JP2003314804A - Calculation method of gas liquid interface shape of cyclone separator - Google Patents
Calculation method of gas liquid interface shape of cyclone separatorInfo
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Abstract
Description
【発明の属する技術分野】本発明は,発電用ボイラ等の
蒸気ドラムに設けられるサイクロンセパレータの気液界
面の形状および高さを算出する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for calculating the shape and height of a gas-liquid interface of a cyclone separator provided on a steam drum of a power generation boiler or the like.
【従来の技術】発電用ボイラには,火炉内で加熱により
生成された気液混合流体(飽和水蒸気+飽和水)を,蒸
気と飽和水とに気液分離し,蒸気のみをタービン側に送
り出すための蒸気ドラムが設けられている。そして,こ
の蒸気ドラム内には,気液混合流体を遠心分離によって
飽和蒸気と飽和水とに分離するためのサイクロンセパレ
ータが設けられている。図2は,蒸気ドラムの概略図で
あり,同図(b)は蒸気ドラムを上方から見た外観図で
あり,同図(a)は同図(b)のA方向から見た断面の
概略図である。蒸気ドラム1は,シュラウド105を有
する蒸気ドラム本体110,サイクロンセパレータ3,
スクラバ109,導入管2を有する。そして,その内部
では,分離された水119−2が存在している貯水部1
07と,分離された蒸気119−1が存在している蒸気
部108とが形成されている。蒸気ドラム1の上部に
は,上昇管111〜114および飽和蒸気管115が接
続され,その下部には,降水管116が接続されてい
る。蒸気ドラム本体110は,円筒中空形状を有し,そ
の円筒の中心の軸(中心軸)は,水平方向に向いてい
る。内部に有する機器により,上部に開放され接続され
た上昇管111〜114から供給される気液混合流体M
Xは,気体(蒸気119−1)と液体(水119−2)
とに分離される。分離された気体(蒸気119−1)と
液体(水119−2)とは,それぞれ別々に外部に送出
される。ここで,蒸気ドラムの中心軸を含む鉛直な平面
で分れる一方を缶前,他方を缶後と呼ぶ。図2(b)に
おいては,蒸気ドラム本体110の図における上方側を
缶後,下方側を缶前とする。シュラウド105は,蒸気
ドラム本体110と同軸を成す蒸気ドラム本体110よ
りも小さな半径の円筒の外側面(曲面部)と,蒸気ドラ
ム本体110の外側面(曲面部)とで挟まれる空間の領
域である。シュラウド105は,蒸気ドラム本体110
の上側半分に存在し,蒸気ドラム本体110に導入され
た気液混合流体MXを蒸気ドラム本体110内部へ導
く。導入管2は,シュラウド105の内側から蒸気ドラ
ム本体110の内部へ向かう方向に延びる円筒管であ
る。導入管2の一端部は,シュラウド105へ開放して
接続され,他端部は,サイクロンセパレータ3へ開放し
て接続されている。導入管2は,シュラウド105を通
った気液混合流体MXをサイクロンセパレータ3へ供給
する。サイクロンセパレータ3は,缶前と缶後とにおい
て,鉛直平面に関して対称に設置されている。サイクロ
ンセパレータ3は,円筒形の外形を有し,その外側面
(曲面部)に導入管2が開放されて接続されている。ま
た,その一端部は貯水部107へ,他端部は蒸気部10
8へそれぞれ開放している。そして,導入管2から供給
された気液混合流体MXを,水119−2と蒸気119
−1とに分離する。分離された水119−2は貯水部1
07へ向かい,分離された蒸気119−1は蒸気部10
8へ向かう。サイクロンセパレータ3の詳細な内部構成
は後述する。貯水部107に存在する水119−2は,
蒸気ドラム本体110の下部に開放されて接続されてい
る降水管116を通り,外部へ送出される。蒸気部10
8に存在する蒸気119−1は,ミスト(微小水滴)を含
み,スクラバ109へ向かう。なお,符号Lは,貯水部
107の水面(ドラム内水面)を示している。スクラバ
109は,ミストを含む蒸気119−1から,ミストを
凝集することにより除去する。ミストが凝集した水は,
スクラバ109から貯水部107へ滴下する。また,ミ
ストが除去された蒸気119−1は,蒸気ドラム本体1
10の上部に開放されて接続されている飽和蒸気管11
5を通り,外部へ送出される。スクラバ109は,缶前
と缶後とにおいて,鉛直平面に対称に設置されている。
上昇管111〜114は,外部から供給される気液混合
流体MXを蒸気ドラムに供給する配管である。缶前の上
昇管111および上昇管112から蒸気ドラム本体11
0に供給される気液混合流体MXと,缶後の上昇管11
3および上昇管114から蒸気ドラム本体110に供給
される気液混合流体MXとは,概ね等しい量である。飽
和蒸気管115は,蒸気ドラムで分離された蒸気119
−1を外部へ供給するための配管である。飽和蒸気管1
15は,蒸気ドラム本体110の上部が鉛直平面と交わ
り形成する直線上に(中心軸方向に沿って),等間隔で
並んで,開放されて接続している。降水管116は,蒸
気ドラム本体110で分離された水119−2を外部へ
供給するための配管である。降水管116は,蒸気ドラ
ム本体110の下部が鉛直平面と交わり形成する直線上
に(中心軸方向に沿って),等間隔で並んで,開放され
て接続している。このような構成の蒸気ドラム1におい
て,外部から供給される気液混合流体MXは,上昇管1
11〜114を経由して,蒸気ドラム本体110へ供給
される。気液混合流体MXは,シュラウド105を通
り,導入管2に向かう。このとき,缶前側のシュラウド
105を通過する気液混合流体MXと,缶後側のシュラ
ウド105を通過する気液混合流体MXとは,概ね等し
い量である。気液混合流体MXは,導入管2に達した
後,サイクロンセパレータ3に入り,蒸気119−1と
水119−2とに分離される。分離された蒸気119−
1は蒸気部108へ,水119−2は貯水部107へ向
かう。このとき,蒸気119−1には,ミストが含まれ
ている。貯水部107の水119−2は,降水管116
経由で外部へ送出される。蒸発部108のミストを含ん
だ蒸気119−1は,スクラバ109においてミストを
分離される。分離されたミストは,貯水部107へ滴下
する。分離された蒸気119−1は,飽和蒸気管115
経由で外部へ送出される。図3は,蒸気ドラム1内に設
けられたサイクロンセパレータ3の概略図であり,同図
(a)は縦断面図,同図(b)は横断面図である。サイ
クロンセパレータ3は,下方に位置したサイクロン部1
3と,サイクロン部13の上部に一体的に連結された一
次スクラバ部23とを有する。サイクロン部13は円筒
形の筒体14を有し,筒体14の軸心線はほぼ鉛直方向
に向いている。筒体14には,接線方向に開口した開口
部が設けられ,この開口部には,接線方向で,かつ,軸
心方向に対して傾斜した角度で導入管2が連結されてい
る。筒体14の下部(下端)は,ドラム内水面L以下に
水没する位置に配置され,かつ,連通路14a,14b
等を介して蒸気ドラム内に連通している。筒体14の上
端は,連通部15を介して1次スクラバ部23の中央位
置に設けられた中空部24に連なっている。中空部24
の周囲には,旋回ベーン25が配置されている。旋回ベ
ーン25は,支持筒体30を介して上板27に支持され
る。また,旋回ベーン25の外周には,キャップ部材2
6が配置され,旋回ベーン25の外周を囲んでいる。キ
ャップ部材26は,旋回ベーン25,中空部24等を密
閉するように配置されるものではなく,その上端縁およ
び下端縁に蒸気,ミスト等の流体が通過する流路28,
29を形成するように配置されている。導入管2を介し
て筒体14に供給された気液混合流体MXは,筒体14
内で強制渦となって旋回し,飽和蒸気Sを主とする蒸気
部分と,飽和水Wを主とする水部分とに気液界面(液
面)Bを境にして分離される。旋回により,筒体14内
の気液界面Bの形状は,中心部が窪み,外周部に向かう
ほどせり上がった,ほぼ放物面となる。気液界面Bの下
層となる水部分は,これに混入したごく一部の気泡部分
(蒸気部分)とともに,それぞれ矢印W1およびS1で
示すように,筒体14の下端側から連通路14a,14
bを経て蒸気ドラム1内に排出される。他方,筒体14
で分離され気液界面Bの上層となる飽和蒸気Sを主とす
る蒸気部分は,連通部15を経て一次スクラバ部23に
至り,旋回ベーン25で旋回力を付与され,混在するミ
ストを一部分離し,蒸気およびミストに区分してそれぞ
れ矢印S2,矢印W2で示すように,流路28,29か
ら一次スクラバ部23の外に排出される。このうち,ミ
ストの大半は,一次スクラブ部23およびスクラバ5に
よって下方の飽和水Wに落下するが,ごく一部が飽和蒸
気Sとともに上方に滞留し,飽和蒸気管115から蒸気
ドラムの外部に送出される。ここで,導入管2から筒体
14に流入する気液混合流体(特に飽和水分)の量や,
流入速度に応じて,気液界面Bが上下し,また,旋回速
度の大小によっても,気液界面B,特に気液界面Bの外
周部が上下する。この気液界面Bやその外周部が上昇す
ると,分離された飽和蒸気Sに含まれるミストの量が増
加する。たとえば,気液界面Bが筒体14の上端部や連
通部15あるいはその近傍に達すると,気液界面Bから
ミストが飛散し,飛散したミストが飽和蒸気Sに含まれ
ることとなる。飽和蒸気Sに含まれるミストが増加し,
一時スクラバ部23やスクラバ5の分離能力を超える
と,飽和蒸気管115からタービン等に送り込まれるミ
ストの量が増加する。その結果,蒸気温度が下がり,発
電用ボイラの発電効率を下げる等の好ましくない状態を
招くこととなる。したがって,このようにミストの量が
増加しないように,サイクロンセパレータの気液界面B
の形状ないしは気液界面Bの高さを正確に算出する方法
が求められており,いくつかの算出方法が考えられてい
る。2. Description of the Related Art In a power generation boiler, a gas-liquid mixed fluid (saturated steam + saturated water) generated by heating in a furnace is separated into steam and saturated water, and only steam is sent to a turbine side. There is a steam drum for. A cyclone separator for separating the gas-liquid mixed fluid into saturated steam and saturated water by centrifugal separation is provided in the steam drum. FIG. 2 is a schematic view of the steam drum, FIG. 2B is an external view of the steam drum as seen from above, and FIG. 2A is a schematic cross-sectional view as seen from the direction A of FIG. 2B. It is a figure. The steam drum 1 includes a steam drum body 110 having a shroud 105, a cyclone separator 3,
It has a scrubber 109 and an introduction pipe 2. And in the inside, the water storage part 1 in which the separated water 119-2 exists.
07 and the steam part 108 in which the separated steam 119-1 exists is formed. The rising pipes 111 to 114 and the saturated steam pipe 115 are connected to the upper portion of the steam drum 1, and the downfall pipe 116 is connected to the lower portion thereof. The steam drum body 110 has a hollow cylindrical shape, and the center axis (center axis) of the cylinder is oriented in the horizontal direction. The gas-liquid mixed fluid M supplied from the rising pipes 111 to 114, which are opened and connected to the upper part, by a device provided inside
X is gas (steam 119-1) and liquid (water 119-2)
And separated. The separated gas (steam 119-1) and liquid (water 119-2) are separately sent to the outside. Here, one divided by a vertical plane including the central axis of the steam drum is called the front of the can and the other is called the rear of the can. In FIG. 2B, the upper side of the steam drum main body 110 in the drawing is the rear of the can and the lower side thereof is the front of the can. The shroud 105 is an area of a space sandwiched between an outer surface (curved surface portion) of a cylinder having a radius smaller than that of the steam drum body 110, which is coaxial with the steam drum body 110, and an outer surface (curved surface portion) of the steam drum body 110. is there. The shroud 105 is a steam drum body 110.
The gas-liquid mixed fluid MX existing in the upper half of the steam drum main body 110 is introduced into the steam drum main body 110. The introduction pipe 2 is a cylindrical pipe extending from the inside of the shroud 105 toward the inside of the steam drum body 110. One end of the introduction pipe 2 is openly connected to the shroud 105, and the other end is openly connected to the cyclone separator 3. The introduction pipe 2 supplies the gas-liquid mixed fluid MX that has passed through the shroud 105 to the cyclone separator 3. The cyclone separator 3 is installed symmetrically with respect to the vertical plane before and after the can. The cyclone separator 3 has a cylindrical outer shape, and the introduction pipe 2 is open and connected to the outer surface (curved surface portion) of the cyclone separator 3. Also, one end of the steam part 10 is connected to the water storage part 107
Open to 8 respectively. Then, the gas-liquid mixed fluid MX supplied from the introduction pipe 2 is supplied with water 119-2 and steam 119.
-1 and separate. The separated water 119-2 is the water storage unit 1.
07, and the separated steam 119-1 is steam part 10
Go to 8. The detailed internal structure of the cyclone separator 3 will be described later. The water 119-2 existing in the water storage section 107 is
It is sent to the outside through a downcomer 116 which is open and connected to the lower part of the steam drum body 110. Steam part 10
The steam 119-1 existing in No. 8 contains mist (fine water droplets) and travels to the scrubber 109. The symbol L indicates the water surface of the water storage section 107 (water surface in the drum). The scrubber 109 removes the mist-containing vapor 119-1 by aggregating the mist. The water that the mist aggregates is
It is dripped from the scrubber 109 to the water storage section 107. The steam 119-1 from which the mist has been removed is the steam drum body 1
Saturated steam pipe 11 which is open and connected to the upper part of 10
It is sent to the outside after passing through 5. The scrubber 109 is symmetrically installed in the vertical plane before and after the can.
The ascending pipes 111 to 114 are pipes for supplying the gas-liquid mixed fluid MX supplied from the outside to the steam drum. From the rising pipe 111 and the rising pipe 112 in front of the can to the steam drum body 11
Gas-liquid mixed fluid MX supplied to 0 and the rising pipe 11 after the can
3 and the gas-liquid mixed fluid MX supplied to the steam drum main body 110 from the rising pipe 114 are approximately equal in amount. The saturated steam pipe 115 has a steam 119 separated by a steam drum.
It is a pipe for supplying -1 to the outside. Saturated steam pipe 1
The lines 15 are open and connected at equal intervals on a straight line (along the central axis direction) formed by the upper part of the steam drum body 110 intersecting with the vertical plane. The downcomer pipe 116 is a pipe for supplying the water 119-2 separated by the steam drum body 110 to the outside. The downcomer pipes 116 are open and connected at equal intervals on a straight line (along the central axis direction) formed by the lower portion of the steam drum body 110 intersecting a vertical plane. In the steam drum 1 having such a configuration, the gas-liquid mixed fluid MX supplied from the outside is supplied to the rising pipe 1
It is supplied to the steam drum main body 110 via 11 to 114. The gas-liquid mixed fluid MX passes through the shroud 105 toward the introduction pipe 2. At this time, the gas-liquid mixed fluid MX passing through the shroud 105 on the front side of the can and the gas-liquid mixed fluid MX passing through the shroud 105 on the rear side of the can are approximately equal in amount. After reaching the introduction pipe 2, the gas-liquid mixed fluid MX enters the cyclone separator 3 and is separated into steam 119-1 and water 119-2. Separated steam 119-
1 goes to the steam section 108 and water 119-2 goes to the water storage section 107. At this time, the steam 119-1 contains mist. The water 119-2 of the water reservoir 107 is the downcomer 116.
It is sent to the outside via. The mist of the vapor 119-1 containing the mist of the evaporator 108 is separated in the scrubber 109. The separated mist drops into the water storage unit 107. The separated steam 119-1 is the saturated steam pipe 115.
It is sent to the outside via. 3A and 3B are schematic views of the cyclone separator 3 provided in the steam drum 1, where FIG. 3A is a vertical sectional view and FIG. 3B is a horizontal sectional view. The cyclone separator 3 is the cyclone part 1 located below.
3 and a primary scrubber portion 23 integrally connected to the upper portion of the cyclone portion 13. The cyclone portion 13 has a cylindrical tubular body 14, and the axial center line of the tubular body 14 is oriented substantially in the vertical direction. The cylindrical body 14 is provided with an opening that opens in the tangential direction, and the introduction tube 2 is connected to the opening at the tangential direction and at an angle inclined with respect to the axial direction. The lower portion (lower end) of the cylindrical body 14 is arranged at a position submerged below the water surface L in the drum, and the communication passages 14a and 14b are provided.
And the like through the inside of the steam drum. The upper end of the cylindrical body 14 is connected to the hollow portion 24 provided at the center of the primary scrubber portion 23 via the communication portion 15. Hollow part 24
A swirl vane 25 is arranged around the. The swirl vane 25 is supported by the upper plate 27 via the support cylinder 30. Further, the cap member 2 is provided on the outer periphery of the swirl vane 25.
6 is arranged and surrounds the outer periphery of the swirl vane 25. The cap member 26 is not arranged so as to seal the swirl vane 25, the hollow portion 24, etc., and has a flow path 28 through which fluid such as steam or mist passes at the upper and lower edges thereof.
29 to form 29. The gas-liquid mixed fluid MX supplied to the cylindrical body 14 via the introduction pipe 2 is
It swirls as a forced vortex inside, and is separated into a steam part mainly containing saturated steam S and a water part mainly containing saturated water W with a gas-liquid interface (liquid level) B as a boundary. Due to the turning, the shape of the gas-liquid interface B in the cylindrical body 14 becomes a parabolic surface in which the central portion is dented and rises toward the outer peripheral portion. The water portion, which is the lower layer of the gas-liquid interface B, together with a very small amount of bubble portion (steam portion) mixed therein, is connected from the lower end side of the tubular body 14 to the communication passage 14a, as indicated by arrows W 1 and S 1 , respectively. , 14
It is discharged into the steam drum 1 via b. On the other hand, the cylinder 14
The vapor portion mainly composed of the saturated vapor S, which is separated by the above and becomes the upper layer of the gas-liquid interface B, reaches the primary scrubber portion 23 through the communicating portion 15, is given a swirling force by the swirling vanes 25, and partially separates the mixed mist. , And steam and mist, respectively, and are discharged from the flow paths 28 and 29 to the outside of the primary scrubber portion 23 as shown by arrows S 2 and W 2 . Most of the mist falls to the saturated water W below by the primary scrubbing section 23 and the scrubber 5, but only a small portion of the mist stays upward together with the saturated steam S and is sent out from the saturated steam pipe 115 to the outside of the steam drum. To be done. Here, the amount of the gas-liquid mixed fluid (especially saturated moisture) flowing from the introduction pipe 2 into the cylindrical body 14,
The gas-liquid interface B moves up and down according to the inflow speed, and the outer peripheral portion of the gas-liquid interface B, especially the gas-liquid interface B moves up and down depending on the size of the swirling speed. When the gas-liquid interface B and the outer peripheral portion thereof rise, the amount of mist contained in the separated saturated vapor S increases. For example, when the gas-liquid interface B reaches the upper end portion of the cylindrical body 14, the communication portion 15, or the vicinity thereof, mist is scattered from the gas-liquid interface B, and the scattered mist is contained in the saturated steam S. The mist contained in the saturated steam S increases,
When the separation capacity of the temporary scrubber unit 23 or the scrubber 5 is exceeded, the amount of mist sent from the saturated steam pipe 115 to the turbine or the like increases. As a result, the steam temperature decreases, which leads to an unfavorable state such as a decrease in power generation efficiency of the power generation boiler. Therefore, in order to prevent the amount of mist from increasing in this way, the gas-liquid interface B of the cyclone separator is
There is a demand for a method for accurately calculating the shape or the height of the gas-liquid interface B, and several calculation methods have been considered.
【発明が解決しようとする課題】しかし,従来の気液界
面形状の算出方法は,気液界面Bの下層側の物理的条件
(すなわち飽和水Wの物理的条件である飽和水Wの密度
や筒体14の下端側の圧力損失)のみを考慮して,気液
界面の形状を算出するものであった。このため,気液界
面の形状を正確に求めることができなかった。そこで,
本発明の目的は,サイクロンセパレータの気液界面の形
状および気液界面の高さを正確に算出する方法を提供す
ることにある。However, the conventional method of calculating the gas-liquid interface shape is based on the physical condition of the lower layer side of the gas-liquid interface B (that is, the density of the saturated water W which is the physical condition of the saturated water W, The shape of the gas-liquid interface is calculated by considering only the pressure loss on the lower end side of the cylindrical body 14). Therefore, the shape of the gas-liquid interface could not be obtained accurately. Therefore,
An object of the present invention is to provide a method for accurately calculating the shape of the gas-liquid interface and the height of the gas-liquid interface of the cyclone separator.
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に,本発明によるサイクロンセパレータの気液界面形状
の算出方法は,飽和水蒸気および飽和水からなる気液混
合流体が流入し,該流入した気液混合流体を遠心分離に
より飽和水蒸気と飽和水とに分離するサイクロンセパレ
ータ内の気液界面の形状を算出する方法であって,前記
サイクロンセパレータの上部圧力損失ΔPtを,前記気
液混合流体に含まれる前記飽和水蒸気の毎秒当りの流入
量Qsおよび前記飽和水蒸気の密度ρsに基づいて求
め,前記サイクロンセパレータの下部圧力損失ΔP
bを,前記気液混合流体に含まれる前記飽和水の毎秒当
りの流入量Qwおよび前記飽和水の密度ρwに基づいて
求めるとともに,前記サイクロンセパレータ内で旋回す
る前記気液混合流体の外周部の旋回速度Vθを前記気液
混合流体の流入量に基づいて求め,以下の式により前記
サイクロンセパレータの気液界面の形状を求めるもので
ある。In order to achieve the above object, in the method of calculating the gas-liquid interface shape of a cyclone separator according to the present invention, a gas-liquid mixed fluid consisting of saturated steam and saturated water flows in and out. A method for calculating the shape of a gas-liquid interface in a cyclone separator that separates a gas-liquid mixed fluid into saturated steam and saturated water by centrifugation, wherein the upper pressure loss ΔP t of the cyclone separator is defined as Is calculated based on the inflow rate Q s of the saturated steam per second and the density ρ s of the saturated steam contained in the lower pressure loss ΔP of the cyclone separator.
b is determined on the basis of the inflow rate Q w of the saturated water contained in the gas-liquid mixed fluid per second and the density ρ w of the saturated water, and the outer circumference of the gas-liquid mixed fluid swirling in the cyclone separator. The swirl velocity V θ of the portion is obtained based on the inflow amount of the gas-liquid mixed fluid, and the shape of the gas-liquid interface of the cyclone separator is obtained by the following formula.
【数8】
ここで,zは前記サイクロンセパレータの円筒中心から
半径rの地点における円筒の下端から前記気液界面まで
の高さ,gは重力加速度,Rは前記サイクロンセパレー
タの円筒内径,Hwは前記サイクロンセパレータの円筒
の下端から前記サイクロンセパレータの外部の飽和水の
水面までの高さである。また,本発明によるサイクロン
セパレータの気液界面形状の算出方法は,円筒形状の筒
体を有し,導入管が該筒体の外周部に,接線方向で,か
つ,該筒体の軸心に対する垂直面に対して角度αで接続
され,該導入管を介して流入する,飽和水蒸気および飽
和水からなる気液混合流体を遠心分離により飽和水蒸気
と飽和水とに分離するサイクロンセパレータ内の気液界
面の形状を算出する方法であって,前記サイクロンセパ
レータの上部圧力損失ΔPtを,前記気液混合流体に含
まれる前記飽和水蒸気の毎秒当りの流入量Qsおよび前
記飽和水蒸気の密度ρsに基づいて求め,前記サイクロ
ンセパレータの下部圧力損失ΔPbを,前記気液混合流
体に含まれる前記飽和水の毎秒当りの流入量Qwおよび
前記飽和水の密度ρ wに基づいて求め,以下の式により
前記サイクロンセパレータの気液界面の形状を求めるも
のである。[Equation 8]
Where z is from the center of the cylinder of the cyclone separator
From the lower end of the cylinder at the point of radius r to the gas-liquid interface
Height, g is gravitational acceleration, R is the cyclone separation
Inner diameter of cylinder, HwIs the cylinder of the cyclone separator
Saturated water outside the cyclone separator from the bottom of the
The height to the surface of the water. In addition, the cyclone according to the present invention
The method of calculating the gas-liquid interface shape of the separator is a cylindrical tube.
Has a body, and the introduction pipe is tangentially attached to the outer peripheral portion of the cylinder.
The angle α to the plane perpendicular to the axis of the cylinder
And saturated steam that flows in through the inlet pipe and satiety
Saturated steam is generated by centrifuging a gas-liquid mixed fluid consisting of Japanese water.
-Liquid field in a cyclone separator that separates into saturated water and saturated water
A method for calculating the shape of a surface, the method comprising:
Top pressure loss ΔLtIs included in the gas-liquid mixed fluid.
Inflow rate Q of the saturated steam per secondsAnd before
Saturated water vapor density ρsBased on the
Lower pressure loss of separatorbThe gas-liquid mixed flow
Inflow rate Q of the saturated water contained in the body per secondwand
Density ρ of the saturated water wBased on the following formula
The shape of the gas-liquid interface of the cyclone separator is also calculated.
Of.
【数9】
ここで,zは前記筒体の中心から半径rの地点における
筒体の下端から前記気液界面までの高さ,gは重力加速
度,Rは前記筒体の内径,Hwは前記筒体の下端から前
記サイクロンセパレータの外部の飽和水の水面までの高
さ,Siは前記導入管の断面積である。本発明による
と,サイクロンセパレータの飽和水蒸気の密度およびサ
イクロンセパレータの上部圧力損失も考慮して,気液界
面の形状が算出される。したがって,気液界面をより正
確に求めることができる。本発明によるサイクロンセパ
レータの気液界面の外周部の高さの算出方法は,飽和水
蒸気および飽和水からなる気液混合流体が流入し,該流
入した気液混合流体を遠心分離により飽和水蒸気と飽和
水とに分離するサイクロンセパレータ内の気液界面の外
周部の高さを算出する方法であって,前記サイクロンセ
パレータの上部圧力損失ΔPtを,前記気液混合流体に
含まれる前記飽和水蒸気の毎秒当りの流入量Qsおよび
前記飽和水蒸気の密度ρsに基づいて求め,前記サイク
ロンセパレータの下部圧力損失ΔPbを,前記気液混合
流体に含まれる前記飽和水の毎秒当りの流入量Qwおよ
び前記飽和水の密度ρwに基づいて求めるとともに,前
記サイクロンセパレータ内で旋回する前記気液混合流体
の外周部の旋回速度V θを前記気液混合流体の流入量に
基づいて求め,以下の式により前記サイクロンセパレー
タの気液界面の外周部の高さzRを求めるものである。[Equation 9]
Where z is the radius r from the center of the cylinder
Height from the lower end of the cylinder to the gas-liquid interface, g is gravity acceleration
Degree, R is the inner diameter of the cylinder, HwIs from the bottom of the cylinder to the front
The height of saturated water outside the cyclone separator to the surface of the water
S,iIs the cross-sectional area of the introduction tube. According to the invention
And the density and saturation of saturated steam in the cyclone separator.
Considering the upper pressure loss of the Icron separator,
The shape of the surface is calculated. Therefore, the gas-liquid interface is more positive.
You can definitely ask. Cyclone Sepa according to the invention
The height of the outer peripheral part of the gas-liquid interface of the evaporator is calculated using saturated water.
A gas-liquid mixed fluid consisting of steam and saturated water enters the
Saturated water vapor mixture is saturated with saturated steam by centrifugation
Outside the gas-liquid interface inside the cyclone separator that separates into water
A method for calculating the height of a peripheral portion, the method comprising:
Upper pressure loss of the palletator ΔPtTo the gas-liquid mixed fluid
Inflow rate Q of the saturated water vapor contained per secondsand
Density ρ of the saturated steamsBased on the above-mentioned cycl
Ron separator bottom pressure loss ΔPbThe above gas-liquid mixture
Inflow rate Q of the saturated water contained in the fluid per secondwAnd
And the saturated water density ρwBased on
The gas-liquid mixed fluid swirling in the cyclone separator
Speed V of the outer periphery of θTo the inflow amount of the gas-liquid mixed fluid
Based on the following equation, the cyclone separation
Height z of the outer peripheral part of the gas-liquid interfaceRIs to seek.
【数10】
ここで,gは重力加速度,Hwは前記サイクロンセパレ
ータの円筒の下端から前記サイクロンセパレータの外部
の飽和水の水面までの高さである。また,本発明による
サイクロンセパレータの気液界面の外周部の高さの算出
方法は,円筒形状の筒体を有し,導入管が該筒体の外周
部に,接線方向で,かつ,該筒体の軸心に対する垂直面
に対して角度αで接続され,該導入管を介して流入す
る,飽和水蒸気および飽和水からなる気液混合流体を遠
心分離により飽和水蒸気と飽和水とに分離するサイクロ
ンセパレータ内の気液界面の外周部の高さを算出する方
法であって,前記サイクロンセパレータの上部圧力損失
ΔPtを,前記気液混合流体に含まれる前記飽和水蒸気
の毎秒当りの流入量Qsおよび前記飽和水蒸気の密度ρ
sに基づいて求め,前記サイクロンセパレータの下部圧
力損失ΔPbを,前記気液混合流体に含まれる前記飽和
水の毎秒当りの流入量Qwおよび前記飽和水の密度ρw
に基づいて求め,以下の式により前記サイクロンセパレ
ータの気液界面の外周部の高さzRを求めるものであ
る。[Equation 10] Here, g is the gravitational acceleration, and Hw is the height from the lower end of the cylinder of the cyclone separator to the water surface of the saturated water outside the cyclone separator. Further, the method of calculating the height of the outer peripheral portion of the gas-liquid interface of the cyclone separator according to the present invention has a cylindrical tubular body, and the introduction pipe is tangential to the outer peripheral portion of the tubular body and A cyclone that is connected at an angle α with respect to a vertical plane with respect to the axis of the body and that separates saturated gas and saturated water by centrifugal separation from a gas-liquid mixed fluid that flows through the introduction pipe and that is composed of saturated steam and saturated water. A method for calculating a height of an outer peripheral portion of a gas-liquid interface in a separator, wherein an upper pressure loss ΔP t of the cyclone separator is calculated by calculating an inflow rate Q s of the saturated steam contained in the gas-liquid mixed fluid per second. And the density ρ of the saturated steam
The lower pressure loss ΔP b of the cyclone separator is calculated based on s , and the inflow rate Q w of the saturated water contained in the gas-liquid mixed fluid per second and the density ρ w of the saturated water.
Then, the height z R of the outer peripheral portion of the gas-liquid interface of the cyclone separator is obtained by the following formula.
【数11】
ここで,gは重力加速度,Hwは前記筒体の下端から前
記サイクロンセパレータの外部の飽和水の水面までの高
さ,Siは前記導入管の断面積である。本発明によって
も,サイクロンセパレータの飽和水蒸気の密度およびサ
イクロンセパレータの上部圧力損失も考慮して,気液界
面の形状が算出される。したがって,気液界面をより正
確に求めることができる。[Equation 11] Here, g is the gravitational acceleration, Hw is the height from the lower end of the cylindrical body to the surface of the saturated water outside the cyclone separator, and Si is the cross-sectional area of the introduction pipe. Also according to the present invention, the shape of the gas-liquid interface is calculated in consideration of the density of saturated steam of the cyclone separator and the upper pressure loss of the cyclone separator. Therefore, the gas-liquid interface can be obtained more accurately.
【発明の実施の形態】蒸気ドラムおよびサイクロンセパ
レータの構成は,従来技術の欄で,図2および図3を参
照して説明したものと同じであるので,ここでは,その
詳細な説明を省略する。図1(a)および(b)は,サ
イクロンセパレータの液面形状を求めるために必要とな
る諸記号をサイクロンセパレータの横断面図および縦断
面図にそれぞれ示したものである。まず,図1の諸記号
および以下の計算式に登場する記号について説明する。
コロン「:」の左側が記号であり,その右側がその記号
の説明である。
g:重力加速度[m/s2]
H0:サイクロンセパレータ3の筒体14の高さ(筒体
14の下端から上端までの高さ)[m]
Hw:筒体14の下端から蒸気ドラム1内の飽和水Wの
水面Lまでの高さ[m]
R:筒体14の内径[m]
r:筒体14の中心からの距離(半径方向の位置)を示
すパラメータ
Pb:筒体14の下端の水深(H=0)における半径r
の地点の圧力[Pa]
Pb0:筒体14の下端の水深(H=0)における筒体
14の中心(r=0)の圧力[Pa]
Pt:筒体14の上端の高さ(H=H0)における半径
rの地点の圧力[Pa]
Pt0:筒体14の上端の高さ(H=H0)におけ,筒
体14の中心(r=0)の圧力[Pa]
Qs:導入管2から筒体14に1秒間に流入する飽和蒸
気Sの量[m3/s]
Qw:導入管2から筒体14に1秒間に流入する飽和水
Wの量[m3/s]
Si:導入管2(筒体14の開口部)の断面積[m2]
Ss:筒体14の断面積(=πR2)[m2]
Vθ:筒体14内の内周面(r=R)の位置における気
液混合流体MXの周速度(強制渦の旋回速度)[m/
s]
V:半径rの地点における気液混合流体MXの周速度
(強制渦の旋回速度)[m/s]
z:半径rの地点における,筒体14の下端から気液界
面Bまでの高さ[m]
z0:筒体14の軸心(中心)における,筒体14の下
端から気液界面Bまでの高さ[m]
α:気液混合流体MX(導入管2)の流入方向と,水平
面(筒体14の軸心に対する垂直面)とのなす角度[ra
d]
ρs:飽和水蒸気密度[kg/m3]
ρw:飽和水密度[kg/m3]
σt:サイクロンセパレータ3の上部出口の圧力損失係
数
σb:サイクロンセパレータ3の下部出口の圧力損失係
数
ここで,筒体14の高さH0,筒体14の内径R,筒体
14の断面積Ss(=πR2),導入管2の断面積
Si,および角度αは,サイクロンセパレータ3の設計
値から,または,サイクロンセパレータ3を計測するこ
とによりあらかじめ判明する定数である。飽和水蒸気密
度ρsおよび飽和水密度ρwは,蒸気ドラム1内の平均
的な圧力および温度により定まる値である。したがっ
て,飽和水蒸気密度ρsおよび飽和水密度ρwは,蒸気
ドラム1の内部圧力および内部温度をそれぞれ測定する
センサ等(図示略)によって測定された圧力値および温
度に基づいて求められる。あるいは,温度および圧力が
一定に制御される条件下では,これらの密度ρsおよび
ρwは,ともに一定の定数として取り扱うこともでき
る。また,高さ(水位)Hwは,水位を測定する水位セ
ンサ(図示略)が蒸気ドラム1内に設けられ,この水位
センサによって検出される。あるいは,高さHwは,水
位センサによって検出された値に基づいて,一定になる
ように,制御装置(図示略)によって制御される。した
がって,高さHwは,水位センサによる測定値から判明
する値,あるいは,制御の目標値もしくは設計値から判
明する定数である。流入飽和蒸気量Qsおよび流入飽和
水量Qwは,発電用ボイラの運転状態に応じて設定さ
れ,制御される値であり,設定値(設計値)または制御
の目標値から判明する値である。圧力損失係数σtは,
サイクロンセパレータ3の上部出口の形状,大きさ(た
とえば連通部15,旋回ベーン25,キャップ部材2
6,流路28,29(図3参照)等の形状,大きさ)等
により定める一定値であり,計算,試験等によりあらか
じめ求めておくことができる値である。同様にして,圧
力損失係数σbも,サイクロンセパレータ3の下部出口
の形状,大きさ(たとえば連通路14a,14b(図3
参照)等の形状,大きさ)等により定める一定値であ
り,計算,試験等によりあらかじめ求めておくことがで
きる値である。以下に,これらの諸記号を用いて,気液
界面Bの形状を求める計算式を導出する。サイクロンセ
パレータ3の筒体14の下端において,半径方向の圧力
は均衡している。したがって,圧力Pbは,半径方向の
圧力バランスを表す式として,以下の式(1)で表すこ
とができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Since the constructions of the steam drum and the cyclone separator are the same as those described with reference to FIGS. 2 and 3 in the section of the prior art, detailed description thereof will be omitted here. . 1 (a) and 1 (b) show various symbols necessary for obtaining the liquid surface shape of the cyclone separator in a horizontal cross section and a vertical cross section, respectively. First, the symbols in FIG. 1 and the symbols appearing in the following calculation formulas will be described.
The left side of the colon ":" is the symbol, and the right side is the explanation of the symbol. g: Gravity acceleration [m / s 2 ] H 0 : Height of the cylinder 14 of the cyclone separator 3 (height from the lower end to the upper end of the cylinder 14) [m] H w : From the lower end of the cylinder 14 to the steam drum Height of saturated water W in 1 to the water surface L [m] R: Inner diameter of the cylinder 14 [m] r: Parameter P b indicating the distance (radial position) from the center of the cylinder 14: Cylinder Radius r at the water depth (H = 0) at the lower end of 14
Pressure points [Pa] P b0: pressure [Pa] P t of the center of the cylindrical body 14 at the lower end of the depth of the cylindrical body 14 (H = 0) (r = 0): the upper end of the cylindrical body 14 Height ( H = H 0 ) Pressure at radius r [Pa] P t0 : Pressure at center (r = 0) of cylinder 14 [Pa] at height of top of cylinder 14 (H = H 0 ). Q s : Amount of saturated steam S flowing from the introduction pipe 2 into the cylinder 14 per second [m 3 / s] Q w : Amount of saturated water W flowing from the introduction pipe 2 into the cylinder 14 per second [m 3 / s] S i : cross-sectional area [m 2 ] S s of introducing tube 2 (opening of cylinder 14): cross-sectional area of cylinder 14 (= πR 2 ) [m 2 ] V θ : inside cylinder 14 Velocity of the gas-liquid mixed fluid MX (the swirl velocity of the forced vortex) [m /
s] V: Peripheral velocity of gas-liquid mixed fluid MX (rotational velocity of forced vortex) at a point of radius r [m / s] z: Height from the lower end of the cylinder 14 to the gas-liquid interface B at a point of radius r Height [m] z 0 : height from the lower end of the cylinder 14 to the gas-liquid interface B at the axis (center) of the cylinder 14 [m] α: inflow direction of the gas-liquid mixed fluid MX (introduction pipe 2) And the horizontal plane (a plane perpendicular to the axis of the cylinder 14) [ra
d] ρ s : Saturated water vapor density [kg / m 3 ] ρ w : Saturated water density [kg / m 3 ] σ t : Pressure loss coefficient at the upper outlet of the cyclone separator 3 σ b : Pressure at the lower outlet of the cyclone separator 3. Loss coefficient Here, the height H 0 of the tubular body 14, the inner diameter R of the tubular body 14, the cross-sectional area S s (= πR 2 ) of the tubular body 14, the cross-sectional area S i of the introduction pipe 2, and the angle α are the cyclone. It is a constant known in advance from the design value of the separator 3 or by measuring the cyclone separator 3. The saturated water vapor density ρ s and the saturated water density ρ w are values determined by the average pressure and temperature inside the steam drum 1. Therefore, the saturated water vapor density ρ s and the saturated water density ρ w are obtained based on the pressure value and temperature measured by a sensor or the like (not shown) that measures the internal pressure and internal temperature of the steam drum 1, respectively. Alternatively, under the condition that the temperature and the pressure are controlled to be constant, both the densities ρ s and ρ w can be treated as constant constants. The height (water level) H w is detected by a water level sensor (not shown) for measuring the water level provided inside the steam drum 1. Alternatively, the height Hw is controlled by a controller (not shown) so as to be constant based on the value detected by the water level sensor. Therefore, the height H w is a value known from the measured value by the water level sensor or a constant known from the control target value or design value. The inflow saturated steam amount Q s and the inflow saturated water amount Q w are values that are set and controlled according to the operating state of the power generation boiler, and are values that are found from set values (design values) or control target values. . The pressure loss coefficient σ t is
The shape and size of the upper outlet of the cyclone separator 3 (for example, the communication portion 15, the swirl vane 25, the cap member 2)
6, a constant value determined by the shape and size of the flow paths 28, 29 (see FIG. 3) and the like, and is a value that can be obtained in advance by calculation, test, etc. Similarly, the pressure loss coefficient σ b also has the shape and size of the lower outlet of the cyclone separator 3 (for example, the communication passages 14a and 14b (see FIG. 3).
It is a constant value determined by the shape, size, etc.) and can be obtained in advance by calculation, test, etc. A calculation formula for obtaining the shape of the gas-liquid interface B is derived below using these symbols. At the lower end of the cylindrical body 14 of the cyclone separator 3, the radial pressure is balanced. Therefore, the pressure P b can be expressed by the following formula (1) as a formula expressing the pressure balance in the radial direction.
【数12】
同様にして,筒体14の上端においても,半径方向の圧
力は均衡しているので,圧力Ptは,半径方向の圧力バ
ランスを表す式として,以下の式(2)で表すことがで
きる。[Equation 12] Similarly, the pressure in the radial direction is also balanced at the upper end of the tubular body 14, so the pressure P t can be expressed by the following formula (2) as a formula expressing the pressure balance in the radial direction.
【数13】
筒体14の半径rの地点において,上下方向(鉛直方
向)における圧力も均衡しているので,圧力Pbは,上
下方向の圧力バランスを表す式として,以下の式(3)
で表すこともできる。[Equation 13] Since the pressure in the vertical direction (vertical direction) is also balanced at the radius r of the cylindrical body 14, the pressure P b is expressed by the following equation (3) as an equation representing the pressure balance in the vertical direction.
Can also be expressed as
【数14】
同様にして,圧力Pb0は,筒体14の軸中心(r=
0)における上下方向(鉛直方向)の圧力バランスを表
す式として,以下の式(4)で表すことができる。[Equation 14] Similarly, the pressure P b0 is the axial center (r =
As an expression expressing the pressure balance in the vertical direction (vertical direction) in 0), it can be expressed by the following expression (4).
【数15】
また,筒体14の軸中心におけるサイクロンセパレータ
3の内部と外部との圧力も均衡しており,この圧力バラ
ンスを表す式は以下の式(5)で表される。[Equation 15] Further, the pressures inside and outside the cyclone separator 3 at the axial center of the cylindrical body 14 are also balanced, and the equation expressing this pressure balance is expressed by the following equation (5).
【数16】
ここで,ΔPtは,サイクロンセパレータ3(筒体1
4)の上部出口の連通部15,旋回ベーン25,キャッ
プ部材26,流路28,29(図3参照)等によって生
じる圧力損失[Pa]であり,一例として,以下の式
(6)によって表される。[Equation 16] Here, ΔP t is the cyclone separator 3 (cylindrical body 1
4) The pressure loss [Pa] generated by the communication part 15 of the upper outlet, the swirl vane 25, the cap member 26, the flow paths 28, 29 (see FIG. 3), etc., and expressed by the following formula (6) as an example. To be done.
【数17】
ここで,Vtは,飽和水蒸気Sのサイクロンセパレータ
3からの流出速度[m/s]であり,飽和水蒸気量Qs
を筒体14の断面積Ssで割ることにより求められ,以
下の式(7)で表される。[Equation 17] Here, V t is the outflow velocity [m / s] of the saturated steam S from the cyclone separator 3, and the saturated steam amount Q s
Is calculated by dividing by the cross-sectional area S s of the cylindrical body 14, and is expressed by the following equation (7).
【数18】
また,ΔPbはサイクロンセパレータ3(筒体14)の
下部出口の連通路14a,14b(図3参照)等によっ
て生じる圧力損失[Pa]であり,一例として,以下の式
(8)により表される。[Equation 18] Further, ΔP b is a pressure loss [Pa] caused by the communication passages 14a and 14b (see FIG. 3) at the lower outlet of the cyclone separator 3 (cylindrical body 14), and is represented by the following equation (8) as an example. It
【数19】
ここで,Vbは,飽和水Wのサイクロンセパレータ3か
らの流出速度[m/s]であり,上記飽和水蒸気の流速
Vtと同様にして,以下の式(9)で表される。[Formula 19] Here, V b is the outflow velocity [m / s] of the saturated water W from the cyclone separator 3, and is represented by the following equation (9) similarly to the flow velocity V t of the saturated steam.
【数20】
上記式(1)〜(3)から,以下の式(10)が得られ
る。[Equation 20] The following expression (10) is obtained from the above expressions (1) to (3).
【数21】
また,式(4)および(10)を整理すると,以下の式
(11)が得られる。[Equation 21] Further, by rearranging the equations (4) and (10), the following equation (11) is obtained.
【数22】 式(5)を整理すると,以下の式(12)が得られる。[Equation 22] By rearranging the equation (5), the following equation (12) is obtained.
【数23】
ところで,筒体14内で発生している気液混合流体MX
の半径rの地点における周速度(旋回速度)は,気液混
合流体MXが強制渦となって旋回していることから,半
径rに比例する。したがって,周速度Vは,以下の式
(13)で表される。[Equation 23] By the way, the gas-liquid mixed fluid MX generated in the cylindrical body 14
The peripheral velocity (swirl velocity) at the point of radius r is proportional to the radius r because the gas-liquid mixed fluid MX is swirling as a forced vortex. Therefore, the peripheral speed V is expressed by the following equation (13).
【数24】
ここで,周速度Vθは,気液混合流体MXの流入速度の
水平成分であるので,以下の式(14)により表され
る。[Equation 24] Here, since the peripheral velocity V θ is the horizontal component of the inflow velocity of the gas-liquid mixed fluid MX, it is expressed by the following equation (14).
【数25】
よって,上記式(12)および(13)を上記(11)
に代入して,以下の式(15)が得られる。[Equation 25] Therefore, the above equations (12) and (13) are replaced by the above (11)
And the following equation (15) is obtained.
【数26】
この式(15)は,半径rの地点における,筒体14の
下端から気液界面Bまでの高さzを表す式であるので,
気液界面Bの形状を表している。ここで,重力加速度g
および内径Rは定数であり,また,水面Lの高さHwな
らびに密度ρwおよびρsも定数として取り扱うと,流
入量QsおよびQwを設定値等から得て(求めて),式
(14)により旋回速度Vθを求めるとともに,式
(6)〜(9)により圧力損失ΔPtおよびΔPbを求
めることによって,気液界面Bの形状(高さ)を算出す
ることができることとなる。また,水面Lの高さHwを
定数として取り扱うことができない場合には,前述した
ように,水位センサによる測定値や,制御の目標値,設
計値等から求めることができ,密度ρwおよびρsにつ
いても,圧力および温度から求めることができる。式
(15)に式(14)を代入することにより,式(1
6)が得られる。[Equation 26] Since this expression (15) is an expression representing the height z from the lower end of the cylindrical body 14 to the gas-liquid interface B at the point of the radius r,
The shape of the gas-liquid interface B is shown. Where gravitational acceleration g
And the inner diameter R are constants, and when the height H w of the water surface L and the densities ρ w and ρ s are also treated as constants, the inflows Q s and Q w are obtained (determined) from the set values, and the formula is obtained. The shape (height) of the gas-liquid interface B can be calculated by obtaining the swirl velocity V θ by (14) and the pressure losses ΔP t and ΔP b by the equations (6) to (9). Become. Further, when the height H w of the water surface L cannot be treated as a constant, it can be obtained from the measured value by the water level sensor, the control target value, the design value, etc. as described above, and the density ρ w and ρ s can also be calculated from pressure and temperature. By substituting the equation (14) into the equation (15), the equation (1
6) is obtained.
【数27】
ここで,断面積Siおよび角度α(cosα)は定数であ
る。したがって,この式(16)を使用すると,旋回速
度Vθを求めることなく,流入量QsおよびQ w,なら
びに,圧力損失ΔPtおよびΔPbを直接代入すること
により,気液界面Bの形状を求めることができる。な
お,上記式(16)における「Qs+Qw」は,気液混
合流体MX全体の流入量Q(=Qs+Qw)を表すの
で,上記式(16)は流入量Qを用いて計算することも
できる。さらに式(16)のΔPtおよびΔPbに式
(6)〜(9)を代入した式を使用することにより,圧
力損失ΔPtおよびΔPbを求めることなく,流入量Q
sおよQwを直接代入することにより,気液界面Bの形
状を求めることができる。式(15)および(16)の
半径rに筒体14の内径Rを代入することにより,以下
の式(17)および(18)に示すように,気液界面B
の外周端部の高さzRを求めることもできる。[Equation 27]
Here, the cross-sectional area SiAnd the angle α (cos α) is a constant
It Therefore, using this equation (16),
Degree VθInflow Q withoutsAnd Q wIf
Every, pressure loss ΔPtAnd ΔPbSubstituting directly
Thus, the shape of the gas-liquid interface B can be obtained. Na
In the above formula (16), "Qs+ QwIs a gas-liquid mixture
Inflow quantity Q (= Q of the whole combined fluid MXs+ Qw) Represents
Therefore, the above equation (16) can also be calculated using the inflow amount Q.
it can. Furthermore, ΔP in equation (16)tAnd ΔPbExpression
By using the expressions substituting (6) to (9),
Force loss ΔPtAnd ΔPbInflow Q without
sAnd QwBy directly substituting
You can ask for a condition. Of equations (15) and (16)
By substituting the inner diameter R of the cylindrical body 14 for the radius r,
As shown in equations (17) and (18) of
Height z of the outer edge ofRYou can also ask.
【数28】 [Equation 28]
【数29】
式(18)において,圧力損失ΔPtおよびΔPbは,
式(6)〜(9)から,それぞれ流量QsおよびQwの
関数であるので,高さzRは,流量QsおよびQwを変
数とする関数となる。したがって,流量QsおよびQw
を調整することによって,高さzRが所定の値(たとえ
ば筒体14の高さH0,高さH0のx%等)を超えない
ように制御することができる。その結果,分離された飽
和水蒸気Sに含まれるミストの増大を防止することがで
きる。同様にして,半径rの位置の高さzも,流量Qs
およびQwを調整することによって制御することができ
る。なお,圧力損失を求める式(6)および(8)は一
例であって,一般に,流量Qs,Qwおよび密度ρs,
ρwの関数としてΔPt=ft(Qs,ρs),ΔP b=
fb(Qw,ρw)として表すことができる。[Equation 29]
In equation (18), pressure loss ΔPtAnd ΔPbIs
From the equations (6) to (9), the flow rate QsAnd Qwof
Since it is a function, the height zRIs the flow rate QsAnd QwStrange
It is a function of numbers. Therefore, the flow rate QsAnd Qw
By adjusting the height zRIs a predetermined value (even if
If the height H of the cylinder 140, Height H0X%, etc.)
Can be controlled. As a result,
It is possible to prevent the mist contained in the water vapor S from increasing.
Wear. Similarly, the height z at the position of the radius r is also the flow rate Qs
And QwCan be controlled by adjusting
It The equations (6) and (8) for calculating the pressure loss are
As an example, in general, the flow rate Qs, QwAnd density ρs,
ρwΔP as a function oft= Ft(Qs, Ρs), ΔP b=
fb(Qw, Ρw).
【発明の効果】本発明によると,気液界面の上層の飽和
水蒸気圧と,飽和水蒸気がサイクロンセパレータから排
出される際の圧力損失とを考慮して,気液界面形状が算
出されるので,より正確な気液界面形状および気液界面
の位置を求めることができる。これにより,サイクロン
セパレータ内の気液界面の位置を正確に制御できるの
で,気液界面の上昇に伴うミストの量の増加を防止する
ことができる。According to the present invention, the gas-liquid interface shape is calculated in consideration of the saturated water vapor pressure in the upper layer of the gas-liquid interface and the pressure loss when the saturated water vapor is discharged from the cyclone separator. A more accurate gas-liquid interface shape and position of the gas-liquid interface can be obtained. As a result, the position of the gas-liquid interface in the cyclone separator can be accurately controlled, so that it is possible to prevent an increase in the amount of mist due to the rise of the gas-liquid interface.
【図1】(a)および(b)は,サイクロンセパレータ
の液面形状を求めるために必要となる諸記号をサイクロ
ンセパレータの横断面図および縦断面図にそれぞれ示し
た図である。1 (a) and 1 (b) are diagrams showing various symbols necessary for obtaining a liquid surface shape of a cyclone separator, respectively, in a horizontal cross-sectional view and a vertical cross-sectional view of the cyclone separator.
【図2】蒸気ドラムの概略図であり,(b)は蒸気ドラ
ムを上方から見た外観図であり,(a)は(b)のA方
向から見た断面の概略図である。FIG. 2 is a schematic view of a steam drum, FIG. 2B is an external view of the steam drum as seen from above, and FIG. 2A is a schematic view of a cross section as seen from the direction A of FIG.
【図3】蒸気ドラム内に設けられたサイクロンセパレー
タの概略図であり,(a)は縦断面図,(b)は横断面
図である。3A and 3B are schematic views of a cyclone separator provided in a steam drum, where FIG. 3A is a vertical sectional view and FIG. 3B is a horizontal sectional view.
1 蒸気ドラム 2 導入管 3 サイクロンセパレータ 13 サイクロン部 14 筒体 14a,14b 連通路 23 一次スクラバ部 W 飽和水 S 飽和蒸気 L ドラム内水面 B 気液界面 1 steam drum 2 Introductory pipe 3 cyclone separator 13 Cyclone section 14 cylinder 14a, 14b communication passage 23 Primary scrubber section W saturated water S saturated steam Water surface in L drum B gas-liquid interface
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 秀朗 長崎県長崎市深堀町五丁目717番1号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Hidero Fukuda 3-5-1, 717-1, Fukahori-cho, Nagasaki-shi, Nagasaki Hishi Heavy Industries Ltd. Nagasaki Research Center
Claims (7)
合流体が流入し,該流入した気液混合流体を遠心分離に
より飽和水蒸気と飽和水とに分離するサイクロンセパレ
ータ内の気液界面の形状を算出する方法であって, 前記サイクロンセパレータの上部圧力損失ΔPtを,前
記気液混合流体に含まれる前記飽和水蒸気の毎秒当りの
流入量Qsおよび前記飽和水蒸気の密度ρsに基づいて
求め,前記サイクロンセパレータの下部圧力損失ΔPb
を,前記気液混合流体に含まれる前記飽和水の毎秒当り
の流入量Qwおよび前記飽和水の密度ρ wに基づいて求
めるとともに,前記サイクロンセパレータ内で旋回する
前記気液混合流体の外周部の旋回速度Vθを前記気液混
合流体の流入量に基づいて求め, 以下の式により前記サイクロンセパレータの気液界面の
形状を求める, サイクロンセパレータの気液界面形状の算出方法。 【数1】 ここで,zは前記サイクロンセパレータの円筒中心から
半径rの地点における円筒の下端から前記気液界面まで
の高さ,gは重力加速度,Rは前記サイクロンセパレー
タの円筒内径,Hwは前記サイクロンセパレータの円筒
の下端から前記サイクロンセパレータの外部の飽和水の
水面までの高さである。1. A gas-liquid mixture comprising saturated steam and saturated water.
The combined fluid flows in, and the inflowing gas-liquid mixed fluid is centrifuged.
Cyclone separator that separates into more saturated steam and saturated water
A method of calculating the shape of the gas-liquid interface in the data Upper pressure loss ΔP of the cyclone separatortIn front
Per second of the saturated steam contained in the gas-liquid mixed fluid
Inflow QsAnd the density ρ of the saturated steamsOn the basis of
The lower pressure loss ΔP of the cyclone separatorb
Per second of the saturated water contained in the gas-liquid mixed fluid
Inflow rate QwAnd the density ρ of the saturated water wBased on
And swivel in the cyclone separator
Swirling velocity V of the outer peripheral portion of the gas-liquid mixed fluidθThe gas-liquid mixture
Calculated based on the inflow of combined fluid, The gas-liquid interface of the cyclone separator is calculated by the following formula.
Find the shape, Calculation method of gas-liquid interface shape of cyclone separator. [Equation 1] Where z is from the center of the cylinder of the cyclone separator
From the lower end of the cylinder at the point of radius r to the gas-liquid interface
Height, g is gravitational acceleration, R is the cyclone separation
Inner diameter of cylinder, HwIs the cylinder of the cyclone separator
Saturated water outside the cyclone separator from the bottom of the
The height to the surface of the water.
σt,前記サイクロンセパレータの円筒断面積をSsと
すると,前記上部圧力損失Ptを以下の式により求め
る,サイクロンセパレータの気液界面形状の算出方法。 【数2】 2. The cyclone separator according to claim 1, wherein the pressure loss coefficient of the upper portion of the cyclone separator is σ t , and the cylindrical cross-sectional area of the cyclone separator is S s , the upper pressure loss P t is calculated by the following equation. A method for calculating the gas-liquid interface shape of the separator. [Equation 2]
σb,前記サイクロンセパレータの円筒断面積をSsと
すると,前記下部圧力損失Pbを以下の式により求め
る,サイクロンセパレータの気液界面形状の算出方法。 【数3】 3. An apparatus according to claim 1 or 2, the pressure loss coefficient of the bottom of the cyclone separator sigma b, the cylindrical cross-sectional area of the cyclone separator and S s, calculated by the following formula said lower pressure loss P b , Calculation method of gas-liquid interface shape of cyclone separator. [Equation 3]
て, 前記気液混合流体が,前記サイクロンセパレータの円筒
の外周部に,接線方向で,かつ,前記円筒の軸心に対す
る垂直面に対して角度αで接続された導入管を介して流
入し, 前記旋回速度を以下の式により求める,サイクロンセパ
レータの気液界面形状の算出方法。 【数4】 ここで,Siは前記導入管の断面積である。4. The gas-liquid mixed fluid according to claim 1, wherein the gas-liquid mixed fluid is tangential to the outer peripheral portion of the cylinder of the cyclone separator and with respect to a plane perpendicular to the axis of the cylinder. A method of calculating the gas-liquid interface shape of the cyclone separator, which flows in through an introduction pipe connected at an angle α and obtains the swirling speed by the following formula. [Equation 4] Here, S i is the cross-sectional area of the introduction pipe.
の外周部に,接線方向で,かつ,該筒体の軸心に対する
垂直面に対して角度αで接続され,該導入管を介して流
入する,飽和水蒸気および飽和水からなる気液混合流体
を遠心分離により飽和水蒸気と飽和水とに分離するサイ
クロンセパレータ内の気液界面の形状を算出する方法で
あって, 前記サイクロンセパレータの上部圧力損失ΔPtを,前
記気液混合流体に含まれる前記飽和水蒸気の毎秒当りの
流入量Qsおよび前記飽和水蒸気の密度ρsに基づいて
求め,前記サイクロンセパレータの下部圧力損失ΔPb
を,前記気液混合流体に含まれる前記飽和水の毎秒当り
の流入量Qwおよび前記飽和水の密度ρ wに基づいて求
め, 以下の式により前記サイクロンセパレータの気液界面の
形状を求める, サイクロンセパレータの気液界面形状の算出方法。 【数5】 ここで,zは前記筒体の中心から半径rの地点における
筒体の下端から前記気液界面までの高さ,gは重力加速
度,Rは前記筒体の内径,Hwは前記筒体の下端から前
記サイクロンセパレータの外部の飽和水の水面までの高
さ,Siは前記導入管の断面積である。5. A tubular body having a cylindrical shape, wherein the introduction pipe is the tubular body.
Tangential to the outer periphery of the cylinder and with respect to the axis of the cylinder
It is connected at an angle α to the vertical plane and flows through the inlet pipe.
Gas-liquid mixed fluid consisting of saturated steam and saturated water
Is separated into saturated steam and saturated water by centrifugation.
By the method of calculating the shape of the gas-liquid interface in the cron separator
There Upper pressure loss ΔP of the cyclone separatortIn front
Per second of the saturated steam contained in the gas-liquid mixed fluid
Inflow QsAnd the density ρ of the saturated steamsOn the basis of
The lower pressure loss ΔP of the cyclone separatorb
Per second of the saturated water contained in the gas-liquid mixed fluid
Inflow rate QwAnd the density ρ of the saturated water wBased on
Because The gas-liquid interface of the cyclone separator is calculated by the following formula.
Find the shape, Calculation method of gas-liquid interface shape of cyclone separator. [Equation 5] Where z is the radius r from the center of the cylinder
Height from the lower end of the cylinder to the gas-liquid interface, g is gravity acceleration
Degree, R is the inner diameter of the cylinder, HwIs from the bottom of the cylinder to the front
The height of saturated water outside the cyclone separator to the surface of the water
S,iIs the cross-sectional area of the introduction tube.
合流体が流入し,該流入した気液混合流体を遠心分離に
より飽和水蒸気と飽和水とに分離するサイクロンセパレ
ータ内の気液界面の外周部の高さを算出する方法であっ
て, 前記サイクロンセパレータの上部圧力損失ΔPtを,前
記気液混合流体に含まれる前記飽和水蒸気の毎秒当りの
流入量Qsおよび前記飽和水蒸気の密度ρsに基づいて
求め,前記サイクロンセパレータの下部圧力損失ΔPb
を,前記気液混合流体に含まれる前記飽和水の毎秒当り
の流入量Qwおよび前記飽和水の密度ρ wに基づいて求
めるとともに,前記サイクロンセパレータ内で旋回する
前記気液混合流体の外周部の旋回速度Vθを前記気液混
合流体の流入量に基づいて求め, 以下の式により前記サイクロンセパレータの気液界面の
外周部の高さzRを求める, サイクロンセパレータの気液界面の外周部の高さの算出
方法。 【数6】 ここで,gは重力加速度,Hwは前記サイクロンセパレ
ータの円筒の下端から前記サイクロンセパレータの外部
の飽和水の水面までの高さである。6. A gas-liquid mixture comprising saturated steam and saturated water.
The combined fluid flows in, and the inflowing gas-liquid mixed fluid is centrifuged.
Cyclone separator that separates into more saturated steam and saturated water
This is a method to calculate the height of the outer peripheral portion of the gas-liquid interface in the data
hand, The upper pressure loss ΔPt of the cyclone separator is
Per second of the saturated steam contained in the gas-liquid mixed fluid
Inflow QsAnd the density ρ of the saturated steamsOn the basis of
The lower pressure loss ΔP of the cyclone separatorb
Per second of the saturated water contained in the gas-liquid mixed fluid
Inflow rate QwAnd the density ρ of the saturated water wBased on
And swivel in the cyclone separator
Swirling velocity V of the outer peripheral portion of the gas-liquid mixed fluidθThe gas-liquid mixture
Calculated based on the inflow of combined fluid, The gas-liquid interface of the cyclone separator is calculated by the following formula.
Perimeter height zRAsk, Calculation of the height of the outer periphery of the gas-liquid interface of the cyclone separator
Method. [Equation 6] Where g is gravitational acceleration, HwIs the cyclone separe
From the bottom of the cylinder of the data to the outside of the cyclone separator
It is the height of saturated water up to the surface of the water.
の外周部に,接線方向で,かつ,該筒体の軸心に対する
垂直面に対して角度αで接続され,該導入管を介して流
入する,飽和水蒸気および飽和水からなる気液混合流体
を遠心分離により飽和水蒸気と飽和水とに分離するサイ
クロンセパレータ内の気液界面の外周部の高さを算出す
る方法であって, 前記サイクロンセパレータの上部圧力損失ΔPtを,前
記気液混合流体に含まれる前記飽和水蒸気の毎秒当りの
流入量Qsおよび前記飽和水蒸気の密度ρsに基づいて
求め,前記サイクロンセパレータの下部圧力損失ΔPb
を,前記気液混合流体に含まれる前記飽和水の毎秒当り
の流入量Qwおよび前記飽和水の密度ρ wに基づいて求
め, 以下の式により前記サイクロンセパレータの気液界面の
外周部の高さzRを求める, サイクロンセパレータの気液界面の外周部の高さの算出
方法。 【数7】 ここで,gは重力加速度,Hwは前記筒体の下端から前
記サイクロンセパレータの外部の飽和水の水面までの高
さ,Siは前記導入管の断面積である。7. A tubular body having a cylindrical shape, wherein the introduction pipe is the tubular body.
Tangential to the outer periphery of the cylinder and with respect to the axis of the cylinder
It is connected at an angle α to the vertical plane and flows through the inlet pipe.
Gas-liquid mixed fluid consisting of saturated steam and saturated water
Is separated into saturated steam and saturated water by centrifugation.
Calculate the height of the outer periphery of the gas-liquid interface in the cron separator
Method, Upper pressure loss ΔP of the cyclone separatortIn front
Per second of the saturated steam contained in the gas-liquid mixed fluid
Inflow QsAnd the density ρ of the saturated steamsOn the basis of
The lower pressure loss ΔP of the cyclone separatorb
Per second of the saturated water contained in the gas-liquid mixed fluid
Inflow rate QwAnd the density ρ of the saturated water wBased on
Because The gas-liquid interface of the cyclone separator is calculated by the following formula.
Perimeter height zRAsk, Calculation of the height of the outer periphery of the gas-liquid interface of the cyclone separator
Method. [Equation 7] Where g is gravitational acceleration, HwIs from the bottom of the cylinder to the front
The height of saturated water outside the cyclone separator to the surface of the water
S,iIs the cross-sectional area of the introduction tube.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2002119184A JP2003314804A (en) | 2002-04-22 | 2002-04-22 | Calculation method of gas liquid interface shape of cyclone separator |
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