JP2672729B2

JP2672729B2 - 水質調整装置

Info

Publication number: JP2672729B2
Application number: JP17894491A
Authority: JP
Inventors: 晃高橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1991-06-25
Publication date: 1997-11-05
Anticipated expiration: 2012-11-05
Also published as: JPH051801A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発電プラント等の復水
および給水の水質を調整する水質調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、発電所等の系統内においては、
系統内の腐食を極力少なくすると共に、ボイラ水管、蒸
気管および給水ポンプ吸込みストレーナへのスケールの
付着の防止を図る必要がある。このために復水、給水、
ボイラ水および蒸気の水質の調節・処理をする。この場
合、ボイラの形式が貫流タイプでは、復水、給水系統内
に揮発性物質処理（以下「ＡＶＴ法」と称する）をす
る。この処理は、アンモニア（ＮＨ₃）およびヒドラジ
ン（Ｎ₂Ｈ₄）の揮発性薬品を注入して、ＰＨ値を９．
０〜９．５および脱酸素となるように制御するものであ
る。

【０００３】ところが、このＡＶＴ法において、より高
い防食効果を得るには高いアンモニア濃度、例えば、Ｐ
Ｈ値が９．４以上を必要とする。このためにＡＶＴ法に
よるとプラント内のアンモニア濃縮部、例えば、復水器
の空気冷却部等では、濃縮アンモニアによる損傷による
いわゆるアンモニアアタックを発生させる原因となる。

【０００４】従って、高濃度アンモニアによるＡＶＴ法
では防食対策に寄与できない。この結果、還元剤である
ヒドラジンによりプラント内の炭素鋼より鉄が復水・給
水系へ溶出し、ボイラ水管、蒸気管や給水ポンプの吸込
みストレーナ等に付着して経年的に厚みを増す。これを
適切な時期に除去しなければならず、プラント運用計画
上大きな支障となっている。また、この除去をしないと
給水ポンプの過負荷運転やボイラチューブの亀裂を招く
おそれがある。

【０００５】ところで、上記した従来のＡＶＴ法の欠点
を改善するために、近年、復水、給水系へアンモニアＮ
Ｈ₃酸素Ｏ₂を注入する複合中性水処理（以下「ＣＷＴ
法」と称する）が段階的に実施されている。

【０００６】このＣＷＴ法によれば、系統内を従来の強
アルカリから弱アルカリとし、かつ、酸素を注入するこ
とにより、ボイラ水管、蒸気管や給水ポンプ吸込みスト
レーナへの鉄酸化物の付着、持込みを大巾に低減するこ
とができる。

【０００７】図６に上記したＣＷＴ法による処理の一般
的な系統図を示す。

【０００８】復水器１に集められたタービン排気および
ヒータドレン（いずれも図示省略）は、海水を冷却水と
する循環水と熱交換され復水化する。この復水は、復水
ポンプ２、復水昇圧ポンプ３により低圧給水加熱器４を
通過し脱気器５へ送水される。

【０００９】また、復水ポンプ２の出口側には、水処理
装置として復水脱塩装置６（以下「コンデミ」と称す
る）が設置されており、これにより復水中の酸化鉄等の
懸濁固形物や塩素イオン等の溶解固形物を除去し系統の
再生をする。

【００１０】脱気器５へ送水された復水は、高圧ヒータ
ドレン（図示省略）と共に、給水ポンプ７に送られ、さ
らに、高圧給水加熱器８、節炭器９を通過し、ボイラ１
０へ送水される。なお、５ａは脱気室、５ｂは脱気器タ
ンクを各々示す。

【００１１】一方、酸素注入による水質調整装置は、復
水系、給水系に各々設置される。復水系では、復水脱塩
装置６の出口側図示ａ点に酸素を注入し、その酸素の注
入量を制御する。また、給水系では、脱気器５の出口側
図示ｂ点に酸素を注入し、その酸素の注入量を制御す
る。

【００１２】具体的には、復水系では、図７に示す如
く、まず、脱気器５の入口の復水流量検出器１１による
流量信号から酸素注入演算器１２の関数演算器１３によ
り、復水系酸素注入目標値を算出する。さらに、補正演
算として節炭器９の入口の酸素濃度検出器１４による酸
素濃度信号を加減演算器１５にて加減演算し、その値を
最終的に酸素注入量の目標値とする。

【００１３】この注入量の目標値は、復水脱塩装置６の
出口側より注入する酸素量を検出する復水側の酸素注入
量検出器１６の信号と比較演算器１７で比較され、これ
により両者の偏差値を求める。そして、この偏差値がＰ
Ｉ演算器１８で比例および積分動作の演算がされ、この
演算信号に基づいて注入弁１９を開閉制御して復水系の
酸素注入量を制御する。

【００１４】給水系では、図７に示す如く、節炭器９の
入口の給水流量検出器２０による流量信号から目標酸素
演算器２１により給水系酸素注入目標値を算出し、さら
に補正演算として、節炭器９の入口の酸素濃度検出器１
４による酸素濃度信号を加減演算器２２にて加減演算
し、この値を注入量の目標値とする。

【００１５】この目標値は、脱気器５の出口側より注入
する酸素量を検出する給水側の酸素注入量検出器２３の
信号と比較演算器２４で比較演算して偏差値を求める。
この偏差値がＰＩ演算器２５で比例および積分動作の演
算がされ、この演算信号に基づいて酸素注入弁２６の開
閉をして、給水系の酸素注入量を制御する。なお、図７
に示す加減演算器１５、加減演算器２２、比較演算器１
７、比較演算器２４の各々では、加減符号を図示省略し
ている。

【００１６】ここで、脱気器５の作用について図８を参
照して説明する。

【００１７】脱気室５ａは、復水（給水）の加熱、脱気
をする。また、脱気器タンク５ｂは復水（給水）の貯蔵
をする。加熱蒸気は、脱気室側部５ｃより導入され、下
部に流れて脱気トレイ５ｄの内部を上昇する。復水（給
水）は、給水配管５ｅにより脱気室５ａに導かれ、脱気
室５ａの上部のスプレイバルブ５ｆにより噴射され微粒
化する。

【００１８】微粒化され表面積が急激に増大した復水
（給水）は、蒸気中で直接接触による熱交換をし、脱気
器５の運転圧力に相当する飽和温度まで温度が上昇す
る。この急速な熱交換により拡散脱気がなされ、復水
（給水）中の大部分の脱気が達成される。

【００１９】さらに、復水（給水）は分配トレイ５ｇに
より脱気トレイ５ｄ上に分配され、蛇行流下しトレイ内
を上昇する加熱蒸気と攪拌され、第２段の脱気が行われ
る。スプレイ室５ｈで復水（給水）により放出された非
凝縮ガスは、脱気室５ａ上部のベント管５ｊから連続的
にベントされる。

【００２０】なお、５ｋは高圧給水加熱器、５ｉは、ス
プレイバルブ５ｆより噴射される給水を示し、さらに、
図示実線矢印線は蒸気の流れ、破線矢印線は、水の流れ
る方向を示す。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たＣＷＴ法による水質調整装置には次の問題がある。

【００２２】上記したＣＷＴ法による水質調整によれ
ば、プラント負荷上昇時、放出酸素が脱気器５の上部に
滞留、蓄積され、かつ、流入復水の温度上昇と共に給水
中への溶解度が低下するという問題がある。

【００２３】即ち、酸素を含んだ復水は、脱気室５ａの
内の分配トレイ５ｇ、脱気トレイ５ｄを落下する間に加
熱蒸気と接触し酸素を放出し、復水は、脱気器タンク５
ｂに蓄積され放出される。このように酸素は、脱気室に
滞留・蓄積するとともに一部は脱気トレイ部５ｄにて再
度復水（給水）へ溶込み、図９に示す例の如く、酸素濃
度Ｄは、ｔ０時点からｔ１時点では、プラント負荷Ｐが
一定の場合には平衡を保っている。

【００２４】その後、プラント負荷Ｐが上昇するｔ１時
点から、器内圧力の上昇と共に、放出酸素は脱気室５ａ
の上部に押し上げられ、脱気室５ａの上部に蓄積され
る。この結果、脱気トレイ部５ｄにて再度復水（給水）
への溶込みがされなくなる。

【００２５】このとき酸素の溶解度は、温度の影響を大
きく受けるため温度が上昇する程その溶解度は大きく低
下し、プラント負荷Ｐが一定となるｔ２時点で酸素濃度
Ｄも安定する。これは、プラント負荷上昇時に放出され
た酸素が、脱気器５の上部に蓄積され、流入復水温度も
徐々に高くなるため脱気器５内が熱バランス的に新しい
平衡状態（貯水部脱気器タンク５ｂの流入復水がその負
荷の飽和温度となるまで）となるまで復水（給水）中の
酸素濃度が低い値となるためである。

【００２６】このこのようにプラント負荷上昇時に復水
（給水）中の酸素濃度が大巾に低下し、長い場合には１
〜２時間継続する。このことは、従来のＡＶＴ法に比較
してＣＷＴ法は、給水系のＰＨ値を下げている関係上か
ら復水・給水系の防食効果が低減し、鉄の溶出が増加す
ることになり、結果としてＣＷＴ法の効果が低下させる
ことになる。

【００２７】そこで、本発明は復水、給水系の酸素濃度
を適正に調整する水質調整装置を提供することを目的と
する。

【００２８】

【課題を解決するための手段】本発明は、復水および給
水を所定の酸素濃度とするための酸素濃度目標値と、こ
の酸素濃度目標値と注入する酸素量とに基づいて制御演
算器で演算処理し、この演算処理出力値により酸素注入
弁を開閉して復水および給水の酸素濃度を所定値に制御
する複合中性水処理の水質調整装置において、プラント
負荷またはプラント負荷に対応した状態量の状態の変化
に基づいてプラント負荷またはプラント負荷に対応した
状態量の変化率を演算する変化率演算器と、この変化率
演算器の演算した変化率に応じて制御演算器の演算処理
出力値を増減させる加減算器とを設けるようにしたもの
である。

【００２９】

【作用】上記構成により、プラント負荷上昇時に発生す
る給水中の酸素濃度の低下をプラント負荷またはプラン
ト負荷に対応した状態量の変化率により先行予測し、所
定の酸素濃度以下となる前に酸素注入弁により不足相当
分を注入し、酸素濃度を適正に制御する。このように酸
素注入弁の先行開動作をプラント負荷またはプラント負
荷に対応した状態量の変化率により行っているため変化
率の速い場合（早い負荷変化率）は速く開動作する一
方、遅い場合（遅い負荷変化率）は緩やかな開動作とプ
ラント負荷またはプラント負荷に対応した状態量に応じ
た開動作となり、必要以上の酸素注入をすることなく制
御できる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００３１】図１は、本発明の一実施例を示す水質調整
装置の系統図である。図６および図７と同一符号は、同
一部分または相当部分を示す。

【００３２】本実施例は、給水系の酸素濃度検出器１４
および給水流量検出器２０からの検出信号と脱気器５の
入口側の復水温度検出器２７の検出信号と、さらに、酸
素注入量検出器２３の検出信号との各々を酸素注入演算
器１２に入力し、この酸素注入演算器１２の演算信号に
基づいて酸素注入弁２６を開閉制御するようにしてい
る。

【００３３】酸素注入演算器１２は、図２に示す如く、
目標酸素演算器２１、加減演算器２２、比較演算器２
４、ＰＩ演算器２５、加減演算器２８、変化率演算器２
９で構成される。

【００３４】目標酸素演算器２１は、給水流量検出器２
０の検出信号に基づいて注入酸素の目標信号を演算す
る。

【００３５】加減演算器２２は、酸素濃度検出器１４の
検出信号と目標酸素演算器２１の目標信号とを入力し
て、注入酸素の目標信号に酸素濃度信号の補正を加え
る。

【００３６】比較演算器２４は、酸素注入量検出器２３
の注入酸素信号と加減演算器２２からの目標信号とを比
較演算して、その偏差を演算する。

【００３７】ＰＩ演算器２５は、比較演算器２４の偏差
信号を入力して、比例および積分演算をする。

【００３８】加減演算器２８は、上記ＰＩ演算器２５の
演算出力と後述する変化率演算器２９の補正信号とを入
力して、酸素注入弁２６へ開度信号を出力する。

【００３９】変化率演算器２９は、酸素濃度検出器１４
の酸素濃度信号と復水温度検出器２７の検出信号により
変化率を演算する。

【００４０】上記構成で、給水系の酸素濃度検出器１４
の酸素濃度信号は、酸素注入演算器１２内の加減演算器
２２に入力されると共に、変化率演算器２９に入力され
る。

【００４１】加減演算器２２には、上記酸素濃度信号と
目標酸素演算器２１の目標信号が入力されている。この
目標酸素演算器２１は、例えば、図３に示す如く、給水
流量に対応して注入酸素の目標値が予め定められてい
る。これにより給水流量を検出する給水流量検出器２０
の信号により給水流量をベースとした注入酸素の注入量
を目標値として算出する。

【００４２】加減演算器２２では、目標酸素演算器２１
からの注入酸素の目標値に酸素濃度信号の補正を加え
て、この信号を比較演算器２４に出力する。

【００４３】比較演算器２４では、この酸素注入量検出
器２３からの注入酸素量と加減演算器２２からの目標値
とを比較演算し、偏差を求める。この演算結果は、ＰＩ
演算器２５にて比例および積分動作の演算がされ、演算
信号が加減演算器２８に入力される。

【００４４】一方、変化率演算器２９には、前述した酸
素濃度信号の他に、脱気器５の入口の復水温度検出器２
７による検出信号が入力され、この変化率演算器２９で
プラント負荷変化に伴って発生する酸素濃度および復水
温度の各変化率を演算し、加減演算器２８に出力する。

【００４５】例えば、変化率演算器２９は、次の式
（１）に示す如くの関数演算で求める。

【００４６】

【数１】Ｙ＝ｆ（ｄＴ／ｄｔ，ｄＯ₂／ｄｔ）−−−−（１）

【００４７】ここでＹ：出力（補正信号）Ｔ：復水温度Ｏ₂：酸素濃度

【００４８】加減演算器２８では、ＰＩ演算器２５の出
力信号に変化率演算器２９の補正信号を加減算する。そ
して、加減演算器２８の出力信号により酸素注入弁２６
の開度を制御する。

【００４９】ところで、プラント負荷が急上昇すると、
脱気室５ａのトレイ部にて放出した酸素が脱気室５ａの
上部に押し上げられ蓄積される。このため脱気器５へ流
入する復水の温度は、上昇方向となる。この温度上昇
は、給水系への酸素溶解度が低下することとなり、酸素
不足を助長する。この結果、節炭器９の入口での酸素濃
度が徐々に低下し始める。

【００５０】上記作用で、プラント負荷Ｐが一定の場
合、例えば、図４に示す例の如く、ｔ０時点からｔ１時
点では、酸素濃度により目標設定値に対する偏差を求め
て、この偏差により比例および積分演算をし、酸素注入
弁２６を制御する。これにより、プラント負荷Ｐに対し
て、酸素濃度Ｄは安定している。

【００５１】そこで、プラント負荷Ｐが上昇したとき酸
素濃度および復水温度を変化率演算器２９により、酸素
濃度は降下率、復水温度は上昇率を各々演算し、各々の
変化率に応じた酸素注入弁開度の補正値を演算する。こ
の演算結果は、加減演算器２８によりＰＩ演算器２５の
出力にフィードフォワード的に加算される。

【００５２】例えば、ｔ１時点でプラント負荷Ｐの上昇
が速いときは酸素注入弁２６を急速に開動作するとさ
せ、酸素注入量を増加させる。これにより、図４に示す
如く、プラント負荷Ｐが急に変化しても、酸素濃度Ｄの
変化は従来例の図９に比べて分かるように極めて少な
い。また、ｔ２時点でプラント負荷Ｐが安定したとき、
酸素注入弁２６を穏やかに開動作とさせる。

【００５３】以上のように、プラント負荷上昇に伴い発
生する節炭器９の入口の給水酸素濃度降下を目標値以内
に制御し適性な値とできる。

【００５４】次に、本発明の他の実施例を図５に示す。

【００５５】本実施例では、酸素濃度検出器１４の酸素
濃度および復水温度検出器２７の復水温度を変化率演算
器２９に入力して、この変化率演算器２９で酸素濃度に
ついては降下率を演算し、復水温度については上昇率を
演算する。そして、各々の変化率に応じた酸素濃度補正
設定値を演算する。

【００５６】この演算結果は、ＰＩ演算器２５の補正目
標設定値として比較演算器２４に入力され、注入酸素量
との偏差を求める。この偏差をＰＩ演算器２５にて比例
および積分動作の演算をして酸素注入弁２６の開度信号
とする。以上の構成によっても図２に示した実施例と同
様に実施できる。

【００５７】なお、変化率演算器の入力としてプラント
負荷またはプラント負荷に対応する状態量としての復水
温度の代わりに、例えば、発電出力量としても同様の効
果が得られる。また、酸素濃度の検出点を節炭器の入口
の代わりに脱気器の出口または脱気器タンクとしても同
様の効果が得られる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、復
水および給水系の複合中性水処理において、プラント負
荷またはプラント負荷に対応した状態量の変化を把え
て、プラント負荷の変化時に発生する節炭器の入口での
酸素濃度降下を押さえ適正な値で水質調整が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す水質調整装置の系統図
である。

【図２】同装置の酸素注入演算器を示すブロック構成図
である。

【図３】同装置の目標酸素演算器の一例を示す説明図で
ある。

【図４】同装置の作用の一例を示す説明図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す酸素注入演算器のブ
ロック構成図である。

【図６】従来例を示す水質調整装置の系統図である。

【図７】同装置の酸素注入演算器を示すブロック構成図
である。

【図８】同装置による脱気器内部の作用を示す説明図で
ある。

【図９】同装置の作用の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１２酸素注入演算器１４酸素濃度検出器２０給水流量検出器２１目標酸素演算器２２加減演算器２３酸素注入量検出器２４比較演算器２５ＰＩ演算器２６酸素注入弁２７復水温度検出器２８加減演算器２９変化率演算器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】復水および給水を所定の酸素濃度とする
ための酸素濃度目標値と、この酸素濃度目標値と注入す
る酸素量とに基づいて制御演算器で演算処理し、この演
算処理出力値により酸素注入弁を開閉して復水および給
水の酸素濃度を所定値に制御する複合中性水処理の水質
調整装置において、プラント負荷またはプラント負荷に対応した状態量の変
化に基づいてプラント負荷またはプラント負荷に対応し
た状態量の変化率を演算する変化率演算器と、この変化
率演算器の演算した変化率に応じて前記制御演算器の演
算処理出力値を増減させる加減算器とを備えたことを特
徴とする水質調整装置。