JP6958373B2

JP6958373B2 - ボイラの化学洗浄方法

Info

Publication number: JP6958373B2
Application number: JP2018005796A
Authority: JP
Inventors: 一宏清滝
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2018-01-17
Filing date: 2018-01-17
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2038-01-17
Also published as: JP2019124412A

Description

本発明はボイラの化学洗浄方法に係り、特に並列された蒸発管を満遍なく化学洗浄する方法に関する。

火力発電ボイラの蒸気系の概略的な構成を図３に示す。バーナ１５１により火炉１５２で燃料を燃焼させることにより発生した蒸気は、蒸気ドラム１５３、飽和蒸気管１５４、過熱器１５５、主蒸気管１５６、主蒸気止弁１５６ａを通って高圧タービン１５７に供給される。そして、高圧タービン１５７で仕事をした蒸気は、低温再熱蒸気管１５８を通って再熱器１５９に送られて加熱され、高温再熱蒸気管１６０を通って中圧タービン１６１及び低圧タービン１６２に供給されて仕事を行う。また、低圧タービン１６２で仕事をした蒸気は復水器１６３で復水された後、脱気管１６４、ボイラ給水ポンプ１６５、節炭器１６６を通って再び火炉１５２に戻される。

なお、主蒸気管１５６にはドレン弁を有したドレン管１５６ｂが接続されている。

火炉壁管上部の出口側にノーズ壁管１０５が設けられている。ノーズ壁管１０５は、図４に示すように、側面視形状がノーズ形（く字形）となるように曲成されており、火炉内方へ張り出している。ノーズ壁管１０５は、燃焼ガスが火炉出口へ短絡的に流れることを防止するためのものである（特許文献１）。

このような火力発電ボイラの蒸気系において、蒸発管、蒸気ドラム、降水管、集合管寄せなどに洗浄薬液を循環させて化学洗浄する方法が知られている（特許文献２，３）。

事業用および一般産業用のボイラにおいて、水冷壁蒸発管の内面に付着生成する鉄酸化物等のスケールを化学洗浄で除去する際に、ボイラ構造によって化学洗浄液の通液バランスが蒸発管毎に不均等になり、流速が低下した蒸発管では放熱により所定の温度が維持できなくなる等の障害が発生し、スケールが除去できずに残留する懸念がある。

特に、大型の事業用ボイラではボイラ蒸発管の構成や構造が複雑であり、蒸発管の管路の途中で中部側壁管とノーズ壁管や、上部水冷壁管とノーズ壁管に缶水が分流される構造のものがある。

化学洗浄の際にはボイラ運転中よりも洗浄設備の制約から小流量で循環洗浄を行っており、ボイラに送り込む流量は管理するものの、分流後の各々の蒸発管に流れる流量のバランスが把握できず、一部の蒸発管に化学洗浄液が多く通液し、他の蒸発管では通液不足となり、洗浄が不十分となるおそれがある。

例えば、ノーズ壁管は１本の管寄におよそ５００本前後の蒸発管が一列に並んで配置されており、化学洗浄液がノーズ壁管入口管寄の両端より供給されるが、管寄の左右と中央部では均一の流量で蒸発管に流れるか否かが把握できておらず、図５に示すように流量が不均一になるおそれがある。

また、ノーズ壁管の水平部では、流量が少ないと、化学洗浄中に有機酸が分解して発生する炭酸ガスや、酸とボイラ構成材料の炭素鋼と反応して発生する水素ガスが滞留し始め、やがて化学洗浄液が通液しなくなる可能性がある。

このような事象を防止するため、例えば超音波流量計を蒸発管に取り付けて流量を測定することが考えられる。しかしながら、化学洗浄中のボイラ内環境温度が６０℃を超える場合、流量計の信号変換器の耐熱温度を上回り、化学洗浄中の高温時は使用できない。

また、化学洗浄液をボイラ内に注入する前工程で、循環水に蒸気を注入する際に、４０〜５０℃程度の低温の段階で素手による触診を行ったり、化学洗浄中は赤外線温度計による温度測定や、接触温度計の熱電対を蒸発管に取り付けたりしておき、蒸発管温度が化学洗浄液の温度と同等であれば二次的に化学洗浄液が通液できていると判断する方法もあるが、時間の経過とともに隣接管からの伝熱や高温の炉内環境温度により化学洗浄液が通液できていなくても蒸発管表面の温度が上昇するため、通液確認は不明瞭であった。

ＷＯ２００４／０２３０３７号公報特開２００６−３２２６７２号公報特開２０１５−２３０１５０号公報

従来の事業用ボイラの化学洗浄では、化学洗浄液は火炉ノーズ壁管と火炉出口部中部側壁管に分流して流れ、各々の蒸発管の流量が把握できず通液の確認もされていなかった。

このように、化学洗浄中の蒸発管内流量（流速）が把握できないため、化学洗浄中に一部の蒸発管路に空気やガス溜まりが発生する事により通液が阻害され、その蒸発管には化学洗浄液が行き渡らなくなる懸念や、化学洗浄液の通液不均一が発生する事により、洗浄液の流量が低下して放熱により液温度が低下し、スケールが除去できなくなる可能性があった。

本発明は、各蒸発管の流量を管理し、各蒸発管を十分に化学洗浄することができるボイラの化学洗浄方法を提供することを目的とする。

本発明のボイラの化学洗浄方法は、並列配置された複数の蒸発管を有するボイラを化学洗浄する方法において、各蒸発管に流量計を設置し、流量又は流速を管理しながら洗浄を行うことを特徴とする。

本発明の一態様では、所定の蒸発管内流量を下回った場合又は通液流量が不均一となった場合には、化学洗浄液をボイラ内に循環させるポンプの流量増大を行うか、又はポンプの起動停止もしくはポンプ吐出流量の増減を繰り返す事で流量変化を与える。

本発明の一態様では、前記流量計の信号変換器がボイラ炉内に設置されており、該信号変換器が収納箱内に設置されており、該収納箱内を冷却器で冷却する。

本発明のボイラの化学洗浄方法では、各蒸発管の流量を管理し、各蒸発管を十分に化学洗浄することができる。

本発明によると、化学洗浄中の通液の不均一を超音波流量計で蒸発管個別の流量を測定して管理する事により、ガスやエアー溜まりによる通液不良や、放熱による温度低下を回避してスケールの取り残しを防止し、十分に化学洗浄することができる。これにより、ボイラプラントの長期安全運転に繋げる事が可能となる。

実施の形態に係るボイラの化学洗浄方法を説明する系統図である。実施の形態に係るボイラの化学洗浄方法を説明する、ボイラの模式的な断面図である。ボイラ装置の概略的な系統図である。ノーズ壁管の概略的な斜視図である。ノーズ壁管の通水量分布の説明図である。蒸発管への流量検出器設置構造を示す断面図である。本発明方法を実施するためのシステムブロック図である。

本発明の実施の形態に係る洗浄方法が適用されるボイラの構成図を図２に示す。また、このボイラにおける水及び蒸気の流れ系統図を図１に示す。

このボイラは、火炉９と、下流側排ガス流路（後部煙道）と、火炉９の上部と下流側排ガス流路とを接続する上流側排ガス流路を備えている。

火炉９の下部に設けられた複数のバーナ８０から発生した高温の燃焼ガスは、火炉９内を上昇し、後部煙道出口９３から低温の排ガスとしてボイラ外部に排出される。火炉９には、火炉下部壁管１０と、上部水冷壁管１２と、ノーズ壁管１０５等が設けられている。火炉下部壁管１０は、螺旋状に火炉９下部から上方に伸びている。複数の管からなっている上部水冷壁管１２は、それぞれ火炉９上部に向かって鉛直に伸びている。ノーズ壁管１０５は、前記図５の通り、複数の管からなっている。

後部煙道は複数の管からなる後部伝熱壁管３３などによって画定されている。後部煙道は排ガスの流れに沿って伸びる分割壁管１２０によって、２つのガス流路に分割されている。分割壁管１２０も複数の管よりなる。

後部煙道の一方の分割ガス流路には再熱器７１が配設されている。他方の分割ガス流路には一次過熱器４０と節炭器２とが配設されている。また、必要に応じて分割ガス流路に蒸発器を設けても良い。

後部煙道は複数の管からなる天井壁３０と側壁などによって画定されている。上流側排ガス流路には二次過熱器５０および三次過熱器６０が配設されている。さらに四次過熱器が設置されてもよい。

次に、このボイラの給水系について説明する。ボイラへの給水は、まず、給水弁１ａを有した給水管１から節炭器２に供給される。節炭器２では節炭器入口管寄せ１００から供給された水が、節炭器２内を通る間に排ガス流から熱吸収を行った後、節炭器出口管寄せ１０１から水冷壁下降管３に供給される。水冷壁下降管３を経た水は、火炉壁管入口マニホールド１０３ａ（図１）を介して火炉壁管入口管寄せ１０３に分配され、火炉９を螺旋状に囲む火炉下部壁管１０を火炉９内の熱を吸収しながら上昇する。水は飽和温度近くまで加熱される。

火炉下部壁管１０を昇り詰めた高温水は、火炉９中間管寄せ１１に流入して、ここで、その温度が均一化された後、火炉９の上部に設けられた火炉上部壁管１２、火炉壁管出口管寄せ１２ａ、火炉ノーズ壁管入口マニホールド１０５ａを経て火炉出口壁管１０６（図１）またはノーズ壁管１０５に、各々の入口管寄せ１０５Ａ，１０６Ａを介して流入する。該高温水が各壁管１０５，１０６を上昇する間に火炉９内の熱を吸収し、液相の高温水と気相の蒸気の混合流体となる。この混合流体は、各壁管１０５，１０６出口管寄せ１０５Ｂ，１０６Ｂを介して汽水分離器入口マニホールド１３に流入して、流体温度の均一化が行われた後、汽水分離器２０に流入し、蒸気と水に分離される。このうち分離された水は、ドレンタンク２１からボイラ循環ポンプ２４及び弁２３，２５を有した循環配管２２を介して、再度、給水管１に循環される。また、汽水分離器２０で分離された蒸気は、天井壁入口管寄せ１０７（図２）に供給される。

図２の通り、前記天井壁入口管寄せ１０７に供給された蒸気は、火炉９の上部から下流側排ガス流路上部に亙って設けられた天井壁３０を構成する天井壁管を経て、天井壁出口管寄せ１０８に至る間に、熱吸収により加熱されて過熱蒸気になる。

天井壁出口管寄せ１０８に集まった過熱蒸気は、後部伝熱壁下降管３１、後部伝熱壁入口連絡管１０９を経て、後部伝熱壁入口管寄せ１１０に分配され、さらに後部伝熱壁３３で加熱された後、後部伝熱壁出口管寄せ１１１および後部伝熱壁出口連絡管１１２を介して、または後部伝熱壁３３から後部伝熱壁後壁出口管寄せ３４に集まる。

後部伝熱壁後壁出口管寄せ３４に集まった過熱蒸気は、一次過熱器連絡管３５を介して、後部煙道内に設置された一次過熱器４０に流入し、その後、火炉９上部に設けた二次過熱器５０及び三次過熱器６０を順に経て過熱された後、主蒸気管６１及び主蒸気止弁６２を介して高圧タービンに送られる。

高圧蒸気タービンで仕事をした排気蒸気は、図示していない低温再熱蒸気管により、後部煙道に設置された再熱器７１に導かれ、所定の温度の再熱蒸気温度に加熱された後、中圧タービンに送られる。後部煙道の出口にはガス分配ダンパ９０が設けられ、通過するガス流量を調整することにより、再熱器７１での全熱吸収量が調整され、所定の再熱蒸気温度に制御できる。

このボイラの各壁管及び節炭器２等を化学洗浄するに際しては、ボイラの運転を停止した後、図１，２にも示すように、循環配管２２のうち循環ポンプ２４及び弁２３，２５を迂回するように仮設配管２６を設け、仮設配管２６に仮設循環ポンプ２７を設ける。

仮設配管２６の上流端は循環配管２２の該循環ポンプ２４の上流側に接続されている。仮設配管２６の下流端は、給水配管１のうち給水弁１ａよりも下流側に接続されている。仮設配管２６には、加温用蒸気の注入部２６Ａ、洗浄薬品（薬品水溶液）の注入部２６Ｂ及び仮設循環ポンプ２７が、上流側から下流側へこの順に設けられている。

また、汽水分離器２０から仮設配管２６の適宜の箇所に、洗浄水（純水などの清水）の仮設供給管（図示略）を接続する。さらに、図２の通り、給水弁１ａよりも下流側の給水管１に弁１ｂを有した仮設排水管１ｃを接続する。

ボイラの運転停止後、仮設供給管を介して水張りし、仮設循環ポンプ２７を作動させると共に、加温用蒸気及び洗浄薬液を注入する。洗浄水は、仮設配管２６、給水管１、節炭器２、火炉９の下部壁管１０及び上部壁管１２と、火炉出口壁管１０６又はノーズ壁管１０５、マニホールド１３、汽水分離器２０及びドレンタンク２１に循環され、この間の汽水分離器２０、ドレンタンク２１、節炭器２、壁管１０，１２，１０５，１０６及び各管寄せが化学洗浄される。

この化学洗浄工法の一態様では、複数台の超音波流量計の超音波を受発信する流量検出器をボイラ蒸発管に磁石等を用いて取り付け、通信ケーブルを信号変換器に接続する。

信号変換器は検出器からの信号の減衰や、ノイズ等の外部起因の影響を避けるために最短距離とするため、ボイラ炉内に設置するが、蒸発管がボイラ出入り口に近い場合や、検出器の信号ケーブルをボイラ炉外まで延長してもノイズ等の外部起因の影響がない場合は信号変換器をボイラ外に設置する。

信号変換器をボイラ炉内に設置した場合において、化学洗浄中のボイラ炉内温度が６０℃以上に上昇する場合は、信号変換器の耐熱温度を超える場合がほとんどのため専用収納箱に収め、電子冷却器もしくは圧縮空気を用いた冷却器で収納箱内の信号変換器を冷却する。信号変換器の耐熱温度がボイラ炉内温度を上回る場合は、冷却の必要はない。

信号変換器から出力される信号はデータロガーを経由して出力し、ＬＡＮケーブル等の有線や無線通信でボイラ炉外に引き出し、流量データ管理用のコンピュータに入力し流量のモニタリングを行う。

検出器は化学洗浄中に流量が不均一となる事が懸念される蒸発管毎に取り付ける事で、化学洗浄中の通液管理が可能となる。

通液流量が不均一となった場合には化学洗浄液をボイラ内に循環させる仮設循環ポンプの起動停止やポンプ吐出流量の増減を繰り返す事で流量変化を与え当該管の通液改善を促す。

図６は超音波流量計の検出器Ａ，Ｂを蒸発管へ取り付けた一例を示す縦断面図である。

２個ペアの検出器Ａ，Ｂは、蒸発管２００の内径に合わせて効率良く超音波を受発信するために設置間隔を設定する必要があるため、任意の間隔に検出器Ａ，Ｂを設置できるフレーム２０１に設置する。

このフレーム２０１は検出器Ａ，Ｂを蒸発管に押し付けるためのスプリング２０５を備える。さらにフレーム２０１にはフレーム保持用金具２０２が両端に固定されており、磁石２０３を使って蒸発管２００に設置される。２個の検出器Ａ，Ｂを、超音波の伝播のためのグリース状の音響カプラーを塗布して蒸発管２００と接触させる。２個の検出器Ａ，Ｂを信号変換器へ接続する。

図７は信号変換器をボイラ炉内に設置した場合における、検出器からコンピュータへの接続および冷却系統図の例である。検出器Ａ，Ｂからの信号は、ケーブル２０６を介して、ボイラ炉内に仮置きされた収納箱２１１に内蔵した信号変換器２１０に入力する。この収納箱２１１内には化学洗浄中の高温の炉内温度から保護するための冷却器２１２が設置されている。図７は、圧縮空気を使った冷却器２１２を示しているが、電子式冷却器を用いても良い。信号変換器２１０の信号は複数台をまとめてデータロガー２１４に入力して連続的に流量データを保存する。データロガー２１４には、熱電対２１３からの蒸発管表面温度と、箱２１１内の温度も入力される。

データロガー２１４からＬＡＮケーブル２１５等をボイラ炉外に引き出し、流量管理用コンピュータ２１６に入力する。データロガー２１４からコンピュータ２１６間は図示したＬＡＮケーブル２１５等の有線方式の代りに、無線方式としてもよく、現場環境に応じて使い分けるのが好ましい。

多チャンネル式データロガーを利用すれば、超音波流量計の他に熱電対を接続し、蒸発管の表面温度を並行して測定する事もできる。

所定時間この化学洗浄を継続した後、仮設循環ポンプ２７を停止し、洗浄水を排水管１ｃへ流出させる。また、清水を供給し、汽水分離器２０、ドレンタンク２１、節炭器２、壁管１０，１２，１０５，１０６及び各管寄せを水洗し、排水管１ｃから流出させる。

系内に残留していた洗浄薬液の押出しが終了した後は、防錆及びブローを行った後、仮設配管を撤去し、通常の水洗及び起動操作を行ってボイラの運転を再開する。

この洗浄方法によると、化学洗浄中の通液の不均一を超音波流量計で蒸発管個別の流量を測定して管理する事により、ガスやエアー溜まりによる通液不良や、放熱による温度低下を回避してスケールの取り残しを防止し、十分に化学洗浄することができる。これにより、ボイラプラントの長期安全運転に繋げる事が可能となる。

上記実施の形態では、ボイラ全体の洗浄を行うものとしているが、本発明方法は、ボイラ全体を洗浄する事なく、ノーズ壁管のみを選択的に化学洗浄する場合にも適用可能である。

スケールを溶解除去する洗浄剤としては、無機酸では塩酸、フッ酸、スルファミン酸、有機酸ではクエン酸、グリコール酸、ギ酸、シュウ酸、グルコン酸、マレイン酸、リンゴ酸、マロン酸、酢酸などを用いる事ができ、キレート系洗浄剤ではエチレンジアミン四酢酸やその塩類などを用い、これらに還元剤としてアスコルビン酸、エリソルビン酸、ヒドラジン、腐食抑制剤などの助剤を混合して使用する。適用する薬品はスケール成分や付着状態から事前試験などを実施して最も経済性の良い薬品組成を選定するのが望ましい。

１給水管
２節炭器
９火炉
１０火炉下部壁管
１２火炉上部壁管
２０汽水分離器
２１ドレンタンク
２４再循環ポンプ
２６仮設配管
２７仮設再循環ポンプ
４０，５０，６０過熱器
１０５ノーズ壁管
１０６火炉出口壁管

Claims

節炭器と、並列配置された複数の蒸発管と、汽水分離器と、汽水分離器で分離された水を該節炭器への給水管に戻す循環配管と、該循環配管に設けられた循環ポンプとを有するボイラを化学洗浄する方法において、
該ボイラの運転を停止した後、前記循環ポンプを迂回する仮設循環配管を該循環配管に設けるとともに該仮設循環配管に仮設循環ポンプを設け、洗浄薬液を注入し該仮設循環ポンプを作動させるボイラの化学洗浄方法であって、
各蒸発管に流量計を設置し、
通液流量が不均一となった場合には、前記仮設循環ポンプの吐出流量の増減を繰り返す事で流量変化を与えることを特徴とするボイラの化学洗浄方法。
請求項１において、前記流量計の信号変換器がボイラ炉内に設置されており、該信号変換器が収納箱内に設置されており、
該収納箱内を冷却器で冷却することを特徴とするボイラの化学洗浄方法。