JP2001348689A - 酸性付着物の除去方法 - Google Patents
酸性付着物の除去方法Info
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Abstract
付着物を装置基材を腐食させることなく、短時間で、効
率良くかつ簡便、安全に除去する方法を提供する。 【解決手段】本発明は、硫黄化合物を含有する酸性付着
物を、アルカリ金属の炭酸塩及び/又はアルカリ金属の
炭酸水素塩の水溶液と接触させて除去する。
Description
置に付着する酸性付着物を除去する方法に関する。
炉から煙突までの間に配置された装置又は配管におい
て、硫黄成分を含む燃料を燃焼させた場合、燃焼の際に
発生する高温の燃焼排ガス(以下、燃焼排ガスという)
が接触する部分に、硫黄化合物を含有する酸性付着物が
生成する。特に、ボイラには、燃料の燃焼効率向上のた
め、燃焼排ガスと低温の燃焼用空気とを熱交換させる装
置(以下、熱交換器という)が設置されており、この酸
性付着物が生成しやすい。
スの温度が硫酸の露点より高いため、燃焼排ガス中に含
まれるSO3等の硫黄化合物(以下、SO3成分と記す)
は、燃焼炉から煙突までの間に配置された装置又は配管
(以下、装置内という)に硫酸として凝縮することはな
い。しかし、ボイラ運転を停止すると、装置内は硫酸の
露点以下となるため、排ガス中のSO3成分が装置内に
付着し、硫酸として凝縮する。そして、この硫酸が、燃
料油に含有されるか又は燃焼時に添加される、アンモニ
ウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウ
ム、バナジウム等からなる群から選ばれる一つ以上の成
分と反応し、酸性の固形塩、例えば、硫酸水素アンモニ
ウム等に代表される硫酸水素塩が生成し、この硫酸水素
塩がダスト等と混合し、装置内に付着する。この装置内
に付着する物質を酸性付着物という。酸性物質には、他
に、燃料、燃焼方法及び燃焼条件に起因する塩酸、硝
酸、硫酸等の酸性物質も含まれ、さらに、酸性付着物中
には水に溶解しない鉄錆、粉塵及び煤も含有されると考
えられる。
残留すると、燃焼運転の継続に従い、ガスの流通を妨げ
る他、装置内の鉄等の金属が腐食する等の問題があるた
め、定期的にこの酸性付着物を除去する必要がある。
焼装置において、熱交換器の場合は、熱交換装置を構成
する蓄熱要素部品(以下、エレメントという)を取り付
けたまま、又は、取り外して水で洗浄する方法が一般的
であった。
と、酸性付着物中の硫酸成分が水に溶解して酸性水溶液
が生成する。特に、熱交換器の場合はエレメントの形状
が複雑であるため、多量の水で洗浄してもエレメントの
細部には希硫酸が残存しやすい問題がある。このよう
に、酸性付着物を水洗浄する際に生成する硫酸により、
通常、熱交換器エレメントやその他、バルブや除塵設備
等の煙道中に配置される機器に使用される金属製部分に
おいて、腐食が発生し、設備寿命や安定連続運転上大き
な問題である。
燃焼装置における酸性付着物を短時間で安全に容易に除
去し、かつ、排水量を削減する方法を提供することを目
的とする。
含有する酸性付着物を、アルカリ金属の炭酸塩及び/又
はアルカリ金属の炭酸水素塩の水溶液と接触させて除去
することを特徴とする酸性付着物の除去方法を提供す
る。
煙突までの間に配設された装置又はその構成部品、配管
等に付着した酸性付着物の除去に適用できる。特に、熱
交換器は、形状が複雑であること、エナメルコーティン
グ(ほうろう加工と同じ)されている場合が多いこと等
から、従来の除去方法に対する本発明の効果が顕著であ
る。熱交換器のうち、蓄熱再生式回転式型熱交換器は形
状及び材質の点で特に適している。蓄熱再生式回転式型
熱交換器としては、ユングストローム式熱交換器(アル
ストムパワー社製)、回転式熱交換器(カンケンテクノ
社製)等が挙げられる。
/又はアルカリ金属の炭酸水素塩としては、炭酸ナトリ
ウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カ
リウム等が挙げられる。このうち、炭酸水素ナトリウム
は、水に溶解させたときのpHが低く弱アルカリ性であ
ることから、水質汚濁防止法に定められている水素イオ
ン濃度の規制値を超えず、かつ、作業者が安全に取扱う
ことができるので、特に好ましい。ナトリウムの混入を
避ける場合及び水溶液の濃度を上げる場合には、炭酸水
素カリウムを使用することが好ましい。本明細書では、
アルカリ金属の炭酸塩及び/又はアルカリ金属の炭酸水
素塩を以下、総称して、アルカリ金属炭酸塩類という。
応して、二酸化炭素ガスを発生し、発泡するので、酸性
付着物を発泡する機械的作用により剥離しながら、溶解
する。酸性付着物中の鉄錆、粉塵及び煤等も同時に剥離
して除去する。二酸化炭素の発泡により、洗浄効果が上
がり、洗浄時間の短縮ができる。被洗浄物の形状が複雑
で洗浄しにくいものであっても短時間に洗浄できる。
べ、物質単位質量あたりの炭酸根の含有量が多いので、
発泡を利用した洗浄には炭酸水素ナトリウムの方が炭酸
ナトリウムより好ましい。ただし、洗浄時のpHを9以
上に調整する場合は、炭酸ナトリウムを使用することが
好ましい。
して炭酸水素ナトリウムを使用する場合は、水溶液の濃
度は、3〜16質量%であることが好ましい。炭酸水素
ナトリウム水溶液の濃度が3質量%未満であると、使用
する洗浄水の量が大きくなるので好ましくなく、また、
濃度が16質量%超であると、水溶液の液温を高くする
必要があり、簡便で安全な作業を実施する観点から好ま
しくない。炭酸水素ナトリウム水溶液の濃度は5〜14
質量%が特に好ましい。
液の温度は80℃以下が好ましい。温度80℃以下であ
ることにより安全に作業できる。アルカリ金属炭酸塩類
の水溶液の温度は60℃以下が特に好ましい。
液に、固体のアルカリ金属炭酸塩類を含むことにより、
より多量の酸性付着物にも使用でき、かつ、排水量を少
なくできるので好ましい。
ムである場合、炭酸水素ナトリウム水溶液中の炭酸水素
ナトリウム固体濃度は、0.1〜30質量%が好まし
い。固体濃度が0.1質量%未満であると、固体炭酸水
素ナトリウムを含まない場合と比較して効果に大差がな
いので好ましくない。固体濃度が30質量%超である
と、スラリの粘度が上がり、被洗浄物内に固体炭酸水素
ナトリウムが残留する場合があり、均一に洗浄できなく
なるので好ましくない。炭酸水素ナトリウム水溶液の固
体濃度は2〜25質量%が特に好ましい。
水溶液は、塩化ナトリウム含有量が0.1質量%以下で
あることが好ましい。塩化ナトリウムの含有量が0.1
質量%超であると、塩素イオンがステンレス鋼等を腐食
させ、応力割れを起こす場合があるので好ましくない。
塩化ナトリウムの含有量は、0.05質量%以下が特に
好ましく、さらには0.01質量%以下であることが好
ましい。
属炭酸塩類の水溶液とを接触させる方法としては、被処
理物をアルカリ金属炭酸塩類の水溶液に浸漬する方法、
又は、該水溶液を噴霧する方法が好ましい。被処理物
が、脱着式の部品であれば取り外して水溶液に浸漬する
ことが好ましく、煙道又はエアヒータ等を装置に付属し
た状態で処理する場合は、水溶液をスプレー等により噴
霧することが好ましい。
水溶液のpHは6.5〜8.5であることが好ましい。
被処理物を水溶液に浸漬して処理する場合、酸性付着物
の除去が進むにつれてpHが下がり、pH6.5未満に
なるおそれがある。アルカリ金属炭酸塩類の水溶液及び
/又は粉末を適時追加することが好ましい。pHが6.
5未満であると、設備が腐食する場合があり、pH8.
5超では、洗浄水中にアルカリ金属の炭酸塩やアルカリ
金属の炭酸水素塩が未反応で残留し、その結果、薬剤が
無駄に使用されること、エレメントにほうろうコーティ
ングされている場合には、ほうろうがアルカリにより侵
食されることから好ましくない。pHは6.9〜8.4
が特に好ましい。
水洗により被処理物に付着した反応物、鉄錆及び粉塵等
を除去することが好ましい。水洗浄は、洗浄後の水のp
Hが6.0〜8.0になるまで行う。洗浄後の水のpH
が6.0未満では、酸性付着物が残留している可能性が
高く、pHが8.0超であると、炭酸水素ナトリウムが
残留している場合がある。洗浄後の水のpHは6.5〜
7.5が特に好ましい。
炭酸水素ナトリウム水溶液を作製して約20L容器に満
たした。この洗浄液の入った容器内に堅軸型蓄熱再生式
回転式型熱交換器(アルストムパワー社製)のエナメル
コーティングされたエレメント(母材:ほうろう用鋼
板)を浸漬させた。この際の洗浄液のpHは8であっ
た。洗浄液に上記エレメントを浸漬させたところ、直に
発泡が起き、酸性付着物が剥離しはじめた。約3時間経
過後、酸性付着物はほぼ完全に剥離した。引き続き、エ
レメントを洗浄液に一晩浸漬した後、洗浄液からエレメ
ントを引き上げて洗浄水のpHが7.5になるまで、工
業用水で洗浄を行った。
に付着していた酸性付着物は完全に除去されており、エ
レメントには腐食も発見されなかった。
%炭酸水素ナトリウム水溶液の代わりに工業用水を使用
した以外は、例1と同様に行った。容器内の工業用水に
エレメントを浸漬した際のpHは2であった。例1と同
様、エレメントを一晩、工業用水に浸漬させた後、洗浄
液からエレメントを引き上げて洗浄水のpHが7.5に
なるまで、洗浄を行った。
に付着していた酸性付着物はほとんど除去されておら
ず、エレメントには腐食が発見された。
されたエアヒータを定置式洗浄設備を使用して濃度6%
炭酸水素ナトリウム水溶液により洗浄した。このエアヒ
ータは、6%の硫黄分を含む重油を燃料としておよそ4
ヶ月間稼動していた。
竪軸型蓄熱再生式回転型熱交換器(アルストムパワー社
製)で、エレメントの材質は、高温部がマイルドスチー
ル(SS400)であり、低温部がほうろう用鋼板(G
PE、新日本製鐵社製)の母材にエナメルコーティング
を施したもので、エレメントの個数は合計およそ200
個であった。
を採取し、成分を分析したところ、表1のとおりであっ
た。
する)、カリウム(以下、Kとする)、カルシウム(以
下、Caとする)、バナジウム(以下、Vとする)等
は、重油由来であり、マグネシウム(以下、Mgとす
る)は主に重油添加剤で、アンモニウムイオン(以下、
NH4 +とする)は、SO3成分除去のために排ガスに注
入されたアンモニアガスに由来する物質であり、水不溶
解物は鉄錆又は未燃カーボン等のダストである。
タは、ボイラ1から排出される高温の排ガスと低温の燃
焼用空気との間で熱交換させて燃焼用空気の温度を上昇
させる熱交換器2である。
リウム水溶液を作成し、排水ピット7に送り、洗浄用配
管8を通してエアヒータ2内に、濃度6%炭酸水素ナト
リウム水溶液を送り込んで噴霧した。洗浄液は、洗浄用
配管9を通り、排水ピット7に戻る。排水ピット7のp
Hが7.0以下とならないように確認しながら洗浄作業
を実施し、洗浄液の中性領域でのpHの変動が無くなっ
た時点で洗浄作業終了とした。
m3に溶解させて洗浄液を作製し、洗浄の途中で275
kgを4.3m3の水に溶解して追加し、最終的に炭酸
水素ナトリウムを3275kg、工業用水を54.3m
3使用した。洗浄液のpHは、作業開始時pH8.03
から90分後にpH7.85であった。水洗浄は、工業
用水により噴射ノズルで50m3/時で1時間行った。
pHは、水洗浄開始時7.85から150分後7.33
であった。
が2.5時間、工業用水使用量が104m3であった。
洗浄作業終了後の点検の結果、酸性付着物が完全に除去
されており、エレメントの腐食は発見されなかった。
を工業用水でジェット洗浄を行った。洗浄作業は、作業
時間が11時間、工業用水使用量が約600m3で行っ
た。洗浄作業終了後の点検の結果、エレメントには酸性
付着物が残存しており、エレメントの腐食が発見され
た。
炭酸水素ナトリウム水溶液を使用する代わりに工業用水
を使用した以外は、例3と同様にして、噴射ノズルで洗
浄水のpHが6.0以上になるまで水洗浄を行った。水
洗浄は、工業用水を50m3/時で12時間行った。洗
浄作業終了後の点検の結果、エレメントには酸性付着物
が残存しており、エレメントの腐食が発見された。
れていたエアヒータのエレメントを取り外して濃度5%
炭酸水素ナトリウム水溶液により以下のとおり洗浄し
た。このエアヒータは、0.3%の硫黄分を含む重油を
燃料としておよそ2ヶ月稼動していた。なお、エアヒー
タの型式は、横軸型蓄熱再生式回転型熱交換器(アルス
トムパワー社製)で、高温部はマイルドスチール鋼板
(SS400)、低温部は耐食鋼(CRLS、新日本製
鐵社製)である。エアヒータに付着していた酸性付着物
を採取し、成分を分析した結果を表2に示す。表2にお
ける各成分の由来は、例1と同じである。
炭酸水素ナトリウム水溶液を作製し、エレメントを洗浄
液に浸漬した。洗浄液のpHが7.0〜8.0の間にあ
るように監視しながら、エレメントを3時間浸漬した
後、洗浄液中よりエレメントを引き上げ、洗浄水のpH
が7.8になるまで水洗浄を行った。洗浄は、サイズ8
50×840×500mmのエレメント264個につい
て行った。炭酸水素ナトリウムの使用量は6000kg
であり、工業用水の使用量は洗浄液、水洗浄合わせて4
00m3であった。洗浄作業終了後の点検の結果、酸性
付着物は完全に除去されており、エレメントの腐食は発
見されなかった。
%炭酸水素ナトリウム水溶液の代わりに固体濃度2.9
%の炭酸水素ナトリウムスラリを使用した以外は、例3
と同様に行った。撹拌層6において、炭酸水素ナトリウ
ム3275kgに工業用水25m3を加えて、排水ピッ
ト7に送液した。排水ピット7においては、固形分が沈
降しないよう撹拌機で撹拌しつづけた。洗浄を90分間
行った後、工業用水にて50m3/時、1時間噴射ノズ
ルで洗浄を行った。洗浄作業終了後の点検の結果、酸性
付着物は完全に除去されており、エレメントの腐食は発
見されなかった。本実験では、炭酸水素ナトリウムスラ
リで行っているため、洗浄液に使用する水の量は、例3
に比べ少量に抑えることができた。
炭酸水素ナトリウム水溶液を使用する代わりに濃度15
%炭酸ナトリウム水溶液を使用する以外は、例5と同様
に行った。洗浄液のpHが6.0〜10.5の間にある
ように監視しながら、エレメントを3時間浸漬した後、
洗浄水のpHが7.8になるまで水洗浄を行った。炭酸
ナトリウムの使用量は3800kgで、工業用水の使用
量は洗浄液、水洗浄で合わせて250m3であった。洗
浄作業終了後の点検の結果、酸性付着物は完全に除去さ
れており、エレメントの腐食は発見されなかった。
リウム水溶液、濃度5%硫酸水素ナトリウム水溶液、濃
度1%硫酸水溶液及び水の、鉄に対する腐食性を比較し
た。試験用鉄板(山本鍍金試験器社製、商品名:ハルセ
ル)の表面の亜鉛メッキを希硫酸で除去した後、水、ア
セトンで洗浄して乾燥させて、上記各水溶液中に72時
間、浸漬させた。上記各水溶液に浸漬前後における各試
験用鉄板の質量差を測定し、比較した。比較結果を表3
に示す。表3より、酸性付着物の主成分と考えられる硫
酸水素ナトリウムに腐食作用があることと、炭酸水素ナ
トリウムに腐食作用がないことが分かる。
燃焼により発生する、ボイラ等において熱交換器、集塵
設備及び配管等ガス流路に設置される装置等に付着す
る、酸性付着物を装置基材を腐食させることなく、短時
間で、効率良くかつ簡便、安全に除去できる。さらに排
水量も削減できる。
す図。
Claims (8)
- 【請求項1】硫黄化合物を含有する酸性付着物を、アル
カリ金属の炭酸塩及び/又はアルカリ金属の炭酸水素塩
の水溶液と接触させて除去することを特徴とする酸性付
着物の除去方法。 - 【請求項2】前記酸性付着物が、アンモニウム、ナトリ
ウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、バナジウ
ムからなる群から選ばれる一つ以上のイオンを含む硫酸
塩を含有する請求項1に記載の酸性付着物の除去方法。 - 【請求項3】前記酸性付着物が、ボイラの燃焼炉から煙
突までの間に配置された装置又は配管に付着したもので
ある請求項1又は2に記載の酸性付着物の除去方法。 - 【請求項4】前記アルカリ金属の炭酸塩及び/又はアル
カリ金属の炭酸水素塩が、炭酸水素ナトリウムである請
求項1、2または3に記載の酸性付着物の除去方法。 - 【請求項5】前記炭酸水素ナトリウムの水溶液の濃度が
3〜16質量%である請求項4に記載の酸性付着物の除
去方法。 - 【請求項6】前記炭酸水素ナトリウムの水溶液が炭酸水
素ナトリウムの固体を濃度0.1〜30質量%含有する
請求項5に記載の酸性付着物の除去方法。 - 【請求項7】前記酸性付着物が、前記アルカリ金属の炭
酸塩及び/又はアルカリ金属の炭酸水素塩の水溶液に浸
漬及び/又は前記水溶液を噴霧された後、水洗浄する請
求項1、2または3に記載の酸性付着物の除去方法。 - 【請求項8】前記ボイラの燃焼炉から煙突までの間に配
置された装置又は配管が蓄熱再生式回転式型熱交換器で
ある請求項3に記載の酸性付着物の除去方法。
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