JPS6011282B2 - ナトリウム加熱蒸気発生器の過熱器通気量の制御方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高速増殖炉に使用されるナトリウム加熱蒸気発
生器の過熱蒸気通気量の制御方法とその装置に関し、特
にナトリウムにより給水を加熱する蒸発器、過熱器およ
び再熱器をＹ型結合した蒸気発生器における過熱器およ
び再熱器を起動する際に、蒸発器入口のナトリウム温度
の変動を一定範囲に抑えることにより、２次的に蒸発器
出口の蒸気温度を制御するための過熱器通気量の制御方
法と装置に関する。

第１図は高速増殖炉による発電プラントの構成を示す図
である。

高速増殖炉１の炉心２を冷却する１次ナトリウム冷却材
は、１次コールドレグ３に設けられた１次主循環ポンプ
４‘こより炉心２に送られて、炉心で発生する熱を除去
して１次ホットレグ５から原子炉外の中間熱交換器６に
入り、ここで２次ナトリウム冷却材と熱交換して１次コ
ールドレグ３に戻り、前述の径路で原子炉炉心内を循環
する。２次ナトリウム冷却材は、２次コールドレグ７に
設けられれた２次主循環ポンプ８により前述の中間熱交
換器６に入り、ここで１次ナトリウム冷却材により炉心
から除去された熱を受取り、２次ホットレグ９から、そ
れぞれナトリウム流量調渡弁１０，１１を通って過熱器
１２と再熱器１３に分流される。

過熱器１２と再熱器１３において給水の熱を与えた２次
ナトリウム冷却材はミドルレグ１４のミキシング点１５
から蒸発器１６に流入して給水に熱を与えて２次コール
ドレグ７に戻り、前述の径路で循環せしめられ給水を熱
する。給水は給水ポンプ１７から給水過熱器１８、給水
弁１９、給水逆止め弁２０をへて蒸発器１６に入って前
述の２次ナトリウム冷却材により加熱されて気水分雛器
２１に流れる。蒸発器１６で規定の過熱度の蒸気の発生
しないときは、蒸発器から流出する水または蒸気は気水
分離器２１の出効にある気水分離器蒸気ドレン弁２２気
水分離器水ドレン弁２３を経由して復水器２４に回収さ
れる。蒸発器１６で規定の過熱度の蒸気が発生すれば、
過熱器通気弁２５が開いて過熱器１２に通気する。過熱
器１２を通過した蒸気は夕−ビンに通気する前は、大部
分高圧タービンバイパス弁２６により、また一部は過熱
器と再過熱器連絡弁２７により再過熱器１３を通過し、
さらに中低圧タービンバイパス弁２８により復水器２４
へ回収される。主蒸気、再熱蒸気がともにタービンの起
動条件を満足すれば、主蒸気止め弁２９、再熱蒸気止め
弁３０を開けると同時に弁２７と２８を閉じタービン３
１を起動する。

また停止時は弁２９，３０を閉じることによりタービン
３１をトリップさせるが、主蒸気、再熱蒸気はともに前
記のタービン起動前の径路を通って流れる。このとき過
熱器通気量を２次ホットレグ９の温度降下に伴なつて絞
る。本発明の運転制御範囲は、起動時においては過熱器
通気開始からタービン起動直前までであり、停止時にお
いてはタービントリップ直後から過熱器通気停止までの
範囲である。

本発明の対象となるプラントの起動運転は、プラントの
出力がほぼ定格の３０％以下において、プラントを起動
するための運転を指し、この出力範囲では１次、２次の
ナトリウム流量、過熱器と再熱器ナトリウム流量、給水
流量、蒸発器出口の蒸気圧力、および給水温度は、運転
操作を簡単化するために一定値に保持される。

原子炉１の出力上昇に伴ない、蒸発器１６の入口のナト
リウム温度が上昇し、蒸発器において蒸気が発生し始め
る。

蒸発器１６の入口のナトリウム温度がさらに上昇すると
、蒸発器で発生する蒸気は過熱蒸気となる。この蒸気が
規定の過熱度に達したら、過熱器通気弁２５を開き、過
熱器に通気（過熱器の起動）を開始する。過熱器１２に
通気された蒸気は同時にあらかじめ所内ポィラで腰機さ
れた再熱器１３へ連絡弁２７を通して通気される。過熱
器１２へ通気が行われると「過熱器と再過熱器で熱交換
が行われるようになり、過熱器と再過熱器の出口ナトリ
ウム温度が低下する。通気量が多すぎるとき、２次ホッ
トレグ９のナトリウム温度が上昇してもミドルレグ１４
のミキシング点１５のナトリウム温度が降下し、その結
果蒸発器１６において発生する蒸気が規定の過熱度を保
てなくなり、最悪の場合は湿り蒸気となって過熱器の伝
熱管材料（オーステナィト鋼）に腐食、浸炭および熱疲
労等の悪影響を及ぼす。またこの逆に通気量が少なく、
蒸発器入口のナトリウム温度が蒸発器の設計温度を越え
て上昇する場合は、蒸発器出口の蒸気温度は当然規定の
過熱度を越え、蒸発器の伝熱管材料（クロモリ鋼）に脱
炭および熱疲労等の悪影響を及ぼす。故に蒸発器入口の
ナトリウム温度および蒸発器出口の蒸気温度はいかなる
運転状態においても規定の変化範囲内に制御されねばな
らない。本発明の目的は、ナトリウム加熱の蒸発器、過
熱器および再熱器をＹ型結合した蒸気発生器における過
熱器および再熱器を起動する際に、蒸発器入口のナトリ
ウム温度の変動を一定範囲内に抑えることにより、２次
的に蒸発器出口の蒸気温度を制御すべく過熱器通気量を
制御する方法およびその制御装置を提供するにある。

第１図に示すナトリウム加熱の蒸発器１６、過熱器１２
および再熱器１３をＹ型結合した蒸気発生器の起動運転
における過熱器通気は、操作を簡単化し、かつ安定に通
気するために、１次と２次のナトリウム流量、過熱器と
再熱器のナトリウム流量、給水流量、給水温度、蒸発器
出口蒸気圧力および温度を一定に保持して行なわれる。

前記の運転条件の下において、蒸発器１６で発生した蒸
気（規定の過熱度を有す）は過熱器１２へ通気される。
またこのとき過熱器を通過した蒸気は連絡弁２７を通し
て再熱器１３に通気される。通気開始直後または通気量
増加直後においては過熱器１２および再熱器１３では熱
交換量が増大する。ただし再熱器１３に通気する蒸気は
、過熱器１２によりほぼ２次ホットレグ９の温度にまで
過熱されているため、再熱器１３における交換熱量は過
熱器におけるそれに対してほぼ無視できる程度である。
２次ホットレグ９のナトリウム温度の上昇割合よりも通
気量の増加割合が大きい場合は、過熱器１２と再熱器１
３の出口ナトリウム温度が降下する。この温度降下がミ
ドルレグ１４のミキシング点１５の温度降下を生ずる。
さらにミキシング点１５の温度降下はこれもまた蒸発器
１６のナトリウム温度の降下を生じさせる。この温度降
下はさらに蒸発器出口の温度降下を招き、これが過熱器
１２での熱交換量を増大させ、結果的に過熱器および再
熱器の出口のナトリウム温度をさらに降下させる。一方
これとは逆に２次ホットレグ９のナトリウム温度の上昇
割合よりも通気量の増加割合が小さい場合には、過熱器
と再熱器の出口のナトリウム温度の上昇が生ずる。

この温度上昇は前述の経過をたどり、蒸発器１６の出口
の蒸気温度の上昇をもたらし、過熱器と再熱器での熱交
換量を減少させ、結果的に過熱器と再熱器の出口ナトリ
ウム温度をさらに上昇させる。以上説明したような運転
条件の下においては過熱器と再熱器の出口ナトリウム温
度と蒸発器出口の蒸気温度の間にはミドルレグナトリウ
ム配管による大きな無駄時間を有する正のフィードバッ
クループが形成されて不安定な煩向を示す。

特に蒸気発生器の起動方式が蒸気圧力の低い低圧起動の
場合には、蒸発器入口のナトリウム温度と鞄和溢度との
差が大きく、従って蒸発器出口の蒸気温度はその変化し
うる範囲が広く、ナトリウム温度の変化に鋭敏に反応し
、かつその振動幅も大きい。本発明の原理は、前記に述
べた運転条件の下において、○）２次ホットレグ９のナ
トリウム温度を一定に保持する場合、過熱器と再熱器へ
の通気量の増加（減少）と、蒸発器入口のナトリウム温
度の降下（上昇）および蒸発器出口の蒸気温度の降下（
上昇）がそれぞれの間に物理的な遅れを介して１対１の
対応をなし、【２｝ 過熱器と再熱器への通気量を一定
に保持する場合、２次ホットレグ９のナトリウム温度の
上昇（下降）、蒸発器入口のナトリウム温度の上昇（下
降）および蒸発器出口の蒸気温度の上昇（下降）がそれ
ぞれの間に物理的な遅れを介して１対１の対応となすこ
とにある。

従って｛１１，（２’より２次ホットレグのナトリウム
温度が上昇（下降）することによって、過熱器と再熱器
の出口ナトリウム温度が上昇（下降）しても、これに即
応して過熱器や再熱器への通気量を０増加（減少）させ
れば、蒸発器入口のナトリウム温度および蒸発器出口の
蒸気温度は一定に制御することができる。以下本発明の
実施例について第１図ならびに第２図を参照して説明す
る。

タ 第１図に本発明にかかる過熱器通気量制御装置の設
瞳個所と操作線を点線で示した。

第２図はこの制御装置の構成を示すブロック図である。
第２図に示すように、本発明に係る過熱器通気量制御装
置５０は過熱器出口ナトリウム温度Ｔ，および流量Ｗ，
の測定器５１，５２：再熱器出口ナトリウム温度Ｌおよ
びＷ２の測定器５３，５４：これらの測定器５１，５２
，５３，５４の測定信号を入力する演算器５５、前記演
算器５５により計算さるプレナムおよび配管による遅れ
のない蒸発器入口ナトリウム温度Ｔと、規定範囲内の過
熱度を有する蒸気を発生する蒸発器入口ナトリウム温度
目標値Ｔｒとの差を計算する減算器５６、計算された温
度差Ｔ−Ｔｒを入力する制御器５７、制御器５７の信号
をうけて過熱器通気弁２５の弁を開閉する弁駆動装置５
８とから構成される。ただし、制御器５７はＴ−Ｔｒ＞
０で過熱器通気弁２５を関側にまた、Ｔ−Ｔｒ＜０で開
側に弁駆動装置５８を作動させる特性を有するものであ
る。次に本発明の制御装置の作動について第１図および
第２図を参照して説明する。

起動の場合は原子炉１の出力上昇に伴ない、蒸発器１６
の入口のナトリウム温度が上昇して、蒸発器において蒸
気が発生し始める。

蒸発器１６の入口のナトリウム温度がさらに上昇すると
、蒸発器で発生する蒸気は過熱蒸気となり、ついには規
定の過熱度に達する。このとき演算器５５の出力である
蒸発器入口のナトリウム温度Ｔも目標値Ｔｒを越えるの
で弁制御器５７の入力信号Ｔ−Ｔｒ＞０となり、過熱器
通気弁２５が関側に作動し、通気が開始される。通気開
始後においては２次ホットレグ９のナトリウム温度上昇
に応じてＩＴ−Ｔｒ＞０ｌが大となり、過熱器通気弁２
５がさらに開側にシフトして通気量が増加する。停止の
場合は、以上説明した作動が逆になり、２次ホットレグ
９のナトリウム温度の降下に伴なつてＴ−Ｔ【く０とな
り、過熱器通気弁２５が閉側に作動し、通気量が減少す
る。

さらに２次ホットレグ９のナトリウム温度が降下し、蒸
発器で発生する蒸気の過熱度が規定値以下になると、演
算器５５の出力である蒸発器入口のナトリウム温度信号
Ｔが目標値Ｔｒを下廻り、常時Ｔ−Ｔｒ＜０となるので
過熱器通気弁２５が全閉となり通気が停止される。次に
本発明による効果を列挙する。

（１｝ ２次ホットレグのナトリウム温度の変化に応じ
て自動的に過熱器通気量を加減（通気停止を含めて）で
きる。

■ 過熱器通気運転中、蒸発器出口の蒸気過熱度を規定
範囲内に保持できるため、蒸気発生器を構成する諸機器
構造材に悪影響を及ぼすことがない。

‘３丁 過熱器通気運転中、蒸発器入口のナトリウム温
度を規定範囲内に保持できるため、蒸発器およびミドル
レグ配管の熱応力を許容値内におさめることができる。

‘４１ 過熱器通気運転の所要時間を手動操作に比して
短縮できる。‘５１ 再熱器のない非再熱分離型蒸気発
生器にも本発明が応用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る過熱器通気量制御装置を組込んだ
高速増殖炉を使用した発電プラントの流線図、第２図は
過熱器通気量制御装置の構成を示すブロック図である。 １２…過熱器、１３・・・再熱器、１４・・・ミドルレ
グ、１５・・・ミキシング点、１６・・・蒸発器、２５
…過熱器通気弁、５０・・・過熱器通気量制御装置、５
１，５３・・・温度測定器、５２，５４・・・流量測定
装置、５５…演算器、５６…減算器、５７…制御器、５
８…弁駆動装置。ゲ イ ー幻 才之燭

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高速増殖炉の冷却材用ナトリウムを使用し給水を加
   熱する蒸発器、過熱器および再熱器をＹ型結合した蒸気
   発生器において、蒸発器、過熱器および再熱器のナトリ
   ウム流量、給水流量、給水温度、蒸発器出口蒸気圧力を
   一定に保持して起動停止運転を行なう場合、過熱器出口
   および再熱器出口のナトリウム流量と温度を測定し、こ
   れらの測定信号から蒸発器入口ナトリウム温度を計算し
   、この計算値と蒸発器入口ナトリウム温度目標値とを比
   較してその差を求め、その差に基づいて過熱器通気弁の
   駆動装置を作動して蒸発器入口ナトリウム温度および蒸
   発器出口蒸気温度を規定の範囲内に制御することを特徴
   とするナトリウム過熱蒸気発生器の過熱器通気量の制御
   方法。 ２ 高速増殖炉の冷却材用ナトリウムを使用し給水を加
   熱する蒸発器、過熱器および再熱器をＹ型結合した蒸気
   発生器において、過熱器および再熱器出口のナトリウム
   温度および流量を測定するそれぞれの測定器、前記測定
   器の測定信号より蒸発器入口のナトリウム温度を計算す
   る演算器、前記蒸発器入口ナトリウム温度と目標値の差
   を計算する減算器、その差に基づいて過熱器通気弁の開
   閉を制御する弁制御器、および前記弁制御器により前記
   通気弁を駆動する弁駆動装置とからなるとを特徴とする
   前記特許請求の範囲第１次記載の方法に使用されるナト
   リウム過熱蒸気発器の過熱器通気量の制御装置。