JPH116604A - 減温器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸気配管内面や蒸気配管保護筒及びノズルス
テム外筒のスプレーノズルの噴霧により発生していた高
い熱応力を低減し、その寿命を延ばすこと。 【解決手段】 スプレ水配管からの注水３１を噴射する
複数の噴射孔３７を設けたノズルステム３６と、ノズル
ステム３６を取り囲むように設けると共に噴射孔３７に
対応する場所に切り欠き孔３８を設けたノズルステム外
筒３５と、を蒸気配管９内に挿入して設けた減温器にお
いて、蒸気配管９内に挿入したノズルステム外筒３５の
挿入端部を蒸気配管９に固定５１すると共に、ノズルス
テム外筒３５の断面形状を蒸気配管９内の高温流体流れ
方向に対して流線形状としたこと。また、ノズルステム
外筒を用いることなく、ノズルステム自体を流線形状断
面とすること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気配管への熱応
力を低減することができる減温器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術における事業用発電ボイラの給
水および蒸気系統図を図５に示す。図５においてボイラ
給水ポンプ１からの給水は給水配管２１から節炭器２、
水壁３、ケージ壁４、一次過熱器５および最終過熱器６
を経て過熱蒸気となって高圧タービン７へ送られて仕事
を行う。高圧タービン７で仕事をした蒸気は、一次再熱
器８、再熱器連絡管９および二次再熱器１０を経て再熱
蒸気となって中、低圧タービン１１へ送られて仕事を行
う。

【０００３】ここで、減温器２０は例えば図５のような
事業用発電ボイラにおいて負荷変動させた場合など、熱
収支のアンバランスから最終の再熱器となる二次再熱器
１０出口の蒸気温度がタービン側で必要とする温度範囲
より上昇した際、注水することにより二次再熱器１０出
口の蒸気温度を低下させるために設置されている。

【０００４】前記注水は例えば給水ポンプ１中段から注
水される。また、図示していないが、一次過熱器５と最
終過熱器６との間にも過熱器が設置される。過熱器側に
設置される減温器は常時注水して過熱蒸気温度を調節す
るのに使用されており、これに対して再熱器側に設置さ
れる減温器は前記のように断続的に注水される。

【０００５】現在多くのプラントで使用されている従来
の減温器を図４に示す。

【０００６】図４の減温器は、再熱器連絡管９に片持ち
で支持される構造になっており、再熱器連絡管９内にノ
ズルステム３６およびノズルステム外筒３５が突出した
構造となっている。

【０００７】図５に示すボイラ給水ポンプ１中段からの
水は、スプレー水注入孔３１から供給され、ノズルステ
ム３６を介して再熱器連絡管９内に配置された衝突噴霧
形式の噴射孔３７から噴霧される。噴射孔３７は複数が
隣接して設けられている。ノズルステム外筒支持部４０
は、ノズルステム３６及びノズルステム外筒３５が噴霧
時と停止時（通常時）の温度差によるそれぞれの熱膨張
を吸収するため、ノズルステム外筒３５部分との間で、
スライドする構造となっている。ノズルステム外筒３５
部分に設けられた切り欠き孔３８はノズルステム３６に
設けられた噴射孔３７からの噴霧が直接当たらないよう
な開口面積を有している。

【０００８】図６に減温器の微粒化機構を示す。隣接し
て設けられた１組の噴射孔３７から噴射された水柱４３
はそれぞれ隣接する噴射孔３７に向かう角度を有して噴
射されるため、衝突して水膜４４を生成する。この水膜
４４は周囲の高温蒸気の流れによって、引きちぎられ
て、膜状分裂４５を経て微粒４６となる。この微粒化機
構は周囲の高温蒸気の流れに影響されやすいにも関わら
ず、微粒化を妨げる要因となる噴霧領域での蒸気の流れ
についての配慮はされていなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の減温器は実験に
より、以下のような問題点があることが判明した。

【００１０】（１）ノズルステムの片持ち支持構造に起
因して、蒸気配管内に突出したノズルステム外筒に付着
した粒滴が挿入端部から再飛散する現象が生じ、このた
め再飛散の粗い粒滴が未蒸発のまま配管内面に付着し、
局部的な熱応力を発生させる。

【００１１】（２）対象とする蒸気配管の中心部に多数
の噴射孔を集中的に配置した噴霧形態としているために
噴霧水柱同士の干渉によって微粒化が阻害されること。

【００１２】（３）ノズルステム後流部に発生する乱流
（カルマン渦）によってノズルステムからの噴射水が再
びノズルステム側へ戻り、接触するといった噴霧水の巻
返り現象が生じ、（１）と同様の問題点が生じる。

【００１３】本発明は、流線形状断面のノズルステム形
状を採用し、噴霧水の巻返り自体の低減を図ることによ
り蒸気配管への熱応力の低減を図るものである。

【００１４】本発明と類似の技術として、実開昭５５−
６９２０４号公報に記載のものがあるが、本発明におけ
る、ノズルステムやノズルステム外筒の全体を流線形状
にすることによって減温器後流域での蒸気乱流の発生を
抑制する効果を得るものではなく、単にノズルステム外
筒への蒸気流体の抵抗を減ずる目的のみを考慮したもの
であり、本発明とは技術的観点が異なる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は主として次のような構成を採用する。

【００１６】スプレ水配管からの注水を噴射する複数の
噴射孔を設けたノズルステムと、前記ノズルステムを取
り囲むように設けると共に噴射孔に対応する場所に切り
欠き孔を設けたノズルステム外筒と、を蒸気配管内に挿
入して設けた減温器において、前記蒸気配管内に挿入し
た前記ノズルステム外筒の挿入端部を蒸気配管に固定す
ると共に、前記ノズルステム外筒の断面形状を前記蒸気
配管内の高温流体流れ方向に対して流線形状とした減温
器。

【００１７】また、スプレ水配管からの注水を噴射する
複数の噴射孔を設けたノズルステムを蒸気配管内に挿入
して設けた減温器において、前記蒸気配管内に挿入した
前記ノズルステムの挿入端部を蒸気配管に固定すると共
に、前記ノズルステムの断面形状を前記蒸気配管内の高
温流体流れ方向に対して流線形状とした減温器。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１、図２および図３を用いて、
本発明の実施形態に係る減温器の構成を以下説明する。
ここにおいて、９は再熱器連絡管、３１はスプレ水注入
口、３２は管台、３４は保護筒、３５はノズルステム外
筒、３６はノズルステム、３７は噴射孔、３８は切り欠
き孔、３９はノズルステム支持部、５０はアダプター、
５１はノズルステム外筒固定ピン、をそれぞれ表す。

【００１９】図１に本発明の実施形態となるノズルステ
ム外筒３５の断面を流線形状としたものを示す。ここで
は図４に示すように、減温器を使用している再熱器減温
器スプレー設置位置について示す。図４において、近年
の中間負荷運用される事業用火力発電ボイラには通常、
高圧タービン７の回転に使用した後の蒸気を再熱器８，
１０で再度過熱し、中、低圧タービン１１を回すために
使用する。その一次再熱器８と二次再熱器１０を繋ぐ再
熱器連絡管９に、負荷変動時に再熱蒸気温度が上昇した
際の緊急用の減温装置として再熱器減温器２０からスプ
レー水が噴霧される。

【００２０】図４に示す減温器スプレー水配管には、図
１の減温器スプレーノズル管台３２より減温器内部に挿
入され、管台３２でアダプタ５０を介してノズルステム
外筒３５と接続される。管台３２ではノズルステム外筒
３５断面は円形となって、蒸気配管内ではその断面が流
線形状となるようにするため、その接続部に図１のよう
な形状のアダプタ５０を設けている。本実施形態ではア
ダプタ５０によって円形と流線形状との取合いを行って
いるが、図２，３に示すようにノズルステム外筒３５ま
たはノズルステム３６の上部において取合う構成とする
こともできる。

【００２１】ノズルステム３６には蒸気配管内の蒸気流
に対し下流側に向いた噴射孔３７組が複数箇所配置され
ており、噴射孔３７組に対応してノズルステム外筒３５
に切り欠き孔３８をそれぞれ配置してスプレー水が噴霧
されるようになっている。また、本実施形態において
は、ノズルステム３６とノズルステム外筒３５との間の
ノズルステム支持部３９を従来の図４とは異なり流体の
流れに対し直角方向に設けている。

【００２２】更に、本発明の実施形態においては、ノズ
ルステム外筒３５の挿入先端部を再熱器連絡管９にノズ
ルステム外筒固定ピン５１により支持固定している。

【００２３】上記のような構成において、高温流体の流
れ方向に全体的に流線形状断面となっているノズルステ
ム外筒３５によって、減温器後流域の乱流生成が抑制で
きるので、噴霧水滴を微粒にして蒸気配管の長手方向に
沿って平行に流すことができるので、高温流体中への蒸
発が確実に行え、効果的に温度低減が行える。また、乱
流に起因して未蒸発の粗い噴霧水滴が蒸気配管や蒸気配
管保護筒３４及びノズルステム外筒３５へ衝突して局部
的な熱応力を発生させる。

【００２４】図２に本発明の他の実施形態を示す。本実
施形態のようにノズルステム３６をノズルステム外筒３
５内で高温流体に対して下流側に寄せて設けることもで
きる。また、ノズルステムの材質が制限されることな
く、製作上における部品加工が容易である場合には、図
３の実施形態に示すようにノズルステム外筒を廃し、ノ
ズルステム３６自体を加工することによって、翼型に近
い流線形状断面形状とすることが可能となり、本発明に
よって得られる作用を更に効果的にすることができる。
全体構成及び作用については上記実施形態と同様であ
る。

【００２５】以上説明したように、本発明によれば、ス
プレーノズル噴霧孔３７より噴射された噴霧水（スプレ
ー水）は、ノズルステム外筒が流線形状に加工されてい
るので、ノズルステム外筒後流域の蒸気の乱流が抑制さ
れ、図５の水膜４４が乱れることなく、スプレー水を効
果的に微粒化させることができる。また蒸気配管の長手
方向に沿って平行に流れる噴霧水滴が増加し、加えてノ
ズルステム及び外筒に巻返る噴霧水滴は減少する。この
ことにより噴霧水滴の蒸発割合を増加することができ、
蒸気配管内面に未蒸発の水滴が衝突することを防止でき
るため、特に蒸気温度が低く噴霧水滴の蒸発がおきにく
い低負荷時において水滴を効果的に微粒化できるので、
蒸気配管への熱応力の低減が効果的となる。

【００２６】この場合、配管内の流体の速度が流線形状
のノズルステム表面から剥離しない程度の速度内とする
ことで、微粒化性能を効果的に保持できる。

【００２７】

【発明の効果】本発明においては、蒸気配管内面や蒸気
配管保護筒及びノズルステム外筒のスプレーノズルの噴
霧により発生していた高い熱応力を低減し、その寿命を
延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る減温器の縦断面図であ
る。

【図２】本発明の他の実施形態に係る減温器を示す図で
ある。

【図３】本発明の更に他の実施形態に係る減温器を示す
図である。

【図４】従来技術を示す図である。

【図５】減温器の使用例における全体系統図である。

【図６】スプレーノズルの微粒化機構を示す図である。

【符号の説明】

１ ボイラ給水ポンプ ２ 節炭器 ３ 水壁 ４ ケージ壁 ５ 一次過熱器 ６ 最終過熱器 ７ 高圧タービン ８ 一次再熱器 ９ 再熱器連絡管 １０ 二次再熱器 １１ 中、低圧タービン １２ 再熱器スプレ水配管 ２１ 給水配管 ３１ スプレ水注入口 ３２ 管台 ３４ 保護筒 ３５ ノズルステム外筒 ３６ ノズルステム ３７ 噴射孔 ３８ 切り欠き孔 ３９ ノズルステム支持部 ４３ 噴射水柱 ４４ 水膜 ４５ 膜状分裂 ４６ 微粒 ５０ アダプター ５１ ノズルステム外筒固定ピン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スプレ水配管からの注水を噴射する複数
   の噴射孔を設けたノズルステムと、前記ノズルステムを
   取り囲むように設けると共に噴射孔に対応する場所に切
   り欠き孔を設けたノズルステム外筒と、を蒸気配管内に
   挿入して設けた減温器において、 前記蒸気配管内に挿入した前記ノズルステム外筒の挿入
   端部を蒸気配管に固定すると共に、 前記ノズルステム外筒の断面形状を前記蒸気配管内の高
   温流体流れ方向に対して流線形状としたことを特徴とす
   る減温器。
2. 【請求項２】 スプレ水配管からの注水を噴射する複数
   の噴射孔を設けたノズルステムを蒸気配管内に挿入して
   設けた減温器において、 前記蒸気配管内に挿入した前記ノズルステムの挿入端部
   を蒸気配管に固定すると共に、 前記ノズルステムの断面形状を前記蒸気配管内の高温流
   体流れ方向に対して流線形状としたことを特徴とする減
   温器。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の減温器において、 前記ノズルステムを前記ノズルステム外筒内で、その中
   央部よりも前記高温流体の流れ方向の下流側に変位させ
   て配置したことを特徴とする減温器。