JP2008180188A - 複圧式復水器 - Google Patents

Abstract

【課題】下流側の復水器の入口冷却水温度を低下させ、真空度の良化や伝熱面積の縮小を図ることができる複圧式復水器を提供することである。
【解決手段】複数の復水器１１ａ〜１１ｃ間を直列に冷却水が循環し、最上流の復水器１１ａを最低圧として各復水器１１ｂ、１１ｃが順次より高い圧力を有する復水タービン用の複圧式復水器であり、直列接続された複数の復水器１１ａ〜１１ｃの少なくとも一つをバイパスするバイパス系統１４を設け、バイパス系統１４を介して上流側の復水器の入口から下流側の復水器の入口に冷却水を供給する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の復水器間を直列に冷却水が循環し、最上流の復水器を最低圧として各復水器が順次より高い圧力を有する復水タービン用の複圧式復水器に関する。

一般に、復水タービンは復水装置により連続的に作動流体を凝縮させることで背圧を維持しており、復水装置には表面接触型の熱交換器である復水器が用いられる。この復水器においては、目標とする背圧下での作動流体の飽和温度以下の冷却水を供給する必要がある。設備の環境条件により複数の並列する復水器毎に十分な量の冷却水が得られない場合には、復水器内での熱交換の過程で冷却水の温度が大きく上昇し、目標とする背圧を達成できない。

そのため、このような場合には、冷却水を復水器毎に分配することなく、全量を各復水器に対して直列に循環させる複圧式復水器を用いる。これにより、各復水器での冷却水温度上昇を小さくし、高真空度の背圧を得るようにしている。

図９は復水タービンプラントの従来の複圧式復水器の系統構成図である。複圧式復水器１１は、低圧復水器１１ａ、中圧復水器１１ｂ、高圧復水器１２ｃの３基の復水器から構成されており、冷却塔１２で冷却された冷却水を循環水ポンプ１３から複圧式復水器１１に供給する。冷却水は低圧復水器１１ａ、中圧復水器１１ｂ、高圧復水器１２ｃの順に複圧式復水器１１を直列に貫いて流れ、各復水器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ内でタービン作動流体から表面接触により熱量を受け取り冷却水としての役割を果たす。

図１０は図９における複圧式復水器１１の冷却水温度の推移を示すグラフである。各復水器１１ａ、１１ｂ、１１ｃでは冷却水の出口での冷却水温度を下回らない温度にてタービン作動流体側の飽和圧力が決定するため、循環する冷却水側から見て最も上流側に位置する復水器１１ａが最も高真空度、以下下流の復水器１１ｂ、１１ｃの順に、より低真空の器内圧力が、それぞれ接続する復水タービンの背圧となっている。最下流の復水器１１ｃを出た冷却水はさらに下流側にて冷却塔１２に流入し、ここで複圧式復水器１１内の熱交換で得た熱量を大気中に放出する。熱量を放出し温度の低下した冷却水は再び循環水ポンプ１３により複圧式復水器１１に送られる。

ここで、蒸気タービンプラントに用いる復水器装置において、復水器の排熱を利用し、かつ取放水温度を７℃以下とするようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−２１２０５号公報

しかし、従来の複圧式復水器においては、下流側に位置する復水器は上流側の復水器での熱交換により温度の上昇した冷却水を冷却源とするため、必然的に復水器真空度を悪く設定するか、または可能な限り復水器真空度を良化させるために機器を大型化し伝熱面積を大きく取る必要がある。この際、復水器真空度を悪く設定すると復水タービンの熱効率を悪化させることになり、また、機器を大型化し伝熱面積を大きく取ると、機器の採算性を悪化させる。

また、特許文献１のものは、熱回収装置を設けて、蒸気タービン用複圧式復水器の冷却水温度上昇が入口取水温度に対して、同復水器の冷却水が最初に流入する胴の出口部において７℃未満になり、かつ最後に流出する胴の出口部において７℃を超えるように冷却水量を設定すると共に、同復水器の冷却水排出側に取放水温度差を７℃以下に保持するものであり、装置構成が複雑になりコストも高くなる。

本発明の目的は、下流側の復水器の入口冷却水温度を低下させ、真空度の良化や伝熱面積の縮小を図ることができる複圧式復水器を提供することである。

本発明の複圧式復水器は、複数の復水器間を直列に冷却水が循環し、最上流の復水器を最低圧として各復水器が順次より高い圧力を有する復水タービン用の複圧式復水器において、直列接続された複数の復水器の少なくとも一つをバイパスして下流側の復水器の入口に冷却水を供給するバイパス系統を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、複数の復水器の少なくとも一つをバイパスして下流側の復水器の入口に冷却水を供給するので、下流側の復水器の入口冷却水温度を低下させ、真空度の良化や伝熱面積の縮小を図ることができる。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わる複圧式復水器の一例を示す系統構成図である。複圧式復水器１１は、低圧復水器１１ａ、中圧復水器１１ｂ、高圧復水器１１ｃの３基の復水器から構成されており、冷却塔１２からの冷却水は循環水ポンプ１３から複圧式復水器１１に供給される。冷却水は低圧復水器１１ａ、中圧復水器１１ｂ、高圧復水器１１ｃの順に複圧式復水器間を直列に貫いて流れ、各復水器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ内でタービン作動流体から表面接触により熱量を受け取ることで冷却水としての役割を果たす。また、低圧復水器１１ａの入口で冷却水は一部がバイパス系統１４により分岐し、中圧復水器１１ｂの入口において低圧復水器１１ａをバイパスする形で再合流している。

図２は図１における複圧式復水器１１の冷却水温度の推移を示すグラフである。低圧復水器１１ａでの温度上昇は、真空度を高くタービン作動流体側の温度を低くして、上昇幅の増加を抑えている。一方、中圧復水器１１ｂの入口では、バイパス系統１４をバイパスした冷却水の再合流により、中圧復水器１１ｂの入口での冷却水温度は温度ΔＴだけ低下している。従って、中圧復水器１１ｂ、高圧復水器１１ｃでの冷却水出口温度も温度ΔＴだけ下がる。最下流の高圧復水器１１ｃを出た冷却水は、その下流側にて冷却塔１２に流入し、ここで複圧式復水器１１内の熱交換で得た熱量を大気中に放出する。熱量を放出し温度の低下した冷却水は、再び循環水ポンプ１３により複圧式復水器１に冷却水として送られる。

各復水器１１ａ、１１ｂ、１１ｃでは冷却水出口での冷却水温度を下回らない温度にてタービン作動流体側の飽和圧力が決定するため、冷却水側から見て最も上流側に位置する復水器１１ａが最も高真空度、以下、下流の復水器１１ｂ、１１ｃの順に、より低真空の器内圧力がそれぞれ接続する復水タービンの背圧となるのは従来と同様であるが、第１の実施の形態では、中圧復水器１１ｂの入口での冷却水の温度低下に伴い、中圧復水器１１ｂ、高圧復水器１１ｃでの冷却水出口温度が下がるので、下流側の復水器１１ｂ、１１ｃは従来と同等の伝熱面積にて、より高真空度にできる。もしくは、高真空度を志向せず、複圧式復水器１１の全体での熱負荷を維持した場合には、伝熱面積をより小さくすることが可能となる。

以上の説明では、バイパス系統１４は低圧復水器１１ａをバイパスするように構成したが、図３に示すように、低圧復水器１１ａ及び中圧復水器１１ｂの双方をバイパスするように構成してもよい。図３において、低圧復水器１１ａの入口でバイパス系統１４により分岐した一部の冷却水は、低圧復水器１１ａ及び中圧復水器１１ｂをバイパスして高圧復水器１１ｃの入口において再合流する。

図４は図３における複圧式復水器１１の冷却水温度の推移を示すグラフである。高圧復水器１１ｃの入口では、バイパス系統１４をバイパスした冷却水の再合流により、高圧復水器１１ｃの入口での冷却水温度は温度ΔＴだけ低下している。従って、高圧復水器１１ｃでの冷却水出口温度も温度ΔＴだけ下がる。これにより、高圧復水器１１ｃの下流側での冷却水温度は低下しており、高圧復水器１１ｃは従来と同等の伝熱面積にて、より高真空度にできる。もしくは、高真空度を志向せず複圧式復水器１１の全体での熱負荷を維持した場合には、伝熱面積をより小さくすることが可能となる。

第１の実施の形態によれば、複圧式復水器１１を構成する復水器１１のうちバイパス系統によりバイパスした復水器の下流側の復水器の真空度を高真空とすることができ、あるいは伝熱面積を縮小することが可能であるので、復水タービンの熱効率を改善でき、また機器の採算性を大きく改善できる。

（第２の実施の形態）
図５は本発明の第２の実施の形態に係わる複圧式復水器の一例を示す系統構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、バイパス系統１４に、バイパスさせる冷却水の流量を設定するためのオリフィス１５を設置したものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

図５において、冷却水のバイパス系統１４にはオリフィス１５が設けられている。このオリフィス１５は、複圧式復水器１１の冷却水のバイパス流量を設定するものであり、予めバイパス系統１４をバイパスして通過する冷却水量を決めるものである。これにより、復水器１１ａのバイパス系統のオリフィス１５により、復水器１１ａをバイパスさせる流量を任意に設定できる。

また、図６に示すように、オリフィス１５に代えてバイパス系統１４に絞り弁１６を設けるようにしてもよい。この絞り弁１４の開度は、運転員により調整が可能であり、運転者の意図により冷却水のバイパス流量を複圧式復水器１１の運用段階において調整できる。

また、図７に示すように、バイパス系統１４にオリフィス１５と絞り弁１６とを並列に接続することも可能である。この場合、冷却水バイパス流量の制限は主としてオリフィス１５により行われる。そのため、絞り弁１６は図６の一例に対して、より緻密に流量を調整することができる。

さらに、図８に示すように、バイパス系統１４に設けた絞り弁１６の開度を制御する制御装置１７を設けるようにしてもよい。絞り弁１６の開度はバイパスされる低圧復水器１１ａの器内圧力により制御する。すなわち、バイパスされる低圧復水器１１ａの器内圧力Ｐは圧力検出器１８で検出され制御装置１７に入力される。バイパス系統１４を流れる冷却水のバイパス流量と復水器１１ａの真空度とは相関関係にあるので、制御装置１７は復水器１１ａの機内圧力（真空度）Ｐを検出して、機内圧力Ｐが所定値になるように冷却水のバイパス流量を調節する。この復水器１１ａの真空度による弁制御により、プラント運転中、常に復水器１１ａの機内圧力を最適な状態に保つ。

このように本発明の実施の形態では、一連の系統構成において上流側に位置する復水器の入口側にて冷却水の一部を分岐させる。この分岐した冷却水は上流側の復水器をバイパスし、低い冷却水温度のまま上流側の復水器より下流側にて合流する。このとき、上流側の復水器は冷却水量が低下するもののバイパス系統により冷却水バイパス量及び真空度を適宜設定することができる。

これにより、温度上昇幅の増加分を抑え、一方、下流側に位置する復水器ではバイパスされた冷却水の再合流により、従来に比べて低温で冷却水の供給を受けることができるため、復水器真空度を高くあるいは伝熱面積を縮小することで小型化が可能となる。つまり、復水タービンの熱効率が改善され、機器の採算性の改善に大きく寄与する。

本発明の実施の形態によれば、容易かつ効率的に復水タービンプラントの複圧式復水器１１における下流側の復水器を高復水器真空度にすることができ、伝熱面積を小さくできる。これにより、復水タービンの熱効率あるいは機器の採算性が大きく改善された復水タービンプラントを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係わる複圧式復水器の一例を示す系統構成図。 図１における複圧式復水器１１の冷却水温度の推移を示すグラフ。 本発明の第１の実施の形態に係わる他の一例を示す複圧式復水器の系統構成図。 図３における複圧式復水器１１の冷却水温度の推移を示すグラフ。 本発明の第２の実施の形態に係わる複圧式復水器の一例を示す系統構成図。 本発明の第２の実施の形態に係わる複圧式復水器の他の一例を示す系統構成図。 本発明の第２の実施の形態に係わる複圧式復水器の別の他の一例を示す系統構成図。 本発明の第２の実施の形態に係わる複圧式復水器のさらに別の他の一例を示す系統構成図。 復水タービンプラントの従来の複圧式復水器の系統構成図。 図９における複圧式復水器１１の冷却水温度の推移を示すグラフ。

符号の説明

１１…複圧式復水器、１２…冷却塔、１３…循環水ポンプ、１４…バイパス系統、１５…オリフィス、１６…絞り弁、１７…制御装置、１８…圧力検出器

Claims (5)

1. 複数の復水器間を直列に冷却水が循環し、最上流の復水器を最低圧として各復水器が順次より高い圧力を有する復水タービン用の複圧式復水器において、直列接続された複数の復水器の少なくとも一つをバイパスして下流側の復水器の入口に冷却水を供給するバイパス系統を設けたことを特徴とする複圧式復水器。
2. 前記バイパス系統に、バイパスさせる冷却水の流量を設定するためのオリフィスを設置したことを特徴とする請求項１に記載の複圧式復水器。
3. 前記バイパス系統に、バイパスさせる冷却水の流量を調節するための絞り弁を設置したことを特徴とする請求項１に記載の複圧式復水器。
4. 前記バイパス系統に、バイパスさせる冷却水の流量を設定するためのオリフィスを設置するとともに、前記オリフィスに並列にバイパスさせる冷却水の流量を調節するための絞り弁を設置したことを特徴とする請求項１に記載の複圧式復水器。
5. 前記絞り弁は、前記バイパス系統によりバイパスされる復水器の器内圧力により弁開度が制御されることを特徴とする請求項３または４に記載の複圧式復水器。

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