JP6866695B2 - 水処理剤、スケール除去方法、及びスケール抑制方法 - Google Patents
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蒸気を発生させるボイラ水管の内側表面部(伝熱面)は高温高圧の環境下にあるため、ボイラへ供給された水(ボイラ給水)に含まれているカルシウム等の成分がスケールとして伝熱面に付着しやすい。スケールが伝熱面に付着すると、熱の伝達が妨げられ、ボイラ効率等の伝熱特性が低下する。また、ボイラ水管の伝熱面はボイラ給水によって腐食する虞があり、腐食が進行するとボイラ水管の破損にも繋がる。
また、特許文献2には、シリカと、水酸化ナトリウム等のpH調整剤と、EDTA二ナトリウム等のスケール抑制剤と、を含有し、腐食及びスケールの生成を抑制するために使用される水処理剤が開示されている。
本実施形態に係る水処理剤は、シリカ濃度が10mgSiO2/L以上であるボイラ給水に添加される水処理剤であって、EDTA二ナトリウムと、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムから選択される少なくとも1種であるアルカリ金属水酸化物と、水と、からなる。
また、本実施形態に係る水処理剤は、シリカ等のスケールの原因となる成分を実質的に含有しないため、薬注装置の不具合等に起因して水処理剤の添加量が過剰になった場合であっても、スケールが生成する虞が低い。このため、本実施形態に係る水処理剤は、伝熱面熱負荷が116kW/m2以上となるボイラ(例えば、燃焼室を有さず、火炎がボイラ水管に触れる構造のボイラ)にも好適に使用することができる。
EDTA二ナトリウムは、ボイラ給水中に含まれるカルシウムイオン等の硬度成分をキレート化してスケールの生成を抑制するほか、スケールを溶解して除去する役割を担う。
アルカリ金属水酸化物は、ボイラ缶水のpHを、ボイラ水管の伝熱面を腐食しにくいアルカリ性のpH領域に調整する役割を担う。また、ボイラ缶水をアルカリ性のpH領域に調整することにより、マグネシウム系のスケールの生成を抑制することができる。ボイラ缶水のpH領域は、例えば、11.0〜11.8に調整することが好ましい。
2NaHCO3→Na2CO3+H2O+CO2↑(揮発)
NaHCO3+H2O→2NaOH+CO2↑(揮発)
この中和反応の当量関係は以下のとおりである。
EDTA−2Na(372.2g/mol)+2NaOH(2×40.0g/mol)=EDTA−4Na(416.2g/mol)+2H2O(36.0g/mol)
EDTA−2Na(372.2g/mol)+2KOH(2×56.1g/mol)=EDTA−2Na2K(448.4g/mol)+2H2O(36.0g/mol)
本実施形態に係る水処理剤は、上記のEDTA二ナトリウム及びアルカリ金属水酸化物のほかに水を含む。通常、水には微量のシリカが含まれるが、水処理剤中のシリカ濃度は、0.005質量%以下であることが好ましい。
なお、水処理剤中のシリカ濃度は、JIS K0101:1998「工業用水試験法」に記載のモリブデン青吸光光度法に従って測定することができる。
本実施形態に係る水処理剤は、シリカ濃度が10mgSiO2/L以上であるボイラ給水に添加される。
シリカは、カルシウム等の硬度成分と結合してスケールの原因となる成分であるが、水処理剤に含有されるEDTA二ナトリウムによってカルシウムイオン等をキレート化するとともに、水処理剤に含有されるアルカリ金属水酸化物によってボイラ缶水のpHをアルカリ性に調整してシリカの溶解度を高めることにより、スケールの生成を抑制することができる。
また、EDTAは通常、ボイラ水管に対して腐食性を示すが、ボイラ給水のシリカ濃度が10mgSiO2/L以上であり、且つ、水処理剤に含有されるアルカリ金属水酸化物によってボイラ缶水のpHをアルカリ性に調整することにより、ボイラ缶水中のEDTA二ナトリウムの濃度を後述のように高めた場合であっても、ボイラ水管の腐食を抑えることができる。
なお、ボイラ給水中のシリカ濃度は、水処理剤中のシリカ濃度と同様に、JIS K0101:1998「工業用水試験法」に記載のモリブデン青吸光光度法に従って測定することができる。
本実施形態のスケール除去方法は、シリカ濃度が10mgSiO2/L以上であるボイラ給水に対して上記の水処理剤を添加し、ボイラ缶水中のEDTA二ナトリウムのEDTA換算濃度を100〜1000mgEDTA/Lに維持するものである。ボイラ缶水中のEDTA二ナトリウムのEDTA換算濃度を100〜1000mgEDTA/Lに維持することにより、ボイラ水管の腐食を抑えながら、付着したスケールを効果的に除去することができる。本実施形態のスケール除去方法において、ボイラ缶水中のEDTA二ナトリウムのEDTA換算濃度は、120〜800mgEDTA/Lに維持することが好ましい。
(1)本実施形態に係る水処理剤に含有される水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及びEDTA二ナトリウムは、いずれも日本において食品添加物として指定されている成分である。このため、本実施形態に係る水処理剤は、人体への安全性が極めて高く、食品加工用のボイラにも好適に使用することができる。
(実施例1)
硬度/シリカ系スケールを付着させた保有水量約0.15Lのボイラに、シリカ濃度20mgSiO2/L、硬度0.4mgCaCO3/Lの軟水を給水し、大気圧下(100℃)で運転した。その際、表1に示す組成の薬剤Aをボイラ給水に添加し、ボイラ缶水中の薬剤Aの濃度を2500〜3500mg/L(EDTA濃度:375〜525mgEDTA/L)の範囲に維持しながら、2時間毎に全ブローした。そして、8時間運転後にスケール除去量を測定した。結果を図1に示す。
薬剤Aの代わりに表1に示す組成の薬剤B〜Dのいずれかを添加し、ボイラ缶水中のEDTA濃度を表1に示す範囲に維持したほかは実施例1と同様にして、8時間運転後のスケール除去量を測定した。結果を図1に示す。
ボイラ給水中のシリカ濃度を5mgSiO2/Lとし、薬剤Aの代わりに表1に示す組成の薬剤Bを添加したほかは実施例1と同様にして、8時間運転後のスケール除去量を測定した。結果を図1に示す。
薬剤Aを添加しないほかは実施例1と同様にして、8時間運転後のスケール除去量を測定した。結果を図1に示す。
また、実施例1及び比較例1の結果から、薬剤中のアルカリ金属水酸化物の有無は、スケール除去効果に殆ど影響を与えないことが分かる。
また、実施例2及び比較例3の結果から、ボイラ給水中のシリカ濃度の高低は、スケール除去効果に殆ど影響を与えないことが分かる。
なお、比較例4に示すとおり、ボイラ給水に薬剤を添加しない場合には、スケールを除去することができなかった。
(比較例5)
硬度/シリカ系スケールを付着させた保有水量約0.15Lのボイラに、シリカ濃度1.7mgSiO2/L、硬度0mgCaCO3/Lの軟水を給水し、濃縮倍数10倍、0.3MPaの条件で運転した。その際、表1に示す組成の薬剤Bをボイラ給水に添加し、ボイラ缶水中のEDTA濃度を0〜900mgEDTA/Lの範囲に維持した。そして、48時間運転後に腐食減量を測定した。結果を図2に示す。
ボイラ給水中のシリカ濃度を10mgSiO2/L、30mgSiO2/L、又は50mgSiO2/Lとしたほかは比較例5と同様にして、48時間運転後の腐食減量を測定した。結果を図2に示す。
(実施例6〜8及び比較例6、7)
硬度/炭酸系スケールの生成し易い調合水(シリカ濃度:5mgSiO2/L、硬度:1.2mgCaCO3/L、Mアルカリ度:120mgCaCO3/L)を保有水量約0.15Lのボイラに供給し、濃縮倍数10倍、0.3MPaの条件で運転した。その際、表1に示す組成の薬剤Aをボイラ給水に添加し、ボイラ缶水中のEDTA濃度を0〜30mgEDTA/Lの範囲に維持した。そして、48時間運転後にスケールの付着量を測定した。結果を図3に示す。
(実施例9〜11及び比較例8、9)
硬度/シリカ系スケールの生成し易い調合水(シリカ濃度:60mgSiO2/L、硬度:0.5mgCaCO3/L)を保有水量約0.15Lのボイラに供給し、濃縮倍数10倍、0.3MPaの条件で運転した。その際、表1に示す組成の薬剤Bをボイラ給水に添加し、ボイラ缶水中のEDTA濃度を0〜30mgEDTA/Lの範囲に維持した。そして、48時間運転後にスケールの付着量を測定した。結果を図4に示す。
Claims (3)
- シリカ濃度が10〜60mgSiO2/Lであるボイラ給水に添加される水処理剤であって、
エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム(EDTA二ナトリウム)と、
水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムから選択される少なくとも1種であるアルカリ金属水酸化物と、
水と、のみからなり、
EDTA二ナトリウムの含有率が5〜25質量%であり、
アルカリ金属水酸化物の含有率が、EDTA二ナトリウムの中和に必要な含有率以上、かつ、10質量%以下である水処理剤。 - シリカ濃度が10〜60mgSiO2/Lであるボイラ給水に対して請求項1に記載の水処理剤を添加し、ボイラ缶水中のEDTA二ナトリウムのEDTA換算濃度を100〜1000mgEDTA/Lに維持するスケール除去方法。
- シリカ濃度が10〜60mgSiO2/Lであるボイラ給水に対して請求項1に記載の水処理剤を添加し、ボイラ缶水中のEDTA二ナトリウムのEDTA換算濃度を5〜30mgEDTA/Lに維持するスケール抑制方法。
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