JP4735363B2 - ボイラ装置の運転方法及びボイラ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボイラ装置の運転方法等に関し、特には、ボイラの運転開始時にも好適に脱酸素処理された補給水をボイラ本体に供給できるボイラ装置の運転方法及びその方法に基づいて運転されるボイラ装置に関する。

現在一般的に用いられているボイラ用水は原水（市水、工業用水等）から硬度成分（Ｃａ、Ｍｇ等）を除去した軟化水である。ボイラ用水は、さらに、ボイラチューブ等の腐蝕を防止するために、水中の溶存酸素を除去する脱酸素処理が行われている。脱酸素処理の方法としては、脱気機を使用する機械的処理や、脱酸素剤を補給水に添加する化学的処理が一般的である。

機械的処理としては、窒素脱気、真空脱気、膜分離等の方法が挙げられる。化学的処理に使用される脱酸素剤としては、例えば、ヒドラジン、亜硫酸塩、糖類等が挙げられる。

ところで、近年では、省エネルギー及び節水のため、ボイラで発生したドレンを給水タンクへ戻して再利用するケースが増えている。ドレンは高温であるため、そのまま給水タンクへ戻されると給水タンク内の給水の温度が高くなる。そして、ボイラ運転中はドレンが常に給水タンクへ戻されるため、給水タンク内の給水の温度は高く保たれる。

一方、ボイラの運転開始時においては、ドレンが発生していないため、給水の温度は低い。水の性状として、水温が低いほど溶存酸素濃度は高いため、運転開始時からドレン回収が始まるまでの間にボイラへ供給される補給水の溶存酸素濃度は高い可能性がある。一般に、上述の脱酸素処理の条件（脱酸素剤の添加量や脱酸素器の運転条件）は、ドレンが回収され始めて補給水の水温が高くなったときの、同補給水の溶存酸素濃度に基づいて決定されおり、運転開始時の、水温が低く溶存酸素濃度が高い場合に適する条件ではない。つまり、一般的には、運転開始時も、補給水の温度が上がり溶存酸素濃度が低くなったときの条件に基づいた脱酸素処理が行われていることになり、十分な脱酸素処理は行われていない可能性がある。このような事実は現状ではあまり重要視されておらず、特別な対処はなされていない。しかし、運転開始の回数を重ねるうちに腐蝕が進行し、ボイラ本体の損傷（ボイラチューブの腐蝕など）が発生するような事態を招くおそれもある。

一方、低い水温に適した脱酸素処理、脱酸素剤の添加、脱酸素剤の条件を設定することも考えられる。しかし、運転中は上述の理由により給水温度が上昇し、溶存酸素濃度は低くなるので、低水温に適した条件のままだと、化学的処理の場合には、脱酸素剤の添加量が過剰になり、余分な脱酸素剤が熱分解して蒸気配管の腐蝕が生じ、水質の悪化を招く怖れがある。また、機械的処理の場合には、運転開始時の低い水温における溶存酸素を除去するのに十分な能力を有する機器を設置することも考えられるが、運転開始時以外の運転時間の大部分については、機器の能力を持て余すこととなる。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、脱酸素剤の過剰な添加や高い脱酸素機能を有する脱酸素機器を設置することなく、ボイラ運転開始時の給水を確実に脱酸素する方法及びそのような方法により運転されるボイラ装置を提供することを目的とする。

本発明のベースとなるボイラ装置の運転方法は、 原水供給源から補給水を供給される給水タンクと、 該給水タンクの水を脱酸素処理する手段と、 該手段で脱酸素された水の溶存酸素濃度を計測する溶存酸素濃度計と、 脱酸素後の水を供給されるボイラ本体と、 該ボイラ本体で発生した蒸気が復水したドレンを前記給水タンクに戻す配管と、を備えるボイラ装置の運転方法であって、 前記給水タンク内の水を脱酸素処理して該給水タンク内の水の溶存酸素濃度を所定値以下に調整する溶存酸素濃度調整工程と、 該工程において溶存酸素濃度調整された水を前記ボイラ本体に供給する工程と、を含むことを特徴とする。

ボイラ装置においては、給水タンクに戻されるドレンの量が少なかったり、補給水の水温が低い場合、給水タンク内の水の溶存酸素濃度が高くなる。そこで、予め給水タンク内に貯留されている水全体を溶存酸素濃度を測定しながら脱酸素処理して、同濃度を所定の低い値に調整しておく。この濃度調整された水をボイラ本体に供給するので、溶存酸素濃度が高い補給水をボイラ本体に供給するという事態を避けることができ、高い溶存酸素濃度の水によるボイラチューブやエコノマイザ−チューブ等の機器の腐蝕を予防できる。

本発明においては、 ボイラの運転開始時に、 まず、前記給水タンクに所定時間のボイラ運転に必要な水を貯留し、 次いで、該給水タンク内の水の全量について脱酸素処理を行うとともに該水の溶存酸素濃度を計測し、 計測された溶存酸素濃度が所定値以下となって初めて前記ボイラ本体への給水と該ボイラの運転を開始することが好ましい。

ボイラ運転開始時はドレンが発生しておらず、したがって、戻りドレンが供給されていない給水タンク内の水の水温は低く、タンク内の水の溶存酸素濃度が高いおそれがある。そこで、運転開始時は、補給水タンクに予め水を貯留しておき、その水を、溶存酸素濃度を計測しながら、同濃度が所定値以下となるまで脱酸素処理しておく。そして、この脱酸素処理された水をボイラ本体に供給してボイラの運転を開始する。このため、運転開始時においても、溶存酸素濃度が低い水をボイラ本体に供給できるので、ボイラチューブやエコノマイザチューブなどの腐蝕の進行を遅らせることができる。

本発明においては、 前記脱酸素手段が前記給水タンクの出口側のサブタンクを含んで構成されており、 該サブタンクから前記給水タンクへの戻り配管が設けられており、 前記溶存酸素濃度調整工程において、前記給水タンクとサブタンクとの間で水を循環させながら脱酸素処理を行うことが好ましい。

この場合、補給水を給水タンクとサブタンク間で循環させながら脱酸素処理するので、一般に使用されている程度の溶存酸素除去能力を有する脱酸素器を使用した場合にも、大量の水を脱酸素処理できる。

本発明のベースとなるボイラ装置は、 原水供給源から補給水を供給される給水タンクと、 該給水タンクの水を脱酸素処理する手段と、 該手段で脱酸素された水の溶存酸素濃度を計測する溶存酸素濃度計と、 脱酸素後の水を供給されるボイラ本体と、 該ボイラ本体で発生した蒸気が復水したドレンを前記給水タンクに戻す配管と、を備えるボイラ装置であって、 前記給水タンク内の水を脱酸素して該水の溶存酸素濃度を所定値以下に調整する溶存酸素濃度調整手段と、 該手段において溶存酸素濃度調整された水を前記ボイラ本体に供給する配管と、をさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、補給水の溶存酸素濃度を予め所定値以下に調整しておいた後、ボイラ本体に供給する。このため、高い溶存酸素除去能力の脱酸素器を使用しなくても、一般に使用されている程度の溶存酸素除去能力の脱酸素器で脱酸素処理できる。

本発明においては、 さらに、前記脱酸素手段が前記給水タンクの出口側のサブタンクを含んで構成されており、 該サブタンクから前記給水タンクへの戻り配管と、をさらに備えることが好ましい。

この場合、ドレンの量が少なく水温の低い運転開始時において、給水タンクとサブタンク間で補給水を循環させながら、比較的大量の水を、通常に使用されている能力程度の脱酸素器を使用して脱酸素処理を行うことができる。

本発明においては、ボイラ装置の形式は、丸ボイラ、水管ボイラ、貫流ボイラ、特殊ボイラ等を含む。これらのボイラは、低圧、中圧、高圧のいずれのボイラであってもよい。
また、原水タンクの水は、軟化水、純水、これらの混合水のいずれであってもよい。

さらに、脱酸素処理手段としては、脱気器を使用する機械的処理手段であればいずれの方法でもよく、窒素脱気、真空脱気、膜分離、及び、これらの組み合わせ等の方法を挙げることができる。

また、溶存酸素濃度を計測する溶存酸素濃度計としては、酸素透過膜を使用したセンサー、化学的分析方法（ＪＩＳ Ｋ０１０１、Ｂ８２２４）を用いた分析機器を挙げることができる。溶存酸素濃度の閾値としては、例えば、０．５ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは０．１ｍｇ／Ｌとすることができる。

また、給水タンクに貯留する水の量は、例えば、２〜３時間分の蒸気の発生をまかなえる量とすることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ボイラ運転開始時に、予め給水タンク内の補給水全体を脱酸素処理して溶存酸素濃度を低い値に調整した補給水をボイラ本体に供給するので、溶存酸素濃度が高くなるという事態を避けることができる。その結果、ボイラチューブやエコノマイザ−チューブ等の機器の腐蝕を予防でき、寿命の長いボイラ装置を提供できる。

発明を実施するための形態

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るボイラ装置の構成を説明するための図である。
ボイラ装置は、原水タンク１０と、原水タンク１０から補給水を供給される給水タンク２０と、給水タンク２０の水を脱酸素処理する脱酸素装置３０と、脱酸素後の水を供給されるボイラ本体７０と、ボイラ本体７０で発生した蒸気を復水したドレンを給水タンクに戻す配管Ｌ４などから主に構成される。

まず、ボイラ装置全体の構成を簡単に説明する。
原水タンク１０には、図示しない軟水器により軟化処理された原水（市水、地下水、工業用水等）が貯留されている。貯留された原水は、配管Ｌ１を通って給水タンク２０に供給される。配管Ｌ１には、弁Ｖ１が設けられている。給水タンク２０に供給された原水は、配管Ｌ２を通って、脱酸素装置（溶存酸素濃度調整手段）３０に含まれているサブタンク４０（詳細後述）に供給される。サブタンク４０で脱酸素処理された給水は、配管Ｌ３を通ってボイラ本体７０へ供給される。配管Ｌ３には、弁Ｖ３が設けられている。ボイラ本体７０で発生する蒸気は配管Ｌ４を通って需要箇所に送給され、蒸気のドレン（復水）は配管Ｌ５を通って給水タンク２０へ回収される。

脱酸素装置３０について説明する。
脱酸素装置３０は、この例では、窒素式脱酸素装置を用いている。この例の脱酸素装置３０は、給水タンク２０の配管Ｌ２が接続するサブタンク４０と、窒素発生器５０を備える。この窒素発生器５０は、一般に使用されている程度の脱酸素除去能力を有すればよい。サブタンク４０には、窒素発生器５０から散気管５１が接続しており、サブタンク４０内の給水に窒素を散気し、脱酸素している。また、サブタンク４０には、給水タンク２０に戻る戻り配管４１が設けられている。同戻り配管４１にはポンプ４２が設けられており、サブタンク４０から給水タンク２０に給水が送られる。さらに、サブタンク４０には溶存酸素計６０が設けられており、同タンク内の水の溶存酸素濃度を計測している。

次に、ボイラ装置の運転方法を説明する。
ボイラ運転開始時には、蒸気発生速度が特に大きいので、低温の給水が多量に給水タンク２０に供給される。低温の給水には多量の溶存酸素が含有されるため、このままでボイラ本体７０へ供給すると、ボイラチューブなどの腐蝕が進行することになる。そこで、まず、数時間分の蒸気量をまかなえるだけの水を原水タンク１０から給水タンク２０へ供給しておき、いったん配管Ｌ１の弁Ｖ１を閉めて給水タンク２０への原水の供給を停止する。

続いて、給水タンク２０から配管Ｌ２を通してサブタンク４０へ水を供給する。この時、サブタンク４０からボイラ本体７０への配管Ｌ３の弁Ｖ３を閉め、サブタンク４０からボイラ本体７０への給水を停止しておく。サブタンク４０に供給された水は、窒素発生器５０から散気管５１を通って供給された窒素により脱酸素される。同タンク４０内の水の溶存酸素濃度は、溶存酸素濃度計６０で計測されている。同時に、配管４１のポンプ４２を稼動させて、サブタンク４０から給水タンク２０へ水を送る。こうして、溶存酸素計６０で計測される溶存酸素濃度が所定値以下となるまで、窒素発生器５０による脱酸素処理を行いながら水を給水タンク２０とサブタンク４０間で循環させる。

溶存酸素計６０で計測された濃度が所定値以下となると、ポンプ４２を停止して、サブタンク４０と給水タンク２０間の水の循環を停止する。そして、配管Ｌ３の弁Ｖ３を開き、溶存酸素濃度が所定値以下となった水をサブタンク４０からボイラ本体７０に供給し、ボイラ本体７０の運転を開始する。

その後、配管Ｌ５からドレンが給水タンク２０へ回収され始めると、配管Ｌ１の弁Ｖ１を開き原水タンク１０から給水タンク２０への原水の供給を開始する。ドレンを原水と混合させることにより、水温が上昇し、溶存酸素濃度が低くなる。このため、通常の酸素除去能力を有する窒素発生器５０における配管Ｌ２から配管Ｌ３に水を流しながらの処理でも十分に脱酸素することが可能になる。

なお、需要箇所での蒸気の使用状況によりドレン回収量は変動する。そこで、給水タンク２０内の水温を高く維持するために、原水タンク１０からの水の供給量を調節することが好ましい。給水タンク２０の設定水温は、後段の脱酸素装置３０の能力に応じて設定する。具体的には、脱酸素装置３０が除去できる溶存酸素濃度以下の濃度となるように水温を設定する。

本発明においては、給水タンク２０内の水温を上昇させるために、給水タンク２０内の水を加熱する加熱手段を設けてもよい。加熱手段としては、ボイラ本体７０で発生する蒸気を給水タンク２０へ導入することができる。

さらに、他の溶存酸素除去手段を併用してもよい。溶存酸素除去手段としては、脱酸素剤による化学的処理や、窒素脱気や真空脱気、膜脱気等の機械的処理が挙げられる。

<実施例>
図１のボイラ本体７０として、小型還流ボイラを使用した。同ボイラの運転条件は、給水速度：１．１ｔ／ｈ、圧力：０．７ＭＰａ、蒸気発生量：１ｔ／ｈ、ブロー率：１０％、ドレン水温：７５℃であり、運転時間は毎日午前４時から午後１０時までとした。原水は工業用水を軟化処理したもの（ｐＨ８．０、０．８ｍＳ／ｍ、Ｍアルカリ度：３５ｍｇ／Ｌ、Ｃｌ濃度：１０ｍｇ／Ｌ、Ｃａ＋Ｍｇ濃度：１ｍｇ／以下、ＳｉＯ_２濃度：４３ｍｇ／Ｌ）を使用した。

ボイラ運転前の給水の脱酸素処理を行うために、まず、原水タンク１０から給水タンク２０へ３．３ｔの水を給水した。この水量は３時間分の蒸気をまかなえる量に相当する。次に、ポンプ４２を稼動させて給水タンク２０とサブタンク４０間で水を循環させつつ、窒素発生器５０から発生させた窒素をサブタンク４０に導入して、溶存酸素濃度計６０で濃度を計測しながら脱酸素処理を行った。この処理を午前６時から午前７時まで行った。その結果、午前６時には溶存酸素濃度が１０ｍｇ／Ｌであったが、午前７時には１．７ｍｇ／Ｌに低下した。

この後、ボイラ本体７０の運転を開始した。すなわち、配管４１のポンプ４２を停止し、配管Ｌ３の弁Ｖ３を開いてサブタンク４０からボイラ本体７０へ給水の供給を開始し、ボイラ本体７０の運転を開始した。ドレン回収は午前１０時から始まった。この後、原水タンク１０から給水タンク２０へ水の供給を開始した。

この実施例におけるサブタンク４０内の給水の温度と溶存酸素濃度を表１に示す。この表から、午前４時から午前６時までの運転開始時は、水温が低く、溶存酸素濃度は１０ｍｇ／Ｌと高い。しかし、午前６時から午前７時までの脱酸素工程により、午前７時から３時間分（午前１０時まで）の水を脱酸素処理されたことになる。その結果、給水の水温はさほど上昇していないが、午前７時には１．７ｍｇ／Ｌ、午前１０時には０．４ｍｇ／Ｌに低下している。その後、午前１０時に脱酸素工程でまかなわれた分の脱酸素された補給水の供給が終了し、原水タンク１０から給水タンク２０へ水が供給され始めるが、同時刻にドレン回収が始まるので水温が上昇し始め、窒素発生器５０による脱酸素作用により０．４ｍｇ／Ｌ程度を推移している。

<比較例>
実施例１で使用したボイラ装置において、脱酸素処理を実施しないこと以外は同様の条件でボイラ運転を実施して、同様に給水タンク内の水温及び溶存酸素濃度を計測した。

この比較例におけるサブタンク内の給水の温度と溶存酸素濃度を表２に示す。この表から、午前４時から午前６時までの運転開始時は、水温が低く、溶存酸素濃度は１０ｍｇ／Ｌと高く、その後午前８時には水温の上昇によって７．８ｍｇ／Ｌにやや低下している。そして、午前１０時からドレン回収が始まって原水タンク１０から給水タンク２０へ水が供給され始めると、水温が上昇して７．２ｍｇ／Ｌ程度に低下しているが、実施例に比べてかなり高い値である。

次に、脱酸素効果の確認として、上記の実施例及び比較例において、ボイラ下部から１５０ｍｍの高さに設置した炭素鋼製の試験片、及び配管に設置したエコノマイザ−（図示されず）の入口に設置した炭素鋼（ＳＳ４１）製の試験片（５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍ）の腐蝕速度（試験期間７日間）を測定した。

実施例と比較例の腐蝕速度の測定結果を表３に示す。表３から、いずれの試験片においても、実施例における腐蝕速度は比較例の約１／５程度に低減されていることがわかる。

本発明の実施の形態に係るボイラ装置の構成を説明するための図である。

符号の説明

１０ 原水タンク ２０ 給水タンク
３０ 窒素式脱酸素装置 ４０ サブタンク
４１ 配管 ４２ ポンプ
５０ 窒素発生器 ５１ 散気管
６０ 溶存酸素濃度計 ７０ ボイラ本体
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５ 配管
Ｖ１、Ｖ３ 弁

Claims (4)

1. 原水供給源から補給水を供給される給水タンクと、
   該給水タンクの水を脱酸素処理する手段と、
   該手段で脱酸素された水の溶存酸素濃度を計測する溶存酸素濃度計と、
   脱酸素後の水を供給されるボイラ本体と、
   該ボイラ本体で発生した蒸気が復水したドレンを前記給水タンクに戻す配管と、
   を備えるボイラ装置の運転方法であって、
   前記給水タンク内の水を脱酸素処理して該給水タンク内の水の溶存酸素濃度を所定値以下に調整する溶存酸素濃度調整工程と、
   該工程において溶存酸素濃度調整された水を前記ボイラ本体に供給する工程と、
   を含み、
   前記脱酸素手段が前記給水タンクの出口側のサブタンクを含んで構成されており、
   該サブタンクから前記給水タンクへの戻り配管が設けられており、
   前記脱酸素手段の能力は、前記ドレンが前記給水タンクに回収され始めて水温が高くなったときの水の溶存酸素濃度に基づいて決定されており、
   ボイラの運転開始時に、
   まず、前記給水タンクに所定時間のボイラ運転に必要な水を貯留し、
   次いで、該給水タンク内の水の全量について、前記給水タンクとサブタンクとの間で水を循環させながら脱酸素処理を行うとともに該水の溶存酸素濃度を計測し、
   計測された溶存酸素濃度が所定値以下となって初めて前記ボイラ本体への給水と該ボイラ本体の運転を開始する、ことを特徴とするボイラ装置の運転方法。
2. 原水供給源から補給水を供給される給水タンクと、
   該給水タンクの水を脱酸素処理する手段と、
   該手段で脱酸素された水の溶存酸素濃度を計測する溶存酸素濃度計と、
   脱酸素後の水を供給されるボイラ本体と、
   該ボイラ本体で発生した蒸気が復水したドレンを前記給水タンクに戻す配管と、
   を備えるボイラ装置であって、
   前記給水タンク内の水を脱酸素して該水の溶存酸素濃度を所定値以下に調整する溶存酸素濃度調整手段と、
   該手段において溶存酸素濃度調整された水を前記ボイラ本体に供給する配管と、を備え、
   前記脱酸素手段が前記給水タンクの出口側のサブタンクを含んで構成されており、
   該サブタンクから前記給水タンクへの戻り配管を備え、
   前記脱酸素手段の能力は、前記ドレンが前記給水タンクに回収され始めて水温が高くなったときの水の溶存酸素濃度に基づいて決定されており、
   ボイラの運転開始時に、
   まず、前記給水タンクに所定時間のボイラ運転に必要な水を貯留し、
   次いで、該給水タンク内の水の全量について、前記給水タンクとサブタンクとの間で水を循環させながら脱酸素処理を行うとともに該水の溶存酸素濃度を計測し、
   計測された溶存酸素濃度が所定値以下となって初めて前記ボイラ本体への給水と該ボイラ本体の運転を開始する、ことを特徴とするボイラ装置。
3. 前記ボイラ本体の運転開始後は、前記サブタンクと前記給水タンク間の水の循環を停止し、前記サブタンクから前記ボイラ本体に水を供給する、ことを特徴とする請求項１記載のボイラ装置の運転方法又は請求項２記載のボイラ装置。
4. 前記給水タンクに貯留する水の量は、２〜３時間分の蒸気の発生をまかなえる量であることを特徴とする請求項１又は３記載のボイラ装置の運転方法又は請求項２又は３記載のボイラ装置。

Images