JPH04232310A - 発電所における蒸気を用いて補給水を加熱および多工程脱ガスする方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発電所において蒸気を
用いて添加水を加温および多段脱ガスする方法に関する
。同様に、本発明は該方法を実施するための装置にも関
する。

【０００２】

【従来の技術】最近の発電所においては、添加水の消費
が非常の大きい。既に古典的凝縮装置は、添加水として
通常、蒸気・凝縮液の全循環質量流量の１〜３％を必要
とする。しかし、蒸気噴射を用いて窒素酸化物の放散を
減少させる組合せ装置においては、この添加水の消費は
２０〜３０％に増加する。この場合、現今の要求のため
、添加水の１００００ｐｐｂ（１０億分の部）の酸素含
量（つまり室温における大気圧の空気による水の飽和状
態）を７ｐｐｂに脱ガスすると同時に２０Ｋ以上に加熱
する期間が要求される。簡単な、それ自体公知の小さい
水量の場合に慣用の、凝縮器中への添加水の直接噴霧は
、上記の大量に基づき、管群のあふれを生じる。これは
、凝縮器の機能の重大な損害をもたらし、このため凝縮
器供給者ならびに凝縮器運転者からも許容されない。 さらに、この形式では所望の加熱および脱ガスは得られ
ない。

【０００３】一般に公知の、添加水を加熱および脱ガス
する装置を使用すると通常、加熱のために利用される蒸
気は比較的高いエネルギーレベルに存在する。従って、
容易にターボ群中でなお仕事をすることのできる手段が
使用される。

【０００４】同様に交換塔ないしは混合物の液体と蒸気
が互いに向流、直交流向流、並流で案内される塔も、液
体の脱ガスと関連して公知である（Ｌｅｕｇｅｒ，第１
６巻，Ｌｅｘｉｋｏｎ　　ｄｅｒ　　Ｖｅｒｆａｈｒｅ
ｎｓｔｅｃｈｎｉｋ，第４版，Ｄｅｕｔｓｃｈｅ　　Ｖ
ｅｒｌａｇｓ−Ａｎｓｔａｌｔストットガルト，第５１
頁）。 これらの塔においては、分離すべき混合物の蒸気と液体
は、双方の相が物質交換および熱交換のためできるだけ
密に接触するように向流または並流で案内される。所定
の塔の高さにおいて最大の分離仕事を得るために、脱ガ
ス塔を向流接続で使用するのは原則的には正しい。しか
し大きい過冷却を有する大きい液体の流れは、向流接続
の場合には、塔の下部で行なわれる物質動力学的分離仕
事のための顕著な作用なしに、非常に大量の蒸気が塔の
下部を通過する（大きい蒸気負荷のためパッケージがあ
ふれる）という問題を伴なう。それというのも液体の加
熱および飽和過程は上部で行なわれるからである。しか
し、かかる構造的解決手段は、パッケージのあふれを阻
止するためには、塔の直径を極めて大きくしなければな
らないという結果となり、これは装置のかなりの超過費
用をもたらす。最後に、少なくとも蒸気タービン装置の
給水管における腐食の問題と関連して、凝縮液のガス抜
きを、温水溜め中で水面下方で蒸気を吹込むことによっ
て行なうことも公知である。この場合、蒸気吹込みのた
めには、凝縮液の十分に大きい液高ならびに凝縮液中で
の蒸気の非常に細かい分配が必要である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、発電
所の凝縮器中に生じる廃蒸気の熱は通例不所望の副産物
とみなされるという認識に基づき、この廃熱を利用する
新規方法および大きい加熱効率ならびに大きい脱ガス効
率を有する該方法に所属する新規装置を提供することで
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】これは、本発明によれば
、多工程において、−第１工程で添加水の加熱およびそ
れに溶解しているガスの追出しを純熱力学的に、過冷却
された添加水を少なくともほぼ凝縮器圧が支配している
混合室中へ噴射し、該混合室中へは同様に廃蒸気を導入
することによって行ない；−第２工程で加熱された添加
水をさらに脱ガスするのを純物質動力学的に、添加水が
直立する分離塔を上方から貫流し、向流で分離塔を通っ
て導かれる洗浄蒸気と塔内で密に接触することによって
行ない；−第３工程で分離塔から流出する添加水を受水
容器中で、受水容器の水面下で蒸気分割手段によってつ
くられる蒸気泡で処理し、−その際受水容器から出る蒸
気が分離塔用の洗浄蒸気を形成することによって達成さ
れる。

【０００７】この方法を実施するための装置は、主とし
て、−発電所の凝縮器の外壁に配置され、凝縮器の内部
と蒸気の入口および蒸気出口を介して連通し、内部に多
数の水噴射手段が配置されている混合室（その際混合室
の蒸気入口は凝縮器頸部に向って開いている）；−さら
には混合室の下方でこれと結合している、上端部に水分
配器を備えている直立配置の分離塔（その際分離塔の壁
中、水分配器と分離塔のエレメントとの間で、凝縮器内
部への結合管が分岐している）；−ならびに分離塔の下
方に配置されてこれと結合している、内部に蒸気分割手
段が設けられかつ堰を介して凝縮器内部と結合している
受水容器からなる。

【０００８】新規方法および新規脱ガス形式は、慣例の
方法および実施例とは異なり、発電所の効率が増加する
ことによってすぐれている。それというのも加熱および
脱ガスのために低価値の廃蒸気の大部分が使用され、こ
れが凝縮器の負荷を低減するからである。

【０００９】混合室が凝縮器の管長手方向に延びかつ少
なくともほぼシリンダ状であり、その際凝縮器頸部から
供給されるその蒸気流入口ならびにその蒸気流出口が接
線的に構成されているのがとくに有利である。混合室の
入口および出口の形状大きさを流体力学的に構成するこ
とによって、不活性ガスの濃厚になった混合室からの蒸
気の凝縮器中への返送は絶え間なくかつ外部からの操作
なしに行なわれる。

【００１０】蒸気分割手段が、とくに酸素の少ない蒸気
ならびに循環凝縮液が供給される二相ノズルであるのが
有利である。それと共に、この新規装置は、簡単に二相
ノズルの機能のためにいずれにせよ必要な凝縮液質量流
量を増加することにより、発電所の始動の際または運転
の間凝縮液の浄化のために利用することもできる。

【００１１】

【実施例】図面には、本発明の１実施例が蒸気タービン
装置の冷却部につき概略図示されている。

【００１２】本発明の理解に重要でない装置部分、たと
えば発電所の本来の蒸気循環路および水循環路は図示さ
れていない。関与せる媒体の流れ方向は矢印で示されて
いる。

【００１３】混合予熱器／脱ガス器は構造および機能が
十分に公知であるが、その問題およびここで見出された
多工程性の解決策を、非拘束的数値例につき説明する：
−発電所において典型的に現われるような、加熱の際同
時に脱ガスするのは若干の特殊性を有する。差当り、添
加水の加熱のために、飽和低圧蒸気、通例タービンの廃
蒸気が利用される。この廃蒸気は１０％より多い湿分を
有し、その温度は通常２０℃〜５０℃の間である。従っ
て、過冷却された添加水により吸引される、一般に表面
凝縮器中へ流入する蒸気質量流は、主としてタービン廃
蒸気の飽和温度に関して添加水を過冷却することによっ
て与えられている。換言すれば、脱ガス器中で、関連す
る流れの状態および強さだけに依存する自然の作動状態
が、上記の作用の大きさの制御のための制御回路の作用
なしに生じる。

【００１４】液体に溶解しているガスの追出しは、第１
工程で差当り純熱力学的に行なわれる。それというのも
添加水の噴霧による圧力低下および蒸気での加熱による
添加水の温度上昇は溶解しているガスの飽和値の減少を
惹起する［噴出効果（Ｓｐｒｕｄｅｌｅｆｆｅｋｔ）］
。これにより、溶解しているガスの分圧は支配する全圧
を上廻る。ここで目指す脱ガス期間中に、方法のこの工
程で加熱および脱ガスのために総括的に、必要な蒸気の
大部分が必要とされる。２０℃で１００００ｐｐｂのＯ
２初期濃度に基づき１００ｍｂａｒおよび飽和温度４６
℃では、濃度が約１８００ｐｐｂに減少し、その際添加
水１ｋｇにつき飽和温度にまで加熱するのに既に約０．
０５０ｋｇの乾燥飽和蒸気が必要とされる。この第１工
程後にガス相中に存在する酸素の除去は、不活性ガス濃
度の増加した残蒸気流を放出することによって達成され
る。このために、脱ガス室中へ導入され、追出されたガ
ス濃度の増加した蒸気の一部が再び凝縮器空間に返送さ
れる。ここから、該蒸気部分は凝縮器の図示されていな
い吸込系統により装置から送出される。従って大体にお
いて、この第１工程において添加水からガス、つまり酸
素の大部分、しかし窒素および二酸化炭素も、添加水を
低圧にさらし、相応する飽和条件にすることによって除
去される。

【００１５】この最初の脱ガス工程および加熱工程に必
要な部分装置は、大体において次のようである：横置で
凝縮器壁２に沿って延びかつその両端が端板で閉じられ
いるシリンダ１が重要である。シリンダ内部が本来の混
合室３を形成する。この混合室３内に、ノズル４の多数
の噴射手段が並べられている。これらのノズルは、共通
の水管５によって供給される。ノズルにより、高いＯ２
濃度を有する過冷却された添加水が混合室中へ噴射され
る。シリンダは、混合室の長手方向の全長にわたって延
びる２つの開口によって凝縮器内部と結合している。上
方の開口は、蒸気入口６を形成し、部分的にしか図示さ
れていない凝縮器頸部７に向けられている。この開口の
直接上方の凝縮器内壁には、みぞ１０の形の壁水分離器
が存在している。このみぞは混合室とほぼ同じ長さにわ
たって延びており；両端が開いているので、集った水は
ここからみぞの長さ次第で、混合室中へ流出するかまた
は凝縮器内部に残留する。いずれの場合でも、壁面水は
混合室の機能を損なうことはできない。流れの形態を形
成する入口６は、混合室の側面をほぼシリンダに対して
接線方向に延びている。

【００１６】添加水を噴射する場合、この添加水は差当
り混合室内を支配する凝縮器圧に放圧される。その際、
上記した約１８００ｐｐｂ（１００ｍｂにおいて）のＯ
２濃度へのこの添加水の衝撃的脱ガスが行なわれる。

【００１７】添加水は凝縮器内の飽和温度よりもかなり
冷たいので、添加水は吸込まれる。従って、混合凝縮器
におけるように、タービン廃蒸気は蒸気入口６によって
混合室３中へ吸込まれる。この効果は、随伴する２つの
ファクタによってなお増強される：・第１に、相応に構
成された蒸気入口は流入する蒸気を転向し、引き続きよ
どませる作用をし、よどみ蒸気が混合室圧を約１〜１．
５ｍｂａｒだけ軽度に高める。

【００１８】・第２に、添加水噴射の特別な形も、水流
ポンプの形式による蒸気に関し“連行効果（Ｓｃｈｌｅ
ｐｐｅｆｆｅｋｔ）”を惹起する。

【００１９】混合室内に流入する蒸気の大部分は、添加
水との直接接触で凝縮する。過剰の蒸気量は、熱補償過
程の間不活性ガスの割合ないしは濃度が増加する。該蒸
気量は混合室内で転向されて、蒸気出口８と形成する第
２の開口により流出する。この第２の開口８は、凝縮器
壁中で第１の開口６の下方に配置されている。この開口
も、少なくとも凝縮器内部に向けられたその端部が接線
方向に延びている。これによってこの個所でも、この時
点で管群９の直接上方に存在する主流により、混合室か
ら流出する混合物に対して吸込み作用が実施される。

【００２０】混合室内に残留する、噴射され混合された
添加水は今や、凝縮器圧および凝縮器温度で、飽和され
、部分的に脱ガスされる。

【００２１】−残脱ガスの困難なかなりの部分は、第２
工程で、純物質動力学的に、溶解しているガスをガス／
液体境界層を介して拡散運搬することによって行なわれ
る。この運搬過程は、熱補償が達成された後にはじめて
行なうことができる。この第２工程の作業方法は、第１
工程の作業方法よりも著しく費用がかかる。

【００２２】飽和された添加水から出発して、最大の分
離仕事を得るためには、向流接続のガス・液体接触装置
の作用が有意である。とくに、分離塔が利用され、その
運転には少量の高価な蒸気が必要である。このいわゆる
洗浄蒸気量は、加熱に必要な全蒸気量の≦５％に達する
。

【００２３】泡鐘、ジェットプレートまたは目皿板のよ
うな、それ自体公知の慣例の分離段の使用は、各分離段
あたり約１．５ｍｂａｒの圧損失と結合していることが
指摘される。これは、飽和温度の上昇、その結果高価値
の蒸気の多量消費を生じる。殊に低真空度では、パッケ
ージの高さ１ｍあたりほぼ１〜１．５ｍｂａｒの圧損失
だけを有する、圧損失の少ないパッケージが望まれる。

【００２４】本例では、直立配列された分離塔１１は、
図示の場合積層された充填体（下記にパッケージ１２と
呼称）を含有するいわゆる円筒形塔である。これは、堆
積、つまりいわゆる無秩序な充填（ｒａｎｄｏｍ　　ｐ
ａｃｋｉｎｇ）であってもよい。秩序ある、規則的な充
填（ｒｅｇｕｌａｒ　　ｐａｃｋｉｎｇ）が好適であり
、このものは均一に得られる分配により僅かな圧損失で
分離効率が高い利点を与える。かかる自体公知のパッケ
ージの材料としては、特殊鋼、セラミックまたはプラス
チック織物を使用することができ、これらはいずれも水
性系における良好な濡れ性によってすぐれている。この
パッケージはその最下端がパッケージ支持格子１３によ
って塔内に保持されている。

【００２５】混合室３の先細の出口１４から下方へ分離
塔中へ流入する部分的に脱ガスされた添加水は、差当り
図示されていない囲繞するえり部に集められ、次いで分
配器１５に導かれる。この分配器１５はパッケージ１２
の上方に設けられている。これは通常、流下する加熱さ
れた水が集められ、塔の円筒形全横断面に分配される水
路網であるか、または最も簡単な場合には目皿板である
。最後の場合には、分配器上方にある、水準三角形（Ｎ
ｉｖｅａｕｄｒｅｉｅｃｋ）１６と呼称されている水位
計が、同時にパッケージ１２から上方へ流出する洗浄蒸
気用の水力ロックとして使用される。

【００２６】塔は向流接続に構成されている、つまり予
備加熱され、既に部分的に脱ガスされた水は塔内を下方
へ流れ、洗浄蒸気は向流で上方へ流れる。この塔内で、
残存ガス量が水から大部分除去される。水は、塔の幾つ
かの層を通って下方へ流れる。パッケージ内で、同様に
水の残存過冷却が除かれる。このためには、パッケージ
の高さの小部分だけが利用されない。熱補償、つまり飽
和温度が達成された後、塔内での脱ガス工程は、既に上
述したように純物質動力学的に行なわれる。

【００２７】向流塔の必要な高さは、水の入口濃度なら
びに所望の出口濃度に依存する。向流塔を小さい洗浄蒸
気質量流だけが、下方へ流れるように逆って上方へ流れ
るので、分離塔内であふれの危険は存在しない。

【００２８】この洗浄蒸気を除去するのは、パッケージ
１２の直接上方で行なわれる。このためには、分離塔の
壁１７中に、直立する水柱で充填された分配器１５とパ
ッケージ１２との間に開口１８が設けられていて、この
開口から凝縮器内部への排気管１９が分岐する。

【００２９】従って、この第２工程における脱ガスは、
１８００ｐｐｂとたとえば８０ｐｐｂの間の平均濃度範
囲内で実施され、このためには必要な全蒸気の数分の１
が利用されるに過ぎない。それにも拘らずこの蒸気は、
所属する凝縮器内を支配する圧力レベルより高い循環路
の圧力レベルから取り出さなければならない。

【００３０】この洗浄蒸気がどのようにして準備される
かは、第３の脱ガス工程の説明により記載する。通常の
向流脱ガス装置とは異なり、即ちこの洗浄蒸気はパッケ
ージ１２の直接下方には供給されない。

【００３１】−分離塔１１から流下する添加水は、円筒
形のケーシング２０を経て、分離塔の下方に配置されて
これと結合している受水容器２１に流入し、該容器はそ
の中に蒸気分割手段２２を備えており、かつ堰２２を介
して凝縮器内部と結合している。

【００３２】図３によれば、添加水はこの受水容器中で
強制案内されている。このために、そらせ板２７，２８
および２９で本来のメアンダー状流路が形成されていて
、該流路は堰２３に終る。この堰は、系内の明白な流れ
状態を配慮する。この流路中で、添加水の残脱ガスが行
なわれる。これは、蒸気分割手段２２中で形成される蒸
気泡により行なわれる。この手段はとくに、液体ならび
に蒸気が供給される二相ノズルである。該ノズルは、出
口孔で約１ｍｍの直径を有する蒸気泡が形成するように
寸法定められている。原則として、０．５〜２ｍｍの直
径を有する蒸気泡が適当である。流路中で中央の２つの
迷路内には、このような蒸気分割手段２２が設けられて
いる。ノズル自体は特定の深さ、たとえば水位の下方０
．５ｍに配置されている。その出口孔はなかんずく液体
を通って上昇する場合の滞留時間を延長するために、そ
れぞれ水平に向けられている。

【００３３】双方のノズルの供給は、一方では、凝縮器
の底部から分岐しかつポンプ２５が配置されている水管
２４により行なわれる。しかし、これとは異なり、該水
管は全く同様に、図示されてない給水路から、しかも有
利には通常の凝縮液ポンプの後方で分岐することもでき
る。さらに、この水管内に、支配する水圧をノズル前方
で気泡形成に必要な圧力に低下する縮流装置が設けられ
ていてもよい。他方では、双方のノズルの供給は、同様
にたいてい適正圧力を準備するための圧力低下装置を含
有する蒸気管２６によって行なわれる。蒸気源自体は種
々のものであってよい：たとえば本来の蒸気発生装置の
前で既に、貯蔵蒸気および／またはパッキン箱蒸気を準
備するのに必要な活性の補助蒸気系をバイパスすること
もできる。他の可能な蒸気源は、タービン装置からの生
蒸気または抽気蒸気であり、その際たんに、そのつど酸
素濃度の小さい蒸気が噴射されることに注意すればよい
。

【００３４】受水容器内を徐々に堰の方へ流れる添加水
へのエネルギー供給によって惹起される本来の熱による
脱ガスは、双方のノズルに凝縮液および蒸気を同時に供
給することによってっ行なわれる。噴霧ノズル内で行な
われる圧力減少によって、導入された凝縮液の一部が蒸
発し、導入される蒸気と一緒に所望の直径の蒸気泡を形
成し、該気泡は均一に添加水を通って上昇する。水の深
さおよび気泡の直径は、気泡の滞留時間に関して、一方
では気泡が添加水により堰を越えて凝縮器内部へ入らず
、他方では必要な酸素放散を実施することができるよう
に互いに同調させねばならない。この放散の動力学は十
分に公知であり、ここでこれにつき詳述する必要はない
。

【００３５】気泡形成のための蒸気消費は比較的僅かで
あり、脱ガスすべき添加水の約１°／００である。二相
ノズルの機能発揮のために必要な液体の質量流量は、噴
射される蒸気質量流の約１００倍である。気泡が５〜１
０秒の滞留時間後に水面に達すると、この水面の上方で
、さもないときは周囲が閉じている受水容器２内に蒸気
クッションがつくられ、これが水の流動方向と逆に、ケ
ーシング部分２２の方へ動き、次いで下方から洗浄蒸気
として第２の脱ガス工程のパッケージ１２に流入する。

【００３６】蒸気泡は、添加水との直交流で、たとえば
８０ｐｐｂの溶解している不活性ガス含有量をたとえば
７ｐｐｂの所望の値に低下することにより最終的脱ガス
を惹起する。最終工程における気泡脱ガスは、たんに蒸
気分割手段の数および噴射される蒸気流だけに依存する
。こうして濃縮された洗浄蒸気は、パッケージ１２の分
離仕事に対して不利な作用を有しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】凝縮器管の長手方向の延長に対して横方向に一
体化された脱ガス装置を有する凝縮器の部分断面図。

【図２】凝縮器管の長手方向における脱ガス装置の部分
断面図。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による部分断面図。

【符号の説明】

１　　　　シリンダ ２　　　　凝縮器壁 ３　　　　混合室 ４　　　　ノズル ５　　　　水管 ６　　　　蒸気入口 ７　　　　凝縮器頸部 ８　　　　蒸気出口 ９　　　　管群 １０　　　　みぞ １１　　　　分離塔 １２　　　　パッケージ １３　　　　パッケージ支持格子 １４　　　　混合室の出口 １５　　　　分配器 １６　　　　水準三角形 １７　　　　分離塔の壁 １８　　　　分離塔壁の開口 １９　　　　排気管 ２０　　　　ケーシング部分 ２１　　　　受水容器 ２２　　　　蒸気分割手段 ２３　　　　堰 ２４　　　　水管 ２５　　　　ポンプ ２６　　　　蒸気管 ２７　　　　そらせ板 ２８　　　　そらせ板 ２９　　　　そらせ板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　発電所における蒸気を用いて添加水を
   加熱および多工程脱ガスする方法において、第１工程で
   添加水の加熱およびそれに溶解しているガスの追出しを
   純熱力学的に、過冷却された添加水を少なくともほぼ凝
   縮器圧が支配している混合室中へ噴射し、該混合室中へ
   は同様に低圧廃蒸気を導入することによって行ない；第
   ２工程で加熱された添加水をさらに脱ガスするのを純物
   質動力学的に、添加水が直立する分離塔を上方から貫流
   し、該塔内で向流で分離塔を通って導かれる洗浄蒸気と
   密に接触することによって行ない；第３工程で分離塔か
   ら流出する添加水を液受け器中で、受水容器の水面下で
   蒸気分割手段によってつくられる蒸気泡で処理し、その
   際受水容器から出る蒸気が分離塔用の洗浄蒸気を形成す
   ることを特徴とする、発電所における蒸気を用いて添加
   水を加熱および多工程脱ガスする方法。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の方法を実施するための
   、発電所における蒸気を用いて添加水を加熱し、多工程
   脱ガスする装置において、発電所の凝縮器の外壁（２）
   に配置され、凝縮器内部と蒸気入口（６）および蒸気出
   口（８）を介して連通しており、内部に多数の水噴射手
   段が配置されている混合室（３）；さらに混合室（３）
   の下方でこれと結合している、上端部に水分配器（１５
   ）を備えている直立配置の分離塔（１１）、ならびに分
   離塔（１１）の下方に配置されてこれと結合している、
   内部に蒸気分割手段が設けられかつ堰（２３）を介して
   凝縮器内部と結合している受水容器（２１）を有し、そ
   の際混合室（３）の蒸気入口は凝縮器頸部に向って開い
   ており、かつ分離塔（１１）の壁（１７）中、水分配器
   （１５）と分離塔（１１）のエレメント（１２）との間
   で、凝縮器内部への結合管（１８，１９）が分岐してい
   ることを特徴とする、発電所における蒸気を用いて添加
   水を加熱および脱ガスする装置。
3. 【請求項３】　　混合室（３）が凝縮器の管長手方向に
   延びていることを特徴とする、請求項２記載の装置。
4. 【請求項４】　　混合室（３）がとくにシリンダ状であ
   り、その際その蒸気流入口（６）ならびに流出口（８）
   が接線的に構成されていることを特徴とする、請求項２
   記載のの装置。
5. 【請求項５】　　受水容器（２１）がメアンダー状流路
   として構成され、その中に蒸気分割手段（２２）が互い
   に距離を置いて配置されていることを特徴とする、請求
   項２記載の装置。
6. 【請求項６】　　蒸気分割手段が、とくに酸素の少ない
   蒸気ならびに再循環される凝縮液が送入されかつ水平方
   向の出口孔が整列されている二相ノズルであることを特
   徴とする、請求項２記載の装置。