JPS6280406A - 蒸気タ−ビン用再熱装置 - 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、例λは原子力発電プラントなどにおいて、湿
り度の高い蒸気から湿分を除去した後の蒸気を過熱蒸餐
に再熱する蒸気タービン用再熱装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に、沸騰水型や加バー水！１１の軽水力’　ｉｆ；
Ｉるいは新型転換炉を用いる涼ｒ力発電プラン１におい
て、蒸気タービンに送結される蒸似は、化／ｉ燃料を用
いる火力発電プラン［・における蒸螢と比較１．で。

湿分がはるかに多いいわゆる湿り蒸気−Ｃある。この湿
り蒸気中の湿分け、蒸気タービンＵ）羽根を侵食するば
かりでなく蒸気タービンの効率低ドシまねくため除去せ
ねばならない。

そこで原子力発電プラントでは、高圧タービンと低圧タ
ービンの間に、例えばシエブ「Ｉン型のようなドレンポ
ケット付波板形状の湿分分離装置髪設け゛Ｃ１高圧ター
ビン徘蒸餐中に含まれている１０％程度の湿分を１％あ
るいは子れ以下まで減じＣいる。さらに、この湿分の低
ドした蒸Ｓ（を、高圧タービンからの抽訊蒸気あるいは
原ｒ−炉で発生する蒸気を加熱源どした再熱装置で加熱
し、過熱蒸気を低圧タービンに供給する＋Ｉｉ熱ｌｔ′
イクルを採用すると、低圧タービンの効率向１−に寄１
４するばかりでなく、湿り蒸気によるｎ（圧タービンの
侵食を緩和することができる。

この湿分分離装置と再熱装置は、−・般に１つのハウジ
ングの中に収容されており、湿分分離再熱装置ど呼ばれ
ている。このうち従来のこの種の再熱装置として用いら
れているものは、１段再熱形式ど２段再熱形式とに大別
できる。曲者は原子炉で発生する蒸気で再熱を行なう形
式であり、これに対し後者は、高圧タービンからの油気
蒸気で第１段の再熱を行ない、さらに原子炉で発生する
蒸気で第２段の再熱を行なう形式である。これらの再熱
装置は、いずれも再熱側蒸気を管内に流し、被再熱側の
蒸気を管外に流す形式の直交流型多管式熱交換器である
。

すなわち、従来の再熱装置を示す第４図において、再熱
蒸気ヘッダ１６内は隔壁１９により高温室２０および低
温室２１に区画されており、ｉｉｆ記高温室２０には＋
１１熱蒸気導入管２２が接続され、前記低温室２１にけ
ドレン排出管ン３およびベンド蒸気排出管２４が接続さ
れている。また、前記低温室２１には人の出入りのため
のマンボール２５が形成されている。さらに、再熱蒸気
ヘッダｌ［ｉのＷ板７６には、両端番前記高温室２０お
よび低温室２０３連通されたＭｔ敷本の（丁字状伝熱管
１７か接続されてＪノリ、この（７ζ熱管１７は複数枚
の支持板２７・によＩｊ表時性れている。

つぎに、この）ＩＧ熱装置のｉ１ｇ熱側８上び駿ｐｒ熱
側蒸気の流れをついて説明する。まず、第７１図に示す
再熱装置は、前記したように湿分分１■ｖとともに湿分
分離再熱装置のハウジング内に納め１）れるものである
。したがって再熱装置のＴＩ字状伝熱管１７の周わ番）
を矢示のように流れる被＋ｌｊ熱側蒸悩１は、ハウジン
グ内の湿分分離装置で湿分が１′分に低下されたもので
ある。この破再熱側蒸ｔ（は伝熱管１７内を流れるｅト
熱蒸戴と熱交換【７で過熱蒸気どなり、最終的に過熱蒸
気排出管Ｅ３より流出し゛Ｃ低圧タービンに送られる。

一方、高圧タービンからの抽皇（蒸気あるい（」ｊ京子
炉発生蒸気である再熱側蒸スは、第４図において、再熱
蒸気導入管２２を通して１与熱蒸気ヘツダ１０の高温室
２０に流入し、−）いて複数本の伝熱管１７に分配され
て配管を流れる。この間に再熱蒸気は、前述のように伝
熱管１７外に流れる被再熱側蒸気と熱交換するため徐々
に凝縮し、伝熱管１’７内を流れる間に環状流、波状流
２層状流といったように２相流で流れ、流動様式も変動
する。

そのため伝熱管１７の人口付近では、気体重量比すなオ
）ちクオリテ、ｆがほぼ１で気相であるのに対し、伝熱
管１７の出口付近ではほぼＯとなりほとんど液相ドレン
となる。このドレンは低温室２１に流入し、ここからド
レン排出管２３を通して図示しないドレンタンクに集め
られる。また凝縮しきらなかった再熱側蒸気はベント蒸
気排出管２４より流出する。

「従来技術の問題点〕 再熱側蒸気の管内流れ状態は、すべての管で前述のよう
にはならず、ばらつきが生じる。すなわち、第４図に示
すように、Ｕ字状伝熱管１７は、再熱ヘッダの高温室２
０と低温室２１に入口端と出口端とをそれぞれ連通させ
ており、伝熱管外部の被再熱蒸気は、矢示のように下方
より」三方へ伝熱管１７と直交して流れる。

したがって、管束最外周の外側管１７＋ｉｌｊ、下１ｊ
の伝熱管１７により加熱されて温度が１−昇した被再熱
蒸気と熱交換を行うことになるので、管内外の流体温度
差が最小どな番１交換熱鼠ツノ１小となる。これに対し
て外側管＋７ａの生部は、最低温の被再熱蒸気と熱交換
を行うので管内外’ｔＡと体温度差が最大で、交換熱量
が最大となる。伝熱管１７内に流入Ｊる再熱蒸気の流菫
は、主としてその管の交換熱量によって決定されるので
、管束の内側の管はど＋ｌｉ熱蒸気流量が減少すること
になる。

しかしながら、すべての伝熱管１７は、両端がそれぞれ
高温室２０および低温室２１と連通しているので、運転
状態において各室内の圧力は一定となる。

したがって、各伝熱管１７内に流入する再熱蒸気流量は
、各伝熱管１７内を流れる流体の流動抵抗と多管の交換
熱量により自己平衡的に決定される。高温室２０と低温
室２１との圧力差が大きくない場合には、外側管１７ａ
の下部中間における静圧が低温室２１の静圧と同等にな
り、このため管内流体は、この部分で閉塞され停止上す
ることになる。

しかｌ、　）ｉ：がＩ″ｌ熱交換により生ずる凝縮ド１
ノンは、継続的１こ生Ｉ′−るθ）で、管内に滞留する
ドレン址が増加［、管内断面に充満し２てゆく。そして
、この滞留ド１ノンは、低温の管外被再熱蒸気によって
冷却され、場合により５０〜６０℃の過冷却が生ずるこ
とがある。また、管内に滞留ドレンが充満して凝縮伝熱
面積が減少するのに伴い流入蒸気上も減少するので、管
内の２相流動抵抗が減少し、したがって滞留部分の静圧
が上昇するので、過冷却状態となった滞留ｔ；　Ｌノン
は低温室２１へど流出する。滞留トレンが流出すると、
そこが新しい凝縮Ｃぺ熱面となるので、その伝熱管に再
び大域の再熱蒸気が流入するというハンチング現象が発
生する。

また、外側管１７ａど内側管１７ｂとの交換熱址の差が
大きくなると、この現象は増幅された形であらオ）れる
。すなわち、凝縮ドレンは、外側ｖ１７ａｌ”部の１−
流側に滞留するようになり、滞留部より下流側の伝熱管
内には、　内側管＋７ｂがら凝縮しきれずに流出した蒸
気が、低温室２１側がら流入することになる。この」：
うな場合に、伝熱管１７と管板２６との溶接部には周期
的な温度変動が作用することになるので、熱疲労により
欠陥が生ずるという問題がある。

このように、ハンチング現象が生じ伝熱管１７と管板２
６との溶接部に欠陥が発生ずることは、プラントの制御
系の安定性および機器の信頼性を確保するうえでどうし
ても避けなけオしばからない問題である。

この問題を解決するため、特公昭５１１−２３２９号公
報ではオリフィスプレートを、特開昭５９−１２２８０
：（号公報ではノズルをそれぞれ伝熱管入「Ｉに欧付け
、そのオリフィスまたはノズルの絞り径を内周管には小
さく、外周管はど大きくしている。そして外周管はど流
入蒸気敏を大きくしてＡ周管ｔＩ冒１付近で発生しゃす
いドレンの過冷却を抑制している。

また特公昭５８−２５９２５号・公報では、伝熱管用［
１にノズルを取付け、同様の効果を得ている。

また、伝熱管出口付近のドレン過冷却を小さくする他の
方法としては、伝熱管内に凝縮能カ以ｔ−の流量の蒸気
を流し、凝縮しない蒸気をベント蒸気として第４図σ）
ベント蒸気排出管２４から排出する方法がある。実機で
はオリフィスやノイズなどの絞りによる方法だけではド
レンの過冷却を十分抑制できないので、このベント蒸気
を流す方法と絞りによる方法を併用している。ところが
このベント蒸気は、伝熱管列を流れる被再熱蒸気の温度
４−昇に寄与しないため、ベント蒸気を多く流すとそれ
だけプラン１〜効率が低下する。

「発明の［１的〕 本発明の目的は、少いベント蒸気でドレン過冷却を十分
抑制することができる絞り装置を提供し、プラント効率
を向上させることのできる蒸気タービン用再熱装置を提
供するにある。

〔発明のｍ要〕

本発明による蒸気タービン用再熱装置は、隔壁を介して
高温室と低湿室に分離された再熱ヘッダーの上記高温室
と低温室を多数のＵ字状伝熱管で接続し、その伝熱管内
に高温室側から高温の再熱蒸気を通［２て低温室に導き
、一方伝熱管外にはさらに温度の低い被再熱蒸気を流し
、伝熱管内外の熱交換によって被再熱蒸気を再熱ケる蒸
気タービンの再熱装置において、」二記ｎＬ渇室に開目
した伝熱管用［１にその円形断面の主に■−側の流れを
絞るように一ヒ下非対称の絞りノズルに取付けたことを
特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明を第１図に示す実施例にもとすいて説明する
。第１図は本発明による蒸気タービン用再熱装置の蒸気
ヘッダ部６）を示し、第４図と同一符号は同一部分を指
すものであるからその説明を省略する。従来の伝熱管流
緻制御用オリフィスまたは絞りノズルは、伝熱管と同軸
の円形または円錐形であるのに対し、本発明にょる再熱
装置においては、再熱蒸気ヘッダ１６のａｔ温室２１に
連通する伝熱管１７の開口に設ける絞りノズル２８は、
−［−下非対称で絞り部が上になるよう伝熱管１７の出
１−１にはめ込み、コンタクト板２９で管板２６に固定
されている。

すなわち、本発明によって伝熱管１７の出［１に設ける
絞りノズル２８は、第２図に示すように絞りハ３０ど取
付枠、（１によって構成される。絞り片３０の１１部の
外側１：Ｊ円形で伝熱管１７の内壁に密着し、絞り片：
（０のド部は取付枠ｈ−向に大きくなって流れを絞る住
用をＪる。この絞り片３０は、必要な絞り抵抗にＪｊ、
、して大きさと形状が決定される。取付枠：３１のト部
には、はぼ半円形の穴３２が明けられており、ここから
伝熱管１７内の流体が低湿室２１に出る。取付枠；（１
の外径は伝熱管ピッチと等しく、取付は時のｆ−’ｆ　
Ｗｌ決めを容易にしている。また取付枠３１に明けられ
たピン穴３３を通して管板２６にピンを打ち込み、回転
方向の位置決めを行う。

なお本発明の絞りノズルはコンタクト板２９やピン穴；
３３を使わず溶接で管板に固定してもよい。

このように構成された本発明の蒸気タービン用丙熱装置
においては、絞りノズル２８を設けた伝熱管１７の出［
１の流れは、ドレン３４とベント蒸気３５の二相流で、
それぞれの流量によって種々の二相流形態となるが、−
・般にドレンは下部ベント蒸気は−１一部を占める。絞
４１片３０の出目付近位置は、トレン液面のやや１−と
なる。各伝熱管１７のドレンとベント蒸気の浸紙に応じ
て、絞をｌの位置をドｌノン油面のややトに設８１する
ことにより、ドＬ／二）のｄ乙れは絞りによってあまり
Ａｈげられない。しか（２ベント蒸気はドレン液面と絞
ｕ）ｊ、：祐にかごまＪ：、た小さな隙間を通って伝熱
管かＣ〕出るため流出抵抗が大きく、流出敏は制限され
る。

従って本発明の絞りノズル２８を伝熱管１７の１１冒−
１に取付ければ、伝熱管用１１圧／Ｊを下げるごとによ
って容易に伝熱管内のドレンを排除することができ、そ
の結果ドレンの過冷却は小さくなる。−１ｊそのときベ
ント蒸ｉｔは伝熱管から出にくいので、ベンｉ・蒸気流
線は小さくなる。すなわち従来より少ないベント蒸気流
鼠でトレン過冷却を抑制できるので、プラント効率が向
１−する。

〔発明の効果〕

以−Ｌのように本発明によれば、再熱ｌ＼ツダーの低温
室に開［」（７た伝熱管の出【−１にその円形断面の主
に上側の流れを絞るように１−下非吋称の絞りノズルを
取りつけたことにより、少いベント蒸気でドレン過冷却
を十分抑制することができ、プラン１・全体の効率を向
１−させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による蒸気タービン用再熱装置の］［ｊ
熱ヘシダ部の・実施例を示す断面図、第２図は本発明に
使用する絞りノズルを示す斜視図、第３１Ｆ（は本発明
の再熱装酋部の伝熱管出口付近の流れを示す概略構成図
、第４図は従来の再熱装置の縦断面図である。 １６・・再熱蒸気へラダ　　１７・・・伝熱管２０・・
・高温室　　　　　　２１・・・低温室２２・・再熱蒸
気導入管　　２３・・・ドレン排出管２４・ベント蒸気
排出管　２６・・・管板２７・・支持板　　　　　　　
２８・・絞りノズル２９・コンタクト板　　　３０・・
・絞り片：（１・取付枠　　　　　　３２・・・半円形
穴３３・・・ピン穴　　　　　　　３４・・・トレン３
５・・・ベント蒸気 （８７：（３）代理人　弁理士　　猪　股　祥　晃（は
が］名）−１２＝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 隔壁を介して高温室と低温室に分離された再熱ヘッダー
   の上記高温室と低温室を多数のＵ字状伝熱管で接続し、
   その伝熱管内に高温室側から高温の再熱蒸気を通して低
   温室に導き、一方伝熱管外にはさらに温度の低い被再熱
   蒸気を流し、伝熱管内外の熱交換によって被再熱蒸気を
   再熱する蒸気タービンの再熱装置において、上記低温室
   に開口した伝熱管出口にその円形断面の主に上側の流れ
   を絞るように上下非対称の絞りノズルを取付けたことを
   特徴とする蒸気タービン用再熱装置。