JP2796518B2 - 脱気器 - Google Patents

脱気器

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JP2796518B2
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洋志 清水
光男 玉木
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茂樹 川崎
龍馬 安田
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  • Degasification And Air Bubble Elimination (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は火力あるいは原子力発電
プラント等に適用される脱気器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図2は従来の脱気器の縦断面図である。
図において、11は胴、12は胴中央上部に設けられた
蒸気入口、13は蒸気吹込ヘッダ、14は同ヘッダに連
る複数個の蒸気吹込管、15は胴の上部に設けられた給
水入口、16は給水スプレイノズル、17は給水出口、
18は胴内の高さ方向中央よりやや上側となるよう設定
された液面、19はイナートベントである。
【0003】本装置において、給水スプレイノズル16
から低温の給水を散水し、蒸気吹込管14から蒸気を吹
込む。蒸気が水中を上昇する時、液中のイナートガスが
気泡中へ移動し、イナートガスを含んだ蒸気が液面に達
し、その後、低温の給水スプレイノズルの場所で凝縮
し、イナートベント19から流出し、これによって脱気
が行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の脱気器は、火力
あるいは原子力発電所等で用いられる場合には、給水流
量が約4000T/h と大きいため、脱気器が大型となり
建設コストが大きかった。これは、蒸気吹込み流速が小
さいため、気液界面での物質伝達率が小さく、脱気のた
めに必要となる気液界面面積を大きくする必要があるか
らである。本発明は、蒸気吹込流速を大きくし、これに
よって脱気器を大幅に小型化しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
したものであって、一端が閉鎖され他端が開放され水平
に置かれた混合管、同混合管の閉鎖端の近くに設けられ
た給水入口、同混合管の閉鎖端を貫通して設けられた蒸
気入口管、同蒸気入口管から蒸気を導入し前記混合管の
開放端方向へ蒸気を超音速で噴出することのできる蒸気
ノズル、前記混合管より小さい直径を有し同混合管の開
放端にその一端が接続されている出口ノズル、及び同出
口ノズルの他端に接続され上部にイナートベントを下部
に給水出口を備えたサイクロン式気水分離器からなるこ
とを特徴とする脱気器に関するものである。
【0006】
【作用】上記構成の装置においては、給水入口から混合
管へ流入したサブクール度20℃の給水中へ、蒸気ノズ
ルから約900m/s の蒸気が噴射され、蒸気コーンを形
成して凝縮し、ほぼ飽和水となった給水とイナートガス
を含んだ蒸気との2相流となる。この2相流は出口ノズ
ルへ流入し、高速となって気水分離器へ流出し、イナー
トガスを含んだ蒸気は分離されてイナートベントから放
出され、給水は給水出口から流出する。
【0007】
【実施例】図1は本発明の一実施例に係る脱気器の縦断
面図である。図において、1は給水入口、2は同給水入
口に直交して連る水平な混合管、3は同混合管の中心線
上に設けられた蒸気ノズル、4は前記混合管に連る同混
合管より小径の出口ノズル、5は同出口ノズルからの噴
出方向が胴の接線方向となるよう同出口ノズルに接続さ
れたサイクロン式気水分離器、6は同気水分離器の底部
に設けられた給水出口、7は同気水分離器の頂部に設け
られたイナートベント、8は蒸気ノズル3に蒸気を導入
する蒸気入口管、9は蒸気ノズルの出口部に形成される
蒸気コーンである。
【0008】本実施例の設計条件は、次の通りである。 給 水 流 量 :Wl =4000 T/h 入口サブクール度:約20 ℃ 入口O2 濃度 :約60 ppb以下 出口O2 濃度 :約 5 ppb以下 圧 力 :約 1 ata また、上記のように給水入口サブクール度20℃を飽和
温度とするので、必要蒸気量は次のようになる。 必要蒸気量:Ws =150 T/h
【0009】本装置において、給水入口1から混合管2
へ流入したサブクール度20℃の給水中へ、蒸気ノズル
3から約900m/s の蒸気が噴射され、蒸気コーン9を
形成して凝縮し、ほぼ飽和水となった給水とイナートガ
スを含んだ蒸気との2相流となる。この2相流は出口ノ
ズル4へ流入し、高速となって気水分離器へ流出し、イ
ナートガスを含んだ蒸気は分離されてイナートベント7
から放出され、給水は給水出口6から流出する。上記気
水分離器5は円筒形竪形のサイクロン式気水分離器であ
り、出口ノズル4は気水分離器の胴に対して接線方向に
接続され、流入する2相流体は胴内で起る回転遠心力に
よって蒸気と水とに分離される。
【0010】蒸気ノズル3は超音速形ノズルであり、噴
出流速は約900m/s となる。この高速蒸気流はサブク
ール度約20℃の給水中に噴出し、気液界面で凝縮し、
蒸気の運動量が気液界面に強い剪断力を生じ、気液界面
の液流速が増加し、液相中に強い乱流が発生する。この
液相中の乱流により液相内に運動量が伝達し、蒸気流に
同伴する液相ジェットが発生する。この液相ジェットの
中は強い乱流状態にありサブクール度5℃以上の領域で
は熱伝達率は極めて大きく、短かい距離で蒸気は凝縮す
るため蒸気コーンを形成し、蒸気量の大部分は蒸気コー
ンで消滅する。
【0011】給水中のイナートガス濃度xは、気液界面
で気相側のイナートガス濃度yと平衡状態となり、 yE =(kH /p)xE ………………………………………(1) ここにkH :ヘンリー定数(〜105 kg/cm2 ) p :静圧( kg/cm2a ) p=1kg/cm2では、y/x=105 と気相側のイナート
ガス濃度は液相側の濃度の約105 倍と大きく、イナー
トガスは気相側へ移動する。液相中のイナートガス濃度
xと気液界面の平衡濃度xE との差により液相中を移動
するイナートガスの重量速度は物質伝達率hD を用い
て、 m=hD (x−xE ) …………………………………………(2) と表わされる。物質伝達率と熱伝達率の主な相違は気液
界面が層流の場合に物質拡散率が温度拡散率に比べて約
1/1000程度と小さいために物質伝達率が熱伝達率
より小さくなるが、実施例のスチームジェットポンプの
条件では気液界面は強い乱流状態にあり、気相側へは液
滴が吹出し、液相側へは小気泡が巻込まれるため、物質
伝達率と熱伝達率のアナロジーが成立する。蒸気の大部
分が消滅する蒸気コーン域において液相の温度変化の大
部分が発生し給水入口サブクール度20℃から約サブク
ール度5℃と約1/4に低下し、アナロジーにより給水
入口のイナートガス濃度もこの領域で約1/4に低下す
る。
【0012】サブクール度が5℃以下になると蒸気凝縮
による界面剪断力が2相流の運動量による界面剪断力よ
り小さくなるため、流れを縮流して出口ノズルに導びき
高速の2相流状態とし熱・物質伝達を促進する。この領
域では乱流相似により流速にかかわらず出口ノズル入口
の温度差は出口では約1/5に低下する。強い乱流状態
であるから物質伝達と熱伝達のアナロジーが成立し、入
口のイナートガス濃度も出口では約1/5に低下する。
【0013】上記実施例の具体的設計例の各部の直径
は、給水入口管1は管内流速を4m/s以下とするため直
径D1 ≒600mm、混合管2は液相流速を小さくすれば
混合長さが短かくなるから管内平均の見掛け液流速を2
m/s 程度とするため直径D2 ≒800mm、出口ノズル5
は高速ほど気液混合が良好となるが、エロージョンを防
止するため管内平均の見掛けの液流速を10m/s 程度と
するため直径D3 =400mmとする。
【0014】また蒸気ノズルは元圧10kg/cm2a のとき
超音速ノズルのスロート径は約190mm,出口径はdN
≒294mmとなる。各部の長さは、入口域は給水流れを
整えるためL1 ≒ 1.5 D1 =900mm、混合域はほぼ
蒸気コーンの長さにとり、実験式より、 L2 =13(γG /γL ){(hS −hL )/( hL.sat −hL )}2 N ……………(3) ここに、γ:比重量(kg/m3),h:エンタルピ(kcal/
kg) ,添字は、S:蒸気,L:給水入口,sat : 飽和で
ある。
【0015】p=1ata よりγG =0.6 kg/m3,γL
980kg/m3 ,hL.sat =100kcal/kgより L2
7dN =2060mmとなる。また出口ノズルは濃度差
を、1/5に低下させるため、L3 =10D3 =400
0mmとする。気水分離器6は通常のサイクロン形であ
り、胴径はD4 ≒800mmとなる。
【0016】脱気性能は蒸気コーン域で1/4に低下
し、出口ノズルでさらに1/5に低下し、合計では(1
/4)×(1/5)=1/20に低下する。これらは液
相の平均濃度xと気液界面の平衡濃度xE の差について
成立し、 x2 −x2E =(1/20)(x2 −x1E)…………………(4) ここに、xE :気液界面の平衡濃度 添字は、 1:入口,2:出口 となる。入口は蒸気量が多いからx1E=0であるが、出
口は蒸気量が少ないためx2Eの影響が生じる。出口のO
2 濃度が5ppb 以下とするとき、イナートガスを空気と
考えると、イナートガス濃度では約5倍となりx2 =5
×5=25ppb となる。入口は同様にx1 =5×60=
300ppb となる。x2Eは式(4)よりx2E=x2
(1/20)(x1 −x1E)=25−(300/20
=10ppb となる。放出蒸気中のイナートガス濃度は式
(1)よりy=105 2E=10-3となる。放出蒸気量
S2は、 WS2≧x1 L /y=300×10-9 ×4000/10 -3 =1.2T/h となる。この蒸気の気水分離器内の上昇速度は1.1 m/s
と小さく気水分離上問題はない。
【0017】本実施例の脱気器は、同じ給水流量及びイ
ナートガス濃度条件に対する従来の脱気器(図2)に比
べて性能はほぼ同程度であるが、容器の大きさは直径は
従来の3500mmが800mmに低下し、肉厚も比例して
減少し、長さは従来の12000mmが約10000mmと
なり、内部構造物も従来に比べて簡単になっている。こ
れらの重量では(0.8/3.5)2 ×(10/12)
=1/23となり約1/20に減少するから建造コスト
では少なくとも約1/10に低下すると推定される。
【0018】
【発明の効果】本発明の脱気器は、一端が閉鎖され他端
が開放され水平に置かれた混合管、同混合管の閉鎖端の
近くに設けられた給水入口、同混合管の閉鎖端を貫通し
て設けられた蒸気入口管、同蒸気入口管から蒸気を導入
し前記混合管の開放端方向へ蒸気を超音速で噴出するこ
とのできる蒸気ノズル、前記混合管より小さい直径を有
し同混合管の開放端にその一端が接続されている出口ノ
ズル、及び同出口ノズルの他端に接続され上部にイナー
トベントを下部に給水出口を備えたサイクロン式気水分
離器から構成されているので、従来の脱気器に比して大
幅に小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る脱気器の縦断面図。
【図2】従来の脱気器の縦断面図。
【符号の説明】
1 給水入口 2 混合管 3 蒸気ノズル 4 出口ノズル 5 気水分離器 6 給水出口 7 イナートベント 8 蒸気入口 9 蒸気コーン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川崎 茂樹 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 安田 龍馬 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F22D 1/28 B01D 19/00 102

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一端が閉鎖され他端が開放され水平に置
    かれた混合管、同混合管の閉鎖端の近くに設けられた給
    水入口、同混合管の閉鎖端付近を貫通して設けられた蒸
    気入口管、同蒸気入口管から蒸気を導入し前記混合管の
    開放端方向へ蒸気を超音速で噴出することのできる蒸気
    ノズル、前記混合管より小さい直径を有し同混合管の開
    放端にその一端が接続されている出口ノズル、及び同出
    口ノズルの他端に接続され上部にイナートベントを下部
    に給水出口を備えた気水分離器からなることを特徴とす
    る脱気器。
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