特許第6937217号(P6937217)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許6937217給水系統における海水の漏洩検出装置及び方法並びに蒸気タービンプラント
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(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】6937217
(24)【登録日】2021年9月1日
(45)【発行日】2021年9月22日
(54)【発明の名称】給水系統における海水の漏洩検出装置及び方法並びに蒸気タービンプラント
(51)【国際特許分類】
   F22B 37/38 20060101AFI20210909BHJP
   F01K 23/10 20060101ALI20210909BHJP
   F01K 9/00 20060101ALI20210909BHJP
   F22B 37/52 20060101ALI20210909BHJP
【FI】
   F22B37/38 D
   F01K23/10 F
   F01K9/00 G
   F22B37/52 B
【請求項の数】9
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2017-201301(P2017-201301)
(22)【出願日】2017年10月17日
(65)【公開番号】特開2019-74274(P2019-74274A)
(43)【公開日】2019年5月16日
【審査請求日】2020年7月20日
(73)【特許権者】
【識別番号】514030104
【氏名又は名称】三菱パワー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】木戸 遥
(72)【発明者】
【氏名】濱崎 彰弘
(72)【発明者】
【氏名】金留 正人
【審査官】 河野 俊二
(56)【参考文献】
【文献】 特開2016−031154(JP,A)
【文献】 特開2009−243972(JP,A)
【文献】 国際公開第2014/129244(WO,A1)
【文献】 特開2017−154049(JP,A)
【文献】 特開2015−148411(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F22B 37/38
F01K 23/10
F01K 9/00
F22B 37/52
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
排ガスの排熱により蒸気を生成する蒸気ドラムを有する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンから排出された蒸気を海水により冷却して生成された給水を前記排熱回収ボイラに戻す復水器と、
を備える蒸気タービンプラントにおいて、
給水ラインにおける前記蒸気ドラムより上流側で給水にpH調整剤を添加するpH調整剤添加装置と、
前記蒸気ドラムにおけるドラム水の酸電気伝導率を計測する酸電気伝導率計と、
前記排熱回収ボイラにおけるドラム水のpH値が予め設定された所定値以上のアルカリ性となるように前記pH調整剤添加装置を制御すると共にドラム水のpH値が前記所定値以上に維持された状態で前記酸電気伝導率計が計測した酸電気伝導率に基づいてドラム水の塩素イオン濃度を算出して海水の漏洩検出を判定する制御装置と、
を備えることを特徴とする給水系統における海水の漏洩検出装置。
【請求項2】
前記給水ラインにおけるpH調整剤の添加位置より下流側の給水またはドラム水のpH値を計測するpH計測装置が設けられ、前記制御装置は、前記pH計測装置の計測結果に基づいて前記pH調整剤添加装置を制御することを特徴とする請求項1に記載の給水系統における海水の漏洩検出装置。
【請求項3】
前記pH計測装置は、前記蒸気ドラムにおけるドラム水のpH値を計測することを特徴とする請求項2に記載の給水系統における海水の漏洩検出装置。
【請求項4】
前記排熱回収ボイラは、処理する給水の圧力の異なる1つ以上のユニットを有し、前記酸電気伝導率計は、少なくとも最も高圧の前記ユニットにおける前記蒸気ドラム内のドラム水の酸電気伝導率を計測することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の給水系統における海水の漏洩検出装置。
【請求項5】
前記蒸気ドラム内のドラム水を排出する排水ラインが設けられ、前記制御装置は、ドラム水の塩素イオン濃度が予め設定された限界値を超えたときに、前記排水ラインを開放することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の給水系統における海水の漏洩検出装置。
【請求項6】
前記pH調整剤添加装置が添加するpH調整剤は、アルカリ性の揮発性の物質であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の給水系統における海水の漏洩検出装置。
【請求項7】
前記pH調整剤添加装置が添加するpH調整剤は、アンモニア、ヒドラジン、モノエタノールアミン、モルホリンの少なくとも一つを含むアミン類であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の給水系統における海水の漏洩検出装置。
【請求項8】
復水器からボイラへの給水ラインの給水にpH調整剤を添加する工程と、
前記ボイラにおける蒸気ドラム内のドラム水のpH値が予め設定された所定値以上のアルカリ性となるようにpH調整剤の添加量を調整する工程と、
ドラム水の酸電気伝導率を計測する工程と、
ドラム水のpH値が前記所定値以上に維持された状態で計測された酸電気伝導率に基づいてドラム水の塩素イオン濃度を算出して海水の漏洩検出を判定する工程と、
を有することを特徴とする給水系統における海水の漏洩検出方法。
【請求項9】
排ガスの排熱により蒸気を生成する蒸気ドラムを有する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンから排出された蒸気を海水により冷却して生成された給水を前記排熱回収ボイラに戻す復水器と、
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の給水系統における海水の漏洩検出装置と、
を備えることを特徴とする蒸気タービンプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンを備えるコンバインドサイクルプラントにおいて、給水系統への海水の漏洩を検出する給水系統における海水の漏洩検出装置及び方法、並びに、給水系統における海水の漏洩検出装置が適用される蒸気タービンプラントに関するものである。
【背景技術】
【0002】
コンバインドサイクルプラントは、まず、天然ガスなどを燃料としてガスタービンを駆動して1回目の発電を行い、次に、排熱回収ボイラがガスタービンの排ガスの熱を回収して蒸気を生成し、この蒸気により蒸気タービンを駆動して2回目の発電を行うものである。また、コンバインドサイクルプラントにて、蒸気タービンを駆動した使用済の蒸気は、復水器により冷却されて復水となり、排熱回収ボイラに戻される。この復水器は、海水を用いて蒸気を冷却している。
【0003】
ところで、復水器は、海水が流れる冷却管が何らかの原因で損傷すると、海水が復水に混入することがある。すると、排熱回収ボイラの給水系統における蒸発器のドラムで海水成分が濃縮されると共に、塩化マグネシウムが加水分解して水酸化マグネシウムを生成されて沈殿する。この水酸化マグネシウムは、給水管の内壁にスケーリングを生成し、伝熱阻害や腐食などの不具合事象を引き起こすおそれがある。また、塩化マグネシウムから遊離した塩化物イオンにより塩酸が生成され、ドラム水のpHを低下させ、給水管を腐食させるおそれがある。
【0004】
このような問題を解決する技術として、例えば、下記特許文献1に記載されたものがある。この特許文献1に記載された技術は、復水器出口側における復水の酸電気伝導率を取得し、酸電気伝導率に基づいて所定の給水流量に対するドラム水のCl濃度を所定のCl濃度に収めるためのドラム水ブロー流量を特定し、特定したドラム水ブロー流量となるようにドラム水ブロー流量を制御するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2016−031154号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述した従来の技術では、復水器出口側における復水の酸電気伝導率を取得し、酸電気伝導率に基づいてCl濃度を推定している。ところが、海水が復水に混入したとき、その混入量が微小であると、復水におけるCl濃度が低く、酸電気伝導率の検出限界付近の領域では取得した復水の酸電気伝導率に基づいてCl濃度を高精度に推定することが困難であった。
【0007】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、給水への海水の漏洩量に拘わらずその漏洩の有無を高精度に検出可能とする給水系統における海水の漏洩検出装置及び方法並びに蒸気タービンプラントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の目的を達成するための本発明の給水系統における海水の漏洩検出装置は、排ガスの排熱により蒸気を生成する蒸気ドラムを有する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出された蒸気を海水により冷却して生成された給水を前記排熱回収ボイラに戻す復水器と、を備える蒸気タービンプラントにおいて、給水ラインにおける前記蒸気ドラムより上流側で給水にpH調整剤を添加するpH調整剤添加装置と、前記蒸気ドラムにおけるドラム水の酸電気伝導率を計測する酸電気伝導率計と、前記排熱回収ボイラにおけるドラム水のpH値が予め設定された所定値以上のアルカリ性となるように前記pH調整剤添加装置を制御すると共に前記酸電気伝導率計が計測した酸電気伝導率に基づいてドラム水の塩素イオン濃度を算出して海水の漏洩検出を判定する制御装置と、を備えることを特徴とするものである。
【0009】
海水が混入した復水は、蒸発器のドラムで海水成分が濃縮されることから、このドラム内のドラム水の酸電気伝導率を計測することが有効であるが、通常、蒸発器のドラムは、水質管理pH調整の目的でリン酸が注入されており、このリン酸が妨害成分となってドラム水の酸電気伝導率を計測することが困難となる。そこで、上記の制御を行うことにより、ドラム水のpH調整剤として従来使われていたりん酸の注入が不要になり、りん酸による妨害無くドラム水の酸電気伝導率を計測することが可能となる。この酸電気伝導率に基づいてドラム水の塩素イオン濃度を算出して海水の漏洩を高精度に検出することができる。海水漏洩が生じている場合、蒸気ドラムでは海水成分が濃縮されるため、蒸気ドラム以外の箇所の酸電気伝導度を測定する場合と比べ、ドラム水の酸電気伝導度を測定する方が給水への海水の漏洩を早期に、且つ、高精度に検出することができる。
【0010】
本発明の給水系統における海水の漏洩検出装置では、前記給水ラインにおけるpH調整剤の添加位置より下流側の給水またはドラム水のpH値を計測するpH計測装置が設けられ、前記制御装置は、前記pH計測装置の計測結果に基づいて前記pH調整剤添加装置を制御することを特徴としている。
【0011】
従って、pH調整剤の添加後の給水またはドラム水のpH値をフィードバックしてpH調整剤の添加量を制御することから、給水のpH値を高精度に管理することができる。
【0012】
本発明の給水系統における海水の漏洩検出装置では、前記pH計測装置は、前記蒸気ドラムにおけるドラム水のpH値を計測することを特徴としている。
【0013】
従って、蒸気ドラムで濃縮されたドラム水のpH値をフィードバックしてpH調整剤の添加量を制御することから、給水のpH値をより高精度に管理することができる。
【0014】
本発明の給水系統における海水の漏洩検出装置では、前記排熱回収ボイラは、処理する給水の圧力の異なる1つ以上のユニットを有し、前記酸電気伝導率計は、少なくとも最も高圧の前記ユニットにおける前記蒸気ドラム内のドラム水の酸電気伝導率を計測することを特徴としている。
【0015】
従って、最も高圧のユニットにおける蒸気ドラム内で高圧で濃縮されたドラム水の酸電気伝導率を計測することから、短時間で高濃度に濃縮されたドラム水の酸電気伝導率を計測することとなり、給水への海水の漏洩の有無を高精度に検出することができる。
【0016】
本発明の給水系統における海水の漏洩検出装置では、前記蒸気ドラム内のドラム水を排出する排水ラインが設けられ、前記制御装置は、ドラム水の塩素イオン濃度が予め設定された限界値を超えたときに、前記排水ラインを開放することを特徴としている。
【0017】
従って、ドラム水の塩素イオン濃度が限界値を超えたとき、排水ラインを開放することで蒸気ドラム内のドラム水を排出するため、給水ラインにおける給水の塩素イオン濃度を低下させることができる。
【0018】
本発明の給水系統における海水の漏洩検出装置では、前記pH調整剤添加装置が添加するpH調整剤は、アルカリ性の揮発性物質であることを特徴としている。
【0019】
従って、アルカリ性の揮発性物質であるpH調整剤は、蒸発ドラム内に残留成分が濃縮しないことに加え、 復水器の真空ポンプで給水系統外へ排出されるため、薬注装置から微量に排出される分をバランスすることで、給水系統内の薬品濃度を一定に保ち、pHを制御することができる。
【0020】
本発明の給水系統における海水の漏洩検出装置では、前記pH調整剤添加装置が添加するpH調整剤は、アンモニア、ヒドラジン、モノエタノールアミン、モルホリンの少なくとも一つを含むアミン類であることを特徴としている。
【0021】
従って、最適なpH調整剤を選択することができる。
【0022】
また、本発明の給水系統における海水の漏洩検出方法は、復水器からボイラへの給水ラインの給水にpH調整剤を添加する工程と、前記ボイラにおける蒸気ドラム内のドラム水のpH値が予め設定された所定値以上のアルカリ性となるようにpH調整剤の添加量を調整する工程と、ドラム水の酸電気伝導率を計測する工程と、酸電気伝導率に基づいてドラム水の塩素イオン濃度を算出して海水の漏洩検出を判定する工程と、を有することを特徴とするものである。
【0023】
従って、蒸気ドラム内で濃縮されたドラム水の酸電気伝導率を計測するため、海水が給水に漏洩した場合、蒸気ドラム内のドラム水における塩素イオン濃度が高くなることから、給水への海水の漏洩量に拘わらずその漏洩の有無を高精度に検出することができる。
【0024】
また、本発明の蒸気タービンプラントは、排ガスの排熱により蒸気を生成する蒸気ドラムを有する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出された蒸気を海水により冷却して生成された給水を前記排熱回収ボイラに戻す復水器と、前記給水系統における海水の漏洩検出装置と、を備えることを特徴とするものである。
【0025】
従って、蒸気ドラム内で濃縮されたドラム水の酸電気伝導率を計測することとなり、海水が給水に漏洩した場合、蒸気ドラム内のドラム水における塩素イオン濃度が高くなることから、給水への海水の漏洩量に拘わらずその漏洩の有無を高精度に検出することができる。
【発明の効果】
【0026】
本発明の給水系統における海水の漏洩検出装置及び方法並びに蒸気タービンプラントによれば、給水への海水の漏洩量に拘わらずその漏洩の有無を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
図1図1は、本実施形態の給水系統における海水の漏洩検出装置が適用されたコンバインドサイクルプラントを表す概略構成図である。
図2図2は、酸電気伝導率に対する塩素イオン濃度を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る給水系統における海水の漏洩検出装置及び方法並びに蒸気タービンプラントの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。なお、本発明における「蒸気タービンプラント」とは、蒸気タービンによる発電機能を具えたプラントを意味しており、蒸気タービン単体で発電を行うプラントも、蒸気タービンと他の発電手段を組み合わせたコンバインドサイクルプラントも含む概念である。
【0029】
図1は、本実施形態の給水系統における海水の漏洩検出装置が適用されたコンバインドサイクルプラントを表す概略構成図である。
【0030】
本実施形態において、図1に示すように、コンバインドサイクルプラント10は、ガスタービン11と、排熱回収ボイラ(HRSG)12と、蒸気タービン13と、発電機14とを備えている。
【0031】
ガスタービン11は、圧縮機21と、燃焼器22と、タービン23とを有しており、圧縮機21とタービン23は、ロータ(回転軸)24により一体回転可能に連結されている。圧縮機21は、空気取り込みラインL1から取り込んだ空気Aを圧縮して圧縮空気ACを生成する。燃焼器22は、圧縮機21から圧縮空気供給ラインL2を通して供給された圧縮空気ACと、燃料ガス供給ラインL3から供給された燃料ガスFとを混合して燃焼する。タービン23は、燃焼器22から燃焼ガス供給ラインL4を通して供給された燃焼ガスFGにより回転駆動する。
【0032】
排熱回収ボイラ12は、ガスタービン11(タービン23)から排ガス排出ラインL5を介して排出された排ガスEGの排熱によって蒸気(過熱蒸気)Sを発生させるものである。排熱回収ボイラ12は、後述する低圧ユニット41と、中圧ユニット42と、高圧ユニット43と、再熱器44とを有している。この排熱回収ボイラ12は、ガスタービン11から供給された排ガスEGが内部を上方に移送することで、高圧ユニット43、中圧ユニット42、低圧ユニット41の順に排ガスEGから熱回収を行って蒸気Sを発生させる。そして、排熱回収ボイラ12は、蒸気Sを生成した使用済の排ガスEGを排出する排ガス排出ラインL6を介して煙突45が連結されている。
【0033】
蒸気タービン13は、排熱回収ボイラ12により生成された蒸気Sにより駆動するものである。蒸気タービン13は、高圧タービン31と、中圧タービン32と、低圧タービン33とを有している。高圧タービン31と中圧タービン32と低圧タービン33は、回転軸34上に連結され、回転軸34がガスタービン11のロータ24と一直線状をなして連結されている。そして、発電機14は、回転軸34上に連結されている。蒸気タービン13は、低圧タービン33を駆動した蒸気を冷却する復水器35が設けられている。復水器35は、低圧タービン33から排出された使用済の蒸気Sを冷却して復水(給水W)とするものであり、蒸気を海水SWで冷却する冷却水ラインL7が設けられている。復水器35は、生成した復水を給水Wとして給水ラインL11を介して排熱回収ボイラ12に供給する。給水ラインL11は、復水ポンプ36と復水弁37が設けられている。
【0034】
排熱回収ボイラ12において、低圧ユニット41は、低圧節炭器51と、低圧ドラム52と、低圧蒸発器53と、低圧過熱器54とを有している。給水ラインL11は、復水ポンプ36と復水弁37より下流側に低圧給水ラインL12が設けられており、給水Wがこの低圧給水ラインL12を介して低圧節炭器51に送られる。低圧節炭器51は、給水Wを加熱し、加熱された給水Wが低圧ドラム52に送られる。低圧蒸発器53は、低圧ドラム52の給水W(以下、ドラム水W1)を加熱して低圧ドラム52に戻す。低圧ドラム52の低圧蒸気LSは、低圧過熱器54に送られ、ここで過熱される。
【0035】
中圧ユニット42は、中圧節炭器61と、中圧ドラム62と、中圧蒸発器63と、中圧過熱器64とを有している。低圧給水ラインL12は、下流側で分岐する中圧給水ラインL13が設けられており、給水Wがこの中圧給水ラインL13を介して中圧節炭器61に送られる。中圧給水ラインL13は、給水ポンプ65が設けられている。中圧節炭器61は、給水Wを加熱し、加熱された給水Wが中圧ドラム62に送られる。中圧蒸発器63は、中圧ドラム62の給水W(以下、ドラム水W2)を加熱して中圧ドラム62に戻す。中圧ドラム62の中圧蒸気MSは、中圧過熱器64に送られ、ここで過熱される。
【0036】
高圧ユニット43は、高圧節炭器71と、高圧ドラム72と、高圧蒸発器73と、高圧過熱器74とを有している。中圧給水ラインL13は、給水ポンプ65より下流側で分岐する高圧給水ラインL14が設けられており、給水Wがこの高圧給水ラインL14を介して高圧節炭器71に送られる。高圧節炭器71は、給水Wを加熱し、加熱された給水Wが高圧ドラム72に送られる。高圧蒸発器73は、高圧ドラム72の給水W(以下、ドラム水W3)を加熱して高圧ドラム72に戻す。高圧ドラム72の高圧蒸気HSは、高圧過熱器74に送られ、ここで過熱される。
【0037】
そして、高圧過熱器74の高圧蒸気HSを高圧タービン31に供給する高圧蒸気供給ラインL15が設けられると共に、高圧タービン31で使用されて降圧された中圧蒸気MSを再熱器44に戻す中圧蒸気回収ラインL16が設けられている。高圧蒸気供給ラインL15は、高圧主蒸気止弁75が設けられている。また、中圧過熱器64の中圧蒸気MSをこの中圧蒸気回収ラインL16に供給する中圧蒸気供給ラインL17が設けられている。更に、再熱器44で過熱された中圧蒸気MSを中圧タービン32に供給する中圧蒸気供給ラインL18が設けられると共に、中圧タービン32で使用されて降圧された低圧蒸気LSを低圧タービン33に搬送する低圧蒸気搬送ラインL19が設けられている。中圧蒸気供給ラインL18は、再熱蒸気止弁66が設けられている。そして、低圧過熱器54に発生した低圧蒸気LSを低圧蒸気搬送ラインL19に供給する低圧蒸気供給ラインL20が設けられている。
【0038】
そのため、コンバインドサイクルプラント10の稼働時、ガスタービン11にて、圧縮機21は空気を圧縮し、燃焼器22は供給された圧縮空気ACと燃料ガスFとを混合して燃焼する。タービン23は燃焼器22から供給された燃焼ガスFGにより回転駆動する。また、ガスタービン11(タービン23)から排出された排ガスEXは、排熱回収ボイラ12に送られ、排熱回収ボイラ12は蒸気Sを生成し、蒸気Sが蒸気タービン13に送られる。高圧タービン31と中圧タービン32と低圧タービン33は、この蒸気Sにより回転駆動する。そして、ガスタービン11と蒸気タービン13の同軸上に配置された発電機14が発電を行う。一方、蒸気タービン13で使用された蒸気Sは、復水器35で冷却されて復水となり、給水Wとして排熱回収ボイラ12に戻される。
【0039】
ところで、復水器35は、蒸気Sを海水SWにより冷却して復水(給水W)とすることから、内部に冷却水ラインL7を構成する多数の冷却水管が配置されている。この冷却水管が何らかの原因で損傷すると、冷却水管を流れる海水が復水器35の復水に混入する。すると、排熱回収ボイラ12の給水系統に海水成分が混入し、伝熱阻害や腐食などの不具合事象を引き起こすおそれがある。そのため、復水器35における海水の漏洩を検出し、その対策を実施する必要がある。
【0040】
そのため、本実施形態の給水系統における海水の漏洩検出装置は、アンモニア添加装置(pH調整剤添加装置)81と、pH計測装置82,83と、酸電気伝導率計84と、排水装置85,86,87と、制御装置88とを備えている。
【0041】
アンモニア添加装置81は、給水ラインL11における各ドラム(蒸気ドラム)52,62,72より上流側で、復水ポンプ36と復水弁37の間の給水WにpH調整剤としてのアルカリ性、且つ、揮発性の薬品、本実施形態では、アンモニアを添加するものである。なお、本発明のpH調整剤添加装置が添加するpH調整剤は、アンモニアに限らず、アンモニア、ヒドラジン、モノエタノールアミン、モルホリンの少なくとも一つを含むアミン類であればよい。pH計測装置82は、給水ラインL11におけるアンモニア添加装置81によるアンモニアの添加位置より下流側で、低圧節炭器51と復水弁37との間の給水WのpH値を計測するものである。pH計測装置83は、給水ラインL11における高圧ドラム72内のドラム水W3のpH値を計測するものである。なお、pH計測装置83は、高圧ドラム72内のドラム水W3のpH値を計測するものに限定されることはなく、低圧ドラム52や中圧ドラム62内のドラム水W1,W2のpH値を計測するものとしてもよい。
【0042】
酸電気伝導率計84は、高圧ユニット43に設けられており、この高圧ユニット43における高圧ドラム(蒸気ドラム)72内のドラム水W3の酸電気伝導率を計測するものである。排熱回収ボイラ12は、処理する給水Wの圧力の異なる1つ以上のユニット(本実施形態では、3つのユニット41,42,43)を有しており、酸電気伝導率計84は、少なくとも最も高圧のユニット、つまり、高圧ユニット43における高圧ドラム72内のドラム水の酸電気伝導率を計測する。高圧ドラム72内のドラム水W3は、最も濃縮度が高くなるため、海水漏洩が生じたときに一番酸電気伝導率(塩素濃度)が高くなるため、高感度で漏洩検出が可能となる。なお、酸電気伝導率計84を高圧ドラム72に設けると共に、低圧ユニット41や中圧ユニット42に設け、各ユニット41,42における低圧ドラム52内のドラム水W1や中圧ドラム62内のドラム水W2の酸電気伝導率を計測するように構成してもよい。また、全てのドラム52,62,72内のドラム水W1,W2,W3の酸電気伝導率を計測するように構成してもよい。
【0043】
排水装置85,86,87は、低圧ユニット41と中圧ユニット42と高圧ユニット43の各ドラム52,62,72に設けられた排水ライン85a,86a,87aと、各排水ライン85a,86a,87aに設けられた開閉弁85b,86b,87bとから構成されている。
【0044】
制御装置88は、pH計測装置82,83の計測結果(給水W及びドラム水W3のpH値)と、酸電気伝導率計84の計測結果(給水W及びドラム水W3の酸電気伝導率)とが入力され、アンモニア添加装置81と、排水装置85,86,87(開閉弁85b,86b,87b)を制御可能となっている。即ち、制御装置88は、pH計測装置82,83が計測した給水Wやドラム水W3のpH値が予め設定された所定値以上のアルカリ性となるようにアンモニア添加装置81を制御すると共に、酸電気伝導率計84が計測した酸電気伝導率に基づいてドラム水W3の塩素イオン濃度を算出して海水の漏洩検出を判定する。そして、制御装置88は、ドラム水W3の塩素イオン濃度が予め設定された限界値を超えたときに、各排水ライン85a,86a,87aの開閉弁85b,86b,87bを開放する。なお、制御装置88は、pH計測装置82,83のいずれか一方が計測した給水Wまたはドラム水W3のpH値に基づいてアンモニア添加装置81を制御してもよい。
【0045】
ここで、予め設定されたドラム水W3の所定値(下限値)とは、例えば、pH9.4であって、上限値は、pH10.0である。そのため、制御装置88は、ドラム水W3pH値がpH9.4を下回ると、アンモニア添加装置81を制御して給水Wへのアンモニアの添加を開始、または、給水Wへのアンモニアの添加量を増加する一方、ドラム水W3のpH値がpH10.0を上回ると、アンモニア添加装置81を制御して給水WへのpH調整剤の添加を停止、または、給水Wへのアンモニアの添加量を減少する。
【0046】
制御装置88は、ドラム水W3のpH値がpH9.4からpH10.0に維持された状態で、酸電気伝導率計84が計測した酸電気伝導率に基づいてドラム水W3の塩素イオン濃度を算出し、塩素イオン濃度に基づいて海水の漏洩検出を判定する。この場合、ドラム水W3の酸電気伝導率とドラム水W3の塩素イオン濃度との関係を予め実験などにより求めておく。
【0047】
例えば、給水Wへの海水漏洩時に、高圧ドラム72における塩素イオンの1時間当たりの濃縮率は、下記数式(1)により求めることができる。
【数1】
また、酸電気伝導率と塩素イオン濃度との関係は、下記数式(2)により求めることができる。
【数2】
ここで、正負のイオンは等しいので、下記数式(3)となる。
【数3】
また、水の解離平衡から、下記数式(4)により求めることができる。ここで、Kwは、解離定数10−14[mol/L]である。
【数4】
そして、数式(1)〜(4)を[H]について解くと、下記数式(5)を得る。
【0048】
【数5】
このように塩素イオン濃度[mg/L]が決まると、以下の通りに各種イオン濃度を算出することができる。そのため、酸電気伝導率は、下記数式(6)により求めることができる。
【数6】
Λ(H):水素イオンの当量イオン伝導率349.7[S・cm/mol当量]
Λ(Cl):塩素イオンの当量イオン伝導率76.3[S・cm2/mol当量]
Λ(OH):水酸イオンの当量イオン伝導率198[S・cm2/mol当量]
【0049】
図2は、酸電気伝導率に対する塩素イオン濃度を表すグラフである。上述したように算出した酸電気伝導率と塩素イオン濃度との関係は、実際に計測した酸電気伝導率と塩素イオン濃度との関係との相関がほぼ一致していることから、図2に示すような酸電気伝導率に対する塩素イオン濃度を表すグラフを設定することができる。この酸電気伝導率と塩素イオン濃度の相関情報については、制御装置88内にある記憶装置(図示省略)に記憶される。
【0050】
そのため、図1に示すように、コンバインドサイクルプラント10の稼働時、蒸気タービン13で使用された蒸気Sは、復水器35で冷却されて復水となり、給水Wとして排熱回収ボイラ12に戻される。このとき、アンモニア添加装置81は、給水ラインL11を流れる給水Wにアンモニアを添加する。pH計測装置82は、給水WのpH値を計測し、pH計測装置83は、ドラム水W3のpH値を計測する。制御装置88は、計測したドラム水W3のpH値が予め設定されたpH領域(pH9.4からpH10.0)に入るようにアンモニア添加装置81を制御する。なお、事前に実験等により給水WのpH値とドラム水W3のpH値との関係を求め、ドラム水W3のpH値を計測せずに給水WのpH値だけを計測し、この給水WのpH値に基づいてドラム水W3のpH値を推定してもよい。また、このとき、酸電気伝導率計84は、高圧ドラム72のドラム水W3の酸電気伝導率を計測し、制御装置88は、計測したドラム水W3の酸電気伝導率に基づいて図2の相関図を用いてドラム水W3の塩素イオン濃度を算出し、海水の漏洩検出を判定する。ここで、制御装置88は、ドラム水W3の塩素イオン濃度が予め設定された限界値を超えたときに、各排水ライン85a,86a,87aの開閉弁85b,86b,87bを開放する。
【0051】
このように本実施形態の給水系統における海水の漏洩検出装置にあっては、排ガスEGの排熱により蒸気Sを生成する高圧ドラム72を有する排熱回収ボイラ12と、排熱回収ボイラ12により生成された蒸気Sにより駆動する蒸気タービン13と、蒸気タービン13から排出された蒸気Sを海水SWにより冷却して生成された給水Wを排熱回収ボイラ12に戻す復水器35とを備え、給水ラインL11における高圧ドラム72より上流側で給水Wにアンモニア(pH調整剤)を添加するアンモニア添加装置81と、高圧ドラム72内のドラム水W3の酸電気伝導率を計測する酸電気伝導率計84と、排熱回収ボイラ12におけるドラム水W3のpH値が予め設定された所定値以上のアルカリ性となるようにアンモニア添加装置81を制御すると共に酸電気伝導率計84が計測した酸電気伝導率に基づいてドラム水W#の塩素イオン濃度を算出して海水SWの漏洩検出を判定する制御装置88とを設けている。
【0052】
従って、海水SWが混入した給水Wは、高圧蒸発器73の高圧ドラム72で海水成分が濃縮されることから、この高圧ドラム72内のドラム水W3の酸電気伝導率を計測することが有効であるが、通常、高圧ドラム72は、水質管理pH調整の目的でリン酸が注入されており、このリン酸が妨害成分となってドラム水W3の酸電気伝導率を計測することが困難となる。そこで、上記の制御を行うことにより、ドラム水W3のpH調整剤として従来使われていたりん酸の注入が不要になり、りん酸による妨害無くドラム水W3の酸電気伝導率を計測することが可能となる。この酸電気伝導率に基づいてドラム水W3の塩素イオン濃度を算出して海水SWの漏洩を高精度に検出することができる。海水漏洩が生じている場合、高圧ドラム72では海水成分が濃縮されるため、高圧ドラム72以外の箇所の酸電気伝導度を測定する場合と比べ、ドラム水W3の酸電気伝導度を測定する方が給水Wへの海水SWの漏洩を早期に、且つ、高精度に検出することができる。
【0053】
本実施形態の給水系統における海水の漏洩検出装置では、給水ラインL11におけるアンモニアの添加位置より下流側の給水Wまたはドラム水W3のpH値を計測するpH計測装置82,83を設け、制御装置88は、pH計測装置82,83の計測結果に基づいてアンモニア添加装置81を制御している。従って、アンモニアの添加後の給水Wやドラム水W3のpH値をフィードバックしてアンモニアの添加量を制御することから、ドラム水W3のpH値を高精度に管理することができる。
【0054】
本実施形態の給水系統における海水の漏洩検出装置では、高圧ドラム72にpH計測装置83を設け、高圧ドラム72におけるドラム水W3のpH値を計測している。従って、高圧ドラム72で濃縮されたドラム水W3のpH値をフィードバックしてアンモニアの添加量を制御することから、ドラム水W3のpH値をより高精度に管理することができる。
【0055】
本実施形態の給水系統における海水の漏洩検出装置では、排熱回収ボイラ12は、処理する給水の圧力の異なる1つ以上のユニット、即ち、低圧ユニット41と中圧ユニット42と高圧ユニット43を有し、酸電気伝導率計84は、少なくとも最も高圧である高圧ユニット43の高圧ドラム72内のドラム水W3の酸電気伝導率を計測している。従って、高圧ドラム72内で高圧で濃縮されたドラム水W3の酸電気伝導率を計測することから、短時間で高濃度に濃縮されたドラム水W3の酸電気伝導率を計測することとなり、給水Wへの海水SWの漏洩の有無を高精度に検出することができる。
【0056】
本実施形態の給水系統における海水の漏洩検出装置では、各ドラム52,62,72内のドラム水W1,W2,W3を排出する排水装置85,86,87を設け、制御装置88は、ドラム水W3の塩素イオン濃度が予め設定された限界値を超えたときに、排水装置85,86,87を開放している。従って、ドラム水W3の塩素イオン濃度が限界値を超えたとき、各ドラム52,62,72内のドラム水W1,W2,W3が排出されるため、イラ水W1,W2,W3の塩素イオン濃度を低下させることができる。
【0057】
本実施形態の給水系統における海水の漏洩検出装置では、pH調整剤添加装置が添加するpH調整剤をアルカリ性の揮発性物質としている。従って、アルカリ性の揮発性物質であるpH調整剤は、各ドラム52,62,72内に残留成分が濃縮しないことに加え、 復水器35の復水ポンプ(真空ポンプ)36で給水系統外へ排出されるため、薬注装置から微量に排出される分をバランスすることで、給水系統内の薬品濃度を一定に保ち、pHを制御することができる。
【0058】
本実施形態の給水系統における海水の漏洩検出装置では、pH調整剤添加装置が添加するpH調整剤を、アンモニア、ヒドラジン、モノエタノールアミン、モルホリンの少なくとも一つを含むアミン類としている。従って、最適なpH調整剤を選択することができる。
【0059】
また、本実施形態の給水系統における海水の漏洩検出方法にあっては、復水器35から排熱回収ボイラ12への給水ラインL11の給水Wにアンモニア(pH調整剤)を添加する工程と、排熱回収ボイラ12における高圧ドラム72内のドラム水W3のpH値が予め設定された所定値以上のアルカリ性となるようにアンモニアの添加量を調整する工程と、ドラム水W3の酸電気伝導率を計測する工程と、酸電気伝導率に基づいてドラム水W3の塩素イオン濃度を算出して海水SWの漏洩検出を判定する工程とを有している。
【0060】
従って、高圧ドラム72内で濃縮されたドラム水W3の酸電気伝導率を計測するため、海水SWが給水Wに漏洩した場合、高圧ドラム72内のドラム水W3における塩素イオン濃度が高くなることから、給水Wへの海水SWの漏洩量に拘わらずその漏洩の有無を高精度に検出することができる。
【0061】
また、本実施形態の蒸気タービンプラントにあっては、排ガスEGの排熱により蒸気Sを生成する高圧ドラム72を有する排熱回収ボイラ12と、排熱回収ボイラ12により生成された蒸気Sにより駆動する蒸気タービン13と、蒸気タービン13から排出された蒸気Sを海水SWにより冷却して生成された給水Wを排熱回収ボイラ12に戻す復水器35と、給水ラインL11における海水の漏洩検出装置とを設けている。
【0062】
従って、高圧ドラム72内で濃縮されたドラム水W3の酸電気伝導率を計測することとなり、海水SWが給水Wに漏洩した場合、高圧ドラム72内のドラム水W3における塩素イオン濃度が高くなることから、給水Wへの海水SWの漏洩量に拘わらずその漏洩の有無を高精度に検出することができる。
【0063】
なお、上述した実施形態では、排熱回収ボイラ12は、低圧ユニット41と中圧ユニット42と高圧ユニット43と再熱器44を有するものとしたが、低圧ユニット41と高圧ユニット43だけでもよく、また、一つのユニットだけとしてもよい。
【符号の説明】
【0064】
10 コンバインドサイクルプラント(蒸気タービンプラント)
11 ガスタービン
12 排熱回収ボイラ
13 蒸気タービン
14 発電機
21 圧縮機
22 燃焼器
23 タービン
31 高圧タービン
32 中圧タービン
33 低圧タービン
35 復水器
41 低圧ユニット
42 中圧ユニット
43 高圧ユニット
44 再熱器
51 低圧節炭器
52 低圧ドラム(蒸気ドラム)
53 低圧蒸発器
54 低圧過熱器
61 中圧節炭器
62 中圧ドラム(蒸気ドラム)
63 中圧蒸発器
64 中圧過熱器
71 高圧節炭器
72 高圧ドラム(蒸気ドラム)
73 高圧蒸発器
74 高圧過熱器
81 アンモニア添加装置(pH調整剤添加装置)
82,83 pH計測装置
84 酸電気伝導率計
85,86,87 排水装置
88 制御装置
図1
図2