CN106560641B - 配管部件、一氧化氮分解装置、发电系统 - Google Patents

配管部件、一氧化氮分解装置、发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种配管部件、一氧化氮分解装置、发电系统，在火力发电厂等的机组中，对排水或凝水中包含的一氧化氮(NO)有效地进行分解处理，抑制亚硝酸(HNO2)的生成而防止配管部件、锅炉等设备的腐蚀。一种在机组的供水系统或排水系统中使用的配管部件，其特征在于，在上述配管部件的内壁涂装有促进一氧化氮的分解的催化剂。

Description

配管部件、一氧化氮分解装置、发电系统
技术领域
本发明涉及火力发电厂等的机组的排水处理及凝水处理，尤其涉及适用于防止由排水、凝水中包含的亚硝酸所引起的腐蚀并且有效的技术。
背景技术
在火力发电系统中，对凝水进行加热而产生蒸汽，利用该加热蒸汽使蒸汽涡轮转动来发电。在从凝水器起到锅炉为止的路径上设置的供水加热器、锅炉采用了作为低耐蚀性材料的碳钢或低合金钢。供水的水质对于抑制这些低耐蚀性材料的腐蚀非常重要，通常对发电系统的供水适用挥发性物质处理或氧处理。
挥发性物质处理是向供水中添加氨(NH3)和肼(N2H4)而使溶解氧浓度小于7μg/l的处理方法。另一方面，氧处理是向供水中添加氨和微量的氧(O2)而使溶解氧浓度为20ppb～200ppb的处理方法。因此，无论在哪一种水处理方法中都向供水中添加了氨。
另外，为了提高发电效率，火力发电系统的主蒸汽温度一直呈上升趋势。现状是最高蒸汽温度已达620℃，随着各种耐热材料的开发进展，预计今后可通过适当采用耐热材料而上升至700℃以上。
关于发电厂等的机组的凝水处理技术，有专利文献1那样的技术。在专利文献1中公开了“一种对含有氮化合物的水的处理方法，其使含有氮化合物的水在有氧化剂存在的条件下与催化剂接触，使得氮化合物与氧化剂反应而对氮化合物进行氧化分解处理”。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003－117568号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，当氨暴露于高温时，则会以金属或金属氧化物为催化剂发生氧化或分解。如上所述，在火力发电机组中向供水中添加了氨，在加热器或再热器中则会暴露于超过600℃的高温。在这样的高温下，氨会与氧或金属氧化物发生反应而按照式(1)生成一氧化氮(NO)。
[式1]
4NH3+5O2→4NO+6H2O···(1)
并且，生成的一氧化氮会因蒸汽温度的降低而与水共存，并在水中按照式(2)生成亚硝酸(HNO2)。蒸汽温度降低而生成水的场所是在低压涡轮或供水加热器中。
[式2]
2H2O+2NO→2H++2NO2 -+H2···(2)
若在该低压涡轮或供水加热器中按照式(3)变化为氨，则会由于亚硝酸向氨的化学变化是阴极反应而加速金属的阳极反应(金属溶解)。
[式3]
NO2 -+5H2O+3Fe→NH3+7OH-+3Fe2+···(3)
另外，蒸汽温度越高则所产生的一氧化氮就越多，因此考虑到在今后蒸汽温度上升至700℃以上的情况下，低压涡轮或供水加热器的腐蚀会进一步加速。
对于不锈钢而言，由于亚硝酸使存在于水中的金属的腐蚀电位上升而容易发生局部腐蚀即点腐蚀、应力腐蚀裂纹。在碳钢及低合金钢中也会同样地加速发生全面腐蚀、点腐蚀。这样，当蒸汽冷凝水中存在亚硝酸时会加速机组的腐蚀，导致机组的可靠性降低、寿命缩短。因此，需要尽量降低蒸汽冷凝中的亚硝酸浓度。
在专利文献1中，向水中的硝酸性及亚硝酸性氮添加氨来促进亚硝酸的分解。考虑到反应分子在催化剂表面上的化学反应，分子向催化剂表面的移动速度会对化学反应产生影响。分子的移动速度与水中相比在密度小的气相中要快得多。因此，即使将专利文献1的液相反应的技术适用于上述那样的蒸汽冷凝水中(气相)的反应也难以获得充分的效果。
为此，本发明的目的是在火力发电厂等的机组中对排水、凝水中包含的一氧化氮(NO)有效地进行分解处理，抑制亚硝酸(HNO2)的生成而防止配管部件、锅炉等设备的腐蚀。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，本发明是一种在机组的供水系统或排水系统中使用的配管部件，其特征在于，在所述配管部件的内壁涂装有促进一氧化氮的分解的催化剂。
另外，本发明是一种在机组的供水系统或排水系统中设置而对流体中的一氧化氮进行分解的一氧化氮分解装置，其特征在于，在上述一氧化氮分解装置的内部设有促进一氧化氮的分解的催化剂。
另外，本发明是一种使用蒸汽涡轮进行发电的发电系统，其特征在于，在上述发电系统的供水系统或排水系统中设有促进一氧化氮的分解的一氧化氮分解装置。
发明效果
根据本发明，能够在火力发电厂等的机组中抑制配管部件、锅炉、低压涡轮或供水加热器等设备的由亚硝酸(HNO2)引起的腐蚀。
在不锈钢中，能够抑制点腐蚀、裂隙腐蚀的发生并抑制应力腐蚀裂纹。
另外，在碳钢、低合金钢中，能够抑制全面腐蚀、点腐蚀及裂隙腐蚀。
进而，由于避免了由亚硝酸引起的腐蚀，因此对于以往或是今后需要适用不锈钢的设备均可适用本发明，从而能够适用碳钢、低合金钢以降低机组制造成本。
另外，由于不会从供水加热器向锅炉的供水中带入亚硝酸，从而能够防止供水的水质恶化，也能够抑制亚硝酸对锅炉的腐蚀。
另外，由于不会从低压涡轮向凝水中带入亚硝酸，从而能够将凝水脱盐装置的负荷抑制为较低程度，从而能够防止再生频度的降低、树脂的劣化。
上述以外的课题、结构及效果可以通过对以下实施方式的说明来理解。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的火力发电系统的系统图。
图2是表示蒸汽温度和亚硝酸浓度的关系的图表。
图3是表示亚硝酸浓度与腐蚀速度的关系的图表。
图4是表示亚硝酸浓度与点腐蚀发展速度的关系的图表。
图5是表示本发明的一个实施方式的配管部件的图。
图6是表示本发明的一个实施方式的一氧化氮分解装置的图。
图7是表示本发明的一个实施方式的一氧化氮分解装置的图。
图8是表示本发明的一个实施方式的一氧化氮分解装置的图。
图中：
1—凝水脱盐器；2—低压供水加热器；3—脱气器；4—高压供水加热器；5—锅炉；6—加热器；7—再热器；8—高压涡轮；9—中压涡轮；10—低压涡轮；11—凝水器；12—发电机；30～41—配管；42—药液注入点；100、101、102、103、202、207、209—一氧化氮分解装置；200—钢管；201、203、208、210—铬(Cr)镀层；204—机组侧配管；205—装置侧配管；206—法兰。
具体实施方式
以下使用附图对本发明的实施例进行说明。另外，在各图中对于相同的结构附加相同的符号而对重复的部分省略其详细的说明。
实施例1
图1表示火力发电系统的系统图。供水首先是通过使几乎不含溶解氧的涡轮凝水向凝水脱盐器1通水而成为不含杂质的纯水。
接下来，在挥发性物质处理中从药品注入系统(药液注入点42)向来自凝水脱盐器1的供水中添加pH调整剂即氨(NH3)及肼(N2H4)，将pH调整为8.0～10并将肼浓度调整为10ppb以上。在氧处理中从药品注入系统(药液注入点42)向来自凝水脱盐器1的供水中添加pH调整剂即氨(NH3)及氧(O2)，将pH调整为8.0～10并将氧浓度调整为20ppb～150ppb。
并且，供水在低压供水加热器2、脱气器3、高压供水加热器4中加热并向锅炉5输送而成为400℃以上的超临界水。然后，供水在加热器6中进一步加热而最高达到600℃后进入高压涡轮8，从高压涡轮8放出的蒸汽再次经再热器7加热而最高达到620℃后，向中压涡轮9进而是低压涡轮10输送，并在发电机12中发电后最终恢复为涡轮凝水。
低压供水加热器2、脱气器3、高压供水加热器4利用蒸汽涡轮的抽汽对供水进行加热。低压供水加热器2从低压涡轮10抽取蒸汽对供水进行加热；脱气器3从中压涡轮9抽取蒸汽对供水进行加热；高压供水加热器4从高压涡轮8抽取蒸汽对供水进行加热。
这里，为了对进入到低压供水加热器2中的蒸汽中的一氧化氮(NO)进行分解，在从低压涡轮10的抽汽起到进入低压供水加热器2为止的配管40上设置一氧化氮分解装置100，对进入低压供水加热器2的一氧化氮(NO)进行分解。
同样地，在从中压涡轮9的抽汽起到进入脱气器3为止的配管38上设置一氧化氮分解装置101，对进入脱气器3的一氧化氮(NO)进行分解。
同样地，在从高压涡轮8的抽汽起到进入高压供水加热器4为止的配管37上设置一氧化氮分解装置102，对进入高压供水加热器4的一氧化氮(NO)进行分解。
同样地，在从中压涡轮9起到进入低压涡轮10为止的配管39上设置一氧化氮分解装置103，对进入低压涡轮10的一氧化氮(NO)进行分解。
为了抑制低压涡轮10、低压供水加热器2、高压供水加热器4的由亚硝酸(HNO2)引起的腐蚀，如果在进入上述各部之前按照式(4)在气相中使一氧化氮(NO)与氨(NH3)发生反应而生成氮(N2)和水(H2O)，则能够将会在冷凝水中变为亚硝酸(HNO2)的一氧化氮(NO)分解。
[式4]
为了促进一氧化氮(NO)的分解反应，由于是膨胀反应而容易在压力尽量低的条件下发生。另外，蒸汽发生冷凝的部位是在低压涡轮10、低压供水加热器2、高压供水加热器4等供水加热器中，因此在即将进入压力最低的低压涡轮10、供水加热器之前实施一氧化氮(NO)的分解反应是有效的。
因此，对于低压涡轮10而言在从中压涡轮9到低压涡轮10的配管39之间，而对于供水加热器而言则是在从各涡轮到各供水加热器的配管之间，如果获得促进一氧化氮的分解反应的新功能则是非常有效的。
为了促进一氧化氮的分解反应，可以通过对这些配管自身适用使一氧化氮降低的催化剂效果高的材料，或者对表面进行那些具有催化剂效果的处理来实施。作为催化剂效果高的物质，有铬(Cr)，铜(Cu)，钴(Co)，镍(Ni)，镁(Mg)，锰(Mn)，锌(Zn)，钒(V)，钛(Ti)，铝(Al)，钌(Ru)，铁(Fe)等金属元素或它们的金属氧化物。另外，为了提高反应效率，可以考虑增大表面积的方法，或者降低流速而使反应容易发生。
图2表示在模拟再热器7的铬镍合金管中流过含有氨的蒸汽时的亚硝酸浓度与蒸汽温度的关系。蒸汽温度越高则越容易使氨氧化而生成亚硝酸。因此可以认为，在实际机组中也会在主蒸汽、再热蒸汽中生成亚硝酸。
图3表示碳钢的亚硝酸浓度与腐蚀速度的关系。碳钢在氧浓度低的环境中几乎不会发生腐蚀。但是，当水中存在少量亚硝酸时腐蚀就会加速。因此可以认为，若低压供水加热器2、高压供水加热器4等供水加热器的传热管是碳钢则当冷凝水中存在亚硝酸时就会发生腐蚀。
图4表示在进行12Cr钢的裂隙腐蚀试验时亚硝酸对点腐蚀发展速度的影响。试验调查在使两张12Cr钢片在重叠的状态下浸渍时产生的裂隙内的点腐蚀的深度。当亚硝酸为0ppm时几乎不发生腐蚀，与此对照，当亚硝酸存在1pp m时裂隙内的点腐蚀发展速度就加速为1mm/8000h。因此可以认为，在作为低压涡轮动叶材料的12Cr钢上也会加速裂隙腐蚀。
如上所述，根据本实施例，在火力发电厂等的机组中，通过对排水或凝水中包含的一氧化氮(NO)有效地进行分解处理，抑制亚硝酸(HNO2)的生成，从而能够防止配管部件、锅炉等设备的腐蚀。
对于不锈钢而言，能够抑制点腐蚀、裂隙腐蚀的发生并抑制应力腐蚀裂纹。另外，对于碳钢、低合金钢而言，能够抑制全面腐蚀、点腐蚀及裂隙腐蚀。
进而，为了避免亚硝酸引起的腐蚀，通过对于以往或今后需要适用不锈钢的设备也适用本发明，能够适用碳钢、低合金钢而能够降低机组制造成本。
另外，由于不会从供水加热器向锅炉的供水中带入亚硝酸，能够防止供水的水质恶化，也能够防止亚硝酸对锅炉的腐蚀。另外，由于不会从低压涡轮向凝水中带入亚硝酸，能够将凝水脱盐装置的负荷抑制为较低程度，能够防止再生频度的降低、树脂的劣化。
实施例2
使用图5对实施例2的配管部件进行说明。图5示出了在钢管200的内表面上施加了铬(Cr)镀层201的状态。如在实施例1中说明的那样，在火力发电厂等的机组中，在排水或凝水中含有亚硝酸(HNO2)的情况下，配管部件、锅炉等设备容易发生腐蚀。为此，在图1所示的火力发电系统的配管30～41中，通过使用图5的配管部件而能够利用在内表面上施加的铬(Cr)镀层201对排水或凝水中的一氧化氮(NO)有效地进行分解处理，抑制亚硝酸的生成。
由此，在火力发电厂等的机组中，对排水或凝水中包含的一氧化氮(NO)有效地进行分解处理而抑制亚硝酸的生成，从而能够防止配管部件、锅炉等设备的腐蚀。
另外，如在实施例1中说明的那样，在钢管200的内表面上施加的铬(Cr)镀层201在进行一氧化氮(NO)的分解时作为催化剂发挥功能。作为催化剂效果高的物质，除了铬(Cr)以外还有铜(Cu)，钴(Co)，镍(Ni)，镁(Mg)，锰(Mn)，锌(Zn)，钒(V)，钛(Ti)，铝(Al)，钌(Ru)，铁(Fe)，也可以使用这些金属。
实施例3
使用图6对实施例3的一氧化氮分解装置进行说明。图6示出蜂窝构造的一氧化氮分解装置202的概要。在图1所示的火力发电系统的一酸化氮分解装置100～103中，通过使用图6的一氧化氮分解装置，能够利用在一氧化氮分解装置202内部设置的蜂窝构造上所施加的铬(Cr)镀层203对排水或凝水中的一氧化氮(NO)有效地进行分解处理，抑制亚硝酸(HNO2)的生成。
一氧化氮分解装置202在机组侧配管204的法兰206上安装装置侧配管205的法兰206来进行连接。由于一氧化氮分解装置202的流路面积比机组侧配管204的流路面积大，因此蒸汽流速会降低而易于促进一氧化氮的分解。另外，由于使内部构造为蜂窝构造，因此蒸汽与催化剂接触的面积增加，分解反应易于进行。
由此，能够在火力发电厂等的机组中对排水或凝水中包含的一氧化氮(NO)有效地进行分解处，抑制亚硝酸的生成，从而防止配管部件、锅炉等设备的腐蚀。
另外，在本实施例中也是除了铬(Cr)以外还有铜(Cu)，钴(Co)，镍(Ni)，镁(Mg)，锰(Mn)，锌(Zn)，钒(V)，钛(Ti)，铝(Al)，钌(Ru)，铁(Fe)，也可以使用这些金属。
实施例4
使用图7，对实施例4的一氧化氮分解装置进行说明。图7示出在内壁上施加了铬(Cr)镀层208的一氧化氮分解装置207的概要。与实施例3同样地，在图1所示的火力发电系统的一氧化氮分解装置100～103中，通过使用图7的一氧化氮分解装置，能够利用在一氧化氮分解装置202内部设置的蜂窝构造上所施加的铬(Cr)镀层203对排水或凝水中的一氧化氮(NO)有效地进行分解处理，抑制亚硝酸(HNO2)的生成。
图7的一氧化氮分解装置207在C－C’断面上的宽度比机组侧配管204的宽度(直径)要宽，因此会在一氧化氮分解装置207内部在蒸汽的流动中产生停滞，蒸汽流速降低而易于促进一氧化氮的分解。
实施例5
使用图8对实施例5的一氧化氮分解装置进行说明。图8示出了在内部设置钢丝棉(steel wool)状的筛网并对该筛网施加铬(Cr)镀层210的一氧化氮分解装置209的概要。与实施例3同样地，对图1所示火力发电系统的一氧化氮分解装置100～103使用图8的一氧化氮分解装置，从而能够利用在一氧化氮分解装置209的内部设置的筛网上所施加的铬(Cr)镀层210对排水或凝水中的一氧化氮(NO)有效地进行分解处理，抑制亚硝酸(HNO2)的生成。
另外，图8的一氧化氮分解装置209在D－D’断面上的宽度比机组侧配管204的宽度(直径)要宽，因此会与图7同样地在一氧化氮分解装置209内部在蒸气的流动中发生停滞，蒸汽流速降低而易于促进一氧化氮的分解。
另外，在各实施例中示出的催化剂，既可以使用各金属元素或氧化物单质，也可以将各金属元素或氧化物组合起来使用。
另外，本发明并不限定于上述实施例而包含各种变形例。例如，为了易于理解本发明而对上述实施例详细地进行了说明，而并不限定于具备所说明的全部结构。另外，也能够将某个实施例的结构的一部分置换为其它实施例的结构，或者向某个实施例的结构添加其它实施例的结构。另外，能够对各实施例的结构的一部分进行其它结构的追加·删除·置换。

Claims (11)

1.一种一氧化氮分解装置，其设置于机组的供水系统或排水系统并对流体中的一氧化氮进行分解，上述一氧化氮分解装置的特征在于，
上述一氧化氮分解装置设置于即将进入蒸汽发生冷凝的部位之前，并且在上述一氧化氮分解装置的内部设有促进一氧化氮的分解的催化剂。
2.根据权利要求1所述的一氧化氮分解装置，其特征在于，
上述催化剂包含金属元素Cr，Cu，Co，Ni，Mg，Mn，Zn，V，Ti，Al，Ru，Fe中的至少一种以上的金属元素或其氧化物。
3.根据权利要求1或2所述的一氧化氮分解装置，其特征在于，
上述一氧化氮分解装置的内部为蜂窝构造，在上述蜂窝构造的表面设有上述催化剂。
4.根据权利要求1或2所述的一氧化氮分解装置，其特征在于，
上述一氧化氮分解装置的宽度比该一氧化氮分解装置的上游侧的配管的宽度大。
5.根据权利要求1或2所述的一氧化氮分解装置，其特征在于，
在上述一氧化氮分解装置的内部设有钢丝棉状的筛网，在上述筛网设有上述催化剂。
6.一种发电系统，其使用蒸汽涡轮进行发电，上述发电系统的特征在于，
在上述发电系统的供水系统或排水系统设有促进一氧化氮的分解的一氧化氮分解装置，上述一氧化氮分解装置设置于即将进入蒸汽发生冷凝的部位之前。
7.根据权利要求6所述的发电系统，其特征在于，
在上述一氧化氮分解装置的内部设有促进一氧化氮的分解的催化剂。
8.根据权利要求7所述的发电系统，其特征在于，
上述催化剂包含金属元素Cr，Cu，Co，Ni，Mg，Mn，Zn，V，Ti，Al，Ru，Fe中的至少一种以上的金属元素或其氧化物。
9.根据权利要求7或8所述的发电系统，其特征在于，
上述一氧化氮分解装置的内部为蜂窝构造，在上述蜂窝构造的表面设有上述催化剂。
10.根据权利要求7或8所述的发电系统，其特征在于，
上述一氧化氮分解装置的宽度比该一氧化氮分解装置的上游侧的配管的宽度大。
11.根据权利要求7或8所述的发电系统，其特征在于，
在上述一氧化氮分解装置的内部设置钢丝棉状的筛网，在上述筛网设有上述催化剂。
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