JPS6291706A - 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、蒸気タービンプラントにおける湿分分離再熱
器に係り、特にサイクル蒸気温度と加熱蒸気との温度差
によって生ずる管内加熱蒸気凝縮ドレンの適冷ｎ１や、
再熱されたサイクル蒸気の温度上界によって過大な熱応
力の発生を低減し得るようにした湿分分離再熱器に関す
る。

〔発明の技術的背銀とその問題点〕

一般に、沸騰水型或は加圧水型の軽水炉を用いた原子力
発電プラント等においては、高圧タービンに導かれる主
蒸気が飽和蒸気であるため、高圧タービン内で仕事をし
て低温低圧となった高圧タービン排気蒸気（以下サイク
ル蒸気という）は、定格負荷条件において１４ａｔａ、
１９６℃、湿り度１２〜１３％の湿り蒸気となる。した
がって、この湿り蒸気を低圧タービンにそのまま導入す
ると、低圧蒸気タービンの内部効率の低下や羽根車の浸
食による不具合の原因となるばかりでなく、プラントの
熱効率の低下を来す等の問題がある。

そこで、高圧蒸気タービンと低圧蒸気タービンの間に湿
分分離加熱器を設け、サイクル蒸気中の湿分を除去する
と同時に加熱し、低圧蒸気タービンの内部効率の向上、
羽根車浸食の低減およびプラント効率の向上、を図るこ
とが行なわれており、上記湿分分離加熱器としては特開
昭５３−１８８９号公報記載のようなものが知られてい
る。

第６図は、上述の如き湿分分離加熱器を設けた蒸気ター
ビンプラントの概略系統図であって、高圧蒸気タービン
１には、図示しない原子炉または蒸気発生源から約６５
〜５８ａｔａの飽和蒸気が主蒸気管２を介して供給され
、そこで仕事を行なう。

上記高圧蒸気タービン１で仕事を終えた蒸気は、定格に
おいて約１４ａｔａ　、１９６℃、湿り度１２〜１３％
の蒸気となって、導管３を経て湿分分離加熱器４に導か
れる。

湿分分離加熱器４は、普通水平円筒形状の外観を有し、
内部に湿分分離器５および再熱器６，７が収容された熱
交換器であり、サイクル蒸気の加熱を１段の再熱器で行
なう１段再熱方式と２段の再熱器で行なう２段再熱方式
とがある。

しかして、上記高圧タービン１から排出されたり〜イク
ル蒸気は、湿分分離加熱器４の下部に設けられた流入口
８から湿分分離加熱器４内に流入し、波状の板を多数並
設した湿分分離器５を通過する際に、その蒸気内に含ん
でいる湿分の内の大部分が除去され、湿り度が約１％の
蒸気となる。そして、この湿分分離器５で分離された湿
分はドレン排出管９を経て図示しない給水加熱器へ送ら
れて熱回収に利用される。

一方、湿分が約１％となった！サイクル蒸気は、第１段
の再熱器６および第２段の再熱器７の各管束の管外側を
順次その管束に直交する方向に流れ、その間管内を流れ
る高温の加熱蒸気と熱交換することにより加熱され、定
格負荷条件において約７０℃過熱した蒸気となって本体
胴の上部に設けられたザイクル蒸気流出口１０より流出
し、導管１１を経て低圧タービン１２に供給される。

上記第１段および第２段の再熱器６，７は、ともに多数
のＵ字状伝熱管によって構成されており、第１段の再熱
器６の加熱蒸気ヘッダ１３には高圧タービン１からの抽
気蒸気が導管１４を経て供給され、第２段の再熱器７の
加熱蒸気ヘッダ１５には主蒸気の一部が導管１６を介し
て供給される。

ところが、上記再熱器６，７は、第７図に示すように、
適当な間隔をもって配設された支え板２０によって支持
された多数のＵ字状伝熱管２１をイｊし、そのＵ字状伝
熱管２１の両端部が加熱蒸気ヘッダ２２の管板２３に固
着されている。すなわち、上記Ｕ字状伝熱管２１の一端
部は加熱蒸気ヘッダ２２内に区劃形成された加熱蒸気入
口ヘッダ２２ａに開口せしめられ、他端部は加熱蒸気出
口ヘッダ２２ｂに接続されている。

したがって、高圧タービンからの抽気蒸気或は主蒸気か
らなる加熱蒸気は、加熱蒸気入口ヘッダ２２ａに流入し
、Ｕ字状伝熱管２１内を流れ、その間管外を下から上へ
その伝熱管に直交する方向に流れる低温、低圧のサイク
ル蒸気と熱交換して徐々に凝縮し、その後加熱蒸気出口
ヘッダ２２ｂに流入し、さらにドレン排出管２４から排
出される。

ところが、上述の如き湿分分離再熱器を運転する場合、
特に起動時のように低負荷時、サイクル蒸気および第１
段の再熱器６の加熱蒸気の圧力並びに温度は負荷ととも
に変化し、低負荷時は各々低温低圧の蒸気となり、負荷
の上昇ととｂに高温、高圧の蒸気に変化する。一方、第
２段の再熱器７の加熱蒸気は高圧蒸気タービン１の主蒸
気と同様常に高温、高圧の蒸気であるため、部分負荷時
のサイクル蒸気温度と第２段の再熱器７の加熱蒸気温度
との温度差は、負荷が小さい場合程大きなものとなる。

すなわち、第８図において曲線Ａで示ずＪ：うに、サイ
クル蒸気は蒸気タービンに約５％に相当する初負荷をと
った時点では約１１０℃前後の温度であるが、この温度
はタービン負荷の上界とともに上昇し、定格においては
約１９６°Ｃとなる。一方、第１段の再熱器６の加熱蒸
気温度は、同図で曲線Ｂに示すように、約１５０℃より
２４０℃まで上昇づる。したがって、サイクル蒸気と第
１段の再熱器の加熱蒸気の温度差は、常に４０℃〜５０
℃の範囲を越えることはない。このとき、第１段の再熱
器６の管束出口にお【プるサイクル蒸気温度は図中Δ′
で示すように第１段の再熱器６の加熱蒸気温度Ｂよりわ
ずかに低い温度となる。

また、第２段の再熱器７の加熱蒸気温度は同図線Ｃで示
すように約２８３℃で一定となるため、定格時には第２
段再熱器７の加熱蒸気温度とサイクル蒸気入口温度との
温度差は約１００℃前後であるが、部分負荷時、低負荷
運転時程その差が大きくなり、初負荷時は約１８０℃に
達する。このとぎ１ノイクル蒸気の第２段再熱器７の管
束出口温度は同図の線Ａ　／／で示すようになる。

ところで、通常湿分分離再熱器４においてサイクル蒸気
の流入口８および本体胴の大部分はサイクル蒸気入口蒸
気温度となっているため、サイクル蒸気流出口１０部と
の間に上述のように非常に大きな温度差が生ずることか
ら、局部的に過大な熱応力が生ずることになり、構造上
の欠陥を生ずる恐れがある。

このため、従来は部分負荷特に５０％負荷よりも低い負
荷にて運転する用台、第６図に示すように、第２段の再
熱器７に接続された加熱蒸気用の導管１６の途中に互い
に並列に接続された合間が異なる圧力調節弁１７ａ、１
７ｂを設け、これを作動させて加熱蒸気を減圧し、第２
段の再熱器７の加熱蒸気の飽和温度を下げることによっ
て、サイクル蒸気の温度上背を制御している。

ずなわら、上記圧力調節弁１７ａ、１７ｂの下流側の圧
力を検出する圧力検出Ｖ９２５、導管３内のリーイクル
蒸気温度を検出する温度センサー２６、および再熱蒸気
低圧タービン１２に送給する導管１１内のサイクル蒸気
温度を検出するための温度はンリー２７をそれぞれ設け
、各検出器およびセンサーからの信ｑが演算制御装置２
８に入力せしめられている。

上記演算制御装置２８は、さらに図示しないタービン負
荷信号によってサイクル蒸気の出口温度、または流入口
、流出口における温度差の設定値を算出し、この設定値
と前記温度センサーにより検出されたサイクル蒸気温度
、または温度差との比較を行ない、設定値を超える場合
には圧力調節弁１７ａ、１７ｂを絞り、サイクル蒸気の
流入口、流出口部間の温度差が許容される温度差となる
ように制御される。逆にサイクル蒸気温度が設定値より
低い場合には、圧力調節弁１７ａ、１７ｂを間けること
により第２の再熱器７の加熱蒸気圧力を上げて、作動す
る加熱蒸気温度を上界せしめ、サイクル蒸気温度が上界
せしめられる。この場合、圧力調節弁１７ａ、１７ｂは
、負荷の小さい領域においては容土の小さい圧力調節弁
１７ｂが作動され、負荷がおおきくなるにつれて容量の
大きな圧力調節弁１７ａが作動するように制御される。

どころか、上述の如き装置においては、湿分分離再熱器
本体の熱応力に関しては許容値内に収める運転は可能で
あるが、再熱器に関しては、加熱蒸気の凝縮ドレンの過
冷却とそれに付随して発生する不安定流動が生ずる等の
問題がある。

ジなわら、上記再熱器にＪ３いては、サイクル蒸気が矢
印で示すようにＵ字状伝熱Ｍ２１の管外側を下方より直
交流となって上昇するため、管束の最外周に位置するＵ
字状伝熱管は下部において最も低温のＩサイクル蒸気と
の熱交換となり、上部においては最も高温のサイクル蒸
気との熱交換となる。したがって、管内において凝縮し
た加熱蒸気ドレンは、場合によっては下部において低温
のサイクル蒸気により冷却され管内圧力の飽和温度以下
となって過冷却ドレンが生じる。またざらに、全てのＵ
字状伝熱管が入口部に３３いては加熱蒸気入口ヘッダ２
２ａに、また他端の出口部においては加熱蒸気出口ヘッ
ダ２２ｂに連通していて、一定の差圧が保持されている
にもかかわらず、個々の伝熱管の伝熱性能の差異により
生ずる微少な管内二相流動の圧力損失の違いによって管
内流体の不安定流動が生じる。そして、上記流動の不安
定と過冷却によって加熱蒸気出口ヘッダ２２ｂにおける
Ｕ字状伝熱管と管板のシール溶接部に、熱疲労による欠
陥が生じる恐れがある等の問題がある。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点に鑑み、湿分分離再熱器の全ての
運転状態において、再熱器Ｕ字状伝熱管内の凝縮ドレン
の過大な過冷却およびそれに伴って生ずる凝縮ドレンの
不安定流動を防止し得るようにした湿分分離再熱器を得
ることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、高圧蒸気タービンと低圧蒸気タービンとの間
に配設され、第１段再熱器と第２段再熱器とを有する湿
分分離再熱器において、両頁熱器にお（プる加熱蒸気出
口ヘッダに、それぞれオリフィスとそのオリフィスの二
次側に仕切弁を設けた複数の管路を互いに並列に設けた
ベント蒸気排出管を接続するとともに、個々の再熱器の
加熱蒸気圧力から計算される加熱蒸気温度と、個々の再
熱器の管束入口におけるサイクル蒸気入口温度との温度
差によって、上記ベント蒸気排出管の仕切弁を間開制御
する演算制御装置を設けたことを特徴とづるものである
。

〔発明の実施例〕

以下、第１図乃至第５図を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。なお、第１図中第６図と同一部分には同
一符号を付しその詳細な説明【ユ省略する。

第１図において、第１段再熱器６の加熱蒸気出口ヘッダ
２２ｂには、オリフィス３０ａ、３０ｂ。

３０ｃとそのＡリフイス３０ａ、３０ｂ、３０ｃの二次
側にそれぞれ仕切弁３１ａ、３１ｂ、３１Ｃを配設した
複数の管路を互いに並列に接続したベント蒸気排出管３
２の一端が連設されており、その他端が図示しない復水
器や給水加熱器等の低圧セクションに連通さばである。

同様に、第２段再熱器７の加熱蒸気出口ヘッダ２２ｂに
も、オリフィス３３ａ、３３ｂ、３３ｃと仕切弁３４ａ
。

３４ｂ、３４ｃを有する複数の管路を互いに並列に接続
したベント蒸気排出管３５が接続されている。また、第
２段再熱器７の管束入口部には第２段再熱器管束入ロサ
イクル蒸気温度計測センリ３６が設けられ、さらに導管
１４には第１段再熱器加熱蒸気圧力検出器３７が設けら
れており、そのセンサおよび検出器からの検出信号が演
算制御装置２８に入力されている。

ところで、一般に管内蒸気凝縮ドレンの過冷却は加熱蒸
気温度とサイクル蒸気の入口温度との温度差に比例し、
出口ヘッダから抽出するベント蒸気量に反比例する。す
なわち、第２図に示すように、加熱蒸気温度とサイクル
蒸気の管束入口温度差が大きくなっても、ベント蒸気流
ｍが増加すると、凝縮ドレンの過冷却が低減し、同時に
凝縮ドレンの不安定流動も防止される。

そこで、本発明においては、第１段再熱器では加熱蒸気
圧力検出器３７からの検出信号によって前記演算制御装
置２８で計算される加熱蒸気の飽和温度と温度センサー
２６により計測された温度との差の程度に応じて、仕切
弁３１ａ、３１ｂ。

３１ｃのいずれかまたは複数個開弁操作することにより
ベン１−蒸気量を制御し、ドレンの過冷却および不安定
流動を防止する。また第２段再熱器では、加熱蒸気検出
器２５からの信号によって削算される加熱蒸気の飽和温
度と温度センサ゛−３６により計測された温度との差の
程度に応じて仕切弁３３ａ、３３ｂ、３３ｃのいずれか
または複数個開弁操作することによりペンミル蒸気ａを
制御しドレンの過冷却および不安定流動を防止する。

第３図は上記制′６０方式の一実施例を示すブロックダ
イレグラムであって、第１段再熱器６についでは、加熱
蒸気圧力検出器３７からの信号が関数演算器４０によっ
てその圧力の飽和温度Ａに変換される。そしてこの飽和
温度Ａは、温度センυ−２６により測定された第１段再
熱器管束への入［Ｉ温度Ｂと減算器４１で比較演算され
、温度偏差Ｘ−Ａ−８が求められ、この温度偏差Ｘが低
値モニター４２ａ、４２ｂ、４２ｃおよび高値モニター
４３ａ、４３ｂ、４３ｃに入力される。

上記低値モニタ４２ａは湿度偏差Ｘがｔ１以下で信号が
ＯＮするよう設定され、高値モニタ４３ａは温度偏差Ｘ
が１２以上で信号がＯＮするよう設定されている。ただ
しｔ　＜ｔ２である。しか°して、第３図に示ず論理回
路の構成によって、温度偏差Ｘが１２以上になると仕切
弁３１ａが聞き、ｔｌになるまで開の状態を保持する。

同様に低値モニタ４２ｂ、４２ｃ、高値モニタ４３ｂ、
４３Ｃについてもそれぞれ１　．１　．１５．１６〈た
だしｔ２〈ｔ３くｔ４〈ｔ５〈ｔ６）を設定してあり、
仕切弁３１ｂは温度偏差Ｘがし４以上になると開き、ｔ
３以下で閉じ、また仕切弁３１Ｃは温度偏差Ｘがｔ６以
上で開き、ｔ５以下で閉じる。第４図に上記仕切弁３１
ａ、３１ｂ、３１Ｃの間開スケジュールと温度偏差との
関係を示ず。

このようにして、加熱蒸気と被加熱蒸気の温度差に応じ
て仕切弁３１ａ、３１ｂ、３１ｃの開閉台数を変更でき
、温度差の増大によってベント蒸気量が増加され、凝縮
ドレンの過冷却が防止される。

第２段再熱器についても第１段再熱器と同様にして仕切
弁３４ａ、３４ｂ、３４ｃの開閉台数が変更され、凝縮
ドレンの過冷却が防止される。

また、サイクル蒸気入口温度と出口温度の温度差または
温度差の変化率が予め設定された温度差および温度差の
変化率より大きい場合には、湿分分離再熱器の構造各部
および低圧蒸気タービン内構造に過大な熱応力が生じ不
具合が生ずる恐れがある。そこで、この場合には第２段
再熱器加熱蒸気圧力調節弁１７ａ、１７ｂを絞り制御し
て加熱蒸気圧力、温度を低下せしめることによって、上
記温度差および温度差の変化率を低下Ｖしめ許容値内に
おさめて、構造各部に不具合が発生することを未然に防
止ザることができる。ここで温度差の変化率（または温
度の変化率）に上限値を設ける意味は、非定常熱伝導の
理論や実験により、それが大きい場合はど物体内部に生
じる温度差が大きく、したがって大きな熱応力が生じる
ことが明らかであり、上限値は言うまでもなく、熱応力
の許容値から設定する。

第５図はこのような制御方式の一実施例を示す図であっ
て、勺イクル蒸気の出入口温度差を負荷によって制ｔ［
Ｉｖる部分と温度差の変化率を制御する部分から構成さ
れている。

ところで、サイクル蒸気の再熱器入口温度と出口温度の
差が、温度レンサー２６．２７からの信号を減算器４５
によって計算することによって算出され、その偏差信号
が負荷信号から関数演算器４６によって設定される負荷
毎の温度差の設定値と比較器４７で比較され、その偏差
信号が比例積分微分演算器４８、および低値優先器４９
を経て圧力調節弁１７ａ、１７ｂに制御信号として加え
られる。しかして、この１ｉｌｊ御信号は、サイクル蒸
気の入口、出口温度差が設定値より大きくなると、圧力
調節弁１７ａ、１７ｂが閉動作し、加熱蒸気圧力を減少
せしめ、加熱蒸気の圧力、温度を低下することによって
前記温度差が減少するように作動する。

一方、減算器４５からの温度差信号は微分演篩器５０に
より温度差の変化率を求め、変化率設定値と比較器５１
と比較し、比例積分微分演算器５２により制御信号が作
られ、低値優先器４９を経て前記圧力調節弁１７ａ、１
７ｂに加えられる。

すなわち、温度差による制御信号あるいは温度変化率に
Ｊ：る制御信号のいずれか小さい値（弁を閉どする信号
）によって圧力調節弁１７ａ、１７ｂが制御され、温度
差を或値以内に保つように制御を行なっているときでも
、温度差の変化率が太きくなった場合には比例積分微分
演算器５２からの信号が減少し、低値優先器４９で選択
され、圧力調節弁１７ａ、１７ｂが閉動作し、温度差の
変化率を減少することができる。

〔発明の効果〕

以」ニ説明したＪζうに、本発明においては高圧蒸気タ
ービンと低圧蒸気タービンとの間に配設され、第１段再
熱器と第２段再熱器とを有する湿分分離再熱器において
、両頁熱器におｔプる加熱蒸気出口ヘッダに、それぞれ
オリフィスとそのオリフィスの二次側に仕切弁を設けた
複数の管路を互いに並列に設けたベント蒸気排出管を接
続するとともに、個々の再熱器の加熱蒸気圧力から計算
される加熱蒸気温度と、個々の再熱器の管束入口におけ
るサイクル蒸気入口温度との温度差によって、上記ベン
ト蒸気排出管の仕切弁を開閉制御する演詐制御装置を設
けたので、加熱蒸気温度とサイクル蒸気入口温度のとの
温度差によってベント蒸気流聞が制御され、凝縮ドレン
の過冷却が防止され、上記ドレンの過冷却にもとずく不
安定流動が防止されて、加熱蒸気出口ヘッダにおけるＵ
字状伝熱管と管板のシール溶接部に熱疲労による欠陥が
生じるようなことが確実に防止され、如何なる場合でも
湿分分離再熱器や低圧タービンの構造強度を損うことな
く安全な運転が確保される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の湿分分離再熱器の概略構成図、第２図
は、Ｕ字状伝熱管出口における管内蒸気凝縮ドレンの過
冷却と、加熱蒸気温度とサイクル蒸気管束入口温度との
差との関係説明図、第３図はベント蒸気流ｍ制御方式の
ブロックダイヤグラム、第４図は第３図に示す制御方式
によるベント系統の仕切弁の開閉スケジュールを示す図
、第５図は第２段再熱器加熱蒸気圧力制御力式の一実施
例を示す図、第６図は従来の再熱サイクルにおける湿分
分離再熱器の概略構成図、第７図は再熱器の蒸気ヘッダ
部および管束部のｗｉ断側面図、第８図は負荷に対応す
る各部の加熱蒸気およびサイクル蒸気温度のＩＩＩ係線
回線図る。 ６・・・第１段再熱器、７・・・第２段再熱器、２２ｂ
・・・加熱蒸気出口ヘッダ、２６，２７．３６・・・温
度セン１ナー、２５．３７・・・圧力検出器、２８・・
・演専制御装置、３１ａ、３１ｂ、３１ｃｍ・・仕切弁
、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ・・・仕切弁、３２．３５・
・・ベン１−蒸気排出管。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第１繍 易２図 第４目 第５目 手続ネｒｌｌ正門 昭和６１年８月２１日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高圧蒸気タービンと低圧蒸気タービンとの間に配設され
   、第１段再熱器と第２段再熱器とを有する湿分分離再熱
   器において、両再熱器における加熱蒸気出口ヘッダに、
   それぞれオリフィスとそのオリフィスの二次側に仕切弁
   を設けた複数の管路を互いに並列に設けたベント蒸気排
   出管を接続するとともに、個々の再熱器の加熱蒸気圧力
   から計算される加熱蒸気温度と、個々の再熱器の管束入
   口におけるサイクル蒸気入口温度との温度差によって、
   上記ベント蒸気排出管の仕切弁を開閉制御する演算制御
   装置を設けたことを特徴とする、湿分分離再熱器。