CN104145160B - 涡轮机设备和加热器排水的水处理方法 - Google Patents

涡轮机设备和加热器排水的水处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种涡轮机设备和涡轮机设备的加热器排水的水处理方法，其能将附着于锅炉管的内面而造成传热阻碍的铁氧化物粒子锈从加热器排水效率良好地除去。本发明的涡轮机设备，具备：锅炉(9)、蒸气涡轮机(12、16)、复水器(1)、供水加热器(5、8)及过滤器(19)；供水加热器(5，8)，介设于将经由该复水器(1)凝结后的复水送给至锅炉(9)的供水管路(4、6)上，将从前述蒸气涡轮机(12)送给至再热器的蒸气的一部分作为抽气而抽出，使用该抽气将前述供水加热；过滤器(19)，将低压供水加热器(5)所排出的加热器排水过滤后送给至前述供水系统而回收。该过滤器(19)具有孔径1～5μm的过滤器。

Description

涡轮机设备和加热器排水的水处理方法
技术领域
本发明涉及一种涡轮机设备，特别是涉及一种具有将加热器排水过滤后回收至供水管的机构的涡轮机设备。此外，本发明涉及一种该涡轮机设备的加热器排水的水处理方法。
背景技术
在火力及核能发电厂等，将产生的高温高压蒸气供给涡轮机，利用该蒸气驱动涡轮机而进行发电。驱动涡轮机后的蒸气，经由复水器冷却而回到水的状态后，再度加热而供给锅炉、原子炉、蒸气产生器，而能再度使用。
大型的发电设备，大多的情况是使用高压、低压的串列多段的蒸气涡轮机。利用在锅炉或蒸气产生器所产生的高温高压的蒸气，让涡轮机旋转而使发电机旋转。蒸气在膨胀的过程，焓会降低而成为湿蒸气。在湿蒸气的状态下，由于涡轮机的能量转换效率降低，需要在涡轮机的规定段进行抽气。该抽气保有包含蒸发潜热的极大能量。因此，基于热回收的目的，将从涡轮机的规定段抽出的蒸气的抽气导入热交换器，与复水进行间接热交换，由此进行复水的加热。使用高压涡轮机的抽气将复水加热的热交换器称为高压加热器，使用低压涡轮机的抽气将复水加热的热交换器称为低压加热器。
来自低压涡轮机的抽气，温度压力都比来自高压涡轮机的抽气低，因此复水离开凝结器后，先通过低压加热器，经由脱气器、接着高压加热器、节煤器(节能器)，再度作为锅炉的供水而进行循环。此外，分别在高压加热器及低压加热器凝结而产生的高压加热器排水、低压加热器排水，导入复水主管，作为锅炉供水而被循环使用。
在锅炉，为了防止传热管的腐蚀所造成的损伤，供水的水质管理很重要。以往，为了将锅炉供水的pH值维持于碱性，是采用挥发性的胺类、联氨、氨等的氮化合物。此外，这些pH调整剂也具有还原剂的作用，能在锅炉管表面形成黑色的磁铁矿(Fe3O4)的氧化被膜，而发挥防蚀作用。这种锅炉水处理方法被称为AVT(全挥发处理：All Volatile Treatment)，长久以来是作为锅炉水质管理的基准。
若磁铁矿被膜过厚，传热系数会降低。此外，磁铁矿会在锅炉管表面形成波状的氧化被膜，使锅炉水的通水阻力增加，而导致总能量转换效率降低。因此，在发电设备，以每3～4年一次的频率在定期修理期间中进行化学洗净，以抑制磁铁矿氧化被膜的过度成长，防止锅炉管的腐蚀并降低传热阻力及通水阻力。
约20年前开始，以欧美为中心，被称为CWT(复合水处理：CombinedWater Treatment)的锅炉水质管理技术逐渐普及。该方法，是将复水和补给水所混合成的供水经由脱气器处理，将氧、惰性气体等除去后，加入纯氧，将供水中的氧浓度控制成5ppb左右。在往CWT移转的初期，将氧和氨一起使用的复合处理为主流，近年来，仅添加氧的氧处理成为主流。利用该氧处理，在锅炉管表面形成氧化程度比磁铁矿更高的赤铁矿(Fe2O3)层。赤铁矿层非常致密，其表面比磁铁矿层平滑，不会让通水阻力增加。此外，赤铁矿层的化学性质稳定，防蚀效果高，比起AVT，可减少化学洗净的频率。如此，连在日本国内的大型火力发电所，采用CWT处理的锅炉也增多起来。
如前述般，从涡轮机送出的复水，是被使用抽气作为热源的供水加热器施以加温。来自供水加热器的排水与复水合流，而作为供水被循环利用。
对于CWT处理后的涡轮机设备，将复水、高压加热器排水及低压加热器排水所含的总铁浓度进行计测的结果，低压加热器排水的铁浓度比其他水明显偏高，可知让锅炉供水的铁浓度上升的原因在于低压加热器排水。
对于将有效过滤孔径3、1、0.45、0.2、0.1μm的膜过滤器串列配置而成的过滤器单元，让CWT处理后的涡轮机设备的低压加热器排水进行通水的结果，发现氧化铁锈的90％以上被有效过滤孔径3μm的膜过滤器捕捉。本发明的过滤器孔径(也称为：有效过滤孔径)，以能将对象粒径的粒子以99％以上的机率除去的绝对过滤孔径表示。
将该氧化铁微粒使用电子显微镜观察的结果，其为粒子长度相对于剖面直径的比(形状比)非常大的针状结晶。将该氧化铁微粒分离后，利用穆斯堡尔分光分析法鉴定其形态的结果，α-Fe2O3、γ-Fe2O3、α-FeOOH等的复合氧化物占80％以上，而证实是形成针状结晶。
在CWT处理中，供水中所溶解的氧，在通过锅炉管的过程，被消耗于氧化被膜形成，而使氧溶解浓度逐渐降低。锅炉所产生的高温高压的蒸气，随着在涡轮机进行膨胀，其温度、压力逐渐降低，在低压加热器，饱和温度为130℃以下。在低压加热器，由于低压涡轮机的抽气产生凝结，加热器内成为发达的湍流。因此，要使稳定的赤铁矿被膜形成于低压加热器的传热面是困难的状况。此外，低压加热器的温度比锅炉管低，因此传热管母材的氧化反应速度变小，而使赤铁矿氧化被膜的形成变得更困难。如此，在低压加热器的传热面，从物理性、化学性来看，赤铁矿氧化被膜的形成都难以充分地进展。因此，来自母材的铁会发生溶解(腐蚀)。这种腐蚀形态被称为FAC(流体加速腐蚀：Flow Accelerated Corrosion)。
上述低压排水中的氧化铁微粒，是所溶解的铁在大量排水(drain bulk)内受到氧化，而以溶解度低、化学特性稳定的赤铁矿、针铁矿(FeOOH)粒子的形式析出。
已提出了以除去锅炉供水的铁氧化物微粒为目的的技术(专利文献1～3)。
在专利文献1中记载，将复水使用具有0.01～0.3μm孔径的膜进行过滤。在专利文献2中记载，将复水使用具有1μm孔径的膜进行过滤。然而，在专利文献1、2中并未记载将低压加热器的排水实施过滤处理。
在专利文献3中记载，将低压加热器排水过滤后送给供水系统而构成的涡轮机设备及涡轮机设备的加热器排水的水处理方法。在专利文献3中，当排水的铁浓度超过规定浓度的情况将排水排出系统外，仅在铁浓度低的情况使用过滤器进行除铁后作为锅炉供水的一部分来使用。这是因为，基本上排水中含有无法过滤的微细铁，除了铁浓度为规定浓度以下的情况，纵使实施过滤器处理仍会含有超过锅炉供水使用限度的铁。根据专利文献3的构成，除了设备大型化的问题以外，由于将铁含量高的排水排出系统外，来自加热器排水的水的回收率低，此外也有排水量变多的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平9-206567
专利文献2：日本特开2000-218110
专利文献3：日本特开2008-25922
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的是提供一种涡轮机设备及涡轮机设备的加热器排水的水处理方法，其能将附着于锅炉管的内面而造成传热阻碍的铁氧化物粒子锈从加热器排水中效率良好地除去。
解决课题的方法
本发明的涡轮机设备，其特征在于，其具备：锅炉，该锅炉通过来自热源的热使蒸气发生；蒸气涡轮机，该蒸气涡轮机利用该锅炉的蒸气进行动作；复水器，该复水器使来自该蒸气涡轮机的蒸气复水；供水系统，该供水系统以经由该复水器凝结后的复水作为供水而送给至前述锅炉侧；供水加热器，该供水加热器介设于该供水系统，将从前述蒸气涡轮机送给至再热器的蒸气的一部分作为抽气而抽出，使用该抽气对前述供水加热；以及过滤装置，该过滤装置将该供水加热器所排出的加热器排水过滤后送给至前述供水系统而回收，并且，该过滤装置具有孔径1～5μm的过滤器。
本发明的涡轮机设备的加热器排水的水处理方法，其特征在于，通过来自热源的热使锅炉的供水蒸发、过热，利用所发生的蒸气使蒸气涡轮机动作，利用复水器凝结该蒸气涡轮机所排出的蒸气并作为供水，对前述锅炉侧供给前述供水，将从前述蒸气涡轮机送给至再热器的蒸气的一部分作为抽气而抽出，使用该抽气在供水加热器将前述供水加热，将在该供水加热器由前述抽气冷却所生成的加热器排水过滤后，回收至供水系统，并且，将该加热器排水使用孔径1～5μm的过滤器进行过滤。
本发明优选为，将加热器排水的总量过滤后送给至供水系统。较优选为，作为将排水过滤的供水加热器是低压供水加热器。
发明的效果
根据本发明，通过将加热器排水使用孔径1～5μm的过滤器进行过滤，可将氧化铁微粒从加热器排水效率良好地除去，因此，防止氧化铁微粒附着于锅炉管内面。
根据本发明，测定加热器排水中的铁浓度并且与此对应而改变加热器排水的送水对象的装置变得不需要。
根据本发明，能将加热器排水的总量过滤后送给至供水系统，使水的回收率变高。
锅炉供水所含的铁氧化物微粒的大部分，起因于低压加热器排水。一般的过滤器，存在有使用上的适当的通水流速。因此，将低压加热器排水实施过滤处理，相较于将复水总量实施过滤处理的情况，仅约10分之1的处理水量即可。因此，能够提供过滤装置所安装的过滤器数少的紧凑型过滤装置。
低压加热器所产生的铁氧化物微粒的大部分，是能用有效过滤孔径3μm的膜捕捉的针状结晶，因此，所使用的过滤器的有效过滤孔径为1～5μm，就能进行充分地捕捉。由于过滤孔径为较大的1～5μm、及微粒形状呈针状，即使连续使用，通水压力损失也不容易上升。
附图说明
图1是实施方式的涡轮机设备的框图。
图2是表示实验结果的图表。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明进行更详细地说明。
图1是表示实施方式的涡轮机设备，复水器1内的水(复水和补给水)，经由电磁过滤器2、使用离子交换树脂的纯水装置3后通过管路4送给至低压供水加热器5而被加热。加热后的水，通过管路6送给至脱气器7，实施脱气处理后，通过高压供水加热器8加热而送给至锅炉9。锅炉9所产生的蒸气，经由过热器10过热后，通过蒸气管路11供给至高压涡轮机12。
从高压涡轮机12流出的蒸气，通过蒸气管路13送给至再热器14，被再加热后，通过蒸气管路15供给至低压涡轮机16，让其流出蒸气返回复水器1。
由前述蒸气管路13分支出抽气管路17，让来自管路11的一部分的蒸气分流而供给至低压供水加热器4的热源侧，和水进行热交换而成为排水(低压加热器排水)。该低压加热器排水，通过管路18送给至过滤器19，被过滤后，通过返送管路20供给至低压供水加热器4的水侧。该返送管路20也可连接于低压供水加热器4的流入侧的管路4、或流出侧的管路6。
上述过滤器19所使用的过滤器，孔径(有效过滤孔径)为1～5μm，较优选为1～4μm，更优选为2～4μm，特优选为2～3μm。过滤器的孔径比1μm更小时通水压力损失增大，比5μm更大时氧化铁微粒的捕捉能力不足。过滤器19的LV为0.2～1.2m/Hr(米/小时)，更优选为0.3～1.0m/Hr左右。
过滤器材质没有特别的限定。然而，由于低压加热器排水的温度为80～130℃，较优选为在此温度下至少能耐用一年的材质。具体而言，可使用聚苯硫醚纤维、氟树脂纤维所构成的无纺布。无纺布过滤器单独使用的情况，起因于滤渣的堆积、过滤流体的流动，可能发生纤维层的偏移而无法获得规定的过滤效率。因此，作为过滤器，较优选为使用三层结构的过滤器，也即通过具有机械强度的纺粘片夹住无纺布的两面而实施压花加工使其一体化。
根据此实施方式，可从低压加热器排水将氧化铁微粒充分地除去，因此可防止(包含抑制)氧化铁微粒附着于锅炉管内面。由于将低压加热器排水的总量过滤，因此，水的回收率高，并且，向过滤器19通水的构成也简单而且是低成本。
实施例
实验例1
在将有效过滤孔径分别为3、1、0.45、0.2、0.1μm的第1～第5膜过滤器串列配置而成的单元中，使火力发电所的经CWT处理后的涡轮机设备的低压加热器排水，从3μm膜侧以通水线速度(LV)2.3cm/分钟进行4Hr(小时)通水，测定各孔径的过滤器所捕捉的氧化铁量的分布。结果如表1所示。
表1
过滤器(有效过滤孔径) 所捕捉的全铁的重量百分率(％)
第1膜过滤器(3μm) 95.3
第2膜过滤器(1μm) 1.64
第3膜过滤器(0.45μm) 0.82
第4膜过滤器(0.2μm) 1.31
第5膜过滤器(0.1μm) 0.95
将第1～第5膜过滤器所捕捉的氧化铁量的合计量除以累计通水流量而换算成Fe(铁)量的结果为25μg-Fe/L。通过该第1～第5膜过滤器全部后的过滤水中的全铁浓度为1.4μg-Fe/L。
实验例2
使用直径70mm、过滤面有效长度25mm的褶型过滤器(有效过滤孔径2μm)，该褶型过滤器是通过将聚苯硫醚制的通过熔喷法纺纱后的细纤维所构成的无纺布用纺粘片夹住而实施压花加工，构成SMS片，将3片SMS片折叠而制成；对于该褶型过滤器使125℃(压力0.25MPa(G))的锅炉排水以580mL/分钟进行通水。该流入水的全铁浓度为48μg-Fe/L，褶型过滤器出口的过滤水中的全铁浓度为2.0μg-Fe/L。
将连续通水所获得的滤渣的粒径分布利用超音波式粒度计进行测定的结果，如图2所示，50重量％平均粒径为7～8μm。粒径1μm以下的粒子及粒径5μm以下的粒子的累积含有率分别为5重量％、40重量％左右。如此可知，使用有效过滤孔径未满1μm的过滤器，也无法使粒子捕捉率提高，使用有效过滤孔径比5μm更大的过滤器的情况，粒子捕捉率差。
进一步地，在此状态下，即使继续进行120天的通水，其差压为5kPa左右，即使将20μg-Fe/L左右的浓度的排水进行一年通水，仍不致发生会阻碍通水的差压上升。
虽然使用特定的方案来详细地说明了本发明，但是，本领域技术人员能明白，在不脱离本发明的意图及范围内能有各种变更。
此外，本申请是根据2012年2月29日提出的日本专利申请(特愿2012-043802)而提出的，现将其全体以引用的方式援用于此。

Claims (4)

1.一种涡轮机设备，其特征在于，其具备：
锅炉，该锅炉通过来自热源的热使蒸气发生；
蒸气涡轮机，该蒸气涡轮机通过该锅炉的蒸气进行动作；
复水器，该复水器使来自该蒸气涡轮机的蒸气复水；
供水系统，该供水系统以经由该复水器凝结后的复水作为供水而送给至前述锅炉侧；
供水加热器，该供水加热器介设于该供水系统，将从前述蒸气涡轮机送给至再热器的蒸气的一部分作为抽气而抽出，使用该抽气对前述供水加热；以及
过滤装置，该过滤装置将该供水加热器所排出的加热器排水过滤后送给至前述供水系统而回收，
并且，
前述加热器排水是采用CWT的涡轮机设备的低压加热器排水，该CWT是指复合水处理，
该过滤装置具有孔径2～4μm的过滤器，并且，该过滤器是通过纺粘片夹住无纺布的两面并且实施压花加工而一体化的三层结构的过滤器。
2.如权利要求1所述的涡轮机设备，其中，
前述过滤装置将前述加热器排水的总量过滤后送给至前述供水系统。
3.一种涡轮机设备的加热器排水的水处理方法，其特征在于，
通过来自热源的热使锅炉的供水蒸发、过热，
通过所发生的蒸气使蒸气涡轮机动作，
通过复水器凝结该蒸气涡轮机所排出的蒸气并作为供水，
对前述锅炉侧供给前述供水，
将从前述蒸气涡轮机送给至再热器的蒸气的一部分作为抽气而抽出，使用该抽气在供水加热器将前述供水加热，
将在该供水加热器由前述抽气冷却所生成的加热器排水过滤后，回收至供水系统，
并且，
前述加热器排水是采用CWT的涡轮机设备的低压加热器排水，该CWT是指复合水处理，
将该加热器排水使用孔径2～4μm的过滤器进行过滤，并且，该过滤器是通过纺粘片夹住无纺布的两面并且实施压花加工而一体化的三层结构的过滤器。
4.如权利要求3所述的涡轮机设备的加热器排水的水处理方法，其中，
通过前述过滤器将前述加热器排水的总量过滤后回收至前述供水系统。
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