表面形給水加熱器を用いた多段抽気再生サイクル
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2019/02/16 05:20 UTC 版)
「再生サイクル」の記事における「表面形給水加熱器を用いた多段抽気再生サイクル」の解説
最低圧段に混合形給水加熱器を用い、その他を表面形給水加熱器とした3段抽気再生サイクルの構成例を図 5 に示す。この場合は、給水ポンプは 2 段であり、最初の復水ポンプ CP で抽気 H3 の圧力まで加圧して 混合形給水加熱器 E3 で加熱し、その後、2 段目の給水ポンプ P でボイラ圧力まで加圧して、2 つの表面形給水加熱器 E2、E1 で加熱してボイラへ給水する。 給水加熱器 E2、E1 では抽気の圧力はそれぞれ異なっているが、伝熱管内を流れる給水の圧力は抽気よりも高いボイラ圧となっている。高圧の抽気 H1 は E1 で給水を加熱してその圧力の飽和水 h1 となった後、絞り弁を通して減圧し(等エンタルピー変化)、湿り蒸気 h1x となって E2 へ入る。E2 では湿り蒸気 h1x と抽気 H2 で給水を加熱し、飽和水 h2 となって E2を出る。E2 を飽和水となって出た抽気は、更に絞り弁で減圧して湿り蒸気 h2x となって、次の混合形給水加熱器 E3 に入り、新たな抽気 H3 と共に、復水ポンプで送られてきた給水にすべて混合される。 この構成による抽気量と熱効率の計算式を表 4 に示す。表面形給水加熱器を用いた場合、出口の給水温度は加熱器の構造と性能に依存するが、表中では E1 出口の比エンタルピーを hf1、E2 出口の比エンタルピーを hf2 として示している。 図 5 3段抽気再生ランキンサイクルの構成(表面形) 図 6 3 段抽気再生ランキンサイクルの T-s 線図(表面形) 表 4 表面形給水加熱再生サイクルの計算式および計算結果段計算式計算結果1 m 1 = h f 1 − h f 2 H 1 − h 1 {\displaystyle m_{1}={\frac {h_{f1}-h_{f2}}{H_{1}-h_{1}}}} m 1 = 0.11689 {\displaystyle m_{1}=0.11689} 2 m 2 = h f 2 − h f 3 − m 1 ( h 1 − h 2 ) H 2 − h 2 {\displaystyle m_{2}={\frac {h_{f2}-h_{f3}-m_{1}(h_{1}-h_{2})}{H_{2}-h_{2}}}} m 2 = 0.10290 {\displaystyle m_{2}=0.10290} - - - - - - - - - - i m i = h f i − h f , i + 1 − ( ∑ k = 1 i − 1 m k ) ( h i − 1 − h i ) H i − h i {\displaystyle m_{i}={\frac {h_{fi}-h_{f,i+1}-(\sum _{k=1}^{i-1}m_{k})(h_{i-1}-h_{i})}{H_{i}-h_{i}}}} - - - - - - - - - - 最終 N m N = h N − h C − ( ∑ k = 1 N − 1 m k ) ( h N − 1 − h C ) H N − h C {\displaystyle m_{N}={\frac {h_{N}-h_{C}-(\sum _{k=1}^{N-1}m_{k})(h_{N-1}-h_{C})}{H_{N}-h_{C}}}} m 3 = 0.05098 {\displaystyle m_{3}=0.05098} 熱効率 η = 1 − ( 1 − m ) ( H C − h C ) H T − h f 1 {\displaystyle \eta =1-{\frac {(1-m)(H_{C}-h_{C})}{H_{T}-h_{f1}}}} 、 m = ∑ k = 1 N m k {\displaystyle m=\sum _{k=1}^{N}m_{k}} η = 0.43327 {\displaystyle \eta =0.43327} 表 4 には混合形と同じ表 2 の蒸気条件での計算結果を示す。また、このサイクルの T-s 線図を図 6 に示す。面積がタービン流量 1kg あたりの熱量と仕事が面積で表されるように、この抽気量を用いて補正したサイクルは、図 6 の閉曲線 a C b 3 a 3 b 2 a 2 b 1 h 1 H T H 1 H 2 H 3 H C a C ¯ {\displaystyle {\overline {a_{C}b_{3}a_{3}b_{2}a_{2}b_{1}h_{1}H_{T}H_{1}H_{2}H_{3}H_{C}a_{C}}}} となる。 表面形給水加熱器の構造は、伝熱管内のサブクール水を過熱蒸気の抽気で管外より加熱する多管円筒形(シェル&チューブ形)熱交換器が一般的である。 管内の給水は通常の条件では凝縮する抽気の飽和温度程度まで加熱できるので、最低限 h f 1 ≃ h 1 {\displaystyle h_{f1}\simeq h_{1}} 、 h f 2 ≃ h 2 {\displaystyle h_{f2}\simeq h_{2}} となることが期待できる。 表 2 および 図 6 は、この条件での計算結果を示している。混合形の場合に比べて抽気量が高圧側でやや多く、低圧側でやや少なくなるが、熱効率はほぼ同じである。 給水加熱器を対向流形熱交換器とし、過熱蒸気の抽気で給水の出口部を加熱する構造にすれば、給水の温度を抽気の飽和温度以上に上げることができ、熱効率がさらに良くなることが期待できる。
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