JPH08178207A - ボイラの給水経路の保護皮膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ボイラの給水管の内壁面が腐食するのを低減す
る。 【構成】ボイラ３と復水器１３との間に設けられた給水
管１６を流れるボイラ水に、濃縮された酸素ガスを供給
する。ボイラ水に酸素ガスが溶解されて、ボイラ水は酸
素水となる。この酸素水と給水管１６の内壁面とが接触
することにより、給水管１６の内壁面には酸化鉄の腐食
防止用保護皮膜が形成される。このとき、酸素ガスに
は、一酸化炭素、二酸化炭素等の腐食性ガス成分が含ま
れているが、極低濃度であるため、保護皮膜の形成前に
おいて、供給管１６の内壁面は腐食し難くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はボイラの給水経路に腐食
防止を行うための保護皮膜形成方法に関するものであ
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、復水されたボイラ水中に
は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、保護皮膜形成方法が
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、復水中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】酸素ボンベ中には、酸
素ガス以外にも一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物及
び炭化水素等の腐食性ガスが含まれている。ところが、
従来のボイラの給水経路の保護皮膜形成方法において、
それらの腐食性ガスの濃度は、高いものであった。その
ため、復水中に酸素ガスを注入する際、それらの腐食性
ガスは、酸素ガスと一緒に注入されてしまう。その結
果、水管の内面に保護皮膜が形成される前に、腐食性ガ
スにより、水管の内面は腐食され易くなる。

【０００４】また、酸素ボンベ内は高圧となっているた
め、酸素ボンベの周囲は防爆構造とする必要がある。そ
のため、防爆とするための構造物が余分に必要となり、
構造物を設けるためのスペースを確保しなければならな
い。

【０００５】さらに、酸素ガスの残存量が無くなれば、
酸素ガスの無くなった酸素ボンベと新たな酸素ボンベと
を交換しなければならない。その結果、同一の酸素ボン
ベを連続的に使用するには限界がある。

【０００６】この発明の目的は、給水管の内壁面が腐食
するのを低減できるボイラの給水経路の保護皮膜形成方
法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに請求項１の発明は、ボイラと復水器内との間に設け
られ、復水器内で復水されたボイラ水をボイラに戻すた
めの給水管を備え、給水管を流れるボイラ水に対し、腐
食性ガス成分の低濃度なる濃縮された酸素ガスを供給す
ることを要旨とするものである。

【０００８】請求項２の発明は、前記酸素ガスは圧力ス
イング吸着法により製造されるものであることを要旨と
するものである。

【０００９】

【作用】このように構成された請求項１の発明は、ボイ
ラ水に対する濃縮された酸素ガスの供給により、ボイラ
水に酸素ガスが溶解されて、ボイラ水は酸素水となる。
この酸素水と給水管の内壁面とが接触することにより、
給水管の内壁面には酸化鉄の腐食防止用保護皮膜が形成
される。このとき、酸素ガスには、腐食性ガス成分が含
まれているが低濃度であるため、保護皮膜の形成前に、
供給管の内壁面が腐食し難くなる。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１に記載の作用
に加え、前記酸素ガスは圧力スイング吸着法により製造
されているため、製造された酸素を高圧下に貯めておく
必要がない。従って、防爆構造が不要となるばかりか、
給水管へ連続的に酸素ガスが供給される。

【００１１】

【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面に従って説
明する。

【００１２】図１に示すように、汽力発電プラント１に
は酸素製造装置２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内にはボイラ水が通
過する図示しない水管が設けられ、水管の外部と燃焼ガ
スとが接触することにより蒸気が発生する。

【００１３】火炉４の蒸気吹出し口には蒸気管６が接続
され、蒸気管６上には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、汽水分離器７によ
り蒸気と、蒸気吹出し口から水けだちにより吹き出され
た水滴とが分離される。また、過熱器８により汽水分離
器７を通過した蒸気はさらに高い温度に加熱される。

【００１４】汽水分離器７にはドレン管９が接続され、
ドレン管９の下流端は前記節炭器５に接続されている。
ドレン管９上には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にて回収された水滴が回収され、
循環ポンプ１１にて回収された水滴は前記節炭器５内に
循環供給される。

【００１５】前記蒸気管６の下流端は蒸気タービン１２
に接続されている。蒸気タービン１２には図示しない発
電機が駆動連結され、蒸気タービン１２の回転力にて発
電機が駆動する。蒸気タービン１２には復水器１３が接
続されている。復水器１３内には海水等の冷却水の通過
する図示しない冷却管が設けられている。そして、冷却
管の外側面と蒸気タービン１２から送気された蒸気とが
接触し、蒸気は伝導によって水管の表面で復水される。

【００１６】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１６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、この復水ポン
プ１７によりボイラ３の節炭器５に圧送される。復水器
１３の下流側における給水管１６には、電磁フィルタ１
８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。

【００１７】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では脱気が行われ、脱塩装置１９内におけ
るボイラ水に溶存している酸素や炭酸ガス等が除去され
る。

【００１８】脱塩装置１９の下流側における給水管１６
上には、昇圧ポンプ２０及び低圧ヒータ２１を介して脱
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にて給水管１６を流れるボイラ水の液送
圧がさらに加圧され、脱気器２２に流入されるボイラ水
は低圧ヒータ２１にて加熱される。また、脱気器２２に
よりボイラ水が沸騰されることにより、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。なお、脱気器２２には脱気器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。

【００１９】脱気器２２の下流側における給水管１６上
には、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にて脱気されたボイラ水
がボイラ３に圧送されるとともに、ボイラ３の節炭器５
に流入されるボイラ水は高圧ヒータ２６にて加熱され
る。

【００２０】なお、脱塩装置１９及び脱気器２２の下流
側における給水管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にて給水管１６内を流れるボイ
ラ水中に含まれる酸素の濃度が検出される。

【００２１】続いて、酸素製造装置２について説明す
る。酸素製造装置２には酸素発生器２７が備えられてい
る。本実施例における酸素発生器２７は、既に公知技術
となっているＰＳＡ（Ｐｌｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ
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。

【００２２】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、、ゼオライトに吸着された被吸着気体が
除去され、ゼオライトは何度も吸着可能に再生される。
従って、上記の工程を繰り返すことにより、ゼオライト
は半永久的に使用可能なものとなっている。なお、前記
のゼオライトは、気体の分子径に近い数オングストロー
ム（１０^-8ｃｍ）の均一な微細孔が多数形成された吸着
剤である。

【００２３】ここで、酸素ボンベによる酸素ガスと、Ｐ
ＳＡ法により製造される酸素ガスの成分を以下の表１に
比較して示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】上記の表１によれば、酸素ボンベの酸素ガ
スと、ＰＳＡ法とにより製造される酸素ガス中には、い
ずれも若干の腐食性ガスとが含まれている。しかし、Ｐ
ＳＡ法によれば、一酸化炭素、二酸化炭素及び窒素酸化
物の濃度は、酸素ボンベの場合と比較して１０分の１に
なっている。また、ＰＳＡ法による炭化水素の濃度は、
酸素ボンベの場合と比較して３０分の１になっている。

【００２６】酸素発生器２７には、二方向に分岐された
酸素供給管２８の上流端が接続されている。酸素供給管
２８の第１の下流端は、前記脱塩装置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、前記脱気器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。図示しないが、酸素発生
器２７内には、コンプレッサが設けられている。

【００２７】酸素供給管２８上には、その上流側から分
岐点にかけて順にバッファタンク２９、コンプレッサ３
０、電動締切弁３１が設けられている。バッファタンク
２９には、図示しないが圧力スイッチが設けられてい
る。そして、圧力スイッチのＯＮ／ＯＦＦにより、バッ
ファタンク２９内の圧力が１．０Ｋｇｆ／ｃｍ² に保持
されるように酸素発生器２７がＯＮ／ＯＦＦされる。バ
ッファタンク２９から放出される酸素ガスは、コンプレ
ッサ３０にて圧送され、その圧力は９．９Ｋｇｆ／ｃｍ
² となっている。

【００２８】酸素供給管２８の各分岐ライン上には、上
流側から順に流量計３２、電動コントロールバルブ３
３、逆止弁３４及び電動締切弁３５が設けられている。
電動コントロールバルブ３３及び電動締切弁３５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、
前記溶存酸素計１５からの濃度検出信号に基づいて制御
回路は、電動コントロールバルブ３３の開度を制御し、
酸素ガスの流量を制御するようになっている。

【００２９】そして、ボイラ水に酸素ガスが溶解される
ことにより酸素水になり、酸素水が給水管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。
特に３価の酸化鉄はボイラ水に溶け出しにくい性質とな
っている。

【００３０】本実施例において、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２１まで
が約３０°Ｃ〜４０°Ｃ、低圧ヒータ２１から脱気器２
２までが約１２０°Ｃ、脱気器２２から高圧ヒータ２６
までが約１８０°Ｃ、そして高圧ヒータ２６から節炭器
５までが２９０°Ｃとなっている。また、給水管１６を
流れるボイラ水の流量は８００〜２０００トン／分とな
っている。さらに、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３３の開度制御によ
り、１５０ｐｐｂに保持されるようになっている。

【００３１】また、脱塩装置１９と昇圧ポンプ２０との
間における給水管１６に供給される酸素ガスの圧力は、
９．９Kg／Cm² となっており、脱気器２２と給水ポンプ
２５との間における給水管１６に供給される酸素ガスの
圧力は、９．９Kg／Cm² となっている。

【００３２】次に、上記のように構成された汽力発電プ
ラント１において、酸素製造装置２から供給される酸素
にて給水管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。

【００３３】酸素発生器２７にて製造された酸素ガス
は、コンプレッサ３０の駆動により酸素供給管２８を介
して給水管１６に供給される。そして、酸素ガスはボイ
ラ水に溶解され、給水管１６内で酸素水となる。給水管
１６に酸素ガスが供給される際、制御回路は、電動コン
トロールバルブ３３の開度を制御し、給水管１６内の酸
素濃度を１５０ｐｐｂにする。

【００３４】給水管１６の内壁面に酸素水が接触する
と、給水管１６の内壁面には３価の酸化鉄（Fe₂O₃ ）か
らなる保護皮膜が形成される。この保護皮膜を形成する
際、酸素水中に含まれる腐食性ガスの濃度は、極めて低
いため、給水管１６の内壁面が腐食され難い。

【００３５】従って、本実施例のボイラの給水経路の保
護皮膜形成方法によれば、ＰＳＡ法により製造される酸
素ガスに含まれる腐食性ガスの濃度は、酸素ボンベ等に
含まれる濃度よりも極めて低い。そのため、保護皮膜の
形成時において、腐食性ガスの濃度の低い酸素水を生成
することができ、酸素水と給水管１６の内壁面とが接触
しても、給水管１６の内壁面が腐食するのを低減でき
る。

【００３６】また、バッファタンク２９内の圧力は酸素
ボンベ等に比べて極めて低い圧力の下で酸素ガスを貯め
ておけるので、酸素ボンベ等のように防爆構造とする必
要がない。そのため、防爆とするための構造物を不要に
できて、防爆構造物を設けるためのスペースを確保する
必要がない。

【００３７】さらに、酸素発生器２７は、連続的に酸素
ガスを製造することができる。そのため、酸素ボンベ等
のように酸素ガスが無くなれば、新たな酸素ボンベと交
換する必要もない。従って、酸素ガスの保守・管理等を
省略できる。

【００３８】なお、本発明は以下のように変更しても、
前記実施例と同様の効果を奏する。上記実施例では、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 Ｓｗｉ
ｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ：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。

【００３９】上記実施例では、制御回路が電動コントロ
ールバルブ３３の開度量を制御して、給水管１６に対す
る酸素ガスの供給量を一定とした。この制御方法ばかり
でなく、制御回路がコンプレッサ３０をＯＮ／ＯＦＦ制
御して、酸素ガスの供給量を制御してもよい。

【００４０】以上、この発明の各実施例について説明し
たが、各実施例から把握できる請求項以外の技術的思想
について、以下にそれらの効果と共に記載する。 （１）前記酸素ガスは温度スイング吸着法により製造さ
れるものである請求項１に記載のボイラの給水経路の保
護皮膜形成方法。この方法によれば、請求項２に記載の
効果に加え、さらに、あらゆる吸着分離操作に適応でき
る。

【００４１】（２）前記酸素ガスは腐食性ガス成分は４
ｐｐｍ以下である請求項１に記載のボイラの給水経路の
保護皮膜形成方法。この方法によれば、給水管の内壁面
は腐食されにくくなる。

【００４２】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。
圧力スイング吸着（ＰＳＡ）法とは、特定の気体を多孔
質の吸着剤に吸着させ、吸着されているガスを圧力差を
利用して脱着させることにより、吸着剤に吸着された気
体とそれ以外の気体とに分離する方法である。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１の発明によ
れば、腐食性ガス成分の低濃度なる濃縮酸素としたの
で、給水管の内壁面が腐食するのを低減できる。

【００４４】請求項２の発明は、請求項１に記載の効果
に加え、前記酸素ガスは圧力スイング吸着法により製造
されているため、防爆構造を不要できるとともに、給水
管へ連続的に酸素ガスを供給できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】汽力発電プラント及び酸素製造装置の経路図で
ある。

【符号の説明】

３…ボイラ、６…蒸気管、１３…復水器、１６…給水管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボイラと復水器内との間に設けられ、復水
   器内で復水されたボイラ水をボイラに戻すための給水管
   を備え、給水管を流れるボイラ水に対し、腐食性ガス成
   分の低濃度なる濃縮された酸素ガスを供給するボイラの
   給水経路の保護皮膜形成方法。
2. 【請求項２】前記酸素ガスは圧力スイング吸着法により
   製造されるものである請求項１に記載のボイラの給水経
   路の保護皮膜形成方法。