JP5312617B2 - ボイラのブロー方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボイラのブロー方法に関する。

従来、火力発電所の発電プラントにおいては、ボイラによって水を加熱することにより蒸気を発生させ、この蒸気をタービンに供給してタービンを回転させることにより、発電を行っている。

図７は、火力発電所における給水及び蒸気の供給系統を示す説明図である。ボイラ１は、高熱を発生する過熱器５と、高熱で水を加熱し、沸騰水や蒸気をつくる火炉１０を備えている。過熱器５は、火炉１０の内部で微粉炭等の燃料を燃焼させることによって発生した熱を熱交換する最終過熱器１２等の熱交換器を備えている。火炉１０は、複数の下部パス蒸発管３２、上部パス蒸発管４２、火炉入口マニホールド５０及び火炉中間管寄せ６０を備えている。複数の下部パス蒸発管３２及び上部パス蒸発管４２は、火炉１０の壁面に配置されており、下部パス蒸発管３２は火炉１０の下部に配置され、上部パス蒸発管４２は、火炉１０の上部に配置される。また、火炉入口マニホールド５０は、火炉１０の最下位置に設けられており、火炉中間管寄せ６０は、火炉１０の中間位置に設けられている。

下部パス蒸発管３２の下端は火炉入口マニホールド５０に連結されており、下部パス蒸発管３２の上端は火炉中間管寄せ６０に連結されている。また、上部パス蒸発管４２の下端は火炉中間管寄せ６０に連結されており、上部パス蒸発管４２は汽水分離器７０に連結されている。

火炉入口マニホールド５０は、給水ポンプ１０４から送られた水を分配する１本の太い管を有し、この管から下部パス蒸発管３２に分岐した構成である。
火炉中間管寄せ６０は、下部パス蒸発管３２及び上部パス蒸発管４２が連結している１本の太い管を有している。

図７において、給水ポンプ１０４によって火炉入口マニホールド５０に水が供給されることにより、複数の下部パス蒸発管３２に対して下方から水が供給される。下部パス蒸発管３２の水は、ボイラ１の熱によって加熱され、下部パス蒸発管３２から上部パス蒸発管４２を上昇するにつれて蒸気となる。下部パス蒸発管３２からのボイラ水は、火炉中間管寄せ６０に送られ、火炉中間管寄せ６０から複数の上部パス蒸発管４２に対して均等に送られる。そして、上部パス蒸発管４２の蒸気は、汽水分離器７０に送られ、蒸気と液体とに分離される。蒸気は、最終過熱器１２によって過熱されてタービン１００に供給され、蒸気の力によってタービン１００が回転する。タービン１００に供給された蒸気は、復水器１０２によって復水され、給水ポンプ１０４によって火炉入口マニホールド５０に送られる。

ボイラ１が蒸気を生成し続けると、沸騰水が流通する下部パス蒸発管３２及び上部パス蒸発管４２内に、スケールと称される水垢のような物質が付着する。このスケールが下部パス蒸発管３２及び上部パス蒸発管４２内に堆積されて行くと伝熱が阻害され、最悪の場合、破裂するおそれがある。このため、定期的にボイラ１の運転を停止させ、下部パス蒸発管３２及び上部パス蒸発管４２の洗浄を行ってスケールを除去している。

従来、スケールを除去するために各種の技術が提案されている。例えば、特許文献１には、発電プラントの運転停止時に、復水・蒸気系統内に残留するスケールを除去するために、復水・蒸気系統の途中でバイパス路を介してボイラと復水器とを接続する工程と、バイパス路を含むように切り換えられた復水・蒸気系統内を循環する蒸気圧力を脈動させる工程とを行うことにより、スケールパージを促進させるという技術が提案されている。

また、特許文献２には、ボイラ水張り時に、給水加熱器を有するプレボイラ系統の給水管路から、ボイラ火炉内に入る前のボイラ系統の蒸発管路に至るまでクリーンアップを行うことが提案されている。

特開２００７−５６７３９号公報 特開２００８−１７５４８２号公報

ところで、蒸発管内にスケールが残留しているか否かについては、蒸発管の温度を計測し、温度の上昇具合によってスケールの残留度合いを推定することができる。そして、スケールの残留度合いが大きくなった場合に洗浄を行い、スケールを除去している。また、スケールが多く溜まっていることが予想される場合には、必要に応じて化学洗浄を行っている。

しかしながら、従来、この化学洗浄はコストが高いことから、次の化学洗浄を行うまでの期間をできるだけ長くすることが望まれる。そのためには、１回の洗浄において、できるだけ多くのスケールを除去し、残留スケールを低減することが望まれる。

特に、従来、上部パス蒸発管の温度が上昇し易いことが分かっている。この原因としては、ブロー時において、上部パス蒸発管における火炉中間管寄せの側部から水平に延び、更に上方に延びるＬ字型に屈曲した部分、すなわちエルボ部にスケールが残留し、この残留スケールに新たなスケールが付着することがあげられる。これにより、化学洗浄を実施するタイミングが早くなるおそれがある。しかも、スケールが多く付着すると、蒸気管の温度が上昇した状態で蒸気の生成を行うため、蒸気管の寿命を早めるおそれがある。

本発明は、このような問題点を解決し、上部パス蒸発管内のスケールを効率よく除去し、残留スケールを低減することを実現したボイラのブロー方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、次に記載する構成を備える。

（１） 内部で燃料が燃焼する火炉の下部の壁面に配置される複数の下部パス蒸発管と、前記複数の下部パス蒸発管の下端に連結し、前記複数の下部パス蒸発管に水を供給する火炉入口マニホールドと、前記ボイラの中央部に配置され、前記複数の下部パス蒸発管の上端が連結する一本の太管を有する火炉中間管寄せと、前記ボイラの上部に配置され、下端が前記火炉中間管寄せに連結し、前記火炉中間管寄せから水平に延びて更に上方に延びる上部パス蒸発管とを備えたボイラのブロー方法において、前記火炉中間管寄せのブロー弁を先に開けて、前記上部パス蒸発管及び前記火炉中間管寄せの排水を行う第１ブロー工程と、当該第１ブロー工程によって前記上部パス蒸発管の排水を行った後に、前記火炉入口マニホールドのブロー弁を開けて、前記下部パス蒸発管の排水を行う第２ブロー工程とを有することを特徴とするボイラのブロー方法。

（１）によれば、ブロー時において、上部パス蒸発管における水平から上方に屈曲する部分（エルボ部）に滞留するスケールが、上部パス蒸発管内の水とともに排出される。その結果、ブロー後に、エルボ部に残留するスケールを低減することが可能になる。

（２） （１）において、前記下部パス蒸発管は、前記火炉中間管寄せの上部から上方に延びた後に下部に延びる流路を有し、前記第１ブロー工程において、前記下部パス蒸発管における前記上方に延びた部分の排水を行うことを特徴とするボイラのブロー方法。

（２）によれば、上部パス蒸発管内の水は、下部パス蒸発管を通らず火炉中間管寄せから排出されるため、上部パス蒸発管内の水の排出経路を簡略化することが可能になる。このため、上部パス蒸発管内の水圧が維持され、火炉中間管寄せから水を排出する際にスケールも同時に効率よく排出することができる。

本発明によれば、上部パス蒸発管内にスケールを効率よく除去し、残留スケールを低減することが可能になる。

ボイラの構成を示す側面図である。 火炉中間管寄せ付近の構成を示す説明図である。 本実施形態のブロー方法の手順を示す説明図である。 本実施形態のブロー方法の手順を示す説明図である。 従来のブロー方法の手順を示す説明図である。 従来のブロー方法の手順を示す説明図である。 火力発電所における給水及び蒸気の供給系統を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、ボイラの構成を示す側面図である。ボイラ１は、火炉１０と、最終過熱器１２と、再熱器１４と、一次過熱器１６と、節炭器１８と、バーナ２０とを備えている。なお、図７に示した部材と同一の部材については同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。

一次過熱器１６及び最終過熱器１２は、汽水分離器７０によって分離された蒸気を更に過熱して、タービン１００（図７参照）に供給する過熱蒸気を生成するものである。
再熱器１４は、タービン１００に送られた蒸気を再加熱して、中圧タービン（図示せず）に供給するものである。
節炭器１８は、復水器１０２（図７参照）によって復水された水に対して、火炉入口マニホールド５０に供給する前に予熱を加えるものである。

バーナ２０は、火炉１０内へ微粉炭等の燃料を噴射して燃焼させるものである。バーナ２０が火炉１０内へ微粉炭等の燃料を噴射して燃焼させることにより、燃焼ガスが生成される。そして、火炉１０内において燃焼ガスが流通し、最終過熱器１２、再熱器１４、一次過熱器１６及び節炭器１８において熱交換される。熱交換した後の排ガスは、排ガス中に含まれる有害物質が除去された後に大気中に放出される。

火炉下部パス３０は、複数の下部パス蒸発管３２（図２、図７参照）が板状に敷き詰められた構成であり、火炉１０の下部の壁面に設置されている。この時、複数の下部パス蒸発管３２は上下方向に立設した状態となる。

火炉上部パス４０は、複数の上部パス蒸発管４２（図２、図７参照）が板状に敷き詰められた構成であり、火炉１０の上部の壁面に設置されている。この時、複数の上部パス蒸発管４２は上下方向に立設した状態となる。

火炉入口マニホールド５０は、火炉下部パス３０の最下位置に配置され、複数の下部パス蒸発管３２の一端が連結されている。また、火炉入口マニホールド５０には、ブロー弁５２（図２参照）が設けられている。火炉入口マニホールド５０の排水を行う場合には、ブロー弁５２を開放する。これにより、火炉入口マニホールド５０の一本の太管の底部から水が排出される。

火炉中間管寄せ６０は、火炉下部パス３０と火炉上部パス４０との境目付近に設置され、複数の下部パス蒸発管３２の他端及び複数の上部パス蒸発管４２の一端が連結されている。更に、火炉中間管寄せ６０には、ブロー弁６２（図２参照）が設けられている。火炉中間管寄せ６０の排水を行う場合には、ブロー弁６２を開放する。これにより、火炉中間管寄せ６０の底部から水が排出される。

図２は、火炉中間管寄せ６０付近の構成を示す説明図である。
火炉中間管寄せ６０は一本の太い管であり、この火炉中間管寄せ６０から、上部パス蒸発管４２及び下部パス蒸発管３２が分岐している。ここで、下部パス蒸発管３２は、火炉中間管寄せ６０の沸騰水が入り込まないように、火炉中間管寄せ６０の上部に接続されている。下部パス蒸発管３２は、火炉中間管寄せ６０の上部から上方に延び、所定部位で屈曲して水平に延び、更に所定部位で屈曲して下方に延びている。

また、上部パス蒸発管４２は、火炉中間管寄せ６０の側部に接続されている。上部パス蒸発管４２は、火炉中間管寄せ６０の側部から水平に延び、所定部位で屈曲して上方に延び、更に所定部位で屈曲して水平に延び、更に所定部位で屈曲して上方に延びている。この上方に延びている部分が複数本集まって、火炉１０の壁面に設置される。なお、上部パス蒸発管４２において、火炉１０の壁面に設置された部分の下部において屈曲した部分を、エルボ部４４と称することにする。

上部パス蒸発管４２は、エルボ部４４から上部パス蒸発管４２の他端が接続される管寄せ（図示せず）までの上下方向の長さが短いＳサイズ、Ｓサイズより長いＭサイズ、Ｍサイズより長いＬサイズの３種類あり、複数の上部パス蒸発管４２は、Ｓサイズ、Ｍサイズ、Ｌサイズの順に配列されている。

また、Ｓサイズ及びＬサイズの上部パス蒸発管４２は、火炉中間管寄せ６０において火炉１０から遠い側面から延びており、Ｍサイズの上部パス蒸発管４２は、火炉１０から近い側面から延びている。このため、Ｓサイズ及びＬサイズの上部パス蒸発管４２におけるエルボ部４４から延びる水平部分の長さは、Ｍサイズの上部パス蒸発管４２におけるエルボ部４４から延びる水平部分の長さよりも長く設定されている。

火炉中間管寄せ６０は、下部パス蒸発管３２を通過したボイラ水を一本の太管にまとめてから、複数の上部パス蒸発管４２に供給する。このため、火炉中間管寄せ６０からは各上部パス蒸発管４２に対して均一に給水が行われる。

次に、本発明の一実施形態におけるブロー方法について説明する。
図３、図４は、本実施形態のブロー方法の手順を示す説明図である。ここで、図３（ａ）、図４（ａ）は、Ｓサイズの上部パス蒸発管４２のブロー手順を示し、図３（ａ）は、ブロー手順の第１ブロー工程、図４（ａ）は、ブロー手順の第２ブロー工程を示す。また、図３（ｂ）、図４（ｂ）は、Ｍサイズの上部パス蒸発管４２のブロー手順を示し、図３（ｂ）は、ブロー手順の第１ブロー工程、図４（ｂ）は、ブロー手順の第２ブロー工程を示す。また、図３（ｃ）、図４（ｃ）は、Ｌサイズの上部パス蒸発管４２のブロー手順を示し、図３（ｃ）は、ブロー手順の第１ブロー工程、図４（ｃ）は、ブロー手順の第２ブロー工程を示す。

まず、第１ブロー工程として、火炉中間管寄せ６０のブロー弁６２を開放する。これにより、図３に示すように、火炉中間管寄せ６０内の水、上部パス蒸発管４２内の水、及び下部パス蒸発管３２における火炉中間管寄せ６０から上方に延びる部分及び水平に延びる部分の水が外部に排出される。
次に、第２ブロー工程として、火炉入口マニホールド５０のブロー弁５２（図２参照）を開放する。これにより、図４に示すように、下部パス蒸発管３２内の水が外部に排出される。

次に、比較のために従来のブロー方法について説明する。
図５、図６は、従来のブロー方法の手順を示す説明図である。ここで、図５（ａ）、図６（ａ）は、Ｓサイズの上部パス蒸発管４２の従来のブロー手順を示し、図５（ａ）は、ブロー手順の第１ブロー工程、図６（ａ）は、ブロー手順の第２ブロー工程を示す。また、図５（ｂ）、図６（ｂ）は、Ｍサイズの上部パス蒸発管４２の従来のブロー手順を示し、図５（ｂ）は、ブロー手順の第１ブロー工程、図６（ｂ）は、ブロー手順の第２ブロー工程を示す。また、図５（ｃ）、図６（ｃ）は、Ｌサイズの上部パス蒸発管４２の従来のブロー手順を示し、図５（ｃ）は、ブロー手順の第１ブロー工程、図６（ｃ）は、ブロー手順の第２ブロー工程を示す。

従来は、最下位置にあるブロー弁を最初に開放する手順であり、まず、火炉入口マニホールド５０のブロー弁５２（図２参照）を開放する。これにより、上部パス蒸発管４２内の水は、火炉中間管寄せ６０から下部パス蒸発管３２を通って外部に排出される。排出後は、図５に示すように、下部パス蒸発管３２の最上位置より下方に位置する流路、すなわち、火炉中間管寄せ６０及び下部パス蒸発管３２と上部パス蒸発管４２の一部に水が残留する。

次に、火炉中間管寄せ６０のブロー弁６２を開放する。これにより、図６に示すように、火炉中間管寄せ６０内の水、上部パス蒸発管４２及び下部パス蒸発管３２に残った水が外部に排出される。

化学洗浄剤を用いて洗浄を行った後、図５、図６に示す従来によるブロー方法を実施したところ、所定の上部パス蒸発管４２の温度は約４７０度であった。更に、２年後には、所定の上部パス蒸発管４２の温度が約５７０度であった。特に、Ｍサイズの上部パス蒸発管４２において、顕著な温度上昇がみられた。

同様に、化学洗浄剤を用いて図３、図４に示す本実施形態のブロー方法を実施したところ、所定の上部パス蒸発管４２の温度は約４７０度であった。更に、２年経過しても、それ以上の所定の上部パス蒸発管４２の温度上昇が認められなかった。

従来のブロー方法における上部パス蒸発管４２の温度上昇の原因は、下部パス蒸発管３２のブロー弁５２を先に開放するため、上部パス蒸発管４２内の水は、エルボ部４４を通って火炉中間管寄せ６０に入り、上方に延びる下部パス蒸発管３２を通るというように、複雑な経路を通って外部に排出されることにあると推察する。その結果、排水のための水圧が低下して、エルボ部４４付近にスケールが残留し易くなったと推察する。

更に、下部パス蒸発管３２は、火炉中間管寄せ６０の上部に連結しており、火炉中間管寄せ６０の水が下部パス蒸発管３２に向かって上方に流れることから、排水に含まれるスケールは比較的少ないと推察できる。このため、上部パス蒸発管４２のブローが進むにつれて、火炉中間管寄せ６０内のスケールの量が多くなって火炉中間管寄せ６０内の水の流れが悪くなり、その結果、上部パス蒸発管４２における排水の流れが悪くなり、上部パス蒸発管４２にスケールが残留するようになったと推察する。

一方、本実施形態によれば、火炉中間管寄せ６０のブロー弁６２を先に開放することにより、従来における下部パス蒸発管３２を通る経路が省略される分、上部パス蒸発管４２内の水の排出経路が簡略化され、上部パス蒸発管４２内の水が流れ易くなる。しかも、火炉中間管寄せ６０の下方から排水されるため、排水とともにスケールが排出されるようになり、火炉中間管寄せ６０内のスケール量の上昇が抑えられる。その結果、上部パス蒸発管４２内の水圧が維持され、水の流れによってスケールが効率よく移送されるようになったと推察する。

このように本実施形態によれば、ブロー時において上部パス蒸発管に残留するスケールを低減することが可能になる。これにより、次回の洗浄までの期間を長くすることが可能になり、洗浄に係るコストを低減することができる。また、上部パス蒸発管４２の温度上昇を抑えることが可能になるため、上部パス蒸発管４２にかかる熱ストレスを低減することが可能になり、上部パス蒸発管４２の長寿命化を図ることが可能になる。

特に、本実施形態のようなブロー方法は、下部パス蒸発管３２が火炉中間管寄せ６０から上方に延びて接続されるような複雑な配置である場合に好適であり、更にいうと、火炉中間管寄せ６０から上方に延びる部分の下部パス蒸発管３２の長さ（図２のＬ１参照）と、火炉中間管寄せ６０の側部から水平に延びた後上方に延びる部分の上部パス蒸発管４２の長さ（図２のＬ２参照）とが略一致する場合により好適である。なお、略一致するとは、Ｌ１がＬ２と同程度の長さであること、又はＬ１がＬ２より若干短い程度の長さをいう。言い換えると、Ｌ１がＬ２より長いことは、略一致に含まない。Ｌ１がＬ２よりも長い場合には、従来のブロー方法において第１ブロー工程でエルボ部４４等に水が残留してしまったとしても、エルボ部４４を含む水平部分全体に水が残留しているため、その後の第２ブロー工程で水を排出することができるためである。

もちろん、Ｌ１がＬ２よりも長い場合であっても、本実施形態のブロー方法により適切な排水を行うことができることはいうまでもない。すなわち、本実施形態のブロー方法は、Ｌ１とＬ２との関係に関わらず適切な排水を可能とするものである。そのため、本実施形態のブロー方法では、下部パス蒸発管３２の複雑な配管構成を逐次確認することなく、どのような配管構成であったとしても一律的に適切な排水を実現することができる。

１ ボイラ
５ 過熱器
１０ 火炉
１２ 最終過熱器
１４ 再熱器
１６ 一次過熱器
１８ 節炭器
２０ バーナ
３０ 火炉下部パス
３２ 下部パス蒸発管
４０ 火炉上部パス
４２ 上部パス蒸発管
４４ エルボ部
５０ 火炉入口マニホールド
６０ 火炉中間管寄せ
６２ ブロー弁
７０ 汽水分離器
１００ タービン
１０２ 復水器
１０４ 給水ポンプ

Claims (2)

1. 内部で燃料が燃焼する火炉の下部の壁面に配置される複数の下部パス蒸発管と、
   前記複数の下部パス蒸発管の下端に連結し、前記複数の下部パス蒸発管に水を供給する火炉入口マニホールドと、
   前記火炉の中央部に配置され、前記複数の下部パス蒸発管の上端が連結する一本の太管を有する火炉中間管寄せと、
   前記火炉の上部に配置され、下端が前記火炉中間管寄せに連結し、前記火炉中間管寄せから水平に延びて更に上方に延びる上部パス蒸発管とを備えたボイラのブロー方法において、
   前記火炉中間管寄せのブロー弁を先に開けて、前記上部パス蒸発管及び前記火炉中間管寄せの排水を行う第１ブロー工程と、
   当該第１ブロー工程によって前記上部パス蒸発管の排水を行った後に、前記火炉入口マニホールドのブロー弁を開けて、前記下部パス蒸発管の排水を行う第２ブロー工程とを有することを特徴とするボイラのブロー方法。
2. 前記下部パス蒸発管は、前記火炉中間管寄せの上部から上方に延びた後に下部に延びる流路を有し、前記第１ブロー工程において、前記下部パス蒸発管における前記上方に延びた部分の排水を行うことを特徴とする請求項１記載のボイラのブロー方法。

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