(57)【要約】【課題】現状の鉄濃度測定装置の分析感度においてもボイラ入口における極低濃度の鉄濃度を管理することができる加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法を提供する。【解決手段】ボイラ３１の入口における給水中の鉄濃度の第１の基準値を定め、第１の基準値に対してボイラ３１の下流側に配置される加熱器７の希釈寄与率を求める。第１の基準値に希釈寄与率の逆数を乗じることにより加熱器７のドレインにおける鉄濃度の第２の基準値を求める。加熱器７のドレインにおける鉄濃度を測定し、測定した鉄濃度が第２の基準値以下となるように給水中の鉄濃度を監視する。これにより、ボイラ３１の入口における鉄濃度を第１の基準値以下に管理する。【選択図】        図１
2006231197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火力発電所の給水系統における鉄濃度を監視する加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法であって、
ボイラの入口における給水中の鉄濃度の第１の基準値を定め、前記第１の基準値に対して前記ボイラの下流側に配置される加熱器の希釈寄与率を求め、前記第１の基準値に前記希釈寄与率の逆数を乗じることにより前記加熱器のドレインにおける鉄濃度の第２の基準値を求め、前記加熱器のドレインにおける鉄濃度を測定し、測定した鉄濃度が前記第２の基準値以下となるように給水中の鉄濃度を監視することにより、前記ボイラの入口における鉄濃度を第１の基準値以下に管理することを特徴とする加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法。
【請求項２】
前記第１の基準値は、鉄濃度が０．５〜２μｇ／ｌの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法。
【請求項３】
前記希釈寄与率は、１０〜２０％の範囲にあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法。
【請求項４】
前記加熱器のドレインにおける鉄濃度の測定は、濁度計を使用して行うことを特徴とする請求項１から請求項３のうち、何れか１項に記載の加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法。
【請求項５】
前記加熱器のドレインにおける鉄濃度の測定は、フィルタ装置を使用して行うことを特徴とする請求項１から請求項３のうち、何れか１項に記載の加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法。
【請求項６】
前記フィルタ装置として複数のフィルタ装置を設け、前記複数のフィルタ装置を順次使用することを特徴とする請求項５に記載の加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法。
【請求項７】
前記鉄濃度測定の結果は、鉄の積算値から求めることを特徴とする請求項４から請求項６のうち、何れか１項に記載の加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法。
【請求項８】
前記給水中の鉄濃度を監視し、測定した鉄濃度が前記第２の基準値を超えた場合には、給水中にｐＨ調整剤を添加することをさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項７のうち、何れか１項に記載の加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法、特に、火力発電プラント等の加熱器ドレインにおける鉄濃度を監視することによって、ボイラ給水中の鉄濃度を管理し得る水質管理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、火力及び原子力発電プラント等では、発生させた高温・高圧の蒸気をタービンに供給し、この蒸気によりタービンを駆動して発電を行っている。タービンを駆動した後の蒸気は、復水器により冷却されて水の状態に戻された後、再び加熱されてボイラ、原子炉、蒸気発生器に供給され、再使用される。
【０００３】
火力発電プラントにおける排ガスボイラとしては、図６に示すような構成のものが知られている（特許文献１参照）。この排ガスボイラ１００は、高圧タービン１、中圧タービン２、低圧タービン３を有しており、低圧タービン３の下流側に配置された補給水タンク４からの補給水を、復水器３０からの復水と共に給水として循環させるものである。
【０００４】
補給水と復水とを混合して循環させる循環経路、すなわち循環系Ａは、エゼェクタ５、低圧加熱器６、７、脱気器８、貯槽９、高圧加熱器１０を経てエコノマイザ（節炭器）１１に給水する系によって構成されている。そして、エコノマイザ１１に給水された後には、過熱器１２を通って高圧タービン１に導入されるようになっている。また、高圧タービン１を出た流体は、再熱器１３を通って中圧タービン２、低圧タービン３をこの順に流れるようになっている。
【０００５】
ところで、このような循環系Ａを流れる給水、すなわち復水と補給水との混合水については、これにアンモニア水または揮発性アミン等のアルカリからなるｐＨ調整剤が添加されることによる、揮発性物質処理がなされる。このような揮発性物質処理によって、特にエコノマイザ１１の入口位置Ｂにおいて、給水のｐＨ値が８．５〜９．６となるように調整することが規定されており、この入口位置ＢにｐＨ計１４を配設し、ここでのｐＨ値を検知するようにしている。
【０００６】
また、ボイラ３１への給水中には、酸化鉄を主体とする不純物が含まれており、この不純物がボイラ３１の伝熱管内面に徐々に付着し、この付着物によってボイラ３１の差圧力が上昇する場合がある。ひいてはボイラ３１や配管等の破損を招く恐れもある。そのため、給水系統の復水が流れる流路に防鉄濾過器を設置することにより、酸化鉄を主体とする不純物を除去することが行われている（特許文献２参照）。その他、カートリッジ、中空糸、電磁フィルタなど各種のフィルタが鉄除去方法として提案されているが、鉄酸化物の粒子は極めて微細であるため、これらのフィルタによる不純物除去性能が不安定であり、実用には至っていない（特許文献３参照）。さらに、ボイラ３１入口の給水中における鉄濃度は、１０μｇ／l（ｐｐｂ）以下とすることが、ＪＩＳ規格に規定されている（非特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３４９８０４号公報
【特許文献２】特開２００１−１７９８３号公報
【特許文献３】特開平１１−５７４１６号公報
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｂ８２３３（ボイラの給水及びボイラ水の水質）、平成１１年１１月２０日発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ボイラ３１入口の給水中における鉄濃度を１０μｇ／l以下となるように水質管理を行ったとしても、蒸発管等にスケールが付着する場合がある。このスケールに起因して、管部材等における温度上昇や破損事故を招く恐れがあり、ボイラ３１入口の給水中における鉄濃度基準をさらに低下させることが必要である。ところが、鉄濃度を測定する濃度測定装置の分析感度は、現状では５μｇ／l程度が限界であり、５μｇ／lを下回る鉄濃度を直接測定して水質管理を行うのは困難であるという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、現状の鉄濃度測定装置の分析感度においてもボイラ入口における極低濃度の鉄濃度を管理することができる加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１にかかる加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法は、火力発電所の給水系統における鉄濃度を監視する加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法であって、ボイラの入口における給水中の鉄濃度の第１の基準値を定め、前記第１の基準値に対して前記ボイラの下流側に配置される加熱器の希釈寄与率を求め、前記第１の基準値に前記希釈寄与率の逆数を乗じることにより前記加熱器のドレインにおける鉄濃度の第２の基準値を求め、前記加熱器のドレインにおける鉄濃度を測定し、測定した鉄濃度が前記第２の基準値以下となるように給水中の鉄濃度を監視することにより、前記ボイラの入口における鉄濃度を第１の基準値以下に管理することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項２に記載の加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法にあっては、第１の基準値は、鉄濃度が０．５〜２μｇ／ｌの範囲にあることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項３に記載の加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法にあっては、希釈寄与率が、１０〜２０％の範囲にあることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項４に記載の加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法にあっては、加熱器のドレインにおける鉄濃度の測定が、濁度計を使用して行うことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項５に記載の加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法にあっては、加熱器のドレインにおける鉄濃度の測定が、フィルタ装置を使用して行うことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項６に記載の加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法にあっては、フィルタ装置として複数のフィルタ装置を設け、前記複数のフィルタ装置を順次使用することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項７に記載の加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法にあっては、鉄濃度測定の結果を鉄の積算値から求めることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項８に記載の加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法にあっては、給水中の鉄濃度を監視し、測定した鉄濃度が前記第２の基準値を超えた場合には、給水中にｐＨ調整剤を添加することをさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法は、ボイラの入口における給水中の鉄濃度の第１の基準値に加熱器の希釈寄与率の逆数を乗じることにより加熱器のドレインにおける鉄濃度の第２の基準値を求め、より高濃度な第２の基準値と加熱器ドレインの鉄濃度測定値とを監視するので、直接測定するのが困難なボイラの入口における極低濃度の鉄を容易に管理することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、各図中、同一符号は、同一又は相当部分を示している。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法が適用される火力発電プラントの排ガスボイラを示す概略構成図である。図１において、排ガスボイラ１００Ａは、高圧タービン１、中圧タービン２、低圧タービン３を有しており、低圧タービン３の下流側に配置された補給水タンク４からの補給水を、復水器３０からの復水と共に給水として循環させている。
【００２１】
補給水タンク４からの補給水と復水とを混合して循環させる循環経路、すなわち循環系Ａは、エゼェクタ５、低圧加熱器６、７、脱気器８、貯槽９、高圧加熱器１０を経てエコノマイザ（節炭器）１１に給水する系によって構成されている。そして、エコノマイザ１１に給水された後には、過熱器１２を通って高圧タービン１に導入されるようになっている。また、高圧タービン１を出た流体は、再熱器１３を通って中圧タービン２、低圧タービン３をこの順に流れるようになっている。
【００２２】
このような循環系Ａを流れる給水、すなわち復水と補給水との混合水については、これにアンモニア水または揮発性アミン等のアルカリからなるｐＨ調整剤が添加されることによる、揮発性物質処理がなされる。このような揮発性物質処理によって、特にエコノマイザ１１の入口位置Ｂにおいて、給水のｐＨ値が８．５〜９．６となるように調整することが規定されており、この入口位置ＢにｐＨ計１４を配設し、ここでのｐＨ値を検知するようにしている。
【００２３】
低圧加熱器６のドレインタンク３２出口側には、濁度計４０が設けられており、後述するように給水中の鉄濃度を測定することができる。また、濁度計４０における鉄濃度の測定結果は、ｐＨ調整制御部４１に送られる。ｐＨ調整制御部４１は、必要に応じてｐＨ調整剤４２例えばアンモニアを給水中に添加し、ｐＨを調整することによって給水中の鉄濃度を減少させる制御を行う。
【００２４】
ボイラ３１への給水中には、酸化鉄を主体とする不純物が含まれており、この不純物がボイラ３１の伝熱管内面に徐々に付着し、この付着物によってボイラ３１の差圧力が上昇する場合がある。この付着物は、酸化鉄を主体とするスケールであり、このようなスケールが配管に付着するのを防止するために、ボイラ３１入口の給水中における鉄濃度は、１０μｇ／l（ｐｐｂ）以下とすることが上述したＪＩＳ規格に定められている。ところが、ボイラ３１入口の給水中における鉄濃度を１０μｇ／ｌ以下となるように水質管理を行ったとしても、蒸発管等にスケールが付着する場合がある。
【００２５】
本発明は、現状の鉄濃度測定装置の分析感度においても直接測定が困難な極低濃度の鉄濃度を水質管理するために、鉄濃度測定装置としての濁度計４０を、給水系統の鉄濃度に寄与率の高い低圧加熱器６のドレインタンク３２出口側に設ける。本発明においては、ボイラ３１入口の給水中における鉄濃度として、０．５〜２μｇ／ｌ、好ましくは１μｇ／ｌ以下を第１の基準値として設定する。このような第１の基準値を採用することにより、給水中におけるスケールを十分に防止することができる。
【００２６】
本発明では、鉄濃度測定装置として濁度計４０を低圧加熱器６のドレインタンク３２出口側に設けている。この低圧加熱器６のドレインタンク３２では、ボイラ３１入口における主給水系統に対して、流量比で約１０％の希釈寄与率がある。ここで、「希釈寄与率」とは、給水系統において給水と復水とが混合され、最終的にボイラ３１入口における給水に対する希釈割合を定めたものである。この希釈寄与率は、実際の火力発電プラントの規模や各装置の容量、給水及び復水の流量等により異なるものであり、火力発電プラント毎に前もって求めておく。希釈寄与率の範囲は、例えば１０〜２０％である。例えば、希釈寄与率が１０％である場合、ボイラ３１入口における給水中の鉄濃度は、希釈されることによって低圧加熱器６のドレインタンク３２出口側の鉄濃度の１０分の１となる。
【００２７】
従って、上述した第１の基準値に希釈寄与率の逆数を乗じることによって、低圧加熱器６のドレインタンク３２出口側の鉄濃度の基準値を求めることができ、この基準値を第２の基準値とする。すなわち、一例として、ボイラ３１入口における給水中の鉄濃度の第１の基準値を１μｇ／ｌとし、希釈寄与率を１０％と仮定すると（以下、同様とする）、低圧加熱器６のドレインタンク３２における給水の鉄濃度の第２の基準値は１０μｇ／ｌとなる。従って、低圧加熱器６のドレインタンク３２出口側の鉄濃度を測定し、測定した鉄濃度が第２の基準値以下となるように監視することによって、ボイラ３１入口における給水中の鉄濃度を第１の基準値以下に管理することが可能となる。
【００２８】
次に、本発明では、鉄濃度測定装置として濁度計４０を使用する。濁度計４０によって鉄濃度を測定することについて、図２に一例を示すように、濁度計の指標値（ｐｐｍ）と鉄濃度（μｇ／ｌ）とは、相関関係が認められる。従って、濁度を測定することによって、鉄濃度を管理することが可能となる。図３は、低圧加熱器６のドレインタンク３２出口側（グラフＡ）と、エコノマイザ１１入口（グラフＢ）における濁度の経時変化を示す線図である。図３から明らかなように、低圧加熱器６のドレインタンク３２出口側（グラフＡ）では、エコノマイザ１１入口（グラフＢ）よりも高い濁度を示しており、鉄濃度も高い値である。これは、上述した希釈寄与率に起因している。
【００２９】
また、グラフＡに示されるように、１日の内でも非常に濁度が上昇する場合がある。従って、濁度はある所定時間だけ測定するよりはむしろ、長時間に亘って測定した測定値を積算値で管理したり、濁度の最大値や平均値を使用して、鉄濃度を監視することが望ましい。例えば、濁度の積算値で水質管理を行う場合、濁度計４０における鉄濃度を１日換算で平均１０μｇ／ｌ以下とすることにより、ボイラ３１入口における給水中の鉄濃度を１μｇ／ｌ以下とすることができる。濁度の積算値を使用することにより、ある時間で濁度が急激に増加するような場合にも、測定誤差を最小にすることができる。なお、各火力発電プラントにおいて、濁度と鉄濃度との相関関係を予め把握しておく必要がある。
【００３０】
以上のようにして、低圧加熱器６のドレインタンク３２出口側における給水の鉄濃度の測定結果は、ｐＨ調整制御部４１に送られる。もし鉄濃度が１０μｇ／ｌを超えた場合には、ｐＨ調整制御部４１は、必要に応じてｐＨ調整剤４２例えばアンモニアを給水中に添加する制御を行う。ｐＨ調整剤４２により給水のｐＨを調整することによって、給水中の鉄濃度を減少させる制御を行う。すなわち、給水のｐＨを上昇させることにより、配管等からの鉄イオンの溶出を抑制し、給水中の鉄濃度を減少させることができる。
【００３１】
ｐＨ調整制御部４１を使用することによって、給水中の鉄濃度を第２の基準値に自動的に維持することができる。なお、ｐＨ調整制御部４１を使用せずに、手動式でｐＨ調整剤４２を給水中に添加することも可能である。
【００３２】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２による加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法が適用される火力発電プラントの排ガスボイラを示す概略構成図である。実施の形態２では、実施の形態１における濁度計４０の代わりに、鉄濃度測定用のフィルタ装置５０を設けたものである。
【００３３】
図４において、鉄濃度測定用のフィルタ装置５０が低圧加熱器６のドレインタンク３２出口側に設けられている。ドレインタンク３２出口側における給水中の鉄濃度を測定することにより、実施の形態１と同様に、水質管理を行うことができる。例えば、フィルタ装置５０に２４時間給水を通過させ、その後、フィルタ装置５０を給水路から取り外してフィルタ装置５０に残った付着物を酸溶液で溶解し、定法に従って鉄濃度を定量分析することができる。この時、鉄濃度の評価は、積算値を使用するのが望ましく、例えば、２４時間時間の平均値として１０μｇ／ｌをドレインタンク３２出口側における鉄濃度の第２の基準値とすることができる。このような第２の基準値を監視することによって、上述した希釈寄与率に基づき、ボイラ３１入口における給水中の鉄濃度を第１の基準値である１μｇ／ｌ以下に管理することができる。
【００３４】
図５−１及び図５−２は、フィルタ装置を２台使用してこれらを切り替えて使用する場合を示す模式図である。なお、下記の各バルブにおいて、白色で示すバルブは開いており、黒色で示すバルブは閉じていることを示す。図５−１において、低圧加熱器６のドレインタンク３２（図４参照）からの給水は、第１のバルブ６１及び第２のバルブ６２を切り替えることにより、第１のフィルタ装置５１又は第２のフィルタ装置５２に導かれる。すなわち、第１のバルブ６１を開くことにより、給水は第１のフィルタ装置５１を通過して、低圧加熱器７（図４参照）に導かれる。
【００３５】
この時、ポンプ６５を作動させ、酸溶液タンク５３からの酸溶液を使用済の第２のフィルタ装置５２に導いて逆洗浄を行うことができる。逆洗浄を行った廃液は、廃液溜５４に廃棄される。次に、第１のフィルタ装置５１に付着した堆積物中の鉄濃度を定量分析する。その後、図５−２に示すように、第２のバルブ６２を開くことにより、給水は洗浄が終了した第２のフィルタ装置５２を通過して、低圧加熱器７（図４参照）に導かれる。この時、図５−１と同様に、ポンプ６５を作動させ、酸溶液タンク５３からの酸溶液を使用済の第２のフィルタ装置５１に導いて逆洗浄を行うことができる。以上のように、２台のフィルタ装置を切り替えて使用することにより、フィルタ装置を配管から取り外すことなく鉄濃度の監視を行うことができる。なお、フィルタ装置は２台に限定するものではなく、図５−１、図５−２に示すような構成のフィルタ装置を増設することにより、複数台のフィルタ装置を順次使用しても良い。
【００３６】
上述した実施の形態１、２においては、それぞれ濁度計４０又はフィルタ装置５０を使用してドレインタンク３２出口側における給水中の鉄濃度を測定する場合について説明したが、本発明にこれに限定されるものではなく、例えばレーザ方式による粒子モニタを使用して鉄濃度を監視しても良い。また、鉄濃度の測定を低圧加熱器６のドレインタンク３２出口側で行った場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、予め希釈寄与率を求めることにより、例えば低圧加熱器７や高圧加熱器８など他の箇所で鉄濃度測定を行うことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明にかかる加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法は、火力発電プラント等における配管において、スケールの発生を予防するために有用であり、特に、直接測定するのが困難な極低濃度のボイラの入口における鉄濃度を容易に管理するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１による加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法が適用される火力発電プラントの排ガスボイラを示す概略構成図である。
【図２】給水中の鉄濃度と濁度計指示値との関係を示す線図である。
【図３】低圧加熱器のドレインタンク３２出口側（グラフＡ）と、エコノマイザ入口（グラフＢ）における濁度の経時変化を示す線図である。
【図４】本発明の実施の形態２による加熱器ドレイン鉄濃度による水質管理方法が適用される火力発電プラントの排ガスボイラを示す概略構成図である。
【図５−１】２台のフィルタ装置を使用した場合における配管の概略構成図である。
【図５−２】２台のフィルタ装置を使用した場合における配管の概略構成図である。
【図６】従来の火力発電プラントの排ガスボイラを示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    高圧タービン
２    中圧タービン
３    低圧タービン
４    補給水タンク
５    エゼェクタ
６    低圧加熱器
７    低圧加熱器
８    脱気器
９    貯槽
１０    高圧加熱器
１１    エコノマイザ
１２    過熱器
１３    再熱器
１４    ｐＨ計
２０    ｐＨ計
３０    復水器
３１    ボイラ
３２    ドレインタンク
４０    濁度計
４１    ｐＨ調整制御部
４２    ｐＨ調整剤
５０    フィルタ装置
５１    第１のフィルタ装置
５２    第２のフィルタ装置
５３    酸溶液タンク
５４    廃水溜
６１    第１のバルブ
６２    第２のバルブ
６３    第３のバルブ
６４    第４のバルブ
１００Ａ    排ガスボイラ
１００Ｂ    排ガスボイラ
【図１】
2006231197.tif 000003
【図２】
2006231197.tif 000004
【図３】
2006231197.tif 000005
【図４】
2006231197.tif 000006
【図５−１】
2006231197.tif 000007
【図５−２】
2006231197.tif 000008
【図６】
2006231197.tif 000009