JP2022129031A - ボイラの保管装置およびこれを備えたボイラならびにボイラの保管方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラの建設中や試運転中の場合であっても、ボイラ本体と復水器との間のプレボイラ系統における給水中のアンモニア濃度を均一化することができるボイラの保管装置およびこれを備えたボイラを提供する。【解決手段】復水器１１４から復水ポンプ１２１を介して給水加熱器１２２，１２４に至る復水系統Ｌ１の下流側と、復水器１１４とを接続する復水戻り配管Ｌ１４と、アンモニアが貯留されたアンモニア水タンク１３１と、アンモニア水タンク１３１から、復水系統Ｌ１と復水戻り配管Ｌ１４とによって構成された復水循環系統に対してアンモニアを注入するアンモニア注入ポンプ１３０と、ボイラの保管を行う際に、復水ポンプ１２１によって復水循環系統に水の循環流れを形成するとともに、アンモニア注入ポンプ１３０によってアンモニアタンク１３１からアンモニアを復水循環系統に対して注入する制御部６０と、を備えている【選択図】図３

Description

本開示は、ボイラの保管装置およびこれを備えたボイラならびにボイラの保管方法に関するものである。

発電用ボイラなどの大型のボイラは、中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉を有し、この火炉壁に複数のバーナが火炉の周方向に沿って配設されている。また、大型のボイラは、火炉の鉛直方向上方に煙道が連結されており、この煙道に蒸気を生成するための熱交換器が配置されている。そして、バーナが火炉内に燃料と空気（酸化性ガス）との混合気を噴射することで火炎が形成され、燃焼ガスが生成されて煙道に流れる。燃焼ガスが流れる領域に熱交換器が設置され、熱交換器を構成する伝熱管内を流れる水や蒸気を加熱して過熱蒸気が生成される。

火力発電プラントにおいて、給水系統の配管等の腐食の要因となる溶存酸素を除去するために使用されているヒドラジンは、発がん性の疑いがあることから、国内および海外で使用を禁止されることが多くなっている。このような背景もあり、プラントの通常運用時において、ヒドラジンを用いない脱ヒドラジン給水処理の普及が進んでいる。例えば、特許文献１に示すように、アンモニアを用いてボイラ給水のｐＨを所定範囲に調整することで、ヒドラジンを用いずに給水系統の腐食を抑制することが開示されている。

特開２０１４－１５９９２５号公報

しかし、特許文献１は、ボイラの運転中に給水中のアンモニア濃度を高濃度に保つことでｐＨを所望範囲とし、ボイラの停止後であっても腐食を抑制することができる保管方法が開示されているに過ぎない。つまり、ボイラの運転中では、プラント全体で常に各系統内を水ないし蒸気が循環しているが、ボイラの建設中や試運転中では、プラントの一部の設備が建設中であったり停止中であったりするため、ボイラの運転中のように各系統内で水ないし蒸気を循環させることができない。このため、ボイラの建設中や試運転中では、特許文献１のように給水中にアンモニアを注入しても、系統内でアンモニアの濃度にムラが発生しやすく、アンモニア濃度を均一化することが困難である。これでは、ボイラの建設中や試運転中に、復水系統や給水系統のプレボイラ系統でアンモニアの濃度にムラが発生するおそれがあるため、腐食抑制の観点から適切にプレボイラ系統を保管する要請に応えることができない。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ボイラの建設中や試運転中の場合であっても、ボイラ本体と復水器との間のプレボイラ系統における給水中のアンモニア濃度を均一化することができるボイラの保管装置およびこれを備えたボイラならびにボイラの保管方法を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係るボイラの保管装置は、復水器から復水ポンプを介して給水加熱器に至る復水系統の下流側と、前記復水器とを接続する復水戻り配管と、アンモニアが貯留されたアンモニアタンクと、前記アンモニアタンクから、前記復水系統と前記復水戻り配管とによって構成された復水循環系統に対してアンモニアを注入するアンモニア注入ポンプと、ボイラの保管を行う際に、前記復水ポンプによって前記復水循環系統に水の循環流れを形成するとともに、前記アンモニア注入ポンプによって前記アンモニアタンクからアンモニアを前記復水循環系統に対して注入する制御部と、を備えている。

本開示の一態様に係るボイラは、上記のいずれかに記載のボイラの保管装置と、ボイラ本体と、を備えている。

本開示の一態様に係るボイラの保管方法は、復水器から復水ポンプを介して給水加熱器に至る復水系統の下流側と、前記復水器とを接続する復水戻り配管と、アンモニアが貯留されたアンモニアタンクと、前記アンモニアタンクから、前記復水系統と前記復水戻り配管とによって構成された復水循環系統に対してアンモニアを注入するアンモニア注入ポンプと、を備えたボイラの保管方法であって、ボイラの保管を行う際に、前記復水ポンプによって前記復水循環系統に水の循環流れを形成するとともに、前記アンモニア注入ポンプによって前記アンモニアタンクからアンモニアを前記復水循環系統に対して注入する。

ボイラの建設中や試運転中の場合であっても、ボイラ本体と復水器との間のプレボイラ系統における給水中のアンモニア濃度を均一化することができる。

本開示のボイラ発電プラントを示した概略構成図である。 図１のボイラ発電プラントの水及び蒸気の流れを示した概略構成図である。 図２のボイラ発電プラントの第１工程を示した概略構成図である。 図２のボイラ発電プラントの第２工程を示した概略構成図である。 図２のボイラ発電プラントの第３工程を示した概略構成図である。

以下に、本開示に係る一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。以降の説明で、上や上方とは鉛直方向上側を示し、下や下方とは鉛直方向下側を示すものであり、鉛直方向は厳密ではなく誤差を含むものである。

図１は、本実施形態の石炭焚きボイラを表す概略構成図である。

本実施形態の石炭焚きボイラ１０は、石炭（炭素含有固体燃料）を粉砕した微粉炭を微粉燃料として用い、この微粉燃料をバーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を給水や蒸気と熱交換して過熱蒸気を生成することが可能な石炭焚き（微粉炭焚き）ボイラである。

図１に示すように、石炭焚きボイラ１０は、ボイラ本体３に、火炉１１と燃焼装置１２と燃焼ガス通路１３を有している。火炉１１は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置されている。火炉１１を構成する火炉壁１０１は、複数の伝熱管とこれらを接続するフィンとで構成され、微粉燃料の燃焼により発生した熱を伝熱管の内部を流通する水や蒸気と熱交換して、火炉壁の温度上昇を抑制している。

燃焼装置１２は、火炉１１を構成する火炉壁の下部側に設けられている。本実施形態では、燃焼装置１２は、火炉壁に装着された複数のバーナ（例えば符号２１，２２，２３，２４，２５）を有している。例えばバーナ２１,２２,２３,２４,２５は、火炉１１の周方向に沿って均等間隔で配設されたものが１セットとして、鉛直方向に沿って複数段（例えば、図１では５段）配置されている。但し、火炉の形状や一つの段におけるバーナの数、段数、配置などはこの実施形態に限定されるものではない。

バーナ２１,２２,２３,２４,２５は、微粉炭供給管２６,２７,２８,２９,３０を介して複数の粉砕機（ミル）３１,３２,３３,３４,３５に連結されている。この粉砕機３１,３２,３３,３４,３５は、例えば、粉砕機のハウジング内に粉砕テーブル（図示省略）が駆動回転可能に支持され、この粉砕テーブルの上方に複数の粉砕ローラ（図示省略）が粉砕テーブルの回転に連動回転可能に支持されて構成されている。石炭が、複数の粉砕ローラと粉砕テーブルとの間に投入されると、粉砕され、搬送用ガス（一次空気、酸化性ガス）により粉砕機のハウジング内の分級機（図示省略）に搬送されて、所定の粒径範囲内に分級された微粉燃料を、微粉炭供給管２６,２７,２８,２９,３０からバーナ２１,２２,２３,２４,２５に供給することができる。

また、火炉１１は、バーナ２１,２２,２３,２４,２５の装着位置に風箱３６が設けられており、この風箱３６に空気ダクト（風道）３７の一端部が連結されている。空気ダクト３７は、他端部に押込通風機（ＦＤＦ：Forced Draft Fan）３８が設けられている。

燃焼ガス通路１３は、火炉１１の鉛直方向上部に連結されている。燃焼ガス通路１３は、燃焼ガスの熱を回収するための熱交換器として、過熱器１０２,１０３,１０４、再熱器１０５,１０６、節炭器１０７が設けられており、火炉１１で発生した燃焼ガスと各熱交換器の内部を流通する給水や蒸気との間で熱交換が行われる。

燃焼ガス通路１３は、その下流側に熱交換を行った燃焼ガスが排出される煙道１４が連結されている。煙道１４は、空気ダクト３７との間にエアヒータ（空気予熱器）４２が設けられ、空気ダクト３７を流れる空気と、煙道１４を流れる燃焼ガスとの間で熱交換を行い、バーナ２１,２２,２３,２４,２５に供給する燃焼用空気を昇温することができる。

また、煙道１４には、エアヒータ４２よりも上流側の位置に脱硝装置４３が設けられている。脱硝装置４３は、アンモニア、尿素水等の窒素酸化物を還元する作用を有する還元剤を煙道１４内に供給し、還元剤が供給された燃焼ガス中の窒素酸化物と還元剤との反応を、脱硝装置４３内に設置された脱硝触媒の触媒作用により促進させることで、燃焼ガス中の窒素酸化物を除去、低減するものである。
煙道１４に連結されるガスダクト４１には、エアヒータ４２よりも下流側の位置に、電気集塵機などの集塵装置４４、誘引通風機（ＩＤＦ：Induced Draft Fan）４５、脱硫装置４６などが設けられ、下流端部に煙突５０が設けられている。

一方、複数の粉砕機３１,３２,３３,３４,３５が駆動すると、生成された微粉燃料が搬送用ガス（一次空気、酸化性ガス）と共に微粉炭供給管２６,２７,２８,２９,３０を通してバーナ２１,２２,２３,２４,２５に供給される。また、煙道１４から排出された排ガスとエアヒータ４２で熱交換することで、加熱された燃焼用空気（二次空気、酸化性ガス）が、空気ダクト３７から風箱３６を介してバーナ２１,２２,２３,２４,２５に供給される。バーナ２１,２２,２３,２４,２５は、微粉燃料と搬送用ガスとが混合した微粉燃料混合気を火炉１１に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉１１に吹き込み、このときに微粉燃料混合気が着火することで火炎を形成することができる。火炉１１内の下部で火炎が生じ、高温の燃焼ガスがこの火炉１１内を上昇し、燃焼ガス通路１３に排出される。なお、酸化性ガスとして、本実施形態では空気を用いる。空気よりも酸素割合が多いものや逆に少ないものであってもよく、燃料流量との適正化を図ることで使用可能になる。

その後、燃焼ガスは、燃焼ガス通路１３に配置される第２過熱器１０３、第３過熱器１０４、第１過熱器１０２、（以下単に「過熱器」と記載する場合もある）、第２再熱器１０６、第１再熱器１０５（以下単に「再熱器」と記載する場合もある）、節炭器１０７で熱交換した後、脱硝装置４３により窒素酸化物が還元除去され、集塵装置４４で粒子状物質が除去され、脱硫装置４６にて硫黄酸化物が除去された後、煙突５０から大気中に排出される。なお、各熱交換器は燃焼ガス流れに対して、必ずしも上述の記載順に配置されなくともよい。

次に、図２を用いて、ボイラ発電プラント１の作動流体である水及び蒸気の流れについて説明する。ボイラ発電プラント１は、石炭焚きボイラ１０に設けられた熱交換器（過熱器１０２,１０３,１０４、再熱器１０５,１０６、節炭器１０７）と、石炭焚きボイラ１０が生成した蒸気によって回転駆動される蒸気タービン１１０と、蒸気タービン１１０に連結され蒸気タービン１１０の回転によって発電を行う発電機８０とを備える。

石炭焚きボイラ１０で生成した蒸気により回転駆動される蒸気タービン１１０は、例えば、高圧タービン１１１と中圧タービン１１２と低圧タービン１１３とから構成され、再熱器１０５，１０６からの蒸気が中圧タービン１１２に流入した後に低圧タービン１１３に流入する。低圧タービン１１３には、復水器１１４が連結されており、低圧タービン１１３を回転駆動した蒸気が、この復水器１１４で冷却水（例えば海水や純水）との間接接触（又は直接接触）によって冷却されて復水となる。

復水器１１４には、補給水タンク１１５から補給水ポンプ１１６によって補給水が補給されるようになっている。補給水ポンプ１１６の動作は、制御部６０によって制御される。復水器１１４は、復水系統Ｌ１、低圧給水系統（給水系統）Ｌ２及び高圧給水系統（給水系統）Ｌ３を介して節炭器１０７に連結されている。復水系統Ｌ１、低圧給水系統Ｌ２及び高圧給水系統Ｌ３がプレボイラ系統とされる。復水系統Ｌ１には、上流側から順に、復水ポンプ（ＣＰ）１２１、グランドコンデンサ１２６、復水脱塩装置１２８が設けられている。

復水器１１４の出口には、水中の鉄濃度を計測する鉄濃度計Ｓ１が設けられている。鉄濃度計Ｓ１の出力は、制御部６０へと送信される。

復水ポンプ１２１とグランドコンデンサ１２６の間には、復水ブロー系統Ｌ１１が分岐して設けられている。復水ブロー系統Ｌ１１には、遮断弁Ｖ１が設けられている。遮断弁Ｖ１は制御部６０の指令によって開閉され、遮断弁Ｖ１を開とすることによって外部へと排水できるようになっている。復水ブロー系統Ｌ１１は、例えば、プレボイラ系統からの排水や水中の鉄濃度を低減する際などに用いられる。

復水脱塩装置１２８は並列に２つ設けられている。ただし、復水脱塩装置１２８の設置数はこれに限定されるものではなく、１つであっても良く、３つ以上であっても良い。復水脱塩装置１２８をバイパスするように復水脱塩装置バイパス系統Ｌ１２が設けられている。復水脱塩装置バイパス系統Ｌ１２には、遮断弁Ｖ２が設けられている。遮断弁Ｖ２は制御部６０の指令によって開閉され、遮断弁Ｖ２を開とすることによって復水脱塩装置１２８をバイパスして復水を復水系統Ｌ１の下流側へと流すことができるようになっている。

復水脱塩装置１２８及び復水脱塩装置バイパス系統Ｌ１２よりも下流側でかつ低圧給水加熱器１２２との間の復水系統Ｌ１には、アンモニア注入位置１３２にて、アンモニア注入系統Ｌ１３の下流端が接続されている。アンモニア注入系統Ｌ１３には、アンモニア注入ポンプ１３０と、アンモニア水タンク（アンモニアタンク）１３１とが設けられている。アンモニア注入ポンプ１３０は、制御部６０の指令によって起動ないし停止および／または回転数制御が行われ、アンモニア水タンク１３１から所定量のアンモニア水が復水系統Ｌ１へ注入される。本実施形態では、アンモニア注入ポンプ１３０を容積式ポンプとし、回転数によりアンモニア水の流量を制御する場合について説明するが、例えば、弁を用いて流量を制御する方法など、他の制御方法であっても良い。アンモニア水タンク１３１には、所定のアンモニア濃度に調整されたアンモニア水が貯留されている。なお、アンモニア水タンク１３１内には水溶液の形態でアンモニアが貯留されているが、気体としてアンモニアを貯留するアンモニアガスタンクであっても良い。

アンモニア注入位置１３２と低圧給水加熱器１２２との間の復水系統Ｌ１には、復水戻り配管Ｌ１４の上流端が接続されている。復水戻り配管Ｌ１４の下流端は、復水器１１４に接続されている。復水戻り配管Ｌ１４には、復水戻り制御弁Ｖ３が設けられている。復水戻り制御弁Ｖ３は、制御部６０の指令によって全閉から最大開度まで任意に開度が調整される。復水戻り配管Ｌ１４によって復水循環系統が構成される。すなわち、復水器１１４を出た水が、復水系統Ｌ１の復水ポンプ１２１、グランドコンデンサ１２６、復水脱塩装置バイパス系統Ｌ１２及びアンモニア注入位置１３２を順に通過した後に、復水戻り配管Ｌ１４によって復水器１１４に戻る復水循環系統が構成される。

復水戻り配管Ｌ１４には、電気伝導率計Ｓ２が設けられている。電気伝導率計Ｓ２は、水素イオン形の強酸性陽イオン交換樹脂を充填したカラムを備えており、このカラムに水を通して電気伝導率が測定される。電気伝導率計Ｓ２の出力は、制御部６０へと送信される。制御部６０では、計測された電気伝導率に基づいて水中のアンモニア濃度が演算される。すなわち、電気伝導率計Ｓ２によって、復水戻り配管Ｌ１４を通り復水器１１４へ戻る水のアンモニア濃度が得られる。

復水系統Ｌ１の下流側には、低圧給水系統Ｌ２が接続されている。低圧給水系統Ｌ２は、復水戻り配管Ｌ１４が復水系統Ｌ１に接続された上流端Ｌ１４ａよりも下流側に設けられている。低圧給水系統Ｌ２には低圧給水加熱器１２２が設けられている。本実施形態では低圧給水加熱器１２２は３つ設けられているが、設置数はこれに限定されるものではなく、１つ又は２つであっても４つ以上であっても良い。低圧給水加熱器１２２には、熱源として、低圧蒸気タービン１１３から抽気された蒸気が用いられる。

低圧給水加熱器１２２の下流側には、脱気器１３５とボイラ給水ポンプ（ＢＦＰ）１２３が順に設けられている。ボイラ給水ポンプ１２３の上流端までが低圧給水系統Ｌ２とされる。

脱気器１３５には、低圧給水戻り配管Ｌ２１の上流端が設けられている。脱気器１３５は、水中の溶存酸素や炭酸ガスなどの非凝縮性ガスを除去する。低圧給水戻り配管Ｌ２１の下流端は、復水器１１４に下流端が接続された主給水戻り配管Ｌ４に接続されている。

主給水戻り配管Ｌ４には、電気伝導率計Ｓ３が設けられている。電気伝導率計Ｓ３は、水素イオン形の強酸性陽イオン交換樹脂を充填したカラムを備えており、このカラムに水を通して電気伝導率が測定される。電気伝導率計Ｓ３の出力は、制御部６０へと送信される。制御部６０では、計測された電気伝導率に基づいて水中のアンモニア濃度が演算される。すなわち、電気伝導率計Ｓ３によって、主給水戻り配管Ｌ４を通り復水器１１４へ戻る水のアンモニア濃度が得られる。

なお、主給水戻り配管Ｌ４を用いずに、低圧給水戻り配管Ｌ２１の下流端を復水器１１４に直接接続するようにしても良い。この場合、電気伝導率計Ｓ３は低圧給水戻り配管Ｌ２１に設けられる。低圧給水戻り配管Ｌ２１には、低圧給水戻り制御弁Ｖ４が設けられている。低圧給水戻り制御弁Ｖ４は、制御部６０の指令によって全閉から最大開度まで任意に開度が調整される。

低圧給水系統Ｌ２の下流側には、高圧給水系統Ｌ３が接続されている。高圧給水系統Ｌ３は、給水流れの上流側から順に、ボイラ給水ポンプ１２３と、ボイラ給水ポンプ出口制御弁Ｖ５と、高圧給水加熱器１２４と、高圧給水加熱器出口制御弁Ｖ６とを備えている。本実施形態では高圧給水加熱器１２４は３つ設けられているが、設置数はこれに限定されるものではなく、１つ又は２つであっても４つ以上であっても良い。高圧給水加熱器１２４には、熱源として、高圧蒸気タービン１１１や中圧蒸気タービン１１２から抽気された蒸気が用いられる。ボイラ給水ポンプ出口制御弁Ｖ５及び高圧給水加熱器出口制御弁Ｖ６は、それぞれ、制御部６０の指令によって全閉から最大開度まで任意に開度が調整される。

給水流れの最下流に位置する高圧給水加熱器１２４と高圧給水加熱器出口制御弁Ｖ６との間には、高圧給水戻り配管Ｌ３１の上流端が接続されている。高圧給水戻り配管Ｌ３１の下流端は、復水器１１４に下流端が接続された主給水戻り配管Ｌ４に接続されている。なお、主給水戻り配管Ｌ４を用いずに、高圧給水戻り配管Ｌ３１の下流端を復水器１１４に直接接続するようにしても良い。この場合、電気伝導率計Ｓ３は高圧給水戻り配管Ｌ３１に設けられる。高圧給水戻り配管Ｌ３１には、高圧給水戻り制御弁Ｖ７が設けられている。高圧給水戻り制御弁Ｖ７は、制御部６０の指令によって全閉から最大開度まで任意に開度が調整される。

主給水戻り配管Ｌ４には、主給水戻り制御弁Ｖ８が設けられている。主給水戻り制御弁Ｖ８は、制御部６０の指令によって全閉から最大開度まで任意に開度が調整される。また、主給水戻り制御弁Ｖ８の上流側には、主給水ブロー系統Ｌ４１が分岐して設けられている。主給水ブロー系統Ｌ４１には、遮断弁Ｖ９が設けられている。遮断弁Ｖ９は制御部６０の指令によって開閉され、遮断弁Ｖ９を開とすることによって外部へと排水できるようになっている。

制御部６０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

次に、上記構成のボイラ発電プラント１の運転中の動作を説明する。本実施形態では、石炭焚きボイラ１０は一例として貫流ボイラとされている。高圧給水加熱器１２４で加熱された給水は、節炭器１０７へと導かれてさらに加熱され、火炉壁１０１を構成する火炉壁管へと流れる。火炉壁管を通過する際に、火炉１１（図１参照）内の火炎から輻射を受けて加熱されて蒸気となり、そして過熱器１０２,１０３,１０４へと供給される。過熱器１０２,１０３,１０４で蒸気を過熱して生成された過熱蒸気は、高圧タービン１１１に供給され、高圧タービン１１１を回転駆動する。高圧タービン１１１から排出された蒸気は、再熱器１０５,１０６に導入されて再度過熱される。再度過熱された蒸気は、中圧タービン１１２を経て低圧タービン１１３に供給され、中圧タービン１１２および低圧タービン１１３を回転駆動する。各蒸気タービン１１１,１１２,１１３の回転軸は、発電機８０を回転駆動して、発電が行われる。低圧タービン１１３から排出された蒸気は、復水器１１４で冷却水との間接接触（又は直接接触）によって冷却されることで復水となり、復水系統Ｌ１、低圧給水系統Ｌ２及び高圧給水系統Ｌ３を介して、再び、節炭器１０７に送られる。

次に、ボイラ発電プラント１の建設中や試運転中の際に、復水系統Ｌ１、低圧給水系統Ｌ２及び高圧給水系統Ｌ３を含むプレボイラ系統を保管する方法について説明する。以下の保管方法は、ボイラ発電プラント１の建設中や試運転中のように、ボイラ運転中における給水中のアンモニア濃度を、ボイラの停止後、そのまま維持することができない場合を想定している。

本実施形態の保管方法は、プレボイラ系統の水中のアンモニア濃度を所定値以上として配管等の腐食を抑制するものである。アンモニア濃度としては、想定する保管期間に応じて適宜設定され、例えば、保管期間が１週間以内であれば２０ｐｐｍ程度、１週間を超えて４週間以下であれば５０ｐｐｍ程度、４週間を超える場合は１００ｐｐｍ程度とされる。

＜第１工程：復水系統Ｌ１のアンモニア濃度上昇＞
図３を用いて第１工程を説明する。なお、以下の各図において、水が流れる経路は太線で示されている。

先ず、ボイラ発電プラント１の停止状態から、復水系統Ｌ１のアンモニア濃度の上昇を行う。復水器１１４に補給水タンク１１５から水を適宜補給しながら、復水系統Ｌ１に水張を行う。このとき、制御部６０の指令によって、復水ポンプ１２１は駆動され、遮断弁Ｖ２は開とされるとともに、復水戻り制御弁Ｖ３が所定開度とされる。一方、ボイラ給水ポンプ１２３は停止され、低圧給水戻り制御弁Ｖ４、ボイラ給水ポンプ出口制御弁Ｖ５、高圧給水加熱器出口制御弁Ｖ６、高圧給水戻り制御弁Ｖ７及び主給水戻り制御弁Ｖ８は全閉とされている。なお、以下の説明では、各図において弁が開の場合は白抜きで弁を表示し、弁が閉の場合は黒塗りで弁を表示する。

以上の操作によって、復水器１１４に貯留された水は、復水ポンプ１２１、グランドコンデンサ１２６を通り、復水脱塩装置１２８を通過せずに復水脱塩装置バイパス系統Ｌ１２を通って復水戻り配管Ｌ１４へと導かれ、復水器１１４へと戻る。ここで、復水脱塩装置１２８をバイパスするのは、高ｐＨ環境に対して耐性の低いイオン交換樹脂等を復水系統Ｌ１内の水に含まれるアンモニアとのイオン交換による劣化から保護するためである。イオン交換樹脂等は、復水脱塩装置１２８の内部に充填されている。このようにして、復水系統Ｌ１を通って水が循環する復水循環系統が構成される。このときに、アンモニア水タンク１３１からアンモニア注入系統Ｌ１３を用いてアンモニア水が復水系統Ｌ１に注入される。制御部６０は、アンモニア注入ポンプ１３０の回転数や発停のタイミングを制御することによって、配管等の腐食抑制に必要なアンモニア濃度に対応するアンモニア水供給量を制御する。

復水循環系統を流れる水のアンモニア濃度が所望値に到達すると、制御部６０の指令によって、次工程である第２工程に進む。ただし、アンモニア濃度が所望値に到達する前に、予め決めた所定値を超えた場合に第２工程に進むこととしても良い。この所定値は、第２工程への移行中に、復水系統Ｌ１のアンモニア濃度が所望値に到達することが予想される濃度値として設定される。

＜第２工程：低圧給水系統Ｌ２のアンモニア濃度上昇＞
図４を用いて第２工程を説明する。なお、水が流れる経路は太線で示されている。
第１工程の状態を維持したまま、低圧給水系統Ｌ２に水張を行う。具体的には、制御部６０の指令によって、低圧給水戻り制御弁Ｖ４と主給水戻り制御弁Ｖ８を全閉状態から所定開度まで開く。この時、低圧給水系統Ｌ２への供給流量を確保するために、復水戻り制御弁Ｖ３の開度を全閉状態とならない程度に減操作してもよい。これにより、復水系統Ｌ１を通過した水は、低圧給水加熱器１２２、脱気器１３５を通り、低圧給水戻り配管Ｌ２１へ流れ、復水器１１４へと返送される。このとき、必要に応じて、補給水タンク１１５から復水器１１４に水を適宜補給する。また、第１工程から引き続きアンモニア水タンク１３１からアンモニア注入系統Ｌ１３を用いてアンモニア水が復水系統Ｌ１に注入されているので、低圧給水系統Ｌ２に水を供給しながらアンモニア濃度が増加する。

復水系統Ｌ１及び低圧給水系統Ｌ２を含む循環系統を流れる水のアンモニア濃度が所望値に到達すると、制御部６０の指令によって、次工程である第３工程に進む。ただし、アンモニア濃度が所望値に到達する前に、予め決めた所定値を超えた場合に第３工程に進むこととしても良い。この所定値は、第３工程への移行中に、復水系統Ｌ１及び低圧給水系統Ｌ２のアンモニア濃度が、所望値に到達することが予想される濃度値として設定される。

＜第３工程：高圧給水系統Ｌ３のアンモニア濃度上昇＞
図５を用いて第３工程を説明する。なお、水が流れる経路は太線で示されている。
第２工程の状態を維持したまま、高圧給水系統Ｌ３に水張りを行う。具体的には、制御部６０の指令によって、ボイラ給水ポンプ出口制御弁Ｖ５と高圧給水戻り制御弁Ｖ７を全閉状態から所定開度まで開く。ただし、高圧給水加熱器出口制御弁Ｖ６は全閉としたままである。そして、制御部６０の指令によって、ボイラ給水ポンプ１２３を起動する。この時、高圧給水系統Ｌ３への供給流量を確保するために、復水戻り制御弁Ｖ３及び低圧給水戻り制御弁Ｖ４の開度を、全閉状態とならない程度に減操作してもよい。これにより、復水系統Ｌ１及び低圧給水系統Ｌ２を通過した水は、ボイラ給水ポンプ１２３を経て高圧給水加熱器１２４を通り、高圧給水戻り配管Ｌ３１へ流れ、復水器１１４へと返送される。このとき、必要に応じて、補給水タンク１１５から復水器１１４に水を適宜補給する。また、第２工程から引き続きアンモニア水タンク１３１からアンモニア注入系統Ｌ１３を用いてアンモニア水が復水系統Ｌ１及び低圧給水系統Ｌ２に注入されているので、高圧給水系統Ｌ３に水を供給しながらアンモニア濃度が増加する。

上記の第１工程から第３工程までの操作を順番に行い、復水系統Ｌ１、低圧給水系統Ｌ２及び高圧給水系統Ｌ３を含むプレボイラ系統の全体を所定のアンモニア濃度まで上昇させる。そして、ボイラ給水ポンプ１２３と復水ポンプ１２１、アンモニア注入ポンプ１３０を停止し、プレボイラ系統を所望の高濃度アンモニア水にて保管する。

以上説明した本実施形態の作用効果は以下の通りである。
復水系統Ｌ１の下流側と復水器１１４とを接続する復水戻り配管Ｌ１４を設けることによって、復水系統Ｌ１を流れる水を復水器１１４に戻す復水循環系統を形成する。この復水循環系統にアンモニア水タンク１３１からアンモニア注入ポンプ１３０を用いてアンモニアを注入することで、復水循環系統内のアンモニア濃度を所定値まで上昇させ、ボイラ発電プラント１の保管時に復水系統Ｌ１が腐食することを抑制できる。
保管を行う際に、復水系統Ｌ１に限定して水を循環させてアンモニアを注入することとしたので、大容量の循環系統（プレボイラ系統全体）に対してアンモニアを注入、混合する場合に比べて短時間で均一にアンモニアを混合することがきる。また、均一にアンモニアを混合することができるので、原液の濃度と希釈後の濃度の比を大きくすることが可能となり、アンモニア水タンク１３１に貯留するアンモニア濃度を高めることができ、これによりアンモニア水タンク１３１を小型化できる。

低圧給水戻り配管Ｌ２１を設けることによって、低圧給水系統Ｌ２を流れる水が復水器１１４との間で循環する。また、高圧給水戻り配管Ｌ３１を設けることによって、高圧給水系統Ｌ３を流れる水が復水器１１４との間で循環する。
第２工程によって低圧給水戻り配管Ｌ２１を用いて水を循環させることで低圧給水系統Ｌ２のアンモニア濃度を所定値まで増加させ、その後に、第３工程によって高圧給水戻り配管Ｌ３１を用いて水を循環させることで高圧給水系統Ｌ３のアンモニア濃度を所定値まで増加させることとした。このように、低圧給水系統Ｌ２と高圧給水系統Ｌ３を分けて段階的にアンモニア濃度を増加させることとしたので、大容量の循環系統（プレボイラ系統全体）に対してアンモニアを注入、混合する場合に比べて均一にアンモニアを混合することができる。

復水系統Ｌ１、低圧給水系統Ｌ２および高圧給水系統Ｌ３のアンモニア濃度が所定範囲とされた場合に復水器１１４を介した水の循環を停止する。これにより、復水器１１４と石炭焚きボイラ１０のボイラ本体３との間のプレボイラ系統の腐食を抑制できるアンモニア濃度で保管することができる。

また、上述した実施形態では、本開示のボイラを石炭焚きボイラとしたが、燃料としては、バイオマス燃料や石油精製時に発生するＰＣ（石油コークス：Petroleum Coke）燃料、石油残渣などの固体燃料を使用するボイラであってもよい。また、燃料として固体燃料に限らず、重油、軽油、重質油などの石油類や工場廃液などの液体燃料も使用することができ、更には、燃料として気体燃料(天然ガス、副生ガスなど)も使用することができる。さらに、これら燃料を組み合わせて使用する混焼焚きボイラにも適用することができる。

以上説明した各実施形態に記載のボイラの保管装置およびこれを備えたボイラならびにボイラの保管方法は、例えば以下のように把握される。

本開示の一態様に係るボイラの保管装置は、復水器（１１４）から復水ポンプ（１２１）を介して給水加熱器（１２２，１２４）に至る復水系統（Ｌ１）の下流側と、前記復水器（１１４）とを接続する復水戻り配管（Ｌ１４）と、アンモニアが貯留されたアンモニアタンク（１３１）と、前記アンモニアタンク（１３１）から、前記復水系統（Ｌ１）と前記復水戻り配管（Ｌ１４）とによって構成された復水循環系統に対してアンモニアを注入するアンモニア注入ポンプ（１３０）と、ボイラの保管を行う際に、前記復水ポンプ（１２１）によって前記復水循環系統に水の循環流れを形成するとともに、前記アンモニア注入ポンプ（１３０）によって前記アンモニアタンク（１３１）からアンモニアを前記復水循環系統に対して注入する制御部（６０）と、を備えている。

復水系統の下流側と復水器とを接続する復水戻り配管を設けることによって、復水系統を流れる水を復水器に戻す復水循環系統を形成する。この復水循環系統にアンモニアタンクからアンモニア注入ポンプを用いてアンモニアを注入することで、復水循環系統内のアンモニア濃度を所定値まで上昇させ、ボイラの保管時に復水系統が腐食することを抑制できる。
ボイラの保管を行う際に、復水系統に限定して水を循環させてアンモニアを注入することとしたので、大容量の循環系統に対してアンモニアを混合する場合に比べて短時間で均一にアンモニアを混合することがきる。また、均一にアンモニアを混合することができるので、アンモニアタンクに貯留するアンモニア濃度を高めることができ、これによりアンモニアタンクを小型化できる。

本開示の一態様に係るボイラの保管装置では、前記復水系統（Ｌ１）とボイラとの間に設けられた給水系統（１２２，１２４）と前記復水器（１１４）とを接続する給水戻り配管（Ｌ２１，Ｌ３１）を備え、前記制御部（６０）は、前記復水系統（Ｌ１）を流れる水のアンモニア濃度が所定値を超えた後に、アンモニアが注入された前記復水系統（Ｌ１）の水が、前記給水系統（Ｌ２，Ｌ３）および前記給水戻り配管（Ｌ２１，Ｌ３１）を介して前記復水器（１１４）へと循環するように制御する。

給水系統の下流側と復水器とを接続する給水戻り配管を設けることによって、復水系統から導かれた水が給水配管を介して復水器へ循環される。これにより、アンモニアが注入された復水系統の水が給水系統へと導かれて保管の準備が行われる。
復水系統を流れる水のアンモニア濃度が所定値を超えた後に、復水系統の水を給水系統及び給水戻り配管を介して復水器へ流すこととした。これにより、給水系統のアンモニア濃度を所定値まで増加させることができる。また、復水系統のアンモニア濃度を増加させた後に給水系統のアンモニア濃度を増加させることとし、アンモニア濃度を増加させる領域を分割して段階的にアンモニア濃度を増加させることとしたので、均一にアンモニアを混合することができる。

本開示の一態様に係るボイラの保管装置では、前記給水系統は、給水ポンプ（１２３）と、該給水ポンプ（１２３）よりも上流側で低圧給水加熱器（１２２）を有する低圧給水系統（Ｌ２）と、該給水ポンプ（１２３）よりも下流側で高圧給水加熱器（１２４）を有する高圧給水系統（Ｌ３）と、を備え、前記給水戻り配管は、前記低圧給水加熱器（１２２）よりも下流側で前記低圧給水系統（Ｌ２）に接続された低圧給水戻り配管（Ｌ２１）と、前記高圧給水加熱器（１２４）よりも下流側で前記高圧給水系統（Ｌ３）に接続された高圧給水戻り配管（Ｌ３１）と、を備え、前記制御部（６０）は、前記低圧給水系統（Ｌ２）にアンモニアが注入された水を前記低圧給水戻り配管（Ｌ２１）を介して前記復水器（１１４）との間で循環させ、前記低圧給水系統（Ｌ２）を流れる水のアンモニア濃度が所定値を超えた後に、前記低圧給水系統（Ｌ２）を流れる水が、前記高圧給水系統（Ｌ３）および前記高圧給水戻り配管（Ｌ３１）を介して前記復水器（１１４）へと循環するように制御する。

低圧給水戻り配管を設けることによって、低圧給水系統を流れる水が復水器との間で循環する。また、高圧給水戻り配管を設けることによって、高圧給水系統を流れる水が復水器との間で循環する。
低圧給水戻り配管を用いて水を循環させることで低圧給水系統のアンモニア濃度を所定値まで増加させ、その後に、高圧給水戻り配管を用いて水を循環させることで高圧給水系統のアンモニア濃度を所定値まで増加させることとした。このように、低圧給水系統と高圧給水系統を分けて段階的にアンモニア濃度を増加させることとしたので、均一にアンモニアを混合することができる。

本開示の一態様に係るボイラの保管装置では、前記制御部（６０）は、前記復水系統（Ｌ１）、前記低圧給水系統（Ｌ２）および前記高圧給水系統（Ｌ３）のアンモニア濃度が所定範囲とされた場合に、前記復水器（１１４）を介した水の循環を停止して保管を行う。

復水系統、低圧給水系統および高圧給水系統のアンモニア濃度が所定範囲とされた場合に復水器を介した水の循環を停止する。これにより、復水器とボイラ本体との間のプレボイラ系統の腐食を抑制できるアンモニア濃度で保管することができる。
アンモニア濃度の所定範囲としては、例えば、保管期間が１週間以内であれば２０ｐｐｍ程度、１週間を超えて４週間以下であれば５０ｐｐｍ程度、４週間を超える場合は１００ｐｐｍ程度とされる。

本開示の一態様に係るボイラは、上記のいずれかに記載のボイラの保管装置と、ボイラ本体（３）と、を備えている。

本開示の一態様に係るボイラの保管方法は、復水器（１１４）から復水ポンプ（１２１）を介して給水加熱器（１２２，１２４）に至る復水系統（Ｌ１）の下流側と、前記復水器（１１４）とを接続する復水戻り配管（Ｌ１４）と、アンモニアが貯留されたアンモニアタンク（１３１）と、前記アンモニアタンク（１３１）から、前記復水系統（Ｌ１）と前記復水戻り配管（Ｌ１４）とによって構成された復水循環系統に対してアンモニアを注入するアンモニア注入ポンプ（１３０）と、を備えたボイラの保管方法であって、ボイラの保管を行う際に、前記復水ポンプ（１２１）によって前記復水循環系統に水の循環流れを形成するとともに、前記アンモニア注入ポンプ（１３０）によって前記アンモニアタンク（１３１）からアンモニアを前記復水循環系統に対して注入する。

１ ボイラ発電プラント（発電プラント）
３ ボイラ本体
１０ 石炭焚きボイラ（ボイラ）
１１ 火炉
１２ 燃焼装置
１３ 燃焼ガス通路
１４ 煙道
２１～２５ バーナ
２６～３０ 微粉炭供給管
３１～３５ 粉砕機（ミル）
３６ 風箱
３７ 空気ダクト（風道）
３８ 押込通風機（ＦＤＦ）
３９ アディショナル空気ポート
４２ エアヒータ（空気予熱器）
４３ 脱硝装置
４４ 集塵装置
４５ 誘引通風機（ＩＤＦ）
４６ 脱硫装置
５０ 煙突
６０ 制御部
８０ 発電機
１０１ 火炉壁
１０２ 第１過熱器（熱交換器）
１０３ 第２過熱器（熱交換器）
１０４ 第３過熱器（熱交換器）
１０５ 第１再熱器（熱交換器）
１０６ 第２再熱器（熱交換器）
１０７ 節炭器（熱交換器）
１１１ 高圧蒸気タービン
１１２ 中圧蒸気タービン
１１３ 低圧蒸気タービン
１１４ 復水器
１１５ 補給水タンク
１１６ 補給水ポンプ
１２１ 復水ポンプ（ＣＰ）
１２２ 低圧給水加熱器
１２３ ボイラ給水ポンプ（ＢＦＰ）
１２４ 高圧給水加熱器
１２６ グランドコンデンサ
１２８ 復水脱塩装置
１３０ アンモニア注入ポンプ
１３１ アンモニア水タンク（アンモニアタンク）
１３２ アンモニア注入位置
１３５ 脱気器
Ｌ１ 復水系統
Ｌ１１ 復水ブロー系統
Ｌ１２ 復水脱塩装置バイパス系統
Ｌ１３ アンモニア注入系統
Ｌ１４ 復水戻り配管
Ｌ１４ａ 上流端
Ｌ２ 低圧給水系統（給水系統）
Ｌ２１ 低圧給水戻り配管
Ｌ３ 高圧給水系統（給水系統）
Ｌ３１ 高圧給水戻り配管
Ｌ４ 主給水戻り配管
Ｌ４１ 主給水ブロー系統
Ｓ１ 鉄濃度計
Ｓ２，Ｓ３ 電気伝導率計
Ｖ１ 遮断弁
Ｖ２ 遮断弁
Ｖ３ 復水戻り制御弁
Ｖ４ 低圧給水戻り制御弁
Ｖ５ ボイラ給水ポンプ出口制御弁
Ｖ６ 高圧給水加熱器出口制御弁
Ｖ７ 高圧給水戻り制御弁
Ｖ８ 主給水戻り制御弁
Ｖ９ 遮断弁

Claims (6)

1. 復水器から復水ポンプを介して給水加熱器に至る復水系統の下流側と、前記復水器とを接続する復水戻り配管と、
   アンモニアが貯留されたアンモニアタンクと、
   前記アンモニアタンクから、前記復水系統と前記復水戻り配管とによって構成された復水循環系統に対してアンモニアを注入するアンモニア注入ポンプと、
   ボイラの保管を行う際に、前記復水ポンプによって前記復水循環系統に水の循環流れを形成するとともに、前記アンモニア注入ポンプによって前記アンモニアタンクからアンモニアを前記復水循環系統に対して注入する制御部と、
   を備えているボイラの保管装置。
2. 前記復水系統とボイラとの間に設けられた給水系統と前記復水器とを接続する給水戻り配管を備え、
   前記制御部は、前記復水系統を流れる水のアンモニア濃度が所定値を超えた後に、アンモニアが注入された前記復水系統の水が、前記給水系統および前記給水戻り配管を介して前記復水器へと循環するように制御する請求項１に記載のボイラの保管装置。
3. 前記給水系統は、給水ポンプと、該給水ポンプよりも上流側で低圧給水加熱器を有する低圧給水系統と、該給水ポンプよりも下流側で高圧給水加熱器を有する高圧給水系統と、を備え、
   前記給水戻り配管は、前記低圧給水加熱器よりも下流側で前記低圧給水系統に接続された低圧給水戻り配管と、前記高圧給水加熱器よりも下流側で前記高圧給水系統に接続された高圧給水戻り配管と、を備え、
   前記制御部は、前記低圧給水系統にアンモニアが注入された水を前記低圧給水戻り配管を介して前記復水器との間で循環させ、前記低圧給水系統を流れる水のアンモニア濃度が所定値を超えた後に、前記低圧給水系統を流れる水が、前記高圧給水系統および前記高圧給水戻り配管を介して前記復水器へと循環するように制御する請求項２に記載のボイラの保管装置。
4. 前記制御部は、前記復水系統、前記低圧給水系統および前記高圧給水系統のアンモニア濃度が所定範囲とされた場合に、前記復水器を介した水の循環を停止して保管を行う請求項３に記載のボイラの保管装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のボイラの保管装置と、
   ボイラ本体と、
   を備えているボイラ。
6. 復水器から復水ポンプを介して給水加熱器に至る復水系統の下流側と、前記復水器とを接続する復水戻り配管と、
   アンモニアが貯留されたアンモニアタンクと、
   前記アンモニアタンクから、前記復水系統と前記復水戻り配管とによって構成された復水循環系統に対してアンモニアを注入するアンモニア注入ポンプと、
   を備えたボイラの保管方法であって、
   ボイラの保管を行う際に、前記復水ポンプによって前記復水循環系統に水の循環流れを形成するとともに、前記アンモニア注入ポンプによって前記アンモニアタンクからアンモニアを前記復水循環系統に対して注入するボイラの保管方法。

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