タービン用の蒸気凝縮器は、冷却水を使用して蒸気タービンからの低圧排気蒸気を水に変換する装置です。タービン用の蒸気凝縮器の主な機能は、蒸気タービンの排気側で低いバックプレッシャーを維持し、発電所の効率と出力を向上させることです。
タービンからの排気蒸気は、その利用可能なエネルギーを機械仕事に変換するために大幅に膨張しなければなりません。蒸気が仕事を終えてから凝縮されない場合、その後の蒸気が必要な体積に膨張するための十分な空間が作られません。したがって、閉鎖システム内で蒸気を凝縮することで、その体積が減少し、タービン出口の圧力が下がる真空が作られます。
タービン用の蒸気凝縮器は、凝縮槽、冷却水供給、ウェットエアポンプ、ホットウェルなどのいくつかの部品で構成されています。凝縮槽は、蒸気の熱を冷却水に移動させることで蒸気を凝縮する場所です。
冷却水供給は、冷却塔や他の水源から冷たい水を循環させるために使用されます。ウェットエアポンプは、凝縮された蒸気、空気、未凝縮の水蒸気、およびその他のガスを凝縮器から集め、大気または脱酸素器に排出します。ホットウェルは、凝縮された蒸気が収集され、そこから給水として蒸気ボイラーに戻される場所です。
タービン用の蒸気凝縮器には主に2つのタイプがあります：ジェット凝縮器と表面凝縮器。ジェット凝縮器では、冷却水が排気蒸気に噴射され、混合されます。これは蒸気を凝縮する高速プロセスですが、再利用できない汚染された水が生じます。
表面凝縮器では、冷却水と排気蒸気は管やプレートなどのバリアによって分離され、このバリアを通じて熱交換によって凝縮が起こります。これは蒸気を凝縮する遅いプロセスですが、再利用できる純粋な水が生成されます。
タービン用の蒸気凝縮器を使用することには、発電にとっていくつかの利点があります：
特定の蒸気消費量を減らし、単位質量あたりの仕事出力を増やすことで、発電所の熱効率を向上させます。
溶解ガスや不純物を取り除くことで、給水の品質を改善します。
蒸気と冷却水の直接接触を防ぐことで、ボイラーとタービンの腐食とスケーリングを減らします。
大気や水域への蒸気と冷却水の排出を最小限に抑え、環境汚染を軽減します。
凝縮された蒸気を給水として再利用することで、水資源を節約します。
タービン用の蒸気凝縮器の動作原理は、熱伝達と相転移に基づいています。タービンからの排気蒸気は低圧かつ高温で凝縮器に入ります。冷却水は低温かつ高圧で凝縮器に入ります。両流体間の熱伝達は、それらを物理的に分離するバリアを介して行われます。バリアは、凝縮器のタイプによって管またはプレートになります。
熱伝達が行われると、排気蒸気の温度は低下し、その潜熱が放出されます。潜熱は冷却水によって吸収され、その温度が上昇します。排気蒸気は蒸気から液体に相転移し、凝縮水となります。凝縮水は凝縮器の底部にあるホットウェルに集まります。冷却水は高温かつ低圧で凝縮器を出て行きます。
凝縮水は次に、デアレーターまたは直接ボイラーフィードポンプへとコンデンセート抽出ポンプによって送られます。デアレーターは、凝縮水から残っている空気やガスを取り除き、それをボイラーフィードポンプに送る前に加熱します。ボイラーフィードポンプは給水の圧力を上げ、それをボイラーに送ります。
冷却水は冷却塔または別の水源に排出されるか、または熱交換器または経済器を通じて再循環されます。冷却塔は、一部の冷却水を空気中に蒸発させることで冷却水の温度を下げます。熱交換器または経済器は、冷却水の熱を別の流体（例えば空気や給水）に移動させます。
凝縮技術により、タービン用の蒸気凝縮器には主に2つのタイプがあります：ジェット凝縮器と表面凝縮器。
ジェット凝縮器では、冷却水が排気蒸気に噴射され、混合されます。これは蒸気を凝縮する高速プロセスですが、再利用できない汚染された水が生じます。水と蒸気の混合物は次にホットウェルに排出され、そこからウェットエアポンプによってデアレーターや冷却塔に送られます。
ジェット凝縮器には3つのサブタイプがあります：ローレベル、ハイレベル、およびエジェクタージェット凝縮器。ローレベルジェット凝縮器では、ホットウェルは凝縮器と同じレベルに配置され、混合物は重力で流れます。ハイレベルジェット凝縮器では、ホットウェルは凝縮器よりも上に配置され、混合物はポンプによって持ち上げられます。エジェクタージェット凝縮器では、冷却水が高速で排気蒸気中に注入され、真空を作り出し、混合物をホットウェルに吸引します。
ジェット凝縮器の利点は以下の通りです：
シンプルで安価であり、設置と操作が容易です。
高い熱伝達率と低い圧力損失があります。
大量の冷却水供給や個別の空気抽出システムは必要ありません。
ジェット凝縮器の欠点は以下の通りです：
再利用できない汚染された水を生成し、廃棄前に処理が必要です。
冷却水と混合物を送るための高い電力消費があります。
冷却水の品質と温度に影響されます。
表面凝縮器では、冷却水と排気蒸気は管やプレートなどのバリアによって分離され、このバリアを通じて熱交換によって凝縮が起こります。冷却水は管やプレートの配列を通過し、排気蒸気はそれらの外側を流れます。蒸気の熱は冷却水によって吸収され、その温度が上昇します。
排気蒸気は蒸気から液体に相転移し、凝縮水となります。凝縮水は凝縮器の底部にあるホットウェルに集まります。冷却水は高温かつ低圧で凝縮器を出て行きます。
表面凝縮器には2つのサブタイプがあります：ダウンフローとカウンターフロー。ダウンフローサーフェイス凝縮器では、排気蒸気は上部から入り、管やプレートを下向きに流れます。カウンターフローサーフェイス凝縮器では、排気蒸気は一端から入り、管やプレートを上向きに流れますが、冷却水は反対側から入り、それらを下向きに流れます。
表面凝縮器の利点は以下の通りです：
再利用できる純粋な水を生成し、ボイラーとタービンの腐食とスケーリングを軽減します。
冷却水と凝縮水を送るための低い電力消費があります。
冷却水の品質と温度に影響されません。
表面凝縮器の欠点は以下の通りです：
複雑で高価であり、設置と操作が困難です。
低い熱伝達率と高い圧力損失があります。
大量の冷却水供給と個別の空気抽出システムが必要です。
タービン用の蒸気凝縮器の選択は、以下の要因に依存します：
発電所の規模と容量
冷却水の利用可能性とコスト
給水の品質と数量
環境規制と基準
運用とメンテナンスの要件
一般的に、表面凝縮器は高い効率、信頼性、および給水の純度を必要とする大規模な発電所に適しています。ジェット凝縮器は、冷却水供給が限られており、給水需要が低く、操作が簡単な小規模な発電所に適しています。
