JP4082258B2

JP4082258B2 - ボイラシステム

Info

Publication number: JP4082258B2
Application number: JP2003087015A
Authority: JP
Inventors: 敏広茅原; 剛米田; 敦行真鍋
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP2004290829A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ボイラの伝熱管等の非不動態化金属体に生じる腐食を抑制するボイラシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
日本工業規格（ＪＩＳ）に規定された特殊循環ボイラの範疇に属する貫流ボイラは、給水を加熱して蒸気を発生させるための伝熱管を備えている。このような伝熱管は、炭素鋼等の非不動態化金属を用いて形成されているため、ボイラ水と接触する部位がボイラ水の影響による腐食のために破損し、貫流ボイラの寿命に致命的な影響を及ぼす場合がある。このため、貫流ボイラを長期間安定に運転するためには、伝熱管の腐食を効果的に抑制する必要がある。
【０００３】
ところで、伝熱管に生じる上述のような腐食は、例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３に記載されているように、ボイラに対して供給する給水中に薬剤を添加することにより抑制している。しかし、給水中に添加された薬剤は、一部が蒸気中に取り込まれる可能性がある。この場合、当該蒸気は、例えば食品の調理や加工の用途において、衛生上の観点から、そのまま利用するのは困難になる。また、ボイラの濃縮水を排水する場合、当該濃縮水は、給水に添加された薬剤を含んでいるので、薬剤を除去するための特別な処理を施さない限り、そのまま下水等に排出すると環境汚染を引き起こす可能性がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−２３２２８６号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平４−２８３２９９号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開平６−１５８３６６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、水分の影響によりボイラに生じる腐食を薬剤を用いずに抑制することにある。
【０００８】
【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、請求項１に記載の発明は、原水を軟水化する軟水化手段と、この軟水化手段により処理された水を非不動態化金属体の腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンを捕捉可能で、かつ前記非不動態化金属体の腐食抑制成分であるシリカを透過可能なろ過膜によりろ過するろ過手段と、このろ過手段により処理された水をボイラへ供給する給水手段とを備えることを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のボイラシステムにおいて、前記ろ過膜が負荷電性のナノろ過膜であることを特徴としている。
【００１０】
【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。この実施の形態は、蒸気ボイラ，温水ボイラなどのボイラとこのボイラへの給水装置を含むボイラシステムに適用される。
【００１１】
(実施の形態１）
この実施の形態は、原水を軟水化する軟水化手段と、この軟水化手段により処理された水を非不動態化金属体の腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンを捕捉可能で、かつ前記非不動態化金属体の腐食抑制成分であるシリカを透過可能なろ過膜によりろ過するろ過手段と、このろ過手段により処理された水をボイラへ供給する給水手段とを備えることを特徴としている。
【００１２】
この実施の形態においては、非不動態化金属体に影響する水分を前記ろ過膜を用いて予めろ過処理すると、ろ過処理後の水分は、腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンが除去され、腐食抑制成分であるシリカが残留することになる。したがって、非不動態化金属体は、そのようなろ過処理後の水分が作用した場合、硫酸イオンおよび塩化物イオンが当該水分から取り除かれているためシリカが有効に機能し、腐食を抑制するための薬剤を用いなくても腐食が抑制されやすくなる。また、原水は、前記ろ過膜に処理される前に前記軟水化手段により処理されるので、カルシウムなどの硬度成分が除去されるので、前記ろ過手段を高回収率で運転しても前記ろ過膜へのカルシウムスケールの付着が低減され、前記ろ過膜のろ過性能の低下を低減でされる。
【００１３】
前記ボイラは、蒸気ボイラ，温水ボイラを含み，形式、種類を問わない。そして、前記ボイラは、原水が供給される缶体，熱交換器の全て，またはその一部を非不動態化金属体により構成している。
【００１４】
前記非不動態化金属は、中性水溶液中において自然には不動態化しない金属をいい、具体的には、炭素鋼、鋳鉄、銅および銅合金である。なお、炭素鋼は、中性水溶液中においても、高濃度のクロム酸イオンの存在下では不動態化する場合があるが、この不動態化はクロム酸イオンの影響によるものであって中性水溶液中での自然な不動態化とは言い難い。したがって、炭素鋼は、ここでの非不動態化金属の範疇に属する。また、銅および銅合金は、電気化学列（emf series）が貴な位置にあるため、通常は水分の影響による腐食が生じ難い金属と考えられているが、中性水溶液中において自然に不動態化するものではないので、ここでの非不動態化金属の範疇に属する。
【００１５】
前記腐食促進成分とは、前記ボイラの非不動態化金属で形成される腐食が発生しやすい部位、特に、内側に水分（ここでは、ボイラ水Ｗ）が存在し、かつ外側から加熱される伝熱管の内面に作用してその腐食を促進するものをいう。そして、本発明における腐食促進成分とは、硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２−）および塩化物イオン（Ｃｌ⁻）の両者である。
【００１６】
なお、日本工業規格ＪＩＳＢ８２２３：１９９９は、貫流ボイラを含む特殊循環ボイラの腐食を抑制する観点から、当該ボイラのボイラ水の水質に関する各種の管理項目および推奨基準を規定しており、塩化物イオン濃度の規制値を設けているが、ボイラ水の硫酸イオン濃度については言及していない（すなわち、硫酸イオンが腐食に関与するものとは認識していない）。しかし、本発明者等は、ボイラ水水質と腐食との関係を長年に亘って研究した成果として、ボイラ水に含まれる硫酸イオンが腐食促進成分としてボイラの伝熱管等に作用していることを確認している（例えば、特願２００１−３２３０５１号参照）。
【００１７】
一方、前記腐食抑制成分とは、前記貫流ボイラの腐食が発生しやすい部位、特に、前記貫流ボイラの伝熱管の内面に作用し、そこに生じる腐食を抑制可能なものをいう。そして、本発明における腐食抑制成分とは、シリカ（すなわち、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２））である。
【００１８】
なお、補給水（原水）中に含まれるシリカは、通常、前記伝熱管におけるスケール発生成分と認識されており、通常は可能な限りその濃度を抑制するのが好ましいと考えられている。しかし、本発明者等は、ボイラ水水質と腐食との関係を長年に亘って研究した成果として、ボイラ水に含まれるシリカが腐食抑制成分として伝熱管５等に作用していることを確認している（例えば、特開２００１−３３６７０１号公報、特開２００１−３３５９７５号公報および特開２００２−１８４８７号公報参照）。
【００１９】
因みに、シリカは、原水として用いる水道水や工業用水において、通常含有されている成分である。
【００２０】
腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンを捕捉して取り除くことができ、また、腐食抑制成分であるシリカを透過することができる機能を有する前記ろ過膜の種類は、特に限定されるものではないが、通常、ナノろ過膜が用いられる。ナノろ過膜は、２ｎｍ程度より小さい粒子や高分子（分子量が最大数百程度のもの）の透過を阻止することができる液体分離膜であり、ろ過機能の点において、限外ろ過膜（分子量が１，０００〜３００，０００程度のものをろ別可能な膜）と逆浸透膜（分子量が数十程度のものをろ別可能な膜）との中間に位置する機能を有するものである。前記ろ過膜は、ポリアミド系複合合成膜を用いて形成できる。因みに、ナノろ過膜は、各社より市販されており、容易に入手することができる。
【００２１】
前記ろ過膜は、ろ過膜モジュールとして構成されるが、モジュールの形態としては、スパイラルモジュール，中空糸モジュール，あるいは平膜モジュールなどが用いられる。
【００２２】
前記実施の形態１によれば、前記ろ過膜により原水をろ過処理すると、ろ過処理後の水分は、腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンが除去され、腐食抑制成分であるシリカが残留することになる。したがって、前記非不動態化金属体は、そのようなろ過処理後の水分が作用した場合、硫酸イオンおよび塩化物イオンが当該水分から取り除かれているためシリカが有効に機能し、腐食を抑制するための薬剤を用いなくても腐食が抑制されやすくなる。また、前記軟水化手段により硬度成分の除去により、前記ろ過膜へのカルシウムスケールの付着を低減できる効果を奏する。
【００２３】
（実施の形態２）
この実施の形態は、前記実施の形態１において、前記ろ過膜を負（マイナス）荷電性のナノろ過膜とすることを特徴としている。
【００２４】
この実施の形態２のように前記ろ過膜として、負荷電性の膜を用いた場合、発明者らは、２価の陽イオン，すなわちカルシウム，マグネシウムが数ｐｐｍ以上存在すると、腐食促進成分、すなわち硫酸イオンおよび塩化物イオンの除去性能が悪くなることを確認している。そこで、前記ろ過膜により処理される水を予め軟水化手段を通すことにより、前記２価の陽イオンを除去でき、これにより硫酸イオンおよび塩化物イオンの除去性能の低下を防止できる。
【００２５】
【実施例】
（実施例の構成）
以下、この発明の具体的一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明の一実施例の貫流式蒸気ボイラを備えたボイラシステムの概略を説明する図である。
【００２６】
図において、実施例のボイラシステムは、ボイラ１と前記ボイラ１へ処理水を供給する給水手段としての給水装置２とを主に備えている。
【００２７】
前記ボイラ１は、給水装置２からの給水が導入される下部ヘッダ，この下部ヘッダに対して起立するように設けられた複数本の伝熱管と、これら伝熱管の上端部に設けられる上部ヘッダとを含む周知構成の缶体（いずれも図示省略）を有している。前記上部ヘッダには、負荷装置（図示省略）へ蒸気を供給するための蒸気供給路３備えている。前記伝熱管は、前記非不動態化金属体である炭素鋼にて形成される。
【００２８】
前記給水装置２は、前記ボイラ１に処理水を供給するためのものであり、原水供給路４、この原水供給路４からの補給される原水を処理し前記ボイラ１に処理水を供給するための給水経路５を備えている。
【００２９】
前記給水経路５には、軟水化装置６、ろ過装置７，脱酸素装置８および給水タンク９を処理水の上流側から下流側へこの順に備えている。前記ろ過装置７の上流側には、ポンプ（図示省略）を設ける。
【００３０】
また、前記軟水化装置６は、原水中に含まれる硬度成分をナトリウムイオンに置換して原水を軟水に変換するためのものである。
【００３１】
また、前記ろ過装置７は、軟水化装置６により処理された処理水を、脱酸素装置８において処理する前にろ過膜を用いてろ過処理するためのものである。このろ過装置７において用いられるろ過膜は、処理水中に含まれる硫酸イオンおよび塩化物イオンを捕捉して取り除くことができ、また、処理水中に含まれるシリカを透過することができる機能を有する負荷電性のナノろ過膜を用いている。
【００３２】
また、前記脱酸素装置８は、処理水中に含まれる溶存酸素を機械的に除去するためのものである。脱気膜の一方に被処理水流通させ、他方を真空排気手段により真空吸引することで、被処理水中の溶存酸素を脱気する周知構成のものである。
【００３３】
さらに、前記給水タンク９は、前記給水経路６において軟水化処理、ろ過処理および脱酸素処理され前記ボイラ１へ供給する処理水を貯留するためのものである。前記給水タンク９は、前記ボイラ１から熱交換器等の負荷装置（図示省略）に供給された蒸気の凝縮水（復水）が流入するように構成されている。
【００３４】
前記給水タンク９と前記ボイラ１との間には、前記給水タンク９に貯留された処理水および復水を、給水として前記ボイラ１の缶体に供給するためのものポンプ（図示省略）を備えている。
【００３５】
（実施例の作用）
つぎに、前記実施例のボイラシステムの作用を説明する。前記原水供給路４を通して供給される原水は、前記軟水化装置６を透過する際に、カルシウムやマグネシウムの硬度成分が除去されて、軟水となる。
【００３６】
この軟水は、前記ろ過装置７においてろ過処理される。具体的には、当該軟水が前記ろ過装置７を通過する際、硫酸イオンおよび塩化物イオンは、硫酸マグネシウムで約９７％が，塩化ナトリウムで約８５％が前記ろ過膜により捕捉され、軟水から除去される。一方、軟水に含まれるシリカは、約７５％が軟水とともにろ過膜を透過する。このようにして得られたろ過処理水は、脱酸素装置９を通過し、給水タンク９に貯留される。その結果、給水タンク９には、脱酸素処理された、シリカを含む軟水が給水として貯留され、前記ボイラ１へ供給されることになる。こうして、前記ボイラ１の腐食を抑制できる。
【００３７】
前記ろ過装置７のナノろ過膜によるろ過処理において、処理する水が軟水とされている，すなわちカルシウム分が除去されているので、前記ナノろ過膜へのカルシウムスケール付着が低減される。また、負荷電性の前記ナノろ過膜により前記の２価の陽イオンが除去されているので、硫酸イオンおよび塩化物イオンの除去性能の低下が防止される。その結果、前記ろ過装置７を高回収率にて運転することが可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
この発明によれば、水分の影響によりボイラに生じる腐食を薬剤を用いずに抑制でき、環境対応のボイラシステムを提供できるるとともに、ろ過膜へのカルシウムスケール付着によるろ過性能の低下を低減でき、ろ過装置を高回収率にて運転することができるなど産業的価値は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例のボイラシステムの概略説明図である。
【符号の説明】
１ボイラ
２給水装置
６軟水化装置
７ろ過装置

Claims

原水を軟水化する軟水化手段６と、この軟水化手段６により処理された水を非不動態化金属体の腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンを捕捉可能で、かつ前記非不動態化金属体の腐食抑制成分であるシリカを透過可能なろ過膜によりろ過するろ過手段７と、このろ過手段７により処理された水をボイラへ供給する給水手段２とを備えるボイラシステム。
前記ろ過膜が負荷電性のナノろ過膜である請求項１に記載のボイラシステム。