JP2015031437A - 給水加熱器及び発電プラント - Google Patents

Abstract

【課題】
伝熱管を構成する金属材料に耐食性が高い金属を用いなくても、また、給水の純度をあげなくても、蒸気中に含まれる腐食媒に起因した給水加熱器の伝熱管の腐食を抑制することが可能な給水加熱器および発電プラントを提供する。
【解決手段】
プラント運転中に給水加熱器の伝熱管の外表面を水で濡らして伝熱管の外表面を洗浄するシステムを設ける。例えば、給水加熱器の内部に洗浄ノズルを設置し、プラントの運転中に洗浄ノズルから洗浄水を給水加熱器の伝熱管表面に噴霧する。洗浄水としては給水加熱器のドレン水などを用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、給水加熱器及び発電プラントに係り、特に、火力プラント等における給水加熱器に関する。

火力プラントなどでは、給水加熱器において蒸気タービンからの抽気蒸気を用いてボイラへの給水を加熱している。給水加熱器を構成する伝熱管は炭素鋼などの金属材料により構成される。金属材料の表面に腐食を加速する物質（以下腐食媒）が付着すると、金属材料を著しく腐食させる。例えば、復水器の冷却管において海水リーク等が生じた場合には、給水加熱器の伝熱管表面にNaCl等の腐食媒が付着することになる。このような場合、従来は、プラント停止中に給水熱交換器に対して水張りと排水を繰り返すことで腐食媒を除去して伝熱管の腐食を抑制している。

また、プラント運転中における伝熱管の腐食防止法として、特許文献１には、伝熱管とバッフルプレートの貫通部における伝熱管の腐食を防止するために、（１）バッフルプレートと伝熱管の貫通部の隙間部に耐熱性の軟質材料を挿着して伝熱管の振動を防止する手段、または（２）アンモニアもしくはアルカリ液を加熱用水蒸気の蒸気相部に注入して凝縮水のｐＨを９.４以上に調整する手段、または（３）酸素を含む混合ガスを加熱用水蒸気の蒸気相部に供給し凝縮水中の溶存酸素濃度（ＤＯ）を１００ppb以上に調整する手段を設けるか、もしくは、（１）〜（３）の手段のうちの２種以上の手段を組み合わせて用いることが記載されている。

特開2000-88207号公報

海水リーク等が生じていない通常のプラント運転中においても、蒸気中には僅かな腐食媒が含まれる。すなわち、ボイラの給水には数ppb程度の非常に僅かな腐食媒が存在する。腐食媒の発生源は補給水や復水器の海水リーク等がある。なお、海水リークの場合、一般的には、プラントを停止して給水加熱器の洗浄を行うので、この場合の海水リークは検知不可能なレベルの海水リークである。

本発明者等の検討によれば、このような腐食媒は、給水加熱器の伝熱管表面に付着し、運転時あるいはプラント停止中に伝熱管に対して腐食を発生させることがある。すなわち、腐食媒が蒸気中に存在すると、腐食媒の多くは給水加熱器や復水器の伝熱管表面に付着する。金属材料に腐食媒であるNaCl等が付着すると、金属材料は著しく腐食する。特に、プラントが停止して酸素を多く含む大気に給水加熱器の伝熱管が曝されると、腐食媒による腐食の加速効果は著しい。このような腐食発生が原因となり、一部の給水加熱器はプラント全体の寿命よりも短い期間で更新されることがある。

腐食の発生原因となる腐食媒を少なくするために給水の純度を上げることが考えられる。給水の純度を上げる手法は幾つかあるが、水の純度を上げるほど、発電コストが上昇するため必要以上に純度を上げることは難しい。

給水加熱器と同様に伝熱管に腐食媒が付着する復水器に関しては、耐食性の高いTi管が採用されていることもあり、腐食媒による腐食はほとんど問題ない。しかし、給水加熱器では、一般的に耐食性の低い炭素鋼や、耐食性が炭素鋼よりも高いが孔食の発生しやすいSUS304などが用いられている。したがって、給水加熱器では、腐食媒によって伝熱管の腐食が進行し、給水加熱器の寿命を短縮する場合がある。

特許文献１では、伝熱管に付着する腐食媒について考慮されておらず、また、特許文献１による腐食防止法では、伝熱管に付着した腐食媒は伝熱管に付着したままであり、腐食の進行を防止することができない。

本発明の目的は、伝熱管を構成する金属材料に耐食性が高い金属を用いなくても、また、給水の純度をあげなくても、蒸気中に含まれる腐食媒に起因した給水加熱器の伝熱管の腐食を抑制することが可能な給水加熱器および発電プラントを提供することにある。

本発明は、プラント運転中に給水加熱器の伝熱管の外表面を水で濡らして伝熱管の外表面を洗浄するシステムを設けたことを特徴とする。

本発明によれば、伝熱管を構成する金属材料に耐食性が高い金属を用いなくても、また、給水の純度をあげなくても、蒸気中に含まれる腐食媒に起因した給水加熱器の伝熱管の腐食を抑制することが可能となる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例の構成を示すもので、給水加熱器に洗浄ノズルを取り付けた例である。 本発明の効果を示すもので、伝熱管洗浄前後の腐食試験結果である。 給水加熱器を洗浄する際の洗浄水質と炭素鋼の腐食速度の関係を示すものである。 本発明の他の一実施例の構成を示すもので、給水加熱器を２系統とし、プラント運転中に給水加熱器に洗浄する例である。 本発明の給水加熱器を適用した火力発電プラントの概略的な系統図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

先ず、図５を用いて本発明の給水加熱器が適用される火力発電プラントの一例を説明する。なお、図５では、主蒸気弁などの弁や、脱塩装置などその他の補機類の図示を省略している。

火力発電プラント（蒸気タービン発電設備）は、ボイラ１、ボイラ１からの主蒸気により駆動される高圧タービン２、高圧タービン２の排気蒸気をボイラ１で再熱した再熱蒸気により駆動される中圧タービン３、中圧タービンの排気蒸気により駆動される低圧タービン４と、高圧タービン，中圧タービン及び低圧タービンにより駆動される発電機５とから構成されている。また、火力発電プラントは、復水器６、復水ポンプ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などから構成される復水・給水系を備えている。

低圧給水加熱器８には、低圧タービン４からの抽気蒸気が低圧抽気配管２３を介して供給される。なお、図面では低圧給水加熱器８が１台しか図示されていないが、必要に応じて複数台設置されている。また、後段側の低圧給水加熱器には、中圧タービンからの抽気蒸気が供給される場合もある。

脱気器９には、中圧タービン３からの抽気蒸気が第２高圧抽気配管２１を介して供給されている。中圧タービン３の上流側に取り出し位置を有する第１高圧抽気配管２０を介して抽気蒸気を脱気器８に供給する場合もある。

高圧給水加熱器１１には、中圧タービン３の上流側に取り出し位置を有する第１高圧抽気配管２０を介して抽気蒸気が供給されている。なお、図面では高圧給水加熱器１１が１台しか図示されていないが、必要に応じて複数台設置されている。また、後段側の高圧給水加熱器には、高圧タービンからの抽気蒸気が供給される場合もある。

図１を用いて本発明の第一の実施例を説明する。本実施例では、火力発電プラントの給水加熱器内部に取り付けた洗浄ノズルから洗浄水を噴霧することで伝熱管の外表面に付着した腐食媒を除去する機能を付加した例を説明する。また、本実施例では、図５における低圧給水加熱器８に本発明を適用した場合について説明するが、高圧給水加熱器１１などにも同様に本発明を適用できる。

図１は、本実施例の給水加熱器８の内部に洗浄ノズル３０を取り付けた例である。蒸気タービンから抽気された温度の高い蒸気は抽気配管２３からバルブ２５を開き給水加熱器８に導入される。蒸気は、伝熱管８０の表面で冷却されてドレン水４０となり、給水加熱器８の下部のドレン配管２７からバルブ２６を開き排水される。排水は復水器６に送水される。また、給水加熱器８には、復水器８からの水を送水する配管８１から温度の低い給水が入り、伝熱管８０を通り温度が上昇して配管８２へと送られ、次の給水加熱器或いは脱気器９に送られる。高圧給水加熱器に本発明を適用した場合にはボイラ１へと送られる。なお、給水加熱器８の内部にはバッフル板８５が設けられている。

本実施例では、給水加熱器８の伝熱管８０の外表面に付着した付着物（腐食媒）を除去するため、洗浄ノズル３０を設けている。洗浄ノズル３０は、洗浄水を洗浄ノズル３０から伝熱管８０に向けて噴霧水５０として吹き付ける。噴霧水５０は、伝熱管８０の管表面全体が濡れる程度に吹き付ける。管表面全体が濡れることにより腐食媒は流し落とされる。

洗浄水として、本実施例では、給水加熱器下部に溜まったドレン水が用いられている。配管２８を介して洗浄ノズル３０に供給されている。洗浄水としてはドレン水に限定されるものではない。洗浄水として、復水器６の水や、復水器下流の水、また、復水器下流に供給される補給水などを用いても良い。すなわち、復水・給水系の復水・給水や、給水系の何れかの給水加熱器などで発生するドレン水などが用いられる。

なお、給水加熱器８による給水の加熱に影響を与えないようにするため、給水加熱器８による加熱温度に近い水温を有する水を用いることが望ましい。より好ましくは、加熱温度よりも高い水温を有する水を用いることが望ましい。したがって、給水加熱器８のドレン水を用いる場合には、必要に応じて加熱して用いるのが望ましい。また、復水器６の水や、復水器下流の水、外部からの補給水を用いる場合には、同様に、必要に応じて加熱して用いる。また、上述したように、給水加熱器は、低圧給水加熱器も高圧給水加熱器も、複数台の給水加熱器を接続して用いる場合が一般的である。したがって、給水加熱器のドレン水を用いる場合、後段の給水加熱器のドレン水を洗浄水として用いるようにすれば、改めて加熱することなく、給水加熱器における加熱温度よりも温度が高くかつその加熱温度に近い水温を有する水を容易に得ることができる。

また、洗浄タイミングとしては、定期的に洗浄水を噴霧するようにしても良いし、常時、洗浄水を噴霧するようにしても良い。

図２を用いて本発明による効果を説明する。図２は給水加熱器が大気に曝されたプラント停止環境を模擬した環境において伝熱管表面に腐食媒が付着した際の腐食試験（加速試験）結果を示す。伝熱管に腐食媒が付着すると著しく腐食が進行するが、腐食媒が除去されたものでは全く腐食が進行していない。したがって、プラント運転中に腐食媒を除去すれば、最も腐食が進行しやすい大気に曝されるプラント停止期間での腐食が効果的に抑制される。

図３を用いて給水加熱器を洗浄する際の洗浄水質と炭素鋼の腐食速度の関係を説明する。ｐＨ５以下では腐食速度が0.04mm/年と、また、ｐＨ７以上でも溶存酸素濃度が８ppmと高いと腐食速度が0.09mm/年と大きい。しかし、ｐＨ７〜９で溶存酸素が100ppb以下では腐食速度は0.01mm/年と非常に小さい。これらから、洗浄する際の水質は少なくともｐＨ７以上で溶存酸素濃度100ppb以下であれば洗浄中に腐食が加速されることなく適当であることが確認できる。

本実施例で用いた給水加熱器のドレン水は上記条件を満たし、効果的に伝熱管の洗浄を行うことができる。外部からの補給水を用いる場合、溶存酸素が300ppb程度含まれている場合があるので、脱気して用いるのが望ましい。

本実施例によれば、給水加熱器の内部にプラント運転中に伝熱管の外表面を洗浄するための機能を付加することによって、プラント運転中に給水加熱器の外表面を洗浄することが可能となり、給水加熱器の伝熱管の外表面に付着した腐食媒を除去することができる。その結果、長期の連続運転の際に生じる運転中における給水加熱器の伝熱管の腐食を抑制できる。また、プラントが停止した際にも伝熱管の腐食は発生し、特に、給水加熱器の伝熱管の外表面が大気に曝されると著しく腐食が進行するが、運転中に伝熱管表面が洗浄されていれば停止期間の腐食を大幅に抑制することが可能となる。これらのことにより伝熱管表面の腐食を抑制することができ、給水加熱器の寿命も大幅に伸ばすことが可能となる。

また、本実施例では、伝熱管を構成する金属材料に耐食性が高い金属を用いなくても、また、給水の純度をあげなくても、蒸気中に含まれる腐食媒に起因した給水加熱器の伝熱管の腐食を抑制することが可能である。

また、伝熱管の外表面を洗浄することにより、付着物による伝熱効率の低下を防ぐことができ、その結果、発電効率の低下を抑制することができる。

なお、腐食媒を除去する方法としては、本実施例のような水洗浄による除去以外に、機械的に除去する方法、化学的に洗浄する方法が考えられる。しかし、プラント運転中に腐食媒を除去する場合には、機械的に除去する方法は複雑な機構を給水加熱器内部に設置することを意味し、適用することは困難である。また、化学的に洗浄する方法については、給水加熱器のドレン水を汚すことになり、プラント運転中に適用することが困難である。

本実施例では、給水加熱器のドレン水などを用いて伝熱管を水洗浄する構成なので、給水加熱器内部に複雑な装置を設置する必要がなく、また、給水加熱器のドレン水、すなわち、復水器に移送され復水・給水系を流れる水を汚すことなく、伝熱管に付着した腐食媒を除去することができる。

なお、上述の実施例では、洗浄ノズル３０を給水加熱器内部に設置して伝熱管の水洗浄を行っているが、伝熱管の水洗浄は伝熱管の外表面を濡らし腐食媒を洗い流すことができれば良いので、給水加熱器内部に設置する洗浄ノズル３０に代えて、例えば、効率的ではないが、抽気配管２３内に噴霧するなどして洗浄水を導入して、伝熱管の外表面を濡らし腐食媒を洗い流すようにすることも考えられる。

図２を用いて本発明の第二の実施例を説明する。本実施例では、給水加熱器を、内部が２系統にそれぞれ独立に分離された構成とし、プラント運転中にどちらか一方の系統のドレン水出口を完全に閉止することで、閉止された系統のドレン水レベルを伝熱管が完全に水没させる位置まで上昇させることで、伝熱管の外表面の付着した腐食媒を除去する機能を付加した例を説明する。また、本実施例でも、図５における低圧給水加熱器８に本発明を適用した場合について説明するが、高圧給水加熱器１１などにも同様に本発明を適用できる。

図２は、独立した二系統で構成された給水加熱器８００の構成例を説明するための概略的な構成図である。図２の右側は、一方の系統の伝熱管の洗浄時の状態を示している。なお、図２ではバッフル板などの図示を省略している。

通常運転時はＡ系統８０１及びＢ系統８０２の両方を運用して給水を加熱する。運転中にどちらかの系統を洗浄する方法を説明する。本実施例では、Ａ系統８０１を洗浄する場合について述べる。

プラント運転中は、抽気配管２３からバルブ２５を開きタービン抽気蒸気がそれぞれの系統の給水加熱器内に導入される。伝熱管８０の表面で冷却されドレン水４０となって給水加熱器の下部にたまり、ドレン水４０となり、それぞれの系統の給水加熱器の下部のドレン配管２７からバルブ２６を開き排水される。排水は復水器６に送水される。また、給水加熱器８には、復水器８からの水を送水する配管８１から温度の低い給水が入り、伝熱管８０を通り温度が上昇して配管８２へと送られ、次の給水加熱器或いは脱気器９に送られる。高圧給水加熱器に本発明を適用した場合にはボイラ１へと送られる。

Ａ系統８０１の伝熱管を洗浄する際は、必要に応じてプラントの発電出力を下げて、一方の系統のみで給水を加熱できるようにする。そして、Ａ系統８０１のバルブ２６を絞りＡ系統８０１のドレン水４０の水位を伝熱管８０が完全に水没するように制御する。これによって、伝熱管８０の外表面の表面に付着した腐食媒がドレン水４０により除去される。このような洗浄を定期的に行う。プラント発電出力を下げることが必要な場合には、洗浄の間隔はできるだけ開けた方が良い。

本実施例でも実施例１と同様な効果を奏することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加，削除，置換をすることが可能である。

また、水や蒸気の流れ，熱交換などは説明上必要と考えられるものを示しており、プラント上必ずしも全ての水や蒸気の流れ，熱交換などを示しているとは限らない。実際にはプラントの熱効率などを向上させるために、水や蒸気の流れ、熱交換などの工夫が種々行われている。

１…ボイラ、２…高圧タービン、３…中圧タービン、４…低圧タービン、５…発電機、６…復水器、７…復水ポンプ、８…給水加熱器（低圧給水加熱器）、９…脱気器、１０…給水ポンプ、１１…高圧給水加熱器、２０…第１高圧抽気配管、２１…第２高圧抽気配管、２２…低圧抽気配管、３０…洗浄ノズル、４０…ドレン水、５０…噴霧水、８０…伝熱管、８００…独立した二系統で構成された給水加熱器、８０１…給水加熱器Ａ系統、８０２…給水加熱器Ｂ系統。

Claims (6)

1. ボイラへの給水を蒸気タービンから抽気した蒸気により加熱する給水加熱器であって、プラント運転期間中に前記給水加熱器の伝熱管の外表面を水で濡らして前記伝熱管の外表面を洗浄する洗浄システムを設けたことを特徴とする給水加熱器。
2. 請求項１に記載の給水加熱器において、
   前記洗浄システムは、前記給水加熱器内部に設置され、洗浄水を前記伝熱管の外表面に噴霧する洗浄ノズルを含むことを特徴とする給水加熱器。
3. 請求項２に記載の給水加熱器において、
   前記洗浄水の水質は溶存酸素濃度が１００ppb以下でｐＨ７以上とすることを特徴とする給水加熱器。
4. 請求項２に記載の給水加熱器において、
   前記洗浄水として、復水・給水系の復水・給水、または、給水系の何れかの給水加熱器で発生するドレン水を用いることを特徴とする給水加熱器。
5. 請求項１に記載の給水加熱器において、
   前記給水加熱器は、内部が２系統にそれぞれ独立に分離されており、
   前記洗浄システムは、プラント運転期間中に前記２系統のどちらか一方の系統のドレン水出口を閉止することで、閉止された系統のドレン水レベルを前記伝熱管が水没する位置まで上昇させるようにするものであることを特徴とする給水加熱器。
6. ボイラと、前記ボイラからの蒸気により駆動されるタービンと、前記タービンより駆動される発電機と、復水器、復水ポンプ、低圧給水加熱器、脱気器、給水ポンプ、高圧給水加熱器から構成される復水・給水系とを備える発電プラントにおいて、前記低圧給水加熱器または前記高圧給水加熱器として、請求項１〜５の何れかに記載の給水加熱器を用いたことを特徴とする発電プラント。

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