(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラと、該ボイラからの蒸気を用いて仕事をする蒸気タービンと、該蒸気タービンで使用した蒸気を復水する復水器と、復水器からの復水を脱気する脱気器と、該脱気器で脱気された水をボイラに供給するボイラ給水系統と、ボイラで得られた気水混合流体を気水分離する気水分離器と、該気水分離器で分離された水を給水と合流させる合流部を経由してボイラ給水系統に戻す給水再循環系統とを備えたボイラ設備において、
脱気器で脱気された水をボイラに供給するボイラ給水系統に注入量調節手段を有する酸素注入部を設けると共に給水再循環系統にも注入量調節手段を有する酸素注入部を設け、
給水再循環系統がボイラ給水系統へ合流する合流部の後流側と前流側のボイラ給水系統に給水中の酸素濃度を測定する酸素濃度計をそれぞれ設け、
給水再循環系統が起動中には給水再循環系統の酸素注入部の注入量調節手段の酸素注入量の調節はボイラ給水系統の合流部の後流側に設けられた酸素濃度計の測定値に基づき行うと共にボイラ給水系統の酸素注入部の注入量調節手段の酸素注入量の調節はボイラ給水系統の合流部の前流側に設けられた酸素濃度計の測定値に基づき行い、
給水再循環系統が停止中にはボイラ給水系統の酸素注入部の注入量調節手段の酸素注入量の調節はボイラ給水系統の合流部の後流側に設けられた前記酸素濃度計の測定値に基づき行う制御装置を設けたことを特徴とするボイラ設備。
【請求項２】
ボイラと、該ボイラからの蒸気を用いて仕事をする蒸気タービンと、該蒸気タービンで使用した蒸気を復水する復水器と、復水器からの復水を脱気する脱気器と、該脱気器で脱気された水をボイラに供給するボイラ給水系統と、ボイラで得られた気水混合流体を気水分離する気水分離器と、該気水分離器で分離された水を給水と合流させる合流部を経由してボイラ給水系統に戻す給水再循環系統とを備えたボイラ設備の給水処理方法において、
脱気器で脱気された水をボイラに供給するボイラ給水系統へ酸素を注入すると共に給水再循環系統の再循環水にも酸素を注入することができるようにし、
給水再循環系統が起動中には給水再循環系統への酸素注入量の調節はボイラ給水系統の合流部の後流側の酸素濃度に基づき行うと共にボイラ給水系統への酸素注入量の調節はボイラ給水系統の合流部の前流側の酸素濃度の測定値に基づき行い、
給水再循環系統が停止中にはボイラ給水系統への酸素注入量の調節はボイラ給水系統の合流部の後流側の酸素濃度の測定値に基づき行うことを特徴とするボイラ設備の給水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラの低負荷時にボイラ水壁の流量を確保する目的で設置されるボイラ再循環ポンプを有するボイラ設備に関し、特にボイラ給水中に酸素を注入することによりボイラ給水系統に設けられた機器や配管の防食を行う酸素処理法を採用しているボイラ設備の給水制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術のボイラ設備の給水中への酸素注入設備を有するプラントの給水制御系統図を図２に示す。
蒸気タービン（図示せず）で使用された蒸気は復水器（図示せず）で復水され、復水管１を経て脱気器２で脱気され、脱気器貯水タンク３に送られる。
脱気器貯水タンク３の出口に設けられた脱気器降水管４には酸素注入配管１９が接続され、酸素注入配管１９に設けられた酸素流量調節弁１８により流量調節された溶存酸素含有水が注入される。酸素注入配管１９から注入される溶存酸素を適度に含んだ水はボイラ給水ポンプ５により圧力が上げられ、高圧給水加熱器６、高圧給水加熱器出口ボイラ給水管７及び節炭器入口ボイラ給水管８を通り、節炭器９へ給水される。節炭器９で加熱された後、蒸発部１０に送られた加熱水は蒸発部１０でさらに加熱されて気水混合流体となり、気水分離器１１へ送られる。気水分離器１１で気水混合流体は蒸気と水に分離され、蒸気は過熱器１６に送られ、水は気水分離器タンク１２（ドレンタンクとも称する）へ落下する。
【０００３】
気水分離器タンク１２内の水はボイラ再循環ポンプ１３により圧力上昇させられ、ボイラ再循環流量調節弁１４を設けたボイラ再循環水配管１５を通り、節炭器入口ボイラ給水管８へ戻される。
【０００４】
気水分離器１１を通った気液混合流体の中の溶存酸素は、殆どは蒸気側へ移行し、水側へは殆ど移行しないため、ボイラ再循環水の中へは殆ど酸素が溶けていない。酸素が溶けてない水が節炭器入口ボイラ給水管８へ戻されると、節炭器入口ボイラ給水管８内の溶存酸素濃度を規定値にするためには、復水管１を経て脱気器２から送られてくる給水中の溶存酸素濃度を高くする必要がある。ところが、脱気器２から送られてくる給水中の溶存酸素濃度を高くすると、この水中の溶存酸素濃度は規定値を超えることになり、高圧給水加熱器６等に孔食等のトラブルを発生する可能性がある。
【０００５】
通常、ボイラ節炭器入口ボイラ給水管８内の給水の溶存酸素濃度は５０〜１００ｐｐｂになるように、高圧給水加熱器６出口のボイラ給水配管７に設けられた給水サンプリング配管３６に設けられた給水流量計３７からの信号及び節炭器入口給水管８の給水サンプリング配管２２に設けられた酸素分析計２３からの信号を制御装置３８で演算し、得られた注入酸素濃度信号３９に従って脱気器出口酸素流量調節弁１８を調整して酸素注入管１９からの酸素注入量をコントロールしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ボイラの蒸発部１０で加熱されて気水混合状態となった水は、気水混合状態で気水分離器１１に入り、水と蒸気に分離され、気水分離器１１で分離された蒸気は過熱器１６へ、気水分離器１１で分離された水は気水分離タンク１２からボイラ再循環ポンプ１３により、節炭器入口ボイラ給水管８に戻される。
節炭器入口ボイラ給水管８に戻された給水は、高圧給水加熱器６からの給水と混合され節炭器９に給水される。
【０００７】
図３に酸素の気液分解平衡定数を示す。図３は蒸気中の酸素と水中の酸素分配平衡定数を表している。例えば、温度が２５０℃の飽和水の場合、分配平衡定数は８×１０２となるため、気水混合流体中の酸素は殆ど蒸気中へ移行する。
【０００８】
従って気水分離器１１で分離された水の中には、溶存酸素は殆ど残らないことになり、溶存酸素の殆ど入っていない水がボイラ再循環ポンプ１３を通り、節炭器入口ボイラ給水管８へ合流する。
【０００９】
一般に、ボイラの高負荷時にはボイラ再循環ポンプ１３が運転停止され、ボイラ給水ポンプ５が運転される。しかし、ボイラの運転停止時、ボイラ起動初期及びボイラ低負荷運転時には、ボイラの最低給水流量を確保する目的でボイラ再循環ポンプ１３が起動され、気水分離器１１で分離された水が節炭器入口ボイラ給水管８に戻される。
【００１０】
図２に示す従来技術のプラントの給水制御機構では、気水分離器タンク１２の出口部のボイラ再循環水配管１５には酸素注入のための装置は設置されておらず、ボイラ給水中の溶存酸素の濃度調節は、脱気器貯水タンク３の出口に設けられた脱気器降水管４に設けられた酸素注入配管１９だけで行っていた。
【００１１】
ボイラの高負荷時にはボイラ再循環ポンプ１３が運転停止され、脱気器３出口給水中に注入された酸素は、ボイラ給水ポンプ５及び高圧給水加熱器６を経由してボイラに到達する。しかし、前記ボイラ起動停止時、ボイラ起動初期又は低負荷運転時のボイラの最低給水流量を確保するためだけのボイラ再循環ポンプ１３の運転では、ボイラ循環水中の適正な酸素濃度が保てないという問題があった。
【００１２】
ボイラの起動初期には、高圧給水加熱器６からの給水量とボイラ再循環ポンプ１３からの給水量の比率は前者：後者で１：１０程度となるため、例えば、節炭器９の入口部の給水中の溶存酸素濃度を１００ｐｐｂにコントロールした場合、高圧給水加熱器６からの給水の溶存酸素濃度は１１００ｐｐｂ程度にしないと節炭器９入口での給水中の溶存酸素濃度を１００ｐｐｂに保てないことになる。
【００１３】
高圧給水加熱器６側の酸素濃度が１１００ｐｐｂもの高濃度になると酸素濃度が高すぎて、高圧給水加熱器出口ボイラ給水管７などに腐食による孔が発生（孔食発生）する等の問題がある。
【００１４】
また、気水分離器タンク１２から高圧給水加熱器出口ボイラ給水管７までのボイラ再循環水配管１５内の水中には酸素が殆ど存在しないため、酸素処理としての効果が無くなり、配管１５からの鉄の溶出が増え、節炭器９の入口ボイラ給水管８の水中の鉄濃度が高くなるという問題がある。
【００１５】
なお、通常ボイラの起動初期には、復水器（図示せず）で除去しきれない復水中の二酸化炭素ガス等を脱気器２で脱気器ベント弁（図示せず）を開にして脱気器外に除去するボラタイル処理を行い、その後、酸素を注入する酸素処理法に移行させ、前記移行時には前記脱気器ベント弁を閉にして、脱気器２で脱気された酸素が器外に抜けないようにして溶存酸素濃度値が一定になるように制御している。
【００１６】
本発明の課題はボイラ運転起動初期又は低負荷時などを含めてどのようなボイラ運転時にでもボイラ給水中の溶存酸素濃度を適切に維持することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、溶存酸素が殆ど無くなる気水分離器タンク出口部に酸素注入配管を設置したことを特徴とする。
すなわち、請求項１記載の本発明は、ボイラと、該ボイラからの蒸気を用いて仕事をする蒸気タービンと、該蒸気タービンで使用した蒸気を復水する復水器と、復水器からの復水を脱気する脱気器と、該脱気器で脱気された水をボイラに供給するボイラ給水系統と、ボイラで得られた気水混合流体を気水分離する気水分離器と、該気水分離器で分離された水を給水と合流させる合流部を経由してボイラ給水系統に戻す給水再循環系統とを備えたボイラ設備において、脱気器で脱気された水をボイラに供給するボイラ給水系統に注入量調節手段を有する酸素注入部を設けると共に給水再循環系統にも注入量調節手段を有する酸素注入部を設け、給水再循環系統がボイラ給水系統へ合流する合流部の後流側と前流側のボイラ給水系統に給水中の酸素濃度を測定する酸素濃度計をそれぞれ設け、給水再循環系統が起動中には給水再循環系統の酸素注入部の注入量調節手段の酸素注入量の調節はボイラ給水系統の合流部の後流側に設けられた酸素濃度計の測定値に基づき行うと共にボイラ給水系統の酸素注入部の注入量調節手段の酸素注入量の調節はボイラ給水系統の合流部の前流側に設けられた酸素濃度計の測定値に基づき行い、給水再循環系統が停止中にはボイラ給水系統の酸素注入部の注入量調節手段の酸素注入量の調節はボイラ給水系統の合流部の後流側に設けられた前記酸素濃度計の測定値に基づき行う制御装置を設けたボイラ設備である。
また、請求項２記載の本発明は、ボイラと、該ボイラからの蒸気を用いて仕事をする蒸気タービンと、該蒸気タービンで使用した蒸気を復水する復水器と、復水器からの復水を脱気する脱気器と、該脱気器で脱気された水をボイラに供給するボイラ給水系統と、ボイラで得られた気水混合流体を気水分離する気水分離器と、該気水分離器で分離された水を給水と合流させる合流部を経由してボイラ給水系統に戻す給水再循環系統とを備えたボイラ設備の給水処理方法において、脱気器で脱気された水をボイラに供給するボイラ給水系統へ酸素を注入すると共に給水再循環系統の再循環水にも酸素を注入することができるようにし、給水再循環系統が起動中には給水再循環系統への酸素注入量の調節はボイラ給水系統の合流部の後流側の酸素濃度に基づき行うと共にボイラ給水系統への酸素注入量の調節はボイラ給水系統の合流部の前流側の酸素濃度の測定値に基づき行い、給水再循環系統が停止中にはボイラ給水系統への酸素注入量の調節はボイラ給水系統の合流部の後流側の酸素濃度の測定値に基づき行うボイラ設備の給水処理方法である。
【００１８】
より具体的には、給水再循環系統が起動中（ボイラ起動時初期又は低負荷時）には給水再循環系統の酸素注入部への酸素注入量の調節はボイラ給水系統の合流部の後流側の酸素濃度測定値に基づき行うと共にボイラ給水系統の酸素注入量の調節はボイラ給水系統の合流部の前流側の酸素濃度の測定値に基づき行い、給水再循環系統が停止中（ボイラ高負荷時）にはボイラ給水系統への酸素注入量の調節はボイラ給水系統の合流部の後流側の酸素濃度の測定値に基づき行う給水処理方法とそのための装置である。
【００１９】
【作用】
ボイラ起動時初期又は低負荷時など給水再循環系統が起動中（図１のボイラ再循環ポンプ１３起動中）には気水分離器１１のタンク出口部の再循環水に酸素を注入することにより行う。
【００２０】
また前記給水再循環系統が起動中には給水再循環系統の酸素注入部（図１のボイラ再循環水管１５）への酸素注入量の調節（図１の気水分離器タンク出口酸素注入ポンプ２４による）はボイラ給水系統の合流部の後流側の酸素濃度（酸素分析計２３の測定値）に基づき行うと共にボイラ給水系統（図１の脱気器降水管４）の酸素注入量の調節（図１の脱気器出口酸素流量調節弁１８による）はボイラ給水系統の合流部の前流側の酸素濃度（酸素分析計２１の測定値）に基づき行うことで、気水分離器１１のタンク出口部の再循環水からボイラ給水系統の合流部（図１のボイラ給水管７へのボイラ再循環水管１５の合流点）までの給水系統（図１のボイラ再循環水管１５）の酸素処理による防食効果が発揮されることになり、配管（循環水管１５）からの鉄分の溶出が減るため、前記合流部の後流側（図１の節炭器ボイラ給水管８）の鉄濃度を下げる効果も発揮する。
【００２１】
また、ボイラ給水系統の合流部の前流側（図１の高圧給水加熱器出口ボイラ給水管７）も給水の溶存酸素濃度を規定値に保ち、同時に前記合流部の後流側（図１の節炭器入口ボイラ給水管８）の溶存酸素濃度を規定値に保つことができるのでボイラ給水系統の配管の防食効果が発揮されることになる。
【００２２】
気水分離器のタンク出口部の再循環水中への酸素の注入は、高濃度の溶存酸素を溶かした水を、例えば薬液注入ポンプ（図１の注入ポンプ２４）を使って注入する等の手段により達成される。
【００２３】
一方、ボイラ高負荷時には給水再循環系統は停止中であり、給水再循環系統の再循環水中には酸素を注入する必要がなく、ボイラ給水系統（脱気器降水管４）への酸素注入量の調節はボイラ給水系統の合流部の後流側の酸素濃度（酸素分析計２３の測定値）に基づき行うのでボイラ給水系統の配管の防食効果が発揮される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図１と共に説明する。図１に示す実施の形態の特徴は、気水分離器タンク１２の出口に気水分離器タンク出口酸素注入ポンプ２４と気水分離器タンク出口酸素注入管２５を設けたことである。
【００２５】
蒸気タービン（図示せず）で使用された蒸気は復水器（図示せず）で復水され、復水管１を経て脱気器２で脱気され、脱気器貯水タンク３に送られる。また、脱気器貯水タンク３の出口に設けられた脱気器降水管４には酸素注入配管１９が接続され、酸素注入配管１９に設けられた酸素流量調節弁１８により流量調節された溶存酸素含有水が注入される。酸素注入配管１９から注入される溶存酸素を適度に含んだ水は、ボイラ給水ポンプ５により圧力が上げられ、高圧給水加熱器６、高圧給水加熱器出口ボイラ給水管７及び節炭器入口ボイラ給水管８を通り、節炭器９へ給水される。節炭器９で加熱された後、蒸発部１０へ送られた加熱水は蒸発部１０で、さらに加熱されて気水混合流体となり気水分離器１１へ送られる。気水分離器１１で気水混合流体は蒸気と水に分離され、蒸気は過熱器１６、水は気水分離器タンク１２へ落下する。
【００２６】
気水分離器タンク１２内の水はボイラ再循環ポンプ１３により圧力が上昇し、ボイラ再循環流量調節弁１４を設けたボイラ再循環水配管１５を通り、節炭器入口ボイラ給水管８へ戻される。気水分離器１１を通った気液混合流体の中の溶存酸素は、水側へは殆ど移行しないため、ボイラ再循環水の中へは殆ど酸素が溶けていない。酸素が溶けてない水が節炭器入口給水管８へ戻されると、節炭器入口給水管８内の溶存酸素濃度を規定値にするためには、復水管１を経て脱気器２から送られてくる蒸気タービン（図示せず）で使用された蒸気から得られる給水の溶存酸素濃度を高くする必要がある。ところが、脱気器２から送られてくる給水の溶存酸素濃度を高くすると、この水中の溶存酸素濃度は規定値を超えることになり、高圧給水加熱器６等に孔食等のトラブルを発生する可能性がある。
本発明は、この現象を防止するために、酸素注入ポンプ２４及び酸素注入管２５を設置したものである。
【００２７】
ボイラ起動時初期又は低負荷時などボイラ再循環ポンプ１３を運転している間には、脱気器２出口での脱気器出口酸素注入配管１９から脱気器降水管４への酸素注入量の調節は酸素分析計信号切替制御装置２８を図１の実線位置に切り替えることにより、高圧給水加熱器６の出口給水サンプリング配管２０に設けられる溶存酸素分析計２１の信号２６に基づきボイラ給水ポンプ５からの脱気器降水管４内の給水流量信号２９とを制御装置３３で演算し、脱気器出口酸素注入量制御信号３０を得て、制御信号３０を酸素流量調節弁１８に送り流量調節された溶存酸素含有水を酸素注入配管１９から脱気器降水管４に注入する。
【００２８】
また、ボイラ再循環ポンプ１３が起動中には気水分離器貯水タンク１２出口部のボイラ再循環水管１５へ酸素注入ポンプ２４により酸素注入管２５から酸素を注入する。その注入量は、ボイラ再循環流量調節弁１４からのボイラ再循環流量信号３１及び節炭器入口ボイラ給水管８に接続している給水サンプリング配管２２に設けられた酸素分析計２３の信号２７に基づき制御装置３２で演算され、ボイラ再循環酸素注入量制御信号３４を得て、これを酸素注入ポンプ２４の運転制御により行われる。
【００２９】
このようにボイラ再循環ポンプ１３が起動中には、ボイラ再循環水管１５の酸素処理による防食効果が発揮されることになり、循環水管１５からの鉄分の溶出が減るため、節炭器９入口側配管７の鉄濃度を下げる効果もあり、また高圧給水加熱器出口ボイラ給水管７の給水中の溶存酸素濃度を規定値に保ち、同時に節炭器入口ボイラ給水管８の溶存酸素濃度を規定値に保つことができるのでボイラ給水系統の配管の防食効果が発揮されることになる。
【００３０】
また、ボイラ再循環ポンプ１３が運転停止するボイラ高負荷運用時には、前記脱気器出口酸素流量調節弁１８の制御信号を節炭器８の入口側の給水サンプリング配管２２に設けられた酸素分析計２３の制御信号２６に酸素分析計信号切替制御装置２８により切り替え、この信号とボイラ給水ポンプ５からの給水流量信号２９を制御装置３３で演算して、得られた信号３０に基づき脱気器出口酸素流量調節弁１８の開閉度の制御を行う。こうして脱気器降水管４、加熱器出口ボイラ給水管７、節炭器入口ボイラ給水管８の給水中の溶存酸素濃度を規定値に保つことができるのでボイラ給水系統の配管の防食効果が発揮されることになる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明により、ボイラ起動時及び停止時を含む、低負荷運用時においてもボイラ給水系内のボイラ水は常に適正な酸素濃度を保つことができ、ボイラ給水系の運転上の煩雑さを解決することができると同時に、ボイラ再循環系統を含めてボイラ給水配管の防食上も有利な酸素処理法が常に採用できるという大きなメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態のボイラ設備の構成図である。
【図２】  従来技術によるボイラ設備の構成図である。
【図３】  酸素の気液分解平衡定数を示す。
【符号の説明】
１  復水管                            ２  脱気器
３  脱気器貯水タンク                  ４  脱気器降水管
５  ボイラ給水ポンプ                  ６  高圧給水加熱器
７  高圧給水加熱器出口ボイラ給水管    ８  節炭器入口ボイラ給水管
９  節炭器                            １０  ボイラ蒸発部
１１  気水分離器                      １２  気水分離器タンク
１３  ボイラ再循環ポンプ              １４  ボイラ再循環流量調節弁
１５  ボイラ再循環水配管              １６  過熱器
１７  主蒸気管                        １８  脱気器出口酸素流量調節弁
１９  脱気器出口酸素注入配管
２０、３６  高圧給水加熱器出口サンプリング配管
２１  高圧給水加熱器出口酸素分析計
２２  節炭器入口サンプリング配管      ２３  節炭器入口酸素分析計
２４  気水分離器タンク出口酸素注入ポンプ
２５  気水分離器タンク出口酸素注入配管
２６  高圧給水加熱器出口酸素分析計信号
２７  節炭器入口酸素分析計信号        ２８  酸素計信号切替制御装置
２９  給水流量信号
３０  脱気器出口酸素注入量制御信号    ３１  ボイラ再循環流量信号
３２、３３、３８  制御装置
３４  ボイラ再循環酸素注入量制御信号  ３７  給水流量計
３９  注入酸素濃度信号
【図１】
0004114731.tif 000002
【図２】
0004114731.tif 000003
【図３】
0004114731.tif 000004