(57)【要約】  本発明は、凝縮式発電所のタービン（１）の排出蒸気を凝縮のために空冷式のコンデンサ（３）に供給する凝縮法に関する。コンデンサ（３）で得られた凝縮液（Ｋ）を、供給ポンプによりタービン（１）に前置されたエバポレータに供給する前に、予め凝縮液加熱段（６）で加熱する。凝縮液（Ｋ）はタービン（１）の部分蒸気流（Ｔ）により加熱される。凝縮液加熱段（６）に対して並列に、付加供給水（Ｗ）の脱気のためのデアレータ（８）が接続されている。
2009506244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を凝縮式発電所のタービン（１）に前置されたエバポレータに供給し、タービン排出蒸気流（２）を凝縮のために空冷式のコンデンサ（３，９）に供給する凝縮法において、コンデンサ（３，９）で得られた凝縮液流（Ｋ）を、凝縮液集合タンクへの導入前に、凝縮液加熱段（６）で加熱し、その際、凝縮液加熱段（６）内での凝縮液流（Ｋ）の加熱をタービン排出蒸気流（２）により行い、かつコンデンサ（３，９）から流出した部分蒸気流（Ｔ，Ｔ１）をデアレータ（８）に供給し、デアレータ（８）内で、より低温の付加供給水（Ｗ）を部分蒸気流（Ｔ，Ｔ１）により加熱することを特徴とする、凝縮法。
【請求項２】
空冷式のコンデンサ（９）がデフレグメータ形式で接続されている、請求項１記載の凝縮法。
【請求項３】
空冷式のコンデンサ（９）が、コンデンサ形式で接続された熱交換器エレメント（４）ならびにデフレグメータ形式で接続された熱交換器エレメント（５）を有する、請求項１記載の凝縮法。
【請求項４】
凝縮液（Ｋ，Ｋ１）を凝縮液加熱段（６）で滴状にタービン排出蒸気流（２）と接触させる、請求項１から３までのいずれか１項記載の凝縮法。
【請求項５】
凝縮液（Ｋ，Ｋ１）を滴形成のために成形体を介して導く、請求項４記載の凝縮法。
【請求項６】
成形体をカスケード状に配置する、請求項５記載の凝縮法。
【請求項７】
凝縮液（Ｋ，Ｋ１）を滴形成のために噴霧する、請求項４記載の凝縮法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した特徴を備えた凝縮法、つまり水を凝縮式発電所のタービンに前置されたエバポレータに供給し、タービン排出蒸気流を凝縮のために空冷式のコンデンサに供給する凝縮法に関する。
【０００２】
発電所効率は、特に発電所の新規計画時に経済性に決定的な影響を有する要因である。それゆえ、熱エネルギ利用発電所内の汽力プロセス（Ｄａｍｐｆｋｒａｆｔｐｒｏｚｅｓｓ）を最適化すべく様々な尽力がなされている。特別な注目はその際、凝縮システムにも置かれる。特に、空冷式のコンデンサが使用されるとき、発電所効率に関するポテンシャルはまだ最適には利用されていない。空冷式のコンデンサはしばしば水不足の発電所立地で使用される。空冷式のコンデンサは、乾燥空気温度だけが利用され得るという原理に起因する欠点を有する。加えて、特に小さな排出蒸気圧力での運転時、凝縮液過冷も、水冷式の表面凝縮器におけるよりも大きい。
【０００３】
空冷式のコンデンサでは一般に２つの凝縮段が存在している。第１の凝縮段でタービンの排出蒸気の約８０〜９０％が凝縮される。第１の凝縮段における１００％の凝縮は、プロセスに起因するパラメータ、例えば変動する外気温度に基づいて事実上不可能であるので、いずれにしても第２の凝縮段が残留蒸気凝縮のために必要である。この理由から、しばしば、コンデンサ形式（ｋｏｎｄｅｎｓａｔｏｒｉｓｃｈ：蒸気と凝縮液とがコンデンサ内で同じ方向に、つまり並流式に流れること。）およびデフレグメータ形式（ｄｅｐｈｌｅｇｍａｔｏｒｉｓｃｈ：蒸気と凝縮液とがコンデンサ内で逆向きに、つまり向流式に流れること。）で接続された空冷式のコンデンサが互いに組み合わされる。その際、デフレグメータ形式の凝縮は残留蒸気凝縮のために意図されており、要するに第２の凝縮段を形成する。
【０００４】
一般に、得られた凝縮液は直接凝縮液集合タンクに供給される。引き続いて、凝縮液はデアレータに導かれる。デアレータ内で、不密性損失の補填として、処理された付加水が混合され、その後で供給ポンプを介して再び、タービンに前置されたエバポレータに供給される。凝縮液がデアレータ内で脱気のために再び沸騰温度にもたらされねばならないので、凝縮液が予め過度に強く冷却されてしまうと、エネルギ収支にとって不利である。それというのも、結局、一次燃料の使用による高められたエネルギ供給が実現されねばならないからである。それゆえ、一次燃料の使用を最小化するために、凝縮液の過冷をできるだけ僅かに維持することが努められる。同時に、タービン排出蒸気の凝縮のために使用しなければならないエネルギ量をやはりできるだけ僅かに維持することが努められる。
【０００５】
本発明の課題は、発電所効率を改善するために凝縮液の過冷が最小化され得る凝縮法を提供することである。
【０００６】
この課題は、請求項１の特徴部に記載した特徴を備えた凝縮法で解決されている。
【０００７】
本発明による方法において重要であるのは、コンデンサで得られた凝縮液流が、凝縮液集合タンクへの導入前に、特にそのために設けられた凝縮液加熱段で加熱されることである。凝縮液流の加熱は凝縮液加熱段内でタービン排出蒸気流により行われる。同時に、コンデンサから流出した部分蒸気流はデアレータに供給され、デアレータ内で、部分蒸気流はより低温の付加供給水を加熱し、自らは完全に凝縮する。
【０００８】
デアレータに対して付加的に設けられた凝縮液加熱段は、本発明による回路形式で、凝縮液過冷を決定的に最小化し、ひいては一次燃料の使用を減少させることができる。モデル計算は、従来の構造形式の空冷式のコンデンサにおいて確認された、タービン下流の飽和状態での温度に対する約１〜６Ｋの範囲の凝縮液の過冷が、約０．５Ｋに減少され得ることを証明した。過冷の減少に依存して発電所効率は上昇する。６００ＭＷの発電所では熱効率が約０．２５％まで改善され得る。このことは発電所の規模に鑑みて無視できない量と評価し得る。
【０００９】
本発明による方法では、タービン排出蒸気流の熱エネルギが明らかに効率的に利用される。それというのも、熱エネルギがコンデンサにより周囲に放出されるのではなく、大部分凝縮液に流入、つまり熱回路にほぼ維持されるからである。減少されたエネルギ損失は、発電所効率の、企図された改善に至る。過冷された凝縮液の加熱により、同時に、タービン排出蒸気流の一部の凝縮が達成される。その結果、僅かな排出蒸気がコンデンサに流入する。コンデンサはこれにより場合によってはより小さく設計され得る。
【００１０】
本発明による思想の有利な構成は従属請求項の対象である。つまり、空冷式のコンデンサがデフレグメータ形式で接続されていると有利である。また、空冷式のコンデンサが、コンデンサ形式で接続された熱交換器エレメントならびにデフレグメータ形式で接続された熱交換器エレメントを有すると有利である。また、凝縮液を凝縮液加熱段で滴状にタービン排出蒸気流と接触させると有利である。また、凝縮液を滴形成のために成形体を介して導くと有利である。また、成形体をカスケード状に配置すると有利である。また、凝縮液を滴形成のために噴霧すると有利である。
【００１１】
本発明による方法では、第１の凝縮段、すなわち空冷式のコンデンサがデフレグメータ形式で接続されていれば十分である。それというのも、汽力プロセスにおいていずれにせよ必要なデアレータが、過剰蒸気の凝縮のための第２の凝縮段として利用され得るからである。空冷式のコンデンサの構造はこれにより簡単化される。もちろん、本発明による方法は、コンデンサ形式で接続された熱交換器エレメントならびにデフレグメータ形式で接続された熱交換器エレメントを有するコンデンサでも応用可能である。
【００１２】
完全にデフレグメータ形式で接続されたコンデンサの場合、既にタービンの排出蒸気の高い割合が凝縮される。それにもかかわらず、コンデンサから流出した部分蒸気流は、熱力学的な理由から自動的に、十分な体積流量がデアレータ内に提供されるように生じる。コンデンサのデフレグメータ形式の接続の場合、タービン排出蒸気流はいわばコンデンサを介してデアレータに導かれ、部分蒸気流として流出する。コンデンサから流出した部分蒸気流が、特定の状況下で、より低温の付加供給水を十分に加熱するに十分でなければ、タービン排出蒸気流の別の部分蒸気流が直接、すなわちコンデンサを中継せずに供給されることが可能である。デアレータ内の高められた所要熱は特に、より大量の処理された付加供給水が原料回路に提供されるときに生じる。付加供給水が一般に凝縮液よりも明らかに低い温度を有するので、ここでも、コンデンサからの部分排出蒸気流が、付加供給水を脱気するまたは少なくとも熱的に脱気に貢献するために利用されるとき、凝縮式発電所のエネルギ収支に有利に働く。
【００１３】
付加供給水の脱気は第一に、有利には専ら、そのために設けられたデアレータ内で行われる。凝縮液加熱段内での凝縮液流の加熱に基づいて、ここでも、プロセスに起因してガスが発生し得る。しかし、加熱された凝縮液には極めて僅かな不活性ガスが含まれるにすぎないので、凝縮液加熱段内では僅かなガス量が生じるにすぎない。ガスはデフレグメータの場合およびデアレータの場合と同様に吸引もしくは抽出により除去され得る。
【００１４】
デアレータからの空気吸引によりなお余剰蒸気が吸引されることが確認されると、本発明の有利な構成では、この余剰蒸気をやはり付加水により凝縮することが可能である。これによっても、付加水は加熱される。
【００１５】
デアレータからの加熱された付加供給水は有利にはやはり凝縮加熱段に供給される。その結果、付加供給水は２段階で加熱される。コンデンサからの凝縮液流は確かに、タービン排出蒸気流の一部を凝縮するに十分であるが、コンデンサから流出した部分蒸気流の完全な凝縮はしかし、エネルギ収支の理由から事実上不可能である。部分蒸気流の凝縮は十分な量のより低温の付加供給水によりいずれにしても保証され得る。
【００１６】
凝縮液加熱段内での熱伝達を改善するために、凝縮液を滴状にタービン排出蒸気流と接触させる。このことは、凝縮液が成形体（Ｆｏｒｍｋｏｅｒｐｅｒ）を介して導かれ、向流法でタービン排出蒸気流と接触させられることにより行われ得る。このために、成形体がカスケード状に配置されていることができる。原則的には、成形体を使用することなく、金属薄板のカスケード状の配置も可能である。タービン排出蒸気流から過冷された凝縮液への熱伝達の最適化が重要である。この関連で、凝縮液を滴形成のために噴霧すると特に有利と見なされる。凝縮液はつまりノズルにより凝縮液加熱段内に装入され得る。過冷された凝縮液の滴は凝縮液加熱段内でより低温の凝縮核を形成する。これにより、タービン排出蒸気流の凝縮は加速される一方、同時に、凝縮液の温度はエネルギ面で有利に上昇される。
【００１７】
本発明について以下に、図面に概略的に示した実施例を参照しながら詳説する。
【００１８】
図１は、熱エネルギ利用発電所もしくは火力発電所の、強く簡単化された汽力プロセスを示す。汽力プロセスではタービン１から管路を介してタービン排出蒸気流２がコンデンサ３に供給される。コンデンサ３は、コンデンサ形式で接続された熱交換器エレメント（蒸気が下向きに流動し、凝縮液がやはり下向きに流動する熱交換器エレメント）４ならびにデフレグメータ形式で接続された熱交換器エレメント（蒸気が上向きに流動し、凝縮液がこれとは逆に下向きに流動する熱交換器エレメント）５を備えた空冷式のコンデンサである。タービン排出蒸気流の大部分はコンデンサ３内で凝縮する。
【００１９】
得られた凝縮液Ｋはコンデンサ３から凝縮液加熱段６に供給される。凝縮液加熱段６内で、過冷された凝縮液Ｋはタービン排出蒸気流２と接触する。凝縮液Ｋは加熱される。その結果、管路７を介したコンデンサ３内へのタービン排出蒸気流Ｋの流入前に既に、タービン排出蒸気流２の部分蒸気流が凝縮され、凝縮液Ｋ３の一部として直接原料回路に戻される。
【００２０】
さらに、デアレータ８が設けられている。デアレータ８には、コンデンサ３から流出した部分蒸気流Ｔが供給される。部分蒸気流Ｔはより低温の付加供給水Ｗの供給により凝縮される。このとき、付加供給水Ｗは加熱され、同時に脱気される。デアレータ８はいわば後置の第２の凝縮段として役立つ。デアレータ８からの凝縮液Ｋ１は凝縮液加熱段６に供給される。凝縮液加熱段６内で、凝縮液Ｋ，Ｋ１の過冷は、タービン排出蒸気流２の一部を凝縮するために利用される。
【００２１】
図２の実施例は、図１の実施例とは第一に、コンデンサ９がデフレグメータ形式でのみ接続されていることにより区別される。このことはコンデンサ９の下側の縁部領域での蒸気流入に見て取れる。
【００２２】
別の相違は、デアレータ８の他に、第２の凝縮段としても、余剰蒸気コンデンサ１１が設けられていることである。余剰蒸気コンデンサ１１は、既に強くコンデンサ９からの不活性ガスにより富裕化されている余剰蒸気Ｔ２を完全に、厳密には付加供給水Ｗにより凝縮するために役立つ。このことは、付加供給水Ｗが加熱され、余剰蒸気からの凝縮液と混合するという効果を有する。この混合物は凝縮液流Ｋ２として凝縮液加熱段６に供給される。
【００２３】
両実施例では、気体を原料流から除去するために、空気吸引部１０が設けられている。空気吸引部１０は、デフレグメータ形式でのみ接続されたコンデンサ９もしくはデフレグメータ形式で接続された熱交換器エレメント５と、凝縮液加熱段６ならびにデアレータ８もしくは余剰蒸気コンデンサ１１とに接続されている。全凝縮液Ｋ３は、詳細には説明しない形式で、凝縮液集合タンクに供給される。
【００２４】
図３は、プロセスの熱効率の算出された変化（％）を、凝縮液過冷（Ｋ）に関連付けて示す。このグラフに表示された値のベースは、式ηｔｈ＝Ｐ／（Ｑｉｎ＋ΔＱｉｎ）に基づく計算である。その際、ηｔｈは効率、Ｐはタービン出力、Ｑｉｎは熱供給、ΔＱｉｎは凝縮液加熱のための付加熱を表している。６００ＭＷの発電所では以下の値が生じる。
【００２５】
【表１】
2009506244.tif 000003
【００２６】
以下のパラメータはこの計算時に一定である。タービン出力６００ＭＷ、排出蒸気質量流量３６９ｋｇ／ｓ、排出蒸気エンタルピ２３３０ｋＪ／ｋｇ、排出蒸気圧力７ｋＰａ、飽和蒸気温度３９℃、熱供給１４００．２６ＭＷ。本発明による方法の利点はこれにより、凝縮液の過冷が著しく減少され得ることとである。このことは効率の改善を生じる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】熱機関利用発電所の、強く簡単化された汽力プロセスを示す図である。
【図２】熱機関利用発電所の、強く簡単化された汽力プロセスを示す図である。
【図３】プロセスの熱効率の算出された変化（％）を、凝縮液冷却（Ｋ）に関連付けて示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１    タービン
２    タービン排出蒸気流
３    コンデンサ
４    コンデンサ形式で接続された熱交換器エレメント
５    デフレグメータ形式で接続された熱交換器エレメント
６    凝縮液加熱段
７    管路
８    デアレータ
９    コンデンサ
１０  空気吸引部
１１  余剰蒸気コンデンサ
Ｋ    凝縮液
Ｋ１  凝縮液
Ｋ２  凝縮液
Ｋ３  凝縮液
Ｔ    部分蒸気流
Ｔ１  部分蒸気流
Ｔ２  余剰蒸気
Ｗ    付加供給水
【図１】
2009506244.tif 000004
【図２】
2009506244.tif 000005
【図３】
2009506244.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月12日(2006.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
水を凝縮式発電所のタービン（１）に前置されたエバポレータに供給し、タービン排出蒸気流（２）を凝縮のために空冷式のコンデンサ（３，９）に供給し、コンデンサ（３，９）で得られた凝縮液流（Ｋ）を、凝縮液集合タンクへの導入前に、凝縮液加熱段（６）でタービン排出蒸気流（２）により加熱する凝縮法において、空冷式のコンデンサ（３，９）に供給すべきタービン排出蒸気流（２）を凝縮液流（Ｋ）の加熱のためにまず凝縮液加熱段（６）を通して導き、かつコンデンサ（３，９）から流出した部分蒸気流（Ｔ，Ｔ１）をデアレータ（８）に供給し、デアレータ（８）内で、より低温の付加供給水（Ｗ）を部分蒸気流（Ｔ，Ｔ１）により加熱することを特徴とする、凝縮法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
一般に、得られた凝縮液は直接凝縮液集合タンクに供給される。引き続いて、凝縮液はデアレータに導かれる。デアレータ内で、不密性損失の補填として、処理された付加水が混合され、その後で供給ポンプを介して再び、タービンに前置されたエバポレータに供給される。凝縮液がデアレータ内で脱気のために再び沸騰温度にもたらされねばならないので、凝縮液が予め過度に強く冷却されてしまうと、エネルギ収支にとって不利である。それというのも、結局、一次燃料の使用による高められたエネルギ供給が実現されねばならないからである。それゆえ、一次燃料の使用を最小化するために、凝縮液の過冷をできるだけ僅かに維持することが努められる。同時に、タービン排出蒸気の凝縮のために使用しなければならないエネルギ量をやはりできるだけ僅かに維持することが努められる。
国際公開第９０／０７６３３号パンフレットから公知の凝縮法では、凝縮液を加熱するために、タービン排出蒸気流の小さな部分が凝縮液集合タンクに導入される。これにより、凝縮液過冷は回避されるべきである。凝縮液加熱のために使用されるべきタービン排出蒸気流のオーダは、主排出蒸気管路を通して導かれる蒸気量の約１％である。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第２２５７３６９号明細書では、凝縮装置の第２の段としてデフレグメータの代わりに噴射式コンデンサが設けられている。凝縮プロセスから得られた凝縮液は噴射式コンデンサ内で噴射される。噴射式コンデンサの効率を高めるために、凝縮液は、さらなる過冷のために熱交換器内にポンピングされる。こうして、回路プロセスから多くのエネルギが失われ、このことは発電所効率にネガティブな影響を及ぼす。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明の課題は、凝縮液の過冷が最小化されることができ、同時に発電所効率がさらに改善される凝縮法を提供することである。
【国際調査報告】
2009506244.tif 000007
2009506244.tif 000008
2009506244.tif 000009
2009506244.tif 000010