蒸気発生設備の水処理方法
【課題】蒸気を発生する蒸気発生器の蒸発管内やボイラの缶体内部と共に、鋼材製のエコノマイザや蒸気復水系配管の腐食も抑制することが可能な蒸気発生設備の水処理方法を提供する。
【解決手段】軟化水を補給水として使用し、蒸発管を加熱後の排ガスで給水を加熱するエコノマイザ８を備える蒸気発生設備１０について、窒素と置換することにより水中の溶存酸素を低減する脱酸素装置４により、給水タンク１内の水の溶存酸素量を２ｍｇ／Ｌ以下に低減する。また、給水タンク１、又は給水タンク１とエコノマイザ８との間の給水ラインにアルカリ剤を添加し、エコノマイザ８に供給される給水のｐＨを９以上にする。併せて、給水タンク１とエコノマイザ８との間の給水ラインに脱酸素剤を添加する。
【解決手段】軟化水を補給水として使用し、蒸発管を加熱後の排ガスで給水を加熱するエコノマイザ８を備える蒸気発生設備１０について、窒素と置換することにより水中の溶存酸素を低減する脱酸素装置４により、給水タンク１内の水の溶存酸素量を２ｍｇ／Ｌ以下に低減する。また、給水タンク１、又は給水タンク１とエコノマイザ８との間の給水ラインにアルカリ剤を添加し、エコノマイザ８に供給される給水のｐＨを９以上にする。併せて、給水タンク１とエコノマイザ８との間の給水ラインに脱酸素剤を添加する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、蒸気発生設備の水処理方法に関する。より詳しくは、軟化水を補給水として使用すると共に、排ガスで給水を加熱するエコノマイザを備える蒸気発生設備の水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟化水を補給水として使用して蒸気を発生する蒸気発生設備では、蒸気発生器やボイラ缶内における水に接触する部分（例えば蒸発管内など）の腐食を防止するため、防食処理が行われている。その方法としては、防食剤や脱酸素剤などの薬剤を注入すると共に、ボイラ水のｐＨが所定の値（通常は１１．０〜１１．８）になるように、必要に応じてアルカリ剤を添加する方法が一般的である。
【０００３】
しかしながら、脱酸素剤を使用した処理は、蒸発管を加熱した後の排ガスで給水を加熱するエコノマイザ（給水予熱器）のような非濃縮部では、水中の脱酸素剤の濃度が低く、反応時間も短いため、十分に脱酸素できず、腐食低減効果がほとんど得られない。防食剤を使用した処理についても同様で、エコノマイザでは濃縮されないため、濃縮部である蒸気発生器やボイラ缶内で防食効果を発揮する濃度に設定されている場合、給水中の濃度は防食効果が得られる濃度よりも低くなり、腐食低減は期待できない。また、蒸気が凝縮したドレンを給水として、回収し、再利用する場合は、給水温度が上昇するため、エコノマイザの腐食は更に増大する。
【０００４】
一方、脱酸素装置を使用して、物理的に水中の酸素を除去し、酸素濃度を低減する（加熱脱気器で数〜数十μｇ／Ｌ以下、対向流接触の窒素置換式脱酸素装置で０．１ｍｇ／Ｌ以下、真空式脱気装置で０．５ｍｇ／Ｌ以下）ことで、腐食を抑制する方法もある。しかしながら、この方法は、脱酸素装置が大型で、コストも高く、更に、既存の設備への設置が煩雑であるため、適用範囲が制限されるという問題がある。
【０００５】
また、ＪＩＳ Ｂ８２２３では、給水のｐＨを５．８〜９．０と規定しており、腐食抑制のためにはｐＨ７以上が好ましいとしているが、エコノマイザに関しては、この範囲では十分な防食効果が得られない。このように、エコノマイザは、蒸気発生設備を構成する各部の中でも特に腐食が発生しやすい箇所であり、鋼材で形成されている場合は、その傾向が顕著である。
【０００６】
そこで、従来、エコノマイザの防食を目的とした種々の防食剤又は防食方法が提案されている（例えば、特許文献１〜５参照。）。具体的には、特許文献１には、単糖類とグルコン酸鉄の混合物の水溶液に、アルカリ金属水酸化物を添加し、反応させて得られる生成物からなる記載の軟水ボイラ用防食剤が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、ボイラ給水にケイ酸塩を注入して、水管にケイ酸塩による不溶性の防食被膜を形成する防食方法が開示されている。更に、特許文献３には、酒石酸又はその塩を１０〜５０ｍｇ／Ｌ、クエン酸又はその塩を１０〜５０ｍｇ／Ｌ、ｐＨを８〜１２に調製するアルカリ剤を添加して、鉄系金属の腐食・孔食を防止する方法が開示されている。
【０００８】
一方、特許文献４に記載の防食方法では、加水分解型のタンニン又はその中性塩とアルカリ金属水酸化物とを混合反応させた溶液を脱酸素剤として、給水タンク又は補給水経路の途中に供給している。この特許文献４に記載の技術では、循環水と脱酸素剤時の混合時間を長くすることで脱酸素反応の時間を稼ぎ、これにより、給水中の溶存酸素を低減して、エコノマイザを含む給水系全体の腐食防止性能の向上を図っている。
【０００９】
また、特許文献５には、陽イオン交換樹脂を用いた軟水器で硬度成分を除去すると共に、脱気装置で溶存ガスを除去した給水に、アルカリ金属水酸化物及び必要に応じてケイ酸などの防食剤を添加した後、蒸気ボイラに給水する蒸気ボイラの運転方法が開示されている。この蒸気ボイラ装置では、蒸気ボイラにおいて、濃縮されてアルカリ金属水酸化物濃度が高まり、ｐＨが上昇したボイラ水の一部が、還流されて給水と混合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−２０４６６２号公報
【特許文献２】特開２００１−３３５９７５号公報
【特許文献３】特開２００５−２２０３９６号公報（特許第４２７７０７２号）
【特許文献４】特開２００１−１１６２０７号公報（特許第３１１６０４２号）
【特許文献５】特開２０１０−２３０１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前述した従来の技術には、以下に示す問題点がある。先ず、特許文献１〜３に記載されているような薬剤を添加する防食方法は、エコノマイザのような非濃縮部で十分な防食効果を得ようとすると、薬剤の添加量が多くなるという問題点がある。このように、水系に薬剤を多量に添加すると、ボイラ水の電気伝導率が大幅に上昇し、ボイラから発生する蒸気中にボイラ水そのものが混入する所謂「キャリオーバ」が発生しやすくなる。また、キャリオーバの発生を防止するために、ブロー量を増やすと、エネルギーコストが増加して不経済となる。
【００１２】
更に、特許文献２に記載されているようなケイ酸塩を添加する方法では、軟水器から硬度成分がリークしたときのスケール発生量が増大し、伝熱阻害によるエネルギーロスや伝熱面の加熱による噴破が生じる可能性もある。
【００１３】
一方、給水タンクは、通常、上部が開放されているか又は上部にエアベント（空気抜き弁）が設置されている。このため、特許文献４に記載の防食方法のように給水タンクで脱酸素処理を行う場合、空気中の酸素が給水に再溶解するため、溶存酸素濃度に対応して脱酸素剤の添加量を設定すると、溶存酸素を十分に除去することができないという問題が生じる。この問題は、給水に添加する脱酸素剤の量を多くすることで解決することができるが、その場合、薬剤の添加量が増えるため、処理コストの増加、キャリオーバの発生、ブロー量の増加に伴うエネルギーコストの増加といった問題が生じる。
【００１４】
また、特許文献５に記載の防食方法は、水素イオン型の陽イオン交換樹脂を用いているため、アルカリ水酸化物の添加が不足又は停止した場合、給水やボイラ水のｐＨが著しく低下し、多大な腐食トラブルを生じるリスクがある。また、脱酸素装置により、物理的に酸素を低濃度まで除去して腐食を低減する方法は、前述したように、装置が大型でコストも高く、既存の設備への設置が煩雑となり、運用が制限されるという問題点がある。
【００１５】
そこで、本発明は、蒸気を発生する蒸気発生器の蒸発管内やボイラの缶体内部と共に、鋼材製のエコノマイザや蒸気復水系配管の腐食も抑制することが可能な蒸気発生設備の水処理方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る蒸気発生設備の水処理方法は、軟化水を補給水として使用し、蒸発管を加熱後の排ガスで給水を加熱するエコノマイザを備える蒸気発生設備の水処理方法であって、窒素と置換することにより水中の溶存酸素を低減する脱酸素装置により、給水タンク内の水の溶存酸素量を２ｍｇ／Ｌ以下に低減する工程と、給水タンク又は該給水タンクとエコノマイザとの間の給水ラインにアルカリ剤を添加し、前記エコノマイザに供給される給水のｐＨを９以上にする工程と、給水タンクとエコノマイザとの間の給水ラインに脱酸素剤を添加する工程と、を有する。
本発明においては、給水タンク内の水の溶存酸素量を２ｍｇ／Ｌ以下に低減すると共に、給水ラインで脱酸素剤を添加しているため、溶存酸素除去に必要な脱酸素剤の量が従来よりも低減される。また、窒素置換式脱酸素装置を使用しているため、溶存酸素の除去が容易である。更に、給水にアルカリ剤を添加して、エコノマイザに供給される給水のｐＨを９以上にしているため、腐食生成物の溶解度が低下すると共に、金属表面に耐食性のある酸化鉄皮膜が形成される。その結果、蒸気発生設備系内、特に、エコノマイザにおける腐食抑制効果が向上する。
この水処理方法では、脱酸素剤として、エリソルビン酸及び／又はアスコルビン酸と、アルカリとを含有し、前記アルカリの配合量が、Ｐアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）換算で、エリソルビン酸及びアスコルビン酸の含有量（ｍｇ／Ｌ）の０．６倍以上の水溶液を使用することができる。
その場合、前記脱酸素剤と併せて、カルシウム化合物及び／又はマグネシウム化合物からなる脱酸素触媒を添加してもよい。
一方、脱酸素剤として、タンニン及び／又はタンニン酸と、アルカリとを含有し、前記アルカリの配合量が、Ｐアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）換算で、タンニン及びタンニン酸の含有量（ｍｇ／Ｌ）の０．５倍以上である水溶液を使用することもできる。
その場合、前記脱酸素剤と併せて、カルシウム化合物からなる脱酸素触媒を添加してもよい。
また、脱酸素剤と脱酸素触媒とを併用する場合は、給水タンクとエコノマイザとの間の給水ラインに、更に、前記マグネシウム化合物及び／又は前記カルシウム化合物に由来する給水の全硬度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）と同濃度以上となるように、アクリル酸系ポリマーを添加することが望ましい。
更に、アルカリとしては、例えば水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを使用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、窒素置換型脱酸素装置で給水タンク内の水に含まれる溶存酸素を低減した後、給水ラインで脱酸素剤を添加し、更に、アルカリ剤の添加によりエコノマイザに供給される給水のｐＨを９以上にしているため、蒸気を発生する蒸気発生器の蒸発管内やボイラの缶体内部だけでなく、腐食性が高い鋼材製のエコノマイザや蒸気復水系配管の腐食も、抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る水処理方法を適用した蒸気発生設備の構成例を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態について、添付の図面を参照して、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。本発明の実施形態に係る水処理方法は、軟化水を補給水とし、かつエコノマイザを備える蒸気発生設備に適用され、蒸気発生器、ボイラ缶内、エコノマイザ及び蒸気復水系配管等の腐食を抑制するものである。
【００２０】
図１は本実施形態の水処理方法を適用した蒸気発生設備の構成例を示す系統図である。図１に示すように、本実施形態の水処理方法が適用される蒸気発生設備１０には、給水タンク１と、１又は複数のボイラ２と、熱交換器３とが設けられている。また、各ボイラ２の手前には、蒸発管を加熱した後の排ガスで給水を加熱するエコノマイザ８が設けられている。
【００２１】
この蒸気発生設備１０では、給水タンク１に貯留された給水は、エコノマイザ８で加熱された後、給水ポンプＰ１によってボイラ２に供給される。そして、ボイラ２で生成した蒸気は、例えば一部が直接使用され、残りは熱交換器３に送られる。また、熱交換器３で生じたドレン（復水）は、全量又はその一部が給水タンク１に送られ、給水として再利用される。
【００２２】
また、蒸気発生設備１０には、給水タンク１に、ポンプＰ４や配管などで構成される循環ラインが設けられており、給水タンク１内の水が循環するようになっている。そして、この循環ラインの途中には、上流側から順に、補給水として軟化水を注入する軟化水補給部７と、溶存酸素を窒素に置換して水中の溶存酸素量を低減する窒素置換式脱酸素装置４とが配設されている。なお、軟化水補給部７よりも下流側に窒素置換式脱酸素装置４を配置しているのは、給水中の酸素を効率的に除去するためである。
【００２３】
蒸気発生設備１０に設けられる窒素置換式脱酸素装置４の構成は、特に限定されるものではないが、例えば図１に示すように、配管内を通流する水に窒素ガスを注入する窒素ガス注入部４ｃと、注入された窒素ガスと水とを混合する窒素ガス混合部４ｄとを備えるものを使用することができる。このような構成の窒素置換式脱酸素装置４の場合、更に、流量調整部４ａ，４ｂ及び圧力計ＰＧなどを設け、窒素ガスの注入部４ｃ及び窒素ガス混合部４ｄの圧力が特定の範囲（例えば０．１〜０．６ＭＰａ）になるように、配管内を通流する水の流量を調整することが望ましい。
【００２４】
なお、図１に示す窒素置換式脱酸素装置４では、窒素ガス注入部４ｃよりも上流側と、窒素ガス混合部４ｄよりも下流側の２箇所に、流量調整部４ａ，４ｂを設置しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、流量調整部は、窒素置換式脱酸素装置４内の任意の位置に、少なくとも１つ設けられていればよい。また、例えば、流量調整部４ａを省略し、ポンプＰ４の能力を変更することによって流量を調整してもよい。
【００２５】
更に、蒸気発生設備１０には、脱酸素剤を貯留する薬液タンク（脱酸素剤タンク）５と、アルカリ剤を貯留する薬液タンク（アルカリ剤タンク）６が設けられている。そして、脱酸素剤タンク５に貯留されている脱酸素剤、及びアルカリ剤タンク６に貯留されているアルカリ剤は、それぞれ薬注ポンプＰ２又は薬注ポンプＰ３を介して、給水配管内を通流する給水に添加されるようになっている。
【００２６】
なお、図１に示す蒸気発生設備１０では、給水配管内を通流する給水にアルカリ剤を添加する構成となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、薬注ポンプＰ３を介して、給水タンク１内の給水に添加されるような構成としてもよい。また、水質条件の変動が少ない場合は、脱酸素剤とアルカリ剤を混合して一液とし、これを、給水配管を通流する給水に添加するような構成にすることもできる。
【００２７】
次に、前述した蒸気発生設備１０の具体的な水処理方法について説明する。本実施形態の水処理方法では、先ず、窒素置換式脱酸素装置４によって、給水タンク１内の水の溶存酸素濃度を２ｍｇ／Ｌ以下にする。給水タンク１内の水の溶存酸素濃度が２ｍｇ／Ｌを超えていると、エコノマイザ８の防食効果が著しく低下し、十分な処理効果が期待できなくなるからである。
【００２８】
次に、給水タンク１又は給水配管内を通流する給水に、アルカリ剤を添加して、エコノマイザ８に供給される給水のｐＨが９以上になるようにする。これにより、脱酸素剤の反応速度が上昇するため、給水中の溶存酸素濃度を低下させることができると共に、防食効果を向上させることができる。なお、エコノマイザ８に供給される給水のｐＨが９未満であると、エコノマイザ８の防食効果が十分に得られなくなる。
【００２９】
また、防食効果の観点からは、給水のｐＨは高い方が好ましいが、給水のｐＨを高くしすぎると、ボイラ水系においては、後段で濃縮が起こる。これにより、ボイラ缶内でアルカリ剤が濃縮してｐＨや電気伝導率が上昇しすぎて、キャリオーバやアルカリ腐食の懸念が生じる。これを防止するためには、ブロー率を高くして濃縮を抑制する必要があり、エネルギー及び水の損失が大きくなる。このような理由から、給水のｐＨの上限はｐＨ１１程度とすることが望ましく、より望ましくはｐＨ１０．５程度、特に望ましくはｐＨ１０程度である。
【００３０】
本実施形態の水処理方法で使用するアルカリ剤は、特に限定されるものではないが、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等の苛性アルカリが好適であり、処理効果及び経済的観点から、特に、水酸化ナトリウムが好適である。なお、これらのアルカリ剤は、単独で使用しても、組み合わせて使用してもよい。
【００３１】
また、アルカリ剤の添加量の調整方法も特に限定されるものではなく、例えば、予め、アルカリ剤を添加する前の給水の水質から必要な添加量を算出しておき、その値に基づいて添加しても、予め給水にアルカリ剤を添加して、必要濃度を確認しておいてもよい。更に、アルカリ剤添加後の給水のｐＨを連続的又は断続的に計測し、その結果に基づいてアルカリ剤の添加量を自動又は手動で調整してもよい。
【００３２】
本実施形態の水処理方法では、給水に、更に、脱酸素剤を添加することによって、給水中の溶存酸素を除去する。脱酸素剤の添加量の調整方法は、特に限定されるものではないが、例えば、予め、使用する脱酸素剤について、処理対象の蒸気発生設備１０の運転条件での脱酸素量を求めておき、その値と給水中の溶存酸素濃度とから必要量を算出し、添加することができる。また、処理対象の蒸気発生設備１０において、少量を連続的に採取した蒸気を冷却して得られる蒸気凝縮水の溶存酸素を測定するか、又は熱交換器出口のドレン中の溶存酸素を測定し、脱酸素剤と反応せずに蒸気に移行する酸素が十分に低く（＜０．５ｍｇ／Ｌ）なるように、脱酸素剤の添加量を決定し、調整してもよい。
【００３３】
ここで使用する脱酸素剤は、特に限定されるものではないが、例えばタンニン、タンニン酸又はその塩、没食子酸又はその塩、エリソルビン酸又はその塩、アスコルビン酸又はその塩、グルコース、及びグルコン酸やグルコヘプトン酸などのアルドン酸又はその塩が挙げられる。なお、前述した「タンニン」及び「タンニン酸」は、加水分解型及び縮合型のいずれでもよく、アルカリとの混合物やアルカリと混合することにより生じる没食子酸などの加水分解物も含まれる。また、「グルコース」には、アルカリと混合して得られる反応物も含まれる。
【００３４】
前述した脱酸素剤の中でも、特に、高濃度の薬液が調整可能で、脱酸素効果が高く、ボイラサイクルに対する影響も少ないタンニン、タンニン酸又はその塩、エリソルビン酸又はその塩を使用することが望ましい。なお、これらの化合物は、単独で使用しても、組み合わせて使用してもよい。
【００３５】
また、タンニン、タンニン酸、エリソルビン酸及びアスコルビン酸は、ボイラ缶内で有機酸を生じるため、これらを脱酸素剤として使用する場合は、生成する有機酸の中和に必要な量のアルカリを配合することが望ましい。ここで使用するアルカリは、例えば水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの苛性アルカリが好適であるが、これらに特に限定されるものではなく、炭酸カリウムなどを使用することもできる。
【００３６】
そして、例えば、脱酸素剤として、エリソルビン酸及び／又はアスコルビン酸と、アルカリとを含有する水溶液を使用する場合は、アルカリの配合量が、Ｐアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）換算で、エリソルビン酸及び／又はアスコルビン酸の濃度（ｍｇ／Ｌ）の０．６倍以上となるようにすることが望ましい。これにより、エリソルビン酸及びアスコルビン酸がボイラ缶内で分解して生成する有機酸を中和することができる。なお、エリソルビン酸及びアスコルビン酸に替えて、そのナトリウム塩又はカリウム塩を使用する場合は、その分だけ併用するアルカリを減らせばよい。
【００３７】
一方、アルカリの添加量が多くなると、脱酸素剤中のエリソルビン酸やアスコルビン酸の溶解度が低下して、濃度が低い薬液になったり、ボイラ水のｐＨや電気伝導率が上昇しすぎて、ブロー量を増やす必要が生じたりする。よって、脱酸素剤にアルカリを配合する場合は、アルカリの配合量が、Ｐアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）換算で、エリソルビン酸及び／又はアスコルビン酸の濃度（ｍｇ／Ｌ）の２倍以下になるようにすることが望ましい。
【００３８】
また、例えば、脱酸素剤として、タンニン及び／又はタンニン酸と、アルカリとを含有する水溶液を使用する場合は、アルカリの配合量が、Ｐアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）換算で、タンニン及び／又はタンニン酸の濃度（ｍｇ／Ｌ）の０．５倍以上となるようにする。これにより、タンニン又はタンニン酸がボイラ缶内で分解して生成する有機酸を中和することができる。なお、タンニン又はタンニン酸に替えて、そのナトリウム又はカリウムによる中和塩を使用する場合は、その分だけ併用するアルカリを減らせばよい。
【００３９】
この場合も、アルカリの添加量が多くなると、脱酸素剤中のタンニンやタンニン酸の溶解度が低下して、濃度が低い薬液になったり、ボイラ水のｐＨや電気伝導率が上昇しすぎて、ブロー量を増やす必要が生じたりする。このため、アルカリを配合する場合は、アルカリの配合量が、Ｐアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）換算で、タンニン及び／又はタンニン酸の濃度（ｍｇ／Ｌ）の５倍以下になるようにすることが望ましい。
【００４０】
本実施形態の水処理方法では、前述した脱酸素剤と併せて、酸素触媒を、給水タンクとエコノマイザとの間の給水ラインに添加してもよい。例えば、脱酸素剤として、エリソルビン酸やアスコルビン酸又はこれらの塩を使用する場合には、併用する脱酸素触媒としては、カルシウム化合物やマグネシウム化合物が好適である。
【００４１】
その際、脱酸素触媒に使用するカルシウム化合物としては、例えば塩化カルシウムや硫酸カルシウムなどの水溶性塩が挙げられる。また、マグネシウム化合物としては、例えば塩化マグネシウムや硫酸マグネシウムなどの水溶性塩が挙げられる。なお、脱酸素触媒は、これらに限定されるものではなく、水溶性塩であればよく、エチレンジアミン四酢酸のカルシウム錯体やマグネシウム錯体を使用してもよい。
【００４２】
一方、脱酸素剤として、タンニン又はタンニン酸を使用する場合には、併用する脱酸素触媒としては、カルシウム化合物が好適である。その際、脱酸素触媒に使用するカルシウム化合物としては、例えば塩化カルシウムや硫酸カルシウムなどの水溶性塩が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、水溶性塩であればよく、エチレンジアミン四酢酸のカルシウム錯体を使用してもよい。
【００４３】
更に、脱酸素剤と脱酸素触媒を併用する場合は、併せて、給水タンクとエコノマイザとの間の給水ラインに、アクリル酸系ポリマーを添加することが望ましい。その場合、給水中のアクリル酸系ポリマーの濃度が、脱酸素触媒に含まれるマグネシウムやカルシウムに由来する給水の全硬度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）と同濃度以上、好ましくは２倍濃度以上になるようにすることが望ましい。これにより、カルシウムやマグネシウムがボイラ缶内でスケール化することを防止できる。
【００４４】
ここで使用するアクリル酸系ポリマーとしては、例えば、アクリル酸のホモポリマー、マレイン酸、アクリルアミドプロパンスルホン酸などとのコポリマーが挙げられる。その分子量は、５．０×１０２〜１．０×１０５であることが好ましく、より好ましくは２．０×１０３〜７．０×１０４であり、更に好ましくは１．０×１０４〜５．０×１０４である。分子量がこの範囲のアクリル酸系ポリマーを添加することにより、カルシウム及びマグネシウムのスケール化を効果的に抑制することができる。
【００４５】
なお、図１には、脱酸素剤とアルカリ剤を、それぞれ個別に添加する構成を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、水質条件の変動が少ない場合などには、脱酸素剤とアルカリ剤とを混合し、一液にして給水ラインに添加してもよい。その際、アルカリ剤の量が、ボイラ水のｐＨを所定の値に上昇させるには十分でない場合は、その分を追加して添加してもよい。また、本実施形態の水処理方法においては、前述したアルカリ剤、脱酸素剤及び脱酸素触媒と併せて、アミンなどの蒸気復水系防食剤、鉄分散剤、及びＥＤＴＡなどのキレート剤など既存の水処理剤を使用することもできる。
【００４６】
以上詳述したように、本実施形態の水処理方法では、脱酸素剤及びアルカリ剤の添加により、蒸気発生器の蒸発管内やボイラの缶体内部の腐食を防止することができる。それに加えて、給水の溶存酸素濃度を２ｍｇ／Ｌ以下に低減すると共に、給水のｐＨを９以上にしているため、比較的低温のエコノマイザ入口近傍においては、腐食性の低減及び腐食生成物の溶解度低下などにより、腐食が抑制される。
【００４７】
また、エコノマイザ中央部から出口の比較的高温でより腐食しやすい部分では、給水のｐＨを９以上としたことで、脱酸素剤の反応速度が増し、水中の溶存酸素低減効果を高めることができる。更に、給水のｐＨを９以上としたことの相乗効果で、金属表面に耐食性を有する酸化鉄皮膜が形成され、腐食が抑制される。その結果、蒸気を発生する蒸気発生器の蒸発管内やボイラの缶体内部だけでなく、腐食性が高い鋼材製のエコノマイザや蒸気復水系配管の腐食も、ブローを増やすなどの不経済な運転をすることなく、経済的に有利なコストで抑制することができる。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、図１に示す蒸気発生装置１０を模して作製した実験装置を使用して、水処理を行い、その防食効果を確認した。
【００４９】
（運転条件）
容量５０Ｌの給水タンクに、野木町水を軟化処理したものを補給水として供給し、ドレンの回収を想定して、内部にヒーターを設置して４５℃に加熱した。なお、野木町水の軟化水の水質は、ｐＨ：７．４、電気伝導率：１６ｍＳ／ｍ、酸消費量（ｐＨ４．８）：１８ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ、塩化物イオン：１１ｍｇ／Ｌ、硫酸イオン：１２ｍｇ／Ｌ、シリカ：１０ｍｇ／Ｌである。
【００５０】
そして、給水タンク内の水を給水ポンプにて、５０Ｌ／時の流量で、エコノマイザを模した４５℃の給水を１１０℃に加熱する熱交換器を経由させ、その一部が容量５Ｌの実験用テストボイラに給水されるようにした。実験用ボイラ内では、１１０℃に加熱された給水を、更に電気ヒーターで加熱し、９．５Ｌ／時で、０．７ＭＰａの飽和蒸気を発生させた。その際、ブロー量は５％、試験期間は７日間とした。
【００５１】
（評価方法）
腐食性の評価として、エコノマイザ（熱交換器）内に、内径８ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、肉厚３ｍｍの脱着可能な炭素鋼製の試験チューブを設置し、試験前の質量と、試験後に脱錆処理した後の質量との差から、腐食速度を算出した。なお、試験チューブは、機械加工により削り出し、脱脂した後、質量を測定したものを使用した。
【００５２】
また、テストボイラ缶内には、電気ヒーターを挿入する脱着可能な炭素鋼製の試験チューブ（外径３０ｍｍ、長さ３００ｍｍ、肉厚５ｍｍ）を設置し、試験後に伝熱面に発生したデポジットの数を数えた。なお、試験チューブには、缶水と接触する外面を、＃４００番研磨した後、脱脂処理したものを使用した。
【００５３】
更に、エコノマイザの入口部分の給水と、ボイラブロー水を定期的に少量採取し、給水とボイラ水のｐＨを測定した。
【００５４】
＜実施例１〜７＞
前述したテストボイラに、給水タンク内の水を循環ポンプで循環する循環ラインを設け、そこに、軟水補給部と窒素置換式脱酸素装置を設置した。具体的には、軟水補給部は、補給水の軟化水を、循環ポンプのサクション側にライン注入されるよう配管し、給水タンクのレベル制御で、流量を７０Ｌ／時とし、ＯＮ／ＯＦＦ制御により補給するようにした。
【００５５】
また、窒素置換式脱酸素装置としては、軟化水の注入点の後段において、窒素ガス（純度９９．９％）を２０ＮＬ／時で注入し、更に、その後段に窒素ガス混合部及びゲート弁を設置した。そして、このゲート弁、及び循環ポンプ出口と窒素ガス注入部との間に設置したバルブを調節することで、循環ポンプ出口側のバルブの二次側圧力が０．３ＭＰａとなり、かつ循環水量が８０Ｌ／時となるようにした。
【００５６】
このとき、給水タンク内に貯留されている水の溶存酸素濃度は、１．４〜２．０ｍｇ／Ｌで推移した。そして、この給水に、２．０ｍｇ／Ｌの溶存酸素を除去するために必要な脱酸素剤及びエコノマイザ入口の給水のｐＨが９．０以上となる量のアルカリ剤を添加した。その評価結果を下記表１にまとめて示す。なお、実施例３〜６については、エコノマイザの試験チューブの腐食速度及びテストボイラ缶内の試験チューブのデポジット数の他に、テストボイラ缶内の試験チューブへのスケール付着の確認も行ったため、その結果を下記表１に併せて示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
＜比較例１＞
また、比較のため、循環ラインがなく、窒素置換式脱酸素装置も設けられていない系で、実施例と同様の評価を行った。先ず、比較例１では、４５℃の給水タンク内に溶存する酸素（６．２ｍｇ／Ｌ）を除去するために必要な量の脱酸素剤を、給水タンクとエコノマイザとの間の給水ラインに注入しながら、前述した条件で７日間運転した。
【００５９】
その際、脱酸素剤には、エリソルビン酸：２２．５質量％、４８質量％の水酸化カリウム水溶液：３１．５質量％、水を４６質量％の比率で混合したものを使用し、これを、給水に対する濃度が１５０ｍｇ／Ｌとなるように、注入した。この比較例１では、給水のｐＨは８．５であり、ＪＩＳ規格で規定されている水質基準の５．８〜９．０を満足していた。また、ボイラ水のｐＨは１１．３であり、こちらもＪＩＳ規格で規定されている１１．０〜１１．８を満足していた。
【００６０】
＜比較例２＞
比較例１の処理に加えて、アルカリ剤として、４８質量％水酸化ナトリウム水溶液を、給水に対して１５ｍｇ／Ｌとなるように、給水タンクとエコノマイザとの間の給水ラインに添加して、前述した比較例１と同様に７日間連続運転した。これにより、給水のｐＨは９．１に、ボイラ水のｐＨは１１．７に上昇した。
【００６１】
＜比較例３＞
脱酸素剤をタンニン（ケブラチョ）にした以外は、前述した比較例２と同じ方法及び条件で、７日間連続運転した。
【００６２】
＜比較例４＞
脱酸素剤の注入点を給水タンクとした以外は、前述した比較例２と同じ方法及び条件で、７日間連続運転した。
【００６３】
これら比較例１〜４の評価結果を、下記表２にまとめて示す。
【００６４】
【表２】
【００６５】
上記表２に示すように、比較例１〜４は、給水タンク内の溶存酸素量を２ｍｇ／Ｌ以下にしていないため、実施例１〜７に比べて、脱酸素剤の添加量が多くなり、更に、エコノマイザに設置した試験チューブの腐食速度も速かった。
【００６６】
特に、アルカリ剤を添加せず、給水のｐＨが９．０未満であった比較例１では、試験チューブの腐食速度が速く、エコノマイザで腐食が発生しやすいことがわかった。また、脱酸素剤を給水タンクに添加した比較例４では、溶存酸素の除去が十分でなく、テストボイラ缶内でも腐食が発生した。
【００６７】
これに対して、上記表１に示すように、実施例１〜７では、比較例１〜４よりも少ない薬剤添加量で、エコノマイザ及びテストボイラ缶内の両方について、腐食の発生を抑制することができた。また、脱酸素触媒を添加した実施例３，４では、スケールの付着が見られたが、実施例５，６のように、ポリアクリル酸ナトリウムを併用することで、スケールの付着が防止できることが確認された。
【符号の説明】
【００６８】
１ 給水タンク
２ ボイラ
３ 熱交換器
４ 窒素置換式脱酸素装置
４ａ、４ｂ 流量調節部
４ｃ 窒素ガス注入部
４ｄ 窒素ガス混合部
５ 脱酸素剤タンク
６ アルカリ剤タンク
７ 軟化水補給部
８ エコノマイザ
１０ 蒸気発生設備
Ｐ１〜Ｐ４ ポンプ
ＰＧ 圧力計
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、蒸気発生設備の水処理方法に関する。より詳しくは、軟化水を補給水として使用すると共に、排ガスで給水を加熱するエコノマイザを備える蒸気発生設備の水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟化水を補給水として使用して蒸気を発生する蒸気発生設備では、蒸気発生器やボイラ缶内における水に接触する部分（例えば蒸発管内など）の腐食を防止するため、防食処理が行われている。その方法としては、防食剤や脱酸素剤などの薬剤を注入すると共に、ボイラ水のｐＨが所定の値（通常は１１．０〜１１．８）になるように、必要に応じてアルカリ剤を添加する方法が一般的である。
【０００３】
しかしながら、脱酸素剤を使用した処理は、蒸発管を加熱した後の排ガスで給水を加熱するエコノマイザ（給水予熱器）のような非濃縮部では、水中の脱酸素剤の濃度が低く、反応時間も短いため、十分に脱酸素できず、腐食低減効果がほとんど得られない。防食剤を使用した処理についても同様で、エコノマイザでは濃縮されないため、濃縮部である蒸気発生器やボイラ缶内で防食効果を発揮する濃度に設定されている場合、給水中の濃度は防食効果が得られる濃度よりも低くなり、腐食低減は期待できない。また、蒸気が凝縮したドレンを給水として、回収し、再利用する場合は、給水温度が上昇するため、エコノマイザの腐食は更に増大する。
【０００４】
一方、脱酸素装置を使用して、物理的に水中の酸素を除去し、酸素濃度を低減する（加熱脱気器で数〜数十μｇ／Ｌ以下、対向流接触の窒素置換式脱酸素装置で０．１ｍｇ／Ｌ以下、真空式脱気装置で０．５ｍｇ／Ｌ以下）ことで、腐食を抑制する方法もある。しかしながら、この方法は、脱酸素装置が大型で、コストも高く、更に、既存の設備への設置が煩雑であるため、適用範囲が制限されるという問題がある。
【０００５】
また、ＪＩＳ Ｂ８２２３では、給水のｐＨを５．８〜９．０と規定しており、腐食抑制のためにはｐＨ７以上が好ましいとしているが、エコノマイザに関しては、この範囲では十分な防食効果が得られない。このように、エコノマイザは、蒸気発生設備を構成する各部の中でも特に腐食が発生しやすい箇所であり、鋼材で形成されている場合は、その傾向が顕著である。
【０００６】
そこで、従来、エコノマイザの防食を目的とした種々の防食剤又は防食方法が提案されている（例えば、特許文献１〜５参照。）。具体的には、特許文献１には、単糖類とグルコン酸鉄の混合物の水溶液に、アルカリ金属水酸化物を添加し、反応させて得られる生成物からなる記載の軟水ボイラ用防食剤が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、ボイラ給水にケイ酸塩を注入して、水管にケイ酸塩による不溶性の防食被膜を形成する防食方法が開示されている。更に、特許文献３には、酒石酸又はその塩を１０〜５０ｍｇ／Ｌ、クエン酸又はその塩を１０〜５０ｍｇ／Ｌ、ｐＨを８〜１２に調製するアルカリ剤を添加して、鉄系金属の腐食・孔食を防止する方法が開示されている。
【０００８】
一方、特許文献４に記載の防食方法では、加水分解型のタンニン又はその中性塩とアルカリ金属水酸化物とを混合反応させた溶液を脱酸素剤として、給水タンク又は補給水経路の途中に供給している。この特許文献４に記載の技術では、循環水と脱酸素剤時の混合時間を長くすることで脱酸素反応の時間を稼ぎ、これにより、給水中の溶存酸素を低減して、エコノマイザを含む給水系全体の腐食防止性能の向上を図っている。
【０００９】
また、特許文献５には、陽イオン交換樹脂を用いた軟水器で硬度成分を除去すると共に、脱気装置で溶存ガスを除去した給水に、アルカリ金属水酸化物及び必要に応じてケイ酸などの防食剤を添加した後、蒸気ボイラに給水する蒸気ボイラの運転方法が開示されている。この蒸気ボイラ装置では、蒸気ボイラにおいて、濃縮されてアルカリ金属水酸化物濃度が高まり、ｐＨが上昇したボイラ水の一部が、還流されて給水と混合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−２０４６６２号公報
【特許文献２】特開２００１−３３５９７５号公報
【特許文献３】特開２００５−２２０３９６号公報（特許第４２７７０７２号）
【特許文献４】特開２００１−１１６２０７号公報（特許第３１１６０４２号）
【特許文献５】特開２０１０−２３０１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前述した従来の技術には、以下に示す問題点がある。先ず、特許文献１〜３に記載されているような薬剤を添加する防食方法は、エコノマイザのような非濃縮部で十分な防食効果を得ようとすると、薬剤の添加量が多くなるという問題点がある。このように、水系に薬剤を多量に添加すると、ボイラ水の電気伝導率が大幅に上昇し、ボイラから発生する蒸気中にボイラ水そのものが混入する所謂「キャリオーバ」が発生しやすくなる。また、キャリオーバの発生を防止するために、ブロー量を増やすと、エネルギーコストが増加して不経済となる。
【００１２】
更に、特許文献２に記載されているようなケイ酸塩を添加する方法では、軟水器から硬度成分がリークしたときのスケール発生量が増大し、伝熱阻害によるエネルギーロスや伝熱面の加熱による噴破が生じる可能性もある。
【００１３】
一方、給水タンクは、通常、上部が開放されているか又は上部にエアベント（空気抜き弁）が設置されている。このため、特許文献４に記載の防食方法のように給水タンクで脱酸素処理を行う場合、空気中の酸素が給水に再溶解するため、溶存酸素濃度に対応して脱酸素剤の添加量を設定すると、溶存酸素を十分に除去することができないという問題が生じる。この問題は、給水に添加する脱酸素剤の量を多くすることで解決することができるが、その場合、薬剤の添加量が増えるため、処理コストの増加、キャリオーバの発生、ブロー量の増加に伴うエネルギーコストの増加といった問題が生じる。
【００１４】
また、特許文献５に記載の防食方法は、水素イオン型の陽イオン交換樹脂を用いているため、アルカリ水酸化物の添加が不足又は停止した場合、給水やボイラ水のｐＨが著しく低下し、多大な腐食トラブルを生じるリスクがある。また、脱酸素装置により、物理的に酸素を低濃度まで除去して腐食を低減する方法は、前述したように、装置が大型でコストも高く、既存の設備への設置が煩雑となり、運用が制限されるという問題点がある。
【００１５】
そこで、本発明は、蒸気を発生する蒸気発生器の蒸発管内やボイラの缶体内部と共に、鋼材製のエコノマイザや蒸気復水系配管の腐食も抑制することが可能な蒸気発生設備の水処理方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る蒸気発生設備の水処理方法は、軟化水を補給水として使用し、蒸発管を加熱後の排ガスで給水を加熱するエコノマイザを備える蒸気発生設備の水処理方法であって、窒素と置換することにより水中の溶存酸素を低減する脱酸素装置により、給水タンク内の水の溶存酸素量を２ｍｇ／Ｌ以下に低減する工程と、給水タンク又は該給水タンクとエコノマイザとの間の給水ラインにアルカリ剤を添加し、前記エコノマイザに供給される給水のｐＨを９以上にする工程と、給水タンクとエコノマイザとの間の給水ラインに脱酸素剤を添加する工程と、を有する。
本発明においては、給水タンク内の水の溶存酸素量を２ｍｇ／Ｌ以下に低減すると共に、給水ラインで脱酸素剤を添加しているため、溶存酸素除去に必要な脱酸素剤の量が従来よりも低減される。また、窒素置換式脱酸素装置を使用しているため、溶存酸素の除去が容易である。更に、給水にアルカリ剤を添加して、エコノマイザに供給される給水のｐＨを９以上にしているため、腐食生成物の溶解度が低下すると共に、金属表面に耐食性のある酸化鉄皮膜が形成される。その結果、蒸気発生設備系内、特に、エコノマイザにおける腐食抑制効果が向上する。
この水処理方法では、脱酸素剤として、エリソルビン酸及び／又はアスコルビン酸と、アルカリとを含有し、前記アルカリの配合量が、Ｐアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）換算で、エリソルビン酸及びアスコルビン酸の含有量（ｍｇ／Ｌ）の０．６倍以上の水溶液を使用することができる。
その場合、前記脱酸素剤と併せて、カルシウム化合物及び／又はマグネシウム化合物からなる脱酸素触媒を添加してもよい。
一方、脱酸素剤として、タンニン及び／又はタンニン酸と、アルカリとを含有し、前記アルカリの配合量が、Ｐアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）換算で、タンニン及びタンニン酸の含有量（ｍｇ／Ｌ）の０．５倍以上である水溶液を使用することもできる。
その場合、前記脱酸素剤と併せて、カルシウム化合物からなる脱酸素触媒を添加してもよい。
また、脱酸素剤と脱酸素触媒とを併用する場合は、給水タンクとエコノマイザとの間の給水ラインに、更に、前記マグネシウム化合物及び／又は前記カルシウム化合物に由来する給水の全硬度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）と同濃度以上となるように、アクリル酸系ポリマーを添加することが望ましい。
更に、アルカリとしては、例えば水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを使用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、窒素置換型脱酸素装置で給水タンク内の水に含まれる溶存酸素を低減した後、給水ラインで脱酸素剤を添加し、更に、アルカリ剤の添加によりエコノマイザに供給される給水のｐＨを９以上にしているため、蒸気を発生する蒸気発生器の蒸発管内やボイラの缶体内部だけでなく、腐食性が高い鋼材製のエコノマイザや蒸気復水系配管の腐食も、抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る水処理方法を適用した蒸気発生設備の構成例を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態について、添付の図面を参照して、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。本発明の実施形態に係る水処理方法は、軟化水を補給水とし、かつエコノマイザを備える蒸気発生設備に適用され、蒸気発生器、ボイラ缶内、エコノマイザ及び蒸気復水系配管等の腐食を抑制するものである。
【００２０】
図１は本実施形態の水処理方法を適用した蒸気発生設備の構成例を示す系統図である。図１に示すように、本実施形態の水処理方法が適用される蒸気発生設備１０には、給水タンク１と、１又は複数のボイラ２と、熱交換器３とが設けられている。また、各ボイラ２の手前には、蒸発管を加熱した後の排ガスで給水を加熱するエコノマイザ８が設けられている。
【００２１】
この蒸気発生設備１０では、給水タンク１に貯留された給水は、エコノマイザ８で加熱された後、給水ポンプＰ１によってボイラ２に供給される。そして、ボイラ２で生成した蒸気は、例えば一部が直接使用され、残りは熱交換器３に送られる。また、熱交換器３で生じたドレン（復水）は、全量又はその一部が給水タンク１に送られ、給水として再利用される。
【００２２】
また、蒸気発生設備１０には、給水タンク１に、ポンプＰ４や配管などで構成される循環ラインが設けられており、給水タンク１内の水が循環するようになっている。そして、この循環ラインの途中には、上流側から順に、補給水として軟化水を注入する軟化水補給部７と、溶存酸素を窒素に置換して水中の溶存酸素量を低減する窒素置換式脱酸素装置４とが配設されている。なお、軟化水補給部７よりも下流側に窒素置換式脱酸素装置４を配置しているのは、給水中の酸素を効率的に除去するためである。
【００２３】
蒸気発生設備１０に設けられる窒素置換式脱酸素装置４の構成は、特に限定されるものではないが、例えば図１に示すように、配管内を通流する水に窒素ガスを注入する窒素ガス注入部４ｃと、注入された窒素ガスと水とを混合する窒素ガス混合部４ｄとを備えるものを使用することができる。このような構成の窒素置換式脱酸素装置４の場合、更に、流量調整部４ａ，４ｂ及び圧力計ＰＧなどを設け、窒素ガスの注入部４ｃ及び窒素ガス混合部４ｄの圧力が特定の範囲（例えば０．１〜０．６ＭＰａ）になるように、配管内を通流する水の流量を調整することが望ましい。
【００２４】
なお、図１に示す窒素置換式脱酸素装置４では、窒素ガス注入部４ｃよりも上流側と、窒素ガス混合部４ｄよりも下流側の２箇所に、流量調整部４ａ，４ｂを設置しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、流量調整部は、窒素置換式脱酸素装置４内の任意の位置に、少なくとも１つ設けられていればよい。また、例えば、流量調整部４ａを省略し、ポンプＰ４の能力を変更することによって流量を調整してもよい。
【００２５】
更に、蒸気発生設備１０には、脱酸素剤を貯留する薬液タンク（脱酸素剤タンク）５と、アルカリ剤を貯留する薬液タンク（アルカリ剤タンク）６が設けられている。そして、脱酸素剤タンク５に貯留されている脱酸素剤、及びアルカリ剤タンク６に貯留されているアルカリ剤は、それぞれ薬注ポンプＰ２又は薬注ポンプＰ３を介して、給水配管内を通流する給水に添加されるようになっている。
【００２６】
なお、図１に示す蒸気発生設備１０では、給水配管内を通流する給水にアルカリ剤を添加する構成となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、薬注ポンプＰ３を介して、給水タンク１内の給水に添加されるような構成としてもよい。また、水質条件の変動が少ない場合は、脱酸素剤とアルカリ剤を混合して一液とし、これを、給水配管を通流する給水に添加するような構成にすることもできる。
【００２７】
次に、前述した蒸気発生設備１０の具体的な水処理方法について説明する。本実施形態の水処理方法では、先ず、窒素置換式脱酸素装置４によって、給水タンク１内の水の溶存酸素濃度を２ｍｇ／Ｌ以下にする。給水タンク１内の水の溶存酸素濃度が２ｍｇ／Ｌを超えていると、エコノマイザ８の防食効果が著しく低下し、十分な処理効果が期待できなくなるからである。
【００２８】
次に、給水タンク１又は給水配管内を通流する給水に、アルカリ剤を添加して、エコノマイザ８に供給される給水のｐＨが９以上になるようにする。これにより、脱酸素剤の反応速度が上昇するため、給水中の溶存酸素濃度を低下させることができると共に、防食効果を向上させることができる。なお、エコノマイザ８に供給される給水のｐＨが９未満であると、エコノマイザ８の防食効果が十分に得られなくなる。
【００２９】
また、防食効果の観点からは、給水のｐＨは高い方が好ましいが、給水のｐＨを高くしすぎると、ボイラ水系においては、後段で濃縮が起こる。これにより、ボイラ缶内でアルカリ剤が濃縮してｐＨや電気伝導率が上昇しすぎて、キャリオーバやアルカリ腐食の懸念が生じる。これを防止するためには、ブロー率を高くして濃縮を抑制する必要があり、エネルギー及び水の損失が大きくなる。このような理由から、給水のｐＨの上限はｐＨ１１程度とすることが望ましく、より望ましくはｐＨ１０．５程度、特に望ましくはｐＨ１０程度である。
【００３０】
本実施形態の水処理方法で使用するアルカリ剤は、特に限定されるものではないが、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等の苛性アルカリが好適であり、処理効果及び経済的観点から、特に、水酸化ナトリウムが好適である。なお、これらのアルカリ剤は、単独で使用しても、組み合わせて使用してもよい。
【００３１】
また、アルカリ剤の添加量の調整方法も特に限定されるものではなく、例えば、予め、アルカリ剤を添加する前の給水の水質から必要な添加量を算出しておき、その値に基づいて添加しても、予め給水にアルカリ剤を添加して、必要濃度を確認しておいてもよい。更に、アルカリ剤添加後の給水のｐＨを連続的又は断続的に計測し、その結果に基づいてアルカリ剤の添加量を自動又は手動で調整してもよい。
【００３２】
本実施形態の水処理方法では、給水に、更に、脱酸素剤を添加することによって、給水中の溶存酸素を除去する。脱酸素剤の添加量の調整方法は、特に限定されるものではないが、例えば、予め、使用する脱酸素剤について、処理対象の蒸気発生設備１０の運転条件での脱酸素量を求めておき、その値と給水中の溶存酸素濃度とから必要量を算出し、添加することができる。また、処理対象の蒸気発生設備１０において、少量を連続的に採取した蒸気を冷却して得られる蒸気凝縮水の溶存酸素を測定するか、又は熱交換器出口のドレン中の溶存酸素を測定し、脱酸素剤と反応せずに蒸気に移行する酸素が十分に低く（＜０．５ｍｇ／Ｌ）なるように、脱酸素剤の添加量を決定し、調整してもよい。
【００３３】
ここで使用する脱酸素剤は、特に限定されるものではないが、例えばタンニン、タンニン酸又はその塩、没食子酸又はその塩、エリソルビン酸又はその塩、アスコルビン酸又はその塩、グルコース、及びグルコン酸やグルコヘプトン酸などのアルドン酸又はその塩が挙げられる。なお、前述した「タンニン」及び「タンニン酸」は、加水分解型及び縮合型のいずれでもよく、アルカリとの混合物やアルカリと混合することにより生じる没食子酸などの加水分解物も含まれる。また、「グルコース」には、アルカリと混合して得られる反応物も含まれる。
【００３４】
前述した脱酸素剤の中でも、特に、高濃度の薬液が調整可能で、脱酸素効果が高く、ボイラサイクルに対する影響も少ないタンニン、タンニン酸又はその塩、エリソルビン酸又はその塩を使用することが望ましい。なお、これらの化合物は、単独で使用しても、組み合わせて使用してもよい。
【００３５】
また、タンニン、タンニン酸、エリソルビン酸及びアスコルビン酸は、ボイラ缶内で有機酸を生じるため、これらを脱酸素剤として使用する場合は、生成する有機酸の中和に必要な量のアルカリを配合することが望ましい。ここで使用するアルカリは、例えば水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの苛性アルカリが好適であるが、これらに特に限定されるものではなく、炭酸カリウムなどを使用することもできる。
【００３６】
そして、例えば、脱酸素剤として、エリソルビン酸及び／又はアスコルビン酸と、アルカリとを含有する水溶液を使用する場合は、アルカリの配合量が、Ｐアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）換算で、エリソルビン酸及び／又はアスコルビン酸の濃度（ｍｇ／Ｌ）の０．６倍以上となるようにすることが望ましい。これにより、エリソルビン酸及びアスコルビン酸がボイラ缶内で分解して生成する有機酸を中和することができる。なお、エリソルビン酸及びアスコルビン酸に替えて、そのナトリウム塩又はカリウム塩を使用する場合は、その分だけ併用するアルカリを減らせばよい。
【００３７】
一方、アルカリの添加量が多くなると、脱酸素剤中のエリソルビン酸やアスコルビン酸の溶解度が低下して、濃度が低い薬液になったり、ボイラ水のｐＨや電気伝導率が上昇しすぎて、ブロー量を増やす必要が生じたりする。よって、脱酸素剤にアルカリを配合する場合は、アルカリの配合量が、Ｐアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）換算で、エリソルビン酸及び／又はアスコルビン酸の濃度（ｍｇ／Ｌ）の２倍以下になるようにすることが望ましい。
【００３８】
また、例えば、脱酸素剤として、タンニン及び／又はタンニン酸と、アルカリとを含有する水溶液を使用する場合は、アルカリの配合量が、Ｐアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）換算で、タンニン及び／又はタンニン酸の濃度（ｍｇ／Ｌ）の０．５倍以上となるようにする。これにより、タンニン又はタンニン酸がボイラ缶内で分解して生成する有機酸を中和することができる。なお、タンニン又はタンニン酸に替えて、そのナトリウム又はカリウムによる中和塩を使用する場合は、その分だけ併用するアルカリを減らせばよい。
【００３９】
この場合も、アルカリの添加量が多くなると、脱酸素剤中のタンニンやタンニン酸の溶解度が低下して、濃度が低い薬液になったり、ボイラ水のｐＨや電気伝導率が上昇しすぎて、ブロー量を増やす必要が生じたりする。このため、アルカリを配合する場合は、アルカリの配合量が、Ｐアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）換算で、タンニン及び／又はタンニン酸の濃度（ｍｇ／Ｌ）の５倍以下になるようにすることが望ましい。
【００４０】
本実施形態の水処理方法では、前述した脱酸素剤と併せて、酸素触媒を、給水タンクとエコノマイザとの間の給水ラインに添加してもよい。例えば、脱酸素剤として、エリソルビン酸やアスコルビン酸又はこれらの塩を使用する場合には、併用する脱酸素触媒としては、カルシウム化合物やマグネシウム化合物が好適である。
【００４１】
その際、脱酸素触媒に使用するカルシウム化合物としては、例えば塩化カルシウムや硫酸カルシウムなどの水溶性塩が挙げられる。また、マグネシウム化合物としては、例えば塩化マグネシウムや硫酸マグネシウムなどの水溶性塩が挙げられる。なお、脱酸素触媒は、これらに限定されるものではなく、水溶性塩であればよく、エチレンジアミン四酢酸のカルシウム錯体やマグネシウム錯体を使用してもよい。
【００４２】
一方、脱酸素剤として、タンニン又はタンニン酸を使用する場合には、併用する脱酸素触媒としては、カルシウム化合物が好適である。その際、脱酸素触媒に使用するカルシウム化合物としては、例えば塩化カルシウムや硫酸カルシウムなどの水溶性塩が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、水溶性塩であればよく、エチレンジアミン四酢酸のカルシウム錯体を使用してもよい。
【００４３】
更に、脱酸素剤と脱酸素触媒を併用する場合は、併せて、給水タンクとエコノマイザとの間の給水ラインに、アクリル酸系ポリマーを添加することが望ましい。その場合、給水中のアクリル酸系ポリマーの濃度が、脱酸素触媒に含まれるマグネシウムやカルシウムに由来する給水の全硬度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）と同濃度以上、好ましくは２倍濃度以上になるようにすることが望ましい。これにより、カルシウムやマグネシウムがボイラ缶内でスケール化することを防止できる。
【００４４】
ここで使用するアクリル酸系ポリマーとしては、例えば、アクリル酸のホモポリマー、マレイン酸、アクリルアミドプロパンスルホン酸などとのコポリマーが挙げられる。その分子量は、５．０×１０２〜１．０×１０５であることが好ましく、より好ましくは２．０×１０３〜７．０×１０４であり、更に好ましくは１．０×１０４〜５．０×１０４である。分子量がこの範囲のアクリル酸系ポリマーを添加することにより、カルシウム及びマグネシウムのスケール化を効果的に抑制することができる。
【００４５】
なお、図１には、脱酸素剤とアルカリ剤を、それぞれ個別に添加する構成を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、水質条件の変動が少ない場合などには、脱酸素剤とアルカリ剤とを混合し、一液にして給水ラインに添加してもよい。その際、アルカリ剤の量が、ボイラ水のｐＨを所定の値に上昇させるには十分でない場合は、その分を追加して添加してもよい。また、本実施形態の水処理方法においては、前述したアルカリ剤、脱酸素剤及び脱酸素触媒と併せて、アミンなどの蒸気復水系防食剤、鉄分散剤、及びＥＤＴＡなどのキレート剤など既存の水処理剤を使用することもできる。
【００４６】
以上詳述したように、本実施形態の水処理方法では、脱酸素剤及びアルカリ剤の添加により、蒸気発生器の蒸発管内やボイラの缶体内部の腐食を防止することができる。それに加えて、給水の溶存酸素濃度を２ｍｇ／Ｌ以下に低減すると共に、給水のｐＨを９以上にしているため、比較的低温のエコノマイザ入口近傍においては、腐食性の低減及び腐食生成物の溶解度低下などにより、腐食が抑制される。
【００４７】
また、エコノマイザ中央部から出口の比較的高温でより腐食しやすい部分では、給水のｐＨを９以上としたことで、脱酸素剤の反応速度が増し、水中の溶存酸素低減効果を高めることができる。更に、給水のｐＨを９以上としたことの相乗効果で、金属表面に耐食性を有する酸化鉄皮膜が形成され、腐食が抑制される。その結果、蒸気を発生する蒸気発生器の蒸発管内やボイラの缶体内部だけでなく、腐食性が高い鋼材製のエコノマイザや蒸気復水系配管の腐食も、ブローを増やすなどの不経済な運転をすることなく、経済的に有利なコストで抑制することができる。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、図１に示す蒸気発生装置１０を模して作製した実験装置を使用して、水処理を行い、その防食効果を確認した。
【００４９】
（運転条件）
容量５０Ｌの給水タンクに、野木町水を軟化処理したものを補給水として供給し、ドレンの回収を想定して、内部にヒーターを設置して４５℃に加熱した。なお、野木町水の軟化水の水質は、ｐＨ：７．４、電気伝導率：１６ｍＳ／ｍ、酸消費量（ｐＨ４．８）：１８ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ、塩化物イオン：１１ｍｇ／Ｌ、硫酸イオン：１２ｍｇ／Ｌ、シリカ：１０ｍｇ／Ｌである。
【００５０】
そして、給水タンク内の水を給水ポンプにて、５０Ｌ／時の流量で、エコノマイザを模した４５℃の給水を１１０℃に加熱する熱交換器を経由させ、その一部が容量５Ｌの実験用テストボイラに給水されるようにした。実験用ボイラ内では、１１０℃に加熱された給水を、更に電気ヒーターで加熱し、９．５Ｌ／時で、０．７ＭＰａの飽和蒸気を発生させた。その際、ブロー量は５％、試験期間は７日間とした。
【００５１】
（評価方法）
腐食性の評価として、エコノマイザ（熱交換器）内に、内径８ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、肉厚３ｍｍの脱着可能な炭素鋼製の試験チューブを設置し、試験前の質量と、試験後に脱錆処理した後の質量との差から、腐食速度を算出した。なお、試験チューブは、機械加工により削り出し、脱脂した後、質量を測定したものを使用した。
【００５２】
また、テストボイラ缶内には、電気ヒーターを挿入する脱着可能な炭素鋼製の試験チューブ（外径３０ｍｍ、長さ３００ｍｍ、肉厚５ｍｍ）を設置し、試験後に伝熱面に発生したデポジットの数を数えた。なお、試験チューブには、缶水と接触する外面を、＃４００番研磨した後、脱脂処理したものを使用した。
【００５３】
更に、エコノマイザの入口部分の給水と、ボイラブロー水を定期的に少量採取し、給水とボイラ水のｐＨを測定した。
【００５４】
＜実施例１〜７＞
前述したテストボイラに、給水タンク内の水を循環ポンプで循環する循環ラインを設け、そこに、軟水補給部と窒素置換式脱酸素装置を設置した。具体的には、軟水補給部は、補給水の軟化水を、循環ポンプのサクション側にライン注入されるよう配管し、給水タンクのレベル制御で、流量を７０Ｌ／時とし、ＯＮ／ＯＦＦ制御により補給するようにした。
【００５５】
また、窒素置換式脱酸素装置としては、軟化水の注入点の後段において、窒素ガス（純度９９．９％）を２０ＮＬ／時で注入し、更に、その後段に窒素ガス混合部及びゲート弁を設置した。そして、このゲート弁、及び循環ポンプ出口と窒素ガス注入部との間に設置したバルブを調節することで、循環ポンプ出口側のバルブの二次側圧力が０．３ＭＰａとなり、かつ循環水量が８０Ｌ／時となるようにした。
【００５６】
このとき、給水タンク内に貯留されている水の溶存酸素濃度は、１．４〜２．０ｍｇ／Ｌで推移した。そして、この給水に、２．０ｍｇ／Ｌの溶存酸素を除去するために必要な脱酸素剤及びエコノマイザ入口の給水のｐＨが９．０以上となる量のアルカリ剤を添加した。その評価結果を下記表１にまとめて示す。なお、実施例３〜６については、エコノマイザの試験チューブの腐食速度及びテストボイラ缶内の試験チューブのデポジット数の他に、テストボイラ缶内の試験チューブへのスケール付着の確認も行ったため、その結果を下記表１に併せて示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
＜比較例１＞
また、比較のため、循環ラインがなく、窒素置換式脱酸素装置も設けられていない系で、実施例と同様の評価を行った。先ず、比較例１では、４５℃の給水タンク内に溶存する酸素（６．２ｍｇ／Ｌ）を除去するために必要な量の脱酸素剤を、給水タンクとエコノマイザとの間の給水ラインに注入しながら、前述した条件で７日間運転した。
【００５９】
その際、脱酸素剤には、エリソルビン酸：２２．５質量％、４８質量％の水酸化カリウム水溶液：３１．５質量％、水を４６質量％の比率で混合したものを使用し、これを、給水に対する濃度が１５０ｍｇ／Ｌとなるように、注入した。この比較例１では、給水のｐＨは８．５であり、ＪＩＳ規格で規定されている水質基準の５．８〜９．０を満足していた。また、ボイラ水のｐＨは１１．３であり、こちらもＪＩＳ規格で規定されている１１．０〜１１．８を満足していた。
【００６０】
＜比較例２＞
比較例１の処理に加えて、アルカリ剤として、４８質量％水酸化ナトリウム水溶液を、給水に対して１５ｍｇ／Ｌとなるように、給水タンクとエコノマイザとの間の給水ラインに添加して、前述した比較例１と同様に７日間連続運転した。これにより、給水のｐＨは９．１に、ボイラ水のｐＨは１１．７に上昇した。
【００６１】
＜比較例３＞
脱酸素剤をタンニン（ケブラチョ）にした以外は、前述した比較例２と同じ方法及び条件で、７日間連続運転した。
【００６２】
＜比較例４＞
脱酸素剤の注入点を給水タンクとした以外は、前述した比較例２と同じ方法及び条件で、７日間連続運転した。
【００６３】
これら比較例１〜４の評価結果を、下記表２にまとめて示す。
【００６４】
【表２】
【００６５】
上記表２に示すように、比較例１〜４は、給水タンク内の溶存酸素量を２ｍｇ／Ｌ以下にしていないため、実施例１〜７に比べて、脱酸素剤の添加量が多くなり、更に、エコノマイザに設置した試験チューブの腐食速度も速かった。
【００６６】
特に、アルカリ剤を添加せず、給水のｐＨが９．０未満であった比較例１では、試験チューブの腐食速度が速く、エコノマイザで腐食が発生しやすいことがわかった。また、脱酸素剤を給水タンクに添加した比較例４では、溶存酸素の除去が十分でなく、テストボイラ缶内でも腐食が発生した。
【００６７】
これに対して、上記表１に示すように、実施例１〜７では、比較例１〜４よりも少ない薬剤添加量で、エコノマイザ及びテストボイラ缶内の両方について、腐食の発生を抑制することができた。また、脱酸素触媒を添加した実施例３，４では、スケールの付着が見られたが、実施例５，６のように、ポリアクリル酸ナトリウムを併用することで、スケールの付着が防止できることが確認された。
【符号の説明】
【００６８】
１ 給水タンク
２ ボイラ
３ 熱交換器
４ 窒素置換式脱酸素装置
４ａ、４ｂ 流量調節部
４ｃ 窒素ガス注入部
４ｄ 窒素ガス混合部
５ 脱酸素剤タンク
６ アルカリ剤タンク
７ 軟化水補給部
８ エコノマイザ
１０ 蒸気発生設備
Ｐ１〜Ｐ４ ポンプ
ＰＧ 圧力計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟化水を補給水として使用し、蒸発管を加熱後の排ガスで給水を加熱するエコノマイザを備える蒸気発生設備の水処理方法であって、
窒素と置換することにより水中の溶存酸素を低減する脱酸素装置により、給水タンク内の水の溶存酸素量を２ｍｇ／Ｌ以下に低減する工程と、
給水タンク又は該給水タンクとエコノマイザとの間の給水ラインにアルカリ剤を添加し、前記エコノマイザに供給される給水のｐＨを９以上にする工程と、
給水タンクとエコノマイザとの間の給水ラインに脱酸素剤を添加する工程と、
を有する蒸気発生設備の水処理方法。
【請求項２】
前記脱酸素剤として、エリソルビン酸及び／又はアスコルビン酸と、アルカリとを含有し、前記アルカリの配合量が、Ｐアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）換算で、エリソルビン酸及びアスコルビン酸の含有量（ｍｇ／Ｌ）の０．６倍以上である水溶液を使用することを特徴とする請求項１に記載の蒸気発生設備の水処理方法。
【請求項３】
前記脱酸素剤と併せて、カルシウム化合物及び／又はマグネシウム化合物からなる脱酸素触媒を添加することを特徴とする請求項２に記載の蒸気発生設備の水処理方法。
【請求項４】
前記脱酸素剤として、タンニン及び／又はタンニン酸と、アルカリとを含有し、前記アルカリの配合量が、Ｐアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）換算で、タンニン及びタンニン酸の含有量（ｍｇ／Ｌ）の０．５倍以上である水溶液を使用することを特徴とする請求項１に記載の蒸気発生設備の水処理方法。
【請求項５】
前記脱酸素剤と併せて、カルシウム化合物からなる脱酸素触媒を添加することを特徴とする請求項４に記載の蒸気発生設備の水処理方法。
【請求項６】
更に、給水タンクとエコノマイザとの間の給水ラインに、前記マグネシウム化合物及び／又は前記カルシウム化合物に由来する給水の全硬度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）と同濃度以上となるように、アクリル酸系ポリマーを添加することを特徴とする請求項３又は５に記載の蒸気発生設備の水処理方法。
【請求項７】
前記アルカリが、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムであることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の蒸気発生設備の水処理方法。
【請求項１】
軟化水を補給水として使用し、蒸発管を加熱後の排ガスで給水を加熱するエコノマイザを備える蒸気発生設備の水処理方法であって、
窒素と置換することにより水中の溶存酸素を低減する脱酸素装置により、給水タンク内の水の溶存酸素量を２ｍｇ／Ｌ以下に低減する工程と、
給水タンク又は該給水タンクとエコノマイザとの間の給水ラインにアルカリ剤を添加し、前記エコノマイザに供給される給水のｐＨを９以上にする工程と、
給水タンクとエコノマイザとの間の給水ラインに脱酸素剤を添加する工程と、
を有する蒸気発生設備の水処理方法。
【請求項２】
前記脱酸素剤として、エリソルビン酸及び／又はアスコルビン酸と、アルカリとを含有し、前記アルカリの配合量が、Ｐアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）換算で、エリソルビン酸及びアスコルビン酸の含有量（ｍｇ／Ｌ）の０．６倍以上である水溶液を使用することを特徴とする請求項１に記載の蒸気発生設備の水処理方法。
【請求項３】
前記脱酸素剤と併せて、カルシウム化合物及び／又はマグネシウム化合物からなる脱酸素触媒を添加することを特徴とする請求項２に記載の蒸気発生設備の水処理方法。
【請求項４】
前記脱酸素剤として、タンニン及び／又はタンニン酸と、アルカリとを含有し、前記アルカリの配合量が、Ｐアルカリ度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）換算で、タンニン及びタンニン酸の含有量（ｍｇ／Ｌ）の０．５倍以上である水溶液を使用することを特徴とする請求項１に記載の蒸気発生設備の水処理方法。
【請求項５】
前記脱酸素剤と併せて、カルシウム化合物からなる脱酸素触媒を添加することを特徴とする請求項４に記載の蒸気発生設備の水処理方法。
【請求項６】
更に、給水タンクとエコノマイザとの間の給水ラインに、前記マグネシウム化合物及び／又は前記カルシウム化合物に由来する給水の全硬度（ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ）と同濃度以上となるように、アクリル酸系ポリマーを添加することを特徴とする請求項３又は５に記載の蒸気発生設備の水処理方法。
【請求項７】
前記アルカリが、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムであることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の蒸気発生設備の水処理方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−１９３４３４（Ｐ２０１２−１９３４３４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５９５７７（Ｐ２０１１−５９５７７）
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]