JP7198654B2 - 復水器及び脱気方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、蒸気タービンに適用される復水器及び脱気方法に関する。

蒸気タービンは、循環水に溶存酸素が多く含まれていると、電気化学的反応などにより、この循環水又はその蒸気に接触する金属部材の腐食が早く進行する。このため、蒸気タービンでは、溶存酸素ができるだけ低濃度となるように脱気処理した循環水を使用している。

一方、蒸気タービンの循環水の蒸気は、循環サイクルの系外に放出され利用されることも多く、減少分を回復させるために系外から補給水を循環水に補給している。そして、この補給水は、専用の加熱処理装置を用いて脱気処理を行った後に、循環水に補給されていた。

特開平８－２１６９２号公報 特開平９－７９５０９号公報

従来における補給水の脱気処理は、上述したように専用の加熱処理装置を用いるために、エネルギーを余分に消費し、設置スペースを余分に確保する必要があった。

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、補給水の脱気処理に、余分なエネルギーを消費せず、余分な設置スペースを確保する必要もない復水器及び脱気方法を提供することを目的とする。

実施形態に係る復水器において、タービンを回転させて仕事を終えた蒸気を回転軸の方向に通過させるタービン室に接続し、長手方向に直交する方向から入力する前記蒸気を、循環する冷媒により冷却し凝縮させて復水にする冷却器と、前記復水を一時貯留し前記蒸気を生成する蒸気発生器へ輸送させるホットウェルと、減少した前記復水を回復させるための補給水を前記ホットウェルの外部からその内部空間に供給する供給部と、前記冷却器の長手方向に沿って少なくとも二列が配置され前記補給水を前記内部空間に輸送する配管と、前記配管の側周面に配列され供給された前記補給水を前記内部空間の内側に向けて噴射し前記冷却器を通過した前記蒸気が加熱源となることで前記補給水を昇温させて溶存酸素を減少させた後に前記復水に補給させる複数のノズルと、を備える。

本発明の実施形態により、補給水の脱気処理に、余分なエネルギーを消費せず、余分な設置スペースを確保する必要もない復水器及び脱気方法が提供される。

本発明の第１実施形態に係る復水器のＹ－Ｚ断面図。 第１実施形態に係る復水器のＸ－Ｙ透視図。 第１実施形態に係る復水器のＸ－Ｚ透視図。 （Ａ）実施形態に係る復水器における脱気部の上面図、（Ｂ）そのＢ－Ｂ断面図、（Ｃ）そのＣ－Ｃ断面図。 本発明の第２実施形態に係る復水器のＹ－Ｚ断面図。 第２実施形態に係る復水器のＸ－Ｙ透視図。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１のＹ－Ｚ断面図に示すように第１実施形態の復水器１０Ａは、タービン１５を回転させて仕事を終えた蒸気（排気）１２ａを冷却し凝縮させて復水４３にする冷却器１８と、この復水４３を一時貯留し蒸気１２ｂを生成する蒸気発生器１１へ輸送させるホットウェル４２と、減少した復水４３を回復させるための補給水３５ａをホットウェル４２の外部からその内部空間４６に供給する供給部３０と、供給された補給水３５ｂを内部空間４６において噴射し昇温させて溶存酸素を減少させた後に復水４３に補給させる脱気部５０と、を備えている。

そして、この復水器１０Ａには、冷却器１８で冷却される前の蒸気（排気）１２ａを系外に抽出する抽出管２４が設けられている。この抽出管２４に設けられる開閉弁２３を閉状態から開状態に切り替えることにより、蒸気（排気）１２ａを適時抽出して、様々な用途に再利用することができる。

供給部３０は、補給水３５ａを保持するタンク３１と、このタンク３１からポンプＰにより補給水３５ａを移送する配管３２と、この補給水３５ａの移送をＯＮ／ＯＦＦする開閉弁３３とから構成されている。このタンク３１から供給される補給水３５ａは、フィルターにより固形分が除去され、イオン交換樹脂によりイオンが除去された脱イオン水であるが、溶存酸素が高濃度（８０００ｐｐｂ程度）含まれている。

図２のＸ－Ｙ透視図に示すように冷却器１８は、冷却管の束（図示略）で構成され、その内部を冷媒２７が循環している。この冷却器１８に進入した蒸気（排気）１２ａは、この冷却管の束の表面における熱交換により潜熱を奪われ、凝縮水となって重力落下しホットウェル４２の底部に溜まる。この蒸気（排気）１２ａとの熱交換により昇温した冷媒２７は、冷却器１８の外に排出され、所定の方法で除熱された後、再び冷却器１８に循環する。

図３のＸ－Ｚ透視図に示すように脱気部５０は、冷却器１８の長手方向に沿って配置され補給水３５ａを内部空間４６に輸送する配管５１（５１ａ，５１ｂ）と、この配管５１の側周面に配列され補給水３５ｂを偏平な扇形状（図３のように上面視において）や円錐状に噴射する複数のノズル５２と、を有している。このように脱気部５０が構成されることにより、既設の復水器１０Ａに対し、脱気部５０を追設することができる。また、脱気部５０は、簡単な構成であるために、その付帯設備の設置スペースを余分に復水器１０Ａの周辺に確保する必要がない。

このように配置された脱気部５０から補給水３５ｂが噴射されることにより、凝縮されずに冷却器１８を通過した蒸気（排気）１２ａが加熱源となり、この補給水３５ｂを昇温させることになる。また補給水３５ｂが円錐状に噴射されることにより、蒸気（排気）１２ａと熱交換する液滴の表面積を増大させ、補給水３５ｂをさらに高温に昇温することができる。

高温になった補給水３５ｂは、気体の飽和溶解度が低下し、溶けきれなくなった酸素が気体となって放出される。このように補給水３５ｂは、溶存酸素の濃度が２０ｐｐｂ以下に低減するまで脱気してから、復水４３に補給させる必要がある。

さらに、凝縮されずに冷却器１８を通過した蒸気（排気）１２ａは、補給水３５ｂとの熱交換により除熱され、復水４３になる。このことにより、復水器１０Ａにおける蒸気（排気）１２ａの冷却効率も向上させることができる。

さらに脱気部５０は、配管５１（５１ａ，５１ｂ）が水平方向に（上面視において）二列で配置され、一方の配管５１ａに配列するノズル５２は、他方の配管５１ｂの方向に補給水３５ｂを噴射している。これにより、冷却器１８を通過した蒸気（排気）１２ａに対し補給水３５ｂの液滴を満遍なく均一に曝露させることができ、補給水３５ｂの脱気処理を効率的に行うことができる。

図４（Ａ）は実施形態に係る復水器における脱気部５０の上面図であり、図４（Ｂ）はそのＢ－Ｂ断面図であり、図４（Ｃは）そのＣ－Ｃ断面図である。この図４に示すように、複数のノズル５２は、補給水３５ｂの噴射角度±θを交互に反転させながら配列している。

これにより、隣接するノズル５２から噴射される補給水３５ｂの円筒形状の各々を、相互に重なる領域を減少させ内部空間４６に稠密に形成することができる（適宜、図２，図５参照）。これにより、冷却器１８を通過した蒸気（排気）１２ａに対し補給水３５ｂの液滴を更に満遍なく均一に曝露させることができ、補給水３５ｂの脱気処理を効率的に行うことができる。

また、ノズル５２からの噴射形状を、偏平面が冷却器１８を通過した蒸気（排気）１２ａに対向するような偏平な扇形状とすることにより、冷却器１８を通過した蒸気（排気）１２ａに対し補給水３５ｂの液滴を広範囲に曝露させることができ、補給水３５ｂの脱気処理を効率的に行うことができる。

図１及び図２に基づいて、蒸気タービンの動作説明を行う。蒸気タービンの定常運転過程において、主蒸気配管１６を流れる蒸気１２ｂは、タービン１５を回転運動させ、発電機４１において回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電させる。そして、このタービン１５で仕事を終えた蒸気（排気）１２ａは、タービン室２２を通過して、復水器１０に導かれる。

復水器１０に導かれた蒸気（排気）１２ａは、冷媒２７が循環する冷却器１８で冷却され凝縮し、復水４３となってホットウェル４２に集積される。このホットウェル４２に集積された復水４３は、再び、蒸気発生器１１に回帰し、加熱され蒸気１２ｂとなる。

このように蒸気タービンが発電している最中に、抽出管２４の開閉弁２３を閉状態から開状態に切り替え、蒸気（排気）１２ａを系外に抽出して様々な用途に再利用する場合がある。この場合、減少した復水４３を回復させるために、供給部３０の開閉弁３３が閉状態から開状態に切り替わり、タンク３１からホットウェル４２の内部空間４６に補給水３５ａが供給される。

そして、脱気部５０から噴射された補給水３５ｂは、内部空間４６において昇温して溶存酸素を減少させた後に、復水４３に補給される。補給水３５ｂが補給され量的に回復した復水４３は、再び、蒸気発生器１１に回帰し、加熱され蒸気１２ｂとなる。

（第２実施形態）
次に図５から図６を参照して本発明における第２実施形態について説明する。図５は第２実施形態に係る復水器１０ＢのＹ－Ｚ断面図であり、図６はそのＸ－Ｙ透視図である。なお、図５，６において図１から図４と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

第２実施形態の復水器１０Ｂにおいて、脱気部５０は、配管５１（５１ａ，５１ｃ）が垂直方向に多段配置されている。これにより、内部空間４６が、ノズル５２を一直線に配列させる事が困難な程度に狭い場合でも、補給水３５ｂの供給量を確保することができる。また、補給水３５ｂの供給源であるタンク３１に対して、配管５１（５１ａ，５１ｃ）が並列に接続され、それぞれに開閉弁３３が個別に設けられることで（図示略）、内部空間４６への補給水３５ｂの供給量を調節することもできる。

なお、内部空間４６に配置される配管５１の配置方向や本数に特に限定はなく、例えば中心に１本だけ配置される場合もある。またノズル５２は、一方の側面だけでなく、反対側の側面にも両面に設けられてもよい。また、補給水３５ｂの噴射方向も任意である。

また、実施形態において復水器１０は、タービン１５の回転軸１７の方向に蒸気１２が通過する軸流式の蒸気タービンへの適用を例示したが、タービン回転軸とは直交する方向に蒸気が通過する下方排気式、及び散水された冷媒に蒸気排気を直接接触させて凝縮水にする接触式への適用も可能である。

以上述べた少なくともひとつの実施形態によれば、復水器に導入される補給水を噴射（スプレー）して、夕－ビン排気蒸気と熱交換し昇温させる事で、外部の加熱源を必要とせず、補給水の溶存酸素を許容上限以下に低減させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０（１０Ａ，１０Ｂ）…復水器、１１…蒸気発生器、１２ａ…蒸気（排気）、１２ｂ…蒸気、１５…タービン、１６…主蒸気配管、１７…回転軸、１８…冷却器、２２…タービン室、２３…開閉弁、２４…抽出管、２７…冷媒、３０…供給部、３１…タンク、３２…配管、３３…開閉弁、３５（３５ａ，３５ｂ）…補給水、４１…発電機、４２…ホットウェル、４３…復水、４６…内部空間、５０…脱気部、５１（５１ａ，５１ｂ）…配管、５２…ノズル。

Claims (5)

1. タービンを回転させて仕事を終えた蒸気を回転軸の方向に通過させるタービン室に接続し、
   長手方向に直交する方向から入力する前記蒸気を、循環する冷媒により冷却し凝縮させて、復水にする冷却器と、
   前記復水を一時貯留し、前記蒸気を生成する蒸気発生器へ、輸送させるホットウェルと、
   減少した前記復水を回復させるための補給水を、前記ホットウェルの外部からその内部空間に供給する供給部と、
   前記冷却器の長手方向に沿って少なくとも二列が配置され、前記補給水を前記内部空間に輸送する配管と、
   前記配管の側周面に配列され、供給された前記補給水を、前記内部空間の内側に向けて噴射し、前記冷却器を通過した前記蒸気が加熱源となることで前記補給水を昇温させて溶存酸素を減少させた後に、前記復水に補給させる複数のノズルと、を備えることを特徴とする復水器。
2. 請求項１に記載の復水器において、複数の前記ノズルは、前記補給水を円錐状に噴射する復水器。
3. 請求項２に記載の復水器において、複数の前記ノズルは、
   前記補給水の噴射角度を交互に反転させながら配列している復水器。
4. 請求項２又は請求項３に記載の復水器において、
   前記配管が垂直方向に多段配置される復水器。
5. タービンを回転させて仕事を終えた蒸気を回転軸の方向に通過させるタービン室が接続した復水器における脱気方法であって、
   長手方向に直交する方向から冷却器に入力する前記蒸気を、循環する冷媒により冷却し凝縮させて、復水にする工程と、
   ホットウェルにおいて前記復水を一時貯留し、前記蒸気を生成する蒸気発生器へ、輸送させる工程と、
   減少した前記復水を回復させるための補給水を、前記ホットウェルの外部からその内部空間に供給する工程と、
   前記冷却器の長手方向に沿って少なくとも二列が配置された配管を介して、前記補給水を前記内部空間に輸送する工程と、
   前記配管の側周面に配列された複数のノズルから、供給された前記補給水を、前記内部空間の内側に向けて噴射し、前記冷却器を通過した前記蒸気が加熱源となることで前記補給水を昇温させて溶存酸素を減少させた後に、前記復水に補給する工程と、を含むことを特徴とする脱気方法。
   

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