JP5184766B2 - ボイラ給水の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボイラ給水の処理方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、ボイラ缶水に脱酸素剤、防食剤などの薬剤を添加することなく、ボイラから発生する蒸気の凝縮水が水道水の水質基準を満たし、しかもボイラの腐食を効果的に防止することができるボイラ給水の処理方法に関する。

ボイラの缶体は、ボイラ及び圧力容器の構造規格により、鉄を用いなければならない。しかし、鉄が水分に接していると、接液部において溶解と酸化による腐食が発生し、構造上の強度が保てなくなる。そこで、腐食を防ぐために、缶体内を腐食皮膜ができる環境に保ち、腐食の進行を防止する。低圧ボイラにおいては、缶内に入った酸素を亜硫酸塩、ヒドラジン、コハク酸塩、タンニン酸などの脱酸素剤を用いて吸着・吸収させ、アルカリ剤を添加してｐＨを１１.０以上に保って、ボイラ缶体の接液部の腐食を抑制し、さらに中和性アミン、皮膜性アミンなどを添加することにより、蒸気・復水系における腐食を防止している。

しかしながら、蒸気の用途によっては、発生した蒸気の凝縮水が水道水の水質基準を満たすことが必要で、薬剤の使用が許されない場合がある。従来は、製品の加熱や殺菌に、ボイラで発生させた蒸気により、熱交換器を用いて製品と間接的に熱交換する場合が多かった。近年、この蒸気を熱交換器を使用せず、直接製品に吹き込んで製品の加熱や殺菌を行うことが試行されている。

食品製造工場、例えば、牛乳製造工場では、搾乳された原乳のおいしさを維持するために、蒸気を直接原乳に吹き込み、殺菌することが行われている。このような状況下では、蒸気に万一異物が含まれると、この蒸気を吹き込んだ乳製品は品質が維持できないために出荷されず、廃棄されてしまう。従来は、このような蒸気の質は注目されることがなく、最終製品の品質を経験者が官能試験により判定し、合格品のみを出荷していた。このような状況は、牛乳のみならず、コーンフレークなどのシリアル、レトルト食品や缶詰などの製造工程でも発生する他に、病院におけるガーゼ、包帯などの殺菌などでも発生する。

従来、きちんと水処理され、管理されたボイラを使用する限りは、蒸気の質はあまり問題にならなかった。しかし、近年、比較的価格が安く、無人運転が可能な小型貫流ボイラが普及してきた。小型貫流ボイラにおいては、ボイラ給水がほぼ全量蒸気化されるために、蒸気に不純物が含まれやすい傾向がある。従って、このようなボイラを使用する工場な
どでは、ボイラ給水に薬剤を添加しないことが望まれる。

ボイラ缶水に薬剤を添加することなく軟化水給水ボイラを使用するとき、軟化水のＰ比、すなわち、ボイラ給水のＭアルカリ度とシリカ濃度の比が１.７を超える場合は、ｐＨ調整剤を用いることなく、軟化水中のＭアルカリ度成分のみでボイラ缶水のｐＨを上昇させる場合がある。しかし、この方法では、軟化水中に含まれるその他の成分によって、蒸気の凝縮水のｐＨが低下したり、熱分解生成物により全有機体炭素（ＴＯＣ）濃度が高くなり、水道水の水質基準に示された基準値を超えてしまう場合がある。

本発明は、ボイラ缶水に脱酸素剤、防食剤などの薬剤を添加することなく、ボイラから発生する蒸気の凝縮水が水道水の水質基準を満たし、しかもボイラの腐食を効果的に防止することができるボイラ給水の処理方法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、ボイラ給水として純水に軟化水を混合してボイラ缶水及び／又は蒸気の凝縮水のｐＨを制御することにより、薬剤を添加することなく、ボイラの腐食を効果的に防止し得ることを見いだし、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）薬剤無添加ボイラであって、蒸気を直接製品の加熱又は殺菌に使用する小型貫流ボイラにおいて、ボイラ給水として純水に軟化水を混合し、ボイラ給水のＭアルカリ度を１５〜５０ｍｇ／Ｌに調整することにより、ボイラ缶水のｐＨを１１.０〜１２.０に制御し、蒸気の凝縮水のｐＨを５.０以上に制御することを特徴とするボイラ給水の処理方法、及び、
（２）製品が食品である場合において、ボイラ給水のＭアルカリ度を１５〜３５ｍｇ／Ｌに調整することを特徴とする(１)記載のボイラ給水の処理方法、
を提供するものである。

本発明のボイラ給水の処理方法によれば、ボイラ缶水に脱酸素剤、防食剤などの薬剤を添加することなく蒸気を発生させるので、蒸気の凝縮水に水道水の水質基準値を超える成分が含まれることがなく、しかも、ボイラの腐食を効果的に防止することができる。また、得られる蒸気には安全上問題となる物質は含まれていないので、そのまま直接製品と接触させて加熱や殺菌に使用することができる。

本発明のボイラ給水の処理方法においては、薬剤無添加ボイラにおいて、ボイラ給水として純水に軟化水を混合することにより、ボイラ缶水のｐＨと、発生するＣＯ₂による凝縮水のｐＨを制御する。本発明において、薬剤無添加ボイラとは、ボイラ給水及びボイラ缶水に、清缶剤、脱酸素剤、防食剤、スラッジ分散剤、スケール防止剤、キャリオーバ防止剤などの薬剤を一切添加することなく運転されるボイラである。本発明に用いる純水は、Ｈ型の強酸性カチオン交換樹脂とＯＨ型の強塩基性アニオン交換樹脂とを組み合わせて使用し、原水中の全イオンをイオン交換して得られる水であり、例えば、２床３塔式純水製造装置などを用いて製造することができる。さらに、逆浸透膜法を用いてもよい。本発明に用いる軟化水は、Ｎａ型強酸性カチオン交換樹脂を充填したイオン交換塔に原水を通水してカルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの硬度成分を除去した水であり、軟化水はナトリウムイオン、重炭酸イオンなどのイオンを含み、アルカリ性を示す。

本発明方法においては、ボイラ給水として純水に軟化水を混合することにより、ボイラ缶水のｐＨを１１.０〜１２.０に制御することが好ましく、１１.４〜１１.８に制御することがより好ましい。ボイラ缶水のｐＨが１１.０未満であると、腐食が進行する箇所が発生するおそれがある。又、ボイラ給水のＭアルカリ度は１５〜５０ｍｇ／Ｌに調整する。ボイラ給水のＭアルカリ度が１５ｍｇ／Ｌ未満となると、ボイラ缶水のｐＨを１１.０以上に調整することができなくなる。一方５０ｍｇ／Ｌを超えると、今度は蒸気の凝縮水のｐＨが５.０以下となってしまい、一般的に直接製品と接触させることが困難となる。特に製品が食品の場合、凝縮水は飲料水基準を満足させる必要があるため、ボイラ給水のＭアルカリ度は３５ｍｇ／Ｌを上限とする。

ボイラ給水に純水のみを用いると、純水中には不純物が存在しないので、発生する蒸気中にも不純物は含まれない。しかし、ボイラ缶水のｐＨは濃縮度を上げても上昇しないために、缶体内壁に防食皮膜を形成することができずに、腐食が急速に発生して通常数日で貫通に至り、水漏れが生じて運転不能となるか、最悪の場合にはボイラが破裂してしまう。

軟化水の製造において、強酸性イオン交換樹脂に吸着させたナトリウムイオンが食塩から得られたものであり、原水が水道水の水質基準を満たしていれば、原水中に含まれるカルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの硬度成分を、イオン交換樹脂を用いてナトリウムイオンと置換することにより得られる軟化水も水道水の水質基準を満たす。

ナトリウムイオンを含有する軟化水は、ボイラ缶体内で濃縮されると、強いアルカリ性となるが、ボイラ給水に用いる純水に軟化水を添加し、ボイラ缶水のｐＨを制御し、ボイラ缶水のナトリウムイオン濃度を適切に保つことにより、缶体の内壁に防食皮膜を形成するに適したｐＨを保つことができる。

軟化水には、ナトリウムイオンのみならず、重炭酸イオン、シリカになどが含まれ、これらの物質は、ボイラ缶水中で缶体に対して有害な物資である。また、軟化水中に有機物が存在すると、熱により分解して人体に対して有害な物質が発生する。ボイラ缶水のｐＨは濃縮度を上げることによって上昇させることができるが、缶体や人体に有害な物質の蒸気中の濃度は、ボイラ缶水のＭアルカリ度及び有機物濃度に比例する。そのために、有害な物質の濃度を抑えながら、所定のｐＨ値が得られるように、軟化水の添加量と濃縮度を制御することにより、ボイラ薬剤を用いないで缶体を防食しながら、安全性の高い蒸気を発生させることができる。軟化水の添加量と濃縮度の制御には、ボイラ給水の電導度、ボイラ缶水のｐＨと電導度、発生した蒸気の凝縮水のｐＨを指標として用いることができる。本発明方法を図１を用いて更に説明する。

図１は、本発明装置の一態様の工程系統図である。原水が軟化装置１に送られ、軟化水が製造される。純水及び軟化水が給水タンク２へ送られる配管には、それぞれ圧力計３、流量計４、調整弁５及び電動弁６がこの順に設けられている。給水タンクのボイラ給水は、窒素式脱酸素装置７により酸素が除去されたのち、ブースターポンプ８により、小型貫流ボイラ９に送られる。ボイラで発生した蒸気は、ミストセパレータ１０でミストと凝縮水が分離されたのち、蒸気流量計１１を経由してプロセスへ送られる。ミストセパレータ通過後に蒸気から発生した凝縮水は、ドレンポッド１２を経由して排出される。

ミストセパレータ１０で分離されたミストと凝縮水は、給水タンク内の熱交換器１３に導かれ、排熱がボイラ給水の予熱に利用されたのち、電導度計１４により電導度が測定され、排出される。給水タンクには温度計１５が設けられ、タンク中のボイラ給水の温度が低下したときは、給水加温装置１６に信号が送られ、給水加温装置の弁が開いて蒸気が給水タンクに送られ、給水タンク内のボイラ給水が所定の温度に保たれる。給水タンクに水位計１７が設けられて給水タンクの水位が測定され、水位に関する信号が制御装置１９に送られ、制御装置から純水配管の電動弁６と軟化水配管の電動弁６に信号が送られて電動弁の開度が調整され、純水と軟化水の供給量が制御され、給水タンクの水位が所定の値に保持されるようになっている。
このようなボイラ水系において、運転手順は以下の通りである。まず、純水と軟化水とを適当に混合した状態でボイラ９に供給し、ボイラを運転しつつボイラのブロー配管１８からブロー水を入手し、冷却後ブロー水のｐＨを測定する。その値が１１.０〜１２.０になるまで純水と軟化水の配合割合を変化させる。その際、前記配合割合において、給水のＭアルカリ度が３５〜５０ｍｇ／Ｌであることを確認する（計算だけでも確認可能であるし、電導度計を用いてもよい）。このようにして一度純水と軟化水との配合割合が決まれば、あとは月に１回程度上記手順をくりかえして再調整するだけで運転を継続することができる。
なお、原水として水質が大幅に変動する水を使用する場合には、給水タンク底部に電導度計（開示せず）をさらに設け、この電導度計でＭアルカリ度を測定しつつ、範囲外になろうとしたら、自動的に調整弁５で流量を変更するか、電動弁６で供給のオン・オフによって調整することができる。

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
図１に示すボイラ装置を用いて、テストピースの腐食試験を行った。
軟化装置の処理能力２００Ｌ／ｈ、給水タンクの容量３ｍ³であり、給水タンクから窒素式脱酸素装置で酸素を除去して、ボイラにボイラ給水３ｍ³／ｈを送った。ボイラ缶水のｐＨが１１.８に保持されるように純水と軟化水の供給量を制御し、ボイラを換算蒸発量２.５ｔ／ｈ、蒸気圧力０.７ＭＰａ、蒸気温度１６５℃として７日間の運転を行った。発生した蒸気を毎日一定量凝縮させて水質検査をしたかつ、いずれも水道水基準以内であった。
７日間の運転終了後、ボイラを開缶し、伝熱管１本の上部からファイバースコープを挿入して表面を肉眼観察した。その結果、上部に僅かの腐食生成物を確認したが、他の部分に腐食は全く観察されなかった。なお、ボイラ給水として純水のみを用いた場合には、通常数日で腐食による貫通が生じ、最悪ボイラの破裂を招くことが知られている。これからわかるように、本発明方法では軟化水をアルカリ剤のかわりに添加することにより、ボイラの腐食を効果的に防止することができるうえに、得られる蒸気は不純物が含まれず、そのまま製品の加熱や殺菌のために直接接触させることができる。

本発明のボイラ給水の処理方法によれば、ボイラ缶水に脱酸素剤、防食剤などの薬剤を添加することなく蒸気を発生させるので、蒸気の凝縮水に水道水の水質基準値を超える成分が含まれることがなく、しかも、ボイラの腐食を効果的に防止することができる。本発明の処理方法によるボイラからは、直接製品と接触させて加熱・殺菌することができる良質の蒸気を得ることができる。

本発明装置の一態様の工程系統図である。

符号の説明

１ 軟化装置
２ 給水タンク
３ 圧力計
４ 流量計
５ 調整弁
６ 電動弁
７ 窒素式脱酸素装置
８ ブースターポンプ
９ 小型貫流ボイラ
１０ ミストセパレータ
１１ 蒸気流量計
１２ ドレンポッド
１３ 熱交換器
１４ 電導度計
１５ 温度計
１６ 給水加温装置
１７ 水位計
１８ ブロー管
１９ 制御装置

Claims (1)

1. 薬剤無添加ボイラであって、蒸気を直接食品の加熱又は殺菌に使用する小型貫流ボイラにおいて、ボイラ給水として純水に、イオン交換樹脂を用いてナトリウムイオンと置換することにより得られる軟化水を混合し、ボイラ給水のＭアルカリ度を１５〜３５ｍｇ／Ｌに調整することにより、ボイラ缶水のｐＨを１１.０〜１２.０に制御し、蒸気の凝縮水のｐＨを５.０以上に制御することを特徴とするボイラ給水の処理方法。

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