JP6025266B2 - 湿分分離器構成 - Google Patents

Description

本発明は、特に発電所において使用される、高められた有効性を提供する湿分分離器構成に関する。

液滴分離器としても知られる湿分分離器は、蒸気から水滴を分離するための装置である。湿分分離器は、ガスまたは蒸気から液滴を除去するためにオイルおよびガス工業において広く用いられている。概して、以下で説明するように、複数の理由からミスト除去が必要である。
・１つの理由は、発電所のサイクル効率を高めることである。通常、火力発電所では、ボイラから発生された蒸気は、いわゆる高圧タービン（ＨＰＴ）、中圧タービン（ＭＰＴ）および低圧タービン（ＬＰＴ）において複数回膨張させられる。原子力発電所では、ボイラから送られてくる過熱または飽和した蒸気のＨＰＴにおける一回目の膨張の間、ＨＰＴシリンダに沿って核生成現象が生じ、ＨＰＴ排気における結果的な作動流体は、所定の蒸気品質を有する湿り蒸気である。効率の理由からＭＰＴおよびＬＰＴの上流において湿り蒸気を再熱する前に、飽和蒸気からの湿分の機械的な分離は、湿分分離器によって行われる：再熱器束へ送られる結果的な作動流体は、湿分含有量の低い湿り蒸気である。水の蒸発の潜熱は著しく高いので、湿分蒸発のために多くのエネルギを用いる代わりに、湿り蒸気における水分を排除し、収集された水を熱力学的サイクルにおいて送り戻すことが好ましく、蒸発プロセスによって生ぜしめられる、束における熱負荷をも制限する。
・湿分含有量を除去することによって達成される別の利点は、腐食損傷からの下流の機器の保護である。１つのタイプの湿分分離器は、ガスまたは蒸気相から液滴を除去するために、オイルおよびガス工業ならびに発電工業において広く使用されているいわゆる波形プレートミストエリミネータである。ほとんどの分離器は、慣性の原理を利用し、これにより、大きな水滴は、これらの水滴が運搬されている空気／蒸気流の流れの方向が変化させられたときに、より直線で移動し続けようとする。これらの波側プレートミストエリミネータは、空気／蒸気流路と平行に向けられた、狭い間隔を置いて配置された複数の波形の曲げられた金属シートを含む。二相流（蒸気および水滴の混合物）は、蛇行したチャネルを強制的に通過させられ、流れ方向を繰り返し変化させられる。慣性によりこのような方向転換に追従することができない水滴は、主流から逸脱し、チャネル壁部に衝突し、壁部に付着および凝集する。液体の量が十分に大きい場合、膜および液体細流が形成され、これらは、重力によって波形プレートミストエリミネータから継続的に排水される。液滴の慣性および蒸気の抗力は、チャネルを通る液滴の運動を制御する。

本発明は、従来技術における湿分分離器と比較して有効性が高められた湿分分離器に関する。

本発明は、特に発電所において使用される湿分分離器構成に関する。湿分分離器構成は、複数のプレート、好適には波形に曲げられた複数の金属シートを備え、これらのプレートは、ガス／蒸気および水滴を含みかつ引用された湿分分離器構成を通過する流れと平行に向けられており、これにより、水滴は、流れた湿分分離器構成を通過した後に蒸気から有効に分離されている。蒸気から分離された水滴は、プレート壁部に収集され、これにより、これらの水滴の量が十分に大きい場合に、液体膜または細流が形成され、これらは、次いで、重力によってプレートから排水される。

本発明の湿分分離器構成は、以下の特徴を有する：
−各プレートは、非衝突壁側および衝突壁側を有し、非衝突壁側は滑らかな表面を有するのに対し、衝突壁側は、存在する膜厚さを減じ、ひいては臨界ガス／蒸気速度における再飛散のリスクを低減し、かつプレート壁部に蓄積した液体膜を排出することを助けるための、複数の排出チャネルを構成した複数の長手方向溝を有する。
−各プレート対のカップリングは、プレート壁部からの蒸気流線分離／解離による再飛散効果を防止することを目的とするベンチュリチャネルを形成している。
−各プレート対のカップリングは、堆積した水滴を捕捉し、高い／蒸気流速度に直接的に曝されることを防止するための、第１の凹面状のキャビティを構成している。
−第２の凹面状のキャビティは、第１の凹面状のキャビティによってまだ捕捉されていない水滴を捕捉し、これらの水滴を蒸気から分離するために、湿分分離器構成におけるプレートの端部に構成されている。
−壁段部が形成されている領域において蒸気によって加えられるせん断力の作用から水膜を隔離するために、湿分分離器構成の端部において２つのプレートが合わせられたときに、壁段部も構成されている。
−まだ残っており、まだ収集されていない小さな水滴の分離を増大し、蒸気からのこれらの小さな水滴を分離するために、増大した乱流分散を有する中間領域が形成されている。
−プレートに複数の窓開口が形成されており、これらの窓開口は、蒸気のための通路を形成し、同時に構造的装置として作用し、湿分分離器構成における振動を防止する。

したがって、本発明による湿分分離器構成は、高い有効性を有する保持システムを提供することができ、漸進的な水滴収集が達成される。

本発明の、前記課題、及び付随する利点の多くは、さらに容易に認められるであろう。なぜならば、それらは、添付の図面に関連して見た場合に以下の詳細な説明を参照することによってさらに理解されるからである。

本発明による、高められた有効性を提供する湿分分離器構成の平面図である。 本発明による、高められた有効性を提供する湿分分離器構成の側面図である。 本発明による、高められた有効性を提供する湿分分離器構成の底面図である。

本発明は、図１、図２または図３のいずれかに示したように、複数のプレート１１、好適には波形に曲げられた複数の金属シートを含む湿分分離器構成１０に関する。複数のプレート１１はチャネル３０を形成しており、これらのチャネル３０を通って流れ２０が案内される：プレート１１は、引用された湿分分離器構成１０を通過する流れ２０と平行に向けられており、この流れ２０は、蒸気および水滴の混合物を含む。水滴は、流れた湿分分離器構成１０を通過している間に、蒸気から分離される。プレート１１の壁部に収集された水滴の量が十分に大きくなると、液体膜が形成され、この液体膜は次いで重力によってプレート１１から排水される。湿分分離器構成１０における各プレート１１は、非衝突壁側１２と、衝突壁側１３とを有し、非衝突壁側１２は滑らかな表面を有し、衝突壁側１３は、複数の長手方向溝１４を有し、これらの長手方向溝１４は、プレート壁部に収集された水滴の排出を助け、平均的な壁膜厚さを減じ、ひいては、せん断力の効果を減じ、その結果として、蒸気／水膜境界面のレベルにおいて作用する水抗力を減じることによって、水膜から蒸気を分離するための、複数の排出チャネル６０を形成している。プレート１１および１１’（図２参照）の各対のカップリングは、ベンチュリチャネル４０を形成しており、このベンチュリチャネル４０は、逆の圧力勾配によって誘発される壁の輪郭からの蒸気流線分離／解離による再飛散効果を防止する。その他に、プレート１１および１１’の各対のカップリングは、水滴を捕捉し、かつ非衝突壁側１２における水膜搬送を防止するために、第１の凹面状のキャビティ１０４をも形成している。

各プレート１１は、滑らかな非衝突壁側１２を有するのに対し、他方の側は、衝突壁側１３において長手方向溝１４を有する。これらの長手方向溝１４は、流れ２０から収集された水滴の排水を助けるために設けられており、これにより、水膜抗力を防止／制限する。排水チャネル６０を有するプレート１１のそれぞれのプレートの衝突壁側１３は、チャネル３０を通過するときの流れ２０における運搬蒸気の方向転換がプレート１１の衝突壁側１３にほとんど衝突する傾向を有するので、水滴を逸らせる。

排出チャネル６０は、３つの機能を有する：
ａ）水膜が排水チャネル６０に進入すると、（運搬媒体である流れ２０と、水膜との間の）水膜表面に作用する界面せん断力を減少させ、湿分分離器構成１０の出口に向かう水膜搬送をできるだけ回避する。
ｂ）排水チャネル６０における水自体の蓄積により、水の重力を増大させ、排水を助ける。
ｃ）平均的な壁膜厚さを減少させる。

２つのプレート１１および１１’のカップリングは、一種のベンチュリチャネル４０を生じ、非衝突壁側に収集された水を捕捉することを目的とする第１の凹面状のキャビティ１０４を生じる。ベンチュリチャネル４０は、（ベンチュリチャネルの直前におけるチョーキングを回避するために）ベンチュリ自体の内部に水膜を吸い込み、それと同時に、この種の波形プレート湿分分離器のための文献において再飛散として知られる効果である、ベンチュリチャネル４０の入口に対応するプレート１１の湾曲の直後に生じる、搬送媒体（流れ２０）の乱流分離による、プレート１１の衝突壁側１３からの水膜解離を回避することを目的とする。ベンチュリチャネル４０の反対側において、チャネル３０の初期幅は、ベンチュリ自体によって占められる空間のために減少させられており、窓開口およびチャネル３０の曲げによるチャネル３０の残りの部分の横断面の減少により、流れ２０における残りの水滴は加速させられ、これらの水滴は、流れ２０（運搬媒体）の方向の強い変化をたどることができないので、これらの水滴は、プレート１１の非衝突壁側１２に衝突し、これにより、水膜を形成し、この水膜は、第１の凹面状キャビティ１０４により収集および排水される。

本発明の湿分分離器構成１０は、まだ排水されていないならば、ベンチュリチャネル４０から搬出される水膜を排水するために、また、まだ第１の凹面状キャビティ１０４によってまだ捕捉されていない水滴を捕捉し、これらの水滴を蒸気（図２）から分離するために、プレート１１の端部に構成された少なくとも第２の凹面状キャビティ１０３を有する。その他に、壁段部１０２が形成されている領域において蒸気によって加えられるせん断力の作用から水膜を隔離するために、湿分分離器構成１０の端部において２つのプレート１１および１１’が合わせられたときに、壁段部１０２も構成されている。

図２は、増大した乱流分散を備えた中間領域１０１を示しており、この中間領域１０１は、まだ残っておりかつまだ収集されていない小さな液滴の収集を増大するように構成されており、これらの小さな水滴を流れ２０における蒸気から分離する。

本発明の湿分分離器構成１０は、流れ２０への通路を形成すると同時に構造的装置として作用し、チャネル３０を形作り、湿分分離構成１０における振動を防止する、複数の窓開口７０（図３参照）をも有する。

一般的に、湿分分離器は、海洋ガスタービンおよび工業用途において使用される。発電所では、複数の理由からミスト除去が必要である：
−１つの理由は、ＨＰＴ（高圧タービン）、ＭＰＴおよびＬＰＴ（中圧および低圧タービン）によって複数回蒸気が膨張させられる熱サイクルを扱う発電所のサイクル効率を高めることであり、蒸気は、膨張させられた後、次のタービンによって処理される前に、そのエンタルピを増大させるために再熱プロセスを受ける。蒸発の潜熱はかなり高いので、湿り蒸気の湿分含有量は、蒸発プロセスによって除去する代わりに機械的に分離される。
−湿分含有量を除去することによって達成される別の利点は、腐食損傷からの下流の機器の保護である。

従来技術における公知の構成に対する本発明の湿分分離器構成１０の主な利点は以下のとおりである：
−再飛散効果が生じるためのより高い動的圧力
−分離器プレート（ガター）の底部に水を収集するために、より高いプレートおよび結果的により少ない構成部材が必要である
−蒸気の方向に関するより短いプレート
−モジュール性。

本発明は、好適な実施の形態に関して完全に説明されたが、本発明の範囲に変更が加えられてよく、本発明をこれらの実施の形態によって限定されるものと考えず、しかし以下の請求項の内容による。

１０ 湿分分離器構成
１１，１１’ プレート
２０ 流れ（流れ及び水滴）
３０ チャネル
１２ プレートの非衝突壁側
１３ プレートの衝突壁側
１４ 長手方向溝
４０ ベンチュリチャネル
１０１ 増大した乱流分散を備えた中間領域
１０２ 壁段部
１０３ 第２の凹面状キャビティ
１０４ 第１の凹面状キャビティ
６０ 排水チャネル
７０ 窓開口

Claims (9)

1. 蒸気および水滴の混合物を含む流れ（２０）の蒸気から水滴を分離するための湿分分離器構成（１０）であって、引用した流れ（２０）は、この分離が達成されるように湿分分離器構成（１０）を通過し、該湿分分離器構成（１０）は、前記流れ（２０）と平行に向きづけられた複数の第１プレート（１１）を有する、湿分分離器構成（１０）において、
   前記複数の第１プレート（１１）はチャネル（３０）を形成しており、これらのチャネル（３０）を前記流れ（２０）が通過するようになっており、前記チャネル（３０）は、前記流れ（２０）における蒸気から分離された水滴を次第に収集するために、前記流れ（２０）の方向に沿って漸進的な横断面変化を有し、
   前記第１プレート（１１）及び第２プレート（１１’）のそれぞれの対のカップリングは、ベンチュリチャネル（４０）を構成し、該ベンチュリチャネル（４０）は、蒸気流線が衝突壁から解離しないことを助け、これにより、この壁側における再飛散効果を防止し、
   前記第２プレート（１１’）は、チャネル（３０）を形成するための複数の窓開口（７０）を有しており、複数の前記窓開口（７０）は、前記流れ（２０）のための通路を形成していることを特徴とする、蒸気および水滴の混合物を含む流れの蒸気から水滴を分離するための湿分分離器構成（１０）。
2. 前記複数の第１プレート（１１）は、波形に曲げられた複数のシートを含む、請求項１記載の湿分分離器構成（１０）。
3. 前記チャネル（３０）は、蒸気からの小さな水滴の収集を増大させるために、前記流れ（２０）が、増大した乱流分散に曝されるところに中間領域（１０１）が形成されるように構成されている、請求項２記載の湿分分離器構成（１０）。
4. 前記複数の第１プレート（１１）のそれぞれ１つは、その壁側（１３）のうちの一方において、複数の排水チャネル（６０）を構成する複数の長手方向溝（１４）を有しており、これにより、界面蒸気／水膜せん断応力効果による水膜搬送を回避している、請求項１から３までのいずれか１項記載の湿分分離器構成（１０）。
5. 前記第１プレート（１１）及び前記第２プレート（１１’）のそれぞれの対のカップリングは、小さな水滴を捕捉し、該水滴を前記流れ（２０）における蒸気から分離し、チャネルのこの側に収集された水膜がキャリオーバされることを防止するために、第１の凹面状キャビティ（１０４）を構成している、請求項１から４までのいずれか１項記載の湿分分離器構成（１０）。
6. 第１の凹面状キャビティ（１０４）によってまだ捕捉されていない水滴を捕捉し、チャネルのこの側に収集された水膜がキャリオーバされるのを防止するために、第２の凹面状キャビティ（１０３）が前記第１プレート（１１）の端部に構成されている、請求項５記載の湿分分離器構成（１０）。
7. 壁段部（１０２）が形成されている領域において蒸気によって加えられるせん断力の作用から水膜を隔離するために、湿分分離器構成（１０）の端部において２つの前記第１プレート（１１）および前記第２プレート（１１’）が合わせられたときに、壁段部（１０２）も構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の湿分分離器構成（１０）。
8. 複数の前記窓開口（７０）は、前記湿分分離器構成（１０）における振動を防止する、請求項１から７までのいずれか１項記載の湿分分離器構成（１０）。
9. 請求項１から８までのいずれか１項記載の湿分分離器構成（１０）を含む熱交換器。

Images