JPS60205110A - 発電プラント用過熱低減器 - 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〕 この発明は従来の火力発′成プラントより篩温・高圧の
蒸気を使用する発電プラントに係り、特に超高圧発ｄプ
ラントに用いられる過熱低減器に関する。

〔発明の孜術的背景とその問題点〕

従来の典型的な火力発電プラントは、第１図に示すよう
に構成されており、ボイラ１で発生した蒸気は主蒸気管
全通して蒸気タービンに供給され、この蒸気タービンの
高圧タービン２、中圧タービン３および低圧タービン４
を順次流れる間に膨張して仕事をし、発電機５，５をｇ
動させ、熱エネルギを電気エネルギに変換させるように
なっている。

低圧タービン４で仕事をした蒸気はその下流側に設けら
れた復水器６に送られ、この復水器６内で伝熱管６ａ内
を流れる冷却水と熱交換して凝縮され、復水となる。こ
の復水は給水ライン７を通ってボイラ１に供給され、こ
のボイラ１で再び加熱され、蒸気タービン用主蒸気がつ
くられる。

給水ライン７には復水ポンプ８および一連の低圧給水加
熱器９、脱気器１０、ボイラ給水ポンプ【１および一連
の高圧給水加熱器１２が順次配設されており、これらの
各機器を順次通ってボイラ１に給水される。上記低圧給
水加熱器９および高圧給水加熱器１２では伝熱管”＋１
２ａ内を流れる給水が、蒸気タービンから抽気されたタ
ービン抽気により加熱される。給水を加熱したタービン
抽気は凝縮してドレンとなり、一段低圧側の給水加熱器
に送られ、脱気器ｌＯや復水器６内に案内せしめられ、
復水に合流せしめられる。

ところで、近年は火力発電プラントの熱効率を向上させ
る目的で、従来の火力発電プラントより高温高圧の蒸気
を採用する発電プラントが増加している。従来の火力発
電プラントでは蒸気悄件が例えば２４６ｋｇ／ａｍ２．
５６６℃程区のものであったのに対し、新たに採用され
ようとしている超高圧発電プラントの中には、蒸気条件
が例えば３５２ｋｇ／ａｍ２１６４９℃の発電プラント
がある。このように、従来より高温高圧の蒸気を採用す
るようになると、ボイラや蒸気タービンのみならず熱交
換器やその他の各塊機器についても運転条件が過酷なも
のになるため従来の火力発電プラントに使用されている
機器類をそのまま採用することができず、種々の新技術
開発や改良を施さないと使用に耐えられない場合が多い
。

一般的な超高圧発電プラントの主な構成機器は、従来の
火力発色プラントと同様、ボイラ、蒸気タービン、発電
機、熱交換器およびポンプ等である点で変らないが、超
々高圧タービン、超高圧タービンおよび過熱低減器が新
たに採用されている点において従来の火力発電プラント
と基本的に相違する。超々高圧タービンおよび超高圧タ
ービンは、従来の火力発電プラントより高温高圧の蒸気
が流入する蒸気タービンであるし、過熱低減器は高圧給
水加熱器に流入するタービン抽気過熱蒸気の過熱度を低
減させ、給水温度を若干上昇させるために設けた熱交換
器である。

このうち、過熱低減器は高圧給水加熱器からボイラに至
る給水ラインに設けられる一方、第２図に示すような内
部構造を有する。この過熱低減器１３は高低圧給水加熱
器とほぼ同じ多管式熱交換器で、給水が流れる管側と、
過熱蒸気が流れる胴側とに分けられる。管側は水室１４
とＵ字状伝熱管１５とから構成される。水室１４は本体
胴１６の下部に設けられる水室鏡板１７および管板１８
により画成され、Ｕ字状伝熱管１５は管板１６に取付け
られる。一方、上記水室１４は水室仕切板１９により給
水入口ボート２０ａに連通ずる流入チャンバ１４ａと給
水出口ボート２０ｂに連通ずる流出チャンバ１４ｂとに
区画される。流入チャンバ々１４ａの底部にはマンホー
ル２１が形成されている。一方、胴側は上記管板１８に
より本体胴１６内に画成された熱交換チャンバ２２を有
する。この熱交換チャンバρは一側に過熱蒸気入口ボー
）　Ｚ３　ａが、その他側に過熱蒸気出口ポート２３ｂ
がそれぞれ形成され、チャンバ内には伝熱管１５を支持
する支持プレート２４が設けられる。

しかして、図示しない高圧給水加熱器からの給水は、矢
印Ａで示すように、給水入口ボート２０ａから流入チャ
ンバ１４ａ内に案内される。案内された給水は流入チャ
ンｙ？１４Ｂ内で分配されてＵ字状伝熱管１５内に流通
せしめられ、その間に熱交換チャンバｎ内の過熱蒸気と
熱交換され、給水ｍｌｆが若干上昇せしめられる。温要
上昇した給水は流出チャンバ１４ｂ内で合流した後、給
水出口ボートから流出し、ボイラに案内される。

一方、鳩圧タービンからのタービン抽気でＪ）ろ過熱蒸
気は、過熱蒸気流入ボート２３ａから熱交換チャンバｎ
内に案内され、このチャンバ２２内で伝熱管Ｌ５内を流
れる給水と熱交換して過熱度が低減され、最終的には過
熱蒸気流出ボート２３ｂから高圧給水加熱器側に流出さ
れる。

ところで、過熱低減器１３内に案内される過熱蒸気（高
圧タービンからタービン抽気）は、過熱度が減少するも
のの過熱蒸気流出ボートにおいても過熱蒸気のままであ
る。このため、過熱低減器１３において、伝熱管内外を
流れる渡体（過熱蒸気および給水）は共に相変化が生ぜ
ず、対流による熱伝達が支配的になる。このため、過熱
低減器１３は熱負荷や熱交換容量の小さな熱交換器であ
る。この点において、高低圧給水加熱器のように、過熱
蒸気が器内で給水と熱交換されて飽オｌ蒸気となり、更
に冷却されてドレン化するように相変化が伴うものと基
本的に異なる。

しかして、過熱低減器１３は、熱負荷や交換熱量が小さ
いので伝熱面積も小さく、伝熱管の長さも非常に短かく
なる。実際には、Ｕ字状伝熱管１５の直管長さが本体胴
１６の直径より短かくなる場合がある。このため、本体
胴１６に形成される過熱蒸気流出入−）　２３　ａ　＋
　’１３　ｂが管板１８側近くに位置され、両者の間隙
は非常に狭くならざるを得ない。

過熱蒸気流出入ボー）　Ｚ３　ａ　、’２３　ｂが管板
１８近くに形成されている場合には、管板１８と本体胴
１６の結合部付近において急激な温度差が生じ、熱応力
が大きくなる。このため、過熱低減器の設計が非常に難
しく、熱応力的に困難であったり、−また過熱蒸気の流
体力の直接作用による伝熱管の振動４ｉｉ、偵の恐れが
ある等の問題があった。

〔発明の目的〕

この発明は、上述した事情を考慮し、管板と本体胴との
結合部付近に生ずる熱応力を大幅に緩和し、設計を容易
にするとともに、伝熱・ｅｔＯ掘勧破損の懸念を取り除
き、信頼性の尚い発成プラント用過熱低減器を提供する
ことを目的とする。

〔発明の概要〕

上述した目的を達成するために、この発明に係る発電プ
ラント用過熱低減器は、復水器からボイラに至る給水ラ
インの高圧給水加熱器下流側に設けられたものにおいて
、給水管に連通される内管とこの内管を覆う外管とから
２重管構造に構成されるとともに、上記内管と外管とに
より過熱蒸気を流す環状通路が画成され、この環状通路
内を流れろ過熱蒸気は、内管内を通る給水と対向流をな
すように案内されるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の実施例について添付図ｔｈｌを参照し
て説明する。

第３図はこの発明に係る過熱低減器を備えた代表的な超
高圧発電プラント（資）であって、図中符号３１は超高
圧発電プラント（９）に組み込まれるボイラを示す。ボ
イラ３１で発生した例えば３５２ｋｇ／ａｍ　。

６４９℃の高温・高圧蒸気は蒸気タービン３２に案内さ
れる。蒸気タービン３２は超々高圧タービンあ、超高圧
タービン３４、高圧タービン３５、中圧タービンあおよ
び低圧タービン３７からなり、ボイラ発生蒸気が超々高
圧タービンお、超高圧タービン詞、高圧タービン３５、
中圧タービンあおよび低圧タービン３７を順次流れる間
に膨張して仕事をし、蒸気タービン３２に連結された発
’ＷＬｂ＆あ、３８を回転駆動させ、熱エネルギを電気
エネルギに変換している。

蒸気タービン３２の各タービンを流れる間に温度降下し
た蒸気は途中再熱器としてのボイラ３１にて適宜過熱さ
れる。

一方、低圧タービン３７で仕事をし、膨張した蒸気は、
その下部に設置された復水器４０内に入り、この復水器
４０内で伝熱管４１内を流れる冷却水と熱交換して凝縮
され、復水となる。この復水は復水ラインおよび給水ラ
イン４２ヲ通ってボイラ３１に供給され、再び加熱され
る。

給水ライン４２には、復水ボン！・１４、一連の低圧給
水加熱器４５、脱気器４６、ボイラ給水ポンプ４７、一
連の高圧給水加熱器４８および過熱低減器□□□が順次
配設される。復水器４０からの復水は一連の低圧給水加
熱器４５、高圧給水加熱器４８および過熱低減器（資）
により順次加熱され、ポンプ４４　、４７にてボイラ３
１へ供給される。

ところで、超高圧発電プラント加に組み込１れる各種機
器の中で特に過酷な素性には【フされるのは、超々高圧
タービン関、超高圧タービン翼および過熱低減器間であ
る。このうち、過熱低減器Ｗは、第４図に示すように、
基本的には２重管構造の熱交換器に構成される。この過
熱低減器５０は外管５１と伝熱管としての内管５２とに
より２重管構造にされ、内管５２は給水ライン４２の給
水管に連通され、ボイラ３１へ供給される給水を通すよ
うになっている。

一方、外管５２は両端部がディスク状の蓋板５３により
内管５２に気密に接合され、内部に過熱蒸気を通す環状
通路ヌが画成される。外管５１の途中には伸縮継手団が
介装され、この伸縮継手によｐ熱膨張を吸収するように
なっている。また、上記環状通路聞には内管５２内を流
れる給水と対向流をなして過熱蒸気が流れるように、−
側に過熱蒸気流入ボート５６＆が、他側に過熱蒸気流出
ボー）５６ｂが形成される。過熱蒸拭流入ポー）　５６
　ａは高圧タービンあのタービン抽気口に接続され、高
圧タービンあからのタービン抽気（過熱蒸気）が案内で
れる。環状通路Ｍ内に流入した過熱蒸気は、この通路内
を流れて過熱蒸気流出ボート（資）ｂから高圧給水加熱
器４８の第１段に案内される。

しかして、過熱低減器力内には、第４図の矢印Ａで示す
ように内管５２内を給水が流れ、この給水と対向流をな
すように矢印Ｂで示す過熱蒸気が流れる。給水と過熱蒸
気とを対向流で流すように、過熱低減器５０を２重管構
造Ｋｍ成すると、過熱蒸気流入ボート０６ａが給水の高
温側に位置するため、従来の過熱低減器１３の本体胴と
管板との接合部付近に生じていた熱応力を緩和できる。

しかも、過熱低減器は非常に単純かつ簡単な２重管構造
であり、熱応力全緩和できるため、伝熱管の振動破損の
懸念がなく、信頼性の高いものとなる。また、過熱低減
器（資）は給水と熱父換することにより、高圧ターピ′
７３５からのタービン抽気過熱蒸気の過熱度ケ低減させ
ることができ、過熱度が低減した過熱Ａ気は高圧給水加
熱器４８に案内される。

次に、第５図を参照してこの発明の変形例について説明
する。

この変形例に示された過熱低減器５０Ａは、給水・ｇ４
２をバイパスするように形成したものであり、給水管４
２の一部をバイパスする給水分岐管間に設けられる。過
熱低減器５０Ａの構造は第４図に示すものと同様である
ので同じ符号を付し、説明を省略する。

給水管４２の一部をバイパスする給水分岐管郭に過熱低
減器５０Ａを設けることにより、給水分岐管５８を流れ
る給水は高圧タービンからのタービン抽気圧より、温度
上昇を受ける。この温度上昇した給水は給水ｔ４２内を
流れる給水と合流後に混合せしめられる。これにより、
ポイ、う３１に供給される給水は所定の温度に保つこと
ができ、第４図に示す過熱低減器と同様な効果を奏する
。

なお、この発明の詳細な説明においては、過熱低減器に
案内されるタービン抽気は高圧タービンから導くように
した例について説明したが、このタービン抽気は超高圧
タービン３３や超高圧タービン３４から導くようにして
もよい。

〔発明の効果〕

以上に述べたようにこの発明に係る発電プラント用過熱
低減器においては、給水管に連通される内管とこの内管
を覆う外管とから２重管構造に構成されるとともに上記
内容と外管とにより過熱蒸気を流す環状通路が画成され
、この環状通路内を流れる過熱蒸気は、内管内を通る給
水と対向流をなすように案内されるので、過熱蒸気によ
り温度上昇した給水の高温側から環状通路内に過熱蒸気
が入る。このため、過熱蒸気流入部の伝熱管（内管）に
大きな熱応力が発生するのを有効的に防止できる。しか
も、過熱蒸気は内管内を流れる給水と対向流をなすよう
に内管の外表面に沿って流れるので、内ｆ（伝熱管）に
振Ｓｔ−生せしめるような蒸気流が作用しない。したが
って、伝熱管（内Ｗ）は振動破損の懸念がなく、イロ頼
性が尚いものとなる一方、過熱低減器は非常に簡単かつ
単純な２屯管構造であるので、製危コストを安帥にする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の火力発成プラントを示すサイクル系統図
、第２図は従来の超高圧発電プラント用過熱低減器を示
す縦断面図、第３図はこの発明に係る過熱低減器を組み
込んだ超高圧光ＩＣプラントのサイクル系統図、第４図
はこの発明の光准ゾラント用過熱低減器の一実施例を示
す縦断面図、第５図はこの発明の過熱低減器の変形例を
示す縦断面図である。 （９）・・・超高圧発電プラント、３１・・・ボイラ、
３２・・・蒸気タービン、お・・・超々高圧タービン、
讃・・・超高圧タービン、あ・・・高圧タービン、あ・
・・中圧タービン、３７・・・低圧タービン、４０・・
・復水器、４２・・・給水ライン、４５・・・低圧給水
加熱器、４８・・・高圧給水加熱器、関・・・過熱低減
器、５１・・・外管、５２・・・内管、５３・・・蓋板
、聞・・・環状通路、５５・・・伸縮継手。 出願人代理人　波　長野　久 第４図 會 ［Ａ １５図　會

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、復水器からボイラに至る給水ラインの高圧給水加熱
   器下流側に設けられた発電プラント用過熱低減器におい
   て、給水管に連通される内管とこの内管を覆う外管とか
   ら２重管構造に構成されるとともに、上記内管と外管と
   により過熱蒸気を流す環状通路が画成され、この環状通
   路内を流れる過熱蒸気は、内管内を通る給水と対向流を
   なすように案内されることを特徴とする発電プラント用
   過熱低減器。 ２、外管の途中には伸縮継手が介装され、この伸縮継手
   により外管の熱膨張を吸収するようにした特許請求の範
   囲第１項に記載の発電プラント用過熱低減器。 ３、高圧給水加熱器からボイラに至る給水管を部分的に
   バイパスする給水分岐管を設け、この給水分岐管に過熱
   低減器が設けられた特許請求の範囲第１項に記載の＠戒
   プランｒ用過熱低減器。 ４、環状通路には、高圧タービンからタービン油気が案
   内される特許請求の範囲第１項に記載の発電プラント用
   過熱低減器。