特許7387360ボイラプラント、発電プラント、およびボイラプラントの制御方法
(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】
(24)【登録日】2023-11-17
(45)【発行日】2023-11-28
(54)【発明の名称】ボイラプラント、発電プラント、およびボイラプラントの制御方法
(51)【国際特許分類】
F22B 37/56 20060101AFI20231120BHJP
F22B 37/52 20060101ALI20231120BHJP
F22D 11/00 20060101ALI20231120BHJP
C02F 1/66 20230101ALI20231120BHJP
【ＦＩ】
F22B37/56 Z
F22B37/52 Z
F22D11/00 G
C02F1/66 510H
C02F1/66 521E
C02F1/66 530C
C02F1/66 530G
C02F1/66 530K
C02F1/66 530L
C02F1/66 530Q
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019176990
(22)【出願日】2019-09-27
(65)【公開番号】P2021055868
(43)【公開日】2021-04-08
【審査請求日】2022-08-25
(73)【特許権者】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100112737
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴
(74)【代理人】
【識別番号】100140914
【弁理士】
【氏名又は名称】三苫 貴織
(74)【代理人】
【識別番号】100136168
【弁理士】
【氏名又は名称】川上 美紀
(74)【代理人】
【識別番号】100172524
【弁理士】
【氏名又は名称】長田 大輔
(72)【発明者】
【氏名】和田 貴行
(72)【発明者】
【氏名】椿▲崎▼ 仙市
【審査官】小川 悟史
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－０６１４７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３４９８０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１９３４３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２２４８２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１３８７７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－００９７２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６０－０８９６０４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２２Ｂ ３７／５６
Ｆ２２Ｂ ３７／５２
Ｆ２２Ｄ １１／００
Ｆ２３Ｒ ３／００
Ｃ０２Ｆ １／６６
Ｃ２３Ｆ １４／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱源からの熱によって蒸気を生成するボイラと、前記ボイラが生成した蒸気により作動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンから排出される蒸気を凝縮してボイラ水を生成する復水器と、
前記復水器で凝縮された前記ボイラ水を前記ボイラに供給する復水ポンプと、
前記復水器と前記復水ポンプとの間に設けられ、前記ボイラに供給される前記ボイラ水に気体状態を含むアンモニアガスを注入するアンモニア注入部と、
前記復水ポンプから前記ボイラに供給される前記ボイラ水のｐＨ値を計測する、または計測した電気伝導率から前記ボイラ水のｐＨ値を算出する計測部と、
前記アンモニア注入部を制御する制御部と、を備え、
前記アンモニア注入部は、
前記アンモニアガスを供給する供給部と、
前記供給部から供給される前記アンモニアガスを前記復水ポンプの上流側に供給する複数の供給配管と、
前記複数の供給配管のそれぞれに設けられる複数の流量調整機構と、を有し、
前記制御部は、前記アンモニア注入部により前記アンモニアガスを注入する前に、前記アンモニア注入部が前記アンモニアガスを注入する際に前記計測部が計測する前記ｐＨ値の計測値と９．７以上かつ１０．５以下に設定される前記ｐＨ値の目標値とに応じた前記アンモニアガスの注入量を算出し、前記注入量の前記アンモニアガスを注入するよう前記アンモニア注入部を制御するボイラプラント。
【請求項2】
前記制御部は、前記計測部が計測する前記計測値が前記目標値よりも低い基準値以下となる場合に、前記注入量の前記アンモニアガスを注入するよう前記アンモニア注入部を制御する請求項１に記載のボイラプラント。
【請求項3】
前記複数の流量調整機構は、それぞれ異なる最大開度を有する弁である請求項１または請求項２に記載のボイラプラント。
【請求項4】
前記制御部は、前記注入量が多くなるにつれて前記複数の供給配管から単位時間あたりに供給される前記アンモニアガスの流量が増加するよう、前記複数の流量調整機構を制御する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のボイラプラント。
【請求項5】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のボイラプラントを備えた発電プラント。
【請求項6】
熱源からの熱によって蒸気を生成するボイラと、前記ボイラが生成した蒸気により作動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出される蒸気を凝縮してボイラ水を生成する復水器と、前記復水器で凝縮された前記ボイラ水を前記ボイラに供給する復水ポンプと、前記復水器と前記復水ポンプとの間に設けられ、前記ボイラに供給される前記ボイラ水に気体状態を含むアンモニアガスを注入するアンモニア注入部と、を備えるボイラプラントの制御方法であって、前記アンモニア注入部は、
前記アンモニアガスを供給する供給部と、
前記供給部から供給される前記アンモニアガスを前記復水ポンプの上流側に供給する複数の供給配管と、
前記複数の供給配管のそれぞれに設けられる複数の流量調整機構と、を有し、
前記復水ポンプから前記ボイラに供給される前記ボイラ水のｐＨ値を計測する、または計測した電気伝導率から前記ボイラ水のｐＨ値を算出する計測工程と、
前記アンモニア注入部が前記アンモニアガスを注入する際に前記計測工程で計測された前記ｐＨ値の計測値と９．７以上かつ１０．５以下に設定される前記ｐＨ値の目標値とに応じた前記アンモニアガスの注入量を算出する算出工程と、
前記算出工程により算出された前記注入量の前記アンモニアガスを注入するよう前記アンモニア注入部を制御する制御工程と、を備えるボイラプラントの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ボイラプラント、発電プラント、およびボイラプラントの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
発電プラントでは、ガスタービンなどの排ガスからの排熱を回収することを目的として排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）が設置される。排熱回収ボイラでは、流れ加速型腐食（ＦＡＣ：Ｆｌｏｗ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）によるトラブルが発生することが知られている。流れ加速型腐食は、例えば配管の中を流通する高温水などの水の水質や温度、流速など種々の影響因子が重なることで発生することが知られている。
【0003】
発電プラントの配管などを通過する水の水質を維持する水処理方法として、揮発性物質処理（ＡＶＴ：Ａｌｌ Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）が知られている。また、ＡＶＴに比べて、アンモニアの供給量を増加させ、給水ｐＨを高めに設定したＨｉｇｈ－ＡＶＴ（高ｐＨ水処理）が知られている（例えば、特許文献１参照）。Ｈｉｇｈ－ＡＶＴでは、配管などを流通する水系統へ注入する薬品としてりん酸塩などを用いずに配管の流れ加速型腐食を従来に比べて抑制することができる。
【0004】
特許文献１では、ｐＨを高くする場合において、アンモニア注入する際に空気中のＣＯ２の同伴やアンモニア希釈水中に溶存するＣＯ２の影響により、給水系統中の給水の電気伝導率が基準値を超えて腐食等の要因となるという課題が指摘されている。そして、特許文献１には、アンモニア供給部から給水にアンモニアを供給する際にＣＯ２の混入を抑制することにより、蒸気ラインでの蒸気のカチオンイオン交換カラムを通過した後の電気伝導率が基準値を超えないようにすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００７－２２４８２０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１には、復水ラインにｐＨ計を配置し、排熱回収ボイラのドラム内の給水のｐＨ値を９．５以上とすることが開示されている。しかしながら、ｐＨ計の計測値に基づいてアンモニアの注入量をフィードバック制御する場合、給水のｐＨ値を目標値へ迅速に調整することが困難である課題が判明した。この課題は、ｐＨ値の目標値が従来の運用値よりも高くなり、ｐＨ値を９．５以上と比較的高い値とする場合には、従来の目標値が低い値である場合に比べ、一定のｐＨ値を上昇させるために必要なアンモニアの注入量が指数関数的に増加することが要因である。この要因によれば、アンモニアの注入量に対するｐＨ値の変化量が少なくなって制御の収束性や安定性が低下し、さらに制御の収束性や安定性が低下することによりアンモニア注入量が増加してプラントの運用コストが増大してしまう。
【0007】
また、特許文献１には、高圧過熱器から蒸気タービンに高圧蒸気を供給する蒸気ラインに電気伝導率計を配置し、高圧蒸気の電気伝導率を所定の値以下とすることが開示されている。しかしながら、電気伝導率が目標となるｐＨ値に対応する値となるようにアンモニアの注入量を制御する場合、アンモニアを過剰に注入してプラントの運用コストが増大してしまう可能性がある課題が判明した。
【0008】
この課題は、ｐＨ値の目標値が従来の運用値よりも高くなり、ｐＨ値を９．５以上と比較的高い値とする場合には、ｐＨ値の目標値が従来の低い値である場合に比べ、目標値を中心とした所定の範囲内にｐＨ値を維持するために必要なアンモニアの注入量が指数関数的に増加することが要因である。この要因によれば、目標値を中心とした所定の上限範囲までアンモニアを注入するとアンモニア注入量が増加してプラントの運用コストが増大してしまう。
【0009】
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ボイラに供給されるボイラ水のｐＨ値の目標値が比較的高い値となる場合であっても、ｐＨ値を目標値へ迅速に調整するとともにアンモニアの過剰注入によるプラントの運用コストの増加を抑制することが可能なボイラプラント、発電プラント、およびボイラプラントの制御方法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】
【0010】
本開示の一態様に係るボイラプラントは、熱源からの熱によって蒸気を生成するボイラと、前記ボイラが生成した蒸気により作動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出される蒸気を凝縮してボイラ水を生成する復水器と、前記復水器で凝縮された前記ボイラ水を前記ボイラに供給する復水ポンプと、前記ボイラに供給される前記ボイラ水にアンモニアを注入するアンモニア注入部と、前記復水ポンプから前記ボイラに供給される前記ボイラ水のｐＨ値を計測する、または計測した電気伝導率から前記ボイラ水のｐＨ値を算出する計測部と、前記アンモニア注入部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記アンモニア注入部により前記アンモニアを注入する前に、前記アンモニア注入部が前記アンモニアを注入する際に前記計測部が計測する前記ｐＨ値の計測値と前記ｐＨ値の目標値とに応じた前記アンモニアの注入量を算出し、前記注入量の前記アンモニアを注入するよう前記アンモニア注入部を制御する。
【0011】
本開示の一態様に係るボイラプラントの制御方法は、熱源からの熱によって蒸気を生成するボイラと、前記ボイラが生成した蒸気により作動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出される蒸気を凝縮してボイラ水を生成する復水器と、前記復水器で凝縮された前記ボイラ水を前記ボイラに供給する復水ポンプと、前記ボイラに供給される前記ボイラ水にアンモニアを注入するアンモニア注入部と、を備えるボイラプラントの制御方法であって、前記復水ポンプから前記ボイラに供給される前記ボイラ水のｐＨ値を計測する、または計測した電気伝導率から前記ボイラ水のｐＨ値を算出する計測工程と、前記アンモニア注入部が前記アンモニアを注入する際に前記計測工程で計測された前記ｐＨ値の計測値と前記ｐＨ値の目標値とに応じた前記アンモニアの注入量を算出する算出工程と、前記算出工程により算出された前記注入量の前記アンモニアを注入するよう前記アンモニア注入部を制御する制御工程と、を備える。
【発明の効果】
【0012】
ボイラに供給されるボイラ水のｐＨ値の目標値が比較的高い値となる場合であっても、ｐＨ値を目標値へ迅速に調整するとともにアンモニアの過剰注入によるプラントの運用コストの増加を抑制することが可能なボイラプラント、発電プラントおよびボイラプラントの制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本開示の一実施形態に係るボイラプラントを示す概略構成図である。
【図3】ボイラ水のｐＨに対する電気伝導率およびアンモニア濃度の関係を示すグラフである。
【図4】ボイラ水のｐＨに対する電気伝導率およびアンモニア濃度の関係を示す片対数グラフである。
【図5】本実施形態の制御部が実行する起動時の処理を示すフローチャートである。
【図6】本実施形態の制御部が実行する通常運転時の処理を示すフローチャートである。
【図7】ボイラ水のアンモニア濃度の対する電気伝導率の関係を示すグラフである。
【図8】本実施形態の注入部によりアンモニアガスが注入されたボイラ水の電気伝導率の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下に、本開示の一実施形態に係るボイラプラント１００について、図面を参照して説明する。図１は、本開示の一実施形態に係るボイラプラント１００を示す概略構成図である。
【0015】
図１に示すように、本実施形態のボイラプラント１００は、例えばガスタービンから排出される排ガス（以降、燃焼排ガスと記載）の排熱を排熱回収ボイラで熱回収して蒸気を発生させるものであり、ガスタービン（図示略）と、排熱回収ボイラ１０と、蒸気タービン２０と、復水器３０と、復水ポンプ４０と、アンモニア注入部５０と、循環ポンプ６０と、給水ポンプ７０と、計測部８０と、制御部９０と、を備える。
【0016】
また、発電プラントは、ボイラプラント１００と、ガスタービン（図示略）と、発電機（図示略）を備え、ガスタービンおよび蒸気タービン２０が発生する動力により発電機を回転駆動して発電を行う。熱回収をする排熱は、ガスタービンの排ガスに限定するのではなく、例えば高炉からの排ガスなど各種の高温の排ガスを用いてもよい。なお、以降の説明において、ボイラプラント１００内の各構成で流通または保持される液状流体を総じてボイラ水と表記する。
【0017】
排熱回収ボイラ（ボイラ）１０は、ガスタービンにおける燃料の燃焼により生成される高温高圧の燃焼ガスによりタービンを回転駆動させた後の燃焼排ガス（熱源）からの熱によって蒸気を生成する装置である。図１に示す排熱回収ボイラ１０は、燃焼排ガスの温度レベルに対応して、本実施形態では例えば２つの排熱回収部を備え、それぞれ蒸気を発生する排熱回収部１０ａおよび排熱回収部１０ｂを備える。
【0018】
排熱回収部１０ａが発生する蒸気は、排熱回収部１０ｂが発生する蒸気よりも低圧である。なお、図１に示す排熱回収ボイラ１０は、それぞれ発生する蒸気の圧力が異なる２つの排熱回収部を備えるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、排熱回収部を１つとしてもよい。また、例えば、それぞれ相対的に高圧、中圧、低圧の蒸気を発生する３つの排熱回収部を備えるものであってもよい。
【0019】
排熱回収部１０ａは、復水器３０より供給された給水であるボイラ水をガスタービンの排ガスにより加熱して蒸気を生成し、蒸気タービン２０へ供給する。排熱回収部１０ａは、低圧蒸気ドラム（第１蒸気ドラム）１１ａと、低圧蒸発器（第１蒸発器）１２ａと、低圧節炭器１３ａと、低圧過熱器１４ａと、を備える。
【0020】
低圧蒸気ドラム１１ａは、復水ポンプ４０を介して復水器３０から供給されるボイラ水を保持する装置である。復水ポンプ４０から配管Ｌｗ１を通じて低圧節炭器１３ａに供給されたボイラ水は、低圧節炭器１３ａから配管Ｌｗ２を通じて低圧蒸気ドラム１１ａに供給される。低圧蒸気ドラム１１ａは、低圧節炭器１３ａで加熱されたボイラ水を保持する。
【0021】
低圧蒸発器１２ａは、低圧蒸気ドラム１１ａに保持されたボイラ水を循環させながらガスタービンの燃焼排ガスによって加熱して低圧飽和蒸気を発生させる装置である。低圧蒸発器１２ａは、加熱したボイラ水と発生した低圧飽和蒸気を低圧蒸気ドラム１１ａへ供給する。低圧蒸発器１２ａは、排熱回収ボイラ１０における燃焼排ガスの流通方向において、高圧蒸発器１２ｂよりも下流側に配置されている。
【0022】
低圧節炭器１３ａは、復水ポンプ４０から配管Ｌｗ１を通じて供給されるボイラ水をガスタービンの燃焼排ガスによって蒸発させずに加熱する装置である。低圧節炭器１３ａは、加熱したボイラ水を、配管Ｌｗ２を通じて低圧蒸気ドラム１１ａへ供給する。
【0023】
低圧過熱器１４ａは、低圧蒸気ドラム１１ａの鉛直上方側から導かれる低圧飽和蒸気をガスタービンの燃焼排ガスによって過熱する。低圧過熱器１４ａにより過熱された低圧蒸気は、配管Ｌｖ１ａを介して蒸気タービン２０の低圧側車室に供給される。
【0024】
排熱回収部１０ｂは、復水器３０より供給されたボイラ水をガスタービンの燃焼排ガスにより加熱して蒸気を生成し、蒸気タービン２０へ供給する。排熱回収部１０ｂは、高圧蒸気ドラム（第２蒸気ドラム）１１ｂと、高圧蒸発器（第２蒸発器）１２ｂと、高圧節炭器１３ｂと、高圧過熱器１４ｂと、を備える。
【0025】
高圧蒸気ドラム１１ｂは、復水ポンプ４０を介して復水器３０から供給されるボイラ水を保持する装置である。復水ポンプ４０から配管Ｌｗ１を通じて低圧節炭器１３ａに供給されたボイラ水は、低圧節炭器１３ａから配管Ｌｗ２，Ｌｗ３を通じて給水ポンプ７０に供給される。給水ポンプ７０へ供給されたボイラ水は、高圧節炭器１３ｂを経由して高圧蒸気ドラム１１ｂへ供給される。高圧蒸気ドラム１１ｂは、高圧節炭器１３ｂで加熱されたボイラ水を保持する。
【0026】
高圧蒸発器１２ｂは、高圧蒸気ドラム１１ｂに保持されたボイラ水を循環させながらガスタービンの燃焼排ガスによって加熱して高圧飽和蒸気を発生させる装置である。高圧蒸発器１２ｂは、加熱したボイラ水と発生した高圧飽和蒸気を高圧蒸気ドラム１１ｂへ供給する。高圧蒸発器１２ｂは、排熱回収ボイラ１０における燃焼排ガスの流通方向において、低圧蒸発器１２ａよりも上流側に配置されている。
【0027】
高圧節炭器１３ｂは、給水ポンプ７０から供給される給水であるボイラ水をガスタービンの燃焼排ガスによって蒸発させずに加熱する装置である。高圧節炭器１３ｂは、加熱したボイラ水を高圧蒸気ドラム１１ｂへ供給する。
【0028】
高圧過熱器１４ｂは、高圧蒸気ドラム１１ｂの鉛直上方側から導かれる高圧飽和蒸気をガスタービンの燃焼排ガスによって過熱する。高圧過熱器１４ｂにより過熱された高圧蒸気は、配管Ｌｖ１ｂを介して蒸気タービン２０の高圧側車室に供給される。
【0029】
蒸気タービン２０は、排熱回収ボイラ１０が生成した蒸気（低圧蒸気および高圧蒸気）により作動する装置である。蒸気タービン２０は、蒸気によりタービン翼（図示略）が回転軸（図示略）回りに回転することで動力を発生する。蒸気タービン２０が発生する動力は、発電機（図示略）の回転軸に伝達される。
【0030】
復水器３０は、蒸気タービン２０で回転動力を発生する仕事に用いられた蒸気を凝縮してボイラ水（復水）を生成する装置である。復水器３０は、蒸気タービン２０から排出される蒸気を冷却水（図示略）で冷却することにより、蒸気を凝縮させる。
【0031】
復水ポンプ４０は、復水器３０で生成された給水であるボイラ水を排熱回収ボイラ１０に供給する装置である。復水ポンプ４０は、復水器３０で生成されたボイラ水を、配管Ｌｗ１を通じて低圧節炭器１３ａに供給する。復水ポンプ４０から低圧節炭器１３ａに供給されるボイラ水の供給量は、配管Ｌｗ１に設置されたバルブＶ１により調整される。
【0032】
アンモニア注入部５０は、復水ポンプ４０よりも上流側において、排熱回収ボイラ１０に供給されるボイラ水にアンモニアガスを注入する装置である。アンモニア注入部５０は、アンモニアを注入する。本実施形態では、気体状態のアンモニアを含むアンモニアガスであり、このアンモニアガスを、例えば復水器３０と復水ポンプ４０とを連結する配管に注入する。気体状態を含むアンモニアガスとは、多くは気体であるものの一部霧状のアンモニアを含んでもよいものである。
【0033】
アンモニア注入部５０が配管Ｌｗ１に注入するアンモニアガスの注入量は、制御部９０が信号線Ｓ１を通じて伝達する制御信号により制御される。なお、アンモニア注入部５０は、復水器３０と復水ポンプ４０とを連結する配管Ｌｗ１にアンモニアガスを直接注入するものであるが、他の態様としてもよい。
【0034】
例えば、復水器３０と復水ポンプ４０とを連結する配管Ｌｗ１の途中にアンモニアガスのミキシング部やアンモニアガスのバブリング部などアンモニアガスとボイラ水との混合を促進させるアンモニア吹き出し構造（図示略）をアンモニア注入部５０とし、アンモニアガスを注入してもよい。なお、アンモニア吹き出し構造はアンモニアガスを吹き出す方向をボイラ水の流れ方向に対向するように配置することが好ましく、これによりアンモニアとボイラ水の混合がより促進する。
【0035】
図２に示すように、アンモニア注入部５０は、アンモニアガスを供給する供給部５１と、複数の供給配管Ｌａ０，Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３と、複数の流量調整弁（流量調整機構）Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３と、ブースターポンプ５２と、を有する。供給部５１は、液化アンモニアを貯蔵する貯蔵タンク５１ａと、貯蔵タンク５１ａから供給される液化アンモニアを気化させてアンモニアガスを生成する気化器５１ｂと、を有する。
【0036】
本実施形態では、アンモニア注入部５０は、ボイラ水のｐＨ値を調整するためにのみ用いられるが、他の態様であってもよい。例えば、アンモニア注入部５０は、排熱回収ボイラ１０から排出される燃焼排ガスから窒素酸化物を除去する脱硝設備にアンモニアガスを供給する機能を備えていてもよい。
【0037】
ブースターポンプ５２は、供給配管Ｌａ０に配置されており、気化器５１ｂが生成するアンモニアガスを供給配管Ｌａに向けて供給するポンプである。供給配管Ｌａは、１つでもよいが、複数の供給配管があることが更に好ましい。本実施形態では例えば３つの供給配管Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３を設けてあり、後述で説明する。供給配管Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３は２つ以上であれば、さらに好ましいものでありその数量を限定するものではない。
【0038】
ブースターポンプ５２により供給配管Ｌａ０を流通するアンモニアガスは、供給配管Ｌａ０の端部に連結された複数の供給配管Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３のそれぞれに供給される。
なお、ブースターポンプ５２は、気化器５１ｂで発生するアンモニアガスの圧力が、アンモニアガスをボイラ水に注入する配管Ｌｗ１の注入点の圧力と比べて、流量調整弁Ｖａ１、Ｖａ２、Ｖａ３の圧力損出を加味しても、十分に大きい場合には省略してもよい。
なお、ブースターポンプ５２は、気化器５１ｂで発生するアンモニアガスの圧力が、アンモニアガスをボイラ水に注入する配管Ｌｗ１の注入点の圧力と比べて、流量調整弁Ｖａ１、Ｖａ２、Ｖａ３の圧力損出を加味しても、十分に大きい場合には省略してもよい。
【0039】
複数の供給配管Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３は、供給部５１から供給されるアンモニアガスを復水ポンプ４０の上流側の配管Ｌｗ１に供給する配管である。複数の供給配管Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３のそれぞれは、配管Ｌｗ１を流通するボイラ水にアンモニアガスを吹き込む。ボイラ水に吹き込まれたアンモニアガスは、ボイラ水に溶解することによりボイラ水のｐＨ値を上昇させる。
【0040】
本実施形態では、アンモニア注入部５０は、復水器３０と復水ポンプ４０との間に設けられてアンモニアガスが注入される。すなわちアンモニアガスは復水ポンプ４０の上流側の配管Ｌｗ１に吹き込まれるため、ボイラ水が復水ポンプ４０を通過する際に撹拌されて、アンモニアガスのボイラ水への溶解が促進する。
【0041】
複数の流量調整弁Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３は、それぞれ供給配管Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３に設けられるとともに制御部９０からの制御信号に応じて開度を調整可能な弁である。流量調整弁Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３を最大開度（開度１００％）とした場合に各弁が形成する流路断面積をＡｍａｘ１，Ａｍａｘ２，Ａｍａｘ３とすると、Ａｍａｘ１≧Ａｍａｘ２≧Ａｍａｘ３の関係を満たすことが好ましい。
【0042】
また、同一開度における各流路断面積が異なるようにして、Ａｍａｘ１＞Ａｍａｘ２＞Ａｍａｘ３の関係を満たすと、流量調整弁Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３の開度の組み合わせで通過する流量の安定した制御範囲が増加するので、さらに好ましい。すなわち、同一の開度とした場合、流量調整弁Ｖａ１を通過する流量が最も多くすることができ、流量調整弁Ｖａ３を通過する流量が最も少なくすることができる。
【0043】
循環ポンプ６０は、配管Ｌｗ２に配置されるとともに低圧節炭器１３ａで加熱されたボイラ水を、配管Ｌｗ１を通じて低圧節炭器１３ａへ循環させるための装置である。循環ポンプ６０の上流側には、低圧節炭器１３ａへ循環させるボイラ水の流量を調節するためのバルブＶ２が設けられている。
【0044】
給水ポンプ７０は、配管Ｌｗ３に配置されるとともに低圧節炭器１３ａで加熱されたボイラ水を、配管Ｌｗ２，Ｌｗ３を通じて高圧節炭器１３ｂへ導くための装置である。給水ポンプ７０の上流側には、高圧節炭器１３ｂへ導くボイラ水の流量を調節するためのバルブＶ３が設けられている。給水ポンプ７０の下流側で配管Ｌｗ４が分岐し、高圧過熱器１４ｂに連結され、過熱低減のためにボイラ水が高圧過熱器１４ｂへ搬送されるように構成されている。配管Ｌｗ４には、配管Ｌｗ４から高圧過熱器１４ｂへ供給するボイラ水の流量を調節して、供給されたボイラ水の噴霧により高圧過熱器１４ｂで過熱された高圧蒸気の過熱度を調整するためのバルブＶ４が設けられている。
【0045】
計測部８０は、配管Ｌｗ１に設けられ、復水ポンプ４０から供給されるボイラ水のｐＨ値を計測する、または計測した電気伝導率から換算してｐＨ値を得る装置である。計測部８０は、例えば、ボイラ水のｐＨ値を直接的に計測する装置である。また、計測部８０は、例えば、ボイラ水の電気伝導率を計測し、電気伝導率とｐＨ値とを対応付けて予め記憶されたテーブルを参照し、計測した電気伝導率からｐＨ値を算出する装置であってもよい。電気伝導率は、瞬時に連続的に、かつ誤差の少ない計測が可能な手段の一つであるため、ボイラ水のｐＨ値を得るために用いることが好ましい。計測部８０は、計測したボイラ水のｐＨ値を、信号線（図示略）を介して制御部９０に伝達する。
【0046】
制御部９０は、ボイラプラント１００の各部を制御する装置である。制御部９０は、信号線Ｓ１を通じてアンモニアガスの注入量を制御する制御信号をアンモニア注入部５０に伝達する。制御部９０からアンモニア注入部５０に伝達される制御信号には、流量調整弁Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３のそれぞれの開度を調整するための制御信号が含まれている。制御部９０は、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の開度を調整する制御信号を、信号線（図示略）を通じて各バルブに伝達する。
【0047】
次に、本実施形態のボイラプラント１００におけるボイラ水のｐＨ値の管理方法について、図面を参照して説明する。図３は、ボイラ水のｐＨに対する電気伝導率およびアンモニア濃度の関係を示すグラフである。図４は、ボイラ水のｐＨに対する電気伝導率およびアンモニア濃度の関係を示す片対数グラフである。図４において縦軸の、電気伝導率およびアンモニア濃度は対数にて示されている。
【0048】
図３および図４に示すように、ｐＨ値が９．５以上の比較的高い値である場合、ｐＨ値が９．５未満の低い値である場合に比べ、ｐＨ値に対応するアンモニア濃度が指数関数的に増加する。したがって、ｐＨ値が９．５以上の比較的高い値である場合には、ｐＨ値が９．５未満の低い値である場合に比べ、一定のｐＨ値を上昇させるために必要なアンモニアガスの注入量が指数関数的に増加する。
【0049】
そのため、例えば、ボイラ水のｐＨ値に制御目標値（目標値）を設定し、ｐＨ値の目標値に対して、ボイラ水のｐＨ値が一定の範囲内に収束するようにアンモニア注入部５０によるアンモニアガスの注入量を制御してしまうと、ｐＨ値の目標値が９．５以上の比較的高い値である場合にボイラ水のｐＨ値を目標値に迅速に調整して収束して安定化することができない可能性がある。これは、ｐＨ値の目標値が９．５以上の比較的高い値である場合、ｐＨ値の目標値が９．５未満の比較的低い値である場合に比べ、必要なアンモニアの注入量が指数関数的に増加するために、アンモニアガスの注入量に対するｐＨ値の変化量が少ないためである。
【0050】
また、ｐＨ値の目標値が９．５以上の比較的高い値である場合には、ｐＨ値の目標値が９．５未満の比較的低い値である場合に比べ、ボイラ水へアンモニアガスが過剰に注入されてしまう可能性がある。これは、ｐＨ値の目標値が９．５以上の比較的高い値である場合、ｐＨ値の目標値が９．５未満の比較的低い値である場合に比べ、一定のｐＨ値を上昇させるために必要なアンモニアガスの注入量が指数関数的に増加するために、目標値を中心とした所定の上限範囲までアンモニアを注入するとアンモニア注入量が増加してしまうためである。
【0051】
以上のように、図３および図４に示すボイラ水のｐＨ値に対する電気伝導率およびアンモニア濃度の関係と計測部８０で計測したボイラ水の電気伝導率から、ボイラ水のｐＨ値の目標値へｐＨ値を上昇させるため、アンモニア注入部５０が注入するアンモニアガスの注入量をフィードバック制御しようとすると、ボイラ水のｐＨ値を目標値へ迅速に調整することができず、かつアンモニアガスが過剰に注入されてしまう可能性がある。そこで、本実施形態では、アンモニアガスを注入する前に予めアンモニアガスの注入量を算出しておき、算出した注入量のアンモニアガスを注入するようにした。
【0052】
また、本実施形態では、りん酸塩などの清缶剤を用いずに、ボイラ水へアンモニアガスの注入することによりｐＨ値を比較的高い値とすることで配管の流れ加速型腐食を抑制するため、計測部８０によりｐＨ値が計測されるボイラ水のｐＨ値が９．７以上かつ１０．５以下となるように管理する。ボイラ水のｐＨ値を９．７以上に維持することで、流れ加速型腐食を抑制して配管の減肉速度が極めて低い状態に維持することができる。また、ボイラ水のｐＨ値を１０．５以下に維持することで、アンモニアガスの過剰な注入量増加によるボイラプラント１００の運用コストを低減することができ、また配管材料によっては更にｐＨが上昇した場合にアルカリ腐食を抑制することができる。
【0053】
次に、本実施形態の制御部９０が実行するアンモニアガスの注入処理について図面を参照して説明する。図５は、本実施形態の制御部９０が実行する起動時の処理を示すフローチャートである。図６は、本実施形態の制御部９０が実行する通常運転時の処理を示すフローチャートである。図５および図６に示す各処理は、制御部９０が記憶部（図示略）から読み出す制御プログラムにより実行される。図７は、アンモニア濃度と電気伝導率との関係を示すグラフである。図８は、本実施形態のアンモニア注入部５０によりアンモニアガスが注入されたボイラ水の電気伝導率（ＥＣ）の時間変化を示すグラフである。
【0054】
初めに、本実施形態の制御部９０が実行する起動時の処理について図５を参照して説明する。図５に示す起動時の処理は、ボイラプラント１００の長期停止後の再起動時などのボイラプラント１００を循環するボイラ水にアンモニアガスが注入されていない状態で実行される処理である。
【0055】
ステップＳ１０１で、制御部９０は、計測部８０で電気伝導率（ＥＣ）が計測されるボイラ水のｐＨ値が９．７以上かつ１０．５以下となるように、ボイラ水の電気伝導率の制御目標値ＥＣｔを設定する。ここで、図３に示すように、ボイラ水のｐＨ値が９．７となるボイラ水の電気伝導率は下限値ＥＣｍｉｎであり、ボイラ水のｐＨ値が１０．５となるボイラ水の電気伝導率は上限値ＥＣｍａｘである。また、ｐＨ値の制御目標値をｐＨｔとした場合、ボイラ水のｐＨ値がｐＨｔとなるボイラ水の電気伝導率は制御目標値ＥＣｔである。
【0056】
制御部９０は、ボイラ水のｐＨ値が９．７以上かつ１０．５以下となるように、ボイラ水の電気伝導率の下限値ＥＣｍｉｎと上限値ＥＣｍａｘと制御目標値ＥＣｔとが、以下の式（１）の関係を満たすように制御目標値ＥＣｔを設定する。
ＥＣｍｉｎ＜ＥＣｔ＜ＥＣｍａｘ （１）
ＥＣｍｉｎ＜ＥＣｔ＜ＥＣｍａｘ （１）
【0057】
ステップＳ１０２で、制御部９０は、計測部８０にボイラ水の電気伝導率を計測するように制御信号を送信する。制御部９０は、計測部８０から電気伝導率の計測値ＥＣａを受信することで、ボイラ水の電気伝導率を計測する。
【0058】
ステップＳ１０３で、制御部９０は、アンモニア注入部５０がアンモニアガスを注入する際に計測部８０が計測した電気伝導率である計測値ＥＣａと、電気伝導率の制御目標値ＥＣｔとに基づいて、ボイラ水の電気伝導率を制御目標値ＥＣｔへ上昇させるために必要なアンモニアガスの注入量Ｑを算出する。図７に示すように、電気伝導率の計測値ＥＣａに対応するアンモニア濃度はＡＣａであり、電気伝導率の制御目標値ＥＣｔに対応するアンモニア濃度はＡＣｔである。
【0059】
そのため、制御部９０は、ボイラプラント１００を循環するボイラ水の総量をＣＷとした場合、アンモニアガスの注入量Ｑを、以下の式（２）により算出する。
Ｑ＝（ＡＣｔ－ＡＣａ）・ＣＷ （２）
Ｑ＝（ＡＣｔ－ＡＣａ）・ＣＷ （２）
【0060】
ステップＳ１０４で、制御部９０は、ステップＳ１０３で算出したアンモニアガスの注入量Ｑが復水ポンプ４０の上流側の配管Ｌｗ１に注入されるように流量調整弁Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３のそれぞれの開度を調整し、アンモニアガスを注入する。
【0061】
図５に示す起動時の処理は、ボイラ水にアンモニアガスが注入されていない状態で実行される処理である。そのため、ボイラ水のｐＨ値を制御目標値ｐＨｔに到達させるために、多量のアンモニアガスをアンモニア注入部５０により注入する必要がある。そこで、図５に示す起動時の処理において、制御部９０は、複数の供給配管Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３から単位時間当たりに配管Ｌｗ１に供給されるアンモニアガスの流量が増加するように、複数の流量調整弁Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３を制御して、例えば最大開度における流路断面積が最も大きくできる流量調整弁Ｖａ１の開度を後述する通常運転時の開度よりも大きくなるように調整する。また、制御部９０は、最大開度における流路断面積が最も小さくできる流量調整弁Ｖａ３の開度を後述する通常運転時の開度よりも小さくなるように調整する。
【0062】
例えば、制御部９０は、最大開度における流路断面積が最も大きくできる流量調整弁Ｖａ１の開度を、起動時の処理において８０％以上に設定し、通常運転時の処理において５０％以下に設定するよう運用する。また、例えば、制御部９０は、最大開度における流路断面積が最も小さくできる流量調整弁Ｖａ３の開度を、起動時の処理において２０％以下に設定し、通常運転時の処理において５０％以上に設定する。
【0063】
これにより、起動時にアンモニア注入部５０から配管Ｌｗ１に注入されるアンモニアガスの単位時間当たりの流量は、通常運転時にアンモニア注入部５０から配管Ｌｗ１に注入されるアンモニアガスの単位時間当たりの流量よりも多くなる。また、さらにアンモニアガスの注入量Ｑが大きい場合は、複数の供給配管Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３の複数の流量調整弁Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３の開度を全て大きくして、単位時間当たりに配管Ｌｗ１に供給されるアンモニアガスの流量が最大限に増加するように、制御してもよい。
【0064】
また、制御部９０は、ステップＳ１０３で算出するアンモニアガスの注入量Ｑが大きくなるにつれて複数の供給配管Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３から単位時間当たりに配管Ｌｗ１に供給されるアンモニアガスの流量が増加するとともにアンモニアガスの注入量Ｑの制御性を確保できるように、複数の流量調整弁Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３の開度の組み合わせを制御して、複数の流量調整弁Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３を制御する。
【0065】
ステップＳ１０５で、制御部９０は、ステップＳ１０４でアンモニア注入部５０により注入されたアンモニアガスがステップＳ１０３で算出したアンモニアガスの注入量Ｑに到達したかどうかを判定し、ＮＯである場合はアンモニアガスの注入を継続し、ＹＥＳであればステップＳ１０６に処理を進める。
【0066】
ステップＳ１０６で、制御部９０は、ステップＳ１０３で算出したアンモニアガスの注入量Ｑのアンモニアガスの注入が完了したため、アンモニアガスの注入を停止するようアンモニア注入部５０を制御する。制御部９０は、ステップＳ１０６の処理が終了した場合、本フローチャートの処理を終了させ、図６に示す通常運転時の処理の実行を開始する。
【0067】
【0068】
ステップＳ２０１で、制御部９０は、計測部８０で電気伝導率が計測されるボイラ水のｐＨ値が９．７以上かつ１０．５以下となるように、電気伝導率の制御目標値ＥＣｔを設定する。ここで、図３に示すように、ボイラ水のｐＨ値が９．７となる電気伝導率は下限値ＥＣｍｉｎであり、ボイラ水のｐＨ値が１０．５となる電気伝導率は上限値ＥＣｍａｘである。また、ボイラ水のｐＨ値の制御目標値をｐＨｔとした場合、ボイラ水のｐＨ値がｐＨｔとなる電気伝導率は制御目標値ＥＣｔである。
【0069】
ステップＳ２０２で、制御部９０は、計測部８０で計測されるボイラ水の電気伝導率を制御目標値ＥＣｔの近傍に維持するためにアンモニアガスを注入する基準となる電気伝導率の管理下限値ＥＣｉｎを設定する。制御部９０は、管理下限値ＥＣｉｎを、以下の式（３）を満たすように設定する。
ＥＣｍｉｎ≦ＥＣｉｎ＜ＥＣｔ （３）
ＥＣｍｉｎ≦ＥＣｉｎ＜ＥＣｔ （３）
【0070】
ステップＳ２０３で、制御部９０は、アンモニア注入部５０がアンモニアガスを注入する際に計測部８０が計測する電気伝導率である計測値ＥＣａと、電気伝導率の制御目標値ＥＣｔとに基づいて、ボイラ水の電気伝導率を制御目標値ＥＣｔへ上昇させるために必要なアンモニアガスの注入量Ｑを算出する。図７に示すように、電気伝導率の計測値ＥＣａに対応するアンモニア濃度はＡＣａであり、電気伝導率の制御目標値ＥＣｔに対応するアンモニア濃度はＡＣｔである。制御部９０は、前述した式（２）によりアンモニアガスの注入量Ｑを算出する。
【0071】
ここで、アンモニアガスの注入量Ｑを算出するために用いる電気伝導率の計測値ＥＣａは、ボイラ水の電気伝導率の管理下限値ＥＣｉｎと一致している。これは、後述するステップＳ２０６でアンモニアガスを注入する際に計測部８０が計測するボイラ水の電気伝導率の計測値ＥＣａは管理下限値ＥＣｉｎと一致するからである。
【0072】
ステップＳ２０４で、制御部９０は、計測部８０にボイラ水の電気伝導率を計測するように制御信号を送信する。制御部９０は、計測部８０からボイラ水の電気伝導率の計測値ＥＣａを受信することで、ボイラ水の電気伝導率を計測する。
【0073】
ステップＳ２０５で、制御部９０は、ステップＳ２０４で計測したボイラ水の電気伝導率の計測値ＥＣａが管理下限値ＥＣｉｎ以下であるかどうかを判定する。制御部９０は、ＮＯであると判定すれば再びステップＳ２０４，Ｓ２０５の処理を実行し、ＹＥＳであると判定すればステップＳ２０６へ処理を進める。
【0074】
ステップＳ２０６で、制御部９０は、ステップＳ２０３で算出したアンモニアガスの注入量Ｑが復水ポンプ４０の上流側の配管Ｌｗ１に注入されるように流量調整弁Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３のそれぞれの開度を調整し、アンモニアガスを注入する。
【0075】
図６に示す通常運転時の処理は、起動処理が実行された後に実行される処理である。そのため、ボイラ水のｐＨ値を制御目標値ｐＨｔに到達させるために、起動時の処理におけるアンモニアガスの注入量のような多量のアンモニアガスをアンモニア注入部５０により注入する必要はない。
【0076】
そこで、図６に示す通常運転時の処理において、制御部９０は、最大開度における流路断面積が最も大きい流量調整弁Ｖａ１の開度を起動時の開度よりも小さくなるように調整する。また、制御部９０は、最大開度における流路断面積が最も小さい流量調整弁Ｖａ３の開度を起動時の開度よりも大きくなるように調整する。
【0077】
例えば、制御部９０は、最大開度における流路断面積が最も大きくできる流量調整弁Ｖａ１の開度を、通常時の処理において５０％以下に設定し、起動時の処理において８０％以上に設定するように運用する。また、例えば、制御部９０は、最大開度における流路断面積が最も小さくできる流量調整弁Ｖａ３の開度を、通常運転時の処理において５０％以上に設定し、起動時の処理において２０％以下に設定するように運用する。
【0078】
これにより、通常運転時にアンモニア注入部５０から配管Ｌｗ１に注入されるアンモニアガスの単位時間当たりの流量は、起動時にアンモニア注入部５０から配管Ｌｗ１に注入されるアンモニアガスの単位時間当たりの流量よりも少なくなる。また、さらにアンモニアガスの注入量Ｑが小さい場合は、複数の供給配管Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３の複数の流量調整弁Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３の開度を全て小さくしたり、また一部を全閉としたりして、単位時間当たりに配管Ｌｗ１に供給されるアンモニアガスの流量が減少するように、制御してもよい。
【0079】
また、制御部９０は、ステップＳ２０３で算出するアンモニアガスの注入量Ｑが大きくなるにつれて複数の供給配管Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３から単位時間当たりに配管Ｌｗ１に供給されるアンモニアガスの流量が増加するとともにアンモニアガスの注入量Ｑの制御性を確保できるように、複数の流量調整弁Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３の開度の組み合わせを制御して、複数の流量調整弁Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３を制御する。
【0080】
ステップＳ２０７で、制御部９０は、ステップＳ２０６でアンモニア注入部５０により注入されたアンモニアガスがステップＳ２０３で算出したアンモニアガスの注入量Ｑに到達したかどうかを判定し、ＮＯである場合はアンモニアガスの注入を継続し、ＹＥＳであればステップＳ２０８に処理を進める。
【0081】
ステップＳ２０８で、制御部９０は、ステップＳ２０３で算出したアンモニアガスの注入量Ｑのアンモニアガスの注入が完了したため、アンモニアガスの注入を停止するようアンモニア注入部５０を制御する。制御部９０は、ステップＳ２０８の処理が終了した場合、ステップＳ２０９へ処理を進める。
【0082】
ステップＳ２０９で、制御部９０は、電気伝導率の目標値の変更の指示が入力されたかどうかを判定し、ＹＥＳであれば本フローチャートの処理を一旦終了させ、再び本フローチャートの処理の実行を開始する。制御部９０は、ＮＯと判定する場合は、ステップＳ２０４の処理を再び実行し、ステップＳ２０４からステップＳ２０８の処理を繰り返す。
【0083】
図８は、ステップＳ２０４からステップＳ２０８の処理を繰り返し実行した場合のボイラ水の電気伝導率（ＥＣ）の時間変化を示している。図８に示すように、電気伝導率（ＥＣ）が時刻Ｔ１ａで管理下限値ＥＣｉｎに達すると、ステップＳ２０６により予め算出したアンモニアガスの注入量Ｑのアンモニアガスが注入される。
【0084】
図８に示すように、時刻Ｔ１ａでアンモニアガスが注入されると、時刻Ｔ１ａから時刻Ｔ１ｂに至るまで電気伝導率ＥＣが管理下限値ＥＣｉｎから制御目標値ＥＣｔまで漸次増加する。ステップＳ２０８により、時刻Ｔ１ｂにおいてアンモニアガスの注入が停止されるため、時刻Ｔ１ｂから時刻Ｔ２ａに至るまで電気伝導率（ＥＣ）が漸次減少する。
【0085】
その後は、時刻Ｔ２ａでアンモニアガスが注入され、時刻Ｔ２ｂでアンモニアガスの注入が停止される。また、時刻Ｔ３ａでアンモニアガスが注入され、時刻Ｔ３ｂでアンモニアガスの注入が停止され、時刻Ｔ４ａでアンモニアガスが注入される。以上のように、予め算出したアンモニアガスの注入量Ｑのアンモニアガスの注入を間欠的に繰り返すことにより、ボイラ水の電気伝導率（ＥＣ）が管理下限値ＥＣｉｎと制御目標値ＥＣｔとの間で維持される。
【0086】
また、ボイラ水の電気伝導率（ＥＣ）が管理下限値ＥＣｉｎと制御目標値ＥＣｔより大きな上限値ＥＣｍａｘまで上昇させないので、アンモニアガスの注入量が過剰となってプラントの運用コストが増大することを抑制することができる。
【0087】
以上説明した実施形態に記載のボイラプラント（１００）は、例えば以下のように把握される。
本開示に係るボイラプラント（１００）は、熱源からの熱によって蒸気を生成するボイラ（１０）と、ボイラが生成した蒸気により作動する蒸気タービン（２０）と、蒸気タービンから排出される蒸気を凝縮してボイラ水を生成する復水器（３０）と、復水器で凝縮されたボイラ水を前記ボイラに供給する復水ポンプ（４０）と、ボイラに供給されるボイラ水にアンモニアを注入するアンモニア注入部（５０）と、復水ポンプからボイラに供給されるボイラ水のｐＨ値を計測する、または計測した電気伝導率から前記ボイラ水のｐＨ値を算出する計測部（８０）と、アンモニア注入部を制御する制御部（９０）と、を備え、制御部は、アンモニア注入部によりアンモニアを注入する前に、アンモニア注入部がアンモニアを注入する際に計測部が計測するｐＨ値の計測値とｐＨ値の目標値とに応じたアンモニアガスの注入量を算出し、注入量のアンモニアを注入するようアンモニア注入部を制御する。
本開示に係るボイラプラント（１００）は、熱源からの熱によって蒸気を生成するボイラ（１０）と、ボイラが生成した蒸気により作動する蒸気タービン（２０）と、蒸気タービンから排出される蒸気を凝縮してボイラ水を生成する復水器（３０）と、復水器で凝縮されたボイラ水を前記ボイラに供給する復水ポンプ（４０）と、ボイラに供給されるボイラ水にアンモニアを注入するアンモニア注入部（５０）と、復水ポンプからボイラに供給されるボイラ水のｐＨ値を計測する、または計測した電気伝導率から前記ボイラ水のｐＨ値を算出する計測部（８０）と、アンモニア注入部を制御する制御部（９０）と、を備え、制御部は、アンモニア注入部によりアンモニアを注入する前に、アンモニア注入部がアンモニアを注入する際に計測部が計測するｐＨ値の計測値とｐＨ値の目標値とに応じたアンモニアガスの注入量を算出し、注入量のアンモニアを注入するようアンモニア注入部を制御する。
【0088】
本開示に係るボイラプラントによれば、ボイラ水のｐＨ値を調整するためのアンモニアの注入量をアンモニアを注入する前に算出しているため、フィードバック制御によりアンモニアの注入量を調整する場合に比べ、ボイラ水のｐＨ値を迅速に目標値に収束させることができる。また、ボイラ水を目標値に収束させるために必要な量のアンモニアのみを注入するため、フィードバック制御によりアンモニアの注入量が過剰となってプラントの運用コストが増大することを抑制することができる。
【0089】
特に、ボイラ水のｐＨ値の目標値が比較的高い値である場合に、ｐＨ値の目標値が比較的低い値である場合に比べ、必要なアンモニアの注入量が指数関数的に増加するため、アンモニアの注入量に対するｐＨ値の変化量が小さくなる。この時、フィードバック制御によりアンモニアの注入量を迅速に収束させることが難しいためである。また、目標値より大きな上限値まで上昇させないので、アンモニアの注入量が過剰となってプラントの運用コストが増大することを抑制することができる。
【0090】
本開示に係るボイラプラントにおいて、制御部は、計測部が計測する計測値が目標値よりも低い基準値以下となる場合に、注入量のアンモニアガスを注入するようアンモニア注入部を制御する。計測部が計測する計測値が基準値以下となる場合に予め算出した注入量のアンモニアを注入するという比較的簡素な処理により、ボイラ水のｐＨ値を所望の範囲内に適切に維持することができる。
【0091】
本開示に係るボイラプラントにおいて、制御部は、計測部により計測されるボイラ水のｐＨ値が９．７以上かつ１０．５以下となるように目標値を設定する。ボイラ水のｐＨ値を９．７以上に維持することで、配管の減肉速度が極めて低くなるようにｐＨ値を維持することができる。また、計測部８０が計測するボイラ水のｐＨ値を１０．５以下に維持することで、アンモニアガスを過剰に注入することを抑制し、ボイラプラント１００の運用コストを低減することができる。これは、ボイラ水ｐＨ値の目標値が９．７以上は比較的高い値である場合であり、ｐＨ値の目標値が比較的低い値である場合に比べ、必要なアンモニアの注入量が指数関数的に増加するためである。
【0092】
本開示に係るボイラプラントにおいて、アンモニア注入部から注入するアンモニアは気体状態を含むアンモニアガスであり、アンモニア注入部を復水器と復水ポンプとの間に設ける。アンモニアガスは復水ポンプの上流側に吹き込まれるため、ボイラ水が復水ポンプを通過する際に撹拌されて、アンモニアガスのボイラ水への溶解が促進する。
【0093】
本開示に係るボイラプラントにおいて、アンモニア注入部は、アンモニアガスを供給する供給部（５１）と、供給部から供給されるアンモニアガスを復水ポンプの上流側に供給する複数の供給配管（Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３）と、複数の供給配管のそれぞれに設けられる複数の流量調整機構（Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３）と、を有する。複数の流量調整機構により各供給配管から供給されるアンモニアガスの単位時間当たりの供給量を適切に調整することにより、アンモニアガスの注入量に応じた適切な流量でアンモニアガスを供給することができる。
【0094】
本開示に係るボイラプラントにおいて、複数の流量調整機構は、それぞれ異なる最大開度を有する弁である。最大開度の異なる弁を組み合わせることにより、アンモニアガスの注入量に応じた適切な流量でアンモニアガスを供給することができる。
【0095】
本開示に係るボイラプラントにおいて、制御部は、注入量が多くなるにつれて複数の供給配管から単位時間あたりに供給される前記アンモニアガスの流量が増加するよう、複数の流量調整機構を制御する。注入量が多くなるにつれてアンモニアガスの単位時間当たりの流量を増加させることで、注入量が多い場合に要する注入時間を適切に短縮することができる。
【0096】
本開示に係るボイラプラントにおいて、アンモニア注入部は、復水ポンプよりも上流側において、ボイラに供給されるボイラ水にアンモニアガスを注入するアンモニア注入部と、を備える。
【0097】
以上説明した各実施形態に記載のボイラプラントの制御方法は、例えば以下のように把握される。
本開示に係るボイラプラントの制御方法は、熱源からの熱によって蒸気を生成するボイラと、ボイラが生成した蒸気により作動する蒸気タービンと、蒸気タービンから排出される蒸気を凝縮してボイラ水を生成する復水器と、復水器で凝縮されたボイラ水をボイラに供給する復水ポンプと、ボイラに供給されるボイラ水にアンモニアを注入するアンモニア注入部と、を備えるボイラプラントの制御方法であって、復水ポンプからボイラに供給されるボイラ水のｐＨ値を計測する、または計測した電気伝導率からボイラ水のｐＨ値を算出する計測工程と、アンモニア注入部がアンモニアを注入する際に計測工程で計測されたｐＨ値の計測値とｐＨ値の目標値とに応じたアンモニアの注入量を算出する算出工程と、算出工程により算出された注入量のアンモニアを注入するようアンモニア注入部を制御する制御工程と、を備える。
本開示に係るボイラプラントの制御方法は、熱源からの熱によって蒸気を生成するボイラと、ボイラが生成した蒸気により作動する蒸気タービンと、蒸気タービンから排出される蒸気を凝縮してボイラ水を生成する復水器と、復水器で凝縮されたボイラ水をボイラに供給する復水ポンプと、ボイラに供給されるボイラ水にアンモニアを注入するアンモニア注入部と、を備えるボイラプラントの制御方法であって、復水ポンプからボイラに供給されるボイラ水のｐＨ値を計測する、または計測した電気伝導率からボイラ水のｐＨ値を算出する計測工程と、アンモニア注入部がアンモニアを注入する際に計測工程で計測されたｐＨ値の計測値とｐＨ値の目標値とに応じたアンモニアの注入量を算出する算出工程と、算出工程により算出された注入量のアンモニアを注入するようアンモニア注入部を制御する制御工程と、を備える。
【0098】
本開示に係るボイラプラントの制御方法によれば、ボイラ水のｐＨ値を調整するためのアンモニアガスの注入量を、アンモニアを注入する前に算出しているため、フィードバック制御によりアンモニアの注入量を調整する場合に比べ、ボイラ水のｐＨ値を迅速に目標値に収束させることができる。また、ボイラ水を目標値に収束させるために必要な量のアンモニアのみを注入するため、フィードバック制御によりアンモニアの注入量が過剰となってプラントの運用コストが増大することを抑制することができる。
【符号の説明】
【0099】
１０ 排熱回収ボイラ
２０ 蒸気タービン
３０ 復水器
４０ 復水ポンプ
５０ アンモニア注入部
５１ 供給部
５１ａ 貯蔵タンク
５１ｂ 気化器
８０ 計測部
９０ 制御部
１００ ボイラプラント
ＥＣ 電気伝導率
ＥＣａ 計測値
ＥＣｉｎ 管理下限値（基準値）
ＥＣｍａｘ 上限値
ＥＣｍｉｎ 下限値
ＥＣｔ 制御目標値（目標値）
Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３ 供給配管
Ｑ 注入量
Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３ 流量調整弁（流量調整機構）
２０ 蒸気タービン
３０ 復水器
４０ 復水ポンプ
５０ アンモニア注入部
５１ 供給部
５１ａ 貯蔵タンク
５１ｂ 気化器
８０ 計測部
９０ 制御部
１００ ボイラプラント
ＥＣ 電気伝導率
ＥＣａ 計測値
ＥＣｉｎ 管理下限値（基準値）
ＥＣｍａｘ 上限値
ＥＣｍｉｎ 下限値
ＥＣｔ 制御目標値（目標値）
Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３ 供給配管
Ｑ 注入量
Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３ 流量調整弁（流量調整機構）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】