JP2000111004A - ボイラ―の運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボイラー中に添加する処理剤を添加量を精密
に制御する方法を提供する。 【解決手段】 既知濃度の不活性蛍光トレーサーを用
い、ブローダウン中の蛍光トレーサーの蛍光特性値を測
定してブローダウン濃度対給水の濃度サイクルを測定
し、この測定値をボイラー運転における標準値と比較
し、そこに相違があるときブローダウン率又は処理剤の
添加量を変更して標準サイクルを実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラー水系に関
し、そして詳細にはボイラー系の運転方法、及びボイラ
ー定数の測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】沈積
物、詳細にはスケールがボイラーチューブに形成され
る。スケール源となる各々の汚染物質は水に特定の溶解
量を有し、そしてそれを超えると析出する。水が高温面
に接触し、そして汚染物の溶解性が高温度で低下すれ
ば、析出物が表面に形成されて、スケールを生ずる。ボ
イラー析出物の最も普通の成分は、リン酸カルリウム、
炭酸カルシウム（低圧ボイラー）、水酸化マグネシウ
ム、ケイ酸マグネシウム、種々の形のイオン酸化物、前
記の析出物に吸収されたシリカ、及びアルミナである。

【０００３】ボイラーチューブの高温部において、沈澱
物は、熱伝導を悪くし、ボイラーチューブ破損の可能性
を生じ重大な問題である。低伝導率を有する低圧ボイラ
ーでは、沈積物が完全にボイラーチューブを塞ぐ場所に
沈積物が形成されることがある。最近の２００，０００
BTU ／ft²hr を超える熱伝導率を有する中圧及び高圧ボ
イラーでは、極めて薄い沈澱物の存在でもチューブ金属
温度のかなりの上昇を生ずる。沈積物は、炉内ガスから
ボイラー水への熱の流れを遅らせる。この温度抵抗が、
破損を生ずる場所の金属温度の急上昇を生ずる。

【０００４】沈積物は、加熱面上の場所に沈積したスケ
ールであるか、又はしばしばスラジとして予め沈澱した
化学物質である。これ等は低速度領域に集合し、スケー
ルに類似の緻密な凝集塊に固まる。すべての工業用ボイ
ラーの運転では、いつもある種の沈澱物の形成を防止す
ることは殆んど不可能である。循環するボイラー水の中
には常にいくつかの微粒子があり、それが低速度部分に
堆積する。この堆積物源の除去に使用される処理の型式
のいかんに関わらず、ボイラーに供給されるボイラー給
水はなほ測定可能な濃度の不純物を含む。いくつかのプ
ラントでは、汚染した凝縮水が給水の不純物の一因とな
っている。

【０００５】水蒸気はボイラー水から発生されると、ボ
イラーから排出されるが、給水中に混入した不純分はボ
イラー回路中に残る可能性がある。不純物が連続的に加
わり、純粋な水蒸気が排出される結果、ボイラー水中に
溶けた固形物の量が絶えず増加する。ボイラー水中の各
々の成分濃度には限界がある。これ等の濃度限界を超え
るのを防止するために、ボイラー水はブローダウンによ
り引き出され、そして廃水として排出される。第１図
は、ボイラーを出る不純物が入ってくる不純物と等しく
かつ濃度を所定の限界に保つようにブローダウンを調整
しなければならないことを示す、ボイラーの物質収支を
説明している。

【０００６】ブローダウンの実質的な熱エネルギーはボ
イラーの熱効率を悪くする主要因であるので、ブローダ
ウンを最小限にすることがすべての蒸気プラントの目標
である。ボイラーのブローダウンを考察する１つの方法
は、所要蒸気量以上にボイラー中に給水し、その割合で
系からボイラー水を引き出してボイラー水の不純物濃度
を薄める方法を検討することである。

【０００７】ボイラー水中の溶解固形物（不純物）の濃
度を調整するのに使用するブローダウンは、間断的又は
連続的に行なわれる。間断的な場合、ボイラーは特定の
ボイラー設計及び圧力に対して受け入れ得るレベルまで
濃縮されるままにしておく。この濃度レベルに達する
と、ブロー弁を短時間開いて不純物の濃度を減少させ、
それから再び制御限界に達するまでボイラーの再濃縮を
許容する。他方において、すべての高圧ボイラー系に特
有であり、実際上工業において一般標準である連続的ブ
ローダウンでは、ブローダウン弁は一定の調整開度に保
たれて、定常流量で水を除去してボイラー水濃度を比較
的一定に維持する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、ボイラーサ
イクルは、ボイラーに供給される給水中に既知の濃度で
不活性トレーサー（ｔｒａｃｅｒ）を加え、そしてブロ
ーダウン中のそのトレーサー濃度をアナログ的に測定す
ることによって簡単に計算される。その結果、サイクル
値が標準に匹敵しなければ、ブローダウン量を変化させ
るか、又は処理剤の用量を変更するか、あるいは両方を
行なう。ボイラー水のその最終的定常状態の濃度を達成
するために必要な時間中のトレーサーの濃度変化はま
た、時間の関数として、ブローダウン内のトレーサーの
濃度を監視することによって測定できる。一旦、トレー
サーの最終定常状態濃度が知れれば、ボイラーのパーセ
ント寿命保持時間(percent life holding time）が計算
され、混合すべき特定の処理剤の賢明な選択を可能にす
る。

【０００９】給水及びその他の場所の処理剤の濃度は、
それ自身、処理剤及びトレーサーの割合によって監視さ
れればよい。本発明の主な目的は、特に連続ベースで、
ボイラー水のサイクル〔不純物（汚染物）濃度〕の測定
を簡易化するために不活性トレーサー、好ましくは蛍光
トレーサーを使用することと、パーセント寿命保持時間
（例えばハーフ寿命時間）を計算するため不活性トレー
サーを使用することと、ボイラー表面に不純物が沈積す
る傾向を防止（妨げる）のに使用される処理剤（例え
ば、分散剤ポリマー）の濃度を測定するために基準標準
モニターとして不活性トレーサーを使用することであ
る。不活性トレーサーはこれらすべての又は任意の１つ
の測定に使用できる。

【００１０】

【実施例及び発明の作用効果】Ａ：ボイラーサイクル ボイラーサイクルは、本発明ではブローダウン水中Ｃ_F
及び給水中Ｃ_I の特定の不純物（成分）の濃度の比と定
義する。即ち、

【００１１】

【数１】

【００１２】この値（平衡値である）は、水が蒸気とし
て除かれブローダウン中の不純物が給水中よりも濃縮さ
れるので、常に１よりも大きい。高圧ボイラーシステム
では、給水の純度が非常に高く、従って給水の汚染物濃
度が非常に低いので、この方法によるサイクルの測定は
非常に難かしい。懸濁した固形物は、上記に詳述したよ
うにそれ等の溶解度限界を超える点までボイラー水中で
濃縮することがあるので、ボイラー系におけるサイクル
のモニターは非常に重要である。

【００１３】サイクル値が低くすぎれば、水、熱及び存
在するすべての処理剤の浪費がある。この値が高すぎれ
ば、溶解した固形物が沈析する可能性がある。蛍光トレ
ーサーのような不活性トレーサーは、殆んど蒸気に連行
されることがなく、かつ非常に低レベル（０．００５pp
m 以下）でも選択的に検出されるので、サイクル測定に
特に有利である。このトレーサーは検知でき且つ濃度等
価量に変換できる特性を有している。例えば、蛍光光度
計によって測定した蛍光放射（fluorescent emissivit
y) は濃度に比例し、放射は電気的アナログ値に変換で
きる。ボイラー水内のそれ等の濃度は導電性に大きく寄
与せずこれは有利なことである。

【００１４】Ｂ：パーセント寿命保持時間（％HT） いつでも、給水に加えられる処理剤の添加量に変化があ
り、成分濃度が平衡している定常状態に達するまでボイ
ラーは時間がかかる。この経過時間がボイラーの保持時
間である。パーセント寿命保持時間が判かれば、賢明な
又は有効な処理剤量を求めることができる。それは異な
るサイクルを採用する必要性を示すことがある。いかな
る場合でも、寿命保持時間、即ち、ボイラー中の成分が
最終濃度に達するまでの時間は、ボイラーのための診断
器具である。各々のボイラーは指紋のようにユニークで
あり、そして本発明によりボイラーは容易に且つ速やか
に指紋と照合することができる。

【００１５】サイクル値の知識はボイラーのすべての詳
細を考慮していない。類似の構造であるが異なるボイラ
ーは、同数のサイクルで運転できるが、使用ボイラー容
積及びブローダウン率により、それ等は全く異なるパー
セント寿命保持時間を有する。本発明では、定常状態
は、給水中の安定又は不活性成分（例えば、不活性トレ
ーサー）が蒸気発生を除き系内にいかなる明らかな又は
大きな変化もなくボイラー中の最終濃度（Ｃ_F ）に達し
た状況と定義づける。ボイラー中及びブローダウン中の
成分濃度は、結局いかなる特定の点でも同じ（Ｃ_t ）で
あり、従って一方を測定すれば他方を測定したことにな
る。安定成分がボイラー内で定常状態に達する速さはボ
イラー特性Ｍ（ボイラー水の質量、ｌｂ）及びＢ（ブロ
ー率、ｌbs／hr）によって決定される。

【００１６】定常状態に達するのに必要な時間は、処理
剤の使用における重要なファクターである。その微分方
程式により、この時間値は下式で表わされる、 （１）ｔ＝−ｋｌｎ（１−Ｃ_t ／Ｃ_F ） この場合Ｃ_F ＝最終定常状態のボイラー水の成分濃度 Ｋ＝ボイラー定数＝Ｍ／Ｂ Ｃ_t ＝任意の時間ｔにおけるブローダウン中の成分濃度 式１は次の如く変形でき、 （２）ｌｎ（１−Ｃ_t ／Ｃ_F ）＝−（１／Ｋ）ｔ そしてｌｎ（１−Ｃ_t ／Ｃ_F ）対時間のプロットは１／
Ｋの傾斜を与える。これ等の式を用いて、ボイラーのパ
ーセント寿命保持時間（％HT）を計算することが可能で
ある。

【００１７】 （３）％HT（Ｐ）＝−ｋｌｎ〔１−（Ｐ／１００）〕 この場合、（Ｐ）は成分Ｃの％寿命を表わし、 Ｐ＝Ｃ_P ／Ｃ_F ×１００であり、 この場合、Ｃ_P ＝所望の％HTにおける成分Ｃの濃度、 この場合、Ｃ_F ＝定常状態ボイラーの成分Ｃの濃度であ
る。

【００１８】従って、ボイラーの半寿命例えば〔％HT
（５０）〕では、Ｐ＝５０そして式（３）は％HT（５
０）＝０．６９３Ｋとなる。ＫおよびＣ_P が既知であれ
ば、％HT（Ｐ）はＣ_P の想定値を計算できる。又は％HT
（Ｐ）が想定されればＣ_P は式（３）で計算できる。ボ
イラー定数Ｋは、使用ボイラー容積もブローダウン率も
非常にしばしば知られていないので、この分野において
もあまり知られていない。ボイラーのパーセント寿命保
持時間を知ることは、スケールを防止又は抑制するため
に、処理剤手段による内部ボイラー処理の適用に非常に
重要である。１つの理由は、異なる処理剤が与えられた
温度で長期間に亘り、又は同じ時間に異なる温度で、異
なるように作用し、そしてコストが要因となるからであ
る。安全のために、処理剤はボイラーの保持時間の９０
パーセント以下、又は５０パーセント以下でボイラーに
保持するのが推奨される。換言すると、高温（例えば３
００℃まで）におけるボイラー内部処理の熱安定性又は
持続性の効力は、例えば、特に圧力が２０００ポンドで
あることができる高圧ボイラーのボイラーパーセント寿
命保持時間によって計算された、定常状態に達するのに
必要な時間によって影響を受ける。いくつかの高圧系で
は、パーセント寿命保持時間を減少し且つボイラー水中
に受け入れ得る処理剤濃度を維持するために、ブローダ
ウン率を増加しなければならない可能性がある。換言す
ると、手頃な価格の殆んどいかなる処理剤もボイラー中
の時間−温度−圧力の過酷さに耐えられないほどパーセ
ント寿命保持時間が極端に長ければ、処理剤をより多く
（冷い）給水に入れられるようにブローダウン率を増加
させなければならない。更に、その場合、処理剤はボイ
ラー中の滞留時間が短い。

【００１９】蛍光トレーサーのような不活性トレーサー
は、トレーサー濃度が時間の関数としてどのように変化
するかを測定することによって、ボイラー定数Ｋ＝Ｍ／
Ｂ及びパーセント寿命保持時間を測定するのに非常に有
効に使用できる。従って、トレーサーは、サイクル及び
パーセント寿命保持時間が本発明により計算できる上記
の式の「成分」となる。

【００２０】Ｃ：トレーサーモニターリング 処理剤の濃度は、複雑な長時間の分析方法又は適切な作
業員訓練の困難さのため、非常にしばしばモニターする
のが困難である。不活性トレーサーの添加は、この問題
を解決するのに役立ち、且つ連続モニターを行なうこと
ができる。処理剤／トレーサー比が既知であれば、トレ
ーサー濃度のいかなる変化も処理剤の濃度に正比例し、
従って処理剤はトレーサーの連続モニターによって容易
に制御できる。不活性トレーサーの使用はまた機械の問
題（例えば給水ポンプ）による処理剤の不適当な供給及
び一般的故障（例、ブロー弁の閉塞）によるボイラーの
運転の変化を識別することを可能にする。

【００２１】ナフタリンスルフォン酸（２−ＮＳＡ）は
本発明により使用できる不活性蛍光化合物である。蛍光
トレーサーの濃度は好ましくは２７７nmにおける励起と
３３４nmに観察される発光により測定される。これらの
発光の結果を０．５ppm ２−ＮＳＡ（酸性活性物質とし
て）の標準溶液に関連させる。ジルフォード・フルオロ
（Ｇｉｌｆｏｒｄ Ｆｌｕｏｒｏ）IVデュアル−モノク
ロメーター分光蛍光計を蛍光光度測定に使用した。

【００２２】「不活性（ｉｎｅｒｔ）」とは、トレーサ
ーが系中のいかなる他の化学種によっても、又は治金学
的組成物、熱変化あるいは熱含量のような系の他のパラ
メーターによって有意に影響されないことを意味してい
る。給水中の天然の蛍光体のようないくらかのバックグ
ラウンド干渉は必ずある。そのような環境では、トレー
サー量はバックグラウンド干渉を克服するために増加し
なければならない。このバックグラウンド干渉は典型的
な分析化学の定義によれば１０％以下でなければならな
い。

【００２３】図１を参照して以下に説明する。この図は
ボイラーの典型的な物質収支（ｍａｔｅｒｉａｌ ｂｌ
ａｎｃｅ）を示している。ブローダウン（ＢＤ）は、ボ
イラーを出る不純物（“固形物”）の量が入って来る不
純物の量に等しいように調整される必要がある。即ちボ
イラーの不純物濃度は所定の限界に維持される。この収
支は下記の通りである、ボイラー水は１０００mg／ｌの
潜在的固形物の等価物を含み；給水１００万ポンド／
日、固形物は１００mg／ｌに等しく、１日に加わる固形
物は１００ポンドに等しい。

【００２４】ブローダウン１００，０００ポンド／日、
固形物含有量１０００mg／ｌ、除去される固形物１００
ポンド／日。水蒸気９００，０００ポンド／日、固形物
は実質的にゼロ。サイクル値は１０００／１００＝１
０。ボイラーの固形物濃度はブロー弁１０を開放（ｍｏ
ｒｅｓｏ）することによって減少できる。フィードバッ
クコントローラー１２Ｂはまた給水弁１４を開く（ｍｏ
ｒｅｓｏ）。給水中のトレーサー成分の濃度は後述のよ
うにモニター及び制御される（１２Ｆ）。

【００２５】Ａ．ボイラー濃度サイクルの測定 本発明の確実性、信頼性及び正確さが試験室で確認され
た。この場合Ｋに対するＭ及びＢ値が正確に測定でき
（“機械的モード”）、塩化物及びナトリウムの分析
が、装置の腐蝕及び装置上への固形物の沈積を生ずるこ
となく行なうことができた。不活性トレーサーは２−Ｎ
ＳＡであった。

【００２６】ボイラー濃度サイクルの測定は、給水（Ｃ
_I ）及びブロー（Ｃ_F ）の双方において２−ＮＳＡ濃度
を測定することによって行なった。説明すべき計測器具
を図４に示す。その結果は、機械的、導電性及び塩化物
（又はナトリウム）のような他の異なる方法によって測
定したサイクルと比較した。実施例１ １０００psig−１１０，０００BTU ／ft²hr 。９ppm ア
クリル酸／アクリルアミド共重合体（処理剤、分散
剤）。給水中に０．０５ppm ２−ＮＳＡ、ボイラーのpH
１１．０。

【００２７】 サイクル測定 トレーサー 塩化物 導電性 機械的 （成 分） サイクル： 9.7 10.0 10.0 9.9 実施例２ １０００psig−１１０，０００BTU ／ft²hr 。９ppm ア
クリル酸／アクリルアミド共重合体。給水内に０．５pp
m ２−ＮＳＡ、ボイラーpH１１．０。

【００２８】 トレーサー 塩化物 導電性 機械的 （成 分） サイクル： 9.9 9.5 9.4 10.0 実施例３ １５００psig−１１０，０００BTU ／ft²hr 。２０ppm
アクリル酸／アクリルアミド共重合体。給水中に０．０
５ppm ２−ＮＳＡ、ボイラーpH１０．０、ＰＯ ₄ ＝１０
ppm 。

【００２９】 実施例４ ２０００psig−１１０，０００BTU ／ft²hr 。２０ppm
アクリル酸／アクリルアミド共重合体。給水中に０．０
５ppm ２−ＮＳＡ。ボイラーpH１０．８、ボイラーＰＯ
₄ ＝１０ppm 。

【００３０】 またいかなるサイクル値も、サイクル測定の機械的モー
ドとして知られている、全体としてシステムの質量収支
に依存していることを述べておかなければならない。こ
の方法は、質量速度（時間当りのポンド）、即ち、 を含むので、当分野で処理するのは難かしく、そして確
かに連続ペースで正確に行なうことはできない。

【００３１】サイクル値は、上記のように給水中の塩の
導電性をブローダウン（導電性増加）中の導電性と比較
することによって測定することができるが、多くの干渉
があり（ランダム性、未知の塩、沈澱又は堆積の可能性
及び他の異常）、それ等は非常に注意深く行なわないと
２０％又は２５％以上も測定を誤らせることがある。こ
れは、上記のように、費用及び時間がかかる非常に高威
度の典型的な化学的分析手順を要する高純度の給水を必
要とする特に高圧システムにおいて、塩化物（腐食性
の）又はナトリウムイオンを測定することによってサイ
クルを評価しようとするときにも同じことが言える。

【００３２】メーカーは必ずボイラー中の不純物の上限
に関して厳しい制限をするので、サイクル値は重要であ
る。しかしメーカーによって測定された値は、通常よく
見ても推定値であり、そしてサイクル値を確かめるのに
多くの時間を費しあるいはこれを行なうためにコンサル
タントを雇うユーザーにとって、前記のような値は特に
有益ではない。本発明ではリアルタイムに連続的にサイ
クル値を容易に測定することができる。

【００３３】本発明の方法によってサイクル値を測定し
たとすると、その値を、ボイラーメーカーによって提案
された標準運転値、又は多分作業者によって受け入れ得
ること確認された標準運転値、あるいは多分、例えば不
純物がボイラー中で集合するのを防止してボイラー中に
固形物として沈積する不純物の傾向を妨げてブローダウ
ン中への不純物の除去を促進する処理剤の供給者により
細かく選択されたサイクル値と、比較することになる。
もし測定した値が受け入れ得ないものであり、標準と比
較して好ましくなければ、サイクルの検査に応じて、ブ
ローダウンを適宜に調整するか、又は処理剤の量を変え
るか、あるいは双方を行なわなければならない。こうし
て、濃度の比（サイクル）がボイラー中で高過ぎれば、
ブローダウン率を増加させるか、又は処理剤量を増加さ
せるか、あるいは双方を行なわなければならない。異常
に低い濃度比は、前記の如く、処理剤（高価である）の
用量が無駄使いの如く多いか、又は給水が浪費されてい
るから、重要である。

【００３４】Ｂ．パーセント寿命保持時間の測定 パーセント寿命保持時間の測定は、２−ＮＳＡトレーサ
ー濃度を測定し、そしてその結果を塩化物及びナトリウ
ムイオン測定と比較することによって行なった。条件： １５００psig−１１０，０００BTU ／ft²hr 。２
０ppm アクリル酸／アクリルアミド共重合体。給水中に
０．０５ppm ２−ＮＳＡ、ボイラーpH１０．０、ボイラ
ーＰＯ₄ ＝１０ppm 。

【００３５】図２は時間の関数としての２−ＮＳＡ、塩
化物及びナトリウム濃度の変化を示している。図３は対
数の形で表わした上記のデータを示している。実験デー
タと理論的データの一致がすばらしい。図３から１／Ｋ
＝０．００６４min ^-1。パーセント寿命保持時間（５０
％：半期間）の式（３）から：半寿命＝ｔ_1/2 ＝１０８
min 。

【００３６】上記のように、式（３）による与えられた
パーセント寿命に達するまでのボイラーの時間を知る
と、費用に関係なくこれ等の時間及び温度条件の下で優
れた性能を示し、あるいはまた低コストで受け入れ得る
性能を表わす処理剤の使用を可能にする。 Ｃ．計測器具；好ましい実施態様、図４ 好ましい不活性トレーサーは蛍光トレーサーであり、そ
してブローダウン（及び給水）においてトレーサーを連
続モニタする計測器具が図４に概略的に示されている。

【００３７】計測器具は下記のいくつかの主構成要素を
含む： １．トレーサーのオンストリーム特性値からサンプル中
のトレーサー濃度を測定し、且つその分析に対応する電
気信号（電圧）を発生する変換器を含むセンサー又は検
出器。 ２．時間の関数としてトレーサーの濃度アナログ値を連
続記録する出力記録装置又は他のレジスター。

【００３８】３．変換器からの電圧信号により表わされ
る処理剤の濃度のオンストリーム分析に応じて、処理剤
供給ポンプに接続された電力出力をオン及びオフ可能に
するフィードバックコントローラー（モニター）。 任意の瞬間において、ブローダウン中の成分の濃度はボ
イラー中の成分の濃度と同じである。トレーサーを既知
の濃度Ｃ_I で給水に加えた後、サンプルを便利なブロー
ダウンコック位置ＢＤから取り、そしてサンプリングラ
イン１０（導管）を通し分析器１５のフローセル（ｆｌ
ｏｗ ｃｅｌｌ）１２内に送り、ここでサンプル中のト
レーサーの濃度Ｃ_t を連続的に分析する。含まれている
いかなる処理剤の濃度もまたこの目的のために調和され
ているのでトレーサー濃度と等価である（図５参照）。
実際に、処理剤及びトレーサー濃度の双方は、トレーサ
ー濃度の分析によりリアルタイムに測定される。連続分
析を受けたブローダウンサンプルはもとに戻される。サ
イクルは、定常状態において、モニタされるか、又は計
算できる。寿命保持時間を計算できる。

【００３９】分析器は好ましくはフロー圧力定格２５ps
i(約１．７kg／cm² ）を有するターナーデザインスモデ
ル（Turner Designs Model）蛍光光度計である。この蛍
光光度計は、蛍光発光強度が大きく、かつ公称（ｃａｌ
ｌ）経路長に比例する蛍光発光を可能にする、２cmの直
径、２インチ（約５１mm）長さのフローセル１２という
利点を有している。一般的に、いかなる蛍光光度計も、
長い経路長と、紫外線（ＵＶ）領域における励起及び検
出を持つものであれば、代用できる。しかし、蛍光光度
計は、好ましいが、以下により詳細に説明するように、
トレーサーのための分析計の１実施例にすぎない。

【００４０】フローセル１２は、上記の寸法を有する石
英シリンダーである。フローセルは、フローセルの一側
方に向けられた光源１８により発する紫外線に対して透
明である。光源から９０°の角度に、蛍光トレーサーの
発光量を０〜５ボルト直流電圧に変換する変換器２０が
あり、発光量（従って電圧出力）は濃度と共に変化す
る。

【００４１】ダイヤル指示計２６は変換器の出力電圧
（ＤＣ０〜５Ｖ）に応答して、トレーサーの濃度を観察
可能にする。トレーサー濃度のリアルタイムの印刷のた
めの記録計は参照数字１８によって示されており、分析
器内に含まれる変換素子の電圧出力（直流０〜５ボル
ト）にアナログベース（連続線）で応答する。

【００４２】最後に、ＨＩ，ＬＯリレイ接点を有するモ
ニターＭＮが、実際に上述のように処理剤（トレーサ
ー）の濃度を評価する変換器の出力電圧に連結されてい
る。この評価が標準に比べて好ましくなければ、あるい
は絶えずトレーサー濃度を標準と比較して処理剤の用量
を絶えず制御すべきであると決定されたならば、スイッ
チＳＷ−１を手で閉じてモニターが制御ライン３０を経
て制御信号を伝送し、これによってポンプ３２を制御す
る。勿論、この標準が、給水内の不純物を除去又は中和
するのに必要な処理剤の濃度と思われる。

【００４３】ポンプ３２は可変流量又は可変容積型ポン
プであり、導管３３を通り給水源ＦＷにトレーサー及び
処理剤の比例した量を供給する。処理剤を正確な値に制
御する必要はない。例えば、その量が２０ppm であれ
ば、実用、且つ実際的な範囲が、制御用標準、例えば１
８／２２ppm として使用される。モニター内のリレイ設
定値（ＨＩ，ＬＯ）は、トレーサーの読取りが低すぎる
（１８ppm)と思われる処理剤の量を表示する場合にはポ
ンプに通電し（接点ＣＲを閉じる）そして処理剤の上部
限界に達したとき（２２ppm)ポンプを使用不能にする
（接点ＣＲを開く）ように選択される。これ等のリレイ
に対応するモニター内の設定点は、例えばそれぞれ２ボ
ルト及び２．５ボルトであればよい。１つのコイル（図
示せず）が図４に示されたすべての接点に役立つ：ＬＯ
設定点で通電されるとき、すべての接点が反転し（ＣＲ
を閉じ）そしてＨＩ設定点で通電されるときすべての接
点は反転する（ＣＲ開放）。

【００４４】上記のように、トレーサーの濃度を測定す
るためにブローダウン又は給水をサンプルするのに図４
の連続モニターを使用してもよい。定常状態に達したと
き、給水及びブローの双方のモニター読取り値の比を取
ってサイクルを測定する。パーセント寿命保持時間は計
算できる。実施例を以下に説明する。殆んどのボイラー
系は、給水を望ましくない品質にする金属イオンを測定
する分析器を含む。硬度物質が一例（又は鉄イオン）で
あるが、他にも望ましくない金属イオンもあり、それ等
のすべては（本発明ではＭ⁺ ）は適切な処理剤によって
対処することができる。Ｍ⁺ 濃度が既知であれば、処理
剤の量はＭ⁺ と対抗する（Ｍ⁺ をすべて中和し又は除去
する）のに十分でなければならない。本発明は従って給
水のＭ⁺ を排斥するために使用でき、その装置が図７に
概略的に示されている。Ｍ⁺ のための公知の分析器が４
０で示されており、これが給水のサンプルを分析し、そ
してＭ⁺ 濃度のアナログ信号をライン４６を経てフィー
ドバックコンピューター４４に伝送する。この公知の計
測器に、図４の連続モニター計測器が結合されていて、
この連続モニター計測器が給水のトレーサー濃度を連続
的に分析し、このモニターも濃度アナログ信号（前に説
明したライン３０を経て）コンピューターに伝送する。
コンピューターは双方の信号を分析し、得られた制御信
号は、コンピューターが処理剤濃度をＭ⁺ を追うべきと
決定したとき、ポンプ３２に伝送される。かくて、図４
のライン３０のトレーサーモニター電圧信号は、ポンプ
３２のためのモーター制御に直接送られる代りに、図７
のコンピューターに送られる。

【００４５】連続モニター及びサイクルを含む実際の実
験記録を図８にグラフとして示す。２つの標準（０．５
及び０．６ppm ２−ＮＳＡトレーサー）を２つの実験室
検量を行なった。それからこの計測器は最初にプロセス
シミュレーション場所において（１０．５アナログ読取
り）蒸溜水を検量し、次いで０．６ppm ２−ＮＳＡトレ
ーサー標準を検量した。

【００４６】検量を行った後、計測器はボイラーの給水
を連続的にモニターするのに使用した。この場合給水に
は、０．０５ppm ＮＳＡトレーサーを添加し、アナログ
読取り値は１６．５となった。０．０５ppm のトレーサ
ーの導入に続いてボイラーがアナログ値７０で定常状態
に達した後、計測器は、期間ｔ₁ に亘り約７０の連続読
取りによって表わされる、ブローダウンの連続的モニタ
ーに使用された。期間ｔ₁ の終りに、トレーサーの供給
を中断し、その後ボイラー内のトレーサーの濃度は期間
ｔ₂ に亘り減少した。いくらかのノイズＮが生じた。

【００４７】図８に示されたような連続の記録計による
プリントアウトから（図２に記録されたデータは任意の
サンプルによって得られた）、サイクルが正しいかどう
かを決定又は確認することは簡単なことである。このよ
うにして、バックグラウンド又は“制御”条件（トレー
サーなし）は知られ（アナログ値１０．５）、給水中の
トレーサーの出発濃度は知られ（アナログ値１６．
５）、同様に定常状態におけるブローダウン濃度（アナ
ログ値７０）は知られている。従ってサイクルはＣ _F ／
Ｃ_I ＝７０〜１０．５／１６．５〜１０．５＝９．９で
ある。比較において、機械的に（Ｍ／Ｂ）計算したこの
実施例（図８）に対するサイクルは９．８＋０．１であ
り、そして塩化物では９．４＋０．３であった。図８の
グラフ図は実際の記録の模写であり、どのようにパーセ
ント寿命保持時間が計算されるかを示している。という
のは、時間間隔ｔ₂ の間のトレーサー濃度の減退は、ボ
イラー中への成分の最初の導入から始まるボイラー中の
成分（トレーサー）濃度の上昇の鏡像であるからであ
る。実際に、図８は本発明が濃度減少する化学種（図
８）並びに濃度減少する化学種（図２）をモニターする
のに使用できることを示している。その結果必然的に、
傾斜１／Ｋを決定するために図３のように直線（Ｃ_t ／
Ｃ_F の種々の値）をプロットするために濃縮期間中図８
のように連続モニター記録からどのようにして瞬間濃度
Ｃ_t が得られるかは明らかである、勿論前記の傾斜１／
Ｋはボイラー定数の逆数であり、従ってＫは除数であ
る。図２のデータからプロットした図３のような傾斜
は、鏡像として見るとき同じであり、記号（＋，−）の
みが異なっている。従って、安定な成分としての、トレ
ーサー濃度の連続記録により、濃縮中に十分な数のＣ_t
／Ｃ_F 点を測定して式（２）のｌｎ（１−Ｃ_t ／Ｃ_F ）
の種々の値の正確な直線をプロット可能にし、又はボイ
ラー定数Ｋの逆数である傾斜（例えば図３）を決定でき
ることは判るであろう。Ｋ及びＣ_F がわかれば保持時間
式（３）中の未知数は計算できる。

【００４８】染料のような不活性トレーサーに対しては
比色分析又はスペクトル分析が使用され、この場合に
は、電圧濃度アナログ値は蛍光発光（fluorescent emis
sivity) よりもむしろ光吸収率に基づいている。ブリン
クマン（Ｂｒｉｎｋｍａｎ）ＰＣ−８０１プローブ比色
計（５４０nmフィルター）を使用する概略的配置が図９
に示されている。サンプル溶液がフローセル６２に入れ
られ、この中にファイバーオプテックデュアルプロープ
６４が浸漬されている。１本の光ファイバーケーブルが
入射光をサンプルを通りセル内の鏡６６に照射し、そし
て反射光がサンプル液体を通り光ファイバーケーブルに
再び伝送され、それから矢印によって示したように他の
ケーブルにより比色分析計ユニットに伝えられる。比色
計６０は、トレーサー濃度の反射光特性の電気的アナロ
グ信号を生ずる変換器を有している。変換器により発し
た電圧がダイヤル表示計６７及び連続ライン記録計プリ
ントアウトユニット６８を作動する。設定点電圧モニタ
ー（図示されていないが、前記の実施態様のような）が
適宜に比色計により発生した電圧アナログを検知（モニ
ター）して、処理剤及びそれに比例した量のトレーサー
を供給するポンプを制御する。

【００４９】イオン選択電極は、電極により生じた電気
信号とトレーサー濃度との間の関係により不活性トレー
サーイオン（Ｋ⁺ がよい実例である）の濃度を測定する
のに使用される。検量によって（電位又は電流対濃度）
試料電極におけるイオン濃度は、不活性トレーサーイオ
ンを感じない基準（標準）電極に割出すことができる。
トレーサーイオンの連続モニターを行なうために、電極
を集合的にフローセルを構成しているサンプルの流動す
る流れの中に直接浸たすか、又はサンプルをイオン選択
基準電極が挿入された外部フローセルを通過させること
ができる。

【００５０】イオン選択電極システムを組み込んでいる
フローセルの実施例を図１０に示す。これは、それぞれ
７２及び７４で示された基準電極（セル）及びサンプル
電極（セル）を含んでいるＰＶＣ（ポリビニールクロラ
イド）センサー又はモジュール７０を含み、基準電極及
びサンプル電極７２及び７４の各々は銀／塩化銀電極ワ
イヤを含み、またアース線７６がある。これ等の電極が
電気化学的セルを構成し、このセルを横切って選択した
イオンの活性の対数に比例した電位を生ずる。

【００５１】８ピンＤＩＰソケット７８は、標準デュア
ルＦＥＴ（電界効果トランジスタ）オプアンプ装置に結
線されている。サンプルは可撓性のチューブ８０により
電極を横切って導かれる。トレーサーイオンはサンプル
（イオン選択）電極セル７４のみに浸透する。ＦＥＴオ
プアンプ装置（デュアルＭＯＳＦＥＴオプアンプ）は、
図１０に示したフローセルに接続されてインピーダンス
変圧を行なう。これにより基準電極とサンプル電極との
間の電位差が図１１の増幅器を用いて得られる。

【００５２】次に、図１０の変換器は本質的にはサンプ
ル電極のイオノフォール（ｉｏｎｏｐｈｏｒｅ）膜７４
Ｍであり、これは選択したイオンの活性（濃度）を弱電
圧に変換可能であり、この弱電圧が増幅されたとき、前
記実施態様のように設定点間をモニターすることができ
る。最後に、本発明の他の利点はキャリオーバーの概念
に関し、そして詳細にはキャリオーバーの２つの種の間
の差、即ち選択的キャリオーバー種と機械的キャリオー
バー種との間の差に関する。いくつかの化学的種はボイ
ラー内で蒸発し、そして選択的に蒸気内にキャリオーバ
ーする。いくつかのイオンが析出又は腐食を生ずるの
で、これは勿論望ましくない。ナトリウム及びケイ酸塩
がその例である。本発明の特徴である不活性トレーサー
は選択的にキャリオーバーしない、従ってそれ等の値は
本発明による定量化内にある。

【００５３】メカニカルなキャリオーバーは、水滴自体
が蒸気内にとらわれるという点で不能率なボイラー性能
を特徴づける。即ち、水滴が蒸気本体内に拌出さる、そ
してそのような水滴が不活性トレーサーを運び、そして
これがメカニカルなキャリオーバーに検出し、且つ修正
せしめる。このように、給水に不活性トレーサーをドー
プできる。凝縮した蒸気のサンプルがそれから時折取り
出され、そして給水又はブローダウン中のトレーサー含
量をモニターする既述の手段及び方法でいかなるトレー
サー含量についてもモニターされる。かくして、他のモ
ードのモニターのいづれかと同時に、水蒸気についても
機械的キャリオーバーをモニターされる。明らかに、ト
レーサーがキャリオーバーされれば、同じような方法で
溶解又は懸濁した固体がキャリオーバーされる可能性が
ある。

【００５４】従って出願人は本発明の好ましい実施態様
について説明し、例示したが、添付の請求の範囲の範囲
内の均等物を採用し、変化及び変更が可能であると理解
されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】どのようにボイラー水の固形物（スケール）が
ブローダウンによって制御されるかを示す図。

【図２】時間の関数として濃度比変化を示す曲線図。

【図３】図２に基づくがどのように濃度比が時間と共に
変化するかを示す対数プロット図。

【図４】計測器の概略図。

【図５】トレーサーと処理剤の濃度の９００／１の比に
おけるアナログ比較がいかに接近しているかを示す図。

【図６】サイクル測定に組合せた計器の図。

【図７】処理剤／金属イオン供給比を所定値に維持する
ためにフィードバック制御システムに組合せた計器の使
用を示す図。

【図８】連続モニター値のグラフ図。

【図９】比色定量モニターのための概略図。

【図１０】モニター変換器としてのイオン選択電極の使
用を説明する図である。

【図１１】モニター変換器としてのイオン選択電極の使
用を説明する図である。

【符号の説明】

ＦＷ…給水 ＢＤ…ブローダウン １２…フローセル １８…光源 ３０…制御ライン ３２…ポンプ ７２…基準電極 ７４…サンプル電極

フロントページの続き (72)発明者 ロジャー ダブリュ．フォウィー アメリカ合衆国，イリノイ 60187，ホウ ィートン，シー．バール オーク コート 1580 (72)発明者 ジョン イー．フーツ アメリカ合衆国，イリノイ 60174，セン ト チャールズ，ランカスター アベニュ 1430

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイラー中でボイラーに供給した新鮮な
   給水から水蒸気を発生させ、追加の水を補給して入れな
   がらブローダウンとしてボイラー水をボイラーから除去
   してボイラー水中の不純物濃度を減少させるボイラー系
   で、定常状態におけるブローダウン水中のある成分（該
   成分は水蒸気中への有意なキャリオーバーを示さない）
   の濃度（Ｃ_F ）を給水中の該成分の濃度（Ｃ_I ）で割っ
   た値からなるブローダウン対給水の濃度サイクルを測定
   する方法を用いてボイラーを運転する方法であって、 ａ）前記成分として既知濃度（Ｃ_I ）で給水に添加され
   た不活性蛍光トレーサーを用い、 ｂ）ブローダウン濃度（Ｃ_F ）と等価の、定常状態にお
   けるブローダウン水中のトレーサーの蛍光特性値を測定
   し、 ｃ）ボイラーの濃度サイクル値Ｃ_F ／Ｃ_I を計算し、 ｄ）処理剤を、ボイラー表面上に固形物として不純物が
   沈澱する傾向を妨げるため、所定の濃度で給水に添加
   し、 ｅ）前記計算で得られたボイラーの濃度サイクル値Ｃ_F
   ／Ｃ_I をそのボイラーの運転における標準とみなす濃度
   サイクル値と比較し、 ｆ）前記計算ボイラーの濃度サイクル値Ｃ_F ／Ｃ_I が前
   記標準濃度サイクル値と等しくない場合に、ブローダウ
   ン率又は処理剤の添加量を変更して前記標準濃度サイク
   ル値を実現する工程を含むことを特徴とするボイラーの
   運転方法。
2. 【請求項２】 ｇ）前記不活性蛍光１の測定された蛍光
   特性値をトレーサーを電圧アナログ値に変換し、 ｈ）該アナログ値を連続的にモニターし記録する工程を
   さらに含む請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 質量Ｍの給水を供給されるボイラーがそ
   れから特定の温度の蒸気を発生し、ボイラー水を特定の
   割合Ｂ（単位時間当りの質量）でブローダウンとして抜
   き出すことによってボイラー水中の不純物の濃度が減少
   させられるボイラー系でボイラー定数Ｋ＝Ｍ／Ｂを決定
   する方法において、 ａ）特定のボイラーに所定の濃度Ｃ_I の不活性トレーサ
   ーを給水に加え、ここで所定の濃度Ｃ_I の不活性な蛍光
   トレーサーを給水に加え続けると特定のボイラー中の蛍
   光トレーサーの濃度は最終的に或る濃度Ｃ_F の定常状態
   に達する、 ｂ）ブローダウン中の蛍光トレーサーの蛍光特性値を測
   定し、 ｃ）蛍光トレーサーの測定された蛍光特性値を用いて異
   なる時間におけるブローダウン中の蛍光トレーサーの濃
   度Ｃ_I を決定し、 ｄ）測定された蛍光トレーサーの蛍光特性値をアナログ
   値に変換し、かつその濃度アナログ値を時間の関数とし
   てボイラー中に定常状態の濃度Ｃ_F に達するまでの期間
   について記録し、 ｅ）前記記録から蛍光トレーサーの定常状態の濃度Ｃ_F
   を決定し、 ｆ）Ｉｎ（１−Ｃ_t ／Ｃ_F ）対時間の直線スロープをプ
   ロットし、そのスロープがＫの逆数値を与える工程を含
   むことを特徴とするボイラー定数の決定方法。