JP6578247B2 - 複圧式復水器 - Google Patents

Description

本発明は複圧式復水器に関する。

蒸気タービン等を備えた発電プラントの発電効率は、復水器の真空度に密接に関連しており、復水器真空度を高真空に保つことが高効率運転を達成するために重要である。復水器真空度は冷却水の温度の影響を受ける。このため、内陸地に配置されて、河川や湖の水を冷媒として冷却水を冷却するクーリングタワーを使用する発電プラント等では、冷却水の温度が十分に低下せず、高真空度を保つことが難しい場合がある。

このような問題に対して、複圧式復水器を用いることで、復水器真空度を改善することが知られている。この方式は、低圧蒸気タービンが複数設置されるプラントにおいて、低圧蒸気タービンがその上部に配置された複数の復水器の蒸気室を各々区切り、各復水器を異なる真空度で運転するものである。本方式を採用した場合、単圧式復水器に比べて平均真空度が向上し、プラント効率が向上する。

ところで、複圧式復水器においては、高真空（低圧）の復水器におけるホットウェルに貯まった凝縮水の温度が、他の真空度の復水器における凝縮水の温度より低温となる。復水器から出た凝縮水は、熱交換器を用いて加熱されボイラーや原子炉へ送られるが、凝縮水が低温の場合、加熱に必要な例えば抽気蒸気量が増加してしまうので、プラント効率を低下させる要因となる。このため、低圧復水器の凝縮水を高圧復水器の比較的温度が高い蒸気で加熱し、比較的高温となってから下流側へ送る方式が採用されている。凝縮水加熱方法の一例としては、低圧復水器の凝縮水を一旦高圧復水器へ連絡管を介して移送し加熱する方法がある（例えば、非特許文献１参照）。

このように、凝縮水の加熱のために、異なる器内圧力の復水器の間に連絡管を設ける場合には、器内圧力の偏差分の水頭を連絡管に持たせる必要があるため、連絡管の縦方向に所定の長さ（高さ）を設ける必要がある。また、高圧復水器に導かれた凝縮水が十分加熱されてホットウェルに滴下するよう、高圧復水器にある連絡管の出口とホットウェル水面との距離（高さ）を確保する必要がある。

したがって、複圧式復水器は、単圧式復水器と比較して復水器の高さが増加することが知られている。復水器の高さが増加すると、復水器及び建屋の製造コストが影響を受けるため、復水器の高さの増加を抑制する対策として、加熱部の形状を工夫した複圧式復水器（多段圧復水器）がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１７３７６８号公報

小島晨敬、「多段圧力復水器」、火力発電、社団法人火力発電技術協会、昭和４５年１０月、Vol.２１、No.１０、P２３−P２７

発電出力が大きい大容量発電プラントでは、一般に、原子炉やボイラーで発生する比較的多量な蒸気を発電エネルギへ変換するために、３基あるいはそれ以上の低圧蒸気タービンを設置する必要がある。このため、例えば、３基の低圧蒸気タービンに対して複圧式復水器を採用する場合には、高圧、中圧、低圧の３つの復水器が必要になる。

このような複圧式復水器では、各復水器の圧力に応じて、連絡管設置の高さを段階的にずらして配置する必要がある。従って高圧と低圧の２つの復水器からなる複圧式復水器に対して、復水器の高さは更に増加するという課題がある。

この様な課題に対して、特許文献１に記載の技術により、各復水器に設置される滴下部の形状を変更することで復水器高さの増加を抑制したとしても、連絡管の高さを確保することの必要性は変わらないので、この技術による復水器の高さ増加の抑制には限度が生じる。

本発明は上述した事柄に基づいてなされたものであって、その目的は、復水器を３基以上設置する大規模な大容量発電プラントにおいて、復水器の高さを抑制した複圧式復水器を提供することにある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、大容量発電プラントに設けられ、３基以上の復水器の各々を異なる真空度で運転する複圧式復水器において、前記３基以上の復水器は、器内圧力が最低圧の第１の復水器と、前記第１の復水器の次に器内圧力が低い第２の復水器と、器内圧力が最高圧の第３の復水器とを含み、前記第１の復水器からの凝縮水を前記第３の復水器に導くように、前記第１の復水器と前記第３の復水器とを接続する連絡管を備え、前記３基以上の復水器の上部には、それぞれ別個の低圧蒸気タービンが同一回転軸で連結されて配置され、前記３基以上の復水器は、前記同一回転軸に沿って配置され、前記第３の復水器は、前記第１の復水器と前記第２の復水器との中間に配置されたことを特徴とする。

本発明によれば、異なる器内圧力の復水器の間を接続する連絡管の高さを低減できるので、復水器を３基以上設置する大規模な大容量発電プラントにおける復水器の高さを抑制した複圧式復水器を提供できる。

本発明の複圧式復水器の第１の実施の形態を示す概略図である。 本発明の複圧式復水器の第２の実施の形態を示す概略図である。 本発明の複圧式復水器の第３の実施の形態を示す概略図である。 従来の複圧式復水器を示す概略図である。

以下、本発明の複圧式復水器の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の複圧式復水器の第１の実施の形態を示す概略図である。本実施の形態においては、復水器は３基設置され、それぞれ器内圧力（真空度）の異なる低圧復水器１、中圧復水器２、高圧復水器３から構成されている。

低圧復水器１はその上部に低圧蒸気タービン１００とケーシング１Ａが配置された低圧復水器胴１０と、低圧復水器胴１０の内部に配置され冷却水を流す冷却管が集合した２組の管巣４Ｌと、管巣４Ｌにより凝縮された凝縮水が貯められる低圧ホットウェル５と、低圧ホットウェル５に一端側が接続され、他端側が高圧復水器３に接続された連絡管６Ａとを備えている。低圧ホットウェル５に溜まった凝縮水は連絡管６Ａにより高圧復水器３に導かれる。２組の管巣４Ｌは、その長手方向が、低圧蒸気タービン１００の軸方向に対して直交するように配置されていて、それぞれの管巣４Ｌの短手方向である低圧蒸気タービン１００の軸方向に、間隙を設けて配置されている。

中圧復水器２はその上部に低圧蒸気タービン２００とケーシング２Ａが配置された中圧復水器胴２０と、中圧復水器胴２０の内部に配置され冷却水を流す冷却管が集合した２組の管巣４Ｉと、管巣４Ｉにより凝縮された凝縮水が貯められる中圧ホットウェル８と、中圧ホットウェル８に一端側が接続され、他端側が高圧復水器３に接続された連絡管６Ｂとを備えている。中圧ホットウェル８に溜まった凝縮水は連絡管６Ｂにより高圧復水器３に導かれる。２組の管巣４Ｉは、その長手方向が、低圧蒸気タービン２００の軸方向に対して直交するように配置されていて、それぞれの管巣４Ｉの短手方向である低圧蒸気タービン２００の軸方向に、間隙を設けて配置されている。なお、中圧復水器胴２０は低圧復水器胴１０の隣に配置されている。

高圧復水器３はその上部に低圧蒸気タービン３００とケーシング３Ａが配置された高圧復水器胴３０と、高圧復水器胴３０の内部に配置され冷却水を流す冷却管が集合した２組の管巣４Ｈと、管巣４Ｈにより凝縮された凝縮水が貯められるホットウェル９とを備えている。２組の管巣４Ｈは、その長手方向が、低圧蒸気タービン３００の軸方向に対して直交するように配置されていて、それぞれの管巣４Ｈの短手方向である低圧蒸気タービン３００の軸方向に、間隙を設けて配置されている。なお、高圧復水器胴３０は中圧復水器胴２０の隣であって、中圧復水器胴２０を中間にして低圧復水器胴１０の反対側に配置されている。したがって、高圧復水器胴３０と低圧復水器胴１０は、復水器胴の並びにおいて端側に配置されていて、中圧復水器胴２０は端側以外（本実施の形態においては中間）に配置されている。また、各復水器１，２，３の上部に配置された各低圧蒸気タービン１００，２００，３００は、この順序で軸方向に図示しない同一回転軸で連結されている。

高圧復水器３の器内圧力は、低圧復水器１及び中圧復水器２の器内圧力に比べて高いため、連絡管６Ａ、６Ｂの他端側に設けた出口の高さは、低圧ホットウェル５または中圧ホットウェル８の水面よりそれぞれ水頭分低く設定している。具体的には、図１に示すように、低圧ホットウェル５の水面の高さと中圧ホットウェル８の水面の高さとの差をｈ１と定め、中圧ホットウェル８の水面の高さと連絡管６Ａ、６Ｂの他端側に設けた出口の高さとの差をｈ２と定め、ホットウェル９の水面の高さと連絡管６Ａ、６Ｂの他端側に設けた出口の高さとの差をｈ３と定めると、連絡管６Ａの出口高さは、低圧ホットウェル５の水面高さより水頭分である（ｈ１+ｈ２）だけ低く設定している。同様に、連絡管６Ｂの出口高さは、中圧ホットウェル８の水面高さより水頭分である（ｈ２）だけ低く設定している。

連絡管６Ａ及び６Ｂの出口にはそれぞれ滴下部７Ａ、７Ｂが設けられており、低圧ホットウェル５または中圧ホットウェル８より導かれた低温の凝縮水を高圧復水器３の比較的高温蒸気で加熱するようになっている。

滴下部７Ａ，７Ｂは、凝縮水を分配する分配トレイと凝縮水を加熱する加熱トレイで構成されることがある。滴下部７Ａ，７Ｂで加熱された凝縮水は高圧復水器３で発生した凝縮水と共にホットウェル９に集められ、復水器出口１１より排出される。滴下部での加熱を確実に行うため、滴下部７Ａ，７Ｂとホットウェル９水面の間には適切な高さを確保する必要がある。本実施の形態においては、ｈ３と定めている。

次に、本発明の実施の形態の効果の理解を容易にするために、従来の複圧式復水器について図４を用いて説明する。図４は従来の複圧式復水器を示す概略図である。図４において図１に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図４に示す従来の複圧式復水器は、上述した本実施の形態の複圧式復水器と大略同様の機器で構成されるが、連絡管の接続と出口高さが異なる。
低圧復水器胴１０’の低圧ホットウェル５には、一端側が接続され、他端側が中圧復水器２に接続された連絡管６Ｃを備えている。低圧ホットウェル５に溜まった凝縮水は連絡管６Ｃにより中圧復水器２に導かれる。中圧復水器２の器内圧力は、低圧復水器１の器内圧力に比べて高いため、連絡管６Ｃの出口高さは、低圧ホットウェル５の水面より水頭分である（ｈ４）だけ低く設定している。連絡管６Ｃの出口には滴下部７Ｃが設けられており、低圧ホットウェル５より導かれた低温の凝縮水を中圧復水器２の比較的高温の蒸気で加熱するようになっている。滴下部７Ｃで加熱された凝縮水は中圧復水器２で発生した凝縮水と共に中圧ホットウェル８に集められる。滴下部７Ｃでの加熱を確実に行うため、滴下部７Ｃと中圧ホットウェル８の水面の間には適切な高さであるｈ５を確保している。

中圧復水器胴２０’の中圧ホットウェル８には、一端側が接続され、他端側が高圧復水器３の高圧復水器胴３０’に接続された連絡管６Ｄを備えている。中圧ホットウェル８に溜まった凝縮水は、同様に連絡管６Ｄを通って当該復水器内に設置された滴下部７Ｄを経由した後ホットウェル９へ集められ、復水器出口１１より排出される。連絡管６Ｄの出口高さは、中圧ホットウェル８の水面より水頭分である（ｈ６）だけ低く設定している。滴下部７Ｄとホットウェル９の水面の間には適切な高さであるｈ７を確保している。

このように、従来の複圧式復水器では、中圧復水器２、高圧復水器３に水頭を確保した連絡管６Ｃ，６Ｄと滴下部７Ｃ、７Ｄがそれぞれ設けられているため、復水器の高さを、復水器２基のプラントと比較して増加させる必要が生じるという問題があった。

本実施の形態によれば、復水器を３基以上設置する大規模な大容量発電プラントにおいて、復水器の器内圧力が最低圧の復水器の凝縮水を導く連絡管を、当該復水器の次に復水器の器内圧力が高い復水器以外の復水器へ接続するように配設した複圧式復水器を備えたので、復水器の高さを抑制することができる。

従来の複圧式復水器を示す図４と本実施の形態における複圧式復水器を示す図１とを比較すると、本実施の形態においては、低圧ホットウェル５に接続された連絡管６Ａを高圧復水器３に導いているが、従来例では、低圧ホットウェル５に接続された連絡管６Ｃを中圧復水器２に導いている点が異なる。本実施の形態では、図４に示す従来の中圧復水器２に設けられていた滴下部７Ｃと中圧ホットウェル８の間の加熱に必要な高さ（ｈ５）を確保する必要がなくなるため、復水器高さを低減することができる。

上述した本発明の複圧式復水器の第１の実施の形態によれば、異なる器内圧力の復水器の間を接続する連絡管の高さを低減できるので、復水器を３基以上設置する大規模な大容量発電プラントにおける復水器の高さを抑制した複圧式復水器を提供できる。この結果、復水器及び建屋の製造コストの増加を抑制できるので、大規模（大容量）発電プラントの生産性が向上する。

以下、本発明の複圧式復水器の第２の実施の形態を、図面を用いて説明する。図２は本発明の複圧式復水器の第２の実施の形態を示す概略図である。図２において、図１及び図４に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図２に示す本発明の複圧式復水器の第２の実施の形態は、大略第１の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、復水器胴の配列において、低圧復水器胴１０の隣に高圧復水器胴３０を配置し、高圧復水器胴３０を中間にして低圧復水器胴１０の反対側に中圧復水器胴２０を配置した点が異なる。

第１の実施の形態に比べて、中圧復水器２の位置と高圧復水器３の位置が逆転している。本実施の形態においては、復水器の器内圧力が最高圧の復水器である高圧復水器３を、端側以外（本実施の形態においては、中間）に配置したことを特徴としている。この構成により、低圧ホットウェル５に接続される連絡管６Ａの水平方向の長さを第１の実施の形態より短縮することができる。

上述した本発明の複圧式復水器の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、上述した本発明の複圧式復水器の第２の実施の形態によれば、低圧復水器と高圧復水器とを接続する連絡管の長さを低減できるので、復水器の製造コストの増加を抑制できる。

以下、本発明の複圧式復水器の第３の実施の形態を、図面を用いて説明する。図３は本発明の複圧式復水器の第３の実施の形態を示す概略図である。図３において、図１乃至図２に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図３に示す本発明の複圧式復水器の第３の実施の形態は、大略第２の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、低圧ホットウェル５、中圧ホットウェル８、ホットウェル９の中央に各々仕切り板１２Ｌ，１２Ｉ，１２Ｈを設けた点と、仕切板で区切られた各ホットウェル５，８，９の部位に貯められた凝縮水の導電率を各部位ごとに計測できる導電率計測装置を設けた点が異なる。

低圧復水器１において、２組の管巣４Ｌは、その長手方向が、低圧蒸気タービン１００の軸方向に対して直交するように配置されていて、それぞれの管巣４Ｌの短手方向である低圧蒸気タービン１００の軸方向に、間隙を設けて並置されている。仕切板１２Ｌは、低圧ホットウェル５を低圧蒸気タービン１００の軸方向に区切るように配置されている。このことにより、それぞれの管巣４Ｌから滴下する凝縮水は、分離されるので、低圧ホットウェル５において混合しない。

仕切板１２Ｌで区切られた低圧ホットウェル５の一方側と他方側には、それぞれ別個の連絡管６Ａ１，６Ａ２の一端側が接続されている。連絡管６Ａ１，６Ａ２の他端側は、下方配置されて連結し１つの連絡管６Ａとして混合した凝縮水を高圧復水器３に導く。連絡管６Ａ１と連絡管６Ａ２には、それぞれ別個の導電率計測装置５０を設けている。

中圧復水器２において、２組の管巣４Ｉは、その長手方向が、低圧蒸気タービン２００の軸方向に対して直交するように配置されていて、それぞれの管巣４Ｉの短手方向である低圧蒸気タービン２００の軸方向に、間隙を設けて並置されている。仕切板１２Ｉは、中圧ホットウェル８を低圧蒸気タービン２００の軸方向に区切るように配置されている。このことにより、それぞれの管巣４Ｉから滴下する凝縮水は、分離されるので、中圧ホットウェル８において混合しない。

仕切板１２Ｉで区切られた中圧ホットウェル８の一方側と他方側には、それぞれ別個の連絡管６Ｂ１，６Ｂ２の一端側が接続されている。連絡管６Ｂ１，６Ｂ２の他端側は、下方配置されて連結し１つの連絡管６Ｂとして混合した凝縮水を高圧復水器３に導く。連絡管６Ｂ１と連絡管６Ｂ２には、それぞれ別個の導電率計測装置５０を設けている。

高圧復水器３において、２組の管巣４Ｈは、その長手方向が、低圧蒸気タービン３００の軸方向に対して直交するように配置されていて、それぞれの管巣４Ｈの短手方向である低圧蒸気タービン３００の軸方向に、間隙を設けて並置されている。仕切板１２Ｈは、ホットウェル９を低圧蒸気タービン３００の軸方向に区切るように配置されている。このことにより、それぞれの管巣４Ｈから滴下する凝縮水は、分離されるので、ホットウェル９において混合しない。仕切板１２Ｈで区切られたホットウェル９の一方側と他方側には、それぞれ別個の導電率計測装置５０を設けている。

本実施の形態においては、複圧式復水器が有する合計６個の管巣４Ｌ，４Ｉ，４Ｈから滴下する凝縮水を、各ホットウェルでそれぞれ個別に貯水可能として、かつそれぞれ別個に導電率を計測できるように構成している。このことにより、例えば、管巣を形成する冷却管の漏えい箇所が容易に特定できるという効果がある。

具体的には、例えば管巣を形成する冷却管が破損して、冷却水である海水が漏えいすると、ホットウェルに溜まった凝縮水中の塩分が上昇し、電気が流れやすくなるので導電率が上昇する。したがって、導電率を監視することにより、冷却水の漏えいとその漏えい箇所を早期に検知することができる。

上述した本発明の複圧式復水器の第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、上述した本発明の複圧式復水器の第３の実施の形態によれば、管巣を形成する冷却管の漏えい箇所が容易に特定できる。

なお、本発明は複圧式復水器として、低圧復水器１と中圧復水器２と高圧復水器３とからなる３基の復水器を備えた場合を例に説明したが、これに限るものではない。復水器は３基以上であってもよい。

なお、本発明は上述した第１乃至第３の実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

１：低圧復水器、２：中圧復水器、３：高圧復水器、４Ｌ，４Ｉ，４Ｈ：管巣、５：低圧ホットウェル、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ：連絡管、７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ：滴下部、８：中圧ホットウェル、９：ホットウェル、１０：低圧復水器胴、１１：復水器出口、２０：中圧復水器胴、３０：高圧復水器胴、１２Ｌ，１２Ｉ，１２Ｈ：仕切り板、５０：導電率計測装置、１００：低圧蒸気タービン、２００：低圧蒸気タービン、３００：低圧蒸気タービン

Claims (3)

1. 大容量発電プラントに設けられ、３基以上の復水器の各々を異なる真空度で運転する複圧式復水器において、
   前記３基以上の復水器は、器内圧力が最低圧の第１の復水器と、前記第１の復水器の次に器内圧力が低い第２の復水器と、器内圧力が最高圧の第３の復水器とを含み、
   前記第１の復水器からの凝縮水を前記第３の復水器に導くように、前記第１の復水器と前記第３の復水器とを接続する連絡管を備え、
   前記３基以上の復水器の上部には、それぞれ別個の低圧蒸気タービンが同一回転軸で連結されて配置され、
   前記３基以上の復水器は、前記同一回転軸に沿って配置され、
   前記第３の復水器は、前記第１の復水器と前記第２の復水器との中間に配置された
   ことを特徴とする複圧式復水器。
2. 請求項１に記載の複圧式復水器において、
   前記第２の復水器からの凝縮水を前記第３の復水器に導くように、前記第２の復水器と前記第３の復水器とを接続する他の連絡管を備えた
   ことを特徴とする複圧式復水器。
3. 請求項２に記載の複圧式復水器において、
   前記連絡管及び前記他の連絡管に前記凝縮水の導電率を計測する導電率計測装置を設けた
   ことを特徴とする複圧式復水器。

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