亜臨界と超臨界ボイラーの違い

ボイラーは、流体を加熱する密閉容器であり、多くの場合、水が使われている。ボイラーといっても、ここで液体が沸騰するわけではありません。加熱された流体は、給湯、セントラルヒーティング、調理など、さまざまな用途に使用される。亜臨界圧ボイラーや超臨界圧ボイラーもそのような蒸気発生装置である。亜臨界ボイラーと超臨界ボイラーの主な違いは、亜臨界ボイラーは亜臨界流体圧力で運転し、超臨界ボイラーは超臨界流体圧力で運転することである。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. 臨界点とは 3. 亜臨界ボイラーとは 4. 超臨界ボイラーとは 5. 亜臨界ボイラーと超臨界ボイラーの類似点 6. 横並び比較 - 亜臨界ボイラーと超臨界ボイラーの表形式 7. まとめ

崖っぷちは何ですか？

物質の臨界点とは、その物質が気体としても液体としても振る舞うことができる温度と圧力のことで、気相と液相の区別がつかない状態である。これは、この時点で気相と液相の密度が等しくなるためである。温度と圧力が臨界点を超える物質を超臨界流体と呼びます。臨界点以下の物質は亜臨界流体と呼ばれる。相平衡曲線では、曲線の終点が臨界点である。

図01：水の臨界点を示す相図

超臨界ボイラーの超臨界とは、ボイラーが水の臨界点を超えて運転される圧力のことである。水の臨界点は、温度647K、圧力221bar（22.1MPa）である。221bar以下の超臨界圧は「221bar以下の超臨界圧」と呼ばれる。

亜臨界圧ボイラー（亜臨界圧ボイラー）は何ですか？

亜臨界ボイラーとは、運転温度が374℃まで、圧力が3208psi（水の臨界点）までのボイラーを指す。これらのボイラーは、一定の蒸発終点を持つシステムを形成している。亜臨界圧ボイラの代表的なものにドラム缶型蒸気発生器がある。

ボイラー内部では、加熱用ライザーによって液体の自然循環が行われる。リフトチューブを出た水と蒸気の混合物は、蒸気取鍋で水と蒸気に分離される。水は循環し、蒸気は過熱器室に流れ込みながら下部の角から蒸発器入口に戻る。

図02：火力発電所

流体を自然循環させる場合、適用範囲は取鍋の最大圧力として約190barに制限される。ただし、循環ポンプによる循環（強制循環といいます）を行えば、この範囲を拡大することができます。この延長は、取鍋の蒸発終点が固定されることで発生する。また、エバポレーターとスーパーヒーターの加熱面の大きさも設定します。亜臨界圧ボイラーの大きな欠点は、気泡が発生しやすいことです。

超臨界ボイラーは何ですか？

超臨界圧ボイラーとは、超臨界圧の条件下で運転するボイラーである。このタイプのボイラーは、電気を作るために使われることが多い。超臨界ボイラーは亜臨界ボイラーと違って気泡ができず、液体の水がすぐに蒸気に変換される。

超臨界ボイラーは、温度約538～565℃、圧力3200psi以上で運転します。超臨界ボイラーは、蒸発終点が変動するシステムです。このボイラーには、蒸気取鍋がありません。そのため、エバポレーターを1回通過するだけで蒸発が行われます。多くの場合、流体である水の流れは、給水ポンプによって引き起こされます。これにより、任意の圧力で運転することが可能となり、亜臨界状態や超臨界状態での運転が可能となります。その結果、蒸発の終点が異なるのです。また、この条件を維持するために、蒸発器と過熱器のゾーンを必要に応じて自動的に調整します。

図03：水管式ボイラー

このタイプのボイラーは、水の臨界圧力である221バールを超えて運転することから、超臨界圧と名付けられた。臨界点以上では水と差がないため、水は流体として作用する。

水の臨界点を超えると気化潜熱がゼロになるので、水の液相と気相に大きな差はない。超臨界圧ボイラーの大きなメリットのひとつは、燃料消費量の少なさです。これは、温室効果ガスの発生を抑制することにつながります。さらに、気泡が発生しないため、水の消費量が少ないことも確認できる。

亜臨界と超臨界ボイラーの共通点

• 基本的な運転メカニズム／サイクルは、亜臨界ボイラーと超臨界ボイラーで同じである。
• 超臨界圧ボイラーのレードルレス蒸発器以外の構造的特徴は同じである。
• 亜臨界圧ボイラーと超臨界圧ボイラーの技術では、その運転において同様の機器と戦略が使用される。すなわち、空気予熱器、コールセーバー、タービン、凝縮器、ボイラー供給ポンプなど。

亜臨界と超臨界ボイラーの違い

概要 - 亜臨界 vs. 超臨界ボイラー

発電に使われる蒸気発生器には、亜臨界圧ボイラーと超臨界圧ボイラーの2種類がある。動作条件により、このように分類される。亜臨界ボイラーと超臨界ボイラーの違いは、亜臨界ボイラーは亜臨界流体圧力で運転し、超臨界ボイラーは超臨界流体圧力で運転する点である。

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引用

1.SHIVAJI CHOUDHURY, Chief Engineer, M P Power Generation Company, JABALPUR Follow. "Supercritical" LinkedIn SlideShare, 21 August 2014.ここで入手可能 2. "超臨界蒸気発生装置"、ウィキペディア、ウィキメディア財団、2018年2月11日。こちらで入手可能です 3. "超臨界ボイラー"Desein. available here 2. "Supercritical steam generator," Wikipedia, Wikimedia Foundation, 11 February 2018. 3. "Supercritical boiler," Desein.