JP2005127638A

JP2005127638A - 蒸気減温装置

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Publication number: JP2005127638A
Application number: JP2003364698A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Uno; 晴彦宇野; Takamasa Iwata; 貴雅岩田
Original assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Current assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Priority date: 2003-10-24
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2023-10-24
Also published as: JP4619643B2

Abstract

【課題】高温でかつ高圧の過熱蒸気とそれに混合させた冷却流体に対して均一な分散混合を促進して、過熱蒸気の温度をむらなく均一に減温することのできる蒸気減温装置を提供すること。
【解決手段】蒸気減温装置１の減温管５を、両側端５ａ、５ｂより中央部の内径が小さいくびれ部５ｃが形成されたノズル状にし、かつ、くびれ部５ｃに冷却蒸気を減温管５の内部に導入する冷却蒸気導入管６、６ａ〜６ｆを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱源として蒸気を使用する一般プラントや事業用のプラントにおいて、プラントの要求により規定された圧力温度条件の蒸気を生成する為に設けられる蒸気減温装置に関する。

工場等に設置されているプラントでは、製造プロセスで必要となる熱源として蒸気を用いる場合がある。それは、蒸気が凝縮することにより放出する潜熱を利用しているもので、蒸気圧力を規定の圧力に維持することにより、その際の熱利用の温度が極めて安定していることから、各種の分野で利用されている。

蒸気発生源としてはボイラ等が用いられている。その際、ボイラの効率を向上させる方法として、通常は高圧で高温の仕様に設定されている。例えば、プラントではボイラにより作られた蒸気を利用して、産業用蒸気タービンを駆動させて発電機を回転させて電気を得るとともに、工場用蒸気としてこれらの蒸気タービンの抽気を制御して、減圧減温された蒸気を取出している。ただし、タービンによる減圧減温効果は、その時点のタービン負荷により決定されるため、一般に、タービン制御装置においては抽気圧力を所定の値になるように制御している。このため、抽気温度に関してはタービン負荷により変動することになり、蒸気使用側の要求に合った蒸気温度に制御するために減温器が利用されている。

図１１は、従来使用されている減温器の一例の構成を示したものである。すなわち、減温管５１の入口近傍には管内に噴霧可能なように噴霧ノズル５２が設けられている。噴霧ノズル５２は減温管５１の管外配管５３に接続されており、管外配管５３の途中には冷却水流量調整弁５４が設けられている。また、減温管５１の出口には温度検出器５５が配置され、この温度検出器５５の検出結果に応じて冷却水流量調整弁５４を制御する減温器制御装置５６が設けられている。

このような従来の蒸気減温装置においては、減温管５１の一端にボイラあるいは、タービンから過熱蒸気６０が送られてくる。この過熱蒸気６０は利用側が要求する圧力＋蒸気減温装置及び配管などの圧力損失分を加味した圧力で送られてくる。噴霧ノズル５２から噴霧させ、過熱蒸気６０を減温するために用いられる冷却水５８は、この蒸気圧力に、蒸気減温装置の各構成物による圧力損失および蒸気流に注入するために用いられる噴霧ノズル５２が要求する最低圧力損失分が加味された圧力を持っている系統から供給される。

供給された冷却水５８は、冷却水流量弁５４にて所定の冷却水量となるように調整され、噴霧ノズル５２にて霧状に減温管５１内に注入される。冷却水５８の注入により、過熱蒸気６０と霧状になった冷却水５８は減温管５１を流れる間に熱交換を行い冷却水５８の水滴は温度上昇を始める。

水滴の温度が減温管５１内部の飽和温度に達した時点で水滴は蒸発を始め、過熱蒸気６０と飽和蒸気の混合状態になる。その後、これらの蒸気の混合により蒸気温度が均一化され、最終的には減温管５１の出口に達する。減温管５１の出口には温度検出器５５が設置され、減温後の蒸気温度を測定し減温器制御装置５６に送られる。減温器制御装置５６は、この信号と利用側が要求する蒸気温度との差異から、注入する冷却水の量を調整し、所定の温度が得られるように一点鎖線で示す如く冷却水流量調整弁５４を操作する。

減温器の性能を左右する要素としては、（ａ）過熱蒸気６０の過熱度、（ｂ）冷却水５８の温度、（ｃ）スプレー後の霧の粒子径、（ｄ）混合後の蒸気流れの乱流度、（ｅ）減温管５１の長さ、（ｆ）減温管５１の直管長さ、（ｇ）温度検出器５５までの長さが挙げられる。

これらの内、（ａ）、（ｂ）および（ｃ）については与えられた運転条件やプラントの設備条件により決定される。また、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）および（ｇ）については、設備のレイアウトなどの制限があり、（ｃ）については噴霧ノズル５２自体の形状により使用できる冷却水流量範囲が決定されているなど、各種制限条件がかかってくる。（例えば、特許文献１を参照）
また、蒸気減温装置を、入口と出口とを有する蒸気配管の内部にエゼクタを配置し、その内部に旋回羽根を取付けると共に冷却流体注入部を設け、エゼクタは流路を絞る絞り部としてのノズルと、吸引室と、ディフュザー部とで形成した構造も開示されている。（例えば、特許文献２を参照）
特開２００３−２０７１０２号（段落番号０００２〜０００８）特開２０００−１４６１１０号（段落番号０００９〜００１１）

上述の特許文献１で示した蒸気減温装置は、管体内に流れる高圧でかつ高温の過熱蒸気の中に噴霧ノズルにより冷却流体を分散混合し、過熱蒸気２の温度を減温するものであるが、この場合、管体内壁面では高温の過熱蒸気と気化途中の冷却流体が交互に接触、サーマルストレスが発生し管体が破損することが考えられる。

また、冷却流体が完全に気化し、均一で安定した減温蒸気を得るまでには、ある程度の時間（管体長）が必要となり、設備の複雑化および長大化が想定される。

また、上述の特許文献２で示した蒸気減温装置は、過熱蒸気の流れ方向に対して吸引室内で直角方向から冷却水を供給しているが、冷却水と過熱蒸気２とが十分に均質に混じり合うのは困難である。

これらの状況から、従来技術においては、種々の問題点が発生することになり、想定した減温効果が発揮できない状況であった。

本発明は、これらの事情にもとづいてなされたもので、高温でかつ高圧の過熱蒸気とそれに混合させた冷却流体に対して均一な分散混合を促進して、過熱蒸気の温度をむらなく均一に減温することのできる蒸気減温装置を提供することを目的としている。

本発明によれば、一側端に過熱蒸気を減温管の内部に流入させる過熱蒸気管が連通され、他側端に前記減温管から排出した蒸気を流入させる蒸気管が連通されている蒸気減温装置であって、
前記減温管は、前記両側端より中央部の内径が小さいくびれ部が形成されたノズル状で、かつ、前記くびれ部には、冷却蒸気を前記減温管内に導入する冷却蒸気導入管が設けられていることを特徴とする蒸気減温装置である。

また本発明によれば、前記蒸気管には温度検出器が設けられ、この温度検出器の出力は温度調節計に接続され、この温度調節計の出力は前記冷却蒸気導入管に設けられている冷気調節弁の開度を調整していることを特徴とする蒸気減温装置である。

また本発明によれば、前記冷気蒸気は、高圧でかつ高温の過熱蒸気よりも低圧でかつ低温である低圧段のタービン抽気や補助蒸気の少なくとも一方を用いていることを特徴とする蒸気減温装置である。

また本発明によれば、前記冷気蒸気は、前記冷気導入管に接続されている熱交換器の発生蒸気を用いていることを特徴とする蒸気減温装置である。

また本発明によれば、前記冷気蒸気は、前記冷気導入管に接続されている熱交換器のドレインを経由して温度調節弁により減圧しフラッシュした蒸気を用いていることを特徴とする蒸気減温装置である。

また本発明によれば、前記減温管の前記くびれ部に設けられている前記冷却蒸気導入管は複数本であることを特徴とする蒸気減温装置である。

また本発明によれば、前記冷却蒸気導入管のそれぞれには、温度調節弁またはＯＮ−ＯＦＦ弁が設けられていることを特徴とする蒸気減温装置である。

また本発明によれば、前記減温管の前記くびれ部に設けられている前記冷却蒸気導入管は、前記減温管への接続方向が前記減温管の中を流れる前記過熱蒸気の流れる方向に対して、直角または流れ方向に沿って斜めに設けられていることを特徴とする蒸気減温装置である。

また本発明によれば、前記減温管の内部には、前記過熱蒸気の流れる方向での前記冷却蒸気導入管の接続部以降に、前記過熱蒸気の流れる方向に対して多段のオリフィス板またはフィンが設けられていることを特徴とする蒸気減温装置である。

また本発明によれば、前記過熱蒸気管には流量検出器を設け、前記蒸気管には圧力検出器を設け、かつ、前記圧力検出器と前記流量検出器との出力が接続されている制御装置を配設し、この制御装置によって熱量計算をおこない、その算出結果に応じて前記冷却蒸気導入管に設けられている冷気調節弁開度を調整していることを特徴とする蒸気減温装置である。

本発明によれば、低圧でかつ低温の蒸気または、飽和水を減圧フラッシュさせた蒸気を蒸気減温装置のエゼクタ効果によって吸入することが可能となる。それにより、短時間（短い管体長）で均一な安定した減温蒸気を得ることができる。

また、噴霧ノズル等を用い冷却流体を分散混合しているので、蒸気減温装置のサーマルストレスによる弊害も解消することが可能となり、蒸気減温装置の延命化が実現できる。

蒸気減温装置の構成で、高圧でかつ高温の過熱蒸気管の一部を絞り、蒸気流速を高めた個所に、低圧でかつ低温の冷却蒸気を導く管路を接続し、過熱蒸気管のエゼクタ効果（高流速による吸引効果）を利用し、管路から低圧でかつ低温の冷却蒸気を過熱蒸気管の内部ヘ引き込み蒸気管内で規定の温度になるように制御することにより、過熱蒸気と冷却蒸気を混合させて減温する。

以下、より具体的に実施例によって説明する。

図１に、実施例１の蒸気減温装置の模式図を示す。過熱蒸気２の流路に沿って過熱蒸気管３、蒸気減温装置１、蒸気管４が連通した管路を形成している。過熱蒸気管３は、過熱蒸気２の流路である内径は略等径に形成され、また、蒸気管４も内径も略等径に形成されている。ただし、蒸気管４の内径は過熱蒸気管３の内径よりも径大に形成されている。

蒸気減温装置１は減温管５が、中央が径小のノズル形状で、一端が過熱蒸気管３に連通し、他端が蒸気管４に連通している。したがって減温管５の両端のそれぞれの連通部５ａ、５ｂでは内径が異なる。しかも、減温管５は中央部には内径が過熱蒸気管３の内径よりも小さいくびれ部５ｃが形成されている。このくびれ部５ｃには冷却蒸気導入管６が連通している。なお、冷却蒸気導入管６は、減温管５へ供給する冷却蒸気７が過熱蒸気２の流れ方向に合流しやすいように、過熱蒸気２の流れ方向（減温管５の中心軸方向）に沿って傾斜して連通されている。

冷却蒸気導入管６には、逆止弁８と温度調整弁９が設けられている。逆止弁８は、減温管５より高圧でかつ高温の過熱蒸気２が逆流することを防止するための機能を果たす。温度調整弁９は温度調整計１１の出力に接続されている。すなわち、温度調整計１１は、蒸気管４の内部に配設された蒸気温度を検出する温度検出器１２の信号と、予め規定されている設定温度とを比較し、その差を補正するための信号を温度調整弁９に伝達している。

これらの構成により、過熱蒸気管３を通過した高圧でかつ高温の過熱蒸気２は、減温管５のノズル作用によるエゼクタ効果（高流速による吸引効果）によって、高速流になり下流の蒸気管４に送気されて流入する。

なお、エゼクタ効果について、低圧蒸気と高圧蒸気の差圧がどの程度なら高圧蒸気側へ吸入可能かについては、原理的には、低圧蒸気側が真空になるまで可能ではあるが、差圧によって吸入量が変化する。そのため、差圧が大きい方が吸引効果が阻害される為、流量が少なくなる。

その際、蒸気減温装置１では、蒸気管４に配置されている蒸気温度を検出する温度検出器１２の検出結果の信号が温度調節計１１に送られ、温度調節計１１では規定された設定温度との差を補正する為の制御信号を温度調節弁９に送信される。補正が必要な場合は、温度調整弁９の開度を調整して低温でかつ低圧の冷却蒸気を冷却蒸気導入管６から減温管５へ流入させて高温でかつ高圧の過熱蒸気２と合流させて混合させる。それにより、蒸気管４で要求されている規定温度が得られるように制御される。蒸気管４からは、工場のプラントへ、プラントのプロセスで要求されている温度の過熱蒸気２の減温されたプロセス蒸気２Ａが送気される。

したがって、過熱蒸気２の減温に低温でかつ低圧の冷却蒸気を用いているので、従来の過熱蒸気２の減温に冷却水を用いた蒸気減温装置１のように、蒸発するまでの時間が短縮され、より早く過熱蒸気２との混合が開始される。また、減温管５の温度は、冷却水との熱交換により減温されるため、未蒸発の水滴との温度差が軽減されることにより、減温管５の表面の熱衝撃が緩和される。

[表１]は、冷却蒸気を用いた蒸気減温装置１の具体例の数値データである。すなわち、冷却蒸気として、圧力が１３．６ａｔａ、温度が３２１．５℃、エンタルピが７３８．３ｋｃａｌ／ｋｇ、流量が３３．０ｔ／ｈのもの用いた場合、過熱蒸気は、減温前は、４２７．６℃であったが、冷却蒸気による減温後は、４００．０℃に減温され、エンタルピも７８４．１ｋｃａｌ／ｋｇから７６９．０ｋｃａｌ／ｋｇに減少している。一方、流量は６７．０ｔ／ｈから１００．０ｔ／ｈに増加している。これらにより減温効果が確認されている。

図２に実施例２の蒸気減温装置の模式図を示す。なお、図２の蒸気減温装置１において図１に示した蒸気減温装置１と基本構成は同じであるので、同一機能部分については、同一符号を付してその個々の説明を省略する。

過熱蒸気２の流路に沿って過熱蒸気管３、蒸気減温装置１、蒸気管４が連通した管路を形成している。なお、図２においては、図１に示した温度検出器１２、温度調節計１１、温度調節弁９および逆止弁８は省略しているが、実際には、図１と同様な配置関係で設けられている。

蒸気減温装置１ａは減温管５がノズル形状で、一端が過熱蒸気管３に連通し、他端が蒸気管４に連通している。したがって両端のそれぞれの連通部では内径が異なる。しかも、減温管５は中央部には内径が過熱蒸気管３の内径よりも小さいくびれ部５ｃが形成されている。このくびれ部５ｃには冷却蒸気導入管６が加熱蒸気の流れ方向（減温管５の中心軸方向）に対して略直交する方向に連通して設けられている。この冷却蒸気導入管６はタービンからの低圧段抽気（低圧でかつ低温の冷却蒸気７）が導入されている。また、過熱蒸気管３にはタービンからの高圧段抽気（高圧でかつ高温の過熱蒸気２）が導入されている。なお、タービン１５にはボイラ（不図示）から回転用の主蒸気が供給され、発電機１６を回転させている。

その際、蒸気減温装置１では、図１に示したように、蒸気管４に配置されている蒸気温度を検出する温度検出器１２の検出結果の信号が温度調節計１１に送られ、温度調節計１１では規定された設定温度との差を補正する為の制御信号を温度調節弁９に送信される。補正が必要な場合は、温度調整弁９の開度を調整して低圧でかつ低温の冷却蒸気を冷却蒸気導入管６から減温管５へ流入させて高圧でかつ高温の過熱蒸気２と合流させて混合させる。それにより、蒸気管４で要求されている規定温度が得られるように制御される。蒸気管４からは、工場のプラントへ、プラントのプロセスで要求されている温度のプロセス蒸気２Ａが送気される。

図３に実施例３の蒸気減温装置１の模式図を示す。

この場合は、実施例２と略同様の構成であるが、低圧段抽気と冷却蒸気導入管６の間に熱交換器１７を設けた点が異なる。したがって、図３において、図２と同一機能部分には同一符号を付して、その個々の説明を省略する。

減温管５のくびれ部５ｃには冷却蒸気導入管６が過熱蒸気２の流れ方向に対して略直交する方向に連通して設けられている。この冷却蒸気導入管６にはタービン１５からの低圧段抽気（低圧でかつ低温の冷却蒸気７）が熱交換器１７を介して、熱交換器１７の発生蒸気として導入されている。また、過熱蒸気管３にはタービン１５からの高圧段抽気（高圧でかつ高温の過熱蒸気２）が導入されている。なお、タービン１５にはボイラ（不図示）から回転用の主蒸気が供給され、発電機１６を回転させている。

その際、蒸気減温装置１ｂでは、図１に示したように、蒸気管４に配置されている蒸気温度を検出する温度検出器１２の検出結果の信号が温度調節計１１に送られ、温度調節計１１では規定された設定温度との差を補正する為の制御信号を温度調節弁９に送信される。補正が必要な場合は、温度調整弁９の開度を調整して低圧でかつ低温の冷却蒸気７を冷却蒸気導入管６から減温管５へ流入させて高圧でかつ高温の過熱蒸気２と合流させて混合させる。それにより、蒸気管４で要求されている規定温度が得られるように制御される。蒸気管４からは、工場のプラントへ、プラントのプロセスで要求されている温度のプロセス蒸気２Ａが送気される。

図４に実施例４の蒸気減温装置１の模式図を示す。

この場合は、実施例３と略同様の構成であるが、低圧段抽気と冷却蒸気導入管６の間に設けられている熱交換器１７（例えば、多段の給水過熱器、湿分分離器およびドレンタンク等））のドレン１８に減圧弁１９を配置し、この減圧弁１９を介して減圧してフラッシュした蒸気を冷却蒸気導入管６に導き、蒸気管４に導入している点が異なる。したがって、図３において、図２と同一機能部分には同一符号を付して、その個々の説明を省略する。

発電プラントでは、プラント発電効率を向上させるために、給水過熱器（熱交換器１７）が設けられている。この給水過熱器には熱交換により発生した飽和水が溜められています。

飽和水は減圧されるとフラッシュして飽和蒸気となるが、発電プラントの給水過熱器内には、ドレンクーリングゾーン（Ｄ．Ｃ．Ｚ、不図示）が設けられ、強制的に温度を下げ、ドレン化させた状態で次段の給水過熱器へ排出している（気化した場合、液化状態の１０００倍程度に容積が増し、同一の流量を流す為には大口径の配管が必要となるため、あえてドレン化させている）。

この原理を利用し、飽和水のドレン１８のラインに減圧弁１９を入れて強制的に減圧することで、蒸気を得ることが出来る。この飽和水から得られたフラッシュ蒸気は減圧比が低い場合は湿り蒸気，減圧比が高くなると乾き蒸気が得られる（一般的に蒸気の過熱度と言う）。

一例を挙げれば、１２．６ａｔａ，１６５．１℃のドレン１８のエンタルピは、１６６．７ｋｃａｌ／ｋｇの液状であるのに対し、７．６ａｔａ減圧し、５．０ａｔａ，１６５．１℃では、エンタルピは、６６３．７ｋｃａｌ／ｋｇとなり、気化状態となる。

５．０ａｔａの飽和温度は、１５１．１℃であるため、過熱度１４．０℃（１６５．１−１５１．１℃）の過熱度を持った蒸気が得られたことになる。

すなわちこれらの原理を用いて、減温管５のくびれ部５ｃには冷却蒸気導入管６が加熱蒸気２の流れ方向に対して略直交する方向に連通して設けられている。この冷却蒸気導入管６にはタービン１５からの低圧段抽気（低圧でかつ低温の冷却蒸気）が熱交換器１７のドレン１８から減圧弁１９を介して、フラッシュ蒸気が発生蒸気として導入されている。また、過熱蒸気管３にはタービン１５からの高圧段抽気（高圧でかつ高温の過熱蒸気２）が導入されている。なお、タービン１５にはボイラ（不図示）から回転用の主蒸気が供給され、発電機１６を回転させている。

その際、蒸気減温装置１ｃでは、図１に示したように、蒸気管４に配置されている蒸気温度を検出する温度検出器１２の検出結果の信号が温度調節計１１に送られ、温度調節計１１では規定された設定温度との差を補正する為の制御信号を減圧弁１９に送信される。補正が必要な場合は、減圧弁１９の開度を調整して低圧でかつ低温の冷却蒸気を冷却蒸気導入管６から減温管５へ流入させて高圧でかつ高温の過熱蒸気２と合流させて混合させる。それにより、蒸気管４で要求されている規定温度が得られるように制御される。蒸気管４からは、工場のプラントへ、プラントのプロセスで要求されている温度のプロセス蒸気２Ａが送気される。

図５に実施例５の蒸気減温装置の模式図を示す。

この場合は、上述の実施例１〜実施例３と略同様の構成であるが、それぞれの冷却蒸気導入管６ａ、６ｂ、６ｃを複数本設けた点が異なる。したがって、図５において、図１〜図３と同一機能部分には同一符号を付して、その個々の説明を省略する。

すなわち、減温管５のくびれ部５ｃには冷却蒸気導入管６ａ、６ｂ、６ｃが加熱蒸気２の流れ方向に対して略直交する方向に連通して複数本が設けられている。この冷却蒸気導入管６ａ、６ｂ、６ｃにはタービン１５からの低圧段抽気（低圧でかつ低温の冷却蒸気）がそれぞれに分岐して導入されている。また、過熱蒸気管３にはタービン１５からの高圧段抽気（高圧でかつ高温の過熱蒸気２）が導入されている。なお、タービン１５にはボイラ（不図示）から回転用の主蒸気が供給され、発電機１６を回転させている。

その際、蒸気減温装置１ｄでは、図１に示したように、蒸気管４に配置されている蒸気温度を検出する温度検出器１２の検出結果の信号が温度調節計１１に送られ、温度調節計１１では規定された設定温度との差を補正する為の制御信号を減圧弁１９に送信される。補正が必要な場合は、減圧弁１９の開度を調整して低圧でかつ低温の冷却蒸気を冷却蒸気導入管６から減温管５へ流入させて高圧でかつ高温の過熱蒸気２と合流させて混合させる。それにより、蒸気管４で要求されている規定温度が得られるように制御される。蒸気管４からは、工場のプラントへ、プラントのプロセスで要求されている温度のプロセス蒸気２Ａが送気される。

図６に実施例６の蒸気減温装置の模式図を示す。

この場合は、上述の実施例５と略同様の構成であるが、それぞれの冷却蒸気導入管６ｄ、６ｅ、６ｆを、減温管５の過熱蒸気２の流れ方向に斜めに複数本設けた点が異なる。したがって、図６において、図１〜図３と同一機能部分には同一符号を付して、その個々の説明を省略する。

すなわち、減温管５のくびれ部５ｃには冷却蒸気導入管６ｄ、６ｅ、６ｆが加熱蒸気２の流れ方向に対して斜め方向に連通して複数本が設けられている。この冷却蒸気導入管６ｄ、６ｅ、６ｆにはタービン１５からの低圧段抽気（低圧でかつ低温の冷却蒸気）がそれぞれに分岐して導入されている。また、過熱蒸気管３にはタービン１５からの高圧段抽気（高圧でかつ高温の過熱蒸気２）が導入されている。なお、タービン１５にはボイラ（不図示）から回転用の主蒸気が供給され、発電機１６を回転させている。

その際、蒸気減温装置１ｅでは、図１に示したように、蒸気管４に配置されている蒸気温度を検出する温度検出器１２の検出結果の信号が温度調節計１１に送られ、温度調節計１１では規定された設定温度との差を補正する為の制御信号を減圧弁１９に送信される。補正が必要な場合は、減圧弁１９の開度を調整して低圧でかつ低温の冷却蒸気を冷却蒸気導入管６から減温管５へ流入させ、高圧でかつ高温の過熱蒸気２と合流させて混合させる。それにより、蒸気管４で要求されている規定温度が得られるように制御される。蒸気管４からは、工場のプラントへ、プラントのプロセスで要求されている温度のプロセス蒸気２Ａが送気される。

図７に実施例７の蒸気減温装置の模式図を示す。なお、図７においては、図１に示した温度検出器１２、温度調節計１１、温度調節弁９および逆止弁８は省略しているが、実際には、図１と同様な配置関係で設けられている。

この場合は、蒸気減温装置１ｆの減温管５の内部構造に関するもので、減温管５はノズル形状で、一端が過熱蒸気管３に連通し、他端が蒸気管４に連通している。したがって両端のそれぞれの連通部５ａ、５ｂでは内径が異なる。しかも、減温管５は中央部には内径が過熱蒸気管３の内径よりも小さいくびれ部５ｃが形成されている。このくびれ部５ｃには冷却蒸気導入管６が連通している。なお、冷却蒸気導入管６は、減温管５へ供給する冷却蒸気が過熱蒸気２の流れ方向に合流しやすいように、過熱蒸気２の流れ方向に沿って傾斜して連通されている。

しかも、減温管５のくびれ部５ｃより蒸気管４側の内部に、過熱蒸気２の流れに対して直角方向に、多段のオリフィス（不図示）が設けられたオリフィス板２１や流体を乱流にさせる為のフィン（不図示）を設けている。したがって、過熱蒸気２と冷却蒸気導入管６より導入された低圧でかつ低温の冷却蒸気７は、乱流状態になり混合が促進され低温効果が得られる。

その際、蒸気減温装置１ｆでは、図１に示したように、蒸気管４に配置されている蒸気温度を検出する温度検出器１２の検出結果の信号が温度調節計１１に送られ、温度調節計１１では規定された設定温度との差を補正する為の制御信号を減圧弁１９に送信される。補正が必要な場合は、減圧弁１９の開度を調整して低圧でかつ低温の冷却蒸気を冷却蒸気導入管６から減温管５へ流入させて高圧でかつ高温の過熱蒸気２と合流させて混合させ、さらに、オリフィス板２１や流体を乱流にさせる為のフィン（不図示）の個所を通過する際にさらに乱流にされる。それにより、蒸気管４で要求されている規定温度が得られるように制御される。蒸気管４からは、工場のプラントへ、プラントのプロセスで要求されている温度に対して精度のよいプロセス蒸気２Ａが送気される。

図８に実施例８の蒸気減温装置の模式図を示す。

この場合は、上述の実施例６と略同様の構成であるが、減温管５の過熱蒸気２の流れ方向に斜めに複数本設けた冷却蒸気導入管６ｄ、６ｅ、６ｆのそれぞれに温度調整弁９ａ、９ｂ、９ｃあるいは、ＯＮ−ＯＦＦ弁（不図示）を設けた点が異なる。したがって、図８において、図１〜図３および図６と同一機能部分には同一符号を付して、その個々の説明を省略する。

その際、蒸気減温装置１では、図１に示したように、蒸気管４に配置されている蒸気温度を検出する温度検出器１２の検出結果の信号が温度調節計１１に送られ、温度調節計１１では規定された設定温度との差を補正する為の制御信号を各温度調整弁９に送信される。補正が必要な場合は、各温度調整弁９の開度を調整して（ＯＮ−ＯＦＦ弁の場合は、ＯＮ−ＯＦＦの時間を調整する）低圧で、かつ、低温の冷却蒸気を冷却蒸気導入管６ｄ、６ｅ、６ｆの１個又は複数の組合せにより、減温管５へ流入させて高圧でかつ高温の過熱蒸気２と合流させて混合させる。それにより、蒸気管４で要求されている規定温度が得られるように制御される。蒸気管４からは、工場のプラントへ、プラントのプロセスで要求されている温度のプロセス蒸気２Ａが送気される。

図９に実施例９の蒸気減温装置の模式図を示す。

この場合は、図２で示した実施例２の構成に新たな制御系が付加されたものである。したがって、図２に示した蒸気減温装置１と同一機能部分については、同一符号を付してその個々の説明を省略する。

蒸気減温装置１は減温管５がノズル形状で、一端が過熱蒸気管３に連通し、他端が蒸気管４に連通している。したがって両端のそれぞれの連通部では内径が異なる。しかも、減温管５は中央部には内径が過熱蒸気管３の内径よりも小さいくびれ部５ｃが形成されている。このくびれ部５ｃには冷却蒸気導入管６が加熱蒸気の流れ方向に対して斜め方向に連通して設けられている。この冷却蒸気導入管６はタービン１５からの低圧段抽気（低圧でかつ低温の冷却蒸気）が導入されている。また、過熱蒸気管３にはタービン１５からの高圧段抽気（高圧でかつ高温の過熱蒸気２）が導入されている。なお、タービン１５にはボイラ（不図示）から回転用の主蒸気が供給され、発電機１６を回転させている。

さらに、新たな制御系が付加かされている。それらは、高圧でかつ高温の過熱蒸気管３１に設けられた流量検出器２２と、プロセスへ送気される蒸気管４に設けられた圧力検出器２３と、流量検出器２２と圧力検出器２３とからの出力信号を受取って、その結果にもとづいて熱量計算（エンタルピと流量の積）を算出し、算出結果に応じて、温度調節弁９に対して開度を制御する指令を発する制御装置２４とから構成されている。

その際、流量検出器２２と圧力検出器２３とからの出力信号を受取とった制御部で、受取った信号のデータにより蒸気の熱量計算（エンタルピとその流量の積）を算出し、算出結果に応じて、温度調節弁９に対して開度を制御する指令が発せられる。それにより、温度調整弁９の開度は調整されて、低圧でかつ低温の冷却蒸気を冷却蒸気導入管６から減温管５へ流入させて高圧でかつ高温の過熱蒸気２と合流させて混合させる。その結果、蒸気管４で要求されている規定温度が得られるように制御される。蒸気管４からは、工場のプラントへ、プラントのプロセスで要求されている温度のプロセス蒸気２Ａが送気される。

蒸気の熱量計算は、蒸気が持っているエンタルピとその流量の積で決まる。すなわち、[表１]で示したように、減温後（プロセス側）に必要な蒸気の圧力と温度・流量が決定しており、減温前の蒸気の圧力・温度と冷却蒸気の圧力・温度が分かっていればそれぞれの流量を算出することが出来る。

すなわち、図１０に示した説明図に沿って、以下の式により算出することができる。

ＱＬ＝｛Ｑ２（Ｈ１−Ｈ２）｝／（Ｈ２−ＨＬ）
Ｑ；流量、Ｈ；エンタルピ
各々の蒸気が持つエンタルピは圧力と温度で、周知の蒸気表より求めることができる。それらにより、[表１]に記載した通り、減温前／後の圧力は一定（抽気加減弁や抽気減圧弁により、制御されている）であるので、温度さえ分かれば、エンタルピを求めることができる。

なお、上述の各実施例で蒸気管４から送られる所定温度のプロセス蒸気を用いる工場プラントの一例としては、製紙工場のプラント等が挙げられる。

本発明の実施例の蒸気減温装置の模式図。本発明の実施例の蒸気減温装置の模式図。本発明の実施例の蒸気減温装置の模式図。本発明の実施例の蒸気減温装置の模式図。本発明の実施例の蒸気減温装置の模式図。本発明の実施例の蒸気減温装置の模式図。本発明の実施例の蒸気減温装置の模式図。本発明の実施例の蒸気減温装置の模式図。本発明の実施例の蒸気減温装置の模式図。蒸気の熱量計算の算出に関する説明図。従来の実施例の蒸気減温装置の模式図。

符号の説明

１…蒸気減温装置、２…過熱蒸気、２Ａ…プロセス蒸気、３…加熱蒸気管、４…蒸気管、５…減温管、５ｃ…くびれ部、６、６ａ〜６ｆ…冷却蒸気導入管、７…冷却蒸気、９…温度調整弁、１１…温度調節計、１２…温度検出器、１５…タービン、１７…熱交換器、１８…ドレン、１９…減圧弁、２１…オリフィス板、２２…流量検出器、２３…圧力検出器、２４…制御装置

Claims

一側端に過熱蒸気を減温管の内部に流入させる過熱蒸気管が連通され、他側端に前記減温管から排出した蒸気を流入させる蒸気管が連通されている蒸気減温装置であって、
前記減温管は、前記両側端より中央部の内径が小さいくびれ部が形成されたノズル状で、かつ、前記くびれ部には、冷却蒸気を前記減温管内に導入する冷却蒸気導入管が設けられていることを特徴とする蒸気減温装置。
前記蒸気管には温度検出器が設けられ、この温度検出器の出力は温度調節計に接続され、この温度調節計の出力は前記冷却蒸気導入管に設けられている冷気調節弁の開度を調整していることを特徴とする請求項１記載の蒸気減温装置。
前記冷気蒸気は、高圧でかつ高温の過熱蒸気よりも低圧でかつ低温である低圧段のタービン抽気や補助蒸気の少なくとも一方を用いていることを特徴とする請求項１記載の蒸気減温装置。
前記冷気蒸気は、前記冷気導入管に接続されている熱交換器の発生蒸気を用いていることを特徴とする請求項１記載の蒸気減温装置。
前記冷気蒸気は、前記冷気導入管に接続されている熱交換器のドレインを経由して温度調節弁により減圧しフラッシュした蒸気を用いていることを特徴とする請求項１記載の蒸気減温装置。
前記減温管の前記くびれ部に設けられている前記冷却蒸気導入管は複数本であることを特徴とする請求項１記載の蒸気減温装置。
前記冷却蒸気導入管のそれぞれには、温度調節弁またはＯＮ−ＯＦＦ弁が設けられていることを特徴とする請求項６記載の蒸気減温装置。
前記減温管の前記くびれ部に設けられている前記冷却蒸気導入管は、前記減温管への接続方向が前記減温管の中を流れる前記過熱蒸気の流れる方向に対して、直角または流れ方向に沿って斜めに設けられていることを特徴とする請求項１記載の蒸気減温装置。
前記減温管の内部には、前記過熱蒸気の流れる方向での前記冷却蒸気導入管の接続部以降に、前記過熱蒸気の流れる方向に対して多段のオリフィス板またはフィンが設けられていることを特徴とする請求項１記載の蒸気減温装置。
前記過熱蒸気管には流量検出器を設け、前記蒸気管には圧力検出器を設け、かつ、前記圧力検出器と前記流量検出器との出力が接続されている制御装置を配設し、この制御装置によって熱量計算をおこない、その算出結果に応じて前記冷却蒸気導入管に設けられている冷気調節弁開度を調整していることを特徴とする請求項１記載の蒸気減温装置。