JPS5841403B2 - 超臨界圧力貫流蒸気発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、貫流蒸気発生装置、特に低定格において亜臨
界圧力で動作する超臨界圧力蒸気発生装置に関するもの
である。

蒸気動力ターボ発動プラントは、２２０気圧のような超
臨界圧力にかいては比較的低いヒートレートで動作する
ように設計され運転され得る。

そのタービンはタービン入口にかける設計超臨界圧力の
最大蒸気流を通過させるように設計される。

従ってこの蒸気発生装置は超臨界圧力にかいて蒸気を発
生するように設計されねばならない。

発電プラントでは、特に夜間釦よび電力需要の少々い週
末に釦いては、タービンを低負荷で運転することが屡々
要求される。

タービンが超臨界圧力を必要としない著しく低い負荷に
おいては、高い超臨界圧力に釦ける蒸気発生装置の連続
運転はヒートレートを実際に増加させる。

タービン入口の設計とは関係なく、このような運転にか
いては固有の効率損失がある。

蒸気発生装置からの超臨界圧力の蒸気は適当なタービン
入口圧力１で調節されねばならない。

そのよう々調節には実質的な温度降下を伴ない、ある型
式のタービンにｉ−ケる僅かのパルプポイントを除いて
は絞ジ調節による損失がある。

従って、低負荷運転の間には蒸気発生装置を低圧力に卦
いて運転することが好ましい。

高温蒸気タービンは急速な温度変化を許容することがで
きない。

タービンの再起動の間には、蒸気温度をタービン金属温
度に合わせることが重要である。

急速な負荷変動があると、タービン段に入る蒸気の温度
の変化は、タービンに応力損傷を生じさせてし筐うので
ある。

負荷が蒸気発生装置出口温度釦よび圧力を一定としなが
ら減少するとタービン弁絞りの減少はタービン内に温度
降下を生じる。

この変化する温度は負荷変動率の許容範囲を制限する。

蒸気発生装置圧力が負荷と共に減少するならば、絞り圧
力降下は生じない。

従って、絞り温度時Ｔが生じず、このため負荷変動率の
制限を除くことができる。

このような理由で、蒸気発生装置は変圧運転されている
。

このことは一般にタービン絞り弁位置を実質的に固定し
た１＼として蒸気発生装置圧力を変えて負荷を変えるこ
とにより遠戚される。

全部の絞り弁の全開時に、たとえば２５０気圧のような
超臨界圧力が全負荷に釦いて得られることが要求される
。

この要求圧力は負荷にほぼ比例して減少する。

変圧運転の通常の形式に卦いては全負荷から第１のパル
プポイント（約７５−８０％負荷）筐での全圧力での運
転、およびこの負荷以下の変圧運転を行なう。

このことはパーシャルアークタービンのタービン効率を
最大にし、エネルギをたくわえてコントロールレスポン
スを改善する。

このような運転が超臨界釦よび亜臨界の圧力の両方にま
たがって行なわれる時の問題のひとつは、超臨界および
亜臨界の圧力に卦ける水の振舞の相違である。

亜臨界圧力にあ・いては、２相混合流となり、同じ温度
において水と水蒸気とが混在する。

超臨界圧力にあ・いては、水から蒸気への変化が行われ
、２相流と々らず均質である。

このことは圧力の加わる部分の設計、特に炉壁回路の設
計にかいて相いれない要求を生んでいた。

臨界圧力以下の圧力の２相流運転は、低エンタルピの水
が高エンタルピの蒸気から分離され、この水が送り戻さ
れて氷壁を循環するという利点を持っている。

しかしながら、このことは、次に続く管群の回路に入る
水よ・よび水蒸気の分布がう筐く行なわれない確率が大
きいまたは２相流をひとつの管群から次の管群へと送ら
ねばならないという問題を生ずる。

貫流ボイラは今迄、臨界圧力以下の圧力では僅かの量の
水が氷壁を出て行くというモードで運転されていた。

この水は給水系統へ戻されていた。またこの種ボイラの
あるものでは氷壁の中で完全蒸発が行なわれて乾燥蒸気
だけが氷壁を出て行くように運転されていた。

全負荷運転においては、使用焚火設備で定寸る特定の熱
分布パターンが炉内に生じ、壁にはスラッギングパター
ンが生じる。

この熱吸収パターンは適度な精度で予じめ知ることがで
きる。

しかしながら低負荷運転にかいては、同じ蒸気発生装置
でも熱分布パターンが変化する。

従って、全負荷に釦ける熱分布を定めるように設計して
も、低負荷においては温度分布が不都合となるという問
題を生じ得る。

この温度分布が不都合となるという問題は蒸気発生装置
に釦いては、割当てられた流量をこえる熱を受は取った
管が過大温度レベルとなることにある。

この過大温度レベルは炉壁構造の各種管間に大きな温度
差による過大な応力をも生じることとなる。

この問題に対処するために過去にかいては幾つかの方法
が用いられて来た。

すなわちひとつには炉壁管をらせん状に配置して、炉壁
管が炉の全周にわたって斜めに走るようにし、これによ
り熱吸収を平均化するようにしている。

このことは、特に壁の支持とバーナ開口を設けることに
ついて構造上困難な問題を生じる。

炉壁管に直列の多数の流体通路を設けることは、各通路
に釦いて吸収される熱量を減じ、従って各通路に生じる
温度不平衡を制限することとなる。

このことは多数の降水管を有する構造を要することとな
り、これもまた構造的に困難であり、各種通路間に２相
流を分布するという問題を生じる。

もうひとつの従来の解決策は、炉の全高に亘ってひとつ
またはそれ以上の場所に混合ヘッダを導入し、ここを通
過する水が次の区間に入る前に平均熱量になるように混
合し、これにより温度不平衡ヲ無くすことであった。

これも渣たコストの高い構造であり、かつ２相流分布の
問題は相変らず生じている。

炉壁管は外測にわいて炉温度に、内側にわいて流体温度
にさらされている。

実際の管壁金属温度は管金属と、管内を流れる流体との
間の熱伝達率との関数である。

この熱伝達率は一般に流体の流量の関数であり、核ぶつ
どうが生じているときに犬となる。

これは超臨界流体にとって良いことである。

膜ぶつどうが普通の管内にあ−いて生じているときには
、熱伝達率は非常に悪い。

内部リブ付の管のような内部流攪乱手段を有する管では
、膜ぶつどうが生じている時の熱伝達率を大いに改善す
る。

蒸気発生装置の初期起動の間には、炉壁管を流れる流れ
が若干あることが必要である。

このことは構造体を一様に加熱し、また局部過熱を回避
するように管内の諸点で充分な熱伝達を与えることが必
要とされる。

ドラム型の蒸気発生装置にあ・いては、この目的で再循
環という手段が常に用いられる。

貫流型蒸気発生装置にあ−いては、最少流（通常全負荷
流の３０係程度）を与えて、蒸気に変った量販外の流れ
は給水列へ戻している。

他の解決策としては炉の管を通る水をポンプによって再
循環せしめるやり方がある。

変圧運転をすることが望ましいことは多年にわたって知
られていた。

ヘッダｌたは多数通路による混合ではなく、垂直管を用
いた炉構造体とするのが製作組立に簡便であり明らかに
望ましい。

また超臨界運転の変圧貫流型蒸気発生装置は今昔では複
雑な炉況管構造を用いていた。

本発明によれば超臨界圧力貫流型蒸気発生装置は、低い
負荷にふ・いて亜臨界圧力範囲で変圧運転するためには
、炉壁を内張し、その全高に延びる垂直管を有するもの
としである。

これらの管は、実質的に全加熱長さに亘って設けた内部
旋条のような内部流れかき１ぜ装置を持っている。

これらのすべての管は平行流れの関係となるようにして
あり、予じめ定められた全員荷時熱吸収に従って垂直管
を通る流れを配分するようにオリフィスを設けである。

気液分離器は氷壁管からの流出物を受け、ポンプにより
この分離器からの水を炉壁管に再循環させる。

このポンプは蒸気発生装置の全負荷流の５０多以下を再
循環させるような能力のものとしである。

管と、氷壁の管間隔とは、流量負荷Ｗが（ｄ＋５）１０
．０１２５以下となるような寸法とされている。

ここでｄは皿で表わした管の内径を示し、Ｗはに９／
ｓｅｅ ／ｍ”で表わした全負荷における管を通る流量
とする。

これはポンプによる再循環なしに全負荷の約３０俤での
運転を可能とする。

また、全負荷に釦ける垂直炉壁管を通る摩擦圧力損失は
全負荷に釦いてこれらの管に存在する流体の静落差の４
倍よシ小さくする。

炉壁内の内部旋条は、この蒸気発生装置が超臨界圧力に
かいて運転している時は殆んど作用をしない。

しかしながら、それは亜臨界圧力運転に釦ける膜ふっと
うでは、熱伝達率を増加することにより炉壁管を流れて
通る流体により炉壁管を充分に冷却できる。

このことは亜臨界圧力での運転に釦いて、他の手段より
も少ない流量での運転を可能にするのである。

オリフィスの選択は、蒸気発生装置の高負荷に釦ける熱
吸収に従って流れを割当てるようにされる。

低い定格にあ・いては、炉内の熱分布が変化し、オリフ
ィス選択により定められた流れの選択は不適当である。

しかしながら、全負荷にかける流量、管寸法釦よび（ま
たは）圧力降下を選択して定めると、低い負荷に釦いて
はオリフィスは相対的に効果がなくなり、自然循環型効
果が生じ、これにより蒸気発生装置が異なった熱吸収パ
ターンに適合するようになる。

以１図面に例示した本発明の好適な実施例について本発
明を詳述する。

蒸気発生装＃１０は炉１２を包含する。

この炉は垂直管１４で内張すされた壁を持ち、焚火装置
１１を有している。

これらの管は第３図に示されたような内部旋条１６を持
つ。

この内部旋条の根元で計った内径をＩ 、Ｄ、で示す。

典型的々管は外径が２５．５ｍｍで内径が１５．３ｍｍ
である。

旋条リプは幅が３．２ｍｍで、高さ０．５ ｒａｍで、
リード角が３０’である。

これらの管は炉１２の高さに亘って単一の通路をなして
延びている。

ハツダ１８を通って入る給水はエコノマイザ２０を通過
し、給水管２２によって混合へラダ２４へ運ばれる。

亜臨界圧力の再循環運転の間には、再循環させられたボ
イラ水も分離器２６から降水管２８と逆止弁３０とを通
って混合ヘッダ２４へ通過する。

この給水と再循環ボイラ水との混合物は混合流降水管３
２を通り、ポンプによる再循環期間の間ポンプ３４と、
それに関連する吸込弁３６と、放出弁３８とを通過する
。

この水の流れは放出管４０を通って分配マニホルド４２
へと通過する。

氷壁入口ヘッダ４４−４６は炉壁管１４０丁端に接続さ
れている。

オリフィス４７（第７図）は各炉壁管１４０入口に形成
されている。

各ヘッダはダイヤフラム４８により多数の室５０に分け
られていて、各室は少なくとも１つの供給管５２により
給水されている。

オリフィス５４は各供給管の入口に配置されてもよい。

オリフィス４７と組合わされて、それらのオリフィス５
４は、全負荷において容管を通過する流れがその管の予
知された熱吸収に比例するような寸法にされている。

オリフィスは配分流に対する固定された装置と考えられ
る。

何故ならばそれらのオリフィスは日日の運転の間に変え
られることがないからである。

勿論、それらのオリフィスは全負荷流の配分に具合が悪
い点があればこれを正すために蒸気発生装置運転内止時
に変えてもよい。

ｌた、全負荷試験時に弁を調節し、この位置で固定する
ようにしてもよい。

氷壁管１４を出て行く流体は水壁出口ヘッダ５６−５８
で集められ、ライザ管６０を通って気水分離器２６へ通
過する。

ここで水が分離されて再循環筐たは放出のために戻され
る。

蒸気は蒸気出口管６２を通過する。

この出口管から蒸気は、蒸気発生装置の屋根を有する管
６４と、蒸気発生装置の後方ガス通路の壁を有する管６
６とを通過する。

その後に蒸気は過熱器パネル６８と、つなぎリンク（図
示されない）を通る仕上げ過熱器区間とを通過し、それ
から主蒸気管（図示されない）を通って蒸気タービンへ
と通過する。

タービンからの再熱蒸気は低温再熱器７２と、高温再熱
器７４とを直列に通過し、その後に蒸気タービンに戻る
。

、つなぎリンクと蒸気導管とは図示されてない。

再循環ポンプ３４が付勢されていないと、管２２からの
給水だけが降水管３２を通過する。

この流れはポンプを通過させられてもよく、あるいはバ
イパス管８０と逆止弁８２とによりポンプをバイパスし
てもよい。

第４図は通常の超臨界蒸気発生装置の変圧運転に従う負
荷範囲に亘る圧力レベルを示している。

曲線９０はタービン絞りに存在する圧力、曲線９２は過
熱器出口に存在する圧力、および曲線９４は炉壁出口に
存在する圧力を示している。

種種の曲線に釦ける差は配管系を通る圧力降丁を示して
いる。

圧力に対する基準は、炉壁出口にかける圧力に関するも
ので、他の圧力は少し低いものとしているが、その大き
さは管を通過する蒸気の流れと、比容積とに関係してい
る。

注目すべきことは、全負荷運転近くでは７定の圧力の部
分があることである。

この範囲において一定圧力で運転するかしないかは選択
の問題である。

ゴ定圧力範囲はしばしば全負荷と７５係負荷との間にあ
る。

必要であれば、圧力を最小負荷から１００％負荷の負荷
全体の範囲にかいて圧力を変動させてもよい。

しかしながら、平坦部分の使用はタービン絞り弁のひと
つを少Ｚくとも部分閉鎖することであり、パーシャルア
ークアトミッションタービンにかいて通常選ばれるブリ
ーフポイントは第１の弁の全閉位置である。

このことはタービン効率を最大にし、寸たボイラ内のエ
ネルギ貯蔵を与えるので、負荷増加の必要がある場合に
弁は開かれて、直ちに応動する。

どんな場合にも３０−５０％の間の負荷範囲においては
、炉壁圧力ば８０−１４０気圧程度である。

起動の間、および極めて低負荷のときには、蒸気発生装
置は亜臨界圧力で再循環させながら運転する。

エコノマイザ２０を通って入る供給水はドラム２６の中
で水レベル８４を保っている。

この水はへラダ２４内で再循環水と混合し、再循環ポン
プ３４を通って炉壁の管１４を通り上方へ通過する。

気水混合物は炉壁を出て行き、循環させられているすべ
ての蒸発させられていない水を伴ないながらドラム２６
に運ばれる。

常規低負荷運転の間、蒸気発生装置は亜臨界圧力の貫流
系として運転する。

エコノマイザ２０を通って入る供給水は、再循環ポンプ
３４を通るか、またはその周りを通って、上方へ炉壁管
１４を通過する。

流れは僅かに過熱された蒸気が炉壁管を去ってゆくよう
に制御される。

この過熱蒸気は気水分離器２６から過熱器へと流される
。

もし少しでも水が分離器へ放出され＼ば、それはブロー
ダウン管８６を通って供給水列の適当な場所へ除去され
る。

この運転の間炉壁管内の流体は入口にあ−ける半冷却水
から飽和水に変わり、それから全蒸発範囲を通って乾燥
蒸気に変わり、続いて僅かだけ過熱される。

このときには、蒸発の一部分は非常に良質な蒸気の存在
の１に生じ、核ふつとうかもの離脱が起り易いことは明
らかである気 管にあ・ける内部旋条のような内部流か
き１ぜ手段が有効に動作して、比較的低い流量にふ−い
て適当な熱伝達を助長させるのはこの範囲である。

旋条は管の加熱された全長に亘って延びている。

それは、半冷却水と低質蒸気だけが生じている管のＴ部
に釦いては除いてもよい。

管の上方部分に釦ける吸収率が常に低く、同時に良質蒸
気が存在するときには、旋条は頂部では除いてもよい。

高定格の間には、蒸気発生装置は超臨界圧力に釦いて貫
流モードで運転される。

流路は亜臨界圧力の貫流モードに示されたものと一致す
る。

分離器２６にち−ける水−蒸気分離が可能でないから、
ブローダウン管８６はこのときには使用されない。

この時の間には炉壁管は温度レベルがほぼ４２５℃に加
熱された超臨界流体だけを含んでいる。

低負荷の亜臨界圧力運転の間には、蒸気発生装置がポン
プ再循環で、またはポンプ再循環なしに運転される。

このことは、この範囲にふ−いて生じる僅かな負荷変化
における起動釦よび停止の問題を回避する。

７００ＭＷ石炭焚き蒸気発生装置は全負荷出力２．３
Ｘ １０６ｋｇ／時に設計された。

燃料燃焼条件に基いた炉寸法選択は炉の深さが２６．２
ｍ、幅が１３．１ｍで、中央壁は炉を２分している。

外径２５．５間の管は中心−中心間隔を４１．３ｍｍに
選ばれた。

この結果炉の周辺に１９００本の管を配することとなり
、中央壁を作る３８關外径の１８４本の管を付加してい
る。

この中央壁と、すべての外方炉壁とは平行流を作るよう
にされて、炉壁を通って上る流体の単一通路となってい
る。

外方壁管は最小壁厚４．５７ｍｍで、公称内径１．５．
３ｍｍとなった。

中央壁は最小壁厚７．１６１１ｍに選ばれ、公称内径２
２．３５１１１ｒ１に選ばれた。

全負荷釦よび超臨界圧力にあ・いては、氷壁への入口の
温度は３４９℃で、平均出口温度は４１５℃であった。

流体の比容積は入口における１、６×１０３ｒｒＬ２／
ｋｇから出口にふ−ける６、２Ｘ１０’ｍ３／ｋｇに変
わった。

前方、測方および後方壁管の異なった形状のために、管
の圧力降下は２３５キロパスカルから５０９キロパスカ
ルに変わった。

オリフィス５４は種々の管の流れの分布をこれらの管の
予知された熱吸収に従って与えるように選ばれた。

分配マニホルド４２かも分離器２６への全圧力降下は１
３１０キロパスカルであった。

この選択は、そのときは圧力１０４気圧で全負荷のほぼ
３０条にあ・いて調査された。

調査は再循環ポンプ運転なしに行われたので、蒸気発生
装置は純粋な貫流条件にふ・いて運転した。

氷壁管に入ると、水は２３３℃となったが、これは飽和
温度より２２℃低い。

比容積は１．３×１０−３ｍ３７ｋｇであった。

平均出口条件は３２９℃で、平均比容積は１４．４Ｘ１
０−３／扉３ｋｇであった。

低負荷にわける調査は、予知された低負荷熱吸収分布と
共に生じる流体流と温度との初期決定とを含んでいた。

このことは予知された吸収からの起り得る偏差に基いて
計算により追求さ第１た。

特殊な比容積の変化と共に、平行に加熱された流路の振
舞いの検討が必要である。

炉壁管を通過する全体の流れの和は流路流に等しくなけ
ればならず、種々の管の流れが関係している。

マニホルド４２かも供給管５２、炉壁ヘッダ、炉壁管１
４卦よび逃がし管６０を通って分離器２６への回路だけ
を考えればよい。

すべての炉壁管は平行流となるように配置されている。

従って、共通点（分岐管４２と分離器２６）の間の容管
に卦ける圧力時１は当然同じでなければならない。

この圧力降下は２つの成分で作られる。

摩擦圧力障子と静落差圧力時１である。マニホルド４２
と分離器２６との間の全圧力降丁は３つの区間に釦いて
考えられる。

マニホルド４２からヘッダ４５１−よび通過オリフィス
４７への最初の区間は、与えられた運転条件に釦いて一
定な比容積を生じた。

従って、この区間にかける摩擦は流量の自乗に従って変
化するだけであるが静落差は一定である。

この一定な静落差が引き去られると、全区間（オリフィ
スを含む）を、対応する炉壁管、または管群に関連させ
られた単一オリフィスと考えるか、または表わされても
よい。

この圧力降下は、以下に述べるように、低負荷に釦いて
は小さくなる。

炉壁管出口へラダ５７から分離器２６への最後の区間は
、種々の炉壁管１４から出る場合流体の比容積を受ける
。

流体を運ぶ管６０は通常自由々寸法にされて、比容積が
高いために、静落差は小さい。

この区間に釦ける摩擦降下は議論を簡単にするために無
視してもよい。

加熱された回路１４内においては、入口へラダ４５かも
出口へラダ５７へ、各、加熱された管における流れが変
わるに従って、比容積が変化するために、事態はもつと
複雑である。

全圧力降下の摩擦圧力降丁成分は重量流の自乗、比容積
重よび管の内径の逆数の関数である。

圧力降下の第２の成分は管内の流体の静落差であり、と
の静落差は高さの差と、比容積の逆数との関数である。

勿論これらの因子の各々は、管の長さに亘って積分され
ねばならない。

発生している現象は、他の加熱された管と並列に運転し
ている単一の加熱された管にふ・ける事態を想像すれば
判るであろう。

圧力降下の摩擦釦よび静落差成分は別々は解析され、そ
れから組合わされる。

概念的に、特別の管にあ−いては流れは一定と考えられ
、熱吸収の変化が仮定される。

比容積の合成変化は圧力降下の増加または減少となる。

管は他の管と並列になっているので、全圧力降下は一定
の４％でなければならない。

従って、流れは増加または減少して、回路を平衡にしな
ければならない。

実際の計算に釦いては、流れの変化により起された比容
積の付加的変化も考慮されねばならない。

この単一の加熱された管は、低い比容積で入って来て管
の長さに亘って行われる熱吸収の結果高い比容積で出て
行く流体についての予め選ばれた内径を持っている。

関係事項は、炉内の熱分布の変化によるこの特殊な管へ
の熱吸収の流れ釦よび出口温度に対する作用である。

先ず熱吸収が２０俤増加すると、この結果管の長さに亘
って手ンタルピ上昇が２０多となり、合成温度と比容積
とは増加する。

摩擦成分を見ると、比容積におけるこの増加は摩擦圧力
降下を増加するようになり、従って、これは回路を平衡
状態にするために、流れを減少させるようになる。

これに反して静落差成分について見ると、比容積の同じ
増加は静落差による圧力降下成分を減少させるようにな
り、従って、回路を平衡状態にするために、流れが増加
するようになる。

便利のために、増加させられた熱吸収により流れが増加
させられる状態を自然循環特性と称し、増加させられた
熱吸収のために流れが減らされる状態を強匍］流れ特性
と称する。

上方へ流れている加熱された回路にかいては、増加させ
られた熱吸収の流れに対する正味効果は、自然循環特性
が優勢であるが、強制流れ特性が優勢であるかに従って
いる。

上に論じられた熱吸収の２０％増加は、流れに変化がな
いときは、エンタルピ上昇および合成温度増加が２０％
とする。

この温度増加は、強制流れ特性と流れの減少とがあると
きに悪化されるが、自然循環特性と流れの増加とがある
ときはなくされる。

□□□ＩＩＪ流れ特性は、流量が高く、内径が小さく、
高さに比して長い回路のときに生じさせられる。

強制流れ特性の傾向は、回路にあ・ける静落差に比して
摩擦圧力降下が高いときに増加する。

この回路に関連するオリフィスは流れの減少を流れの増
加に変えることはできず、単に流れの変化量を小さくす
るように動作するたけである。

従ってこの回路を通る流れの減少時にオリフィスを通っ
て特定の回路へ流れる流れも減少することとなる。

オリフィスの圧力降下は減少し、オリフィス圧力のこの
変化は回路の加熱された管部分を通る流れを生ずるよう
になる。

回路に釦ける全圧力降下は同じ１＼である。

何故ならば、ここでは事実上全体に亘る圧力降下を固定
する多数の管と並列に配置された特定の管または管群を
調査しているからである。

蒸気発生装置は超臨界圧力範囲と低圧力の亜臨界の範囲
とで運転するので、炉壁管に入る流体（サブクルードウ
ォータ）の比容積は比較的に僅かな量しか変化しない。

従って、減少させられた流量は供給管とオリフィスとを
通って著しい圧力降下を生じる。

何故ならば、それは流量の自乗に比例するからである。

反対に、管に釦ける圧力降下と、加熱された回路にかけ
る静落差変化効果とは著しく高い。

何故ならば管にあ−いて作られている亜臨界圧力の蒸気
の比容積は全く高いからである。

その結果、管に関するオリフィスの効果はこれらの亜臨
界圧力の低負荷にあ・いては消失するようになる。

全負荷流量に関連して管を選び、自然特性が低負荷にか
いて生じるようにすることにより、これらの負荷にあ・
いて、再循環のない亜臨界圧力にあ・いて前述の蒸気発
生装置を満足して運転することができる。

この独特の選択は自然循環効果が低負荷において生じ得
るようにし、これによりらせんに巻かれた壁、混合ヘッ
ダ、あるいは氷壁を通る多重通路の必要をなくす。

調査を１０４気圧の圧力レベルで２７多負荷にわいて行
った。

上述の選択の代わりに、内径１２．２ｍｍで外径２２．
２ｍＴＩＬの管が含１れている。

全負荷に１ける流量は２．３３６ Ｘ １０３に９／ｓ
ｅｅ／ｄであった。

低定格にトける回路は入口温度２３９℃で、人口エンタ
ルピは３１．２ Ｋｃａｌ／ ｋｇでアッタ。

公称出口エンタルピは６７１ ｋｃａｌＡ！ｉＩで、公
称出口温度は３２９℃であった。

この回路への２０条熱吸収増加は基本値に対する流れ減
少９２条を生じた。

対応する出口温度は５２０℃に昇った。熱吸収３０％増
加は基本値に対する流れ減少８２俤を生じ、出口温度は
８１５℃になった。

初めの方に述べた外径２５．５ｍ１ｔの管の選択は全負
荷１．４８９ ｋｇ７ ｓｅｃ／ｍ２に釦ける流量につ
いて考慮された。

勿論、この回路は同じ公称人口あ・よび出口条件を持っ
ている。

熱吸収２０％の増加は流量２俤の増加と、温口温度３７
５℃とになる。

熱吸収３０係の増加も流量２多の増加と、出口温度４１
５℃となる。

比較的小さい管は、この低負荷に釦ける運転に対して不
満足である。

何故ならば、温度レベルば、かりでなく、種々の管の間
の温度差は、適宜に設計されるものを超えるからである
。

これに反して、比較的大きく選ばれた管は、許容できる
温度限度となる。

全負荷に卦けるこの所望された成果の配分された流れ分
布と、低負荷にかける自然循環特性とを得るために別の
調査が行われた。

圧力レベル対流れに関する相対的に標準化された変動圧
力特性については、低負荷において生じる比容積と、全
負荷条件において生じる比容積との間に特別な関係があ
る。

勿論、流量は蒸気発生装置における実際の負荷に比例す
る。

従って、設計特性は全負荷設計として定められてもよい
。

明らかに、若しも、全負荷より少し千の高負荷（分布は
全負荷にあ・いても適当であると仮定して）に対して設
計しようとするなら、これは実際の設計点に対して選択
されるであろう。

実験の結果、加熱された回路中の摩擦圧力降下がこの回
転に釦ける静落差の４倍を超えないときには、は：：３
０％の低負荷に卦いて、管は適当な自然循環特性を保持
することが判った。

さらに、炉壁を昇って行く垂直管を使用する蒸気発生装
置に対して一般に一様であった管装置を考えると、適当
な特性を得るための条件は、内径と、全負荷にわいて管
を通る流量とによって定められてもよい。

この調査の結果は第５図における曲線に示されているが
、曲線９５は關で表わした（内径）が１２．５ＷＸ１０
’ −５に等しい（Ｗはに！ｇ／ｓｅｅ／ｍ２ ）
のとなる。

蒸気発生装置にかける全負荷時に測定された与えられた
流量に対しては、曲線９５は許容し得る最小内径を示し
、これはほぼ３０％低負荷に卦いて許容自然循環特性を
与える。

この曲線より上の選択は許容できる。

１０００ ｋｇ／ ｓｅｃ／ｍ２ に釦いて線９７に
より示された最小流量は、選択された最小流量を示して
いる。

この流量以丁の選択は、な釦所望の自然流特性を持って
いるが、低負荷においては管の旋条があっても不適当な
流量となる。

このレベル以丁の選択は、再循環ポンプが非常に低い定
格に釦いても常に運転されると考えられるときだけに用
いるべきである。

蒸気発生装置は、ポンプによる再循環なしに、３０係の
ような低負荷に釦いて安全に運転する能力を持っている
ことが望ましい。

このことはポンプの寸法を小さくして、ポンプによる動
力消費を回避する。

それはまた、水レベルを確立したり、ポンプを始動した
りする必要なしに全負荷から３０％負荷１で順応させる
ことを可能にする。

前記の基準の範囲の外測の選択は、温度不平衡問題を回
避するために高負荷への循環を要求するととが期待され
る。

第６図は制御装置を含んだプラントサイクルの簡単化し
た概略図である。

第１図に関係して述べられた成分に加えて、アクチュエ
ータ１０６を備えた噴射制御弁１０４を有する過熱噴射
管１０２が示されている。

この噴射管は、分離器２６の中に水レベルがあるときに
蒸気温度を制御するために使用され、また他の運転期間
の間に温度応動時間を減らすために使用されてもよい。

主蒸気管１０８は蒸気を蒸気発生装置から高圧力タービ
ン１１０へ運ぶ。

タービン絞り弁１１２は、そのアクチュエータ１１４と
共に含壕れている。

高圧力タービンからの蒸気は低温再熱管を通って再熱器
へ流れ、高温再熱管１２０を通って低圧力タービン１１
８へ戻る。

低圧力タービンからの蒸気は復水器１２２にかいて復水
され、水は復水ポンプ１２６により高温弁１２４から取
除かれる。

低圧力加熱器１２８を通過した後、水は供給ポンプ１３
０により高圧力レベルに上げられ、高圧力加熱器１３２
を通過する。

蒸気発生装置への供給水流はアクチュエータ１３６を備
えた給水弁１３４により調整される。

蒸気発生装置の最近の制御装置は、通常、統合型であっ
て、多数のプラントサイクル入力が多数の出力の各々を
制御するように変えられる。

特別な入力を調整することにより出力のそれぞれの１つ
を制御することは可能であるが、そのような制御装置の
応動時間は不適当である。

従って制御装置論理装置１４０は通常の型のものでよい
。

発電機１４２はＭＷ感知器１４４によりその出力監視さ
れる蒸気タービンに直接に結合されている。

ＭＷ出力を表わす制御信号は、制御線１４６を通って制
御論理装置１４０に送られる。

同様にして、主蒸気管にかける温度は、制御管１５４を
通過する圧力を示す信号を持つ圧力感知器１５２により
感知される。

水レベルが分離器２６の中に存在すると、制御線１５８
を通って水レベル表示計１５６から信号が送られるが、
これは感知された水レベルを示す。

再熱蒸気温度渣たは中間蒸気温度のような他の制御変数
はまた制御装置の中に含１れている。

蒸気発生装置の自動制御のためには、温度１６０、ＭＷ
１６２、圧力１６４ 卦よび水レベル１６６に対する所
望の値を示すセットポイントが与えられる。

これらの信号の各々は制御されるべき所望の出力を示し
ている。

全または部分手動制御を可能にするために、タービン絞
り１６８、燃料流１７０、噴射１７２卦よび給水流１７
４に対する入力信号が与えられる。

制御系論理装置１４０に含まれる論理装置に関係なく、
制御信号出力は制御線１７６−１８２を通過する。

制御線１７６を通る信号は所望の給水流を示し、給水弁
１３４を制御する制御器１３６へ通過する。

制御線１７８を通る制御信号は燃料調整装置１８６を付
勢する制御器１８４へ通過するが、この燃料調整装置は
石炭粉砕器への供給装置であってもよい。

この調整装置はバーナ１１を通って炉の中に入る点火さ
れた燃料の量を調整する。

制御線１８０を通る制御信号は所望の過熱器噴射流を示
し、噴射弁１０４を付勢する制御器１０６へ通過する。

制御線１８２を通過する制御信号はタービン絞り弁制御
器１１４へ通過し、タービン絞り弁１１２の開きを変え
るように動作する。

所望の可変圧力運転を行なうためには、圧力レベルセッ
トポイントがＭＷに関してプログラム化されていて、第
４図に示されたような負荷範囲にかいて可変圧力レベル
を得るようにする。

制御信号の種々の組合せ、および常規蒸気発生装置制御
法に従う微分および積分動作が用いられる。

流量の定められた選択、管寸法釦よび全負荷にかける圧
力障子は、低負荷に卦いて生じる自然循環特性が許容で
きない温度偏差を回避する蒸気発生装置を提供している
。

従ってらせんに巻かれた壁、混合ヘッダ、および多重通
路は必要とされず１つの通路の壁を通って直立して通過
する簡単化して設計された通路が可能となる。

しかしながらこのことは比較的低い流量の使用を必要と
する内部流分配装置は、亜臨界圧力運転に遭遇する低定
格に訃いてこれらの低い流量を許すことを可能にする。

再循環ポンプは、起動の間、炉壁を通って水を再循環さ
せる装置を与え、このポンプは管の過熱に対して許容度
を増すよう、所望の低定格にかいて運転される。

個々の管に対する入口に配置されたオリフィスに加えて
、管の群に供給する多岐管の中にオリフィスが配置され
て図示されている。

管入口に卦けるオリフィスは、流れ調整の面からは勝れ
ているので都合がよい。

個々の管の入口にあ・けるこの配置は、プラツギングに
対して影響を受は易い小さい開口を備えたオリフィスの
選択を行うようにする。

【図面の簡単な説明】

第１図は蒸気発生装置の一般配置を示す概略立面図、第
２図は第１図の区間２−２にも・ける炉の平面図、第３
図ば旋条を付けられた炉壁管の１つを通る断面図、第４
図は蒸気発生装置負荷運転状態に対する圧力の関係図、
第５図は管寸法選択の限度を示す曲線図、第６図は制御
装置を備えたサイクルの概略図、釦よび第７図ば炉壁入
口ヘッダ内のオリフィスの断面図である。 １１・・・焚火装置、１２・・・炉、１４・・・垂直管
、１６・・・内部旋条、１８・・・ヘッダ、２０・・・
エコノマイザ、２４・・・混合ヘッダ、２６・・・分離
器、２８・・・障子管、３２・・・混合流降水管、３４
・・・ポンプ、４０・・・放出管、４２・・・分配マニ
ホルド、４４−４６・・・氷壁入口ヘッダ、４７−５４
・・・オリフィス５６−５８・・・氷壁出口ヘッダ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 低負荷に釦いて亜臨界圧力範囲で変圧運転する超臨
   界圧力貫流蒸気発生装置にかいて、前記蒸気発生装置を
   高負荷では超臨界圧力で、低負荷では亜臨界圧力で運転
   する制御装置と、炉と：前記炉の周辺の周りに釦いて炉
   の壁を内張すし、平行流を生じる配置で前記炉の高さに
   亘って連続している垂直管と：前記垂直管の加熱長さに
   亘って管内に配置された内部流かき１ぜ装置と：気水分
   離装置と：前記垂直管を出て行く流体を前記分離装置へ
   運ぶ装置と：過熱器と：前記分離装置から前記過熱器へ
   蒸気を運ぶ装置と：前記過熱器を通って前記管を出て行
   く流体の全体の流れを選択的に案内する装置と：給水装
   置と：供給水を前記垂直管へ運ぶ装置と：前記蒸気発生
   装置の非常に低い負荷での運転の間前記過熱器を通る流
   れより多くの流れを前記垂直管に通過させる装置と：各
   管の予知された全負荷熱吸収に比例して各垂直管に流れ
   を分配する固定装置とを有し、全負荷にかいて前記垂直
   管の摩擦圧力降下が管内の流体の静落差の４倍以丁であ
   ることを特徴とする超臨界圧力貫流蒸気発生装置。 ２ 低負荷に釦いて亜臨界圧力範囲で変圧運転する超臨
   界圧力貫流蒸気発生装置にかいて、前記蒸気発生装置を
   高負荷では超臨界圧力で、低負荷では亜臨界圧力で運転
   する制御装置と：炉と：前記炉の周辺の周りにかいて炉
   の壁を内張すし平行流を生じる配置で前記炉の高さに亘
   って連続している垂直管と：前記垂直管の加熱長さに亘
   って管内に配置された内部流かき１ぜ装置と：気水分離
   装置と：前記垂直管を出て行く流体を前記分離装置へ運
   ぶ装置と：過熱器と：前記分離装置から前記過熱器へ蒸
   気を運ぶ装置と：前記過熱器を通って前記管を出て行く
   流体の全体の流れを選択的に案内する装置と：給水装置
   と：供給水を前記垂直管へ運ぶ装置と：前記蒸気発生装
   置の非常に低い負荷での運転の間前記過熱器を通る流れ
   より多くの流れを前記垂直管に通過させる装置と：各管
   の予知された全負荷熱吸収に比例して各垂直管に流れを
   分配する固定装置とを有し、前記垂直管の寸法と間隔と
   は、全負荷において入りに９／ ｓ ｅ ｃ／ｍ２で測
   られた水の流量が（ｄ＋５ ）−０，０１２５（ｄはｎ
   で測った管の内径）より小さくなるように選ばれている
   ことを特徴とする超臨界圧力貫流蒸気発生装置。