特許 5983310 ボイラ水の水質管理方法および水質管理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5983310

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年8月31日

(54)【発明の名称】ボイラ水の水質管理方法および水質管理装置

(51)【国際特許分類】

   F22B 37/38 20060101AFI20160818BHJP

   C02F 1/00 20060101ALI20160818BHJP

   C02F 1/70 20060101ALI20160818BHJP

   F22B 37/56 20060101ALI20160818BHJP

【ＦＩ】

   F22B37/38 C

   C02F1/00 V

   C02F1/00 T

   C02F1/00 K

   C02F1/70 Z

   F22B37/56 Z

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-236741(P2012-236741)

(22)【出願日】2012年10月26日

(65)【公開番号】特開2014-85091(P2014-85091A)

(43)【公開日】2014年5月12日

【審査請求日】2015年6月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095957

【弁理士】

【氏名又は名称】亀谷 美明

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100128587

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 一騎

(72)【発明者】

【氏名】高村 純一

【審査官】 礒部 賢

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００２−５１００４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−３３９０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０６４３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２８３７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０１７３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２９７７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０３２７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０１３２１６７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−１４２２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５５６５６１９（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１２２０８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１１６００４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２２Ｂ ３７／００ − ３７／７８

Ｃ０２Ｆ １／００

Ｃ０２Ｆ １／７０ − １／７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

循環するボイラ水の水質管理方法であって、
前記ボイラ水の補給量および排出量を測定するとともに、前記ボイラ水への電解質の注入量を測定し、
前記ボイラ水の初期水量および前記電解質の初期濃度と、所定の検出時間における前記ボイラ水の補給量および排出量と、前記検出時間における前記電解質の注入量とに基づいて前記検出時間の経過後に前記ボイラ水に溶解している前記電解質の濃度を算出し、
前記算出された電解質の濃度に基づく前記ボイラ水の電気伝導度の推定値と前記ボイラ水の電気伝導度の測定値とを比較することによって、前記ボイラ水の水質変化を検出する
ことを特徴とする、ボイラ水の水質管理方法。

【請求項2】

前記電解質は、ヒドラジンを含み、
前記検出時間において熱分解によって減少したヒドラジンの量を除いて前記電解質の濃度を算出することを特徴とする、請求項１に記載のボイラ水の水質管理方法。

【請求項3】

前記電解質は、アンモニアをさらに含み、
前記検出時間においてヒドラジンの熱分解によって発生したアンモニアの量を加えて前記電解質の濃度を算出することを特徴とする、請求項２に記載のボイラ水の水質管理方法。

【請求項4】

前記電解質は、アンモニアを含むことを特徴とする、請求項１に記載のボイラ水の水質管理方法。

【請求項5】

前記電解質は、ヒドラジンを含み、
前記ボイラ水に溶存している酸素の量の変化を測定し、前記検出時間における前記酸素との反応によるヒドラジンの減少量を前記測定された酸素の量の変化に基づいて算出し、該算出されたヒドラジンの減少量を除いて前記電解質の濃度を算出することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のボイラ水の水質管理方法。

【請求項6】

前記ボイラ水の電気伝導度の測定値が、前記ボイラ水の電気伝導度の推定値に比べて増加した場合に、前記電解質以外の不純物が前記ボイラ水に混入したと判断することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のボイラ水の水質管理方法。

【請求項7】

前記電解質は、リン酸塩を含み、
前記ボイラ水の電気伝導度の測定値が、前記ボイラ水の電気伝導度の推定値に比べて減少した場合に、前記リン酸塩が析出していると判断することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のボイラ水の水質管理方法。

【請求項8】

循環するボイラ水の水質管理装置であって、
前記ボイラ水の補給量および排出量を測定する流量測定手段と、
前記ボイラ水への電解質の注入量を測定する注入量測定手段と、
前記ボイラ水の初期水量および前記電解質の初期濃度と、所定の検出時間における前記ボイラ水の補給量および排出量と、前記検出時間における前記電解質の注入量とに基づいて前記検出時間の経過後に前記ボイラ水に溶解している前記電解質の濃度を算出し、前記算出された電解質の濃度に基づく前記ボイラ水の電気伝導度の推定値と前記ボイラ水の電気伝導度の測定値とを比較することによって、前記ボイラ水の水質変化を検出する演算手段と
を備えることを特徴とする、ボイラ水の水質管理装置。

【請求項9】

前記ボイラ水に溶存している酸素の量の変化を測定する溶存酸素量測定手段をさらに備え、
前記電解質は、ヒドラジンを含み、
前記演算手段は、前記検出時間における前記酸素との反応によるヒドラジンの減少量を前記測定された酸素の量の変化に基づいて算出し、該算出されたヒドラジンの減少量を除いて前記電解質の濃度を算出することを特徴とする、請求項８に記載のボイラ水の水質管理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボイラ水の水質管理方法および水質管理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＢＴＧ（Boiler, Turbine and Generator）発電設備などボイラを含む設備では、ボイラ水の循環系が構成される。ボイラ水は、ボイラで気化されて蒸気になり、蒸気タービンを駆動した後に凝縮されて水に戻り、再びボイラに送られて循環利用される。配管などの設備の腐食や、スケールの発生による性能低下を防ぐために、循環系を流れるボイラ水の水質管理は重要である。

【0003】

そこで、例えば特許文献１では、循環系を流れるボイラ水の電気伝導率を測定し、これに応じて循環系への給水を制御したり、循環系内への薬品注入量を制御したりする水質管理装置が提案されている。また、特許文献２では、ボイラ水のｐＨ値、電気伝導率、およびシリカ濃度を測定し、測定値に異常があった場合には警報を発してオペレータによる所定の復旧操作を促す水質管理システムが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−２８３７５５号公報

【特許文献2】特開２００８−６４３９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところが、上記の特許文献１，２における電気伝導率やｐＨ値などの測定では、ボイラ水に含まれる水質成分が具体的には特定されない。例えば、ボイラ水には、注入される薬品の成分であるアンモニウムイオン（ＮＨ_４^＋）やリン酸イオン（ＰＯ_４^３−）、不純物である塩化物イオン（Ｃｌ⁻）などが水質成分として含まれるが、それぞれの濃度は、電気伝導率やｐＨ値などの測定ではわからない。結局のところ、そうした個々の水質成分の濃度はサンプルを採取して手分析することで測定される。

【0006】

それゆえ、従来、ボイラ水の具体的な水質成分は、例えば１日に１回、１週間に１回などの手分析の際にしか特定されなかった。従って、個々の水質成分の異常によって発生する障害、例えばリン酸塩のハイドアウト（負荷変化時などにリン酸塩が析出する現象）による配管腐食や、塩化物イオンの増加による腐食を原因とするボイラ配管の噴破やタービン翼損傷を防ぐための迅速な対応が困難であった。

【0007】

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ボイラ水の水質成分を連続的に監視することを可能にする、新規かつ改良されたボイラ水の水質管理方法および水質管理装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、循環するボイラ水の水質管理方法であって、ボイラ水の補給量および排出量を測定するとともに、ボイラ水への電解質の注入量を測定し、ボイラ水の初期水量および電解質の初期濃度と、所定の検出時間におけるボイラ水の補給量および排出量と、検出時間における電解質の注入量とに基づいて検出時間の経過後にボイラ水に溶解している電解質の濃度を算出し、算出された電解質の濃度に基づくボイラ水の電気伝導度の推定値とボイラ水の電気伝導度の測定値とを比較することによって、ボイラ水の水質変化を検出するボイラ水の水質管理方法が提供される。

【0009】

上記のボイラ水の水質管理方法において、電解質は、ヒドラジンを含み、検出時間において熱分解によって減少したヒドラジンの量を除いて電解質の濃度を算出してもよい。

【0010】

上記のボイラ水の水質管理方法において、電解質は、ヒドラジンに加えてアンモニアをさらに含み、検出時間においてヒドラジンの熱分解によって発生したアンモニアの量を加えて電解質の濃度を算出してもよい。なお、電解質は、ヒドラジンを含むことなくアンモニアを含んでもよい。

【0011】

上記のボイラ水の水質管理方法において、電解質は、ヒドラジンを含み、ボイラ水に溶存している酸素の量の変化を測定し、検出時間における酸素との反応によるヒドラジンの減少量を測定された酸素の量の変化に基づいて算出し、該算出されたヒドラジンの減少量を除いて電解質の濃度を算出してもよい。

【0012】

上記のボイラ水の水質管理方法において、ボイラ水の電気伝導度の測定値が、ボイラ水の電気伝導度の推定値に比べて増加した場合に、電解質以外の不純物がボイラ水に混入したと判断してもよい。

【0013】

上記のボイラ水の水質管理方法において、電解質は、リン酸塩を含み、ボイラ水の電気伝導度の測定値が、ボイラ水の電気伝導度の推定値に比べて減少した場合に、リン酸塩が析出していると判断してもよい。

【0014】

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、循環するボイラ水の水質管理装置であって、ボイラ水の補給量および排出量を測定する流量測定手段と、ボイラ水への電解質の注入量を測定する注入量測定手段と、ボイラ水の初期水量および電解質の初期濃度と、所定の検出時間におけるボイラ水の補給量および排出量と、検出時間における電解質の注入量とに基づいて検出時間の経過後にボイラ水に溶解している電解質の濃度を算出し、算出された電解質の濃度に基づくボイラ水の電気伝導度の推定値とボイラ水の電気伝導度の測定値とを比較することによって、ボイラ水の水質変化を検出する演算手段とを含むボイラ水の水質管理装置が提供される。

【0015】

上記のボイラ水の水質管理装置ボイラ水に溶存している酸素の量の変化を測定する溶存酸素量測定手段をさらに含み、電解質は、ヒドラジンを含み、演算手段は、検出時間における酸素との反応によるヒドラジンの減少量を測定された酸素の量の変化に基づいて算出し、該算出されたヒドラジンの減少量を除いて電解質の濃度を算出してもよい。

【0016】

ボイラ水の初期水量および電解質の初期濃度と、所定の検出時間におけるボイラ水の補給量および排出量と、検出時間における電解質の注入量とに基づいて電解質の濃度を算出することで、手分析によらずとも、ボイラ水に含まれる電解質の水質成分の濃度を特定することができる。また、特定された濃度に基づいて推定される電気伝導度と、実際に測定された電気伝導度とを比較すれば、例えば不純物の混入や電解質の析出のような、濃度の推定値と測定値との間に差異を生じる原因となる現象を検出することができる。

【発明の効果】

【0017】

以上説明したように本発明によれば、本発明は、ボイラ水の水質成分を連続的に監視することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態に係るボイラ水循環系の概略的な構成を示す図である。

【図2】ボイラ水の水質成分の濃度と電気伝導度との関係の例を示すグラフである。

【図3】本発明の一実施形態における通常操業時の電気伝導度の推定値と測定値との関係の例を示すグラフである。

【図4】本発明の一実施形態における海水混入時の電気伝導度の推定値と測定値との関係の例を示すグラフである。

【図5】本発明の一実施形態におけるリン酸塩のハイドアウト発生時の電気伝導度の推定値と測定値との関係の例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0020】

（ボイラ水循環系の構成）
図１は、本発明の一実施形態に係るボイラ水循環系の概略的な構成を示す図である。ボイラ水循環系１は、ボイラ２と、タービン３と、復水器４と、給水ポンプ５とを含む。ボイラ水は、ボイラ２で気化されて蒸気になり、タービン３を駆動した後、復水器４で凝縮されて水になり、給水ポンプ５によって再びボイラ２に送られて循環利用される。後述する薬品の濃縮を防止するために、ボイラ２にはブロー弁６が設けられており、ボイラ水の一部を排出する。また、復水器４と給水ポンプ５との間には補給水弁７が設けられており、ボイラ水を補給する。なお、図示された例では、タービン３の負荷として発電機８が接続されている。

【0021】

かかるボイラ水循環系１では、配管などの設備の腐食やスケールの発生による性能低下を防ぐために、ボイラ水の水質を調整するための設備も設けられている。給水ポンプ５の前に設けられる脱気器９は、ボイラ水に溶存している酸素を除去する。また、薬液注入口１０，１１は、ボイラ水に薬品を注入する。薬液注入口１０は、脱気器９の前に設けられ、ｐＨ調整剤および脱酸素剤を注入する。薬液注入口１１は、給水ポンプ５の後に設けられ、清缶剤を注入する。

【0022】

ここで、ボイラ水循環系１においてボイラ水に注入される薬品について、さらに説明する。ｐＨ調整剤は、ボイラ水のｐＨを弱アルカリ性（例えばｐＨ９．０〜９．３程度）に調整するための薬品である。ボイラ水循環系１では、ｐＨ調整剤としてアンモニア（ＮＨ_３）を用いる。脱酸素剤は、ボイラ水に溶存している酸素を除去するための薬品である。ボイラ水循環系１では、脱酸素剤としてヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）を用いる。清缶剤は、ボイラ２の内部やその前後の配管で酸化鉄などのスケールが発生するのを防ぐための薬品である。ボイラ水循環系１では、清缶剤としてリン酸ナトリウム（Ｎａ_３ＰＯ_４）を用いる。

【0023】

さらに、ボイラ水循環系１では、ボイラ水の水質を監視し、上記の薬品の注入量を制御するための設備も設けられている。給水系統サンプリング点１２、缶水系統サンプリング点１３、および蒸気系統サンプリング点１４では、水を採取し、水質管理計器（電気伝導度計、シリカ計など）によって水質を測定する。流量測定器１５，１６は、ボイラ水循環系１から排出されたり、ボイラ水循環系１に補給されたりした水量を測定する。水量は、例えば弁のＣＶ値からの換算によって測定されてもよいし、流量計によって直接測定されてもよい。流量測定器１５はブロー弁６から排出されたボイラ水の量を測定し、流量測定器１６は補給水弁７から補給されたボイラ水の量を測定する。酸素濃度計１７，１８は、ボイラ水に溶存している酸素の量を測定する。酸素濃度計１７は脱気器９の出口に配置され、酸素濃度計１８は脱酸素剤のヒドラジンが注入される薬液注入口１０の手前に配置される。

【0024】

上記の各設備によって取得されるデータを解析してボイラ水に含まれる水質成分の濃度を算出し、薬液注入口１０，１１から注入される薬品の量やブロー弁６から排出されるボイラ水の量を制御してボイラ水の水質を維持するために、演算／制御装置１９が設けられる。演算／制御装置１９は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）がプログラムに従って命令を実行することによってその機能を実現する。具体的には、演算／制御装置１９は、流量測定器１５，１６および酸素濃度計１７，１８の測定値、ならびに薬液注入口１０，１１から注入された各薬品の量に基づいてボイラ水に含まれるリン酸塩、アンモニア、およびヒドラジンの濃度を算出する。演算／制御装置１９は、算出された各水質成分の濃度に基づいて、薬液注入口１０，１１から注入される薬品の量やブロー弁６から排出されるボイラ水の量を制御する。さらに、演算／制御装置１９は、算出結果に基づく電気伝導度と缶水系統サンプリング点１３で採取された水の電気伝導度とを比較することによって、例えばボイラ水への不純物の混入やリン酸塩のハイドアウトの発生などといった水質異常を検出してもよい。

【0025】

以下、演算／制御装置１９におけるボイラ水の水質成分の濃度計算について、さらに説明する。濃度計算の入力値としては、以下に示す値が用いられる。

【0026】

＜ボイラ水の量に関する値＞
Ｑ_０・・・ボイラ水の初期水量（Ｌ）
Ｑ_ｉｎ・・・補給水弁７からの補給水量（Ｌ／ｈ）
Ｑ_ｏｕｔ・・・ブロー弁６からの排出水量（Ｌ／ｈ）
＜リン酸塩の量に関する値＞
Ｃ_Ｐ０・・・ボイラ水の初期リン酸塩濃度（ｇ／Ｌ）
Ｃ_Ｐｆ・・・薬液注入口１１から注入されるリン酸塩の薬品濃度（ｇ／Ｌ）
Ｋ_Ｐ・・・リン酸塩の注入ポンプストローク係数（Ｌ／ｍｍ・ｈ）
Ｓ_Ｐ・・・リン酸塩の注入ポンプストローク長（ｍｍ）
＜アンモニアの量に関する値＞
Ｃ_Ａ０・・・ボイラ水の初期アンモニア濃度（ｇ／Ｌ）
Ｃ_Ａｆ・・・薬液注入口１０から注入されるアンモニアの薬品濃度（ｇ／Ｌ）
Ｋ_Ａ・・・アンモニアの注入ポンプストローク係数（Ｌ／ｍｍ・ｈ）
Ｓ_Ａ・・・アンモニアの注入ポンプストローク長（ｍｍ）
＜ヒドラジンの量に関する値＞
Ｃ_Ｈ０・・・ボイラ水の初期ヒドラジン濃度（ｇ／Ｌ）
Ｃ_Ｈｆ・・・薬液注入口１０から注入されるヒドラジンの薬品濃度（ｇ／Ｌ）
Ｋ_Ｈ・・・ヒドラジンの注入ポンプストローク係数（Ｌ／ｍｍ・ｈ）
Ｓ_Ｈ・・・ヒドラジンの注入ポンプストローク長（ｍｍ）
＜溶存酸素量に関する値＞
Ｏ_１・・・酸素濃度計１７（脱気器９の出口に配置）の測定値（ｇ／Ｌ）
Ｏ_２・・・酸素濃度計１８（薬液注入口１０に配置）の測定値（ｇ／Ｌ）

【0027】

ここで、「ポンプストローク係数」は、薬液注入口１０，１１でそれぞれの薬品を注入するポンプのシリンダ断面積とピストン速度とによって決まる値であり、ポンプのストローク長ごとにどれだけの薬品が注入されるかを示す。薬品の注入量は、ポンプのストローク長を変更することによって調整される。

【0028】

（リン酸塩の濃度計算）
ボイラ水のリン酸塩濃度Ｃ_Ｐ（ｇ／Ｌ）は、以下の式（１）〜（３）を連立方程式として解くことによって算出される。なお、Δｔは検出時間（ｈ）である。

【0029】

Ｍ_Ｐｉｎ＝（Ｋ_Ｐ×Ｓ_Ｐ）×Ｃ_Ｐｆ×Δｔ ・・・（１）
Ｍ_Ｐｏｕｔ＝Ｑ_ｏｕｔ×Ｃ_Ｐ×Δｔ ・・・（２）
Ｃ_Ｐ＝Ｃ_Ｐ０＋（Ｍ_Ｐｉｎ−Ｍ_Ｐｏｕｔ）／（Ｑ_ｉｎ−Ｑ_ｏｕｔ＋Ｑ_０） ・・・（３）

【0030】

式（１）は、検出時間Δｔの間に薬液注入口１１からボイラ水に注入されるリン酸塩の注入量Ｍ_Ｐｉｎ（ｇ）を求める式である。式（２）は、検出時間Δｔの間にブロー弁６からボイラ水とともに排出されるリン酸塩の排出量Ｍ_Ｐｏｕｔ（ｇ）を求める式である。式（３）は、注入量Ｍ_Ｐｉｎおよび排出量Ｍ_Ｐｏｕｔに基づいて、初期状態（ボイラ水の量Ｑ_０、リン酸塩濃度Ｃ_Ｐ０）から検出時間Δｔが経過した後のボイラ水のリン酸塩濃度Ｃ_Ｐを求める式である。

【0031】

（アンモニアの濃度計算）
ボイラ水のアンモニア濃度Ｃ_Ａ（ｇ／Ｌ）は、以下の式（４）〜（７）を連立方程式として解くことによって算出される。

【0032】

Ｍ_Ａｉｎ＝（Ｋ_Ａ×Ｓ_Ａ）×Ｃ_Ａｆ×Δｔ ・・・（４）
Ｍ_Ａｏｕｔ＝Ｑ_ｏｕｔ×Ｃ_Ａ×Δｔ ・・・（５）
Ｍ_Ａｔ＝（Ｋ_Ｈ×Ｓ_Ｈ×Ｃ_Ｈｆ）×（４Ｇ_Ａ／３Ｇ_Ｈ）×Δｔ ・・・（６）
Ｃ_Ａ＝Ｃ_Ａ０＋（Ｍ_Ａｉｎ−Ｍ_Ａｏｕｔ＋Ｍ_Ａｔ）／（Ｑ_ｉｎ−Ｑ_ｏｕｔ＋Ｑ_０） ・・・（７）

【0033】

式（４）および式（５）は、検出時間Δｔの間に薬液注入口１０からボイラ水に注入されるアンモニアの注入量Ｍ_Ａｉｎ（ｇ）と、ブロー弁６からボイラ水とともに排出されるアンモニアの排出量Ｍ_Ａｏｕｔ（ｇ）とを求める式である。

【0034】

一方、式（６）は、検出時間Δｔの間のヒドラジンの熱分解量Ｍ_Ａｔ（ｇ）を求める式である。ヒドラジンは、加熱（３５０℃以上）によって以下の化学反応式（Ａ）に示すように自己分解してアンモニアと窒素とを生じる。ボイラ水循環系１において、ボイラ２で発生する蒸気の温度は５００℃程度であるため、ヒドラジンの熱分解が生じている。
３Ｎ_２Ｈ_４ → ４ＮＨ_３ ＋ Ｎ_２ ・・・（Ａ）

【0035】

そこで、本実施形態におけるアンモニアの濃度計算では、式（６）において、アンモニアの分子量Ｇ_Ａ（ｇ／ｍｏｌ）とヒドラジンの分子量Ｇ_Ｈ（ｇ／ｍｏｌ）とを用いてヒドラジンの熱分解量Ｍ_Ａｔを求め、これを式（７）に反映させる。式（７）は、注入量Ｍ_Ａｉｎ、排出量Ｍ_Ａｏｕｔおよびヒドラジンの熱分解量Ｍ_Ａｔに基づいて、初期状態（ボイラ水の量Ｑ_０、アンモニア濃度Ｃ_Ａ０）から検出時間Δｔが経過した後のボイラ水のアンモニア濃度Ｃ_Ａを求める式である。なお、他の実施形態において、ボイラ水にアンモニアが注入されるがヒドラジンは注入されないような場合、アンモニアの濃度計算にあたってヒドラジンの熱分解量Ｍ_Ａｔは考慮しなくてよい。

【0036】

（ヒドラジンの濃度計算）
ボイラ水のヒドラジン濃度Ｃ_Ｈ（ｇ／Ｌ）は、以下の式（８）〜（１０）を連立方程式として解くことによって算出される。なお、算出には、上記のアンモニアの濃度計算で算出されたヒドラジンの熱分解量Ｍ_Ａｔが用いられる。

【0037】

Ｍ_Ｈｉｎ＝（Ｋ_Ｈ×Ｓ_Ｈ）×Ｃ_Ｈｆ×Δｔ ・・・（８）
Ｍ_Ｈｏｕｔ＝Ｑ_ｏｕｔ×Ｃ_Ｈ×Δｔ＋（Ｏ_１−Ｏ_２）×（Ｑ_ｉｎ−Ｑ_ｏｕｔ＋Ｑ_０）×Δｔ ・・・（９）
Ｃ_Ｈ＝Ｃ_Ｈ０＋（Ｍ_Ｈｉｎ−Ｍ_Ｈｏｕｔ−Ｍ_Ａｔ）／（Ｑ_ｉｎ−Ｑ_ｏｕｔ＋Ｑ_０） ・・・（１０）

【0038】

式（８）は、検出時間Δｔの間に薬液注入口１０からボイラ水に注入されるヒドラジンの注入量Ｍ_Ｈｉｎ（ｇ）を求める式である。式（９）は、検出時間Δｔの間のヒドラジンの排出量Ｍ_Ｈｏｕｔ（ｇ）を求める式であるが、ヒドラジンがボイラ水に溶存している酸素と反応して減少する分を考慮している点で、リン酸塩やアンモニアの排出量を求める式とは異なる。

【0039】

ヒドラジンは、以下の化学反応式（Ｂ）に示すように、酸素と反応して窒素および水を生成する。そこで、本実施形態におけるヒドラジンの濃度計算では、式（９）において、脱気器９を通過した後の溶存酸素濃度Ｏ_１とヒドラジンを注入する前の溶存酸素濃度Ｏ_２とに基づいて反応によって減少したヒドラジンの量を算出し、ブロー弁６からボイラ水とともに排出されるヒドラジンの量と合わせて、ヒドラジンの排出量Ｍ_Ｈｏｕｔとする。
Ｎ_２Ｈ_４ ＋ Ｏ_２ → Ｎ_２ ＋Ｈ_２Ｏ ・・・（Ｂ）

【0040】

式（１０）は、注入量Ｍ_Ｈｉｎ、排出量Ｍ_Ｈｏｕｔおよびヒドラジンの熱分解量Ｍ_Ａｔに基づいて、初期状態（ボイラ水の量Ｑ_０、ヒドラジン濃度Ｃ_Ｈ０）から検出時間Δｔが経過した後のボイラ水のヒドラジン濃度Ｃ_Ｈを求める式である。

【0041】

（水質管理の例）
以下、上記のようにして算出されたボイラ水の水質成分の濃度を用いた水質管理の例について説明する。なお、以下の水質管理の過程では、缶水系統サンプリング点１３で採取された水の電気伝導度の測定値が利用されるが、電気伝導度の測定は周知技術であるため、測定方法についての詳細な説明は省略する。

【0042】

図２は、ボイラ水の水質成分の濃度と電気伝導度との関係の例を示すグラフである。図示されるように、各水質成分については、所定の条件での濃度と電気伝導度との関係が既知である。従って、算出された各水質成分の濃度から、ボイラ水の電気伝導度を推定することができる。以下、この値を電気伝導度の推定値ともいう。なお、図示された例は、リン酸塩についてはｐＨ９．３かつモル比２．６の場合、アンモニアおよびヒドラジンについては温度２５℃の場合である。

【0043】

図３は、本発明の一実施形態における通常操業時の電気伝導度の推定値と測定値との関係の例を示すグラフである。図示されるように、通常操業時は、電気伝導度の推定値と測定値とは、例えば薬液注入口１０，１１からの薬品の注入に対して、ほぼ同様の変化を示す。計算値と測定値との間の誤差は、補給水に含まれる不純物（カルシウムやマグネシウムなど）によって生じるものと考えられる。この誤差は微小であり、図示された例では０．３μＳ／ｃｍ以下である。

【0044】

図４は、本発明の一実施形態における海水混入時の電気伝導度の推定値と測定値との関係の例を示すグラフである。ボイラ水循環系１では、例えば復水器４が海水を用いる場合に、配管からの漏洩（リーク）によって多量の海水がボイラ水に混入する可能性がある。この場合、混入した海水によって塩化物イオンが発生し、電気伝導度の測定値は増加する。ところが、上記の濃度計算では塩化物イオンの濃度が考慮されないため、電気伝導度の推定値は海水の混入によっては変化しない。

【0045】

従って、図示された例のように、電気伝導度の測定値が計算値に比べて増加した場合には、海水の漏洩などによってボイラ水に不純物イオンが混入していると判断し、塩化物イオンの手分析によって漏洩の有無を確認する、ボイラ水のｐＨを維持するために清缶剤（例えばリン酸塩など）を手動で注入する、またはプラントを停止させる、などの処置をとることが適切である。

【0046】

図５は、本発明の一実施形態におけるリン酸塩のハイドアウト発生時の電気伝導度の推定値と測定値との関係の例を示すグラフである。ハイドアウトは、ボイラ負荷が変化した場合などに、ボイラ水に溶存していたリン酸塩が析出する現象である。この場合、リン酸塩が析出するため、ボイラ水のリン酸塩濃度は低下し、従って電気伝導度の測定値は減少する。ところが、上記の濃度計算ではリン酸塩の析出が考慮されていないため、電気伝導度の推定値はハイドアウトの発生によっては変化しない。

【0047】

従って、図示された例のように、電気伝導度の測定値が計算値に比べて減少した場合には、リン酸塩のハイドアウトが発生していると判断し、リン酸塩の注入を停止するとともに、ボイラ負荷を下げることで局所的に析出したリン酸塩を再びボイラ水に溶解する温度まで下げることが適切である。

【0048】

以上、本発明の一実施形態について説明した。なお、計算に用いるそれぞれの値に付された単位は一例であり、例えば続く実施例において示されるように、同じ次元をもつ別の単位が代わりに用いられてもよい。その場合、上記の計算式には、単位を換算するための係数が適宜追加されうる。また、各薬品の注入量は、必ずしも上記の例のようにポンプストローク係数とストローク長とを用いて算出されなくてもよく、例えば流量計によって直接測定されてもよい。

【0049】

また、上記の説明では、ボイラ水にｐＨ調整剤としてアンモニアが、脱酸素剤としてヒドラジンが、清缶剤としてリン酸ナトリウムが注入される実施形態について説明したが、本発明の適用範囲はこのような実施形態に限定されるものではない。本発明の実施形態は、ボイラ水の排出量および補給量、ならびに電解質の初期濃度および注入量に基づいて電解質の濃度を算出するものであるため、他のボイラ水処理方式にも適用可能である。例えば、本発明の実施形態は、ｐＨ調整剤として水酸化ナトリウムなどを用いるアルカリ処理や、ｐＨ調整剤としてもリン酸ナトリウムなどのリン酸塩を用いるリン酸塩処理、ｐＨ調整剤としてアンモニアまたは揮発性のアミンを用い、脱酸素剤としてヒドラジンを用いる揮発性物質処理などにも適用可能である。

【実施例】

【0050】

続いて、本発明の実施形態を適用した水質管理の実施例について説明する。この実施例では、以下のような条件のボイラ水循環系１において、上述した本発明の実施形態に係る水質管理方法を適用した。なお、ボイラ２の蒸発量は４００（ｔ／ｈ）である。

【0051】

＜ボイラ水の量に関する値＞
ボイラ水の初期水量Ｑ_０＝２７０（ｍ^３）
補給水量Ｑ_ｉｎ＝排出水量Ｑ_ｏｕｔ＝０
＜リン酸塩の量に関する値＞
初期リン酸塩濃度Ｃ_Ｐ０＝１．０（ｍｇ／Ｌ）
リン酸塩の薬品濃度Ｃ_Ｐｆ＝１５０（ｇ／Ｌ）
リン酸塩の注入ポンプストローク係数Ｋ_Ｐ＝０．２６７（Ｌ／ｍｍ・ｈ）
リン酸塩の注入ポンプストローク長Ｓ_Ｐ＝２２．５（ｍｍ）
＜アンモニアの量に関する値＞
初期アンモニア濃度Ｃ_Ａ０＝０．６（ｍｇ／Ｌ）
アンモニアの薬品濃度Ｃ_Ａｆ＝２８０（ｇ／Ｌ）
アンモニアの注入ポンプストローク係数Ｋ_Ａ＝０．０９７２（Ｌ／ｍｍ・ｈ）
アンモニアの注入ポンプストローク長Ｓ_Ａ＝１８（ｍｍ）
＜ヒドラジンの量に関する値＞
初期ヒドラジン濃度Ｃ_Ｈ０＝０．０５（ｍｇ／Ｌ）
ヒドラジンの薬品濃度Ｃ_Ｈｆ＝１００（ｇ／Ｌ）
ヒドラジンの注入ポンプストローク係数Ｋ_Ｈ＝０．１２３（Ｌ／ｍｍ・ｈ）
ヒドラジンの注入ポンプストローク長Ｓ_Ｈ＝１５（ｍｍ）
＜溶存酸素量に関する値＞
脱気器９の出口での溶存酸素量Ｏ_１＝０（ｐｐｂ）で一定
薬液注入口１０での溶存酸素量Ｏ_２＝０．３（ｐｐｂ）で一定
＜管理目標値＞
リン酸塩濃度Ｃ_Ｐ＝０．１（ｍｇ／Ｌ）〜３．０（ｍｇ／Ｌ）
アンモニア濃度Ｃ_Ａ＝０．５（ｍｇ／Ｌ）〜１．０５（ｍｇ／Ｌ）
ヒドラジン濃度Ｃ_Ｈ＝０．０１（ｍｇ／Ｌ）以上

【0052】

（リン酸塩の濃度管理）
上記の条件で、薬液注入口１１からリン酸塩を５時間注入した場合、式（１）および式（３）でΔｔ＝５（ｈ）として計算すると、リン酸塩濃度Ｃ_Ｐは１．２８（ｍｇ／Ｌ）になり、初期濃度よりも上昇することがわかる。

【0053】

さらにここで、薬液注入口１１からのリン酸塩の注入を停止し（ポンプストローク長Ｓ_Ｐ＝０（ｍｍ）にする）、ボイラ２でのブロー率を１％、つまりＱ_ｉｎ＝Ｑ_ｏｕｔ＝４（ｔ／ｈ）にして、３時間ブローした場合、式（２）および式（３）でΔｔ＝３（ｈ）として計算すると、リン酸塩濃度Ｃ_Ｐは０．９５６（ｍｇ／Ｌ）まで低下することがわかる。

【0054】

このように、ボイラ水のリン酸塩濃度が連続的に監視されることによって、リン酸塩濃度を管理目標値の範囲内に維持するように注入ポンプのストローク長やブロー弁６からのボイラ水排出量を自動的に制御することができる。

【0055】

なお、上記の濃度計算は、従来の手分析による濃度測定と併用されてもよい。例えば、リン酸濃度の計算値が、手分析による濃度測定値よりも、計器誤差の範囲を超えて大きい場合（例えば、計算値が１．０（ｍｇ／Ｌ）であり、測定値が０．８（ｍｇ／Ｌ）であるような場合）、リン酸塩のハイドアウトが発生していると推定される。上述の通り、濃度計算ではリン酸塩の析出は考慮されていないため、計算値と測定値との差分のリン酸塩が析出していると推定されるためである。この場合、リン酸塩の注入を停止するとともに、ボイラ負荷を下げることで局所的に析出したリン酸塩を再びボイラ水に溶解する温度まで下げることが適切である。

【0056】

（ヒドラジンの濃度管理）
上記の条件で、薬液注入口１０からヒドラジンを３時間注入した場合、式（６）および式（８）〜式（１０）でΔｔ＝３（ｈ）として計算すると、ヒドラジン濃度Ｃ_Ｈは０．０８４（ｍｇ／Ｌ）になり、初期濃度よりも上昇することがわかる。

【0057】

さらにここで、薬液注入口１０からのヒドラジンの注入を停止し（ポンプストローク長Ｓ_Ｈ＝０（ｍｍ）にする）、ボイラ２でのブロー率を１％、つまりＱ_ｉｎ＝Ｑ_ｏｕｔ＝４（ｔ／ｈ）にして、３時間ブローした場合、式（６）および式（８）〜式（１０）でΔｔ＝３（ｈ）として計算すると、ヒドラジン濃度Ｃ_Ｈは０．４７５（ｍｇ／Ｌ）まで低下することがわかる。

【0058】

このように、ボイラ水のヒドラジン濃度が連続的に監視されることによって、ヒドラジン濃度を管理目標値の範囲内に維持するように注入ポンプのストローク長やブロー弁６からのボイラ水排出量を自動的に制御することができる。

【0059】

（アンモニアの濃度管理）
上記の条件で、薬液注入口１０からアンモニアおよびヒドラジンを３時間注入した場合、式（４）〜（７）でΔｔ＝３（ｈ）として計算すると、アンモニア濃度Ｃ_Ａは０．６９（ｍｇ／Ｌ）になり、初期濃度よりも上昇することがわかる。
さらにここで、薬液注入口１０からのアンモニアおよびヒドラジンの注入を停止し（ポンプストローク長Ｓ_Ａ＝Ｓ_Ｈ＝０（ｍｍ）にする）、ボイラ２でのブロー率を１％、つまりＱ_ｉｎ＝Ｑ_ｏｕｔ＝４（ｔ／ｈ）にして、３時間ブローした場合、式（４）〜式（７）でΔｔ＝３（ｈ）として計算すると、アンモニア濃度Ｃ_Ａは０．５７４（ｍｇ／Ｌ）まで低下することがわかる。

【0060】

このように、ボイラ水のアンモニア濃度が連続的に監視されることによって、アンモニア濃度を管理目標値の範囲内に維持するように注入ポンプのストローク長やブロー弁６からのボイラ水排出量を自動的に制御することができる。

【0061】

なお、アンモニア濃度Ｃ_Ａの算出では、上述したヒドラジンの熱分解によるアンモニアの発生のために、ヒドラジンの注入量が条件として必要になる。一方、ヒドラジンの熱分解に関与しないリン酸塩濃度Ｃ_Ｐの算出や、熱分解によって減る側であるヒドラジン濃度Ｃ_Ｈの算出では、対象以外の薬品の注入量は必ずしも必要ではない。

【0062】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0063】

１ ボイラ水循環系
２ ボイラ
３ タービン
４ 復水器
５ 給水ポンプ
６ ブロー弁
７ 補給水弁
８ 発電機
９ 脱気器
１０，１１ 薬液注入口
１２ 給水系統サンプリング点
１３ 缶水系統サンプリング点
１４ 蒸気系統サンプリング点
１５，１６ 流量測定器
１７，１８ 酸素濃度計
１９ 演算／制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】