JP2004028452A

JP2004028452A - ボイラーチューブ管理システムを有するボイラー装置

Info

Publication number: JP2004028452A
Application number: JP2002185617A
Authority: JP
Inventors: Masazumi Miyazawa; 宮澤　正純
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】灰分中のバナジウム含有金属を含む灰分の溶融点を検知して、的確かつ適量の融点上昇剤を添加することにより、融点上昇剤の使用量を削減することことを目的とする。
【解決手段】ボイラーチューブ管理用電気化学センサを設けたボイラー装置１であって、前記ボイラー装置内部のボイラーチューブ３と同質の材料で形成した電極保持部材６を前記ボイラー装置内に設け、前記ボイラーチューブ管理用電気化学センサの電極を、前記電極保持部材の周囲雰囲気と接するように、前記電極保持部材に設ける。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ボイラーチューブ管理システムを有するボイラー装置に関し、詳しくは、ボイラー装置内のボイラーチューブに付着したバナジウム含有金属を含む灰分の溶融点を検知し、融点上昇剤を付与するタイミングを示す装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラー装置において、燃料中のバナジウム等の金属分を含む灰分が、ボイラー設備中のボイラーチューブに付着し、損傷を与える、いわゆる高温損傷が生じている。これは、まず、前記灰分、特にバナジウム等の金属が前記ボイラーチューブに付着する。次いで、ボイラー装置内の温度上昇と共に、このバナジウム等含有金属を含む灰分の溶解が生じる。この際、前記灰分に酸素が吸着し、前記バナジウム等含有金属が付着したボイラーチューブの構成金属を酸化し、結果として、酸化された部分が欠落する。これにより高温損傷が起こると考えられる。
【０００３】
これに対し、酸化マグネシウム等の融点上昇剤を燃料に添加することにより、付着した前記バナジウム等含有金属の溶融温度を上昇させ、高温損傷の防止が図られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、使用する燃料によって、前記灰分中に含まれるバナジウム等含有金属の量が異なるため、バナジウム等含有金属が溶融する温度が変化する。このため、前記融点上昇剤を過剰量添加し、高温損傷が生じないようにしている。
【０００５】
そこでこの発明は、灰分中のバナジウム等含有金属を含む灰分の溶融点を検知して、的確かつ適量の融点上昇剤を添加することにより、融点上昇剤の使用量を削減することことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ボイラーチューブ管理用電気化学センサを設けたボイラー装置であって、前記ボイラー装置内部のボイラーチューブと同質の材料で形成した電極保持部材を前記ボイラー装置内に設け、前記ボイラーチューブ管理用電気化学センサの電極を、前記ボイラー装置内の雰囲気と接するように、前記電極保持部材に設けることにより、前記課題を解決したのである。
【０００７】
ボイラー装置の内部にボイラー装置内部のボイラーチューブと同質の材料で形成した電極保持部材を設け、ここにボイラーチューブ管理用電気化学センサの電極を、前記ボイラー装置内の雰囲気と接するように設けるので、燃料中のバナジウム等の金属分を含む灰分が、ボイラーチューブと同様に電極保持部材、特に前記電極にも付着する。そして、付着後、ボイラー装置内が昇温し、バナジウム等含有金属が融解し始めると、電極間に電気化学的電流ノイズや電気化学的電圧ノイズが発生する。すなわち、前記融解点は、前記電気化学的電流ノイズや電気化学的電圧ノイズの発生を感知することにより測定することができる。そして、融点上昇剤の添加を開始したり、融点上昇剤の添加量を増加させたりする。これにより、高温損傷が生じるのを防止できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下において、この発明について詳細に説明する。
この発明にかかるボイラーチューブ管理システムを有するボイラー装置は、ボイラー装置に、ボイラーチューブ管理用電気化学センサを設けたものである。
【０００９】
前記ボイラー装置とは、容器内で水を熱し、水蒸気を発生させる装置をいい、いろいろな形式のものがある。例えば、大型の工場等で使用されるボイラー装置１としては、図１に示すような構造を有する装置があげられる。これは、装置本体２の内部に、水又は水蒸気を通すボイラーチューブ３を配した構造を有する。
【００１０】
前記装置本体２は、その釜底部において、ここに設けられた燃焼孔１１から重油ポンプ４から送られる燃料を、送気ブロア５から送られる空気Ａで燃焼し、燃焼部１２を形成する。そして、この燃焼部１２で燃焼された空気は、ボイラーチューブ３を加熱しながら、出口１３に向かって流れ、この出口１３から燃焼空気Ｂが外部に開放される。この出口１３付近に熱交換器１４が設けられ、燃焼空気Ｂの熱を送気ブロア５から送り込まれる空気Ａに伝達される。これにより、燃焼部１２での加熱効率を向上させる。
【００１１】
また、前記ボイラーチューブ３は、装置本体２の出口１３近くに設けられた節炭器１５を通り、燃焼部１２に入って加熱部１６を形成する。そして、装置本体２内に設けられた一次過熱器１７ａ、二次過熱器１７ｂ、三次過熱器１７ｃを通って、蒸気出口１８へ導かれる。ボイラーチューブ３内に導入される水Ｃは、各工程を経て、過熱蒸気Ｄとなって蒸気出口１８より送り出される。
【００１２】
前記容器本体２やボイラーチューブ３を構成する材質としては、Ｃｒ−Ｍｏ鋼又はステンレス系の鋼であれば特に限定されるものでなく、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３０９、ＳＵＳ２１０、ＳＵＳ２１６、ＳＵＳ２１７、ＳＵＳ２１５、ＳＵＳ２０７等の比較的Ｎｉ含有率の高いステンレス鋼をあげることができる。
【００１３】
前記燃焼部１２で燃焼される燃料は、バナジウム等を含有する金属分（以下、「バナジウム含有金属」と称する。）を含む成分を有し、燃焼部１２で燃焼されることにより、バナジウム含有金属を含む灰分が生成され、前記ボイラーチューブ３に付着する。この付着したバナジウム含有金属を含む灰分が、装置本体２内部の温度上昇、及びボイラーチューブ３内の水蒸気の温度上昇によって温度が上昇し、融点を超えると、このバナジウム含有金属に酸素が吸着し、このバナジウム含有金属が付着しているボイラーチューブ３の金属壁を酸化し、結果として酸化された部分が欠落する。これにより高温損傷が生じる。
【００１４】
前記の高温損傷を防止するため、前記燃料に融点上昇剤を混入し、前記のバナジウム含有金属を含む灰分の溶融点、すなわち溶融温度の上昇させる。前記融点上昇剤としては、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等があげられる。
【００１５】
前記溶融点は、前記ボイラーチューブ管理用電気化学センサによって検知され、すみやかに融点上昇剤の燃料への添加、又は燃料への追加が行われて溶融点の上昇が図られる。これにより、高温損傷の発生を防止する。
【００１６】
前記のボイラーチューブ管理用電気化学センサの電極は、電極保持部材に取り付けられ、前記ボイラー装置、すなわち、装置本体２の内部に設けられる。前記電極保持部材６の位置は、例えば、図１に示すような、燃焼部１２の上方に設けてもよいが、特に限定されない。
【００１７】
前記電極２１は、図２に示すように、電極保持部材６の周囲雰囲気、すなわち、ボイラー装置１内部の雰囲気に接するように、電極保持部材６に設けられる。前記電極２１は、３つの電極２１ａ、２１ｂ及び２１ｃから構成され、これらの各電極部はそれぞれ、配線２２によって、前記のボイラーチューブ管理用電気化学センサに接続される。
【００１８】
また、前記電極保持部材６は、前記ボイラーチューブ３と同質の材料で形成される。これにより、バナジウム含有金属を含む灰分の電極保持部材６への付着が、ボイラーチューブ３への付着と同様に生じる。
【００１９】
前記の電極２１ａ、２１ｂ及び２１ｃのそれぞれは、互いに接触したり、通電しないように、間に絶縁材２３が設けられている。また、電極保持部材６の内側の配線２２の固定のため、必要に応じて、絶縁材２３で固定してもよい。さらに、前記電極保持部材６の内部に、空洞部２０を設け、空気Ｅ等を吹き込んでもよい。空気Ｅを吹き込むことにより、電極２１ａ、２１ｂ及び２１ｃを冷却することができ、より正確に検知することができる。
【００２０】
前記のボイラーチューブ管理用電気化学センサ７は、図３に示すように、前記３つの電極２１ａ〜２１ｃ、この電極２１ａ〜２１ｃでの測定データを処理する制御部８から構成される。この制御部８で検出された電気化学的電流ノイズ及び電気化学的電圧ノイズの変化、すなわち、電気化学的抵抗ノイズの変化に関するデータが、データ記憶部３６で記憶され、融解点判断手段３７でバナジウム含有金属の融解点が認識され、管理システム３８に送られ、そして、前記融点上昇剤の燃料への添加又は添加量の増加が指示される。これにより、前記電気化学的電流ノイズ及び電気化学的電圧ノイズの発生の原因であるバナジウム含有金属を含む灰分の溶融を防止することができる。
また、前記の各電極２１ａ〜２１ｃは、同一の電気伝導性の材料、例えば、金属から形成される。
【００２１】
前記のバナジウム含有金属を含む灰分の溶融の検知は、次の方法で行われる。まず、各電極２１ａ〜２１ｃを配した電極保持部材６を装置本体２内に設置し、ボイラー装置１を稼動させる。すると、燃料から発生するバナジウム含有金属を含む灰分が、電極保持部材６に付着する。そして、再び、ボイラー装置１を稼動させる。すると、装置本体２内の温度が上昇し、電極保持部材６に付着したバナジウム含有金属を含む灰分の溶融が始まる。この溶融が始まると、酸素がバナジウム含有金属を含む灰分に吸着され、各電極２１ａ〜２１ｃに電気化学的電流ノイズ及び電気化学的電圧ノイズの変化が発生し、これを制御部８で検知することができる。
この検知データを管理システム３８に送り、前記の融点上昇剤の燃料への添加、又は燃料への追加を行うことができる。
【００２２】
前記ボイラーチューブ管理用電気化学センサ７の制御部６は、図３に示すように、前記各電極２１ａ〜２１ｃ間の電気化学的電流ノイズ並びに電気化学的電位ノイズをそれぞれに測定する電流電圧測定手段３０、前記電流電圧測定手段で測定された電気化学的電流ノイズ並びに電気化学的電位ノイズの各測定データを取り入れて、この測定データを時系列に蓄積するデータ記憶手段３６、及び前記データ記憶手段３６に時系列で蓄積された電気化学的電流ノイズ又は電気化学的電位ノイズの測定データを取り出し、この取り出された電気化学的電流ノイズ及び電気化学的電位ノイズの測定データの変化、すなわち、電気化学的抵抗ノイズの変化を検知し、前記バナジウム含有金属の融解点を判断する融解点判断手段３７を備える。
【００２３】
前記ボイラーチューブ管理用電気化学センサ７について、図３乃至図５を用いてより詳細に説明する。
図３は、本実施形態例を含むボイラーチューブ管理用電気化学センサの全体構成の概要を示すブロック図であり、ここでは、本実施形態例を含む電気化学センサ全体の構成とその作用並びに効果について述べる。
【００２４】
まず、前記腐食電流電圧測定手段３０について説明する。これは、図３に示す電気化学センサのうち、無抵抗電流計２４、バッファー回路２５、及びバンドパスイフィルター２６、２７から構成される。
【００２５】
前記第１の電極２１ａと第２の電極２２ｂとの間には、内部抵抗がほぼゼロの電流測定回路、いわゆる無抵抗電流計（ｚｅｒｏ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ａｍｍｅｒｔｅｒ）２４を接続させ、前記第２の電極２１ｂと第３の電極２１ｃ間には、該電極側に影響を与えずに信号電圧を測定し得る入力インピーダンスが非常に大きいアンプ回路、ここではバッファー回路２５を接続させる。
【００２６】
従って、この態様の場合、前記第１の電極２１ａと第２の電極２１ｂ間には、それぞれ、各電極表面の腐食の進行程度に応じたカップリング電流（結合電流：Ｉｍｅａｎ）ａを生じ、該カップリング電流ａは、前記無抵抗電流計２４によって測定され、且つ後述する信号処理をなした上で、データ記憶手段であるコンピュータ３５のデータ記憶部３６に時系列で蓄積される。
【００２７】
このとき、電気化学的電流ノイズ（Ｉｎ）ｂについては、前記カップリング電流ａの変動をフィルター回路、特にバンドパスフィルター回路２６によって、その低周波数領域、特に１Ｈｚ程度以下の周波数領域、好ましくは０．０１〜１Ｈｚ程度の周波数領域の電流変動を測定して得ることができ、該測定された電気化学的電流ノイズ（Ｉｎ）ｂもまた後述する信号処理をなした上で、コンピュータ８のデータ記憶部３６に時系列で蓄積される。ここで、この電気化学的電流ノイズ（Ｉｎ）ｂは、コンピュータ８に取り込まれたカップリング電流（Ｉｍｅａｎ）ａをしかるべく演算処理し、その標準偏差を求めることによっても同様に得られる。
【００２８】
一方、電気化学的電位ノイズ（Ｖｎ）ｃについては、前記第２の電極２１ｂと第３の電極２１ｃとの間の電位差（Ｖｍｅａｎ）を前記バッファー回路２５によって測定すると共に、この電位差の変動をフィルター回路、特にバンドパスフィルター回路２７によって、その低周波数領域、特に１Ｈｚ程度以下の周波数領域、好ましくは０．０１〜１Ｈｚ程度の周波数領域の電位差変動を測定して得ることができ、該測定された電気化学的電位ノイズ（Ｖｎ）ｃもまた後述する信号処理をなした上で、コンピュータ３５のデータ記憶部３６に時系列で蓄積される。ここでも、この電気化学的電位ノイズ（Ｖｎ）ｃは、前記電位差を直接コンピュータ８に取り込んでしかるべく演算処理し、その標準偏差を求めることによっても同様に得られる。
【００２９】
次に、前記各測定データ信号（電流及び電圧の各測定データ）をコンピュータ３５に入力するまでのデータ処理の具体的な回路手段の詳細を図４（ａ）、（ｂ）及び図５（ａ）、（ｂ）に示す。
【００３０】
図４（ａ）、（ｂ）は、同上データ処理回路をアナログ回路によって構成したときの一例である。この場合、先ず、前記電流信号、即ち、前記第１の電極２１ａと第２の電極２１ｂ間のカップリング電流ａは、同図（ａ）にみられるように、無抵抗電流計２４によって測定されると共に、その電流信号の一方は、信号の２乗平均を求めるＲＭＳ回路→求めた信号を直流に変換するＤＣ回路→直流に変換された信号を対数に変換するＬＯＧ回路からなるコンバータ（以下、対数コンバータという）２８によって対数変換され、さらに、アナログ／デジタルコンバータ（以下、Ａ／Ｄコンバータという）２９によってデジタル変換された後、前記コンピュータ３５にカップリング電流（Ｉｍｅａｎ）ａとして入力され、電流信号の他方は、バンドパスフィルター回路２６によって１Ｈｚ程度以下の周波数成分が取り出された上で、同様に対数コンバータ３１によって対数変換され、さらに、Ａ／Ｄコンバータ３２によってデジタル変換された後、前記コンピュータ３５に電気化学的電流ノイズ（Ｉｎ）ｂとして入力される。そして、データ記憶手段３６で記憶される。
【００３１】
次いで、前記電圧信号、即ち、前記第２の電極２１ｂと第３の電極２１ｃ間の電位差は、同図（ｂ）にみられるように、バッファー回路２５によって測定され、且つこの信号からバンドパスフィルター回路２７によって１Ｈｚ程度以下の周波数成分が取り出された上で、ここでも、対数コンバータ３３によって対数変換され、さらに、Ａ／Ｄコンバータ３４によってデジタル変換された後、前記コンピュータ３５に電気化学的電位ノイズ（Ｖｎ）ｃとして入力される。そして、データ記憶手段３６で記憶される。
【００３２】
また、図５（ａ）、（ｂ）は、前記図４（ａ）、（ｂ）のアナログ回路構成に対応してデータ処理回路をデジタル回路で構成したときの一例で、図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しており、該デジタル回路構成によっても同様な作用が得られる。
【００３３】
前記融解点判断手段３７は、前記データ記憶部３６に蓄積されている電気化学的電流ノイズ（Ｉｎ）ｂ、及び電化化学的電位ノイズ（Ｖｎ）ｃの測定データ、及びこれからから算出される電気化学的抵抗ノイズの急激な変化から判断する。すなわち、前記バナジウム含有金属を含む灰分の融解が始まると、電気化学的電流ノイズ（Ｉｎ）ｂ、及び電化化学的電位ノイズ（Ｖｎ）ｃが発生するので、その変化は急激となる。あわせて、これらから得られる電気化学的抵抗ノイズも急激に変化する。このため、これらのデータが急激に変化した時点が、前記バナジウム含有金属を含む灰分の融解点と判断することができる。
【００３４】
前記融解点のデータは、管理システム３８に送られ、前記のとおり、融点上昇剤の使用が開始又は使用量の増加の判断に利用される。
【００３５】
【実施例】
以下に実施例及び比較例をあげてこの発明をさらに具体的に説明する。
【００３６】
（実施例１）
図１に示すボイラー装置１の二次過熱器１７ｂの近傍に電極保持材６を設置した。この電極保持材は、ボイラーチューブ３と同様の材料（ＳＵＳ３４７ＴＢ）から構成され、図２に示すように、電極２１ａ〜２１ｃを取り付けたものである。また、この電極２１ａ〜２１ｃを含むボイラーチューブ管理用電気化学センサ７は、図２乃至図４に示す構成及び機能を有する。
そして、重油ポンプ４より供給される燃料は、重油（バナジウム含量：０．２２重量％）を用い、１０時間、前記ボイラー装置１を稼動させた。
【００３７】
その後、一旦、前記ボイラー装置１の稼動を停止し、再稼動させた。そして、そのときの電気化学的電流ノイズ（Ｉｎ）ｂ、及び電化化学的電位ノイズ（Ｖｎ）ｃ、及び電気化学的抵抗ノイズの変化を見た。電気化学的電流ノイズ（Ｉｎ）ｂ、及び電化化学的電位ノイズ（Ｖｎ）ｃの変化を図６（ａ）に、電気化学的抵抗ノイズの変化を図６（ｂ）に示す。
【００３８】
その結果、再稼動開始して、状態が落ち着いた後、データが変動が激しく変動している箇所が見出された。このとき、酸化マグネシウムを燃料に添加すると、この変動は収まりを見せた。
【００３９】
【発明の効果】
この発明によると、ボイラーチューブ管理用電気化学センサによって、バナジウム含有金属分を含む灰分の溶融点を検知することができるので、ボイラー装置の高温損傷の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ボイラー装置の例を示す模式図
【図２】ボイラーチューブ管理用電気化学センサの電極部の例を示す模式図
【図３】ボイラーチューブ管理用電気化学センサの全体構成の概要を示すブロック図
【図４】図３のボイラーチューブ管理用電気化学センサにおける電流、電圧の各測定データ信号の処理回路をアナログ回路で構成したときの例を示すブロック図
【図５】図３のボイラーチューブ管理用電気化学センサにおける電流、電圧の各測定データ信号の処理回路をデジタル回路で構成したときの例を示すブロック図
【図６】（ａ）実施例における電気化学的電位ノイズ及び電気化学的電流ノイズの測定データ
（ｂ）実施例における電気化学的抵抗ノイズの測定データ
【符号の説明】
１　ボイラー装置
２　装置本体
３　ボイラーチューブ
４　重油ポンプ
５　送気ブロア
６　電極保持部材
７　ボイラーチューブ管理用電気化学センサ
８　制御部
１１　燃焼孔
１２　燃焼部
１３　出口
１４　熱交換器
１５　節炭器
１６　加熱部
１７ａ　一次過熱器
１７ｂ　二次過熱器
１７ｃ　三次過熱器
１８　蒸気出口
２０　空洞部
２１　電極
２１ａ　第１の電極
２１ｂ　第２の電極
２１ｃ　第３の電極
２２　配線
２３　絶縁材
２４　無抵抗電流計
２５　バッファー回路
２６，２７　バンドパスフィルター回路
２８、３１、３３　対数コンバータ
２９、３２、３４　Ａ／Ｄコンバータ
３５　コンピュータ
３６　データ記憶手段
３７　融解点判断手段
３８　管理システム
ａ　カップリング電流（Ｉｍｅａｎ）
ｂ　電気化学的電流ノイズ（Ｉｎ）
ｃ　電気化学的電圧ノイズ（Ｖｎ）
Ａ　空気
Ｂ　燃焼空気
Ｃ　水
Ｄ　過熱蒸気

Claims

ボイラーチューブ管理用電気化学センサを設けたボイラー装置であって、前記ボイラー装置内部のボイラーチューブと同質の材料で形成した電極保持部材を前記ボイラー装置内に設け、前記ボイラーチューブ管理用電気化学センサの電極を、前記ボイラー装置内の雰囲気と接するように、前記電極保持部材に設けたボイラーチューブ管理システムを有するボイラー装置。
ボイラー装置の稼動によりその内部に生じるバナジウム含有金属を含む灰分が、前記電極保持部材の外壁部に付着した後、このバナジウム含有金属の溶融の際に生じる電気化学的電流ノイズ及び電気化学的電圧ノイズを、前記の電極を通じてボイラーチューブ管理用電気化学センサによって検知する請求項１に記載のボイラーチューブ管理システムを有するボイラー装置。
ボイラーチューブ管理用前記電気化学センサは、前記電極部、前記電極部の各電極間に生じる電気化学的電流ノイズ並びに電気化学的電位ノイズをそれぞれに測定する電流電圧測定手段、前記電流電圧測定手段で測定された電気化学的電流ノイズ並びに電気化学的電位ノイズの各測定データを取り入れて、この測定データを時系列に蓄積するデータ記憶手段、及び前記データ記憶手段に時系列で蓄積された電気化学的電流ノイズ又は電気化学的電位ノイズの測定データを取り出し、この取り出された電気化学的電流ノイズ及び電気化学的電位ノイズの測定データから前記バナジウム含有金属の融解点を判断する融解点判断手段を備えるセンサである請求項１又は２に記載のボイラーチューブ管理システムを有するボイラー装置。