JP4983069B2

JP4983069B2 - 純水給水ボイラ水系処理方法および処理装置

Info

Publication number: JP4983069B2
Application number: JP2006096464A
Authority: JP
Inventors: 隆敏佐藤; 淳一高橋
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP2007268397A; CN101045572A; CN100586875C

Description

本発明は純水給水ボイラ水系処理方法および処理装置に係り、特に銅系材料を含む水系
において、給水・復水用ｐＨ調整剤として中和性アミン（アンモニアを除く）を使用する
ボイラ水系の処理方法および処理装置に関する。

従来、ボイラ水系の給水のｐＨ管理はＪＩＳＢ８２２３に規定される管理範囲に入るよ
うに、給水系統から抽出した試料水を大気圧に減圧し、２５℃に冷却してｐＨ計で測定し
てきた。

一方、特に事業用火力発電向けに給水にヒドラジンを加え、ボイラ内での熱分解により
アンモニアを発生させ、このアンモニアを復水系に移行させることにより給水・復水のｐ
Ｈ調整を行い、そのｐＨ管理には、ｐＨ計と共に電気伝導率計を使用して復水の電気伝導
率を測定し、ｐＨに換算してヒドラジンの添加量を決める方法が提案されている。
特公昭６３−５４４３８号公報

しかしながら、ｐＨ計による測定値は、試料水温度の変動の影響をうけやすいうえに、
ｐＨ計電極が汚れやすく、その影響を受けやすい。加えて電極そのものが劣化しやすい等
の理由で正確な値を得ることが困難であった。すなわち、ｐＨ計による測定は、ｐＨ計の
劣化程度が把握されて適切に更新されたうえで、ｐＨ計電極のメンテナンスや校正が日常
的に行われ、試料水の温度も２５℃に正確に管理されなければ、正確なｐＨ値を得ること
は困難である。

一方、産業用自家発電ボイラ等においては、給水系統や復水器の配管に銅系材料が多用
されており、アンモニアは銅に対する腐食性が大きいところから、給水・復水系ｐＨ調整
剤としてはアンモニア以外の中和性アミンが使用されている。

この中和性アミンを使用した場合、上記公知例の電気伝導率の測定によりｐＨを管理し
ようとすると、中和性アミンがボイラ系統内の蒸気温度によって一部が熱分解し、アンモ
ニアや二酸化炭素、有機酸等が発生する。その結果、給水の電気伝導率が増加し、中和性
アミンの薬注量が必要以上となり、管理基準を超える可能性が有る。また、その状態でｐ
Ｈに換算しても、単純に上記アンモニアだけが含まれる上記の場合に比べて、ｐＨ対電気
伝導率の関係式に乗らなくなるという問題が生じる。

さらに、産業用自家発電ボイラでは発生蒸気を発電用タービン駆動用の他に、工場プロ
セスの加熱用やプロセス用にも使用し、その結果生じた上記凝縮水を給水に回収再利用す
る割合が高く、二酸化炭素や有機物などの汚れを持ち込むことで、給水の電気伝導率が上
昇し、上記同様に管理基準を外れたり、ｐＨ対電気伝導率の関係が各中和性アミンの理論
曲線から乖離してしまうと言う問題もあった。

以上の理由で、これまで産業用自家発電ボイラでは、中和性アミンを使用している場合
には、ｐＨ管理を電気伝導率測定によって行う方法は検討されてこなかった。ましてや、
アンモニア以外の中和性アミンの添加量自体を電気伝導率の測定結果を用いて制御すると
いう方法は検討されたことがなかった。

本発明は、復水を再使用する純水給水ボイラ水系において、配管系の少なくとも一部に
使用された銅系材料の腐食という問題を起こさすことなく水系を管理する際、中和性アミ
ン（アンモニアを除く）を添加し、かつ給水の電気伝導率を測定することによって前記中
和性アミンの添加量を決定することができる純水給水ボイラ水系処理方法およびそのため
の処理装置を提供することを目的とするものである。

本発明（請求項１）の純水給水ボイラ水系処理方法は、給水系または復水系配管に銅系材料が使用され、復水が脱気後再度補給水と共に給水される純水給水ボイラ水系に給水・復水用ｐＨ調整剤として中和性アミン（アンモニアを除く）を添加する方法において、脱気後の給水の一部を採水して電気伝導率を測定し、その結果に基づいて前記中和性アミンの添加量を決定し、さらに脱気後の給水の一部を採水して陽イオン交換樹脂塔に通水後、酸電気伝導率を測定することにより、不純物の溶存量を検知し、一定値以上になったら不純物を系外に除去することにより中和性アミンの添加量に影響を与えることなく運転することができる純水給水ボイラ水系処理方法である。

本発明（請求項２）は、中和性アミンがアルカノールアミン、モルホリンまたは脂肪族
環状アミンという特定アミンを使用することにより、顕著な効果が得られる純水給水ボイ
ラ水系処理方法である。

本発明（請求項３）は、ボイラと、ボイラからの蒸気配管と、復水器及び復水返送配管と純水供給手段を具備した給水槽と脱気手段及び給水・復水用ｐＨ調整剤として中和性アミン（アンモニアを除く）を添加するための薬注装置と流量計を具備した給水系とを含むボイラ水系処理装置であって、給水系または復水系配管の少なくとも一部に銅系材料が使用され、かつ、脱気後の給水の一部を採水する手段と、電気伝導率を測定する手段と、測定された電気伝導率に基づいて前記中和性アミンの添加量を決定する演算部と、脱気後の採水された給水の一部を陽イオン交換樹脂塔に通水後、酸電気伝導率を測定する手段に通水する酸電気伝導率測定手段とを含む純水給水ボイラ水系処理装置である。

また本発明（請求項４）は、中和性アミンはアルカノールアミン、モルホリンまたは脂肪族環状アミンである純水給水ボイラ水系処理装置である。

本発明によれば、蒸気が工場プロセスの加熱用やプロセス用に送られ、凝縮水として回
収された復水を再度給水として使用しても、中和性アミン（アンモニアを除く）を使用し
たことにより、正確な給水の電気伝導率が測定出来、中和性アミンのｐＨ対電気伝導率の
理論曲線との乖離が小さく、ｐＨを直接測定する方法に比べて、精度が高く、また測定も
容易となる。その結果、常に給水の適正な電気伝導率やｐＨを維持することが出来る量の
中和性アミン（アンモニアを除く）がボイラ水系内に添加され、良好な運転をすることが
出来る。しかも電気伝導率計の電極構造は簡単で劣化しにくく、汚れ等にも強いので、著
しい不純物の混入がないかぎり、温度補正と換算で正確な電気伝導率やｐＨ値を得ること
が出来る。

以下に本発明の純水給水ボイラ水系処理方法および処理装置についての実施の形態を詳
細に説明する。

図１は本発明方法を適用する産業用自家発電ボイラを含む水系を説明するための図であ
る。

図１で示すボイラ水系は、ボイラ１、蒸気配管２、蒸気タービン３、工場プロセス４、
復水器５、純水補給水添加手段を有する給水槽６、復水ポリッシャ７、脱気器８、流量計
１０、給水・復水用ｐＨ調整剤添加手段１１、エコノマイザ９、復水器と工場プロセスか
ら復水を給水槽に戻す復水返送配管、とを含んでいる。また、図２に示す給水の電気伝導
率測定手段も有している。

ボイラ１で製造された蒸気は蒸気配管２によって負荷としての蒸気タービン３に送られ
、電気を発生させる。その後、一部の蒸気は工場プロセス４側に送られ、加熱用やプロセ
ス用として使用される。蒸気タービン３から出てきた蒸気は復水器５で復水とし、給水槽
６に送られる。一方、工場プロセス４側からも使用後の蒸気が復水となり、イオン交換樹
脂からなる復水ポリッシャ７で精製された後、上記と同じ給水槽６に送られる。

必要に応じて、補給水として純水を添加された給水槽６からの水（給水）は次いで脱気
器８に送られ、ここで給水中に含まれる溶存ガスが分離された後、エコノマイザ９を経由
して前記ボイラ１に給水される。

このような産業用自家発電ボイラ水系では、経済性の観点から、給水系統や復水器の配
管の少なくとも一部に銅系材質が多用される。

従来給水・復水用ｐＨ調整剤として使用されてきたアンモニアは、このような銅系材料
が使用された系では、銅系材料に対する腐食性が比較的高く、腐食問題を起こす可能性が
有るので使用しにくい。そこで、本発明においては中和性アミン（アンモニアを除く）を
使用する。そのような中和性アミンとして、シクロヘキシルアミン等の脂肪族環状アミン
やモノエタノールアミン、２−アミノメチルー１−プロパノール等のアルカノールアミン
及びモルホリン等が挙げられる。

その中でも、分解生成物の給水水質への影響を小さくするために熱安定性が高いものが
好ましく、例えばモルホリンやシクロヘキシルアミン及びモノエタノールアミンが好まし
い。

次に本発明において使用される電気伝導率測定方法について、図２を用いて説明する。

図１において、脱気器から抽出された給水の一部（試料水）は先ず冷却器１２に送られ
、室温（２５℃）まで冷却される。次いで、温度計と電気伝導率測定用電極とを有する測
定器１３に移送され、そこで、温度と電気伝導率が測定される。温度計データは２５℃と
異なる場合の補正に使われる。測定後の試料水は廃棄しても、給水槽に返送しても良い。

測定の結果得られた信号は演算部２１に送られる。

演算部２１では、温度が２５℃でない場合には、電気伝導率は電気伝導率補正手段２２
によって温度補正される。こうして検出された給水の電気伝導率は、純水給水であるため
、主に給水中の残留中和性アミン量を表す。

本発明においては、電気伝導率データをそのまま使用しても良いが、ＪＩＳ等の関係で
ｐＨ表示に変換した方が都合よいのであれば、電気伝導率データはｐＨ変換演算手段２３
に送られ、ｐＨ値に換算される。

得られた補正後の電気伝導率データや換算後のｐＨデータは必要があれば、電気伝導率表示手段２５やｐＨ値表示手段２４で表示される。また、必要により、これらのデータを経時的に累積データとして記録することも出来る（図示せず）。

一方、得られた電気伝導率データまたはｐＨデータは薬液吐出量演算手段２６に送られ
る。そこで、先ずそれらのデータが設定値（通常、電気伝導率の場合は２〜３μＳ／ｃｍ
、ｐＨの場合は９.２〜９．３程度）と比較され、低ければ電気伝導率やｐＨを上昇させ
るために中和性アミンの添加量を増加させるべく、図１の流量計１０からのデータも併せ
て添加量が演算され、信号が図１の薬注装置１１に送られて中和性アミンの添加量が増加
される。

このような薬注装置としては、ポンプストローク長を調整できるタイプのものや弁の開
口度を調整できるもの、モーターの回転数を調整できるもの等、任意のものが使用できる
。

得られたデータが設定値よりも高ければ、薬注量を絞るような信号が薬注装置１１に送
られる。このように薬注自体は常に行われている状態を維持するのが好ましい。

本発明においては、好ましくは熱安定性の高い中和性アミンを使用するが、それでも運
転を継続すれば、中和性アミンの熱分解物である有機酸が徐々に蓄積し、その結果、電気
伝導率のデータが増加傾向となる。このまま給水の電気伝導率のデータに基づくと、中和
性アミンの添加量が増大し、給水の電気伝導率やｐＨが管理値を超えてしまうので、この
ような不純物としての有機酸は除去することが好ましい。

本発明においては、その具体的手段として、さらに酸電気伝導率を測定するようにした
。

すなわち、図２において、冷却後の試料水の一部を分取し、水素形陽イオン交換樹脂カ
ラム１４に送った後、酸電気伝導率を測定するための電極を有する計測器（フローセル）
１５に通水する。酸電気伝導率計としては、前述の電気伝導率計と同じタイプの電極を採
用することが出来る。

このようにして得られた酸電気伝導率は酸電気伝導率表示手段２７に表示する。または
表示に替えて警報手段２８を採用しても良い。

酸電気伝導率は、試料水中の有機酸量に比例した水素イオン量を示すので、この値が設
定値、例えば０．１μＳ／ｃｍに達すると、有機酸の量が増え、電気伝導率に影響を及ぼ
すようになるため、ボイラ水系からボイラ水の一部を系外にブローすることによってボイ
ラ水中の有機酸量を減らす。

なお、不純物を減らす方法としては、上記のブローによる方法以外にも、給水を陰イオ
ン交換樹脂と接触させる方法等も採用可能であり、公知の任意の有機酸除去方法を採用す
ることが出来る。

以下に試験例、参考例及び実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
（試験例）
図１，２に示す装置を用いて、中和性アミンとしてシクロヘキシルアミンを用い、復水を給水として再利用する純水給水ボイラ水系において、ｐＨ対電気伝導率の関係式が得られるかどうかを試験した。

用いたボイラは自然循環型ボイラであり、運転圧力は１２ＭＰａとした。また、常用蒸
気量は７０〜１４０ｔ／ｈとした。

給水として工水を混床式イオン交換樹脂と接触させて得られた純水を用い、給水へのシ
クロヘキシルアミンの添加量は０．４から１．５ｍｇ／ｌで、給水の電気伝導率と給水量
の変動に応じて変動させた。

脱気器を通過した給水の一部を引き抜き、試料水として取り出した後、２５℃に冷却し
、次いで温度計付き電気伝導率計を有する測定器に供給して２５℃における電気伝導度を
測定した。一方、その試料水のｐＨを校正の済んだｐＨ計で測定した。そして前記電気伝
導率とｐＨとの関係を求めたところ、図３に示す結果が得られた。

これから、本発明で使用する中和性アミンにおいては、電気伝導率とｐＨとが一定の関
係式に乗ることがわかる。

（参考例）
試験例で用いた装置をそのまま使用して試験を行った。試験例で検量線が得られたので、脱気器出口における給水の電気伝導率が２．３μＳ／ｃｍまたはｐＨ換算値が９．２（＝設定値）となるように制御した。

運転を１ケ月継続し、３時間毎に給水の電気伝導率を測定し、設定値より低くなったら
、シクロヘキシルアミンの添加量を増加させた。また、設定値より高くなったら、添加量
を絞った。

こうして、本発明方法により１ケ月間、なんら問題なくボイラ水系の運転を行うことが
出来た。

（実施例１）
参考例で用いた装置に加えて、水素形陽イオン交換樹脂カラムと酸電気伝導率計を有する測定器（フローセル）をさらに設け、試験水の一部を通水した。

上記参考例記載の通り１ケ月運転後、さらに上記装置を付加し、さらに１ケ月間運転を継続した。

４０日目に給水の電気伝導率に上昇傾向が見られ、かつ酸電気伝導率が０．１μＳ／ｃ
ｍに達したので、ボイラ水系のブロー弁の開度を調整し、ブロー量を増加させた。これを
継続後、６時間後に再度酸電気伝導率を測定したところ、０．１μＳ／ｃｍ未満となった
ので、ブロー弁の開度を元に戻した。その間、給水の電気伝導率は元の水準が維持された
。

以上より、本発明方法が優れたボイラ水系の運転方法であることが分かる。

本発明が適用される一般的産業用自家発電ボイラを含む水系を説明するための図である。本発明の電気伝導率測定方法を示す。本発明の試験例の結果を示す。

符号の説明

１ボイラ
３上記タービン
５復水器
８脱気器
１１薬注装置
１２冷却器
１３電気伝導率測定器
１４水素形陽イオン交換樹脂カラム
１５酸電気伝導率測定器
２１演算部

Claims

給水系または復水系配管の少なくとも一部に銅系材料が使用され、復水が脱気後再度補給水と共に給水される純水給水ボイラ水系に給水・復水用ｐＨ調整剤として中和性アミン（アンモニアを除く）を添加する方法において、
脱気後の給水の一部を採水して電気伝導率を測定し、その結果に基づいて前記中和性アミンの添加量を決定し、さらに脱気後の給水の一部を採水して陽イオン交換樹脂塔に通水後、酸電気伝導率を測定することを特徴とする純水給水ボイラ水系処理方法。
請求項１において中和性アミンはアルカノールアミン、モルホリンまたは脂肪族環状アミンである請求項１記載の純水給水ボイラ水系処理方法。
ボイラと、ボイラからの蒸気配管と、復水器及び復水返送配管と純水供給手段を具備した給水槽と脱気手段及び給水・復水用ｐＨ調整剤として中和性アミン（アンモニアを除く）を添加するための薬注装置と流量計を具備した給水系とを含むボイラ水系処理装置であって、給水系または復水系配管の少なくとも一部に銅系材料が使用され、かつ、脱気後の給水の一部を採水する手段と、電気伝導率を測定する手段と、測定された電気伝導率に基づいて前記中和性アミンの添加量を決定する演算部と、脱気後の採水された給水の一部を陽イオン交換樹脂塔に通水後、酸電気伝導率を測定する手段に通水する酸電気伝導率測定手段とを含む純水給水ボイラ水系処理装置。
請求項３において中和性アミンはアルカノールアミン、モルホリンまたは脂肪族環状アミンである請求項３記載の純水給水ボイラ水系処理装置。