(57)【要約】【課題】防食対象表面（機器類の洗浄対象空間表面）に付着したパウダースケールを効率よく確実に除去して系外へ排出できる酸素処理適用ボイラ装置のパウダースケール排出方法を提供する。【解決手段】マイクロバブルを導入した洗浄流体を洗浄対象空間内に供給して常圧状態で水張りをする水張り工程と、洗浄対象空間に水張りされた洗浄流体の圧力を常圧状態から加圧して昇圧させる加圧工程と、洗浄対象空間に水張りされた洗浄流体の圧力を加圧工程で昇圧させた圧力から減圧して降圧させる減圧工程と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロバブルを導入した洗浄流体を洗浄対象空間内に供給して常圧状態で水張りをする水張り工程と、
前記洗浄対象空間に水張りされた前記洗浄流体の圧力を前記常圧状態から加圧して昇圧させる加圧工程と、
前記洗浄対象空間に水張りされた前記洗浄流体の圧力を前記加圧工程で昇圧させた圧力から減圧して降圧させる減圧工程と、
を備えていることを特徴とする酸素処理適用ボイラのパウダースケール排出方法。
【請求項２】
前記加圧工程及び前記減圧工程を交互に複数回繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の酸素処理適用ボイラのパウダースケール排出方法。
【請求項３】
前記水張り工程、前記加圧工程及び前記減圧工程の後に、前記水張り工程で水張りした前記洗浄流体の排水交換工程を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の酸素処理適用ボイラのパウダースケール排出方法。
【請求項４】
機器類の防食対象表面にヘマタイトを生成させて防食する酸素処理適用ボイラ本体と、
前記防食対象表面を包含する洗浄対象空間内に洗浄流体を供給する洗浄水供給系統と、
前記洗浄流体に発生させたマイクロバブルを供給するマイクロバブル発生装置と、
前記洗浄対象空間内の洗浄流体圧力を調整する圧力調整装置と、
を具備して構成したことを特徴とする酸素処理適用ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば火力発電プラントのボイラ等に適用される酸素処理適用ボイラ及びそのパウダースケール排出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、火力発電プラントを構成する超臨界圧貫流型ボイラ装置においては、主給水ラインの防食対策として、酸素注入水処理（OT；Oxygenated Treatment）と呼ばれる給水処理が主流となっている。
火力発電プラントの給水処理に酸素注入水処理が適用されたボイラの場合、ボイラに持ち込まれる鉄酸化物はヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）と称される数μｍ程度の微粒子（以下、パウダースケールと呼ぶ）となる。このパウダースケールは、長時間のプラント運転によりボイラ伝熱面や各ヘッダ内に堆積することとなる。しかし、このパウダースケールは、熱抵抗が非常に大きいため、特に伝熱面に堆積した場合には、伝熱面メタル温度の上昇によってクリープ損傷の発生が懸念される。
【０００３】
上述したクリープ損傷を防止するため、従来の火力発電プラントにおいては、酸素処理適用ボイラの定期的な水洗によりパウダースケールを系外へ排出する必要があり、以下に示すような３種類の水洗要領が適用されている。
１）水張りとブローを繰り返す
２）水張り後、循環ポンプで撹拌し、ブローを実施する
３）水張り後、循環ポンプで撹拌しながら、押し出しブローを実施する
【０００４】
一方、原子力発電プラント等においては、例えば下記の特許文献１に開示されているように、スケールが付着しあるいは腐食生成物を生じた機器や配管を洗浄するとともに清浄に維持するプラントの洗浄方法として、プラント内に流す液体に微小気泡を混入させて洗浄対象部分に微小気泡を衝突させ、微小気泡が崩壊する際に発生する高圧のマイクロジェットを利用して異物を除去する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１０５６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した火力発電プラントの酸素処理適用ボイラで実施されている水洗要領は、いずれの水洗要領も多量の水と時間を要するため効率が低く、さらに、下記の問題点が指摘されている。
上述した１）及び２）の水洗要領では、パウダースケールを完全に剥離することが困難である。また、一度剥離したパウダースケールは、系内の滞留部で沈降して堆積しやすいため、水洗の効果を得にくいという問題もある。
このような１）及び２）の水洗要領が有する問題を抑制するため、３）の水洗要領を適用した場合でも、パウダースケールの５０wt％程度は機器表面に残留し、十分な水洗効果を得られないという問題を有している。
【０００７】
このような背景から、給水処理に酸化処理が施される火力発電プラント等の酸素処理適用ボイラにおいては、酸素注入処理された給水が流れる防食対象表面（蒸発管の内壁面等）に堆積して付着したパウダースケールを、すなわち、洗浄対象空間を形成する機器類の給水接液部表面に付着したパウダースケールを効率よく確実に除去して系外へ排出することが求められている。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、防食対象表面（機器類の洗浄対象空間表面）に付着したパウダースケールを効率よく確実に除去して系外へ排出できる酸素処理適用ボイラ及びそのパウダースケール排出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る酸素処理適用ボイラのパウダースケール排出方法は、マイクロバブルを導入した洗浄流体を洗浄対象空間内に供給して常圧状態で水張りをする水張り工程と、前記洗浄対象空間に水張りされた前記洗浄流体の圧力を前記常圧状態から加圧して昇圧させる加圧工程と、前記洗浄対象空間に水張りされた前記洗浄流体の圧力を前記加圧工程で昇圧させた圧力から減圧して降圧させる減圧工程と、を備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
このような本発明によれば、マイクロバブルを導入した洗浄流体を洗浄対象空間内に供給して常圧状態で水張りをする水張り工程と、洗浄対象空間に水張りされた洗浄流体の圧力を常圧状態から加圧して昇圧させる加圧工程と、洗浄対象空間に水張りされた洗浄流体の圧力を加圧工程で昇圧させた圧力から減圧して降圧させる減圧工程と、を備えているので、最初の水張り工程では、マイナスに電荷されたマイクロバブルに、プラスに電荷されたパウダースケールを吸着させることにより、パウダースケールを効率よく剥離・浮遊させることができる。
【００１０】
この後、加圧工程及び減圧工程を実施すると、加圧工程では、マイクロバブルが収縮してより小さなマイクロバブル，及びナノバブルとなり、次の減圧工程では、相対的に大きなマイクロバブルまたはミリバブルまで膨張するので、最初の水張り工程で剥離・浮遊しなかったパウダースケールも、バブルの収縮及び膨張によって剥離・浮遊することとなる。すなわち、相対的に小さなマイクロバブル及びナノバブルがポーラス状のパウダースケール内に入り込み、このバブルが膨張することにより、水張り工程で剥離・浮遊しなかったパウダースケールを効率よく確実に剥離・浮遊させることができる。
【００１１】
上記の発明において、前記加圧工程及び前記減圧工程を交互に複数回繰り返すことが好ましく、これにより、バブルの収縮及び膨張が複数回繰り返されるので、パウダースケールをより一層効率よく確実に剥離・浮遊させることができる。
【００１２】
また、上記の発明において、前記水張り工程、前記加圧工程及び前記減圧工程の後に、前記水張り工程で水張りした前記洗浄流体の排水交換工程を備えていることが好ましく、これにより、剥離・浮遊したパウダースケールを系外へ確実に排出することができる。
【００１３】
本発明の酸素処理適用ボイラは、機器類の防食対象表面にヘマタイトを生成させて防食する酸素処理適用ボイラ本体と、前記防食対象表面を包含する洗浄対象空間内に洗浄流体を供給する洗浄水供給系統と、前記洗浄流体に発生させたマイクロバブルを供給するマイクロバブル発生装置と、前記洗浄対象空間内の洗浄流体圧力を調整する圧力調整装置と、を具備して構成したことを特徴とするものである。
【００１４】
このような本発明によれば、機器類の防食対象表面にヘマタイトを生成させて防食する酸素処理適用ボイラ本体と、防食対象表面を包含する洗浄対象空間内に洗浄流体を供給する洗浄水供給系統と、洗浄流体に発生させたマイクロバブルを供給するマイクロバブル発生装置と、洗浄対象空間内の洗浄流体圧力を調整する圧力調整装置と、を具備して構成したので、マイナスに電荷されたマイクロバブルがプラスに電荷されたパウダースケールを吸着してパウダースケールを効率よく剥離・浮遊させ、さらに、洗浄流体圧力を増減する調整を行うことでバブルを収縮及び膨張させれば、パウダースケールを効率よく確実に剥離・浮遊させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
上述した本発明によれば、給水処理に酸化処理が施される火力発電プラント等の酸素処理適用ボイラにおいて、酸素注入処理された給水を流す防食対象表面（蒸発管の内壁面等）に堆積して付着したパウダースケールを、多量の水や時間を要することなく除去して系外へ排出することが可能になる。
このように、酸素処理適用ボイラ装置のパウダースケールを効率よく確実に除去して系外へ排出できることは、酸素処理適用ボイラの運用効率向上に貢献するとともに、酸素処理適用ボイラ装置におけるクリープ損傷の発生を防止し、信頼性や耐久性の向上に顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る酸素処理適用ボイラ装置及びそのパウダースケール排出方法の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】パウダースケールの付着状況を示すメタル表面の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る酸素処理適用ボイラのパウダースケール排出方法について、その一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す酸素処理適用ボイラ１０は、給水と接液する機器類の防食対象表面にヘマタイトを生成させて防食する酸素処理適用ボイラ本体１１と、防食対象表面を包含する洗浄対象空間内に洗浄流体を供給する洗浄水供給系統２０と、洗浄流体の中に発生させたマイクロバブルを供給するマイクロバブル発生装置３０と、洗浄対象空間内の洗浄流体圧力を調整する水張りポンプ（圧力調整装置）４０と、を具備して構成される。
【００１８】
本実施形態の酸素処理適用ボイラ１０は、例えば火力発電プラントを構成する超臨界圧貫流型ボイラであり、酸素処理適用ボイラ本体１１に供給されて蒸気を生成するための給水と接液するメタル表面に対して、接液部防食対策として酸素注入水処理と呼ばれる給水処理を適用したものである。この酸素注入処理は、主給水ライン１２を介して供給される給水との接液部に対して、耐食性を有するヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）の保護被膜を形成させる処理であり、アンモニアで給水のｐＨを調整するとともに微量の酸素を注入する給水処理である。
なお、保護被膜としてのヘマタイトは、揮発性物質処理（All Volatile Treatment）により防食対象表面に形成されるマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）の保護被膜より優れた耐食性を有している。
【００１９】
上述した酸素注入水処理は、給水に高純度の水質を必要とするため、復水脱塩装置を備えたプラントであることが適用条件となる。そして、酸素注入処理を施した給水を採用した酸素処理適用ボイラ１０は、酸素処理適用ボイラ本体１１の化学洗浄間隔延長や、循環水差圧抑制などのメリットを有している。
酸素処理した給水と接液する機器類の防食対象表面としては、例えばボイラ本体１１内に多数配設される蒸発管や蒸発管ヘッダ等の内壁面を例示できる。このような防食対象表面には、例えば図２に示すように、給水と接液するメタルＭの表面に対して緻密なスケール層Ｓ及びポーラス状のパウダースケール層Ｐが形成される。このうち、熱抵抗が非常に大きいヘマタイトのパウダースケール層Ｐについては、プラントの性能を維持するため、定期的に洗浄して系外へ排出する必要がある。
【００２０】
酸素処理適用ボイラ本体１１は、主給水ライン１２から供給される給水を加熱して蒸気を生成する。主給水ライン１２から供給された酸素注入処理後の給水は、燃料を燃焼させるボイラ内部に配設されている蒸発管内部を流れることで加熱され、生成された蒸気が酸素処理適用ボイラ本体１１の外部へ供給される。火力発電プラントの場合、酸素処理適用ボイラ本体１１で生成された蒸気は、発電機を駆動する図示省略の蒸気タービンに供給される。
主給水ライン１２には、主な構成要素として、蒸気タービンで仕事をした後の蒸気を給水に復水する復水器１３、復水した給水を移送する復水ポンプ１４、復水ポンプで移送されてきた給水を受け入れる脱気器給水タンク１５、そして、脱気器給水タンク１５内の給水を酸素処理適用ボイラ本体１１へ移送する給水ポンプ１６が設けられている。
【００２１】
上述した主給水ライン１２において、アンモニアや酸素の注入ポイントとしては、例えば復水器１３で復水された給水が、復水ポンプ１４に送出されて図示しない復水脱塩装置を通過した位置、すなわち、復水脱塩装置の下流側でかつ脱気器給水タンク１５の上流側となる位置を例示できる。また、酸素の注入ポイントは、脱気器給水タンク１５の下流位置で給水ポンプ１６の上流側としてもよい。
なお、酸素処理適用ボイラ本体１１には、ボイラ循環ポンプ１７を備えた給水循環ライン１８が設けられている。
【００２２】
洗浄水供給系統２０は、酸素処理適用ボイラ本体１１の蒸発管や蒸発管ヘッダ等の内壁面（防食対象表面）を包含する洗浄対象空間内に、すなわち、酸素処理適用ボイラ本体１１の蒸発管や蒸発管ヘッダ等の給水流路内に、洗浄流体を供給する配管系統（水張りライン）２１である。この配管系統２１は、洗浄流体として用いられる純水を貯蔵する純水タンク２２と酸素処理適用ボイラ本体１１との間を接続する配管流路であり、例えば給水ポンプ１６の下流側で主給水ライン１２と合流するように設けられている。
なお、配管系統２１と主給水ライン１２との合流部には、いずれか一方の配管流路を選択可能とするため、適所に設置された開閉弁や逆止弁等よりなる流路切替機構（不図示）が設けられている。
【００２３】
上述した洗浄水供給系統２０の配管系統２１には、純水タンク２２の内部に設けられたマイクロバブル発生装置３０と、水張りポンプ４０とが設けられている。
マイクロバブル発生装置３０は、洗浄流体として使用する純水タンク２２内の純水中に対して、発生させたマイクロバブルを供給する装置である。また、水張りポンプ４０は、洗浄流体供給時に運転され、純水タンク２２内の純水を酸素処理適用ボイラ本体１１の蒸発管や蒸発管ヘッダ等の給水流路内に送出するとともに、図示しない開閉弁等の操作により閉空間の状態とした洗浄対象空間内の洗浄流体圧力を昇圧または降圧させて圧力調整する装置である。なお、図中の符号２３は、洗浄流体のバイパスラインである。
【００２４】
上述した酸素処理適用ボイラ１０は、発電を行う通常運転時において、主給水ライン１２から供給される給水を蒸気にして蒸気タービンへ供給する。このとき、洗浄水供給系統２０は、配管系統２１の分岐部に設けられた流路切替機構により主給水ライン１２から遮断され、水張りポンプ４０等の運転は停止されている。
しかし、所定の発電運転を行った後、蒸発管等の内壁面に付着したパウダースケール層Ｓを除去して排出するパウダースケール排出運転を実施する際には、主給水ライン１２及び配管系統２１の分岐部に設けられた流路切替機構の操作により、主給水ライン１２側を酸素処理適用ボイラ本体１１から遮断するとともに、洗浄水供給系統２０と酸素処理適用ボイラ本体１１とを接続する。
【００２５】
この結果、マイクロバブル発生装置３０及び水張りポンプ４０を運転することにより、マイクロバブルの供給を受けた純水が洗浄流体として酸素処理適用ボイラ本体１１内の蒸発管等の洗浄対象空間内に流入する。こうして流入した洗浄流体は、洗浄対象空間内の給水と置換するようにして水張りされる。なお、洗浄流体の水張り時には、洗浄対象空間内を閉空間の状態とするため、例えば給水との置換が完了した時点において酸素処理適用ボイラ本体１１の下流側適所で蒸気供給配管１９を遮断する。
【００２６】
このため、洗浄対象空間内においては、マイナスに電荷された洗浄流体中のマイクロバブルがプラスに電荷されたパウダースケール層Ｐのパウダースケールを吸着するので、パウダースケールを効率よく剥離・浮遊させることができる。さらに、水張りポンプ４０の運転により、洗浄流体圧力を増減する調整を行ってバブルを収縮及び膨張させれば、パウダースケールは、より一層効率よく確実に剥離・浮遊することとなる。
こうして剥離・浮遊させたパウダースケールは、水張りした洗浄流体とともに洗浄対象空間外へ排出させることで、効率よく確実に除去することが可能になる。
【００２７】
以下では、上述した構成の酸素処理適用ボイラ１０について、好適なパウダースケール排出方法を具体的に説明する。
本実施形態のパウダースケール排出方法は、水張り工程と、加圧工程と、減圧工程と、を備えている。
最初の水張り工程は、純水タンク２２内の純水にマイクロバブル発生装置３０からマイクロバブルを導入した洗浄流体を、蒸発管等の洗浄対象空間内に供給して常圧状態で水張りをする工程である。すなわち、水張り工程は、主給水ライン１２側を酸素処理適用ボイラ本体１１から遮断するとともに、洗浄水供給系統２０と酸素処理適用ボイラ本体１１とを接続し、水張りポンプ４０の運転によりマイクロバブルを含む洗浄流体を供給して、閉空間の洗浄対象空間内を略大気圧の洗浄流体で満たす水張りを実施するものである。このような水張り工程の完了後には、水張り状態を維持したまま適当な時間放置する。
【００２８】
次の加圧工程は、水張り工程で洗浄対象空間に水張りされた洗浄流体の圧力を、水張りポンプ４０の運転により常圧状態から数ＭＰａ〜数１０ＭＰａまで加圧して昇圧させる工程である。すなわち、加圧工程は、水張り工程の状態を所定時間放置した後、閉空間内の洗浄流体圧力を昇圧させることにより、洗浄流体内のマイクロバブルを収縮させて相対的に小さなマイクロバブル及びナノバブルとするものである。このような加圧工程の完了後には、加圧状態を維持したまま適当な時間放置する。
【００２９】
最後の減圧工程は、洗浄対象空間に水張りされた洗浄流体の圧力を、加圧工程で昇圧させた圧力から減圧して降圧させる工程である。すなわち、減圧工程は、加圧工程で収縮して相対的に小さなマイクロバブル及びナノバブルの状態にある洗浄流体内のバブルを膨張させるものであり、必要に応じて減圧状態を所定時間放置する。この場合の降圧は、水張り工程と同圧の常圧状態まで減圧してもよいし、あるいは、常圧以下の圧力まで減圧してもよい。
なお、減圧工程における減圧には、例えば水張りポンプ４０の運転を停止して閉空間内の洗浄流体を少量リークさせる方法等がある。
【００３０】
このようなパウダースケール排出方法によれば、マイクロバブルを導入した洗浄流体を洗浄対象空間内に供給して常圧状態で水張りをする水張り工程と、洗浄対象空間に水張りされた洗浄流体の圧力を常圧状態から加圧して昇圧させる加圧工程と、洗浄対象空間に水張りされた洗浄流体の圧力を加圧工程で昇圧させた圧力から減圧して降圧させる減圧工程とを備えているので、最初の水張り工程では、マイナスに電荷されたマイクロバブルに、プラスに電荷されたパウダースケールを吸着させることにより、パウダースケールを効率よく剥離・浮遊させることができる。なお、洗浄流体内に剥離・浮遊したパウダースケールは、洗浄流体とともに主給水ライン１２の系外へ排出される。
【００３１】
そして、加圧工程及び減圧工程を順次実施することにより、加圧工程では、マイクロバブルが収縮して相対的に小さなマイクロバブル及びナノバブルとなり、次の減圧工程では、再度相対的に大きなマイクロバブルまたはミリバブルまで膨張することになる。
この結果、最初の水張り工程で剥離・浮遊しなかったポーラス状のパウダースケールに対して、加圧工程で形成された相対的に小さなマイクロバブル及びナノバブルが内部まで侵入して入り込み、このバブルが減圧工程で膨張する際に、パウダースケールをメタル表面から剥離・浮遊させる。
【００３２】
すなわち、加圧工程では、マイクロバブルより相対的に小さなマイクロバブル及びナノバブルがポーラス状のパウダースケール内に、換言すれば、パウダースケールに多数存在する孔内に侵入して入り込んでいくことになる。
しかし、次の減圧工程では、パウダースケールの孔内に入り込んだ相対的に小さなマイクロバブル及びナノバブルが、洗浄流体の圧力低下に伴ってマイクロバブル〜ミリバブルまで膨張することになる。従って、バブルが膨張する際の力によって、水張り工程では剥離・浮遊しなかったパウダースケールについても、メタル表面から効率よく確実に剥離・浮遊させることができる。
【００３３】
ところで、上述した加圧工程及び減圧工程は、１回行うことでも良好な剥離・浮遊効果を得られるが、必要に応じて交互に複数回繰り返すことが好ましい。加圧工程及び減圧工程を複数回実施すれば、バブルの収縮及び膨張が複数回繰り返されることになるので、パウダースケールをより一層効率よく確実に剥離・浮遊させることができる。
また、上述した水張り工程、加圧工程及び減圧工程の後に、水張り工程で水張りした洗浄流体の排水交換工程を設けると、剥離・浮遊したパウダースケールを系外へ確実に排出することができる。このような排水交換工程は水張り工程、加圧工程及び減圧工程の後に毎回実施してもよいし、複数回の加圧工程及び減圧工程後に実施してもよい。
【００３４】
このように、上述した本実施形態によれば、給水処理に酸化処理が施される火力発電プラント等の酸素処理適用ボイラ１０においては、酸素注入処理された給水を流す蒸発管（伝熱管）の内壁面等に堆積して付着したパウダースケールを、多量の水や時間を要することなく除去して系外へ排出できるようになる。
従って、酸素処理適用ボイラ１０は、パウダースケールを効率よく確実に除去して系外へ排出できるので、発電できない期間の短縮により運用効率が向上する。さらに、酸素処理適用ボイラ１０においては、パウダースケールに起因するクリープ損傷の発生を防止し、信頼性や耐久性を向上させることができる。
【００３５】
上述したように、本実施形態の酸素処理適用ボイラ及びそのパウダースケール排出方法は、酸素注入処理された給水が流れる蒸発管の内壁面等の防食対象表面に堆積して付着したパウダースケールを、短時間で効率よく確実に除去して系外へ排出可能としたものである。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０    酸素処理適用ボイラ
１１    酸素処理適用ボイラ本体
１２    主給水ライン
１３    復水器
１４    復水ポンプ
１５    脱気器貯水タンク
１６    給水ポンプ
２０    洗浄水供給系統
２１    配管系統（水張りライン）
２２    純水タンク
３０    マイクロバブル発生装置
４０    水張りポンプ
【図１】
2014142154.tif 000003
【図２】
2014142154.tif 000004