JP2902315B2 - ボイラの給水処理方法及び同処理装置 - Google Patents

ボイラの給水処理方法及び同処理装置

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JP2902315B2
JP2902315B2 JP32612994A JP32612994A JP2902315B2 JP 2902315 B2 JP2902315 B2 JP 2902315B2 JP 32612994 A JP32612994 A JP 32612994A JP 32612994 A JP32612994 A JP 32612994A JP 2902315 B2 JP2902315 B2 JP 2902315B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はボイラへの給水経路にお
ける水管の内壁面に保護皮膜を形成させ、水管の腐食防
止を行うボイラの給水処理方法及び同処理装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】例えば蒸気タービンを廻して、この蒸気
タービンに駆動連結された発電機によって発電する汽力
発電所等において、ボイラ水を熱して蒸気をつくるため
のボイラが使用されている。一般に汽力発電所におい
て、ボイラ水はボイラで発生した蒸気を凝縮させ復水と
して再利用している。しかし、復水中には酸素や蒸気利
用工程中の不純物が溶存され易いため、従来から炭素鋼
よりなる水管の腐食が問題となっている。そこで、水管
の腐食を防止するために種々の給水処理方法が提案され
ている。この水管の腐食を防止する方法として例えば、
特開平2−157503号公報に示されるような方法が
知られている。すなわち、従来の方法においては、ボイ
ラ水内に酸素ボンベから微量の酸素ガスを供給し、復水
に酸素を溶解している。そして、この酸素の溶解された
復水と水管の内面とを接触させ、水管の内面に酸化鉄
(特に3価の酸化鉄〔Fe2O3 〕)の保護皮膜を形成し、
この保護皮膜により水管の腐食を防止している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のボイ
ラへの給水処理方法においては、復水に気体である酸素
ガスを注入しているため、復水中に酸素が均一に溶解さ
れにくい。そのため、水管の内面全体に対して酸化鉄の
保護皮膜が均一に形成されにくいという問題があった。
【0004】この発明は、上記従来の技術に存在する問
題点に着目してなされたものであって、その目的は、復
水中に予め酸素の溶解された酸素水を注入することによ
り、水管の内面全体に対して均一に酸化鉄の保護皮膜
を形成することの可能なボイラの給水処理方法及び同処
理装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めにボイラの給水処理方法に係る請求項1の発明は、ボ
イラで発生した蒸気を蒸気管を介して復水器に送り込ん
でボイラ水に復水し、復水されたボイラ水を給水管を介
して再びボイラに戻すボイラの給水処理方法において、
前記ボイラ水を復水器の下流域における給水管から昇圧
ポンプとエジェクタとが上流側から順に設けられたバイ
パス経路内へ分流して引き込み、同バイパス経路内でエ
ジェクタにより噴射されるボイラ水に対して酸素ガスを
溶解させて酸素水を生成し、その酸素水を前記給水管内
へ供給することにより、給水管内を流れるボイラ水に所
定濃度の酸素水を溶け込ませて給水管の内壁面に酸化鉄
の腐食防止用皮膜を形成することを要旨とするものであ
る。
【0006】また、ボイラの給水処理装置に係る請求項
2の発明は、ボイラで発生した蒸気を蒸気管を介して復
水器に送り込んでボイラ水に復水し、復水されたボイラ
水を給水管を介して再びボイラに戻すボイラの給水処理
装置において、復水器の下流域における給水管に前記ボ
イラ水を分流するためのバイパス経路を接続し、同バイ
パス経路にはその上流側から順に昇圧ポンプとエジェク
タとを設けるとともに、同エジェクタによりバイパス経
路内で噴射されるボイラ水に対して酸素ガスを供給する
ための酸素ガス供給管を接続したことを要旨とするもの
である。
【0007】
【作用】即ち、本願請求項1及び請求項2に係る発明に
よれば、ボイラで発生した蒸気は蒸気管を介して復水器
に送り込まれてボイラ水として復水される。復水された
ボイラ水は復水器の下流域における給水管から分流して
バイパス経路内へ引き込まれ、同経路内において昇圧ポ
ンプにより一定圧で加圧されてエジェクタにより高速で
噴射される。すると、このボイラ水の高速噴射によりエ
ジェクタ内には負圧が発生するため、酸素ガス供給管か
ら酸素ガスがエジェクタ内へ吸引される。そして、この
酸素ガスが前記エジェクタにより噴射されるボイラ水に
対しスムーズかつ均一に溶解して酸素水が生成され、生
成された酸素水はバイパス経路から給水管内へ供給され
る。すると、酸素水は気体と異なり液体であるためボイ
ラ水にスムーズかつ均一に溶け込む。そして、この酸素
水の溶け込んだボイラ水が給水管の内壁面に接触するこ
とにより、給水管の内壁面に酸化鉄の腐食防止用皮膜が
均一に形成される。
【0008】
【実施例】以下、本発明を汽力発電プラントに使用され
る貫流式ボイラに具体化した一実施例を図1に従って説
明する。
【0009】図1に示すように、汽力発電プラント1に
は、酸素水製造装置51が設けられている。まず、汽力
発電プラント1について説明する。汽力発電プラント1
には、ボイラ3が設けられている。ボイラ3は、火炉4
と火炉4に接続された節炭器5とを備えている。節炭器
5は、火炉4から排出される燃焼ガスを回収し、火炉4
に供給される給水の余熱に利用される。火炉4内には、
ボイラ水を通過させるための図示しない水管が設けられ
ている。そして、火炉4内では、水管の外面と燃焼ガス
との接触により蒸気が発生する。
【0010】火炉4の蒸気吹出し口は、蒸気管6を介し
て図示しない発電機を駆動するための蒸気タービン12
に接続されている。火炉4と蒸気タービン12との間に
おける蒸気管6上には、蒸気の流れる上流側から順に汽
水分離器7と過熱器8とが設けられている。そして、蒸
気管6内を流れる蒸気と、蒸気吹出し口から水けだちに
より吹き出された水滴とは、汽水分離器7により分離さ
れる。すなわち、汽水分離器7により、蒸気のみが過熱
器8へ送られる。また、過熱器8に供給された蒸気は、
過熱器8によりさらに高い温度に加熱される。
【0011】汽水分離器7は、ドレン管9を介して前記
節炭器5に接続されている。汽水分離器7と節炭器5と
の間におけるドレン管9上には、水滴の流れる上流側か
ら順にドレンタンク10、循環ポンプ11が接続されて
いる。そして、ドレンタンク10には、汽水分離器7に
より蒸気と分離された水滴が回収され、この水滴は、循
環ポンプ11により前記節炭器5内に循環供給される。
【0012】前記蒸気タービン12には、海水等の冷却
水を通過させるための図示しない複数の細管を備えた復
水器13が接続されている。そして、復水器13内にお
いて冷却管の外表面に対し、蒸気タービン12から送出
された蒸気が接触することにより、その蒸気は伝導によ
り復水される。
【0013】この復水器13は、炭素鋼よりなる給水管
16を介して前記節炭器5に接続されている。給水管1
6の上流側には、復水ポンプ17が設けられている。そ
して、復水器13で復水されたボイラ水は、再度節炭器
5に圧送される。復水器13の下流側における給水管1
6上には、電磁フィルタ18が設けられている。そし
て、復水されたボイラ水に含まれる鉄、銅等の金属酸化
物は、電磁フィルタ18により濾過される。
【0014】電磁フィルタ18の下流側における給水管
16上には、脱塩装置19が設けられている。通常この
脱塩装置19内では、ボイラ水を脱塩する以外に脱気も
行われる。すなわち、ボイラ水中に溶存している塩分以
外に、酸素や炭酸ガス等は、脱塩装置19による脱気に
より、除去される。
【0015】脱塩装置19の下流側における給水管16
上には、その上流側から順に昇圧ポンプ20、低圧ヒー
タ21及び脱気手段としての脱気器22が設けられてい
る。そして、昇圧ポンプ20により、給水管16を流れ
るボイラ水の圧力がさらに高められるとともに、脱気器
22に流入されるボイラ水の温度は、低圧ヒータ21に
より高められる。また、脱気器22内でボイラ水は沸騰
による脱気が行われる。すなわち、ボイラ水中に溶存す
る酸素及び炭酸ガスは除去され、この処理によって給水
管16等の腐食が防止される。
【0016】なお、脱気器22は、脱気器22内の蒸気
を逃がすためのベント管23及び復水戻し管24を介し
て前記復水器13に接続されている。脱気器22の下流
側における給水管16上には、上流側から順に給水ポン
プ25及び高圧ヒータ26が設けられている。そして、
給水ポンプ25により、脱気器22で脱気されたボイラ
水は、ボイラ3に圧送される。それとともに、高圧ヒー
タ26により、ボイラ3の節炭器5に流入されるボイラ
水の温度は、所定値まで高められる。
【0017】なお、脱塩装置19と昇圧ポンプ20との
間、及び脱気器22と給水ポンプ25との間における給
水管16には、上流側から順に流量計14と溶存酸素計
15とが設けられている。溶存酸素計15は、図示しな
い制御回路に電気的に接続されている。そして、この溶
存酸素計15により、給水管16内を流れるボイラ水中
に溶存している酸素濃度は検出される。
【0018】次に、酸素水製造装置51について説明す
る。図1に示すように、酸素水製造装置51には、前記
給水管16からボイラ水を引き込むためのバイパス経路
であるバイパス管52が備えられ、同バイパス管52は
二方向に分岐されている。バイパス管52の上流端は、
脱塩装置19と昇圧ポンプ20との間における給水管1
6に接続されている。バイパス管52の第1の下流端
は、脱塩装置19と昇圧ポンプ20との間における給水
管16に接続され、第2の下流端は、脱気器22と給水
ポンプ25との間における給水管16に接続されてい
る。バイパス管52の上流端と分岐点との間には、その
上流側から順に電動締切弁53及び逆止弁54が設けら
れている。
【0019】また、バイパス管52の各分岐ライン上に
は、その上流側から順に、各分岐ライン内に所定量(1
00リットル/分)のボイラ水が供給されているかを監
視するための流量計55、昇圧ポンプ56、エジェクタ
57、逆止弁58及び電動締切弁59が設けられてい
る。エジェクタ57内にはノズルが設けられ、そのノズ
ルからボイラ水が高速で噴出されるようになっている。
前記流量計55、昇圧ポンプ56及び電動締切弁59
は、図示しない制御回路に電気的に接続され、この制御
回路により駆動制御される。なお、バイパス管52の上
流端から分岐点までのボイラ水の流量は、200リット
ル/分となっている。
【0020】また、酸素水製造装置51には、酸素発生
器60が備えられている。この酸素発生器60は、PS
A(Plessure Swing Adsorpti
on)法により高純度の酸素を製造するものである。す
なわち、本実施例における酸素発生器60は、既に公知
技術となっているPSA(Plessure Swin
g Adsorption:圧力スイング吸着)法によ
り酸素を製造するものである。
【0021】PSA法とは、高圧の下で空気を吸着剤と
してのゼオライトに接触させ、その空気中に含まれる窒
素ガス、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物、炭化水
素をゼオライトにより吸着させ、高純度(80.0%〜
99.5%)の酸素を製造する方法である。すなわち、
ゼオライトは結晶構造中のカチオンが静電引力作用を窒
素ガス等の被吸着気体分子に及ぼすので、分子径は酸素
のほうが若干小さくても、極性の大きい被吸着気体がゼ
オライトの静電場に吸着される。そのことにより、酸素
と被吸着気体とが分離される。その後、減圧して圧力差
を生じせしめることにより、ゼオライトに吸着された被
吸着気体が除去される。この結果、給水管16を腐食す
るガスは除去される。なお、酸素発生器60には、空気
を濃縮加圧するための図示しないコンプレッサが設けら
れている。酸素発生器60には、二方向に分岐された酸
素ガス供給管61が接続されている。酸素ガス供給管6
1の各分岐ラインの下流端は、前記エジェクタ57に接
続されている。そして、エジェクタ57内に設けられた
ノズルからボイラ水が高速で噴出されることにより、エ
ジェクタ57内の酸素ガス供給部は負圧となっている。
すなわち、酸素ガス供給管61内の酸素ガスは、エジェ
クタ57内の負圧力により、エジェクタ57内に吸引さ
れ、ボイラ水に混合される。
【0022】酸素ガス供給管61上には、酸素発生器6
0にて発生した酸素を所定量貯めておくためのバッファ
タンク62が設けられている。前記バッファタンク62
には、同タンク62内の酸素の濃度を計測するための酸
素濃度計63が設けられている。酸素ガス供給管61の
各分岐ライン上には、上流側から順に、同管61内を流
れる酸素ガスの流量を計測するための流量計64、電動
コントロールバルブ65、逆止弁66が設けられてい
る。なお、前記酸素濃度計63、流量計64及び電動コ
ントロールバルブ65は、図示しない制御回路に電気的
に接続されている。
【0023】そして、酸素濃度計63によりバッファタ
ンク62内の酸素濃度が検出され、前記制御回路は、そ
の検出値に基づいてエジェクタ57に供給するための酸
素ガスの流量を決定し、電動コントロールバルブ65の
開度を制御するようになっている。
【0024】なお、実施例において、給水管16を流
れるボイラ水の水温は復水ポンプ17から低圧ヒータ2
1までが約30℃〜40℃、低圧ヒータ21から脱気器
22までが約120℃、脱気器22から高圧ヒータ26
までが約180℃、そして高圧ヒータ26から節炭器5
までが290℃となっている。また、給水管16内を流
れるボイラ水の流量は800〜2000トン/分となっ
ている。また、給水管16内を流れるボイラ水の酸素濃
度は、電動コントロールバルブ65の開度制御により、
100ppbに保持されるようになっている。また、バ
イパス管52内を流れるボイラ水の圧力値は、その上流
端から昇圧ポンプ56までが7〜8Kg/cm2 となっ
ている。加えて、バイパス管52から給水管16に対す
る酸素水の供給圧力値は、昇圧ポンプ56により加圧さ
れることにより、9.9Kg/cm2 以上となってい
る。
【0025】次に、上記のように構成された実施例に
おいて、制御回路によって汽力発電プラント1の給水管
16内に酸化鉄の保護皮膜を形成する方法について説明
する。まず、汽力発電プラント1におけるボイラ水の給
水について説明する。
【0026】さて、火炉4の蒸気吹出し口から吹き出さ
れた蒸気は、蒸気管6を介して蒸気タービン12に送出
され、蒸気タービン12を回転させ、復水器13に送出
される。復水器13内で図示しない冷却管にて冷却さ
れ、冷却された蒸気は再びボイラ水として復水される。
復水されたボイラ水は電磁フィルタ18にてボイラ水に
含まれる鉄、銅等の金属酸化物が濾過された後、脱塩装
置19により復水されたボイラ水に溶存した塩分が除去
されるとともに、脱気により酸素や炭酸ガス等が除去さ
れる。
【0027】さらに、ボイラ水は昇圧ポンプ20により
脱気器22に送られ、ボイラ水に溶存する給水管16等
の腐食の原因となる酸素及び炭酸ガスは除去される。そ
の後、給水ポンプ25によりボイラ水はボイラ3の節炭
器5内に圧送される。つまり、復水器13にて復水され
たボイラ水は給水管16を介してボイラ3内に給水され
る。
【0028】続いて、ボイラ水の給水中における酸素水
製造装置51の作用について説明する。なお、バイパス
管52内には復水器13の下流域における給水管16か
ら既に所定量のボイラ水が分流して引き込まれているも
のとし、又、バッファタンク62内には、既に所定量の
酸素ガスが酸素発生器60から供給されているものとす
る。
【0029】さて、バイパス管52内にボイラ水が引き
込まれた状態においてエジェクタ57内のノズルからボ
イラ水が高速で噴射されると、エジェクタ内の酸素ガス
供給部が負圧となる。すると、このエジェクタ57内の
負圧力により、バッファタンク62内の酸素ガスは、酸
素ガス供給管61を介してエジェクタ57に吸引され
る。そして、酸素水は、エジェクタ57内で高速で噴出
されるボイラ水に対して、エジェクタ57内に供給され
た酸素ガスが溶解されることにより生成され、バイパス
管52の各分岐ラインの下流端から給水管16内に注入
される。そして、酸素水は、給水管16の内壁面に対し
て接触することにより、給水管16の内壁面に保護皮膜
としての3価の酸化鉄(Fe2O3 )が形成される。
【0030】すなわち、この保護皮膜により、ボイラ水
に含まれる腐食性物質による給水管16の腐食が防止さ
れる。特に、3価の酸化鉄は腐食性物質と接触しても溶
け出しにくいので、保護皮膜が長時間にわたって形成保
持される。なお、給水管16において、酸素水は脱塩装
置19及び脱気器22の下流側に注入されるので、各機
器19,22の脱気作用により酸素水中の酸素が脱気さ
れることはない。
【0031】また、給水管16内の酸素濃度を所定値
(100ppb)に保持するために、バイパス管52に
注入される酸素水の量が制御される。すなわち、給水管
16内の酸素濃度は、エジェクタ57内でボイラ水に溶
解される酸素ガスの量を制御して、所望濃度の酸素水を
生成し、給水管16内に注入することにより所定濃度に
保持される。具体的には、バイパス管52に注入される
酸素の量を制御するために、エジェクタ57へ送出され
る酸素ガスの流量は、バッファタンク62に設けられた
酸素濃度計63によって検出された検出値に基づいて決
定される。この検出値に基づいて、バッファタンク62
内における酸素ガスの濃度に応じて電動コントロールバ
ルブ65の開度が制御される。よって、バッファタンク
62内の酸素ガスの濃度に応じて、所定流量の酸素ガス
がエジェクタ57内に送出される。
【0032】従って、本実施例においては、給水管16
に流れるボイラ水に酸素ガスを注入するのでなく、酸素
水を注入したので、ボイラ水に酸素水をスムーズかつ均
一に溶け込ませることができる。そのため、給水管16
の内壁面に酸化鉄の保護皮膜がムラなく均一に形成する
ことができ、給水管16の腐食を確実に防止できる。
【0033】また、脱気作用を有する脱塩装置19及び
脱気器22の下流域を流れるボイラ水に酸素水を注入し
た。そのため、脱塩装置19及び脱気器22により酸素
水に溶存する酸素が脱気されることがない。その結果、
酸素水の濃度を低下させることなく、ボイラ水に溶け込
ませることができて、給水管16内の内壁面に酸化鉄の
腐食防止用皮膜を確実に形成できる。
【0034】さらに、エジェクタ57によって酸素水を
生成するための水は、復水器13から排出されるボイラ
水を使用しているため、別の水源からの水を使用する必
要がない。しかも、この酸素水は給水管16を介してボ
イラ3に注入された後、蒸気となって復水器13にて復
水されるので、ボイラ水の循環経路から排出することな
く再び利用できる。この結果、酸素水を生成するための
ランニングコストを低減できる。
【0035】また、エジェクタ57内において、高速で
噴出されるボイラ水に対して酸素ガスを溶解して酸素水
を生成するようにしたため、酸素ガスはボイラ水にスム
ーズに溶解され易いとともに、均一に溶解され易く、必
要以上の酸素ガスを使用することがない。そのため、酸
素ガスの使用量を低減でき、酸素水を生成するためのラ
ンニングコストを低減できる。
【0036】なお、本発明に係る実施例は以下のように
変更してもよい。 (1)上記実施例では貫流式のボイラに具体化したが、
降水管内のボイラ水と、上昇管内で発生する蒸気と水と
の混合体との比重差によって循環力を利用する自然循環
式ボイラや、循環ポンプを用いてボイラ水の循環力を生
じせしめる強制循環式ボイラに具体化してもよい。
【0037】(2)上記実施例において、酸素発生器6
0にて発生させる酸素ガスは、圧力差を生じせしめて、
酸素ガスと被吸着気体とを分離するPSA法により、高
純度の酸素ガスを製造したが。この方法以外にも、温度
差を生じせしめて、酸素ガスと被吸着気体とを分離する
TSA(Thermal Swing Adsorpt
ion:温度スイング吸着)法により、高純度の酸素ガ
スを製造してもよい。すなわち、TSA法によれば、低
温下でゼオライトに被吸着気体の吸着を実行する。その
後、温度上昇して温度差を生じせしめることにより、被
吸着気体(腐食性ガス)とゼオライトとの吸着平衡のバ
ランスを崩してゼオライトから被吸着気体を分離する。
この方法によれば、あらゆる吸着分離操作に適応でき
る。また、TSA法以外にも、深冷分離法、膜分離法に
より濃縮酸素を製造してもよい。さらに、酸素ボンベを
用いて酸素を発生させてもよい。
【0038】この明細書において、発明の構成に関わる
手段及び部材は、以下のように定義されるものとする。
すなわち、貫流式ボイラとは、ボイラを構成する管系の
一端から給水ポンプにより押し込まれた水が管系を通過
する間に蒸発して、他端から発生蒸気が取り出されるも
のをいう。
【0039】
【発明の効果】以上詳述したように請求項1及び請求項
2の発明によれば、酸素水を給水管内を流れるボイラ水
にスムーズかつ均一に溶け込ませれるので、給水管の内
壁面全体に対して均一な酸化鉄の腐食防止用保護皮膜を
形成することができると共に、復水器から排出されるボ
イラ水を使用して酸素水を生成しているので、酸素水生
成のためのランニングコストを低減でき、さらにはエジ
ェクタにより噴射されるボイラ水に酸素ガスを混合して
溶解するようにしたため、ボイラ水に対して酸素ガスを
スムーズかつ均一に溶解することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具体化した一実施例における汽力発電
プラント及び酸素水製造装置の経路図。
【符号の説明】
3…ボイラ、6…蒸気管、13…復水器、16…給水
管、52…バイパス管(バイパス経路)、57…エジェ
クタ、61…酸素ガス供給管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−257710(JP,A) 特開 平6−292822(JP,A) 特開 平4−322731(JP,A) 特開 昭48−52006(JP,A) 特開 昭62−254894(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F22D 11/00 F22B 37/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ボイラで発生した蒸気を蒸気管を介して復
    水器に送り込んでボイラ水に復水し、復水されたボイラ
    水を給水管を介して再びボイラに戻すボイラの給水処理
    方法において、 前記ボイラ水を復水器の下流域における給水管から昇圧
    ポンプとエジェクタとが上流側から順に設けられたバイ
    パス経路内へ分流して引き込み、同バイパス経路内でエ
    ジェクタにより噴射されるボイラ水に対して酸素ガスを
    溶解させて酸素水を生成し、その酸素水を前記給水管内
    へ供給することにより、給水管内を流れるボイラ水に所
    定濃度の酸素水を溶け込ませて給水管の内壁面に酸化鉄
    の腐食防止用皮膜を形成することを特徴とするボイラの
    給水処理方法。
  2. 【請求項2】ボイラで発生した蒸気を蒸気管を介して復
    水器に送り込んでボイラ水に復水し、復水されたボイラ
    水を給水管を介して再びボイラに戻すボイラの給水処理
    装置において、 復水器の下流域における給水管に前記ボイラ水を分流す
    るためのバイパス経路を接続し、同バイパス経路には
    の上流側から順に昇圧ポンプとエジェクタとを設けると
    ともに、同エジェクタによりバイパス経路内で噴射され
    るボイラ水に対して酸素ガスを供給するための酸素ガス
    供給管を接続したことを特徴とするボイラの給水処理装
    置。
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