JP2015059903A - 採取装置及び採取方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電プラントにおいて作動する作動液体を採取する際、サンプリング配管における懸濁物質の滞留を抑制できる採取装置を提供する。
【解決手段】採取装置は、発電プラントから抽出された作動液体が流れるサンプリング配管と、サンプリング配管の少なくとも一部に接続され、サンプリング配管の作動液体にマイクロバブル及びナノバブルの一方又は両方を含む気泡を供給する供給装置と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、採取装置及び採取方法に関する。

発電プラントにおいては、作動液体である水が給水システムの配管を流れ、ボイラで加熱される。一般に、発電プラントにおいては、ボイラや配管の劣化の抑制又は発電プラントの安定した稼働のために水管理が行われる。水管理においては、例えば特許文献１、特許文献２、及び特許文献３などに開示されるように、水の一部を採取してその水質に関するデータを取得することが行われる。

特開昭６３−１８８７３６号公報 特開平０４−２８６９３４号公報 特開平１０−１６９４０６号公報

例えば、配管の鉄分などが水に溶出し、懸濁物質（粒子）となって水に分散される可能性がある。水の採取をサンプリング用のサンプリング配管を介して行う場合、そのサンプリング配管の一部に懸濁物質が滞留する可能性がある。懸濁物質が滞留してしまうと、水に懸濁物質が分散されているにもかかわらず、採取した水から懸濁物質が十分に検出されず、その結果、水質に関する正確なデータを取得できなくなる可能性がある。また、例えば、サンプリング配管の圧力変動、サンプリング配管の流量変動、及びサンプリング配管に作用した外力の少なくとも一つに起因して、サンプリング配管に滞留していた懸濁物質が一気に流出する可能性もある。この場合も、水質に関する正確なデータを取得することが困難となる可能性がある。このように、サンプリング配管の一部に懸濁物質が滞留してしまうと、水質に関する正確なデータを取得することが困難となる可能性がある。

本発明は、発電プラントにおいて作動する作動液体を採取する際、サンプリング配管における懸濁物質の滞留を抑制できる採取装置及び採取方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明に係る採取装置は、発電プラントから抽出された作動液体が流れるサンプリング配管と、前記サンプリング配管の少なくとも一部に接続され、前記サンプリング配管の前記作動液体にマイクロバブル及びナノバブルの一方又は両方を含む気泡を供給する供給装置と、を備える。

本発明によれば、サンプリング配管の作動流体に気泡が供給されることにより、その気泡にサンプリング配管の懸濁物質が吸着し、水に分散された状態で、水とともに流れることができる。したがって、サンプリング配管において懸濁物質が滞留することが抑制される。

本発明に係る採取装置において、前記作動流体の水素イオン指数を調整可能な調整装置を備え、前記調整装置は、前記サンプリング配管において前記気泡と前記サンプリング配管内の懸濁物質とが吸着するように、前記サンプリング配管の前記作動流体の水素イオン指数を調整してもよい。作動流体の水素イオン指数が調整されることにより、気泡のゼータ電位及び懸濁物質のゼータ電位が変化する。したがって、作動流体の水素イオン指数を調整することにより、気泡と懸濁物質とを吸着させることができる。

本発明に係る採取装置において、前記調整装置は、前記気泡及び前記懸濁物質の一方がマイナスに帯電し、他方がプラスに帯電するように、前記サンプリング配管の前記作動流体の水素イオン指数を調整してもよい。作動流体の水素イオン指数を調整して、例えば、気泡をマイナスに帯電させ、懸濁物質をプラスに帯電させることにより、気泡と懸濁物質とを十分に吸着させることができる。

本発明に係る採取装置において、前記調整装置は、前記発電プラントにおいて前記作動流体の水素イオン指数を検出する検出装置の検出値に基づいて、前記サンプリング配管の前記作動流体に水素イオン指数調整用液体を供給してもよい。サンプリング配管に流入する前の作動流体の水素イオン指数を検出装置で検出することにより、その検出装置の検出値に基づいて、サンプリング配管の水の水素イオン指数を目標値にするための水素イオン指数調整用液体の供給条件を決定することができる。

本発明に係る採取装置において、前記供給装置は、不活性ガスの気泡を供給してもよい。気泡が不活性ガスで生成されることにより、例えば、水が酸化されやすい物質を含む場合でも、その物質の特性が変化してしまうことを抑制できる。

本発明に係る採取装置において、前記供給装置は、前記気泡を含む気泡含有液体を供給してもよい。これにより、サンプリング配管の水に気泡を円滑に含有させることができる。

上記の目的を達成するための本発明に係る採取方法は、発電プラントから抽出された作動液体をサンプリング配管に流す工程と、前記サンプリング配管の前記作動液体にマイクロバブル及びナノバブルの一方又は両方を含む気泡を供給する工程と、前記サンプリング配管から前記作動液体を採取する工程と、と含む。

本発明によれば、サンプリング配管の作動流体に気泡が供給されることにより、その気泡にサンプリング配管の懸濁物質が吸着し、水に分散された状態で、水とともに流れることができる。したがって、サンプリング配管において懸濁物質が滞留することが抑制される。

本発明に係る採取装置及び採取方法によれば、発電プラントにおいて作動する作動液体を採取する際、サンプリング配管における懸濁物質の滞留を抑制できる。

図１は、本実施形態に係る採取装置が設けられた発電プラントの一例を示す図である。 図２は、本実施形態に係るボイラシステムの一例を示す図である。 図３は、本実施形態に係る採取装置の一例を示す図である。 図４は、水中における気泡の一例を示す概念図である。 図５は、水の水素イオン指数と気泡のゼータ電位との関係を示す図である。 図６は、酸化鉄粒子の水素イオン指数と気泡のゼータ電位との関係を示す図である。 図７は、本実施形態に係る採取方法の一例を示すフローチャートである。 図８は、水の電気伝導率とアルカリ濃度との関係を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

図１は、本実施形態に係る発電プラントＰＧの一例を模式的に示す図である。図１において、発電プラントＰＧは、ボイラシステム１と、ボイラシステム１に作動液体である水を供給する給水システム２と、ボイラシステム１で生成された蒸気を送出する送気システム３と、ボイラシステム１で生成された蒸気により作動するタービンシステム４と、を備えている。発電プラントＰＧには、発電プラントＰＧの水を採取する採取装置１００が設けられている。

なお、本実施形態において、水は、純水、及び純水に添加物質が添加された水の一方又は両方を含む概念である。純水に添加物質が添加された水は、アルカリを含む水、及び酸を含む水の一方又は両方を含む概念である。

本実施形態において、ボイラシステム１は、貫流ボイラを含む。ボイラシステム１で生成された蒸気は、送気システム３を介してタービンシステム４に供給される。タービンシステム４は、高圧タービン５と、中圧タービン６と、低圧タービン７と、を含み、発電機（不図示）と接続される。ボイラシステム１からの蒸気によりタービンシステム４の少なくとも一部が回転することにより発電機が作動する。

給水システム２は、水の溶存気体を低減する脱気器８と、水が貯められる給水タンク９と、ボイラシステム１に水を供給するための給水ポンプ１０と、を備えている。脱気器８は、水の溶存気体を低減する脱気処理を行う。脱気処理された水は、給水タンク９に貯められた後、給水ポンプ１０によりボイラシステム１に送られる。

また、給水システム２は、タービンシステム４において仕事をした後の蒸気を冷却して水に戻す復水器１１と、復水器１１の水を送り出す復水ポンプ１２と、補給される水が貯められる補給水タンク１３と、補給水タンク１３の水を送り出す補給水ポンプ１４と、を備えている。本実施形態において、補給水ポンプ１４は、復水器１１に水を送り出す。復水器１１からの水は、脱気器８に供給され、脱気器８において脱気処理された後、給水タンク９を経て、給水ポンプ１０によりボイラシステム１に送られる。また、給水システム２は、復水器１１からの水を清浄化する復水処理装置１５を備えている。復水処理装置１５は、水の不純物を除去するための前置炉過器１５Ａと、不純物を浄化するための復水脱塩装置１５Ｂと、を含む。

また、給水システム２は、復水器１１と脱気器８との間に配置され、復水器１１からの水を加熱する低圧給水加熱器１６と、脱気器８（給水タンク９）からの水を加熱する高圧給水加熱器１７と、を備えている。

図２は、ボイラシステム１の一例を示す模式図である。図１及び図２において、ボイラシステム１は、内部空間を有するボイラ本体１８と、ボイラ本体１８に設けられ、燃焼バーナを含む燃焼装置１９と、給水システム２（高圧給水加熱器１７）からの水が供給され、その水を加熱（予熱）可能な節炭器（エコノマイザ）２０と、節炭器２０からの水が供給され、その水を加熱可能な蒸発器２１と、蒸発器２１の出口と接続され、蒸発器２１で生成された蒸気と水とを分離する気水分離器２２と、気水分離器２２からの蒸気（湿り飽和蒸気）が供給され、その蒸気を加熱可能な過熱器（スーパーヒータ）２３と、を備えている。また、ボイラシステム１は、再熱器（リヒータ）２４を備えている。

節炭器２０、蒸発器２１、過熱器２３、及び再熱器２４は、ボイラ本体１８の内部空間に配置される。燃焼装置１９は、高温の燃焼ガスを生成し、ボイラ本体１８に供給する。ボイラ本体１８は、排気口２５を有する。ボイラ本体１８の内部空間のガスの少なくとも一部は、排ガスとして排気口２５から排出される。

節炭器２０は、給水システム２からの水を、ボイラ本体１８の排ガスを使って加熱する。これにより、熱効率の低下が抑制される。

蒸発器２１は、節炭器２０と接続され、燃焼装置１９で生成された燃焼ガスにより加熱される。蒸発器２１に節炭器２０からの水が供給される。蒸発器２１が燃焼ガスにより加熱されることによって、蒸発器２１を流れる水は、加熱され、沸騰する。これにより、蒸発器２１において水と蒸気とが共存する状態となる。

気水分離器２２は、蒸発器２１の出口と接続され、蒸発器２１からの水と蒸気とを分離する。蒸発器２１からの水は、飽和水であり、蒸気は、湿り飽和蒸気である。気水分離器２２において、重力の作用により、水は落下し、蒸気は上昇する。これにより、蒸気と水とが分離される。気水分離器２２で分離された水は、ドレンタンク２６に回収される。気水分離器２２で分離された水の少なくとも一部は、ボイラ再循環ポンプ２７により、節炭器２０に戻される。また、気水分離器２２で分離された水の少なくとも一部は、復水器１１に戻される。

過熱器２３は、気水分離器２２と接続され、燃焼装置１９で生成された燃焼ガスにより加熱される。過熱器２３に気水分離器２２からの蒸気（湿り飽和蒸気）が供給される。過熱器２３が燃焼ガスにより加熱されることによって、過熱器２３を流れる湿り飽和蒸気は、加熱され、過熱蒸気となる。過熱器２３で生成された過熱蒸気は、高圧タービン５に送られて仕事をする。

再熱器２４は、高圧タービン５と接続され、燃焼装置１９で生成された燃焼ガスにより加熱される。再熱器２４に高圧タービン５で仕事をした蒸気が供給される。再熱器２４が燃焼ガスにより加熱されることによって、再熱器２４を流れる蒸気は、加熱（再加熱）される。再熱器２４で再加熱された蒸気は、中圧タービン６に供給される。これにより、熱効率の低下が抑制される。また、再加熱により蒸気の乾き度が向上するため、中圧タービン６のタービン翼の劣化（腐食）が抑制される。

タービンシステム４で仕事をした蒸気は、復水器１１に送られる。復水器１１は、例えば海水を用いて蒸気を冷却する。これにより、蒸気が水に戻される。

図１に示すように、給水システム２は、給水システム２（給水システム２の配管２Ｐ）を流れる水の質（水質）を調整可能な調整装置２８を備えている。本実施形態において、調整装置２８は、少なくとも、水の水素イオン指数（ｐＨ）を調整可能である。調整装置２８は、給水システム２を流れる水にアルカリ性液体を供給して、その水のｐＨを調整する。本実施形態において、調整装置２８から供給されるアルカリ性液体は、アンモニアである。なお、調整装置２８から供給されるアルカリ性液体は、ヒドラジンでもよい。以下の説明においては、給水システム２を流れる水のｐＨを調整するために調整装置２８から給水システム２に供給されるアルカリ性液体を適宜、第１薬液、と称する。第１薬液は、給水システム２の水のｐＨを調整するためのｐＨ調整用液体である。

調整装置２８は、例えば、復水器１１の出口に第１薬液を供給してもよい。図１に示すように、本実施形態において、調整装置２８は、復水処理装置１５（復水脱塩装置１５Ｂ）の出口に第１薬液を供給する。復水脱塩装置１５Ｂの出口と結ばれる給水システム２の配管２Ｐの一部と調整装置２８とが接続される。調整装置２８は、その配管２Ｐの一部に第１薬液を供給する。

本実施形態において、調整装置２８は、給水システム２を流れる水のｐＨが、９．０以上９．６以下となるように、給水システム２に第１薬液を供給する。

また、給水システム２は、給水システム２を流れる水のｐＨを検出する検出装置２９を備えている。給水システム２において、検出装置２９は、調整装置２８よりも下流（ボイラシステム１側）に配置される。図１に示すように、本実施形態において、検出装置２９は、脱気器８の入口における水のｐＨを検出する。脱気器８の入口と結ばれる給水システム２の配管２Ｐの一部と検出装置２９とが接続される。検出装置２９は、その配管２Ｐから採取された水のｐＨを検出する。本実施形態において、検出装置２９と給水システム２の配管２Ｐとがサンプリング用のサンプリング配管３０で接続される。給水システム２の水の一部がサンプリング配管３０を流れて検出装置２９に送られる。検出装置２９は、そのサンプリング配管３０を介して採取された水のｐＨを検出する。検出装置２９は、ｐＨ計及び電気伝導率計を含み、水のｐＨを検出可能である。

なお、本実施形態においては、給水システム２が検出装置２９を有することとするが、採取装置１００が検出装置２９及びサンプリング配管３０を有することとしてもよい。なお、検出装置２９は、サンプリング配管３０を介さずに、給水システム２から採取された水のｐＨを検出してもよい。

調整装置２８は、給水システム２における水のｐＨが目標値になるように、給水システム２（配管２Ｐ）に供給する第１薬液の量（単位時間当たりの量）を調整する。本実施形態において、調整装置２８は、検出装置２９の検出値に基づいて、給水システム２に供給する第１薬液の量を調整する。給水システム２に供給される第１薬液の量が調整されることにより、給水システム２を流れる水の第１薬液濃度（アルカリ濃度）が調整される。第１薬液濃度が調整されることにより、給水システム２を流れる水のｐＨが調整される。なお、第１薬液がアルカリ（溶質）と水（溶媒）とからなる溶液でもよい。その場合、使用するアルカリの種類及び第１薬液のアルカリ濃度により、調整装置２８から給水システム２に供給される第１薬液の量は適宜定められる。

次に、採取装置１００について説明する。図３は、本実施形態に係る採取装置１００の一例を示す図である。図１及び図３において、採取装置１００は、発電プラントＰＧの給水システム２から抽出された水が流れるサンプリング配管３０と、サンプリング配管３０の少なくとも一部に接続され、サンプリング配管３０の水にマイクロバブル及びナノバブルの一方又は両方を含む気泡を供給する供給装置３１と、サンプリング配管３０を介して採取された水の質（水質）を計測する計測システム３２と、を備えている。

図１に示すように、本実施形態においては、採取装置１００が、脱気器８の入口（ボイラシステム１の入口）の水を採取する場合を例にして説明する。すなわち、脱気器８の入口と結ばれる給水システム２の配管２Ｐの一部とサンプリング配管３０とが接続され、採取装置１００は、脱気器８の入口と結ばれた配管２Ｐ（脱気器８と高圧給水加熱器１７との間の配管２Ｐ）から水を採取する。なお、採取装置１００は、調整装置２８からの第１薬液が供給される給水システム２（配管２Ｐ）の部位よりも下流（ボイラシステム１側）の任意の部位から水を採取可能である。例えば、採取装置１００は、給水タンク９と給水ポンプ１０との間の配管２Ｐから水を採取してもよいし、給水ポンプ１０と高圧給水加熱器１７との間の配管２Ｐから水を採取してもよい。

なお、採取装置１００は、給水システム２（給水システム２の配管）、ボイラシステム１（ボイラシステム１の配管）、送気システム３（送気システム３の配管）、及びタービンシステム４（タービンシステム４の配管）を含む発電プラントＰＧ（発電プラントＰＧの配管システム）の任意の部位から水を採取してもよい。例えば、サンプリング配管３０が、復水器１１、復水器１１の出口、復水ポンプ１２の出口、補給水ポンプ１４の出口、前置炉過器１５Ａの出口、復水脱塩装置１５Ｂの出口、低圧給水加熱器１６、給水タンク９、高圧給水加熱器１７、ドレンタンク２６の出口、再熱器２４の出口、及び過熱器２３の出口の少なくとも一つに接続されてもよい。採取装置１００は、発電プラントＰＧのこれらの部位から採取した水（又は蒸気）の質を計測してもよい。

サンプリング配管３０は、給水システム２の配管２Ｐと接続される。給水システム２の水の一部がサンプリング配管３０に流入する。サンプリング配管３０に流入した水は、サンプリング配管３０を流れて、計測システム３２に送られる。計測システム３２は、サンプリング配管３０を介して採取された水の質（水質）を計測する。計測システム３２は、水質として、水のｐＨ、水の電気伝導率、水の溶存気体濃度、及び水のシリカ濃度などを計測可能である。本実施形態において、計測システム３２は、水のｐＨを計測可能なｐＨ計２９Ａと、水の電気伝導率を計測可能な電気伝導率計２９Ｂと、水の溶存酸素濃度を計測可能な溶存酸素計３２Ａと、水のシリカ濃度を計測可能なシリカ計３２Ｂと、を含む。なお、計測システム３２により計測可能とされる水質の項目は、上述の項目に限定されない。例えば、計測システム３２は、水の溶存窒素濃度を計測可能な溶存窒素計を含んでもよいし、水の懸濁物質の量を計測可能なパーティクルカウンタを含んでもよい。また、計測システム３２は、水のアンモニア濃度、ヒドラジン濃度、及びリン酸濃度の少なくとも一つを計測可能な計測計を含んでもよいし、水の濁度を計測可能な計測計を含んでもよい。

また、採取装置１００は、サンプリング配管３０に配置された開閉弁３８と、サンプリング配管３０に配置され、水を冷却する冷却装置３５と、サンプリング配管３０に配置され、水の圧力を低減する減圧装置３６と、サンプリング配管３０に配置され、サンプリング配管３０を流れる単位時間当たりの水の量を計測する流量計３７とを備えている。開閉弁３８は、配管２Ｐとサンプリング配管３０との接続部ＣＮの近傍に配置される。開閉弁３８によりサンプリング配管３０の流路が開けられると、配管２Ｐの水の一部がサンプリング配管３０に流入する。計測システム３２は、サンプリング配管３０を介して供給された水の質を計測する。開閉弁３８によりサンプリング配管３０の流路が閉じられると、配管２Ｐの水はサンプリング配管３０に流入しない。

配管２Ｐからサンプリング配管３０に流入した水は、冷却装置３５で冷却され、減圧装置３６で減圧された後、流量計３７に流入する。サンプリング配管３０は、配管２９ＡＴ、配管２９ＢＴ、配管３２ＡＴ、及び配管３２ＢＴのそれぞれと接続されている。配管２９ＡＴ、配管２９ＢＴ、配管３２ＡＴ、及び配管３２ＢＴのそれぞれには、開閉弁２９ＡＢ、開閉弁２９ＢＢ、開閉弁３２ＡＢ、及び開閉弁３２ＢＢが配置されている。例えば、ｐＨ計２９Ａを用いる計測が実施される場合、開閉弁２９ＡＢにより配管２９ＡＴの流路が開けられる。ｐＨ計２９Ａを用いる計測が実施されない場合、開閉弁２９ＡＢにより配管２９ＡＴの流路が閉じられる。電気伝導率計２９Ｂ、溶存酸素計３２Ａ、及びシリカ計３２Ｂのそれぞれを用いる計測の実施又は不実施についても同様である。すなわち、計測の実施又は不実施に応じて、電気伝導率計２９Ｂ、溶存酸素計３２Ａ、及びシリカ計３２Ｂのそれぞれに通じる配管の流路が開閉弁により開閉される。

供給装置３１は、気泡発生装置３３を含み、サンプリング配管３０の水に微小な気泡を供給可能である。供給装置３１は、マイクロバブル及びナノバブルの一方又は両方を供給する。マイクロバブルとは、気泡の直径が５０μｍ以下の微小な気泡である。ナノバブルとは、気泡の直径が１μｍ以下の極微小な気泡である。供給装置３１は、直径が１μｍよりも大きく５０μｍ以下のマイクロバブルのみを供給してもよいし、直径が１μｍ以下のナノバブルのみを供給してもよいし、マイクロバブル及びナノバブルの両方を供給してもよい。また、供給装置３１から供給される気泡の一部に、直径が５０μｍよりも大きく１００μｍよりも小さい気泡が含まれていてもよい。

供給装置３１は、空気の気泡を供給してもよいし、不活性ガスの気泡を供給してもよい。不活性ガスは、窒素ガスでもよいし、アルゴンガスでもよい。気泡が不活性ガスで生成されることにより、例えば、水が酸化されやすい物質を含む場合でも、その物質の特性が変化してしまうことが抑制される。

本実施形態において、採取装置１００は、サンプリング配管３０の水の水素イオン指数（ｐＨ）を調整可能な調整装置３４を備えている。調整装置３４は、サンプリング配管３０に酸性液体を供給して、そのサンプリング配管３０を流れる水のｐＨを調整する。調整装置３４は、接続部ＣＮ（サンプリング配管３０の入口）の近傍に酸性液体を供給する。本実施形態において、調整装置３４から供給される酸性液体は、硫酸である。なお、調整装置３４から供給される酸性液体は、酢酸でもよいし、クエン酸でもよいし、塩酸でもよい。以下の説明においては、サンプリング配管３０を流れる水のｐＨを調整するために調整装置３４からサンプリング配管３０に供給される酸性液体を適宜、第２薬液、と称する。第２薬液は、サンプリング配管３０の水のｐＨを調整するためのｐＨ調整用液体である。

供給装置３１（調整装置３４）は、サンプリング配管３０における水のｐＨが目標値となるように、サンプリング配管３０に供給する第２薬液の量（単位時間当たりの量）を調整する。サンプリング配管３０に供給される第２薬液の量が調整されることにより、サンプリング配管３０を流れる水の第２薬液濃度（酸濃度）が調整される。第２薬液濃度が調整されることにより、サンプリング配管３０を流れる水のｐＨが調整される。なお、第２薬液が酸（溶質）と水（溶媒）とからなる溶液でもよい。その場合、使用する酸の種類及び第２薬液の酸濃度により、調整装置３４からサンプリング配管３０に供給される第２薬液の量は適宜定められる。

本実施形態において、調整装置３４は、供給装置３１に設けられる。本実施形態において、供給装置３１は、気泡を含む第２薬液を供給する。供給装置３１は、第２薬液に気泡を生成可能である。供給装置３１は、第２薬液に気泡を含有させ、気泡を含む気泡含有薬液をサンプリング配管３０に供給する。なお、供給装置３１は、水に気泡を含有させ、その気泡を含む水（気泡含有水）と第２薬液とを別々にサンプリング配管３０に供給してもよい。なお、供給装置３１は、第２薬液を供給するとともに、サンプリング配管３０の水に気泡を直接供給（注入）してもよい。

本実施形態において、採取装置１００は、供給装置３１からサンプリング配管３０に供給される第２薬液の量（単位時間当たりの量）を計測可能な流量計３９を備える。供給装置３１は、流量計３９の計測値に基づいて、サンプリング配管３０に供給する第２薬液の量を調整可能である。なお、供給装置３１から気泡含有水が供給される場合、流量計３９は、供給装置３１からサンプリング配管３０に供給される気泡含有水の量（単位時間当たりの量）を計測可能である。

本実施形態において、供給装置３１（調整装置３４）は、検出装置２９の検出値に基づいて、サンプリング配管３０の水に第２薬液を供給する。検出装置２９は、発電プラントＰＧ（給水システム２）における水のｐＨを検出する。すなわち、検出装置２９は、気泡及び第２薬液が供給される前の給水システム２の水のｐＨを検出する。供給装置３１は、検出装置２９の検出値に基づいて、サンプリング配管３０の水のｐＨが目標値になるように、サンプリング配管３０に供給する第２薬液の量（単位時間当たりの量）を調整する。

本実施形態において、発電プラントＰＧ及び採取装置１００の一方又は両方は、水のアルカリ濃度と、水のｐＨとの関係（テーブル）を記憶した記憶装置を有する。本実施形態において、調整装置２８は、検出装置２９で検出した水のｐＨと、給水システム２の水の量（配管２Ｐを単位時間当たりに流れる水の量）と、記憶装置の情報とに基づいて、給水システム２の水のｐＨが目標値になるように、給水システム２に対して供給する第１薬液の量（単位時間当たりの量）を決定し、その決定した量の第１薬液を供給する。

また、記憶装置には、水の酸濃度と、水のｐＨとの関係（テーブル）が記憶されている。調整装置３４は、検出装置２９で検出した水のｐＨと、サンプリング配管３０の水の量（サンプリング配管３０を単位時間当たりに流れる水の量）と、記憶装置の情報とに基づいて、第１薬液を含んでいる水のｐＨが目標値になるように、サンプリング配管３０に対して供給する第２薬液の量（単位時間当たりの量）を決定し、その決定した量の第２薬液を供給する。

次に、本実施形態に係る採取装置１００の動作の一例について説明する。本実施形態においては、サンプリング配管３０において懸濁物質（粒子）の滞留が抑制されるように、供給装置３１からサンプリング配管３０に気泡が供給される。

例えば、給水システム２の配管２Ｐの鉄分や、採取装置１００のサンプリング配管３０の鉄分が水に溶出し、粒子となって水に分散される可能性がある。その粒子（酸化鉄粒子）がサンプリング配管３０の一部に滞留する可能性がある。特に、接続部ＣＮと計測システム３２との距離が長く、サンプリング配管３０が長かったり、屈曲部を有していたりする場合、サンプリング配管３０の少なくとも一部に粒子が滞留してしまう可能性が高くなる。

本実施形態においては、サンプリング配管３０の水に、マイクロバブル及びナノバブルの一方又は両方を含む気泡が供給されるため、サンプリング配管３０における粒子の滞留が抑制される。

図４は、水中における気泡の一例を示す概念図である。水中において、気泡（マイクロバブル及びナノバブルの一方又は両方）の表面は、マイナスに帯電する可能性が高い。図４に示すように、気泡の表面にＯＨ⁻などの陰イオンが吸着して、その気泡の表面がマイナスに帯電する可能性が高い。気泡がマイナスに帯電すると、気泡同士は反発し合う。これにより、水中において気泡同士が結合することが抑制される。

水中に粒子が存在する場合、水に気泡が供給されることにより、気泡の表面の電荷効果により、その供給された気泡の表面に粒子が吸着（電気的吸着）する可能性がある。そのため、サンプリング配管３０において流れる水に気泡が供給されることにより、サンプリング配管３０に存在する粒子は、気泡に吸着して、水とともに流れることができる。これにより、サンプリング配管３０に存在する粒子は、サンプリング配管３０に滞留せずに、水に分散された状態で流れることができる。

また、本実施形態において、供給装置３１（調整装置３４）は、サンプリング配管３０において気泡とサンプリング配管３０内の粒子とが吸着するように、サンプリング配管３０の水のｐＨを調整する。すなわち、供給装置３１は、気泡と粒子との吸着力（吸着効果）が高まるように、サンプリング配管３０の水のｐＨを調整する。

気泡と粒子とが十分に吸着するためには、気泡と粒子とのゼータ電位の極性が異なるとよい。すなわち、気泡がマイナスに帯電する場合、粒子はプラスに帯電するとよい。水のｐＨが変化した場合、その水に存在する気泡のゼータ電位、及び粒子のゼータ電位のそれぞれが変化する現象が生じる。すなわち、水のｐＨに基づいて、その水に存在する気泡のゼータ電位、及び粒子のゼータ電位のそれぞれが定められる。そこで、調整装置３４は、気泡及び粒子の一方がマイナスに帯電し、他方がプラスに帯電するように、サンプリング配管３０の水のｐＨを調整する。

以下の説明においては、懸濁物質（粒子）が、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）粒子であることとする。図５は、気泡と水のｐＨとの関係を示す図であり、図６は、酸化鉄粒子と水のｐＨとの関係を示す図である。図５のグラフにおいて、横軸は水のｐＨであり、縦軸は、気泡のゼータ電位である。図６のグラフにおいて、横軸は水のｐＨであり、縦軸は、酸化鉄粒子のゼータ電位である。図５に示すように、水のｐＨにより、気泡がプラスに帯電する場合とマイナスに帯電する場合とがある。図６に示すように、水のｐＨにより、酸化鉄粒子がプラスに帯電する場合とマイナスに帯電する場合とがある。

気泡と酸化鉄粒子とが十分に吸着するためには、気泡及び粒子の一方がマイナスに帯電し、他方がプラスに帯電することが好ましい。また、気泡と酸化鉄粒子とが十分に吸着するためには、気泡のゼータ電位の絶対値及び酸化鉄粒子のゼータ電位の絶対値のそれぞれが大きいことが好ましい。図５に示すように、水のｐＨが５．０〜６．０程度の場合、気泡のゼータ電位は−１５ｍＶ〜−４０ｍＶ程度である。図６に示すように、水のｐＨが５．０〜６．０程度の場合、酸化鉄粒子のゼータ電位は＋２５ｍＶ〜＋４５ｍＶ程度である。すなわち、水のｐＨが５．０以上６．０以下に調整されることによって、水において気泡がマイナスに帯電し、酸化鉄粒子がプラスに帯電するとともに、気泡のゼータ電位の絶対値及び酸化鉄粒子のゼータ電位の絶対値のそれぞれが大きい値となり、気泡と酸化鉄粒子とが十分に吸着する可能性が高くなる。

そこで、本実施形態において、供給装置３１（調整装置３４）は、サンプリング配管３０の水において気泡がマイナスに帯電し、酸化鉄粒子がプラスに帯電するとともに、気泡及び酸化鉄粒子それぞれのゼータ電位の絶対値が大きくなるように、サンプリング配管３０における水のｐＨを調整する。

発電プラントＰＧ及び採取装置１００の一方又は両方に設けられた記憶装置には、図５及び図６を参照して説明したような、水のｐＨと、気泡のゼータ電位と、酸化鉄粒子のゼータ電位との関係が記憶されている。サンプリング配管３０において酸化鉄粒子の滞留を抑制したい場合、供給装置３１は、記憶装置の情報に基づいて、気泡がマイナスに帯電し、酸化鉄粒子がプラスに帯電するように、水のｐＨの目標値を決定する。また、供給装置３１は、記憶装置の情報に基づいて、気泡のゼータ電位の絶対値及び酸化鉄粒子のゼータ電位の絶対値のそれぞれが大きくなるように、水のｐＨの目標値を決定する。本実施形態において、サンプリング配管３０における水のｐＨの目標値が５．０以上６．０以下に定められる。

供給装置３１は、サンプリング配管３０を流れる水のｐＨが目標値（ｐＨ５．０以上６．０以下）となるように、サンプリング配管３０に第２薬液を供給して、サンプリング配管３０における水のｐＨを調整する。これにより、気泡と酸化鉄粒子とが十分に吸着し、サンプリング配管３０に酸化鉄粒子が滞留することが抑制される。

上述のように、本実施形態において、供給装置３１は、検出装置２９の検出値に基づいて、サンプリング配管３０の水に第２薬液を供給する。本実施形態において、供給装置３１は、検出装置２９の検出結果に基づいて、サンプリング配管３０に存在する粒子の少なくとも一部と気泡とが吸着するように、サンプリング配管３０の水に第２薬液を供給する。気泡及び第２薬液が供給される前の水のｐＨ（第１薬液を含み、第２薬液を含まない水のｐＨ）は、検出装置２９によって検出される。供給装置３１は、検出装置２９の検出値（ｐＨ９．０以上９．６以下）と、記憶装置の情報とに基づいて、サンプリング配管３０における水のｐＨが目標値（ｐＨ５．０以上６．０以下）となるように、サンプリング配管３０に供給する第２薬液の量を決定し、その決定した量の第２薬液をサンプリング配管３０の水に供給する。

なお、本実施形態においては、懸濁物質が酸化鉄粒子であることとした。滞留抑制対象の懸濁物質は酸化鉄粒子に限定されない。本実施形態において、水のｐＨと、複数種類の懸濁物質それぞれのゼータ電位と、気泡のゼータ電位との関係が記憶装置に記憶されている。なお、記憶装置に記憶される情報は、予備実験及びシミュレーションの少なくとも一方により求めることができる。供給装置３１は、その記憶装置の情報に基づいて、気泡及び懸濁物質の一方がマイナスに帯電し、他方がプラスに帯電するように、水のｐＨの目標値を決定し、サンプリング配管３０における水のｐＨが目標値となるように、第２薬液を供給して、サンプリング配管３０における水のｐＨを調整する。これにより、気泡と懸濁物質とが十分に吸着し、サンプリング配管３０に懸濁物質が滞留することが抑制される。

なお、本実施形態においては、気泡がマイナスに帯電し、懸濁物質がプラスに帯電するように、水のｐＨが調整されることとした。気泡がプラスに帯電し、懸濁物質がマイナスに帯電するように、水のｐＨが調整されてもよい。

次に、採取装置１００の動作の一例について、図７のフローチャートを参照して説明する。発電プラントＰＧから水の一部を抽出するために、開閉弁３８が操作され、サンプリング配管３０の流路が開けられる。これにより、発電プラントＰＧから抽出された水がサンプリング配管３０に流れる（ステップＳ１）。

気泡及び酸化鉄粒子の一方がマイナスに帯電し、他方がプラスに帯電するように、サンプリング配管３０における水のｐＨの目標値が決定される（ステップＳ２）。

サンプリング配管３０において酸化鉄粒子の滞留が抑制されるように、サンプリング配管３０の水に供給装置３１から気泡及び第２薬液が供給される（ステップＳ３）。供給装置３１は、検出装置２９の検出値と、記憶装置の情報とに基づいて、サンプリング配管３０における水のｐＨが目標値になるように、第２薬液の量を決定し、その決定した量の第２薬液を供給する。供給装置３１は、気泡と酸化鉄粒子とが吸着するように、気泡含有薬液を供給してもよいし、気泡含有水と第２薬液と別々に供給してもよいし、気泡含有薬液と気泡含有水との両方を供給してもよいし、第２薬液を供給しつつサンプリング配管３０の水に気泡を直接注入してもよい。

これにより、気泡と酸化鉄粒子とが吸着し、水に分散された状態で、水とともに流れる。したがって、サンプリング配管３０において酸化鉄粒子が滞留することが抑制される。また、サンプリング配管３０に滞留していた酸化鉄粒子も、水とともに流れて、サンプリング配管３０から排出される。

なお、ステップＳ１、ステップＳ２、及びステップＳ３の順番は任意である。ステップＳ１の前にステップＳ２が行われてもよいし、ステップＳ１とステップＳ２とステップＳ３とが同時に行われてもよい。また、気泡と第２薬液とは同時に供給されてもよいし、気泡の供給後、第２薬液の供給が開始されてもよいし、第２薬液の供給後、気泡の供給が開始されてもよい。

サンプリング配管３０に対する気泡及び第２薬液の供給を所定時間行った後、供給装置３１は、気泡の供給を停止するとともに、第２薬液の供給を停止する（ステップＳ４）。これにより、計測システム３２には、気泡及び第２薬液を含まない水が供給される。計測システム３２は、サンプリング配管３０から水を採取し、その水質を計測する（ステップＳ５）。サンプリング配管３０の酸化鉄粒子を排出した後、計測システム３２による計測が行われるため、発電プラントＰＧにおいて作動する水の質に関する正確なデータを取得することができる。

また、サンプリング配管３０の酸化鉄粒子が排除された後、気泡を含まない水が計測システム３２（溶存酸素計３２Ａ）に供給されることにより、計測システム３２は、発電プラントＰＧ（給水システム２）からの水の溶存酸素濃度に関する正確なデータを取得することができる。また、サンプリング配管３０の酸化鉄粒子が排除された後、第２薬液を含まない水が計測システム３２（ｐＨ計２９Ａ）に供給されることにより、計測システム３２は、発電プラントＰＧ（給水システム２）からの水のｐＨに関する正確なデータを取得することができる。

なお、水に気泡及び第２薬液の両方が含まれていても計測に影響を与えない水質の項目（例えば、懸濁物質の量など）を計測する場合、ステップＳ４において、気泡の供給の停止をしなくてもよいし、第２薬液の供給の停止をしなくてもよい。気泡及び第２薬液を供給しつづけることにより、例えば計測システム３２の計測中においても、サンプリング配管３０に酸化鉄粒子が滞留することが抑制される。

なお、水に気泡が含まれていても計測に影響を与えない水質の項目（例えば、ｐＨ、電気伝導率など）を計測する場合、ステップＳ４において、第２薬液の供給を停止し、気泡の供給を停止しなくてもよい。気泡を供給しつづけることにより、例えば計測システム３２の計測中においても、サンプリング配管３０に酸化鉄粒子が滞留することが抑制される。

なお、発電プラントＰＧから水の一部を抽出するためのサンプリング配管３０を複数設け、第１のサンプリング配管３０の水に供給装置３１から気泡及び第２薬液を供給して酸化鉄粒子を排出し、その第１のサンプリング配管３０に対する気泡及び第２薬液の供給を停止した後、気泡及び第２薬液を含まない水を計測システム３２で計測し、第２のサンプリング配管３０には気泡及び第２薬液を供給しないで、その第２のサンプリング配管３０の水を計測システム３２で常時監視するようにしてもよい。すなわち、気泡及び第２薬液の供給が行われる第１のサンプリング配管３０と、気泡及び第２薬液の供給が行われない第２のサンプリング配管３０との２つの計測系統を設けておき、供給装置３１を有する第１のサンプリング配管３０を使った計測と、供給装置３１を有しない第２のサンプリング配管３０を使った常時監視とを併用してもよい。

なお、第２薬液の供給が停止され、気泡を含む水（気泡含有水）がサンプリング配管３０の水に供給されている状態で、発電プラントＰＧからの水の質を計測システム３２で計測する場合、供給装置３１から供給された気泡含有水の量に基づいて、計測システム３２の計測値が補正されてもよい。供給装置３１からサンプリング配管３０に気泡含有水を供給しながら発電プラントＰＧ（給水システム２）からの水の質を計測システム３２で計測する場合、計測システム３２には、発電プラントＰＧからの水とともに、供給装置３１からの気泡含有水も供給されることとなる。すなわち、発電プラントＰＧの水は、供給装置３１からの気泡含有水で希釈され、その希釈された水が計測システム３２に供給されることとなる。例えば、計測システム３２を使って発電プラントＰＧの水のアルカリ濃度を計測したい場合、計測システム３２は、発電プラントＰＧの水に関する正確なデータを取得できなくなる可能性がある。

そこで、採取装置１００は、供給装置３１から供給された気泡含有水の量に基づいて、計測システム３２の計測値を補正してもよい。採取装置１００は、供給装置３１からサンプリング配管３０に供給される気泡含有水の量を流量計３９で計測し、その流量計３９の計測値に基づいて、計測システム３２の計測値を補正する。流量計３７は、発電プラントＰＧからの単位時間当たりの水の量と、供給装置３１からの単位時間当たりの気泡含有水の量との和を計測可能である。したがって、採取装置１００は、流量計３７の計測値及び流量計３９の計測値に基づいて、供給装置３１から気泡含有水が供給された場合の発電プラントＰＧの水のアルカリ濃度（希釈率）と、供給装置３１から気泡含有水が供給されない場合の発電プラントＰＧの水のアルカリ濃度（希釈率）との差分値を推定することができる。採取装置１００は、計測システム３２で計測した水のアルカリ濃度の計測値を、推定したアルカリ濃度の差分値を使って補正することにより、供給装置３１から気泡含有水が供給されない条件での水のアルカリ濃度（発電プラントＰＧの水の真のアルカリ濃度）を求めることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、発電プラントＰＧにおいて作動する水がサンプリング配管３０を介して採取される際、サンプリング配管３０の水に気泡を供給するようにしたので、その気泡にサンプリング配管３０の懸濁物質を吸着させ、懸濁物質を水に分散させた状態で、水とともに流すことができる。また、サンプリング配管３０に滞留していた懸濁物質も、水に分散させて流すことができる。そのため、サンプリング配管３０において懸濁物質が滞留することが抑制される。したがって、発電プラントＰＧの水の質に関する正確なデータを取得することができる。

また、本実施形態においては、サンプリング配管３０の水のｐＨを調整して、気泡のゼータ電位及び懸濁物質のゼータ電位を調整するようにしたので、気泡と懸濁物質とを吸着させることができる。

また、本実施形態においては、気泡及び懸濁物質の一方がマイナスに帯電し、他方がプラスに帯電するように、サンプリング配管３０の水のｐＨを調整するようにしたので、気泡と懸濁物質とを十分に吸着させることができる。

また、本実施形態においては、発電プラントＰＧにおいて水のｐＨを検出する検出装置２９の検出値に基づいて、サンプリング配管３０の水に対する第２薬液の供給条件を定めるようにしたので、サンプリング配管３０の水のｐＨを円滑に目標値にすることができる。

なお、上述の実施形態においては、サンプリング配管３０の水のｐＨを調整するために、供給する第２薬液の量を調整することとした。供給装置３１（調整装置３４）は、第２薬液の種類を変更してサンプリング配管３０の水のｐＨを調整してもよいし、第２薬液の酸濃度を変更してサンプリング配管３０の水のｐＨを調整してもよい。同様に、給水システム２の調整装置２８は、給水システム２の水のｐＨを調整するために、第１薬液の種類を変更してもよいし、第１薬液のアルカリ濃度を変更してもよい。

なお、上述の実施形態においては、検出装置２９で水のｐＨを検出して、その検出値に基づいて、サンプリング配管３０の水のｐＨを調整することとした。水の電気伝導率を指数として、サンプリング配管３０に懸濁物質が滞留しないように、水を調整してもよい。例えば、検出装置２９が水の電気伝導率を検出してもよい。図８に示すように、水の電気伝導率とその水のアンモニア濃度（アルカリ濃度）とに関連性があるため、水の電気伝導率が検出されることにより、その水のアルカリ濃度を導出（推定）することができる。また、水のアルカリ濃度と水のｐＨとに関連性がある場合、水の電気伝導率又はアルカリ濃度から水のｐＨを導出（推定）することもできる。例えば、一例として、給水システム２の水のｐＨが９．０以上９．６以下に調整されている場合、その水の電気伝導率は約０．２８ｍＳ／ｍ以上１０．８ｍＳ／ｍ以下程度であり、そのときのアンモニア濃度は約０．２８ｐｐｍ以上２．２ｐｐｍ程度である。供給装置３１（調整装置３４）は、その検出装置２９の検出値（電気伝導率）に基づいて、サンプリング配管３０において気泡と懸濁物質とが吸着するように、第１薬液を供給して、サンプリング配管３０の水の酸濃度を調整してもよい。水の酸濃度と水のｐＨとに関連性がある場合、水の酸濃度及び水のｐＨの一方から他方を導出（推定）することができる。一例として、給水システム２の水のｐＨが９．４の場合、その水の電気伝導率は、０．６７ｍＳ／ｍであり、そのときのアンモニア濃度は、約１ｐｐｍとなる。サンプリング配管３０の水のｐＨを５．０以上６．０以下にしたい場合、サンプリング配管３０の水の塩酸濃度（酸濃度）が約０．４ｐｐｍ程度になるように、第１薬液が供給される。

１ ボイラシステム
２ 給水システム
３ 送気システム
４ タービンシステム
２９ 検出装置
３０ サンプリング配管
３１ 供給装置
３２ 計測システム
３３ 気泡発生装置
３４ 調整装置
１００ 採取装置
ＰＧ 発電プラント

Claims (7)

1. 発電プラントから抽出された作動液体が流れるサンプリング配管と、
   前記サンプリング配管の少なくとも一部に接続され、前記サンプリング配管の前記作動液体にマイクロバブル及びナノバブルの一方又は両方を含む気泡を供給する供給装置と、を備える採取装置。
2. 前記作動流体の水素イオン指数を調整可能な調整装置を備え、
   前記調整装置は、前記サンプリング配管において前記気泡と前記サンプリング配管内の懸濁物質とが吸着するように、前記サンプリング配管の前記作動流体の水素イオン指数を調整する請求項１に記載の採取装置。
3. 前記調整装置は、前記気泡及び前記懸濁物質の一方がマイナスに帯電し、他方がプラスに帯電するように、前記サンプリング配管の前記作動流体の水素イオン指数を調整する請求項２に記載の採取装置。
4. 前記調整装置は、前記発電プラントにおいて前記作動流体の水素イオン指数を検出する検出装置の検出値に基づいて、前記サンプリング配管の前記作動流体に水素イオン指数調整用液体を供給する請求項２又は請求項３に記載の採取装置。
5. 前記供給装置は、不活性ガスの気泡を供給する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の採取装置。
6. 前記供給装置は、前記気泡を含む気泡含有液体を供給する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の採取装置。
7. 発電プラントから抽出された作動液体をサンプリング配管に流す工程と、
   前記サンプリング配管の前記作動液体にマイクロバブル及びナノバブルの一方又は両方を含む気泡を供給する工程と、
   前記サンプリング配管から前記作動液体を採取する工程と、と含む採取方法。

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