WTEタービンの翼に付着物が生じる原因は何ですか？

WTEタービンの翼への堆積物は、通常、蒸気中の不純物に起因します。ボイラー水の液滴が蒸気供給系に持ち込まれる場合、シリカが気相で運ばれる場合、または水・蒸気系統から腐食生成物が放出される場合があります。必要な是正措置は、どの物質が存在するか、またそれがどのように翼まで到達したかによって異なります。洗浄によって流路は回復しますが、堆積物が繰り返し発生する場合は、汚染源または移送メカニズムが依然として作用していることを示しています。

廃棄物発電プラントでは、燃焼灰と排ガスはタービンの通常の蒸気経路の外にあります。廃棄物の組成はボイラーの運転や伝熱面に影響しますが、火炉側の灰だけではタービンの汚損原因を特定できません。診断には、翼の堆積物と蒸気化学、水処理、設備の状態、または運転上の事象との関連を示す証拠が必要です。

ボイラー水のキャリーオーバーによる溶解塩類の持ち込み

機械的キャリーオーバーは、水滴がボイラーの蒸気分離装置から流出すると発生します。これらの水滴には、ボイラー水に含まれる溶解物質や懸濁物質が含まれています。過熱蒸気に入って蒸発すると、不純物が残り、弁、ノズル、翼に堆積することがあります。

ドラム水位が高い場合、発泡が生じている場合、分離装置の構成部品が損傷している場合、または装置の想定負荷範囲を外れて運転している場合は、いずれもキャリーオーバーが発生しやすくなります。急激な負荷変化には特に注意が必要です。圧力低下時のドラム膨張によって見かけの水位が上昇し、それ以前の定常運転時の測定値が許容範囲内でも、分離が乱れることがあります。

ボイラー水の溶解固形分濃度が高いと、好ましくない条件下でキャリーオーバーが促進されます。復水系統への油の流入など、有機物による汚染は発泡を助長することがあります。ブロー量を増やすことで溶解固形分濃度を下げられる場合はありますが、損傷した分離装置の修理や、油の流入源の除去にはなりません。

代表性のある蒸気サンプル中のナトリウムは、多くのボイラー水不純物にナトリウムが含まれるため、汚染を示す有用な指標です。ただし、ナトリウム値の一時的な上昇だけでは、侵入箇所は特定できません。その発生時期をドラム水位、負荷変化、ボイラー水の水質、復水の水質と照合してください。起動時や負荷変動時に短時間汚染が発生した場合、後のサンプルが正常に戻っていても堆積物が残ることがあります。

シリカの挙動は液滴のキャリーオーバーとは異なる

シリカは、機械的キャリーオーバーと気相移行の両方によって蒸気に入る可能性があります。ボイラー水と蒸気の間での分配は、圧力と水質によって変化します。そのため、液滴を効果的に分離しても、蒸気中のシリカ濃度が十分に低くなるとは限りません。

蒸気がタービン内で膨張すると、シリカを保持できる能力が低下し、下流側の表面にシリカが堆積することがあります。影響を受ける段は入口条件と膨張経路によって異なるため、あらゆるシリカ堆積物を特定のタービン段に結び付けるのは適切ではありません。シリカを多く含む堆積物は硬く、水だけでは除去しにくいことがよくあります。

したがって、蒸気中のナトリウム値が低くても、シリカ管理が適切であるとは判断できません。蒸気中のシリカは個別に測定し、ボイラー水中のシリカ測定値と補給水処理の記録で裏付ける必要があります。脱塩装置を使用している場合、処理材の劣化、破過、または再生不良により、サイクルに流入するシリカ量が増加することがあります。

リン酸塩を含む堆積物は、別の観点から解釈する必要があります。リン酸塩処理を行うボイラーで、タービン堆積物からリン酸塩が検出された場合は、ボイラー水が蒸気中に移行したことを強く示します。キャリーオーバーを調査せずに薬剤注入量を増やすと、堆積し得る物質の量を増やすおそれがあります。

堆積物の組成から調査範囲を絞り込む

色や質感は堆積物の記録に役立ちますが、それだけで種類を確実に特定することはできません。暗色の層には、塩類と混ざった酸化鉄が含まれることがあります。淡色の堆積物には、シリカや複数の水処理化合物が含まれる場合があります。水洗い、ブラスト処理、薬品の使用を行う前に、表面を撮影し、サンプルを採取してください。

段や構成部品ごとにサンプルを分けて保管してください。段、翼の面、半径方向の位置、堆積物の厚さ、また付着が弱いか強いかを記録します。すべてを1つのサンプルに混ぜると、上流側の汚染と膨張中の堆積とを区別するのに役立つ位置情報が失われます。

元素分析では構成元素を特定し、鉱物相分析では存在する化合物の特定に役立ちます。水溶性試験も洗浄方法の選定に役立ちます。特に、可溶性塩類が硬いシリカ粒子や酸化物粒子を結合している場合、混合堆積物の分析には複数の分析方法が必要となることがよくあります。

水・蒸気系統をたどって汚染源を特定する

復水器の漏えいにより、冷却水中の不純物が復水に混入することがあります。熱供給を行う場合は、汚染されたプロセス復水がサイクルに戻ることも別の混入経路になります。タービン堆積物の発生状況は、不純物の種類、ボイラー内の濃度、蒸気への移行状況によって異なります。

補給水、復水、給水、ボイラー水、タービン入口蒸気のサンプルを比較してください。復水で最初に水質の悪化が見られる場合と、ボイラー水に限って悪化が見られる場合とでは、原因が異なる可能性があります。水質記録には、処理条件の変更、異常な補給水需要、起動期間、復水戻りの隔離も含めてください。

鉄分の多い堆積物については、腐食生成物の移送と直近の運転履歴を調査してください。停止中の環境、不適切な保管処置、起動時の変動により、蓄積した酸化物が放出されることがあります。大きな酸化物粒子はエロージョンを引き起こすこともあるため、堆積物と衝撃損傷の両方が見られる表面には、複数のメカニズムが関与している可能性があります。

蒸気サンプルが一見清浄でも、結果を採用する前にサンプリングシステムを確認してください。サンプリング位置、採取方法、配管の状態、冷却、分析計の応答は、短時間の汚染事象を捕捉できるかどうかに影響します。安定運転の再開後に採取した遅延サンプルでは、それ以前のキャリーオーバーの発生状況を再現できません。

汚損の兆候とその他の性能低下を切り分ける

堆積物は翼形状を変え、表面粗さを増し、ノズル通路を狭めます。位置や程度によっては、効率の低下、段圧の変化、または通過能力の低下につながります。入口条件、排気圧、負荷が同等の条件で、段圧と蒸気流量を比較してください。圧力の測定値1つだけでは判断できません。

定格出力1.5 MW～400 MWの発電機を駆動する蒸気タービンでは、電気出力を蒸気流量および熱力学的条件と併せて評価してください。出力低下だけでは、翼の汚損、入口温度の低下、復水器圧力の上昇、電気系統の制約を区別できません。

振動についても同様に慎重な評価が必要です。不均一な堆積はローターのバランスを乱すことがありますが、芯出しの変化、軸受の問題、接触、翼の損傷も振動の原因となります。振動の傾向を水質上の事象や性能変化と照合し、点検時に機械的な状態を確認してください。付着の緩い物質が剥離することもあるため、振動が急変したからといって汚損が解消したとは限りません。

確認されたメカニズムに応じて除去方法と予防策を選ぶ

堆積物の分析結果とタービンメーカーの手順に基づいて洗浄方法を選定してください。水洗浄は一部の可溶性塩類に適していますが、シリカを多く含む堆積物や強固に付着した酸化物には、別の承認済み方法が必要となる場合があります。管理されていない研磨洗浄は翼形状や表面仕上げを変えるおそれがあり、不適切な薬品は材料を侵食したり、隙間に残留したりする可能性があります。

洗浄前に、堆積物の下にある孔食、亀裂、エロージョンを評価してください。汚損しているように見える翼に、修理や交換が必要な腐食損傷がある場合もあります。オンライン洗浄は、タービンの設計および運転手順で明示的に許可されている場合に限り、水の導入量と排水に関する制限を定めたうえで実施してください。

是正措置は、得られた証拠に基づいて実施してください。機械的キャリーオーバーが原因であれば分離装置を修理し、過渡状態でのドラム水位の挙動を安定させ、処理水の破過が確認された場合はシリカ除去機能を回復させ、または復水中の汚染源を隔離します。再起動後は、定常運転時だけでなく、起動時や負荷変化時も代表性のある蒸気水質を継続的に監視してください。次の適切な停止時に、以前に影響を受けた段を再点検し、堆積の進行が遅くなったか、再発したかを確認してください。