JP2007181797A - ボイラプラント用液体清缶剤 - Google Patents

Abstract

【課題】過熱器や蒸気タービンを有するボイラプラントで使用されるナトリウム塩タイプのリン酸塩系清缶剤で、リン酸三ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、水酸化ナトリウムを用いた液体の清缶剤における問題点である、低温での固形分の析出や凍結の問題がなく使用可能な、ハンドリング性のよい、薬注設備のコストが安いボイラプラント用液体清缶剤を提供する。
【解決手段】トリポリリン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを含有し、トリポリリン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを重量比１：０.０５〜１：２で水に溶解してなるボイラプラント用液体清缶剤。
【選択図】なし

Description

本発明は、ボイラプラント用液体清缶剤に関する。さらに詳しくは、本発明は、過熱器や蒸気タービンを有するボイラプラントにおける水処理用の清缶剤であって、特に冬場などの温度の低い条件でも固形分の析出や凍結のない安定なボイラプラント用液体清缶剤に関する。

主として中高圧ボイラに見られるような過熱器や蒸気タービンを有するボイラプラントでのボイラ内における腐食防止のためのｐＨ調整や、硬度成分の混入によるスケールの付着防止のための水処理方式としてリン酸塩処理がある。通常、リン酸塩処理では、リン酸三ナトリウム単独、若しくはリン酸三ナトリウムとリン酸水素二ナトリウムをが用いられ、Ｎａ／ＰＯ₄モル比が３.０以下となるように調整するＣｏｏｒｄｉｎａｔｅｄリン酸塩処理が適用される。高圧のボイラでは、高温条件においてリン酸塩が析出するハイドアウト現象を抑制するために、Ｎａ／ＰＯ₄モル比が２.６〜２.８となるように調整される（非特許文献１、非特許文献２）。

また、補給水中にフミン酸などの有機物が多く存在し、上記の清缶剤ではｐＨが所定の値まで上昇しない場合は、水酸化ナトリウムを加えて、Ｎａ／ＰＯ₄モル比が３.０よりも高い清缶剤が用いられることがある（非特許文献３）。その際には、上記のリン酸三ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムの他に、トリポリリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウムなどの重合リン酸塩が使用される場合がある（非特許文献４）。

このような清缶剤は、リン酸ナトリウムの水に対する溶解度が低く、リン酸三ナトリウムは２０℃で約５％、０℃では約３％、リン酸水素二ナトリウムは２０℃で約３％、０℃では殆んど溶解しない（非特許文献５）ことから、リン酸塩や水酸化ナトリウムは粉末を所定のモル比となるように混合した形で製造して清缶剤として供給されるか、あるいは、現場にてそれぞれを所定量計量して薬液タンクにて溶解混合される場合が多い（非特許文献６）。

粉体の清缶剤は、現場の薬液タンクにて所定の濃度に溶解して使用するが、一度に投入して固化すると非常に溶け難くなるために、溶解はよく撹拌しながら、少量ずつ完全に溶解するのを確認しながら行う必要があり煩雑である。また、水酸化ナトリウムはリン酸ナトリウムと粉末で混合すると、吸湿した際に熱が発生するために危険であることから、粉末で予め所定の比率で混合することができず、水酸化ナトリウムを現場の薬液タンクにて混合しなければならず、現場での計量が必要となり煩雑となる。

これらの作業を改善するものとして、リン酸三ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、水酸化ナトリウムを所定の比率で予め溶解した液体の清缶剤を製造する場合がある。このような液体の清缶剤は、リン酸塩の析出を防止するために低濃度の水溶液として調整されるが、リン酸イオン濃度として約３重量％に調整しても、リン酸三ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムの比率にもよるが、５〜１５℃を下回ると析出が生じるために、外気温の低下などにより析出が生じた際には、加温して再溶解するなどの措置が取られている。

この析出を防止するためにさらに低濃度の溶液とすると、物流経費が増大する上に、今度は０℃付近で凍結してしまうために、冬場に凍結のおそれが生じることから実施されていない。また、現場薬液タンクにて析出防止のために低濃度で溶解している場合には、外気温によっては凍結防止のために保温する必要がある。

リン酸三カリウム、リン酸水素二カリウム、水酸化カリウムを用いると溶解度が高くなるために析出の問題はなくなるが、カリウムはホットスポットやキャリオーバしたときの過熱器などにおけるアルカリ腐食の度合いが大きくなることから、その使用は制限されている（非特許文献７）。
ＪＩＳ Ｂ ８２２３。 (財)電力中央研究所、汽力発電所給水処理ハンドブック、第９０−９３頁。 栗田工業(株)、薬品ハンドブック 第３版、第１３０頁。 (社)火力原子力発電技術協会、自家用火力発電所 水処理要領、第１１１、１１８頁。 丸善(株)、化学便覧応用化学編 Ｉ プロセス編、第２６６頁。 (社)日本ボイラ協会、ボイラーの水管理〈基礎と実際〉、第２７６頁。 (社)火力原子力発電技術協会、自家用火力発電所 水処理要領、第１１３頁。

本発明は、過熱器や蒸気タービンを有するボイラプラントで使用されるナトリウム塩タイプのリン酸塩系清缶剤で、リン酸三ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、水酸化ナトリウムを用いた液体の清缶剤における問題点である、低温での固形分の析出や凍結の問題がなく使用可能な、ハンドリング性のよい、薬注設備のコストが安いボイラプラント用液体清缶剤を提供することを目的としてなされたものである。

本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、トリポリリン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを重量比１：０.０５〜１：２で水に溶解してなる清缶剤は、−５℃においても固形分の析出や凍結を生ずることがないことを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、
（１）トリポリリン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを含有し、トリポリリン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを重量比１：０.０５〜１：２で水に溶解してなるボイラプラント用液体清缶剤、及び、
（２）トリポリリン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムの合計濃度が、２〜１０重量％である(１)記載のボイラプラント用液体清缶剤、
を提供するものである。

本発明のボイラプラント用液体清缶剤は、トリポリリン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを重量比１：０.０５〜１：２で水に溶解することにより、予め所定のＮａ／ＰＯ₄モル比に調整済みの過熱器と蒸気タービンを有するボイラプラント用液体清缶剤として供給することができ、物流コストや現場における作業性を大幅に改善するとともに、外気温が低い環境においても固形分の析出や凍結を生ずることがなく、安定して使用することができる。

本発明のボイラプラント用液体清缶剤は、トリポリリン酸ナトリウム（Ｎａ₅Ｐ₃Ｏ₁₀、別名：三リン酸ナトリウム）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含有し、トリポリリン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを重量比１：０.０５〜１：２、より好ましくは重量比１：０.０８〜１：１.７、さらに好ましくは重量比１：０.１〜１：１.５で水に溶解してなるボイラプラント用液体清缶剤である。本発明のボイラプラント用液体清缶剤は、冬場などの温度の低い条件でも固形分の析出や凍結が生ずることのない安定な液体であり、過熱器や蒸気タービンを有するボイラプラントにおける水処理用の清缶剤として好適に用いることができる。

トリポリリン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムの重量比１：０.０５〜１：２はＮａ／ＰＯ₄モル比１.８２〜７.８０に相当し、該重量比１：０.０８〜１：１.７はＮａ／ＰＯ₄モル比１.９１〜６.８８に相当し、該重量比１：０.１〜１：１.５はＮａ／ＰＯ₄モル比１.９７〜６.２７に相当する。Ｎａ／ＰＯ₄モル比が１.８２未満であると、ボイラ水のｐＨが十分に上昇せず、水素ぜい化等による噴破のおそれがある。Ｎａ／ＰＯ₄モル比が７.８０を超えると、アルカリ腐食のリスクが高まるおそれがある。

本発明のボイラプラント用液体清缶剤において、トリポリリン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムの比率は、補給水の水質、ボイラの運転圧力などに応じて、適宜選定することができる。補給純水へのナトリウムリークが発生している場合には、トリポリリン酸ナトリウムが多く、水酸化ナトリウムが少なく、Ｎａ／ＰＯ₄モル比が低めであることが好ましい。補給水や復水への有機物混入量が多く、復水回収率が低い場合などには、トリポリリン酸ナトリウムが少なく、水酸化ナトリウムが多く、Ｎａ／ＰＯ₄モル比が高めであることが好ましい。

本発明のボイラプラント用液体清缶剤は、トリポリリン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムの合計濃度が２〜１０重量％であることが好ましく、３〜６重量％であることがより好ましい。トリポリリン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムの合計濃度が２重量％未満であると、ボイラプラント用液体清缶剤の貯蔵、輸送などの費用が増加するとともに、冬季などの寒冷時に凍結を起こすおそれがある。トリポリリン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムの合計濃度が１０重量％を超えると、温度低下時に析出するおそれがある。

トリポリリン酸ナトリウムには、Ｉ型結晶形とII型結晶形があり、いずれも水に易溶性であって、本発明には、六水和物とともに、いずれの結晶形をも用いることができる。Ｉ型結晶形は、リン酸二水素ナトリウムとリン酸水素二ナトリウムをモル比１：２で混合し、５４０〜５８０℃で加熱脱水することにより、製造することができる。II型結晶形は、リン酸二水素ナトリウムとリン酸水素二ナトリウムをモル比１：２で混合し、６２０℃以上で融解したのち、５５０℃まで冷却し、空気中で放冷することにより、製造することができる。

本発明のボイラプラント用液体清缶剤に含まれるトリポリリン酸ナトリウムは、高温のボイラ水中では、下記の化学反応式により、速やかにオルトリン酸塩となり、水に溶解している水酸化ナトリウムとの重量比により、所定のＮａ／ＰＯ₄モル比となり、ボイラ水のｐＨ調整機能を果たすとともに、硬度成分が混入した際には、リン酸イオンがスケールの付着防止機能を果たす。
Ｎａ₅Ｐ₃Ｏ₁₀ ＋ ４ＮａＯＨ → ３Ｎａ₃ＰＯ₄＋ ２Ｈ₂Ｏ
Ｎａ₅Ｐ₃Ｏ₁₀ ＋ ＮａＯＨ ＋ Ｈ₂Ｏ → ３Ｎａ₂ＨＰＯ₄

本発明のボイラプラント用液体清缶剤を製造する方法に特に制限はないが、所定量のトリポリリン酸ナトリウム又は水酸化ナトリウムを純水に溶解したのちに、所定量の水酸化ナトリウム又はトリポリリン酸ナトリウムを溶解することが好ましい。

本発明のボイラプラント用液体清缶剤の注入箇所に特に制限はないが、ボイラの給水ライン又はドラムに注入することが好ましい。ただし、ドラム温度が高い場合には、ドラムに直接注入すると、注入ラインが腐食するおそれがあるために、給水ラインに注入することが好ましい。給水を減温水として使用している場合は、清缶剤がタービンに持ち込まれることを防止するために、減温水ラインの分岐点以降の給水ラインにボイラプラント用液体清缶剤を注入することが好ましい。

従来は、ボイラプラント用液体清缶剤として、リン酸塩と水酸化ナトリウムを予め混合すると、低温時に固形分の析出や凍結を起こしていた。本発明のボイラプラント用液体清缶剤は、低温時でも固形分の析出や凍結を生ずることがないので、予めトリポリリン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを混合した製品として供給し、現場で煩雑な製剤作業を行う手間を省くことができる。

以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例１
純水９５６ｇに、２５℃でトリポリリン酸ナトリウム（Ｎａ₅Ｐ₃Ｏ₁₀）４０ｇと水酸化ナトリウム（ＨａＯＨ）４ｇを溶解して、ボイラプラント用液体清缶剤を調製した。このボイラプラント用液体清缶剤のＮａ／ＰＯ₄モル比は２.０であり、ＰＯ₄発生率は３.１重量％である。
このボイラプラント用液体清缶剤を２４℃の恒温槽に２４時間静置保管したが、固形分の析出は生じなかった。恒温槽の温度を２３℃に下げて、さらに２４時間静置保管したが、固形分の析出は生じなかった。以後同様にして、恒温槽の温度を１℃ずつ下げて２４時間静置保管をする操作を繰り返した。−５℃まで、固形分の析出も凍結も生じなかった。
実施例２
純水９４７ｇに、２５℃でトリポリリン酸ナトリウム４０ｇと水酸化ナトリウム１３ｇを溶解して、ボイラプラント用液体清缶剤を調製した。このボイラプラント用液体清缶剤のＮａ／ＰＯ₄モル比は２.７であり、ＰＯ₄発生率は３.１重量％である。
実施例１と同様にして、このボイラプラント用液体清缶剤を２４℃の恒温槽に２４時間静置保管することから始めて、恒温槽の温度を１℃ずつ下げて２４時間静置保管をする操作を繰り返した。−５℃まで、固形分の析出も凍結も生じなかった。

実施例３
純水９４８ｇに、２５℃でトリポリリン酸ナトリウム３６ｇと水酸化ナトリウム１６ｇを溶解して、ボイラプラント用液体清缶剤を調製した。このボイラプラント用液体清缶剤のＮａ／ＰＯ₄モル比は３.０であり、ＰＯ₄発生率は２.８重量％である。
実施例１と同様にして、このボイラプラント用液体清缶剤を２４℃の恒温槽に２４時間静置保管することから始めて、恒温槽の温度を１℃ずつ下げて２４時間静置保管をする操作を繰り返した。−５℃まで、固形分の析出も凍結も生じなかった。
実施例４
純水９５０ｇに、２５℃でトリポリリン酸ナトリウム２０ｇと水酸化ナトリウム３０ｇを溶解して、ボイラプラント用液体清缶剤を調製した。このボイラプラント用液体清缶剤のＮａ／ＰＯ₄モル比は６.３であり、ＰＯ₄発生率は１.５重量％である。
実施例１と同様にして、このボイラプラント用液体清缶剤を２４℃の恒温槽に２４時間静置保管することから始めて、恒温槽の温度を１℃ずつ下げて２４時間静置保管をする操作を繰り返した。−５℃まで、固形分の析出も凍結も生じなかった。

比較例１
純水９５４ｇに、２５℃でリン酸水素二ナトリウム（Ｎａ₂ＨＰＯ₄）４６ｇを溶解して、ボイラプラント用液体清缶剤を調製した。このボイラプラント用液体清缶剤のＮａ／ＰＯ₄モル比は２.０であり、ＰＯ₄発生率は３.１重量％である。
実施例１と同様にして、このボイラプラント用液体清缶剤を２４℃の恒温槽に２４時間静置保管することから始めて、恒温槽の温度を１℃ずつ下げて２４時間静置保管をする操作を繰り返した。１７℃で、固形分の析出が認められた。
比較例２
純水９４９ｇに、２５℃でリン酸三ナトリウム（Ｎａ₃ＰＯ₄）３７ｇとリン酸水素二ナトリウム１４ｇを溶解して、ボイラプラント用液体清缶剤を調製した。このボイラプラント用液体清缶剤のＮａ／ＰＯ₄モル比は２.７であり、ＰＯ₄発生率は３.１重量％である。
実施例１と同様にして、このボイラプラント用液体清缶剤を２４℃の恒温槽に２４時間静置保管することから始めて、恒温槽の温度を１℃ずつ下げて２４時間静置保管をする操作を繰り返した。５℃で、固形分の析出が認められた。
比較例３
純水９５２ｇに、２５℃でリン酸三ナトリウム４８ｇを溶解して、ボイラプラント用液体清缶剤を調製した。このボイラプラント用液体清缶剤のＮａ／ＰＯ₄モル比は３.０であり、ＰＯ₄発生率は２.８重量％である。
実施例１と同様にして、このボイラプラント用液体清缶剤を２４℃の恒温槽に２４時間静置保管することから始めて、恒温槽の温度を１℃ずつ下げて２４時間静置保管をする操作を繰り返した。１１℃で、固形分の析出が認められた。

比較例４
純水９５３ｇに、２５℃でリン酸三ナトリウム２６ｇと水酸化ナトリウム２１ｇを溶解して、ボイラプラント用液体清缶剤を調製した。このボイラプラント用液体清缶剤のＮａ／ＰＯ₄モル比は６.３であり、ＰＯ₄発生率は１.５重量％である。
実施例１と同様にして、このボイラプラント用液体清缶剤を２４℃の恒温槽に２４時間静置保管することから始めて、恒温槽の温度を１℃ずつ下げて２４時間静置保管をする操作を繰り返した。７℃で、固形分の析出が認められた。
比較例５
純水９７９.３ｇに、２５℃でリン酸三ナトリウム１５ｇとリン酸水素二ナトリウム５.７ｇを溶解して、ボイラプラント用液体清缶剤を調製した。このボイラプラント用液体清缶剤のＮａ／ＰＯ₄モル比は２.７であり、ＰＯ₄発生率は１.３重量％である。
実施例１と同様にして、このボイラプラント用液体清缶剤を２４℃の恒温槽に２４時間静置保管することから始めて、恒温槽の温度を１℃ずつ下げて２４時間静置保管をする操作を繰り返した。−１℃で、凍結が起こった。
実施例１〜４及び比較例１〜５の結果を、第１表に示す。

第１表に見られるように、トリポリリン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを合計して４.４〜５.３重量％含有し、トリポリリン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムの重量比が１：０.１〜１：１.５であり、Ｎａ／ＰＯ₄モル比が２.０〜６.３である実施例１〜４のボイラプラント用液体清缶剤は、−５℃まで固形分の析出も凍結も生じない。

これに対して、Ｎａ／ＰＯ₄モル比が２.０〜６.３であっても、リン酸水素二ナトリウムのみを含有する比較例１のボイラプラント用液体清缶剤、リン酸三ナトリウムとリン酸水素二ナトリウムを含有する比較例２のボイラプラント用液体清缶剤、リン酸三ナトリウムのみを含有する比較例３のボイラプラント用液体清缶剤、リン酸三ナトリウムと水酸化ナトリウムを含有する比較例４のボイラプラント用液体清缶剤は、いずれも５〜１７℃の比較的高い温度で固形分の析出が生じ、リン酸三ナトリウムとリン酸水素二ナトリウムを低濃度で含有する比較例５のボイラプラント用液体清缶剤は、−１℃で凍結する。

本発明のボイラプラント用液体清缶剤は、トリポリリン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを重量比１：０.０５〜１：２で水に溶解することにより、予め所定のＮａ／ＰＯ₄モル比に調整済みの過熱器と蒸気タービンを有するボイラプラント用液体清缶剤として供給することができ、物流コストや現場における作業性を大幅に改善するとともに、外気温が低い環境においても固形分の析出や凍結を生ずることがなく、安定して使用することができる。

Claims (2)

1. トリポリリン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを含有し、トリポリリン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを重量比１：０.０５〜１：２で水に溶解してなるボイラプラント用液体清缶剤。
2. トリポリリン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムの合計濃度が、２〜１０重量％である請求項１記載のボイラプラント用液体清缶剤。