JP3039398B2 - ボイラにおけるスケール除去剤の注入方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ボイラの水管に
付着するスケールの除去に関するもので、より詳細に
は、スケール除去剤の注入方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、ボイラの運転中、固い水不溶
性の結晶状固形分，いわゆるスケールが水管の内側，す
なわち伝熱壁に徐々に付着することがある。スケールが
伝熱壁に付着すると、種々の問題を引き起こすことにな
る。まず、スケールの熱伝導率は、水管の材質（軟鋼）
に比べて数百分の一と小さいので、伝熱壁へのスケール
付着により、火炎の熱が水管内の水，すなわち缶水に伝
わりにくくなり、熱効率が非常に低下し、燃料消費量の
増大の原因となる。また、火炎の熱が缶水に伝わりにく
くなると、伝熱壁の温度が非常に高くなり、その金属強
度が低下する。そして、水管内部は、通常高圧になって
いるので、伝熱壁の金属強度が水管の内圧に耐えられな
くなり、膨出，裂開，破裂等の事故を起こす。

【０００３】従来、このような事故を未然に回避する方
法が種々採用されており、その一例を説明すると、水管
の所定箇所に温度センサを設け、この温度センサの検出
温度から水管の内側に付着したスケール厚さを判定し、
必要に応じてスケールを除去している。スケールを除去
する方法として、一般に、ボイラの運転中、水管内にス
ケール除去剤を注入する方法がある。スケール除去剤と
しては、ポリアクリル酸塩，ポリマレイン酸塩等の水溶
性ポリマーやホスホン酸塩，キレート剤等がある。スケ
ール除去剤の注入量は、スケール厚さに応じて調節して
おり、厚い場合は多めに、薄い場合は少なめに調節して
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記のような従来の技
術にあっては、解決すべき課題として、つぎのような課
題が存在している。まず、第一の課題として、前記スケ
ール除去剤の注入は、前記温度センサの検出値に基づい
たスケール厚さの判定により、作業者や管理者等が人為
的に注入を行っているという現状がある。具体的には、
ボイラの運転中、前記温度センサの検出値がある設定温
度以上に達した場合、適宜な報知を行う構成となってお
り、この報知を確認した管理者等がスケール除去剤を注
入している。そのため、スケールが付着し始めた段階で
はスケール除去剤の注入が若干遅れることになる。ま
た、スケールが除去された後、人為的にスケール除去剤
の注入を停止するので、スケールの除去完了とスケール
除去剤の注入停止が同時ではないため、スケールが付着
していない状態でスケール除去剤が注入されることにな
り、除去剤による腐食が懸念される。このように、スケ
ール除去剤の注入は、管理者等による人為的な作業のた
め、スケールの付着状態に応じたリアルタイムな注入が
できなかった。これに加えて、管理者等による人為的な
作業のため、管理者等による常時監視が必要であり、省
力化の点で問題があった。この点において、この発明
は、ボイラの運転中、スケールの付着状態に応じて、自
動的にスケール除去剤を注入する方法を提供し、かつ省
力化を図ることを第一の目的とするものである。

【０００５】つぎに、第二の課題として、スケール除去
剤としては、キレート剤，ポリマーが配合し得るが、こ
の両者には以下のような長所，短所がある。まず、キレ
ート剤は、スケールを効果的に除去することができると
ともに、硬度成分，鉄，シリカのいずれのスケールにも
適用することができ、応用範囲が広いと云う長所を有し
ている。しかし、その反面、スケールが完全に除去され
てしまうと、腐食性が懸念されると云う短所を有してい
る。つぎに、ポリマーは、腐食のおそれはないが、スケ
ール除去能力は弱い。この点において、この発明は、前
記２種のスケール除去剤のそれぞれの特性を活かして、
効果的にスケール除去剤を注入する方法を提供すること
を第二の目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記課題を
解決するためになされたものであって、請求項１に記載
の発明は、水管の温度を検出する温度センサと、ボイラ
への給水ラインへスケール除去剤を注入する薬注装置と
を備え、前記温度センサの検出値に基づいて、前記薬注
装置の作動を制御するようにしたボイラにおけるスケー
ル除去剤の注入方法であって、前記温度センサの検出値
に基づいて前記薬注装置がＯＮ作動したとき、水管温度
に対応して、スケール除去剤の注入量を調節することを
特徴としており、また請求項２に記載の発明は、給水ラ
インへスケール除去剤を注入する方式のボイラにおい
て、水管の温度を検出する温度センサの検出値に基づい
て、組成の異なるスケール除去剤を注入することを特徴
としている。

【０００７】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて説明する。この発明は、ボイラの缶体を構成する
水管の温度を検出する温度センサと、ボイラへの給水ラ
インへスケール除去剤を注入する薬注装置を備えたボイ
ラについて好適に実施できる。ボイラの運転中、温度セ
ンサは水管の温度を常時検出し、その検出値を制御器へ
出力する。この出力信号を受けた制御器は、水管温度の
検出値が高温側設定温度に達したとき、薬注装置へ作動
ＯＮ信号を出力する。この作動ＯＮ信号を受けた薬注装
置は、給水ラインへのスケール除去剤の注入を開始す
る。スケール除去剤の注入により、水管温度が下降し、
その検出値が低温側設定温度に達したとき、制御器は薬
注装置へ作動ＯＦＦ信号を出力する。この作動ＯＦＦ信
号を受けた薬注装置は、その注入作動を停止する。この
ように、この発明にあっては、水管温度の検出値に基づ
いて、薬注装置のＯＮ，ＯＦＦ作動が自動的に制御され
る。

【０００８】さて、この発明は、ボイラへ給水する水の
硬度分を除去する軟水装置が故障等の異常により、硬度
漏れを起こした場合に対応できる構成となっている。す
なわち、薬注装置は、水管温度が第一高温側設定温度を
検出したとき、スケール除去剤の注入を開始するが、こ
の注入にもかかわらず、硬度漏れにより水管温度が上昇
し、第二高温側設定温度を検出すると、薬注装置はスケ
ール除去剤の増量注入を開始する。スケール除去剤の増
量注入により、水管温度が下降し、その検出値が第二低
温側設定温度に達したとき、薬注装置は増量注入を停止
し、通常の注入作動に戻る。そして、水管温度の検出値
がさらに下降して第一低温側設定温度に達したとき、薬
注装置はその注入作動を停止する。このように、この発
明にあっては、前記軟水装置の異常による硬度漏れがあ
っても、的確に対応することができ、スケール付着を確
実に防止することになる。

【０００９】さらに、この発明は、スケール除去剤の特
性を活かした注入を実現する構成となっている。すなわ
ち、水管温度が高温側設定温度を検出するまでは、スケ
ール分散剤としての特性を有するポリマーを注入し、ス
ケールの付着を未然に防止する。このポリマーの注入に
もかかわらず、水管温度が上昇し、高温側設定温度を検
出した時点で、スケール除去剤としての特性を有するキ
レート剤を注入する。そして、キレート剤の注入によ
り、水管温度が下降し、その検出値が低温側設定温度に
達したときは、キレート剤の注入を停止し、ポリマーの
注入に戻る。このように、この発明にあっては、水管温
度に応じてスケール除去剤の特性を活かした注入が実現
でき、スケール付着を確実に防止することになる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の具体的実施例を図面に基づ
いて詳細に説明する。図１は、この発明を実施する多管
式貫流ボイラの缶体の一部を破断して示す全体説明図で
ある。

【００１１】図１において、多管式貫流ボイラの缶体１
は、基本的な構成として、上部ヘッダ２と下部ヘッダ３
との間を多数の水管４，４，…で連結しており、その内
部に燃焼室５を形成している。この燃焼室５の上部に
は、加熱手段としてのバーナ６が配置されている。この
バーナ６には、燃料供給ライン７が接続されており、こ
の燃料供給ライン７には、燃料ポンプ８および燃料用電
磁弁９がそれぞれ設けられている。一方、燃焼用空気
は、送風機１０を介してバーナ６へ送られる構成となっ
ている。そして、燃料ポンプ８，燃料用電磁弁９および
送風機１０は、それぞれ信号線１１，１１，１１を介し
て制御器１２と接続されている。なお、ここでは、制御
器１２を介してのバーナ６の燃焼制御については、その
説明を省略する。

【００１２】そして、前記缶体１には、前記各水管４内
の水，すなわち缶水の水位を検出するとともに、缶水の
水位を制御する水位制御器１３が付設されている。この
水位制御器１３は、信号線１１を介して前記制御器１２
と接続されている。さらに、前記缶体１の下部には、前
記各水管４内へ缶水を供給する給水ライン１４が接続さ
れており、この給水ライン１４には、給水ポンプ１５が
設けられている。この給水ポンプ１５も、信号線１１を
介して前記制御器１２と接続されている。なお、ここで
は、前記制御器１２を介しての缶水の水位制御について
は、その説明を省略する。

【００１３】さて、前記缶体１にあっては、この発明の
適用に必要とする温度センサ１６が設けられている。こ
の温度センサ１６は、前記水管４のうちの１本（必要に
応じて複数本）に設けられるもので、前記水管４の外壁
の所定箇所に設けられている。そして、この温度センサ
１６は、信号線１１を介して前記制御器１２に接続され
ている。したがって、この温度センサ１６は、ボイラの
運転中、常時、前記水管４の外壁温度を検出し、その検
出温度（検出値）を前記制御器１２へ出力する構成とな
っている。また、この発明の適用に必要とする薬注装置
１７が前記給水ライン１４に設けられている。この薬注
装置１７も、信号線１１を介して前記制御器１２に接続
されている。この薬注装置１７は、前記制御器１２から
のＯＮ作動信号により、スケール除去剤の注入を行うも
ので、前記制御器１２からの作動ＯＮ信号により、前記
給水ライン１４へスケール除去剤の注入を開始し、前記
制御器１２からの作動ＯＦＦ信号により、前記給水ライ
ン１４へのスケール除去剤の注入を停止する構成となっ
ている。

【００１４】つぎに、図２に基づいて、スケール除去剤
の注入について説明する。ボイラの運転が継続すると、
水管４内へ供給される水の水質により、水管４の伝熱壁
にスケールが徐々に付着し、この付着に伴って、前記伝
熱壁の温度が上昇する。この温度上昇による伝熱壁の温
度変化を温度センサ１６が常時検出し、その検出値を制
御器１２へ出力する。この検出値を受けた制御器１２
は、その検出値が高温側設定温度Ｔに達すると、薬注装
置１７へ作動ＯＮ信号を出力する。この作動ＯＮ信号を
受けると、薬注装置１７は、そのポンプ（図示省略）が
駆動し、給水ライン１４へのスケール除去剤の注入を開
始する。このスケール除去剤の注入により伝熱壁の温度
が下降し、温度センサ１６による検出値が低温側設定温
度Ｕに達すると、制御器１２は薬注装置１７へ作動ＯＦ
Ｆ信号を出力する。この作動ＯＦＦ信号を受けた薬注装
置１７は、そのポンプを停止し、給水ライン１４へのス
ケール除去剤の注入を停止する。

【００１５】ここで、スケール除去剤の注入量について
説明すると、スケール除去剤の注入は、前記伝熱壁の温
度が比較的短時間で前記高温側設定温度Ｔから前記低温
側設定温度Ｕ以下となるようにするためのもので、前記
高温側設定温度Ｔにより判定される厚さのスケールを除
去する必要があるためのものであり、したがってその注
入量は、前記高温側設定温度Ｔに応じて決定される。そ
して、スケール除去剤は、前記伝熱壁の温度が前記高温
側設定温度Ｔに達してから前記低温側設定温度Ｕに達す
るまで継続して注入される。また、注入時の給水に対す
る濃度は、前記各水管４内の缶水において所定濃度を保
つように決定される。たとえば、ブロー率１０％の場合
は、缶水の濃縮倍率は１０倍となるので、缶水中の所定
濃度の１０％が注入される。

【００１６】すなわち、図２において、前記伝熱壁の温
度が前記高温側設定温度Ｔに達すると、前記薬注装置１
７が作動してスケール除去剤の前記給水ライン１４への
注入を開始する。スケール除去剤の効果は、注入直後、
直ちに現れないため、前記伝熱壁の温度は注入後若干上
昇するが、やがてスケール除去剤の効果が現れ、前記伝
熱壁の温度が前記低温側設定温度Ｕ以下となる。この点
において、前記高温側設定温度Ｔは、スケール除去剤の
効果が現れるタイムラグを見込んだ温度に設定され、か
つスケール除去剤の性能に基づいて決定される。

【００１７】つぎに、この発明の第一実施例を図３に基
づいて説明する。一般に、前記給水ライン１４には、前
記水管４内へ供給する水からスケール生成の主要因とな
る硬度分を除去する軟水装置（図示省略）が設けられて
いるが、この軟水装置が故障等の異常により硬度漏れを
起こし、硬度分を含んだままの水が供給されることがあ
る。このような事態になると、前記伝熱壁におけるスケ
ールの付着が促進されるとともに、その付着量も多くな
り、前記高温側設定温度Ｔに達した時点で所定濃度のス
ケール除去剤の注入のみでは、スケール除去剤の効果が
スケール生成に追いつかず、前記伝熱壁の温度が前記高
温側設定温度Ｔ以下とならないことがある。

【００１８】そこで、この第一実施例にあっては、図３
に示すように、前記温度センサ１６が検出した検出値が
第一高温側設定温度Ｖに達すると、前記制御器１２は前
記薬注装置１７へ作動ＯＮ信号を出力する。この作動Ｏ
Ｎ信号を受けると、前記薬注装置１７は、前記給水ライ
ン１４へのスケール除去剤の注入を開始する。この場合
における前記薬注装置１７の作動は、第一低温側設定温
度Ｗ以下となるまで連続して行われる。そして、この連
続作動によるスケール除去剤の注入は、予め定められた
一定の吐出量をもって連続して注入するもので（以下、
「第一段注入」と云う）、その注入量は、図２について
説明したと同様、前記第一高温側設定温度Ｖに応じて決
定される。また、前記第一高温側設定温度Ｖは、図２に
おける前記高温側設定温度Ｔと同様にして決定される。

【００１９】そして、前記軟水装置の故障等の異常によ
り硬度漏れがあると、スケール除去剤の注入にもかかわ
らず、前記伝熱壁の温度が前記第一高温側設定温度Ｖを
超えてさらに上昇する。前記伝熱壁の温度が上昇して第
二高温側設定温度Ｘに達すると、前記制御器１２は前記
薬注装置１７へスケール除去剤の増量信号を出力する。
この増量信号を受けると、前記薬注装置１７は、前記給
水ライン１４へのスケール除去剤の増量注入を開始す
る。この場合における前記薬注装置１７の増量注入作動
は、前記伝熱壁の温度が第二低温側設定温度Ｙに達した
後、前記制御器１２が前記薬注装置１７へ増量注入作動
の停止信号を出力するまで継続する（以下、「第二段注
入」と云う）。そして、このときの増量の程度は、前記
第一段注入における吐出量の約２倍に設定されている。
また、前記第二高温側設定温度Ｘも、図２における前記
高温側設定温度Ｔと同様にして決定される。

【００２０】すなわち、図３において、前記伝熱壁の温
度が前記第一高温側設定温度Ｖに達すると、前記薬注装
置１７が作動してスケール除去剤を前記給水ライン１４
へ一定の吐出量をもって連続して注入し、第一段注入が
継続される。しかし、硬度漏れがあると、この第一段注
入にもかかわらず、前記伝熱壁の温度は前記第一高温側
設定温度Ｖを超えてさらに上昇を続け、その温度が前記
第二高温側設定温度Ｘに達する。この第二高温側設定温
度Ｘに達すると、前記薬注装置１７は、前記制御器１２
からの増量信号により増量注入を開始し、第二段注入に
入る。増量注入開始直後、スケール除去剤の効果は直ち
に現れないため、前記伝熱壁の温度は増量注入後若干上
昇するが、やがてスケール除去剤の効果が現れ、前記伝
熱壁の温度が前記第二低温側設定温度Ｙ以下となる。こ
の時点で、前記薬注装置１７は前記制御器１２からの信
号により増量注入，すなわち第二段注入を停止し、第一
段注入を再開する。そして、前記伝熱壁の温度が第一低
温側設定温度Ｗに達すると、図２について説明したと同
様、前記制御器１２が前記薬注装置１７へ作動ＯＦＦ信
号を出力し、この信号を受けた前記薬注装置１７は、前
記給水ライン１４へのスケール除去剤の注入を停止す
る。

【００２１】つぎに、この発明の第二実施例を図４に基
づいて説明する。図４は、この発明を実施する多管式貫
流ボイラの缶体の一部を破断して示したものであり、図
４における参照符号は、前記給水ライン１４に設けた第
一薬注装置１８と第二薬注装置１９を除いて、図１の参
照符号と同一であり、それぞれ同一部材名を表してい
る。したがって、その詳細な説明は省略する。

【００２２】さて、図４において、前記両薬注装置１
８，１９にはそれぞれ薬液タンク（図示省略）が接続さ
れており、それぞれ組成の異なるスケール除去剤が貯留
されている。すなわち、前記第一薬注装置１８の薬液タ
ンクにはポリマー（以下、「薬剤Ａ」と云う）が貯留さ
れており、また前記第二薬注装置１９の薬液タンクには
キレート剤（以下、「薬剤Ｂ」と云う）が貯留されてい
る。ここで、図５に基づいて、前記２種類のスケール除
去剤の前記給水ライン１４への注入について説明する。
一般に、ボイラの運転中は、前記伝熱壁にスケールが除
々に付着することを防止するための手段として、前記薬
剤Ａをスケール分散剤として注入する。しかし、前記軟
水装置の故障等の異常により硬度漏れを起こし、硬度分
を含んだままの水が供給されると、前記伝熱壁における
スケールの付着が促進され、前記伝熱壁の温度が急上昇
する。このような事態になると、前記薬剤Ａによる効果
ではスケールを短時間に除去できなくなる。

【００２３】そこで、この第二実施例にあっては、図５
に示すように、前記温度センサ１６の検出値が高温側設
定温度Ｔに達するまでは、前記制御器１２は前記第一薬
注装置１８へ作動ＯＮ信号を出力する。これにより、前
記第一薬注装置１８は、高温側設定温度Ｔに達するま
で、前記薬剤Ａの前記給水ライン１４への注入を継続す
る。一方、前記第二薬注装置１９は、作動ＯＦＦ状態と
なっている。そして、前記温度センサ１６の検出値が高
温側設定温度Ｔに達すると、前記制御器１２は、前記第
一薬注装置１８へ作動ＯＦＦ信号を出力するとともに、
前記第二薬注装置１９へ作動ＯＮ信号を出力する。この
結果、前記第一薬注装置１８は、前記薬剤Ａの前記給水
ライン１４への注入を停止し、また前記第二薬注装置１
９は、前記給水ライン１４へ前記薬剤Ｂの注入を開始す
る。

【００２４】そして、前記薬剤Ｂ，すなわちキレート剤
の効果は、注入直後、直ちに現れないため、前記伝熱壁
の温度は注入後若干上昇するが、やがてキレート剤の効
果が現れ、前記伝熱壁の温度が低温側設定温度Ｕ以下と
なる。この点において、前記高温側設定温度Ｔは、前記
薬剤Ｂ（キレート剤）の効果が現れるタイムラグを見込
んだ温度に設定され、かつ前記薬剤Ｂの性能に基づいて
決定される。

【００２５】そして、前記薬剤Ｂの注入により、前記伝
熱壁の温度が下降し、前記低温側設定温度Ｕ以下になる
と、前記制御器１２は、前記第二薬注装置１９へ作動Ｏ
ＦＦ信号を出力するともに、前記第一薬注装置１８へ作
動ＯＮ信号を出力する。これにより、前記第二薬注装置
１９は前記薬剤Ｂの注入を停止し、また前記第一薬注装
置１８は前記薬剤Ａの注入を開始する。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、スケ
ールの付着状況に応じて、スケール除去剤の注入量を調
節することができ、軟水装置の異常による硬度漏れに対
しても、的確かつ確実に対応することができる。また、
スケール付着を未然に防止するとともに、スケールの付
着状況に応じて、スケール除去剤の特性を充分に活かす
ことができる。この結果、水管を腐食させずに効果的に
スケールを除去することができる。さらに、この発明に
よれば、重大事故に繋がる水管の烈開，破裂等を確実に
防止することができ、この種の注入方法として頗る効果
的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施する多管式貫流ボイラの缶体の
一部を破断して示す全体説明図である。

【図２】温度センサの検出値と薬注装置のＯＮ，ＯＦＦ
作動の関係を示す作動説明図である。

【図３】この発明の第一実施例の作動説明図で、温度セ
ンサの検出値，薬注装置の注入量および薬注装置のＯ
Ｎ，ＯＦＦ作動の関係を示す説明図である。

【図４】この発明を実施する多管式貫流ボイラの缶体の
一部を破断して示す第二実施例の全体説明図である。

【図５】この発明の第二実施例の作動説明図で、温度セ
ンサの検出値と第一薬注装置および第二薬注装置のＯ
Ｎ，ＯＦＦ作動の関係を示す説明図である。

【符号の説明】

４…水管 １２…制御器 １４…給水ライン １６…温度センサ １７…薬注装置 １８…第一薬注装置 １９…第二薬注装置 Ｔ…高温側設定温度 Ｕ…低温側設定温度 Ｖ…第一高温側設定温度 Ｗ…第一低温側設定温度 Ｘ…第二高温側設定温度 Ｙ…第二低温側設定温度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F22B 37/56

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水管４の温度を検出する温度センサ１６
   と、ボイラへの給水ライン１４へスケール除去剤を注入
   する薬注装置１７とを備え、前記温度センサ１６の検出
   値に基づいて、前記薬注装置１７の作動を制御するよう
   にしたボイラにおけるスケール除去剤の注入方法であっ
   て、前記温度センサ１６の検出値に基づいて前記薬注装
   置１７がＯＮ作動したとき、水管温度に対応して、スケ
   ール除去剤の注入量を調節することを特徴とするボイラ
   におけるスケール除去剤の注入方法。
2. 【請求項２】 給水ライン１４へスケール除去剤を注入
   する方式のボイラにおいて、水管４の温度を検出する温
   度センサ１６の検出値に基づいて、組成の異なるスケー
   ル除去剤を注入することを特徴とするボイラにおけるス
   ケール除去剤の注入方法。