JPH08178209A - 蒸気温度低減器 - Google Patents

蒸気温度低減器

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JPH08178209A
JPH08178209A JP32470394A JP32470394A JPH08178209A JP H08178209 A JPH08178209 A JP H08178209A JP 32470394 A JP32470394 A JP 32470394A JP 32470394 A JP32470394 A JP 32470394A JP H08178209 A JPH08178209 A JP H08178209A
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JP
Japan
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steam
temperature
protective cylinder
nozzle
steam temperature
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Pending
Application number
JP32470394A
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English (en)
Inventor
Hidehisa Yoshizako
秀久 吉廻
Atsuo Takahashi
淳夫 高橋
Atsuo Kawahara
淳夫 河原
Manabu Orimoto
学 折本
Shoji Morikawa
昭二 森川
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Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Babcock Hitachi KK
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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】発電用ボイラなどに用いる過熱蒸気の温度をノ
ズルからのスプレー水の噴霧によって冷却する蒸気温度
低減器において、過熱蒸気を流す母管やその内部に挿入
されている保護筒の温度分布を一様にして熱応力の発生
を防止し、長寿命化を図る。 【構成】過熱蒸気イをノズル5からのスプレー水の噴霧
ハにより冷却する蒸気温度低減器において、蒸気を流す
母管1の内部に挿入された保護筒6の内面に螺旋状の突
起9を設け、蒸気流及び噴霧水を円周方向に旋回させて
管内の温度を均一にし、母管1や保護筒6に発生する熱
応力を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ボイラ装置などの蒸気
温度制御装置に係り、特に、温度低減器下流の配管内面
のスプレー水などによる熱疲労損傷を大幅に改善した蒸
気温度低減器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】発電などに用いられる事業用ボイラで
は、発生した過熱蒸気の温度が大きく変動すると、下流
の蒸気タービン、あるいは高圧用の厚肉配管に過大な熱
応力が発生し、設備の寿命が低下する。そのため、過熱
蒸気温度は、極めて厳格に制御されている。過熱蒸気温
度の制御方法としては、さまざまな方法が考案され使用
されているが、最も多く使用されているのは、図6に示
した蒸気温度低減器と称されるものである。この蒸気温
度低減器は、過熱蒸気イが流れる母管1内のノズル5と
保護筒6とよりなり、下流側に挿入された温度計3によ
って出口蒸気ロの温度を検出する。そして、出口蒸気温
度が制限値を越えた場合には、制御器8によりバルブ7
を制御し、過熱蒸気にスプレー水ハを直接噴霧し、スプ
レー水の蒸発潜熱により冷却する。この方法の特徴は、
応答が速く、しかも構造が簡単な点にある。なお、蒸気
温度の低減量はスプレー水流量に比例するので、スプレ
ー水は、一般に過熱蒸気温度の偏差量(目標値からのズ
レ)に比例して投入される。そのため、偏差量が大きい
ときには、多量のスプレー水が噴霧される。
【0003】蒸気温度低減器は、高圧の主蒸気系と低圧
の再熱蒸気系とのいずれにも使われるが、主蒸気系では
スプレー水は常に噴霧されており、その量を増減する事
により蒸気温度が制御される。一方、再熱蒸気系では、
スプレー水を常時使用するとプラント効率が低下するた
め、蒸気温度が上がりすぎた場合にのみ、非常用として
使用される。
【0004】事業用ボイラは、かってはベースロードと
して用いられていたため、蒸気圧一定方式のボイラが主
流で、一定負荷のもとで運転されていた。ところが、最
近の事業用ボイラは負荷調整用として使用されるため、
ボイラも変圧方式に変わり、1日の内に何回も負荷上昇
・下降を行い、毎日のように起動停止を行っている。そ
のため、蒸気温度低減器の使用頻度は、従来に比較して
非常に高くなっている。特に、低圧蒸気系の場合、その
使用頻度は、従来は1日当たり数回であったものが、1
時間当たり数回と大幅に増えている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このように、蒸気温度
低減器は、ボイラの温度制御には欠かせないものである
が、ノズル5やノズルステム10、保護筒6、及び母管
1は、スプレー水の噴霧時には急冷されるので、熱衝撃
を生じる。そして、この熱衝撃が繰り返し発生すると、
上記の各部品に割れが発生する。そのため、このような
熱衝撃が発生しないように、様々な工夫がなされている
(例えば、実開昭55−64609号、実開平1−94
709号、実開昭59−108008号の各公報に記
載)。しかし、蒸気温度低減器内は、圧力10〜260
atg、温度400〜500℃の高温高圧の蒸気が30〜
80m/sの流速で流れているため、正確に現象を把握
することが困難で、未だに完全な対策は講じられていな
い。そのため、上記の部品は、定期点検のたびに、母管
を切って点検されているのが現状である。
【0006】ところで、図7は、図6の蒸気温度低減器
を使用した出力600MWのボイラで、再熱器用の蒸気
温度低減器のノズル5の上流側と下流側とに、熱電対を
4個ずつ円周上に埋め込んで、温度の低下量を測定した
結果である。図7のグラフでは、上下左右の4点の温度
を、平均温度で割って相対値で示してある。ここで内側
の0点の温度は冷却前、外側の曲線は冷却後の温度低下
量を示している。これにより、ノズルより上流側では円
周上の4点とも同じ温度であるのに対して、下流側で
は、左右の温度低下は小さく、逆に、上下では温度低下
が大きくなっている。つまり、左右の温度は高く、上下
の温度は低くなっている。
【0007】この原因を確かめるために、1/3縮尺の
空気流模型で実験を行ったところ、上下方向に配置され
たノズルステム10の下流には、流れが阻げられるため
に上下方向に負圧域が生じ、スプレー水滴がそこへ逆流
していた。そして、蒸気は左右の面に沿って帯状に流れ
ていることが分かった。したがって、スプレー水は上下
面に多く付着し、その温度を下げていたのである。
【0008】ところで、保護筒6は内部に水滴が付着し
ても熱応力が発生しないように流れの方向に対しては自
由な構造になっているが、上記のように円周方向に大き
な温度分布が生じると、保護筒6には大きな熱応力が発
生し、破損の原因となる。
【0009】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、蒸気の流れる母管や保護筒のスプレー水に
よる温度低下の分布を均一にして、熱応力の発生を極力
抑えることのできる蒸気温度低減器を提供することを目
的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明においては、蒸気中にスプレー水を噴霧する
蒸気温度低減器において、蒸気の流れる母管や保護筒の
内部に、蒸気流を旋回させる旋回発生手段を設ける。こ
の旋回発生手段は、スプレー水を噴霧するノズルの下流
側に設けるが、ノズルと同一面、あるいはそれよりも上
流側に設けることもできる。そして、この旋回発生手段
としては、母管や保護筒の内面に、旋回羽根、または螺
旋状の突起を設けることで達成できる。
【0011】
【作用】この蒸気温度低減器においては、母管や保護筒
内を流れる蒸気流に旋回成分を与えることにより、ノズ
ルから噴霧されるスプレー水に対しても、同様に旋回を
生じさせる。したがって、これにより、スプレー水の水
膜も母管や保護筒の内面を円周方向の回転成分をもって
均一に流れることになり、円周方向の場所による不均一
な温度分布が解消でき、熱応力の発生が防止できる。
【0012】また、この旋回成分により蒸気流とスプレ
ー水の噴霧との混合が進み、噴霧水の蒸発が進み、蒸気
温度の低減が促進される。
【0013】また、従来の蒸気流は直進流であったのに
対して、本発明では螺旋状に回転しながら流れるので、
用いる保護筒の長さを短縮することもできる。
【0014】
【実施例】図1に、本発明に係る蒸気温度低減器の一実
施例の構成図を示す。図6の従来例と異なる点は、蒸気
温度低減器の保護筒6の内面に、螺旋状の突起9が取り
付けられている点である。次に、本実施例を前記空気流
模型を用いて実験したので、それについて述べる。ま
ず、本実験装置の保護筒6の内径は200mm、保護筒
6の長さは2000mm、突起9の高さは10mm、突
起9が管軸となす角度θは30度である。空気流速は、
実機の蒸気流の運動量(質量流量×流速)にできるだけ
近づけるため、60m/sで行った。スプレー水の流量
は、ノズル5から噴出したスプレー水ハの軌跡を実機と
同じにするため、スプレー水と空気流との運動量比が合
うように設定した。
【0015】保護筒6出口の円周方向4箇所で、流れて
いる水膜を吸引装置によって吸い取り、その量を比較し
たのが図2である。図2の縦軸及び横軸は、平均値で割
った値で示してある。これにより、破線bで示した突起
無しの場合には、左右では水膜量が少なく、反対に上下
では多くなっている。これに対し、aの突起有りの場合
には、ほぼ一様になっている。これにより、実機では水
膜は円周方向で一様厚さになり、かつ、蒸発完了点が上
下左右で同じとなるので、保護筒6には熱応力が発生し
ない。
【0016】しかも、水膜の表面積が突起の無い場合に
比べて増加するので、蒸発が促進され、ぬれた領域が減
少するので、さらに応力は軽減する。
【0017】また、図3は、図1の実施例において、突
起9の高さを3,5,10mm、旋回角度θを管軸方向
に対して30,60,70°に変えて実験し、突起9の
最適値を探索した結果である。縦軸は、円周方向4点の
温度分布の変化幅(標準偏差/平均値)で、同時に、4
点の水膜量の分布をも表している。これにより、突起9
の高さは高くする程効果があるが、旋回角度θは、60
°以上になると逆に低下することが分かる。60°以上
になると、角度が急になり過ぎて、水膜が円周方向に旋
回し難くなり、そのまま突起9を乗り越えて直進してし
まう成分が増加するためである。
【0018】次に、図4は、保護筒6がベンチュリ構造
の場合に、螺旋突起9を適用したものである。蒸気流の
剥離を避けるために、ベンチュリは広がり角度が5°以
内となるように精密に仕上げられている。従来、この保
護筒6は、熱応力により変形、割れを生じ易かったが、
本発明の螺旋突起9の設置により、それが低減された。
【0019】また、図5は、螺旋発生器をノズル5の上
流に設置して、ノズル5の上流で蒸気流に旋回作用を与
えるようにした例である。この場合の旋回発生器は、短
い旋回羽根11を母管1や保護筒6の内面に複数個取り
付けたものである。この場合、ノズルステム10によ
り、蒸気流の旋回力が低下し効率が少し落ちるものの、
ノズル5からのスプレー水噴霧は、噴出すると直ちに旋
回作用を受け、また、旋回羽根11が直接、水滴に接触
することがないので、欠落したりすることがない、など
の長所がある。
【0020】なお、図5では、旋回羽根11をノズル5
の上流に設置したが、ノズル5と同一面の保護筒6内面
に設置しても、同様の効果が得られることはいうまでも
ない。
【0021】ところで、以上の旋回発生器は螺旋状の突
起であったが、その逆の溝状の構造についても試みたと
ころ、突起ほどではなかったが、効果は認められた。こ
の溝の場合、構造的に強いので、使用頻度の高い場所で
は効果が期待できる。また、上記の実施例では、螺旋突
起9は1条のみを螺旋状に取り付けたものであったが、
これを複数にすればより効果的である。
【0022】以上に述べたように、本発明に係る旋回発
生器により蒸気流とスプレー水噴霧に旋回成分を与える
ことにより、蒸気を流す母管や保護筒の円周方向の温度
分布を均一にすることができ、熱応力の発生を著しく低
減し、長寿命化に寄与することができた。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る蒸気
温度低減器においては、蒸気を流す母管や保護筒の内部
に旋回発生器を設けて蒸気やスプレー水噴霧からの水膜
を螺旋状に流すことにより、母管や保護筒の全周を一様
に冷却することができ、熱応力の発生が防止でき、母管
や保護筒を長寿命化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る蒸気温度低減器の一実施例の断面
図である。
【図2】スプレー水による水膜の量を模型実験で計測し
た結果を示す図である。
【図3】螺旋状の突起の高さと旋回角度を変えた場合
の、管内の円周方向の温度変化を示す図である。
【図4】ベンチュリ構造の保護筒に螺旋状突起を取り付
けた実施例の図である。
【図5】旋回発生器である旋回羽根をノズルの上流に取
り付けた場合の図である。
【図6】従来の蒸気温度低減器を示す断面図である。
【図7】母管円周方向の温度の低下量の分布を示す図で
ある。
【符号の説明】
1…母管 3…温度計 5…ノズル 6…保護筒 7…バルブ 8…制御器 9…螺旋状突起 10…ノズルステム 11…旋回羽根 イ…入口蒸気 ロ…出口蒸気 ハ…スプレー水
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 折本 学 広島県呉市宝町6番9号 バブコツク日立 株式会社呉工場内 (72)発明者 森川 昭二 広島県呉市宝町6番9号 バブコツク日立 株式会社呉工場内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部を蒸気が流れる母管と、該母管の内部
    に設置され蒸気中にスプレー水を噴霧するノズルと、該
    母管内に挿入された保護筒とからなる蒸気温度低減器に
    おいて、上記母管の内部または保護筒の内部に、流れる
    蒸気流に旋回成分を与える旋回発生手段を設けたことを
    特徴とする蒸気温度低減器。
  2. 【請求項2】上記旋回発生手段を上記ノズルと同一面、
    またはノズルよりも上流側に設置したことを特徴とする
    請求項1に記載の蒸気温度低減器。
  3. 【請求項3】上記旋回発生手段として旋回羽根、または
    螺旋状の突起を上記保護筒内面、または上記母管内面に
    設けたことを特徴とする請求項1または2に記載の蒸気
    温度低減器。
JP32470394A 1994-12-27 1994-12-27 蒸気温度低減器 Pending JPH08178209A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100871286B1 (ko) * 2007-05-22 2008-12-01 한국원자력연구원 플라즈마 노심의 냉각장치 및 이를 포함하는 핵융합로
JP2009168381A (ja) * 2008-01-18 2009-07-30 Hitachi Zosen Corp 排ガス冷却促進装置
JP2015511168A (ja) * 2012-01-25 2015-04-16 シーメンス アクティエンゲゼルシャフト 発電所のバイパス蒸気システムのための水噴射装置
JP2019105400A (ja) * 2017-12-12 2019-06-27 住友金属鉱山株式会社 オートクレーブ供給用の高圧蒸気の温度制御装置及びこれを用いた温度制御方法

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