JPH06249450A - 蒸気供給方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な方法で蒸気供給管の腐食を低減できる
蒸気供給方法及び蒸気供給装置を提供する。 【構成】 循環槽１内の蒸気用水をボイラー２に圧送し
て蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気使用部３に供給
して空調等に利用した後、該蒸気使用部３からの蒸気用
水を循環槽１に戻すとともに、前記蒸気用水に不活性ガ
ス供給手段８から導入される不活性ガスを接触させ、蒸
気用水中の溶存酸素を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蒸気供給方法及び装置
に関し、例えば空調設備等の蒸気を利用する装置に蒸気
を供給する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ビルの空調では、循環槽内の蒸
気用水（蒸気の発生に用いる水）をボイラーに圧送して
蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気使用部に供給して
空調に利用した後、該蒸気使用部からの蒸気用水を循環
槽に戻す空調装置を用いている。

【０００３】上記空調装置では、蒸気用水を循環使用
し、必要に応じて水を補給しているが、これらの水は通
常の水を用いており、比較的多量の酸素ガスが溶存して
いる。このため、ボイラーで発生した蒸気を蒸気使用部
に供給する際、ボイラーと蒸気使用部とを連結する鋼管
製の蒸気供給管が蒸気と酸素との共存に伴う酸化作用に
よって腐食する。

【０００４】上記腐食を防止するため、蒸気供給管とし
て耐腐食性の高いステンレス鋼を用いることが考えられ
るが、市場に流通している一般的なステンレス鋼は、低
温時の機械的強度は強いものの、高温時の機械的強度は
弱いので、２〜８ｋｇ／ｃｍ² Ｇ程度の圧力の過飽和蒸
気を流した際に破損するおそれがある。なお、ステンレ
ス鋼として高温耐性の高いクラッド鋼やその他の特殊鋼
を用いることも考えられるが、非常に高価なため、著し
く経済性を低下させてしまう。

【０００５】そこで現状では、蒸気用水の中に脱酸素剤
を注入して蒸気用水の溶存酸素を低減し、蒸気供給管の
腐食を防止している。しかし、通常市販されている脱酸
素剤を注入すると蒸気用水がアルカリ性に変化するた
め、蒸気用水が弱アルカリ性の場合には問題はないが、
脱酸素剤の注入量が過剰になり、水のｐＨが高くなる
と、今度はアルカリ腐食の問題が発生する。このため、
脱酸素剤を注入するとともに腐食防止剤も注入して水の
ｐＨが１１．８程度になってもアルカリ腐食が起こらな
いようにしているのが実情である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、脱酸素剤の注
入と、これに伴うｐＨの変化は時間的な遅れがあるた
め、しばしば脱酸素剤の注入量が過剰になり、水のｐＨ
を前記数値以上にしてしまうことが発生する。このた
め、例えば水のｐＨが１２以上になると、腐食防止剤が
存在していてもアルカリ腐食が始まり、特に、水のｐＨ
が１２．５以上になると、アルカリ腐食は極めて激しく
なる。このように、蒸気用水の中に脱酸素剤を注入して
蒸気供給管の腐食を防止する方法は、管理が難しいとい
う不都合があった。

【０００７】そこで本発明は、簡単な方法で蒸気供給管
の腐食を低減できる蒸気供給方法及び装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明の蒸気供給方法は、循環槽内の蒸気用水を
ボイラーに圧送して蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸
気使用部に供給して利用した後、該蒸気使用部からの蒸
気用水を循環槽に戻すとともに、前記蒸気用水に不活性
ガスを接触させることを特徴としている。

【０００９】また、本発明の蒸気供給装置は、蒸気用水
を加熱して蒸気を発生させるボイラーと、該ボイラーで
発生した蒸気を利用する蒸気使用部と、該蒸気使用部か
らの蒸気用水を貯める循環槽と、前記蒸気用水に不活性
ガスを導入する不活性ガス導入手段とを備えたことを特
徴とし、さらに、前記不活性ガス導入手段として圧力変
動吸着分離式窒素製造装置、いわゆる窒素ＰＳＡ装置を
用い、該窒素ＰＳＡ装置からの製品窒素を蒸気用水に、
排ガスをボイラーの燃焼部に、それぞれ導入するよう構
成したことを特徴としている。

【００１０】

【作 用】上記のように、蒸気用水の中に不活性ガスを
導入すると、蒸気用水中の不活性ガス溶存量が増加す
る。一方、蒸気用水中に溶存可能な全ガス量は限度があ
るので、蒸気用水中の不活性ガス量が増加した分だけ溶
存酸素量は減少する。このようにして得られた溶存酸素
量の少ない水を用いて蒸気を発生させることにより、蒸
気供給管に通常の鋼管を用いても腐食の発生を低減でき
る。発明者らが種々考究したところ、酸素低減処理をし
ていない普通の蒸気用水中には、室温で約２０ｐｐｍの
酸素が溶存しており、この蒸気用水を昇温すると溶存酸
素は低減するが、例えば８０℃では２ｐｐｍの濃度にな
っている。この蒸気用水中の溶存酸素量を低減すると、
溶存酸素量が減少するほど鋼管の腐食も減少し、８０℃
における溶存酸素量を０．１ｐｐｍ以下にすれば鋼管の
腐食を大幅に抑制することができ、特に０．０２ｐｐｍ
（２０ｐｐｂ）以下になると、腐食の発生が完全に停止
することを知見した。したがって、蒸気用水中の溶存酸
素量を０．０２ｐｐｍ以下に制御することにより、鋼管
の腐食を完全に防止することができる。なお、蒸気用水
中の溶存不活性ガス量が増加しても、ｐＨはほとんど変
化しないので、アルカリ腐食の問題も発生しない。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を、図面に示す実施例に基づい
てさらに詳細に説明する。図１は、本発明装置の一実施
例を示す全体構成図であって、本実施例に示す蒸気供給
装置は、蒸気用水を貯蔵するための循環槽１と、蒸気用
水を加熱して所定の圧力の蒸気を発生させるボイラー２
と、該蒸気を使用する蒸気使用部３と、これらを接続す
る蒸気用水供給管４，蒸気供給管５，温水戻り管６から
なる循環管路と、蒸気用水供給管４に設けられて蒸気用
水を所望の圧力に加圧するポンプ７と、循環槽１内の蒸
気用水に不活性ガスを導入するための不活性ガス供給手
段８とにより構成されている。

【００１２】循環槽１内の蒸気用水は、蒸気用水供給管
４からポンプ７に導入され、所望の圧力に加圧されてボ
イラー２のコイル管２１に圧送される。このコイル管２
１を通過する蒸気用水は、ボイラー２の燃焼部２２から
の火炎により加熱されて所定の圧力の蒸気となり、蒸気
供給管５を介して蒸気使用部３に供給される。蒸気使用
部３に供給された蒸気は、熱交換器、蒸気を動力とする
原動機等によって利用された後、温水戻り管６を介して
前記循環槽１に戻される。なお、循環槽１には、蒸気用
水補給管１１及び排気管１２が設けられ、ボイラー２に
は、排気管２３及び燃焼部２２に燃料と空気を供給する
燃料供給管２４と空気供給管２５が連設されている。

【００１３】そして、前記不活性ガス供給手段８は、不
活性ガス、例えば窒素を充填した不活性ガス充填容器８
１と、循環槽１内の底部に設けた噴霧管８２と、該噴霧
管８２と前記不活性ガス充填容器８１とを連設する不活
性ガス導入管８３とから構成されている。噴霧管８２か
ら循環槽１の底部に導入された窒素は、気泡となって蒸
気用水中を蒸気用水と接触しながら上昇し、蒸気用水中
の溶存酸素が窒素と置換される。これにより、蒸気用水
中の溶存酸素を低減し、蒸気供給管５等の腐食を防止す
ることができ、蒸気供給管５として通常の鋼管を用いて
も腐食することがなくなる。また、蒸気用水中の溶存窒
素量は増加するが、不活性ガスであるから、蒸気用水の
ｐＨを変化させたり、各機器に悪影響を与えることがな
い。

【００１４】なお、上記実施例では、窒素等の不活性ガ
スを循環槽１内に導入したが、不活性ガスと蒸気用水と
は任意の位置で接触させれば良く、配管の途中に不活性
ガスを導入しても良い。また、不活性ガスとしては、上
記窒素が価格や入手の容易性等の面から最も好ましい
が、他の不活性ガス、例えばアルゴンやヘリウム等を用
いることも可能である。

【００１５】ここで、蒸気用水中に不活性ガス（窒素）
を接触させて溶存酸素を低減させたことによる効果の確
認を行った実験結果を説明する。実験装置としては、図
１に示す構成の装置を用い、その蒸気供給管５の一部を
試験導管とし、内径２０ｍｍ、長さ１ｍの内面処理をし
ていないＳＳ４１材質の鋼管を、前後の管とフランジ結
合して容易に着脱できるようにした。蒸気用水中の溶存
酸素量は、循環槽１部分で常法により測定し、試験導管
の内面の腐食の判定は、試験導管に設けたテストポート
から医学で用いる内視鏡を導入して管内壁面を目視する
方法により行った。また、蒸気の温度は２００℃、圧力
は７ｋｇ／ｃｍ² Ｇとし、流量５００ｋｇ／時で７００
時間連続運転を行った。なお、循環槽１内の蒸気用水の
温度は８０℃になった。

【００１６】その結果、まず、窒素を導入しないで運転
したときの蒸気用水中の溶存酸素量は２ｐｐｍであり、
運転後の目視検査の結果、管内面には腐食と思われる小
さな凹みが多数見られ、金属光沢は失われ、黒っぽくな
っていた。

【００１７】一方、窒素を導入したときの溶存酸素量は
０．０２ｐｐｍに低下し、運転後の目視検査の結果、管
内面は金属光沢が見られ、また、表面の一部にスケール
が付着した小突起が見られた。なお、配管内面のスケー
ルの付着量については同様であった。

【００１８】次に、図２は本発明装置の他の実施例を示
すもので、ポンプ７とボイラー２のコイル管２１との間
に、蒸気用水と不活性ガスとの接触効率を高めるための
専用のバブリング槽９を設けるとともに、不活性ガス供
給手段８として窒素ＰＳＡ装置８５を設けた例を示すも
のである。なお、前記実施例と同一要素のものには同一
符号を付して、その詳細な説明は省略する。

【００１９】上記窒素ＰＳＡ装置８５は、空気を原料と
して周知の圧力変動吸着分離法により窒素を分離するも
のであって、例えば、窒素純度９９％以上の製品窒素を
製造することができる。また、窒素ＰＳＡ装置８５から
窒素分離後に排出される排ガスは、酸素４０％，窒素６
０％の組成を有する酸素富化空気となっている。

【００２０】そして、本実施例では、管８６からの空気
を窒素ＰＳＡ装置８５で分離し、得られた製品窒素を不
活性ガス導入管８７を介してバブリング槽９の底部に設
けた噴霧管８８から蒸気用水中に導入するとともに、排
ガスである上記酸素富化空気を管８９を介してボイラー
２の燃焼部２２に供給している。

【００２１】バブリング槽９に導入された製品窒素は、
バブリング槽９内を気泡となって上昇した後、頂部から
管９１に導出し、さらに循環槽１の底部近傍に導入さ
れ、循環槽１で再度溶存酸素の排除に利用された後、排
気管１２から大気に放出される。このバブリング槽９
は、蒸気用水と不活性ガスとの接触効率を高めるため、
小口径のパイプを用い、該パイプ内を流下する蒸気用水
の全体に窒素が行き渡るように構成されている。

【００２２】一方、本実施例に示すように、ボイラー２
の燃焼部２２に窒素ＰＳＡ装置８５からの排ガス（酸素
４０％，窒素６０％の酸素富化空気）を導入して燃焼さ
せることにより、空気（酸素２１％，窒素７９％）を導
入して燃焼させた場合に比べて熱効率を向上させること
が可能になる。この熱効率の向上による作用効果は、燃
焼部２２に供給する燃料が重油であるか、ガスであるか
によって異なり、重油の場合は、燃焼温度を空気を導入
した場合と同様にすることにより燃料の節約を図ること
ができ、ガスの場合は、燃焼温度を高めることにより燃
料の節約を図ることができる。

【００２３】すなわち、重油に空気を混合して燃焼させ
た場合の火炎の温度は、約２０００℃であるが、これに
対し、同一量の重油に上記組成の排ガスを混合して燃焼
させた場合は、火炎の温度は約２５００℃となる。この
とき、双方共、同一量の重油の燃焼なので、発熱量自体
は同一であるが、排ガスを用いた方が火炎の温度が上昇
する。この原因は、排ガスの方が燃焼に寄与しない窒素
の割合が空気より少ないため、燃焼に寄与しない窒素を
昇温させるための熱エネルギーが減少するからである。
このように、重油を用いる場合は、燃焼温度を上昇させ
ることが可能ではあるが、従来からの重油ボイラーの設
計を変えないようにするため、空気で燃焼させる場合よ
りも重油の供給量を減少し、火炎温度を２０００℃に維
持することが好ましく、本実施例装置の場合には、燃料
を２０％程度節約することができる。また、燃料の減少
により排ガス量も減少するので、公害防止用に設ける排
ガス処理装置に対する負担も軽減できる。

【００２４】一方、都市ガスに空気を混合して燃焼させ
た場合の火炎の温度は、約１７００℃であり、このとき
の都市ガスと空気との合計量に対する酸素の割合は６％
である。本実施例に示すように、窒素ＰＳＡ装置８５か
らの排ガスを同一量の都市ガスに混合した場合は、都市
ガスと排ガスの合計量に対する酸素の割合は２２％にな
り、燃焼時の火炎の温度は、約２１５０℃となる。この
場合は、前記重油の場合と同じように燃焼温度を空気と
同じ１７００℃にして都市ガスの節約を図ってもよい
が、火炎温度を上げて蒸気用水の加熱効率を向上させる
ことにより、ボイラーの小型化とともに燃料の低減も図
ることが可能になる。なお、都市ガス以外のプロパンガ
ス、その他のガス燃料を用いた場合も、同様に熱効率の
向上により経済性を高めることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
蒸気用水に不活性ガスを接触させて溶存酸素を低減する
ことにより、蒸気供給管の腐食を低減することができ、
蒸気供給管に従来の安価な鋼管を使用することが可能に
なる。また、脱酸素剤や腐食防止剤を用いる従来法に比
べて管理も容易であり、アルカリ腐食の心配もない。

【００２６】特に、不活性ガスとして窒素ＰＳＡ装置か
らの窒素を用いるとともに、該窒素ＰＳＡ装置からの酸
素を多量に含んだ排ガスをボイラーの燃焼部に導入する
ことにより、熱効率が向上し、燃料消費量の低減やボイ
ラーの小型化が図れ、より経済的な運転を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明装置の一実施例を示す系統図である。

【図２】 本発明装置の他の実施例を示す系統図であ
る。

【符号の説明】

１…循環槽、２…ボイラー、２２…燃焼部、３…蒸気使
用部、４…蒸気用水供給管、５…蒸気供給管、６…温水
戻り管、７…ポンプ、８…不活性ガス供給手段、８１…
不活性ガス充填容器、８５…窒素ＰＳＡ装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 循環槽内の蒸気用水をボイラーに圧送し
   て蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気使用部に供給し
   て利用した後、該蒸気使用部からの蒸気用水を循環槽に
   戻すとともに、前記蒸気用水に不活性ガスを接触させる
   ことを特徴とする蒸気供給方法。
2. 【請求項２】 蒸気用水を加熱して蒸気を発生させるボ
   イラーと、該ボイラーで発生した蒸気を利用する蒸気使
   用部と、該蒸気使用部からの蒸気用水を貯める循環槽
   と、前記蒸気用水に不活性ガスを導入する不活性ガス導
   入手段とを備えたことを特徴とする蒸気供給装置。
3. 【請求項３】 前記不活性ガス導入手段として圧力変動
   吸着分離式窒素製造装置を用い、該圧力変動吸着分離式
   窒素製造装置からの製品窒素を蒸気用水に、排ガスをボ
   イラーの燃焼部に、それぞれ導入するよう構成したこと
   を特徴とする請求項２記載の蒸気供給装置。