JPS6026956B2 - 直接接触式多段圧復水器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は地熱タービンプラント用として好適な直綾接
触式多段圧復水器に関する。

複数基の復水器に冷却水を直列式に供給通流することに
よって多庄復水器を構成し、冷却水の保有する冷却能力
を有効に活用してタービンプラントの熱効率向上を図る
方式が在来の火力発電プラントで採用されて公知である
。

一方、頭記地熱タービンプラントはその立地条件から十
分な復水用冷却水が得られぬ場合が多く、このために冷
却塔を設備し、冷却水を再循環して用いる方式が多く採
用されている。この場合には冷却塔の設備費およびラン
ニングコストを含めた経済性のを考慮して、復水器内に
おける冷却水温度上昇が在来の火力発電プラントにおけ
る表面式復水器のように冷却水を使用後はそのまま排水
する方式に較べて高く選ばれるのが通常である。従って
冷却水をこのような運転条件の下で使用する地熱タービ
ンプラントでは、多段圧復水器を採用することが熱効率
向上の効果が大きくて有利である。しかも地熱タービン
プラントでは、復水の回収を要しないこと、および地熱
蒸気の中に含まれている各種不純物による腐食作用並び
に伝熱面の汚染を配慮して、一般には直接接触式多段圧
復水器が採用されている。本発明は上記直接接触式多段
圧復水器に関するものである。

直接接触式復水器はタービンから排出される蒸気と冷却
水とを直接接触させて蒸気を凝縮させるため、両者の温
度差を非常に小さくできて高い復水効率を得ることがで
きる。また直接接触式の復水器には従来、冷却水の散布
形式から分類し二つの形式がある。その一つはノズルそ
の他を用い、復水器内の圧力に対しある差圧を持った冷
却水を復水器胴内へ頃覆し、蒸気と接触させて蒸気の凝
縮を行なうよう構成されており、この形式は一般にスプ
レー形と称される。他方の形式は多数の穴またはスリッ
トを有する散水トレイを復水器の胴内に配置し、冷却水
をトレイ上に導いて穴またはスリットから自然流下式に
散布させ、蒸気と接触させて凝縮を行なうよう構成され
ており、この形式は一般に散水トレイ形と称される。散
水トレイ形復水器では冷却水を特に加圧する必要がなく
、トレイ上まで冷却水を導びくことさえできれば十分で
ある。これに対し、スプレー形は冷却水を加圧する必要
があるが、冷却水の階霧方向を上方，斜め上方，水平あ
るいは斜め下方とすることにより、冷却水水滴の器内紛
空時間または飛距離を自然流下式に較べて大きく選ぶこ
とができる。このことは復水器の寸法，形状が晋鮫的自
由に設計し得ることを示している。特に蒸気と冷却水と
の直接接触による熱交換をより良く行なわせるには水滴
の滞空時間，飛距離または落下距離を十分に確保するこ
とが不可欠である。その関係を第３図に示す。図におい
てＫは冷却水水滴の器内滞空時間，飛距離，あるいは落
下距離であり、この特性線図は冷却水出口温度が蒸気温
度に近づく程、つまりＫの値が大なる程より良い熱交換
が行なわれていることを示している。トレイ形は冷却水
の加圧を必要としないが、冷却水はトレイの穴またはス
リットから自由落下して蒸気と直接接触するので、その
滞空時間または落下距離を確保するために予め十分な高
さを設定しておく必要がある。一方、復水器内に導ぴか
れた蒸気が凝縮して生成した復水と冷却水との混合水の
排出方式より分類して復水器には次の二つの形式がある
。

その一つは、ローレベル形と称されるので、復水器胴の
底部に溜った前記混合水の排出をポンプを用いて強制排
水させる。従って復水器の裾付配置は自由に選定でき、
一般に復水器はタービンの真下に置かれる場合が多い、
他方の形式はバロメトリック形と称されるもので、冷却
水の排出にはポンプを用いないで冷却水自身の自重によ
り排出するものである。すなわち、冷却水排出ビットの
大気開放水面よりも１０の程度高い位置に復水器の冷却
水水位を設置することにより、排水ポンプを用いないで
真空圧の復水器内から冷却水を排出させるものである。
従って復水器の裾付配置には制限があり、一般には蒸気
タービンと別督して屋外に架台を組みその上に復水器を
設置する場合が多い。なお仮にバロメトリツク形復水器
をタービンの真下に据付配置した場合には、タービンが
設備される床を非常に高く構築するか、もしくは非常に
深い冷却水溜を地下に構築することが必要であり、経済
的には一般に得策でない。次に上記した散水トレイ形復
水器同志、およびスプレー形復水器同志を使用して多段
圧復水器を構成した例をそれぞれ第１図、および第２図
に示して説明する。

なお第１図および第２図において同一符号は同一部材を
示し、また多段圧復水器を構成する各段の復水器のうち
、冷却水源より低温冷却水が直接供給され、従って低圧
、つまり高真空度が得られる側の復水器を低圧段復水器
（以下「ＬＰ復水器」と呼称する）、ＬＰ復水器の後段
に接続されてＬＰ復水器より導出した冷却水が流入し、
従って器内圧力がＬＰ復水器よりも相対的に高圧となる
復水器を高圧段復水器（以下「ＨＰ復水器」と呼称する
）と称する。先ず、第１図，第２図における構造部品と
符号との対応を記す。

図にいて１は複流蒸気タービン、２はＬＰ復水器、３は
ＨＰ復水器、４，５はＬＰ、ＨＭ復水器の蒸気入口、６
はＬＰ復水器２の冷却水導入口ないし冷却水導入管、７
は第２図におけるＨＰ復水器３の冷却水導入管、８は第
２図におけるＬＰ復水器２の底部に閉口した冷却水出口
、９はＨＰ復水器３の底部に開口した冷却水出口、１０
，１ １はＬＰ，ＨＰ復水器の不凝縮性ガス排出口、１
２，１３は第１図におけるＬＰ，ＨＰ復水器の胸内に設
置した冷却水散水トレイ、１４，１５は第２図における
ＬＰ，ＨＰ復水器の胴内に設置した冷却水頃霧ノズル、
１６は第１図におけるＬＰ復水器２とＨＰ復水器との間
の仕切板を兼用する散水トレイ、１７は第２図における
ＬＰ，ＨＰ復水器２と３の間を仕切る仕切板、１８，１
９は第２図におけるＬＰ，ＨＰ復水器内に区画した抽出
ガス冷却部の囲い板、２川ま冷却水の水源、２１はＬＰ
復水器へ給水するための給水ポンプ、２２は第２図にお
ける冷却水出口８と冷却水入口９との間を接続する冷却
水導管、２３は冷却水導管２２に介挿した中間昇圧ポン
プ、また矢印Ａはタービン１からの排気蒸気流入方向、
矢印Ｂは第１図における各散水トレイから散水される冷
却水の水滴流、矢印Ｃは第２図における頃霧ノズルから
頃霧される冷却水の頃霧方向、ｈ，，ｈ２はＬＰ，ＨＰ
復水器２，３の底部に滞留した復水と冷却水との混合水
の水位レベルを示す。先ず第１図において、冷却塔など
の冷却水源２０から導かれた冷却水はＬＰ復水器の冷却
水導入管６からＬＰ復水器２へ入り、ＬＰ復水器の散水
トレイ１２から水滴となって器内を自然落下する。

ＬＰ復水器の散水トレイ１２は左右方向から互い違いに
張出して上下に複数段設置され、ＬＰ，ＨＰ復水器内で
の冷却水水滴の形状と共に、各散水トレイ１２の間に曲
りくねった蒸気の流離を形成している。矢印Ｂのように
トレイ１２から落下した冷却水および器内で凝縮した復
水との混合水は辻切板兼散水トレイ１６上に溜り、ここ
にＬＰ復水器内の貯水レベルｈ，を形成する。一方、複
流タービン１の片一方から排出された蒸気はＬＰ復水器
の蒸気入口４へ導かれ、ＬＰ復水器２内で冷却水水滴と
直接接舷して凝縮される。残った不凝縮性ガスとガスの
随伴蒸気はＬＰ復水器のガス出口１０よりガス抽出装置
（図示せず）へ導かれる。仕切板兼散水トレイ１６上に
溜った冷却水と復水の混合水は仕切板兼散水トイレ１６
に穿設された穴またはスリット等を通してＨＰ復水器３
の中へ水滴となって落下する。このとき、ＨＰ復水器３
の器内圧力はＬＰ復水器２の器内圧力より僅かに高いた
め、ＬＭ復水器２の底部に溜った貯水水レベルｈ，はＬ
Ｐ，ＨＰ両復水器２と３との間の差圧水顔およびＨＰ復
水器内へ向けて冷却水が仕切板兼散水トレイ１６に穿設
された穴またはスリットを通るに要する所要水頭を合計
したものとなる。すなわち、ＬＰ復水器２とＨＰ復水器
３との間の差圧分は仕切板兼散水トレイ１６およびＬＰ
復水器２内の底部にレベルｈ．まで溜った混合水により
隔絶される。また仕切板兼散水トレイ１６に溜った混合
水はＨＭ復水器３に対する冷却水としてトレイ１６を通
じてＨＭ復水器内へ流下し、ＬＰ復水器２と同様にＨＭ
復水器の散水トレイ１３より水滴となって器内を自由落
下し、ＨＰ復水器３の底部に溜る。更にここからＨＰ復
水器の冷却水出口９よりバロメトリツクパィプ（図示せ
ず）または復水ポンプ（図示せず）へ導かれて排水され
る。一方、榎流タービン１の残り一方から排出された蒸
気はＨＰ】復水器の蒸気入口３へ導かれ、ＨＰ復水器内
を流下する冷却水水滴と直接接触して凝縮される。残っ
た不凝縮性ガスと、ガスの随伴蒸気はＨＰ復水器のガス
出口１１より、ガス抽出装置（図示せず）へ導かれる。
前記した第１図の散水トイレ形多段圧復水器では、前述
のように冷却水水滴の器内滞空時間または落下距離を確
保するためには、ＬＰ，ＨＰ各種水器２，３は予め十分
な高さに設定されていることが必要であり、多段圧復水
器全体の総高さは従来の単一圧力の復水器より大幅に大
きなものとなり、タービンの真下に裾付配置することは
経済的に得策でなくなる。

またタービンの横、あるいは屋外に設置する場合にも、
総局さが高いことは冷却水をＬＰ復水器２の冷却水入口
まで導くためのポンプ動力および設備費の増大につなが
る。次に第２図についてスプレー形多段圧復水器を説明
する。冷却水源２０からポンプ２１を介して導かれた冷
却水は、ＬＰ復水器２の冷却水導入管６から供給され、
ＬＰ復水器の贋霧ノズル１４より器内へ噴射されて矢印
ＣのごとくＬＰ復水器２内に冷却水の贋覆水満を形成す
る。一方、複流タービン１の片一方から排出された蒸気
はＬＰ復水器の蒸気入口４へ導かれ、ＬＰ復水器内に贋
落された冷却水水滴と直接接触して凝縮される。残った
不凝縮性ガスとガスの随伴蒸気はＬＰ復水器のガス冷却
部囲い板１８の中にあるガス出口１０よりガス抽出装置
（図示せず）へ導かれる。ＬＰ復水器２内で熱交換を終
った冷却水と器内で凝縮した復水との混合水はＬＰ復水
器２の底部に溜り、ＬＰ復水器内に貯水レベルｈ，を形
成した後に、ＬＰ復水器の冷却水出口８から中間昇圧ポ
ンプ２３によって冷却水導管２２へ排出される。ＬＰ復
水器２より排出された冷却水は次に冷却水導管２２を通
じてＨＰ復水器の冷却水導入管７からＨＰ復水器３へ入
り、ＬＰ復水器２内と同様にＨＰ復水器の頃霧ノズル１
５より器内へ頃覆され、ＨＰ復水器内に冷却水水滴を形
成する。この過程で榎流タービン１の残り一方から排出
された蒸気はＨＰ復水器の蒸気入口５へ導かれ、ＨＰ復
水器内に頃霧された冷却水水滴と直接接触して凝縮され
る。残った不凝縮性ガスとガスの随伴蒸気気はＨＰ復水
器のガス出口１１よりガス抽出装置（図示せず）へ導か
れる。上記した第２図のスプレー形多段圧復水器では、
ＬＰ復水器２より冷却水を取り出し、ＨＰ復水器３の器
内へ噂奏するための冷却水導管２２や中間昇圧ポンプ２
３が必要となり、さらにＬＰ復水器２の水位レベルコン
ト口−ラ（図示せず）も必要であり、設備費，動力費が
大となる。

本発明は上述しごとき散水トレイ形同志で構成した多段
圧復水器、ないいまスプレー形同志で構成した多段圧復
水器における欠点を解消するとともに、散水トレイ形復
水器およびスプレー形復水器の長所を巧みに生かし、蒸
気原動所内に裾付けるに際して蒸気タービンの横、ある
いは屋外へ裾付配置するのは勿論のこと、更に蒸気ター
ビンの真下にも容易に裾付けることが可能であり、しか
も設備費，動力費ともに安価となる有利な直接接触式多
段圧復水器を提供することを日的とする。

次に上記目的を達成するための本発明の構成並びに動作
を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。第４図にお
いて、本発明による多段圧復水器は上位配置のスプレー
形ＬＰ復水器２と下位配置の散水トイレ形ＨＰ復水器３
とを上下に積み重ねて組合せ、各段の復水器２，３の蒸
気入口４，６をそれぞれ個別に蒸気タービン１の排気側
に蓮通接続するとともに、冷却水の水源より供給する冷
却水をＬＰ復水器２，ＨＰ復水器３の順で直列的に通流
させるようにして構成される。

即ち、図示のごとく上位に配置されたＬＰ復水器２は第
２図に示したスプレー形ＬＰ復水器２とほぼ同機造のも
のが採用され、該ＬＰ復水器２の下方に並べて積重ね配
遣されたＨＰ復水器３は第１図に示した散水トレイ形の
ＨＰ復水器３と同構造のものが採用されて両者が組合さ
れる。なお、ＬＰ復水器２とＨＰ復水器３との境には第
１図における仕切板兼散水トレイ１６がそのまま設置さ
れている。また第４図における符号日，はスプレー形Ｌ
Ｐ復水器２の高さ寸法、日２は散水トレイ形ＨＰ復水器
３の高さ寸法、日は多段圧復水器全体の総高さを示す。
次に上記構成による多段圧復水器の動作について述べる
。冷却水源２０よりポンプ２１を介して導かれた冷却水
はＬＰ復水器２の冷却水導入管６から器内へ導入され、
冷却水頃霧ノズル１４より器内へ頃霧されてＬＰ復水器
内に矢印Ｃのごとく冷却水水滴を形成する。この場合に
冷却水の器内飛距離の増加を図るために墳霧ノズル１４
は横向きないし斜め上向きに定めるのが良い。さて贋霧
ノズル１４より頃霧された冷却水水滴は胴内を緩やかに
下降し、やがてＬＰ復水器２の底部に備えた仕切板兼散
水トレイ１６の上に貯水される。ここで複流タービン１
の片一方から排出された蒸気はＬＰ復水器の蒸気入口４
へ導かれ、矢印Ｃの冷却水水滴と直接接触して凝縮され
る。残った不凝縮性ガスとガスの随伴蒸気はＬＭ復水器
の胴内に区画したガス冷却部囲い内に閉口したＬＰ復水
器のガス出口１０よりガス抽出装遭（図示せず）へ導か
れる。一方、仕切板兼散水トレイ１６上に溜った冷却水
は仕切板兼散水トレイ１６に穿設された穴またはスリッ
トを通じてＨＰ復水器３内へ水滴となって自由落下する
。この際にＨＰ復水器３内の圧力はＬＰ復水器２内の圧
力より僅かに高いため、ＬＰ復水器の冷却水レベルｈ，
はこの両復水器の差圧水頭および貯水冷却水がＨＰ復水
器３へ向けて仕切板兼散水トレイ１６に穿設された穴ま
たはスリットを通るに要する所要水頭を合計したものと
なる。すなわち、ＬＰ復水器２とＨＰ復水器３との間の
差圧分は仕切板兼散水トレイ１６上に冷却水レベルｈ，
まで溜った冷却水により隔絶される。ＨＰ復水器３内へ
落下した冷却水はＨＰ復水器の散水トレイ１３を通して
水滴となって自然流下式に落下し、ＨＰ復水器の冷却水
レベルｈ２を形成した後にＨＰ復水器の冷却水出口９よ
りバロメトリツクパィプ（図示せず）または復水ポンプ
（図示せず）へ導かれて排出される。この過程で複流タ
ービン１の残り一方から排出された蒸気はＨＰ復水器の
蒸気入口５へ導かれ、矢印Ｂの冷却水水滴と直接接触し
て凝縮される。残った不凝縮性ガスとガスの随伴蒸気は
ＨＰ復水器のガス出口１ １よりガス抽出装置（図示せ
ず）へ導かれる。上記のようにＬＰ復水器２をスプレー
形として上段に設置し、ＨＰ復水器３を散水トレイ形と
して下段に設置して多段圧復水器を構成することにより
、多段圧復水器の総高さ寸法日を総じて低い高さに抑え
ることができる。即ち、上段のスプレー形ＬＰ復水器２
は曙霧ノズル１４を通して冷却水を自由な方向に頃霧さ
せることができるので冷却水水滴の器内滞空時間または
飛距離を大きく選ぶことができ、従って高さ寸法日，の
低いＬＰ復水器を構成できる。この結果、下段の散水ト
レイ形ＨＰ復水器３と縄合せても総高さ寸法が十分に低
い多段圧復水器を構成することができる。しかも散水ト
レイ形ＨＰ復水器３を下位に配置することにより、第２
図の多段圧復水器に装備されている冷却水導管２２，中
間昇圧ポンプ２３などが不要となり、構造が簡単でかつ
設備費，動力費も節減できる。なお、第４図の実施例で
ＬＰ復水器２の底部に溜った冷却水と復水との混合水の
一部または全部を一旦器外へ取出し、ＬＰ復水器の貯水
レベルｈ，を調節しながらＨＰ復水器３へ導入すること
ももちろん可能である。

また、単流のタービンが複数基、あるいは後流のタービ
ンが複数基からなる夕ービンプラントに対しても同様な
多段圧復水器を構成することができることは明らかであ
る。また第４図に示した多段圧復水器を＃蛙熱タービン
プラントで多く採用されている冷却塔と絹合せて使用す
る場合には、更に好都合な結果が得られる。このこ．と
を第５図の実施例について説明する。第５図において、
多段圧復水器の冷却水出口９と導入管６との間には外部
の冷却水循環配管２４を介して復水ポンプ２５とともに
冷却塔２６が介在設置されている。該冷却塔２６は周知
のごとく塔内底部に集水溜２７、塔内上部に散水へツダ
２８を備えて構成されている。なお図中の符号牝３は冷
却塔２６内の袋水レベル、〜は築水溜２７の集水レベル
とＬＰ復水器２における冷却水導入管６との間のレベル
差、ｈ５はＬＰ復水器２の器内圧と大気圧との圧力差を
示す。上記の構成において、冷却塔集水溜２７に溜った
桑水レベル〜とＬＰ復水器の冷却水導入管６とのレベル
差山は蒸気原動所の立地条件によって異なるが、このレ
ベル差Ｌの値を約４机以下、もしくは負（冷却塔の集水
溜レベルがＬＰ復水器の冷却水導入督しベルより高位と
なるように冷却塔２６を裾付ける）とすることは一般に
容易である。一方、ＬＰ復水器２内圧と大気圧との圧力
差止は水柱換算で一般的に８ｍ程度になる。従って冷却
塔２６からＬＰ復水器２の冷却水導入管６までの冷却水
循環配管２４における管内の圧力損失をＦとし、Ｆを１
の水柱程度になるよう配管２４を計画すれば、曙霧ノズ
ル１４を通じてＬＰ復水器２の器内へ冷却水を噂霧する
ために働く有効な差圧△Ｐは、△Ｐ＝ムーＬ−Ｆ で表わされる。

従ってこの式に前記数値を代入すれば△ＰＺ３となり、
この結果第４図に示した給水ポンプ２１を使用すること
なく、冷却塔集水溜２７に貯留している冷却水を差圧△
Ｐ＝３の水柱程度として曙菱ノズル１４よりＬＰ復水器
２の器内へ向けて良好に噴射させることができる。以上
述べたように本発明によれば、第１図に示した散水トレ
イ形多段圧復水器に較べて総局さ寸法が低く構成でき、
かつ第２図に示したスプレー形多段圧復水器と較べても
中間昇庄ポンプおよび中間給水管路などが省略された直
接接触式多段圧復水器を得ることができる。従って本発
明による多段圧復水器を採用することによって、蒸気原
動所において蒸気タービンの真下に多段圧復水器と据付
設贋することが容易に可能となり、原動所の建屋の大き
さ、各機器間を相間接続する各種配管などの設備費、お
よび復水器の運転動力費などを節減できる。加えて冷却
※と額合せて使用する場合には、その立地条件によって
は冷却水を加圧して贋菱ノズルへ供９溝する給水ポンプ
の省略も可能になるなど、種々の実益を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は散水トイレ形復水器同志を組合わせてなる直接
接触式多段圧復水器の構成配置図、第２図はスプレー形
復水器同志を組合わせてなる多段圧復水器の構成配置図
、第３図は復水器の特性線図、第４図は本発明実施例の
構成図、第５図は第４図の多段圧復水器を冷却塔と組合
せた実施例の構成配置図である。 １・・・…複流タービン、２・・・・・・低圧段復水器
、３・・・・・・高圧段復水器、４．５・・・・・・蒸
気入口、６・・・・・・冷却水導入管、９・・・・・・
冷却水出口、１３…・・・冷却水散水トレイ、１４・・
・・・・冷却水噂霧ノズル、１６・・・・・・低圧段と
高圧段との境の仕切板兼散水トレイ、２０・・・・・・
冷却水水源、２１・・・・・・給水ポンプ、２５・・・
・・・復水ポンプ、２６・・・・・・冷却塔、２７・・
・・・・冷却水水源となる冷却塔の集水溜、Ａ・・・・
・・排気蒸気流、Ｂ・・・・・・散水トレイから散布さ
れる自然流下式の散水水滴流、Ｃ・・・・・・噴霧ノズ
ルから噴霧される水滴流。 才１図 オ２図 才３図 オム図 方５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 器内の上部に冷却水噴霧ノズルを設置し、該噴霧ノ
   ズルへ器内圧力よりも高い圧力の冷却水を冷却水源より
   供給して器内へ噴霧させる上位配置の低圧段復水器と、
   該低圧段復水器の下方に並べて配置され、かつ前記低圧
   段復水器の底部に貯留する復水と冷却水との混合水を冷
   却水として器内へ上方より自然流下式に散布させる下位
   配置の高圧段復水器との組合せよりなり、各段復水器の
   蒸気入口を個別に蒸気タービンの排気側に連通接続して
   排気蒸気を凝縮し、復水させるようにしたことを特徴と
   する直接接触式多段圧復水器。