JP4745990B2 - タービン設備及びタービン設備の酸素処理の初期切替え方法 - Google Patents

Description

本発明は、タービン給水の揮発性物質処理（ＡＶＴ）から酸素処理（ＣＷＴ）に最初に切替えるに際し、給水中に鉄成分の溶出を抑制したタービン設備及びタービン設備の酸素処理の初期切替え方法に関する。

従来、火力及び原子力発電プラント等では、発生させた高温・高圧の蒸気をタービンに供給し、この蒸気によりタービンを駆動して発電を行っている。タービンを駆動した後の蒸気は、復水器により冷却されて水の状態に戻された後、再び加熱されてボイラ、原子炉、蒸気発生器に供給され、再使用される。

火力発電プラントにおけるタービン設備の一例としては、図４に示すような構成のものが知られている。図４に示すように、このタービン設備１００は、熱源からの熱によって蒸気１１を発生させるボイラ１１８と、該ボイラ１１８の蒸気１１により作動する蒸気タービン１２と、該蒸気タービン１２からの排気を復水する復水器１０６と、該復水器１０６で凝縮された復水を給水１０７として前記ボイラ１１８側に送給する給水系統Ａとから構成されている。前記給水系統Ａでは、前記復水器１０６と低圧給水ヒータ１０９との間においては、復水ポンプ１８及び復水ブースタポンプ２１が給水管１３に介装されており、前記低圧給水ヒータ１０９と高圧給水ヒータ１１２との間においては、脱気器１１０、貯槽１１１及びボイラ給水ポンプ２２が前記給水管１３に介装されている。なお、符号１０４は補給水タンク、１０５は補給水、１１４は過熱器、１１５は再熱器を各々図示する。

また、前記給水系統Ａの給水管１３の復水器１０６の出口側においては、ｐＨ調整剤のアンモニアと脱酸素剤のヒドラジンを注入する薬剤注入部３０が設けられており、揮発性物質処理（Ａｌｌ Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ:ＡＶＴ）している。このＡＶＴは、所定量のヒドラジンの注入と、薬剤注入部３０からはｐＨ調整用として給水に所定量のアンモニアを注入しており、給水のｐＨを９．５以上とす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。
これは、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ので、給水１０７のｐＨを９．５としている（特許文献１）。
このＡＶＴは、給水配管等に対する鉄腐食を抑制するために、母材の表面にマグネタイト（Ｆｅ₃Ｏ₄）を形成している。

特開２００２−１８０８０４号公報

ところで、このようなＡＶＴを行なっているタービン設備１００において、定期点検等のプラント停止時においては、ＡＶＴから給水中に微量の酸素を溶存させる複合水処理（Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ:ＣＷＴ）を行なっている。
これは、ＡＶＴでは停止の期間中にボイラ配管の鉄腐食防止のために酸洗浄を２年に一回程度行なう必要があるからである。
よって、１０年以上も酸洗浄が不要なＣＷＴとするために、図４に示すように、ＣＷＴでは第１の酸素注入部３１−１及び第２の酸素注入部３１−２を設け、給水１０７中に酸素を注入し、所定量の酸素を溶存させるようにしている。

ここで、酸素注入部を二箇所設けているのは、酸素が給水系統Ａ内に行き亙るのに時間を要するからであり、具体的には復水器１０６出口側に設置した第１の酸素注入部３１−１以外に、脱気器１１０の後流側に第２酸素注入部３１−２を設置している。
この酸素処理は、給水中の鉄成分を酸素の作用によって２価の状態（マグネタイト被膜）からより鉄の溶解度の低い３価の状態（ヘマタイト被膜）として水質管理をしている。

このＣＷＴに切替えるに際しては、酸素処理の条件であるｐＨ９．３以下とする必要があるので、酸素が所定量（例えば５０μｇ／Ｌ）となるまでは、給水中においては酸素が無い状態となり、鉄溶出を余儀なくされていた。
このため、迅速に酸素濃度を所定量とするために、酸素切替えにおいては、酸素濃度計３２で酸素濃度を計測しながら二箇所の酸素注入部３１−１、３１−２から多量（２００μｇ／Ｌ程度）の酸素を注入していた。

このように、ＣＷＴの条件である、ＣＷＴ切替え時にｐＨ濃度を９．３以下、例えば９．０に低下しているので、酸化作用に酸素が消費され、給水中の鉄濃度の一時的な上昇が生じるので、酸素の注入量を増大する必要があると共に、その酸素注入個所も二箇所としており、より簡易な構成の酸素処理の出現が切望されている。

本発明は、前記問題に鑑み、ボイラに送給する給水中の鉄濃度の上昇を抑制することができるタービン設備及びタービン設備の酸素処理の初期切替え方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、熱源からの熱によって蒸気を発生させるボイラと、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酸素処理の初期切替え方法において、タービン給水の揮発性物質処理（ＡＶＴ）から酸素処理（ＣＷＴ）に最初に切替えるに際し、ｐＨ９．３〜９．６の状態で酸素を供給して、給水系統全体に酸素を所定濃度とし、その後ｐＨを８．５〜９．３とすると共に、切替え前後のｐＨの差が０．３以上であることを特徴とするタービン設備の酸素処理の初期切替え方法にある。

第２の発明は、第１の発明において、酸素供給が復水器の出口の一箇所から給水中に注入することを特徴とするタービン設備の酸素処理の初期切替え方法にある。

第３の発明は、熱源からの熱によって蒸気を発生させるボイラと、該ボイラの蒸気により作動する蒸気タービンと、該蒸気タービンからの排気を復水する復水器と、該復水器で凝縮された復水を給水として前記ボイラ側に送給する給水系統と、前記復水器の出口側で給水系統の給水中に酸素を注入する酸素注入部と、前記給水を脱気する脱気器の後流側で給水中の酸素濃度を計測する第１の酸素濃度計と、前記ボイラの出口側でボイラ水中の酸素濃度を計測する第２の酸素濃度計とを具備すると共に、前記タービン給水の揮発性物質処理（ＡＶＴ）から酸素処理（ＣＷＴ）に最初に切替えるに際し、ｐＨ９．３〜９．６の状態で酸素を供給して、給水系統全体に酸素を所定濃度とし、その後ｐＨを８．５〜９．３とすると共に、切替え前後のｐＨの差が０．３以上であることを特徴とするタービン設備にある。

本発明によれば、給水の水質管理方法をＡＶＴからＣＷＴに最初に切替えるに際し、ｐＨを９．３〜９．６、例えばｐＨ９．５で維持したまま給水中に酸素を注入し、その後ｐＨを８．５〜９．３、例えばｐＨ９．０とすることで、鉄の溶解が抑制されるものとなる。

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。

本発明による実施例に係るタービン設備について、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概略図である。図中、前記図４に示した設備と同一構成には同一符号を付して重複した説明は省略する。

図１に示すように、本実施例にかかるタービン設備１０は、熱源からの熱によって蒸気１１を発生させるボイラ１１８と、該ボイラ１１８の蒸気１１により作動する蒸気タービン１２と、該蒸気タービン１２からの排気を復水する復水器１０６と、該復水器１０６で凝縮された復水を給水１０７として前記ボイラ１１８側に送給する給水系統Ａと、前記復水器１０６の出口側で給水系統Ａの給水１０７中のｐＨを調整する薬剤注入部３０と、前記復水器１０６の出口側で給水系統Ａの給水１０７中に酸素を注入する酸素注入部３１と、前記給水１０７を脱気する脱気器１１０の後流側で給水１０７中の酸素濃度を計測する第１の酸素濃度計３２−１と、前記ボイラ１１８の出口側でボイラ水中の酸素濃度を計測する第２の酸素濃度計３２−２とを具備するものである。
そして、タービン給水の水質処理である揮発性物質処理（ＡＶＴ）から酸素処理（ＣＷＴ）に最初に切替えるに際し、ｐＨ９．３〜９．６の状態（例えばｐＨ９．５）で酸素を供給して、給水系統全体に酸素を所定濃度とし、その後ｐＨを８．５〜９．３（例えばｐＨ９．０）とすると共に、切替え前後のｐＨの差が０．３以上となるようにしている。

ここで、本発明でＡＶＴからＣＷＴに最初に切替える際とは、水質管理条件としてＡＶＴを行なっているタービン設備において、第１回目の定期点検等のプラント停止時或いは、ＡＶＴ水質管理条件で試運転を行なっており、その試運転終了後に、最初にＣＷＴに切替える際のことをいう。

前記給水１０７中の酸素濃度の確認は、脱気器１１０の出口側に第１の酸素濃度計３２−１を設けると共に、前記ボイラ１１８と過熱器１１４との間のボイラ水中の酸素濃度を第２の酸素濃度計３２−２で計測し、この第２の酸素濃度計３２−２での酸素が所定濃度に達したことを確認してから、薬剤注入部３０で供給するｐＨ調整剤（例えばアンモニア）の注入量を変化させて、ＣＷＴのｐＨ条件とするようにしている。

この結果、従来においてはＣＷＴにおいて、ＡＶＴからＣＷＴに切替える際に、ｐＨを例えば９．５から９．０に変化させることによる、鉄溶解度の上昇を抑制することができる。

すなわち、本発明では、前記ボイラ１１８出口に設置した第２の酸素濃度計３２−２において、所定濃度（例えば５０μｇ／Ｌ）に達していることを確認してから、ｐＨを８．５〜９．３、例えばｐＨ９．０と下げるようにすることで、前記給水１０７中の鉄溶解を抑制することができるので、給水中の鉄濃度の抑制を図ることができる。
なお、本実施例では、第２の酸素濃度計３２−２は前記過熱器１１４の入口側に設けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記過熱器１１４の出口側に設けるようにしてもよい。

この結果、従来では図４に示すように、給水系統Ａにおいて、第１の酸素注入部３１−１と第２の酸素注入部３１−２との二箇所から酸素を注入することを一箇所とすることで設備の低減を図ることができる。

また、酸素が給水系統内に十分に行き亙ってからｐＨを低下させるので、給水中への鉄の溶解を防止することできる。

＜試験例＞
次に、本発明と従来技術におけるＡＶＴからＣＷＴへの切替え際のｐＨの変化、第１及び第２の酸素濃度計での酸素濃度の変化、給水中の鉄濃度の変化について試験の結果を図２及び図３に示す。

本発明である実施例においては、ＡＶＴからＣＷＴの切替えを所定濃度（５０μｇ／Ｌ）となったことを確認してから行なった。この結果、給水１０７中の鉄濃度は殆ど変化しなかった。

これに対し、従来技術である比較例においては、ＡＶＴからＣＷＴの切替えを酸素注入と同時にｐＨを９．０としていると共に、迅速に給水中の酸素濃度を所定濃度（５０μｇ／Ｌ）とするために、最初は２００μｇ／Ｌの酸素を供給しているので、酸素濃度が上昇すると共に、鉄溶解量が一時的に大幅に増大していた。

以上の結果より、ＡＶＴからＣＷＴに切替える場合において、切替え初期においてはｐＨをＡＶＴの状態で推移し、ボイラ１１８出口における酸素濃度が所定濃度となったことを確認した後に、ｐＨをＣＷＴの条件とするようにすることで、給水中への鉄の溶解を抑制することができることとなった。

以上のように、本発明は、ＡＶＴからＣＷＴに切替える場合において、切替え初期においてはｐＨをＡＶＴの状態で推移させ、ボイラ出口における酸素濃度が所定濃度となったことを確認した後に、ｐＨをＣＷＴの条件とするようにすることで、給水中への鉄の溶解を抑制することができる。

本発明の実施例に係るタービン設備の概略図である。 実施例に係るｐＨ、酸素濃度及び鉄濃度と時間との関係図である。 比較例に係るｐＨ、酸素濃度及び鉄濃度と時間との関係図である。 従来の発電プラントにおけるタービン設備の構成を示す説明図である。

符号の説明

１０ タービン設備
１１ 蒸気
１１８ ボイラ
１０６ 復水器
１０７ 給水
Ａ 給水系統
３０ 薬剤注入部
３１ 酸素注入部
３２−１ 第１の酸素濃度計
３２−２ 第２の酸素濃度計

Claims (3)

1. 熱源からの熱によって蒸気を発生させるボイラと、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酸素処理の初期切替え方法において、
   タービン給水の揮発性物質処理（ＡＶＴ）から酸素処理（ＣＷＴ）に最初に切替えるに際し、
   ｐＨ９．３〜９．６の状態で酸素を供給して、給水系統全体に酸素を所定濃度とし、その後ｐＨを８．５〜９．３とすると共に、切替え前後のｐＨの差が０．３以上であることを特徴とするタービン設備の酸素処理の初期切替え方法。
2. 請求項１において、
   酸素供給が復水器の出口の一箇所から給水中に注入することを特徴とするタービン設備の酸素処理の初期切替え方法。
3. 熱源からの熱によって蒸気を発生させるボイラと、該ボイラの蒸気により作動する蒸気タービンと、該蒸気タービンからの排気を復水する復水器と、該復水器で凝縮された復水を給水として前記ボイラ側に送給する給水系統と、前記復水器の出口側で給水系統の給水中に酸素を注入する酸素注入部と、前記給水を脱気する脱気器の後流側で給水中の酸素濃度を計測する第１の酸素濃度計と、前記ボイラの出口側でボイラ水中の酸素濃度を計測する第２の酸素濃度計とを具備すると共に、前記タービン給水の揮発性物質処理（ＡＶＴ）から酸素処理（ＣＷＴ）に最初に切替えるに際し、ｐＨ９．３〜９．６の状態で酸素を供給して、給水系統全体に酸素を所定濃度とし、その後ｐＨを８．５〜９．３とすると共に、切替え前後のｐＨの差が０．３以上であることを特徴とするタービン設備。

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