(57)【要約】【課題】既設のボイラに容易に適用することが可能であり、確実にボイラチューブリークを検出することができるボイラチューブリーク検出方法及び検出装置を提供する。【解決手段】押込通風機１３のケーシング１５の底部にブロー弁３が介装された排水管１を設け、排水管１の出口部に水量計７を設ける。ボイラの運転停止後に押込通風機１３のケーシング１５から排出される水量を水量計７で測定し、データをチューブリーク判定装置９に送る。チューブリーク判定装置９は、予め定める基準値と水量計７から送られる水量データとからボイラにチューブリークが発生しているか否か判定し、チューブリークが発生していると判定すると警報装置１１に信号を発し、チューブリークの発生を報知する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼用空気を送る押込通風機、ボイラ本体に設けられた風箱及び風箱と押込通風機とを結ぶ風道を含む押込通風系統のいずれかの場所で水及び／又はスチームの漏洩を検出し、ボイラのチューブリークを検出することを特徴とするボイラチューブリーク検出方法。
【請求項２】
前記水及び／又はスチームの漏洩検出をボイラ停止後に行うことを特徴とする請求項１に記載のボイラチューブリーク検出方法。
【請求項３】
燃焼用空気を送る押込通風機、ボイラ本体に設けられた風箱及び風箱と押込通風機とを結ぶ風道を含む押込通風系統のいずれかの場所に水及び／又はスチームの漏洩を検出する検出器を有することを特徴とするボイラチューブリーク検出装置。
【請求項４】
前記検出器が水量計であり、
前記押込通風系統のうち水の溜まり易い場所に、途中にブロー弁を備える排水管を設け、水量計を該排水管の出口部に設けることを特徴とする請求項３に記載のボイラチューブリーク検出装置。
【請求項５】
前記ブロー弁は自動弁であり、
さらに前記ブロー弁の開閉を制御するブロー弁制御装置と、
前記水量計のデータに基づきチューブリークが発生しているか否かを判定するチューブリーク判定装置と、
前記チューブリーク判定装置からの信号を受け、チューブリークの発生を報知する警報装置と、を備え、
前記ブロー弁制御装置は、ボイラの運転を制御するボイラ制御装置からボイラの運転停止信号を受信すると、前記ブロー弁を開くように制御することを特徴とする請求項４に記載のボイラチューブリーク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラのチューブリーク検出方法及び検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラは、石炭、重油などの燃料を燃焼させ発生させた熱で配管内を流通する水を加熱し、水蒸気を発生させる装置であり、火力発電所ではボイラで発生させた蒸気で蒸気タービンを駆動し発電を行っている。なお、火力発電所では発電用のボイラの他、ユニット（発電設備）の起動、停止時に必要となる蒸気、例えば油バーナの噴霧用蒸気、パージ用蒸気などに使用する蒸気を発生させる所内ボイラが設置されている。ボイラは、燃料を燃焼させ発生させた熱を効率的に利用するために、水及び蒸気が流通するボイラチューブは多数のチューブで構成され、これらが複雑に配置されている。
【０００３】
ボイラは、定期的に検査が実施され、必要に応じて不具合箇所の補修が行われるが、ボイラチューブは、高温の状態下に置かれるため長期間の運転によりサーマルストレスが蓄積し、チューブ自身又は溶接箇所などに亀裂が生じる場合がある。ボイラチューブに亀裂が生じ水又は蒸気が漏洩すると、ユニットの効率低下、設備損傷など運転上、安全上種々の問題が発生するためチューブリークが発生した場合は早期に発見する必要がある。しかしながらボイラチューブはボイラケーシング内にあるため、チューブリークによる水又は蒸気の漏洩を直接視認することはできない。このため従来は、ボイラケーシング外に漏れ出してきたドレン、ボイラ給水・補給水流量の変化又は運転員が経験より運転状態の変化を読み取るなどしてチューブリークを発見していたが、効果的な方法とは言い難い。
【０００４】
このような問題を解決するためにこれまでにも多くのチューブリーク検出方法が提案されている。例えばチューブリーク時に発生する超音波を検出し、チューブリークを検出するチューブリーク検出装置がある（例えば特許文献１参照）。またチューブリークが発生するとボイラケーシングの底部に漏水が溜まるためこれを検出する漏水検出器が開発されている（例えば特許文献２参照）。また本件出願人も、ボイラチューブリーク時の現象を的確に判定し、ボイラの運転を継続可能か否か判定可能なボイラチューブリーク自動診断システムを発明し、特許出願を行っている（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１９９８７号公報
【特許文献２】特開２００７−３１５６２３号公報
【特許文献３】特開２００８−６４４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のチューブリーク検出装置は、特殊な装置であり、ボイラに設置するには大掛かりな工事が必要となるなど、既設のボイラに簡単に適用できるものではない。特許文献２に記載の漏水検出器は、構造が簡単で汎用性は高いが、ボイラ底部に連通するように取り付け使用する装置であるから、連通管等に灰、煤など燃焼生成物が堆積し、漏水検出器が正常に動作しない恐れがある。また頻繁にメンテナンスを行う必要がある。特許文献３に記載のシステムは、ボイラチューブのアンバランスな横揺れ、燃焼状態の変化などからチューブリークを検出する方法であり、比較的容易に適用することができるが、チューブリークの検出精度は十分に高いとは言い難い。
【０００７】
本発明の目的は、既設のボイラに容易に適用することが可能であり、確実にボイラチューブリークを検出することができるボイラチューブリーク検出方法及び検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、燃焼用空気を送る押込通風機、ボイラ本体に設けられた風箱及び風箱と押込通風機とを結ぶ風道を含む押込通風系統のいずれかの場所で水及び／又はスチームの漏洩を検出し、ボイラのチューブリークを検出することを特徴とするボイラチューブリーク検出方法である。
【０００９】
また本発明は、前記発明において、前記水及び／又はスチームの漏洩検出をボイラ停止後に行うことを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、燃焼用空気を送る押込通風機、ボイラ本体に設けられた風箱及び風箱と押込通風機とを結ぶ風道を含む押込通風系統のいずれかの場所に水及び／又はスチームの漏洩を検出する検出器を有することを特徴とするボイラチューブリーク検出装置である。
【００１１】
また本発明は、前記発明において、前記検出器が水量計であり、前記押込通風系統のうち水の溜まり易い場所に、途中にブロー弁を備える排水管を設け、水量計を該排水管の出口部に設けることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、前記発明において、前記ブロー弁は自動弁であり、さらに前記ブロー弁の開閉を制御するブロー弁制御装置と、前記水量計のデータに基づきチューブリークが発生しているか否かを判定するチューブリーク判定装置と、前記チューブリーク判定装置からの信号を受け、チューブリークの発生を報知する警報装置と、を備え、前記ブロー弁制御装置は、ボイラの運転を制御するボイラ制御装置からボイラの運転停止信号を受信すると、前記ブロー弁を開くように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のボイラチューブリーク検出方法は、ボイラ火炉と押込通風系統とが連通し、ボイラチューブに亀裂が生じ蒸気又は水がリークすると、リークした蒸気、水又は蒸気が凝縮したドレンが押込通風系統に流れ込むことを利用し、押込通風系統に溜まった又は流れ込む水及び／又はスチームを検出し、ボイラのチューブリークを検出する方法であるので確実にボイラのチューブリークを検出することができる。
【００１４】
また本発明のボイラチューブリーク検出装置は、構成が簡単であり既設のボイラへの適用も容易である。また水及び／又はスチームの漏洩を検出する検出器は、ボイラ本体に設置されないため高温とならず、また使用する装置も特別な装置、機器を使用する必要がないので容易に実現することができる。また水及び／又はスチームの漏洩を検出する検出器の取付場所が、火炉又は煙道側と異なり燃焼生成物の影響を受けにくい場所であることから、誤認しにくくメンテナンスも簡単に行うことができる。
【００１５】
また本発明のボイラチューブリーク検出装置は、ボイラの運転を制御するボイラ制御装置と連携させ、ボイラ制御装置からボイラ停止信号を受信すると、チューブリークが発生しているか否かを検出するように構成することもできるので、自動的にチューブリークを検出することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態であるボイラチューブリーク検出装置の構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態であるボイラチューブリーク検出装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の第１実施形態であるボイラチューブリーク検出装置の構成を示す図であり、ボイラに設置された状態を示す。
【００１８】
ボイラチューブリーク検出装置は、押込通風機１３のケーシング１５の底部に連通し、押込通風機１３のケーシング１５に溜まった水及び／又はケーシング１５に流れ込む水を排出する、ブロー弁３が介装された排水管１と、ブロー弁３の開閉を制御するブロー弁制御装置５と、排水管１の先端部に設置された水量計７と、水量計７からの信号を受けボイラにチューブリークが発生したか否かを判定するチューブリーク判定装置９と、チューブリーク判定装置９からの信号を受けチューブリークの発生を報知する警報装置１１とを含む。
【００１９】
排水管１は、押込通風機１３のケーシング１５の底部に溜まった水及び／又はケーシング１５に流れ込む水を排出するためのものであるから、押込通風機１３のケーシング１５の底部のうち水の溜まり易い場所で、確実に水を排出できる場所に設ける。排水管１の本数は、１本である必要はなく、押込通風機１３が大型であるような場合、又はケーシング１５の構造上、複数個所に水が分散して溜まる及び／又は流れ込むような場合には、ケーシング１５に複数本の排水管１を設け、出口部で集合させるようにしてもよい。なお、押込通風機１３の型式は、特に限定されず軸流式、遠心式であってもよいことは言うまでもない。
【００２０】
ブロー弁３は、自動弁でありブロー弁制御装置５からの信号により開閉する。ブロー弁３には公知の電磁弁等を使用することが可能である。排水管１から排出される水の温度は１００℃以下であり、圧力も大気圧であるので特殊な弁を使用する必要はない。また排出する水は基本的にボイラ給水又は蒸気が凝縮したドレンであるので、腐食等を考慮した特殊な材質の弁を使用する必要はない。
【００２１】
ブロー弁制御装置５は、ブロー弁３に開閉信号を送る装置であり、ボイラの運転を制御するボイラ制御装置２１に接続し、ボイラ制御装置２１からボイラ停止信号を受けるとブロー弁３を開けるように制御し、ボイラ制御装置２１からボイラ起動信号を受けると閉止するように制御する。なお、ブロー弁３の開閉要領はこれに限定されるものではなく、ボイラ制御装置２１からボイラ停止信号を受けるとブロー弁３を開けるように制御し、所定時間経過後に閉止するように制御してもよい。このようなブロー弁制御装置５は、公知のコンピュータ、プログラマブルコントローラ、制御装置などを用いることができる。
【００２２】
水量計７は、排水管１から排出される水量を測定し、測定したデータをチューブリーク判定装置９に送る。ここで使用可能な水量計は、特定の計測器に限定されるものではなく公知の積算式流量計などを使用することができる。また排出される水を貯留可能な容器と、容器に装着した液面計とで水量計７を構成し、これで排水管１から排出される水の量を測定してもよい。前記の通り、排出される水はきれいであり、温度は１００℃以下、圧力も大気圧であるので特殊な水量計を使用する必要はない。
【００２３】
チューブリーク判定装置９は、水量計７と接続し、水量計７が測定した水の量からボイラにチューブリークが発生しているか否か判定し、チューブリークが発生していると判定すると、信号を警報装置１１に送信する。警報装置１１は信号を受信すると警報を発し、ボイラにチューブリークが発生したことを報知する。ブロー弁制御装置５、チューブリーク判定装置９、警報装置１１は、中央制御室（ＣＣＲ）に設置することができる。
【００２４】
チューブリークが発生したか否かの判定は以下のように行う。排水管１から排出される水としては、（１）ボイラにチューブリークが発生し漏洩するボイラ給水、（２）ボイラにチューブリークが発生し漏洩した蒸気が凝縮した凝縮水（ドレン）、（３）押込通風機１３の吸込口１７が屋外にある場合に吸込まれる雨又は雪、（４）押込通風機１３を介して吸込まれた大気中の水蒸気が結露した水、（５）油焚きボイラで使用される燃料を噴霧する燃料噴霧媒体を供給するバーナ蒸気弁のシートリークにより蒸気が流入し凝縮したドレンがある。
【００２５】
前記水のうち（３）〜（５）に起因する水は、ボイラのチューブリークには関係しない。（３）及び（４）に起因する水は、ボイラの運転を停止するとその発生も止まり、ボイラ停止後、排水管１を一度開け排出した後は発生することはない。（５）に起因する水は、ボイラの運転停止後に発生するが、（３）及び（４）に起因する水と同様、通常、押込通風機１３のケーシング１５の底部に溜まることはなく、溜まったとしてもその量は少量かつほぼ一定である。これに対して、ボイラのチューブリークに起因する前記（１）、（２）の水は、前記（３）〜（５）の水に比較し発生量が多い。また排水管１を一度開け溜まっていた水を排出したとしても、再び押込通風機１３のケーシング１５の底部に水が溜まる。この状態はボイラ停止後も長時間にわたり続く。これは、ボイラは保有熱が大きいためチューブリークが発生すると、ボイラを停止してもボイラ給水及び蒸気漏洩が長時間継続することによる。
【００２６】
以上のように押込通風機１３のケーシング１５の底部に溜まる水及び／又は流れ込む水は、チューブリークに起因するか否かにより水量及びその経時変化が大きく異なるので、水量又は水量の経時変化を計測することでチューブリークか否か判定することができる。具体的には、チューブリーク判定装置９に、コンピュータ、プログラマブルコントローラなどを用い、チューブリークに起因しない場合に溜まる前記（３）〜（５）の場合の水量、水量の経時変化、又はこれに余裕代を加算した値を基準値とし、この基準値と水量計７から送られるデータとを比較させればよい。チューブリークか否かを判定するための基準の水量は、特に限定されないが、一例を示せば１〜２Ｌ程度であり、これを超えた場合はチューブリークと判定するようにしてもよい。
【００２７】
次に図１を用いて、ボイラのチューブリークの検出要領を説明する。ボイラは、火炉２３を形成する蒸発管２５、火炉出口部に過熱器２７、再熱器２９、後部煙道２４に節炭器３１を有し、火炉２３で燃料を燃焼させた熱で蒸気を発生させ、図示を省略した蒸気タービンに蒸気を送る。ボイラ本体側壁には、バーナ３３及び風箱３５が取付けられ、燃料供給系統３７から送られる燃料を燃焼させる。燃焼用空気は、押込通風機１３、風道３９及び風箱３５を含み構成される押込通風系統を通じて供給される。後部煙道２４の出口部には、燃焼ガスと熱交換させ燃焼用空気を予熱する空気予熱器４１が設けられており、押込通風機１３から送り込まれた燃焼用空気は、空気予熱器４１で予熱された後、火炉２３に供給される。押込通風機１３、風道３９、風箱３５及び空気予熱器４１の位置関係は、高い方から風箱３５、風道３９、空気予熱器４１、押込通風機１３の順であり、押込通風機１３が最も低い位置にある。
【００２８】
ここで過熱器２７に小さな亀裂が生じ蒸気がリークしたとする。ボイラ運転中にチューブリークが発生すると、リークした蒸気は、燃焼ガスといっしょに後部煙道２４、空気予熱器４１を通り排煙処理装置に送られる。なおボイラ運転中は押込通風機１３から火炉２３に向って燃焼用空気が供給されているため、リークした蒸気が押込通風系統に流れ込むことはない。過熱器２７に小さな亀裂が生じ蒸気がリーク状態でボイラの運転を停止した場合、ボイラの保有熱量が大きいためボイラ運転停止後も蒸気のリークは継続する。この場合、リークした蒸気は、後部煙道２４のみならず火炉２３内にも充満する。火炉２３と押込通風系統とは連通するため、火炉２３に充満した蒸気は、風箱３５、風道３９、押込通風機１３へも流れ込む。押込通風系統に流れ込んだ蒸気は、ここで凝縮してドレンとなり、一部のドレンは風箱３５、風道３９に、大半のドレンは高さの一番低い押込通風機１３の底部に溜まる。風道３９の途中には、空気予熱器４１が設置されているが、空気予熱器４１は、風道３９を完全に遮断するものではないため風道３９に流れ込んだ蒸気又はドレンは、空気予熱器４１を通過し、押込通風機１３に至る。
【００２９】
ボイラが停止するとその信号がボイラ制御装置２１からブロー弁制御装置５に送られ、ブロー弁制御装置５は、ブロー弁３を開く。ブロー弁３が開くことで押込通風機１３のケーシング１５の底部に溜まったドレン及び／又は押込通風機１３のケーシング１５に流れ込む水は、排水管１を通じて水量計７に送られる。水量計７は、ドレンの量を計測しデータをチューブリーク判定装置９に送る。チューブリーク判定装置９は、ドレン量と予め定める基準値とからチューブリークが発生しているか否か判定し、チューブリークが発生していると判定すると、警報装置１１に信号を発し、警報装置１１は警報を発する。
【００３０】
過去の実績として、実際にボイラ（所内ボイラ）にチューブリークが発生した場合、押込通風機１３のケーシング１５底部に設けられた排水管１から約３５Ｌのドレンが排出した。このとき風箱３５の下部に設けられたブロー管（図示省略）から排出されたドレン量は約０．２Ｌであり、ボイラ本体下部に設けられたブロー管（図示省略）からはドレンは排出されなかった。小さなチューブリークの場合、風箱３５ではなく押込通風機１３のケーシング１５にドレンが溜まり易いことが伺える。
【００３１】
他の過去の実績として、実際にボイラ（所内ボイラ）にチューブリークが発生した場合、押込通風機１３のケーシング１５底部に設けられた排水管１から約２０Ｌのドレンが排出し、２日経過後には約３００Ｌのドレンが排出した。このとき風箱３５の下部に設けられたブロー管（図示省略）からは約３００Ｌのドレンが排出し、２日経過後には約１５Ｌとなった。このときボイラ本体下部に設けられたブロー管（図示省略）からはドレンは排出されなかった。大きなチューブリークが発生した場合、ボイラ停止直後から比較的短時間内は風箱３５にドレンが溜まり易く、時間経過と共に押込通風機１３にドレンが溜まり易いことが伺える。さらに他の過去の実績として、押込通風機１３の吸込口１７から蒸気が漏れ出す場合もあった。
【００３２】
図２は、本発明の第２実施形態であるボイラチューブリーク検出装置の構成を示す図であり、ボイラに設置された状態を示す。第１実施形態に示すボイラチューブリーク検出装置と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。以下、第１実施形態に示すボイラチューブリーク検出装置との相違点を中心に説明する。
【００３３】
第２実施形態であるボイラチューブリーク検出装置は、風箱３５内の湿度を検出することで、ボイラのチューブリークを検出する装置である。このため風箱３５内に湿度計１９を備え、湿度計１９で測定したデータをチューブリーク判定装置９に送信し、チューブリーク判定装置９がチューブリークか否か判定する。ボイラにチューブリークが発生した状態でボイラが停止すると、押込通風系統にも蒸気が流れ込むため、風箱３５内の湿度が上昇する。チューブリークが発生していないときの風箱３５内の湿度は、大気とほぼ同じ湿度であるので、湿度を測定することでボイラにチューブリークが発生したか否か判定することができる。
【００３４】
本発明のボイラチューブリーク検出装置は、火炉２３と押込通風系統とが連通し、ボイラチューブに亀裂が生じ蒸気又は水がリークすると、リークした蒸気、水又は蒸気が凝縮したドレンが押込通風系統に流れ込むことを利用し、押込通風系統に流れ込んだ水及び／又はスチームを検出し、ボイラのチューブリークを検出するものである。水量を検出しボイラチューブリークを検出する方法としては、第１実施形態に示すボイラチューブリーク検出装置以外に、風箱３５の底部、又は風道３９のうち水の溜まり易い位置に排水管１を設け、この位置で水量を計測するようにしてもよい。さらに、押込通風系統の複数箇所に水量計を設け複数個所で水量を検出するようにしてもよい。この場合、いずれか１の場所で水量が基準値を上回るか、複数個所の合計の水量が基準値を上回ることによりボイラチューブリークを検出する。また、排水管１を設けることなく、押込通風系統のいずれかの場所に直接、液面計を設けてもよい。なお、ボイラ運転中に排水管１から水を排出することは可能であり、ボイラ運転中に排水管１から多くの水が排出されれば、前回以前の運転でチューブリークが発生したことが分かる。
【００３５】
スチームを検出することでボイラチューブリークを検出する方法としては、第２実施形態に示すボイラチューブリーク検出装置以外に、風道３９又は押込通風機１３に湿度計を設ける方法、押込通風系統のいずれかの場所に温度計を設け、温度からスチーム漏洩を検出する方法、押込通風系統の複数箇所に湿度計及び／又は温度計を設けスチームを検出する方法がある。さらに押込通風系統に水量計と湿度計、又は温度計をいっしょに設け、リークした蒸気、水又は蒸気が凝縮したドレンを検出するようにしてもよい。水量計、湿度計、温度計など検出器を複数設けることで、ボイラチューブリークの検出が容易となる。
【００３６】
上記のように本発明のボイラチューブリーク検出装置は、押込通風系統でボイラのチューブリークを検出するため火炉又は煙道側と異なり高温とならず、また煤、灰などの燃焼生成物、燃焼ガスの影響を受けにくい場所であることから、煤、灰などの付着、堆積、燃焼ガスによる腐食の心配もない。このためボイラチューブリーク検出装置の誤認も少なく、またメンテナンスの頻度は少なくて済み、メンテナンスを行う場合も容易である。なお、ボイラチューブリーク検出装置は、押込通風系統を備えるボイラに幅広く適用可能であり、ボイラの種類、大きさ、補機の構成等に限定されることなく適用することができる。例えば所内ボイラなど比較的小型のボイラの場合、再熱器、空気予熱器等が備わっていない場合が多いが、このようなボイラであっても押込通風系統を備えるボイラであれば本発明を適用することができる。さらにボイラの種類、構造によって、風箱、風道、押込通風機の高さが上記実施形態に示すボイラと異なる場合もあるが、このようなボイラにも本発明を適用可能なことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３７】
１  排水管
３  ブロー弁
５  ブロー弁制御装置
７  水量計
９  チューブリーク判定装置
１１  警報装置
１３  押込通風機
１５  ケーシング
１９  湿度計
２１  ボイラ制御装置
２３  火炉
２５  蒸発管
２７  過熱器
２９  再熱器
３１  節炭器
３５  風箱
３９  風道
４１  空気予熱器
【図１】
2012057857.tif 000003
【図２】
2012057857.tif 000004