(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラの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水質監視方法であって、
前記給水系統に鉄腐食防止の薬剤としてアンモニアを添加した給水を一部抜出し、該給水の電気伝導率を電気伝導率計により計測し、予め計測した電気伝導率とｐＨ値との相関関係から、給水のｐＨ値を求めると共に、
前記電気伝導率計の後流側に設けられた陽イオン交換樹脂により給水中の陽イオンを吸着し、その後陽イオン除去後の給水の酸電気伝導率を酸電気伝導率計により計測し、該計測値より前記電気伝導率を補正し、該電気伝導率の補正値を用いて、予め計測した電気伝導率とｐＨ値との相関関係から、給水のｐＨ値を補正することを特徴とするタービン設備の水質監視方法。
【請求項２】
ボイラの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水質監視方法であって、
ボイラ水系統に鉄腐食防止の薬剤としてリン酸ナトリウムを添加したボイラ水を一部抜出し、該ボイラ水の電気伝導率を電気伝導率計により計測し、予め計測した電気伝導率とｐＨ値との相関関係から、ボイラ水のｐＨ値を求めると共に、
前記電気伝導率計の後流側に設けられた陰イオン交換樹脂によりボイラ水中の陰イオンを吸着し、その後陰イオン除去後のボイラ水のアルカリ電気伝導率をアルカリ電気伝導率計により計測し、該計測値より前記電気伝導率を補正し、該電気伝導率の補正値を用いて、予め計測した電気伝導率とｐＨ値との相関関係から、ボイラ水のｐＨ値を補正することを特徴とするタービン設備の水質監視方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記酸電気伝導率計またはアルカリ電気伝導率計の後流側にｐＨ計を設け、陽イオン交換樹脂または陰イオン交換樹脂の劣化の有無を監視することを特徴とするタービン設備の水質監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水質監視の信頼性の向上を図るタービン設備の水質監視方法に関する。
【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５に示す。図５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。また、中圧過熱器２１からの蒸気の一部はガスタービン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の入口側で給水の一部が復水器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調整用として復水５０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、ｐＨを９．０以上と高くする場合においては、非特許文献１に準拠する給水系統やボイラ水系統における水質監視が必須となり、複数箇所でのサンプリング（例えば図５中、Ｓ1〜Ｓ4）を行なって、各種分析（水質分析、電気伝導率、酸電気伝導率、溶存酸素、ｐＨ計測等）をおこなっているが、設備の起動・停止における温度による計測値の変化があるので、例えばｐＨ値が変化するという問題がある。
また、従来ではｐＨ値の信頼性を保証するために、例えば２週間に一度の定期的なｐＨ計のメンテナンス（ｐＨ校正）を必要としている。
【００１４】
また、適正なｐＨ値の計測のためには、サンプルを抜出したラインに、サンプルの温度を一定に保持（例えば２５℃の水温を保持する等）する温度保証回路を設置する必要があるが、液相が一定の場合にのみ有効となり、例えば海水等のリークによる不純物が混入するような場合には適確に対応することができない、という問題がある。
【００１５】
また、サンプリング個所は、図５に示す以外に、複数箇所（複水ポンプ出口、低圧節炭器入口、低圧蒸気ドラム、中圧蒸気ドラム、高圧蒸気ドラム、低圧ドラム飽和蒸気、低圧主蒸気、中圧ドラム飽和蒸気、中圧主蒸気、高圧ドラム飽和蒸気、高圧主蒸気、補給水、軸受冷却水等）あり、高価な温度保証回路を複数の個所に設置するにはコストがかかるという問題がある。
【００１６】
また、電気伝導率の計測においては、陽イオン交換樹脂を通過した後の電気伝導度を計測していた（特許文献２）が、該電気伝導度の数値にバラツキがあった場合に、陽イオン交換樹脂の寿命であるのか、又は不純物により水質が変化したのかの判断が不明となるという問題がある。
【００１７】
よって、低コストで且つ水質監視の信頼性の高い水質監視装置の出現が切望されている。
【００１８】
本発明は、前記問題に鑑み、水質監視の信頼性の向上を図るタービン設備の水質監視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、ボイラの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水質監視方法であって、前記給水系統に鉄腐食防止の薬剤としてアンモニアを添加した給水を一部抜出し、該給水の電気伝導率を電気伝導率計により計測し、予め計測した電気伝導率とｐＨ値との相関関係から、給水のｐＨ値を求めると共に、前記電気伝導率計の後流側に設けられた陽イオン交換樹脂により給水中の陽イオンを吸着し、その後陽イオン除去後の給水の酸電気伝導率を酸電気伝導率計により計測し、該計測値より前記電気伝導率を補正し、該電気伝導率の補正値を用いて、予め計測した電気伝導率とｐＨ値との相関関係から、給水のｐＨ値を補正することを特徴とするタービン設備の水質監視方法にある。
【００２３】
第２の発明は、ボイラの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水質監視方法であって、ボイラ水系統に鉄腐食防止の薬剤としてリン酸ナトリウムを添加したボイラ水を一部抜出し、該ボイラ水の電気伝導率を電気伝導率計により計測し、予め計測した電気伝導率とｐＨ値との相関関係から、ボイラ水のｐＨ値を求めると共に、前記電気伝導率計の後流側に設けられた陰イオン交換樹脂によりボイラ水中の陰イオンを吸着し、その後陰イオン除去後のボイラ水のアルカリ電気伝導率をアルカリ電気伝導率計により計測し、該計測値より前記電気伝導率を補正し、該電気伝導率の補正値を用いて、予め計測した電気伝導率とｐＨ値との相関関係から、ボイラ水のｐＨ値を補正することを特徴とするタービン設備の水質監視方法にある。
【００２４】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記酸電気伝導率計またはアルカリ電気伝導率計の後流側にｐＨ計を設け、陽イオン交換樹脂または陰イオン交換樹脂の劣化の有無を監視することを特徴とするタービン設備の水質監視方法にある。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、温度変動があっても安定してｐＨを計測できると共に、例えば海水等の不純物が混入した場合においてもｐＨを補正することができる。これにより従来のような定期的なｐＨ計のメンテナンスを不要とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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】
【００２７】
本発明による実施例に係るタービン設備の水質監視方法について、図面を参照して説明する。図１は、実施例に係るタービン設備の水質監視方法を実施する水質監視装置を示す概略図である。なお、排熱回収ボイラ装置を備えたタービン設備は同一であるので省略する。
図１に示すように、本実施例に係る第１の水質監視装置１００Ａは、給水系統に鉄腐食防止の薬剤としてアンモニアを添加した給水を図５のＳ1からサンプル水１０１Ａとして一部抜出し、該電気伝導率を計測する電気伝導率計１０２と、前記電気伝導率計１０２の後流側に設けられ、給水中の陽イオンを吸着する陽イオン交換樹脂１０３と、前記陽イオン交換樹脂１０３の後流側に設けられ、陽イオン除去後の給水の電気伝導率を計測する酸電気伝導率計１０４と、を具備してなるものである。
【００２８】
そして、前記電気伝導率計１０２で電気伝導率を計測し、例えば図４に示すような予め計測した電気伝導率とｐＨ値との関係を示すグラフから給水のｐＨ値を求める。
これによりｐＨ計の信頼性がなくても水質を評価することができる。
【００２９】
また、前記電気伝導率計の後流側に設けられた陽イオン交換樹脂１０３により給水中の陽イオンを吸着し、その後陽イオン除去後の給水の酸電気伝導率を計測し、該計測値より前記電気伝導率を補正し、図４に示すような予め計測した電気伝導率とｐＨ値との関係を示すグラフから、電気伝導率の補正値に対応したｐＨ値を求めることにより、給水のｐＨ値を補正するようにしている。
これにより、例えば系統水中に海水等の不純物が混入したような場合に対応することができることになる。
【００３０】
例えば給水中に不純物として海水（ＮａＣｌ）が混入するような場合には、以下のようにしてｐＨ値を補正する。
例えば給水の腐食対策として薬剤のアンモニアを添加（例えば１．５ｍｇ／Ｌ程度）する場合には、通常電気伝導率は０．８６ｍＳ／ｍとなり、図４からｐＨは９．５となる。
しかしながら、海水（ＮａＣｌ）が０．１ｍｇ／Ｌ共存する場合には、電気伝導率は０．０２ｍＳ／ｍ上昇し、電気伝導率計１０２で計測すると０．８８ｍＳ／ｍとなる。この電気伝導率の値（０．８８ｍＳ／ｍ）を図４からｐＨ換算したとしても殆ど変化はない。
ただし、給水中の陽イオンを陽イオン交換樹脂１０３で除去して酸電気伝導率を酸電気伝導率計１０４で計測すると、通常の水の場合の酸電気伝導率である０．０５５ｍＳ／ｍから０．１１７ｍＳ／ｍと塩素イオン（Ｃｌ-）分が大幅に上昇する。
ここで、前記酸電気伝導率計１０４で計測した酸電気伝導率０．１１７ｍＳ／ｍは、電気伝導率０．０２ｍＳ／ｍに相当するＮａＣｌを含むので、前記電気伝導率計１０２で計測された電気伝導率が０.８８ｍＳ／ｍである場合には、電気伝導率の補正値は０.８８−０.０２＝０.８６ｍＳ／ｍとなる。よって、この電気伝導率の補正値（０.８６ｍＳ／ｍ）について図４の関係からｐＨ値を求めると、真の給水のｐＨ＝９．５を求めることができる。
【００３１】
次に、例えば給水中に不純物として海水（ＮａＣｌ）が、先ほどの１０倍である１．０ｍｇ／Ｌ混入するような場合には、以下のようにしてｐＨ値を補正する。
海水（ＮａＣｌ）が１ｍｇ／Ｌ共存する場合には、ｐＨ９．５の給水のｐＨには変化ないが、電気伝導率計１０２で計測すると電気伝導率は０．２２ｍＳ／ｍ上昇し、１．０８ｍＳ／ｍとなる。この電気伝導率の値（１．０８ｍＳ／ｍ）を図４からｐＨ換算するとｐＨは９．８（ｐＨ＋０．３の上昇）となる。
そこで、給水中の陽イオンを陽イオン交換樹脂１０３で除去して酸電気伝導率を酸電気伝導率計１０４で計測すると、通常の水の場合の酸電気伝導率である０．０５５ｍＳ／ｍから０．７３ｍＳ／ｍと塩素イオン（Ｃｌ-）分が大幅に上昇する。
ここで、前記酸電気伝導率計１０４で計測した酸電気伝導率０．７３ｍＳ／ｍは、電気伝導率０．２２ｍＳ／ｍに相当するＮａＣｌを含むので、前記電気伝導率計１０２で計測された電気伝導率が１.０８ｍＳ／ｍである場合には、電気伝導率の補正値は１.０８−０.２２＝０.８６ｍＳ／ｍとなる。よって、この電気伝導率の補正値（０.８６ｍＳ／ｍ）について図４の関係からｐＨ値を求めると、真の給水のｐＨ＝９．５を求めることができる。
【００３２】
このように、本実施例によれば、高価な温度保証回路装置を不要として給水のｐＨを計測できると共に、例えば海水等の不純物が混入した場合にも酸電気伝導率計１０４を用いて前記電気伝導率計１０２により計測した電気伝導率を校正することができることとなり、常に正確な給水のｐＨ値を計測することができる。
なお、サンプル水１０１Ａは別途排水される。
【実施例２】
【００３３】
図２は本実施例に係るタービン設備の水質監視方法を実施する水質監視装置の概略図である。図２に示すように本実施例に係る第２の水質監視装置１００Ｂは、実施例１の酸電気伝導率計１０４の後流側にｐＨ計１０５を設けてなるものである。
【００３４】
本実施例では、前記ｐＨ計１０５を設けることにより、陽イオン交換樹脂１０３から例えばアンモニア等が溶出して劣化した場合に、ｐＨ計が大きく変動するので、この変化を確認することで陽イオン交換樹脂の健全性の有無を監視することができる。
【００３５】
また、本実施例では陽イオンの有無（イオン交換樹脂の破壊の有無）を検出するのみであるので、ｐＨ計には高価な温度保証回路は不要となり、簡易なｐＨ計を用いることができ、コストの低減を図ることができる。
【実施例３】
【００３６】
図３は本実施例に係るタービン設備の水質監視方法を実施する水質監視装置の概略図である。図３に示すように本実施例に係る第３の水質監視装置１００Ｃは、ボイラ水系統に鉄腐食防止の薬剤としてリン酸ナトリウムを添加したボイラ水を図５のＳ2、Ｓ3、Ｓ4から一部抜出し、該ボイラ水１０１Ｂの電気伝導率を計測する電気伝導率計１０２と、前記電気伝導率計１０２の後流側に設けられ、ボイラ水中の陰イオンを吸着する陰イオン交換樹脂１０６と、前記陰イオン交換樹脂１０６の後流側に設けられ、陰イオン除去後のボイラ水の電気伝導率を計測するアルカリ電気伝導率計１０７とを具備してなるものである。
【００３７】
ボイラ水の場合には、蒸気となるので、リン酸ナトリウム等を薬剤４７として注入している（図５参照）。
よって、本実施例では、ボイラ水のｐＨを計測する場合に、前記薬剤として注入されているリン酸イオンの影響を除去するために、ボイラ水を一部抜出し、該ボイラ水の電気伝導率を電気伝導率計１０２で計測し、図４に示すような予め計測した電気伝導率とｐＨ値との関係を示すグラフからボイラ水のｐＨ値を求めると共に、前記電気伝導率計の後流側に設けられた陰イオン交換樹脂１０６によりボイラ水中の陰イオンを吸着し、その後陰イオン除去後のボイラ水のアルカリ電気伝導率をアルカリ電気伝導率計１０７で計測し、該計測値より前記電気伝導率を補正し、図４に示すような予め計測した電気伝導率とｐＨ値との関係を示すグラフから、電気伝導率の補正値に対応したｐＨ値を求めることにより、ボイラ水のｐＨ値を補正するようにしている。
【００３８】
また、本実施例では、実施例２と同様に、アルカリ電気伝導率計１０７の後流側にｐＨ計１０５を設けることにより、陰イオン交換樹脂１０６の健全性の有無を監視するようにしている。
【００３９】
以上説明したように、本発明によれば例えば火力プラント等に設置されるタービン設備の水質の監視の信頼性を向上することができることとなる。
【００４０】
なお、従来においては、海水の漏洩を監視するために電気伝導率と酸電気伝導率とを用いてなる提案（前述特許文献２：特開平５−２６４４９２号公報）があるが、本発明は両者を用いてｐＨを補正して、適宜適切なｐＨ値を求めることができ、水質監視の向上を図ることができる点において相違する。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上のように、本発明では、水質監視の信頼性を向上することができ、タービン設備の水質監視に用いて適している。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施例１に係るタービン設備の水質監視方法を実施する水質監視装置の概略図である。
【図２】実施例２に係るタービン設備の水質監視方法を実施する水質監視装置の概略図である。
【図３】実施例３に係るタービン設備の水質監視方法を実施する水質監視装置の概略図である。
【図４】電気伝導率とｐＨ値との関係を示すグラフである。
【図５】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。
【符号の説明】
【００４３】
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
４６、４７  薬剤
１００Ａ〜１００Ｃ  第１〜第３の水質監視装置
１０１Ａ  サンプル水（給水）
１０１Ｂ  サンプル水（ボイラ水）
１０２  電気伝導率計
１０３  陽イオン交換樹脂
１０４  酸電気伝導率計
１０５  ｐＨ計
１０６  陰イオン交換樹脂
１０７  アルカリ電気伝導率計
【図１】
0004918517.tif 000002
【図２】
0004918517.tif 000003
【図３】
0004918517.tif 000004
【図４】
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【図５】
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