JPH0130553B2

JPH0130553B2 -

Info

Publication number: JPH0130553B2
Application number: JP8513780A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Suzuki; Katsumi Suzuki; Kazutoshi Ito; Akira Minato; Takeshi Kanbayashi; Yoshuki Hoshino
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-06-25
Filing date: 1980-06-25
Publication date: 1989-06-20
Also published as: JPS5712884A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は火力発電プラントの給水系統中の鉄酸
化物を捕獲除去する方法と装置に関する。一般に火力発電プラントにおける主要機器、装
置および配管は大部分鉄鋼材で構成されている。
また、循環媒体には高純度水を使用し、さらに構
成材料を防食するためには微量の薬剤を添加する
水処理を実施して、系統水中の鉄濃度を管理して
いる。しかし、長年の使用により鉄鋼材から少し
ずつ溶出した鉄が鉄酸化物（主に強磁性体の
Fe₃O₄及びγ−Fe₂O₃）として蓄積される。この
鉄酸化物は、ボイラ水壁管内面タービン、高圧給
水加熱器、給水流量計、各種弁に付着・析出し
て、(1)管のオーバヒート、(2)タービン出力の低
下、(3)差圧上昇によるポンプのオーバロード、(4)
流量計指示の不適等の種々の原因となる。したが
つて、発電プラントの給水系統水中の鉄酸化物を
除去することは、発電プラントの信頼性向上及び
出力上昇の点から重要な課題である。従来、火力発電プラントの給水系統水中の鉄酸
化物の除去方法としては、強磁性材料からなる粒
子と磁界を発生させる為の電気線輪を有する円筒
管状の炉水容器からなる電磁フイルタが公知（特
願昭47−49482）である。また永久磁石を使用し
た炉材を取り付け、流体中の磁性体を捕獲除去す
る炉水器が提案されている。しかしこのような炉
水器を発電プラントの給水系統中に設置する場
合、炉水器自体のみならずこれに付帯する機器を
新たに設置しなければならない。このため、実際
には定期的検査を待つて、人手により付着析出し
た鉄酸化物を除去していた。本発明の目的は、火力発電プラントにおける給
水系統中に設置されている装置を有効に利用し、
しかも給水中の鉄酸化物を効率的に除去できる方
法および装置を提供することにある。本発明者らは、火力発電プラントにおける給水
系統中において、鉄酸化物の発生する個所および
鉄酸化物の含有量が増大する個所につき、種々検
討した結果、高圧給水加熱器からのドレンが還流
される脱気器貯水槽内の給水中の鉄酸化物を永久
磁石の磁力作用によつて捕獲除去することが鉄酸
化物の除去に最も効率的であることを見い出し、
本発明に到達したものである。この点につき詳説
する。第１図は火力発電プラントの給水系統図であ
り、この給水は、タービン１からの蒸気を復水器
２で凝結し、復水ホツトウエル３に収容し、次い
で復水配管４、復水ポンプ５、復水脱塩装置６、
復水昇圧ポンプ７、低圧給水加熱器８Ａ〜８Ｃ、
脱気器９、脱気器貯水槽１０、給水配管１１、給
水ポンプ１２、高圧給水加熱器１３Ａ，１３Ｃを
経てボイラ１４に供給され、ここで蒸気を発生
し、蒸気管１５を通りタービン１で仕事をして再
び復水器で凝結するという循環を繰返す。この場
合、一方では、脱気器９迄の給水の熱の収支の改
善と給水量を一定にするため、低圧給水加熱器８
Ａ〜８Ｃを通過する給水をタービン１から抽気管
１９Ｄ〜１９Ｅを介して抽出した蒸気で加熱し、
その加熱蒸気の凝縮ドレンを低圧給水ドレン配管
１６Ａ〜１６Ｃを介して給水中に戻している。他
方脱気器９からボイラ１４迄の給水の熱の収支と
改善と給水量を一定とするために高圧給水加熱器
１３Ａ〜１３Ｃを通過する給水をタービン１から
抽出管１９Ａ〜１９Ｃを介して抽出して蒸気で加
熱し、その加熱蒸気の凝縮ドレンを高圧給水ドレ
ン配管１７Ａ〜１７Ｃを介して脱気器９に戻し、
ドレン中に含まれている溶存酸素を脱気器９で除
去すると共に脱気器９を加熱する。第１図に示し
た火力発電プラント系統中において鉄の発生源を
明らかにするため、各発電所において総合水質試
験を実施した。第１０図は鉄酸化物（以下スケールと称す）の
付着量及び鋼材の腐食量と温度の関係を示すグラ
フである。鋼材の腐食量は150℃の場合が最も多
い。また、スケールの付着量は温度が高くなるに
従つて、多くなつており、特に200℃以上になる
と急激に増加する。一方、火力発電プラントにお
いては、スケールの発生する場所は、150℃近辺
の機器、配管であり、それらは低圧給水加熱器加
熱管、低圧給水加熱器ドレン配管１６Ａ〜１６
Ｃ、脱気器９、高圧給水加熱器加熱管及び高圧給
水加熱器ドレン配管１７Ａ〜１７Ｃである。第１
１図は各機器の運転温度を示す系統図である。脱
気器９での腐食が最も高いことが分る。従つて、脱気器９以外ではいずれも高温又は低
温でも腐食は起らない。第２図はＡ，Ｂ，Ｃの各火力発電所において実
施した総合水質試験結果より、プラント系統水中
の鉄量を整理して、系統水中の鉄の挙動を示した
ものである。第２図から明らかなように、系統水
中の鉄は復水脱塩装置６の出口で減少し、脱気器
９の入口まではほとんど増加しないが、脱気器９
の出口では増加し、ボイラ１４ではふたたび減少
していることが、判明した。そこで、脱気器９に
入る低圧及び高圧給水加熱器のドレンの鉄分を分
析したところ、このドレン水中からは多量の鉄分
が検出された。したがつて、復水系統の鉄分は、復水脱塩装置
６で除去されるが、低圧給水加熱器８及び高圧給
水加熱器１３の鉄分の多いドレン水は脱気器９に
入る。特に高圧給水加熱器からのドレン水中の鉄
分が多い。この増加した鉄分が脱気器９とボイラ
１４の間にある高圧給水加熱器１３及び主給水流
量計に鉄酸化物として付着し、さらに、ボイラ１
４に持ち込まれた鉄酸化物はボイラ水壁管に付着
析出することになる。なお、脱気器出口の鉄量が前述したそれぞれの
ドレン水中の鉄量より少ないのは、ドレン水量が
給水量に比較して大幅に少ないためである。一方
脱気器出口とボイラ入口の鉄量を比較するとボイ
ラ入口が少なくなつているが、これは高圧給水加
熱器の温度200℃以上の加熱管及び主給水流量計
にスケールとして付着するためである。また、ボ
イラ入口と出口で、出口のそれが少なくなつてい
るのは、同様にボイラにスケールとして付着する
ためである。このように系統水中の鉄分の挙動より、鉄酸化
物の発生源は特に高圧給水加熱器ドレン配管系の
腐食によるものであることが明らかになつた。第１表は、脱気器に持ち込まれる鉄量を試算し
たものである。脱気器に持ち込まれる給水及びド
レン水中の鉄量は、350MWプラントで年間51Kg
（Fe₃O₄換算70Kg）、450MWプラントで年間46Kg
（Fe₃O₄換算63Kg）、1000MWプラントで年間123
Kg（Fe₃O₄換算169Kg）となる。なお、年間鉄量
は、鉄濃度と水量から次式により求めた。年間鉄量（Kg／yr）＝鉄濃度（ppb）×水量（m³／ｈ
）×300（day／ｙｒ＊）×24（ｈ／day）＊：プラントの稼動日数で年間300日とした。

【表】次に、第３図、第４図に、永久磁石による鉄酸
化物の除去率及び剥離率と流速の関係を示す。そ
の結果、流速が0.05ｍ／ｓ以下の低流速ならば、
鉄酸化物は永久磁石によつて完全に除去され、ま
た除去された鉄酸化物も剥離しないことがわかつ
た。第２表に、脱気器に持ち込まれる鉄酸化物量を
除去するのに必要な永久磁石（20×30×２cm）の
数量を試算した結果を示す。なお、鉄酸化物の除
去量は、10ｇ／21cm²（磁石の面積）とした。

【表】磁石の面積
その結果、永久磁石は350MWプラントで105
個、450MWプラントで95個、1000MWでプラン
トで254個必要であることがわかつた。これだけ
の多くの永久磁石を既存の装置に設置するには、
大きなスペースと前記第４図で示すように低流速
の場所が必要である。そのような装置としては、
容積が100〜200m³と十分に大きく、流速も遅い
（＜0.05ｍ／ｓ）脱気器貯水槽だけである。本発明は、高圧給水加熱器ドレンが還流される
脱気器貯水槽内の給水中の鉄酸化物を永久磁石の
磁力作用によつて効率的に捕獲除去するものであ
る。鉄酸化物を永久磁石の磁力作用によつて捕獲す
る手段としては、脱気器貯水槽に強磁性体と磁界
を発生させる電圧線輪を取り付けた炉水容器から
なる方法がある。この場合、脱気器貯水槽に多数
配置された環状線輪が有効である。ただし、この
方法は線輪に電流を印加して磁界を発生させるた
めの電力および炉水容器が加熱されるための冷却
手段を要する。したがつて鉄酸化物を磁力作用に
よつて捕獲する手段は、脱気器貯水槽内に永久磁
石を取り付ける手段が特に有効である。第５図は脱気器貯水槽内に永久磁石を取り付け
た本発明装置の一例を示すものである。第５図に
おいて、脱気器９の上部に低圧給水加熱器と連結
された給水配管２０が連結され、脱気器９の側部
には高圧給水加熱器と連結するドレン配管１７Ｃ
が連結されている。脱気器９の下部は脱気器貯水
槽１０と連通し、脱気器貯水槽１０のほぼ中央部
にはオーバーフロー板２１が設けられて脱気器貯
水槽１０内は貯水室２２と貯水室２３に区画され
ている。第２図中、１１は給水配管、２５は貯水
槽蓋である。このような脱気器貯水槽１０の貯水
室２２の底部に多数個の永久磁石２４が載置され
ている。ここで鉄分の高い高圧給水加熱器ドレン水は、
低圧給水加熱器８から導入される給水と合流し、
脱気後、貯水室２２に滞溜する。貯水室２２にお
いて、低圧給水加熱器８から運びこまれる溶出鉄
分と高圧給水加熱器と連結するドレン配管１７で
発生した鉄分は永久磁石２４に捕獲され、良質の
給水はオーバーフロー板２１を経て貯水室２３に
流入し、次いで給水配管１１より給水ポンプ１２
を介して高圧給水加熱器１３Ａに導入される。鉄
分を捕獲した永久磁石は貯水槽蓋２５より槽外に
取り出される。第６図は脱気器貯水槽内に永久磁石を取り付け
た本発明装置の他の例を示すものである。第６図
において、第５図と異なる点は貯水室２２の上部
に、永久磁石２４を嵌挿した多数本の非磁性体の
鞘２６を脱着自在に取り付けたことである。この
装置では、給水中の鉄分は鞘２６の外周面に捕獲
されるので、一定の時期にこれらの鞘２６を槽外
に取り出し、鉄分を除去した後、再び貯水室２２
の上部に取り付けることができる。したがつて、
貯水槽蓋２５を取り外すことなく、永久磁石２４
を嵌挿した鞘２６を清掃することができるため、
清掃作業が容易である。第７図は脱気器脱水槽内に永久磁石を取り付け
た本発明装置の更に他の例を示すものである。第
７図において、貯水室２２の底部は下方に突出さ
れ、この突出部の貯水室内に非磁性体からなる円
筒体２７が、水平方向に取り付けられた回転軸２
８に固定されている。この円筒体２７の内部には
永久磁石２４が取り付けられている。円筒体２７
の外周面には第８図に示すように軸方向に沿つて
翼２９が固定され、この翼２９が貯水室２２の内
周面と摺動するようになつている。このような装置において、２枚の翼２９が水平
状態で脱水室２２の内周面に密着している場合、
これらの翼の上部に位置する半円周分の円筒体２
７の外表面に給水中の鉄分が捕獲される。そこで
翼２９を貯水室２２の内周面に摺動させながら、
円筒体２７を半円周分回動させ、鉄分を捕獲した
円筒体２７の表面を下方に位置させ、鉄分の除去
清掃する。したがつて、本実施例では発電プラン
トを停止させることなく、給水中の鉄分の捕獲
と、円筒体２７の表面に捕獲された鉄分の除去と
を連続的に行うことができる。一般に磁石にはある条件で磁束密度が時間とと
もに減少する、いわゆる時効変化現象がある。し
かしこの時効変化現象は、時間の対数に対し直線
関係にあつて極めて小さく本発明において実用上
は問題とならない。また永久磁石の構造変化、衝
撃、機械的歪み、振動などの影響によつて、磁石
の減磁が生ずる。このような磁石の減磁を考慮し
た場合、本発明において永久磁石としてフエライ
トマグネツトが最も有効である。さらに脱気器貯
水槽１０内の給水の温度は通常約150℃程度であ
る。したがつて永久磁石のキユーリー点（磁石が
磁気的特性を失なう温度）は脱気器貯水槽１０内
の給水温度以上であることが必要である。フエラ
イトマグネツトのキユーリー点は450℃であつて
給水温度よりはるかに高く、またフエライトマグ
ネツトは150℃前後では磁石の減磁も少ない。次に永久磁石による鉄酸化物の捕獲効果を試験
した。試験例永久磁石による、Fe₃O₄試薬及びＡ火力発電所
高圧給水加熱器より採取した鉄酸化物（主成分
Fe₃O₄）をアンモニア水に懸濁した水槽の除去率
と時間の関係を第９図に示す。この実験は、磁力
が3KガウスのBa−フエライト系永久磁石入り水
槽と、PH9.2の希薄アンモニア水に鉄酸化物を
10ppm懸濁させた水槽とを、ポンプ及び流量計で
接続し、それぞれの水槽にはライトとその反対側
に照度計を設け、液の透明度より除去率を求め
る。液の温度はヒータと温度調節器によつて90℃
とし、液は管内流量60／ｈで循環させる。第６
図から明らかなようにFe₃O₄試薬入り水槽の
Fe₃O₄試薬の除去率（図中Ａで示す）は、時間の
経過共に大きくなり約40分で100％になつている。
また、Ａ火力発電所高圧給水加熱器の鉄酸化物入
り水槽の鉄酸化物の除去率（図中Ｂで示す）は約
15分で100％になつている。すなわち、Fe₃O₄試
薬は40分間、Ａ火力発電所高圧給水加熱器の鉄酸
化物は15分間液を循環することによつてほとんど
が磁石に付着してしまうことがわかる。このよう
に、Ａ火力発電所高圧給水加熱器の鉄酸化物が、
Fe₃O₄試薬に比較して磁石に付着しやすいのは、
鉄酸化物が高温高圧条件下での鋼材の腐食によつ
て生成したものであるため、主成分Fe₃O₄以外に
微量の磁化しやすい物質（例えばニツケル等）が
混入しているためと思われる。実施例１〜３第１図に示す実際の火力発電プラントにおける
脱気器貯水槽１０内に永久磁石を取り付け、この
貯水槽出口における給水中の鉄濃度を測定した。
実施例１〜３はそれぞれ第２図、第３図および第
４図に示す方法で永久磁石を取り付けた脱気器貯
水槽を使用したものである。なお比較のため、永
久磁石を取り付けていない脱気器貯水槽出口にお
ける給水中の鉄濃度を測定し、比較例として下表
に追記する。

【表】上記表によれば、実施例１〜３はいずれも脱気
器貯水槽出口の鉄濃度が大幅に減少し、脱気器貯
水槽内において、鉄酸化物が効率的に捕獲されて
いることを示している。その理由は、磁気に吸着する鉄酸化物、即ち高
圧給水加熱器で熱交換したドレン中に含まれる鉄
分、即ちマグネタイト（Fe₃O₄）と、低圧給水加
熱器からの給水中に含まれる鉄分、即ちヘマタイ
ト（α−Fe₂O₃）が脱気器内で温度の作用により
変化したマグネタイト（Fe₃O₄）とが、給水の流
速の遅い脱気器に集中するので、永久磁石に効率
良く吸着除去されるからである。以上説明したように、本発明によれば、発電プ
ラントにおける給水系統中に設置されている装置
をそのまま利用して鉄酸化物を除去でき、特別の
装置を必要としない。しかも、給水系統中の鉄酸
化物を効率的に除去して、良質のボイラ給水を得
ることができるため、発電プラントの効率を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は火力発電プラントの給水系統図、第２
図は火力発電プラント系統の鉄の挙動を示す系統
図、第３図は永久磁石による鉄酸化物の実験例を
示す系統図、第４図は永久磁石による鉄酸化物の
除去率及び剥離率と流速の関係を示すグラフ、第
５図、第６図および第７図はそれぞれ本発明装置
の実施例を示す概略的構成図、第８図は第７図の
要部斜視図、第９図はFe₃O₄試薬と高圧給水加熱
器より採取した鉄酸化物との永久磁石による捕獲
効果を示す図、第１０図は鉄酸化物の付着量及び
鋼材の腐食量と温度の関係を示すグラフ、第１１
図は各機器の運転温度を示す系統図である。１……タービン、２……復水器、３……復水器
ホツトウエル、４……復水配管、５……復水ポン
プ、６……復水脱塩装置、７……復水昇圧ポン
プ、８Ａ〜８Ｃ……低圧給水加熱器、９……脱気
器、１０……脱気器貯水槽、１１……給水配管、
１２……給水ポンプ、１３Ａ〜１３Ｃ……高圧給
水加熱器、１４……ボイラ、１５……蒸気管、１
６Ａ〜１６Ｃ……低圧給水加熱器ドレン配管、１
７……高圧給水加熱器ドレン配管、１８……ドレ
ンポンプ、１９Ａ〜１９Ｆ……抽気管、２０……
給水配管、２１……オーバーフロー板、２２，２
３……貯水室、２４……永久磁石、２５……貯水
槽蓋、２６……非磁性鞘、２７……円筒体（非磁
性体）、２８……回転軸、２９……翼。

Claims

【特許請求の範囲】１火力発電プラントの給水系統中に設置され、
かつ高圧給水加熱器からのドレンが還流される脱
気器の貯水槽内給水中に存在する鉄酸化物を、永
久磁石の磁力作用によつて吸引除去することを特
徴とする火力発電プラントにおける給水系統水中
の鉄酸化物の除去方法。２火力発電プラントの給水系統中に設置され、
かつ高圧給水加熱器からのドレンが還流される脱
気器の貯水槽内に、永久磁石を内蔵させたことを
特徴とする火力発電プラントにおける給水系統水
中の鉄酸化物の除去装置。３永久磁石を内蔵した多数の非磁性体筒体を、
脱気器貯水槽内に脱着自在に取り付けたことを特
徴とする特許請求の範囲第２項記載の装置。４脱気器貯水槽内に回転自在に設けられた筒体
内に永久磁石に取り付けるとともに筒体表面に固
定された翼および筒体によつて脱気器貯水槽の一
部を区画するように構成された特許請求の範囲第
２項記載の装置。