JPH03154682A - 水のガス抜きおよび加熱をするための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、蒸気を用いて水のガス抜きおよび加熱をする
ための装置であって、主として、内部に充填物を有する
塔と、塔頂部に配置されたガス抜きすべき水のための分
配器と、塔の上流（頂部）に配置された給水管路と、塔
の下流（底部）に配置された排水管路並びに蒸気供給管
路と、排出すべきガス／蒸気混合物のためのガス抜き管
路とを備えており、上記の４つの管路が、有利には円筒
形の塔の上方と下方でそれぞれ塔と接続されたケーシン
グに開口した形式のものに関する。

［従来技術１ 上記の形式の装置は発電所で特に給水のガス抜きのため
に使用することができる。現代的な発電所施設、特に組
合せ型のもの（Ｋｏｍｂｉ−Ｔｙｐ）では、調製済みの
水の消費がきわめて大きい。古典的な凝縮設備では例え
ば付加水として蒸気−凝縮物一循環の総循環質量流に対
して通常１〜２％を必要とする。このパーセンテージは
、酸化窒素の放出を抑制するために蒸気の注入を行なう
組合せ型施設では１５％以上に上る。

別の重要な例はプロセス蒸気を発生する施設である。熱
交換器、反応器、ヒータ等から戻る凝縮物は大ていは大
量の溶解した空気を含んでいる、それというのも凝縮物
は開放流路中および貯蔵タンク中で何度も空気と接触す
るからである。少なからぬ例において雨水も混入されて
いる。

通常のガス抜き装置（普通給水タンクと組合わされてい
る）はこの役目の遂行には余り適していない。

液体のガス抜きに関連しては交換コラム（塔とも呼ばれ
る）が公知である［リューガー（ＬＵＥＧＥＲ）　、第
１６　巻、“レキンコン・デア・フェアファーレンステ
ヒニーク（Ｌｅｘｉｋｏｎ　ｄｅｒ　Ｖｅｒｆａｈｒｅ
ｎｓｔｅｃｈｎｉｋ）　”　、第４版、トイチエ・フェ
アラークスーアンシュタルト（Ｄｅｕｔｓｃｈｅ　Ｖｅ
ｒｌａｇｓ−Ａｎｓｔａｌｔ）　　（シュトットガルト
）発行、５１頁１゜これは通常円筒形の管であり、この
中を蒸気と混合物の液体とは互いに向流でまたは交差向
流で案内される。中でもいわゆる充填塔が使用され、充
填塔はコラムジャケット内部に規則的にまたは不規則に
支持された充填物を含有している。これらの装置では液
体および分離すべき混合物の蒸気は、両方の相が物質交
換のために、かつ熱交換のために互いにできる限り緊密
に接触するように互いに交換向流で供給される。

向流操作の充填コラムの使用は一定の充填高さで最大の
分離作業を達成するためには基本的には正しい。しかし
向流操作では比較的大きな過冷却の存在は、コラムの下
方部分で行なわれる物質動力学的な分離作業に対して意
味のある作用なしにきわめて大きな蒸気分がコラムの下
方部分を乗越える（充填物のフラッディング）という問
題を伴なう、それというのも凝縮物の加熱と飽和過程が
実際には上方部分内で行なわれるからである。しかしか
かる構造上の解決は、充填物のフラッディングを回避す
るために装置のために著しい付加コストを使ってコラム
の直径をきわめて大きくしなければならない結果をもた
らす。

［発明が解決しようとする問題点１ 本発明の課題は、著しい圧力損失なしに過冷却された、
ガス抜きすべき水を蒸気と接触させそうして過冷却の再
形成とすべての溶解ガス、主として窒素、酸素および二
酸化炭素の除去が達成される、新規の高出力ガス抜き装
置を提供することである。

［問題点を解決するだめの手段１ 上記の課題を解決するための本発明の手段は蒸気供給管
路が塔の上流で、かつガス抜き管路が塔の下流でそれぞ
れ対応するケーシングに開口しており； 分配器の上流に、ノズルを介してガス抜きすべき水を噴
射される円錐形の混合室が設けられており； 円錐形の混合室の仕切り壁が蒸気分配室によって包囲さ
れていて、しかも仕切り壁中の開口を介して蒸気分配室
と連通していることである。

この新規の装置は先ず古典的な混合予熱器ガス抜き装置
の代用としてではなく（若干の状況ではこの場合もあり
得るが）、むしろ上記の装置を補完するものとして考え
られる。この装置は特に例えば雨水の前ガス抜き装置と
して使用することができる。

［発明の効果］ 新規のタイプのガス抜き装置は次の利点を有している：
この装置は従来タイプのガス抜き装置（すなわち向流、
充填物の下方で蒸気導入）で達する場合がある７ラツデ
イング限界の危険なしに水の比較的大きな加熱を行なう
可能性を与える。これにより比較的大きな加熱蒸気流で
安定しだ液圧挙動が保証される； この装置はコンパクトな構造を持つ、かつ従来の向流操
作に比べて相対的に小さな充填物容積を必要とする； この装置は著しい圧力損失なしに作業する。

円錐形の混合室が出口側で塔よりも大きな直径を有して
いる場合、かつ混合室中に噴射されろ水の噴射角が仕切
り壁の頂角に少なくとも近似している場合、きわめて有
利である。これによりノズルから噴霧された水滴がその
大きさをほぼ維持すること、すなわち液適合体が起らな
いことが達成される。

［実施例］ 混合予熱器／ガス抜き装置の構造および機能は十分に知
られているが、これらの問題について簡単に説明する： 発電所施設で普通性なわれるような、同時に加熱を伴な
うガス抜きはいくつかの特徴によって示される。先ず飽
和された低圧蒸気を介して加熱が得られ、この場合低圧
蒸気の温度は普通１００°Ｃの範囲にある。更に熱の最
適な利用という意味で蒸気の絞り、その結果の、付随す
る飽和温度の低下は許されない。その結果が過冷却凝縮
物から放出される蒸気質量流であり、これは凝縮物の過
冷却と質量流のみによって圧右される。換言すればガス
抜き装置内に自然の定常状態が得られ、この定常状態は
、上記の作用量を制御するための制御回路の作用なしに
もたらされた流れの状態と強さにのみ依存する。

凝縮物中に溶けたガスの追出しは先ず純粋に熱力学的な
ベースで行なわれる、それというのも噴霧と、蒸気での
加熱による凝縮物の温度上昇とによる圧力降下が溶けた
ガスの飽和値の低下を惹起しく噴水効果（５ｐｒｕｄｅ
ｌｅｆ　ｆｅｋむ））、そのために溶けたガスの分圧が
支配的な全圧を上回るからである。しかしガス抜きの決
定的な部分は普通物質動力学的ベースで溶けたガスがガ
ス／液体境界層を介して拡散運搬されることにより行な
われる。この運搬過程は先ず熱平衡の到達の後にのみ初
めて起り得る。

気相にあるガスの除去は、導入され、かつこれにより追
出されたガスで富化された蒸気分が低圧の容器（普通凝
縮器）内へ排出される場合（“パージ”または゛″ガス
抜″）にのみ可能であろう。

このようなガス抜きのための装置の構造と作用形式はこ
れらの問題に関してここまで知られている。

ところで本発明によれば並流操作が選択される。それと
いうのもこの操作は充填物７ラツデイングに対して十分
に鈍感であるからである。

この場合加熱と組合わされたガス抜きの流れ動力学的な
挙動を有利にするためには並流操作の若干の欠点は承知
の上で受容される。達成可能な、高い数値の脱着係数が
強調されるべきである。

ここで図面を参照する。装置は主として次の部材から構
成されている（矢印は作業媒体の流れ方向を示す）： 円筒形の塔ｌが被覆された充填体２（以下充填物と呼ぶ
）を包含している。これはバラ荷である、すなわちいわ
ゆる不規則充填（ランダム充填）である。規則的な充填
（規則光てん）の方が好適であり、規則充填は目的に適
った均一な分布によるより小さな圧力降下でより高い分
離効率という利点を有している。かかる自体公知の充填
物の材料としては高級鋼、セラミックまたはプラスチッ
ク織物を使用することができこれらはすべて水性の系に
おける良好な湿潤可能性において極立っている。充填物
は少なくとも下端で充填物支持グリッド１３によって塔
内に保持されている。

鉛直に立てられた塔ｌ上にこれよりも大きな直径のケー
シング３が載置されている。ケーシングは上方でドーム
で終っている。ケーシングの上方部分３′は円筒形をし
ており、下方部分３“は塔の直径に適合させるために減
径している。ケーシングの円筒形の上方部分３′内部に
は円錐形の混合室４が挿入されており、混合室の仕切り
壁５は大きな方の直径でもってケーシング３と、しかも
ケーシングの円筒形部から減径部分への移行部の箇所で
面一になっている。

小さい方の直径の範囲では円錐形の仕切り壁５内部に水
噴射機構が配置されている。これは環状に配置された噴
射ノズル６であり、噴射ノズルはケーシングのドームを
貫通した給水管路７から供給される。ノズルの噴射角は
有利には仕切り壁５の頂角に等しい。過冷却された水、
本実施例では高い０２−濃度を有する凝縮物はこれらの
ノズルを介して混合室内へ噴霧される。

ケーシングの円筒形の上方部分３′内には側方から蒸気
供給管路８が開口している。蒸気はケーシング壁と仕切
り壁５との間に形成された蒸気分配室９内で環状に分配
される。仕切り壁には全周および全高にわたって長手方
向に向いたスリットの形式の開口１０が設けられている
。加熱とガス抜きに用いられる蒸気はこれらのスリット
から同心的に内側の混合室内へ吹込まれ、かつ過冷却さ
れた、噴射された凝縮物と混合される。加熱により（た
だし混合室内を支配する圧力に関する飽和温度を下回る
）凝縮物中に溶けたガスの部分が追出される（噴水効果
）。

減径部分の壁に沿って滴下する凝縮物は環状のカラー１
１内に集められ、かつ充填物の本来の分配器１２内へ導
かれる。このカラーは水を壁から引離すために用いられ
る、それというのも゛この現象は充填物の分離作業の低
下をもたらすごとがあるからである（チャンネリング）
。

分配器１２は厳密に充填物２の上方に設けられている。

分配器は通常滴下する、加熱された水を捕集し、かつ塔
１の円筒形の横断面にわたって均一に分配された通路系
である。

水と蒸気は並流で並行に多層の規則的な充填物を通過し
て下へ流れる。充填物中において水の残留過冷却が除か
れる、そのためには約１００〜１５０ｍｍの充填物を必
要とするにすぎない。熱平衡到達後はコラム内における
ガス抜き過程は純物質動力学ベース上で起る。

塔１は下端で第２のケーシング１４上へ載置されている
。このケーシングの最深部にはガス抜きされ、かつ加熱
された凝縮物のための排水管路１９が２つ取付けられて
いる。充てん物支持グリッド１３の下方には環状のカラ
ー１５が取付けられており、カラーはケーシング壁と一
緒になって環状空間を形成し、環状空間は降下する凝縮
物から保護される。環状空間は蒸気で富化された蒸気の
除去に用いられる。そのためにはケーシング１４の壁に
多数の接続管１６が取付けられており、これらの接続管
は環状管！７へ接続されている。環状管１７と接続され
たガス抜き管路１８から溶けたガスの殆ど全量が噴霧蒸
気流と一緒に図示されていない吸収装置もしくは凝縮器
へ送られる。噴霧蒸気質量流は接続管内の限界的な、ま
たは限界を下回るブレンドによって制御することができ
る。

吸収混合物の質量流は、これがこの目的に関する最小値
の少なくとも１．５〜２倍であるように制御される。こ
の最小値は充填物の出口における凝縮物中の酸素の所望
の出口濃度に対する気相中の平衡濃度から求められる。

本発明による装置の一般的な作業範囲は１０ｋｇ／ｓよ
りも大きな凝縮物質量流、および通常の圧力でガス抜き
装置の入口で７０００〜１００００　ｐｐｂおよび出口
で約５０　ｐｐｂの飽和の範囲内にある酸素濃度で２０
°Ｃを上回る加熱である。入口濃度を下げると、相応し
て出口濃度が５から１Ｏｐｐｂに下げることができる。

ここでｐｐｂ４ は゛パート・パー・ピリオン（ｐａｒｔ　ｐｅｒ　ｂｉ
ｌｌｉｏｎ）”であり、これは５１単位系で凝縮物１に
ｇ当り０２１　Ｑ−９ｋｇに相当する。

上記の数値との関連でも装置、特に充填高さの寸法につ
いて絶対値の記載は断念しなければならないことは明ら
かである、それというのもこれらの数値は余りにもおび
ただしいパラメータに依存しているために余り意味がな
いからである。設計に重要なのは唯一、先ず水の加熱が
、次いで水のガス抜きが行なれることである。

【図面の簡単な説明】

添付図面は鉛直に配置されたガス抜き装置の暗示縦断面
図である。 ｌ・・・塔、２充填物、３・・・ケーシング、３′・・
・上方部分、３“・・・下方部分、４・・・混合室、５
・・・仕切り壁、６・・・噴射ノズル、７・・・給水管
路、８・・・蒸気供給管路、９・・・蒸気分配室、１０
・・・開口１１．１５・・・カラー　１２・・・分配器
、１３・・・充填物支持グリッド、１４・・・ケーシン
グ、１６・・・接続管、１７・・・環状管、１８・・・
ガス抜き管路９・・・排水管路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気を用いて水のガス抜きおよび加熱をするための
   装置であって、主として、内部に充填物（２）を有する
   塔（１）と、塔頂部に配置された、ガス抜きすべき水の
   ための分配器（１２）と、塔の上流に配置された給水管
   路（７）と、塔の下流に配置された排水管路（１９）並
   びに蒸気供給管路（８）と、排出すべきガス／蒸気混合
   物のためのガス抜き管路（１９）とを備えており、上記
   の４つの管路（７、８、１８、１９）が、有利には円筒
   形の塔（１）の上方と下方でそれぞれ塔と接続されたケ
   ーシング（３、１４）に開口した形式のものにおいて、 蒸気供給管路（８）が塔の上流で、かつガス抜き管路（
   １８）が塔の下流でそれぞれ対応するケーシング（３、
   １４）に開口しており；分配器（１２）の上流に、ノズ
   ル（６）を介してガス抜きすべき水を噴射される円錐形
   の混合室（４）が設けられており； 円錐形の混合室（４）の仕切り壁（５）が蒸気分配室（
   ９）によって包囲されていて、しかも仕切り壁中の開口
   （１０）を介して蒸気分配室と連通していることを特徴
   とする、水のガス抜きおよび加熱をするための装置。 ２、円錐形の混合室（４）が出口側で塔（１）よりも大
   きな直径を持つている、請求項１記載の装置。 ３、仕切り壁（５）中の開口（１０）がスリット状に形
   成されている、請求項１記載の装置４、混合室（４）内
   へ噴射される水の噴射角が仕切り壁（５）の頂角に少な
   くとも近似している、請求項１記載の装置。