JP2014129915A

JP2014129915A - ボイラ装置

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Publication number: JP2014129915A
Application number: JP2012287187A
Authority: JP
Inventors: 直樹 ▲高▼本; Naoki Takamoto; Ryota Uehara; 良太上原
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-10

Abstract

【課題】配管の構造や接続構造、高温対策に基づいて、アルカリ腐食防止を可能とした、ボイラ装置を提供する。
【解決手段】火炉内に配設された蒸発管につながる管寄せ部２０ａを有するボイラ装置において、管寄せ部からの排水を排出するためのドレン管２１が設けられる。ドレン管には、ドレン管内の排水を促進する勾配部２１ｂと、中継管２２が設けられる。勾配部と中継管は、それぞれ管寄せ部から下降傾斜するように設けられる。また勾配部と中継管が段差なくつながるように形成している。
【選択図】図２

Description

本発明は、ボイラ装置において、ボイラ火炉内の蒸発管に接続されるボイラ火炉外側の集合管等の配管に対し、高温雰囲気による腐食の進行を阻止するようにした、ボイラ装置に関するものである。

従来、発電を目的とした陸用ボイラ装置は、ガスタービンの排熱（概ね６００℃）を用いたボイラ火炉内の燃焼雰囲気が強い還元性を有するため、硫化腐食に起因する蒸発管の減肉が発生することから、種々の検査方法が提案されている。
検査法としては、例えば、目視検査（目視によって表面に凹凸があるかの検査）、触手検査（素手によって表面の凹凸を検出）、さらに超音波肉厚計を用いた検査が挙げられる。

ところで、直接熱交換に関わるボイラ火炉内の蒸発管以外に、蒸発管に対して被加熱水をやり取りするためのボイラ火炉外側の集合管（管寄せ部）やドレン管においても、ボイラ火炉で仕切られた壁を通して、高温の排ガスがわずかではあるが漏れ出して、高熱に晒されることがある。
このような高温環境下にあっては、配管内壁には、アルカリ腐食や、酸性リン酸塩腐食が発生することがある。

すなわち、高温高圧の水や蒸気に晒されるボイラ配管の使用環境は厳しく、腐食を抑制するために水処理が必ず実施される。かかる水処理手法としては、例えばリン酸塩処理が挙げられる。

以下に、ボイラ配管、すなわちドレン管にドレン水を流す状態を想定して、配管内壁には、アルカリ腐食や、酸性リン酸塩腐食が発生する状況を説明する。
すなわち、リン酸塩処理の一つで、例えばドレン管１内には、ボイラ水処理剤としてリン酸ナトリウムを含有するドレン水がある（図７参照）。リン酸ナトリウムは、ボイラ水内にイオンすなわち、Ｎａ^＋、Ｈ_２ＰＯ_４ ⁻、ＨＰＯ_４ ^２−、ＰＯ_４ ^３−として存在する。

ここでドレン管１が漏れ出た高温の排ガスに晒されると、ドレン管１内のドレン水が高温化して蒸発し、リン酸ナトリウムの一部が例えばＮａ_２．８Ｈ_０．２ＰＯ_４としてドレン管１の天側内壁に析出する（図８参照）。

そして、ドレン水内のＮａ／Ｐ比と析出物のＮａ／Ｐ比とが異なった場合、アルカリ、すなわちＮａＯＨが発生する（図９参照）。

かかる現象が続くと、ドレン管１の天側内壁に滞留し、乾湿を繰り返すことで上記の析出物が堆積し、ＮａＯＨが濃縮される（図１０参照）。
そうすると、ドレン管１の天側内壁がＮａＯＨにより、浸食され、減肉が生じる（図１１参照）。

また、ボイラ火炉外側の管寄せ部やドレン管１において、図１２に示すように径の異なる配管２を連結する際に、レデューサ３という結合部材を用いている。この際、つなぐべきドレン管１および配管２の中心軸Ｘに合わせてレデューサ３により接続すると、結合部内壁の天側に蒸気溜りが生ずることがある。かかる蒸気溜りが形成されると、アルカリ濃縮が進行しやすくなり、腐食減肉の要因となる。

以上のように、ドレン管の天側内壁がＮａＯＨにより、浸食され、減肉が生じるのは、（１）ドレン管内のドレン水が滞留し、排水が円滑でないこと、（２）配管周囲の温度がボイラ火炉内の温度に近い高温であることが要因であると考えられている。
一方、レデューサを用いて径の異なる配管を連結するには、結合部内壁の天側に蒸気溜りが形成されないように接続することが求められている。

そこで、例えば特許文献１では、配管内の流速を上げることにより、蒸気とドレン水とを攪拌し、蒸気溜りをなくすようにすることが開示されている。
これにより、気液が分離することなくスラグ流となって、管上面を濡らしながら流れることで、アルカリ腐食の発生が効果的に防止されるとしている。

また、本出願人は、例えば特許文献２のように、配管内の機械的浸食・化学的腐食（エロージョン・コロージョン）を防止するために、薬剤注入手段を用いて、給水に所定量のアンモニアを注入し、給水中のｐＨ、およびアンモニア濃度を調整することを提案している。
これにより、配管内のｐＨが適正に維持され、アルカリ腐食の問題をなくして、配管内のエロージョン・コロージョンを防止することが達成されている。

実開平１−１３６２１０号公報特許第４２３３７４６号公報

しかしながら、特許文献１では、加熱管、すなわち炉内の蒸発管に対するアルカリ腐食対策を開示したものであり、炉外側の管寄せ部およびドレン管に対する腐食対策を開示したものではない。
なお、特許文献２においては、配管内のｐＨを調整することで配管内のエロージョン・コロージョンを防止することを図っているので、別の観点から、例えば配管の構造や接続構造、高温対策の観点から配管内のアルカリ腐食対策を講ずることは可能であると考えられる。
本発明は、以上のような背景から提案されたものであって、化学的手段を採ることなく、配管の構造や接続構造、高温対策に基づいて、アルカリ腐食防止を可能とした、ボイラ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の本発明では、火炉内に配設された蒸発管につながる管寄せ部を有するボイラ装置において、管寄せ部からの排水を排出するためのドレン管と、ドレン管に設けられ、ドレン管内の排水を促進する勾配部とを具備する、ことを特徴とする。

これにより、ボイラ装置の火炉内の伝熱管から管寄せ部を介し、ドレン管を通じて排水されるドレン水は勾配部により排出が促進される。この場合、ドレン管を通じて排出されるドレン水はドレン水からの蒸気を勾配部により、乾湿交番が生じることもなく、ドレン水内のアルカリ成分の濃縮が抑制される。

また、請求項２にかかる本発明では、ドレン管の勾配部に、炉外に排水を導く中継管を接続するレデューサを具備し、レデューサは、ドレン管と中継管とを、天側の内側通路を段差なく接続する構成とした、ことを特徴とする。

これにより、天側の内側通路に蒸気溜りが形成されることなく、アルカリ濃縮の進行を食い止めることができる。

さらに、請求項３記載の本発明では、ドレン管は、勾配部に、遮熱部材による保温部を具備する、ことを特徴とする。

これにより、ドレン管周囲が高温の雰囲気下にあっても、勾配部の遮熱部材によって、ドレン管外面からの過熱が抑制され、蒸発量を低減させることにより、アルカリ成分の濃縮が抑制される。

本発明によれば、化学的な手段によらなくても、配管の構造や接続構造、高温対策に基づいて、アルカリ腐食防止を可能とした、ボイラ装置を提供することができる。

本発明を実施するためのボイラ装置の一例を示す模式的な側面図である。図１に示す、ボイラ装置の管寄せ部からの排水を排出するためのドレン管の勾配部を示す模式図である。図２に示す管寄せ部のドレン管の、勾配部と中継管とレデューサとの接続構造を説明するための、模式的な平面図である。第１実施形態として、図３に示すドレン管の勾配部の高温環境下において、（ａ）勾配部に流れるドレン水の状態を示し、（ｂ）ドレン水の一部が蒸気化した状態を示す模式図である。従来のボイラ装置の管寄せ部からの排水を排出するためのドレン管の配置接続構造を示した、模式図である。第２実施形態としてのドレン管の勾配部において、（ａ）勾配部に流れるドレン水の状態を示し、（ｂ）ドレン水の一部が蒸気化した状態を示す模式図である。従来のボイラ装置における管寄せ部からのドレン管の課題を説明するための模式図である。従来のボイラ装置における管寄せ部からのドレン管の課題を説明するための模式図である。従来のボイラ装置における管寄せ部からのドレン管の課題を説明するための模式図である。従来のボイラ装置における管寄せ部からのドレン管の課題を説明するための模式図である。従来のボイラ装置における管寄せ部からのドレン管の課題を説明するための模式図である。従来のボイラ装置における管寄せ部からのドレン管と別の配管とレデューサとの接続構造を示した、模式図である。

以下、本発明にかかるボイラ装置について実施形態を挙げ、添付図に基づいて、説明する。
図１にボイラ装置１０の一例を模式的に示す。ここでのボイラ装置１０は、いわゆる陸用ボイラといわれるもので、概略的に説明すると、炉壁１１で囲われる火炉１２内に、過熱器管１３ａ、複数の高圧から低圧の蒸発管１３ｂ〜１３ｄと、脱硝装置１４と、中定圧側の蒸発管１３ｃ、１３ｄに近接配置した節炭器管１５とが設けられている。

かかるボイラ装置１０の火炉１２に対し、高温の燃焼ガスが、火炉１２の図中、下部左方側から供給されて、過熱器管１３ａ、蒸発管１３ｂ〜１３ｄ、脱硝装置１４、および節炭器管１５を通過し、蒸発管１３ｂ〜１３ｄに圧送された水が管内部を流れる際、火炉１２の内部で水が加熱されて蒸気を生成するように構成されている。

上記節炭器管１５から蒸気を生成するための水が給水され、この給水された水は、連結管（図示省略）を介して、火炉１２外側の炉壁１１に近接して配設される管寄せ部２０ａ〜２０ｄに分配される。
そして、これら管寄せ部２０ａ〜２０ｄには、過熱器管１３ａ、蒸発管１３ｂ〜１３ｄが接続されている。

（第１実施形態）
そこで、次に管寄せ部２０ａ〜２０ｄについて説明する。
ここでは、火炉１２の最下段に位置する管寄せ部２０ａを図２に示し、説明する。
図２に示すように、管寄せ部２０ａには、両端部寄りに一対のドレン管２１、２１が連絡接続される。
これらドレン管２１、２１は、それぞれ図中、鉛直方向に指向する鉛直部２１ａと、斜め下方に傾斜する勾配部２１ｂを有しており、かかる勾配部２１ｂは、ドレン管の径に比較して大きい中継管２２に繋がっている。かかる中継管２２は勾配部２１ｂに比較して小さな角度で下降傾斜するように設けられている。
そして勾配部２１ｂと中継管２２とは、レデューサ２３を介して接続されている。
また、双方のドレン管２１、２１の勾配部２１ｂ、２１ｂは、中継管２２で合流するように接続されており（図３参照）、管寄せ部２０ａからのドレン水が、ドレン管２１、２１の鉛直部２１ａ、勾配部２１ｂを通じて中継管２２に流れ、円滑に外に排水されるようになっている。

次いで、勾配部２１ｂと中継管２２とを接続するレデューサ２３について説明する。
レデューサ２３は、管径の異なる配管を内面が段差なく接続する端部管部材で内径がテーパ状に拡開している。内径が小さい方にドレン管２１の勾配部２１ｂが接続され、内径が大きい方に中継管２２が接続されている。
この場合、レデューサ２３は、双方のドレン管２１、２１の勾配部２１ｂ、２１ｂの最下部である末端側の合流箇所に、介設されている。

以上のように構成される第１実施形態において、管寄せ部２０ａからドレン管２１に至るドレン水は鉛直部２１ａを伝って勾配部２１ｂに流入する。
したがって勾配部２１ｂに流入したドレン水は、勾配部２１からレデューサ２３を通じて中継管２２に至り、勾配部２１ｂおよび中継管２２のそれぞれの下降傾斜により、途中でドレン水が留まることなく、外部に排出することができる。

ところで、ドレン水には、図４ａに示すように、ボイラ水処理剤としてのリン酸ナトリウムを含有しており、リン酸ナトリウムは、ボイラ装置水内にイオンすなわち、Ｎａ^＋、Ｈ_２ＰＯ_４ ⁻、ＨＰＯ_４ ^２−、ＰＯ_４ ^３−として存在する。
ここで、管寄せ部２０ａやドレン管２１は、ボイラ装置１０の火炉１２を構成する炉壁１１外側面に近接した箇所に配置されているため、高温環境下にあり、ドレン管２１内のドレン水は高温に晒されている。
これにより、勾配部２１ｂにおけるドレン水は一部が蒸気化するが、勾配部２１ｂの傾きにより、蒸気は勾配部２１ｂを伝って上方に抜けていき、装置外に排出される。
また、勾配部２１ｂ下流側の中継管２２においても、若干の傾斜角度を以って設けられているので、同様に中継管２２に蒸気が留まることなく上方に抜けて、装置外に放出される。
なお、勾配部２１ｂと中継管２２とを接続するレデューサ２３においても、接続内面が、段差なく拡開して傾斜していて、上記が留まることはないので、これまでのように接続内面天側にみられる蒸気溜りが形成されにくくなる。

以上のように、第１実施形態の管寄せ部２０ａ〜２０ｄのドレン管２１の構造によれば、ドレン管を通じて排水されるドレン水は勾配部２１ｂにより排出が促進される。しかも、ドレン水からの蒸気を勾配部２１ｂにより、乾湿交番が生じることもなく、ドレン水内のアルカリ成分の濃縮が抑制される。
以上のことから、ドレン管の天側内壁がＮａＯＨにより、浸食され、減肉が生じるのを防止することができる。

本発明にかかるボイラ火炉外側の管寄せ部やドレン管は、以下の第２実施形態により実施することもできる。

（第２実施形態）
ここでの管寄せ部２０ａにおけるドレン管２１、２１の勾配部２１ｂには、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ドレン管の外周面に耐熱性の遮熱部材３０が被覆されている。遮熱部材３０としては、例えば耐熱性素材（ガラス繊維、セラミック繊維、シリカ繊維など）を積層したものが適用できる。

このように、火炉１２外側の炉壁１１に近接して配設される管寄せ部２０ａのドレン管２１は、高温に晒されるため、ドレン管２１、２１の勾配部２１ｂを遮熱部材３０で被覆すれば、周囲の高温雰囲気からの放射熱を、効果的に遮断することができる。
これにより、ドレン管周囲が高温の雰囲気下にあっても、勾配部の遮熱部材によって、ドレン管外面からの過熱が抑制され、蒸発量を低減させることにより、アルカリ成分の濃縮が抑制される。ドレン管の天側内壁がＮａＯＨにより、浸食され、減肉が生じるのを防止することができる。

以上、本発明にかかるボイラ装置について、火炉外側の炉壁に近接して配設される管寄せ部のドレン管について、実施形態を示し、説明したが、この他に、高温雰囲気にある、適宜な冷媒、水供給管なども適用可能である。

本発明は、ボイラに限らず、例えば、高温雰囲気下で扱う、水循環系統を備えたプラントにおいても適用可能である。

１０ボイラ装置
１１炉壁
１２火炉
１３ａ過熱器管
１３ｂ〜１３ｄ蒸発管
１４脱硝装置
１５節炭器管
２０ａ〜２０ｄ管寄せ部
２１ドレン管
２１ａ鉛直部
２１ｂ勾配部
２２中継管
２３レデューサ
３０遮熱部材

Claims

火炉内に配設された蒸発管につながる管寄せ部を有するボイラ装置において、
前記管寄せ部からの排水を排出するためのドレン管と、
該ドレン管に設けられ、前記ドレン管内の排水を促進する勾配部と、
を具備する、ことを特徴とするボイラ装置。
前記ドレン管の勾配部に、炉外に排水を導く中継管を接続するレデューサを具備し、
該レデューサは、前記ドレン管と前記中継管とを、天側の内側通路を段差なく接続する構成とした、
ことを特徴とする請求項１に記載のボイラ装置。
前記ドレン管は、前記勾配部に、遮熱部材による保温部を具備する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のボイラ装置。