(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラと復水器内との間に設けられ、復水器内で復水されたボイラ水をボイラに戻すための給水管を備え、給水管を流れるボイラ水に対し、酸素発生器にて製造された酸素ガスをバッファタンクに貯め、該バッファタンクから放出される酸素ガスをコンプレッサの駆動により腐食性ガス成分の低濃度なる濃縮された酸素ガスとして供給するボイラの給水経路の保護皮膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はボイラの給水経路に腐食防止を行うための保護皮膜形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば蒸気タービンを廻して、この蒸気タービンに駆動連結された発電機によって発電する汽力発電所等において、ボイラ水を熱して蒸気をつくるためのボイラが使用されている。一般に汽力発電所において、ボイラ水はボイラで発生した蒸気を凝縮させ復水として再利用している。しかし、復水されたボイラ水中には蒸気利用工程中の不純物が溶存され易いため、従来から炭素鋼よりなる水管の腐食が問題となっている。そこで、水管の腐食を防止するために、保護皮膜形成方法が提案されている。この水管の腐食を防止する方法として例えば、特開平２−１５７５０３号公報に示されるような方法が知られている。すなわち、従来の方法においては、ボイラ水内に酸素ボンベから微量の酸素ガスを供給し、復水中に酸素を溶解している。そして、この酸素の溶解された復水と水管の内面とを接触させ、水管の内面に酸化鉄（特に３価の酸化鉄〔Ｆｅ２Ｏ３  〕）の保護皮膜を形成し、この保護皮膜により水管の腐食を防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
酸素ボンベ中には、酸素ガス以外にも一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物及び炭化水素等の腐食性ガスが含まれている。ところが、従来のボイラの給水経路の保護皮膜形成方法において、それらの腐食性ガスの濃度は、高いものであった。そのため、復水中に酸素ガスを注入する際、それらの腐食性ガスは、酸素ガスと一緒に注入されてしまう。その結果、水管の内面に保護皮膜が形成される前に、腐食性ガスにより、水管の内面は腐食され易くなる。
【０００４】
また、酸素ボンベ内は高圧となっているため、酸素ボンベの周囲は防爆構造とする必要がある。そのため、防爆とするための構造物が余分に必要となり、構造物を設けるためのスペースを確保しなければならない。
【０００５】
さらに、酸素ガスの残存量が無くなれば、酸素ガスの無くなった酸素ボンベと新たな酸素ボンベとを交換しなければならない。その結果、同一の酸素ボンベを連続的に使用するには限界がある。
【０００６】
この発明の目的は、給水管の内壁面が腐食するのを低減できるボイラの給水経路の保護皮膜形成方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために請求項１の発明は、ボイラと復水器内との間に設けられ、復水器内で復水されたボイラ水をボイラに戻すための給水管を備え、給水管を流れるボイラ水に対し、酸素発生器にて製造された酸素ガスをバッファタンクに貯め、該バッファタンクから放出される酸素ガスをコンプレッサの駆動により腐食性ガス成分の低濃度なる濃縮された酸素ガスとして供給することを要旨とするものである。
【０００９】
【作用】
このように構成された請求項１の発明は、ボイラ水に対する濃縮された酸素ガスの供給により、ボイラ水に酸素ガスが溶解されて、ボイラ水は酸素水となる。この酸素水と給水管の内壁面とが接触することにより、給水管の内壁面には酸化鉄の腐食防止用保護皮膜が形成される。このとき、酸素ガスには、腐食性ガス成分が含まれているが低濃度であるため、保護皮膜の形成前に、供給管の内壁面が腐食し難くなる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明を汽力発電プラントに使用される貫流式ボイラに具体化した一実施例を図面に従って説明する。
【００１２】
図１に示すように、汽力発電プラント１には酸素製造装置２が設けられている。まず、汽力発電プラント１について説明する。汽力発電プラント１にはボイラ３が設けられている。ボイラ３は火炉４と、火炉４に接続された節炭器５とを備えている。節炭器５は火炉４から排出される燃焼ガスを回収し、火炉４に供給される給水の余熱に利用される。火炉４内にはボイラ水が通過する図示しない水管が設けられ、水管の外部と燃焼ガスとが接触することにより蒸気が発生する。
【００１３】
火炉４の蒸気吹出し口には蒸気管６が接続され、蒸気管６上には上流側から順に汽水分離器７と過熱器８とが設けられている。そして、汽水分離器７により蒸気と、蒸気吹出し口から水けだちにより吹き出された水滴とが分離される。また、過熱器８により汽水分離器７を通過した蒸気はさらに高い温度に加熱される。
【００１４】
汽水分離器７にはドレン管９が接続され、ドレン管９の下流端は前記節炭器５に接続されている。ドレン管９上には上流側から順にドレンタンク１０、循環ポンプ１１が接続されている。そして、ドレンタンク１０には汽水分離器７にて回収された水滴が回収され、循環ポンプ１１にて回収された水滴は前記節炭器５内に循環供給される。
【００１５】
前記蒸気管６の下流端は蒸気タービン１２に接続されている。蒸気タービン１２には図示しない発電機が駆動連結され、蒸気タービン１２の回転力にて発電機が駆動する。蒸気タービン１２には復水器１３が接続されている。復水器１３内には海水等の冷却水の通過する図示しない冷却管が設けられている。そして、冷却管の外側面と蒸気タービン１２から送気された蒸気とが接触し、蒸気は伝導によって水管の表面で復水される。
【００１６】
復水器１３は、炭素鋼よりなる給水管１６を介して前記節炭器５に接続されている。給水管１６の上流側には、復水ポンプ１７が設けられている。そして、復水器１３で復水されたボイラ水は、この復水ポンプ１７によりボイラ３の節炭器５に圧送される。復水器１３の下流側における給水管１６には、電磁フィルタ１８が設けられている。そして、復水されたボイラ水に含まれる鉄、銅等の金属酸化物は、電磁フィルタ１８により濾過される。
【００１７】
電磁フィルタ１８の下流側における給水管１６上には、脱塩装置１９が設けられている。通常この脱塩装置１９では脱気が行われ、脱塩装置１９内におけるボイラ水に溶存している酸素や炭酸ガス等が除去される。
【００１８】
脱塩装置１９の下流側における給水管１６上には、昇圧ポンプ２０及び低圧ヒータ２１を介して脱気手段としての脱気器２２が設けられている。そして、昇圧ポンプ２０にて給水管１６を流れるボイラ水の液送圧がさらに加圧され、脱気器２２に流入されるボイラ水は低圧ヒータ２１にて加熱される。また、脱気器２２によりボイラ水が沸騰されることにより、ボイラ水に溶存する給水管１６等の腐食の原因となる酸素及び炭酸ガスは除去される。なお、脱気器２２には脱気器２２内の蒸気を逃がすためのベント管２３及び復水戻し管２４を介して前記復水器１３に接続されている。
【００１９】
脱気器２２の下流側における給水管１６上には、給水ポンプ２５及び高圧ヒータ２６が設けられている。そして、給水ポンプ２５にて脱気されたボイラ水がボイラ３に圧送されるとともに、ボイラ３の節炭器５に流入されるボイラ水は高圧ヒータ２６にて加熱される。
【００２０】
なお、脱塩装置１９及び脱気器２２の下流側における給水管１６には、上流側から順に流量計１４と溶存酸素計１５とが設けられている。溶存酸素計１５は図示しない制御回路に電気的に接続されている。そして、この溶存酸素計１５にて給水管１６内を流れるボイラ水中に含まれる酸素の濃度が検出される。
【００２１】
続いて、酸素製造装置２について説明する。
酸素製造装置２には酸素発生器２７が備えられている。本実施例における酸素発生器２７は、既に公知技術となっているＰＳＡ（Ｐｌｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ：圧力スイング吸着）法により酸素を製造するものである。
【００２２】
ＰＳＡ法とは、高圧の下で空気を吸着剤としてのゼオライトに接触させ、その空気中に含まれる窒素ガス、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物、炭化水素をゼオライトにより吸着させ、高純度（８０．０％〜９９．５％）の酸素を製造する方法である。すなわち、ゼオライトは結晶構造中のカチオンが静電引力作用を窒素ガス等の被吸着気体分子に及ぼすので、分子径は酸素のほうが若干小さくても、極性の大きい被吸着気体がゼオライトの静電場に吸着される。そのことにより、酸素と被吸着気体とが分離される。その後、減圧して圧力差を生じせしめ、、ゼオライトに吸着された被吸着気体が除去され、ゼオライトは何度も吸着可能に再生される。従って、上記の工程を繰り返すことにより、ゼオライトは半永久的に使用可能なものとなっている。なお、前記のゼオライトは、気体の分子径に近い数オングストローム（１０−８ｃｍ）の均一な微細孔が多数形成された吸着剤である。
【００２３】
ここで、酸素ボンベによる酸素ガスと、ＰＳＡ法により製造される酸素ガスの成分を以下の表１に比較して示す。
【００２４】
【表１】
0003619274.tif 000002
【００２５】
上記の表１によれば、酸素ボンベの酸素ガスと、ＰＳＡ法とにより製造される酸素ガス中には、いずれも若干の腐食性ガスとが含まれている。しかし、ＰＳＡ法によれば、一酸化炭素、二酸化炭素及び窒素酸化物の濃度は、酸素ボンベの場合と比較して１０分の１になっている。また、ＰＳＡ法による炭化水素の濃度は、酸素ボンベの場合と比較して３０分の１になっている。
【００２６】
酸素発生器２７には、二方向に分岐された酸素供給管２８の上流端が接続されている。酸素供給管２８の第１の下流端は、前記脱塩装置１９と昇圧ポンプ２０との間における給水管１６に接続され、第２の下流端は、前記脱気器２２と給水ポンプ２５との間における給水管１６に接続されている。図示しないが、酸素発生器２７内には、コンプレッサが設けられている。
【００２７】
酸素供給管２８上には、その上流側から分岐点にかけて順にバッファタンク２９、コンプレッサ３０、電動締切弁３１が設けられている。バッファタンク２９には、図示しないが圧力スイッチが設けられている。そして、圧力スイッチのＯＮ／ＯＦＦにより、バッファタンク２９内の圧力が１．０Ｋｇｆ／ｃｍ２  に保持されるように酸素発生器２７がＯＮ／ＯＦＦされる。バッファタンク２９から放出される酸素ガスは、コンプレッサ３０にて圧送され、その圧力は９．９Ｋｇｆ／ｃｍ２  となっている。
【００２８】
酸素供給管２８の各分岐ライン上には、上流側から順に流量計３２、電動コントロールバルブ３３、逆止弁３４及び電動締切弁３５が設けられている。電動コントロールバルブ３３及び電動締切弁３５は、図示しない制御回路に電気的に接続されている。そして、前記溶存酸素計１５からの濃度検出信号に基づいて制御回路は、電動コントロールバルブ３３の開度を制御し、酸素ガスの流量を制御するようになっている。
【００２９】
そして、ボイラ水に酸素ガスが溶解されることにより酸素水になり、酸素水が給水管１６の内壁面に対して接触することにより、給水管１６の内壁面に保護皮膜としての３価の酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３  ）が形成される。特に３価の酸化鉄はボイラ水に溶け出しにくい性質となっている。
【００３０】
本実施例において、給水管１６を流れるボイラ水の水温は復水ポンプ１７から低圧ヒータ２１までが約３０°Ｃ〜４０°Ｃ、低圧ヒータ２１から脱気器２２までが約１２０°Ｃ、脱気器２２から高圧ヒータ２６までが約１８０°Ｃ、そして高圧ヒータ２６から節炭器５までが２９０°Ｃとなっている。また、給水管１６を流れるボイラ水の流量は８００〜２０００トン／分となっている。さらに、給水管１６内を流れるボイラ水の酸素濃度は、電動コントロールバルブ３３の開度制御により、１５０ｐｐｂに保持されるようになっている。
【００３１】
また、脱塩装置１９と昇圧ポンプ２０との間における給水管１６に供給される酸素ガスの圧力は、９．９Ｋｇ／Ｃｍ２  となっており、脱気器２２と給水ポンプ２５との間における給水管１６に供給される酸素ガスの圧力は、９．９Ｋｇ／Ｃｍ２  となっている。
【００３２】
次に、上記のように構成された汽力発電プラント１において、酸素製造装置２から供給される酸素にて給水管１６内に酸化鉄の保護皮膜を形成する方法について説明する。
【００３３】
酸素発生器２７にて製造された酸素ガスは、コンプレッサ３０の駆動により酸素供給管２８を介して給水管１６に供給される。そして、酸素ガスはボイラ水に溶解され、給水管１６内で酸素水となる。給水管１６に酸素ガスが供給される際、制御回路は、電動コントロールバルブ３３の開度を制御し、給水管１６内の酸素濃度を１５０ｐｐｂにする。
【００３４】
給水管１６の内壁面に酸素水が接触すると、給水管１６の内壁面には３価の酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３  ）からなる保護皮膜が形成される。この保護皮膜を形成する際、酸素水中に含まれる腐食性ガスの濃度は、極めて低いため、給水管１６の内壁面が腐食され難い。
【００３５】
従って、本実施例のボイラの給水経路の保護皮膜形成方法によれば、ＰＳＡ法により製造される酸素ガスに含まれる腐食性ガスの濃度は、酸素ボンベ等に含まれる濃度よりも極めて低い。そのため、保護皮膜の形成時において、腐食性ガスの濃度の低い酸素水を生成することができ、酸素水と給水管１６の内壁面とが接触しても、給水管１６の内壁面が腐食するのを低減できる。
【００３６】
また、バッファタンク２９内の圧力は酸素ボンベ等に比べて極めて低い圧力の下で酸素ガスを貯めておけるので、酸素ボンベ等のように防爆構造とする必要がない。そのため、防爆とするための構造物を不要にできて、防爆構造物を設けるためのスペースを確保する必要がない。
【００３７】
さらに、酸素発生器２７は、連続的に酸素ガスを製造することができる。そのため、酸素ボンベ等のように酸素ガスが無くなれば、新たな酸素ボンベと交換する必要もない。従って、酸素ガスの保守・管理等を省略できる。
【００３８】
なお、本発明は以下のように変更しても、前記実施例と同様の効果を奏する。上記実施例では、圧力差を生じせしめて、酸素ガスと被吸着気体とを分離するＰＳＡ法により、高純度の酸素ガスを製造したが。この方法以外にも、温度差を生じせしめて、酸素ガスと被吸着気体とを分離するＴＳＡ（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ：温度スイング吸着）法により、高純度の酸素ガスを製造してもよい。すなわち、ＴＳＡ法によれば、低温下でゼオライトに被吸着気体の吸着を実行する。その後、温度上昇して温度差を生じせしめることにより、被吸着気体（腐食性ガス）とゼオライトとの吸着平衡のバランスを崩してゼオライトから被吸着気体を分離する。この方法によれば、あらゆる吸着分離操作に適応できる。また、ＴＳＡ法以外にも、深冷分離法、膜分離法により濃縮酸素を製造してもよい。
【００３９】
上記実施例では、制御回路が電動コントロールバルブ３３の開度量を制御して、給水管１６に対する酸素ガスの供給量を一定とした。この制御方法ばかりでなく、制御回路がコンプレッサ３０をＯＮ／ＯＦＦ制御して、酸素ガスの供給量を制御してもよい。
【００４０】
以上、この発明の各実施例について説明したが、各実施例から把握できる請求項以外の技術的思想について、以下にそれらの効果と共に記載する。
（１）前記酸素ガスは腐食性ガス成分は４ｐｐｍ以下である請求項１に記載のボイラの給水経路の保護皮膜形成方法。この方法によれば、給水管の内壁面は腐食されにくくなる。
【００４２】
この明細書において、発明の構成に関わる手段及び部材は、以下のように定義されるものとする。
圧力スイング吸着（ＰＳＡ）法とは、特定の気体を多孔質の吸着剤に吸着させ、吸着されているガスを圧力差を利用して脱着させることにより、吸着剤に吸着された気体とそれ以外の気体とに分離する方法である。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１の発明によれば、腐食性ガス成分の低濃度なる濃縮酸素としたので、給水管の内壁面が腐食するのを低減できる。
【００４４】
また、バッファタンク内の圧力は酸素ボンベ等に比べて極めて低い圧力の下で酸素ガスを貯めておけるので、酸素ボンベ等のように防爆構造とする必要がない。そのため、防爆とするための構造物を不要にできて、防爆構造物を設けるためのスペースを確保する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】汽力発電プラント及び酸素製造装置の経路図である。
【符号の説明】
３…ボイラ、６…蒸気管、１３…復水器、１６…給水管
【図１】
0003619274.tif 000003