JP4936966B2 - 復水熱交換システムおよび復水熱交換器の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、復水熱交換システムおよび復水熱交換器の制御方法に関する。

復水熱交換器は、火力発電所などの発電設備（例えば、図２参照）に設けられ、当該発電設備の蒸気タービンで仕事をした蒸気を復水器により凝縮させて得られた水（以下「復水」という。）と、蒸気タービンの軸受け冷却水として使用された水（以下「軸冷水」という。）とを熱交換させて、復水の温度を上昇させるとともに、軸冷水の温度を低下させる装置であり、軸受冷却水戻側の水が保有する熱量を復水に熱回収する機能を有する。

ところで、図２に示すように、発電設備１００にあっては、ボイラ１で高温・高圧の蒸気を生成し、この蒸気の力で蒸気タービン２を回転させている。そして、この回転力を利用して発電機３を作動させることにより、発電を行っている。さらに、仕事を終えて低温・低圧となった蒸気を復水器４で冷却凝縮して水（復水）に戻し、これを再びボイラ１に戻している。なお、復水器４で蒸気を復水にする際には、海水が利用されている。また、この復水器４からボイラ１に復水を戻すには、復水ポンプ２０および復水昇圧ポンプ２１が用いられており、復水脱塩装置５を用いて復水中に含まれている不純物を除去している。さらに、この発電設備１００にあっては、前述した復水熱交換器１０を用いて復水の温度を上昇させるとともに、脱気器１１を用いて復水を脱気している。このようにして、ボイラ１で蒸気を作る際の作業効率を向上させている。なお、復水熱交換器１０で復水の温度を上昇させる際には、軸冷水が用いられている。

次に、図４を参照しながら、復水熱交換器について具体的に説明する。図４（ａ）は通常時における復水熱交換器を示し、図４（ｂ）は夏場における復水熱交換器を示す。

図４に示すように、復水熱交換器１０には、復水が流れる復水系統２０と、軸冷水が流れる軸冷系統３０とが設けられており、これらの復水系統２０および軸冷系統３０には、それぞれ入口弁２１，３１および出口弁２２，３２が設けられている。また、復水系統２０および軸冷系統３０には、それぞれバイパス通路２３，３３が設けられ、入口弁２１，３１の上流側と出口弁２２，３２の下流側とをバイパスしている。各バイパス通路２３，３３には、それぞれバイパス弁２４，３４が設けられている。さらに、軸冷系統３０には、復水熱交換器１０の上流側において、例えば、水素ガス冷却器３５、Ｅｘ冷却器３６、固定子冷却器３７、主タービン油冷却器３８など、高温状態の軸冷水を冷却するための冷却器が設けられている。なお、水素ガス冷却器３５は、発電機３の水素ガスを冷却するための装置であり、Ｅｘ冷却器３６は、交流励磁装置（図示せず）を冷却するための装置である。また、固定子冷却器３７は、発電機３の固定子を冷却するための装置であり、主タービン油冷却器３８は、蒸気タービン２の主タービン軸受油を冷却するための装置である。

ところで、かかる復水熱交換器１０にあっては、通常時において、復水系統２０の入口弁２１および出口弁２２、並びに軸冷系統３０の入口弁３１および出口弁３２をすべて開けて、バイパス弁２４，３４を閉じた状態にしている（図４（ａ）参照）。これにより、復水系統２０を流れる低温の復水、および軸冷系統３０を流れる高温の軸冷水は、いずれも復水熱交換器１０の内部に流れ込んで、両者が熱交換される。その結果、復水の温度は上昇し、軸冷水の温度は低下することになる。そして、温度が上昇した復水はボイラ１に供給され、温度が低下した軸冷水は各冷却器に戻される。なお、復水の温度を上昇させるのは、ボイラ１において蒸気の生成効率を向上させるためである。また、軸冷水の温度を低下させるのは、各冷却器において軸冷水の冷却効率を向上させるためである。

しかしながら、従来の復水熱交換器にあっては、夏場などにおいて、復水と軸冷水との熱交換効率が著しく低下し、さらには、復水を加熱しつつ軸冷水を冷却するという復水熱交換器の目的が完全に阻害されてしまうこともあった。

すなわち、夏場などに海水の温度が上昇すると、これに伴って復水の温度も上昇する関係にあるので、復水の温度が軸冷水の温度よりも高温になる場合がある。かかる場合にも、復水系統２０を流れる復水と軸冷系統３０を流れる軸冷水との熱交換を継続すれば、通常時とは逆に、復水が冷却される一方で、軸冷水が加熱されることになり、復水熱交換器１０の目的が果たされなくなってしまう。

例えば、夏場などにおいては、復水の温度が４２℃程度まで上昇することがある。このとき、図４に示すように、水素ガス冷却器３５、Ｅｘ冷却器３６、固定子冷却器３７、主タービン油冷却器３８から供給される軸冷水の温度が、それぞれ４７℃、３２℃、３１℃、４０℃であるとすれば、復水と、前述したＥｘ冷却器３６、固定子冷却器３７及び主タービン油冷却器３８から供給される軸冷水とを熱交換させてしまうと、高温（４２℃）の復水が冷却される一方で、低温（３２℃、３１℃、４０℃）の軸冷水が加熱されることになり、復水熱交換器の目的が完全に阻害されてしまう。なお、このような状態になってしまった場合には、従来の復水熱交換器では、入口弁２１を閉じてバイパス弁２４を開いた状態にして、復水がバイパス通路２３を流れて復水熱交換器１０の外側を流れるようにしている（図４（ｂ）参照）。しかし、このような対応では、復水と軸冷水との熱交換効率を向上させることはできない。

本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、夏場などにおける復水と軸冷水との熱交換効率を向上させることができる復水熱交換器およびその制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、復水が流れる復水系統と、各種の軸冷水が流れる軸冷系統と、前記復水と前記軸冷水とを熱交換させる復水熱交換器と、を備えた復水熱交換システムであって、前記軸冷系統には、前記復水の温度変化に応じてその復水の温度よりも高温の軸冷水のみが前記復水熱交換器内に流れるように制御されるバイパス通路が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、夏場などに復水の温度が上昇した場合には、その復水の温度よりも低温の軸冷水が復水熱交換器内に流れなくなり、復水の温度よりも高温の軸冷水のみが復水熱交換器内に流れることとなる。そのため、復水の温度が上昇した場合であっても、復水熱交換器内では、復水の温度を上昇させるとともに、軸冷水の温度を低下させることが可能となり、その結果、復水と軸冷水との熱交換効率を向上させることができる。

また、本発明は、復水が流れる復水系統と、複数の冷却器からの軸冷水が流れる軸冷系統と、前記復水と前記軸冷系統を流れる軸冷水とを熱交換させる熱交換器とを備える復水熱交換システムであって、前記複数の冷却器からの軸冷水が前記軸冷系統に流入する地点は、前記熱交換器に近い側で流入する軸冷水の温度が、前記熱交換器より遠い側で流入する軸冷水の温度よりも低いか又は同じであるように設定されており、前記軸冷系統に前記熱交換器をバイパスする第１のバイパス経路が設けられると共に、この第１のバイパス経路に第１の開閉弁が設けられ、前記軸冷系統の、前記複数の冷却器のうち、前記軸冷系統への軸冷水の流入位置が前記熱交換器に最も近い冷却器以外の所定の冷却器からの軸冷水が流入する地点より下流側の第１の位置と、前記複数の冷却器のうち前記軸冷系統への軸冷水の流入位置が前記熱交換器に最も近い冷却器からの軸冷水が前記軸冷系統へ流入する第２の位置よりも前記熱交換器側の第３の位置とを結ぶ第２のバイパス経路が設けられ、この第２のバイパス経路に第２の開閉弁が設けられると共に、前記軸冷系統の前記第２の位置と前記第３の位置との間に第３の開閉弁が設けられ、前記軸冷系統の前記第１の位置と、この第１の位置の直ぐ下流側にある前記冷却器からの軸冷水の流入位置との間に第４の開閉弁が設けられ、前記第１のバイパス経路は、前記第２の位置と前記第３の開閉弁の位置との間の位置において前記軸冷系統から分岐していることを特徴とする。

本発明によれば、所定の冷却器からの軸冷水の温度が復水温度より高く、この冷却器よりも下流側で軸冷系統に流入する軸冷水の温度が復水温度よりも低い場合には、第１及び第２の開閉弁を開き、第３及び第４の開閉弁を閉じることにより、復水温度よりも高温の軸冷水のみを熱交換器に流すことができる。

また、本発明は、復水が流れる復水系統と、各種の軸冷水が流れる軸冷系統と、が設けられ、前記復水と前記軸冷水とを熱交換させる復水熱交換器の制御方法であって、前記復水の温度が上昇して前記軸冷水の温度よりも高温となった場合には、その復水の温度よりも高温の軸冷水のみが前記復水熱交換器内に流れるように前記軸冷系統を制御することを特徴とする。

本発明の復水熱交換システムおよび復水熱交換器の制御方法によれば、夏場などにおける復水と軸冷水との熱交換効率を向上させることができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態における復水熱交換器１０を示す概略図であり、図１（ａ）は通常時の復水熱交換器を示し、図１（ｂ）は夏場の復水熱交換器を示す。なお、同図において、図４と同一の箇所には同一の符号を付し、新たに追加した箇所および変更した箇所に新たな符号を付している。

図１（ａ）に示すように、復水熱交換器１０は、復水が流れる復水系統２０と、軸冷水が流れる軸冷系統３０とが設けられており、この軸冷系統３０には、バイパス通路５０および調整弁５２が設けられている。

バイパス通路５０は、その一端が水素ガス冷却器３５から軸冷系統３０へ冷却水が供給される地点とＥｘ冷却器３６から軸冷系統３０へ冷却水が供給される地点との間に連結され、その他端が入口弁３１と復水熱交換器１０の入口側との間に連結されており、軸冷系統３０の両連結点をバイパスしている。なお、バイパス通路５０の途中には、バイパス弁５１が設けられている。また、調整弁５２は、バイパス通路５０の一端とＥｘ冷却器３６との間に設けられ、軸冷系統３０を流れる軸冷水の流量を調整する。

バイパス通路５０は、調整弁５２などにより、復水の温度変化に応じて、その復水の温度よりも高温の軸冷水のみが復水熱交換器１０内に流れるように制御されている。

例えば、図１（ｂ）に示すように、夏場などにおいて復水の温度が上昇すると、この復水の温度が、Ｅｘ冷却器３６、固定子冷却器３７、主タービン油冷却器３８から供給される軸冷水の温度（それぞれ３２℃、３１℃、４０℃）よりも高温（４２℃）になる場合がある。かかる場合には、バイパス通路５０を開放し、水素ガス冷却器３５から供給される軸冷水（４７℃＞４２℃）のみが復水熱交換器１０内に流れるようにしている。

より具体的には、軸冷系統３０の入口弁３１、調整弁５２およびバイパス弁３４を閉じるとともに、バイパス弁５１を開いた状態にする。その際、復水系統２０の各弁（入口弁２１、出口弁２２、バイパス弁２３）および軸冷系統３０の出口弁３２を通常時の場合と同じ状態に維持しておく。すなわち、復水系統２０の入口弁２１および出口弁２２を開いた状態に維持するするとともに、バイパス弁２４を閉じた状態に維持し、さらに軸冷系統３０の出口弁３２を開いた状態に維持しておく。

これにより、水素ガス冷却器３５から供給される軸冷水は、バイパス通路５０を通って復水熱交換器１０内に流れるようになる。一方、Ｅｘ冷却器３６、固定子冷却器３７、主タービン油冷却器３８から供給される軸冷水は、調整弁５２と入口弁３１との間の軸冷系統２０を流れてから、バイパス通路３３を通って軸冷系統２０に戻り、復水熱交換器１０内には流れなくなる。従って、復水熱交換器１０内には、復水およびこの復水の温度よりも高温の軸冷水のみが流れるようになる。そして、この復水熱交換器１０内において、復水と軸冷水との熱交換が行われると、復水の温度が上昇するとともに、軸冷水の温度が低下することとなる。なお、復水熱交換器１０内に流れる軸冷水は、水素ガス冷却器３５から供給されたものであり（４７℃、５００ｔ／Ｈ）、その温度が前述した各軸冷水のうち最も高温であるとともに、その流量も最大である。従って、復水と軸冷水との熱交換効率が良好なものとなる。

ところで、本実施形態では、水素ガス冷却器３５から供給された冷却水のみが復水熱交換器１０内に流れるように制御している。しかし、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、軸冷水の温度が復水の温度よりも高温であれば、他の軸冷水も復水熱交換器１０内に流れるように制御してもよい。

例えば、図３に示すように、軸冷系統３０に流入する軸冷水の温度が上流側ほど高くなるように、冷却器３５〜３８が配置されており、しかもバイパス通路５０の上流側一端が、冷却器３８からの軸冷水が軸冷系統３０に流入する地点と、冷却器３６からの軸冷水が軸冷系統３０に流入する地点との間に設けられ、さらに調整弁５２が、バイパス通路５０の上流側一端と、冷却器３６からの軸冷水が軸冷系統３０に流入する地点との間に設けられている場合において、復水の温度が３５℃であるとすると、前述と同様にして、この復水の温度よりも高温の軸冷水、すなわち水素ガス冷却器３５から供給された冷却水（４７℃＞３５℃、５００ｔ／Ｈ）のみならず主タービン油冷却器３８から供給される軸冷水（４０℃＞３５℃、３５０ｔ／Ｈ）も、復水熱交換器１０内に流れるように制御することが好ましい。かかる場合には、復水熱交換器１０内に流れる軸冷水の流量が増量することとなり、復水と軸冷水との熱交換効率がよりいっそう良好なものとなる。

以上の通り、本発明によれば、夏場などに復水の温度が上昇した場合には、その復水の温度よりも低温の軸冷水が復水熱交換器内に流れなくなり、復水の温度よりも高温の軸冷水のみが復水熱交換器内に流れることとなる。そのため、復水熱交換器は、かかる場合であっても、復水の温度を上昇させるとともに、軸冷水の温度を低下させることが可能となり、その結果、復水と軸冷水との熱交換効率の低下を十分に抑制することができる。しかも、本発明は、図１に示すように、既存の軸冷系統３０にバイパス通路５０、バイパス弁５１、調整弁５２などを設けただけの単純な構成であることから、コストの増加を十分に抑制することもできる。

本実施形態における復水熱交換器を示す概略図である。 復水熱交換器が設けられる発電設備を示す概略図である。 他の実施形態における復水熱交換器を示す概略図である。 従来技術における復水熱交換器を示す概略図である。

符号の説明

１０ 復水熱交換器
２０ 復水系統
３０ 軸冷系統
５０ バイパス通路
５１ バイパス弁
５２ 調整弁

Claims (3)

1. 復水が流れる復水系統と、各種の軸冷水が流れる軸冷系統と、前記復水と前記軸冷水とを熱交換させる復水熱交換器と、を備えた復水熱交換システムであって、
   前記軸冷系統には、前記復水の温度変化に応じてその復水の温度よりも高温の軸冷水のみが前記復水熱交換器内に流れるように制御されるバイパス通路が設けられていることを特徴とする復水熱交換システム。
2. 復水が流れる復水系統と、複数の冷却器からの軸冷水が流れる軸冷系統と、前記復水と前記軸冷系統を流れる軸冷水とを熱交換させる熱交換器とを備える復水熱交換システムであって、
   前記複数の冷却器からの軸冷水が前記軸冷系統に流入する地点は、前記熱交換器に近い側で流入する軸冷水の温度が、前記熱交換器より遠い側で流入する軸冷水の温度よりも低いか又は同じであるように設定されており、
   前記軸冷系統に前記熱交換器をバイパスする第１のバイパス経路が設けられると共に、この第１のバイパス経路に第１の開閉弁が設けられ、
   前記軸冷系統の、前記複数の冷却器のうち、前記軸冷系統への軸冷水の流入位置が前記熱交換器に最も近い冷却器以外の所定の冷却器からの軸冷水が流入する地点より下流側の第１の位置と、前記複数の冷却器のうち前記軸冷系統への軸冷水の流入位置が前記熱交換器に最も近い冷却器からの軸冷水が前記軸冷系統へ流入する第２の位置よりも前記熱交換器側の第３の位置とを結ぶ第２のバイパス経路が設けられ、この第２のバイパス経路に第２の開閉弁が設けられると共に、前記軸冷系統の前記第２の位置と前記第３の位置との間に第３の開閉弁が設けられ、前記軸冷系統の前記第１の位置と、この第１の位置の直ぐ下流側にある前記冷却器からの軸冷水の流入位置との間に第４の開閉弁が設けられ、
   前記第１のバイパス経路は、前記第２の位置と前記第３の開閉弁の位置との間の位置において前記軸冷系統から分岐していることを特徴とする復水熱交換システム。
3. 復水が流れる復水系統と、各種の軸冷水が流れる軸冷系統と、が設けられ、前記復水と前記軸冷水とを熱交換させる復水熱交換器の制御方法であって、
   前記復水の温度が上昇して前記軸冷水の温度よりも高温となった場合には、その復水の温度よりも高温の軸冷水のみが前記復水熱交換器内に流れるように前記軸冷系統を制御することを特徴とする復水熱交換器の制御方法。

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