスは、熱交換部３１を流れ、十分に熱交換部３１で熱交換された後に排出部３４から排出される。なお、排出部３４は、第２の排出部として機能する。

【0032】

予熱器４０は、排ガスの流れ方向において、蒸発器３０の下流側に配置される。すなわち、予熱器４０は、排ガスの流れ方向の最も下流側に配置される。そのため、予熱器４０に導入される排ガスの温度および圧力は、過熱器２０および蒸発器３０に導入される排ガスの温度および圧力よりも低い。

【0033】

予熱器４０は、熱交換部４１と、本体胴４２と、導入部４３と、排出部４４とを備える。

【0034】

熱交換部４１は、例えば、複数の伝熱管を備える多管式の熱交換器などで構成される。熱交換部４１は、本体胴４２に導入された排ガスの熱量によって熱交換部４１を流れる水を加熱水とする。加熱水の温度は、例えば、加熱水の圧力下における飽和温度よりも低いが、飽和温度に近い温度となる。なお、熱交換部４１は、第３の熱交換部として機能する。

【0035】

本体胴４２は、熱交換部４１を収納する。本体胴４２は、例えば、両端部が閉じられた筒体で構成される。熱交換部４１は、この筒体内に収納されている。また、本体胴４２は、圧力容器としての機能も備える。なお、本体胴４２は、第３の本体胴として機能する。

【0036】

導入部４３は、蒸発器３０の排出部３４から排出された排ガスを本体胴４２内に導入する。導入部４３は、例えば、本体胴４２の側壁に備えられる。また、導入部４３は、配管５１を介して蒸発器３０の排出部３４に連結されている。なお、導入部４３は、第３の導入部として機能する。

【0037】

排出部４４は、本体胴４２内に導入され熱交換部４１において熱交換された排ガスを本体胴４２内から排出する。排出部４４は、例えば、導入部４３と熱交換部４１を介して対向する側に設けられる。これによって、導入部４３から本体胴４２内に導入され排ガスは、熱交換部４１を流れ、十分に熱交換部４１で熱交換された後に排出部４４から排出される。なお、排出部４４は、第３の排出部として機能する。

【0038】

上記したように、過熱器２０の本体胴２２、蒸発器３０の本体胴３２、予熱器４０の本体胴４２は、それぞれ別体で構成されている。そして、過熱器２０と蒸発器３０は、配管５０によって連結されている。蒸発器３０と予熱器４０は、配管５１によって連結されている。

【0039】

過熱器２０、蒸発器３０および予熱器４０の導入部２３、３３、４３および排出部２４、３４、４４は、少なくとも一つ設けられる。図１では、導入部２３、３３、４３および排出部２４、３４、４４を２つ設けられた一例を示しているが、導入部２３、３３、４３および排出部２４、３４、４４は、３つ以上設けられてもよい。

【0040】

また、予熱器４０の熱交換部４１の入口４１ａには、熱交換部４１に水を導入する入口配管６０が接続されている。入口配管６０は、本体胴４２を貫通して熱交換部４１の入口４１ａに接続されている。入口配管６０から導入された水は、例えば、熱交換部４１を構成する複数の伝熱管に流れ込む。

【0041】

ここで、排熱回収ボイラ１０Ａがガスタービンと蒸気タービンを備えたコンバインドサイクル発電プラントに使用される場合、入口配管６０は、復水器で凝縮された復水を排熱回収ボイラ１０Ａに導く復水戻り配管に連結される。

【0042】

予熱器４０の熱交換部４１の出口４１ｂと蒸発器３０の熱交換部３１の入口３１ａは、加熱水管６１によって連結されている。加熱水管６１の一端は、本体胴４２を貫通して熱交換部４１の出口４１ｂに接続され、加熱水管６１の他端は、本体胴３２を貫通して熱交換部３１の入口３１ａに接続されている。

【0043】

なお、蒸発器３０の熱交換部３１の入口３１ａは、図１に示すように、例えば、熱交換部３１の底部に設けられる。蒸発器３０の熱交換部３１の出口３１ｂは、図１に示すように、例えば、熱交換部３１の上部に設けられる。このように構成することで、熱交換部３１で発生した飽和蒸気を熱交換部３１からスムーズに排出できる。

【0044】

蒸発器３０の熱交換部３１の出口３１ｂと過熱器２０の熱交換部２１の入口２１ａは、飽和蒸気管６２によって連結されている。飽和蒸気管６２の一端は、本体胴３２を貫通して熱交換部３１の出口３１ｂに接続され、飽和蒸気管６２の他端は、本体胴２２を貫通して熱交換部２１の入口２１ａに接続されている。

【0045】

過熱器２０の熱交換部２１の出口２１ｂには、過熱蒸気を外部に排出する出口配管６３が接続されている。出口配管６３は、本体胴２２を貫通して熱交換部２１の出口２１ｂに接続されている。

【0046】

ここで、排熱回収ボイラ１０Ａがガスタービンと蒸気タービンを備えたコンバインドサイクル発電プラントに使用される場合、出口配管６３は、高圧タービンに過熱蒸気を導入する主蒸気管に連結される。

【0047】

次に、排熱回収ボイラ１０Ａの作用について説明する。

【0048】

まず、水系統の作用について説明する。

【0049】

入口配管６０から導入された低温の水は、予熱器４０の熱交換部４１に導入される。熱交換部４１に導入された水は、予熱器４０の本体胴４２に導入された排ガスによって加熱され、加熱水となる。

【0050】

加熱水は、熱交換部４１から加熱水管６１を通り蒸発器３０の熱交換部３１に導入される。熱交換部３１に導入された加熱水は、蒸発器３０の本体胴３２に導入された排ガスによって加熱され、飽和蒸気となる。

【0051】

飽和蒸気は、熱交換部３１から飽和蒸気管６２を通り過熱器２０の熱交換部２１に導入される。熱交換部２１に導入された飽和蒸気は、過熱器２０の本体胴２２に導入された排ガスによって昇温され、過熱蒸気となる。

【0052】

過熱蒸気は、熱交換部２１から出口配管６３を通り、例えば、蒸気タービンの主蒸気管に導かれる。

【0053】

次に、排ガス系統の作用について説明する。

【0054】

ガスタービンから排出され、導入部２３から過熱器２０の本体胴２２内に導入された排ガスは、本体胴２２内に広がり、熱交換部２１に導かれる。排ガスの熱量は、熱交換部２１において過熱蒸気を生成するために奪われる。そして、温度が低下した排ガスは、排出部２４から配管５０、導入部３３を通り蒸発器３０の本体胴３２内に導入される。

【0055】

本体胴３２内に導入された排ガスは、本体胴３２内に広がり、熱交換部３１に導かれる。排ガスの熱量は、熱交換部３１において飽和蒸気を生成するためにさらに奪われる。そして、温度が低下した排ガスは、排出部３４から配管５１、導入部４３を通り予熱器４０の本体胴４２内に導入される。

【0056】

本体胴４２内に導入された排ガスは、本体胴４２内に広がり、熱交換部４１に導かれる。排ガスの熱量は、熱交換部４１において水を加熱するためにさらに奪われる。そして、温度が低下した排ガスは、排出部４４から外部へ排出される。

【0057】

ここで、水系統を流れる流体の温度は、流れ方向に進むにつれて上昇する。一方、排ガス系統を流れる排ガスの温度は、流れ方向に進むにつれて低下する。また、排ガス系統を流れる排ガスの圧力も、温度と同様に、流れ方向に進むにつれて低下する。

【0058】

上記したように、第１の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ａによれば、過熱器２０の本体胴２２、蒸発器３０の本体胴３２、予熱器４０の本体胴４２をそれぞれ別体で構成することができる。換言すると、水系統を流れる流体の状態変化に合わせて、熱交換部２１、３１、４１のそれぞれを予熱器４０、蒸発器３０および過熱器２０の３つの容器に分けて収納することができる。

【0059】

ここで、上記したように、過熱器２０、蒸発器３０および予熱器４０に導入される排ガスの温度や圧力は、それぞれ異なる。

【0060】

過熱器２０の本体胴２２、蒸発器３０の本体胴３２、予熱器４０の本体胴４２をそれぞれ別体で構成することで、導入される排ガスの温度や圧力に応じて、材料の選定や設計などを本体胴２２、３２、４２ごとに行うことができる。

【0061】

すなわち、排熱回収ボイラ１０Ａでは、過熱器、蒸発器および予熱器を一つのダクト内に備える従来の排熱回収ボイラに比べて、本体胴２２、３２、４２それぞれの適切な設計が可能となる。

【0062】

例えば、従来の排熱回収ボイラのように、過熱器、蒸発器および予熱器を一つのダクト内に備える場合、ダクトは最も高温および高圧となる排ガス条件に合わせて材料の選定や設計がなされる。そのため、排ガスの流れ方向の下流側の排ガス条件に対しては必要以上の仕様形態となり、製造コストも増大する。

【0063】

これに対して、排熱回収ボイラ１０Ａでは、圧力容器として機能する本体胴２２、３２、４２のそれぞれを排ガス条件に合わせて個々に設計することができる。すなわち、高価な高温耐熱部材で構成する範囲を限定することができる。これによって、適切な設計ができるとともに、製造コストを削減できる。

【0064】

また、排熱回収ボイラ１０Ａの入口において、排ガスの圧力や温度が、従来の排熱回収ボイラに導入される排ガスの圧力や温度よりも高い場合においても、本体胴２２、３２、４２のそれぞれを個々に設計することができるため、排ガス条件に合わせた最適な設計が可能となる。

【0065】

これによって、耐圧性および耐熱性などの観点からも、優れた安全性を有する排熱回収ボイラ１０Ａを提供することができる。

【0066】

なお、排ガスの圧力や温度が、従来の排熱回収ボイラに導入される排ガスの圧力や温度よりも高くなる場合として、例えば、水素燃焼ガスタービンから排出される排ガスを排熱回収ボイラ１０Ａに導入する場合が挙げられる。

【0067】

また、排熱回収ボイラ１０Ａでは、導入される排ガスの条件を３段階に分割できるため、それぞれの構成部の熱変形や熱応力への対応が容易となる。導入される排ガスの条件を３段階に分割することで、水系統を流れる流体において液体、相変化、気体のそれぞれで物性が異なる場合でも、それぞれの状態に応じて熱交換部２１、３１、４１の最適設計が可能になる。

【0068】

ここで、上記した実施の形態では、過熱器２０、蒸発器３０および予熱器４０をそれぞれ一つ備えた一例を示したが、この構成に限られない。

【0069】

過熱器２０、蒸発器３０および予熱器４０の少なくともいずれかを、複数直列に配置してもよい。例えば、２つの予熱器４０を直列に備えた場合、入口配管６０から導入された低温の水を１段目の予熱器４０で加熱し、１段目の予熱器４０で加熱された水は、２段目の予熱器４０の熱交換部４１に導入される。そして、２段目の予熱器４０の熱交換部４１から排出される加熱水は、前述したように飽和温度に近い温度となる。なお、過熱器２０や蒸発器３０を複数直列に備える場合においても、同様の構成となる。

【0070】

例えば、予熱器４０を複数直列に備えた場合、予熱器４０に導入される排ガスの熱量を十分に熱交換部４１を流れる水に伝達できる。なお、過熱器２０や蒸発器３０を複数直列に備える場合においても、同様の効果が得られる。

【0071】

また、過熱器２０、蒸発器３０および予熱器４０の少なくともいずれかを、複数並列に配置してもよい。例えば、予熱器４０を複数並列に備えた場合、予熱器４０に導入される水量が増加し、過熱器２０から排出される過熱蒸気の流量が増加する。

【0072】

複数の蒸発器３０を並列に備える場合、一つの蒸発器３０をメンテナンスしつつ、他の蒸発器３０を作動させることも可能となる。これによって、排熱回収ボイラ１０Ａを備える発電プラントの運転を停止することなく、排熱回収ボイラ１０Ａのメンテナンスができる。

【0073】

さらに、複数の蒸発器３０を並列に備えることで、蒸発器３０において生成可能な飽和蒸気の流量の範囲を大きくすることができる。これによって、発電プラントの出力に応じて最適な流量の飽和蒸気を生成することができる。

【0074】

なお、複数の過熱器２０を並列に備える場合においても、複数の蒸発器３０を並列に備える場合と同様の効果が得られる。

【0075】

また、蒸発器３０として、本体胴３２内に排ガスを導入し、熱交換部３１内に加熱水を導入する構成に限られない。

【0076】

蒸発器３０として、例えば、ケトル型の熱交換部を備えてもよい。具体的には、蒸発器３０は、予熱器４０から加熱水管６１を介して導入された加熱水を貯留する本体胴と、加熱水中に位置するように本体胴内に収納され、排ガスが導入される熱交換部とを備える。

【0077】

この場合、加熱水は、熱交換部内を流れる排ガスによって加熱され、飽和蒸気となる。そして、本体胴内に発生した飽和蒸気は、本体胴の上部に設けられた出口から排出され、飽和蒸気管６２を介して過熱器２０の熱交換部２１に導入される。

【0078】

このようなケトル型の熱交換部を備える場合にいても、蒸発器３０の本体胴は、過熱器２０や予熱器４０の本体胴２２、４２と別体で構成される。そのため、図１に示した排熱回収ボイラ１０Ａと同様の作用効果が得られる。

【0079】

（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ｂの構成の概略図である。図２は、排熱回収ボイラ１０Ｂの側面図であり、過熱器２０、蒸発器３０、予熱器４０および蒸気ドラム７０の内部構成の概略を示している。

【0080】

なお、以下の実施の形態において、第１の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ａと同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。

【0081】

第２の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ｂでは、蒸気ドラム７０を備える構成が、第１の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ａの構成と異なる。そのため、ここでは、主にこの異なる構成について説明する。

【0082】

排熱回収ボイラ１０Ｂは、図２に示すように、加熱水管６１および飽和蒸気管６２に介在する蒸気ドラム７０を備える。

【0083】

蒸気ドラム７０は、蒸発器３０に設置されている。蒸気ドラム７０内には、所定の水位まで加熱水が貯留されている。

【0084】

加熱水管６１は、第１の加熱水管６１Ａと、第２の加熱水管６１Ｂとを備える。第１の加熱水管６１Ａは、予熱器４０の熱交換部４１の出口４１ｂと蒸気ドラム７０との間に配置される。第２の加熱水管６１Ｂは、蒸気ドラム７０の底部と蒸発器３０の熱交換部３１の入口３１ａとの間に配置される。この第２の加熱水管６１Ｂは、蒸気ドラム７０の底部から下方に加熱水を降下させて熱交換部３１の底部に設けられた入口３１ａまで導く降水管としての機能を備える。

【0085】

ここで、蒸気ドラム７０に貯留された加熱水を熱交換部３１の入口３１ａに圧送するためのポンプを第２の加熱水管６１Ｂに備えてもよい。

【0086】

飽和蒸気管６２は、第１の飽和蒸気管６２Ａと、第２の飽和蒸気管６２Ｂとを備える。第１の飽和蒸気管６２Ａは、蒸発器３０の熱交換部３１の出口３１ｂと、加熱水が貯留している蒸気ドラム７０の底部との間に配置される。第１の飽和蒸気管６２Ａは、熱交換部３１で発生した飽和蒸気を蒸気ドラム７０内に戻す蒸気戻り管としての機能を備える。第２の飽和蒸気管６２Ｂは、蒸気ドラム７０の上部の出口と、過熱器２０の熱交換部２１の入口２１ａとの間に配置される。

【0087】

次に、排熱回収ボイラ１０Ｂの作用について説明する。

【0088】

予熱器４０の熱交換部４１で加熱された加熱水は、熱交換部４１から第１の加熱水管６１Ａを通り蒸気ドラム７０内に導入される。

【0089】

蒸気ドラム７０内に導入された加熱水は、第２の加熱水管６１Ｂを通り蒸発器３０の熱交換部３１に導入される。熱交換部３１に導入された加熱水は、蒸発器３０の本体胴３２に導入された排ガスによって加熱され、飽和蒸気となる。

【0090】

飽和蒸気は、熱交換部３１から第１の飽和蒸気管６２Ａを通り蒸気ドラム７０に導入される。蒸気ドラム７０に導入された飽和蒸気は、蒸気ドラム７０内に貯留された加熱水中に導入されることで、気液分離される。

【0091】

気液分離によって液体と分離された飽和蒸気は、蒸気ドラム７０の出口から第２の飽和蒸気管６２Ｂを通り過熱器２０の熱交換部２１に導入される。

【0092】

一方、蒸気ドラム７０で気液分離された水は、再び第２の加熱水管６１Ｂを通り蒸発器３０の熱交換部３１に導入される。

【0093】

他の排熱回収ボイラ１０Ｂの作用については、第１の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ａの作用で説明したとおりである。

【0094】

第２の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ｂによれば、蒸気ドラム７０を備えることで、蒸発器３０で発生した飽和蒸気を気液分離して過熱器２０に導入することができる。なお、排熱回収ボイラ１０Ｂにおいても、過熱器２０の本体胴２２、蒸発器３０の本体胴３２、予熱器４０の本体胴４２をそれぞれ別体で構成することによる作用効果は、第１の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ａにおける作用効果と同じである。

【0095】

また、第２の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ｂにおいても、第１の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ａと同様に、過熱器２０、蒸発器３０および予熱器４０の少なくともいずれかを、複数直列に配置してもよい。また、過熱器２０、蒸発器３０および予熱器４０の少なくともいずれかを、複数並列に配置してもよい。

【0096】

ここで、図３は、第２の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ｂにおいて、３つの蒸発器３０を並列に備えたときの蒸発器３０を過熱器２０側から見たときの概略図である。

【0097】

図３に示すように、各蒸発器３０の熱交換部３１の底部に設けられた入口３１ａには、第２の加熱水管６１Ｂが接続されている。また、各蒸発器３０の熱交換部３１の出口３１ｂと蒸気ドラム７０との間には、第１の飽和蒸気管６２Ａが接続されている。

【0098】

熱交換部３１で発生した飽和蒸気は、各第１の飽和蒸気管６２Ａを通り、蒸気ドラム７０内に導入される。ここでは、各熱交換部３１が第１の飽和蒸気管６２Ａを介して一つの蒸気ドラム７０に連結されている。

【0099】

このように複数の蒸発器３０を並列に備える場合、一つの蒸発器３０をメンテナンスしつつ、他の蒸発器３０を作動させることも可能となる。これは、例えば、３つの蒸発器３０を備える場合において、蒸発器３０全体として生成する飽和蒸気の流量を１００としたとき、一つの蒸発器３０で生成可能な飽和蒸気の流量を５０に設定することで実現できる。これによって、排熱回収ボイラ１０Ｂを備える発電プラントの運転を停止することなく、排熱回収ボイラ１０Ｂのメンテナンスができる。

【0100】

また、複数の蒸発器３０を並列に備えることで、蒸発器３０において生成可能な飽和蒸気の流量の範囲を大きくすることができる。これによって、発電プラントの出力に応じて最適な流量の飽和蒸気を生成することができる。

【0101】

（第３の実施の形態）
図４は、第３の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ｃの構成の概略図である。図４は、排熱回収ボイラ１０Ｃの側面図であり、過熱器２０、蒸発器３０、予熱器４０および外胴９１の内部構成の概略を示している。

【0102】

第３の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ｃでは、過熱器２０の本体胴２２を冷却する冷却機構９０を備える構成が、第１の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ａの構成と異なる。そのため、ここでは、主にこの異なる構成について説明する。

【0103】

排熱回収ボイラ１０Ｃは、図４に示すように、過熱器２０の本体胴２２を冷却する冷却機構９０を備える。

【0104】

冷却機構９０は、図４に示すように、外胴９１と、冷却用導入配管９２と、排ガス導入配管９３とを備える。

【0105】

外胴９１は、過熱器２０の本体胴２２を収納する。外胴９１は、例えば、両端部が閉じられた筒体で構成される。本体胴２２は、この筒体内に収納されている。ここで、外気との境界に配置される外胴９１は、圧力容器としての機能も備える。なお、この場合、本体胴２２においては、圧力容器としての機能は不要となる。

【0106】

冷却用導入配管９２は、蒸発器３０の本体胴３２内に導入され熱交換部３１において熱交換された排ガスの一部を外胴９１と本体胴２２との間の空間に導入する。図４に示すように、冷却用導入配管９２の一端は、蒸発器３０の排出部３４に連結され、冷却用導入配管９２の他端は、外胴９１に連結されている。

【0107】

排ガス導入配管９３は、外胴９１と本体胴２２との間の空間に導入され本体胴２２を冷却した排ガスを予熱器４０の本体胴４２内に導入する。排ガス導入配管９３の一端は、外胴９１に連結され、排ガス導入配管９３の他端は、例えば、予熱器４０の導入部４３に連結されている。

【0108】

ここで、排ガス導入配管９３の外胴９１との連結部は、例えば、図４に示すように、本体胴２２を介して冷却用導入配管９２の外胴９１との連結部から最も離れた位置に設けられることが好ましい。すなわち、冷却用導入配管９２から外胴９１と本体胴２２との間の空間に導入された排ガスが、本体胴２２の周囲に沿って流れ、十分に本体胴２２を冷却した後に排ガス導入配管９３に流れ込む構成とすることが好ましい。

【0109】

次に、冷却機構９０の作用について説明する。

【0110】

蒸発器３０の本体胴３２内に導入され熱交換部３１において熱交換された排ガスの一部は、冷却用導入配管９２を通り、外胴９１と本体胴２２との間の空間に導入される。外胴９１と本体胴２２との間の空間に導入された排ガスは、本体胴２２の周囲を流れることで、本体胴２２を冷却する。なお、外胴９１と本体胴２２との間の空間に導入される排ガスの温度は、本体胴２２の温度よりも低い。

【0111】

本体胴２２を冷却した排ガスは、排ガス導入配管９３を通り、予熱器４０の本体胴４２内に導入される。なお、本体胴２２を冷却した排ガスは、本体胴２２から熱量を得て温度が上昇する。

【0112】

予熱器４０の本体胴４２内に導入された排ガスは、配管５１から予熱器４０の本体胴４２内に導入された排ガスとともに、本体胴４２内に広がり、熱交換部４１に導かれる。そして、熱交換部４１において水を加熱した排ガスは、排出部４４から外部へ排出される。

【0113】

上記したように、第３の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ｃによれば、冷却機構９０を備えることで、高温となる過熱器２０の本体胴２２を冷却することができる。また、外胴９１と本体胴２２との間に冷却媒体としての排ガスを導入することで、圧力容器として機能する外胴９１の設計温度は、前述した従来の排熱回収ボイラにおいて圧力容器として機能するダクトの設計温度よりも低くすることができる。

【0114】

また、過熱器２０の本体胴２２は、高温になるが、外胴９１を備えることで、圧力容器としての強度を担保する必要はない。そのため、本体胴２２の肉厚を薄く構成することができる。さらに、高温環境下においても、本体胴２２は、高い許容応力を有する高価な材料を使用することなく構成される。

【0115】

また、本体胴２２を冷却することで熱量を得た排ガスは、予熱器４０に導入され、その排ガスが有する熱量は有効に利用される。すなわち、本体胴２２を冷却することで得られた熱量は、予熱器４０の熱交換部４１において有効に利用される。

【0116】

なお、第３の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ｃにおいても、第１の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ａと同様に、過熱器２０、蒸発器３０および予熱器４０の少なくともいずれかを、複数直列に配置してもよい。また、過熱器２０、蒸発器３０および予熱器４０の少なくともいずれかを、複数並列に配置してもよい。

【0117】

（第４の実施の形態）
図５は、第４の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ｄの構成の概略図である。図５は、排熱回収ボイラ１０Ｄの側面図であり、過熱器２０、蒸発器３０、予熱器４０および外胴９１、１０１の内部構成の概略を示している。

【0118】

第４の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ｄでは、過熱器２０の本体胴２２および蒸発器３０の本体胴３２を冷却する冷却機構１００を備える構成が、第１の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ａの構成と異なる。また、第４の実施の形態における冷却機構１００は、第３の実施の形態における冷却機構９０に、さらに蒸発器３０の本体胴３２を冷却する構成を備えたものである。なお、図５において、第３の実施の形態における冷却機構９０と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。

【0119】

ここでは、主に冷却機構１００の構成について説明する。

【0120】

排熱回収ボイラ１０Ｄは、図５に示すように、過熱器２０の本体胴２２および蒸発器３０の本体胴３２を冷却する冷却機構１００を備える。

【0121】

冷却機構１００は、図５に示すように、外胴１０１と、冷却用排出部１０２と、外胴９１と、冷却用導入配管９２Ａと、排ガス導入配管９３とを備える。

【0122】

外胴１０１は、蒸発器３０の本体胴３２を収納する。外胴１０１は、例えば、両端部が閉じられた筒体で構成される。本体胴３２は、この筒体内に収納されている。ここで、外気との境界に配置される外胴１０１は、圧力容器としての機能も備える。なお、この場合、本体胴３２においては、圧力容器としての機能は不要となる。

【0123】

冷却用排出部１０２は、本体胴３２内に導入され熱交換部３１において熱交換された排ガスの一部を外胴１０１と本体胴３２との間の空間に排出する。冷却用排出部１０２は、本体胴３２の内部と、外胴１０１と本体胴３２との間の空間とを連通させる排出孔１０２Ａを備える。

【0124】

外胴９１は、過熱器２０の本体胴２２を収納する。外胴９１の構成は、第３の実施の形態において説明したとおりである。

【0125】

冷却用導入配管９２Ａは、外胴１０１と本体胴３２との間の空間に導入され本体胴３２を冷却した排ガスを外胴９１と本体胴２２との間の空間に導入する。図５に示すように、冷却用導入配管９２Ａの一端は、外胴１０１に連結され、冷却用導入配管９２Ａの他端は、外胴９１に連結されている。

【0126】

ここで、冷却用導入配管９２Ａの外胴１０１との連結部は、例えば、図５に示すように、本体胴３２を介して冷却用排出部１０２から最も離れた位置に設けられることが好ましい。すなわち、冷却用排出部１０２から外胴１０１と本体胴３２との間の空間に導入された排ガスが、本体胴３２の周囲に沿って流れ、十分に本体胴３２を冷却した後に冷却用導入配管９２Ａに流れ込む構成とすることが好ましい。

【0127】

排ガス導入配管９３は、外胴９１と本体胴２２との間の空間に導入され本体胴２２を冷却した排ガスを予熱器４０の本体胴４２内に導入する。排ガス導入配管９３の構成は、第３の実施の形態において説明したとおりである。

【0128】

次に、冷却機構１００の作用について説明する。

【0129】

蒸発器３０の本体胴３２内に導入され熱交換部３１において熱交換された排ガスの一部は、冷却用排出部１０２の排出孔１０２Ａから外胴１０１と本体胴３２との間の空間に排出される。

【0130】

なお、熱交換部３１において熱交換された排ガスの残部は、配管５１を通り、予熱器４０の本体胴４２内に導入される。

【0131】

外胴１０１と本体胴３２との間の空間に排出された排ガスは、本体胴３２の周囲を流れることで、本体胴３２を冷却する。なお、外胴１０１と本体胴３２との間の空間に導入される排ガスの温度は、本体胴３２の温度よりも低い。

【0132】

本体胴３２を冷却した排ガスは、冷却用導入配管９２Ａを通り、外胴９１と本体胴２２との間の空間に導入される。外胴９１と本体胴２２との間の空間に導入された排ガスは、本体胴２２の周囲を流れることで、本体胴２２を冷却する。なお、外胴９１と本体胴２２との間の空間に導入される排ガスの温度は、本体胴２２の温度よりも低い。

【0133】

本体胴２２を冷却した排ガスは、排ガス導入配管９３を通り、予熱器４０の本体胴４２内に導入される。この後の作用については、第３の実施の形態で説明したとおりである。

【0134】

上記したように、第４の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ｄによれば、冷却機構１００を備えることで、高温となる、過熱器２０の本体胴２２および蒸発器３０の本体胴３２を冷却することができる。

【0135】

また、排熱回収ボイラ１０Ｄにおいて最も高温となる過熱器２０において、外胴９１と本体胴２２との間に冷却媒体としての排ガスを導入することで得られる効果は、第３の実施の形態において説明したとおりである。

【0136】

また、蒸発器３０の本体胴３２は、高温になるが外胴１０１を備えることで、圧力容器としての強度を担保する必要はない。そのため、本体胴３２の肉厚を薄く構成することができる。さらに、高温環境下においても、本体胴３２は、高い許容応力を有する高価な材料を使用することなく構成される。

【0137】

また、本体胴２２および本体胴３２を冷却することで熱量を得た排ガスは、予熱器４０に導入され、その排ガスが有する熱量は有効に利用される。すなわち、本体胴２２および本体胴３２を冷却することで得られた熱量は、予熱器４０の熱交換部４１において有効に利用される。

【0138】

なお、第４の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ｄにおいても、第１の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ａと同様に、過熱器２０、蒸発器３０および予熱器４０の少なくともいずれかを、複数直列に配置してもよい。また、過熱器２０、蒸発器３０および予熱器４０の少なくともいずれかを、複数並列に配置してもよい。

【0139】

（第５の実施の形態）
図６は、第５の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ｅの構成の概略図である。図６は、排熱回収ボイラ１０Ｅの側面図であり、過熱器２０、蒸発器３０、予熱器４０および外胴９１、１０１、１１１の内部構成の概略を示している。

【0140】

第５の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ｅでは、過熱器２０の本体胴２２、蒸発器３０の本体胴３２および予熱器４０の本体胴４２を冷却する冷却機構１１０を備える構成が、第１の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ａの構成と異なる。

【0141】

また、第５の実施の形態における冷却機構１１０は、第４の実施の形態における冷却機構１００の冷却用排出部１０２および排ガス導入配管９３を取り除いた構成に、予熱器４０の本体胴４２を冷却する構成を備えたものである。なお、図６において、第４の実施の形態における冷却機構１００と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。

【0142】

ここでは、主に冷却機構１１０の構成について説明する。

【0143】

排熱回収ボイラ１０Ｅは、図６に示すように、過熱器２０の本体胴２２、蒸発器３０の本体胴３２および予熱器４０の本体胴４２を冷却する冷却機構１１０を備える。

【0144】

冷却機構１１０は、図６に示すように、外胴１１１と、冷却用排出部１１２と、外胴１０１と、冷却用導入配管９２Ｂと、外胴９１と、冷却用導入配管９２Ａと、冷却用排出部１１３とを備える。

【0145】

外胴１１１は、予熱器４０の本体胴４２を収納する。外胴１１１は、例えば、両端部が閉じられた筒体で構成される。本体胴４２は、この筒体内に収納されている。ここで、外気との境界に配置される外胴１１１は、圧力容器としての機能も備える。なお、この場合、本体胴４２においては、圧力容器としての機能は不要となる。

【0146】

冷却用排出部１１２は、本体胴４２内に導入され熱交換部４１において熱交換された排ガスを外胴１１１と本体胴４２との間の空間に排出する。冷却用排出部１１２は、本体胴４２の内部と、外胴１１１と本体胴４２との間の空間とを連通させる排出孔１１２Ａを備える。なお、冷却用排出部１１２は、第１の冷却用排出部として機能する。

【0147】

ここでは、熱交換部４１において熱交換された排ガスの全量を外胴１１１と本体胴４２との間の空間に排出する一例を示しているが、この構成に限られない。例えば、熱交換部４１において熱交換された排ガスの一部を外胴１１１と本体胴４２との間の空間に排出し、排ガスの残部を外胴１１１の外部に排出するようにしてもよい。

【0148】

外胴１０１は、蒸発器３０の本体胴３２を収納する。外胴１０１の構成は、第４の実施の形態において説明したとおりである。

【0149】

冷却用導入配管９２Ｂは、外胴１１１と本体胴４２との間の空間に導入され本体胴４２を冷却した排ガスを外胴１０１と本体胴３２との間の空間に導入する。図６に示すように、冷却用導入配管９２Ｂの一端は、外胴１１１に連結され、冷却用導入配管９２Ｂの他端は、外胴１０１に連結されている。なお、冷却用導入配管９２Ｂは、第１の冷却用導入配管として機能する。

【0150】

ここで、冷却用導入配管９２Ｂの外胴１１１との連結部は、例えば、図６に示すように、本体胴４２を介して冷却用排出部１１２から最も離れた位置に設けられることが好ましい。すなわち、冷却用排出部１１２から外胴１１１と本体胴４２との間の空間に導入された排ガスが、本体胴４２の周囲に沿って流れ、十分に本体胴４２を冷却した後に冷却用導入配管９２Ｂに流れ込む構成とすることが好ましい。

【0151】

外胴９１は、過熱器２０の本体胴２２を収納する。外胴９１の構成は、第３の実施の形態において説明したとおりである。

【0152】

冷却用導入配管９２Ａは、外胴１０１と本体胴３２との間の空間に導入され本体胴３２を冷却した排ガスを外胴９１と本体胴２２との間の空間に導入する。冷却用導入配管９２Ａは、第４の実施の形態において説明したとおりである。なお、冷却用導入配管９２Ａは、第２の冷却用導入配管として機能する。

【0153】

冷却用排出部１１３は、外胴９１と本体胴２２との間の空間に導入され本体胴２２を冷却した排ガスを外部に排出する。冷却用排出部１１３の一端は、外胴９１に転結されている。なお、冷却用排出部１１３は、第２の冷却用排出部として機能する。

【0154】

ここで、冷却用排出部１１３の外胴９１との連結部は、例えば、図６に示すように、本体胴２２を介して冷却用導入配管９２Ａの外胴９１との連結部から最も離れた位置に設けられることが好ましい。すなわち、冷却用導入配管９２Ａから外胴９１と本体胴２２との間の空間に導入された排ガスが、本体胴２２の周囲に沿って流れ、十分に本体胴２２を冷却した後に冷却用排出部１１３から外部に排出される構成とすることが好ましい。

【0155】

次に、冷却機構１１０の作用について説明する。

【0156】

予熱器４０の本体胴４２内に導入され熱交換部４１において熱交換された排ガスは、冷却用排出部１１２の排出孔１１２Ａから外胴１１１と本体胴４２との間の空間に排出される。この際、例えば、熱交換部４１において熱交換された排ガスの全量が外胴１１１と本体胴４２との間の空間に排出される。

【0157】

外胴１１１と本体胴４２との間の空間に排出された排ガスは、本体胴４２の周囲を流れることで、本体胴４２を冷却する。なお、外胴１１１と本体胴４２との間の空間に導入される排ガスの温度は、本体胴４２の温度よりも低い。

【0158】

本体胴４２を冷却した排ガスは、冷却用導入配管９２Ｂを通り、外胴１０１と本体胴３２との間の空間に導入される。外胴１０１と本体胴３２との間の空間に導入された排ガスは、本体胴３２の周囲を流れることで、本体胴３２を冷却する。なお、外胴１０１と本体胴３２との間の空間に導入される排ガスの温度は、本体胴３２の温度よりも低い。

【0159】

本体胴３２を冷却した排ガスは、冷却用導入配管９２Ａを通り、外胴９１と本体胴２２との間の空間に導入される。外胴９１と本体胴２２との間の空間に導入された排ガスは、本体胴２２の周囲を流れることで、本体胴２２を冷却する。なお、外胴９１と本体胴２２との間の空間に導入される排ガスの温度は、本体胴２２の温度よりも低い。

【0160】

本体胴２２を冷却した排ガスは、冷却用排出部１１３を通り、外部に排出される。

【0161】

上記したように、第５の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ｅによれば、冷却機構１１０を備えることで、過熱器２０の本体胴２２、蒸発器３０の本体胴３２および予熱器４０の本体胴４２を冷却することができる。

【0162】

ここで、過熱器２０の本体胴２２および蒸発器３０の本体胴３２を冷却することによる効果は、第４の実施の形態において記載したとおりである。

【0163】

また、排熱回収ボイラ１０Ｅにおいて予熱器４０において、予熱器４０の本体胴４２は、高温になるが、外胴１１１を備えることで、圧力容器としての強度を担保する必要はない。そのため、本体胴４２の肉厚を薄く構成することができる。また、高温環境下においても、本体胴４２は、高い許容応力を有する高価な材料を使用することなく構成される。

【0164】

ここで、外胴９１と本体胴２２との間の空間に導入された排ガスは、本体胴２２を冷却後、冷却用排出部１１３から大気中に排出される一例を示しているが、この構成に限られない。

【0165】

例えば、第４の実施の形態のように、排ガス導入配管９３を備え、本体胴２２を冷却した排ガスを予熱器４０の本体胴４２内に導入してもよい。この場合、排ガス導入配管９３にポンプを備え、本体胴４２内に導入できる程度の圧力に排ガスを加圧してもよい。

【0166】

このように、本体胴２２を冷却した排ガスを予熱器４０の本体胴４２内に導入する場合、本体胴４２、本体胴３２および本体胴２２を冷却することで熱量を得た排ガスは、予熱器４０に導入され、その排ガスが有する熱量は有効に利用される。すなわち、本体胴４２、本体胴３２および本体胴２２を冷却することで得られた熱量は、予熱器４０の熱交換部４１において有効に利用される。

【0167】

なお、第５の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ｅにおいても、第１の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ａと同様に、過熱器２０、蒸発器３０および予熱器４０の少なくともいずれかを、複数直列に配置してもよい。また、過熱器２０、蒸発器３０および予熱器４０の少なくともいずれかを、複数並列に配置してもよい。

【0168】

なお、第３乃至第５の実施の形態における冷却機構９０、１００、１１０の構成は、第２の実施の形態の蒸気ドラム７０を備えた排熱回収ボイラ１０Ｂにも適用することができる。そして、排熱回収ボイラ１０Ｂが冷却機構を備えることで、第３乃至第５の実施の形態の排熱回収ボイラ１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅの作用効果と、同様の作用効果を得ることができる。

【0169】

以上説明した実施形態によれば、過熱器、蒸発器および予熱器のそれぞれに導入される排ガス条件に応じた最適な設計が可能となる。

【0170】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0171】

１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ…排熱回収ボイラ、２０…過熱器、２１、３１、４１…熱交換部、２１ａ、３１ａ、４１ａ…入口、２１ｂ、３１ｂ、４１ｂ…出口、２２、３２、４２…本体胴、２３、３３、４３…導入部、２４、３４、４４…排出部、３０…蒸発器、４０…予熱器、５０、５１…配管、６０…入口配管、６１…加熱水管、６１Ａ…第１の加熱水管、６１Ｂ…第２の加熱水管、６２…飽和蒸気管、６２Ａ…第１の飽和蒸気管、６２Ｂ…第２の飽和蒸気管、６３…出口配管、７０…蒸気ドラム、９０、１００、１１０…冷却機構、９１、１０１、１１１…外胴、９２、９２Ａ、９２Ｂ…冷却用導入配管、９３…排ガス導入配管、１０２、１１２、１１３…冷却用排出部、１０２Ａ、１１２Ａ…排出孔、Ｇ１…排気管、ＧＴ…ガスタービン。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】