JP2006023053A - 空冷式復水器 - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱管に空気と水とを同時に供給するとともに、伝熱車管外表面の水に対する濡れ性を高く維持させ、水の気化熱を巧みに利用して空気の熱伝導率をより一層高めて凝縮性能を向上させる空冷式復水器を提供する。
【解決手段】本発明に係る空冷式復水器は、タービンからの排気蒸気が内部で凝縮する伝熱管１６ａ_１，…１６ｂ_１…と、この伝熱管１６ａ_１，…１６ｂ_１…の外周に設けられたフィン２０と、このフィン２０を設けた伝熱管１６ａ_１，…１６ｂ_１…の外側に強制的に空気を流通させる送風機１７と、からなる空冷式復水器において、前記伝熱管１６ａ_１，…１６ｂ_１…およびその外周部に設けられたフィン２０の外側にセラミックスによる被膜部を設けるとともに、この被膜部に水分を供給するための水分供給器とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蒸気タービンプラントから排出されるタービン排気を凝縮して復水にする復水器に係り、特にタービン排気を凝縮して復水にする冷却媒体を空気に求めた空冷式復水器に関する。

一般に、火力発電所等に適用する蒸気タービンプラントは、その入口の蒸気圧力、蒸気温度とその出口の蒸気圧力（タービン排気圧力）、蒸気温度（タービン排気温度）との差が大きければ大きいほど、より多くの仕事（出力）をすることが知られている。

このため、蒸気タービンプラントは、入口側の蒸気圧力、温度を高くさせるとともに、出口側に復水器を設け、復水器でタービン排気の圧力、温度をより一層低くさせる凝縮を行い、復水にし、蒸気の圧力、温度の差を高く維持させていた。

タービン排気の圧力、温度をより一層低くさせる場合、事業用の大容量蒸気タービンプラントは、復水器の使用する冷却媒体が毎秒数百万トン必要としているため、より多くの冷却媒体の確保が容易な臨海地域や大きな河川等に設けられている。

これに対し、冷却媒体が充分に確保できない、例えば内陸に立地している蒸気タービンプラントでは、復水器の冷却媒体として空気を使用しており、その構成として図４に示すものがある。

蒸気タービンプラントは、ボイラ１、加熱器２、蒸気タービン３、復水器４、給水ポンプ５を備え、蒸気を循環させるランキンサイクルを構成し、ボイラ１で発生した蒸気を加熱器２で加熱させて蒸気タービン３に供給し、ここで膨張仕事をさせ、膨張仕事を終えたタービン排気を復水器４に供給して凝縮させ、凝縮後の復水を給水ポンプ５で昇圧し、給水としてボイラ１に戻している。

また、復水器４は、図５および図６に示すように、タービン排気凝縮室６に収容され、タービン排気の凝縮部７を三角形状に形成するとともに、三角形状の各辺が交差する挟角位置にタービン排気を分配させるマニホールド８と、マニホールド８で分配され、伝熱管１０ａ_１（１０ｂ_１）を流下するに従って凝縮されて復水となった蒸気（タービン排気）を集める復水集合部９ａ，９ｂと、マニホールド８と復水集合部９ａ，９ｂとを互いに接続させ、タービン排気を凝縮させて復水にする多数の伝熱管１０ａ_１，１０ａ_２，…１０ｂ_１，…と、伝熱管１０ａ_１，１０ａ_２，…１０ｂ_１，…の外側に凝縮（冷却）用の空気を供給する送風機１１とを備えた構成になっている。

また、伝熱管１０ａ_１，１０ａ_２，…１０ｂ_１，１０ｂ_２，…は、図７または図８に示すように、横断面を長円筒状に形成する通路１２、または円筒状に形成する通路１３を備え、各通路１２，１３の外側に放熱面積を大きくするフィン１４を設けている。

このような構成の空冷式の復水器は、水冷式の復水器に較べて空気の熱伝達率が低いため、タービン排気の凝縮効率が低い等の不具合点を持っていた。このため、水冷式の復水器の凝縮効率と同じように高く維持させようとすると、空冷式の復水器は、超大型化が余儀なくされ、それが故に普及の妨げの要因にもなっていた。

このような、不具合点を補完するために、空冷式の復水器は、伝熱管にフィンを設けて伝熱面積をより多くする工夫を行っている。また、空気の熱伝達率を向上させるため、送風機の出力を増加させたり、フィンの形状に改良を加えたり（特許文献１参照）、ファンから供給される空気の流れを工夫したり（特許文献２参照）、空気の熱伝達率を向上させるために、空気を予め水の飽和蒸気温度まで加湿させたり（特許文献３参照）、あるいは特許文献４に見られるように、金属または無機粒子を含む樹脂を伝熱管外表面にコーティングし、伝熱管とフィンとの密着性を向上させるなどの数多くの提案がなされている。
特開平７−２２５０９１号公報 特開平１１−３７６６５号公報 特開平１１−１４２０６７号公報 特開２００１−２８０８９２号公報

上述の特許公報は、空気の熱伝達率向上の点から種々の改良が加えられている。

しかし、いずれの場合も、空気の熱伝達率をより一層高く維持させるには至っておらず、さらなる改良が求められていた。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、伝熱管に空気と水とを同時に供給するとともに、伝熱管外表面の水に対する濡れ性を高く維持させ、水の気化熱を巧みに利用して空気の熱伝達率をより一層高めて凝縮性能を向上させる空冷式復水器を提供することを目的とする。

本発明者は、タービン排気の凝縮効率をより一層向上させるため、試行錯誤を重ねた結果、空気に水を加えて伝熱管に噴霧させる一方、伝熱管の外表面にセラミックスの被膜部を形成して親水性にし、水の蒸発の際の気化熱を利用して空気の熱伝達率をより一層増加させ、このようにして伝熱管の凝縮効率を向上させ得ることを見出した。

すなわち、本発明に係る空冷式復水器は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、タービンからの排気蒸気が内部で凝縮する伝熱管と、この伝熱管の外周に設けられたフィンと、このフィンを設けた伝熱管の外側に強制的に空気を流通させる送風機と、からなる空冷式復水器において、前記伝熱管およびその外周部に設けられたフィンの外側にセラミックスによる被膜部を設けるとともに、この被膜部に液体噴霧する噴霧装置とを備えたものである。

また、本発明に係る空冷式復水器は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、請求項１記載の空冷式復水器において、前記セラミックスは、酸化ケイ素、酸化チタンのいずれか１種であることを特徴とする。

また、本発明に係る空冷式復水器は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、請求項１記載の空冷式復水器において、前記セラミックスは、湿式塗布により形成されたものである。

本発明に係る空冷式復水器は、フィンおよび伝熱管に冷却媒体としての空気および水を供給するとともに、フィンおよび伝熱管に親水性のセラミックスによる被膜部をコーティングし、空気と同時に供給される水がフィンおよび伝熱管を一様に濡らす構成にしたので、水の蒸発の際の気化熱を有効に利用して空気の熱伝達率をより一層増加させることができ、タービン排気の凝縮効率を著しく向上させることができる。

以下、本発明に係る空冷式復水器の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。

図１および図２は、本発明に係る復水器の実施形態を示す概念図である。なお、図中、図１は、本発明に係る空冷式復水器の正面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ矢視方向から見た側面図である。

本実施の形態に係る復水器は、蒸気タービン（図示せず）からの排気蒸気が導かれるマニホールド１４と、このマニホールド１４から下方側逆Ｖ字状に接続される多数の伝熱管１６ａ_１，１６ａ_２，１６ａ_３，…，１６ａ_１，１６ｂ_２，１６ｂ_３，…と、これらの各伝熱管の下端部に接続された復水集合部１５ａ，１５ｂとから主に構成され全体で排気凝縮部１３を構成している。また、前記伝熱管１６ａ_１，１６ａ_２，１６ａ_３，…，１６ａ_１，１６ｂ_２，１６ｂ_３，…の下方には、伝熱管に液体を噴霧する噴霧装置１８が設けられ、この噴霧装置１８には噴霧する液体が供給される配管１８ａが接続されている。さらに、排気凝縮部１３の下方には前記伝熱管外側に強制的に冷却空気を流すための送風機１７が設置されている。さらにこの排気凝縮部１３および噴霧装置１８は、その天井部が開口したタービン排気凝縮室１２に全体が収納されている。

また、伝熱管１６ａ_１，１６ａ_２，…１６ｂ_１，１６ｂ_２，…は、図３に示すように、中央にタービン排気を復水に凝縮させる通路１９を備えるとともに、外表面に伝熱面積を増加させるフィン２０が一体的に接合されている。

また、フィン２０および伝熱管１６ａ_１，１６ａ_２，…１６ｂ_１，１６ｂ_２，…には、内部を流通する蒸気の凝縮効率をより一層向上させる被膜部２１が設けられている。そして、被膜部２１は、親水性にしておき、水の蒸気の際、気化熱が利用されて空気の熱伝達率が高くなるようにしている。

なお、前記伝熱管は通常用いられる炭素鋼が入手の容易さやコスト的には最も好ましいが、腐食等を考慮してチタン管等でも良い。加えて、伝熱管外側に設けれるフィンは、その製作性の容易さ、コスト等を考慮するとアルミニウム製が望ましいが、他の材料でも良い。

次に、フィン２０および伝熱管１６ａ_１，１６ａ_２，…１６ｂ_１，１６ｂ_２，…への被膜部のコーティング例を、以下に説明する。

まず、テトラエトキシシランＳｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４からなる有機金属化合物に少量の水と酢酸を加えたものをエタノールで希釈し、コーティング用塗布液を作製した。この塗布液を、フィン２０および伝熱管１６ａ_１，１６ａ_２，…１６ｂ_１，１６ｂ_２，…の外表面にスプレー法により塗布し、常温で一昼夜乾燥させ、加水分解させた後、大気中、温度３００℃で２時間熱処理を行った。

このときのコーティング被膜は、酸化ケイ素からなる非晶質であり、膜厚は、約０．２μｍ、開気孔率は約１０％であった。

このように、本実施例は、フィン２０および伝熱管１６ａ_１，１６ａ_２，…１６ｂ_１，１６ｂ_２，…に酸化ケイ素からなる被膜部２１をコーティングするとともに、水供給部１８からの水を噴霧させたので、従来のように、フィン２０等への被膜部２１の形成もなく、水の噴霧もない場合に較べて約８０％以上の蒸気凝縮効率の向上が認められた。また、実機に適用し、１年経過後であっても、被膜部２１には、剥がれや性能等の現象は認められなかった。

本実施例は、フィン２０および伝熱管１６ａ_１，１６ａ_２，…１６ｂ_１，１６ｂ_２，…にシロキサン結合を有するシリコンの有機金属化合物を主成分とするコーティング剤をスプレー法により塗布し、常温で２週間放置し、硬化させた。

このときの被膜部２１は、酸化ケイ素からなる非晶質であり、膜厚は約１μｍ、開気孔率は約７％であった。

このように、本実施例は、フィン２０および伝熱管１６ａ_１，１６ａ_２，…１６ｂ_１，１６ｂ_２，…に酸化ケイ素からなる被膜部２１をコーティングするとともに、水供給部１８からの水を噴霧させたので、従来のように、フィン２０等への被膜部２１の形成もなく、水の噴霧もない場合に較べて約７０％以上の蒸気凝縮効率の向上が認められた。また、実機に適用し、１年経過後であっても、被膜部２１には、剥がれや性能等の現象は認められなかった。

アナターゼ型の結晶構造の酸化チタン超微粒子（粒径：約６ｎｍ）と水、および分散液からなるゾル状のコーティング用塗布液を作製した。この塗布液を、フィン２０および伝熱管１６ａ_１，１６ａ_２，…１６ｂ_１，１６ｂ_２，…の外表面にスプレー法により塗布し、常温で加水分解させた後、大気中、温度２００℃で２時間熱処理を行った。

膜厚は約０．５μｍ、開気孔率は約８％であった。

このように、本実施例は、フィン２０および伝熱管１６ａ_１，１６ａ_２，…１６ｂ_１，１６ｂ_２，…に酸化チタンからなる被膜部２１をコーティングするとともに、水供給部１８からの水を噴霧させたので、従来のように、フィン２０等への被膜部２１の形成もなく、水の噴霧もない場合に較べて約９０％以上の蒸気凝縮効率の向上が認められた。また、実機に適用し、１年経過後であっても、被膜部２１には、剥がれや性能等の現象は認められなかった。

シロキサン結合を有するシリコンの有機金属化合物を主成分とするコーティング液に平均粒子径８ｎｍのアナターゼ型結晶構造を有する酸化チタン粒子を分散させ懸濁液を作成し、コーティング用塗布液にした。そして、この塗布液を、フィン２０および伝熱管１６ａ_１，１６ａ_２，…１６ｂ_１，１６ｂ_２，…の外表面にスプレー法により塗布し、常温で乾燥させた後、大気中、温度３００℃で２時間熱処理を行った。

このときのコーティング被膜の組成は、モル比で酸化ケイ素：酸化チタン＝１：１であり、膜厚は約１μｍ、開気孔率は約８％であった。

このように、本実施例は、フィン２０および伝熱管１６ａ_１，１６ａ_２，…１６ｂ_１，１６ｂ_２，…に酸化ジルコニウムの混合相からなる被膜部２１をコーティングするとともに、水供給部１８からの水を噴霧させたので、従来のように、フィン２０等への被膜部２１の形成もなく、水の噴霧もない場合に較べて約７０％以上の蒸気凝縮効率の向上が認められた。また、実機に適用し、１年経過後であっても、被膜部２１には、剥がれや性能等の現象は認められなかった。

本発明に係る空冷式復水器の実施形態を示す正面図。 図１のＡ−Ａ矢視方向から見た側面図。 図２に示した伝熱管の一部切欠部分拡大断面図。 従来の蒸気タービンプラントを示す概略系統図。 従来の復水器を示す正面図。 図５のＢ−Ｂ矢視方向から見た側面図。 図５に示した伝熱管の部分斜視図。 図５に示した別の伝熱管の部分斜視図。

符号の説明

１ ボイラ
２ 加熱器
３ 蒸気タービン
４ 復水器
５ 給水ポンプ
６ タービン排気凝縮室
７ 凝縮部
８ マニホールド
９ａ，９ｂ 復水集合部
１０ａ_１，１０ｂ_１ 伝熱管
１１ 送風機
１２ 排気凝縮室
１３ 排気凝縮部
１４ マニホールド
１５ａ，１５ｂ 復水集合部
１６ａ_１，１６ｂ_１ 伝熱管
１７ 送風機
１８ 噴霧装置
１８ａ 配管
１９ 通路
２０ フィン
２１ 被膜部

Claims (3)

1. タービンからの排気蒸気が内部で凝縮する伝熱管と、
   この伝熱管の外周に設けられたフィンと、
   このフィンを設けた伝熱管の外側に強制的に空気を流通させる送風機と、
   からなる空冷式復水器において、
   前記伝熱管およびその外周部に設けられたフィンの外側にセラミックスによる被膜部を設けるとともに、この被膜部に液体噴霧する噴霧装置とを
   備えたことを特徴とする空冷式復水器。
2. 請求項１記載の空冷式復水器において、前記セラミックスは、酸化ケイ素、酸化チタンのいずれか１種であることを特徴とする空冷式復水器。
3. 請求項１記載の空冷式復水器において、前記セラミックスは、湿式塗布により形成されたことを特徴とする空冷式復水器。

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