JP2007107814A

JP2007107814A - 空冷復水器

Info

Publication number: JP2007107814A
Application number: JP2005299127A
Authority: JP
Inventors: Toshihisa Kiyokuni; 寿久清國
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2007-04-26

Abstract

【課題】蒸気タービンプラントの外気温度に左右されることなく安定した出力及び効率を確保するとともに、大量の水を消費することなく空気冷却器本体及びその付属設備の損傷を防止することにある。
【解決手段】発電用その他に利用される蒸気タービン１より排気される蒸気を排気管２により復水器本体５内に形成された風洞５ａに導き、復水器本体５に設けられた空気入口部より風洞５ａに導入された空気との熱交換により蒸気を凝縮させて復水する空冷復水器において、復水器本体５の空気入口部に設けられた吸気冷却器９と、この吸気冷却器９に冷却配管１０を介して接続され冷媒を循環させて空気入口部より風洞５ａに流入する空気を冷却する放熱器１２と、吸気冷却器９より放熱器１２に戻る冷媒を凝縮させる圧縮機１１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電用その他に利用される蒸気タービンの復水装置として適用される空冷復水器に関する。

従来、蒸気タービンの復水装置として適用される空冷復水器においては、季節変化や天候の変化により冷却能力が変動するが、特に外気温度が高い夏季日中などにあってはこの冷却能力が著しく低下する。このため、復水器の真空度が低下し、電力需要の増加に反して蒸気タービンの出力が低下したり、あるいは蒸気タービンの出力を維持するために燃料供給量を増加させたりすると、プラント効率が低下するなどの問題があった。

このような問題を解消する手段として、例えば空冷復水器の空気入口部に設けられたノズルとこのノズルにつながれた給水ポンプとからなる冷却装置及びその制御方法（特許文献１）や、蒸気タービンから空冷復水器への排気管を冷却する、水槽、冷却水管、供給ポンプ及び散水ノズルとからなる散水装置及びその制御方法（特許文献２）が知られている。
特開平９−１５９３７８号公報特開２０００−３３７１０６号公報

しかしながら、これらの技術ではいずれも冷却水として大量の水を必要とする上、前者の冷却装置及びその制御方法では復水器の冷却管に気化しない水滴が衝突した後、管表面で蒸発することによって冷却管外表面のエロージョンを引起すという問題があり、また後者の散水装置及びその制御方法では排気管への継続的な散水によって排気管の腐食を進行させるなど、空冷復水器本体及びその付属設備に損傷を与える可能性があった。

本発明はこのような課題を解決し、蒸気タービンプラントの外気温度に左右されることなく安定した出力及び効率を確保するとともに、大量の水を消費することなく空気冷却器本体及びその付属設備の損傷を防止できる空冷復水器を提供することを目的とする。

本発明は、発電用その他に利用される蒸気タービンより排気される蒸気を排気管により復水器本体内に形成された風洞に導き、前記復水器本体に設けられた空気入口部より風洞に導入された空気との熱交換により前記蒸気を凝縮させて復水する空冷復水器において、前記復水器本体の空気入口部に設けられた吸気冷却器と、この吸気冷却器に冷却配管を介して接続され冷媒を循環させて前記空気入口部より前記風洞に流入する空気を冷却する放熱器と、前記吸気冷却器より前記放熱器に戻る冷媒を凝縮させる圧縮機とを備えるものである。

また、本発明は、前記復水器本体の空気入口部に設けられた吸気冷却器と、この吸気冷却器に冷却配管を介して接続され液体を循環させて前記風洞の空気入口部より前記復水器本体内に流入する空気を冷却する潜熱蓄熱槽と、この潜熱蓄熱槽に前記液体を冷却するための氷を製氷して蓄える冷凍機とを備えるものである。

さらに、前記復水器本体の空気入口部に設けられたノズルマニフォールドと、このノズルマニフォールドに圧縮空気管を介して接続され空気圧縮機により昇圧した空気を冷却するとともに前記ノズルマニフォールドに送気して前記復水器本体の内部に向けて噴射させる圧縮空気冷却器とを備えるものである。

また、本発明は、前記風洞の空気入口部に設けられたノズルマニフォールドと、このノズルマニフォールドに圧縮空気管を介して接続され空気圧縮機により昇圧された空気を冷却するとともに前記ノズルマニフォールドに送気して前記復水器本体の内部に向けて噴射させる圧縮空気冷却器と、この圧縮空気冷却器に冷媒を導入して前記圧縮空気を冷却する放熱器と、前記圧縮空気冷却器から前記放熱器に戻る冷媒を凝縮する圧縮機とを備えるものである。

さらに、本発明は、前記風洞の空気入口部に設けられたノズルマニフォールドと、このノズルマニフォールドに圧縮空気管を介して接続され空気圧縮機により昇圧された空気を冷却するとともに前記ノズルマニフォールドに送気して前記復水器本体の内部に向けて噴射させる圧縮空気冷却器と、この圧縮空気冷却器に冷却配管を介して接続され液体を循環させて前記圧縮空気を冷却する潜熱蓄熱槽と、この潜熱蓄熱槽に前記液体を冷却するための氷を製氷して蓄える冷凍機とを備えるものである。

本発明によれば、蒸気タービンプラントの外気温度に左右されることなく安定した出力及び効率を確保するとともに、大量の水を消費することなく空気冷却器本体及びその付属設備の損傷を防止することができる。

以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明による空冷復水器を蒸気タービンの復水装置として適用した第１の実施形態を示す構成図である。

図１において、１は図示しないボイラより流入する蒸気により駆動される蒸気タービンで、この蒸気タービン１より排気された蒸気は排気管２を通して複数の復水部３にそれぞれ導入される。これら各復水部３に導入された蒸気は、復水器本体５内に仕切板５ｂにより形成された複数の風洞（本例では３風洞）５ａの上部より導入される。

この場合、各復水部３は排気管２より導入した排気蒸気を２股に分岐された配管を通して各風洞５ａの上部に導き、その下方に各風洞間に跨って配設された復水管６に導かれる。

また、各風洞上部の復水部３と復水管６との間に存する空間部にファン４が設置され、このファン４により復水部３より復水管６に流入する排気蒸気が各風洞５ａに導入された空気との熱交換により凝縮されて復水器本体５の外部に設置された貯水タンク７に一時的に蓄えられる。この貯水タンク７に蓄えられた凝縮水は、給水ポンプ８により図示しないボイラへ送水される。

一方、復水器本体５の下部に存する複数の空気入口部の外側には、吸気冷却器９が設置される。これら吸気冷却器９は放熱器１２に冷却配管１０により接続され、代替フロンなどの冷媒の循環経路が形成される。

また、放熱器１２の冷媒戻り流入口近傍の冷却配管１０には冷媒を凝縮させるための圧縮機１１が設けられ、冷媒の凝縮により発生する熱は放熱器１２より系外に逃がされるが、本実施形態では放熱器１２より系外に逃がされる熱の有効利用を図るため、燃料ガスを加熱して図示しないボイラに供給する燃料加熱器１３が設けられる。

ここで、上記吸気冷却器９、冷却配管１０、圧縮機１１及び放熱器１２は、吸気冷却装置を構成している。

このような構成の吸気冷却装置を備えた空冷復水器において、冷媒は断熱圧縮→冷却→吸気冷却器９での熱回収→膨張のサイクルを繰り返しながら循環する。したがって、復水器本体５の空気入口部より風洞５ａに流入する空気温度を吸気冷却器９により大気温度より低くすることができるので、蒸気タービンプラントの外気温度に左右されることなく安定した出力及び効率を確保することができる。また、大量の水を消費することなく、空気冷却器本体及びその付属設備の損傷を防止することができる。

さらに、本実施形態においては、放熱器１２の上部に燃料加熱器１３を熱の伝導可能に設置して熱回収を行うようにしたので、ボイラ入口の燃料温度を上昇させ、プラントの熱効率の向上を図ることができる。

なお、上記のような熱回収方法は、ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントとを組合せたコンバインドサイクルプラントにおいても有効であり、さらに燃料加熱器に代えて給水加熱器を設置しても同様の効果を得ることができる。

図２は、本発明による空冷復水器を蒸気タービンの復水装置として適用した第２の実施形態を示す構成図で、図１と同一構成部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。

第２の実施形態では、各吸気冷却器９に導入される冷媒としてエチレングリコール水溶液等の液体を用い、この液体を冷媒循環ポンプ１４により冷媒配管１０を通して潜熱蓄熱槽１５と各吸気冷却器９との間を循環させるようにしたものである。この場合、潜熱蓄熱槽１５の内部には冷凍機１６により製氷された氷が蓄えられ、この氷により液体が冷却される。

ここで、上記吸気冷却器９、冷却配管１０、冷媒循環ポンプ１４、潜熱蓄熱槽１５及び冷凍機１６は、吸気冷却装置を構成している。

このような構成の吸気冷却装置を備えた空冷復水器において、潜熱蓄熱槽１５により冷却された液体は冷媒循環ポンプ１４により吸気冷却器９と潜熱蓄熱槽１５との間を循環することで、吸気冷却器９により復水器本体５の入口空気温度を大気温度より低くすることができる。これにより、蒸気タービンプラントの蒸気タービンプラントの外気温度に左右されることなく安定した出力及び効率を確保することができる。また、大量の水を消費することなく、空気冷却器本体及びその付属設備の損傷を防止することができる。

なお、上記実施形態においては、潜熱蓄熱槽１５内に蓄えられる氷を冷凍機１６により製氷しているが、この冷凍機１６を夜間等の余剰電力により稼動させて製氷するようにすれば、プラントの発電電力量の平滑化することができる。

図３は、本発明による空冷復水器を蒸気タービンの復水装置として適用した第３の実施形態を示す構成図で、図１と同一構成部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。

第３の実施形態では、復水器本体５の各風洞部５ａの下部に存する複数の空気入口部の外側に格子状にノズルマニフォールド２０を設置し、これら各ノズルマニフォールド２０と空気圧縮機１７により昇圧された空気を冷却する圧縮空気冷却器１８とを圧縮空気管１９により接続するようにしたものである。

また、圧縮空気冷却器１８の上部には、復水を加熱して図示しないボイラに供給する給水加熱器２１が設けられる。

このような構成の吸気冷却装置を備えた空冷復水器において、空気圧縮機１７で昇圧された空気は圧縮空気冷却器１８により冷却され、圧縮空気管１９を通してノズルマニフォールド２０から復水器本体５の内部に向けて噴射される。この復水器本体５内に噴射された空気は断熱膨張によって温度降下することから、復水器本体５の入口空気温度を大気温度より低くすることができる。これにより、蒸気タービンプラントの外気温度に左右されることなく安定した出力及び効率を確保することができる。また、大量の水を消費することなく、空気冷却器本体及びその付属設備の損傷を防止することができる。

さらに、本実施形態においては、圧縮空気冷却器１８の上部に給水加熱器２１を設けて熱回収し、ボイラへの復水温度を上昇させて供給するようにしたので、プラントの熱効率の向上を図ることができる。

なお、上記のような熱回収方法は、ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントとを組合せたコンバインドサイクルプラントにおいても有効であり、さらに給水加熱器に代えて第１の実施形態と同様に燃料加熱器を設置しても同様の効果を得ることができる。

図４は、本発明による空冷復水器を蒸気タービンの復水装置として適用した第４の実施形態を示す構成図で、図１と同一構成部品には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。

第４の実施形態では、復水器本体５の各風洞部５ａの下部に存する複数の空気入口部の外側に格子状にノズルマニフォールド２０を設置し、これら各ノズルマニフォールド２０と空気圧縮機１７により昇圧された空気を冷却する圧縮空気冷却器１８とを圧縮空気管１９により接続し、さらに圧縮空気冷却器１８に代替フロンなどの冷媒を導入して圧縮空気を冷却する放熱器１２と設ける構成としたものである。

この場合、圧縮空気冷却器１８で圧縮空気と熱交換した冷媒は、圧縮機１１により凝縮されて放熱器１２に戻され、この冷媒の凝縮により放散される熱を放熱器１２より系外へ逃がすようにしている。

このような構成の吸気冷却装置を備えた空冷復水器において、空気圧縮機１７で昇圧された空気が圧縮空気冷却器１８に導入されると、この圧縮空気は放熱器１２より導入される冷媒と熱交換されて冷却され、圧縮空気管１９を通してノズルマニフォールド２０から復水器本体５の内部に向けて噴射される。この復水器本体５内に噴射された空気は断熱膨張によって温度降下することから、復水器本体５の入口空気温度を大気温度より低くすることができる。これにより、蒸気タービンプラントの外気温度に左右されることなく安定した出力及び効率を確保することができる。また、大量の水を消費することなく、空気冷却器本体及びその付属設備の損傷を防止することができる。

なお、上記実施形態で設けられた圧縮機１１及び放熱器１２に代えて、第２の実施形態で述べた冷凍機と潜熱蓄熱槽の組合せからなる冷却装置を適用し、冷凍機１６を夜間等の余剰電力により稼動させて製氷するようにすれば、プラントの発電電力量の平滑化することができる。

本発明による空冷復水器を蒸気タービンの復水装置として適用した第１の実施形態を示す構成図。本発明による空冷復水器を蒸気タービンの復水装置として適用した第２の実施形態を示す構成図。本発明による空冷復水器を蒸気タービンの復水装置として適用した第３の実施形態を示す構成図。本発明による空冷復水器を蒸気タービンの復水装置として適用した第４の実施形態を示す構成図。

符号の説明

１…蒸気タービン、２…排気管、３…腹水部、４…ファン、５…復水器本体、５ａ…風洞、５ｂ…仕切板、６…復水管、７…貯水タンク、８…給水ポンプ、９…吸気冷却器、１０…冷媒管路、１１…圧縮機、１２…放熱器、１３…燃料加熱器、１４…冷媒循環ポンプ、１５…潜熱蓄熱槽、１６…冷凍機、１７…空気圧縮機、１８…圧縮空気冷却器、１９…圧縮空気管、２０…ノズルマニフォールド、２１…給水加熱器

Claims

発電用その他に利用される蒸気タービンより排気される蒸気を排気管により復水器本体内に形成された風洞に導き、前記復水器本体に設けられた空気入口部より風洞に導入された空気との熱交換により前記蒸気を凝縮させて復水する空冷復水器において、
前記復水器本体の空気入口部に設けられた吸気冷却器と、
この吸気冷却器に冷却配管を介して接続され冷媒を循環させて前記空気入口部より前記風洞に流入する空気を冷却する放熱器と、
前記吸気冷却器より前記放熱器に戻る冷媒を凝縮させる圧縮機と、
を備えたことを特徴とする空冷復水器。
前記放熱器に燃料加熱器又は給水加熱器を熱伝導可能に設けて前記蒸気タービンの燃料ガスを加熱又は給水を予熱することを特徴とする請求項１記載の空冷復水器。
発電用その他に利用される蒸気タービンより排気される蒸気を排気管により復水器本体内に形成された風洞に導き、前記復水器本体に設けられた空気入口部より風洞に導入された空気との熱交換により前記蒸気を凝縮させて復水する空冷復水器において、
前記復水器本体の空気入口部に設けられた吸気冷却器と、
この吸気冷却器に冷却配管を介して接続され液体を循環させて前記風洞の空気入口部より前記復水器本体内に流入する空気を冷却する潜熱蓄熱槽と、
この潜熱蓄熱槽に前記液体を冷却するための氷を製氷して蓄える冷凍機と、
を備えたことを特徴とする空冷復水器。
発電用その他に利用される蒸気タービンより排気される蒸気を排気管により復水器本体内に形成された風洞に導き、前記復水器本体に設けられた空気入口部より風洞に導入された空気との熱交換により前記蒸気を凝縮させて復水する空冷復水器において、
前記復水器本体の空気入口部に設けられたノズルマニフォールドと、
このノズルマニフォールドに圧縮空気管を介して接続され空気圧縮機により昇圧した空気を冷却するとともに前記ノズルマニフォールドに送気して前記復水器本体の内部に向けて噴射させる圧縮空気冷却器と、
を備えたことを特徴とする空冷復水器。
前記圧縮空気冷却器に燃料加熱器又は給水加熱器を熱伝導可能に設けて前記蒸気タービンの燃料ガスを加熱又は給水を予熱することを特徴とする請求項５記載の空冷復水器。
発電用その他に利用される蒸気タービンより排気される蒸気を排気管により復水器本体内に形成された風洞に導き、前記復水器本体に設けられた空気入口部より風洞に導入された空気との熱交換により前記蒸気を凝縮させて復水する空冷復水器において、
前記風洞の空気入口部に設けられたノズルマニフォールドと、
このノズルマニフォールドに圧縮空気管を介して接続され空気圧縮機により昇圧された空気を冷却するとともに前記ノズルマニフォールドに送気して前記復水器本体の内部に向けて噴射させる圧縮空気冷却器と、
この圧縮空気冷却器に冷媒を導入して前記圧縮空気を冷却する放熱器と、
前記圧縮空気冷却器から前記放熱器に戻る冷媒を凝縮する圧縮機と、
を備えたことを特徴とする空冷復水器。
発電用その他に利用される蒸気タービンより排気される蒸気を排気管により復水器本体内に形成された風洞に導き、前記復水器本体に設けられた空気入口部より風洞に導入された空気との熱交換により前記蒸気を凝縮させて復水する空冷復水器において、
前記風洞の空気入口部に設けられたノズルマニフォールドと、
このノズルマニフォールドに圧縮空気管を介して接続され空気圧縮機により昇圧された空気を冷却するとともに前記ノズルマニフォールドに送気して前記復水器本体の内部に向けて噴射させる圧縮空気冷却器と、
この圧縮空気冷却器に冷却配管を介して接続され液体を循環させて前記圧縮空気を冷却する潜熱蓄熱槽と、
この潜熱蓄熱槽に前記液体を冷却するための氷を製氷して蓄える冷凍機と、
を備えたことを特徴とする空冷復水器。
前記冷凍機を夜間等の余剰電力により稼動させて製氷することを特徴とする請求項３又は請求項７記載の空冷復水器。