JP3720856B2 - 復水器 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、火力・原子力発電プラント等における復水器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
復水器は蒸気タービン発電プラントの蒸気タービン排気等を凝縮させる装置であって、凝縮された給水は再びボイラに供給されそこで加熱加圧されて蒸気タービンへ送られる。
【０００３】
ところで、この給水中に溶存酸素が多く含まれていると、プラント構成機器が電気化学反応等により腐食されることがある。したがって、プラント起動時及び運転中の給水は脱気装置により溶存酸素濃度ができるだけ低い値になるように管理されている。この給水中からの溶存酸素の脱気の基本原理は、濃度非平衡によって誘起される物質拡散であり、非平衡度が大きい程物質移動速度が速く、かつ拡散による移動距離が短い程物質移動速度が速い。
【０００４】
従来上記給水の脱気は、復水器内の給水を取り出し、数段階のプロセスを経て加圧・加熱された後、脱気器において蒸気と接触させることにより行われているが、コンバインドサイクル発電プラントに代表される排ガスボイラの使用に応じ、復水器内で脱気する事例が多くなっている。
【０００５】
図８は、脱気装置を備えた従来の復水器の概略構成を示す図であって、復水器１内には、蒸気タービンからの排気を冷却して凝縮させる冷却部２が設けられるとともに、その下方に上記冷却部２で凝縮された凝縮水を貯留するホットウエル３が設けられている。そして、上記ホットウエル３に貯えられた凝縮水はボイラ給水として復水ポンプ４によりボイラ（図示せず）へ送給される。
【０００６】
また、上記復水器１内には蒸気噴射ノズル５によりホットウエル２の給水中に蒸気を噴射する脱気装置６が配設されており、プラント起動時に復水器１内を真空引きするとともに、補助蒸気７を上記脱気装置６に導入し、蒸気噴射ノズル５からホットウエル３の給水中に噴射して脱気が行なわれる。
【０００７】
そして、脱気によりホットウエル３の給水中の溶存酸素濃度が規定値以下になったところで給水をボイラへ通水し、プラント運転中も復水器には酸素が外部から流入してくるため、脱気装置６は断続して運転される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
発電プラントの復水器は真空度がほぼ７２３ｍｍＨｇで運転されるので、従来公知の復水器に取り付けられた脱気装置の蒸気噴射ノズルの蒸気出口付近の圧力はホットウエルに貯えられた給水の水頭圧分が復水器内圧に加算される。
【０００９】
水・蒸気の物質特性として、沸点の圧力による変化は低圧である程大きく変化する。水深と飽和温度の関係を図９に示す。例えば７２３ｍｍＨｇにおける沸点は３３℃であるが、これに１ｍの水頭圧が加わると５３℃に変化する。すなわち、復水器ホットウエルの液表面下と下部では２０℃の沸点の違いがあり、ホットウエル液面下の水は過冷却水となる、したがって、噴射された蒸気が凝縮し、条件により機器の振動・騒音を伴う凝縮振動を発生する可能性がある。
【００１０】
ところで、脱気は蒸気と水の気液界面での物質移動現象であるから、蒸気混入部で蒸気が凝縮してしまうと、脱気効果は低くなる。このような脱気装置での脱気が機能しているのは、蒸気混入部で凝縮した蒸気の熱量をもつ給水がホットウエル上層へ流れた時に、水頭圧が解放され沸騰することで脱気が進むと考えられる。
【００１１】
しかし、このようなメカニズムでの脱気では、吹き込まれた蒸気の熱量を有する給水が確実にホットウエル液表面へ流動する必要があり、また仮に液表面近くに給水が達したとしても、沸騰した蒸気泡は即座に液表面から気相側へ抜けてしまうため、脱気に十分な気液の接触時間を得ることができない等の問題がある。すなわち、従来の装置では給水の液表面への流動が確保されていないため、蒸気の混入による熱量の高い給水がホットウエル内部に滞留してしまい、混入蒸気が効果的に脱気に使われない等の問題がある。
【００１２】
本発明はこのような点に鑑み、脱気効率を上げるととも、脱気時間の短縮を図ることができる復水器を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、蒸気を凝縮させる冷却部と、そこで凝縮した給水を貯えるホットウエルと、このホットウエルの水面下に設けられた加熱・脱気用の蒸気噴射ノズルと、前記ホットウエルの水面下からホットウエルの気相部に給水を循環させる循環系統と、この循環系統のホットウエル気相部側先端部に設けられ、給水を微粒化してホットウエルの気相部上部に拡散させるノズルと、上記循環する給水を加熱する加熱装置とを設け、予め加熱されホットウエル内に噴射された給水の温度とホットウエル気相部の温度と圧力を利用して給水を脱気させるようにした復水器において、上記循環系統が、ホットウエル水面下からホットウエル気相側の配管出口より上方位置まで延び、そこで屈曲されていることを特徴とする。
【００１４】
【作用】
ホットウエル内の給水はポンプにより取り出され加圧されるとともに加熱装置によって加熱される。したがって、給水は復水器内の圧力に対応する飽和温度以上となり、ホットウエル上部より噴射ノズルから微粒化されて噴射される。この際給水は急激に減圧されて沸騰し、同時に給水中に溶存している酸素も脱気される。また微粒化された給水は発生した蒸気雰囲気中を飛散する際にさらに脱気される。
【００１５】
【実施例】
以下、図１乃至図７を参照して本発明の前提となる構成および本発明の実施例について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の前提となる構成を示す図であり、復水器１内には冷却部２が設けられており、上記復水器１の下部には上記冷却部２で凝縮された給水を貯留するホットウエル３が形成されている。上記冷却部２とホットウエル３との間には、凝縮した給水と発生した蒸気を分離するガイド板１０が設けられており、そのガイド板１０の一側と後水器内壁面との間には脱気セクション１１が設けられ、その脱気セクション１１には補給水系統１２が接続されている。
【００１７】
一方、上記ホットウエル３の底部には、復水ポンプ４によってホットウエル３の給水をボイラに送給する給水管１３が接続されるとともに、循環ポンプ１４を有する循環管１５が接続されている。上記循環管１５の先端部には循環水ノズル１６が設けられており、その循環水ノズル１６がホットウエル３の気相部分に配設されている。また上記循環管１５の途中にはヒータ１７が設けられている。
【００１８】
しかして、蒸気タービンの排気蒸気は復水器１の上部から流入し、冷却部２と接触することによって凝縮され、凝縮した水は冷却器２より落下し、ガイド板 １０を伝ってホットウエル３へ落下し、給水としてホットウエル３内に一時的に貯留され、その後復水ポンプ４によりボイラへ送給される。
【００１９】
一方、ホットウエル３内の給水の一部は、循環ポンプ１４により循環管１５内に吸入加圧され、ヒータ１７で加熱された後ホットウエル３の気相部に取り付けられた循環水ノズル１６から噴射され、沸騰する。噴射された給水は復水器１内の圧力に対応する飽和温度まで下がり、その下がった熱量分の蒸気が発生し、給水中に溶け込んでいる酸素は沸騰する際に蒸気に同伴されて脱気し、更に発生した蒸気雰囲気中を飛散する間の気液接触により更に脱気される。
【００２０】
噴射された給水のうち、液分はホットウエル３へ落下し、蒸気分は復水器内を上昇して脱気セクション１１を通過するとき、補給水系統１２より流入する給水をさらに脱気・加熱し、脱気・加熱された補給水はホットウエル３へ落下する。
【００２１】
このように、本発明の前提となる構成においては、ホットウエル内の給水の一部をホットウエル上部の気相部へ噴射させる循環系統を設け、さらに上記循環系統の途中にヒータを設けたので、給水がホットウエル上部で噴射される際に、ヒータに加えられた熱量全てが蒸気となり脱気に利用される。また発生した蒸気は更に脱気セクションで補給水または系統からの戻り給水を加熱及び脱気することができる。しかして、加熱及び脱気を効果的にでき、プラント起動時の立ち上げ時間を短縮できるとともに、熱エネルギーを有効に利用でき、さらにホットウエル内の給水温度を均一にすることもできる。
【００２２】
なお、上記本発明の前提となる構成においては循環管１５にヒータ１７を設けたものを示したが、循環する給水を高温媒体と熱交換させるようにしてもよく、蒸気を直接混入してもよい。また、循環水ノズル１６は給水を微粒化させ、拡散させるものが好ましい。
【００２３】
図２及び図３は本発明の他の前提となる構成を示す図であり、ホットウエル３の上面図である図３に示すように、ホットウエル３内には、一端がホットウエル３の一側壁部に当接し、他端がホットウエル３の他側壁との間に間隔を有するようにした仕切板１８により区劃されている。
【００２４】
そして上記仕切板１８によって区劃された流路の端部側に前記給水管１３及び循環管１５が接続されており、さらに上記流路内に蒸気噴射ノズル５が設けられている。
【００２５】
すなわち、この本発明の前提となる構成によれば、ホットウエル３に貯められた給水の加熱は蒸気噴射ノズル５により行なわれる。この場合、ホットウエル３の給水は自らの水頭圧により沸点が高くなっているため、上層部の給水のみが沸騰し、下側の給水は蒸気噴射ノズル５から噴出され瞬間的に凝縮する蒸気によってその水温が上昇する。したがって、上記蒸気噴射ノズル５が仕切板１８によって区劃された流路内に設けられていることから水温が上昇された給水のみが循環管１５に吸入され、この過熱状態の給水が循環水ノズル１６から噴射され、水頭圧から解放された給水が発生した蒸気により脱気される。
【００２６】
図４は、本発明の実施例を示す図であって、循環管１５が、一且ホットウエル３の気相部に配設された循環水ノズル１６より高い位置まで立ち上げられ、そこで屈曲され下降せしめられ、その先端がホットウエル３の気相部内に挿入され、その先端部に循環水ノズル１６が設けられている。
【００２７】
しかして、循環水ノズル１６よりも高い位置の配管中では、その圧力がその水頭分だけ低くなるので、高所配管部分では減圧沸騰が起る。この減圧沸騰で発生した蒸気は配管中の給水の酸素を脱気し、二相流の状態で配管中を流れ、循環水ノズル１６からホットウエル３の上部に散水される。
【００２８】
ところで、配管中の圧力は低い程効果的に脱気ができるので、循環水ノズル１６から高所配管に至る配管の圧力損失を低くすることが好ましい。また本実施例では加熱手段を必要としないで脱気を行なうことが可能となるが、補助的に給水を加熱する装置を付加してもよい。
【００２９】
図５は本発明の他の実施例を示す図であり、復水器１内が、冷却部２を有する部分とホットウエル３部とに仕切板１０により完全に区劃され、両者が蒸気室連通弁１９及び凝縮水連通弁２０を介して連通可能としてある。そして、この場合循環管１５が途中で分岐され、その一方がホットウエル３の気相部まで延設されるとともに、他方が冷却部２の上方迄延設され、その各先端部に循環水ノズル１６ａ、１６ｂが設けられている。また、各分岐管部には調整弁２１ａ、２１ｂが設けられ、ホットウエル３側と冷却部２側の２系統に選択的に循環水が分配されるようにしてある。
【００３０】
また図６は、本発明のさらに他の実施例を示す図であり、図５に示したものと同様に仕切板１０によって冷却部２側とホットウエル３部側とが区劃されており、ホットウエル３の上部のみに循環水ノズル１６が配設されている。
【００３１】
しかして、復水器起動時には蒸気室連通弁１９及び凝縮水連通弁２０が閉じた状態で、冷却部２側は真空状態で、ホットウエル３側は給水の温度に対応した飽和圧力となっている。そこで、ホットウエル３内の給水は循環管１５のヒータ１７により加熱され、同時にホットウエル３の圧力も上昇する。
【００３２】
したがって、図７に示すように、給水の温度及び圧力が上昇した時点で、蒸気室連通弁１９を開き、ホットウエル３内の圧力を低下させると、ホットウエル内の給水が沸騰し、脱気が促進される。
【００３３】
また、図５に示したものにおいても、蒸気室連通弁１９を開いた後、給水を冷却部２側へ流すようにすれば、減圧の効果がより高くなり脱気が加速される。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては復水器ホットウエル内の給水をホットウエル上部に噴射し、給水を循環させる系統を設けたので、ホットウエル内の水頭圧により沸騰できないまま熱量がホットウエル内に滞留することがなく、加えられた熱量が脱気に利用される。そのため、熱エネルギーを有効に利用できるとともに脱気が効率的に行なわれ、復水器の起動時間の短縮を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の復水器の前提となる構成を示す図。
【図２】 本発明の復水器の他の前提となる構成を示す図。
【図３】 図２に示す復水器のホットウエル部の上面図。
【図４】 本発明の復水器の一実施例を示す図。
【図５】 本発明の他の実施例を示す図。
【図６】 本発明のさらに他の実施例を示す図。
【図７】 図６に示す装置における起動時における状態説明図。
【図８】 従来の復水器の概略構成を示す図。
【図９】 水頭圧と飽和温度との関係を示す図。
【符号の説明】
１ 復水器
２ 冷却部
３ ホットウエル
４ 復水ポンプ
１０ ガイド板
１１ 脱気セクション
１４ 循環ポンプ
１５ 循環管
１６ 循環水ノズル
１７ ヒータ
１９ 蒸気室連通弁
２０ 凝縮水連通弁

Claims (2)

1. 蒸気を凝縮させる冷却部と、そこで凝縮した給水を貯えるホットウエルと、このホットウエルの水面下に設けられた加熱・脱気用の蒸気噴射ノズルと、前記ホットウエルの水面下からホットウエルの気相部に給水を循環させる循環系統と、この循環系統のホットウエル気相部側先端部に設けられ、給水を微粒化してホットウエルの気相部上部に拡散させるノズルと、上記循環する給水を加熱する加熱装置とを設け、予め加熱されホットウエル内に噴射された給水の温度とホットウエル気相部の温度と圧力を利用して給水を脱気させるようにした復水器において、
   上記循環系統が、ホットウエル水面下からホットウエル気相側の配管出口より上方位置まで延び、そこで屈曲されていることを特徴とする復水器。
2. 蒸気を凝縮させる冷却部と凝縮した給水を貯えるホットウエルとを、弁により隔離可能にするとともに、前記循環系統の出口をホットウエル気相部とともに冷却部にも開口させたことを特徴とする請求項１記載の復水器。

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