JP5800044B2 - 蒸気発生設備のスケール除去方法及びスケール除去剤 - Google Patents
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Description
また、伝熱面へのスケールの付着は、伝熱阻害を引き起こし、エネルギーロスが生じるため、燃料費の増加にもつながる。このため、ボイラ水系などでは、スケールの付着を防止するために、原水中の硬度成分であるカルシウムやマグネシウムを軟水器によって取り除き、軟水化したものを給水としている。
ここで、スケール防止剤とは、水系システムに持ち込まれた硬度成分のスケール化を防止するものであり、例えばリン酸三ナトリウムやトリポリリン酸ナトリウムなどのリン酸塩、ポリアクリル酸ナトリウムなどのポリマーが使用されている。
しかし、特許文献1のスケール除去方法では、ボイラを一度停止するため生産性が損なわれることと、洗浄コストが別途発生するといった問題がある。
しかし、特許文献2のスケール除去方法で用いられるキレート剤は、ボイラの母材である鉄に対してもキレート剤が作用して、腐食が生じるという問題がある。
しかし、特許文献3のスケール除去方法では、キレート剤の添加量に応じて、防食剤の添加が必要となることと、防食剤の素剤コストが別途発生するといった問題がある。
しかし、特許文献4の組成物によりスケールの除去効果を得るには、非常に多くの薬剤添加量を必要とするため経済的な問題があり、また給水中の硬度が低く鉄含有量の多い給水では、運転中にスケールの除去効果が経時的に低下し、十分な除去効果が得られないという技術的な問題もある。
本発明の蒸気発生設備のスケール除去方法は、蒸気発生設備において、ボイラ缶即ち蒸気発生部等の系内に付着したスケールを、重量平均分子量が20,000を超え170,000以下のポリアクリル酸及び/又はその塩(以下、「ポリアクリル酸(塩)」と称す。)を該蒸気発生設備内の水又は該蒸気発生設備の給水に添加することにより除去するものであって、特に、蒸気発生設備の給水が鉄を含む場合には、好ましくは重量平均分子量1,000を超え100,000以下のポリメタクリル酸及び/又はその塩(以下、「ポリメタクリル酸(塩)」と称す。)を併用添加するものである。
給水タンク1には、補給水タンク4内の補給水が補給水ライン15より補給されると共に、アルカリ剤添加ライン16よりアルカリ剤が添加され、また、スケール除去剤ライン17よりスケール除去剤が添加される。ボイラ缶2からはブローライン18よりブロー水が排出される。
蒸気発生設備の給水としては、原水を逆浸透膜で処理したもの、原水を軟化処理したもの、原水をイオン交換処理したもの等を用いることができる。
ポリアクリル酸は特に限定されず、後述する重量平均分子量の条件を満たすものを用いることが可能である。ポリアクリル酸塩としては、前記ポリアクリル酸のナトリウム塩、カリウム塩等が挙げられる。ポリアクリル酸塩は、ポリアクリル酸とともに、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩等を添加することにより生成させることができる。
ポリアクリル酸の重量平均分子量が20,000未満では、十分なスケール除去効果を得ることができない。ポリアクリル酸の重量平均分子量が170,000を超えてもスケール除去効果が低下する。
なお、ポリアクリル酸塩は、ポリアクリル酸塩のベースとなるポリアクリル酸の重量平均分子量が上記条件を満たしていればよい。
ポリアクリル酸(塩)のボイラ水中での濃度が上記下限以上であることにより、スケール除去効果を発揮しやすく、上記上限以下とすることにより、CODの上昇による排水処理の煩雑さを防止しつつ、費用対効果を良好にすることができる。
従って、ポリアクリル酸(塩)は当該蒸気発生設備の濃縮倍率に応じて、ボイラ水中の濃度が上記範囲となるように各箇所の水に添加される。
蒸気発生設備の給水中に鉄が含まれる場合、上記のポリアクリル酸(塩)と共にポリメタクリル酸(塩)を併用することが好ましい。
懸濁しているものも溶解しているものも含め、特に給水中に鉄を0.3mg/Lを超えて含む場合、例えば0.4〜5.0mg/Lの高濃度で含む場合には、ポリアクリル酸(塩)と共にポリメタクリル酸(塩)を併用することが好ましい。
ポリメタクリル酸の重量平均分子量が1,000未満では、十分な鉄スケール防止効果を得ることができない場合があり、ポリメタクリル酸の重量平均分子量が100,000を超えると効果が低下する。
なお、ポリメタクリル酸塩は、ポリメタクリル酸塩のベースとなるポリメタクリル酸の重量平均分子量が上記条件を満たしていればよい。
ポリメタクリル酸(塩)のボイラ水中での濃度が上記下限以上であることにより、鉄スケール防止効果を発揮し、また、ポリアクリル酸(塩)によるスケール除去効果を維持しやすくすることができ、上記上限以下とすることにより、CODの上昇による排水処理の煩雑さを防止しつつ、費用対効果を良好とすることができる。
従って、ポリメタクリル酸(塩)は、当該蒸気発生設備の濃縮倍率に応じて、ボイラ水中の濃度が上記範囲となるように各箇所の水に添加される。
本発明においては、本発明の目的が損なわれない範囲で、必要に応じて、蒸気発生設備の系内の何れかの箇所で、各種の添加成分、例えば、pH調整剤、脱酸素剤、防食剤、スケール分散剤等を有効量添加することできる。これらの添加成分は1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
アルカリ金属水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等が挙げられ、アルカリ金属炭酸塩としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等が挙げられ、アルカリ金属リン酸塩としては、リン酸三ナトリウム、リン酸水素ナトリウム等が挙げられる。
また、中和性アミンとしては、モノエタノールアミン、シクロへキシルアミン、モルホリン、ジエチルエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、3−メトキシプロピルアミン、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール等が挙げられる。
上記アルカリ剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
なお、適量のアルカリ剤を供給するために、本発明に係る蒸気発生設備は、ボイラ缶の上流側及び/又は下流側に、pH測定手段を有することが好ましい。
本発明の蒸気発生設備のスケール除去剤は、重量平均分子量20,000を超え170,000以下、好ましくは50,000を超え120,000以下のポリアクリル酸(塩)と、重量平均分子量1,000を超え100,000以下、好ましくは5,000を超え60,000以下のポリメタクリル酸(塩)とを含むことを特徴とするものであり、好ましくはポリアクリル酸(塩)とポリメタクリル酸(塩)とをポリアクリル酸(塩):ポリメタクリル酸(塩)=1:100〜100:1、より好ましくは1:50〜10:1の重量比で含むものである。
なお、本発明のスケール除去剤は、ポリアクリル酸(塩)及びポリメタクリル酸(塩)が一剤化されたものであってよく、これらが別々に供給されるものであってもよい。
前述の如く、ポリアクリル酸(塩)は通常脱イオン水に溶解して0.1〜30重量%、特に0.5〜15重量%濃度の水溶液として使用される。また、ポリメタクリル酸(塩)は通常脱イオン水に溶解して、0.1〜30重量%、特に0.5〜20重量%濃度の水溶液として使用される。
以下の試験装置及び給水を用い、以下の条件で以下のスケール除去試験を行い、ポリアクリル酸とポリマレイン酸のスケール除去効果の評価を行った。
ステンレス製テストボイラ(保有水量5L)
<給水>
合成水A:Ca硬度20mgCaCO3/L、Mg硬度10mgCaCO3/L、シリカ濃度15mg/L、炭酸ナトリウム濃度30mg/Lの合成水
合成水B:シリカ濃度15mg/L、表1に記載の重量平均分子量のポリアクリル酸又はポリマレイン酸濃度10mg/L、炭酸ナトリウム濃度32mg/Lの合成水
<試験条件>
給水温度:40℃
運転圧力:2.0MPa
給水量:10L/h
濃縮倍率:10倍
ボイラ水pH:11.4
伝熱チューブ(鋼材製、表面積200cm2×3本)を秤量して記録した後、ステンレス製テストボイラに挿入した。
また、ブローラインに直径20mm、60メッシュのストレーナを設置した。
このステンレス製テストボイラに、合成水Aを給水しながら圧力2.0MPa、蒸発量9.0L/h、ブロー量1.0L/h、濃縮倍率10倍となるように調整し、24時間運転した。運転後にスケールが付着した伝熱チューブを取り出して秤量し、スケール付着量を算出した。その後、伝熱チューブを再度ステンレス製テストボイラに挿入し、合成水Bで同じ運転条件で3日間運転し、スケール除去工程を行った。
スケール除去運転後に同様に伝熱チューブを取り出して秤量し、スケール付着量を算出し、スケール除去工程前後のスケール付着量からスケール除去率を算出した。
また、試験終了後のストレーナを観察し、ストレーナを閉塞させる恐れのある付着物の有無を確認した。
結果を表1に示す。
表1より、ポリアクリル酸の重量平均分子量が20,000以下ではスケール除去率は低く、20,000を超え170,000以下でスケール除去率が高くなり、特に50,000を超え120,000以下でスケール除去効果が高いことが分かる。
これに対して、ポリマレイン酸は、ある程度のスケール除去効果は認められたが、ブローストレーナにどろっとした付着物が認められ、ストレーナの大部分が覆われていて閉塞寸前の状況であった。これは硬度成分とポリマレイン酸が反応して生成したゲル化物によるものと推定された。
以下の試験装置及び給水を用い、以下の条件で以下のスケール除去試験を行い、ポリアクリル酸の重量平均分子量とポリメタクリル酸の併用がスケール除去効果に与える影響を評価した。
ステンレス製テストボイラ(保有水量5L)
<給水>
合成水C:Ca硬度40mgCaCO3/L、Mg硬度20mgCaCO3/L、シリカ濃度30mg/L、炭酸ナトリウム濃度30mg/L、Fe濃度1mg/Lの合成水
合成水D:シリカ濃度30mg/L、薬剤1として表2に記載の重量平均分子量のポリアクリル酸濃度5mg/L、薬剤2として表2に示すものを濃度5mg/L、Fe濃度1mg/L、炭酸ナトリウム濃度32mg/Lの合成水(ただし、比較例II−1では、薬剤1と薬剤2を添加せず、比較例II−2〜8では薬剤2を添加せず。)
給水温度:40℃
運転圧力:0.7MPa
給水量:13L/h
濃縮倍率:10倍
ボイラ水pH:11.5
伝熱チューブ(鋼材製、表面積200cm2×3本)を秤量して記録した後、ステンレス製テストボイラに挿入した。
このステンレス製テストボイラに、合成水Cを給水しながら圧力0.7MPa、蒸発量11.7L/h、ブロー量1.3L/h、濃縮倍率10倍となるように調整し、21時間運転した。運転後にスケールが付着した伝熱チューブを取り出して秤量し、スケール付着量を算出した。その後、伝熱チューブを再度ステンレス製テストボイラに挿入し、合成水Dで同じ運転条件で試験し、スケール除去工程を行った。運転後に同様に伝熱チューブを取り出して秤量し、スケール付着量を算出し、スケール除去工程前後のスケール付着量からスケール除去量を算出した。スケール除去量は、3日ごとに伝熱チューブを取り出して秤量し、再び挿入することにより評価し、合計9日間のスケール除去工程を行い、9日間のスケール除去工程後のスケール除去率(スケール除去工程開始時に付着していたスケールに対して9日間で除去できた合計のスケールの割合)を算出した。
結果を表2に示す。
表2より、以下のことが分かる。
比較例II−2〜II−8では、経過日数と共にスケール除去量が低下していく。これは既に付着したスケールの上にさらに鉄スケールが付着し、ポリアクリル酸単独処理では、スケール除去効果が一定に維持されないためである。
比較例II−11は2種類のポリマーを併用しているが、除去効果は低い。比較例II−9,II−10でも同様に除去効果は低い。
これに対して、実施例II−1〜II−6では、日数が経過しても一定の速度でスケールが除去されている。これは、ポリメタクリル酸を併用することで、鉄スケール付着を防止しながら、重量平均分子量が高いポリアクリル酸によるスケール除去効果が一定に保たれるためである。
試験例IIにおいて、テストボイラの缶内に鋼材製のテストピース(SPCC、15×50×10mm、♯400研磨)を設置し、表3に示す薬剤を表3に示すボイラ缶内濃度となるように含む合成水を試験例IIと同様の条件で給水して腐食性の確認試験を行った。なお、ボイラ缶内のpHは11.3に調整した。
試験後にテストピースを取り出して脱錆処理し、下記計算式(1)により腐食速度を求めた。
腐食速度(mdd)=テストピースの腐食減量(mg)/
(テストピースの表面積(dm2)×試験期間(day)) …(1)
結果を表3に示す。
2 ボイラ缶(蒸気発生部)
3 復水タンク
4 補給水タンク
5 蒸気使用場所
Claims (6)
- 蒸気発生設備の系内に付着したスケールを除去するスケール除去方法において、該蒸気発生設備の給水が鉄を含み、重量平均分子量が20,000を超え170,000以下のポリアクリル酸及び/又はその塩と、重量平均分子量1,000を超え100,000以下のポリメタクリル酸及び/又はその塩とを該蒸気発生設備内の水又は該蒸気発生設備の給水に添加することを特徴とする蒸気発生設備のスケール除去方法。
- 請求項1において、前記ポリアクリル酸及び/又はその塩を前記蒸気発生設備の蒸気発生部の水中の該ポリアクリル酸及び/又はその塩の濃度が1〜1000mg/Lとなるように添加することを特徴とする蒸気発生設備のスケール除去方法。
- 請求項1又は2において、前記ポリメタクリル酸及び/又はその塩を前記蒸気発生設備の蒸気発生部の水中の該ポリメタクリル酸及び/又はその塩の濃度が1〜1000mg/Lとなるように添加することを特徴とする蒸気発生設備のスケール除去方法。
- 請求項1ないし3のいずれか1項において、前記蒸気発生設備の蒸気発生部の水中のポリアクリル酸及び/又はその塩とポリメタクリル酸及び/又はその塩との重量濃度比が1:100〜100:1となるように、ポリアクリル酸及び/又はその塩とポリメタクリル酸及び/又はその塩を添加することを特徴とする蒸気発生設備のスケール除去方法。
- 蒸気発生設備の系内に付着したスケールを除去するスケール除去剤において、重量平均分子量20,000を超え170,000以下のポリアクリル酸及び/又はその塩と、重量平均分子量1,000を超え100,000以下のポリメタクリル酸及び/又はその塩とを含むことを特徴とする蒸気発生設備のスケール除去剤。
- 請求項5において、前記ポリアクリル酸及び/又はその塩と、前記ポリメタクリル酸及び/又はその塩とを、1:100〜100:1の重量比で含むことを特徴とする蒸気発生設備のスケール除去剤。
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