JPH0733887B2 - 蒸気タービンプラント - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は蒸気タービンプラントに係り、特に給水加熱器
のドレンポンプアツプ系統及びその制御方法及びドレン
スプレーノズルに関する。

〔従来の技術〕

従来極く一般に採用されている蒸気タービンプラント、
例えば特開昭59−71902号公報に記載されている原子力
プラントの復水系統では、給水加熱器でのカスケードド
レンは全て復水器に回収するシステムが採用されてい
る。このシステムにおいては、原子炉（蒸気発生装置）
への給水は、全て復水器を介し、復水器でドレン中に溶
存している酸素を除去、すなわち、脱気の上、更に復水
処理装置を通して供給されるように形成されている。こ
のため、水質向上の点からは有利なシステムであるが、
復水系統中に設けられている低圧復水ポンプ容量の増
加、また復水処理装置の容量増加の面では必ずしも最適
なシステムとは云い難い。

そこで、最近になり、特開昭61−41807号及び特開昭62
−5003号公報に記載されているように、給水加熱器のカ
スケードドレンを給水系（復水系）にドレンポンプによ
り直接回収する新しいドレン回収システムを用いた原子
力プラントが計画されている。これによれば、低圧復水
ポンプの容量及び復水処理装置中の復水脱塩装置の容量
を約40％低減することが可能である。勿論この新システ
ム構成の採用に当つては、カスケードドレンの脱気、す
なわちドレン中の溶存している酸素の除去に特別な対応
が必要であり、一般には給水加熱器のドレン下流側に脱
気タンクが設置され、このドレン脱気タンクで溶存酸素
の除去が行なわれ給水系に回収されるようになつてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしこの構成のものでも脱気タンクによりある程度の
脱気は可能なものの、全体的には充分な脱気がなされな
い、すなわち蒸気タービンの負荷の大きい時には充分脱
気されるが、負荷が小さい（軽負荷）時には脱気が充分
行なわれず、全体的に脱気能力が低い嫌いがある。

この点についてもう少し詳しく説明すると、一般に脱気
効率は被脱気液の表面積を増すことにより向上すること
は知られており、この点から効率のよい脱気を行うには
給水加熱器からのドレンを脱気タンク内で微粒化（ノズ
ル噴出などにより）することが行なわれる。しかしこの
種蒸気タービンプラントにおいては、この微粒化に際
し、噴出させるための圧力は、給水加熱器と脱気タンク
間の高さにて決定され、かつドレン量はタービンの負荷
によつて異ることから噴出圧力が負荷によつて異なり、
特に軽負荷時には微粒化がなされず、脱気効率が低下す
る嫌いがあつた。

本発明はこれにかんがみなされたものでありその目的と
するところは、蒸気タービンの負荷が変化した場合であ
つても所定の脱気性能を得ることのできるこの種脱気装
置を有する蒸気タービンプラント及びその制御方法を提
供するにある。

すなわち本発明は、脱気タンク内に配置されているスプ
レーノズル装置を複数のノズルごとに複数のノズル系統
に分割形成し、かつこの分割されたノズル系統の作動数
を蒸気タービンの負荷に比例させて作動させるようにな
し所期の目的を達成するようにしたものである。

上記分割されたノズル系統の作動数は、給水加熱器のド
レン量、あるいは給水加熱器のドレン配管圧力により決
定するようにしてもよい。

さらに上記ノズル系におけるノズルは、ノズル先端から
噴流する直前にドレンの一部が減圧沸騰するように、ノ
ズル孔を急拡大−縮小−末広がりの断面形状にすると、
ドレンをさらに細かい微粒子とすることができ有効であ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の蒸気タービンプラントは、蒸気発生装置への供
給水を加熱する給水加熱器と、該給水加熱器のドレンの
脱気を行う脱気タンクとを備え、前記給水加熱器のドレ
ンを、前記脱気タンクにて脱気し、ドレンポンプにて復
水器下流側の復水系統に回収するようになしたものであ
って、前記脱気タンク内に、前記給水加熱器からの流入
ドレンを噴出微粒化する複数のノズル系をドレンの落下
方向に並設配置し、最上列に配置されるノズル系を除
き、夫々のノズル系の入口部に、ノズル系へ流入するド
レンを停止させるドレン流入停止手段を設けるととも
に、該ドレンの流入停止手段を、給水加熱器のドレン量
が少なくなるにしたがい順次停止作動させるようにした
ことを特徴とする。

更に、前記各ノズルの噴出量を、下方に配置したものほ
ど増大せしめるようにしたことが好ましく、前記ドレン
の流入停止手段の停止作動は、前記給水加熱器に抽入さ
れる蒸気の圧力を検出し、この検出信号により、前記ド
レンの流入停止手段を開閉することが好ましい。

また、前記給水加熱器からの流入ドレンを噴出微粒化す
るノズルが、先広がり断面形状のを有するスプレーノズ
ルであって、ハニカム状に複数個配置されたことが好ま
しい。

更に、本発明の蒸気タービンプラントのドレン脱気系統
は、蒸気発生装置への供給水を加熱する給水加熱器と、
該給水加熱器のドレンの脱気を行う脱気タンクとを備
え、前記給水加熱器のドレンを、前記脱気タンクにて脱
気し、ドレンポンプにで復水器下流側の復水系統に回収
するようになしたものであって、前記脱気タンク内に設
けられているスプレーノズルに、前記給水加熱器のドレ
ンを導入するドレン配管を複数系統に設け、かつ、該複
数のドレン配管を段差を有するオーバーフロー式のドレ
ン配管経路とすることにより、スプレーノズルからのド
レン水位高さが蒸気タービンの負荷を変化させた場合も
ほぼ一定となるようにしてノズルからのドレン噴流速度
が一定となるようにしたことを特徴とする。

〔作用〕

この構成によれば、負荷が下がりドレン流量が少なくな
つた時、前記スプレー系統のいくつかの作動を停止して
スプレーノズル１個当りのドレン噴出量をほぼ同じに制
御することが出来るので、スプレーノズルの開口面積が
固定の場合でもドレン噴流速度をほぼ一定に制御でき、
すなわち、スプレーノズル方式による脱気性能はドレン
噴流速度にほぼ比例する特性を示すことから、ドレン噴
流速度が一定に保持されていることは脱気性能を一定に
保持することとなる。したがつて、負荷が変化した場合
でも所定の脱気性能を得ることが可能となる。

〔実施例〕

以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明す
る。

第１図には蒸気タービンプラントの要部が系統と示され
ている。図において給水加熱器のドレン脱気系統は、低
圧給水加熱器6,7と給水加熱器のドレンを蓄溜するドレ
ン脱気タンク１とが給水加熱器のドレン配管21,22で連
結され、ドレン配管21には水位調節弁、すなわち給水加
熱器６に設けられている水位調節器24からの信号により
開閉制御する水位調節弁23が設けられている。また、ド
レン脱気タンク１と高圧復水ポンプ４の上流側（復水器
の下流側）とは低圧ドレンポンプアツプ回収系統25によ
り連結され、そしてこの低圧ドレンポンプアップ回収系
統内には、低圧ドレンポンプ26と、前記ドレン脱気タン
ク１に設けられているドレン水位調節器28からの信号に
より開閉制御するドレン水位調節弁29とが介設されてい
る。さらに、前記ドレン脱気タンク１と前記給水加熱器
７とを逆止弁30を介して連結する給水加熱器側ベント蒸
気配管31と、前記ドレンタンク１と復水器（図示せず）
とを蒸気流量調節弁用のオリフイス32及び蒸気開閉弁33
を介して連結する復水器側ベント蒸気配管36とにより構
成されるベント蒸気系統34と、前記給水加熱器７と復水
器（図示せず）とを蒸気流量調節用のオリフイス37を介
して連結する給水加熱器ベント系統38とが設けられてい
る 一方、図示しない低圧復水ポンプから送られた復水は、
復水ろ過装置であるフイルタデミネライザ２及びテイー
プヘツドデミネライザ３を通つて不純物を除去したのち
前記低圧給水加熱器7,6で抽気管8,9から流入する抽気蒸
気にて加熱され高圧給水加熱器系統へ送られる。

前記ドレン脱気タンク１には、低圧側の給水加熱器７の
ドレンを上部から散水し、この給水加熱器７よりも高圧
側の給水加熱器６のドレンを下部からフラツシユ噴流さ
せドレンから発生した減圧フラツシユ蒸気を下方から上
方へ掃気させるために散水管10及びフラツシユ管11と、
この散水管10及びフラツシユ管11の上部に複数個設けた
スプレーノズル12,13と、前記給水加熱器ドレン配管21
と前記散水管10とを連結する散水側ドレンスプレー配管
14と、前記給水加熱器ドレン配管22と前記スラツシユ管
11とを連結するフラツシユ側ドレンスプレー配管15とか
ら構成されるドレンスプレー系統16,17が複数系統設け
られている。また、このドレンスプレー系統16,17に
は、前記抽気管8,9に設けた抽気蒸気圧力検出器18,19
と、各ドレンスプレー系統16,17にドレンを流入、停止
させるドレン弁40−a,40−b,41−a,41−ｂと、前記検出
器18,19からの信号により前記ドレン弁40−a,40−ｂ及
び41−a,41−ｂを開閉制御する弁開閉器42,43とが設け
られている。

前記ドレンスプレー充統16は、第２図に示す如く、ドレ
ンスプレー機構としてドレン微粒化効率の良い先広がり
断面形状を有するスプレーノズル12をハニカム形に複数
個配置し、ドレン微粒化容積効率及び脱気効果を向上さ
せてドレン脱気タンク１を小型軽量化するようにしてい
る。尚、前記ドレンスプレー系統17も同様な機器で構成
されている。また、このスプレーノズル12及び13は、第
３図に拡大断面で示す如く、スプレーノズルから噴流す
る直前にドレンの一部が減圧沸騰するように、急拡大→
縮小→末広がりの断面形状を有する二段減圧スプレーノ
ズル構造をなしている。

前記ドレン弁40−a,40−ｂ（第１図参照）の開閉を行う
弁開閉器42は、第４図にも示すように圧力設定器45,46
と、前記圧力検出器18からの信号と前記圧力設定器45,4
6からの信号によつて前記ドレン弁40−a,40−ｂを開閉
操作させる弁操作信号47,48をそれぞれ出力する弁操作
信号発振器49,50とによつて構成されている。尚前記弁
開閉器43（第１図）も同様に構成されている。

このように構成された系統であると、次に述べる理由に
より蒸気タービンの負荷が変化，換言すれば給水加熱器
からのドレン量に変化があつても、能率のよい脱気性能
が得られるのである。すなわち、ドレンスプレー方式の
脱気機構を有する脱気特性は、種々の実験を行つた結
果、ドレンスプレーノズルからのドレン噴流速度の影響
が最も強く、脱気性能を下記の（１）式にて定義した場
合、この脱気性能NTUがドレン噴流速度にほぼ比例して
増加する特性を示すことが分かつた。

このような特性を示すと云うことは、脱気性能を向上さ
せるためにはドレン噴流速度を上げて、ドレンの微粒化
を促進し、ドレン脱気表面積を大きくすると良いことに
なるが、ドレン噴流速度を上げるには機器構成や運用の
面から制限を受ける。この点従来のスプレー系統を用い
たものは、第５図と第６図に示した如くスプレーノズル
の開口面積が一定であり、発電機出力（負荷）に対する
ドレン流量変化に伴うノズルドレン噴流速度v_Wの作動範
囲が広すぎるため所定の脱気性能N₁が得られない負荷帯
が出来、負荷を変化させる場合の運用が難かしくなる。

これに対して本発明のドレン脱気系統16,17（第１図）
は、前述した如く、複数系統のドレンスプレー系統16,1
7を有し、負荷にほぼ比例してドレン弁40−a,40−b,41
−a,41−ｂの開閉制御がなされるようになつているの
で、スプレーノズル１個当りのドレン噴出量をほぼ一定
とすることができる。これにより第７図及び第８図に示
す如く発電機出力（タービン出力）の変化に対してノズ
ルからのドレン噴流速度v_Wがほぼ一定（巾狭）となるの
で、負荷が変化した場合でも所定の脱気性能N₁を得るこ
とができる。特に、スプレー差圧を十分に確保できない
システム構成の場合にその効果を奏する。

尚以上の説明では、ドレンスプレー系統を３系統用いた
場合の実施例について説明してきたが、この系統数を増
やす程安定した脱気性能が得られることは勿論である。

また、さらに本発明のドレン脱気系統は、高温高圧側の
給水加熱器６からのドレンがフラツシユ蒸気となり上部
散水管10から落下する低圧給水加熱器７からのドレンを
加熱することにより加熱脱気効果と、ドレン脱気タンク
１へ流入する給水加熱器ドレン温度に対する飽和蒸気圧
力よりも低い圧力にドレン脱気タンク１内の器内圧力を
ベント蒸気系統により下げることによる減圧脱気効果と
により給水系統へ回収するドレン中の溶存酸素量を減少
させることが可能となり、ドレン回収後の給水加熱器や
蒸気発生器等の腐蝕を防止することができる。

さらに、本発明のドレン脱気系統に、第３図に示した如
く、拡大路12aを設けた場合、すなわち二段減圧スプレ
ーノズル12を設けた場合、ドレンからのフラツシユ蒸気
によるノズル内でのドレン攪拌効果が生じて、ノズルか
ら噴出するドレンの微粒化を低差圧下でも促進させるこ
とができ、ドレンシステムヘツドの小さなドレンスプレ
ー系統の脱気性能を向上させる効果を奏する。尚この拡
大路12aは実験の結果では噴出路12bの３〜５倍の径が最
も有効であつた。

また以上の説明ではドレン弁の開閉制御にあたり、ター
ビンより排出される蒸気の圧力により行うようにした
が、常にこの圧力により制御しなければならないわけで
はなく、他の部分の圧力変化や発電機の電気的出力をと
らえるようにしてもよいであろう。

第９図にはその一つの例が示されている。すなわちこの
実施例の場合は、給水加熱器７の内圧と前記ドレン弁40
−a,40−ｂの直前のドレン配管内流体圧力との差圧を検
出するように、この部分に差圧検出器51,52を設けてお
き、この差圧検出器からの信号により前記ドレン弁40−
a,40−ｂを開閉制御する弁開閉器50を作動させ、負荷変
化に伴うドレン流量の変化に対応して、各ドレンスプレ
ー系統16,17への通水の有無を制御し、スプレーノズル1
2からのドレン噴流速度をほぼ一定とするようになした
ものであり、この構成によつても、前記抽気蒸気圧力を
検出して各ドレン弁を開閉するドレンスプレー系統のも
のと同じ効果を得ることができる。

また、第10図はさらに他の実施例を示すもので、この場
合はヘツドを有している前記ドレン配管22部にこのドレ
ン配管内のドレン水位によつて作動するレベルスイツチ
55,56,57,58を設けておき、又このレベルスイツチ55,56
からの信号により前記ドレン弁40−ａを、レベルスイツ
チ57,58からの信号により前記ドレン弁40−ｂをそれぞ
れ開閉制御する弁開閉器59,60を設け、ドレン流量と現
に噴流しているスプレーノズル12の個数とによつて決定
する前記ドレン配管22内のドレン水位をほぼ一定に制御
することにより、スプレーノズル12からのドレン噴流速
度を負荷変化に伴つてドレン流量が変化した場合でもほ
ぼ一定となるように制御するようにしても、前記ドレン
スプレー系統のものと同じ効果を得ることができる。

第11図にはさらに他の実施例が示されている。この場合
は、第１図に示したドレンスプレー系統16,17に設けた
ドレン弁40−a,40−ｂの代わりに、図に示した如く、各
ドレンスプレー配管70,71の下降ドレン配管部にオーバ
フロー式のドレン配管72,73を設け、ドレン流量の変化
に応じてオーバーフロー管70,71を降下するドレンを制
限して、前記スプレーノズル１個当りを通貨するドレン
流量をなるべく一定値に保持するようにして、ドレン噴
流速度に変化を与えないようにして目的を達成しようと
するものである。つまり、このオーバーフロー式のドレ
ン配管72,73が設けられているため、負荷が下がりドレ
ン量が少なくなると、ドレン配管内のドレン水位がオー
バーフロー管73の最後部まで達しないスプレー系統71が
出来、自然にスプレーノズル12へのドレン供給が断た
れ、ドレン流量に見合つたドレン水位でバランスする。
この場合、本ドレン配管72,73は最高位置を少しずつず
らし水位の安定を図るようにしてあるが、各負荷に対す
るドレン配管22内のドレン水位の絶対値はほぼ同じよう
に設定してある。したがつて、ドレン水位高さがほぼ一
定に保持されることとなり、ドレン噴流速度もほぼ一定
で運用されることとなる。

本発明の一実施例として低圧給水加熱器系統を示した
が、本発明は高圧給水加熱器系統にも全く同じ構成機器
によつて適用可能であり、この場合は、下流側の低圧給
水加熱器などの容量をも縮減でき、しかも、ドレンクー
ラ（図示せず）を削減できるので更に大きな効果が期待
できる。

また以上の説明ではスプレーノズル系の作動数を、たと
えば蒸気タービンの負荷、給水加熱器のドレン圧力ある
いはそのドレン量に応じて作動させる旨述べてきたが、
綿密な実験の結果では、このノズル系の作動数割合は蒸
気タービンの負荷が50％のときで32％位作動させるのが
有効のようである。

すなわち第12図および第13図はそのときの実験結果であ
り、第12図においては蒸気タービンの負荷（タービンに
直結された発電機の負荷）変動に対する脱気性能を示し
たものであるが、一般には線DNより明らかなように負荷
の変化、すなわち軽負荷になるにしたがい脱気性能NTU
は低下する。これはドレン温度が軽負荷になるにしたが
い低下することから脱気性能も低下することを意味して
いる。尚図中にDTとして示されている直線は参考までに
示されているドレン温度である。

これを点線ｘで示した脱気性能（負荷の大小に関係なく
ほゞ一定の脱気性能）を得るためには、第13図のノズル
系統作動割合（NC曲線）となる。すなわち、第13図にお
いてたとえば負荷75％のときには61％の割合、負荷50％
のときには32％の割合とするので、負荷変動に対し脱気
性能を一定に保つことができるということである。

〔発明の効果〕

以上種々述べてきたように、本発明は脱気タンク内に、
給水加熱器からの流入ドレンを噴出微粒化する複数のノ
ズル系を設け、この夫々のノズル系の入口部に、ノズル
系へ流入するドレンを停止させるドレン流入停止手段を
設けるとともに、このドレン流入停止手段を、給水加熱
器のドレン量が小さくなるにしたがい順次停止作動させ
るようになしたから、ドレン量に変動があつても、すな
わち蒸気タービンの負荷に変動があつても、ドレンの脱
気タンク内での噴出速度はほゞ一定に保たれ、したがつ
て蒸気タービンの負荷が変化した場合であつても常に所
定の脱気性能を有するこの種タービンプラントを得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のドレン脱気系統を示す系統図、第２図
はドレンスプレーノズル系の一つを示す平面図、第３図
はドレンスプレーノズルの縦断側面図、第４図はドレン
弁開閉器のブロツク図、第５図はドレンスプレー系統を
１系統用いた場合のドレン噴流特性図、第６図はその脱
気性能特性図、第７図は本発明のドレンスプレー系統を
複数系統用いた場合のドレン噴流特性図、第８図はその
脱気性能特性図、第９図及び第10図は本発明の変形例を
示す系統図、第11図は本発明のドレンスプレー系統の変
形例を示す系統図、第12図は負荷と脱気性能の関係を表
わす特性図、第13図は負荷と損失水頭の関係を表わす特
性図である。 １……ドレン脱気タンク、6,7……低圧給水加熱器、10
……散水管、11……フラツシユ管、12,13……スプレー
ノズル、16,17……ドレンスプレー系統、18,19……抽気
蒸気圧力検出器、25……ドレンポンプアツプ系統、26…
…低圧ドレンポンプ、40−a,41−a,40−b,41−ｂ……ド
レン弁（ドレン流入停止手段）、42,43……弁開閉器、5
1,52……差圧検出器、55,56,57,58……レベルスイツ
チ、61……流量調節型スプレーノズル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 増田 豊彦 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭62−5003（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−79905（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−106308（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−133748（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−122806（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭38−2096（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸気発生装置への供給水を加熱する給水加
   熱器と、該給水加熱器のドレンの脱気を行う脱気タンク
   とを備え、前記給水加熱器のドレンを、前記脱気タンク
   にて脱気し、ドレンポンプにて復水器下流側の復水系統
   に回収するようになした蒸気タービンプラントにおい
   て、 前記脱気タンク内に、前記給水加熱器からの流入ドレン
   を噴出微粒化する複数のノズル系をドレンの落下方向に
   並設配置し、 最上列に配置されるノズル系を除き、夫々のノズル系の
   入口部に、ノズル系へ流入するドレンを停止させるドレ
   ン流入停止手段を設けるとともに、該ドレンの流入停止
   手段を、給水加熱器のドレン量が少なくなるにしたがい
   順次停止作動させるようにしたことを特徴とする蒸気タ
   ービンプラント。
2. 【請求項２】前記各ノズルの噴出量を、下方に配置した
   ものほど増大せしめるようにしたことを特徴とする請求
   項１記載の蒸気タービンプラント。
3. 【請求項３】蒸気発生装置への供給水を加熱する給水加
   熱器と、該給水加熱器のドレンの脱気を行う脱気タンク
   とを備え、前記給水加熱器のドレンを、前記脱気タンク
   にて脱気し、ドレンポンプにて復水器下流側の復水系統
   に回収するようになした蒸気タービンプラントのドレン
   脱気系統において、 前記脱気タンク内に設けられているスプレーノズルに、
   前記給水加熱器のドレンを導入するドレン配管を複数系
   統に設け、かつ、該複数のドレン配管を段差を有するオ
   ーバーフロー式のドレン配管経路とすることにより、ス
   プレーノズルからのドレン水位高さが蒸気タービンの負
   荷を変化させた場合もほぼ一定となるようにしてノズル
   からのドレン噴流速度が一定となるようにしたことを特
   徴とする蒸気タービンプラントのドレン脱気系統。
4. 【請求項４】前記ドレンの流入停止手段の停止作動は、
   前記給水加熱器に抽入される蒸気の圧力を検出し、この
   検出信号により、前記ドレンの流入停止手段を開閉する
   ことを特徴とする請求項１記載の蒸気タービンプラン
   ト。
5. 【請求項５】前記給水加熱器からの流入ドレンを噴出微
   粒化するノズルが、先広がり断面形状のを有するスプレ
   ーノズルであって、ハニカム状に複数個配置されたこと
   を特徴とする請求項１記載の蒸気タービンプラント。