JP5645538B2 - 脱気器 - Google Patents

Description

本発明は、給水中に含まれている溶存酸素を取り除き、ボイラ等の蒸気発生器に供給するための脱気器に関するものである。

火力発電プラントや原子力発電プラント等においては、給水中の溶存酸素によってプラントの構成機器が腐食することを抑制するために、給水中の溶存酸素を除去する脱気器が使用されている。

脱気器として、双胴式脱気器と称されるものと、単胴式脱気器と称されるものとの２種類が知られている。前記双胴式脱気器は、脱気部と貯水部とを別々に備え、脱気部で霧状にした給水に蒸気を加えて溶存酸素を取り除き、脱気した給水を貯水部に溜めるものである。また、前記単胴式脱気器は、一つの胴体内に脱気部と貯水部とが併存し、貯水部に溜められた給水に気泡状にした蒸気を加え、給水中の溶存酸素を取り除くものである。

従来の単胴式脱気器の一例について図６を用いて説明する。
単胴式脱気器１０１は、横長筒状の胴体１０２を有し、胴体１０２の頭部側に給水供給部１０３と蒸気供給部１０４とを備え、胴体１０２の底部側に給水出口部１０５を備えている。

給水供給部１０３は、スプレーノズル１３１と該スプレーノズル１３１に給水を導入する導入口１３２から構成され、導入口１３２から導入された給水をスプレーノズル１３１で霧状にして胴体１０２に形成される貯水部１０６に噴霧して供給するものである。

また、蒸気供給部１０４は、蒸気を導入する蒸気入口管１４１と、蒸気入口管１４１に接続されて胴体１０２の軸方向に延びる蒸気ヘッダー１４２と、蒸気ヘッダー１４２から貯水部１０６に向って延びて貯水部１０６内で多数の開孔部を有するスプレーパイプ１４３とから構成され、蒸気タービン（不図示）などの外部機器からの蒸気を蒸気入口管１４１、蒸気ヘッダー１４２、スプレーパイプ１４３を介して貯水部１０６内に供給するものである。

このような構成の脱気器１０１において、スプレーパイプ１４３の前記開孔部からの蒸気は、気泡となって貯水部１０６の給水（貯水）中に噴出され、気泡の持つ広い接触面積で給水（貯水）と直接接触し、給水（貯水）に含まれる酸素を加熱脱気させる。給水（貯水）から酸素を加熱脱気させた気泡としての蒸気は、貯水部１０６中を上昇して胴体１０２内上部の蒸気空間部１０７に達すると、ここで給水供給部１０３のスプレーノズル１３１から噴霧される霧状の給水と直接接触し、給水に含まれる酸素を加熱脱気させる。脱気により給水から分離された酸素及び随伴蒸気は胴体２の上部に設けた空気出口（不図示）より外部に排出される。また、脱気された給水は給水出口部１０５より排出され、脱気水の必要なプラント内の機器に送られる。

このようにして、従来の単胴式脱気器は、給水に含まれる酸素を加熱脱気させ、溶存酸素によるプラントの構成機器が腐食を防止するものである。このような従来の単胴式脱気器は、例えば特許文献１、特許文献２に開示されている。

さらに、図７に示したように、貯水部１０６に仕切板１０８を設け、貯水部１０６を対向流領域１６１と対向流領域１６２とに分割した単胴式脱気器も知られている。図７に示した単胴式脱気器においては、仕切板を設けた以外の構成は図６に示した単胴式脱気器と同様である。なお、仕切板１０８は下方に間隙１０９が形成されるように設けられており、該間隙１０９によって対向流領域１６１と対向流領域１６２とは連通している。

図７に示した単胴式脱気器においては、仕切板１０８を設けることで、対向流領域１６１では、スプレーノズル１３１から貯水部１０６に供給された給水は、該噴霧の勢いによって下向きに流れ、上昇する気泡としての蒸気と対向接触する。また、前記給水は、仕切板１０８の下方の間隙１０９を通過してから、対向流領域１６２では胴体１０２の軸方向に流れ、上昇する気泡としての蒸気と直交接触する。

給水と蒸気は、対向接触する場合よりも、直交接触する方が、接触によって水の乱流が生じやすく、該乱流により気泡としての蒸気と給水との接触頻度が上がり脱気効率が上昇する。即ち、図７に示した単胴式脱気器においては、仕切板１０８を設けることで給水と蒸気が直交接触する直交接触領域１６２を作り出し、脱気効率の向上を図ったものである。

特開平１１−３５１５０７号公報 特許第３６８４１９２号公報

しかしながら、図６、図７に示した従来技術における単胴式脱気器においては、何れもスプレーノズル１３１下方では、スプレーノズル１３１から貯水部１０６に噴霧された給水の流れは下向き方向である。そのため、スプレーノズル１３１下方では下向きに流れる給水と、上昇する前記気泡としての蒸気は対向接触する。そのため、スプレーノズル１３１の下方では脱気効率が充分ではなく、例えば大型プラントで脱気器を使用する場合には脱気能力を上げるために胴体を非常に長いものとする必要があり、脱気器の設置場所の制約や脱気器の製作コストの面で問題が生じる。

従って、胴体内の貯水部に上方より給水を供給する給水供給部の下方であっても、給水と蒸気とを直交接触させることができ、脱気効率の向上が可能である単胴式の脱気器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明においては内部に給水を貯留する貯水部を有する胴体と、前記胴体の上部に設けられ前記貯水部に給水を噴出する給水供給部と、前記胴体の貯水部に蒸気を供給する蒸気供給部と、前記胴体の底部に設けられ前記給水を排出するための給水出口部とを有する脱気器において、
前記給水供給部は、前記貯水部に上方より給水を噴出する給水噴出手段と、前記給水噴出手段より噴出された給水を前記胴体の軸方向と直交する水平方向中心部に向ける規制手段とを有し、
前記蒸気供給部は、前記貯水部中に蒸気を噴出させる蒸気噴出手段を前記胴体の軸方向と直交する水平方向に複数備えたスプレーパイプ群からなる蒸気噴出手段群を、前記胴体の軸方向に複数群有して構成され、
前記貯水部を、対向流領域と直交流領域の２つの領域に分割し、且つ下部に間隙を設けて配置される仕切板を有し、該仕切り板にて脱気器の胴体内部は領域分割されており該領域分割された前記仕切板の一側で前記給水噴出手段から噴出された給水が前記胴体中心付近をそのまま下降して前記胴体の下端まで達し、そこで前記胴体の内周面に沿って流れる前記対向流領域と、
一方前記蒸気噴出手段群を構成する前記スプレーパイプ群は、前記胴体の軸方向と直交する方向の中心付近の範囲には設けずに、前記蒸気噴出手段群を構成する各スプレーパイプの下端位置からその鉛直方向下方の胴体内周面までの間隙の距離を同一に設定して前記仕切板の他側で該スプレーパイプ群の下方で噴出された蒸気と給水の流れは略直交して接触する直交流領域との組み合わせからなる脱気器を提案する。

これにより、前記給水噴出手段によって噴出された給水は前記既成手段によってその噴霧方向を規制されて前記胴体の軸方向と直交する方向の中心付近に噴霧され、その後、胴体中心付近をそのまま下降し、下端まで達すると、胴体の内周面に沿って上昇していく。なお、このとき、前記胴体の軸方向と直交する水平方向の中心付近には前記蒸気噴出手段が設けられていないので、蒸気噴出手段が給水噴出手段から噴出された給水が胴体２の軸方向と直交する方向の中心付近を下降することを前記蒸気噴出手段が妨害することはなく、さらに、前記間隙の存在により、給水が前記胴体の内周面に沿って上昇することを、前記蒸気噴出手段が妨害することはない。

つまり、蒸気噴出手段の下方では給水は胴体の内周面に沿って流れており、即ち略水平に流れている。従って、蒸気噴出手段の下方では蒸気と給水は略直交して接触するため、高効率で給水に含まれる酸素を加熱脱気することができる。さらに、前記蒸気噴出手段群は、胴体の軸方向と直交する方向、即ち給水の流れに沿って複数設けているため、給水はその流れの中で蒸気と高効率で接触し、脱気効率を高めることができる。

また、前記噴出手段群を構成する各噴出手段の下端位置からその鉛直方向下方の胴体内周面までの間隙の距離を同一に設定するとよい。
これにより、前記間隙を、前記給水が胴体の内周面に沿って流れることを促進できる。

また、前記噴出手段群を構成する複数の噴出手段は、前記胴体の軸方向と直交する水平方向中心線を軸線とした線対称に配置されているとよい。
これにより、どのように流れた給水も均等に蒸気と接触することができ、脱気のムラを無くすことができる。

また、前記貯水部を、前記胴体の軸線方向に２つの領域に分割する仕切板を有し、該仕切板は下部に間隙を設けて配置されて、該間隙を介して前記２つの領域は連通されており、前記給水供給部は、前記２つの領域の一方にのみ給水を供給するように配されるとともに、前記給水出口部は、前記給水供給部から給水が供給される領域と別の領域に配されるとよい。

本発明によれば、胴体内の貯水部に上方より給水を供給する給水供給部の下方であっても、給水と蒸気とを直交接触させることができ、脱気効率の向上が可能である単胴式の脱気器を提供することができる。

実施例における単胴式脱気器を示す概略横断面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 給水供給部の別の例の胴体の軸方向と直交する方向の断面図である。 図３におけるＢ方向矢視図である。 図４におけるＣ方向矢視図である。 従来の単胴式脱気器の一例を示す概略横断面図である。 従来の単胴式脱気器の別の例を示す概略横断面図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

まず、図１及び図２を用いて本発明の脱気器の構成について説明する。
図１は、実施例における単胴式脱気器を示す概略横断面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。

本発明の単胴式脱気器１は、横長筒状の胴体２を有し、胴体２の頭部側に給水供給部３と蒸気供給部４とを備え、胴体２の底部側でかつ給水供給部３から胴体２の軸方向に離れる方向の位置に給水出口部５を備えている。

給水供給部３は、多数のスプレーノズル３１が取り付けられた板状部材３３と、該板状部材３３の上部空間３６に給水を導入する導入口３２と、ガイド３５から構成されている。板状部材３３は、胴体２の軸方向両端は仕切板３４で仕切られ、胴体２の軸方向と直交する方向の両端は図２に示すように胴体２の内壁に取り付けられており、板状部材３３の上部空間３６は閉じた空間となっている。また、スプレーノズル３１は、上部空間３６に導入口３２から供給された給水を霧状にして胴体２に形成される貯水部６に噴霧して供給するものである。また、ガイド３５はスプレーノズル３１によって噴霧される給水の噴霧方向を規制するものであって、ガイド３５によってスプレーノズル３１から噴霧された給水は、胴体２の軸方向と直交する方向の胴体中心付近に噴霧される。

また、蒸気供給部４は、蒸気を導入する蒸気入口管４１と、蒸気入口管４１に接続されて胴体２の軸方向に延びる蒸気ヘッダー４２と、蒸気ヘッダー４２から貯水部６に向って延びて、前記胴体の軸方向に複数配設されるスプレーパイプ群４３とから構成される。スプレーパイプ群４３は、貯水部６内で多数の開孔部を有する複数（本実施例においては６つ）のスプレーパイプ４３ａ、４３ｂ・・・４３ｆから構成されている。即ち、蒸気供給部４は、蒸気タービン（不図示）などの外部機器からの蒸気を蒸気入口管４１、蒸気ヘッダ４２、スプレーパイプ群４３を介して貯水部６内に供給するものである。

スプレーパイプ群４３は、図２に示すように、胴体２の軸方向と直交する方向に複数本（図２に示した本実施例においては６本）のスプレーパイプ４３ａ、４３ｂ・・・４３ｆから構成されており、各スプレーパイプ４３ａ、４３ｂ・・・４３ｆの下端とその鉛直方向下側の胴体２の内表面との距離ｄが全て同じになるように各スプレーパイプ４３ａ、４３ｂ・・・４３ｆは設けられている。また、胴体２の軸方向と直交する方向の中心付近（図２においてａで表す範囲／スプレーパイプより噴出した蒸気泡が、隣接するスプレーパイプから噴出した蒸気泡とぶつかり、合体し、気泡サイズが大きくならない範囲及び当該範囲と下降流の幅ｆ_１を加えた間隔が設けられた範囲）にはスプレーパイプは配設されていない。

また、貯水部６には仕切板８が設けられており、仕切板８によって貯水部６は対向流領域６１と、直交流領域６２とに分割されている。なお、仕切板８は、下方に間隙９が形成されるように設けられており、間隙９によって対向流領域６１と直交流領域６２とは連通している。

このような脱気器１において、対向流領域６１では、スプレーノズル３１から噴霧された給水は、ガイド３５によってその噴霧方向を規制されて胴体２の軸方向と直交する方向の胴体中心付近に噴霧される。そして、該給水は図２にｆ_１で示したように前記胴体中心付近をそのまま下降する。該給水は、胴体２の下端まで達すると、そこで図２にｆ_２→ｆ_３で示したように胴体２の内周面に沿って上昇していく。

このとき、スプレーパイプ群４３を構成するスプレーパイプは、図２にａで示す胴体２の軸方向と直交する方向の中心付近の範囲には設けられていないので、スプレーパイプ４３がスプレーノズル３１から噴霧された給水が胴体２の軸方向と直交する方向の中心付近を下降すること（図２に示したｆ_１の流れ）を妨害することはない。

また、各スプレーパイプ４３の下端とその鉛直方向下側の胴体２の内表面との距離ｄが全て同じになるように複数本のスプレーパイプ４３は設けられているので、スプレーパイプ４３が胴体２の内周面に沿って流れることを妨害することもなく、前記距離ｄを均一にすることで給水の内周面に沿った流れの形成を促進している。

一方、スプレーパイプ群４３を形成する各スプレーパイプ４３ａ、４３ｂ・・・４３ｆの前記開口部からの蒸気は、気泡となって貯水部６の給水（貯水）中に噴出され、気泡の持つ広い接触面積で給水（貯水）と直接接触し、給水（貯水）に含まれる酸素を加熱脱気させる。このとき、蒸気は各スプレーパイプ４３ａ、４３ｂ・・・４３ｆから下向きに噴出され、その後上昇するため、上下方向の流れを形成する。一方、各スプレーパイプ４３ａ、４３ｂ・・・４３ｆの下側では給水は図２に示したようにスプレーパイプの下方を胴体２の内周面に沿って流れており、即ち略水平に流れている。

従って、スプレーパイプ４３ａ、４３ｂ・・・４３ｆの下方では蒸気と給水は略直交して接触するため、高効率で給水に含まれる酸素を加熱脱気することができる。さらに、スプレーパイプ４３ａ、４３ｂ・・・４３ｆを胴体２の軸方向と直交する方向、即ち給水の流れに沿って複数本（図２の例においては６本）設けているため、給水はその流れの中で蒸気と高効率で接触し、脱気効率を高めることができる。

なお、給水（貯水）から酸素を加熱脱気させた気泡としての蒸気は、貯水部６中を上昇して胴体２内上部の蒸気空間部７に達すると、ここで給水供給部３のスプレーノズル３１から噴霧される霧状の給水と直接接触し、給水に含まれる酸素を加熱脱気させる。脱気により給水から分離された酸素及び随伴蒸気は胴体２の上部に設けた空気出口（不図示）より外部に排出される。

即ち、本実施例によれば、対向流領域６１においても蒸気と給水を直交に近い状態で接触させることができ、高効率での脱気が可能である。

また、直交流領域においては、前記給水が、仕切板８の下方の間隙９を通過することで、胴体２の軸方向に流れ、上昇する気泡としての蒸気と直交接触して加熱脱気される。直交流領域では蒸気と給水が直交接触するため高効率での脱気が可能である。
対向流領域及び直交流領域で脱気された給水は給水出口部５より外部に排出され、脱気された水を必要とする他機器に送られて使用される。

本発明においては、給水を霧化して噴霧するスプレーノズル３１の下方であっても蒸気と給水を直交に近い状態で接触させることができるため、脱気効率の向上が可能である。

なお、給水供給部１０３は、図６、図７に示した形態に限られず、他の形態とすることもできる。給水供給部１０３の他の形態の一例について図３〜図４を用いて説明する。図３〜図４は、給水供給部の別の形態を示す図であり、図３は胴体２の軸方向と直交する方向の断面図であって図２の上部に相当するもの、図４は図３におけるＢ方向矢視図、図５は図４におけるＣ方向矢視図である。

給水供給部３’は、６本のスプレーノズル３１’が取り付けられた胴体２と、給水を貯留しスプレーノズル３１’に供給するヘッダー３６’と、該ヘッダー３６’に給水を導入する導入口３２’と、ガイド３５’から構成されている。図４〜図３に示したような給水供給部３’では、導入口３２’から導入された給水は、ヘッダー３６’に一旦貯留され、各スプレーノズル３１’より胴体２内の貯水部６へ向けて噴霧される。この際、ガイド３５’によって胴体２の軸方向と直交する方向の胴体中心付近に噴霧されるように規制される。
図４〜図３に示したような給水供給部３’の形態は大量の給水を供給する場合に適しており、給水の供給量即ち脱気器１の処理量に応じて適切な給水供給部の形態を選択するとよい。

胴体内の貯水部に上方より給水を供給する給水供給部の下方であっても、給水と蒸気とを直交接触させることができ、脱気効率の向上が可能である単胴式の脱気器として利用することができる。

１ 脱気器
２ 胴体
３ 給水供給部
４ 蒸気供給部
５ 給水出口部
６ 貯水部
８ 仕切板
９ 間隙
３１ スプレーノズル（給水噴出手段）
３５ ガイド（規制手段）
４３ スプレーパイプ群（蒸気噴出手段群）
４３ａ〜４３ｆ スプレーパイプ（蒸気噴出手段）

Claims (3)

1. 内部に給水を貯留する貯水部を有する胴体と、前記胴体の上部に設けられ前記貯水部に給水を噴出する給水供給部と、前記胴体の貯水部に蒸気を供給する蒸気供給部と、前記胴体の底部に設けられ前記給水を排出するための給水出口部とを有する脱気器において、
   前記給水供給部は、前記貯水部に上方より給水を噴出する給水噴出手段と、前記給水噴出手段より噴出された給水を前記胴体の軸方向と直交する水平方向中心部に向ける規制手段とを有し、
   前記蒸気供給部は、前記貯水部中に蒸気を噴出させる蒸気噴出手段を前記胴体の軸方向と直交する水平方向に複数備えたスプレーパイプ群からなる蒸気噴出手段群を、前記胴体の軸方向に複数群有して構成され、
   前記貯水部を、対向流領域と直交流領域の２つの領域に分割し、且つ下部に間隙を設けて配置される仕切板を有し、該仕切り板にて脱気器の胴体内部は領域分割されており該領域分割された前記仕切板の一側で前記給水噴出手段から噴出された給水が前記胴体中心付近をそのまま下降して前記胴体の下端まで達し、そこで前記胴体の内周面に沿って流れる前記対向流領域と、
   一方前記蒸気噴出手段群を構成する前記スプレーパイプ群は、前記胴体の軸方向と直交する方向の中心付近の範囲には設けずに、前記蒸気噴出手段群を構成する各スプレーパイプの下端位置からその鉛直方向下方の胴体内周面までの間隙の距離を同一に設定して前記仕切板の他側で該スプレーパイプ群の下方で噴出された蒸気と給水の流れは略直交して接触する直交流領域との組み合わせからなることを特徴とする脱気器。
2. 前記噴出手段群を構成する複数のスプレーパイプは、前記胴体の軸方向と直交する水平方向中心線を軸線とした線対称に配置されていることを特徴とする請求項１記載の脱気器。
3. 前記仕切板を介して前記２つの領域は連通されており、
   前記給水供給部は、前記２つの領域の一方にのみ給水を供給するように配されるとともに、
   前記給水出口部は、前記給水供給部から給水が供給される領域と別の領域に配されることを特徴とする請求項１記載の脱気器。

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