復水タービン

復水蒸気タービン

復水蒸気タービンは、タービン内部で膨張して仕事をした蒸気がすべて（シャフトシールのわずかな漏れを除いて）凝縮器に送られ、水に凝縮されるタイプのタービンです。

復水式蒸気タービンは、タービン本体、復水ポンプ、復水器、循環水ポンプから構成され、タービンからの排気蒸気を復水器に送り込み、そこで冷却・凝縮して気体から水へと変換することで作動します。凝縮水は復水ポンプによってボイラーに戻されます。復水器はこのプロセスにおいて重要な役割を果たします。復水器の主な目的は、タービンの熱効率を高めることです。これは、蒸気が再冷却されて水に戻る際に体積が急激に減少する現象を利用することで実現されます。その結果、残った空間は真空状態となり、蒸気の理想的なエンタルピー降下が増加します。

実際には、熱効率をさらに向上させ、タービンの排気フードの直径を縮小するために、タービンの中間段から部分的に膨張した蒸気を抽出し、給水加熱器に導いてボイラー給水を予熱します。この形式は非調整抽出復水タービンと呼ばれ、復水タービンにも分類されます。火力発電所の発電に特化した標準的なタービン形式です。復水システムは、主に復水器、循環水ポンプ、復水ポンプ、エアエジェクターで構成されています。タービン排気蒸気は復水器に入り、循環冷却水によって冷却・凝縮されて水となり、復水ポンプによって抽出されます。その後、各段の給水加熱器で加熱された後、ボイラーに給水として供給されます。

排気蒸気が凝縮器内で冷却され水に凝縮される過程で、その体積は急激に収縮します。これにより、元々蒸気で満たされていた密閉空間に真空状態が生じ、タービンの排気圧力が低下します。その結果、蒸気の理想的なエンタルピー降下が増加し、プラントの熱効率が向上します。タービン排気中に含まれる非凝縮性ガス（主に空気）は、必要な真空を維持するためにエアエジェクターによって除去されます。

復水蒸気タービンは、火力発電および原子力発電で広く使用されている重要な機器です。その主な機能は、蒸気の膨張を利用して発電機を駆動し、エネルギー変換効率を最適化することです。

1. 効率向上のための真空環境の構築と維持：作業後の排気蒸気は凝縮器に排出され、そこで循環冷却水によって凝縮水となります。これにより体積が大幅に減少し、真空状態が維持されるため、排気圧力が大幅に低下し、蒸気の理想的なエンタルピー降下が促進され、熱効率が向上します。

2. 作動流体の循環とエネルギー回収の促進：凝縮水は凝縮ポンプを介してボイラーに戻され、再加熱されます。これにより、閉サイクルが形成されます。これにより、水の再利用と節約が実現され、エネルギー消費も削減されます。同時に、蒸気の廃熱は熱力学サイクルを通じて環境に排出されるため、システムの安定した運転が保証されます。

3. 主要な補助機能を統合：エアエジェクターは非凝縮性ガスを継続的に除去し、凝縮器内の高い真空効率を維持します。また、凝縮プロセスは凝縮液の脱気（真空脱気）も可能にし、機器の腐食を低減し、水質の安全性を高めます。

4. 高出力かつ柔軟な需要への適応：最終段ブレードの設計を最適化し、マルチフロー排気構成を採用することで、高出力（例えば、単体出力で数百メガワットに達する）に対応できます。抽出復水タービンの派生型は、中間段からの抽出蒸気を加熱用に供給することもでき、発電と地域暖房の両方のニーズに対応し、全体的な熱効率（50%～70%）を向上させます。