KR101830234B1 - 증기발생설비의 스케일 제거방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 보일러 운전중에 보일러를 부식시키지 않고 보일러 내에 부착된 스케일을 제거할 수 있는, 증기발생설비의 스케일 제거방법을 제공한다.
증기발생설비에 있어서, 보일러의 가동중에 보일러수의 pH를 11.3 이상으로 조정하고 또한 보일러수의 pH의 값에 따라 하기 계산식(1)로부터 유도되는 기준중량평균분자량의 0.50∼2.00배인 중량평균분자량을 구비하는 폴리아크릴산 또는 그 염을 첨가함으로써 보일러 내에 부착된 스케일을 제거하는, 증기발생설비의 스케일 제거방법.
기준중량평균분자량 = -8462 × (pH의 값 - 11.3) ＋ 61538 ···(1)
증기발생설비에 있어서, 보일러의 가동중에 보일러수의 pH를 11.3 이상으로 조정하고 또한 보일러수의 pH의 값에 따라 하기 계산식(1)로부터 유도되는 기준중량평균분자량의 0.50∼2.00배인 중량평균분자량을 구비하는 폴리아크릴산 또는 그 염을 첨가함으로써 보일러 내에 부착된 스케일을 제거하는, 증기발생설비의 스케일 제거방법.
기준중량평균분자량 = -8462 × (pH의 값 - 11.3) ＋ 61538 ···(1)
Description
본 발명은, 증기발생설비(蒸氣發生設備)의 스케일 제거방법(scale 除去方法)에 관한 것이다.
최근에 에너지 비용을 삭감하기 위하여, 계외(系外)로 블로우(blow)되는 물의 양을 감소시키고 고농도(高濃度)로 운전하는 수계 시스템(水系 system)이 증가하고 있다. 이러한 수계 시스템에서는 수중(水中)의 칼슘, 마그네슘 및 실리카 등의 스케일 성분도 고농도가 되기 때문에, 이들 성분이 스케일화하여 석출됨으로써 열교환기의 열효율의 저하나 폐색(閉塞) 등을 야기하는 경우가 있다.
특히 보일러수계에서는, 보일러 내에 들어온 칼슘, 마그네슘, 실리카 및 철 등의 스케일 성분은 열부하(熱負荷)가 높은 전열면(傳熱面)에서 스케일화하여 부착되기 때문에, 강재(鋼材)의 과열(過熱)에 의한 팽창(膨脹), 만곡(彎曲), 파열(破裂)이나 열효율의 저하를 야기하는 원인이 된다.
또한 전열면에 대한 스케일의 부착은, 전열(傳熱) 저해를 야기하여 에너지 로스가 발생하기 때문에 연료비의 증가로도 이어진다. 이 때문에 보일러수계 등에서는 스케일의 부착을 방지하기 위하여, 원수(原水)중의 경도성분(硬度成分)인 칼슘이나 마그네슘을 연수기(軟水器)에 의하여 제거하여 연수화한 것을 급수(給水)로 하고 있다.
또한 보일러수중에 스케일 분산제를 첨가함으로써, 보일러 내에 들어온 급수중의 미량의 경도성분이나 실리카 등의 스케일 성분의 계내(系內)에 대한 부착을 억제함과 아울러, 블로우에 의해 이들 성분을 계외로 배출하는 수처리방법(水處理方法)도 이루어지고 있다.
여기에서 스케일 방지제란, 수계 시스템에 들어온 경도성분의 스케일화를 방지하는 것으로서, 예를 들면 인산3나트륨이나 트리폴리인산나트륨 등의 인산염, 폴리아크릴산나트륨 등의 폴리머가 사용되고 있다.
한편 이러한 스케일 방지방법을 채용하였을 경우에도 불측(不測)의 경도 리크(硬度 leak) 등이 발생하고, 스케일이 부착된 경우에는 보일러의 운전을 정지시키고 보일러수를 전체 블로우에 의하여 배출한 후에 스케일 용해 제거제를 사용한 화학세정이 이루어지고 있다. 예를 들면 특허문헌1에는, 고농도의 에틸렌디아민4아세트산(ＥＤＴＡ) 등의 킬레이트제나 술팜산(sulfamin acid) 등의 유기산(有機酸)을 사용한 화학세정에 의한 스케일 제거방법이 기재되어 있다.
그러나 특허문헌1의 스케일 제거방법에서는, 보일러를 일단 정지시키기 때문에 생산성이 손상되는 것과, 세정 비용이 별도로 발생한다고 하는 문제가 있다.
상기 문제를 해소하는 것으로서, 보일러의 운전을 정지시키지 않고 스케일을 제거하는 방법이 제안되어 있다. 예를 들면 특허문헌2에는, 보일러 중에 ＥＤＴＡ, 니트릴로3아세트산(ＮＴＡ), 디에틸렌트리아민 등의 특정한 킬레이트제와 폴리말레인산 등의 특정한 분산제를 첨가하여, 보일러를 운전하면서 스케일을 제거하는 방법이 기재되어 있다.
그러나 특허문헌2의 스케일 제거방법에서 사용되는 킬레이트제는, 보일러의 모재(母材)인 철에 대하여도 킬레이트제가 작용하여 부식이 발생한다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 상황하에 이루어진 것으로서, 보일러 운전중에 보일러를 부식시키지 않고 보일러 내에 부착된 스케일을 제거할 수 있는, 증기발생설비의 스케일 제거방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 연구한 결과, 종래 보일러 내에 대한 스케일의 부착을 방지하기 위하여 사용하고 있었던 폴리아크릴산 또는 그 염이 부착된 스케일을 제거할 수 있는 것을 찾아내었다. 그리고 더 연구한 결과, 스케일의 제거효율을 비약적으로 높일 수 있는 폴리아크릴산 또는 그 염의 사용조건을 찾아내어 상기 과제를 해결하기에 이르렀다.
즉 본 발명은, 다음의 [1]∼[3]을 제공하는 것이다.
[1]증기발생설비에 있어서, 보일러의 가동중에 보일러수의 pH를 11.3 이상으로 조정하고 또한 보일러수의 pH의 값에 따라 하기 계산식(1)으로부터 유도되는 기준중량평균분자량의 0.50∼2.00배인 중량평균분자량을 구비하는 폴리아크릴산 또는 그 염을 첨가함으로써 보일러 내에 부착된 스케일을 제거하는, 증기발생설비의 스케일 제거방법.
기준중량평균분자량 = -8462 × (pH의 값 - 11.3) ＋ 61538 ···(1)
[2]증기발생설비에 있어서, 보일러의 가동중에 보일러수의 pH를 11.3 이상으로 조정하고 또한 보일러수의 pH의 값에 따라 하기의 방법에 의하여 산출되는 기준중량평균분자량의 0.50∼2.00배인 중량평균분자량을 구비하는 폴리아크릴산 또는 그 염을 첨가함으로써 보일러 내에 부착된 스케일을 제거하는, 증기발생설비의 스케일 제거방법.
[기준중량평균분자량의 산출방법]
(1)pH 11.3 이상인 적어도 3개의 pH값에 있어서, 스케일 제거율이 최대가 되는 폴리아크릴산의 중량평균분자량(Mwmax)을 측정한다.
(2)pH를 X축, Mwmax를 y축으로 하여, 최소제곱법에 의하여 pH와 Mwmax와의 관계식을 구하고, 상기 관계식으로부터 얻어지는 각 pH에서의 중량평균분자량을 기준중량평균분자량으로 한다.
[3]상기 폴리아크릴산 또는 그 염을, 상기 보일러수 중에서의 농도가 10∼500mg/L가 되도록 첨가하는, 상기 [1] 또는 [2]에 기재되어 있는 증기발생설비의 스케일 제거방법.
본 발명의 증기발생설비의 스케일 제거방법에 있어서는, 킬레이트제를 사용하지 않고 보일러 운전중에 보일러 내에 부착된 스케일을 제거할 수 있다.
[도1]본 발명을 실시하기 위한 증기발생설비의 1실시형태를 나타내는 도면이다.
[도2]pH 11.1∼12.0의 영역에 있어서의 폴리아크릴산의 중량평균분자량과 스케일 제거율과의 관계를 나타내는 도면이다.
[도3]pH 11.1∼12.0의 영역에 있어서의 pH와, 스케일 제거에 최적인 폴리아크릴산의 중량평균분자량과의 관계를 나타내는 도면이다.
[도4]pH 11.3∼12.0의 영역에 있어서의 pH와, 스케일 제거에 최적인 폴리아크릴산의 중량평균분자량과의 관계의 최소제곱법에 의한 도면이다.
[도2]pH 11.1∼12.0의 영역에 있어서의 폴리아크릴산의 중량평균분자량과 스케일 제거율과의 관계를 나타내는 도면이다.
[도3]pH 11.1∼12.0의 영역에 있어서의 pH와, 스케일 제거에 최적인 폴리아크릴산의 중량평균분자량과의 관계를 나타내는 도면이다.
[도4]pH 11.3∼12.0의 영역에 있어서의 pH와, 스케일 제거에 최적인 폴리아크릴산의 중량평균분자량과의 관계의 최소제곱법에 의한 도면이다.
본 발명의 증기발생설비의 스케일 제거방법은, 증기발생설비에 있어서 보일러의 가동중에 보일러수의 pH를 11.3 이상으로 조정하고 또한 보일러수의 pH의 값에 따라 하기 계산식(1)으로부터 유도되는 기준중량평균분자량의 0.50∼2.00배인 중량평균분자량을 구비하는 폴리아크릴산 또는 그 염을 첨가함으로써 보일러 내에 부착된 스케일을 제거하는 것이다.
기준중량평균분자량 = -8462 × (pH의 값 - 11.3) ＋ 61538 ···(1)
도1은, 본 발명을 실시하기 위한 증기발생설비의 1실시형태를 나타내는 도면이다.
도1은, 복수탱크(復水tank)(1), 복수라인(復水line)(11), 보급수탱크(補給水tank)(2), 보급수라인(21), 급수탱크(給水tank)(3), 급수라인(31), 폴리아크릴산 또는 그 염의 첨가수단(4), 알칼리 첨가수단(5), 증기발생부(보일러)(6) 및 드레인 회수라인(61)을 구비하는, 순환식(循環式)의 증기발생설비(7)를 나타내고 있다.
도1은 순환식의 증기발생설비를 나타내고 있지만, 본 발명의 스케일 제거방법은 관류식(貫流式)의 증기발생설비에도 적용할 수 있다.
<pH의 조정>
본 발명의 증기발생설비의 스케일 제거방법에서는, 우선 보일러수의 pH를 11.3 이상으로 조정한다.
도2는, pH 11.1∼12.0의 영역에 있어서의 폴리아크릴산의 중량평균분자량과 스케일 제거율과의 관계를 나타내는 도면이다. 도2에 나타내는 바와 같이 pH가 높아짐에 따라서 스케일 제거율이 높아지고 있고, 특히 pH 11.1과 11.3과의 사이에서 극적인 차이가 있는 것이 확인되었다. 또 도2는, 후술하는 시험예1의 결과에 의거하는 것이다.
이와 같이 본 발명에서는, 보일러수의 pH를 11.3 이상으로 함으로써 보일러 내에 발생한 스케일의 제거율을 양호하게 할 수 있다. 보일러 내에 부착되어 있는 스케일은, 단일성분이 부착되는 경우는 적고, 대부분은 칼슘, 마그네슘 및 실리카 등의 다성분(多成分)의 혼합물(混合物)이다. 여기에서 pH가 11.3 이상으로 상승하면 발생한 스케일 혼합물중의 실리카의 용해성이 상승하기 때문에, 동시에 칼슘이나 마그네슘 유래의 스케일 혼합물이 제거되기 쉬워진다고 생각된다.
보일러수의 pH는, 스케일 제거율의 관점으로부터 11.5 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보일러 내나 증기발생설비계 내의 부식 방지의 관점으로부터 12.0 이하로 하는 것이 바람직하다.
보일러수의 pH를 11.3 이상으로 조정하는 것으로는, 알칼리제를 첨가하는 수단과, 블로우량 및/또는 급수량을 조정하여 농축배율을 조정하는 수단 등을 들 수 있다. pH의 조정의 용이성의 관점으로부터 알칼리제를 첨가하는 수단이 적합하다.
알칼리제로서는, 예를 들면 알칼리 금속 수산화물, 알칼리 금속 탄산염, 알칼리 금속 인산염, 중화성 아민 등을 들 수 있다.
알칼리 금속 수산화물로서는, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬 등을 들 수 있고, 알칼리 금속 탄산염으로서는, 탄산나트륨, 탄산칼륨 등을 들 수 있고, 알칼리 금속 인산염으로서는, 인산3나트륨, 인산수소나트륨 등을 들 수 있다.
또한 중화성 아민으로서는, 모노에탄올아민, 시클로헥실아민, 몰포린, 디에틸에탄올아민, 모노이소프로판올아민, 3-메톡시프로필아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 등을 들 수 있다.
알칼리제 중에서도 중화성 아민은, 증기복수계로 이행하기 때문에 보일러수의 pH를 11.3 이상으로 조정하기 위해서는 고농도로 첨가하지 않으면 안되고, 또한 그러한 농도로 첨가를 하면, 증기나 복수에 악취가 발생하거나 증기복수계의 pH가 지나치게 상승해버려 계내에 구리계 재질이 있으면 부식을 야기할 가능성이 있다. 이 때문에 알칼리제로서는, 알칼리 금속 수산화물, 알칼리 금속 탄산염, 알칼리 금속 인산염이 바람직하고, 경제성의 관점으로부터, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨 등이 더 바람직하다.
상기 알칼리제는 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜서 사용할 수 있다.
알칼리제는 보급수 또는 급수에 첨가하는 것이 바람직하다. 또 증기발생설비가 순환식인 경우에는 복수에 첨가하더라도 좋다.
적량(適量)의 알칼리제를 공급하기 위하여, 보일러의 상류측 및/또는 하류측에 pH측정수단을 구비하는 것이 바람직하다.
급수는, 원수(原水)를 역침투막(逆浸透膜)으로 처리한 것, 원수를 연화처리한 것, 원수를 이온교환처리한 것 등을 사용할 수 있다.
<폴리아크릴산 또는 그 염>
본 발명에서는, 보일러수의 pH를 11.3 이상으로 조정하면서 폴리아크릴산 또는 그 염을 첨가한다.
폴리아크릴산은 특별하게 한정되지 않고, 후술하는 중량평균분자량의 조건을 충족시키는 것을 사용하는 것이 가능하다. 폴리아크릴산염은, 상기 폴리아크릴산의 나트륨염, 칼륨염 등을 들 수 있다. 폴리아크릴산염은, 폴리아크릴산과 함께 수산화나트륨, 수산화칼륨 등의 알칼리 금속 수산화물, 탄산나트륨, 탄산칼륨 등의 알칼리 금속 탄산염 등을 첨가함으로써 얻을 수 있다.
또한 본 발명에서는, 보일러수의 pH의 값에 따라 하기 계산식(1)으로부터 유도되는 기준중량평균분자량의 0.50∼2.00배의 중량평균분자량을 구비하는 폴리아크릴산 또는 그 염을 사용한다.
기준중량평균분자량 = -8462 × (pH의 값 - 11.3) ＋ 61538 ···(1)
또한 폴리아크릴산의 중량평균분자량은, 상기 계산식(1)으로부터 유도되는 기준중량평균분자량의 0.70∼1.70배인 것이 바람직하고, 0.80∼1.60배인 것이 더 바람직하고, 0.90∼1.40배인 것이 더욱 바람직하다.
또 폴리아크릴산의 염의 경우에, 폴리아크릴산염의 베이스가 되는 폴리아크릴산의 중량평균분자량이 상기 조건을 충족시키고 있으면 된다.
도3은, pH 11.1∼12.0의 영역에 있어서의 pH와, 스케일 제거에 최적인 폴리아크릴산의 중량평균분자량과의 관계를 나타내는 도면이다. 도3에 나타내는 바와 같이 pH가 높아짐에 따라서 최적인 폴리아크릴산의 중량평균분자량이 작아지고 있고, pH 11.3과 ∼ pH 12.0의 사이에서는 대략 직선적인 관계가 확인된다. 도3의 베이스가 되는 각 pH에서의 최적의 폴리아크릴산의 중량평균분자량은 도2로부터 읽어낸 것이다.
그리고 대략 직선 관계인 pH 11.3과 ∼ pH 12.0의 구간에 있어서 최소제곱법을 행함으로써, 상기 계산식(1)을 산출할 수 있고, 각 pH에서의 기준중량평균분자량을 얻을 수 있다(도4 참조).
도4에서는, pH 11.3, 11.5, 12.0의 3점의 최소제곱법으로부터 기준중량평균분자량을 얻기 위한 계산식을 산출하고 있지만, pH 11.3 이상의 적어도 3개의 pH값에 있어서 스케일 제거율이 최대가 되는 폴리아크릴산의 중량평균분자량(Mwmax)을 측정하고, pH를 X축, Mwmax를 y축으로 하여 최소제곱법에 의하여 pH와 Mwmax와의 관계식을 구하고, 상기 관계식으로부터 얻어지는 각 pH에서의 중량평균분자량을 기준중량평균분자량으로 하더라도 좋다.
이와 같이 본 발명에서는, 보일러수의 pH의 값에 따라, 상기 계산식(1)의 조건을 충족시키는 폴리아크릴산 또는 그 염을 첨가함으로써, 스케일 제거율을 양호하게 할 수 있다.
폴리아크릴산 또는 그 염의 첨가량은, 상기 보일러수중에서의 농도가 10∼500mg/Ｌ가 되는 양으로 하는 것이 바람직하다. 10mg/Ｌ 이상으로 함으로써 스케일 제거효과를 발휘하기 쉽게 할 수 있고, 500mg/Ｌ 이하로 함으로써 COD의 상승에 의한 배수처리의 번잡함을 방지하면서 비용 대 효과를 양호하게 할 수 있다.
또한 폴리아크릴산 또는 그 염의 첨가량은, 상기 보일러수중에서의 농도가 20∼400mg/Ｌ로 하는 것이 더 바람직하고, 30∼300mg/Ｌ로 하는 것이 더욱 바람직하고, 50∼250mg/Ｌ로 하는 것이 보다 더 바람직하다.
폴리아크릴산 또는 그 염은 보급수 또는 급수에 첨가하는 것이 바람직하다. 또 증기발생설비가 순환식인 경우에 복수에 첨가하더라도 좋다.
또 보일러의 상류측 및/또는 하류측에 pH측정수단을 설치하고, 상기 수단과 폴리아크릴산 또는 그 염의 첨가수단을 관련되게 만듦으로써, 적절한 중량평균분자량의 폴리아크릴산을 자동적으로 선택하여 첨가하는 구성을 취하는 것이 바람직하다.
<임의첨가성분>
본 발명에 있어서는, 본 발명의 목적이 손상되지 않는 범위에서 필요에 따라 증기발생설비의 계내의 어딘가의 장소에서 각종 첨가성분, 예를 들면 탈산소제, 방식제, 스케일 방지제 등을 사용할 수 있다.
스케일 방지제로서는, 예를 들면 각종 인산염, 상기한 조건을 충족시키지 않는 폴리아크릴산(중량평균분자량이 낮은 것), 폴리메타크릴산, 폴리말레인산 및 이들의 나트륨염 등의 수용성 고분자 화합물, 포스폰산염, 킬레이트제 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 폴리메타크릴산은, 상기한 조건을 충족시키는 폴리아크릴산 또는 그 염과 조합시켜서 사용함으로써, 보일러 급수중의 철농도가 0.3mg/Ｌ을 넘어서 포함되는 경우에, (예를 들면 0.3∼5.0mg/Ｌ의 고농도인 경우) 스케일 제거효율을 극적으로 높일 수 있는 점에서 적합하다.
폴리메타크릴산은, 보일러수중에서의 농도가 1∼1,000mg/Ｌ로 하는 것이 바람직하고, 10∼500mg/Ｌ로 하는 것이 더 바람직하다. 또한 폴리메타크릴산은, 보일러수중에 있어서 폴리아크릴산(염) : 폴리메타크릴산(염)의 질량비가 1:100∼100:1, 특히 1:50∼50:1이 되도록 첨가하는 것이 바람직하다.
또한 폴리메타크릴산은, 중량평균분자량이 1,000∼100,000 이하인 것이 바람직하고, 5,000∼60,000인 것이 더 바람직하다. 폴리메타크릴산은, 중량평균분자량이 1,000 미만에서는 충분한 철 스케일 방지 효과를 얻을 수 없는 경우가 있고, 폴리메타크릴산의 중량평균분자량이 100,000을 넘으면 효과가 저하된다.
실시예
다음에 본 발명을 실시예에 의하여 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 예에 의하여 조금도 한정되지 않는다.
[시험예1]
하기의 조건으로, pH 및 폴리아크릴산의 중량평균분자량이 스케일 제거율에 주는 영향에 대하여 검토하였다.
시험장치 : 스테인레스제 테스트 보일러
합성수A : 급수중의 농도로서 Ca경도 : 10ｍｇCaCO3/L, Ｍｇ경도 : 5ｍｇCaCO3/L, 실리카 15mg/L, 탄산나트륨 25mg/L
합성수B : 급수중의 농도로서 실리카 15mg/L, 표1에 기재되어 있는 중량평균분자량의 폴리아크릴산을 20mg/L(보일러 내 농도로서 200ｍｇ/L), 표1에 기재되어 있는 보일러수 pH가 되도록 탄산나트륨을 급수에 첨가
급수온도 : 40도
운전압력 : 2.0MPa
급수량 : 9L/h
농축배율 : 10배
스케일 제거율의 측정 : 시험전의 전열튜브(강재제(鋼材製), 표면적 200cm2×3개)를 칭량(稱量)하고 기록한다. 스테인레스제 테스트 보일러(보유수량 5L)에, 보일러 내 농도 10배 농축 상당(합성수A의 10배 농축 상당)의 합성수를 조제하여 투입하고, 합성수A를 급수하면서 압력 2.0MPa, 증발량 8.2L/h, 블로우량 0.8L/h, 농축배율 10배가 되도록 하여 21시간 운전하였다. 운전후에 스케일이 부착된 전열튜브(철제(鐵製), 표면적 200cm2×3개)를 꺼내어 칭량하여 스케일 부착량을 산출하였다. 그 후에 전열튜브를 다시 삽입하고, 보일러 내에 합성수B의 10배 농축 상당의 합성수를 조제하여 투입하고, 합성수B로 3일간, 동일한 조건으로 운전하여, 스케일 제거공정을 실시하였다. 운전후에 마찬가지로 전열튜브를 칭량하고, 스케일 제거공정 전후의 스케일 부착량으로부터 스케일 제거율을 산출하였다. 결과를 표1에 나타낸다. 또한 도2에 pH별 폴리아크릴산의 중량평균분자량과 스케일 제거율과의 관계를 나타낸다.
표1 및 도2로부터 pH를 11.3 이상으로 하였을 때에 스케일 제거율이 비약적으로 향상되는 것을 알 수 있다. 또한 폴리아크릴산의 중량평균분자량이 낮으면 스케일 제거율이 저하하는 한편 지나치게 높아도 스케일 제거율이 저하하는 것을 알 수 있다.
또한 도2의 각 pH의 곡선으로부터, 각 pH에 있어서 스케일 제거에 최적인 폴리아크릴산의 중량평균분자량이 존재하는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, pH 11.1에서는 81,500, pH 11.3에서는 62,500, pH 11.5에서는 58,500, pH 12.0에서는 56,000이라고 읽어낼 수 있다.
도3은, 각 pH에서의 최적인 폴리아크릴산의 중량평균분자량을 나타내는 도면이다. 도3으로부터 pH 11.3과 ∼ pH 12.0의 사이에서는 대략 직선적인 관계가 확인되는 것을 알 수 있다.
대략 직선 관계인 pH 11.3과 ∼ pH 12.0의 구간에 있어서의 최소제곱법을 하면, 절편이 61,538, 기울기가 -8,462가 된다.
도4는, pH 11.3∼12.0의 영역에 있어서의 pH와 스케일 제거에 최적인 폴리아크릴산의 중량평균분자량과의 관계의 최소제곱법에 의한 도면이다. 스케일 제거율을 높이기 위해서는, pH와의 관계에서, 도4의 직선(하기 계산식(1))을 기준으로 하여 폴리아크릴산의 중량평균분자량을 결정하면 좋은 것을 알 수 있다.
기준중량평균분자량 = -8462 × (pH의 값 - 11.3) ＋ 61538 ···(1)
또한 도2로부터, 스케일 제거에 최적인 폴리아크릴산의 중량평균분자량의 전후에서도 동등한 스케일 제거율을 구비하는 것, 및 최적중량평균분자량보다 낮은 측에 비하여 높은 측쪽이 스케일 제거율이 저하하기 어려운 것을 알 수 있다.
이상의 결과로부터, 보일러수의 pH의 값에 따라 상기 계산식(1)으로부터 유도되는 기준중량평균분자량의 0.50∼2.00배의 중량평균분자량을 구비하는 폴리아크릴산 또는 그 염을 첨가한다고 하는 조건을 충족시킴으로써, 스케일 제거율을 높일 수 있는 것을 알 수 있다.
상기 시험예에서는, 시험예1-7, 1-8, 1-9, 1-12, 1-13, 1-14, 1-17, 1-18 및 1-19가 상기 조건을 충족시키고 있고, pH가 동일한 다른 시험예에 비하여 스케일 제거율이 양호한 것을 알 수 있다.
[시험예2]
하기의 조건으로, 폴리아크릴산 및 약제(藥劑) 농도가 스케일 제거율에 주는 영향에 대하여 검토하였다.
시험장치 : 스테인레스제 테스트 보일러
합성수C : 급수중의 농도로서 Ca경도 : 20ｍｇCaCO3/L, Ｍｇ경도 : 10ｍｇCaCO3/L, 실리카 15mg/L, 탄산나트륨 35mg/L
합성수D : 급수중의 농도로서 실리카 15mg/L, 탄산나트륨 20mg/L가 되도록 첨가하고, 표2에 기재되어 있는 약제를 표2에 기재되어 있는 보일러 내 농도가 되도록 급수에 첨가
급수온도 : 40도
운전압력 : 2.0MPa
급수량 : 9L/h
농축배율 : 10배
스케일 제거율의 측정 : 시험전의 전열튜브(강재제, 표면적 200cm2×3개)를 칭량하고 기록한다. 스테인레스제 테스트 보일러(보유수량 5L)에, 보일러 내 농도 10배 농축 상당(합성수C의 10배 농축 상당)의 합성수를 조제하여 투입하고, 합성수C를 급수하면서 압력 2.0MPa, 증발량 8.2L/h, 블로우량 0.8L/h, 농축배율 10배가 되도록 하여 21시간 운전하였다. 운전후에 스케일이 부착된 전열튜브(철제, 표면적 200cm2×3개)를 꺼내 칭량하고, 스케일 부착량을 산출하였다. 그 후에 전열튜브를 다시 삽입하고, 보일러 내에 합성수D의 10배 농축 상당의 합성수를 조제하여 투입하고, 합성수D로 6일간, 동일한 조건으로 운전하여, 스케일 제거공정을 실시하였다. 운전후에 마찬가지로 전열튜브를 칭량하고, 스케일 제거공정 전후의 스케일 부착량으로부터 스케일 제거율을 산출하였다. 결과를 표2에 나타낸다.
표2의 결과로부터, 폴리아크릴산의 농도를 높임으로써 스케일 제거율이 향상되는 것을 알 수 있다. 한편 폴리아크릴산을 사용하지 않을 경우에, 약제의 농도를 높여도 스케일 제거율을 충분히 높게 할 수 없는 것을 알 수 있다.
상기 시험예에서는, 시험예 2-9 ∼ 2-22가 본 발명의 폴리아크릴산의 중량평균분자량의 조건을 충족시키고 있고, 폴리아크릴산의 농도가 동일한 다른 시험예에 비하여 스케일 제거율이 양호한 것을 알 수 있다.
[시험예3]
시험예2와 동일한 조건으로, 합성수D(단, 약제의 종류, 분자량, 보일러 내 농도는 표3의 조건의 것)를 사용하여 스케일 제거를 할 때에, 보일러 내에 강재제의 테스트 피스(SＧＰ, 15×50×10mm, ＃400 연마)를 설치하여 시험후에 탈녹(脫銹)처리하고 하기 계산식(2)에 의하여 부식속도를 구하였다.
부식속도(ｍｄｄ) = 테스트 피스의 부식 감량(ｍｇ) / 테스트 피스의 표면적(ｄｍ2) × 시험 기간(ｄaｙ)
표3의 결과로부터, ＥＤＴＡ나 ＮＴＡ와 같은 킬레이트제를 사용하지 않는 스케일 제거의 방식은, 부식속도가 느린 것을 알 수 있다.
[시험예4]
(모든 스케일 제거율)
합성수C에 대하여 철농도가 1.5mg/L가 되도록 염화철과 수산화철을 1:1의 질량 비율로 첨가하여 이루어지는 합성수F를 급수로서 사용한 것 이외에는 시험예2와 동일한 조건으로, 전열튜브(강재제, 표면적 200cm2×3개)를 구비하는 테스트 보일러를 21시간 운전하였다. 운전후에 전열튜브의 3개 중 1개를 꺼내어 연마된 전열튜브로 교환하였다. 또한 꺼낸 전열튜브를 칭량하고, 스케일 부착량을 산출하였다.
계속하여 합성수D에 대하여 철농도가 1.5mg/L가 되도록 염화철과 수산화철을 1:1의 질량 비율로 첨가하여 이루어지고 또한 약제를 표4에 기재되어 있는 약제, 분자량, 보일러 내 농도의 것으로 변경하여 이루어지는 합성수G를 급수로서 사용한 것 이외에는 시험예2와 동일한 조건으로, 6일간 테스트 보일러를 운전하여, 스케일 제거공정을 실시하였다. 추가운전후에 이전의 운전후에 교환하지 않고 있는 전열튜브를 칭량하여, 스케일 제거공정 전후의 스케일 부착량으로부터 모든 스케일 제거율을 산출하였다. 결과를 표4에 나타낸다.
상기 시험예에서는, 시험예4-2 ∼ 4-11의 폴리아크릴산이 본 발명의 중량평균분자량의 조건을 충족시키고 있다. 이들 시험예는 양호한 스케일 제거율을 나타내고 있지만, 그중에서도 시험예4-8 ∼ 4-11은 눈에 띄게 우수한 스케일 제거율을 나타내고 있다. 이 결과로부터, 보일러 급수중에 철이 비교적 고농도로 포함되어 있을 경우에, 폴리아크릴산의 단독처리보다 폴리아크릴산에 폴리메타크릴산을 조합시키는 편이 모든 스케일 제거율을 극적으로 향상시킬 수 있는 것을 확인할 수 있다. 이것은, 폴리아크릴산 단독으로는 철 스케일의 분산효과를 최적으로 할 수 없고, 경도 스케일 위에 철 스케일이 더 부착되어, 그 결과, 경도 스케일의 제거효과가 저하되고 있다고 추정된다. 한편 폴리아크릴산에 폴리메타크릴산을 조합시켰을 경우에, 경도 스케일 위에 철 스케일이 부착되는 것이 방지되어, 폴리아크릴산에 의한 경도 스케일 제거효과가 충분하게 발휘되고 있는 것을 알 수 있다.
1 : 복수탱크
11 : 복수라인
2 : 보급수 탱크
21 : 보급수 라인
3 : 급수탱크
31 : 급수라인
4 : 폴리아크릴산 또는 그 염
5 : 알칼리제
6 : 증기발생부(보일러)
61 : 드레인 회수라인
7 : 증기발생설비
11 : 복수라인
2 : 보급수 탱크
21 : 보급수 라인
3 : 급수탱크
31 : 급수라인
4 : 폴리아크릴산 또는 그 염
5 : 알칼리제
6 : 증기발생부(보일러)
61 : 드레인 회수라인
7 : 증기발생설비
Claims (3)
- 증기발생설비(蒸氣發生設備)에 있어서, 보일러(boiler)의 가동 중에 보일러수의 pH를 11.3 이상으로 조정하고 또한 보일러수의 pH의 값에 따라 하기 계산식(1)로부터 유도되는 기준중량평균분자량(基準重量平均分子量)의 0.50∼2.00배인 중량평균분자량을 구비하는 폴리아크릴산(polyacrylic acid) 또는 그 염을 첨가함으로써 보일러 내에 부착된 스케일을 제거하는, 증기발생설비의 스케일 제거방법(scale 除去方法).
기준중량평균분자량 = －8462 × (pH의 값 － 11.3) ＋ 61538 ···(1)
- 증기발생설비에 있어서, 보일러의 가동 중에 보일러수의 pH를 11.3 이상으로 조정하고 또한 보일러수의 pH의 값에 따라 하기의 방법에 의하여 산출되는 기준중량평균분자량의 0.50∼2.00배인 중량평균분자량을 구비하는 폴리아크릴산 또는 그 염을 첨가함으로써 보일러 내에 부착된 스케일을 제거하는, 증기발생설비의 스케일 제거방법.
[기준중량평균분자량의 산출방법]
(1)pH 11.3 이상인 적어도 3개의 pH값에 있어서, 스케일 제거율이 최대로 되는 폴리아크릴산의 중량평균분자량(Mwmax)을 측정한다.
(2)pH를 X축, Mwmax를 y축으로 하여, 최소제곱법에 의하여 pH와 Mwmax와의 관계식을 구하고, 상기 관계식으로부터 얻어지는 각 pH에서의 중량평균분자량을 기준중량평균분자량으로 한다.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 폴리아크릴산 또는 그 염을, 상기 보일러수 중에서의 농도가 10∼500mg/L가 되도록 첨가하는, 증기발생설비의 스케일 제거방법.
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