JP2005326083A - 復水器及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却水の流れ方向の逆転運転時に、不凝縮ガス抽出系統の抽出必要流量に対する実際の抽出流量配分を満足させることによって高い復水性能を維持することのできる復水器及びその運転方法を提供する。
【解決手段】 開口部を蒸気タービン排気流の下流側に向けて伝熱管群の一部を囲むように設置され、一部の伝熱管群をガス冷却部管群とする囲い板３と、ガス冷却部管群と平行にして囲い板の奥部に並設され、それぞれ長手方向に順次面積が増大するように管壁を穿いて形成された複数の開口６を有し、かつ、これらの開口の面積の増大方向が互いに逆になるように並設された２本のガス抽出管５Ａ〜５Ｄと、２本のガス抽出管の開口６の面積が最大の端部にそれぞれ一端が連接され、中間部が外部に導出され、他端がそれぞれ真空排気装置の配管１０に接続されたガス引き出し管８Ａ〜８Ｄと、これらのガス引き出し管に設けられた開閉弁９Ａ〜９Ｄとを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、伝熱管を多数配列してなる伝熱管群が収納され、管内を外部と連通させて伝熱管の端部がそれぞれ壁部に接合された筐体内に蒸気タービン排気を受け入れると共に、伝熱管内に冷却媒体を流通させて蒸気タービン排気を伝熱管の外表面部で凝縮させる復水器及びその運転方法に関する。

周知の如く、復水器においては、蒸気と冷却水との温度差で蒸気の凝縮が進行する。凝縮する際の蒸気の温度は凝縮面における蒸気の分圧に対する飽和温度となる。しかし、蒸気の分圧は大まかに２つの要因で低下し、それに伴う温度差の減少で凝縮性能(熱交換効率)が低下する。１つは蒸気の流動に伴う圧力損失であり、もう１つは蒸気タービン排気中に混入している不凝縮ガスの濃縮による不凝縮ガス分圧の増大である。従って、復水器では圧力損失の低減と、不凝縮ガスの滞留濃縮を防止することが性能向上を図る上で重要である。

このうち、不凝縮ガスの滞留濃縮を防止することは、主として伝熱管群の配列パターンに重点をおいて検討されてきた。しかし、それとともに重要な技術として、不凝縮ガスの排出方法がある。一般に復水器には、不凝縮ガスを排出するためにガス抽出系統が設けられている。不凝縮ガスを抽出するのに随伴される未凝縮蒸気が多いと、真空排気装置の負荷が大きくなるので、不凝縮ガスは適度な濃度にまで濃縮する必要がある。そのために、ガス冷却部（空気冷却部）を設け、流入した蒸気ガス混合気がここに向かって流動するように管配列に工夫が施されている。

ところで、冷却水は蒸気の凝縮熱を奪って水温が上昇していくので、冷却水が進行する伝熱管の長さ方向で見ると、凝縮量は次第に減少する。抽出すべき不凝縮ガスの流量は凝縮量が多いほど多くなるので、抽出系統も冷却水の入口側抽出量が多くなり、伝熱管の長さ方向に抽出量が次第に減少するように開口の面積を変えるのが一般的である。その例として、抽出口の面積を支え板の間隔毎に変化させることで、抽出流量のバランスを取っているものがある（例えば、特許文献１参照。）。もし、冷却水の流れ方向が不変の場合には、不凝縮ガスの抽出量を伝熱管の長さ方向に変えるパターンも１種類で済むことになる。

しかし、一般に伝熱管内に冷却水を流して外表面部で凝縮させる復水器では、冷却水中の無機物や生物に起因する付着物の堆積を防止するために、冷却水の流れ方向を逆転させる運転が行なわれる。この逆転期間中は、伝熱管長さ方向の不凝縮ガスの抽出必要量の分布は、通常の抽出流量の分布とは全く逆になる。そのため、不凝縮ガスの抽出必要量に対して、実際の抽出流量が不足する領域では不凝縮ガスの滞留濃縮が生じ、復水器の性能低下をきたしていた。

図６は、復水器における従来の不凝縮ガス抽出系の概略構成図であり、主要部を横断して上から見た断面図である。この復水器はほぼ角形の一辺が１０ｍ以上にもおよぶこともある筐体２を有し、この筐体２の上部には蒸気タービン（図示せず）が設置されており、またその内部には多数の伝熱管（詳細を省略する）が収納され、伝熱管群１を構成している。この伝熱管群１の伝熱管の長手方向の両端部は管板１５に直交する位置で固定され、水室１６内に連通されている。

復水器の筐体２内において、蒸気は伝熱管群１を通過する間に、管内の冷却水に潜熱を奪われて次第に凝縮する。その際、不凝縮ガス濃度が次第に上昇するので、凝縮の進んだ蒸気の流れをガス冷却管群４の周囲に導き、ここでさらに蒸気を凝縮させ、不凝縮ガス濃度を高めた後、ガス抽出管５からガス引き出し管８へ、そして真空排気装置への配管１０という経路で器外に抽出し、真空排気装置１１に吸引するようになっている。
特開平１１−１０１５８２号公報

上述したガス抽出部では、伝熱管の長さ方向に、例えば、オリフィスのような流動抵抗要素を配置し、抽出必要流量に応じたガス流量の抽出ができるようにしてある。しかし、冷却水の流れ方向が逆転した場合に、ガス抽出系統の流動抵抗要素の配置は変わらないので、不凝縮ガス抽出流量の不足が生じることを防止できないことになる。そこで、冷却水の流れ方向の逆転運転中は十分なプラント出力が得られないという事態を甘受せざるを得なかった。

冷却水の流れ方向を逆転させる運転が、冷却水の流れ方向を正常にした運転と同じ時間レベルで運転されるプラントにおいては、ガス抽出系統の流動抵抗要素に伝熱管の長さ方向に抽出流量の分布をつけていないものもある。しかし、これでは常に抽出必要流量と実際の抽出流量とにアンバランスが生じる状態で運転していることになり、復水器性能の面から好ましいことではなかった。また、真空排気装置の容量も必要以上に大きくなり、経済性の面からも問題があった。

本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、その目的は冷却水の流れ方向の逆転運転時に、不凝縮ガス抽出系統の抽出必要流量に対する実際の抽出流量配分を満足させることができ、これによって高い復水性能を維持することのできる復水器及びその運転方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、伝熱管を多数配列してなる伝熱管群が収納され、管内を外部と連通させて伝熱管の端部がそれぞれ壁部に接合された筐体内に蒸気タービン排気を受け入れると共に、伝熱管内に冷却媒体を流通させて蒸気タービン排気を伝熱管の外表面部で凝縮させる復水器において、一端に開口部を有し、この開口部を蒸気タービン排気流の下流側に向けて伝熱管群の一部を囲むように設置され、一部の伝熱管群をガス冷却部管群とする囲い板と、ガス冷却部管群と平行にして囲い板の奥部に並設され、それぞれ長手方向に順次面積が増大するように管壁に形成された複数の開口を有し、かつ、開口の面積の増大方向が互いに逆になるように並設された２本のガス抽出管と、２本のガス抽出管の開口の面積が最大の端部にそれぞれ一端が連接され、中間部が筐体を通して外部に導出され、他端がそれぞれ真空排気装置の配管に接続されたガス引き出し管と、ガス引き出し管に設けられた開閉弁と、を備えたことを特徴とする。

また請求項７に係る発明は、
復水器の運転時には、伝熱管内への冷却媒体の入口側に連接されたガス引き出し管に設けられた開閉弁を開放すると共に、伝熱管内への冷却媒体の出口側に連接されたガス引き出し管に設けられた開閉弁を閉止し、
伝熱管内への冷却媒体の流れ方向が逆転された場合には、それまで閉止されていた開閉弁を開放し、それまで開放されていた開閉弁を閉止するように、伝熱管内への冷却媒体の流れ方向に応じて開閉弁の開閉状態を切り替える、
ことを特徴とする復水器の運転方法である。

本発明によれば、冷却水の流れ方向の逆転運転時に、不凝縮ガス抽出系統の抽出必要流量に対する実際の抽出流量配分を満足させることができ、これによって高い復水性能を維持することのできる復水器及びその運転方法が提供される。また、真空排気装置の容量も適正に選定できるので、経済性の面でも効果がある。

［第１の実施形態］
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る復水器の第１の実施形態の構成を説明するために、主要部を横断して上から見た断面図であり、図２はこの復水器を縦断してその側方から見た拡大断面図であり、図３（ａ）は図１又は図２に示したガス抽出管の詳細な構成を示す底面図であり、図３（ｂ）はそのＸ−Ｘ矢視拡大断面図である。

これら各図において、復水器１００は、ほぼ角形をなす筐体２を有し、この筐体２の上部には蒸気タービン（図示せず）が設置される。筐体２の内部には多数の伝熱管（詳細を省略する）が収納され、これらの伝熱管は筐体２の外部と連通するようにその壁部を貫通してそれぞれ接合されると共に、上下に分けられて２つの伝熱管群１Ａ、１Ｂを構成している。これらの伝熱管群１の伝熱管の長手方向の両端部は管板１５に直交する位置で固定され、水室１６内に連通されている。

上述した２つの伝熱管群１Ａ、１Ｂのそれぞれの一部の伝熱管を囲み、囲まれた伝熱管をガス冷却管群４Ａ、４Ｂとするように、蒸気タービン排気流の下流側、すなわち、鉛直下方に開口部を有する断面が略コの字形の囲い板３Ａ、３Ｂが設置されている。また、ガス冷却管群４Ａに略平行にして、一方の囲い板３Ａの開口部から見た状態で奥部に、その一端部から不凝縮ガスを引き出すための２本のガス抽出管５Ａ，５Ｂが設けられ、他方の囲い板３Ｂの奥部に、同じくその一端部から不凝縮ガスを引き出すための２本のガス抽出管５Ｃ，５Ｄが配置されている。これらの伝熱管群１Ａ、１Ｂ、囲い板３Ａ、３Ｂ及びガス抽出管５Ａ〜５Ｄはその長手方向に所定の間隔で配置された複数の支え板７によって一体的に保持されている。

２本のガス抽出管５Ａ，５Ｂには、互いに隣接する支え板７のそれぞれの中間部の管壁に開口６が穿たれている。これらの開口６は伝熱管の長手方向にその開口部の面積が順次増大（又は減少）され、かつ、これらのガス抽出管５Ａ，５Ｂは互いに開口６の面積の増大方向が逆になるように配置されている。なお、もう一つの伝熱管群１Ｂに配置されるガス抽出管５Ｃ，５Ｄにもガス抽出管５Ａ，５Ｂと同様な開口６が形成されているが、説明の簡単化のために図示を省略している。

また、これらのガス抽出管５Ａ〜５Ｄの外周部にて、蒸気タービン排気中に混入している不凝縮ガスを引き出すために、開口６の面積が最大の端部にガス引き出し管８Ａ〜８Ｄの一端がそれぞれ連接されている。これらのガス引き出し管８Ａ〜８Ｄの中間部は筐体２を貫通して外部に導出され、その他端が真空排気装置１１への配管１０に接続され、さらに、筐体２の外部におけるガス引き出し管８Ａ〜８Ｄの途中にそれぞれ開閉弁９Ａ〜９Ｄが設けられている。

さらに、ガス抽出管５Ａ〜５Ｄとガス引き出し管８Ａ〜８Ｄとがそれぞれ連接される部位の近傍における囲い板３Ａ、３Ｂの奥部にそれぞれ開口端をなす起動用のガス抽出配管１２Ａ〜１２Ｄ（１２Ｃ，１２Ｄは図示を省略）の一端が配置され、これらの起動用のガス抽出配管１２Ａ〜１２Ｄの中間部は筐体２を貫通して外部に導出され、その他端が真空排気装置１１への配管１０に接続され、さらに、筐体２の外部における起動用のガス抽出配管１２Ａ〜１２Ｄの途中にそれぞれ開閉弁９Ｅ〜９Ｈ（１２Ｇ，１２Ｈは図示を省略）が設けられている。

上記のように構成された第１の実施形態の動作について、その運転方法を含めて、従来装置と異なる点を中心にして、以下に説明する。先ず、復水器１００の起動前に、真空排気装置１１が運転される。この状態で、ガス引き出し管８Ａ〜８Ｄの途中に設けられた開閉弁９Ａ〜９Ｄは全て開放され、起動用のガス抽出配管１２Ａ〜１２Ｄの途中に設けられた開閉弁９Ｅ〜９Ｈも全て開放される。これによって、筐体２の内部が真空状態に保持される。また、伝熱管内には、冷却媒体としての水が、図３（ａ）中に矢印Ｗで示すように、図面の右側から左側に向かって流れているものとする。

この状態で蒸気タービン排気を受け入れると、すなわち、復水器１００の運転を開始すると、蒸気は伝熱管群１を通過する間に、管内の冷却水に潜熱を奪われて次第に凝縮する。その際、不凝縮ガス濃度が次第に上昇するので、凝縮の進んだ蒸気の流れをガス冷却管群４の周囲に導き、ここでさらに蒸気を凝縮させ、不凝縮ガス濃度を高めた後、ガス抽出管５Ａ〜５Ｄ、ガス引き出し管８Ａ〜８Ｄを通して真空排気装置１１に吸引させる。このとき、水が伝熱管を流れる上流側においては蒸気に対する凝縮量が大きく、反対に、下流側においては蒸気に対する凝縮量は小さい。すなわち、図３（ａ）の右端部においては不凝縮ガスが多くなり、ここから左端に向かうに従って不凝縮ガスは次第に少なくなり、左端において最小となる。そこで、ガス引き出し管８Ｂ（及び８Ｄ）の途中に設けられた開閉弁９Ｂ（及び９Ｄ）を開放状態に保持すると共に、ガス引き出し管８Ａ（及び８Ｃ）の途中に設けられた開閉弁９Ａ（及び９Ｃ）を閉止して運転を継続する。これによって、不凝縮ガスの発生が多量である部位に面積の大きい開口６が存在し、次第に不凝縮ガスの発生が少量となる部位に面積の小さい開口６が存在するガス引き出し管８Ｂ（及び８Ｄ）を介して不凝縮ガスの引き出しが行われ、不凝縮ガスの発生量と開口６の面積とが逆の関係にあるガス引き出し管８Ａ（及び８Ｃ）による不凝縮ガスの引き出しは行われない。

次に、伝熱管内の汚れを除去するために逆洗運転をしたり、意図的に水の流れを逆にすると、すなわち、図３（ａ）の矢印Ｗとは反対方向に水が流されると、図３（ａ）の左端部においては不凝縮ガスが多くなり、ここから右端に向かうに従って不凝縮ガスは徐々に少なくなり、右端において最小となる。そこで、ガス引き出し管８Ａ（及び８Ｃ）の途中に設けられた開閉弁９Ａ（及び９Ｃ）を開放すると共に、ガス引き出し管８Ｂ（及び８Ｄ）の途中に設けられた開閉弁９Ｂ（及び９Ｄ）を閉止して運転を継続する。これによって、不凝縮ガスの発生が多量の部位に面積の大きい開口６が存在し、次第に不凝縮ガスの発生が少量となる部位に面積の小さい開口６が存在するガス引き出し管８Ａ（及び８Ｃ）を介して不凝縮ガスの引き出しが行われ、不凝縮ガスの発生量と開口６の面積とが逆の関係にあるガス引き出し管８Ｂ（及び８Ｄ）による不凝縮ガスの引き出しは行われない。

このように冷却水の流れの方向に応じて開閉弁９Ａ〜９Ｄの開閉状態を切り替えることにより、冷却水の入口側に面積が最大となる開口６を有するガス引き出し管８Ｂ（及び８Ｄ）又はガス引き出し管８Ａ（及び８Ｃ）が不凝縮ガスの吸引側に対応付けられる。

かくして、第１の実施形態において、上述した開閉弁の切り替え操作を行えば、冷却水の流れ方向の逆転運転時に、不凝縮ガス抽出系統の抽出必要流量に対する実際の抽出流量配分を満足させることができ、これによって、高い復水性能を維持することができる。

また、ガス抽出管５Ａ，５Ｂとは別に、起動用のガス抽出配管１２Ａ，１２Ｂを設置したので、ガス抽出管５Ａ，５Ｂの流動抵抗とは無関係に、起動時の真空排気操作を短時間で行うことができる。しかも、ガス冷却部の囲い板の内部に開口端を配置したので、復水器内に蒸気が残留し、あるいは少量流入してくる場合でも管群を通ってくる間に蒸気成分を凝縮し、ガス成分を十分濃縮した蒸気ガス混合気を抽出することができて、起動時の真空排気操作を短時間で行うことができる。

さらに、ガス抽出管５Ａ，５Ｂの開口６は下に開口部を有するコの字形の板で囲われた構成となっているので、周囲の管群中のあまりガスの濃縮されていない部分の蒸気ガス混合気がショートパスすることを防止し、抽出されるガスをガス冷却部によって十分濃縮された状態とすることができる。

［第２の実施形態］
図４は本発明に係る復水器の第２の実施形態の構成を示す斜視図であり、特に、ガス抽出管５Ａ，５Ｂを囲む、囲い板３Ａの具体的構成例を示している。ここで、ガス抽出管５Ａ，５Ｂは支え板７に穿たれた一対の孔７１，７２にそれぞれ貫装されている。囲い板３Ａは鉛直下方が開口部になるように、支え板７の孔７１，７２の両側に互いに平行に穿たれたスリット７３，７４にそれぞれ嵌挿された一対の側面板３１，３２と、これらの側面板３１，３２の各鉛直上方端部及び隣接する支え板７に接合された天井板３３とで形成されている。なお、支え板７と側面板３１，３２とは隙間が塞がれるように接合され、さらに、天井板３３はその全周縁が支え板７及び側面板３１，３２に接合されて鉛直下方の開口部以外は全て塞がれる。

この構成によれば、ガス冷却部の囲い板を平板に分割した状態で所定の位置に設置するので、工作上の多少の誤差を許容し、組み立てを容易にすることができる。

［第３の実施形態］
図５は本発明に係る復水器の第３の実施形態の構成を示す斜視図であり、特に、ガス抽出管５Ａ，５Ｂを囲む、囲い板３Ａの具体的構成例を示している。ここで、ガス抽出管５Ａ，５Ｂは支え板７に穿たれた一対の孔７１，７２にそれぞれ貫装されている。囲い板３は鉛直下方が開口部になるように、前述した側面板３１，３２及び天井板３３がコの字形に一体成形された一体成形板３０でなり、支え板７に穿たれたコの字形のスリット７０にそれぞれ嵌挿され、かつ、隙間が塞がれるように接合されている。

この構成によれば、スリットやコの字形に成形する工作上の精度が十分に高いときに、組み立てが容易化されるという利点がある。

なお、上記の各実施形態では断面形状がコの字形の囲い板３を用いたが、開口部を蒸気タービン排気流の下流側に向けて伝熱管群の一部を囲むような形状であれば、コの字形に限らず円弧状に形成したものであっても同様な効果が得られる。また、上記の実施形態では、ガス抽出管５Ａ〜５Ｄには、支え板７間に開口６を１個だけ設けたものについて説明したが、複数個設けても上述したと同様なガス吸引効果が得られる。さらに、上記実施形態は蒸気タービン排気流の流れの方向に２つの伝熱管群１を配置したものについて説明したが、本発明はこれに適用を限定されるものではなく、蒸気タービン排気流の流れの方向に伝熱管群１を１個だけしか設けていないものや、３個以上設けたものにも適用可能である。

本発明に係る復水器の第１の実施形態の構成を説明するために、主要部を横断して上から見た断面図。 図１に示した復水器を縦断してその側方から見た拡大断面図。 図１又は図２に示した復水器を構成するガス抽出管の詳細な構成を示す底面図及びその拡大断面図。 本発明に係る復水器の第２の実施形態の構成を示す斜視図であり、特に、ガス抽出管を囲む、囲い板の具体的構成例を示した図。 本発明に係る復水器の第３の実施形態の構成を示す斜視図であり、特に、ガス抽出管を囲む、囲い板の具体的構成例を示した図。 従来の復水器の構成を説明するために、主要部を横断して上から見た断面図。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 伝熱管群
２ 筐体
３Ａ、３Ｂ 囲い板
４Ａ、４Ｂ ガス冷却管群
５Ａ〜５Ｄ ガス抽出管
６ 開口
７ 支え板
８Ａ〜８Ｄ ガス引き出し管
９Ａ〜９Ｆ 開閉弁
１０ 配管
１１ 真空排気装置
３１，３２ 側面板
３３ 天井板
７０ コの字形一体成形板
１００ 復水器

Claims (7)

1. 伝熱管を多数配列してなる伝熱管群が収納され、管内を外部と連通させて前記伝熱管の端部がそれぞれ壁部に接合された筐体内に蒸気タービン排気を受け入れると共に、前記伝熱管内に冷却媒体を流通させて前記蒸気タービン排気を前記伝熱管の外表面部で凝縮させる復水器において、
   一端に開口部を有し、この開口部を蒸気タービン排気流の下流側に向けて前記伝熱管群の一部を囲むように設置され、一部の前記伝熱管群をガス冷却部管群とする囲い板と、
   前記ガス冷却部管群と平行にして前記囲い板の奥部に並設され、それぞれ長手方向に順次面積が増大するように管壁に形成された複数の開口を有し、かつ、前記開口の面積の増大方向が互いに逆になるように並設された２本のガス抽出管と、
   前記２本のガス抽出管の前記開口の面積が最大の端部にそれぞれ一端が連接され、中間部が前記筐体を通して外部に導出され、他端がそれぞれ真空排気装置の配管に接続されたガス引き出し管と、
   前記ガス引き出し管に設けられた開閉弁と、
   を備えたことを特徴とする復水器。
2. 前記伝熱管群、囲い板及びガス抽出管をその長手方向に所定の間隔で保持する支え板を備え、前記ガス抽出管の開口は前記支え板の間にそれぞれ１個又は複数個形成されたことを特徴とする請求項１に記載の復水器。
3. 前記ガス抽出管とガス引き出し管との連接部の近傍における前記囲い板の奥部にそれぞれ開口端をなす一端が配置され、中間部が前記筐体を通して外部に導出され、他端がそれぞれ真空排気装置の配管に接続された起動用のガス抽出配管と、前記起動用のガス抽出配管に設けられた開閉弁と、を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の復水器。
4. 前記囲い板は鉛直下方が前記開口部になるように縦断面形状がコの字形に形成され、前記ガス引き出し管及び起動用のガス抽出配管を、前記囲い板を貫通させて前記筐体の外部に導出させたことを特徴とする請求項３に記載の復水器。
5. 前記ガス抽出管は前記支え板に穿たれた孔に貫装され、前記コの字形の囲い板は、前記支え板の孔の両側に平行に穿たれたスリットにそれぞれ嵌挿された一対の側面板と、これらの側面板の各鉛直上方端部及び隣接する前記支え板に接合された天井板とで形成されていることを特徴とする請求項４に記載の復水器。
6. 前記囲い板はコの字形に一体成形されたものでなり、前記支え板にそれぞれ穿たれたコの字形のスリットにそれぞれ嵌挿され、かつ、接合されたことを特徴とする請求項３に記載の復水器。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の復水器の運転方法において、
   復水器の運転時には、前記伝熱管内への冷却媒体の入口側に連接された前記ガス引き出し管に設けられた前記開閉弁を開放すると共に、前記伝熱管内への冷却媒体の出口側に連接された前記ガス引き出し管に設けられた前記開閉弁を閉止し、
   前記伝熱管内への冷却媒体の流れ方向が逆転された場合には、それまで閉止されていた前記開閉弁を開放し、それまで開放されていた前記開閉弁を閉止するように、前記伝熱管内への冷却媒体の流れ方向に応じて前記開閉弁の開閉状態を切り替える、
   ことを特徴とする復水器の運転方法。

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