サイクロンスチームセパレータ

U.D.C.る21.177.4

サイ

タ

ロ

ン

スチ

ー

ムセパ

レー

_タ

Cyclone

Steam

Separators

林

安

治*

関

口

安

通*

内 容 梗 概 パブコツクサイクロンスチームセパレータほ,すでに広く紹介されているものであるが,140kg/c皿2 (2,000psi)をこえる高圧高温大容量ボイラの建設がつぎつぎと計画されている現状にさいし,190kg/cm2 (2,700psi)の高圧自然循環ボイラの設計を可能ならしめた,その機能,構造,効果などにつき,あらた めて図表を主として取纏め,いわゆる気水分離装置に対するあたらしい考案改善の二三を紹介した｡

〔Ⅰ〕緒

言 われわれほすでに設計圧力121kgノcm2, 気温度541 Oc,再熱541eC,260t/bボイラの製作に着手しており, 現在,近い将来の製作着手を目標として,設計圧力190 kg/Cm2,蒸気温度57lOC,再熱541ロC,最大蒸発量590 t仲ボイラの計画に入っている｡この設計圧力は自然循 環ボイラの上限と考えられており,しかも自然循環方式 としてはパブコツクボイラにおいてのみ可能な圧力であ る｡かかる高圧眉然循環ボイラの設計を可能ならしめた ファクタの1つに,サイクロンスチームセパレータの優 秀な性能がある｡パブコツクサイクロンスチームセパレ ータは,古く1936年完成され,1941年には早くも設 計圧力186kg/cm2のボイラの建設を実現せしめ,第二 次大戦後における火力プラントの高圧高 大容量化に大 きな役割をはたしている｡本文では,このサイクロ∵/ス チームセパレータの基礎的考察,構造,実 につき,図表を主として解説したい｡ ,効呆など

〔ⅠⅠ〕基礎的考察

(り 気水分離 パブコツクサイクロスチームセパレータ(以下サイク ロンと称す)では,吸熱して発生蒸気を含む薩水から蒸 気を分離する第一次分離をサイクロンにて行い,高圧タ ービン守こ使用してトラブルを起さぬような蒸気純度をう るため,蒸気中の微細な水滴を除去する第二次分離をス クラバで行う(1)｡これらの 造については後記する｡

(2)重力式とサイクロン式の分離力の比較

重力による分離力瑞ほ 凡=￠ぱ(d.打-dg)であらわされる｡ ここに ￠1は定数 gは重力の加速度 d.;ラ･,dgはそれぞれ水および蒸気の比 水と蒸気の比重差d丹一dgは圧力により弟1図のよう に変化する｡ * 日立製作所日立工場 貯 お 〃 ∬ ガ 粛 〃 ∬ ガ ガ ガ 〃 〃 ∫ (Mぎ､蓋)嘲｣]e希世刃脈絨斡{一欄】一風卵思惑 l l l l 】 軍式 =次 1 】 比 重 _飽 口 気 ､､ - ‥● 二 ∼▲､ごい∴∴､ノ.1∴∴ ､∴.J ゲ【デ圧力(∬/) 第1図 飽 和 蒸 気 と 飽 和 水 の _{比 重 差} Fig.1.Effect _{ofPressureonDensityofSteam} and Water at Saturated Temperature

･-汽水混合物

第2図 サ イ ク ロ ソ _の 作 用 説 明 図

Fig.2.Schematic Diagram _of Cyclone Steam Separator

1342 _{昭和31年11月} 為=￠2甜2γ(d紗-dざ)=￠2 れる｡ ここに _{￠2は定数} 甜 _は角速度 lト: 日 立 評 第38巻 第11号 (あ折1あ)であらわさ ぴ は円周速度 γ は半径 サイクロン内での分離ほ第2図でわかるように｣㌔と 為の合成力であるからダ/c <sub>`ブ.･dgJ</sub> であらわされ,分離力は速度の目乗に比例しサイクロン 半径に逆比例して増大するが,これほ圧力損失と構造上 からの制限があって,重力のみによる分離力の約20∼30 倍が普通である｡ (3)サイタロンの容量 サイクロン内の圧力損失ほ4P=C り2 2g γ であらわさ れ,Cはサイクロンの形で決まる係数であるが,バブ式サ イクロ∵/はその構造上この係数が小さく,圧力損失が分 離力に比して少ないのが特長であり,このため190kg/ Cm2級の自然循環ボイラが支障なく運転されている｡ サイクロン内の水と蒸気との分離速度Vcは l t･ d2(dt〝-dざ)p2 Ⅳ′･い･ ここに d <sub>は蒸気泡の半径</sub> 且は定数 り旭ほ圧力水の粘度 であらわされるから,分離の距離をβ,気水混合物がサ イクロン内を流れる距離を5′とすれば ヱ) 一 5/ Ⅴ〝`上 が ,またほか≦≦且′5〝(ただし5ほラヂ アン丹こよる角度) となる｡すなわちサイクロ∵/内の速度だけを増してもサ イクロンの各部の寸法がこれに合致したものでなければ 有効な分離はのぞめない｡ サイクロンの容量を,蒸発量/サイクロンの箇数,す なわち単位時間当りの蒸気分離量で示すこととし,これ と各箇のサイクロン内を単位時間内に通過する気水混合 物の量との比を考えると,これは権水循環比にひとし い｡汽経ではこの循環比が少ないほど損失エネルギーは 減り,降水管も少なくてよいが,加熱上昇管内の気水混 合物の蒸気割合がある限度をこせば,管内壁の水膜が切 れて熱伝達を阻害し,場合によっては管が過熱され破裂 するので,この水膜が切れずに熱伝達を阻害しない程度 に蒸気含有割合を押えねばならぬ｡この割合は運転圧力 によって変り,弟3図(毎に示す程度が限度とされてお り,また蒸気の容積と重量のE 係は圧力により弟3図㊥ のように変るのでこれらから弟4図のような潅水循環比 の限度曲線が求められる｡-この曲線が示しているように (雲｣]掴】甲 ハリ 刀レ (訳) ]]嘲咄戚碓 ヽ

(わ

許容最大

/

/

♂. J〟♂ 2αり J戯 運転圧力r/ぢ∠月)

十

過

/

ヾ●､､て

b n ノ ∴ _･J ､､ ､･ ∴J 蒸気体帯[[(%J 第3図 運転圧力と上昇管出口蒸気許容含有率 (体積比および重量比) Fig.3.Max.AllowableRateLeaving Riser for Various _{Pressures(SteambyVolume}

and Weight) 八い V｣ ･､ ♂ (S)嘲伽 /戊卿 蕗財 Z抑 圧 乃〔相身I 第4国 権 水 循 環 比 限 度 曲

Fig.4.Allowable Circulating Rate Boiler Water 脚 線Of 〟〝 /ガ 汽伝圧力(妨2) 第5図 サイクロ _{ソ容量と汽権圧力の関係}

Fig.5.Relation between _the Capacity _of

Cyclone _and the Operating Pressure _of Boiler

圧力が高くなるほど循環比は減少し,これがサイクロン の容量決定の大きな函数となるため弟5図の一例に示す

ロ ン′ ス チ ー ム セ ∴I (ざ)礫鰯雲｢岳腹痛 ●-1さ ノ〝 汽缶圧力〔似加∼J 軌 第6図 スク ラ バ で の _{蒸気 制限速度} Fig.6.AllowableVelocityof Steaminthe Scrubbers ように圧力の上昇につれてサイクロ∵/の容量は増加して くる｡

(｣)スタラバ

サイクロンで第一次分離を終えた蒸気はサイクロンの 直上に設けられた小型のスクラバで整流および第二次分 離を行い,さらに蒸気取出口の前に設けられた大型のス クラバで第二次分離を完了する｡ストークスの法則によ れば蒸気が水滴を持去る速度Ⅴは Ⅴ= 2gγ2(d脚-あ) 9ヮg ここに γ ほ水滴の半径 りざは蒸気の粘度 であらわされる｡この式からわかるように蒸気速度をで きるだけ減少するとともに水滴の径を大きくすることが はなはだ効果的なわけで,スクラバ内では,微細な湿分

をたがいに凝集させて水滴とし,第二次分離を行ってい

る｡ また蒸気速度ほ水と蒸気の比 差にも比例するから純 度の高い蒸気をうるには高圧になるほどこの速度をおそ くしなければならぬ｡この速度と圧力の関係は大略弟d 図のごとくである｡

〔ⅠⅠⅠ〕構

造 基本的な構造についてはすでによく知られているので 簡単に説明する｡弟7図はサイクロン装置の取付断面 図｡弟8図はその配置状況を示す｡汽水混合物は上昇管 によって汽胴に導かれ,そらせ板に案内されて,保有す る運動エネルギーによってサイクロン内に切線方向に流 入し,遠心力により水はサイクロン周壁に押しつけら れ,蒸気ほ中心部に _{って上昇する｡分離された水ほサ} イクロン底部の羽鋭から排出されるがこの羽根はサイク ロン内の水の切線方向の運動エネルギーを静圧に変えて 外部の水頭に打ち勝って水をサイクロ∵/外に排出する役 目をしている｡パブコツク式サイクロンではドラム内の 水位がサイクロン頂部附近まで上昇しても分離にあまり レ ー ダ 1343 第7図 サ イ ク ロ Fig.7.Construction _of Separator ソ 構 造 図 theCycloneSteam 第8図 サ イ ク ロ ン 配 置 図 Fig･8･ArrangementoftheCycloneSteam Separatorsin Drum 影響をあたえない｡ スクラバは波形の薄板を数多くならべた構造でここで 蒸気中の水分を凝集させて分離する｡ 最近の高圧汽経ではサイクワソセパレータにも程々の 改良が加えられているのでその二,三を紹介する｡ 舞9囲および弟10図は汽胴の両端に大口径の降水管を 配置した場合,流水勾配を必要とするため汽胴内部の水 位が中央部で高くなる傾向があり,これがはなはだしけ ればサイクロンの頂部に達してその分離効果を減ずるの で,これを防止するためサイクロンの下部に案内板を設

けて分離排出される水の残存エネルギーを利用して汽胴

の両端方向に流拇させるようにしたものを示す｡ 弟1咽は汽胴鏡板部が急速起動時に中央部より温度が 低くなって _{応力を生ずるのを防止するために権水循環} バッフルを設けたものである｡ 弟12図は蒸気の給水による水 装置の一例を示す｡こ

1344 _{昭和31年11月} 日 立 評 第38巻 第11弓一

第9図 案 内 板 付 サ イ ク ロ ソ 略 図

Fig.9.SchematicArrangementofCyclones with Guide Vane

第10図 案内板付サイク _{ロン詳細図}

Fig.10.Detai1s _of the Cyclone _with

Guide Vane ＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼ ＼＼＼＼

享

_誓

1

iサイクロンl.←｢ [｢ ｢･■｢.q 鏡 頒

帽

L l ■ hJr一-一心 ゝ＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼＼rヽ＼＼＼＼＼＼ヽ＼＼＼＼＼＼＼＼ヽ＼＼＼＼＼＼ヽ､1

]〕]U]∪]

l l l l l l l 降 水 管 第11図 急速起動用権水循環バ ッ プ ル

Fig.11.Circulating Baines _of BoilerWater for _Quick Starting

れについてほ後章で詳説する｡

〔ⅠⅤ〕サイクロンスチームセパレータの効果

自然循環あるいは臨界圧以下の強制循環ボイラにおい て,ドラム内気水分離装 の効果は,乾燥度および純度 の高い蒸気をうることと,降水管への蒸気混入度を減少 して,より高い循環力をあたえることにある｡この両作 用に対するサイクロ∵/の高性能が190kg/cm2扱高圧自 然循環ボイラの設計を可能としたものであるが,つぎに それらの効果を例示する｡ 水洗用ノカレ 岳二『

二=･一ごニー｣;-芽

ク lO 0 /l ノ 上昇管' ン 0 0 0 / 第12図 蒸 気 水 洗 装 Fig.12.ArrangementofWaterWashing for Steam

芸二

三鵬貯撃 ○ 嘲 瑚 × ★ ♂ / 2 J

い

J♂ 之β よ〟 運転庄.カメJβ紺P†/ サイタロソスチームセパレータの使用により,1,100psi をベースとした循環量比は飽和水と蒸気の比重差とよく 一致する｡ 第13国 運転圧力に対する実際循環量

Fig.13.Effect _of Operating Pressure to

ActualCirculating Flow Ratio

(り

循環力すなわち降水管への蒸気混入防止に

対する効果

効果の例を財3図,弟14図,舞15図に示す｡

弟15図ほ,1941年発電開始した,Indiana and

MichiganElectric Co.Twin Banch P.S.ボイラの実

績で,このユニットは,高圧再熱単機単薩方式の先駆を なしたものであり,パブコツク社はこのボイラめ設計製 作によって,高圧大容量ボイラの設計に対する自信と経 験をえた｡サイクロンの性能は図によってあきらかであ るが,2本の28吋降水管中に16.25吋径のオリアイスを 設けて循環量を約10%減少してなお十分な循環力があ り,これによってドラム中の流水勾配を減じて,ドラム 水位の許容範囲を広げることができた｡

サ _イ ク 第14図 Fig.14.

∴

耶 ◇' 句ト

去水固形分謝椚

/

サイクロ､ 取イ寸ノ 〟 4♂ 甜 β♂ 〟♂ 蒸発量比(%)

へS､し叩き咄蛸蟹利

≠㌧､､㌧り､､㌧ ､･し 〃U 甜 1･ヽ 〃U ､ 1345

d琴フ

･グ/

や人 l ( ノ (ガJ府 ∫7 7け.紺 _ノ仰% 1 ♂ _/紹 〟♂ J〝 仰〃♂♂ 蒸発量相自助勃 100kg/Cm2 級 ボ イ ラ に お い て サ _イ ク ロ ン 設 置 の 効 果

EffectofCycloneSteamSepratorsonBoilerCirculation(ForOperatingPresslOOkg/cm2)

ボイ _ラ仕 スラッグタップオープンパス再熱烈 設…汁圧力 蒸発量 蒸気温度 186kg/cln望(2,650psi) 250t/h(550,0001b/h) 505ノ4900C(940/9100F) 循環量カーブ ㊥ 降水管下降全量 吟 _{一次分割壁} 仔)二次分割壁 垣)火 炉 前 壁 (∋ 火 炉 側 壁 (む 次分割壁 ご..･∴ ∵..〕 l

l

.♂♂ r〝♂ :♂〃 け〝 ♂♂β β♂♂ βββ ♂♂♂ ♂♂♂ Z♂♂ ノ仰 /

①

J / 4 十 吸 吉式/鯛/ _一武7円 〃仁斤 円 8 2 J 4 ざ / ∫ / 試験 /∫4∼_-/♂ 頗誹 円 ♂ 肋7 月7♂J挽7 顧グ 〟汐 虎肌ク _ノ彫r釦ク ぶ材 4卿J儲㌧鋤 蒸気発生量りが蕗〟 巴 Z J 切 / / 曲 / ) / _∫ 試験朋Z-/2月 〟〟7 円 園郎-J･ 月 ♂/ /♂ 訳 ∫♂ ∠〝 L雛7 〃〟 甜 お ､巴 水比重 降水管比重 第15図190kg/cm2級ボイラの自然循環におよばすサイクロソと非加熱降水管の効果

Fig.15.Effect _of Cyclone Steam Separator _and Unheated Down Comer on Boiler _{Circulation(For} Operating _{Press190kg/cm2)}

1346 _{昭和31年11月 目 立 評}

_論

汽水胴相聞内径β〟β長) /2J4 1 ∫ ∂･7 β ′ヽ ′1

＼

過絹lヘッダ(入口) 肌≠外経飽和蒸気管X/4

④

蒸気サンプリング位置 飽和蒸気管 ＼

､)

/ スクラノヾ

旧

l

凪

､ 一_ 二 ; 】 こ=7 /T ＼

J＼氷壁

管備水 l l l 田 /

/1

百炭蓋より給水 下 水十菜気 ∵.∵-1..ニ言 皇輯 縛‥揮‖ル〃〃 〃∵β■β 7♂∫イ∫っ⊥ ′ β ♂∫ + 第38巻 第11号 〝グ即侶4l

J

l

J

】 l l 1 仙.イ

J

l

J

J

l

l【

/

l

l

【

J仙.Jl

/

l

l

/

仲･∂

l 【

乙l

ドラム中止 l ･β ∫ -4J′′ ♂ ∫/♂ 2♂ J♂ 4♂ J♂ 試男実時間 運転条件 圧 力 蒸 発 量 随 水 _{アルカリ庭} 園 形 分 蒸気分析 CO2 NH3 K ㊥ 上昇管エ キ ス テ/ツ ヨ _{シ/型の実績} で .写:.::::▲缶驚 ニヾ■■■一≡‡≠琵 ,■:･ン`･･･■ <:ぢ:モ 藷 ＼ _閉り

l十

一′ 四 ＼⊥ニ■Yノ ＼＼､ 一■l▲-一一 一÷:･:′･･: 野 ■■:::･> /≡露悪 _{◆･長与:} ′ l 運転条件 圧 力 蒸 発 量 降 水 アルカリ度 全国形分 蒸気分析 CO℡ ∵lト K 92l(g/cm℡ 200t/h平均 120P.P.m. 517P.P.m. 0.00 P.P.m. 0.024P.P.m. 1.88

ヨさやモ圃炒抑

(仇わ) 86.5∼93kg/cm空 122.5t/b平均 68P.P.m. 536P.P.汀1. 0.00P.P.m. 0.00P.P.m. 1.18 巴 ♂

Ⅷ

l l 他J ll

_l

l 〟_♂.4

J ＼

l

J

l

l

肋 l l

J

Y

肋.J

よ

肋7

閥

捌

l

/仙? 仙β

r

l ドラム中肥

仙/l

クリチ乃ル_{/ ∫} ++

l

丁

､て･) ∴- ∴ Jこ一 ･､一 試験時間(爪/〝) ㊥ イ ソ パクト ボ _ック ス 型 の _{実 績} 第16図

_{100kg/cm2顔ボイラにおける蒸気純度におよはすサイクロンの効果(その1)}

Fig.16. Effect _of Cyclone Steam Separator on Stearm

Purity(No.1)

1347 ｢｢ 二｢｢ l｢ ′至妻≡責≡…‡…洪澤:斐居≡き君‥==二=茂三‡;三=抑き･･=,=.:.･>ンニ･=･= `∴◆■■◆■ん■ノ==諏･`･ :::■女:･:▲. l `･二･:モ:# ー::二::ゞ:. .華 ･･_...-ノ烹モ■ 脚萱Ⅷ

･ヲf･‥′〕′

【し倭≒≡≡≦当

(

＼ノ〉､こコ･ 『 ･:く八:: :く･■::･: _{::メ:▲>二:■:一:} て一･:･ン:=･'･■=く-:'-ユ =･=･二==玲:･.･.ゝ▼.･.奴=く.:...∫･:･}〉=･:･:･=た.≡蒙∧二◆=■一■`

肥

･･′

＼ ノ=◆▲■く･=,■ `:-∼く:::::: ■て;浦ミン ､◆括■■

r′

;三≡室‡≦宴■'＼← irrr㌫lこl甜

▲■-邪

/ ｢｣ 匝弓 :モ 2裾=≡≡:崇 %･･き室ぎ≡モ=丁 ･:::二三毒 隷■＼

④

サイク ロ ソ セ パ

簑葺モ苧壁卿紺

r,〃 く∫ /β 現J β ∫`′ ♂ ∫ 仙J ノ眈? 肋〃 肋 次∫ 仙ノ

_壷7

十∫" 4∫" β r 〟 〝 2β 打 L紗 ∬ 試験暗闇 運転条件 圧 力 蒸 発 量 総 力く _{アルカリ度} 全固形分 蒸汽分析 CO鷲 NH8 K 〔肌･わ) 80∼93kg/cm宏 227t/h平均 208P.P.m. 1215P.P.m. 0.00P.P.m, 0.00P.P.m. 1.5 備考 ㊧∼句図に示す ⅩIま権水中の溶解固形分1P.P.m.に対する比電葛度 micromnterJcm 染ミ奄やモ噸勲紺 〝 砂 ー♂ 紗 Z♂ 仰 β

㌦

♂

㌦

‡

‡

J

l ｣ 仙J ｣ i Xセ

田

レーク岸水 ヽ ▲

｣

仇4

胤

田 ll 肋J l ノ仏J

車z

通7

×

軋

】

+㌦

β -ガ ドラム中底 ll

仙】

ヽ

l

此習

l

｢

L

【 l 〃 _ノⅥ ガ j汐 亜 ガ 〟 試蜂時間｢仇カ) 運転条件 圧 力 蒸 発 量 潅 水 _{アルカリ度} 全固形分 蒸気分析 CO2 ::=､: K レ ーク 型 の 実 績 80∼93kg/cm℡ 182tノb平均 208P.P.m. 1272P.P.m. 0.00P.P.m. 0.00P.P.m. 1.50 第16図100kg/cm2級ボイラにおける蒸 気純度におよばすサイクロンの効果(そ の2) Fig.16.EffectofCycloneSteamSepa-ratoronSteamPurity(ForOperating PressurelOOkg/cm2)(No.2) (2)蒸気の純度におよぽす効果 弟16図(2)(垂∼④設計圧力98atg,蒸発量227t仲の ハイヘッドセクショナルポイラに3種の気水分離装置を 設けて,発生蒸気の純度を試験したもので,④にサイク ロンの効果を示している｡ 舞け図`3)北海道電力株式会社,江別発電所において, 昭和11年納入CTM型ボイラの気水分離装置を昭和29年 改造され,その効果を試験されたものである｡ 弟18図∼弟20図(1)水位,負荷,薩水濃度などの影響を 示す｡

〔Ⅴ〕蒸気中へ含有される珪酸の除去

蒸気圧力が1,000psiをこえるようになって,珪酸に よるタービンデポジットの間 が注目され,今日なお完 全な対策が立つ状態にはいたっていない｡サイクロ∵/が 蒸気中の水分除去にはなほだ有効で,蒸気純度を高める ことは実証されたが, 気中へ気化して持去られる塩類 に対して,特別の効果を有せぬことは原理上あきらかな

1348 _{昭和31年11月} ドライバイ ノてッフ

U州

_ヽJヒr

【 l こ二≡ ≡さ▼=:±==㌻ ≡二∃∴=｢ ､･､

ブ童＼.#＼ス崇;

､､ l 改造サイクロンセげレ一夕れ顎設 第17図 C.T.M.型 ボ イ ラ

Fig･17･ Effeet _of Cyclone Steam

∴ -‥ い･一∴､

套彗星画e仕屁楯

‥･∴J‥/.∴ ∴ 〟 /? ノ汐 田 J イ +Z ♂ ー∼ 4 J 】 】 _{戸 1 l l I l l} ‖ _l 十 牙/スク _の頂. サイク[ 頂上 ゲ一刀 の最_ 【 【 r l l l _{十† 十} ｣ T l u ｢ ｢ 水 ィ ′ l ｣ r 標準水 蒸発量J♂卯〟/∂〟 水の全渚解固形物 ドラム圧力〟J瑠/ ∴

卸

朗 βJ β♂ 団 Z♂ l l l 凡 l】 】l 】1 l l ､､､ い .･J 】l 藁 _団 l l ノ( 1】 ｣ l β _ケク / _′拷 【時_間 仙 第18図 _{サイクロンの性能におよぽす水位の影響}

Fig･18･Effect _of Water _{Levelon Cyclone}

Performance (詮) 峨彊収腫 第38巻 第11号 l ×

ll

改 造 後 Ⅰ 改造 前 ･･ ･､--運転圧力 ･ ‥ ､･l: 汽胴水位 権 水 P.H 全固形分 SiO2 に お け Separator on モモb竪咄梶蝦縦

毎㌫棉錮酢蛸駅厭岨S雛謂韓が溺鞘

･∴､･､､ ∴ ∴ J .･ ､､ 蒸発量 ほ/旬) 32∼33kg/cm2 30∼65t/h -25∼+26mm 9.8∼10.8 1076一-1774P.P.m. 54.5∼75.5P.P.m. る サ _イ ク ロ _ソ の 効 果

Steam Purity _{ofC.T.M.Boiler}

J♂♂ J♂♂ 4此7 j即 J財 ノ卿 ♂ ′ l l l 発量 l _{け｣ l} 【 r J イ +∼ ♂ -Z 〃 J /イ〝 /J〝 /∼〟 //〃 l / ! ト 】 i l 事 L _il ∧〕 !J′ ドラム1王力 /l＼ レイ: 【 l †｢ l l 【 〉 _{l j} l Ⅰ l ♂ 〃Z / _{/一/〃 ?} 時間(か 第19図 _{蒸気純度におよばすボイラ負荷の影響}

Fig.19.Effect _of Load Variation on Steam

ク

嘲粟蝦醸誕報如鮒鎧厭岨盛帽謂蛸鶏群

--､､ 4〃 ∵J r〟♂ 四 甜β 4〝 ∵ 〝♂ 田 〃 十∼ J 四 イ ∂ /イ〃 (Jβ 脚 匹 β 】 】 l ■ l ト 伸 l l 水濃 度 蒸発量 氷 イ立 力 ド【7 玩 y 脾 問 一人) 第20図 蒸気純度におよぼす陸水の 度と水位の 影響 Fig.20.Effect _of BoilerWaterConcentration

and Water Levelon Steam Purity

.ミミ ｢ミュさ丘寂藤 ∵ 〝 巴 β/ ♂♂ β〝 1 ll ｣→ 】l l

感彗

1 l l /l ▲巴禾口義メ / L// ノ′/

･/]

.イ / // l 戯 / /γ ′/ /

∴

/ ノ† / 二∠′ +■′ / ノ1 / ′ノ / ＼ 十

巳

〃■ / / / / fコ 出 酷 盟 F / / r∴ lr■ 打｢面｢面1画1吻㌧御=朝=御7 招 圧力 蝕 第21図 運転圧力と降水巾のシリカ含有量が蒸気 中への気化シリカ量におよぼす関係および飽和 蒸気と過熱蒸気のシリカ溶解度

Fig･21･Approximate Relationshi一〕S between Pressure,Boiler Water Silica,Silica Carry-over,and Silica SoIubilityinSaturated and

Superheated Steam 盲已)触感蒜竺ペコヽ 脚 仰 1349

/

_∂∼〟 仰 仰♂ /j甜 Z♂♂♂ ZJ御 J♂♂♂伽加/ 圧 力 俺/ 第22図 各圧力の飽和温度水中におけるシリカ溶 解度 Fig.22.TheSolubility _{ofQuartzinWaterat}

the Saturation Temperature for Pressures fromlOOto3,206psi 第23図 運転圧力 蒸気発生量 洗潅水 全固形分 全シリ カ 溶解シリカ 電 導 度 2,500psi l,900,0001b/hr 0.2 P.P.m. 0.02P.P.m. 0.01P.P.m. 0.5micromhos 2重水洗装置付サイクロン説明図 Fig.23.SchematicDiagramofCycloneSteam

Separator _with DualWater Washing

第1表 権水中の最大珪酸含有 Tablel.MaximumSilicicAcid Content Boiler Water 運 転 圧 力(psi) 600∼800 801∼1,000 1,001∼1,500 1,500以上 ので今日ふたたび策12図に示した水洗推力式が考慮さ れ,実施されるようになった｡ 蒸気申に気化する珪酸量は,運転圧力と, 水の珪酸 含有量に関係するとして,舞21図(4)が発表されており, これによると高圧ボイラにおける擬水の許容珪酸畳は, 量 in 縦水中の最大珪酸含有畳(P.PJm.) 25max 15max 5max 3max 2,500psi級に対しても3P･P･m･maXとしている0 実に 帯出なものとなる｡Straub氏(5)は,さきに 転圧

力1,250psi(88kg/cm2)において,P･H･約11,で柾水

5P.PJn.以下のときほ,タービンデポ ヂットは発生しない｡また蒸気巾の珪酸が0･1P･P｣nを

1350 _{昭和31年11月} ､＼ !

/

l

ー:蒸気 d=用β?へ 二水化 固定貿 分帯水 汽水混合

l

丸｣__ _イ_｢虎 ノノ

6∃

プご

■l

日 立

_評

物流入 第38巻 第11号 ㊥ ターボスチームセパ _{レータ実績} (コントロールドサーキュレーション) 試 験 No. 運 _転 圧 力 (psi) 蒸 発 全循 環 義 立 (1b/h) (1b/h) 権水溶解固形分 gram/gallm 蒸 気 乾 度 (%) ドラム 蒸発量 全循環量 198,000 840,000 1070Ⅰ/Dx3200J,セパレータ13箇

款333王E岩iセパレ タ圧力降下

④ ターボスチームセパレータ構造図 第24図 タ ー ボ ス チ ー ム セ パ レ ー タ の 性 能 _例

Fig･24.Schematic Diagram _and Performances _{ofTurboSteamSeparator}

こえるとシリカデポを生ずると報告している｡ 運転圧力に対して,権水中の珪酸制限値,あるいは蒸 気中の珪酸制限値をいくらにすればタービンデポヂット をなくしうるかについては,定説がないが,パブコツク 杜は,サイクロ∵/の使用を前 _{として,弟】表のごとく運} 転圧力と経水の珪酸含有量の最大をきめている｡これも 固定したものでなく,圧力900psiで珪酸5P.P.n.以 下をリコソメこ/ドした例もある｡ 蒸気中の気化珪酸除去に対して弟12図のごとき水洗聴 力式を使用するのほ,飽和水における珪酸溶解度が第22 図(4)のごとく大きいことを利用したもので,弟23図(5)に 示す例は,補給水が 40∼60% におよぷ米国 Public

ServiceEIctric _and GasCo.Linden _{P.S.の2,500psi}

ボイラに採用されているものである｡

〔ⅤⅠ〕遠心力を利用する気水分離装置の種類

弟24図は,.ターボスチームセパレータと称されている 遠心力利用気水分離装置の構造と性能を示したもので, この型式のセパレータを使用するボイラでは,目然循環 ボイラの運転圧力は2,000psi(140kg/cm2)を限度とし ており,それ以上の圧力に対しては,循環ポンプを有す る強制循環ボイラをリコンメソドしている｡ 本例以外シェブロン型と称する横型サイクロン式があ り,いずれも運転圧力が1,400psi(100kg/Cm2)をこす ものには,遠心力を利用する装置を採用するようになつ た｡

〔ⅤⅠⅠ〕結

190,000 840,000 1.81b/in望 (0.127kg/cmり 言 サイクロ∵/スチームセパレータほ,パブコツクボイラ の特長中大きい部分を占めるものであり,従来広く公表 された構造であるが,ここにあらためてその性能,効果 を取纏めてみた｡サイクロンセパレータによってはとん ど完成したかと考えられた気水分離も,気化塩顆特に珪 酸の除去に問題があり,これに対するパブコツクの対策 実施例を紹介した｡紹介した実例は圧力,容量とも広い 範囲のボイラに応用できるようえらんだつもりである｡ 終りに御指導いただいた,バブコック日立株式会社三代 技術部長,引用させていただいた各論文の著者に感謝の 意を表する｡ 参 照 文 献 (1)三代,林,蒸気ボイラにおける気水の分離と蒸気 の純化について,火力発電,Vol･6,第27号 (2)M.D.Baker:MechanicalPurification of

Steam _within the Boiler DrumTr.ofASME.

Nov.-1939

(3)北海道電力江別P･S･第3号ボイラ工事効果調査

報告,昭和30年1月

(4)C.Jacklin,and S･R･Browar= Corrolationof

Silica Carry over _and Solubility Studies■

ASME.Paper _{No.51-A-91.(AnnnelMeeting,}

Nov.-1951)

(5)F.G.Straub,and

H･A･Graboski:Silica

Depositionin Steam Turbines･Tr･Of ASME July-1945

(6)F.P.Fairchild:Linden Generating Station