JPH08254397A

JPH08254397A - 凝縮器用熱交換器

Info

Publication number: JPH08254397A
Application number: JP7055958A
Authority: JP
Inventors: Yukio Ohashi; 幸夫大橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-03-15
Filing date: 1995-03-15
Publication date: 1996-10-01
Anticipated expiration: 2013-02-10
Also published as: JP2710225B2

Abstract

(57)【要約】【目的】凝縮液をガス流によって下流側へ飛ばされな
いように保持しながら回収することができ、ガス流動抵
抗の増加を抑えると共に、優れた潜熱回収特性を実現す
ることができる凝縮器用熱交換器を提供する。【構成】凝縮成分を含有するガス流に対して交差する
ように配置され、内部を冷媒が通流し、外部に前記凝縮
成分を凝縮させる冷却管と、少なくとも前記ガス流が衝
突する側の前記冷却管外周に設けられるフィンと、を備
え、このフィンは、凝縮した前記凝縮成分が前記ガス流
により飛散するのを防止するための防風部と、凝縮した
前記凝縮成分を前記冷却管に沿って通流させるための案
内部と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は火力発電所及び一般産業
用ボイラ等の燃焼排ガスから凝縮性成分（水蒸気等）を
回収する凝縮器に用いられる凝縮器用熱交換器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】蒸気タービン発電プラントなどでは熱効
率を高めるため、節炭器や空気予熱器などの顕熱回収装
置を設置し、ボイラ排ガスの顕熱を回収している。燃料
が液化天然ガス（ＬＮＧ）のような高含水燃料の場合、
排ガス中には多量の水蒸気が含まれることから、水蒸気
の潜熱を回収して効率をさらに向上させることが提案さ
れている。ＬＮＧは硫黄などの腐食成分を含まない炭化
水素が主成分のクリーンなエネルギ源であるため、潜熱
回収を行なっても硫酸などの腐食性物質が生成されず、
低温腐食を生じるおそれがない。このため、ＬＮＧを燃
料とする火力発電ボイラなどでは凝縮器を積極的に利用
している。

【０００３】従来の凝縮器用熱交換器の冷却管１５に
は、図６及び図７に示すように外周面が平滑な垂直配列
管がある。また、図８及び図９に示すように冷却管１５
の外周に円環状のフィン１７を多数取り付けたものがあ
る。これらの熱交換器では冷却管１５内に冷水１６を流
して、管外側を流れる凝縮成分を含んだガス２の冷却及
び含有水蒸気等の凝縮によって、ガスの保有する熱を回
収し冷却管１５内の冷水１６の温度を上昇させる。ま
た、管外周で凝縮した液は重力によって冷却管１５ある
いはフィン１７を伝わって下降し、冷却管１５の下部に
設けてある回収装置（図示せず）によって集められる。
集めた水はボイラ給水などとして利用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
平滑管では凝縮液が外表面に沿って下降する途中で熱交
換器内のガス流によって下流側に飛ばされる。また、後
者のフィン付き冷却管では、フィンから落下する過程で
液滴がガス流によって下流側に飛ばされる。その結果、
熱交換器内を流れるガスに液滴が含まれ流動抵抗が増加
する。更に、これら飛散した液滴が再蒸発することによ
って凝縮器の潜熱回収特性が悪化する。

【０００５】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであって、冷却管外周面で凝縮した液をガス流に
よって下流側へ飛ばされないように保持しながら回収す
ることができ、ガス流動抵抗の増加を抑えると共に、優
れた潜熱回収特性を実現することができる凝縮器用熱交
換器を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る凝縮器用熱
交換器は、凝縮成分を含有するガス流に対して交差する
ように配置され、内部を冷媒が通流し、外部に前記凝縮
成分を凝縮させる冷却管と、少なくとも前記ガス流が衝
突する側の前記冷却管外周に設けられるフィンと、を備
え、このフィンは、凝縮した前記凝縮成分が前記ガス流
により飛散するのを防止するための防風部と、凝縮した
前記凝縮成分を前記冷却管に沿って通流させるための案
内部と、を有することを特徴とする。

【０００７】なお、前記防風部は、前記フィンの一部を
前記ガス流の流れ方向に関して鉛直上方に所定の角度を
設定することにより形成されることが好ましい。また、
前記フィンは、ガス流の流れ方向に沿って鉛直下方に傾
斜して設けられていることが好ましい。さらに、前記フ
ィンの先端部には複数の切り込みが設けられていること
が望ましい。

【０００８】

【作用】本発明に係る凝縮器用熱交換器においては、フ
ィンの防風部によって冷却管に衝突しようとするガス流
を妨げているので、凝縮液は飛散することなく冷却管外
周面に沿って下降する。また、フィンの案内部によって
フィンに集まった凝縮液を下方へ案内し排出するように
しているので、凝縮液は飛散することなく確実に回収さ
れる。さらに、毛細管現象によって凝縮液はフィンの切
り込み部において強く保持されるので、ガス流速が大き
い場合であっても凝縮液は飛散しにくい。

【０００９】

【実施例】以下、添付の図面を参照して本発明の種々の
実施例について説明する。本実施例では蒸気タービン発
電プラントに設けられた凝縮器用熱交換器の場合を説明
する。

【００１０】図１に示すように、蒸気タービン発電プラ
ントは蒸気系および排ガス系を有する。蒸気系において
は、ボイラ１でＬＮＧを燃焼し、発生した水蒸気を蒸気
タービン８に送って発電機１１を回転させた後に、復水
器９で凝縮する。凝縮した水はポンプ１０で昇圧され、
節炭器３で予熱された後、ボイラ１に戻る。図中の一点
鎖線は蒸気サイクルを示している。また、図中の実線、
破線および点線は、それぞれ排ガス２、作動熱媒体１２
（以降、熱媒体と略す）および燃焼用空気１４の流れを
示している。

【００１１】一方、排ガス系においては、ボイラ１から
出た排ガス２は、節炭器３、空気予熱器４、凝縮液およ
び潜熱回収用の熱交換器５を経由し、通風機６によって
煙突７から大気中に放出される。図中に記入した各温度
は、熱交換器５の出入口における排ガス２および熱媒体
１２の温度である。

【００１２】熱交換器５は、排ガス２と熱媒体１２が対
向流的に熱交換される凝縮用熱交換器であり、流入する
排ガス２の温度は１１０℃、水蒸気濃度は約１７ｍｏｌ
％（露点温度約５５℃）である。一方、熱媒体１２の入
り口温度は３５℃である。排ガス２は熱媒体１２によっ
て露点温度以下に冷却されるので、含有水蒸気の凝縮が
生じる。この際、水蒸気潜熱だけでなく、排ガス顕熱も
奪われるので、排ガス温度は大きく低下し、出口温度は
５０℃となる（すなわち、凝縮装置における温度低下は
６０℃である）。一方、熱媒体１２は水蒸気潜熱および
排ガス顕熱を回収して５０℃まで温度上昇するが、付属
のヒートポンプ１３に熱を供給して温度低下し、再び熱
交換器５に戻る。熱交換器５で凝縮した水はボイラ給水
などとして利用される。

【００１３】次に、図２及び図３を参照しながら熱交換
器５の本体内部に配列された冷却管１５について詳細に
説明する。多数の冷却管１５が熱交換器５の本体内部に
略鉛直に配列され、内部に冷媒が通流するようになって
いる。熱交換器５の本体内部にはボイラ排ガス２が所定
流速で導入されている。排ガス２は冷却管１５に対して
直交する方向（水平方向）に流され、冷却管１５の管壁
を介して排ガス２と冷媒との間で熱交換するようになっ
ている。

【００１４】冷却管１５には管軸と略鉛直に特殊形状の
円環状のフィン２０が所定ピッチ間隔に設けられてい
る。各フィン２０にはその外周側から内周側に向かって
複数の切り込み２３が入れられている。更にこの切り込
み２３の入った外周部２１は、水平面に対して鉛直上向
きに、ある角度をもって曲げられている。外周部２１は
管外周面に衝突する排ガス２の勢いを弱める防風部とし
ての役割をもつ。

【００１５】なお、外周部２１だけでなく円環状フィン
２０の全体を水平面に対して上向きに曲げてもよい。ま
た、フィン２０の冷却管１５との取り付け部近傍には凝
縮液を冷却管１５に沿って降下させるため、４つのドレ
ン孔２２が設けられている。これらのドレン孔２２は凝
縮液を排出するための案内部としての役割をもち、少な
くとも１つ設ければよい。

【００１６】なお、図２及び図３に示したフィン２０は
円環状板を多数独立して管１５に取り付けた構成として
いるが、リボン状板を冷却管１５の周方向に連続的に螺
旋状に巻き付けてフィンを形成してもよい。

【００１７】なお、冷却管１５にはボイラ用鋼管を用
い、フィン２０には厚さ１〜２mm程度の鋼帯を用いた。
また、フィン２０は冷却管１５の外周面に溶接により固
定されている。

【００１８】このような冷却管１５の列に直交するよう
に排ガス２が流されると、冷却管１５及びフィン２０の
表面にて排ガス中の凝縮成分が凝縮して凝縮液を生じ
る。凝縮液は重力によって冷却管１５又はフィン２０か
ら下降又は落下しようとするが、ガス流速が大きい場合
は吹き飛ばされようとする。しかし、フィン外周部２１
によってガス２の衝突力が緩和され、さらに、上向きに
傾いた円環状のフィン２０に凝縮液が受けとめられ、か
つ、切り込み２３の狭い空間で生じる毛細管力によって
液が飛散しないように保持されるので、凝縮液が下流側
に飛散しなくなる。そして、凝縮液はフィン２０のガス
流によって飛ばされにくい位置に設けられたドレン孔２
２から排出され、冷却管１５の外周面を伝わって流れ、
下方の回収装置に回収される。

【００１９】上記実施例によれば、量産に適した簡単な
構造のフィンを取り付けることで、排ガス中の凝縮成分
の回収効率が大幅に向上する。また、凝縮液の飛散がな
くなるので、熱交換器本体内でのガスの流動抵抗が増加
せず、さらに潜熱回収特性が向上する。

【００２０】次に、図４及び図５を参照しながら他の実
施例について説明する。本実施例では多数の傾斜フィン
３０を冷却管１５の外周に所定ピッチ間隔で取り付けて
いる。図４に示すように、傾斜フィン３０は排ガス２の
流れ方向に沿って鉛直下方に傾斜して設けられている。
傾斜フィン３０のガス衝突側（上流側）には図２に示し
たものと同様に防風部３１が形成され、冷却管１５の外
周面への排ガス２の衝突力が緩和されるようになってい
る。傾斜フィン３０のガス回り込み側（下流側）には排
出通路３２が形成され、凝縮液がフィン３０に沿って集
液され、ドレン溝３２を通って下方に排出されるように
なっている。

【００２１】上記実施例によれば、ガス回り込み側に凝
縮液を導き、そこからドレン溝３６を介して排出するよ
うにしているので、凝縮液は一層ガス流の影響を受けに
くくなり、ガス流速が大きい場合であっても、凝縮液が
飛散することなく、これを確実に回収することができ
る。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、フィンの防風部によっ
て冷却管に衝突しようとするガス流を妨げているので、
凝縮液は飛散することなく冷却管外周面に沿って下降す
る。また、フィンのドレン孔等によってフィンに集まっ
た凝縮液を下方へ案内し排出するようにしているので、
凝縮液は飛散することなく確実に回収される。このた
め、凝縮液の回収効率が大幅に向上する。また、凝縮液
の飛散がなくなるので、ガスの流動抵抗が増加せず、更
に良好な潜熱回収特性を有する熱交換器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】蒸気タービン発電プラントの概要を示すシステ
ムフロー図。

【図２】本発明の実施例に係る凝縮器用熱交換器に設け
られた冷却管を示す側面図。

【図３】本発明の実施例に係る凝縮器用熱交換器に設け
られた冷却管を示す横断面図。

【図４】他の実施例に係る凝縮器用熱交換器に設けられ
た冷却管を示す側面図。

【図５】他の実施例に係る凝縮器用熱交換器に設けられ
た冷却管を示す横断面図。

【図６】従来の熱交換器を示す図。

【図７】従来の熱交換器を示す図。

【図８】従来の熱交換器を示す図。

【図９】従来の熱交換器を示す図である。

【符号の説明】

２…排ガス５…熱交換器本体１５…冷却管２０，３０…フィン２１，３１…防風部２２…ドレン孔（案内部）２３…切り込み３２…ドレン溝（案内部）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】凝縮成分を含有するガス流に対して交差
するように配置され、内部を冷媒が通流し、外部に前記
凝縮成分を凝縮させる冷却管と、少なくとも前記ガス流
が衝突する側の前記冷却管外周に設けられるフィンと、
を備え、このフィンは、凝縮した前記凝縮成分が前記ガス流によ
り飛散するのを防止するための防風部と、凝縮した前記
凝縮成分を前記冷却管に沿って通流させるための案内部
と、を有することを特徴とする凝縮器用熱交換器。
【請求項２】前記防風部は、前記フィンの一部を前記
ガス流の流れ方向に関して鉛直上方に所定の角度を設定
することにより形成されることを特徴とする請求項１記
載の凝縮器用熱交換器。
【請求項３】前記フィンは、前記ガス流の流れ方向に
沿って鉛直下方に傾斜して設けられていることを特徴と
する請求項１記載の凝縮器用熱交換器。
【請求項４】前記フィンの先端部には複数の切り込み
が設けられていることを特徴とする請求項１記載の凝縮
器用熱交換器。