JP2018044703A

JP2018044703A - 直接接触式復水器

Info

Publication number: JP2018044703A
Application number: JP2016178681A
Authority: JP
Inventors: 将太津田; Shota Tsuda; 慎司莖田; Shinji Kukita; 亨栄齋藤; Kyoei Saito
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2016-09-13
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2018-03-22

Abstract

【課題】大幅な冷却水流量の変化に対応可能な水平排気型の直接接触式復水器を提供することを目的とする。【解決手段】本実施形態では、タービン排気が流入する混合ガス入口部と、混合ガス入口部に接続された本体胴容器と、当該容器の内部に位置し複数個のスプレーノズルが設けられ複数個配列された主冷却水供給管と、当該供給管に冷却水を供給する主冷却水ヘッダと、前記本体胴容器に接続され混合ガス入口部と対面するように配置されたガス冷却容器と、本体胴容器下部に接続され凝縮水と冷却水の混合水を排出する出口容器と、主冷却水ヘッダから独立して冷却水を供給される補助冷却水ヘッダと、補助冷却水ヘッダに接続された補助冷却水供給管とを有することにより上記目的を達成する。【選択図】図１

Description

本発明は、地熱タービンに使われる直接接触式復水器に関する。

地熱エネルギーは環境に与える影響の少ない再生可能エネルギーの一つとして注目されて
いる。地熱発電プラントにおいて復水器はタービンの排気蒸気と冷却水とを熱交換させて
蒸気を凝縮し、タービンの排気圧を負圧に保つ機器である。地熱発電はタービン排気蒸気
が凝縮した復水を再び使用する必要がないため、構造が簡単で熱交換にも有利な直接接触
復水器が用いられることが多い。直接接触式の復水器はタービン排気蒸気と冷却水を直接
接触させて蒸気を凝縮させる復水器であり、主にトレイ（多孔板）式と液滴噴霧式（スプ
レー式）に分類される。トレイ式は蒸気の動圧でトレイから落下する冷却水を微細化する
方式であり、スプレー式はスプレーノズルを用いて冷却水を微細化して蒸気中に噴射する
方式である。スプレー式の復水器としては特許文献１のような下方排気型や特許文献２の
ような水平排気型がある。

直接接触式復水器は冷却水を復水器と冷却塔との差圧を駆動力として供給することが一般
的である。夏場のような冷却水流量が多く必要となる運転条件に合わせてスプレーノズル
を配置し、冬場のように冷却水を夏場ほど必要としない場合、調整弁などで冷却水供給ラ
インの圧損を増加させ流れる冷却水流量を減少させると、復水器の上段に位置するスプレ
ーノズルから噴射量が減少して最終的には噴射しなくなる。

特に水平排気式の場合は上段のスプレーノズルから冷却水が噴射しないと、その構造上タ
ービン排気蒸気がショートパスし復水器の圧力が急激に上昇することが懸念される。この
ため、地熱プラントでは調整弁などで冷却水の供給圧力をコントロールし、スプレーノズ
ルの適正噴射圧力の範囲内で運転される。

一方、冷却水が少ない条件に合わせてスプレーノズルを配置した場合は、冷却塔から復水
器までの差圧以上に噴射圧力を上げられないために大幅な流量増加要請に対応できない。

地熱発電プラントでは復水器でタービン排気蒸気と熱交換し温度が上昇した冷却水は冷却
塔にて冷却され再び復水器に供給される。冷却塔での冷却量はファンなどで調整可能であ
るが周囲の温度や湿度に影響を受けるため、夏場と冬場もしくは昼夜でも復水器に供給さ
れる冷却水の温度が変化する。復水器に供給される水の温度が変化すると復水器内の圧力
も変化するため、タービンの排気圧力が変化しプラントの出力に影響を及ぼすことになる
。復水器の圧力は冷却水の流量でも調整可能であるが、既述のとおり復水器内の蒸気のシ
ョートパス回避のため冷却水流量の調整範囲も限られる。

特開平１１−６３８５７号公報特開２０１０−２７０９２５号公報

地熱発電プラントを設置する地域によっては夏場と冬場、もしくは昼夜で外気温度に大き
な差があり、それにより復水器に供給される冷却水の温度が大きく変化することがある。
このような場合プラント出力を一定にするために冷却水の流量を調整するが、夏場のよう
な冷却水流量が多く必要となる運転条件に合わせてスプレーノズルを配置すると、冬場に
冷却水流量を減らした場合に上段のスプレーノズルから冷却水が噴射しなくなるので蒸気
がショートパスし、急激な圧力の上昇などで運転が不安定になる可能性が高い。

流量増加要請に対応するためには、冷却塔の設置レベルを上げるか復水器の設置レベルを
下げる、もしくは補助ポンプを追加して冷却水供給圧力を上げることでも対応可能と考え
られるが、建設コスト増加や補機動力の増加のデメリットが大きい。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、大幅な冷却水流量の変化
に対応可能な水平排気型直接接触式復水器を提供することを目的とする。

本発明は、タービン排気が流入する混合ガス入口部と、混合ガス入口部に接続された本体
胴容器と、当該容器の内部に位置し複数個のスプレーノズルが設けられ複数個配列された
主冷却水供給管と、当該供給管に冷却水を供給する主冷却水ヘッダと、本体胴容器に接続
され混合ガス入口部と対面するように配置されたガス冷却容器と、本体胴容器下部に接続
された凝縮水と冷却水の混合水を排出する出口容器と、主冷却水ヘッダから独立して冷却
水を供給される補助冷却水ヘッダと、補助冷却水ヘッダに接続された補助冷却水供給管を
有することにより上記目的を達成する。

本発明によれば、大幅な冷却水流量の変化があっても、対応可能な水平排気型直接接触式
復水器を提供することが可能となる。

以下、本発明に係る直接接触式復水器の実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
［構成］
図１と図２は本発明の実施形態に係る水平排気型の直接接触式復水器１２を示した図であ
る。直接接触式復水器１２はタービン排気が流入する混合ガス入口部１と、混合ガス入口
部１に接続された本体胴容器２とを有する。

さらに、直接接触式復水器１２は、当該供給管４に冷却水を供給する主冷却水ヘッダ５と
、本体胴容器２に接続され混合ガス入口部１と対面するように配置されたガス冷却容器６
とを有する。

本体胴容器２には、複数個のスプレーノズル３を複数本有する主冷却水供給管４が、ター
ビン排気の流れに直交する方向に配列するように本体胴容器２を貫通するように設けられ
る。

さらに、本体胴容器２内部には、主冷却水供給管４と同じ向きで、混合ガス入口部１近傍
に補助冷却水供給管７が設けられる。補助冷却水供給管７は多孔管である。多孔管の孔は
、スプレーノズルの孔に比べて大きい形状である。

直接接触式復水器１２はさらに、補助冷却水供給管７に冷却水を供給する補助冷却水ヘッ
ダ８と、本体胴容器２下部に接続される凝縮水と冷却水の混合水を排出する出口容器９と
を備える。

本実施形態では、主冷却水ヘッダ５と補助冷却水ヘッダ８はそれぞれ独立しており、通常
運転時は主冷却水ヘッダ５から供給される冷却水を本体胴容器２内部に噴射するとともに
、補助冷却水ヘッダ８から供給される冷却水噴射を遮断する。一方、復水器への冷却水供
給温度が上昇するなどして冷却水流量を増加させるが必要がある場合は、主冷却水ヘッダ
５から供給される冷却水に加えて、補助冷却水ヘッダ８から供給される冷却水を噴射して
運転する。

［作用］
タービン排気蒸気と不凝縮ガスの混合ガスは混合ガス入口部１から本体胴容器２に流入し
、そこで散水されている冷却水と直接接触することで蒸気が凝縮される。凝縮された水（
凝縮水）と冷却水の混合水は、出口容器９から排出される。一方、凝縮されなかった不凝
縮ガスとそれに随伴する蒸気はガス冷却容器６に導かれ、そこで冷却されて容器外に排出
される。

冷却水の供給温度が上昇し容器内の圧力が上昇した場合は、補助冷却水ヘッダからも冷却
水を供給し、容器内に散水する。

［効果］
本実施形態では、通常運転時は主冷却水ヘッダから供給される冷却水のみを本体胴容器内
部に噴射し、多くの冷却水流量が必要になった場合には、主冷却水ヘッダからの冷却水供
給に加えて補助冷却水ヘッダから供給される冷却水を噴射して、蒸気と熱交換させる。

この構成により、従来のように冷却水ヘッダを単一としていた場合の課題、すなわち、（
１）冷却水を夏場などの大量供給仕様に設計にしたときに、冬場などに冷却水供給を減少
させる場合、上段のスプレーノズルから冷却水が噴射しなくなることにより発生する排気
蒸気のショートパス問題、（２）冷却水を冬場などの少量供給仕様に設計にしたときに、
夏場などに冷却水供給を増加させる場合、冷却塔の設置レベルの改善が必要、といった課
題の対策が不要となる。このように、本実施形態では、大幅な冷却水流量の変化に対応す
ることができる。

特に混合ガス入口１側は蒸気が凝縮する前の最も流速が速い部分であり、蒸気動圧を利用
して多孔管からの液柱を微細化することが可能なので、スプレーノズルを設置するよりも
簡単な構造で効率よく熱交換を行う効果が期待できる。

また、多孔管散水の場合はスプレーノズル式よりも少ない圧力で多くの冷却水供給が可能
なので一時的に多くの冷却水が必要な場合などに対応できる。

［第１実施形態の変形例］
補助冷却水供給管を混合ガス入口側に設置する場合は、図１に示すような多孔管構造でも
よいし、図３に示すような多孔板１０でもよい。多孔板の孔は、スプレーノズルの孔に比
べて大きい形状である。

なお、以上の実施形態では、補助冷却水供給管は、混合ガスの蒸気動圧を利用して多孔管
、多孔板からの液柱を微細化することにより、スプレーノズルと同じ効果を狙ったものだ
が、これに限定されず、補助冷却水供給管にスプレーノズルを用いてもよい。

また図４、図５に示すように補助冷却水供給管を本体胴容器の混合ガス入口部１側でなく
、ガス冷却容器入口６側に設置してもよい。このような設置の場合は、多孔管や多孔板に
変えて、スプレーノズルを用いる。本体胴容器内では徐々に蒸気が凝縮することで蒸気の
流速は低下していく。蒸気流速が遅い場合、蒸気の動圧による冷却水の微細化は期待でき
ないため、多孔管や多孔板に変えて、スプレーノズルを用いて冷却水を微細化して噴射す
ることで、効率よく熱交換を行う効果が期待できる。

またこの領域は混合ガス中の不凝縮ガス濃度が増加して混合ガス入口側よりも熱交換効率
が低下するため、主冷却水供給管に取り付くスプレーノズルの噴射液滴径よりも細かい液
滴を噴射するスプレーノズルにすることで、冷却水と混合ガスの接触面積を増加させて、
更なる伝熱効率の向上を期待することができる。

（第２の実施形態）
［構成］
図６と図７は本発明の第２の実施形態に係る直接接触式復水器である。第１の実施形態と
同じ構成については説明を省略する。本体胴容器２内部には、複数個のスプレーノズル３
からなる主冷却水供給管４を複数列備えるとともに、主冷却水供給管４よりも上段の高さ
レベルに上部に補助冷却供給管７が１列設けられる。

図７に示すとおり、主冷却水供給管４に冷却水を供給するために主冷却水ヘッダ５が設け
られ、補助冷却供給管７冷却水を供給するために補助冷却水ヘッダ８が設けられる。

主冷却水ヘッダと補助冷却水ヘッダはそれぞれ独立しており、最上段に位置する補助冷却
水ヘッダには常時冷却水を供給し、冷却水流量の調整は主冷却水ヘッダに供給する流量を
調整するよう制御する制御部を備える。

［作用］
本実施形態ではタービン排気蒸気と不凝縮ガスの混合ガスは混合ガス入口部１から本体胴
容器２に流入し、そこで噴射されている冷却水と直接接触することで蒸気が凝縮される。
不凝縮ガスとそれに随伴する蒸気はガス冷却容器６に導かれ、そこで冷却されて容器外に
排出される。

主冷却水ヘッダ５と補助冷却水ヘッダ８はそれぞれ独立しており、最上段に位置する補助
冷却水ヘッダ８には常時冷却水を供給し、冷却水流量の調整は主冷却水ヘッダ５に供給す
る流量を調整が可能になる。

［効果］
第１の実施形態では基本的に補助冷却水ヘッダのON-OFFで冷却水の流量を調整する方式で
あり、全体流量の大幅な変化には対応することは困難であった。本実施形態では補助冷却
水ヘッダ８に接続される補助冷却水供給管７を本体胴容器２の最上段に設置し、そこには
常時冷却水を供給しながら運転することで蒸気のショートパスを防ぐことができる。主冷
却水供給管４からの冷却水流量の調整は主冷却水ヘッダ５側で調整する。冷却水流量を絞
って仮に主冷却水ヘッダ側の上段のスプレーノズルが噴射しなくなったとしても、それよ
りも上に位置する補助冷却水ヘッダにからは常時冷却水が落下してくるため、基本的に蒸
気ショートパスの懸念はない。

言い換えれば、運転条件に応じて、補助冷却水ヘッダに供給される冷却水のみにより運転
するか、補助冷却水ヘッダと主冷却水ヘッダとにより運転するかいずれかの運転が可能で
あるため、冷却水流量の大きな変化や調整に対応可能である。

復水器上段に補助冷却水供給管を設置する場合の復水器内への冷却水の散水については散
水後からの落下距離が十分に確保できる位置であることから供給管を多孔管にする方式、
多孔板散水式、スプレーノズル散水式のいずれも採用可能である。蒸気の圧損を小さくし
たい場合はスプレーノズル散水式にするとよい。

第１実施形態の水平排気型スプレー式直接接触式復水器の断面概略図図１の直接接触式復水器を上方から見た場合の図第１の実施形態の１つの変形例を示した断面概略図第１の実施形態のもう１つの変形例を示した断面概略図図４の直接接触式復水器を上方から見た場合の図第２の実施形態の水平排気型スプレー式直接接触式復水器（第２の実施形態対応）図６の直接接触式復水器を側面から見た図

１… 混合ガス入口部
２… 本体胴容器
３… スプレーノズル
４… 主冷却水供給管
５… 主冷却水ヘッダ
６… ガス冷却容器
７… 補助冷却水供給管（多孔管）
８… 補助冷却水ヘッダ
９… 出口容器
１０… 多孔板
１２… 直接接触式復水器

Claims

タービン排気が流入する混合ガス入口部と、
混合ガス入口部に接続された本体胴容器と、
当該容器の内部に位置し複数個のスプレーノズルが設けられ複数個配列された主冷却水供
給管と、
当該供給管に冷却水を供給する主冷却水ヘッダと、
前記本体胴容器に接続され前記混合ガス入口部と対面するように配置されたガス冷却容器
と、
本体胴容器下部に接続され凝縮水と冷却水の混合水を排出する出口容器と、
主冷却水ヘッダから独立して冷却水を供給される補助冷却水ヘッダと、
補助冷却水ヘッダに接続された補助冷却水供給管と
を有する直接接触式復水器。
請求項１の直接接触式復水器に用いる補助冷却水供給管を本体胴容器の主冷却水供給管と
同程度の高さレベルで設置し、前記主冷却水供給管からの冷却水供給は常に行い、必要な
場合に前記補助冷却水供給管からの冷却水供給を行うよう制御される直接接触式復水器。
請求項２の直接接触式復水器に用いる補助冷却水供給管を本体胴容器のタービン排気混合
ガス入口近傍に設置され、多孔管または多孔板構造を用いて冷却水を散水する直接接触式
復水器。
請求項２の直接接触式復水器に用いる補助冷却水供給管を本体胴容器のガス冷却容器入口
近傍に設置し、前記補助冷却水供給管に前記スプレーノズルを複数個設置して本体胴容器
内に冷却水を散水する直接接触式復水器。
請求項２の直接接触式復水器に用いる補助冷却水供給管を本体胴容器のガス冷却容器入口
側に設置し、前記補助冷却水供給管に前記スプレーノズルよりも小さな液滴を噴射する第
２のスプレーノズルを複数個設置して本体胴容器内に冷却水を散水する直接接触式復水器
。
請求項１の直接接触式復水器に用いる補助冷却水供給管を本体同様器内の主冷却水供給管
よりも上段の高さレベルに設置し、前記補助冷却水供給管からの冷却水供給は常に行い、
必要な場合に前記主冷却水供給管からの冷却水供給を行うよう制御される直接接触式復水
器。