(57)【要約】【課題】高圧給水制御弁のスケール付着率の大幅な低減を図ることができるタービン設備、排熱回収ボイラ装置及びタービン設備の運転方法を提供する。【解決手段】熱源からの熱によって高圧加熱ユニット３、中圧加熱ユニット４及び低圧加熱ユニット５を介して蒸気を発生させる排熱回収ボイラ２と、排熱回収ボイラ２の蒸気により作動する蒸気タービン６と、蒸気タービン６の排気を復水する復水器８と、該復水器８で凝縮された復水５０を排熱回収ボイラ２側に復水ラインＬ0を介して送給する給水系統とからなるタービン設備において、前記復水５０を供給する復水ラインＬ0に、薬剤４６ａとしてアンモニアを薬剤注入手段４５より供給し、給水系統を循環する給水のｐＨを９．８以上とするものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数段の圧力の異なる加熱ユニットを介して発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、蒸気タービンの排気を復水する復水器と、復水器で凝縮された復水を排熱回収ボイラ側に送給する給水系統とからなるタービン設備において、
前記加熱ユニットの内で高圧加熱ユニットの高圧ドラムに供給する高温高圧給水を制御する高圧給水制御弁に供給する給水のｐＨを９．８以上となるように薬剤を注入してなることを特徴とするタービン設備。
【請求項２】
請求項１において、
給水中に供給する薬剤がアンモニアであることを特徴とするタービン設備。
【請求項３】
複数段の圧力の異なる加熱ユニットを介して発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、蒸気タービンの排気を復水する復水器と、復水器で凝縮された復水を排熱回収ボイラ側に送給する給水系統とからなるタービン設備において、
前記加熱ユニットの内で高圧加熱ユニットの高圧ドラムに供給する高温高圧給水を制御する高圧給水制御弁に供給する給水中に供給する薬剤がヒドラジンであり、その濃度を１ｐｐｂ以下としてなることを特徴とするタービン設備。
【請求項４】
複数段の圧力の異なる加熱ユニットを介して発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、蒸気タービンの排気を復水する復水器と、復水器で凝縮された復水を排熱回収ボイラ側に送給する給水系統とからなるタービン設備において、
前記加熱ユニットの内で高圧加熱ユニットの高圧節炭器と高圧給水制御弁との間にアンモニア注入部を有してなることを特徴とするタービン設備。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記高圧ドラムに供給する高温高圧給水の温度が２５０℃以上であることを特徴とするタービン設備。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
前記高圧給水制御弁が多孔板多段給水制御弁であることを特徴とするタービン設備。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一つにおいて、
熱源からの熱はガスタービンの排気であるコンバインドプラントであることを特徴とするタービン設備。
【請求項８】
高圧側蒸気を発生させる高圧側ユニット及び低圧側蒸気を発生させる低圧側ユニットからなり熱源からの熱を回収して高圧側蒸気及び低圧側蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラに給水する給水系統と、からなる排熱回収ボイラ装置において、
前記高圧側ユニットの高圧ドラムに供給する高温高圧給水を制御する高圧給水制御弁に供給する給水のｐＨを９．８以上となるように薬剤を注入してなることを特徴とする排熱回収ボイラ装置。
【請求項９】
請求項７において、
薬剤がアンモニアであることを特徴とする排熱回収ボイラ装置。
【請求項１０】
高圧側蒸気を発生させる高圧側ユニット及び低圧側蒸気を発生させる低圧側ユニットからなり熱源からの熱を回収して高圧側蒸気及び低圧側蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラに給水する給水系統と、からなる排熱回収ボイラ装置において、
前記高圧側ユニットの高圧ドラムに供給する高温高圧給水を制御する高圧給水制御弁に供給する給水中に供給する薬剤がヒドラジンであり、そのヒドラジン濃度を１ｐｐｂ以下としてなることを特徴とする排熱回収ボイラ装置。
【請求項１１】
高圧側蒸気を発生させる高圧側ユニット及び低圧側蒸気を発生させる低圧側ユニットからなり熱源からの熱を回収して高圧側蒸気及び低圧側蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラに給水する給水系統と、からなる排熱回収ボイラ装置において、
前記高圧側ユニットの高圧節炭器と高圧給水制御弁との間にアンモニア注入部を有してなることを特徴とする排熱回収ボイラ装置。
【請求項１２】
請求項８乃至１１のいずれか一つにおいて、
前記高圧ドラムに供給する高温高圧給水の温度が２５０℃以上であることを特徴とする排熱回収ボイラ装置。
【請求項１３】
請求項８乃至１２のいずれか一つにおいて、
前記高圧給水制御弁が多孔板多段給水制御弁であることを特徴とする排熱回収ボイラ装置。
【請求項１４】
請求項８乃至１３のいずれか一つにおいて、
熱源からの熱はガスタービンの排気であるコンバインドプラントであることを特徴とする排熱回収ボイラ装置。
【請求項１５】
複数段の圧力の異なる加熱ユニットを介して発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、蒸気タービンの排気を復水する復水器と、復水器で凝縮された復水を排熱回収ボイラ側に送給する給水系統とからなるタービン設備の運転方法において、
前記加熱ユニットの内で高圧加熱ユニットの高圧ドラムに供給する高温高圧給水を制御する高圧給水制御弁に供給する給水のｐＨを９．８以上となるようにアンモニアを注入しつつ運転することを特徴とするタービン設備の運転方法。
【請求項１６】
複数段の圧力の異なる加熱ユニットを介して発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、蒸気タービンの排気を復水する復水器と、復水器で凝縮された復水を排熱回収ボイラ側に送給する給水系統とからなるタービン設備の運転方法において、
前記加熱ユニットの内で高圧加熱ユニットの高圧ドラムに供給する高温高圧給水を制御する高圧給水制御弁に供給する給水中に供給する薬剤がヒドラジンであり、その濃度を１ｐｐｂ以下としつつ運転することを特徴とするタービン設備の運転方法。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記高圧給水制御弁に供給する高温高圧給水にアンモニアを局所的に注入し、前記高温高圧給水中に酸化鉄の結晶を析出させつつ運転することを特徴とするタービン設備の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長期連続運転が可能なタービン設備、排熱回収ボイラ装置及びタービン設備の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー資源の有効利用と経済性の観点から、発電設備（発電プラント）では様々な高効率化が図られている。例えば、ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたタービン発電プラント（複合発電プラント）もその一つである。複合発電プラントでは、ガスタービンからの高温の排気ガスが排熱回収ボイラ装置に送られ、排熱回収ボイラ装置内で加熱ユニットを介して蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンに送って蒸気タービンで仕事をするようになっている。加熱ユニットは節炭器、過熱器、ボイラ（ドラム及び蒸発器）等を有しており、ボイラの熱回収率を向上させるため、複数段（例えば、高圧、中圧、低圧）の加熱ユニットが備えられている。そして、高圧、中圧、低圧の加熱ユニットのそれぞれに過熱器やドラム等が備えられている。
【０００３】
排熱回収ボイラ装置では、加熱ユニットが圧力別に多重に設けられ、各ユニット間で水や蒸気等が送られる配管が多数設けられ、また、蒸気タービンとの間で蒸気が送られる配管が設けられている。これら配管はリン酸塩処理やアルカリ処理（水処理）が施されて浸食・腐食（エロージョン・コロージョン）等が防止されている。具体的には、加熱ユニットのドラム内にリン酸ナトリウムや苛性ソーダを注入してリン酸塩処理またはアルカリ処理を施し、配管内のエロージョン・コロージョンを防止している。
従来の排熱回収ボイラ装置における水処理では、リン酸塩処理やアルカリ処理により配管内のエロージョン・コロージョンを防止しているが、加熱ユニットが圧力別に多重に設けられた排熱回収ボイラ装置では、注入したリン酸ナトリウムやアルカリが特に高圧ボイラ部で濃縮してアルカリ腐食が発生する問題が生じていた。また、近年は、環境問題等から排出されるリンの規制が問題になってきている。
【０００４】
そこで、本発明者等は前記問題に鑑み、高いｐＨ運用を図ることを提案した（特許文献１）。
この提案に係る排熱回収ボイラ装置を備えたタービン設備の全体系統図を図９に示す。図９に示すように、ガスタービン１からの排気ガスが排熱回収ボイラ２に送られるようになっており、排熱回収ボイラ２には高圧加熱ユニット３、中圧加熱ユニット４及び低圧加熱ユニット５が備えられている。排熱回収ボイラ２内では高圧加熱ユニット３、中圧加熱ユニット４及び低圧加熱ユニット５を介して蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービン６に送って蒸気タービン６で仕事をするようになっている。蒸気タービン６の排気は復水器８で凝縮されて復水され、復水ポンプ９により排熱回収ボイラ２に導入される。排熱回収ボイラ装置は、排熱回収ボイラ２及び復水ポンプ９からの給水ライン７（給水系統）によって構成されている。
【０００５】
高圧加熱ユニット３は、高圧過熱器１１、高圧ドラム１２、高圧蒸発器１３及び高圧節炭器１４を有している。高圧ドラム１２の水は排熱回収ボイラ２内に配された高圧蒸発器１３で過熱循環され、高圧ドラム１２内で高圧蒸気を発生する。高圧ドラム１２で発生した高圧蒸気は排熱回収ボイラ２内に配された高圧過熱器１１で過熱されて蒸気タービン６に導入される。
【０００６】
中圧加熱ユニット４は、中圧過熱器２１、中圧ドラム２２、中圧蒸発器２３及び中圧節炭器２４を有している。中圧ドラム２２の水は排熱回収ボイラ２内に配された中圧蒸発器２３で過熱循環され、中圧ドラム２２内で中圧蒸気を発生する。中圧ドラム２２で発生した中圧蒸気は中圧過熱器２１を通って再熱器２５に導入され、再熱器２５で再熱されて蒸気タービン６に導入される。中圧過熱器２１からの蒸気はガスタービン１の高温部（燃焼器や翼等）の冷却用としてガスタービン１側に導入される。
【０００７】
低圧加熱ユニット５は、低圧過熱器３１、低圧ドラム３２、低圧蒸発器３３及び低圧節炭器３４を有している。低圧ドラム３２の水は排熱回収ボイラ２内に配された低圧蒸発器３３で過熱循環され、低圧ドラム３２内で低圧蒸気を発生する。低圧ドラム３２で発生した低圧蒸気は低圧過熱器３１を通って蒸気タービン６に導入される。
【０００８】
低圧ドラム３２には、復水器８からの復水５０が脱気器１０及び低圧節炭器３４を介して給水される。低圧節炭器３４の出口側の流路は高圧ドラム１２及び中圧ドラム２２につながる給水ライン４１が設けられ、給水ライン４１からは、高圧給水ポンプ４２を介して高圧ドラム１２に給水が行われ、中圧給水ポンプ４３を介して中圧ドラム２２に給水が行われる。即ち、低圧ドラム３２及び中圧ドラム２２及び高圧ドラム１２に並行に給水が行われるようになっており、低圧ドラム３２が低圧側ユニットのドラムとされ、中圧ドラム２２及び高圧ドラム１２が高圧側ユニットのドラムとされている。なお、符号４４は低圧節炭器３４からの給水を循環する循環ポンプを図示する。
【０００９】
尚、脱気器１０の入口側で復水５０の一部が復水器８に戻され、給水ライン４１から分岐して脱気器１０側に一部の水が戻されるようになっている。排熱回収ボイラ２内の各機器の配置は一例であり、節炭器や過熱器の台数や配置はガスタービン１の性能等により適宜変更されるものである。
【００１０】
給水系統である給水ライン７にはｐＨ調整剤のアンモニアと脱酸素剤のヒドラジンとの薬剤４６を注入する薬剤注入手段４５が設けられている。薬剤注入手段４５からはｐＨ調整用として給水に所定量のアンモニアが注入され、低圧ドラム３２内の給水のｐＨを９．０以上としていると共にアンモニア濃度を０．５ｐｐｍ以上となるようにしている。
【００１１】
一般に、給水のｐＨが９．０を下回ると流れによるエロージョン・コロージョン（腐食・浸食）の発生が懸念される。このため、低圧ドラム３２内の給水のｐＨを９．０以上としている。低圧ドラム３２内の給水の圧力は高圧ドラム１２及び中圧ドラム２２の給水の圧力よりも低く、アンモニアは蒸発しやすく圧力が低い程気相側に混合しやすい（液相に混合しにくい）ので、即ち、気相と液相との分配率の値が高いので、低圧ドラム３２内の給水のｐＨを９．０以上とすることで高圧ドラム１２及び中圧ドラム２２の給水のｐＨを９．０よりも高い値にすることができる。また、高圧ドラム１２、中圧ドラム２２、低圧ドラム３２の薬剤４７としては、アンモニアが揮発し易いので、ｐＨの低下を防止する点からリン酸ナトリウムが用いられている。
なお、給水及びボイラ水のｐＨはＪＩＳにおいて基準が定められている（非特許文献１）。
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−１８０８０４号公報
【特許文献２】特開平５−２６４４９２号公報）
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｂ８２２３−１９９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、近年では運転効率の向上から高圧ドラムに対して高温高圧給水を行うようになり、その結果、給水の流量が大きく、圧力が高くなるので、高圧ドラムに供給する高温高圧給水の制御の高圧給水制御弁（図示せず）の制御範囲が広いものが要求されている。
よって、前記高温高圧給水の制御の高圧給水制御弁として、例えば図１０に示す給水の通過量を調整するための多孔板を単段とした多孔板単段給水制御弁１００Ａや、図１１に示す多孔板を多段とした多孔板多段給水制御弁１００Ｂ等が使用されているが、連続で運転する場合には、差圧が高くなり、高温高圧給水１０１中に溶存している鉄成分が弁の孔に付着し、その結果弁開度の９０％を超える場合が発生する。
【００１４】
図１１乃至図１３を用いて前記多孔板多段給水制御弁１００Ｂを構成する多孔板の多段構造を示す。図１１乃至図１３に示すように、多孔板の多段構造は、複数の孔１１０が開口されたセグメントプレート１１１が多段に積層されてなり、その中央部分にプラグ１１２を挿入し、流体の流量を調整している。図１３はセグメントプレート１１１の構成を模式化したものであり、高温高圧給水１０１が複数の孔１１０を通過する様子を示している。
【００１５】
この溶存している鉄成分が析出する現象を図１４に示す。図１４に示すように、高圧節炭器１４から供給される高温高圧給水１０１が流通する配管１０２内には、その前流側に設けられた節炭器１４内において溶存された鉄イオンが存在しているが、該鉄イオンは不安定な状態であるので、多孔板等の孔のオリフィス部１０３において急激な圧力低下となり、高温高圧給水１０１中に溶解している溶存イオン（Ｆｅn+）の障壁となって鉄酸化物の結晶（Ｆｅ3Ｏ4）１０４が析出している。この析出した結晶１０４がスケールとなり、孔を塞ぐ結果、流量が低下するので弁の開度をスケールの付着の程度に応じて開くこととなる。
【００１６】
特に、図１５の多孔板多段給水制御弁の流れ経路と圧力との関係図に示すように、多孔板多段給水制御弁１００Ｂでは、上流（入口）側の圧力降下が大きく、スケール付着し易いものとなる。そして、上流側が閉塞すると流量域となり、徐々に弁開度を上げるため、下流側多孔板のスケール付着も進行することとなる。
【００１７】
これは、ｐＨ９．３における水温度と鉄溶解度との関係を示す図１６に示すように、高温高圧給水の温度が２００℃の場合に鉄の溶解度が最高状態となり、高温高圧給水中に鉄が過飽和で溶解した状態となる。この場合、平衡論的においては、スケール析出の可能性があるが、図１４に示すような大きな径を有する配管内の流速が遅い（〜３ｍ／ｓ）の状態の場合では、その平衡状態が崩れないのでスケールの発生はほとんどない。しかし、弁オリフィス部１０３は局所的に高速流速となり、急激な圧力低下が発生し、速度論的要因により、結晶析出が発生する。
【００１８】
これは、図１６に示すように、約２２０℃の場合には、高温給水中に１．７ｐｐｂの鉄が溶解しているものが、高圧節炭器１４の出口における３５０℃以上となると、０．３ｐｐｂしか溶解し得ないので、その差分の１．４ｐｐｂは過飽和で溶解した状態になり、平衡論的にはスケール析出の可能性があることになるからである。
【００１９】
このため、図１７に示すように、弁の孔にスケールが付着した場合、給水制御弁開度が９０％となるとメンテナンスが必要となるが、メンテナンス費用が増大するので、そのメンテナンスの回数を低減したいという要望がある。特に発電設備（発電プラント）の定期検査と同時期のメンテナンスであれば、一度に点検と検査とを行なうことができるので、プラント稼動率の向上になり、好ましいが未だ実現されていないのが現状である。
【００２０】
特に、コンバインドサイクルプラントの運転の長期化に対応するため、高圧給水制御弁におけるスケール付着率の低減技術の出現が切望されている。
【００２１】
本発明は、前記問題に鑑み、高圧給水制御弁のスケール付着率の大幅な低減を図ることができるタービン設備、排熱回収ボイラ装置及びタービン設備の運転方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、複数段の圧力の異なる加熱ユニットを介して発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、蒸気タービンの排気を復水する復水器と、復水器で凝縮された復水を排熱回収ボイラ側に送給する給水系統とからなるタービン設備において、前記加熱ユニットの内で高圧加熱ユニットの高圧ドラムに供給する高温高圧給水を制御する高圧給水制御弁に供給する給水のｐＨを９．８以上となるように薬剤を注入してなることを特徴とするタービン設備にある。
【００２３】
第２の発明は、第１の発明において、給水中に供給する薬剤がアンモニアであることを特徴とするタービン設備にある。
【００２４】
第３の発明は、複数段の圧力の異なる加熱ユニットを介して発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、蒸気タービンの排気を復水する復水器と、復水器で凝縮された復水を排熱回収ボイラ側に送給する給水系統とからなるタービン設備において、前記加熱ユニットの内で高圧加熱ユニットの高圧ドラムに供給する高温高圧給水を制御する高圧給水制御弁に供給する給水中に供給する薬剤がヒドラジンであり、その濃度を１ｐｐｂ以下としてなることを特徴とするタービン設備にある。
【００２５】
第４の発明は、複数段の圧力の異なる加熱ユニットを介して発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、蒸気タービンの排気を復水する復水器と、復水器で凝縮された復水を排熱回収ボイラ側に送給する給水系統とからなるタービン設備において、前記加熱ユニットの内で高圧加熱ユニットの高圧節炭器と高圧給水制御弁との間にアンモニア注入部を有してなることを特徴とするタービン設備にある。
【００２６】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記高圧ドラムに供給する高温高圧給水の温度が２５０℃以上であることを特徴とするタービン設備にある。
【００２７】
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、前記高圧給水制御弁が多孔板多段給水制御弁であることを特徴とするタービン設備にある。
【００２８】
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの発明において、熱源からの熱はガスタービンの排気であるコンバインドプラントであることを特徴とするタービン設備にある。
【００２９】
第８の発明は、高圧側蒸気を発生させる高圧側ユニット及び低圧側蒸気を発生させる低圧側ユニットからなり熱源からの熱を回収して高圧側蒸気及び低圧側蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラに給水する給水系統と、からなる排熱回収ボイラ装置において、前記高圧側ユニットの高圧ドラムに供給する高温高圧給水を制御する高圧給水制御弁に供給する給水のｐＨを９．８以上となるように薬剤を注入してなることを特徴とする排熱回収ボイラ装置にある。
【００３０】
第９の発明は、第７の発明において、薬剤がアンモニアであることを特徴とする排熱回収ボイラ装置にある。
【００３１】
第１０の発明は、高圧側蒸気を発生させる高圧側ユニット及び低圧側蒸気を発生させる低圧側ユニットからなり熱源からの熱を回収して高圧側蒸気及び低圧側蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラに給水する給水系統と、からなる排熱回収ボイラ装置において、前記高圧側ユニットの高圧ドラムに供給する高温高圧給水を制御する高圧給水制御弁に供給する給水中に供給する薬剤がヒドラジンであり、そのヒドラジン濃度を１ｐｐｂ以下としてなることを特徴とする排熱回収ボイラ装置にある。
【００３２】
第１１の発明は、高圧側蒸気を発生させる高圧側ユニット及び低圧側蒸気を発生させる低圧側ユニットからなり熱源からの熱を回収して高圧側蒸気及び低圧側蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラに給水する給水系統と、からなる排熱回収ボイラ装置において、前記高圧側ユニットの高圧節炭器と高圧給水制御弁との間にアンモニア注入部を有してなることを特徴とする排熱回収ボイラ装置にある。
【００３３】
第１２の発明は、第８乃至１１のいずれか一の発明において、前記高圧ドラムに供給する高温高圧給水の温度が２５０℃以上であることを特徴とする排熱回収ボイラ装置にある。
【００３４】
第１３の発明は、第８乃至１２のいずれか一つの発明において、前記高圧給水制御弁が多孔板多段給水制御弁であることを特徴とする排熱回収ボイラ装置にある。
【００３５】
第１４の発明は、第８乃至１３のいずれか一つの発明において、熱源からの熱はガスタービンの排気であるコンバインドプラントであることを特徴とする排熱回収ボイラ装置にある。
【００３６】
第１５の発明は、複数段の圧力の異なる加熱ユニットを介して発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、蒸気タービンの排気を復水する復水器と、復水器で凝縮された復水を排熱回収ボイラ側に送給する給水系統とからなるタービン設備の運転方法において、前記加熱ユニットの内で高圧加熱ユニットの高圧ドラムに供給する高温高圧給水を制御する高圧給水制御弁に供給する給水のｐＨを９．８以上となるようにアンモニアを注入しつつ運転することを特徴とするタービン設備の運転方法にある。
【００３７】
第１６の発明は、複数段の圧力の異なる加熱ユニットを介して発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、蒸気タービンの排気を復水する復水器と、復水器で凝縮された復水を排熱回収ボイラ側に送給する給水系統とからなるタービン設備の運転方法において、前記加熱ユニットの内で高圧加熱ユニットの高圧ドラムに供給する高温高圧給水を制御する高圧給水制御弁に供給する給水中に供給する薬剤がヒドラジンであり、その濃度を１ｐｐｂ以下としつつ運転することを特徴とするタービン設備の運転方法にある。
【００３８】
第１７の発明は、第１６の発明において、前記高圧給水制御弁に供給する高温高圧給水にアンモニアを局所的に注入し、前記高温高圧給水中に酸化鉄の結晶を析出させつつ運転することを特徴とするタービン設備の運転方法にある。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、アンモニア濃度を上昇させて、ｐＨ９．８以上とすることで高圧給水制御弁におけるスケールの付着が低減し、メンテナンスの回数を低減することができる。
【００４０】
また、ヒドラジン濃度を１ｐｐｂ以下とすることで、水素の発生を抑制し、水素による酸化鉄の溶解度抑制を図り、高圧給水制御弁におけるスケールの付着が低減し、メンテナンスの回数を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００４２】
本発明による実施例に係る排熱回収ボイラ装置を備えたタービン設備について、図面を参照して説明する。図１は、実施例に係る排熱回収ボイラ装置を備えたタービン設備を示す概略図である。なお、図９に示す従来技術に係る排熱回収ボイラ装置を備えたタービン設備と同一の構成については、同一符号を付して重複して説明は省略する。
図１に示すように、本実施例に係る排熱回収ボイラ装置を備えたタービン設備は、熱源からの熱によって高圧加熱ユニット３、中圧加熱ユニット４及び低圧加熱ユニット５を介して蒸気を発生させる排熱回収ボイラ２と、排熱回収ボイラ２の蒸気により作動する蒸気タービン６と、蒸気タービン６の排気を復水する復水器８と、該復水器８で凝縮された復水５０を排熱回収ボイラ２側に復水ラインＬ0を介して送給する給水系統とからなるタービン設備において、前記復水５０を供給する復水ラインＬ0に、薬剤４６ａとしてアンモニアを薬剤注入手段４５より供給し、給水系統を循環する給水のｐＨを９．８以上とするものである。
【００４３】
図２に、図１の高圧加熱ユニット３部分の概略模式図を示す。図２に示すように、高圧給水ポンプ４２から供給される高温高圧給水１０１は、高圧節炭器１４を通過することで３５０℃以上となり、高圧給水制御弁５１を介して高圧ドラム１２へ供給する高圧給水量を調整している。
【００４４】
本実施例では、薬剤注入手段４５により注入される薬剤４６ａのうちのアンモニアの注入量を増大させて、ｐＨを９．８以上となるようにしている。
前記アンモニア供給器から供給されるアンモニアは、アンモニアガス又はアンモニア原液又はアンモニア希釈液のいずれであってもよい。
【００４５】
アンモニア濃度を現状のｐＨ９．３からｐＨ９．８に変化させた場合における水と鉄溶解度との関係を図３に示す。
図３に示すように、ｐＨを９．８とすると、ｐＨ上昇に伴って、給水中の鉄過飽和度が緩和され、平衡論的にスケールの析出の抑制を図ることができる。
これは、図１３に示すように、約２２０℃の場合には、ｐＨ９．３においては、高温給水中に１．７ｐｐｂの鉄が溶解しているものが、ｐＨ９．８に上昇させると、０．６ｐｐｂしか溶解しないこととなり、高圧節炭器１４の出口における３５０℃以上となる場合の溶解度が０．３ｐｐｂである場合に、その差分が０．４ｐｐｂが過飽和で溶解した状態になり、ｐＨ９．３の差分の１．４ｐｐｂの１／３の量しか過飽和状態となっていないこととなるので、平衡論的にはスケール析出の可能性が小さいものとなるからである。
このように、高温高圧給水の温度が２５０℃以上、更には３００℃以上の場合において、ｐＨ濃度を上昇することにより、スケール析出の抑制を図ることができる。
【００４６】
よって、図４のプラント運転時間と給水制御弁開度との関係図に示すように、弁開度の上昇を抑制することができるので、運転時間の長期化を図ることができ、定期点検と弁のメンテナンスとの時期を同時期に一度に行なうことが可能となる。これにより、プラント稼動率の大幅な向上を図ることができる。
【００４７】
このように、給水中のアンモニア濃度を向上させて、従来のＪＩＳ基準値であるｐＨ９．３からｐＨを９．８以上とすることで、鉄の溶解度を低減し、高圧給水制御弁に孔に付着する酸化鉄の発生量の低減を図るようにしている。これにより、高圧給水制御弁の複数の孔におけるスケール付着量の低減を図り、弁の孔にスケールが付着した場合に給水制御弁開度が９０％となる時間を長期化させ、メンテナンスに頻度を少なくし、メンテナンス費用の増大を防止するようにしている。
本発明に係る高圧給水制御弁は、特に限定されるものではないが、従来において説明した図１０及び図１１に示す多孔板単段給水制御弁や多孔板多段給水制御弁を用いた高圧給水制御弁の対策に用いて特に好適なものとなる。
【実施例２】
【００４８】
図５に本実施例に係る図１に示した高圧加熱ユニット部分の概略模式図を示す。図５に示すように、薬剤注入手段４５により注入される薬剤４６ｂのうちのヒドラジンの注入量を極めて少なくさせて、その濃度を１ｐｐｂ以下となるようにしている。
このように、ヒドラジン濃度を下げることにより、溶存水素の低減を図ることとなり、その結果、鉄溶解度の低減を図ることになる。
【００４９】
すなわち、配管腐食防止剤として注入するヒドラジンは、熱分解により、下記に示すように、水素が発生する。
２Ｎ2Ｈ4→２ＮＨ3２＋Ｎ2＋Ｈ2
【００５０】
ここで、図６及び図７に給水中の水素濃度を変化させた場合における高温高圧給水の温度と鉄の溶解度との関係を示す。図６は水素濃度が１０ｐｐｂの時のｐＨ９．０〜ｐＨ９．８に０．２刻みでｐＨを変化させたときの温度と鉄溶解度の関係図である。図７は水素濃度が１ｐｐｂの時のｐＨ９．０〜ｐＨ９．８に０．２刻みでｐＨを変化させたときの温度と鉄溶解度の関係図である。
図６及び図７から明らかなように、水素濃度を１０ｐｐｂから１ｐｐｂに低減させると、鉄の溶解度が極めて低くなることが判明した。
よって、給水中の水素が低いほうが鉄の溶解度を下げる効果があるので、ヒドラジン４３ｂの濃度を１ｐｂ以下に下げるようにしている。
なお、ヒドラジンは脱酸素剤としてＪＩＳにおいて、その濃度を１０ｐｐｂ以上と規定されているが、これは、給水中の溶存酸素を７ｐｐｂ以下に維持するためであるが、近年においては、プラントにおける漏れもないし、溶存酸素の混入がないのが現状であるので、ヒドラジン濃度を低減する場合でも運転に支障がでることはない。
よって、ヒドラジン濃度を１ｐｐｂ以下とすることで鉄溶解度の低減を図るので、高圧給水制御弁５１に付着する鉄発生量の低減が図られ、弁へのスケール付着量の低減を図ることができる。
【００５１】
また、図６及び図７に示すように、給水中のｐＨを９．８以上とするとより低減効果があるので、アンモニア濃度の上昇によりｐＨを９．８以上とすると共に、ヒドラジン４３ｂ濃度を１ｐｐｂ以下とすることの併用による相乗効果により、さらに、高圧給水制御弁５１に付着する鉄発生量の低減が図られ、弁へのスケール付着量の低減を図ることができる。
【実施例３】
【００５２】
図８に本実施例に係る図１に示した高圧加熱ユニット部分の概略模式図を示す。図８に示すように、実施例３において、さらに、高圧節炭器１４と高圧給水制御弁５１との間に、薬剤注入手段４５により薬剤４３ａであるアンモニアをさらに注入し、高圧節炭器１４にて発生した鉄イオンに対して、ｐＨを上昇させることにより粒子として積極的に析出させるようにしている。なお、析出した粒子は弁の孔を通り抜けるのでスケール付着の問題はない。
【００５３】
すなわち、弁の複数の孔で障壁によるスケールの付着をさせる代わりに、配管内部において積極的に粒子をして顕在化させることで、オリフィス部でのスケール発生による付着を防止するようにしている。
【００５４】
供給するアンモニア４６ａは、現状のｐＨ値である９．３よりも高い、ｐＨが９．５以上、好ましくは９．８以上となるように注入するのがよい。
なお、高圧節炭器１４と高圧給水制御弁５１との間において、酸化鉄の粒子を積極的に析出させるためには、ｐＨ９．５で１．５ｐｐｍ、ｐＨ９．６で２．２ｐｐｍ、ｐＨ９．８で５．０ｐｐｍ、ｐＨ１０で１２ｐｐｍ程度注入する必要がある。
なお、プラントから排出される排水においては、排水基準内に合致するように別途ｐＨ調整するようにすればよい。
【００５５】
以上説明したように、本発明のタービン設備は、熱複数段の圧力の異なる加熱ユニットを介して発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、蒸気タービンの排気を復水する復水器と、復水器で凝縮された復水を排熱回収ボイラ側に送給する給水系統とからなるタービン設備において、前記加熱ユニットの内で高圧加熱ユニットの高圧ドラムに供給する高温高圧給水を制御する高圧給水制御弁に供給する給水のｐＨを９．８以上となるように薬剤を注入してなるので、高圧給水制御弁におけるスケールの付着が低減し、メンテナンスの回数を低減することが可能となる。
【００５６】
また、熱源からの熱はガスタービンの排気であるコンバインドプラントであるので、ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたコンバインドプラントで高圧給水制御弁のスケール付着の問題をなくして長期間に亙って連続して運転することが可能となる。
【００５７】
本発明の排熱回収ボイラ装置は、高圧側蒸気を発生させる高圧側ユニット及び低圧側蒸気を発生させる低圧側ユニットからなり、熱源からの熱を回収して高圧側蒸気及び低圧側蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラに給水する給水系統と、からなる排熱回収ボイラ装置において、前記高圧側ユニットの高圧ドラムに供給する高温高圧給水を制御する高圧給水制御弁に供給する給水のｐＨを９．８以上となるように薬剤を注入してなるので、高圧給水制御弁におけるスケールの付着が低減し、メンテナンスの回数を低減することが可能となる。
【００５８】
本発明の水処理方法は、複数段の圧力の異なる加熱ユニットを介して発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、蒸気タービンの排気を復水する復水器と、復水器で凝縮された復水を排熱回収ボイラ側に送給する給水系統とからなるタービン設備の運転方法において、前記加熱ユニットの内で高圧加熱ユニットの高圧ドラムに供給する高温高圧給水を制御する高圧給水制御弁に供給する給水のｐＨを９．８以上となるようにアンモニアを注入しつつ運転するので、高圧給水制御弁におけるスケールの付着が低減し、メンテナンスの回数を低減することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明では、高圧給水制御弁におけるスケールの付着が低減し、メンテナンスの回数を低減することができ連続したタービン設備の運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施例１に係る排熱回収ボイラ装置を備えたタービン設備を示す概略図である。
【図２】実施例１に係る図１の高圧加熱ユニット部分の概略模式図である。
【図３】ｐＨ９．３からｐＨ９．８に変化させた場合における水と鉄溶解度との関係図である。
【図４】プラント運転時間と給水制御弁開度との関係図である。
【図５】実施例２に係る図１の高圧加熱ユニット部分の概略模式図である。
【図６】水素濃度が１０ｐｐｂの時のｐＨを変化させたときの温度と鉄溶解度の関係図である。
【図７】水素濃度が１ｐｐｂの時のｐＨを変化させたときの温度と鉄溶解度の関係図である。
【図８】実施例３に係る図１の高圧加熱ユニット部分の概略模式図である。
【図９】排熱回収ボイラ装置を備えたタービン設備の全体系統概略図である。
【図１０】多孔板単段給水制御弁の模式図である。
【図１１】多孔板多段給水制御弁の模式図である。
【図１２】多孔板多段給水制御弁を構成する多孔板の構造図である。
【図１３】多孔板多段給水制御弁を構成する多孔板の一部切欠き解構造図である。
【図１４】高圧給水制御弁のスケール付着模式図である。
【図１５】多孔板多段給水制御弁の流れ経路と圧力との関係図である。
【図１６】ｐＨ９．３における水と鉄溶解度との関係図である。
【図１７】従来技術におけるプラント運転時間と給水制御弁開度との関係図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  ガスタービン
２  排熱回収ボイラ
３  高圧加熱ユニット
４  中圧加熱ユニット
５  低圧加熱ユニット
６  蒸気タービン
７  給水ライン
８  復水器
９  復水ポンプ
１０  脱気器
１１  高圧過熱器
１２  高圧ドラム
１３  高圧蒸発器
１４  高圧節炭器
４５  薬剤注入手段
４６  薬剤
４６ａ  アンモニア
４６ｂ  ヒドラジン
５０  復水
５１  高圧給水制御弁
１００Ａ  多孔板単段給水制御弁
１００Ｂ  多孔板多段給水制御弁
１０１  高温高圧給水
１０３  オリフィス
１０４  結晶（Ｆｅ3Ｏ4）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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