JPH06212907A - 蒸気タービン装置及びその効率改善方法、並びに蒸気タービン熱回収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 最終段低圧タービンにおける抽出蒸気からエ
ネルギを回収し、以て蒸気抽出通路を過大寸法に設計す
ることに本来的に伴う非効率を回避する方法及び装置を
提供する。 【構成】 低圧タービン３２を含む蒸気タービン装置
は、複数の水分抽出箇所３６、３８、４０、４２を有
し、この箇所から水分及び蒸気の混合物を抽出して相応
数の熱交換器４４、４６、４８、５０のそれぞれに通
す。各熱交換器は、給水導管５２内の給水と熱交換関係
で水分及び蒸気の混合物を通流させる。低圧タービンの
低圧及び低温の最終段抽出箇所６５は復水器６８に接続
され、該復水器６８で集められた水は給水導管５２に送
る。蒸気タービン装置は、水分及び蒸気の混合物内の蒸
気の少なくとも一部を、最終段抽出箇所６５から分離し
てこの蒸気を給水導管５２内の水と熱交換関係で通す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は蒸気タービンに関し、特
に、給水加熱器により最終水分除去段から抽気される蒸
気を利用し且つ抽気蒸気量を制御することによりタービ
ン効率を改善するための方法及び装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術の説明】蒸気タービン発電プラントには、一
般に、タービンを流れる蒸気に混入している水分を抽出
したり或はタービン内の種々の表面上の水分を集めるた
めに水分除去装置が設けられている。羽根に衝突する高
温水滴により生ずる羽根の腐食を最小限度に抑止した
り、更には蒸気流内の水分に起因するタービン効率の低
下を防ぐために、上記のような水分の除去が望ましいと
されている。多くの場合、水分除去は、タービンから蒸
気の一部をブリードして、溜まった水分を該蒸気で移送
することにより促進される。このように抽出された蒸気
は相当量の熱エネルギを有しており、給水加熱器におい
て抽出蒸気及び水分の混合物のエネルギを利用して、蒸
気への変換のためボイラに戻される復水の温度を高めて
いる。抽出蒸気を利用するシステムの一例は、米国特許
第３,２８９,４０８号明細書に開示されている。

【０００３】また、本出願人の１９９０年１１月７日付
け米国特許願第０７/６０９,９３８号明細書には、水分
分離再熱器を用いる蒸気タービン装置の挙動が記載され
ている。この特許願明細書に指摘されているように、燃
料コストの上昇で、高い初期運転圧力及び温度が使用さ
れ、また、タービンサイクルで用いられる加熱器の数の
増加を含む付加的な再熱設備が使用されるようになって
きた。このように初期運転圧力及び温度を高くすること
に関連して、蒸気の過熱を利用することによる高い出口
水温のための設備や、復水をサブクールするための加熱
器内のドレン冷却部を含む設計が開発されている。蒸気
対蒸気再熱器ドレンの従来の或る種の適用例において
は、ドレン流体は、復水蒸気と、水分分離再熱器におけ
る高圧再熱器からの掃気蒸気との混合物として、最高圧
力の給水加熱器に排出され、そこで、ドレン流体は、第
１タービン抽気点からの蒸気と混合される。最高圧力の
給水加熱器からは、復水蒸気及び他のドレン流は、ター
ビンサイクルの或る箇所で主給水流の一部となるまで、
順次圧力が低くなるカスケード接続された給水加熱器に
排出される。

【０００４】米国特許第４,８２５,６５７号明細書に既
に開示されているように、水分分離再熱器の高圧再熱器
から流出するドレンは、最高圧力の給水加熱器から流出
する給水よりも相当に高温であって、例えば、定格負荷
では５５℃（１００°Ｆ）も高く、２５％負荷では１４
０℃（２５０°Ｆ）を越える。従って、ドレンは、熱交
換前に絞って給水圧力にまで落とさねばならない。その
結果、熱効率に損失が生ずる。

【０００５】このような損失を最小にする方法として、
高圧再熱器のドレン流体を最高圧力の給水加熱器の出口
側に圧送する方法が示唆されている。この方法の大きな
欠点として、ａ）付加的なポンプが要求される、ｂ）定
常状態下における不充分な有効吸込水頭か又は過渡状態
中のフラッシングの何れかに起因するキャビテーション
を回避することが困難である、及びｃ）再熱器管束の信
頼性を高めるのに用いられる掃気蒸気の処理に関する問
題が挙げられる。

【０００６】上述の米国特許第４,８２５,６５７号明細
書には、ドレン冷却器を使用することにより付加的なポ
ンプ給送の必要なく、再熱器のドレン流体を直接給水流
に加えることを可能にすることにより、蒸気タービン発
電機システム内の蒸気対蒸気再熱系の熱効率を改善する
方法及び装置が記載されている。高圧の再熱器ドレン流
体は、最高圧力の給水加熱器から排出される復水と熱交
換関係でドレン冷却器を通される。このようにして、再
熱器のドレン圧力を絞ることに起因する熱効率の損失が
回避されている。蒸気タービン発電機システムを、１０
０％負荷以下で運転する場合には、熱消費率が大きく改
善される。尚、上記米国特許明細書に開示されている蒸
気タービン発電機システムは、単段及び多段の水分分離
再熱器に対する現場での改装と関連して記載してある。
これ等の現存の蒸気タービン発電機システムは、水位制
御機能を備えたドレン受けを有している。高圧再熱器の
ドレン流体は、ドレン受けに集められて熱交換器（ドレ
ン冷却器）に送られて高圧給水加熱器からの復水と熱交
換関係に置かれる。ドレン冷却器の使用によって、再熱
器ドレン圧力を絞ることに起因する熱効率の損失が回避
される。

【０００７】慣用の再熱器ドレン系は、一般的慣行とし
て、水分分離再熱器の再熱器ドレン接続部とドレン流体
を受ける給水加熱器との間にある圧力降伏部、及び復水
した加熱蒸気を受けるための水位制御ドレン受けとを用
いている。このような再熱器ドレン系には、高圧水分分
離再熱器から管束に内部充水（フラッディング）がしば
しば生ずるいう信頼性に関する大きな問題がある。この
ような充水もしくはフラッディングが生ずると、多数の
管束が損傷を受けて低負荷運転を強いられ、蒸気タービ
ン発電機システムの効率が損なわれることになる。

【０００８】更に、低負荷では、加熱器圧力が減少し、
それには多くの場合、再熱器供給圧力の増加が伴うため
に、掃気蒸気の比率は負荷の減少と共に増加する。しか
し、掃気蒸気の増加は、ドレン冷却器を用いるタービン
サイクルの熱消費率に対しては極く小さな影響しか与え
ないことが判明している。

【０００９】米国特許第４,９５５,２００号明細書は、
ドレン冷却器を用いる蒸気タービンにおける蒸気対蒸気
再熱系を改良するための方法及び装置を開示している。
ドレン冷却器の有用性は、負荷状態に従って掃気蒸気量
を最適化することにより該ドレン冷却器の復水能力の調
整を可能にするために制御弁を備えた復水バイパス管路
を設置することにより、促進され、それにより熱消費率
の低減を達成することができる。蒸気タービン発電機シ
ステムは、再熱器の管束の最下部の管内における水分の
増加を阻止するために小量の掃気蒸気を利用する蒸気対
蒸気再熱系を用いている。この再熱系は、再熱器ドレン
を有する高圧水分離再熱器と、給水加熱用に直列に接続
されて圧力が順次高くなる幾つかの給水加熱器とを備え
ている。各給水加熱器は、給水のための入口と出口とを
有する。給水の加熱は、再熱器ドレンから流体を受け
て、該再熱器ドレン流体を最高圧力の給水加熱器に送る
前に出口の給水と熱交換関係で通流する。再熱系は、ド
レン冷却器の熱容量を制御してドレン受け水位制御の必
要性を無くすために、掃気蒸気量とドレン冷却器の熱交
換器における水位とを制御する。

【００１０】従来、タービン排気口の直前で低圧タービ
ン内に溜まった水分を除去するのが一般的慣行であっ
た。かかる水分除去方式は、既に述べたように、必然的
に蒸気の少なくとも一部の抽出を伴う。この最終抽出段
において、水分及び蒸気の混合物は、復水器に排出さ
れ、そこで蒸気の熱は廃棄エネルギとなる。この水分及
び蒸気の混合物の蒸気分は混合物の量の殆どを占めるば
かりではなく、該混合物の全熱エネルギの９８％を担っ
ている。従って、抽出蒸気は抽出中に廃棄される熱エネ
ルギの主たる成分となる。

【００１１】水分及び蒸気の混合物の非安定性と不平衡
の影響とが原因の二次的な問題として、低圧タービンの
最終段で水分及び蒸気の混合物を抽出するための通路の
寸法決めに関する問題がある。特定のパイプ形状及び内
部輪郭に起因するような熱損失要因、並びに蒸気混入率
や、負荷の変動に伴う圧力比の変動のような他の要因は
正確に知ることはできない。更に、認容されたタービン
モデルに基づいた結果の間でも、４０〜６０％もの大き
な差がある。このような差を考慮して、通路を過大寸法
に設計し、必要以上の量の蒸気を抽気するのが一般的慣
行であり、そのためより多くのエネルギが廃棄されるこ
とになる。

【００１２】蒸気タービンの効率を改善するプロセス
は、実際的なコストと最適な熱力学的特性との間のバラ
ンスをとる即ち平衡化するための１つの試みである。例
えば、給水をボイラに戻す前に、ボイラ圧力に対応する
飽和温度よりも低い最適な給水温度が存在する。しか
し、この飽和温度に達するためには、給水を、ボイラか
らの抽出蒸気と熱交換関係で通流しなければならない。
このような処理は、抽出蒸気が抽出前に何ら仕事を行わ
ないところから、非効率的である。従って、コスト上の
理由から一般には受け容れられない熱力学的サイクルの
最適給水温度が存在する。しかし、水分を除去するため
に蒸気を抽出する場合には、該蒸気抽出に起因する効率
の損失は、水分を除去することによる効率の利点によっ
て補償される。

【００１３】多くの抽出箇所における抽出蒸気には顕著
な量の熱エネルギが存在する。このエネルギは、蒸気を
給水と熱交換関係で通すことにより部分的に回収され
る。抽出箇所がタービン排気口側に接近すればする程、
特に低圧タービンの排気口に近くなればなる程、熱エネ
ルギは減少する。最終段抽出箇所の圧力及び温度は、抽
出した水分及び蒸気の混合物を単に復水器内に落とすの
が一般的慣行となっているようなレベルであって、抽出
蒸気中の残存熱エネルギ回収は放擲しているのが現状で
ある。既に述べたように、この最終段で抽出される蒸気
の量に広範な変動をもたらす多くの要因がある。従っ
て、この最終段の抽出における蒸気量の大きな変動とい
う問題を解決するために種々の方法が提案されており、
その中には、上流側の抽出通路の寸法やそれに関連して
給水加熱器の容量を変更する等の方策が含まれる。しか
し、この種の試みは、分析の結果さほど効率的でないこ
とが判明した。これと関連し本発明者等は最終段抽出に
おけるエネルギについて分析した結果、給水加熱用に蒸
気を利用することにより抽出水分及び蒸気の混合物から
回収することができる熱エネルギを更に高めることが可
能であるとの確信を得た。また、抽気通路を過大寸法に
することに伴う固有の非効率性も通路を変更することな
く熱交換器の特性を制御することにより補償することが
できる。更に、本発明者等によれば、現在の蒸気タービ
ン発電機システムとは対称的に、水分及び蒸気の混合物
の形態で抽気される蒸気の量を増加すれば正味の効率の
改善が得られることを発見した。特に、図１の管路２１
と関連して設けられている高温側水分抽出箇所における
水分及び蒸気の混合物を、低圧側ドレン管路内に落とす
場合には、高圧ドレン管路に要求される絞り込みの結果
として、抽出蒸気の増加に伴い正味効率が減少する。従
って、低圧タービンの最終段に対する入口で熱交換器を
利用するのは効果的ではないと考えられる。

【００１４】従って、低圧タービンの最終段抽出には、
抽出蒸気が復水器に排出される水分除去中に相当大きな
熱エネルギの廃棄が伴うことや、抽出通路の寸法設計に
固有の不確実性があると言う問題があった。

【００１５】

【発明の概要】本発明の目的は、従来技術の上に述べた
欠点及び他の欠点を克服するための方法及び装置を提供
することにあり、更に具体的には、最終段低圧タービン
における抽出蒸気からエネルギを回収し、以て蒸気抽出
通路を過大寸法に設計することに本来的に伴う非効率を
回避する方法及び装置を提供することにある。

【００１６】上述の目的及び他の目的は以下の説明から
明らかになるであろう。総括的に述べると、本発明によ
れば、蒸気が低圧タービンから抽出される前の最終抽出
箇所における蒸気抽出中に取り出される熱エネルギが回
収される。１つの例示的な実施態様においては、熱交換
器が蒸気タービン装置に付加されて、抽出蒸気中の熱エ
ネルギは復水器からの給水と熱交換関係に置かれ、それ
により熱エネルギは給水に伝達される。この付加的に設
けられる熱交換器は、最終抽気箇所から抽出される蒸気
の量を制御し、それにより除去される熱エネルギの量を
制御するように設計される。隣接の給水温度センサによ
って制御されるバイパスループにより抽出蒸気の量を一
層正確に制御することが可能である。熱交換器において
抽出蒸気を利用することにより、蒸気抽出通路を過大寸
法に設計しても、正味の利点は効率の損失を補って余り
ある。

【００１７】他の実施態様においては、最終段給水加熱
器からの最低圧力の管路のドレン冷却部には固定のオリ
フィス板のような抵抗体が設けられ、それにより、最終
段水分除去領域を、直ぐ上流側の熱交換器のドレン冷却
部に接続することを可能にするのに充分な程に圧力を低
下することができる。

【００１８】本発明の一層明瞭な理解を得るために、添
付図面を参照してなされる本発明の実施例に関する以下
の詳細な説明を参照するとよい。

【００１９】

【実施例】図１を参照するに、この図には、典型的な高
圧／低圧の蒸気タービン装置１０における蒸気サイクル
が簡略に示してある。蒸気発生器１２は、水を蒸気に変
換し、この蒸気は、管路１４を介して高圧タービン１６
の蒸気入口に供給される。管路１４内の蒸気の一部は、
管路１８を介して水分分離再熱器２０に供給することが
できる。幾つかの箇所で、高圧タービン１６からは、水
分を除去するのに必要な量の蒸気と共に水分が取り出さ
れる。これ等の抽出された混合物の内の一部は、管路２
２、２２ａ、２４及び２４ａを介して水分分離再熱器２
０に供給される。混合物の他の部分は、給水加熱器２
６、２８及び３０に供給される。給水加熱器を流れる給
水は、蒸気発生器１２に戻る前に順次高い温度になる。

【００２０】水分分離再熱器２０の分離器部における水
分除去に続いて、蒸気分は、低圧タービン３２を駆動す
るのに充分に利用可能な蒸気温度に加熱される。蒸気は
水分分離再熱器２０から管路３４を経て低圧タービン３
２に供給される。低圧タービン３２内では複数の箇所か
ら水分が蒸気の一部と共に抽出される。図示の例におい
ては、管路３６、３８、４０及び４２は、水分及び蒸気
の混合物か又は蒸気だけをそれぞれ関連の給水熱交換器
４４、４６、４８及び５０に供給する。給水加熱器もし
くは熱交換器の各々に流入する水分及び蒸気の混合物又
は蒸気は、導管５２を介しポンプ送りされる給水を熱伝
達で加熱する際、凝縮して復水となる。この復水は、到
来する蒸気の高い圧力によって低い温度の熱交換器へと
下流側に流される。管路５４及び５６は、下流側に水を
送給するための典型的な管路である。低圧及び高圧ター
ビン系内の或る箇所において、利用可能な熱エネルギが
蒸気から取り出されて、その結果生ずる復水は溜められ
て給水流に加えられる。高圧タービン系においては、水
分分離再熱器２０並びに熱交換器２６、２８及び３０か
らの水はタンク５８に溜められて、ポンプ６０により導
管５２へ送給される。低圧タービン系においては、水は
タンク６２内に溜められてポンプ６４により導管５２へ
と送給される。

【００２１】低圧タービン３２の最終段に対する入口
で、水分及び蒸気の混合物は排出温度に近くなり、水分
の一部及び水分を随伴する蒸気は、一般に、管路６６を
介し領域６５から復水器６８に送られる。タービン排出
蒸気も、管路７０を介して復水器６８に送られる。復水
器６８内に溜まった水は、ポンプ７２を介して導管５２
に送られる。

【００２２】既に述べたように、低圧タービンの最終段
に対する入口で、水分及び蒸気の混合物から熱エネルギ
を抽出する試みはこれまで実施されていない。本発明者
等は、この混合物からエネルギを得ることが可能なばか
りではなく、抽出蒸気量を制御するために特殊構造の熱
交換器を使用して、この最終段で使用される過大な配管
系を簡略化できることを知見した。更に、本発明者等
は、過剰蒸気抽出は、図１の蒸気システムにおいて、不
利になるのではなく実際にはむしろタービン効率に改善
をもたらし得ることを知見した。

【００２３】図２を参照するに、この図には、図１の蒸
気システムの一部が示してあり、低圧タービン最終段の
水分除去領域６５は、管路（通流手段）６６ａを介して
付加的な熱交換器７４に供給される。管路６６ｂは、初
期のタービン起動中、熱交換器７４に対し水分除去領域
６５から回収される熱が不充分である場合に水分を復水
器６８に供給する。通常のタービン運転中は、管路６６
ｂは制御弁６７によって閉ざされる。熱交換器７４は、
給水導管５２内の給水に対する第１段加熱器として管路
６６からの蒸気の熱エネルギを利用する。熱交換器７４
に加えて、本発明による蒸気システムは、給水を熱交換
器７４からバイパスしてそれにより熱交換器７４の容量
を制御する給水ポンプ７８を含むバイパスループ７６を
備えている。熱交換器７４をバイパスする水の量が多く
なればなるほど、蒸気を凝縮する該熱交換器７４の能力
は減少して、最終抽気段で抽出される蒸気の量は減少す
る。温度又は他の選択された変量に応答してポンプ７８
を調整するための制御機構は当該技術分野において周知
であり、従ってここでは説明しない。

【００２４】管路６６において付加的な蒸気が抽出され
る場合には、この蒸気のエネルギを用いて導管５２内の
給水を加熱し、それにより蒸気システム全体の総効率を
改善することができる。表１には、標準蒸気抽出量の蒸
気システムと比較して、抽出蒸気量を２倍にした場合
の、図２の蒸気システムを用いて回収されるエネルギが
キロワット時当たりのキロジュール（Ｋｊ／Ｋｗｈ）で
示してある。

【００２５】

【表１】 熱消費率変化（Ｋｊ／Ｋｗｈ） １ ２ ３ 現在の慣行 改良サイクル ΔKj/Kwh (Kj/Kwh） 改善率 標準掃気蒸気： 定格ＭＷＴ(ＮＳＳＳ) ０ −１０.５ １０.５ ９０％定格負荷 ０ −１０.５ １０.５ ８５％定格負荷 ０ −１０.５ １０.５ ７０％定格負荷 ０ −１０.５ １０.５ ６５％定格負荷 ０ −１０.５ １０.５ 倍増掃気蒸気： 定格ＭＷＴ(ＮＳＳＳ) ５.３ −１５.８ ２１.１ ９０％定格負荷 ５.３ −１５.８ ２１.１ ８５％定格負荷 ４.２ −１５.８ ２０.０ ７０％定格負荷 ４.２ −１５.８ ２０.０ ６５％定格負荷 ４.２ −１５.８ ２０.０

【００２６】欄１（現在の慣行）には、図１の従来の蒸
気システムについての定格負荷が示してある。標準の抽
気において、利用可能な蒸気の１％の内の３／４が抽気
される場合には、蒸気システムは、全ての負荷で１０．
５Ｋｊ／Ｋｗｈの正味の改善率を示す。利用可能な蒸気
の１．５％が抽出されると、図１の蒸気システムの場合
には、４.２Ｋｊ／Ｋｗｈと５.３Ｋｊ／Ｋｗｈとの間の
正味のサイクル損失が生ずる。しかし、図２の本発明に
よる改良された蒸気システムでは、図１の蒸気システム
に対し２０Ｋｊ／Ｋｗｈと２１．１Ｋｊ／Ｋｗｈとの間
の改善率が達成され、タービン使用寿命に関しタービン
当たり１億円（百万ドル）を越える値に相当する節減が
実現されることが判る。

【００２７】熱交換器は、種々の高圧高温側の水分除去
箇所で使用されているが、このような熱交換器の動作は
本発明の熱交換器とは異なる。既に述べたように、本発
明者等は、最終段水分除去領域から取り出される水分及
び蒸気の混合物の量における増加は、通常の除去量限度
内、例えば、蒸気システム内の全蒸気量の０．７５％と
１．５％の間の限度内で、効率の利得に直接比例するこ
とを発見した。一方、それより高圧及び高温側の抽出段
においては、蒸気抽出量の増加は、蒸気を低圧に絞らな
ければならない場合、常に効率を減少する。更にまた、
最終段から抽出される蒸気の量及び熱交換器の動作は、
恐らくは近傍の復水器が実質的に一定の圧力／温度状態
を維持するので、負荷の変動で自己調整する傾向とな
る。しかし、高圧高温側の熱交換器においては、このよ
うな自己調整もしくは制御は生ぜず、かかる熱交換器の
定格が一層重要となり、典型例においては、タービン負
荷の５０％での定格で妥協することが要求される。ま
た、高温熱交換器においては、水分分離再熱器に水分が
溜まるのを阻止するために最小量の掃気蒸気が要求され
る。蒸気タービン分野において一般に使用される熱交換
器のこのような典型的な特性からして、従来において
は、最終段水分除去領域において熱交換器の使用を試み
ることが有用であるとは考えられていなかった。

【００２８】図３は、本発明の別の実施例を示す図であ
って、この実施例においては、最終段水分除去領域６５
は管路６６を介してドレン冷却器６９に接続されてい
る。ドレン冷却器６９からの復水は、上流側の熱交換器
５０からの戻り管路７１内に排出されて復水器６８に戻
される。この実施例においては、水分除去領域６５から
除去された水分から付加的なエネルギが取り出されて、
管路５２内の給水に伝達される。この実施例において
は、慣用の熱交換器は必要とはされないが、ドレン冷却
器の設置が要求される。

【００２９】図４は、本発明の別の実施例を示すもので
あり、この実施例においては、水分除去領域６５は管路
６６を介して最終段給水熱交換器６０に接続されてお
り、それにより付加的なドレン冷却器６９は取り除かれ
ている。一般に、領域６５の上流側の水分除去領域にお
ける圧力は領域６５の圧力よりも若干高い。１つのター
ビン例においては、この圧力差は、約０.１８Ｋｇ/ｃｍ
²（２.５ｐｓｉ）である。上記の圧力は、熱交換器５０
のドレン冷却部に流れ抵抗を導入することにより等化す
ることができる。圧力を等化した場合には、領域６５で
取り出される水分は、ドレン管路４２を経る復水を絞り
込むことにより、熱交換器５０のドレン冷却部における
復水蒸気と結合することができる。図６に参照数字１０
８で示した流れ抵抗体は、熱交換器５０に具現される。

【００３０】図５及び図６には、本発明の更に他の実施
例が示されている。この実施例においては、復水部８２
及びドレン冷却部８４を有する水平の復水・ドレン冷却
加熱器（熱交換器）８０が設けられている。図５は、給
水管配列を示し、他方、図６は水分除去領域からの水分
及び蒸気の混合物の流れをより明瞭に示している。本発
明のこの実施例においては、領域６５からの低圧水分及
び蒸気の混合物を、管路４２を介して加熱器８０に入る
直ぐ上流側の領域８６からの高圧混合物と混合するのに
有利な形態で加熱器８０が用いられる。この加熱器８０
は、管板９０から加熱器８０内に延び図面の平面内で１
８０°曲がり、管板９０に戻る複数の給水管（第１の熱
交換器管）８８を備えている。加熱器８０において、給
水管８８は垂直の仕切板９２の一側に沿って延び、該仕
切板９２の反対側に戻る。給水管８８の図面を簡略化し
て図５の中心部に示した加熱器８０の横断面図から、垂
直の仕切板９２の位置と、復水部８２をドレン冷却部８
４から分離する水平の仕切板９４の位置とが明らかであ
る。

【００３１】管路４２を経る領域８６（図４）からの水
分及び蒸気の混合物は入口９６（図５）に供給される。
複数のそらせ板（バッフル手段）９８（図６）は、この
混合物が矢印１００で示すように蛇行状の流路に沿って
流れるように作用し、その結果、混合物は加熱器８０を
左側から右側に横断する際に給水管８８を何回も横切る
ことになる。この期間中、混合物の熱は、ポンプ７２
（図４）を介して復水器６８から供給される給水管８８
内の給水に伝達される。給水管８８から排出される復水
はドレン冷却部８４に集められる。付加的な管（第２の
熱交換器管）１０２が管板９０から延び、ドレン冷却部
８４を通り、次いで転向して水平仕切板９４の上方に延
びて管板９０へと戻っている。この管板９０は、入口及
び出口マニホールドに接続可能な部分を有する慣用の管
寄せである。集められた復水は、出口１０４を介して排
出されて図２に示すように給水管路５２にポンプ送りさ
れるか或は図４に示すように復水器６８へと戻される。

【００３２】水分及び蒸気の混合物を領域６５から排出
する管路６６は、ドレン冷却部８４の入口（入口手段）
１０６に接続されている。オリフィスが設けられている
板１０８（図６）が復水部８２をドレン冷却部８４から
分離している。板１０８には複数のオリフィスが形成さ
れていて、復水部８２とドレン冷却部８４との間に圧力
降下を発生する。この内部オリフィス板１０８により、
領域６５からの低圧水分及び蒸気の混合物をドレン冷却
部８４に導入することができ、このドレン冷却部８４に
おいて上記混合物は復水部８２を介して、領域８６から
到来する復水と結合され、それにより少なくとも最終段
からの幾分かの熱エネルギを管１０２内の給水に伝達す
ることができる。板１０８は、復水部及びドレン冷却部
を分離するものとして示してあるが、この板１０８は、
入口１０６が復水部８２から分離されている限りにおい
て、ドレン冷却部に更に深く配置することができる。
尚、入口１１０は、図４に示すように高圧側の熱交換器
４８からカスケード形態で排出される復水を受けるよう
に、板１０８の上方に配置されている。

【００３３】表２には、復水器からの水分除去流体（こ
れは蒸気システムに対しては損失となる）を熱交換器８
０内で給水に付加することにより該流体に含まれる熱を
回収することから得られる熱消費率の改善が示してあ
る。或る蒸気システムにおいて、領域８６における作動
蒸気の量が期待値よりも多い場合には、慣用サイクルの
熱消費率は、１ＢＴＵ／Ｋｗｈだけ増加するが、本発明
の提案に関わるサイクルでは、定格負荷において、作動
蒸気量を２倍にすると仮定した場合、１６ＢＴＵ／Ｋｗ
ｈだけ減少するであろう。他の負荷における比較は表３
に示してある。

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】

【００３６】ここに提案した蒸気システムによれば、加
熱器シェルでドレン系を終端することにより蒸気管路が
削減される。更に重要なことには、本蒸気システムよれ
ば、復水器内の冷却材、典型的には河川や湖等に戻され
る水によって環境に放出される熱が減少する。また、加
熱器８０のドレン冷却器断面は増加する可能性がある
が、復水器の大きさも減少することができる。しかし、
加熱器８０の復水断面は減少し、それにより加熱器８０
内の表面積における総体的増加が低減する。

【００３７】以上、本発明を好適な実施例と関連して説
明したが、当業者には明らかなように、本発明の実施に
当たっては、本発明の精神及び範囲から逸脱することな
く、ここに提示した構造、配列及び構成要素に関し多く
の変更を行い特定の運転要件に適した別の実施を展開す
ることが可能であろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の高圧／低圧タービン装置における蒸気
システムの簡略図である。

【図２】 本発明を具現した図１の蒸気システムの一部
を簡略に示す図である。

【図３】 本発明の他の実施例を示すために、図１の蒸
気システムの一部を簡略に示すブロック図である。

【図４】 本発明の更に他の実施例を示す簡略ブロック
図である。

【図５】 本発明の他の実施例による熱交換器／ドレン
冷却器を簡略に示す図である。

【図６】 給水管を省略して図５の熱交換器／ドレン冷
却器を横断面で示す図である。

【符号の説明】

１０…蒸気タービン装置、１２…蒸気発生器、３２…低
圧タービン、３６、３８、４０、４２…水分抽出箇所、
４４、４６、４８、５０…熱交換器、５２…給水導管、
６５…最終段水分除去領域、６６、６６ａ…熱交換関係
の通流手段、６８…復水器、８０…復水・ドレン冷却加
熱器（熱交換器）、８２…復水部、８４…ドレン冷却
部、８６…高圧側の水分除去領域、８８…給水管（第１
の熱交換器管）、９６…入口手段（入口）、９８…バッ
フル手段（そらせ板）、１０２…管（第２の熱交換器
管）、１０６…入口手段（入口）。

フロントページの続き (72)発明者 ポール・ウイリアム・ビスコビッチ アメリカ合衆国、フロリダ州、ロングウッ ド、クレストウッド・ドライブ 109

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 最終段の水分除去領域からの水分及び作
   動蒸気の混合物をタービン排出口側の復水器に供給し、
   該復水器で集めた水を給水導管を介して蒸気発生器に供
   給する、低圧タービンを有する蒸気タービン装置の効率
   改善方法であって、除去した水分及び作動蒸気の少なく
   とも一部を前記給水導管内の水と熱交換関係で通流さ
   せ、前記水分及び作動蒸気の混合物内の熱エネルギの少
   なくとも一部を回収する、蒸気タービン装置の効率改善
   方法。
2. 【請求項２】 複数の水分抽出箇所を有し、各水分抽出
   箇所において水分及び蒸気の混合物を抽出して対応する
   複数の熱交換器のそれぞれに通過させる低圧タービンを
   備え、前記各熱交換器において前記水分及び蒸気の混合
   物は給水導管内の給水と熱交換関係で通流し、前記低圧
   タービンの低圧且つ低温の最終段水分除去領域は復水器
   に結合され、該復水器で集められた水を前記給水導管内
   に導く蒸気タービン装置であって、前記最終段水分除去
   領域からの前記水分及び蒸気の混合物の少なくとも一部
   を前記給水導管内の水と熱交換関係で通流するための通
   流手段を含む蒸気タービン装置。
3. 【請求項３】 低圧タービンの最終段水分除去領域にお
   いて熱エネルギを回収するための蒸気タービン熱回収装
   置であって、前記低圧タービンは、少なくとも１つの高
   圧側の水分除去領域と、該低圧タービンからの排出蒸気
   を復水し給水にしてボイラに戻すための復水器とを備
   え、前記蒸気タービン熱回収装置は、復水部及びドレン
   冷却部を有する復水・ドレン冷却加熱器と、前記復水部
   を貫通する第１の複数の熱交換器管と、前記ドレン冷却
   部を貫通する第２の複数の熱交換器管とを含み、前記復
   水部からの給水を、前記第１及び第２の複数の熱交換器
   管の各々にポンプ送りし、前記高圧側の水分除去領域か
   らの高圧の水分を前記復水部に通流して該高圧の水分の
   熱を前記第１の複数の熱交換器管内を流れる給水に伝達
   すると共に前記水分を復水に変換し、該復水を前記ドレ
   ン冷却部に流し、前記ドレン冷却部と前記最終段水分除
   去領域との間に、該最終段水分除去領域から前記ドレン
   冷却部に水分を流すための入口手段を設け、前記復水部
   と該入口手段との間にバッフル手段を配置して、前記ド
   レン冷却部内の圧力を前記最終段水分除去領域における
   圧力よりも低い圧力に減少する、蒸気タービン熱回収装
   置。