JP5495861B2

JP5495861B2 - 湿分分離加熱器

Info

Publication number: JP5495861B2
Application number: JP2010046686A
Authority: JP
Inventors: 一作藤田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-03-03
Filing date: 2010-03-03
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2030-03-03
Also published as: JP2011179463A

Description

本発明は、蒸気中から湿分を分離すると共に加熱することにより、過熱蒸気を生成させる湿分分離加熱器に係り、特に、原子力発電プラントにおいて、高圧蒸気タービンで使用された蒸気を低圧蒸気タービンで再利用する際に好適な装置である。

原子力発電プラントにおいては、高圧蒸気タービンで使用された蒸気（高圧タービン排気）を低圧蒸気タービンでさらに利用するにあたって、当該蒸気中に湿分（１０〜１２％程度）があると、タービン翼を浸食してしまうだけでなく、タービンの熱効率低下が生じてしまう。このため、高圧蒸気タービンから排出された蒸気は、湿分分離加熱器に導入されて通過することにより、蒸気中の湿分が分離されて約０．１％程度まで減少するとともに、加熱により生成された過熱蒸気として低圧蒸気タービンに送給される。

このような湿分分離加熱器としては、たとえば下記の特許文献等に記載されたものが知られている。
従来の湿分分離加熱器において、高圧蒸気タービンから導入される蒸気は、横置円筒状とした胴本体の下部中央部分に設けられた蒸気入口から胴本体内部の蒸気受入室内へ流入した後、受衝板に衝突して胴本体の軸方向一方側と他方側とに分かれて上昇する。この蒸気はさらに、胴本体の軸方向両側に設けられた供給マニホールド室内に流入した後、分配板のスリットを介して湿分分離室内に流入し、ミストセパレータで湿分を分離される。

ミストセパレータで湿分を分離された蒸気は、胴本体の軸心部分に設けられた加熱室内に流入し、第一段加熱器管群で一段加熱されてから、第二段加熱器管群で二段加熱された後、胴本体の上部の軸方向中央部分に設けられた蒸気出口から低圧蒸気タービンへ送出されるようになっている。
すなわち、従来の湿分分離加熱器は、胴本体の下側に設けた蒸気入口から低温の高圧タービン排気が流入し、湿分分離室のミストセパレータにて湿分を分離した蒸気を加熱器にて加熱することで、胴本体の上部に設けられた蒸気出口より過熱蒸気を排出するように構成されている。

特開２００９−６２９０２号公報実開平５−９６７０８号公報

上述したように、従来の湿分分離加熱器は、１０〜１２％程度の湿分を含んだ蒸気が胴体下部の蒸気入口から流入する。このとき、蒸気入口部の天井部に蒸気が衝突するため、天井板の表面には凝縮した湿分の液膜が付着する。
一方、湿分分離加熱器の蒸気出口は、蒸気入口の略真上に位置している。このため、天井板で分離された空間を通過する過熱蒸気は、天井板を介して蒸気入口側の液膜を蒸発させ、過熱蒸気の出口温度を２〜３℃程度低下させるという問題がある。

すなわち、従来の湿分分離加熱器においては、湿分分離加熱器内で生成された過熱蒸気が蒸気出口から流出する直前に液膜を蒸発させる気化熱を奪われて温度低下するので、天井板に形成される液膜は、加熱エネルギーのロスによる効率低下の要因となるため好ましくない。換言すれば、従来の湿分分離加熱器は、加熱エネルギーを消費して生成した過熱蒸気が天井板を介して気化熱を奪う液膜の存在により温度低下するので、気化熱に相当する加熱エネルギーを余分に消費することになって効率が低下する。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、蒸気中の湿分が凝縮して天井板に付着する液膜の形成を防止または抑制することにより、蒸気出口から流出する過熱蒸気が液膜の蒸発に気化熱を奪われて温度低下することを防止できる湿分分離加熱器を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る湿分分離加熱器は、本体下部に設けた蒸気入口から蒸気受入空間内に湿分を含む蒸気を導入し、該蒸気が湿分除去及び加熱を受けて生成された過熱蒸気を本体上部に設けた蒸気出口から送出する湿分加熱器において、前記蒸気受入空間と前記過熱蒸気を前記蒸気出口に導く過熱蒸気流路とを分割する水平部及び該水平部の両側に傾斜部を備えている天井板に、前記蒸気受入空間側の面から所定の間隔を設けて固定支持された防護壁を、前記水平部及び前記傾斜部毎に分割して設けるとともに、各防護壁間に隙間を形成することを特徴とするものである。

このような湿分分離加熱器によれば、蒸気受入空間と過熱蒸気を蒸気出口に導く過熱蒸気流路とを分割する水平部及び該水平部の両側に傾斜部を備えている天井板に、蒸気受入空間側の面から所定の間隔を設けて固定支持された防護壁を、水平部及び傾斜部毎に分割して設けるとともに、各防護壁間に隙間を形成するので、導入した蒸気は、天井板の上流側にある防護壁に衝突する。このため、蒸気の湿分が凝縮して形成される液膜は防護壁に形成されるようになり、しかも、過熱蒸気流路と防護壁に形成された液膜との間には所定の間隔（隙間）が存在している。従って、高温の過熱蒸気は、天井板を介して液膜に気化熱を奪われることがなくなるので、温度低下することなく蒸気出口から流出する。

上記の発明において、前記防護壁は、前記天井板との間に断熱材を介して固定支持されていることが好ましく、これにより、高温の過熱蒸気に接する天井板から支持部材を介して防護板に伝熱することを防止できる。

上述した本発明の湿分分離加熱器によれば、蒸気受入空間と過熱蒸気を蒸気出口に導く過熱蒸気流路とを分割している天井板の蒸気受入空間側に防護壁を取り付け、天井板と防護壁との間に所定の間隔を設けたので、導入した湿分を含む蒸気は防護壁に衝突して液膜を形成するようになる。このため、天井板に液膜が形成されることはなく、従って、天井板の液膜を蒸発させるための気化熱が過熱蒸気から奪われて温度低下することもない。
この結果、本発明の湿分分離加熱器においては、加熱に要する熱エネルギーのロスを最小限に抑え、効率のよい高性能の装置となる。

本発明に係る湿分分離加熱器の一実施形態を示す要部拡大図（図３のＢ部拡大図）である。図１のＡ−Ａ断面図である。湿分分離加熱器の軸線と直交する方向の縦断面図（図４のＣ−Ｃ断面図）である。湿分分離加熱器の軸線に沿う縦断面図である。天井板に対する防護壁の取付構造に係る変形例を示す要部拡大断面図である。

以下、本発明に係る湿分分離加熱器の一実施形態を図面に基づいて説明する。
湿分分離加熱器は、蒸気中の湿分を分離するとともに加熱して過熱蒸気を生成するための装置である。この湿分分離加熱器は、たとえば原子力発電プラントにおいて、高圧蒸気タービンで使用された蒸気（高圧タービン排気）を低圧蒸気タービンで再利用するため、蒸気中の湿分を除去した後に加熱して過熱蒸気を生成し、この過熱蒸気を低圧タービンに供給して再利用するために使用される。

図３及び図４に示す湿分分離加熱器１０は、軸線を水平方向に向けた円筒形の胴本体１１内に湿分を含む蒸気を導入し、湿分を除去して加熱した過熱蒸気を生成して送出する装置である。胴本体１１には、本体下部に蒸気入口１２が設けられ、本体上部に蒸気出口１３が設けられている。図示の構成例では、蒸気入口１２が本体下部の軸方向中心位置付近に円周方向へ配列して複数箇所設けられている。また、蒸気出口１３は、本体最上部に軸線方向へ所定のピッチで配列した複数が設けられている。

胴本体１１の内部には、蒸気受入空間となる蒸気受入室１４が形成されている。蒸気受入室１４の内部には、Ｕ字状に曲折されたバッフルプレート（緩衝板）１５が配設されている。このバッフルプレート１５は、蒸気入口１２から導入した湿分を含む蒸気の衝撃を緩和するとともに、当該蒸気の流れを所望の方向へ導くものである。なお、図中の符号１４ａは、蒸気受入室１４の軸方向壁面となる仕切板である。
胴本体１１内には、蒸気受入室１４の軸方向両側に、蒸気受入室１４と連通する供給マニホールド室１６が形成されている。また、供給マニホールド室１６の下部は、多数のスリット（不図示）が形成された分配板１７となっている。なお、供給マニホールド室１６の下方には図示しない湿分分離室が形成され、湿分分離室の内部には分配板１７のスリットと接続されたミストセパレータ（不図示）が配設されている。

供給マニホールド室１６及び湿分分離室で包囲された領域には、湿分分離室と連通する加熱室１８が形成されている。加熱室１８内の下方には、Ｕ字状に曲折された第一段加熱器管群１９が胴本体１１の軸方向端部側へ管端部を向けるようにして配設され、加熱室１１８内の上方寄りには、同じくＵ字状に曲折された第二段加熱器管群２０が胴本体１１の軸方向端部側へ管端部を向けるようにして配設されている。

胴本体１１内の軸方向両端の下段側には、内部を分配室２１ａ及び回収室２１ｂに仕切られた第一段加熱器蒸気室２１が設けられている。また、胴本体１１の軸方向両端側の上段側には、内部を分配室２２ａ及び回収室２２ｂに仕切られた第二段加熱器蒸気室２２が設けられている。
加熱器蒸気室２１，２２の分配室２１ａ，２２ａには、加熱用の蒸気を供給する蒸気供給口２１ｃ，２２ｃが設けられている。なお、図中の符号２１ｄ，２２ｄは、加熱器蒸気室２１，２２の回収室２１ｂ，２２ｂに設けられた蒸気排出口であり、加熱に利用された蒸気を排出する出口となる。

第一段加熱器管群１９は、一方の管端部が第一段加熱器蒸気室２１の分配室２１ａに接続され、他方の管端部が第一段加熱器蒸気室２１の回収室２１ｂに接続されている。
同様に、第二段加熱器管群２０は、一方の管端部が第二段加熱器蒸気室２２の分配室２２ａに接続され、他方の管端部が第二段加熱器蒸気室２２の回収室２２ｂに接続されている。

胴本体１１内の上部には、加熱室１８と連通して過熱蒸気流路となる回収マニホールド室２３が軸方向へ連続して形成されている。この回収マニホールド室２３には、湿分分離加熱器１０で生成された過熱蒸気を低圧蒸気タービンへ送出する蒸気出口１３が連通して設けられている。
そして、胴本体１１内の軸方向中央部分において、蒸気受入室１４と隣接する回収マニホールド室２３との間は天井板２４により区画されている。すなわち、天井板２４で仕切られた下方空間の蒸気受入室１４内には湿分を含む蒸気が存在し、天井板２４で仕切られた上方空間の回収マニホールド室２３内には過熱蒸気が存在している。

このように構成された湿分分離加熱器１０では、高圧蒸気タービンから導入される蒸気が胴本体１１の蒸気入口１２から蒸気受入室１４内へ流入した後、バッフルプレート１５に衝突して胴本体１１の軸方向両側へ分かれて上昇する。この蒸気はさらに、胴本体１１の軸方向両側に設けられた供給マニホールド室１６内に流入した後、分配板１７のスリットを介して湿分分離室内に流入し、ミストセパレータで湿分が分離される。
ミストセパレータで湿分を分離された蒸気は、胴本体１１の軸心部分に設けられた加熱室１８内に流入し、第一段加熱器管群１９で一段加熱された後、さらに第二段加熱器管群２０で二段加熱される。こうして加熱された蒸気は過熱蒸気となり、胴本体１１の上部に設けられた過熱蒸気流路の回収マニホールド室２３を通って蒸気出口１３から低圧蒸気タービンへ送出される。

そして、胴本体（本体）１１の下部に設けた蒸気入口１２から蒸気受入空間となる蒸気受入室１４内に湿分を含む蒸気を導入し、該蒸気が湿分除去及び加熱を受けて生成された過熱蒸気を胴本体１１の上部に設けた蒸気出口１３から送出するように構成された湿分分離加熱器１０に対し、本実施形態では、蒸気受入室１４と過熱蒸気を蒸気出口１３に導く回収マニホールド室２３とを分割している天井板２４に、蒸気受入室１４側の面から所定の間隔Ｈを設けて固定支持された防護壁３０を設けてある。
防護壁３０には、たとえばステンレススチールの板材が用いられ、同じくステンレススチール製のリブ（支持部材）３１を介して天井板２４に固定支持することにより、所望の間隔Ｈが形成されている。また、リブ３１は、たとえば図２に示すように、両端を天井板２４及び防護壁３０の対向面にそれぞれ溶接するなどして固定されている。なお、図示の構成例では、防護壁３０を確実に固定支持するため、軸線方向に所定のピッチで複数のリブ３１が配設されている。

上述した防護壁３０は、図示の構成例において、天井板２４の水平部２４ａ及び両側の傾斜部２４ｂ，２４ｃ毎に独立して設けられている。すなわち、図示の構成例では、天井板２４の水平部２４ａ及び傾斜部２４ｂ，２４ｃ毎に防護板３０を３分割した防護板３０ａ，３０ｂ，３０ｃが設けられているので、各防護壁３０ａ，３０ｂ，３０ｃ間には隙間Ｓが形成されている。この隙間Ｓは、防護壁３０と天井板２４との間で生成された液滴を蒸気受入室１４側へ落下させるためのドレン流路となる。

このような湿分分離加熱器１０によれば、蒸気受入室１４と過熱蒸気を蒸気出口１３に導く回収マニホールド室２３とを分割している天井板２４に、蒸気受入室１４側の面から所定の間隔Ｈを設けて固定支持された防護壁３０を設けたので、蒸気受入室１４内に導入した蒸気は、天井板２４の上流側にある防護壁３０に衝突する。すなわち、天井板２４の上流側に位置する防護壁３０は、湿分を含んだ蒸気が天井板２４に向けて流れる流路を遮断するように配置されている。

このため、蒸気の湿分が凝縮して形成される液膜は、従来の天井板２４ではなく、防護壁３０の蒸気受入室１４側となる面に形成されるようになり、しかも、回収マニホールド室２３と防護壁３０に形成された液膜との間には、間隔Ｈの隙間が存在した状況となっている。
従って、回収マニホールド室２３を通って蒸気出口１３へ流れる高温の過熱蒸気は、液膜が形成される防護壁３０から離間した状態となり、この結果、天井板２４及び隙間Ｈを介して液膜に気化熱を奪われにくくなくなるので、温度低下することなく蒸気出口１３から流出する。なお、防護板３０の周辺は飽和蒸気であり、従って、液膜や液滴を蒸発させるようなことはない。

ところで、上述した実施形態では、支持部材のリブ３１が天井板２４に溶接等により固定支持されるものとしたが、このような固定支持構造では、従来の天井板２４ほどではないものの、高温の過熱蒸気から天井板２４及びリブ３１を介した熱伝導等により、防護板３０が温度上昇する。
そこで、防護壁３０の固定支持構造として、たとえば図５に示すように、天井板２４との間に断熱材４０を介在させる構造を採用することが望ましい。

図示の支持構造では、天井板２４側のリブ３１にフランジ３２を取り付け、フランジ３２と天井板２４との間に断熱材４０を挟持してボルト・ナット３３により固定している。このような支持構造を採用すると、過熱蒸気からの熱伝導は断熱材４０により遮断されるため、過熱蒸気による防護板３０の温度上昇を防止することができる。すなわち、断熱材４０を介在させた防護壁３０の支持構造は、高温の過熱蒸気に接する天井板２４からリブ３１を介して防護板３０に伝熱することを防止できる。
なお、ここで使用する断熱材４０としては、器内が高温高圧という理由により、たとえばロックウール等が好適である。

このように、上述した本発明の湿分分離加熱器１０によれば、蒸気受入室１４と過熱蒸気を蒸気出口１３に導く回収マニホールド室２３とを分割している天井板２４の蒸気受入室１４側に防護壁３０を取り付け、天井板２４と防護壁３０との間に所定の間隔Ｈを設けたので、導入した湿分を含む蒸気は防護壁３０に衝突して液膜を形成し、天井板２４に液膜が形成されることはない。従って、天井板２４の液膜を蒸発させるための気化熱が過熱蒸気から奪われることはなく、過熱蒸気が温度低下することもないので、加熱に要する熱エネルギーのロスを最小限に抑え、効率のよい高性能の湿分分離加熱器１０となる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

１０湿分分離加熱器
１１胴本体
１２蒸気入口
１３蒸気出口
１４蒸気受入室
１５バッフルプレート
２３回収マニホールド室
２４天井板
３０防護壁
３１リブ
３２フランジ
３３ボルト・ナット
４０断熱材

Claims

本体下部に設けた蒸気入口から蒸気受入空間内に湿分を含む蒸気を導入し、該蒸気が湿分除去及び加熱を受けて生成された過熱蒸気を本体上部に設けた蒸気出口から送出する湿分加熱器において、
前記蒸気受入空間と前記過熱蒸気を前記蒸気出口に導く過熱蒸気流路とを分割する水平部及び該水平部の両側に傾斜部を備えている天井板に、前記蒸気受入空間側の面から所定の間隔を設けて固定支持された防護壁を、前記水平部及び前記傾斜部毎に分割して設けるとともに、各防護壁間に隙間を形成することを特徴とする湿分分離加熱器。
前記防護壁が、前記天井板との間に断熱材を介して固定支持されていることを特徴とする請求項１に記載の湿分分離加熱器。