JPH0979507A

JPH0979507A - 給水加熱器及びそれを用いた発電プラント

Info

Publication number: JPH0979507A
Application number: JP23231395A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Takamori; 和英高森; Michio Murase; 道雄村瀬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-09-11
Filing date: 1995-09-11
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【目的】ベント管の配置を適正化して不凝縮性気体を効
果的に排気して伝熱性能を向上した給水加熱器を提供す
る。【構成】給水が内部を流れる伝熱管群１２４と、伝熱管
（群）１２４を収納した円筒状の胴体１２１と、伝熱管
（群）１２４の間を流れ給水を加熱する蒸気に混入され
た不凝縮性ガスを蒸気から抽気して除去するためのベン
ト管１３１もしくはベント導入板を備えた給水加熱器１
０７において、ベント管１３１もしくはベント導入板を
円筒状の胴体１２１の軸方向に傾斜させて設置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボイラ又は原子力など
の発電プラントに用いられる給水加熱器及びそれを用い
た発電プラントに係り、特に、経済性と伝熱量を向上さ
せるのに好適な給水加熱器及びそれを用いた発電プラン
トに関する。

【０００２】

【従来の技術】発電プラントにおける給水加熱器に関す
る従来の技術としては、日立評論７２巻Ｎo.７（１９９
０−７）の第１５頁から第１８頁に記載のものがある。
この文献に記載の内容を図８及び図９により説明する。
この従来の技術では、抽気蒸気１０８が凝縮して生じた
水は、下部のドレン水出口１２５のドレン管から外部に
導かれる。蒸気とドレン水１０９が流入する二相流入口
１２２と蒸気入口１２３の直下には、蒸気とドレン水１
０９が流入することによる衝撃を緩和するために、穴あ
きのバッフル板１２６が設けられている。又、給水加熱
器１０７の上流側において抽気蒸気１０８に混入された
防錆用の不凝縮性気体を抜くためのベント管１３１が、
胴体１２１のほぼ中央部に設けられるようになってい
た。このように構成された従来の給水加熱器としては、
例えば特開平6−147406 号公報に記載のものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、プラントの出力
の増加に伴って給水加熱器も大型化する傾向にあり、従
来の技術は、経済性からみた構造や寸法の適正化につい
ては配慮されていなかった。また、不凝縮性気体を排気
するベント管が設けられているが、不凝縮性気体の挙動
が十分に明らかになっていないため、ベント管の配置
は、適正化されているものではなく、不凝縮性気体を十
分に抽気できないという問題があった。

【０００４】本発明の第１の目的は、構造と寸法を適正
化して経済性を向上した給水加熱器及びそれを用いた発
電プラントを提供することにある。

【０００５】本発明の第２の目的は、ベント管の配置を
適正化して不凝縮性気体を効果的に排気して伝熱性能を
向上した給水加熱器及びそれを用いた発電プラントを提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、本発明の給水加熱器は、給水入口と給水出口を
備え給水が内部を流れる伝熱管群と、前記伝熱管群を収
納した円筒状の胴体とを備え、該胴体が蒸気入口から流
入され前記伝熱管群の間を流れて給水を加熱した後蒸気
出口から流出するように蒸気流路が構成された給水加熱
器であって、前記胴体側の蒸気圧力が１４気圧以上では
前記伝熱管内径を１２mm以上１６mm以下に、前記胴体側
の蒸気圧力が１４気圧未満では前記伝熱管内径を５mm以
上１０mm以下に設定したことを特徴とする。

【０００７】上記第２の目的を達成するため、本発明の
給水加熱器は、給水が内部を流れる伝熱管群と、前記伝
熱管群を収納した円筒状の胴体と、前記伝熱管群の間を
流れ給水を加熱する蒸気に混入された不凝縮性ガスを前
記蒸気から抽気して除去するためのベント管もしくはベ
ント導入板を備えた給水加熱器において、該ベント管も
しくはベント導入板を前記円筒状の胴体の軸方向に傾斜
させて設置したことを特徴とするものである。

【０００８】又、給水が内部を流れる伝熱管群と、前記
伝熱管群を収納した円筒状の胴体と、前記伝熱管群の間
を流れ給水を加熱する蒸気に混入された不凝縮性ガスを
前記蒸気から抽気して除去するためのベント管を備えた
給水加熱器において、該ベント管を前記円筒状の胴体の
上下方向に複数列設置したことを特徴とする。

【０００９】又、給水が内部を流れる伝熱管群と、前記
伝熱管群を収納した円筒状の胴体と、前記伝熱管群の間
を流れ給水を加熱する蒸気に混入された不凝縮性ガスを
前記蒸気から抽気して除去するためのベント管及び該ベ
ント管及びベント導入板を備えた給水加熱器において、
前記ベント導入板が前記ベント管より下方側に延びて設
置されたものであって、前記ベント導入板の板の途中に
孔を設けたことを特徴とするものである。

【００１０】又、給水が内部を流れる伝熱管群と、前記
伝熱管群を収納した円筒状の胴体と、前記伝熱管群の間
を流れ給水を加熱する蒸気に混入された不凝縮性ガスを
前記蒸気から抽気して除去するためのベント管もしくは
ベント導入板を備えた給水加熱器において、該ベント管
もしくはベント導入板を前記円筒状の胴体の中央部に設
けられる部分とそれより下方に設けられる部分で構成し
たことを特徴とするものである。

【００１１】又、前記伝熱管群がＩ型の隙間を有するも
のであって、該隙間に前記ベント管を配置したものであ
る。

【００１２】上記第１の目的を達成するため、本発明の
発電プラントは、ボイラ又は原子力と、該ボイラ又は原
子力で発生した蒸気により回転駆動されるタービンと、
該タービンにより駆動される発電機と、前記タービンか
らの蒸気を給水に戻すための凝縮器と、該給水を加熱す
るための給水加熱器を備えた発電プラントにおいて、前
記給水加熱器が前記胴体側の蒸気圧力が低い低圧の給水
加熱器と胴体側の蒸気圧力が高い高圧の給水加熱器とで
構成されるものであって、請求項５に記載の給水加熱器
であることを特徴とするものである。

【００１３】上記第２の目的を達成するため、本発明の
発電プラントは、ボイラ又は原子力と、該ボイラ又は原
子力で発生した蒸気により回転駆動されるタービンと、
該タービンにより駆動される発電機と、前記タービンか
らの蒸気を給水に戻すための凝縮器と、該給水を加熱す
るための給水加熱器を備えた発電プラントにおいて、前
記給水加熱器が前記胴体側の蒸気圧力が低い低圧の給水
加熱器と胴体側の蒸気圧力が高い高圧の給水加熱器とで
構成されるものであって、低圧の給水加熱器が請求項１
から４，６のいずれかに記載の給水加熱器であることを
特徴とするものである。

【００１４】

【作用】上記のように構成しているので、高圧給水加熱
器，低圧給水加熱器の伝熱管本数を少ない適正な本数の
構造とすることができ、小型化できる。

【００１５】給水加熱器においては、水室側は曲がり部
より給水の温度が低く、不凝縮性気体の停滞領域が約４
０cm低い。上記のようにベント管もしくはベント導入板
を胴体の軸方向に上下にシフト（傾斜）して構成してい
るので、不凝縮性気体の停滞領域が約４０cm低いところ
でも効率良く不凝縮性気体を抽気できるので、伝熱特性
を向上できる。

【００１６】又、ベント管が上下にシフトするようにＩ
型の隙間を有する伝熱管群を構成している、ベント管を
上下に複数個有する伝熱管群を構成している、もしくは
中空のベント導入板の板の途中に孔を構成しているの
で、効率良く不凝縮性気体を抽気でき、給水加熱器の伝
熱特性を向上できる。

【００１７】また、発電プラントの、給水加熱器の経済
性を向上でき、伝熱量を向上した給水加熱器を用いるこ
とにより、発電プラントの経済性もしくは性能を向上す
ることができる。

【００１８】

【実施例】本発明の第１の実施例を図１から図５により
説明する。図１は、本実施例の発電プラントの系統図、
図２は、本実施例の給水加熱器の縦断面図、図３は、本
実施例の高圧給水加熱器の伝熱管内径と相対コストの関
係を示す図、図４は、本実施例の低圧給水加熱器の伝熱
管内径と相対コストの関係を示す図、図５は本実施例の
給水加熱器の横断面図である。

【００１９】本実施例の発電プラントの系統図は、図１
に示すようになっており、発電プラントは、ボイラ又は
原子炉１０１で発生した蒸気１０２によりタービン１０
３を回転させ、発電機１０４を駆動する。タービン１０
３から流出した蒸気は、凝縮器１０５で給水１０６に戻
された後に再びボイラ又は原子炉１０１へ流入して加熱
されて再びタービン１０３へ導かれるようになってお
り、サイクルを形成している。

【００２０】ここで、凝縮器１０を流出した給水１０６
は低温であり、熱交換器である給水加熱器１０７を設け
て、タービン１０３から導出された抽気蒸気１０８によ
って給水１０６を加熱するように構成して熱効率を向上
させている。

【００２１】給水加熱器１０７は、本実施例では１０７
ａ，１０７ｂ，１０７ｃの場合を図示しているが、複数
段設けられており、例えば、後段側の給水加熱器１０７
ｃの高温のドレン水１０９ｃは、前段側の給水加熱器１
０７ｂの加熱源として利用され、給水加熱器１０７ｂの
高温のドレン水１０９ｂはさらに前段側の給水加熱器１
０７ａの加熱源として利用される。

【００２２】ドレン水１０９ｃ，１０９ｂ，１０９ａ
は、より低圧の給水加熱器１０７ａ，１０７ｂ，１０７
ｃに流入するようになっているので、減圧沸騰によって
発生した蒸気が同伴され、水と蒸気との混合流である気
液二相流１０９ａとなる。その流動状態が給水加熱器１
０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃの伝熱特性に大きく影響す
る。また、低圧給水加熱器では、不凝縮性気体の混入が
あるため、この不凝縮性気体により、伝熱性能が低下す
る。

【００２３】給水加熱器１０７の構造は、図２に示すよ
うになっており、一般に給水加熱器１０７の胴体１２１
は、円筒形状に形成され横置きになっている。胴体１２
１の上部に設けられた蒸気入口１２３からは抽気蒸気１
０８が流入し、この抽気蒸気１０８が仕切板（伝熱管サ
ポート）１２７によって支持される伝熱管(群)１２４を
流れる低温の給水１０６ａと熱交換され、冷却されて凝
縮する。一方、伝熱管(群)１２４を流れる給水１０６ａ
は加熱されて、高温の給水１０６ｂとなって流出する。
抽気蒸気１０８が凝縮して生じた水は、下部のドレン水
出口１２５のドレン管から外部に導かれる。蒸気とドレ
ン水１０９が流入する二相流入口１２２と蒸気入口１２
３の直下には、蒸気とドレン水１０９が流入することに
よる衝撃を緩和するために、穴あきのバッフル板１２６
が設けられている。

【００２４】給水加熱器において、水室側は曲がり部よ
り給水の温度が低く、不凝縮性気体の停滞領域は、中央
部より約４０cm低位置にある。本実施例では、図２に示
すように、給水加熱器１０７の上流側において抽気蒸気
１０８に混入された防錆用の不凝縮性気体を抜くための
ベント管１３１もしくはベント導入管を胴体１２１の軸
方向（長手方向）に上下に傾斜した構造にしており、高
率良く不凝縮性気体を抽気でき、伝熱特性を向上でき
る。その結果、従来より伝熱量が大きくなる効果があ
る。

【００２５】又、本実施例においては、伝熱管の内径を
次のように設定している。給水加熱器においては、管内
流速，ピッチ，伝熱管長さ，伝熱面積，断面積，容積に
ついては、定数Ｃ_pdを用いて数１から数７のように表す
ことができる。

【００２６】

【数１】（管内流速）＝（給水流量）／((本数）×（π／４）×（管内径)² ×（水の密度)) …（数１）

【００２７】

【数２】（ピッチ）＝（定数Ｃ_pd）×（管外径） …（数２）

【００２８】

【数３】（伝熱管長さ）＝（伝熱面積）／（２π×（管外径）×（伝熱管本数）） …（数３）

【００２９】

【数４】（伝熱面積）＝２π（管外径）×（伝熱管長さ）×（本数） …（数４）

【００３０】

【数５】（断面積）＝πＤ²／４ …（数５）

【００３１】

【数６】

【００３２】

【数７】（容積）＝πＤ²／４×（伝熱管長さ）＝（定数Ｃ_pd)²／π（sin（π／３))×(伝熱面積)×(管外径） …（数７）これらの関係式を用いることにより、給水加熱器のコス
トは以下に整理され、数８で表され、この製造コストを
求めるためのＣｕ胴質量，伝熱管本数は、それぞれ数
９，数１０により計算される。

【００３３】

【数８】

【００３４】

【数９】

【００３５】

【数１０】

【００３６】従って、数１から数１０により伝熱管内径
の関数としてコストが求まる。ここで、伝熱管内径が小
さくなると胴質量のコストは減少し、伝熱管質量のコス
トが増加するので、コストが最小となる伝熱管内径が存
在する。このコストが最小となる伝熱管内径は、∂（コ
スト）／∂（伝熱管内径）＝０で求まり、内径は数１１
により計算できる。

【００３７】

【数１１】

【００３８】本実施例においては、このコストを最小と
する内径近傍の内径を有する伝熱管で構成することによ
り、経済性の観点で適正な構造や寸法の給水加熱器が得
られる。本実施例の管内径に対する給水加熱器の相対コ
ストを図３及び図４に示す。コストを適正にする管内径
を求めると、上記したように、数１から数１０から低圧
給水加熱器（胴側蒸気圧１４気圧以下）の伝熱管内径を
１２mm以上１６mm以下、又、高圧給水加熱器（胴側蒸気
圧１４気圧以上）の伝熱管内径を５mm以上１０mm以下の
大きさである。

【００３９】このように、管内径を設定することによ
り、経済性の観点から適正化した構造とすることができ
る効果がある。

【００４０】図５は、本実施例の変形例であり、給水加
熱器において、図５に示すように、Ｈ型溝２０１の他に
Ｉ型溝２０２を不凝縮性気体停滞域２０３に接触するよ
うに設けられている。ベント管１３１もしくはベント導
入板を胴体の上下方向にシフトでき、効率良く不凝縮性
気体を抽気でき、伝熱特性を向上できる。

【００４１】本発明の第２の実施例を図６により説明す
る。図６は、本実施例の給水加熱器の横断面図である。

【００４２】図６に示すように、本実施例においては、
ベント管を上下に複数個配置する構成としている。この
ように複数個のベント管による構成とすることにより、
不凝縮性気体が停滞する場所において不凝縮性気体を効
率良く抽気でき、伝熱性能を向上でき、従来より伝熱量
を大きくすることができる。

【００４３】本発明の第３の実施例を図７により説明す
る。図７は、本実施例の給水加熱器の横断面図である。

【００４４】本実施例においては、中空のベント導入板
３０１の板の途中に孔３０２を設けている。このよう
に、ベント導入板３０１の板の途中に孔３０２を設ける
構造とすることにより、第２の実施例で説明したのと同
様に、不凝縮性気体が停滞する場所において孔３０２か
ら不凝縮性気体を効率良く抽気でき、伝熱性能を向上で
き、従来より伝熱量を大きくすることができる。

【００４５】以上、第１の実施例から第３の実施例にお
いて説明した給水加熱器をボイラ又は原子力を熱源とす
る発電プラントに適用することにより、高圧給水加熱
器，低圧給水加熱器の伝熱管本数を少ない適正な本数の
構造とすることができ、小型化できるとともに給水加熱
器の経済性を向上した発電プラントを提供できる効果が
ある。又、不凝縮性気体が停滞する場所において不凝縮
性気体を効率よく抽気できるので、特に低圧給水加熱器
の伝熱量を大きくでき、発電プラントの性能を向上させ
ることができる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の給水加熱
器によれば、第１に高圧給水加熱器，低圧給水加熱器の
伝熱管本数を少ない適正な本数の構造とすることがで
き、小型化できるとともに給水加熱器の経済性を向上で
きる効果がある。

【００４７】第２に、長手方向にベント管を傾斜して設
けている、ベント管が上下にシフトするようにＩ型の隙
間を有する伝熱管群を構成している、ベント管を上下に
複数個有する伝熱管群を構成している、もしくは中空の
ベント導入板の板の途中に孔を構成しているので、効率
良く不凝縮性気体を抽気でき、給水加熱器の伝熱特性を
向上できる効果がある。

【００４８】また、本発明の発電プラントによれば、給
水加熱器の経済性を向上でき、伝熱量を向上した給水加
熱器を用いることにより、発電プラントの経済性もしく
は性能を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である発電プラントの系
統図である。

【図２】本実施例の給水加熱器の縦断面図である。

【図３】本実施例の高圧給水加熱器の伝熱管内径と相対
コストの関係を示す図である。

【図４】本実施例の低圧給水加熱器の伝熱管内径と相対
コストの関係を示す図である。

【図５】本実施例の給水加熱器の横断面図である。

【図６】本発明の第２の実施例の給水加熱器の横断面図
である。

【図７】本発明の第３の実施例の給水加熱器の横断面図
である。

【図８】従来の技術の給水加熱器の縦断面図である。

【図９】従来の技術の給水加熱器の横断面図である。

【符号の説明】

１０１…ボイラ又は原子炉、１０２…蒸気、１０３…タ
ービン、１０４…発電機、１０５…凝縮器、１０６…給
水、１０７…給水加熱器、１０８…抽気蒸気、１０９…
ドレン水、１２１…胴体、１２２…二相流入口、１２３
…蒸気入口、１２４…伝熱管（群）、１２４ａ…給水入
口側伝熱管群、１２４ｂ…給水出口側伝熱管群、１２５
…ドレン水出口、１２６…穴あきのバッフル板、１２７
…仕切板（伝熱管サポート）、１３１…ベント管、１３
２…ベント管案内板、２０１…Ｈ型溝、２０２…Ｉ型
溝、２０３…不凝縮性気体停滞域、３０１…ベント導入
板（中空板）、３０２…孔。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】給水が内部を流れる伝熱管群と、前記伝熱
管群を収納した円筒状の胴体と、前記伝熱管群の間を流
れ給水を加熱する蒸気に混入された不凝縮性ガスを前記
蒸気から抽気して除去するためのベント管もしくはベン
ト導入板を備えた給水加熱器において、該ベント管もし
くはベント導入板を前記円筒状の胴体の軸方向に傾斜さ
せて設置したことを特徴とする給水加熱器。
【請求項２】給水が内部を流れる伝熱管群と、前記伝熱
管群を収納した円筒状の胴体と、前記伝熱管群の間を流
れ給水を加熱する蒸気に混入された不凝縮性ガスを前記
蒸気から抽気して除去するためのベント管を備えた給水
加熱器において、該ベント管を前記円筒状の胴体の上下
方向に複数列設置したことを特徴とする給水加熱器。
【請求項３】給水が内部を流れる伝熱管群と、前記伝熱
管群を収納した円筒状の胴体と、前記伝熱管群の間を流
れ給水を加熱する蒸気に混入された不凝縮性ガスを前記
蒸気から抽気して除去するためのベント管及び該ベント
管及びベント導入板を備えた給水加熱器において、前記
ベント導入板が前記ベント管より下方側に延びて設置さ
れたものであって、前記ベント導入板の板の途中に孔を
設けたことを特徴とする給水加熱器。
【請求項４】給水が内部を流れる伝熱管群と、前記伝熱
管群を収納した円筒状の胴体と、前記伝熱管群の間を流
れ給水を加熱する蒸気に混入された不凝縮性ガスを前記
蒸気から抽気して除去するためのベント管もしくはベン
ト導入板を備えた給水加熱器において、該ベント管もし
くはベント導入板を前記円筒状の胴体の中央部に設けら
れる部分とそれより下方に設けられる部分で構成したこ
とを特徴とする給水加熱器。
【請求項５】給水入口と給水出口を備え給水が内部を流
れる伝熱管群と、前記伝熱管群を収納した円筒状の胴体
とを備え、該胴体が蒸気入口から流入され前記伝熱管群
の間を流れて給水を加熱した後蒸気出口から流出するよ
うに蒸気流路が構成された給水加熱器であって、前記胴
体側の蒸気圧力が１４気圧以上では前記伝熱管内径を１
２mm以上１６mm以下に、前記胴体側の蒸気圧力が１４気
圧未満では前記伝熱管内径を５mm以上１０mm以下に設定
したことを特徴とする給水加熱器。
【請求項６】前記伝熱管群がＩ型の隙間を有するもので
あって、該隙間に前記ベント管を配置した請求項１又は
４に記載の給水加熱器。
【請求項７】ボイラ又は原子力と、該ボイラ又は原子力
で発生した蒸気により回転駆動されるタービンと、該タ
ービンにより駆動される発電機と、前記タービンからの
蒸気を給水に戻すための凝縮器と、該給水を加熱するた
めの給水加熱器を備えた発電プラントにおいて、前記給
水加熱器が前記胴体側の蒸気圧力が低い低圧の給水加熱
器と胴体側の蒸気圧力が高い高圧の給水加熱器とで構成
されるものであって、低圧の給水加熱器が請求項１から
４，６のいずれかに記載の給水加熱器であることを特徴
とする発電プラント。
【請求項８】ボイラ又は原子力と、該ボイラ又は原子力
で発生した蒸気により回転駆動されるタービンと、該タ
ービンにより駆動される発電機と、前記タービンからの
蒸気を給水に戻すための凝縮器と、該給水を加熱するた
めの給水加熱器を備えた発電プラントにおいて、前記給
水加熱器が前記胴体側の蒸気圧力が低い低圧の給水加熱
器と胴体側の蒸気圧力が高い高圧の給水加熱器とで構成
されるものであって、請求項５に記載の給水加熱器であ
ることを特徴とする発電プラント。