JP2005042732A

JP2005042732A - 発電プラント

Info

Publication number: JP2005042732A
Application number: JP2004236273A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Yamaguchi; 哲男山口; Nobuo Shimizu; 暢夫清水; Kazuo Ikeuchi; 和雄池内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-08-16
Filing date: 2004-08-16
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】
発電プラントを構成する機器全てに対して効果的、かつ寿命化を図った信頼性の高い水処理方法を得る。
【解決手段】
蒸気発生装置に供給される復水による鉄の溶出防止及び鉄の腐食防止をするために、給水加熱器の入口側にアンモニアを注入し、かつ復水昇圧ポンプ及び給水ポンプの入口側に酸素を注入する。また、蒸気発生装置から得られた蒸気による鉄の溶出を防止するために、タービンの入口側にｐＨを調整する薬剤を注入する。
【選択図】図１

Description

本発明は発電プラントの水処理方法に係り、特に復水・給水系統及び蒸気系統を構成する機器に好適な水処理方法に関する。

従来のプラント、特に火力発電プラントの水処理としては、揮発性物質処理（ＡＶＴ：All Volatile Treatement）、酸素処理（ＣＷＴ：Conbind Water Treatment）の二つの水処理が知られている。

このうち、揮発性物質処理（以下、ＡＶＴと称する）の水処理は、蒸気発生装置の入口側において、復水・給水系統から給水された復水を採取し、採取した復水に含まれるている水素イオンの指数（以下、ｐＨと称する）及び溶存酸素の濃度（以下、ＤＯと称する）を測定する。そして、採取した復水のｐＨが９.０〜９.６、ＤＯが７ppbとなるように、低圧給水加熱器の入口側からアンモニア若しくはヒドラジンを注入するというものである。

一方、酸素処理（以下、ＣＷＴと称する）の水処理は、蒸気発生装置の入口側において、復水・給水系統から給水された復水を採取し、採取した復水に含まれているｐＨ及び
ＤＯを測定する。そして、採取した復水のｐＨが８.０〜９.０、ＤＯが２０〜２００ppb になるように、低圧給水加熱器の入口側からアンモニアを注入する。また、復水昇圧ポンプの入口側及び給水ポンプの入口側から酸素を注入するというものである。

上述した二つの水処理としては、例えば、特開昭60−100688号，特開平4−128395 号に記載のものが知られている。また、上述した二つの水処理のｐＨ及びＤＯの範囲としては、「ＪＩＳ，日本規格協会，１９８９年発行，ボイラの給水及びボイラ水の水質（ＪＩＳＢ８２２３）」に規格されている。

特開昭６０−１００６８８号公報特開平４−１２８３９５号公報ＪＩＳ，日本規格協会，１９８９年発行，ボイラの給水及びボイラ水の水質（ＪＩＳＢ８２２３）

近年の火力プラントにおける水処理は、前述した二つの水処理のうち、ＣＷＴの水処理の方が採用されつつある。

即ち、前述したＡＶＴの水処理においては、蒸気発生装置に給水される復水のｐＨを
９.０〜９.６（アルカリ性）としているので、鉄の溶出抑制に対して有効であり、蒸気発生装置の蒸発管等には信頼性があった。しかし、プラントによっては、蒸気発生装置の蒸発管等の内面にスケール（腐食）を生成してしまい、蒸気発生装置の差圧を著しく上昇させることが判明した。

一方、ＣＷＴの水処理においては、蒸気発生装置に給水される復水に注入された酸素により、蒸気発生装置の蒸発管の内面にヘマタイトの粒子を生成させ、緻密で平滑な被膜表面を形成し、スケール（腐食）を防止し蒸気発生装置の差圧上昇を抑制する。従って、
ＡＶＴの水処理に代わってＣＷＴの水処理が近年の火力プラントに採用されつつある。

しかしながら、ＣＷＴの水処理において以下の事実が判明した。即ち、ＣＷＴの水処理においては、温度が低い場合、前述したヘマタイトの粒子の生成が不十分となり、機器を構成する鉄鋼材等から鉄の溶出を増加させることが判明したのである。特に、低圧タービン及び給水ポンプ駆動タービンにおいては、駆動源では蒸気が凝縮する湿り蒸気領域にあるので、温度が低く、前述したヘマタイトの粒子の生成が不十分となる。これにより、タービンを構成する材料から鉄を溶出させ、タービンの破損を招く恐れがある。

この点に関し、前述した従来の技術では何等考慮されていない。

本願発明者は、上記の点に鑑みなされたものであり、本発明の目的とするところは、プラントの復水・給水系統のみならず、蒸気系統においても水処理を施し、プラントを構成する機器全てに対して効果的、かつ寿命化を図った信頼性の高い水処理方法を提供するにある。

本願発明者は、蒸気系統を構成する機器のうち、低圧蒸気タービン及び給水ポンプ駆動タービンに供給される蒸気のｐＨを、給水系統と同様に変化させれば、低圧蒸気タービン及び給水ポンプ駆動タービンを構成する材料からの鉄の溶出を抑制しタービンの破損を防げることに気付いたのである。そこで、本願発明者は、実験，分析等を行った結果、低圧蒸気タービン及び給水ポンプ駆動タービンに効果的なｐＨの範囲を発見したのである。

ここに、蒸気発生装置で得られた蒸気によりタービンを駆動すると共に、前記タービンから排出された排気を復水器によって凝縮し、得られた復水を少なくとも復水昇圧ポンプ，給水加熱器及び給水ポンプを介して前記蒸気発生装置に供給する発電プラントの水処理方法において、前記蒸気発生装置に供給される復水による鉄の溶出防止及び鉄の腐食防止をするために、前記給水加熱器の入口側にアンモニアを注入し、かつ前記復水昇圧ポンプ及び給水ポンプの入口側に酸素を注入すると共に、前記蒸気発生装置から得られた蒸気による鉄の溶出を防止するために、前記タービンの入口側に薬剤を注入したものである。

好ましくは、前記蒸気発生装置から得られ蒸気による鉄の溶出を防止するために、前記復水器から得られた復水のｐＨが９.０〜９.６となるように、前記タービンの入口側に薬剤を注入したものである。

また、前記タービンは、高圧タービン，中圧タービン及び低圧タービンからなり、前記薬剤は前記低圧タービンの入口側に注入することが好ましい。

また、前記薬剤は、前記タービンを構成する静翼に設けた噴出孔より注入することが好ましい。

また、前記薬剤は、揮発性のアルカリ性物質であることが好ましく、さらに、前記揮発性のアルカリ性物質は、アンモニアであることが好ましい。

また、本発明は、蒸気発生装置で得られた蒸気により第１のタービンを駆動すると共に、前記第１のタービンから排出された排気を復水器によって凝縮し、得られた復水を少なくとも復水昇圧ポンプ，給水加熱器及び前記蒸気発生装置で得られた蒸気の抽気を駆動源とする第２のタービンによって駆動される給水ポンプを介して前記蒸気発生装置に供給する発電プラントの水処理方法において、前記蒸気発生装置に供給される復水による鉄の溶出防止及び鉄の腐食防止をするために、前記給水加熱器の入口側にアンモニアを注入し、かつ前記復水昇圧ポンプ及び給水ポンプの入口側に酸素を注入すると共に、前記蒸気発生装置から得られた蒸気による鉄の溶出を防止するために、前記第２のタービンの入口側に薬剤を注入したものである。

好ましくは、前記蒸気発生装置から得られ蒸気による鉄の溶出を防止するために、前記第２のタービンの排気のｐＨが９.０〜９.６となるように、前記第２のタービンの入口側に薬剤を注入したものである。

本発明によると、蒸気発生装置の給水入口側において給水される復水を採取し、前記蒸気発生装置に給水される復水給水のｐＨ及びＤＯを測定する。そして、前記測定結果、即ちｐＨが８.０〜９.０及びＤＯが２０〜２００ppb となっていなければ、給水加熱器の入口側からアンモニアを、復水昇圧ポンプ及び給水ポンプの入口側から酸素を夫々蒸気発生装置に給水される復水に注入し、常に一定の濃度、即ちｐＨが８.０〜９.０及びＤＯが
２０〜２００ppb となるようにする。これにより、蒸気発生装置を構成する機器、例えば蒸発管内面には、ヘマタイトの粒子による緻密で平滑な被膜表面が形成され、鉄の溶出を抑制する。また、スケールの発生を防ぎ、蒸気発生装置の差圧上昇を抑制する。

一方、復水器の出口において、復水器によって得られた復水を採取し、タービンに供給された蒸気のｐＨを測定する。そして、前記測定結果、即ちｐＨが９.０〜９.６となっていなければ、低圧蒸気タービンの入口側若しくはタービンを構成する静翼に設けた噴出孔から薬剤、即ち揮発性のアルカリ性物質（例えばアンモニア）を注入し、常に一定の濃度、即ちｐＨが９.０〜９.６となるようにする。これにより、特に、湿り蒸気領域で運転される低圧蒸気タービンからの鉄の溶出を抑制し、タービンの破損を防ぐ。

また、給水ポンプ駆動タービンにおいては、その排気を採取し、タービンに供給された蒸気のｐＨを測定し、ｐＨが９.０〜９.６となっていなければ、給水ポンプ駆動タービンの入口側若しくはタービンを構成する静翼に設けた噴出孔から薬剤、即ち揮発性のアルカリ性物質（例えばアンモニア）を注入し、常に一定の濃度、即ちｐＨが９.０〜９.６となるようにする。

本発明によれば、発電プラントの復水・給水系統のみならず、蒸気系統においても水処理を施しているので、発電プラントを構成する機器全てに対して効果的、かつ寿命化を図った信頼性の高い水処理方法を提供することができる。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施例である火力発電プラントを示す系統図である。まず、火力発電プラントの構成を説明する。火力発電プラントは、大別すると蒸気発生装置１１を上流側とし復水器１を下流側とする蒸気系統と、復水器１を上流側とし蒸気発生装置１１を下流側とする復水・給水系統とからなっている。

このうち、蒸気系統は、蒸気発生装置１１で発生した蒸気を駆動源とする高圧蒸気タービン１２と、高圧蒸気タービン１２の排出蒸気を蒸気発生装置１１で加熱し得られた再熱蒸気を駆動源とする中圧蒸気タービン１３と、中圧蒸気タービン１３の排出蒸気を駆動源とする低圧蒸気タービン１４とを備えている。

蒸気発生装置１１で発生した蒸気は、高圧蒸気配管を介して高圧蒸気タービン１２に供給されタービンを駆動する。高圧蒸気タービン１２駆動後の蒸気は、戻り蒸気配管を介して発生装置１１に戻され再び加熱される。これによって得られた再熱蒸気は、再熱蒸気配管を介して中圧蒸気タービン１３に供給されタービンを駆動する。中圧蒸気タービン１３駆動後の蒸気は、低圧蒸気配管を介して低圧蒸気タービン１４に供給されタービンを駆動する。そして、低圧蒸気タービン１４駆動後の蒸気は、復水器１に排出され凝縮せしめられる。

また、蒸気系統は、後述する給水ポンプを駆動する給水ポンプ駆動蒸気タービン１５を備えており、給水ポンプ駆動蒸気タービン１５には、高圧蒸気配管から分岐した分岐管を介して高圧蒸気タービン１２に供給される蒸気の一部、若しくは中圧蒸気タービン１３の抽気が抽気管を介して供給されタービンを駆動する。そして、給水ポンプ駆動蒸気タービン１５駆動後の蒸気は、排出管を介して復水器１に排出され、前述同様に凝縮せしめられる。

一方、復水・給水系統は、蒸気タービン（低圧蒸気タービン１４，給水ポンプ駆動蒸気タービン１５）から排出された蒸気を復水器１で凝縮し、得られた復水を脱気器８に供給する復水系統と、脱気器８で脱気された復水を蒸気発生装置１１に供給する給水系統に区分される。

このうち、復水系統は、復水器１で凝縮し得られた復水を送水する復水ポンプ２と、復水ポンプ２からグラントコンデンサ３を介して送水された復水中に含まれる鉄酸化物等の腐食生成物を除去する復水ろ過器４と、復水中に含まれる塩素イオン等の腐食媒を除去する復水脱塩装置５と、復水ろ過器４及び復水脱塩装置５により復水中に含まれる腐食生成物及び腐食媒が除去された復水を低圧給水加熱器７を介して脱気器８に送水する復水昇圧ポンプ６とを備えている。

また、給水系統は、脱気器８により脱気された復水を高圧給水加熱器１０を介して蒸気発生装置１１に給水する給水ポンプ９を備えている。尚、給水ポンプ９は、駆動源として前述した給水ポンプ駆動蒸気タービン１５を備えている。

復水器１で凝縮され得られた復水は、復水ポンプ２からグラントコンデンサ３を介して復水ろ過器４に送水され、復水中に含まれる鉄酸化物等の腐食生成物を除去する。次に復水は、復水脱塩装置５に送水され、復水中に含まれる塩素イオン等の腐食媒が除去される。このように、復水中に含まれる腐食生成物及び腐食媒が除去された復水は、復水昇圧ポンプ６によって昇圧され、途中低圧給水加熱７より加熱され、脱気器８に送水される。脱気器８は、送水された復水を脱気する。そして、脱気器８によって脱気された復水は、給水ポンプ９によって送水され、途中高圧加熱器により加熱され、蒸気発生装置１１に給水される。

概略以上のように火力発電プラントは構成されており、次に、この火力発電プラントの水処理について説明する。

まず、復水・給水系統における水処理について説明する。復水・給水系統から蒸気発生装置１１に給水される復水は、その中に含まれているｐＨとＤＯを所定の値として、蒸気発生装置１１の蒸発管等のスケール（腐食）や鉄の溶出を抑制する必要がある。このため、蒸気発生装置１１の入口側サンプル採取ポイント１０１で、蒸気発生装置１１に給水される復水を採取し、その中に含まれているｐＨとＤＯの濃度を測定する。測定の結果、蒸気発生装置１１に給水される復水のｐＨが８.０〜９.０、ＤＯが２０〜２００ppb でなければ、低圧給水加熱器の入口側１０４からアンモニアを蒸気発生装置１１に給水される復水に注入し、復水のｐＨを所定の範囲、即ち８.０〜９.０の範囲となるように調整する。また、復水昇圧ポンプ６の入口側１０２及び給水ポンプ９の入口側１０３から酸素を夫々蒸気発生装置に給水される復水に注入し、復水のＤＯを所定の範囲、即ち２０〜２００
ppb の範囲となるように調整する。これにより、蒸気発生装置１１の蒸発管等の内面には、ヘマタイトの粒子による緻密で平滑な被膜表面が形成され、鉄の溶出を抑制することができる。また、スケールの発生を防ぎ、蒸気発生装置１１の差圧上昇を抑制することができる。

一方、復水・給水系統においてｐＨ及びＤＯが調節された復水は、蒸気発生装置１１で蒸気となり蒸気系統に供給され、タービンを駆動する。ここで、蒸気系統には、復水・給水系統と同じ水質の蒸気、即ちｐＨが８.０〜９.０、ＤＯが２０〜２００ppb の蒸気が供給されていることとなる。この場合、高圧蒸気タービン１２及び中圧蒸気タービン１３には、高温の蒸気が供給されているので、ヘマタイトの粒子の生成によりタービンを構成する材料からの鉄の溶出を抑制することができる。しかしながら、低圧蒸気タービン１４においては、供給された蒸気がタービン内で凝縮し温度の低い湿り蒸気領域となるため、ヘマタイトの粒子の生成が不十分となる。これにより、タービンを構成する材料から鉄の溶出を増大させ、タービンを破損に至らしめる。

そこで、本実施例においては、低圧蒸気タービン１４に供給される蒸気の水質を変化させ、タービンを構成する材料から鉄の溶出を抑制したものである。このため、復水器１で凝縮し得られた復水を復水器１の出口側２０１にて採取し、低圧蒸気タービン１４に供給されたｐＨを測定する。測定の結果、低圧蒸気タービン１４に供給された蒸気のｐＨが
９.０〜９.６でなければ、低圧蒸気タービン１４の入口側２０２から薬剤として揮発性のアルカリ性物質（例えばアンモニア）を注入し、低圧蒸気タービン１４に供給される蒸気のｐＨを所定の範囲、即ち９.０〜９.６の範囲となるように調整する。これにより、温度の低い湿り蒸気領域で運転される低圧蒸気タービン１４のタービンを構成する材料からの鉄の溶出を抑制し、タービンの破損を防ぐことができる。

また、タービンを構成する静翼に設けた噴出孔２０３より、低圧蒸気タービン１４内に、薬剤として揮発性のアルカリ性物質（例えばアンモニア）を注入しても、上記と同様の効果が得られる。

図２は本発明の他の実施例である火力発電プラントを示す系統図である。尚、火力プラントの構成は、図１と同様の構成であるので説明は省略する。また、復水・給水系統における水処理についても図１と同様であるので説明を省略し、蒸気系統における水処理について説明する。

前述したように、復水・給水系統においてｐＨ及びＤＯが調節された復水は、蒸気発生装置１１で蒸気となり蒸気系統に供給され、タービンを駆動する。ここで、蒸気系統には、復水・給水系統と同じ水質の蒸気、即ちｐＨが８.０〜９.０、ＤＯが２０〜２００ppb の蒸気が供給されていることとなる。この場合、高圧蒸気タービン１２及び中圧蒸気タービン１３には、高温の蒸気が供給されているので、ヘマタイトの粒子の生成によりタービンを構成する材料からの鉄の溶出を抑制することができる。しかしながら、前述したように低圧蒸気タービン１４もそうであるが、給水ポンプ駆動タービン１５においても、供給された蒸気がタービン内で凝縮し温度の低い湿り蒸気領域となるため、ヘマタイトの粒子の生成が不十分となる。これにより、タービンを構成する材料から鉄の溶出を増大させ、タービンを破損に至らしめる。

そこで、本実施例においては、給水ポンプ駆動タービン１５に供給される蒸気の水質を変化させ、タービンを構成する材料から鉄の溶出を抑制したものである。このため、復水器１に排出される給水ポンプ駆動タービン１５の排気を復水器１の入口側２１１て採取し、給水ポンプ駆動タービン１５に供給されたｐＨを測定する。測定の結果、給水ポンプ駆動タービン１５に供給された蒸気のｐＨが９.０〜９.６でなければ、給水ポンプ駆動タービン１５の入口側２１２から薬剤として揮発性のアルカリ性物質（例えばアンモニア）を注入し、給水ポンプ駆動タービン１５に供給される蒸気のｐＨを所定の範囲、即ち９.０〜９.６の範囲となるように調整する。これにより、前例と同様に、温度の低い湿り蒸気領域で運転される給水ポンプ駆動タービン１５のタービンを構成する材料からの鉄の溶出を抑制し、タービンの破損を防ぐことができる。

また、タービンを構成する静翼に設けた噴出孔２１３より、給水ポンプ駆動タービン
１５内に、薬剤として揮発性のアルカリ性物質（例えばアンモニア）を注入しても、上記と同様の効果が得られる。

尚、実施例の説明においては、低圧蒸気タービン１４及び給水ポンプ駆動タービン１５の水処理を別けて説明したが、低圧蒸気タービン１４及び給水ポンプ駆動タービン１５の水処理を組合わせることにより、火力発電プラントにおける水処理の信頼性はより向上されるであろう。

本発明の一実施例を示す火力発電プラントの系統図。本発明の他の実施例を示す火力発電プラントの系統図。

符号の説明

１…復水器、２…復水ポンプ、３…グランドコンデンサ、４…復水ろ過器、５…復水脱塩装置、６…復水昇圧ポンプ、７…低圧給水加熱器、８…脱気器、９…給水ポンプ、１０…高圧給水加熱器、１１…蒸気発生装置、１２…高圧蒸気タービン、１３…中圧蒸気タービン、１４…低圧蒸気タービン、１５…給水ポンプ駆動蒸気タービン、１０１，２０１，２１１…サンプル採取ポイント、１０２，１０３，１０４，２０２，２０３，２１２，
２１３…薬剤注入ポイント。

Claims

蒸気発生装置で得られた蒸気によりタービンを駆動すると共に、前記タービンから排出された排気を復水器によって凝縮し、得られた復水を少なくとも復水昇圧ポンプ，給水加熱器及び給水ポンプを介して前記蒸気発生装置に供給する発電プラントの水処理方法において、
前記蒸気発生装置に供給される復水による鉄の溶出防止及び鉄の腐食防止をするために、前記給水加熱器の入口側にアンモニアを注入し、かつ前記復水昇圧ポンプ及び給水ポンプの入口側に酸素を注入すると共に、前記蒸気発生装置から得られた蒸気による鉄の溶出を防止するために、前記タービンの入口側に薬剤を注入することを特徴とする発電プラントの水処理方法。
前記蒸気発生装置から得られ蒸気による鉄の溶出を防止するために、前記復水器から得られた復水のｐＨが９.０〜９.６となるように、前記タービンの入口側に薬剤を注入することを特徴とする請求項１記載の発電プラント水処理方法。
前記タービンは、高圧タービン，中圧タービン及び低圧タービンからなり、前記薬剤は前記低圧タービンの入口側に注入することを特徴とする請求項１及び請求項２記載の発電プラントの水処理方法。
前記薬剤は、前記タービンを構成する静翼に設けた噴出孔より注入することを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の発電プラントの水処理方法。
前記薬剤は、揮発性のアルカリ性物質であることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の発電プラントの水処理方法。
前記揮発性のアルカリ性物質は、アンモニアであることを特徴とする請求項５記載の発電プラントの水処理方法。
蒸気発生装置で得られた蒸気により第１のタービンを駆動すると共に、前記第１のタービンから排出された排気を復水器によって凝縮し、得られた復水を少なくとも復水昇圧ポンプ，給水加熱器及び前記蒸気発生装置で得られた蒸気の抽気を駆動源とする第２のタービンによって駆動される給水ポンプを介して前記蒸気発生装置に供給する発電プラントの水処理方法において、
前記蒸気発生装置に供給される復水による鉄の溶出防止及び鉄の腐食防止をするために、前記給水加熱器の入口側にアンモニアを注入し、かつ前記復水昇圧ポンプ及び給水ポンプの入口側に酸素を注入すると共に、前記蒸気発生装置から得られた蒸気による鉄の溶出を防止するために、前記第２のタービンの入口側に薬剤を注入することを特徴とする発電プラントの水処理方法。
前記蒸気発生装置から得られ蒸気による鉄の溶出を防止するために、前記第２のタービンの排気のｐＨが９.０〜９.６となるように、前記第２のタービンの入口側に薬剤を注入することを特徴とする請求項７記載の発電プラント水処理方法。