JPS59157404A - 湿分分離再熱器 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は原子力発電プラントなどにおｌ／１て、湿り度
の高い蒸気より湿分を分離し、かつその湿分を除去し大
蒸気を過熱蒸気Ｃ二再熱する湿分分離再熱装置Ｃ二関す
る。

［発明の技術的背景とその問題点］ 一般ｇ二沸騰水型あるいは加圧水型の軽水炉を用いる原
子力発電プラ′ント区二おＩ／１て一蒸気タービン（＝
送給される蒸気は、化石燃料欠周し・る火力発電プラン
トにおける蒸気と比較して湿分がはるか（二多いいわゆ
る湿り蒸気である。この湿り蒸気中の湿分け、蒸気ター
ビンの羽根を侵食するば力ｈｌＪでなく、蒸気タービン
の効率低下をまねくためＣユ除去し々ければならない。

そこで原子力発電プラントでは、高圧タービンと低圧タ
ービンの間Ｃ；例えばシェブロン形のようなドレンポケ
ット付波板形状の湿分分１１９装置を設けて、高圧ター
ビン排蒸気中に含まれているｌＯ％程度の湿分な１％あ
るいはそれ以下まで減じている。さらにこの湿分の低下
した蒸気を重圧タービンからの、抽気蒸気あるいけ原子
炉で発生する蒸気を加熱源とした再熱装置で加熱し、過
熱蒸気を低圧タービンζ二供給する再熱サイクルを採用
すると、低圧タービンの効率向上に寄与するばかりでな
く、湿り蒸気による低圧タービンの侵食を緩和すること
ができる。一般にとの湿分分離装置と再熱装置は１つの
胴の中に収容されており湿分分離再熱かと呼ばれている
。

本発明においては、湿分分離再熱器の丹熱装置Ｃ二起因
する問題の追求が対象Ｃ二なっているので、捷ず８１図
および第２図においてその問題点について説明する。第
１図５二おいて、再熱器ｋｌはその再熱ヘッダ２の内部
を隔壁３によって高温室４と低温室５とに分割され、一
端を高温室４に他端を低温室５に開口する多数のＵ字管
からなる伝熱管６および伝熱管６を取付けている管板７
と、その伝熱管６を振動防止のため適当な間隔で配置さ
れた支え板８とから構成されている。また高温室４には
、再熱蒸気導入管９が、低温室５Ｉ＝はドレン排出管ｌ
Ｏ、ベント蒸気排出管１１およびマンホール１２が設け
られている。

このよう【二構成した再熱装置１において、被再熱側蒸
気は矢示Ｙｌのように図示下方から上方へ送られる。こ
の被再熱側蒸気が伝熱管６の管外を流れる間に、伝熱管
６内を流れる再熱蒸気と熱交換し、過熱蒸気となって図
示しない低圧タービンｌ二速られる。この被再熱蒸気の
出口温度は、管内の再熱蒸気の飽和温度ζ二対し温度差
が１０〜１５℃位低くなるように設計される。

一方高圧タービンからの抽気蒸気あるいは原子炉発生蒸
気である再熱側蒸気は、矢示Ｙ２　Ｃ示す工うに再熱蒸
気導入管９を通して再熱へラダ２の高温室４に流入し、
つぎに多数のＵ字状の伝熱管６ｇ二分配されて管内を流
れる。この間６：再熱蒸気は。

管外を流れる被再熱側蒸気と熱交換するため除々Ｃ二凝
縮し、管内を流れる間ｇ二環状流、波状流１層伏流とい
ったように２相流で流ｉ１７、流動様式も変動する。そ
のためＵ字状の伝熱管６の入口付近では、気体重刑化す
なわちクォリティがはソ１で気相であるの（二対し、伝
熱管６の出口付近では、はソ０となり、随とんど液相の
ドレンとなる。このドレンけ、低温室５に流入し９、矢
示Ｙ３のよう（−ドレン排出ＷｔＯを通してドレンタン
クｇ二集められふ。

また凝縮しきらなかった再熱側蒸気はベント蒸気和ト出
管ｌ］から流出するＣ しかし、再熱１１１！Ｉ蒸気の管内流れ状態は、すべて
の管６で均等でなく必ずばらつきがある。すなわち、第
２図Ｃ二示すようにＵ字状の伝熱管６の外側管６ａと内
側管６ｂで％５二異なっている。外側管６αと内側管６
ｂとを比較した場合、管内の蒸気温度は。

両者ではｙ同じであるが、管外の被再熱蒸気Ｆｉ。

外側管６ａの下側部、内側管６ｂの下側部、内側管６ｂ
の上側部および外側管６ａの上側部へと流動するととも
薯二加熱されて温Ｊ諭が上昇する。このため。

内側管６ｂよりも外側管６αの方が管内外温度差が大き
く熱父換鍛が大きくなる。そこで外側管６ａの下側部で
は、管内を流れる再熱側蒸気が早く凝縮してドレンとな
るため、一部の箇所では凝縮を伴々う二相状態の蒸気−
蒸気の熱交換ではなく、ドレン−蒸気の熱交換となり、
ドレンは飽和水の状態よりもさら（二冷されて過冷却を
起す。

この過冷却−二よって低温室５に流入するドレンと未凝
縮蒸気の温度差は、５０〜ｂ ことがあり、伝熱管６や管板７に極端な温度分布ができ
て局所的な高熱応力が生じ、再熱装置および伝熱管６の
寿命に著しい低下をもたらす。その他檻二伝熱管６の極
端な温度分布は、伸び差の違いを生じ、伝熱管６が支え
板８の管穴Ｃ二抱来されて変形が起る場合がある。また
低温室５の排出管１０でのドレンが過冷却度が大きい状
態ｉユなると、伝熱管内の圧力損失もアンバランスとな
り、再熱へラダ２の高温室４と低温室５との圧カバラン
スＣ二工って伝熱管６内のドレンが一斉５二蒸気≦二よ
って押し出されるいわゆるハンチング現象を呈する。

この現象が起ると、再熱ヘッダ２および伝熱管６内で激
しい圧力変動Ｉ：よる不安定現象が生じるとともＣ二、
伝熱管６と管板７の溶接部が温度履歴をうけ、当該湊接
部が熱疲労によって破損するというトラブルが生じる。

いずれにしても、このような不具合やトラブルが起った
場合、原子力発電プラントを停止して補修せねばならす
、コスト的、社会的な影響が大きいばかりでなく、原子
力発都ニブラントの安全運転上からも支障をきたす欠点
があった。

［発明の目的］ 本発明の目的は、伝熱管の管内を流れるドレンの過冷却
を軽減し、伝熱管および管板に発生する局所的な高熱応
力の軽減が可能な湿分分卜Ｉｌ再熱器を提供するにある
。

［発明の靴９］ 本発明の湿分分離書１熱器は、本体胴内に湿分分離装置
と丹熱装拠とを設置し、仮再熱蒸気が前記湿分分離装置
を経たのち前記再熱装置の）都から下部へ＆通する再熱
蒸気通路を形成したことを特徴とするものである。

［発明の実施例］ 以下本発明を第、３図および第４図に示す実施例につい
て説明する。第３図において、本発明の湿分分離再熱器
２０は、横長で円筒状の本体胴２１の第２図における図
示左右の側面に被再熱蒸気入口管２２が、下側には過熱
蒸気排出管２３が設けられており、本体胴２１０両端は
第３図のようｉ二蓋板２４，２４で閉じられている。そ
して本体胴２１の中央部には、２枚の仕切板２５．２５
とその間に長手方向へ第２図の再熱路（１１１１板２６
，２６を対向させることｆ二より、被再熱蒸気の再熱路
２７ａ　、　２７ｂ　、　　２７ｃが形成される。

また再熱路側板２６．，２６の上部と天井板あの間Ｃけ
。

湿分分離壁２９が並設され、分離された湿分を第３図の
ドレン排出管３０へと導くドレン通路３１がその下部ｌ
二股けられる。さらに湿分分離壁２９の下面の被再熱蒸
気入口管２２．２２側と本体胴２１との間Ｃ二第４図ｊ
二示す蒸気分配板３２．３２を設ける。この蒸気分配板
３２．３２は長手方向Ｃついて仕切板２５．２５の間に
設けられ、本体胴２１、仕切板２５．２５および再熱路
側板２６．２６とともに蒸気分配室３３を形成している
。

本体胴２１の左側の条板２４と仕切板２５との空間には
、第１図Ｃ二本すように第１段再熱装置３４ａの再熱ヘ
ッダ３５ｚが、咬た右端の蓋板２４と仕切板２５との空
間には第２段再熱装置３４ｂの再熱ヘッダ３５ｂが設け
られている。そして多数のＵ字管の伝熱管３６が、再熱
路２７内葛二配泗され、その再熱路２７の上方側には第
１段再熱装置３４（Ｚの伝熱管３６αが、下方側には第
２段再熱装置３４ｂの伝熱管３６’ｂが束になって配設
されている。そして第１段再熱装置３４αおよび第２段
ぜ十熱装置３４ｂは従来の構造と同一で念のためこれを
第５図１ニボしている。第５図において、再熱装色３４
はその再熱ヘッダ３５の内部を隔壁３７によって高温量
３８と低温室３９とに分割され、一端を高温室３８　に
他端を低温室３９に開口する多数のＵ字管からなる伝熱
管３６およびこの伝熱管３６を取りつけている管板４０
と、その伝熱管３６を振動防止のため適当な間隔で配訂
された支え板４１とから構成されている。また高温室３
８には再熱蒸気導入管４２が、低温室３９にはドレン排
出管す３、ベント蒸気排出管４４およびマンホール４５
が設けられている。

この第５図に示すように構成された再熱装置３４におい
ては、その被再熱蒸気が第４図に示す本体胴２１の左右
に設けた被再熱蒸気導入管２２．２２より流入し、蒸気
分配室３３．３３中を軸方向へ流れ、蒸気分配板３２，
３２により軸方向へ均一（二分配され、湿分分離壁２２
．２２を通過する間Ｃ二湿分が除去されて何熱路２７α
に送られて左右の被再熱蒸気が合流する。湿分分離壁２
９で崎去された湿分（ドレン）は、重力によって湿分分
離壁２９中を流下し、ドレン通路３１中を流れてドレン
排出管３０から図示しないドレンタンクへ集められる。

再熱路２７αへ合流した被再熱蒸気は、再熱路２７内を
下方へ流Ａ、第、１段再熱装置３４４および第２段再熱
装置３４ｂのＵ字状の伝熱管３５ａおよび３６ｂの管外
を流れる間孟二伝熱管３６．２％３６ｂ管内を痺れる再
熱蒸気と熱交換し、過熱蒸気となって最終的に本体胴２
１の下部の過熱蒸気排出管器より流出して低圧タービン
へ送られる。すなわち１本発明Ｃ二おける再熱蒸気の流
れは、第１段再熱器［３４ａおよび第２段再熱装置３４
ｂとも従来通りの方式であるが、との再熱蒸気と熱交換
する被再熱蒸気の流れの方向を第４図に示すよう（二再
熱路２７α、２７ｂ。

２７ｃに向う上方から下方への方向Ｃ二流すよう鳴した
ものである。

すなわち、本発明Ｃ二おける管外被再熱蒸気は、第５図
および第６図の矢示Ｙ４に示すようｆ二Ｕ字形伝熱管３
６の外側伝熱管３６ｃ　Ｑ上側部、内側伝熱管３６ａの
上側部、内側伝熱管３６ｄの下側部および外側伝熱管３
６ｃの下側部へと流動するとともｆ二加熱されて温度が
上昇する。このため被再熱蒸気がＵ字状伝熱管３６を横
切って流動することによって加熱が進むにつれて、管内
と管外の蒸気の温度差は小さくなる。この温度差は従来
の方式で問題ζ二なったところの外側伝熱管３６ａの下
側部でけ被再熱蒸気が最も温度が上がるため、管内と管
外の温度差は小さくなりこの部分での交換熱量は小さく
なる。よって管内のドレンの過冷却は軽減される。

なお、管内のドレンの温度の下ｗｉは、被再熱蒸気の出
口温度であり、管内圧力での飽和温度よりもｌＯ〜１５
℃程度低く設計されているので、過冷却度の上限はｌＯ
℃程度となる。したがって再熱装置３４Ｃ二おける管板
４０および伝熱管３６の熱応力は軽減され、伝熱管３６
と管板４０の溶接部Ｃ二対する熱疲労も防止できる。

次Ｃ二第７図および第８図に示す他の実施例においては
、本体胴２１の下側に被再熱蒸気導入管２２およびドレ
ン排出管５０が、第８図６二おいてその右側部１ｍ、過
熱蒸気排出管２３が設けられており、その本体胴２」の
両端は蓋板ｕ１々で閉じられている。この本体胴２１の
底面付近には、本体胴２１の長手方向に沿ったかつ仕切
板２５を相互に連結する水平な底板５１が設けられてい
る。この底板５１の上面の片方には、湿分分離壁画が仕
切板２５０間を底板５１に並設され、その上部【ユ第８
図で右下りになるようシュ再熱路下部側板５２を仕切板
２５０間に設ける。湿分分離壁２９の上面、被再熱蒸気
導入管２２側から再熱路下部側板５１　Ｃ向って蒸気分
配板３２を設け、仕切板５．底板５１、本体胴２１およ
び再熱路下部側板５２Ｃ二より蒸気分配室３３を構成す
る。

本体胴２１の上部、仕切板２５の間ｌ二再熱路下部側板
５２と対向した再熱路上部側板５３が設けられ、再熱路
２７α、　２７ｂ、　２７ｃが構成されている。この再
熱路２７ａ、　２７ｂ　、　、２７ｃの内部には、上側
に第１段再熱装置３４αの伝熱管３６ａを、下側の過熱
蒸気排出管２３側Ｃ′″−第２段再熱装置３４ｂの伝熱
管３６ｂが設けられている。゛また本体胴２１の両端の
蓋板２４と仕切板２５の間の空間には、第１段再熱装置
３４ａの再熱ヘッダ３５αと第２段再熱装置３４ｂの再
熱ヘッダ３５ｂがそれぞれ設けられる。そして被再熱蒸
気は。

被再熱蒸気導入管２２より流入し、蒸気分配室３３の内
を軸方向ｌ１流れて蒸気分配＆３２により軸方向へ均一
に分配されたのち、湿分分離壁２９を通過する。

その際に被再熱蒸気中より除去された湿分９１重力によ
り湿分分離壁２９中を流下し、集められてドレン排出貢
５ｏより排出される。再熱路２７へ送られた蒸気は、再
熱路２７α、　　２７１）％　２７Ｃ内を第８図の右下
へと流れながら、第１段および第２段再熱装置３４Ｑお
よび３４ｂの伝熱管３６を横切って加熱される０ 第７図および第８図１二示す他の実施例においても、第
３図および第４図に示す実施例と同様に。

被再熱蒸気はＵ字状伝熱管３６の下側部、すなわち再熱
蒸気出口ｎの伝熱管３６で温度が上がり、管内で凝縮し
たドレンのアンダークールが軽減され。

管板および伝熱管２二ｉ生する高熱応力が軽減され、ま
た管板と伝熱管の溶接部分Ｃ二対する熱疲労が防止され
、この部分の破損が防止される。

［発明の効果］ 以上のように本発明Ｉ：おいては、再熱装置のＵ字状伝
熱管群に対し、被再熱蒸気をその上方から下方へ向うで
流通するよう構成したことＣ二より、Ｕ゛字状伝熱管の
下側部で管外の被再熱蒸気の温度が上がり、管内で凝縮
したドレンの過冷却が軽減でき、管板および伝熱管に発
生する高熱応力が軽減できる。また過冷却度の上限が１
０℃程度であるため、管板と伝熱管の溶接部分に対する
熱疲労が防止され、この部分の破損が防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の湿分分離再熱器に使用されてぃる再熱装
置を示す断面図、第２図は再熱装置における伝熱管群に
対する被再熱蒸気の流れと管群との関係を示す断面図、
兜３図は本発明による湿分分離再熱器の一実施例を示す
断面図、第４図は第。 ３図■−■糾に沿う断面図、第５図は本発明に使用する
再熱装置を示す断面図、第６図その再熱装置の伝熱管と
破門熱蒸気の流れとの関係を示す断面図、第７図は本発
明の湿分分離装置の他の実施例を示す断面図゛、第８図
はその■−■線に沿う断面図である。 ２０・・・湿分分離再熱器　２１・・・本体胴２２・・
・被再熱蒸気尋人管　２３・・・過熱蒸気排出管２５・
・・仕切板　　　　　２６・・・再熱路側板２７α、２
７ｂ、　２７ｃ・・・褥熱路　２８・・・天井板２９・
・・湿分分離壁　　　３２・・・蒸気分配板３３・・・
蒸気分配室　　　３４．２・・・第１段再熱器戦３４ｂ
・・・男２株丹熱装置３５α、３５ｂ・・・再熱ヘッダ
Ｊｂａ％　３６１）・・・伝熱管　　３７・・・隔壁３
８・・・とｈ温室　　　　　３９・・・低温室４０・・
・管板 第３図 第４図 第６図 第７図 −北

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）本体胴内に被再熱蒸気内の湿り分を除去する湿分
   分離装置とこの湿分分離装置から出た被再熱蒸７気を再
   加熱する再熱装置とを具備し、その再熱−装置は再熱蒸
   気を上部側から下部側へ流れる多数のＵ字状伝熱管群か
   ら構成し、かつこの伝熱管群の管外を流れる被再熱蒸気
   の通路をその上部側から下部側へ流れるようｆ二形成し
   たことを特徴とする湿分分離再熱器
2. （２）伝熱管群を斜めに配置し、その管外を流れる被再
   熱蒸気の通路をその斜め上方から斜め下方へ流れるよう
   に形成したことを特徴とする特許請求の範囲の第１項記
   載の湿分分離再熱器　□（８１本体胴内Ｉ：その軸方向
   ５：そ・５２枚の再熱路側と軸方向と直角の２枚の仕切
   板とで再熱蒸気路を形成し、その再熱蒸気路の上方Ｃ二
   湿分分離装置を、下方Ｉ：再熱装猷を設け、・被再熱蒸
   気を前記湿分分離装置を経て再熱装置の上方から下方へ
   流れるようＩ：構成したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の湿分分離再熱器