超臨界圧貫流ボイラプラント

U.D.C.る21.181.4

超臨界圧貫流ボイ

ラプラント

Once-through

Boiler

PlantofSuI氾r℃riticalPressure

中

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HiroshiKagablユ

要

旨

超臨界圧火力はわが国に二机､ても今後ますます採用されることになると思われるが,この論文は日立製作所 がこれまで行なってきた超臨界圧テスト装置における実験成果の二,三について述べ,またバブコック日立株式 会社が製作するUP形超臨界匠ボイラの納入実績,およびボイラの構造,特長,ボイラとカップルするプレボイ ラ系統の特長などについて述べ,超臨界圧ボイラプラントに対する日立製作所の製作態勢を示すものである｡

1.緒

口 火力発電の使命ほ高温高圧大 容量化による経済的な発電にあ るが,その理想的な形式である 超臨界圧の採用はわが国におい ても輸入とはいえ,その建設が 開始され,今後ますます採什】さ れるものと思われる｡日立製作 所においては早くから,このこ とあるを予期し数年前からその 設計製作技術の基礎を固めるた め,各方面にわたって試rF研究

済

や′ r習1 を委ねてきた｡ここでほその 二,三について紹介するとともに,バブコック日立株式会社が技術 提携をしているB&WのUP形超臨非正賞流ボイラの実績とその ボイラの構造および特長について述べ,さらにプラントとしてクロ ーズカップルされているプレボイラの特長について述べる｡

2.超臨界庄実験プラントによる成果

日立製作所は昭和32年に超臨界圧火力についての調査研究に着 手し,昭和34年には早くも他に先きがけて実験プラントの建設を開 始し,昭和35年10月iこ火入れを行ない現在までに約9,000時間の 研究運転を行ない,数々の成果を内外に発表してきた(1)(2-｡表1ほ その超臨界圧実験プラントの主要棟器の仕様,図】ほその装置を示 す｡なおおもな研究成果を次に記す｡. (1)伝熱流動の研究 図2は超臨界圧水の熱伝達率についての実験結果を示す｡ニの 固からわかるように超臨界圧水の熱仁達ほきわめてよく,ある温 度で極大値を示す｡この温度はその圧力の定圧比熱が極大となる 擬遷移点とほぼ一致する｡この熱伝達率が擬遷移点付近で急激に 増大するのは超臨界圧においても沸騰煩似現象があるためと思わ れる｡ (2)デポジットの研究(3) ボイラ管内デポジットの研究とタービンブレードへの銅のデポ ジットの研究を行なったが,ここでは後者について述べる1アメ リカ初の超臨界圧プラントの第1号であるPhiloでは高圧ター ビンに銅が付着して6%効率が低下したという問題が発生した= このため超臨界圧蒸気の中に溶解する銅の量およぴその析出が問 題となった｡これを解明するために銅の蒸気中への溶解度とブレ ードへの析出の実験を行なった｡図3に示すように超臨界圧から * 日立製作所本社 ** バブコック日立株式会社 超臨界圧実験ボイラと給水ポンプ 表1 超臨界圧実験プラントの主要擁器仕様

嚢驚ミ

式力度凡旦 式力圧力数 式孟圧数 旺温発 圧温出 容

‥形…較形捌獅㍑…形…電…

▼㌦ハ ク 発 並列ペ ン _ソ/≠こ 350kg/cm2G 650℃ 2T/H DR形1段減速タ 37kg/cm2G 400℃ 200kW 5,959/1,500rpm S-RD 212.5kVA 3,300V l.500rpm 真空まで10段にわたって圧力温度を落とした/ズルを並べ,ニれ に銅の溶解した蒸気を流してその析出状態を調べた｡その結果銅 は超臨界圧より130kg/cm2g付近までにいちばん多く析出した.｡ また付着量の多いのはノズルの締り部およぴノズルを出た後の膨 張部であった｡同時にこの一連の実験で図4に示すような銅の蒸 気中への溶解度を知ることができた｡銅の溶解度は蒸気の比体括 を縦軸にとり,溶解度を横軸にとると最大溶解度はほぼ直線とな る｡たとえば246kg/cITl巳g538℃では18PPbまで溶解することが わかる｡ _{これが高圧タービンである程度仕事をして1301唱/cm三} 近辺になると2∼3PPbとなり,この溶解度が接少した分がター ビン高圧部にデポジットするものと考えられ,これをこより効率の 低下,スラストの増加をきたす原因となってくる.っ したがって後 述のようiこサイクル全体として給水中の銅が少なくなるような材 料の選択が望まれてくるっ

742 _{昭和41年6月 日 止}

_評

_論

第48巻第6号 i5 (U ■〇 (U諌仁て】3一寸ヨX)跡側近感垢眼 コンク､､､ ､7㍉-タ 0 りJ 0 0 り】 哨紳±■ハロ一己て旨)コU 0+__+一_________________▼,⊥ 300 トメ サ仏‥ ノ ‡■指速度:1.23110Tkgノふ2h 一■三掛れけ1荷:1.10人106kcaI/血2h .｢ノ 庄

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し八 ヽ 400 500 :250ata :275ata :300ata :300ata 守内壁子盟だ(で:､ 図2 _{超臨界圧水の熱伝導率} 吊十川ぺノてツ 第十｡段ノズル 祁･八㍑ノズル 叶郎七技ノズル 邦六川山ノズル 苅立設ノズル 荊川指ノズル 第二‥段ノズル 第∴技ノズル J茄l設ノズル h

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前 ｡一__ +ノ､ †￣こ jて ノ 丁◆ 7ふ ノン ノ■ン ⊂==コ:i酎ナ三吉韮 ･･･････････●一:圧力 1237｢6001

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1 ｢帥 L-2州 ー1〔)0 図3 _{タービン内銅酸化物析出試験結果} (3)その他の研究 前記のほかにここでは詳細は省略するが次に述べるような研究 を行なってきたっ ①動特性の研究(4): ②偏 流 の 研 究(2): ③ボイラ制御の研究(4): ④プロッペンの研究(5): ⑤給水処理の研究: 超臨界圧,亜臨界圧条件における燃 料,給水,注水変化に対する動特性 圧力,給水量,熱負荷,空気過剰率 の偏流に及ぼす影響について 通常の制御方式,および並列制御方 式について 理論の確立と実験的検討 給水処理装置,特にフィルタなしデ ｢ゼ盲■■ ■ユニゴ

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O20 nJ 朋 州 4-<U nU 2 0 ∧U nU 仇 仇 JJ∴･∴ト■ノムりこi細字吉.;: 6 8 10 12 14 16 18 20 Cu(ppb) 図4 _{過熱蒸気中への銅の溶解} エ招.r!‡￣リ ーCJ(atg′〉 600 200 500 200 550 230 6()0 250 600 270 550 250 520 240 600 300 550 300 ミネについて ⑥材 料 の _{研 究:10,000時間運転後にテストセクショ} ンを切断して調査する｡

3.B&W超臨界圧ボイラの現状

全世界を通じて採用されている超臨界圧ボイラの中,パブコッ ク社で納入したものがたいはんを占めている｡イギリスにおける DrakelowCの375MWなども含まれるが,大部分はアメリカB& W社によって納入されたUPポイラ(UniversalPressure _Boiler) である｡表2は超臨界圧UPボイラの納入表である｡ この裏より傾向を見ると,容量としては試験的に建設されたUP-1PhilolO7MWは例外として330MWから1,130MWの広い範 囲におよぴその平均容量は515MWになる｡わが国に比べ燃料費 の安いと思われるアメリカにおいて330MW近辺の超臨界圧ボイ ラが採用されていることは,今後のわれわれの進むべき道の一つを 示していると思われる｡ 一方,蒸気条件を見ると主蒸気は3,500psi,1,0000Fが大部分で これは現在の材料価格に基づいた経済性からできるだけオーステナ イト鋼の節約を図ったものと思われる｡ 再熱段数も従来亜臨界匠プラントにはとんど採用されていなかっ た2段再熱が約42%のプラントに採用されていることは,興味深い ことである｡ 使用燃料としては約70%は石炭だきボイラであり,残りは重油ま たはガスだきである｡ 受注状況は1953年のPhilo _{PS以来約10年間は缶数もきわめて} 少なかったが,1963年以降毎年10缶以上順調に受注されており大 容量ボイラは完全に超臨界圧時代にはいった感がある｡ すでに国内においても450MWないし600MWの大容量超臨界 圧ボイラが採用されており,図5は現在建設中の東京電力株式会社 納600MWUPポイラ(6)の断面を示したものである｡

4.超臨界圧ボイラの構造(7)

図るにイギリスB&W社により納入された375MW超臨界圧ベ ンソソボイラの断面を示す｡火炉構造はすでに国内で運転にはいっ ている新清水火力発電所75MWベンソンボイラと同じミアンダー

臨

界

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ボ イ ラ プ _ラ ン 蓑2 _{アメリカB&W超臨界圧UPボイラ納入実績表} 743 UP No, 発 電 44 45 46 47 49 52 53 54 55 所 名 ユニット (基) タービン 出 力 (MW) タービン メーカー 蒸発量 (103LB/H)

OHIO POWER PHILO

INDIANA&MICHIGAN ELE.BREED OHIO POWER,PHILIPSPORN

INDIANA&MICHIGAN ELE,TANNERS CREEK

PUBLIC SERVICE E&G HUDSON

POTOMAC ELECTRIC CHALK POINT UNION ELECTRIC SIOUX

UNION ELECTRIC SIOUX

EDISONVOLTAITALY _{LA SPEZIA} BALTIMORE G&E WAGNER

PACIFIC G&E MOSS LANDING SOUTHERN CAL ALAMITOS

CITY OF LOSANGELESIiAYNES

HOUSTON LIGIITING BACLIFF OHIO POWER CARDINAL

NORTHERNINDIANA _BAILEY TOKYO ELEC.ANEGASAKI

SOUTHERN CAL王‡EDONDO BEACH

CONSUMERSPOWERJAMESH.

POTOMAC ELEC,

NORTIiERN STATES ALLEN KING

NEW ENGLAND G.E.A.SERVICE CORP. CANAL

TEXAS POWER&LIGHT CO.VALLEY

GEORGIAPOWER CO.ⅡARLEE _BRANCH#3 CONFIDENTIAL

ALLEGHENY POWER SYSTEM,INC.FORT

MARTIN#2

MISSOURIPUBLIC SERVICE CO.SIBLEY#3

0IiIO EDISON CO W.H.SAMMIS#6

SOUTHERN CALIFORNIA EDISON CO. FOUR CORNERS#4,#5

T.Ⅴ.A.

NEW ENGLAND POWER CO.,BRAYTON POINT STATION

DAYTON POWER&LIGHT CO. DAYTON POWER&LIGHT CO.

GEORGIA POWER CO.HARLEE BRANCH STATION 合 _計 * 過熱器出口圧力 ()内Ffj力はCAPABILITY 3 ･月T-.き. へJ 巧A 耶り ‥b 7 0 ハU 7 ∧U 5 5 7 1 4 4 5 ( × ( ( × × × × × /し × ′し X ( 2 2 2 2 2 2 2 2 (U 1 0 0 5 3 00 □0 5 5 4 5 540 〔350) (600) (2×750) r二1,130) 630 600 600 545 乍さt 濾;i 27■･､6`′ 2ヰ㌧-6`′ 24′-6々 一 22｢､′･′6､∼ 15￣1一 E E E E G G G G H E E E H E E H EHEE E W G G G W W G W GWGG G 675 2,900 2,900 3,840 5000如9000334034 60604084 0081500041 3,720 3,980 3,382 4,035 4,000 2,580 4,420 5,754 8,000 4,050 4,400 4,400 3,570 23･---9-′､しげ-･,一計･-･【5 図5 600MW UP ボ イ ラ 蒸 気 条 件

昏ま｢首

温 度 (OF) 燃焼方式 運閏年 4,500 3,500 3,500 3,500 0000000000000000000000100000000000 3,825* 3,500 3,500 3,600 3,810* 3,810* 3,675* 3,660* 3,650* 3,800 3,805* 3,805* 3.625* 1,150-1,050-1,000 1,050-1,050-1,050 1,050-1,050-1,050 1,000-1,025-1,050 1,000-1,02511,050 1,000-1.050-1,000 1,000¶1,000 1,000-1,000 1,000-1,025-1,050 1,000-1,000-1,000 1,000-1,000 1,000-1,000 1,000¶1,02511,050 1,000-1,000 1,000-1,025-1,050 1,000-1,000 1,000-1,050 1,000-1,000 1,000-1,000 1,00011,050-1,000 1,000-1,bOO l,000-1,00011,000 1,000-1,000 1,000-1,025-1,025 1,000-1,000 1,000-1,000 1,000-1,000 1,000-1,000 1.00011,000 1,000-1,025-1,050 1,000-1,000 i,000-1,000 1.000-1,000 サ イ ク ロ ン サ イ ク p ソ 微 粉 炭 サ _イ ダ ロ ン サイクロン,重油 徽粉炭,重油 サ _イ タ ロ / サ イ ク ロ ン 微 粉 炭 微 粉 炭 重 油,ガ ス 重 油,ガ ス 重 油,ガ ス ガス(将来重油) 微 粉 炭 サ イ グ ロ ソ 重 油 重 油,ガ ス 微 粉 炭 微粉炭,重油 サ イ タ ロ ソ 重 油 カ 粉粉 紛 然 天傲徽 徽 ス 炭 炭 炭 ソ 炭 炭 ソ 炭 炭炭 炭 ロ ロ グ 粉 粉 夕 粉 粉粉 粉 イ イ サ徴 徽 サ 放 散政 教 5一 d 96 Mi Mid1968 Mid1969 9 ハU 9 6 7 6 9 9 9 1 1 1 方式を採用している｡ 以下主として,ベンソソボイラの系列 であるが特に大容量ボイラとして開発さ れたUPボイラについて説明する｡ (1)UPボイラの流体経路 図5に標準的な超臨界圧UPボイラ の断面を示す｡流体経路は亜臨界圧 UPと大差なく,節炭器一連絡管→火 炉水壁管一連絡管→火炉天井→連絡管 一再熱器および一次過熱器を囲むケー ジ部→連絡管一一次過熱器→連絡管→ 二次過熱器となる｡連絡管はいずれも ボイラ外部に配置された非加熱管であ り,流体温度の不均一を防止する混合 器としての役目を果たしている｡これ らの系統は大容量のものでも1系統の 簡単なもので,ドラムボイラと大差な い｡ (2)火 炉 系 統 燃焼方式のいかんにかかわらずバー ナを前後壁に向いあって配置した対向 燃焼とし,燃焼効率の向上と火炉周壁 の熱負荷の均一化を因っている｡ 火炉流体経路については図7に示す

744 _{昭和41年6月} 立 評 一ご一-レ ム昭 第48巻 第6号

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-･三三三二jざ ≡三.′▲上￣そ字 ￣}止･ii ふ÷ てィ+J で身† てま 押さ土足観韓 図6 Drakelow C375MW ボイラ いくつかの方式が採用さjlている｡ Up-down-Up方式ほUP-2および3に採用されたが現在は使 稲されていない｡ Up-Up方式は容量約500MW以下のものに,Once-Up方式は それ以上のボイラに主として使われている｡なおこれらの系統に 分割壁を加えたものもある｡ (､3)火 炉 構 造 水冷壁には外径22.2∼31.7mmの管の問に幅約13mmのフィ ンを入れて溶接したメソプレンウォールが使用される｡本構造は 超臨界圧ボイラに対してはUPボイラにおいてはじめて採用され たもので,UP-2以降使用されすでに約7年間の運転実績を有し ている｡ 本構造は完全な気密性,高い強度,熱応力の減少,据付工程の 短縮など鞍多の特色をもっている｡しかしメソプレンウォールは 従来のタンジェントウォールと違ってメタル温度などのほかに, 伸び差,熱応力などに対しても十分考恵する必要がある｡このた め実際の設計にあたっては以下のような考慮を払っている｡ (a)管内流速(重量流)を十分高くとる｡ 管内重量流kg/m2hを十分高くとることは管メタル温度を低 く安全に維持するためにきわめて重要である｡重量流の大小は 特に比体積が急激に変わる点では,流体速度の大小より熱伝達 に対して大きな影響を与える｡図8に重量流とメタル温度の傾 向を示す｡同一の使用条件でも重量流がある範囲以上であれば メタル温度に大きな変化ほないが,その範囲以下になればメタ

ル温度が急激に上昇する｡実際の運転に際しては各並列管中の

千ヲ1:パ･+L･11

JP一口01l▼＼-し了P _埋二旦巳

号〒･･･∈一戸】1･･⊃-0べCE UP 召7 超臨界圧UPボイラ火炉壁流体経路説明図 丁ヒ 小一巧+■ へ ｢ 跳 柳 川 700 (と朗相室り汽 重量流(kg/m研一) 図8 重量流とメタル温度 ごこ一15メ?ゞ

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(U ∧U nU O 6 ワ】 ■u･t [ヽ∪ (九U 660 620 0 20

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一_一一￣ ノ _ ′ ′ ′ / ′ 一缶･の如 混合 QAVG 混合 1.5XQAVG(2回混合) ただLQAVGは平均熱吸収量を示す｡ 40 60 ノ付 託れ方向管長(幻 図9 混合管寄せの効果 80 100 火炉壁出口 流量,熱吸収のアンバランスもあり,最悪のチューブでもこの 流量の危険範囲に入ればわずかの流量の差によってメタル温度 の変動幅が大きくなり,焼損する場合も考えられる｡また大き い熱負荷で重量流が小さくなると亜臨界圧における膜沸騰のよ うな現象も現われる危険がある｡ (b)火炉内必要個所で流体混合を行なう｡ 貫流ボイラでは自然循環ボイラと逆に熱吸収の多い管は比体 環の増加により流量が減少しようとする傾向を有している,こ のためUPボイラ火炉系統は図7に示したように,火炉流体を 途中で炉外･こ取り出し,各壁ごとの流体混合または全流体の完 全混合を行なって流体エソクルピまたほ温度,圧力を均一化し て再び炉内にもどす｡この効果を示す一例として超臨界圧の場 合を図9に示す｡図中,実線は平均熱吸収の場合を示す｡また 点線は実際運転時予想される平均熱吸収の1.5倍の熱がはいっ

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＼し ンン!書土筆 図10 水 壁 構 造 たときを示す｡ もし火炉内で混合が行なわれないときは,大きな 熟吸収を受けた管は流体温度,メタル温度が平均値 に対し著しく上がり,メンプレンウォールのクラッ クまたほ焼損のおそれがある｡このためこの例では 2回の混合を行なっている｡図10は混合部の構造 例である｡この構造は実績により改良されたもの で,混合効果,音容接作業の容易さなど十分考慮して ある｡ 流体温度の均一性をより容易に押えるために,火 炉入口管寄せにはいる給水管ごとに可変オリフィス をおいて,独立した各パネルごとに熱吸収量に応じ て給水量を調整し,また系統の流動安定性を増すこ とがある｡これは正常運転時は固定オリフィスとし て働く｡ UPボイラにこねいてほ以上のような考慮を払って いるので,火炉水壁管の材質も特に高級なものを必 要とせず,0.5CrO.5Moを使用している｡なお超臨 界圧力では沸騰現象がないので亜臨界圧UPボイラ で使用するリブドチューブは必要としない｡ (4)再熱器温度調整(8) 1段再熱の際の蒸気粘度調整は従来の亜臨界圧UP と変わりないが,2段再熱の際の再熱器温度調整は多 少複雑になる｡伝熱面配置としては現在図11に示す ような過熱器,高圧,低圧再熱器の並列配置と図12に 示すような直列配置が採用されている｡前者ほ特に重 油と天然ガスのように特性の異なった燃料を併用する 1与9′ けJ ■-▲▲--････一iト 葺

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..葦

器の特性は図-3に示すような傾向となる0すなわち

と立脚肌一叩_叫∴山

高圧再熱器入口蒸気温度は従来と同じように負荷の減 少に伴って低下するが,低圧再熱器入口蒸気温度は負 `1･一8′ 図12 550MW UP ポ i j ;軍 ミ去 もJ ′加 (ブ?▼ 亡J▼ ≦ く∋ <∋ 王㌫ ￣苧≡ 山一…小一仙)LL､

746 _{昭和41年6月} 日 立

_評

_論

_{第48巻 第6号} ハ‖> 0 0 0 爪U ハU 5 4 3 丁汁〕ぎ｡コニパ七㌧一+イ語草廿什 40 50 60 7〔) fiネごf(′ノ 図13 2段再熱器特性例 81〕 9()

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L 1i l 1()0 卦力′〈--ナ し l 図14 セ ル バ ー ナ 荷に対しほとんど一定で,あたかもドラムボイラの過熱器のよう な特性をもっている｡このため1燃料のときは,低圧再熱器をあ る程度ガス再循環の効果のある個所におき,高圧再発∼器をガス再 循環の効果がもっとも大きい所に配置すれば,所要の温度調整範 囲が得られる｡図12においては高圧再熱器の一部を2次過熱器 のあと,一部を1次過熱器の後において低負荷時のガス再循環の ききを良好ならしめている｡すなわち高圧再熱器出口蒸気温度を 基準にしてガス再循環量が調整され,低圧再熱静はごく少量の注 水により調整される｡ (5)最 低 負 荷 最近の大容量超臨界圧UPボイラはバイパスを使用せずに運転 できる最低負荷はボイラ最大蒸発量の約25%にとるのが普通で ある｡したがって最大負荷での火炉水壁管内の重流量は最低負荷 を1/3負荷にとった亜臨界圧UPより増加しているが,運転圧力 増加のため流体の比体積は減少し,ボイラの圧力損失は超臨界圧 UPボイラのほうがむしろ少なくなる｡ (6)セ ルバー ナ ボイラ使用圧力には直接関係しないが,ボイラ大容量化に伴い バーナ容量も増大し,バーナ1本当たりの油量が4t/h以上のも のも使われている｡さらに大容量iこなると図14に示すようなセ ルバーナも広く使われている｡本バーナほすでに国内で運転中の

BFPタービノ㌔ごっ.

(背tl三∫〔〕 ＼ BFPタ【ヒ (チk寸､∴)

写.丁

30c 600れ川■246kF Cm3G 538ノ′566'c 図15 _{1段再熱超臨界監タービン膨脹緑園} 十-キュラーバーナと原理的には同じで個々の要素もほとんど変 わりないが,大容量ボイラに使用するため各バーナを2ないし3 本のグループにまとめ垂直方向に密接して配置できるようiこ取iプ 付けられ水壁の開口部が多少変わっている｡運転時ほたとえ･こご3 個のバーナグループのサーキュラーレジスターは1個のリンクで 操作され,あたかも1個のバーナのように簡単に操作されるこ こ のため自動バーナの採用もきわめて容易となる｡容量としてほ1 セル当たり油量9t/h以上のものもあり,ガスバーナまたは微粉 炭バーナとしても使用されるこ 本バーナの採用により大容量ボイラでもノミーナ配置が容易で韓 に大きな火炉を必要とせず,また火炉熱吸収分布も従来のキー車 ニラーバーナより均一化されるこ その運転性能もすでに大形ボイラの実績で確認されている.二

5.プレボイラ系統,および起動系統

超臨界圧ではボイラが貫流形となり,ポイラ,タービン,プンボ イラの相互関係はドラム形ボイラの場合と異なり,密接にクローズ カップルされるので,その見地にたってプラントサイクルの問題点 について述べることにする｡ (i) ヒートサイクル 超臨界圧プラン=こ用いらjtる給水ポンプはユニットの容量､ および給水圧力が高いこともあってすべてタービン駆動が採吊き れる｡この場合の形式としては (イ)背圧タ _ービン′ (ロ)復水 タ ー ビン (ハ)主タービン軸駆動 などが考えられるが上記三つの形式の中(ハ)の主タービン駆軌ミ まだわが国では採用される計画ほないが問題は信掛生にある｡利 点も多く将来は必ず用いられるであらう｡(イ)(ロ)については亜 臨界圧ユニットでは両者とも採用されているが,超臨界圧でほ, 一段再熱プラントでは図15に示すようにトs線図から見れば明 らかなとおり背圧式を用いて低温再熱蒸気を利用した場合にほ給 水ポンプタービンの膨張線は湿り域に相当入り込むことになって 効率を悪くするばかりでなくタービンのエロージョンにも問題が 出てくる｡したがって背圧式の採用には無理があり一段再熱式ユ

ニットでは復水式タービン駆動こがもっぱら採用されることにた

る｡ただ一例としてアメリカのAvonNo.8超臨界圧ユニットて

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50011W246kg/セm=(;53S_552/5668c 図16 _{2投再熱超臨界圧ターピソ膨張緑園} 水ミニモ 11 1Ⅰ 高圧ヒータ 2ニた過熱器 亨亘1こ器 療州 立生者pH 物素 →〃鉄鍋物 50ppb 7ppb 20ppb lO _ppb 2ppb O 9.2∼9.4 ￣含過熱器バイパス弁の前iこレジスターチューブを設け,150℃ 以下の高圧水を通して減圧し弁のエロージョンおよび騒音が ない｡ 喜:フラッシュタン′クの発生蒸気を高圧ヒ一夕,脱気器に回収し ドレンを高圧ヒ一夕,脱気に熱回収して起動時のボイラの燃 焼率および,起動損失を少なくしている｡ しiii)プレボイラの系統上考慮すべき二,三の点について 第1は低圧ヒータのドレンは大気圧以下の部分が多いので従来 から酸素を多く含んでいる場合がほとんどである｡後述のように 低圧ヒータi･こも鋼管を採用するので,酸素の多い低圧ヒータのド

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ノ さ古′了･こ÷ごンプ 図17 起 動 バ _イ _;■三ヒーブ パ _{ス 系 硫 図} は背正式を採用しているが,ニの場合は前記のような問題をさ けるため高圧タービンの中途から抽気した蒸気により駆動して ■･ノ､る｡ 二段再熱式プラントでは図1るに示すような膨張線となり,第1 低温再熱より抽気した場合の膨張線は一段再熱と同様の問題があ る｡また一段および二段再熱の場合,いずれも復水式が有利なの はユニットが大容量でもあるので主タービンの排気流量をできる だけ少なくしてタービン効率をよくこするためでもある｡ しiil起動バイパス系統 起動バイパス系統は超臨界圧でも亜臨界圧でもまったく同じで あり,その点日立製作所においてはすでに亜臨界圧貫流ボイラプ ラントにおいて数多く実績を有しており,その成果を発表(9)して きた｡したがって超臨界圧ボイラに亜臨界圧の経験を十分に生か すことができる｡図17はその起動系統図を示す｡この系統のお もな特長を次に述べる｡ ､甘フラッシュタンクの発生蒸気によりタービンをある一定負荷 までとる｡このことにより起動時問を短くまた低圧蒸気のた めのタービンの均一暖機ができる｡ し喜†起動時は一次,二次過熱器には通水しないのでホットスター ト時過熱器ヘッダおよび主蒸気管を急冷することがない｡ レンをそのまま低圧給水系統ヘボン プで回収することは低圧系統の腐食 の原因となるので,これをさけて低 圧ヒータのドレンはドレンクーラを 通して復水器へ導き,復水脱気をし てボイラへ給水するように計画すべ きである｡ 第2は図17に示すように脱気タ ンクの底より低圧クリーンアップ弁 を通して復水器へ給水を導く系統が あるが,これは起動時に給水ポンプ を起動する前に低圧系統,脱気タン クの水を復水器に戻して脱酸素およ ぴデミネを通してクリーンアップを するため使用する系統である｡これ は亜臨界圧の貫流ボイラプラントで も起動時に大いにその効果を発揮し ている｡

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事里 ボイラの給水制限値は表3に示す値であり,これは亜臨界圧貫流 ボイラの場合とまったく同じである｡したがってわれわれが亜臨界 監貫流ボイラプラントにおいて種々施した対策を徹底して行なえば よいわけである｡その点について,二,三述べる｡ (1)サイクル内の材料の選定 銅の超臨界圧蒸気への溶解度が大きいことほ上述の研究結果の とおりであり,したがって銅系統の材料をできるだけ採用しない ようにすべきである｡高圧ヒータチューブはもちろんのこと低圧 ヒータについても同様である｡すなわち復水デミネの後に設けら れる棟器の材料にはできるだけ銅系のものを採用しないことが望 ましい｡復水デミネの前に設けられる復水器などについてはデミ ネを通してボイラに給水するので銅系の材料でもさしつかえな い0なお低圧ヒータのうち休転中に窒素シールができない復水器 上部胴体設置のヒータなどは酸素によるチューブの腐食をさける ためにステンレスチューブを採用したほうがよい｡ (2)フィルタなし復水デミネ 貫流ボイラを採用しているプラントは復水デミネを設けて給水 中の不純物の除去ならびに海水リークに対処しているが,この復 水デミネの従来の形式はプレフィルタおよび脱塩塔よりなってい

748 _{昭和41年6月}

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.＼冊f_l r】ト1e つ■II二】J･･一■F●=I･ 36 40 44 ₄₈ 論 評 立 第48巻 第6号 0 0 2 ＼ 〆 5 一皿丁 3 (りん 210勺( ㌫｡｡づ)ニ〃〓蓋〔童 図18 プレフィルタなし復水デミネの実転実績 るのが通例であったが,今後はR立製作所は懸濁状の不純物も脱 塩塔で除去するようにし,フィルタを設けない形式のものを採用 することに方針を決めており,その第1号機としての220MW火 力に採用して好結果を待た｡図柑はその脱塩塔の実績を示し,図 柑ほクリーソアップ運転中の各部の鉄の状態を示している｡脱塩 塔入口でほ相当量の全鉄が分析されても塔出口ではいずれも所定 の値以下にはいっている｡このようにフィルタなしデミネを採用 すれば従来のフィルタを設けた場合に比べて ①建設費が相当少なくてすむ ⑦プレコート助剤の添加および運転費の低減ができる｡ ④デミネの損失が少なくなり復水ポンプの揚程が低くできる｡ などの利点がある｡ 7.結 口 以上述べたように日立製作所では超臨界圧ボイラプラントについ ては,実験プラントにおいて基礎的データを得るとともに,設計製 作面でも十分に検討している｡ 超臨界正賞流ボイラほ決して現段階より飛躍してむずかしいもの 0 二三こし ≡ 斗 210Dc

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260℃ _{170atgX350℃//} 囲19 プレフィルタなし復水デミネのクリーソアップ オペレーショソ時の水質実績 ではなくむしろ原理的には亜臨界圧貫流ボイラを採用した場合とま ったく同じである｡ この点日立製作所はすでに昭和37年に新清水 火力発電所1,2号75MW2台を,昭和38年に五井火力発電所2 号265MWを,昭和40年にはさらに250MW級を2台納入してお り,これらを基礎としてきたるべき超臨界圧ボイラプラントの製作 にあたっており,今後も一段と研究を重ねさらに万全の準備を整へ ておく所存である｡ (9) 参 鳶 文 献 綿森,前田:枚械学会Vol.65No.519p.47 浦臼,芳原,田村:火力発電Vol.16No.2p.19 浦田:火力発電Vol.16No.11p.82 中野,河竹:日立評論44,1309(昭37-9) 田村,坂井,細川:枚械学会Vol.66No.532p.37 小田:火力発電Vol.16No.11p.35 利部:火力発電Vol.16No.10p.69

E.G.Kispert:ASTM Pover Conference Paper Chicago

Illinois April1964