地熱発電プラント向け冷却塔納入例紹介
A

Cooling

Tower

for

TohokuEJectric

PowerCompany,

Inc.

(気)生産部

技術課

池小Kazushige

一成

Koike

当社は1995年に三菱重工業㈱殿が納入した,東北電力㈱殿澄川地熱発電所(秋田県)向け50MW発電プラントの,復水器用冷却水冷却装置として冷却塔を納入した｡

この冷却塔は,一般工業用として多数の実績を有する当社の大型木製冷却塔の一つで,発電プラントの立地条件に適合するようコンパクトにまとめられた一例として,次にその概要を紹介する｡

ShinkoPant･ec
forwater

Station,
by50MW

cooling

towersElectric
Heavy

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the cooling

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geothermal

TohokuMitsubishi

ThisTheaCompany,asa

condenser

of producing
equipment
for Slユmikawa
Geothermalislocatedcooling

towers,

which

in

Akita

Prefecture,

coolingPower

deliveredin 1995.

largestCOnditions
tower

woodenof power

plant

and

anexample
andits location.

ofcooling

outlines.

塔

Cooling

ム

Plume

電

Geothermal

Tower

PowerPlant

ま えがき

復水器用冷却水冷却装置である,当社の大型木製冷却塔の一般に地熱発電所は内陸に位置しているため,発電所の近くから連続的に充分な量の冷水を得ることが難しい｡そ

概要を紹介する｡のため,冷却塔が重要補機の一つとして設けられる｡
冷却塔性能を長期にわたり維持し,安心して運転するた

1.水冷却方式
荘川地熱発電所に於ける復水器用水冷却方式は循環式で,その循環水フローは第1図に示す通りである｡

めに,計画段階に冷却塔が建設される地域の気象条件や環水冷却方式が循環式の場合の一般用冷却塔では,水の冷境条件の調査を充分に行い,冷却塔の規模,構成部品の材質,熱交換部である充填材の型式等の仕様決定を厳格に行却に際し発生する蒸発で,循環水の一部が系外へ放出され,うと同時に,冷却塔排気の環境への影響,冷却塔の騒音がさらにこれに加えて,冷却塔内部の循環水の飛沫の一部が系外‑放出されて,循環水は濃縮される｡この濃縮を大き与える環境‑の影響等についても充分検討を行い,立地条くしないために,さらに幾らかの循環水をブローダウンし,件に適合した厳密な冷却塔仕様を決定する｡

これらの失われた循環水と同量の水を新たに補給して運転

本稿では,その一例である三菱重工業㈱殿が東北電力㈱殿澄川地熱発電所へ納入した,
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50MW発電プラントのされる｡

澄川地熱発電所では,復水器がジェット型の直接接触熱神鋼パンテツク技報

91

千outlet air
Totransformer

Fan†fGenerator∈≡]//′cooling
tower

Condenser

Turbine‑>‑‑Inlet
1alrICooling

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第1図Fig.

Re‑injection well

循環水フロー
1

Circulating

WaterFlow

交換式であり,タービンで働いた後の蒸気の大部分は,袷却塔から供給された冷水と復水器で直接触れて復水し,堤水となる｡この温水が復水器から循環水ポンプで冷却塔に倶給され,冷水となる過程では,冷却塔から系外‑放出される循環水は,一般用冷却塔の場合と同様に発生するが,系外へ放出される量がタービン排気量より少ないため,循フィンチューブ式空気加熱器から構成されている｡
この乾湿併用形冷却塔の特長は,空気加熱器の高さを冷却塔据付基礎から冷却塔々体の最上部まで有効に活用することが出来る上,冷却塔プレナム部(フアン下部空間)を任意に拡張することが出来るので,大容量の空気加熱器を採用する場合に適している｡また,湿式冷却塔の充填材を環水系の保有水量に余剰が生じるので,循環水ポンプ出口通過した湿り空気と,空気加熱熟器を通過した乾き空気を側より排出させて地下へ還元するフローとなっている｡即混合させる上で,プレナム全体を使用するので非常に良好

ち,運転中は常時新しい補給水を供給しながらブローダウな混合効果を得ることが出来る｡混合方式からこの冷却塔ンしている運転と変わりはなく,循環水に対する補給水を考慮する必要はない｡

を交叉流式乾湿併用形冷却塔とも称している｡尚,空気加熱器を写真1に示す｡

2.冷却塔設計条件
荘川地熱発電所向け冷却塔設計条件は,次の通りである｡

4.環境対策
湿式冷却塔には,二次的に発生する可視ブルーム(寡),(1)冷却水量(㌦/也)9650

騒音,排出ドリフト(系外へ飛散する水滴)等の問題があ(2)入口温度(℃)

43.5(3)出口温度(℃)

22.0

る｡湿式冷却塔は周辺の環境に影響を及ぼさぬよう,気象や環境条件に適合することが重要である｡澄川地熱発電所(4)入口空気湿球温度(℃)

14.0

向け冷却塔には,次の環境対策について検討が行われた｡
4.

3.冷却塔型式1可視ブルーム対策

冷却塔は充填材という媒介物に水を通し,空気と直接接冷却塔の排出空気は,循環水が冷却する時の蒸発で水蒸触させて冷却する装置で,このような構成の冷却塔を湿式気を多く含み, 100%に近い飽和度となっている｡大気が冷却塔と称している｡

低温となる寒冷期や高湿度の時期には,大気は冷却塔が排

澄川地熱発電所向け冷却塔の形式は,環境対策を反映して,熱源を復水器から冷却塔への循環水(温水)とした,熟伝達のよいフィンチューブ式空気加熱器を直交涜型湿式出する水蒸気が凝縮し白煙となる｡この白煙を可視ブルームと称している｡

切壁)によって1基を4分割(セル)した片吸込集合型と一般に湿式冷却塔を運転した時に発生する可視ブルームの周辺への影響としては,日照障害,視覚障害,交通障害,地面,機器,構築物等の周辺の凍結,風下の増湿,地域気象‑の影響等がある｡

し,充填材を自然流下する水と,フアンで導入した空気の接触が直交する直交流型片吸込湿式冷却塔と,ケーシング国立公園に隣接している｡

冷却塔に装備した,乾湿併用形冷却塔である｡即ち,この乾湿併用形冷却塔の構造は,第2国に示す如く,隔壁(仕(外装)面に配置され,フアンで導入した空気を加熱する
92

荘川地熱発電所は海抜1062mに位置し,十和田八幡平

気象は年間を通じ地上の気象とは異なり,特に冬期は厳神鋼パンテツク技報

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Outlet air{＋Partition
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Fill

第2園Fig.

[Ⅶetsection]

乾湿併用形冷却塔説明図2IllustrationofWet&DryCoolingTower

寒である｡当然,冷却塔の可視ブルームの及ぼす影響について,敷地面積と塔高の制約を考慮に入れて検討が行われた｡

この検討に必要な可視ブルームの影響予測,及び可視プ
ル‑ム低減に関する技術開発は,環境条件によって大きく影響され,形が常に流動的な可視ブルームの挙動であるだ
けに,理論計算や模型実験だけでは的確な把握が不可能で,実塔規模での実験が必要である｡
当社は実塔に基づく実証試験を通して開発した,当社独特の湿式冷却塔に於ける可視ブルーム発生予測技術と,乾湿併用形冷却塔を採用した場合の可視ブルーム低減効果予測技術により,また当社が我が国で初めて1974年に納入して以来得てきた多数の乾湿併用形冷却塔納入実績資料と,ブルーム拡散シミュレーション等により検討が行われた｡
2
騒音対策

4.

澄川地熱発電所では,発電所境界での騒音規制があり,発電所全体での騒音の検討が行われた｡
一般に冷却塔では,フアンと冷却塔内部を移動する水の落下音が音源となるが,フアンが設置されている冷却塔々体上部,空気吸込面(系外へ出る水を受け系内へ戻す役目を担うルーバー設置面),ケーシング表面(外装表面),空気加熱器表面等での騒音が対象となる｡

当社が実塔規模の実験で集積し,多数の納入実績で検証して得た騒音資料による,冷却塔予測騒音値を騒音シミュ
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写真1空気加熱器外観

Photo.1

0utside

View

ofAir

fleat.er

レーションの一つの資料とした.
冷却塔に対しては,水の落下音を減ずるべく空気吸込部と充填材部の水が落下する部分‑,消音マットを設置した｡

神鋼パンテツク技報

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第3図
Fig.

3

Schematic

Viewof排出ドリフト対策

め,このガスによる周辺環境‑の影響を最小限に押さえる

冷却塔内部の充填材で水と空気が接触し,水の一部は微ために,冷却塔の排出空気で希釈して大気に拡散してい小な水滴に変化しつつ移動する｡この水滴の一部が,水とる｡の接触を終えて排出される空気に伴い系外へ飛散する｡こ5.冷却塔仕様
荘川地熱発電所向け冷却塔外観図及び断面図を,それぞの系外‑飛散する水滴を排出ドリフトと称し,冷却塔周辺の機器,構築物等へ影響を及ぼすので極力防止する必要がある｡

れ第3,
5.

一般に冷却塔には,充填材に隣接して排出空気に伴うドリフトを系内へ戻す役目を担う,エリミネ一夕‑が配置さ

4匿=こ示す｡また,冷却塔仕様は次の通りである｡
体

1塔
(1)型

式

乾握併用集合型クロスフロー(直交涜)冷却塔

れている｡(2)充填材

エリミネ一夕‑の機能は,エリミネ一夕‑を通過して系外へ放出される排出ドリフト量を,循環水量に対する率を(3)基数

スプラッシュ型
1基/4セル(4)寸法･全長41680m･全幅40000m

用いて表し,これを飛沫損失と称している｡この率が小さければ小さいほど高効率のエリミネ一夕‑である｡
当社は,ドリフト拡散に関する研究を初め,ドリフト計･塔高測技術,ドリフト低減の技術を完成しており,この過程で･全高冷却塔下部冷水槽より12760た,多くの納入実績でも検証された,高効率のハニカム型

5.

2

機器

エリミネ一夕‑を荘川発電所向け冷却塔に使用した｡
4. 4 地熱蒸気中の硫化水素(H2S)対策

5.

2.

1m冷却塔下部冷水槽より18260

エリミネ一夕‑の効率を実塔規模による実験で検証し,まm

ファン

(1)型式

手動可変ピッチ軸流型

地熱蒸気中には不凝縮ガスが含まれており,復水器から(2)直径9760mm

空気抽出装置で不凝縮ガス及び空気等を抽出している｡不凝縮ガスには,少量ではあるが硫化水素が含まれているた(3)台

数l台/セル,合計

94

CoolingTower

I

4.

冷却塔外観図3

神鋼パンテツク技報

vol.

4台

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2.

5.

2

部材断面を決定した｡写真2に冷却塔々体骨組を示す｡

フアン用電動機
スペース式

(1)形

9.寒冷地対策

ヒーター付
屋外形全閉外扇三相誘導電動機(2)定格4P,200Kw,冷却塔は屋外に設置されるため,周辺の環境に影響を及400V,ぼさぬよう,気象や環境条件に適合することが重要であると同時に,気象条件によって損傷や損壊,或いは運転不能

50 Hz

(3)台
5. 2.

数

31台/セル,合計ギア‑(2)付属品(3)台2.

かかる寒冷地での凍結コントロールには,熟負荷上昇,･抽温調節器

温水量増量等の様な冷却塔運転手由こよって解決出来るも･油温検出用センサー
1台/セル,合計4台のと,運転手法を変えても気象の勢力に負けて解決出来ぬ場合がある｡

フアン用伝動軸式
浮遊式シャフト

(2)台

数

2.

5

1台/セル,合計式(2)付属品
2.

チューブ式

カバー

プレート

2台/セル,合計

振動センサー
式
接触型

(2)用

途

(3)台

数

6.

9.

ヘッダー型

く,冷却塔の比較的乾燥した部分,即ち,充填材‑の導入
空気入口であるルーバー部の,降雨,降雪,落下水の水沫1ルーバー部への対策等が冷たい空気と接触する部分に形成される｡冷却機能や手動開閉式ダンパー
数64台

氷のほとんどは冷却塔内部の水の流れ落ちる部分ではな
フィン

(1)型

5.

澄川地熱発電所向け冷却塔に対し採用した対策の概要を次に示す｡

カップリング

空気加熱器

(1)型

(3)台

る｡

･ヒーター

数

4℃にも及ぶ厳寒期があり,凍結防止対策は極めて重要であ

2段減速

(1)壁
5.

澄川地熱発電所は積雪地域にあり,冬期は外気温が‑20

フアン用減速機式
スパイラルベベル及びヘリカル(1)型

5.

等の事態に至らぬ施策を必要とする｡

4台

部品に損傷を与えぬ程度の凍結は支障ないが,凍結は短時8台間で大きく成長してルーバー部を塞ぎ,運転に支障を来す

フアン装置
1台/セル,合計のみならず,ルーバーの変形,損傷,損壊,脱落や,凍結部落下による部品損傷の原因になることがあるので,寒冷期の運転では凍結及び着氷を極力避けることが重要である｡

4台

澄川地熱発電所向け冷却塔では,ルーバー部‑の水の落冷却塔材質

主な冷却塔構成部品の材質は次の通りである｡
木材(防腐処理施工ダグラス(1)落体骨組

循環水に求めた散水装置による凍結防止対策と,さらに,ファー)FRP(2)ケーシング

下を減らし,水の系外への離散を少なくするために,充填材部とルーバーとを離した構造とし,ルーバー上に熱源を(ガラス繊維強化プラス

冷却塔最上部に配置の温水槽の温水を利用した越淀式凍結防止対策とを併用し,ルーバー部凍結防止対策とした｡

チック)

散水装置と越流式凍結防止対策の写真を,それぞれ写真

3ルーノヤー

FRP

4充填材

PP

5

エリミネ一夕一

硬質PVC

6散水ノズルPP

7

フアンスタック

FRPンサーを設置し,油温の制御温度維持と温度異常警報シス

8フアンブレード

FRP

テムを採用した｡

9伝動軸

コンポジット(ポリプロピレン)

3,4に示す｡
2
フアン用減速機潤滑油への対策
寒冷期に於ける停止後の運転再開に支障がないよう,減9.

(硬質塩化ビニール)

中間軸速機に潤滑油加熱用ヒーター,温度調節器,温度検出用セファイバー

カーボン(10)空気加熱器

ステンレス(ll)循環水供給管

FRP(12)排ガス用管ステンレス(13)ルーバー部散水管

ステンレス7.塗装仕様塗装は物体(被塗物)の保護(防錆,耐水等),美観,色彩調節を目的とした役割や作用を付与するが,澄川地熱発電所では,周辺環境との調和がとれた色彩と腐蝕防止を目的として,排ガス配管(ステンレス)にはシリコン系耐熟塗耕,その他はエポキシ系塗料を使用した｡

8.塔体骨組冷却塔はその構造から建築物ではなく,工作物として取り扱われるが,塔体構造計算は建築基準法施行令に基づい写て行い,長期荷重と短期荷重の両面から検討を加え,骨組

photo.2

96

真

神鋼パンテツク技報

2

冷却塔骨組
FrameworkofCooling

Tower

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真3

凍結防止用散水装置

Photo.

3

Watering

写DeviceforIceControl

真 5

写

階段外観

Photo[50utside

View

ofStairway〜*

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粁挿写

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9. 3

4

越流式凍結防止対策
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Type

写
Ice

Control

DevicePhoto.6

冷却塔昇降階段への対策するために階段全体を外装材で覆い,明かり取りを設けた構造にした｡写真5に階段の外観を示す｡
9. 4

塔上手摺への対策
寒冷期に於ける厳寒期の気象下で,風向きが影響して降雪や一部の冷却塔排出空気が塔上手摺で凍結し,氷柱や氷壁となり,環境の変化に伴って氷塊となって落下し,冷却塔構成部品の損傷や損壊の原因となることがある｡
澄川地熱発電所では,風向きを考慮に入れて一部の塔上手摺を鋼管製手摺とし,熱源を循環水に求めた温水循環式
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6

鋼管製手摺
Handrai1

madeofSteel

Pipe

凍結防止対策を施工した｡

冷却塔には塔上へのアクセスとして階段を設けているが,冬期の保守･点検等のための積雪対策として,通路を確保

vol.

真

鋼管製手摺の一部を写真6に示す｡
9.

水溜まり発生部への対策

5

寒冷期に於ける運転停止時の凍結を防止するために,空気加熱器,ルーバー部散水装置,及び配管内の水溜まりオ発生する部分から排水が可能な様に,ドレン弁やプラグを設置した｡

10.その他の対策
10.

1充填材への対策

フイルム型充填材(一般に薄い樹脂製フィルムシートて構成)では,不純物が付着して目詰まりを起こし易いため,目詰まりを起こし難い格子状スプラッシュ型充填材を採片した｡

神鋼パンテツク技報

91

TF

7L
=宅嗣
写 真7

Photo.7

写

Photo.8

冷却塔外観
0utsideViewofCooling

Tower

す び
今回は,当社の有する産業用冷却塔の地熱発電所向け納充填材を写真7に示す｡
10. 2

真 8充填材Fill

むファン装置への対策

フアン部の,フアン,減速機,伝動軸,及び電動機に起因する振動は,そのいずれから発した振動でもフアン部全体に影響を及ぼす｡従って,早期に異常振動を検出するた
めに振動センサーをフアン部に設置した｡
10. 3 落雷対策

入例を取り上げ,その概要を紹介した｡
本稿が地熱発電に限らず,あらゆる産業のユーザーの冷却塔計画に参考になれば幸いである｡
環境保護はあらゆる分野の産業に求められているところ冷却塔全体を落雷から保護するために,避雷設備を設置であり,当社の冷却塔は必ずやユーザー各位のニーズに応えることが出来るものと確信している｡
終わりに際し,写真8にその外観を示してむすびとするoした｡

連絡先
小池‑

成

気熟装置事業部
生産部
技術課
参事

TEFAX
E‑mail98

L

078‑232‑8135
078‑232‑8066

k. koike@pantec.

co.

jp

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