(57)【要約】【課題】ノズル要求圧力を確保すると共に、建設コストを低減することが可能な軸流排気型蒸気タービン用復水装置及び地熱発電プラントを提供する。【解決手段】蒸気を与えられる蒸気タービン１、蒸気タービンで仕事をした蒸気にスプレーノズル３から冷却水を直接接触して復水する復水器２と、復水された水及び冷却水を蓄積し冷却水を生成する冷却塔４と、当該復水器２により復水された水を冷却塔に与える循環水管と、当該冷却塔４が生成した冷却水を復水器に戻す戻り循環水管５を備え、当該戻り循環水管５にポンプ８が配置される。【選択図】図１
2013079603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンから排気された蒸気に、スプレーノズルから冷却水を直接接触して復水する復水器と、
前記復水器により復水された水を与えられて蓄積し、前記冷却水を生成する冷却塔と、
前記復水器により復水された水を前記冷却塔に与える循環水管と、
前記冷却塔が生成した前記冷却水を前記復水器に与える戻り循環水管と、
を備え、
前記戻り循環水管にポンプが配置されたことを特徴とする軸流排気型蒸気タービン用復水装置。
【請求項２】
前記ポンプは、前記冷却塔の内面圧から前記復水器の内圧を差し引いた圧力差から、前記復水器のスプレーノズルの設置最上高さから前記冷却塔の水面レベルを差し引いた静水頭差を差し引いた値が、前記スプレーノズルの要求圧力を満たすことを特徴とする請求項１記載の軸流排気型蒸気タービン用復水装置。
【請求項３】
前記戻り循環水管に、遮断可能な弁がさらに配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載の軸流排気型蒸気タービン用復水装置。
【請求項４】
前記戻り循環水管に、流量を調節するための第１の調節弁がさらに配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載の軸流排気型蒸気タービン用復水装置。
【請求項５】
前記循環水管に設けられ、前記復水器により復水された水を前記冷却塔に与えるための循環水ポンプと、前記復水器により復水された水の流量を調節する第２の調節弁と、
前記循環水ポンプ及び前記第２の調節弁のそれぞれの故障を検知する故障検知装置と、
前記故障検知装置により、前記循環水ポンプ又は前記第２の調節弁、あるいは前記循環水ポンプ及び前記第２の調節弁の故障が検知された場合、前記遮断可能な弁を遮断する制御装置と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項３記載の軸流排気型蒸気タービン用復水装置。
【請求項６】
前記循環水管に設けられ、前記復水器により復水された水を前記冷却塔に与えるための循環水ポンプと、前記復水器により復水された水の流量を調節する第２の調節弁と、
前記循環水ポンプ及び前記第２の調節弁のそれぞれの故障を検知する故障検知装置と、
前記故障検知装置により、前記循環水ポンプ又は前記第２の調節弁、あるいは前記循環水ポンプ及び前記第２の調節弁の故障が検知された場合、前記戻り循環水管の流量を前記第１の調節弁により調節する制御装置と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項４記載の軸流排気型蒸気タービン用復水装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の軸流排気型蒸気タービン用復水装置と、
蒸気を与えられ、仕事をした蒸気を前記復水器に排気する前記蒸気タービンと、
前記蒸気タービンにより回転エネルギを与えられて電力を発生する発電機と、
を備えたことを特徴とする地熱発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地熱発電プラント等において用いられる軸流排気型蒸気タービン用復水装置、並びにこのような復水装置を備えた地熱発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
地熱発電プラントでは、地熱により生成された天然の蒸気を用いて蒸気タービンを回転させた後、排気を冷却凝縮して復水を回収する復水装置が設けられている。復水装置には、蒸気タービンからの排気に対して冷却水を直接接触される直接接触式があり、さらに直接接触式復水器にはトレイを用いた方式と、冷却水をスプレーにより直接噴霧して排気に接触させるスプレーノズルを用いた方式とがある。
【０００３】
スプレーノズル方式では、復水器内においてスプレーノズルにより循環水を噴霧をするために、復水器内における適切な位置に複数のノズルが設置されている。
【０００４】
各ノズルには、噴霧のために必要な圧力が確保されることが必要であり、最上部に設置されたノズルにおいても圧力が確保されていなければならない。
【０００５】
ここで、ノズルに要求される圧力は、以下の式（１）により表わされる。
ノズル要求圧力＝圧力差（冷却塔内面圧（大気圧）−復水器内圧（大気圧より低圧））
−圧力損失（弁、配管）
−静水頭差（復水器のスプレーノズル設置最上高さ−冷却塔の水面レベル）                                          （１）
【０００６】
このように、復水器及び冷却塔の設置高さは、冷却塔内面圧と復水器内圧との圧力差、配管及び調節弁の圧力損失、スプレーノズルの高さと冷却塔の水面レベルとの静水頭差を考慮する必要がある。
【０００７】
上記式（１）において、システム設計により、冷却塔内面圧と復水器内圧との圧力差、配管及び調節弁の圧力損失が決定される。ノズル要求圧力を確保するためには、復水器のスプレーノズル設置最上高さと冷却塔の水面レベルとの静水頭差を考慮するために、スプレーノズルの設置位置を下げる必要が生じる。この結果、復水器の掘り込みが深くなり、建設コストが増加するという課題があった。
【０００８】
また、従来の地熱発電プラントでは、蒸気タービンから排気を下方に行う下方排気型を主に採用しており、戻り循環水管からの冷却水が蒸気タービンへ流入する現象、即ちウォータインダクションが起こらないように考慮する必要はなかった。しかし下方排気型では、復水器を蒸気タービンより低い位置まで掘り込む必要があり建設コストの増加を招いていた。
【０００９】
そこで近年では、建設コストを低減するため、さらに蒸気タービンの最終翼出口から復水器までの圧力損失を小さくするために、蒸気タービンに軸流排気型を適用し、蒸気タービンと同レベルに設置した復水器に、蒸気タービンの最終段翼後側から直接排気を導く軸流排気型を採用したものが増加している。
【００１０】
このような軸流排気型を採用した場合、復水器内に蓄積された水のレベル、即ちホットウェルレベルを、循環水ポンプが非常停止した時に、戻り循環水管に設置された調節弁が全閉するまでに復水器に流入する冷却水によるタービンのウォータインダクションが起こらないように考慮する必要がある。
【００１１】
具体的には、復水器のホットウェルレベルは、蒸気タービンの最終段翼の最低羽根レベルから復水器の冷却水流入量により上昇するレベルを考慮して設定しなければならない。
【００１２】
ここで、冷却塔の水位レベルが高い程、復水器のホットウェルレベルとの静水頭差が大きくなり、調節弁が全閉するまでの時間に復水器へ流入する冷却水量が増える。これに伴い、冷却水貯留に必要な高さが増加し、ホットウェルレベルを下げる必要が生じて、復水器の掘り込みが深くなり建設コストが増加するという課題があった。
【００１３】
従来の軸流排気型の蒸気タービン用直接接触式復水装置として、以下の特許文献１に記載されたものがある。この装置は、戻り循環水管に立ち上がり部を形成し、この立ち上がり部の頂部近傍に枝管と弁とからなるサイフォンブレーカを接続することにより、循環水ポンプ停止時における冷却塔から復水器への冷却水の流入を防ぎ、ウォータインダクションを防止するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００１−１９３４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、上記特許文献１に記載されたものは、軸流排気型の蒸気タービン用直接接触式復水装置におけるウォータインダクションを防止するものであって、ノズル要求圧力を確保するために復水器の掘り込みが深くなり建設コストが増加するという課題を解決することはできなかった。
【００１６】
本発明は上記事情に鑑み、軸流排気型蒸気タービン用復水装置において、ノズル要求圧力を確保すると共に建設コストを低減し、さらにウォータインダクションを防止することが可能な軸流排気型蒸気タービン用復水装置及び地熱発電プラントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一態様による軸流排気型蒸気タービン用復水装置は、
蒸気タービンから排気された蒸気に、スプレーノズルから冷却水を直接接触して復水する復水器と、
前記復水器により復水された水を与えられて蓄積し、前記冷却水を生成する冷却塔と、
前記復水器により復水された水を前記冷却塔に与える循環水管と、
前記冷却塔が生成した前記冷却水を前記復水器に与える戻り循環水管と、
を備え、
前記戻り循環水管にポンプが配置され、前記ポンプは、
前記冷却塔の内面圧から前記復水器の内圧を差し引いた圧力差から、前記復水器のスプレーノズルの設置最上高さから前記冷却塔の水面レベルを差し引いた静水頭差を差し引いた値が、スプレーノズルの要求圧力を満たすように動作することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の軸流排気型蒸気タービン用復水装置及び地熱発電プラントによれば、ノズル要求圧力を確保すると共に建設コストを低減し、かつウォータインダクションを防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１による軸流排気型蒸気タービン用復水装置及び地熱発電プラントの構成を示した配置図である。
【図２】同実施の形態１による軸流排気型蒸気タービン用復水装置及び地熱発電プラントにおいて、循環水ポンプの吊り上げ高さとタービン建屋の高さとの関係を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態２による軸流排気型蒸気タービン用復水装置及び地熱発電プラントの構成を示した配置図である。
【図４】本発明の実施の形態３による軸流排気型蒸気タービン用復水装置及び地熱発電プラントの構成を示した配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態による軸流排気型蒸気タービン用復水装置及び地熱発電プラントについて、図面を参照して説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１による軸流排気型蒸気タービン用復水装置、及びこれを含む地熱発電プラントについて、その構成を示した図１を用いて説明する。
【００２２】
図示されていない蒸気配管から蒸気が蒸気タービン１に流入し、蒸気タービン１で仕事をした後排気されて、スプレー式直接接触式の復水器２へ流入する。
【００２３】
復水器２の内部にはスプレーノズル３が配置されており、冷却塔４から戻り循環水管５を介して供給された冷却水が噴霧され、蒸気と直接接触する。これにより、蒸気タービン１から排気された蒸気が凝縮され、復水となり冷却水と共に復水器２の下部に蓄積する。
【００２４】
蓄積した水は、循環水ポンプ６により昇圧され、調節弁９により流量が調節されつつ、冷却塔４の上部に設置された冷却塔散水管７へ送られ散水されて空冷により冷却され、冷却塔４の下部に蓄積する。
【００２５】
冷却塔４に蓄積した水は、戻り循環水管５における、後述するようにポンプ８を介してスプレー式直接接触式復水器２へ冷却水として戻る。
【００２６】
ここで、図１に示されたように、それぞれの要素のレベルを以下のように表すものとする。
Ｌ１：冷却塔４の水面レベル
Ｌ２：復水器２内部におけるスプレーノズル３の設置最上高さ
Ｌ３：復水器２の設置レベル（掘込レベル）
Ｌ４：冷却塔４の設置レベル
Ｌ５：冷却塔４の最高高さ
Ｌ６：復水器２のホットウェルレベル
Ｌ７：蒸気タービン１の最終段翼羽根レベル
Ｌ８：蒸気タービン１の設置レベル（回転軸の高さ）
Ｌ９：冷却塔４の散水管設置レベル
【００２７】
スプレーノズル３の要求圧力ΔＰ１は、上記式（１）に基づき以下の式（２）のように表される。
ΔＰ１＝圧力差（冷却塔内面圧（大気圧）−復水器内圧（大気圧より低圧）
−圧力損失（弁、配管）
−静水頭差△Ｐ２（復水器のスプレーノズル設置最上高さＬ２−冷                            却塔の水面レベルＬ１）          （２）
【００２８】
この式（２）において、スプレーノズル３の要求圧力ΔＰ１の確保を補助するために、本実施の形態１では戻り循環水管５にポンプ８を設置している点に特徴がある。これにより、静水頭差△Ｐ２により要求圧力△Ｐ１を満たす必要が無くなり、以下のような効果が得られる。
【００２９】
ｉ）静水頭差ΔＰ２を考慮するために、復水器２のスプレーノズル設置高さＬ２を低くし、それに伴い復水器２の設置レベル（掘り込みレベル）Ｌ３を深くする必要性が排除され、建設コストを低減することができる。
【００３０】
あるいは、静水頭差ΔＰ２を考慮するために、冷却塔４の水面レベルＬ１を高くするために、冷却塔４の設置レベルＬ４もしくは冷却塔４の高さＬ５を高くする必要性が排除され、静水頭差△Ｐ２による制約がなくなり建設コストが低減される。
【００３１】
ｉｉ）静水頭差ΔＰ２を下げることが可能となる。このため、調節弁９が全閉するまでに冷却塔４から復水器２に流入する冷却水流量が減少する。この結果、復水器２のホットウェルレベルＬ６と蒸気タービン１の最終段翼羽根レベルＬ７とのレベル差（Ｌ７−Ｌ６）を小さく設定してもウォータインダクションを防止することが可能である。
【００３２】
これにより、復水器２の設置レベル（掘り込みレベル）Ｌ３を高くする、即ち掘り込み量を小さくするか、あるいは蒸気タービン１の設置レベルＬ８を下げることが可能となり、以下のような効果が得られる。
【００３３】
ａ） 復水器２のホットウェルレベルＬ６を上げて、復水器２の掘り込みレベルＬ３を小さくすることができるので、建設コストを低減する効果が得られる。
【００３４】
ｂ） 図２に、タービン建屋２０内に蒸気タービン１、復水器２、循環水ポンプ６が設置された状態を示す。循環水ポンプ６が故障した場合には、クレーン等によりタービン建屋２０内を吊り上げて搬送する必要がある。このように、循環水ポンプ６が蒸気タービン１と共に屋内に設置されている場合には、タービン建屋２０の高さを、循環水ポンプ６が故障した時に吊り上げる高さと、タービン建屋２０内に最高の高さとして存在する機器の上方を通過する搬出ルートの許容高さＨを考慮して決定する必要がある。
【００３５】
図２のように、タービン建屋２０内における最高高さとなる機器が、例えば蒸気タービン１と復水器２とを一体化して覆うタービンケーシングや、図示されていない発電機と蒸気タービン１との間の相分離母線等、蒸気タービン１に付属するものである場合、蒸気タービン１の設置レベルＬ８を下げることにより、建屋全体の高さを低くし、建設コストを低減する効果が得られる。
【００３６】
戻り循環水管５にポンプ８を設置したことにより、上記ａ）において述べたように、復水器２のホットウェルレベルＬ６を上げることができる。
【００３７】
このため、冷却塔４の上部に設置された冷却塔散水管７との静水頭差が小さくなり、循環水ポンプ６の揚程を小さくすることが可能である。また上記ｉ）において述べたように、冷却塔４の高さＬ５を高くする必要がないため、これに伴い冷却塔散水管７の設置レベルＬ９が高くならず、循環水ポンプ６の揚程を小さくすることができるため、建設コストの低減が可能である。
【００３８】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２による軸流排気型蒸気タービン用復水装置、及びこれを含む地熱発電プラントについて、その構成を示した図３を用いて説明する。尚、図１に示された上記実施の形態１における構成要素と同一のものには同一符号で付して重複する説明は省略する。
【００３９】
本実施の形態２は上記実施の形態１の構成に加えて、戻り循環水管５においてポンプ８のみならず油圧式あるいは空気式の遮断弁１０をさらに備えている点が相違する。この遮断弁１０と関連し、故障検知装置３１、制御装置３２が設けられている。
【００４０】
故障検知装置３１は、循環水ポンプ６又は調節弁９、あるいは循環水ポンプ６及び調節弁９が故障した場合に、この故障を検知する。故障検知装置３１が故障を検知すると、制御装置３２が遮断弁１０を遮断するように制御する。
【００４１】
これにより、循環水ポンプ６が故障した場合又は調節弁９による流量の調節が不能となった場合、あるいは循環水ポンプ６及び調節弁９が故障してホットウェルレベルＬ６が上昇した場合に、戻り循環水管５に設置した遮断弁１０を閉めることで、冷却塔４から復水器２への循環水の流入を即座に遮断することができる。これにより、復水器２への循環水の流入量により制約されるホットウェルレベルＬ６と蒸気タービン１の設置レベルＬ８との差を小さく設定してもウォータインダクションを防止することが可能である。これにより、上記実施の形態１において述べたように、ホットウェルレベルＬ６を上げて復水器２の掘込レベルＬ３を小さくし、建設コストを低減することができる。
【００４２】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３による軸流排気型蒸気タービン用復水装置、及びこれを含む地熱発電プラントについて、その構成を示した図４を用いて説明する。尚、図１に示された上記実施の形態１における構成要素と同一のものには同一符号で付して重複する説明は省略する。
【００４３】
本実施の形態３が上記実施の形態２と異なる点は、戻り循環水管５において遮断弁１０の替わりに調節弁１１を有していることである。この調節弁１１と関連し、故障検知装置３１、制御装置３２が設けられている。
【００４４】
故障検知装置３１は、循環水ポンプ６又は調節弁９、あるいは循環水ポンプ６及び調節弁９が故障した場合に、この故障を検知する。故障検知装置３１が故障を検知すると、制御装置３２が調節弁１１における流量の調節を制御する。
【００４５】
循環水ポンプ６が故障した場合、あるいは調節弁９による流量の調節が不能となりホットウェルレベルＬ６が高くなった場合に、戻り循環水管５に遮断弁１０の替わりに設置した調節弁１１における流量の調節を制御することで、復水器２への循環水の流入量を制限することができる。これにより、復水器２への循環水流入量により制約されるホットウェルレベルＬ６と蒸気タービン１の設置レベルＬ８との差、即ち、冷却水の貯蔵に必要な高さが減少し、レベルＬ６とＬ８との差を小さく設定してもウォータインダクションを防止することが可能となる。
【００４６】
これにより、ホットウェルレベルＬ６を下げる必要がなくなり、復水器２の掘込レベルＬ３を下げなくともよいため建設コストが低減される。
【００４７】
本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の技術的範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、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、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の技術的範囲や要旨に含まれるとともに、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。
【符号の説明】
【００４８】
１  蒸気タービン
２  スプレー式直接接触式復水器
３  スプレーノズル
４  冷却塔
５  戻り循環水管
６  循環水ポンプ
７  冷却塔散水管
８  ポンプ
９、１１  調節弁
１０  遮断弁
２０  タービン建屋
３１  故障検知装置
３２  制御装置
【図１】
2013079603.tif 000003
【図２】
2013079603.tif 000004
【図３】
2013079603.tif 000005
【図４】
2013079603.tif 000006