(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
節炭器の入口側に復水ポンプおよび脱気器を介して給水するに際し、復水の水素イオン濃度を検出し、復水流量に対応して所要濃度のヒドラジンを脱気器の入口側に注入し、復水中の脱酸素作用とｐＨ調整とを行うよう構成してなる自動ヒドラジン注入制御システムにおいて、脱気器の入口側に、第１の水素イオン濃度検出手段と第１のヒドラジン濃度計とを設けると共に第１の溶存酸素計を設け、前記脱気器の出口側に第２の溶存酸素計を設け、前記第１の水素イオン濃度検出手段により復水中のアンモニアの量を測定すると共に、前記第１の溶存酸素計と第２の溶存酸素計との出力から前記脱気器による脱酸素された残留溶存酸素量を算出する手段と、前記残留溶存酸素量と前記第１のヒドラジン濃度計の出力とから前記残留溶存酸素量に対応するヒドラジン量を算出する手段と、次いでこのヒドラジンの給水温度に伴うアンモニアへの転換量を算出する手段と、節炭器の入口側の残留ヒドラジン濃度を最低ヒドラジン濃度に制御するに必要な脱気器の入口側におけるヒドラジン濃度を制御する手段とを備えることを特徴とする自動ヒドラジン注入制御システム。
【請求項２】
電導度計またはｐＨ計を使用する第１の水素イオン濃度検出手段、および第１の溶存酸素計は、脱気器の入口側におけるヒドラジン注入口の上流側に設け、第１のヒドラジン濃度計は、前記ヒドラジン注入口の下流側に設けてなる請求項１記載の自動ヒドラジン注入制御システム。
【請求項３】
脱気器と節炭器との間に給水ポンプを介して高圧ヒータを設け、節炭器の入口側と高圧ヒータとの間に第２の水素イオン濃度検出手段と第２のヒドラジン濃度計とを設け、前記第２の水素イオン濃度検出手段の出力値を管理目標値と比較してその偏差信号を得ると共にこの偏差信号を給水流量に基づく積分関数により積分する手段と、得られた積分値を前記脱気器の入口側における電導度予測値信号と比較してヒドラジンの注入制御値を演算する手段とを備え、さらに前記第２のヒドラジン濃度計の出力値を最低ヒドラジン濃度と比較してその偏差信号を得ると共にこの偏差信号を給水流量に基づく積分関数により積分する手段と、得られた積分値を前記第１のヒドラジン濃度計の出力から算出される残留ヒドラジン量を給水温度に関する係数で割算した演算値と比較してヒドラジンの注入制御値を演算する手段とを備える請求項１記載の自動ヒドラジン注入制御システム。
【請求項４】
復水流量に基づいて脱酸素作用を行う低濃度ヒドラジンの注入を制御する手段と共に、第１の水素イオン濃度検出手段と第１のヒドラジン濃度計との測定値に基づいて算出される電導度予測値信号により、ｐＨ調整を行う高濃度ヒドラジンの注入を制御する手段とを備える請求項１記載の自動ヒドラジン注入制御システム。
【請求項５】
復水流量に基づいて脱酸素作用を行う低濃度ヒドラジンの注入を制御する手段と共に、第１の水素イオン濃度検出手段と第１のヒドラジン濃度計との測定値に基づいて算出される電導度予測値信号を、第２の水素イオン濃度検出手段の測定値に基づいて算出される演算値と比較する手段と、得られる制御信号によりｐＨ調整を行う高濃度ヒドラジンの注入を制御する手段とを備え、さらに第２のヒドラジン濃度計の測定値に基づいて算出される演算値を、第１のヒドラジン濃度計の測定値と比較する手段と、得られる制御信号により前記低濃度ヒドラジンの注入を制御する手段を備える請求項３記載の自動ヒドラジン注入制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラシステムにおけるその劣化防止のための薬液注入制御システムに係り、特に給水中の水素イオン濃度と酸素濃度とを管理するための自動ヒドラジン注入制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラ水の水質調整には、装置の腐食と、それによる水の汚れを防止するために、水の中の溶存酸素をできるだけ小さくすることと、ｐＨ値を材質に応じた最適値にコントロールすることが要求される。
【０００３】
従来から使用されているドラム形ボイラの薬液注入系について、図８を参照して説明する。この薬液注入系においては、脱酸素用の低濃度ヒドラジンが、低濃度ヒドラジン注入ポンプ１１２により、脱気器（ＤＥＡ）１０２に送液される復水量に関連する流量で、復水ポンプ（ＣＰ）１００の出口側に注入される。他方、節炭器（ＥＣＯ）１０４の入口側では、水素イオン濃度の代用特性としてのｐＨ値もしくはこれと相関した電導率と、ヒドラジン濃度とが、電導度計１０６およびヒドラジン濃度計１０８により測定され、電導率もしくはｐＨ値が、所定の下限値を下回ると、水素イオン濃度調節用の高濃度ヒドラジンを注入するための注入ポンプ１１０を運転し、所定の上限値を越えると、前記注入ポンプ１１０の運転を停止するように、オン−オフ制御が行われる。
【０００４】
また、節炭器１０４の入口側のヒドラジン濃度計１０８は、脱酸素確認のためのヒドラジン濃度監視手段として使用され、その出力を確認して、オペレータの判断に基づいて低濃度ヒドラジン注入ポンプ１１２の注入比率を手動修正している。
【０００５】
なお、ヒドラジンは、後述する理由により、一般的には、水素イオン濃度調整用には高濃度の水溶液として用いられ、脱酸素用には低濃度の水溶液として用いられている。
【０００６】
ヒドラジンは、溶存酸素と速やかに反応して、窒素と水に変換される。一方、溶存酸素に対して過剰に存在したヒドラジンは、熱分解により、窒素、アンモニア、水素を生成する。この場合、生成したアンモニアが系の水素イオン濃度の調節の役目を果たす。すなわち、ヒドラジンは、次式の通り脱酸素剤として、またｐＨ調節剤として機能し、両機能によって節炭器１０４以降の工程の材質劣化を防止する。
【０００７】
【化１】
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【０００８】
低濃度ヒドラジンは、注入ポンプ１１２の稼動を調整して、節炭器１０４の入口側のヒドラジン濃度が１０〜３０ｐｐｂの範囲の、材質に応じてＪＩＳ８２２３によって定められた値となるように、濃度設定される。復水中に酸素が存在すると、脱気器１０２で、またはその下流に給水ポンプ１１４を介して高圧ヒータ１１６が存在する場合にはこの高圧ヒータ１１６で、ヒドラジンと酸素とが反応してヒドラジンが消費されるので、節炭器１０４の入口側において、未反応のヒドラジンが存在するということは、実質的に溶存酸素が０であることを意味することから、この濃度範囲が使用される。このヒドラジンは、それ以後の工程においてアンモニアに転換されるが、この程度の量のヒドラジンから生成するアンモニアは、水素イオン濃度には殆ど影響しない程の少量である。
【０００９】
次に、復水流量信号から必要なヒドラジン量を求め、低濃度ヒドラジン注入ポンプ１１２のストロークを制御する。この場合、得られたヒドラジン量を、所定の下限値と比較して、下限値を下回らないように制御する。前記注入ポンプ１１２のストローク長は、節炭器１０４の上流側に配置されたヒドラジン濃度計１０８の出力を確認し、オペレータが設定を判断して注入比率を手動修正している。一方、高濃度ヒドラジン注入ポンプ１１０は、節炭器１０４の入口側のｐＨ値が８．５〜９．０に相当する電導度の値になるように、例えば、１．５〜２．０μＳ／ｃｍの間で、オン−オフ制御が行われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ヒドラジン注入位置から節炭器の間には、必要に応じて低圧ヒータ、脱気器（ＤＥＡ）、高圧ヒータ等を存在させるので、既存のアンモニアは脱気器で一部が気相に移行して失われ、また低圧ヒータ、脱気器、高圧ヒータにおいて、それぞれの温度に応じた速度で、ヒドラジンが熱分解してアンモニアを生成する。
【００１１】
そして、特に系に変化がなければ、アンモニアの脱気器での消失および高圧ヒータでの生成は一定であり、ヒドラジンの反応にも変化はなく、制御の問題は起こらないが、ボイラの負荷変動やシリカパージ操作により、復水流量や脱気器、高圧ヒータの温度が変化すると、脱気器や高圧ヒータ中の滞留時間が変動して、アンモニアの生成、消失速度も変化する。さらに、これらの変動に対して節炭器の入口側のヒドラジン濃度や電導率が変動する。また、同時にヒドラジン注入量の変化が測定値に現れるまでの遅延時間も変化する。
【００１２】
系の起動時や高負荷時に、多量の純水が補給され、また高負荷時には脱気器の温度が上昇して、生成したアンモニアの消失量が著しく増大し、さらに系の起動後、水が一巡すると、生成したアンモニアの相当量が復水中に入り、必要なヒドラジン量は減少するので、節炭器の入口側の水素イオン濃度をアルカリ側の特定管理範囲内に調整するのに必要なヒドラジン量が大きく変動する。一方、脱酸素用ヒドラジンの必要量は、殆ど復水量のみによって決まる。従って、水素イオン濃度調整用のヒドラジン量は、脱酸素のために必要なヒドラジン量に較べて、平均値および変動も大幅に大きい。それ故、一般的には、水素イオン濃度調整用には高濃度水溶液を用い、脱酸素用には低濃度水溶液が用いられる。すなわち、主調整は高濃度ヒドラジンを用いて節炭器の入口側の電導度またはｐＨ値を調整することにより行われ、高濃度ではできない微調整は、低濃度ヒドラジンを用いて節炭器の入口側のヒドラジン濃度が０にならないようにする。
【００１３】
ところが、節炭器の入口側の水素イオン濃度で、脱気器の入口側に注入するヒドラジン量を制御することにも問題がある。すなわち、脱気器や高圧ヒータの容量が大きく、また負荷によりその中での滞留時間が変動し、時間遅れが数分から数十分ある。そして、これらの変動、特に大幅な遅延時間に対して節炭器の電導度やヒドラジン濃度を調整する手段がなく、ＰＩＤ制御等によっても状況は改善されないので、結局節炭器の入口側の電導度測定値に基づきオン−オフ制御を行うしか手段がなかった。すなわち、節炭器の入口側のヒドラジン濃度に基づき、低濃度ヒドラジン注入ポンプのストロークを人手により調節していた。しかしながら、人手による調節は次のような不都合を伴う。
【００１４】
つまり、電導度に関しては、系の大きな変動に耐えるように高濃度ヒドラジンの注入量を大きく設定すれば、応答遅延のためにオーバーシューティングし、これを防ぐために逆に注入量を小さくすると、変動に追従しない。蓋し、負荷が大きい時の電導度が、所定値より常に小さくなってしまうからである。また、オン−オフ制御のための上下限電導度幅を小さくしても、時間遅れによるオーバーシューティングは全く改善されないことが判っている。
【００１５】
これらのオーバーシューティングのために、復水ポンプの出口側でのヒドラジン濃度が変動し、それがヒドラジン注入量の変動を呼び起こしたりして、節炭器の入口側での各濃度の安定制御が困難である。
【００１６】
また、高濃度ヒドラジンポンプの運転時は、節炭器の入口側のヒドラジン濃度が高くなる可能性がある。そして、このヒドラジン濃度が高過ぎると、ボイラでアンモニアを生成し、水素イオン濃度が好ましい範囲からずれてしまう可能性があり、これはボイラの腐食につながる。
【００１７】
また、仮に低濃度ヒドラジンの調節が、オペレータの見落としや判断ミスにより適切に行われず、節炭器の入口側のヒドラジン濃度ゼロの状態が続くと、ボイラの腐食が進行する恐れがあり、危険であった。
【００１８】
前述したように、ボイラの給水中における溶存酸素は、脱酸素剤であるヒドラジンの注入による化学的手法と脱気器による機械的手法との両方により除去され、通常の運転時にはボイラへの持ち込みは皆無である。しかしながら、ボイラの起動時においては、溶存酸素量の高い補給水や保管水の復水器への混入等により、ボイラに持ち込まれる給水の溶存酸素量は、運転状況が安定するまで非常に高い値を示すことになる。さらに、ボイラの起動時には、脱気器の温度が低く、脱気性能の回復が遅いため、充分に脱気性能を回復するまでには、多めのヒドラジンの注入により、できるだけ脱酸素を行う必要がある。
【００１９】
また、近年においては、ボイラの起動停止を行うことが、非常に多くなってきており、給水中の溶存酸素のボイラへの持ち込みによる水処理上のトラブルが問題化されている。
【００２０】
そこで、本発明の目的は、前述した従来のヒドラジン注入制御システムの問題点を克服すると共に、復水中の水素イオン濃度とヒドラジン濃度とを同時に測定し、これらの測定値に基づいて復水の脱酸素作用とｐＨ調整とを、節炭器の入口側における給水の管理目標値に達するよう高精度に制御することができると共に、ボイラの起動時における給水中の溶存酸素の脱酸素処理を簡便かつ低コストに行うことができる自動ヒドラジン注入制御システムを提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、節炭器の入口側に復水ポンプおよび脱気器を介して給水するに際し、復水の水素イオン濃度を検出し、復水流量に対応して所要濃度のヒドラジンを脱気器の入口側に注入し、復水中の脱酸素作用とｐＨ調整とを行うよう構成してなる自動ヒドラジン注入制御システムにおいて、脱気器の入口側に、第１の水素イオン濃度検出手段と第１のヒドラジン濃度計とを設けると共に第１の溶存酸素計を設け、前記脱気器の出口側に第２の溶存酸素計を設け、前記第１の水素イオン濃度検出手段により復水中のアンモニアの量を測定すると共に、前記第１の溶存酸素計と第２の溶存酸素計との出力から前記脱気器による脱酸素された残留溶存酸素量を算出する手段と、前記残留溶存酸素量と前記第１のヒドラジン濃度計の出力とから前記残留溶存酸素量に対応するヒドラジン量を算出する手段と、次いでこのヒドラジンの給水温度に伴うアンモニアへの転換量を算出する手段と、節炭器の入口側の残留ヒドラジン濃度を最低ヒドラジン濃度に制御するに必要な脱気器の入口側におけるヒドラジン濃度を制御する手段とを備えることを特徴とする。
【００２２】
特に、本発明においては、脱気器と節炭器との間に給水ポンプを介して高圧ヒータを設け、節炭器の入口側と高圧ヒータとの間に第２の水素イオン濃度検出手段と第２のヒドラジン濃度計とを設け、前記第２の水素イオン濃度検出手段の出力値を管理目標値と比較してその偏差信号を得ると共にこの偏差信号を給水流量に基づく積分関数により積分する手段と、得られた積分値を前記脱気器の入口側における電導度予測値信号と比較してヒドラジンの注入制御値を演算する手段とを備え、さらに前記第２のヒドラジン濃度計の出力値を最低ヒドラジン濃度と比較してその偏差信号を得ると共にこの偏差信号を給水流量に基づく積分関数により積分する手段と、得られた積分値を前記第１のヒドラジン濃度計の出力から算出される残留ヒドラジン量を給水温度に関する係数で割算した演算値と比較してヒドラジンの注入制御値を演算する手段とを備えるよう構成すれば好適である。
【００２３】
ここで、復水は脱気器までの存在を含み、給水は給水ポンプ以後の存在を意味し、給水温度とは、高圧ヒータを設置する場合はその出口温度、これを使用しない場合は脱気器の出口温度を意味する。
【００２４】
この場合、第１の水素イオン濃度検出手段をヒドラジン注入口の上流側に設けて、新しく注入されたヒドラジンの影響を避けることが、精度上好ましい。
【００２５】
また、脱気器の入口側に低圧ヒータを設ける場合、第１のヒドラジン濃度計をこの低圧ヒータの前方に設けると、低圧ヒータに到達するまでに、注入されたヒドラジン濃度が復水と十分に混合されていれば、ヒドラジンが分解を全く起こしていない状態で測定できるので好ましい。しかし、低圧ヒータに到達するまで混合が不十分である可能性がある場合は、第１のヒドラジン濃度計を低圧ヒータの後方に設ける必要がある。その理由は、低圧ヒータでの分解量による誤差より混合不十分による誤差の方が問題だからである。
【００２６】
さらに、従来技術に見られるように、第２の水素イオン濃度測定手段と第２のヒドラジン濃度計とを節炭器の入口側に設け、第２の水素イオン濃度検出手段の出力値とその出力の管理目標値との偏差信号を積分して得られた信号と、復水ポンプと脱気器との間の第１の水素イオン濃度検出手段から求めた節炭器の入口側の水素イオン濃度検出手段の出力の予測値との偏差信号を使用して、水素イオン濃度調節用ヒドラジン注入ポンプを制御する構成とすることが好ましい。
【００２７】
脱気器の後方に高圧ヒータを設ける場合は、第２の水素イオン濃度検出手段および第２のヒドラジン濃度計を節炭器と該高圧ヒータとの間に設けることが好ましい。
【００２８】
別の実施態様として、第２の水素イオン濃度検出手段の出力値とその出力の管理目標値との偏差信号を積分するに当って、予め流量と関連づけるための関数で変換し、その後積分動作を行うことが提案される。
【００２９】
また、ヒドラジン注入口と脱気器の間に設けられた第１のヒドラジン濃度計の出力から高圧ヒータの後方での水素イオン濃度予測値を求めるに当って、ヒドラジン濃度計の出力を、その値に応じてアンモニア転換率関数により変換して利用することも、ヒドラジンのアンモニアへの転換率が、ヒドラジン濃度によっても変化するので好ましい。
【００３０】
さらに、別の実施態様として、節炭器の入口側の第２の水素イオン濃度検出手段の出力と、脱気器の入口側の水素イオン濃度検出手段の出力およびヒドラジン濃度計の出力とにより、水素イオン濃度調節用ヒドラジン注入ポンプを制御し、節炭器の入口側の第２のヒドラジン濃度計の出力により、ヒドラジン濃度調節用ヒドラジン注入ポンプを制御するように構成したものも挙げられる。
【００３１】
その場合、第２のヒドラジン濃度計の出力とそれに対する管理目標値との偏差信号を、給水流量と関連づけるための関数で予め変換し、その後積分動作を行い、得られた信号を脱酸素用ヒドラジン濃度調節用ヒドラジン注入ポンプの制御に利用するように構成することが好ましい。
【００３２】
本発明の自動ヒドラジン注入制御システムは、以下に説明するドラム形ボイラ系のみならず、貫流ボイラ、変圧貫流ボイラ、コンバインドサイクルまたはコジェネレーションプラントのヒートリカバリーボイラにも適応できる。
【００３３】
また、ヒドラジン注入ポンプとしては、定量性があり、かつ流量制御が可能であれば特に限定されず、レシプロポンプ、ギヤポンプ、チューブポンプその他各種のものが使用可能であるが、回転数とストロークの２信号制御できるレシプロポンプが好都合である。２種類のヒドラジン注入ポンプは、同種のものでも異種のもでも差し支えない。また、ヒドラジン濃度も、両者を同じにして、水素イオン濃度調節用ヒドラジンを大容量ポンプで注入すると共に、ヒドラジン濃度調節用ヒドラジンを小容量ポンプで注入することも可能であるが、ヒドラジン濃度に大小を設けて両用途に同一ポンプを使用することが、緊急時の入れ替え可能な点から好都合である。
【００３４】
水素イオン濃度検出手段は、水素イオン濃度と相関した測定値が得られる限り限定されない。公知のｐＨ計や電導度計が便利である。ただ、ｐＨ計は水素イオン濃度の逆数の対数であるので、加算性のある尺度に直して使用する必要がある。また、ヒドラジン濃度計についても、ヒドラジン濃度を間接的に測定するものであっても、制御関数等をそれに応じて修正して使用することができる。
【００３５】
ｐＨ調整については、ヒドラジンのみで行う場合を説明したが、ブローを実施するボイラ系では、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、燐酸ソーダや亜硫酸ソーダ等、他のｐＨ調整剤の併用、脱酸素剤の併用も、必要な濃度検出手段を併用することにより可能である。
【００３６】
また、水素イオン濃度調整剤として、高濃度ヒドラジン水溶液に代えてアンモニアを使用する場合は、ヒドラジンの熱分解の問題がないので、解決すべき問題自体はそれほど大きくはないが、本発明の技術思想を有効に利用できる。ヒドラジンとアンモニアを併用することも勿論可能である。
【００３７】
さらに、反応生成物としてヒドラジンを生成する化合物も、その濃度を測定する手段を併用することができるなら、本発明において使用可能である。
【００３８】
本発明により、最も重要な節炭器の入口側の所定のｐＨ値管理幅と、ヒドラジンの最低濃度の維持が可能となった。
【００３９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例につき説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。
【００４０】
図１は、本発明に係る自動ヒドラジン注入制御システムの一実施例を示す制御系統図である。
【００４１】
図１において、参照符号１０は復水ポンプを示し、このボイラ系の復水は、前記復水ポンプ１０により、復水ブースタポンプ１５、低圧ヒータ１６を介して脱気器１８に送液される。また、脱気器１８において脱気された復水は、ボイラ２４への給水として、給水ポンプ１９、高圧ヒータ２０を介して節炭器２２へ送液される。
【００４２】
しかるに、本実施例においては、前記脱気器１８の入口側で、復水ブースタポンプ１５の下流側に、高濃度ヒドラジン注入ポンプを介して高濃度ヒドラジンを注入すると共に、低濃度ヒドラジン注入ポンプ１４を介して低濃度ヒドラジンを注入するためのヒドラジン注入口が設けられる。
【００４３】
このように構成されるボイラ系における復水および給水の送液は、基本的に、復水ポンプ１０の下流側におけるヒドラジン注入口より、高濃度ヒドラジン注入ポンプ１２と低濃度ヒドラジン注入ポンプ１４との運転によって、ｐＨ調節用の高濃度ヒドラジンと脱酸素作用を有する低濃度ヒドラジンとの２種類のヒドラジンが注入される。このようにして、所要のヒドラジンが注入された復水は、低圧ヒータ１６に送液され、例えば約１４７℃に加熱されて、脱気器１８に供給される。
【００４４】
次いで、脱気器１８において、供給された復水は、例えば約１４７℃に加熱されて復水中の溶存ガスが除去された後、給水ポンプ１９により高圧ヒータ２０へ送液されて、例えば約２８７℃に加熱されて、節炭器２２へ供給され、さらにボイラ２４へ送液される。なお、例示した温度は、それぞれ同一システムにおいても、負荷によって変更されることは勿論である。
【００４５】
復水ポンプ１０の下流側には、ヒドラジン注入口が設けられ、ｐＨ調節用の高濃度ヒドラジン注入ポンプ１２およびヒドラジン濃度調節用の低濃度ヒドラジン注入ポンプ１４から、例えば、それぞれ５％の濃度のヒドラジン水溶液および１％の濃度のヒドラジン水溶液が注入される。これらヒドラジン注入ポンプ１２、１４としては、それぞれインバータ２６、２８で回転制御されるモータ３０、３４と、このモータにより駆動されかつストローク長を制御するサーボユニット３２、３６とからなるレシプロポンプが使用されている。
【００４６】
復水ポンプ１０とヒドラジン注入口との間には、第１の電導度計３８が設けられ、ヒドラジン注入口と脱気器１８との間には、第１のヒドラジン濃度計４０が設けられ、高圧ヒータ２０と節炭器２２との間もしくはそこから分岐したサンプリング導入管４２には、第２の電導度計４４および第２のヒドラジン濃度計４６がそれぞれ設けられる。
【００４７】
次に、前記構成からなる自動ヒドラジン注入制御システムの制御並びにその動作特性につき、詳細に説明する。
【００４８】
まず、高濃度ヒドラジン注入ポンプ１２の制御について説明する。
【００４９】
最初に、脱気器１８の入口側のヒドラジン濃度から、それが脱気器１８や高圧ヒータ２０でアンモニアを生成して、節炭器２２の入口側の電導度を復水ポンプ１０の出口側のものより増加させるが、節炭器２２の電導度が管理目標値よりも高い場合は、高濃度ヒドラジン注入ポンプ１２の回転数は減じ、ヒドラジン注入量は減少する。従って、高濃度ヒドラジンによる化学的脱酸素作用は期待できなくなる。このことをまとめると、高濃度ヒドラジン注入ポンプ１２は、節炭器２２の入口側のｐＨ制御専用として働くことになる。
【００５０】
故に、脱酸素作用は、主に脱気器１８による脱酸素作用に期待しなければならないが、脱気器１８においては、復水ポンプ１０の出口側、例えば第１の電導度計３８の設定位置に、復水から持ち込まれる溶存酸素量Ａppb を計測するための第１の溶存酸素計（ＤＯ2-１）８０を設けると共に、脱気器１８の出口に、脱気器１８で除去された後の溶存酸素量Ｂppb を計測するための第２の溶存酸素計
（ＤＯ2-２）８２を設ける。
【００５１】
そこで、ボイラ２４へ持ち込まれる溶存酸素は、その殆どが復水によるため、この溶存酸素量は、前記第１の溶存酸素計（ＤＯ2-１）８０で計測される溶存酸素量（Ａppb ）である。この溶存酸素量（Ａppb ）は、脱気器１８において脱気され、前記第２の溶存酸素計（ＤＯ2-２）８２で計測される溶存酸素量（Ｂppb ）まで減少する。すなわち、Ａppb ＞Ｂppb の関係となる。
【００５２】
また、前記第２の溶存酸素計８２で計測される溶存酸素量Ｂppb は、当量以上のヒドラジンが存在する場合、高圧ヒータ２０を通過し、節炭器２２へ至るまでに、ヒドラジンと反応して除去される。
【００５３】
しかし、ボイラの起動時においては、脱気器１８の温度が低いため、充分な脱気効果が得られず、しかも補給水が復水と一緒に持ち込まれる前記第１の溶存酸素計８０で計測される溶存酸素量Ａppb が激増するため、ヒドラジンの注入量を増加して、節炭器２２の入口までの間で、できる限り化学的手法により脱酸素処理する必要がある。
【００５４】
しかるに、脱気器１８の脱気性能は、前記脱気器１８の出口の溶存酸素量（Ｂppb ）の値を、復水ポンプ１０の出口の溶存酸素量（Ａppb ）の値から差し引く（Ａppb −Ｂppb ）ことにより算定することができる。このため、前記脱気器１８の脱気性能が低い場合には、持ち込まれた溶存酸素は、ヒドラジンと反応して完全に除去されなければならないため、このヒドラジンを持ち込まれた溶存酸素当量以上に注入する必要がある。
【００５５】
そして、脱気器１８の抽気温度および抽気量が充分となれば、脱気器１８の脱気性能が上昇するので、ヒドラジンの注入量は少なくてよくなる。
【００５６】
このようなヒドラジンの注入量に対する演算を行うために、本実施例においては、前記第２の溶存酸素計８２の測定値（Ｂppb ）について、脱気器１８の脱気性能（抽気温度、抽気量）が低いと前記測定値が大きく、反対に脱気性能が高いと前記測定値が小さいことから、前記測定値（Ｂppb ）を関数器８３において、関数化処理Ｙ＝ａＸ−ｂ（Ｘ＝Ｂppb ）を行う。
【００５７】
すなわち、前記第２の溶存酸素計８２の測定値（Ｂppb ）についての関数を、例えばａ＝１、ｂ＝５０に設定すれば、図７に示すような関数特性が得られる。そして、この場合、脱気器１８の出口の溶存酸素量（Ｂppb ）がａ点（Ｂppb ＝５０ppb ）にある時（高い時）は、関数器８３の出力はゼロとなる（Ｙ＝５０−５０＝０）。なお、この関数式は、ボイラの型式、脱気器の性能等によって比例係数ａおよび固定項ｂの数値が異なる。また、この関数式は、前記のように一次方程式で表わせない場合、例えば非線形方程式等を使用することもあり得る。
【００５８】
一方、前記第１の溶存酸素計８０の測定値（Ａppb ）に、前記関数器８３で得られた演算値（Ｙ＝ａＸ−ｂ）を演算器８４で加算し、得られた値Ｃppb は、復水ポンプ１０の出口の溶存酸素より脱気器１８により脱酸素された残留溶存酸素量となり、またこの値Ｃppb はこの溶存酸素量の除去に必要なヒドラジン量となる。この場合、前記第１の溶存酸素計８０の測定値（Ａppb ）を、例えば５０ppb とし、関数器８３の出力をゼロ（Ｙ＝０）とすれば、前記演算器８４での演算結果は、Ｃppb ＝５０ppb となる。この演算値Ｃppb は、第１のヒドラジン濃度計４０で計測された脱気器１８の入口のヒドラジン濃度Ｄppb と、比較器８６において比較演算される。
【００５９】
そして、比較器８６において、ヒドラジン濃度Ｄppb から前記演算器８４で得られた値Ｃppb を減算し、得られた値Ｅppb （＝Ｄppb −Ｃppb ）は、脱気器１８の入口での残留ヒドラジン量演算値となる。この比較器８６で得られた演算値Ｅppb は、脱気器１８により機械的に脱気される分を差し引いたヒドラジンの量であるが、この意味は脱気器１８が全く働いていないことになるのである。
【００６０】
なお、この場合、ヒドラジン濃度（Ｄppb ）と溶存酸素量（Ｃppb ）とは、比較器８６において直接演算しているが、これは例えば溶存酸素量の１ppb に対しヒドラジン濃度が１ppb 存在すれば、溶存酸素量はゼロとなるため、直接演算が可能となるのである。
【００６１】
そこで、残留ヒドラジン量演算値から、節炭器２２の入口側の電導度変化分への換算は、給水温度すなわち高圧ヒータ２０の出口温度を因子とする換算を行う。従って、前記残留ヒドラジン量に対応する比較器８６の出力（ＰＶ4 ）は、給水温度による補正係数を掛算器４８で掛け合わせ、電導度変化分への換算を行う。この場合、必要によりファンクションジェネレータにおいて、ヒドラジン濃度を因子に含めたアンモニア転換率関数により信号を変換しておいてもよい。
【００６２】
アンモニアの生成は、ヒドラジンの熱分解反応によるが、当然温度の影響が最も大きい。また、反応はヒドラジンに関して１次反応ではなく、反応率が濃度の影響を受けるので、前記のようにヒドラジン濃度を因子に加えることも好ましい。また、高温維持時間も影響するので、復水流量または給水流量、特に温度の高い給水の温度を因子に加えることも好ましい。この場合、給水温度およびヒドラジン濃度の両者を因子として含む換算式で１ステップで変換を行うこともできるし、別の換算式を用いて２ステップで換算することもできる。
【００６３】
得られた電導度変化分としてのファンクションジェネレータ出力は、加算器５０においてヒドラジン注入口より上流側の第１の電導度計３８の出力に加算され、節炭器２２の入口側の電導度予測値信号（ＰＶ2 ）が得られる。
【００６４】
以上述べた実施例は、電導度により説明したが、電導度計３８に代えてｐＨ計を使用しても差し支えない。しかしながら、この場合、前記加算にあたって、対数尺度を絶対尺度に置換する必要がある。
【００６５】
加算されたデータは、従来技術に基づく節炭器２２の入口側の電導度データと共に、高濃度ヒドラジン注入ポンプ１２の制御に使用される。
【００６６】
節炭器２２の入口側の第２の電導度計４４の出力（ＰＶ1 ）は、減算器５２において管理目標値（ＳＶ1 ：例えば１．５〜２．０μＳ／ｃｍのある定められた値）と比較され、その偏差（ＳＶ1 −ＰＶ1 ）に対応した信号が掛算器５４に出力される。掛算器５４では、ボイラ負荷によって変動する給水量により信号を変換する関数Ｆ（Ｆｗ）を、前記出力に乗じることにより換算が行われ、得られた信号は積分器５６に送られる。積分器５６では、前記信号（ＳＶ1 −ＰＶ1 ）・Ｆ（Ｆｗ）を積分する。積分時間は、固定とするが、給水量、その他に応じて自動設定されるように構成してもよい。積分結果は、節炭器２２の入口での水素イオン濃度の目標値に維持するために必要な信号（ＳＶ2 ）となる。
【００６７】
例えば、第２の電導度計４４の出力（ＰＶ1 ）とその管理目標値（ＳＶ1 ））とが等しい場合には、積分器５６の出力は積分開始前の値をホールドし、第２の電導度計４４の出力（ＰＶ1 ）が小さい場合は、初めの値より大きくなり、第２の電導度計４４の出力（ＰＶ1 ）が大きい場合には、初めの値より小さくなる。この指令信号（ＳＶ2 ）と前記脱気器１８の入口側のヒドラジン濃度および水素イオン濃度測定値から求めた節炭器２２の入口側での電導度予測値信号（ＰＶ2 ）は、減算器５８に入力されて偏差（ＳＶ2 −ＰＶ2 ）に対応する信号が出力され、ＰＩ制御器６０に入力される（図２参照）。ＰＩ制御器６０は、高濃度ヒドラジン注入ポンプ１２のモータ３０を駆動するインバータ２６を制御する。偏差信号が０の場合は、前記ポンプ１２の回転数は変更されない。
【００６８】
すなわち、積分信号ＳＶ2 が予測信号ＰＶ2 より大きい時は、高濃度ヒドラジン注入ポンプ１２の回転数を増やす方向に、予測信号ＰＶ2 の方が大きい時は前記ポンプ１２の回転数を減らすように制御される。
【００６９】
なお、この場合の制御において、モータ３０の回転数の制御を行うインバータ２６の制御に代えて、サーボユニット３２に対するポンプストロークの制御を行うサーボモータを制御するように設定しても差し支えない（図２参照）。
【００７０】
このように、脱気器１８の入口側の測定値からの予測値を使用することにより、脱気器１８等による時間遅れおよびその変動を受けない信号をフイードバックすることにより、ヒドラジン注入の影響が節炭器２２の入口側に出てくるまでの時間遅れが、数分から数十分の間で変動しても、その影響を大幅に減ずることができるようになった。従来の方法では、ＰＩ制御でも、かかる変動への対応は不可能であった。
【００７１】
このように、薬液が注入された復水が給水系に入った時の水素イオン濃度の予測値と、給水系での実測値の目標値に対する過不足の積分値とを比較して、その偏差信号で前記ポンプ１２をＰＩ制御することにより、長い遅延時間およびその変動にも対応して、節炭器２２の入口側の水素イオン濃度を安定に制御することが可能になった。
【００７２】
次に、低濃度ヒドラジン注入ポンプ１４の制御について説明する。
【００７３】
ここでは、従来、自動制御には組み入れられていなかった、節炭器２２の入口側の第２のヒドラジン濃度計４６の出力（ＰＶ3 ）は、最低ヒドラジン濃度（ＳＶ3 ）、例えば約１５ｐｐｂとの差（ＳＶ3 −ＰＶ3 ）を減算器６２で計算し、掛算器６４で給水量を乗じ、その出力を積分器６６で積分し、要求ヒドラジン濃度に対応する指令信号（ＳＶ4 ）として減算器６８に出力される。この場合も、積分時間は、固定でもよいが、給水量に応じて自動的に設定されるよう構成することもできる。
【００７４】
一方、減算器６８に対しては、前記比較器８６で得られた残留ヒドラジンの演算値Ｅppb を、割算器８８において給水温度に関する係数（Ｆｘ）で割算し、得られた出力信号（ＰＶ4 ）が入力されて、前記ヒドラジン濃度指令信号（ＳＶ4 ）との偏差（ＳＶ4 −ＰＶ4 ）が計算され、ＰＩ制御器７０に入力される（図３参照）。
【００７５】
この場合、前記割算器８８において、比較器８６で得られた演算値Ｅppb を、給水温度に関する係数（ＦＸ）で割算することは、ヒドラジンが高圧ヒータ２０を通過する際に、前記〔化１〕に示す反応を示し、ヒドラジンは温度条件により、アンモニア、窒素、水素に分解されるか、または水と窒素に分解され、その分解量は温度により左右され、温度が高い程促進され、節炭器２２の入口の残留ヒドラジンが少なくなるため、前記割算を行って前記残留ヒドラジンが少なくなっ量分のヒドラジンを余分に注入して、前記節炭器２２の入口の残留ヒドラジンを目標値に保持する必要があるからである。
【００７６】
しかるに、前記残留ヒドラジンの演算値Ｅppb は、給水温度に応じてアンモニアに転換されるものであり、このアンモニアに転換される残留ヒドラジンの分を、前記割算器８８において給水温度に関する係数で割算し、減算器６８において、この割算値を前記減算器６８において節炭器２２の入口における残留ヒドラジン制御指令値と比較減算してその偏差を、ＰＩ制御器７０へ入力してＰＩ制御信号を得て、低濃度ヒドラジン注入ポンプ１４におけるサーボユニット３６のピストンに対するストローク制御を行い、節炭器２２の入口における残留ヒドラジンを安定的な値とするように制御することができる。
【００７７】
例えば、第２の溶存酸素計８２の測定値（Ｂppb ）についての関数が、図７に示すような関数特性である場合、脱気器１８の出口の溶存酸素量が、図７のｂ点にある時、前記溶存酸素計８２の測定値がＢppb ＝１０ppb であれば、前記関数式Ｙ＝Ｘ−５０より関数器８３の出力Ｙは、Ｙ＝−４０ppb となる。
【００７８】
この関数器８３の出力Ｙ＝−４０ppb が演算器８４に入力されて、復水ポンプ１０の出口の溶存酸素量（例えばＡppb ＝３０ppb ）と加算され、その演算結果は、３０ppb ＋（−４０ppb ）＝−１０ppb となる。
【００７９】
そして、この演算器８４の出力（−１０ppb ）は比較器８６に入力され、この比較器８６において、ヒドラジンの測定値（例えばＤppb ＝５０ppb ）との偏差Ｅppb ＝〔Ｄppb −（−１０）〕＝Ｄppb ＋１０＝６０ppb が演算される。この意味は、脱気器１８の性能が上昇したことになり、ヒドラジンの注入量を減じることができるようになる。
【００８０】
従って、前記比較器８６の出力（Ｅppb ＝６０ppb ）を、割算器８８に入力して給水温度に関する係数で割算し、減算器６８において、前記割算値を節炭器２２の入口における残留ヒドラジン制御指令値と比較減算し、そしてその偏差を、ＰＩ制御器７０へ入力してＰＩ制御信号を得て、低濃度ヒドラジン注入ポンプ１４におけるサーボユニット３６のピストンに対するストローク制御を行い、節炭器２２の入口における残留ヒドラジンを安定的な値とするように制御することができる。
【００８１】
なお、脱気器１８の温度が充分に確保されている場合は、復水ポンプ１０の出口の溶存酸素量が一定であっても、必要ヒドラジン量は少なくて済むことになる。
【００８２】
また、前記ＰＩ制御器７０で得られるＰＩ制御信号は、比較器７４に送られ、この比較器７４に手動入力された最低ヒドラジン濃度、例えば１５ｐｐｂに対応する信号と比較され、それより大きい範囲で低濃度ヒドラジン注入ポンプ１４の前記ピストンに対するストロークの設定を行ようにして、前記低リミット値を設けることにより、ＰＩ制御器７０から過渡的にヒドラジン濃度０信号が出力されることがあっても、実際にゼロに制御されることを防止することができる。
【００８３】
このような自動ヒドラジン注入制御系を構築することにより、復水器から持ち込まれたボイラ給水中の溶存酸素は、先行的に、速やかにして、定量的かつ合理的に処理することができるため、節炭器２２の入口における目標ヒドラジン量に変動与えることなく、安定した制御を達成することができる。
【００８４】
低濃度ヒドラジン注入ポンプ１４のモータ３４を駆動するインバータ２８は、フアンクションジェネレータにおいて復水流量信号から、例えば復水流量比例ヒドラジン注入量信号が計算されて制御されている。すなわち、濃度測定結果を待たずして、先行プログラム的にモータ３４の回転数を設定している。ここで、復水流量信号を変換する関数の一例として使用される比例式（ｙ＝ａｘ＋ｂ）の比例係数ａおよび固定項ｂの値は、ＳＶ3 −ＰＶ3 の値が極小になるように決定される。
【００８５】
この場合の制御においても、高濃度ヒドラジンの場合と同様に、サーボユニット３６に対するポンプストロークの制御を行うことに代えて、モータ３４の回転数を制御するように設定しても差し支えない（図３参照）。
【００８６】
前述した本発明に係る自動ヒドラジン注入制御システムと、前記第１の水素イオン濃度検出手段としての電導度計３８および第１のヒドラジン濃度計４０を設けていない従来のヒドラジン注入制御システムとにつき、ドラムユニットの負荷変動がほぼ等しい場合における、それぞれ節炭器の入口側のヒドラジン濃度の変動を比較した結果を、図４および図５、図６に示す。すなわち、図４は従来のヒドラジン注入制御システムによる特性を示すものであり、図５は本発明のヒドラジン注入制御システムによるボイラ起動時の特性を示し、また図６は本発明のヒドラジン注入制御システムによるボイラ通常運転時の特性を示すものである。
【００８７】
なお、この場合、それぞれのヒドラジン注入制御システムにおける制御系の運転条件としては、復水流量４６０Ｔ／Ｈ、給水流量４７０Ｔ／Ｈとし、電導度計およびヒドラジン濃度計による測定のためのサンプリング時間の遅れはないものとした。
【００８８】
また、脱気器１８の入口と低圧ヒータ１６との間、脱気器１８の出口と高圧ヒータ２０との間、並びに節炭器２２の入口と給水ポンプ１９との間には、それぞれ溶存酸素計７６、７７、７８を設けて（図１参照）、溶存酸素量を検出し、記録した。そして、前記各制御系において、純水を５Ｔ／Ｍの量で３分間復水器（図示せず）へ投入した際の各ヒドラジン注入ポンプの注入率、電導度計およびヒドラジン濃度計の測定値を求めた。
【００８９】
従って、図４および図５、図６の結果から、純水の投入により、既存のアンモニア濃度が薄められることによる復水ポンプの出口側での電導度の変化は、各制御系においてそれぞれ同じであり、脱気器の入口側および出口側の溶存酸素量は、同じ遅れ時間で同程度の変化を示しているが、節炭器の入口側の電導度およびヒドラジン濃度の変動には、大きな差が生じていることは明白である。
【００９０】
このように、従来のヒドラジン注入制御システムにおいては、水を補給した際には補給水中の溶存酸素の消費に伴ってヒドラジン濃度が０近くまで低下することがあるが（図４参照）、本発明による自動ヒドラジン注入制御システムによれば、節炭器の入口における水素イオン濃度およびヒドラジン濃度をそれぞれ管理目標値に対し適正に維持することができる（図５、図６参照）。
【００９１】
さらに、本発明による自動ヒドラジン注入制御システムによれば、復水から持ち込まれる溶存酸素量に即対応してヒドラジンを注入しているため、時間遅れなく脱酸素作用が可能となる。そして、ボイラ起動時には、脱気器の機能が低いため、ヒドラジンに依存した脱酸素を行う（図５参照）。また、ボイラ通常運転時には、脱気器の機能が回復しているため、ヒドラジンに多く依存することなく脱酸素を行い、合理的なヒドラジンの消費を図ることができる（図６参照）。
【００９２】
【発明の効果】
前述した実施例から明らかなように、本発明の自動ヒドラジン注入制御システムによれば、オペレータの経験および作業が不要となり、無人の自動ヒドラジン注入制御システムも実現可能である。また、節炭器の入口における水素イオン濃度およびヒドラジン濃度を、脱気器の上流側においてもそれぞれフィードバック信号を得ることによって、管理目標値に対する適正化および安定化を迅速かつ容易に達成することができ、ボイラシステムの寿命の延長に寄与する効果は極めて大きい。
【００９３】
特に、本発明の自動ヒドラジン注入制御システムにおいては、ボイラの起動時における給水中の溶存酸素の脱酸素処理を比較的簡単な構成により、簡便にかつ低コストに行うことができる利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自動ヒドラジン注入制御システムの一実施例を示す制御系統図である。
【図２】復水中の電導度に基づいて高濃度ヒドラジン注入ポンプの制御を行うための制御演算ルーチンのフローチャート図である。
【図３】復水中のヒドラジン濃度に基づいて低濃度ヒドラジン注入ポンプの制御を行うための制御演算ルーチンのフローチャート図である。
【図４】従来のヒドラジン注入制御システムによる復水の電導度およびヒドラジン濃度の変動状態を示す波形図である。
【図５】本発明に係る自動ヒドラジン注入制御システムによるボイラ起動時の復水の電導度およびヒドラジン濃度の変動状態を示す波形図である。
【図６】本発明に係る自動ヒドラジン注入制御システムによるボイラ通常運転時の復水の電導度およびヒドラジン濃度の変動状態を示す波形図である。
【図７】  第２の溶存酸素計による測定値の関数化特性の一例を示す特性線図である。
【図８】従来のヒドラジン注入制御システムの構成例を示す制御系統図である。
【符号の説明】
１０  復水ポンプ
１２  高濃度ヒドラジン注入ポンプ
１４  低濃度ヒドラジン注入ポンプ
１５  復水ブースタポンプ
１６  低圧ヒータ
１８  脱気器
１９  給水ポンプ
２０  高圧ヒータ
２２  節炭器
２４  ボイラ
２６、２８  インバータ
３０、３４  モータ
３２、３６  サーボユニット
３８  第１の電導度計
４０  第１のヒドラジン濃度計
４２  サンプリング導入管
４４  第２の電導度計
４６  第２のヒドラジン濃度計
４８  掛算器
５０  加算器
５２、６２  減算器
５４、６４  掛算器
５６、６６  積分器
５８  減算器
６０  ＰＩ制御器
６８  減算器
７０  ＰＩ制御器
７４  比較器
７６、７７、７８  溶存酸素計
８０  第１の溶存酸素計
８２  第２の溶存酸素計
８３  関数器
８４  演算器
８６  比較器
８８  割算器
【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】
0003871389.tif 000007
【図６】
0003871389.tif 000008
【図７】
0003871389.tif 000009
【図８】
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