JP2014059076A - ボイラ水系のスケール除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラを運転しながらスケール除去する方法において、より効率的にスケール除去を行うことを可能とする技術を提供すること。
【解決手段】ボイラ水系システムにおいて生じたスケールを除去する方法であって、ボイラ缶内に堆積したスラッジを除去するスラッジ除去工程と、該スラッジ除去工程を経た後、かつ、ボイラ運転中に、前記水系に防食剤およびキレート剤を添加してスケール除去を行うスケール除去工程と、を少なくとも行うボイラ水系のスケール除去方法を提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ボイラ水系システムにおいて生じたスケールを除去する方法に関する。より詳しくは、ボイラ水系システムにおいて生じたスケールを、ボイラを運転しながら効率的に除去する方法に関する。

ボイラ水系において、ボイラ水中の硬度成分、溶存塩類あるいは鉄分によって、炭酸カルシウムなどのカルシウム塩、酸化鉄のような腐食生成物が発生し、これらがスケールとして系内に付着することが問題となっている。これらの腐食生成物は、特に熱負荷の高い伝熱面でスケール化して付着することが多いため、鋼材の過熱による膨張、湾曲、破裂や熱効率の低下を引き起こす原因となる。

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。

このように、ボイラ水系においては、設備の安全運転や設備保護だけでなく、省エネルギーの観点からも、スケールを防止したり効率的に除去したりする技術が、非常に重要視されている。

スケールの付着を防止する技術としては、例えば、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することにより、系内へのスケール付着を抑制する技術がある。また、ボイラ運転中のブロー管理を徹底的に行い、ボイラ水中のスケール成分の濃度を、溶解度以下に保つことにより、系内へのスケール付着を抑制する技術がある。更に、スケール防止剤を用いて、スケール成分を分散、スラッジ化するなどの方法により、系内へのスケール付着を抑制する技術が用いられている。

このように、従来からスケール付着を防止するために様々な方法が用いられているが、スケールの付着を完全に防止するのは不可能であるのが実情である。そこで、付着したスケールは、ボイラを停止した状態で、高圧スプレーやブラシなどを用いた物理的に洗浄を行ったり、溶解除去する薬剤を使用して化学的な洗浄を行ったりする方法が取られている。

一方、最近では、ボイラを停止することなくスケールを除去する方法として、キレート剤と分散剤を運転中のボイラに添加することで、系内に付着したスケールを除去する処理（ＯＳＳＲ（On Stream Scale Remover）処理）が用いられることが増えている。

例えば、特許文献１では、ボイラ缶水が中性またはアルカリ性である条件下で、前記ボイラ缶水中のキレート剤および分散剤の合計濃度を所定濃度に調節することにより、ボイラ缶体の腐食を防止することが可能な、ボイラを運転しながらスケールを除去する方法が開示されている。

また、特許文献２では、アルドン酸又はアルドン酸塩およびキレート剤を使用することにより、煩雑な設備や制御が不要とし、また、ボイラを停止することなく、腐食を抑制しながらスケールを除去することができる技術が開示されている。

ところで、ボイラ水系に発生する汚れとしては、水系内の機器に付着するスケールの他に、水系内に沈殿するスラッジも、配管等の腐食などを誘発することから除去することが重要である。

スラッジの除去は、例えば、丸・水管ボイラは、年に１回の法定点検があるため、そのタイミングでボイラ缶内の底部のスラッジを清掃除去することが一般的である。この法定点検の前にＯＳＳＲ処理を行い、伝熱面から剥離除去されたスラッジを法定点検の際に清掃除去する方法も用いられる。

また、貫流ボイラ（管によって構成され、ドラムを有しないボイラで、水を一端からポンプ等で送り、他端から蒸気・温水を取り出すボイラ）は、丸・水管ボイラのように開放点検用のマンホールがなく、ボイラ下部にプラグ止めの点検口があるのみであるため、清掃を行うことが難しい。ボイラ缶内のスラッジは、缶底ブローラインからの缶底ブローによる排出のみであり、ボイラの下部管寄せ内に多く堆積しているのが現状である。

スラッジを除去する方法の一例としては、例えば、特許文献３に、スラッジを除去し洗浄しようとする対象を洗浄液にて浸漬させる第１のステップと、上記洗浄液の温度と圧力を変化させ、洗浄液に気泡を発生させる第２のステップ、及び温度を上昇させ、スラッジの除去を促進する第３のステップと、を含む物理化学的洗浄方法が開示されている。

特開２０００−１５４９９６号公報 特開２０１１−２１２５９１号公報 特開２０１２−７３２４７号公報

前述の通り、缶底に堆積したスラッジは、丸・水管ボイラにおいては、年に１回の法定点検の際に清掃除去するのみであるというのが一般的である。また、貫流ボイラは、通常の方法では清掃を行うことが難しい。しかし、缶底にスラッジが多く堆積していると、スケールを除去する十分な洗浄効果が得られないといった問題がある。

そこで、より大きなスケール除去効果を得るためには、キレート剤の添加濃度を高くする必要がある。しかし、キレート剤の添加濃度が高くなると、ボイラ停止した時に負圧となり外気が混入する際に、外気中の酸素が高濃度のキレート剤と共存することで、ボイラ本体の鉄の腐食が進行するという問題がある。特に、発停の多い貫流ボイラでは、その影響が大きくなる。

また、従来の薬品を高濃度添加することでスケールの除去効果を高めることが可能であるが、薬品の使用量が多くなり、コストがかかり、通常のボイラ薬品を添加する薬注設備では添加することができず、新たな薬注設備を準備する必要となる問題がある。

そこで、本発明では、ボイラを運転しながらスケール除去する方法において、より効率的にスケール除去を行うことを可能とする技術を提供することを主目的とする。

本願発明者らは、ボイラを運転しながらスケール除去を行う方法において、水系中の他の汚れなどとの関係を含め鋭意研究を行った結果、スケール除去効率を低下させる原因の一つとして、堆積したスラッジの影響が大きいことを突き止め、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明ではまず、ボイラ水系システムにおいて生じたスケールを除去する方法であって、
ボイラ缶内に堆積したスラッジを除去するスラッジ除去工程と、
該スラッジ除去工程を経た後、かつ、ボイラ運転中に、前記水系に防食剤およびキレート剤を添加してスケール除去を行うスケール除去工程と、
を少なくとも行うボイラ水系のスケール除去方法を提供する。
本発明に係るスケール除去方法では、実際にスケール除去のための薬剤添加を行う前段階において、ボイラ缶内に堆積したスラッジを予め除去することを特徴とする。
本発明に係るスケール除去方法において、前記スケール除去工程では、分散剤を更に添加することもできる。
分散剤を用いる場合、分散剤としては、カルボキシル基を含む高分子化合物を用いることができる。

本発明によれば、ボイラを運転しながらスケール除去する方法において、従来の方法に比べてより効率的にスケール除去を行うことが可能となる

以下、本発明を実施するための好適な形態について、詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。

本発明は、ボイラ水系システムにおいて生じたスケールを除去する方法であって、（１）スラッジ除去工程と、（２）スケール除去工程と、を少なくとも行う方法である。以下、各工程について、詳細に説明する。

（１）スラッジ除去工程
スラッジ除去工程は、ボイラ缶内に堆積したスラッジを除去する工程である。本発明に係るスケール除去方法では、後述するスケール除去工程を行う前段階において、このスラッジ除去工程を行うことを特徴とする。後述する実施例に示す通り、本願発明者らは、スケール除去工程の前段階でスラッジ除去工程を行うことにより、スケール除去効果が飛躍的に向上することを見出した。

スラッジ除去工程で行うスラッジ除去の具体的な方法は、本発明の効果を損なわない限り特に限定されず、ボイラ缶内のスラッジを除去することが可能な方法を、１種または２種以上自由に選択して採用することができる。例えば、ボイラ下部のスラッジ堆積部に直接アクセスできる場合は、直接集めて除去してもよいし、ジェット洗浄やブラシで洗浄してから除去してもよい。また、直接アクセスすることが難しい貫流ボイラや排熱回収ボイラなどは、液体を含むごみを吸引することが可能な掃除機等を用いて除去することが可能である。

貫流ボイラにおいて、多缶設置で蒸発量に余裕がある場合には、スラッジ除去工程を、１から数缶毎に順番に行うことも可能である。このように１から数缶毎にスラッジ除去工程を行うことで、全てのボイラを停止することなく、必要なボイラ機能を保った状態で、効率的なスケール除去が可能である。

（２）スケール除去工程
スラッジ除去工程を経た後、かつ、ボイラ運転中に、ボイラ水系に（ａ）防食剤および（ｂ）キレート剤を添加する工程である。また、必要に応じて、（ｃ）分散剤、（ｄ）アルカリ剤などを更に添加することも可能である。以下、各薬剤について、詳細に説明する。

（ａ）防食剤
本発明に係るスケール防止方法において、使用することができる具体的な防食剤は、ボイラ缶内の炭素鋼材に対して防食効果のあるものであれば特に限定されず、あらゆる防食剤を１種または２種以上自由に選択して用いることができる。例えば、クエン酸、コハク酸、酒石酸、リンゴ酸、アルドン酸などの有機酸又はその塩、あるいはその還元力により防食効果を示すヒドラジン、タンニン系物質、タンニンとアルカリを配合して生成する没食子酸などの多価フェノール類、糖類や糖とアルカリの反応物、グルコン酸又はその塩やαグルコヘプトン酸又はその塩などの糖のアルドン酸又はその塩、エリソルビン酸又はその塩、アスコルビン酸又はその塩、１−アミノピロリジンや１−アミノ−４−メチルピペラジンなどのＮ−置換アミノ基を有する複素環化合物、ジエチルヒドロキシルアミンやイソプロピルヒドロキシルアミンなどのヒドロキシアミン類、およびカルボヒドラジドなどが挙げられる。この中でも特に、入手しやすさ、安全性、ボイラ水への着色の観点から、エリソルビン酸、グルコン酸、グルコヘプトン酸またはその塩を選択することが好ましい。

（ｂ）キレート剤
キレート剤は、金属イオンと配位結合を形成する化合物からなり、水系内に付着するスケールを溶解する効果がある。本発明に係るスケール防止方法において、使用することができる具体的なキレート剤は、金属イオンと配位結合を形成することが可能な官能基を２個以上有する化合物であれば特に限定されず、このような化合物を１種または２種以上自由に選択して用いることができる。例えば、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）、ＮＴＡ（ニトリロ三酢酸）、ＤＴＰＡ（ジエチレントリアミン五酢酸）、ＨＥＤＴＡ（ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸）、ＭＧＤＡ（メチルグリシン二酢酸）、ビス（ポリ−２−カルボキシルエチル）ホスフィン酸、およびこれらのナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などの塩が挙げられる。この中でも特に、入手しやすさ、安全性の観点から、ＥＤＴＡまたはその塩を選択することが好ましい。

（ｃ）分散剤
分散剤は、本発明に係るスケール防止方法において必須の薬剤ではないが、スケール防止効果を一層向上させるために、防食剤およびキレート剤に追加して用いることができる。本発明に係るスケール防止方法において、使用することができる具体的な分散剤は、本発明の効果を損なわない限り特に限定されず、ボイラ水系に用いることが可能な分散剤を、１種または２種以上自由に選択して用いることができる。本発明では特に、分散剤として、カルボキシル基を含む高分子化合物を用いることが好ましい。

本発明に係るスケール防止方法において、分散剤として、カルボキシル基を含む高分子化合物を用いる場合、その具体的な種類も、本発明の効果を損なわない限り特に限定されず、ボイラ水系に用いることが可能なカルボキシル基を含む高分子化合物を、１種または２種以上自由に選択して用いることができる。例えば、ポリアクリル酸及び／又はその塩、ポリマレイン酸及び／又はその塩、ポリイタコン酸及び／又はその塩、ポリメタクリル酸及び／又はその塩、又はこれらホモポリマーを構成するモノマー成分の少なくとも２種を共重合してなるコポリマーやタポリマーなどが挙げられる。また、前記ホモポリマーを構成するモノマー成分（アクリル酸（ＡＡ）、マレイン酸（ＭＡ）など）の少なくとも１種と、３−アリロキシ−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸ナトリウム（ＨＡＰＳ）又は２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム（ＡＭＰＳ）とのコポリマー（ＡＡ−ＨＡＰＳ、ＡＡ−ＡＭＰＳ等）、及びビス（ポリ−２−カルボキシエチル）ホスフィン酸及び／又はその塩、及びセルロースの骨格を構成するグルコピラノースモノマーのヒドロキシ基の一部にカルボキシメチル基を結合させたカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などを用いることもできる。

（ｄ）アルカリ剤
アルカリ剤は、本発明に係るスケール防止方法において必須の薬剤ではないが、ボイラ缶内および給水配管の腐食防止や給水系のスライム抑制のために、防食剤およびキレート剤に追加して用いることができる。本発明に係るスケール防止方法において、使用することができる具体的なアルカリ剤は、本発明の効果を損なわない限り特に限定されず、ボイラ水系に用いることが可能なアルカリ剤を、１種または２種以上自由に選択して用いることができる。例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどが挙げられる。この中でも、本発明においては特に、水酸化ナトリウムが好適である。経済的であり、配管等の腐食防止効果に優れ、かつ、薬液中のスライム抑制効果にも優れた効果を有するからである。

以上説明した薬剤の添加方法は、ボイラの運転中に添加する方法であれば特に限定されない。添加する薬剤を混合した状態で添加することもできるし、各薬剤をそれぞれ別々に添加することも可能である。

本発明に係るスケール防止方法を行う際のボイラ水のｐＨは、特に限定されず、目的やボイラの種類などに応じて自由に設定することができる。本発明では特に、ボイラ水のｐＨを１０〜１２の範囲に設定することが好ましい。ｐＨをこの範囲に設定することで、ボイラ本体の鉄の溶出を好適に抑制することが可能である。

本発明に係るスケール防止方法を適用することが可能なボイラの種類は、特に限定されず、あらゆるボイラに適用することができる。例えば、特殊循環ボイラ、炉筒煙管ボイラ、水管ボイラおよび排熱回収ボイラなどが挙げられる。ただし、本発明で用いるキレート剤が分解する可能性があるため、ボイラの圧力は３．０ＭＰａ以下で運転することが好ましい。

以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明するとともに、本発明の効果を検証する。なお、以下に説明する実施例は、本発明の代表的な実施例の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。

＜実験例１＞
実験例１では、スケール除去工程の前段階において、スラッジ除去工程を行った場合と行わなかった場合に、スケール除去効果の違いを比較した。具体的には、スケール除去を行う前の蒸発管の温度と、スケール除去を行った後の蒸発管の温度の差を比較した。

（１）試験方法
［実施例１〜１１］
小型貫流ボイラを用い、圧力０．７ＭＰａ、町水（栃木県下都賀郡野木町で採取）の軟化水（ＥＣ：１５ｍＳ／ｍ、Ｍアルカリ：２５ｍｇＣａＣＯ_３／Ｌ、塩化物イオン：１５ｍｇ／Ｌ、硫酸イオン：１０ｍｇ／Ｌ、シリカ：２５ｍｇ／Ｌ）を給水（温度：２５℃（ＤＯ：約８．５ｍｇ/Ｌ））とし、給水量４００Ｌ／ｈ、ブロー量４０Ｌ／ｈ（濃縮倍数１０倍）で運転した。実際には、ボイラ缶内にスケール成分として炭酸カルシウム換算で約１００ｍｇ／Ｌ（Ｃａ：Ｍｇ＝２：１）となるように１８時間添加して運転してボイラ缶内にスケールを付着させた。

一旦全ブローした後、缶底に堆積したスラッジをジェット洗浄および業務用の液体用掃除機を用いて物理的に除去した。その後、前記と同条件にて、下記表１に示す薬剤を添加しながら、１８時間、あるいは７２時間運転した。

［比較例１〜９、ブランク］
全ブロー後、水処理剤添加処理の試験開始前にスラッジ除去を行わなかった以外は、前記実施例１〜１１と同条件で試験を行った。比較例１〜９で用いた薬剤およびその添加量を下記表２に示す。なお、薬剤を添加しない例をブランクとした。

（２）評価
薬剤を添加した試験前後の蒸発管の温度を測定し、その温度差を比較することで、スケール除去効果を比較した。実施例１〜１１の結果を表１に、比較例１〜９およびブランクの結果を表２に示す。

表１および表２に示す通り、スケール除去工程の前段階において、スラッジ除去工程を行わなかった比較例１〜８に比べ、スラッジ除去工程を行った実施例１〜１１は、スケール除去工程の前後における蒸発管の温度差が、明らかに大きかった。即ち、スケール除去工程の前段階において、スラッジ除去工程を行うことで、スケール除去工程のスケール除去効果が飛躍的に向上することが証明された。

また、スケール除去工程でキレート剤を添加していない比較例９に比べ、他の条件は同一でキレート剤を添加した実施例１は、スケール除去工程の前後における蒸発管の温度差が、明らかに大きかった。即ち、スケール除去工程の前段階において、スラッジ除去工程を行った場合であっても、スケール除去工程でキレート剤を用いなければ、スケール除去効果の飛躍的な向上は期待できないことが分かった。

Claims (3)

1. ボイラ水系システムにおいて生じたスケールを除去する方法であって、
   ボイラ缶内に堆積したスラッジを除去するスラッジ除去工程と、
   該スラッジ除去工程を経た後、かつ、ボイラ運転中に、前記水系に防食剤およびキレート剤を添加してスケール除去を行うスケール除去工程と、
   を少なくとも行うボイラ水系のスケール除去方法。
2. 前記スケール除去工程では、分散剤を更に添加する請求項１記載のボイラ水系のスケール防止方法。
3. 前記分散剤は、カルボキシル基を含む高分子化合物である請求項２に記載のボイラ水系のスケール除去方法。