WO2013140913A1 - エコノマイザを有するボイラの水処理方法 - Google Patents

エコノマイザを有するボイラの水処理方法 Download PDF

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優 遠藤
瑞之 酒井
幸祐 志村
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栗田工業株式会社
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    • C02F5/08—Treatment of water with complexing chemicals or other solubilising agents for softening, scale prevention or scale removal, e.g. adding sequestering agents

Definitions

  • the present invention relates to a water treatment method for a boiler partially or entirely having a carbon steel economizer. More specifically, the present invention relates to scale adhesion in a boiler can by adjusting P-alkalinity and silica concentration in feed water to predetermined ranges. The present invention relates to a method for effectively suppressing the occurrence of corrosion in an economizer as well as prevention.
  • the main factors that cause boiler system corrosion are (1) high dissolved oxygen concentration, (2) out of the appropriate pH range, (3) chloride ions and sulfuric acid. There are three points such as high concentration of harmful ions such as ions. Therefore, as a method to prevent corrosion on the water side in the boiler in the boiler water system, generally, a chemical is injected to control the pH within an appropriate range, to remove dissolved oxygen, or to form an anticorrosion film on the steel surface. The method of doing is performed. At this time, in order to inject the drug in consideration of the concentration in the boiler can, in the non-concentrated part, the pH is low and the drug concentration is low, so that the formation of the anticorrosion film becomes insufficient.
  • the concentration is low even when a chemical is added at a low pH, and the formation of an anticorrosive film becomes insufficient.
  • the water temperature rises inside the economizer the dissolved oxygen concentration is high, so that it is highly corrosive and has many obstacles.
  • carbon steel economizers for low-pressure boilers have a high frequency of corrosive puncture failures, which can lead to punctures in two to three years after installation.
  • Examples of the anti-corrosion technology of the economizer include a corrosion prevention method using chemicals and a corrosion prevention method using a deoxidizer.
  • Examples of the anticorrosion method using a chemical include a method in which the chemical is injected upstream of the economizer, the pH is adjusted, and an anticorrosive film is formed on the surface of the steel material. At this time, if a chemical agent having a concentration sufficient for preventing corrosion of the economizer is added, the pH and electrical conductivity are excessively increased in the concentrating part such as in a boiler can, and carryover and alkali corrosion are likely to occur.
  • Patent Document 1 describes the prevention of corrosion and pitting corrosion of a boiler in which tartaric acid or a salt thereof, citric acid or a salt thereof, and an alkaline agent in an amount capable of adjusting the pH of the boiler feed water to 8 to 12 are added to the boiler feed water.
  • a method is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a corrosion prevention method for a boiler system in which a silicate is injected into boiler feed water to form an anticorrosion coating.
  • a deoxygenation device such as a nitrogen substitution type
  • the deoxygenation device having the ability to remove oxygen to a low concentration that can be prevented by an economizer is large and often requires a large amount of capital investment. It is inevitable that the scope of application is limited.
  • Patent Document 1 a method of adding tartaric acid, citric acid and an alkaline agent to boiler feed water is disclosed, but in the desktop evaluation in Test Example 1, only continuous flow conditions are disclosed. Since it is simulated, the corrosion inhibitory effect on the economizer under the operating conditions of an actual boiler that is repeatedly flowed and stopped by ON / OFF of the water supply pump is unknown. On the other hand, in the technique described in Patent Document 2, only an evaluation in a boiler can is performed, and no consideration is given to an effect on an economizer that is a non-concentrated part and has greatly different water quality conditions such as pH conditions and temperature conditions. Absent.
  • the present invention has been made under such circumstances, and is an economizer that exhibits corrosion inhibition effects in non-concentrating parts such as water supply pipes and economizers, and can prevent scale adhesion in a concentrating part such as in a boiler can. It aims at providing the water treatment method of the boiler which has this.
  • the present inventor has found that the P-alkaliness (mgCaCO 3 / L) and silica concentration (mgSiO 2 / L) in the water supply are different from the water supplied to the economizer. ) Has been found to be able to achieve its purpose by adding an alkali component and a silica component so that each has a predetermined value. The present invention has been completed based on such findings.
  • the present invention [1] A boiler water treatment method in which part or all of the economizer is made of carbon steel, and the P-alkalinity in the feed water is 20 to 100 mg CaCO 3 / L and silica for the feed water supplied to the economizer A water treatment method for a boiler having an economizer, wherein an alkali component and a silica component are added so that the concentration is 10 to 100 mg SiO 2 / L; [2] The water treatment method for a boiler having an economizer according to [1], wherein the alkali component and the silica component are added so that a P-alkalinity / silica concentration ratio in boiler water is 1.0 or more.
  • a boiler having an economizer according to any one of [1] to [7] having a water supply pump in the water supply line, the water supply pump being turned ON / OFF according to the water level in the boiler can and intermittently supplying water Water treatment method
  • [9] A water treatment method for a boiler having the economizer according to any one of [1] to [8], wherein the target boiler is a small once-through boiler
  • a feed water pipe and an economizer are provided.
  • the non-concentrating part such as the above, it is possible to effectively suppress the corrosion and to prevent the scale from adhering in the concentrating part such as in the boiler can.
  • the boiler water treatment method having the economizer of the present invention (hereinafter, simply referred to as “the water treatment method of the boiler of the present invention” or “the water treatment method of the present invention”) is used to supply water to the economizer.
  • the alkali component and the silica component are added so that the P-alkaline degree in the feed water is 20 to 100 mg CaCO 3 / L and the silica concentration is 10 to 100 mg SiO 2 / L.
  • the economizer In the boiler used in the water treatment method of the present invention, at least part or all of the economizer is made of carbon steel. For example, it is desirable that at least part of the economizer that contacts the water supply is made of carbon steel.
  • the target water supply system in the water treatment method of the present invention is a boiler water system, and any of pure water supply, reverse osmosis (RO) water supply, and soft water supply water can be applied as the water supply type.
  • RO reverse osmosis
  • the boiler type is not particularly limited, as long as it is equipped with a carbon steel economizer that uses the exhaust gas heat of the boiler for heating the boiler feed water, such as a small once-through boiler, water tube boiler, round boiler, exhaust heat recovery boiler, etc.
  • a small once-through boiler that is frequently flown and stopped by ON / OFF of the water supply pump can be preferably used.
  • the small once-through boiler in the present invention means a special circulation boiler in JIS B8223.
  • the water pipe boiler in which water is fed from one end, a brackish water mixture is taken out from the other end, separated by a brackish water separator, and the amount of hot water returning to the heating pipe is 50% or less of the brackish water mixture.
  • the water supply method of the small once-through boiler is generally supplied by ON / OFF control of the water supply pump, the flow and stop of the supply water are repeated inside the heat transfer pipe of the economizer installed in the small once-through boiler. In such an environment, corrosion in the economizer is particularly likely to proceed. However, according to the water treatment method of the present invention, the corrosion can be suppressed.
  • the boiler used in the water treatment method of the present invention has an economizer upstream of the water supply system, and further has a boiler body equipped with a boiler can downstream thereof.
  • the water supply supplied to the economizer is heated by heat exchange using the exhaust heat of the boiler by the economizer and introduced into the boiler can.
  • the boiler used in the present invention includes a water supply pump that supplies water to the economizer.
  • the water supply pump may be turned ON / OFF depending on the water level in the boiler can and intermittently supplied with water.
  • an alkaline component is added to the water supplied to the economizer so that the P-alkalinity in the water is 20 to 100 mg CaCO 3 / L.
  • P-alkalinity refers to sample 1 in order to neutralize alkaline components such as hydrogen carbonate, carbonate, phosphate and hydroxide dissolved in water to bring the pH to 8.3.
  • the water supply means the water supply liquid after the chemical liquid at the economizer inlet is mixed.
  • the above concentration is determined by the method described in the examples.
  • an alkaline component is added to the water supply line so that the P-alkaline degree in the water supply is preferably 30 to 90 mgCaCO 3 / L, more preferably 40 to 80 mgCaCO 3 / L.
  • an alkali hydroxide such as NaOH, KOH, LiOH, sodium silicate (dissolves in the feed water to generate NaOH), or the like is used. it can.
  • alkali components may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
  • a silica component is added so that the silica concentration in the feed water is 10 to 100 mg SiO 2 / L with respect to the feed water supplied to the economizer.
  • Silica concentration means a concentration obtained by converting a component derived from ionic silicon atoms per liter of a sample into a value converted to SiO 2 .
  • the silica concentration is determined by the method described in the examples.
  • the silica component is added to the water supply line so that the silica concentration in the water supply is preferably 10 to 70 mgSiO 2 / L, more preferably 10 to 60 mgSiO 2 / L.
  • silicates such as silicic acid and sodium silicate, potassium silicate, can be used, for example.
  • the P-alkaliness / silica concentration ratio in the boiler water is 1.0 or more in order to prevent generation of silica scale at a high temperature in the boiler can.
  • the P-alkalinity / silica ratio is 1.0 or more, the effect of preventing the deposition of silica and preventing the scale from sticking can be made more remarkable.
  • the P-alkalinity / silica ratio in boiler water is determined by the method described in the examples.
  • the P-alkalinity in boiler water is derived from the alkali component of the chemical added to the feed water line and from the alkali component generated by decomposition of hydrogen carbonate ions contained in the raw water in the boiler. Influenced by things.
  • Scale inhibitor When a hardness leak occurs, it is preferable to use a scale inhibitor in combination with the alkali component and the silica component in order to prevent scaling of the hardness component and the silica component in the boiler can.
  • the scale inhibitor it is preferable to add an acrylic acid polymer, carboxymethyl cellulose, or a salt thereof, more preferably a polyacrylate, and a polyacrylic acid having a number average molecular weight of 20,000 to 70,000. A salt is more preferred.
  • the amount of the polyacrylate added to the feed water is not particularly limited, but is usually added so that the concentration in the feed water is about 0.1 to 100 mg / L, preferably 1 to 50 mg / L.
  • the number average molecular weight of the polyacrylate is a value in terms of standard polystyrene measured by a gel permeation chromatography method (GPC method).
  • GPC method gel permeation chromatography method
  • oxygen absorber examples include hydrazine, carbohydrazide, 1-aminopyrrolidine, 1-amino-4-methylpiperazine, N, N-diethylhydroxylamine, tannin (acid) and its salt, ersorbic acid and its salt, ascorbic acid And salts thereof.
  • the oxygen scavenger can be used alone or in combination of two or more. Moreover, you may use together with oxygen removal apparatuses, such as a nitrogen substitution type, a film
  • Anticorrosive There are no particular restrictions on the anticorrosive, but citric acid, isocitric acid, gluconic acid, glycolic acid, tartaric acid, erythorbic acid, malic acid, lactic acid, ascorbic acid, 2-phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylic acid (PBTC) And hydroxyphosphonoacetic acid (HPAC) and their salts.
  • the said anticorrosive agent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
  • the salt include alkali metal salts such as sodium salt and potassium salt, ammonium salt and the like.
  • neutralizing amine examples include monoethanolamine (MEA), cyclohexylamine (CHA), morpholine (MOR), diethylethanolamine (DEEA), monoisopropanolamine (MIPA), 3-methoxypropylamine (MOPA), 2 -Amino-2-methyl-1-propanol (AMP) and the like can be used.
  • the said neutralizing amine can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
  • the water treatment method for a boiler having an economizer according to the present invention is effective in preventing the occurrence of corrosion in the economizer as well as preventing the scale from adhering to the boiler can by adjusting the P-alkalinity and the silica concentration in the feed water to predetermined ranges. Can be suppressed. Even in an experimental boiler in which flow stoppage is repeated by ON / OFF operation of a water supply pump by the water treatment method of the present invention, corrosion is significantly suppressed in conventional non-concentrated parts such as water supply piping and carbon steel economizers. It is possible to contribute to stable operation of boiler facilities and life extension.
  • the P-alkalinity in the feed water was determined as a calculated value from the P-alkalinity generated from the alkali component (for example, NaOH) and the silica component (for example, No. 3 sodium silicate) added from the upstream side of the economizer. For example, from NaOH1mg / L 0.153mgCaCO 3 / L is generated as 1.25mgCaCO 3 / L, 3 issue from sodium silicate 1 mg / L P- alkalinity as P- alkalinity.
  • the alkali component for example, NaOH
  • silica component for example, No. 3 sodium silicate
  • the silica concentration in the feed water is calculated from the silica concentration of raw water measured according to the ionic silica analysis method of JIS B 8224: 2005, and the calculated value of the silica concentration generated from the added alkali component (eg, No. 3 sodium silicate). Summed.
  • the silica concentration in the feed water was calculated from the calculated value of the silica concentration generated from the alkali component (for example, No. 3 sodium silicate). did.
  • operation was performed using the test apparatus shown in FIG. 1 simulating an economizer, and the corrosion inhibition effect was confirmed.
  • the raw water adjusted to have a predetermined water quality was placed in a test water tank 2 in which a heater 3 was installed, and the heater 3 was operated and heated to 60 ° C.
  • the chemical injection pump 5 that operates at 30 L / h while repeating the operation and stop every 60 seconds and the water supply pump 6 is interlocked with the water supply pump 6, assuming the actual boiler as the test starts.
  • test liquid in which the raw water and the chemical are mixed is adjusted by the back pressure valve 12 so that the pressure becomes 0.7 MPa in the order of the inlet test column 8, the heat exchanger 16, and the outlet test column 10.
  • the liquid was passed.
  • the test was conducted for 3 days while repeating the operation for 12 hours and stopping for 12 hours.
  • Each of the inlet test column 8 and the outlet test column 10 is provided with a test tube.
  • a test solution is passed through the tube, and a heat exchanger 16 at the rear stage of the inlet test column 8 is used as an outlet thermometer 11.
  • the test was conducted so that the temperature was 0 ° C.
  • the chemicals are alkali components and silica components, and NaOH, No.
  • test solution water supply
  • test solution water supply
  • Test solution a solution obtained by adding a chemical to the following raw water so as to have a concentration shown in Table 1 was used.
  • Test Example 2 Examples 11 to 17 and Comparative Examples 6 to 10
  • the water supply method was operated by the following method A or method B, and the test was carried out continuously for 3 days. The conditions and results are shown in Table 2.
  • Method A Supply water continuously at 30 L / h.
  • Method B Supply water while repeating 20 L / h and 40 L / h every 60 seconds.
  • test tube made of SUS304 (outer diameter 30 mm, length 300 mm, wall thickness 5 mm, emery paper # 400 polishing) into which an electric heater is inserted is installed in a test boiler, an electric heater is inserted into a test boiler was launched.
  • the chemicals were added to the water supply in conjunction with the start-up in conjunction with the water supply pump so as to have the concentration in the water supply shown in Table 3. After the test, the amount of scale attached to the test tube installed in the test boiler can was measured.
  • the amount of the scale attached was measured by scraping the scale attached to 200 mm from the tip of the three test tubes installed with a cutter, and measuring the mass of the scraped scale.
  • the conditions and results are shown in Table 3.
  • P-alkali component and silica component NaOH, No. 3 sodium silicate (SiO 2 : 29% by mass, Na 2 O: 9.5% by mass) and pure water are mixed and added to the feed water.
  • concentrations are shown in Table 3.
  • 5 mg / L of polyacrylic acid sodium (number average molecular weight 50,000) was added with respect to feed water.
  • the water treatment method for a boiler having an economizer according to the present invention effectively suppresses corrosion in a non-concentrated portion such as a water supply pipe or an economizer by setting the P-alkalinity and silica concentration in feed water to predetermined ranges.
  • a non-concentrated portion such as a water supply pipe or an economizer

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Abstract

給水配管やエコノマイザなどの非濃縮部において腐食抑制効果を発揮し、かつ、ボイラ缶内などの濃縮部においてスケール付着を防止できるエコノマイザを有するボイラの水処理方法を提供する。　一部または全部が炭素鋼製エコノマイザを有するボイラの水処理方法であって、前記エコノマイザに供給する給水に対して、給水中のＰ－アルカリ度が２０～１００ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ、及びシリカ濃度が１０～１００ｍｇＳｉＯ2／Ｌとなるように、アルカリ成分とシリカ成分を添加することを特徴とする、エコノマイザを有するボイラの水処理方法。

Description

エコノマイザを有するボイラの水処理方法
　本発明は、一部または全部が炭素鋼製エコノマイザを有するボイラの水処理方法に関し、さらに詳しくは給水中のＰ－アルカリ度とシリカ濃度を所定の範囲にすることで、ボイラ缶内のスケール付着防止と共に、エコノマイザにおける腐食発生を効果的に抑制する方法に関するものである。
　従来、ボイラ系統の腐食を引き起こす主な要因としては、ボイラ給水あるいは缶水が、（１）溶存酸素濃度が高い、（２）ｐＨの適正範囲から外れている、（３）塩化物イオンや硫酸イオン等の有害イオン濃度が高い、の３点が挙げられる。
　したがって、ボイラ水系における缶内の水側の腐食を防止するための方法として、一般に薬剤を注入し、ｐＨを適正範囲にコントロールしたり、溶存酸素を除去したり、又は鋼材表面に防食皮膜を形成する等の方法が行われている。この際、ボイラ缶内での濃縮を考慮して薬剤を注入するために、非濃縮部においては、ｐＨが低く薬剤濃度が低いため、防食皮膜の形成が不充分となる。
　ボイラのエコノマイザは一般に非濃縮部であるため、低ｐＨでかつ薬剤を添加した場合も濃度が低く防食皮膜の形成が不十分となる。また、エコノマイザ内部では水温が上昇するにもかかわらず、溶存酸素濃度が高いため、腐食性が高く、障害が多く発生している。特に低圧ボイラの炭素鋼製エコノマイザは、腐食破孔障害の発生頻度が高く、設置から２～３年で破孔に至ることもある。
　エコノマイザの防食技術としては、薬剤による防食方法と、脱酸素装置による防食方法が挙げられる。
　薬剤による防食方法としては、薬剤をエコノマイザの上流に注入し、ｐＨを調整し、鋼材表面に防食皮膜の形成等を行う方法が挙げられる。この際、エコノマイザの防食に十分な濃度の薬剤を添加すると、ボイラ缶内のような濃縮部においては、ｐＨ、電気伝導度が上昇しすぎてキャリオーバやアルカリ腐食が生じ易い。一方、ボイラ缶内での濃縮を考慮して薬剤を低濃度で注入すると、給水配管やエコノマイザ等の非濃縮部においては、低ｐＨで薬剤濃度が低くなるため防食皮膜の形成が不十分となり、腐食が発生する。
　特許文献１には、ボイラ給水に対して、酒石酸又はその塩、クエン酸又はその塩、及びボイラ給水のｐＨを８～１２に調整し得る量のアルカリ剤を添加するボイラの腐食・孔食防止方法が開示されている。
　また、特許文献２には、ボイラ給水へケイ酸塩を注入して防食被膜を形成する、ボイラ系統の防食方法が開示されている。
　一方、窒素置換式などの脱酸素装置による防食の場合、エコノマイザの防食が可能な低濃度まで酸素を除去できる性能を有する脱酸素装置は大型で、多額の設備投資が必要となることが多く、適用範囲が限定されるのを免れない。
特開２００５－２２０３９６号公報 特開２００１－３３６７０１号公報
　前記特許文献１に記載の技術においては、ボイラ給水に対して、酒石酸、クエン酸及びアルカリ剤を添加する方法が開示されているが、試験例１における机上評価では、連続的な流動条件のみが模擬されているため、給水ポンプのＯＮ／ＯＦＦにより、流動、停止が繰り返される実機ボイラの運転条件におけるエコノマイザに対する腐食抑制効果は不明である。
　一方、特許文献２に記載の技術においては、ボイラ缶内における評価しか行っておらず、非濃縮部でありｐＨ条件など水質条件及び温度条件などが大きく異なるエコノマイザに対する効果については、なんら検討されていない。
　本発明は、このような状況下になされたものであって、給水配管やエコノマイザなどの非濃縮部において腐食抑制効果を発揮し、かつ、ボイラ缶内などの濃縮部においてスケール付着を防止できるエコノマイザを有するボイラの水処理方法を提供することを目的とするものである。
　本発明者は、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、エコノマイザに供給する給水に対して、給水中のＰ－アルカリ度（ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ）、及びシリカ濃度（ｍｇＳｉＯ2／Ｌ）が、それぞれ所定の値になるように、アルカリ成分とシリカ成分を添加することにより、その目的を達成し得ることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
　すなわち、本発明は、
［１］一部または全部が炭素鋼製エコノマイザを有するボイラの水処理方法であって、前記エコノマイザに供給する給水に対して、給水中のＰ－アルカリ度が２０～１００ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ、及びシリカ濃度が１０～１００ｍｇＳｉＯ2／Ｌとなるように、アルカリ成分とシリカ成分を添加することを特徴とする、エコノマイザを有するボイラの水処理方法、
［２］ボイラ水中のＰ－アルカリ度／シリカ濃度比が１．０以上となるように、前記アルカリ成分と前記シリカ成分を添加する、［１］のエコノマイザを有するボイラの水処理方法、
［３］前記アルカリ成分が、アルカリ水酸化物である、［１］又は［２］のエコノマイザを有するボイラの水処理方法、
［４］前記シリカ成分が、ケイ酸塩である、［１］～［３］のいずれかのエコノマイザを有するボイラの水処理方法、
［５］さらに、給水にスケール防止剤を添加する、［１］～［４］のいずれかのエコノマイザを有するボイラの水処理方法、
［６］スケール防止剤がアクリル酸系ポリマーである［５］のエコノマイザを有するボイラの水処理方法、
［７］アクリル酸系ポリマーが、数平均分子量２万～７万のポリアクリル酸塩である、［６］のエコノマイザを有するボイラの水処理方法、
［８］給水ラインに給水ポンプを有し、該給水ポンプがボイラ缶内の水位によってＯＮ／ＯＦＦ作動し、断続的に給水される、［１］～［７］のいずれかのエコノマイザを有するボイラの水処理方法、
［９］対象ボイラが小型貫流ボイラである、［１］～［８］のいずれかのエコノマイザを有するボイラの水処理方法、
［１０］前記エコノマイザに給水する給水系に対して、前記アルカリ成分と前記シリカ成分を添加する、［１］～［９］のいずれかのエコノマイザを有するボイラの水処理方法、
を提供するものである。
　本発明によれば、前記エコノマイザに供給する給水に対して、給水中のＰ－アルカリ度とシリカ濃度が所定の範囲に維持するようにアルカリ成分とシリカ成分を添加することにより、給水配管やエコノマイザなどの非濃縮部において、腐食の抑制を効果的に発揮することができると共に、ボイラ缶内などの濃縮部においてもスケール付着を防止できる。
試験例で用いたエコノマイザを模擬した試験装置の概略図である。
［水処理方法］
　本発明のエコノマイザを有するボイラの水処理方法（以下、単に「本発明のボイラの水処理方法」又は「本発明の水処理方法」と称することがある。）は、前記エコノマイザに供給する給水に対して、給水中のＰ－アルカリ度が２０～１００ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ、及びシリカ濃度が１０～１００ｍｇＳｉＯ2／Ｌとなるように、アルカリ成分とシリカ成分を添加する。
　本発明の水処理方法において使用されるボイラは、少なくともエコノマイザの一部又は全部が炭素鋼製である。例えば、エコノマイザの給水と接触する少なくとも一部が炭素鋼製であることが望ましい。
　本発明の水処理方法における対象とする給水系は、ボイラ水系システムであって、給水種としては、純水給水、逆浸透（ＲＯ）給水、軟水給水のいずれも適用可能である。
　ボイラの形式は特に制限されず、ボイラの排気ガス熱をボイラ給水の加熱に利用する炭素鋼製エコノマイザを備えるものであればよく、小型貫流ボイラ、水管ボイラ、丸ボイラ、排熱回収ボイラ等を使用することができるが、給水ポンプのＯＮ／ＯＦＦにより流動、停止が繰り返されるケースが多い小型貫流ボイラを好適に使用することができる。
　本発明における小型貫流ボイラとは、ＪＩＳ　Ｂ８２２３における特殊循環ボイラを意味する。すなわち、主として管によって構成され、一端から水を送り込み、他端から汽水混合物を取り出し、汽水分離器で分離後、加熱管へ戻る熱水の量が汽水混合物の５０％以下となる水管ボイラをいう。小型貫流ボイラの給水方式は一般的に給水ポンプのＯＮ／ＯＦＦ制御により給水されるため、小型貫流ボイラに設置されるエコノマイザの伝熱管内部では給水の流動、停止が繰り返される環境である。このような環境においては特にエコノマイザ内の腐食が進行しやすくなるが、本発明の水処理方法によれば、当該腐食を抑制することが可能となる。
　適用するボイラの圧力に特に制限はないが、圧力が高くなりすぎると添加する防食剤等が熱分解し易くなるため、好ましくは３．０ＭＰａ以下、より好ましくは２．０ＭＰａ以下の圧力下で使用することが望ましい。
　次に、本発明のエコノマイザを有するボイラの水処理方法について、具体的に説明する。
　以下、本発明の水処理方法において使用されるボイラの一例を示す。
　本発明の水処理方法において使用されるボイラは、給水系の上流にエコノマイザを有し、さらに、その下流にボイラ缶を備えたボイラ本体を有する。エコノマイザに供給された給水は、当該エコノマイザにより、ボイラの排熱を利用して、熱交換により加熱されて、ボイラ缶内に導入される。
　本発明において使用されるボイラは、エコノマイザに対して給水を供給する給水ポンプを備える。
当該給水ポンプは、ボイラ缶内の水位によってＯＮ／ＯＦＦ作動し、断続的に給水されてもよい。
［アルカリ成分］
　本発明においては、上記エコノマイザに供給する給水に対して、給水中のＰ－アルカリ度が２０～１００ｍｇＣａＣＯ3／Ｌになるようにアルカリ成分を添加する。
　「Ｐ－アルカリ度」とは、水に溶解している炭酸水素塩、炭酸塩、リン酸塩及び水酸化物などのアルカリ成分を中和して、ｐＨを８．３にするために試料１リットルあたりに要する酸（塩酸又は硫酸のいずれか）の量（ｍｇ）から、試料１リットルあたりに存在する炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）量に換算した値（ｍｇ／リットル ａｓ ＣａＣＯ3）である。ここで、給水とはエコノマイザ入口における薬液が混合された後の給水液を意味する。本発明において、上記の濃度は、実施例記載の方法により求められる。
　給水中のＰ－アルカリ度が２０ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ未満ではエコノマイザの防食効果が不十分となり、一方１００ｍｇＣａＣＯ3／Ｌを超えると電気伝導率が上がりすぎ、後段のボイラ缶内でキャリオーバしやすくなる。また、キャリオーバを防ぐためにブローを増やすことで、エネルギーロスが生じ不経済となる。
　このような観点から、給水中のＰ－アルカリ度が、好ましくは３０～９０ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ、より好ましくは４０～８０ｍｇＣａＣＯ3／Ｌとなるように、給水ラインにアルカリ成分を添加する。
　本発明において、Ｐ－アルカリ度の調整に用いるアルカリ成分としては、例えばＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＬｉＯＨ等のアルカリ水酸化物や、ケイ酸ナトリウム（給水中では溶解してＮａＯＨを発生）などを用いることができる。これらのアルカリ成分は１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
［シリカ成分］
　本発明のエコノマイザを有するボイラの水処理方法においては、前記エコノマイザに供給する給水に対して、給水中のシリカ濃度が、１０～１００ｍｇＳｉＯ2／Ｌとなるようにシリカ成分を添加する。
　「シリカ濃度」とは、試料１リットルあたりのイオン状のケイ素原子由来の成分をＳｉＯ2換算値とした濃度を意味する。本発明において、シリカ濃度は、実施例に記載の方法により求められる。
　給水中のシリカ濃度が１０ｍｇＳｉＯ2／Ｌ未満ではエコノマイザの防食効果が不十分となり、一方１００ｍｇＳｉＯ2／Ｌを超えると後段のボイラ缶内でシリカがスケール化するなど、好ましくない事態を招来する。また、シリカのスケール化を防ぐために濃縮を低くする必要があり、ブロー量を増やすことでエネルギーロスが生じ不経済となる。
　このような観点から、給水中のシリカ濃度が、好ましくは１０～７０ｍｇＳｉＯ2／Ｌ、より好ましくは１０～６０ｍｇＳｉＯ2／Ｌとなるように給水ラインにシリカ成分を添加する。
　上記シリカ成分としては、例えばケイ酸や、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウムなどのケイ酸塩を用いることができる。
　本発明のエコノマイザを有するボイラの水処理方法においては、ボイラ缶内の高温下でのシリカスケールの発生を防止するために、ボイラ水中のＰ－アルカリ度／シリカ濃度比が１．０以上となるように、給水系にアルカリ成分とシリカ成分を添加することが好ましい。Ｐ－アルカリ度／シリカ比が１．０以上で、シリカの析出を防ぎ、スケールが付着を防止する効果をより顕著にすることができる。ボイラ水中のＰ－アルカリ度／シリカ比は、実施例に記載された方法により求められる。
　なお、ボイラ水中のＰ－アルカリ度は、給水ラインに添加される薬剤のアルカリ成分に由来するものと、原水中に含まれる炭酸水素イオン等がボイラ内で分解して発生するアルカリ成分に由来するものに影響される。
［スケール防止剤］
　硬度リークが生じた場合に、ボイラ缶内での硬度成分とシリカ成分のスケール化防止のために、スケール防止剤を、前記のアルカリ成分及びシリカ成分と併用することが好ましい。
　このスケール防止剤としては、アクリル酸系ポリマー、カルボキシメチルセロース及びその塩などを添加することが好ましく、特にポリアクリル酸塩がより好ましく、さらに数平均分子量が２万～７万のポリアクリル酸塩がより好ましい。当該ポリアクリル酸塩の給水中への添加量は、特に制限はないが、通常給水中の濃度が０．１～１００ｍｇ／Ｌ程度、好ましくは１～５０ｍｇ／Ｌになるように添加される。なお、当該ポリアクリル酸塩の数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法（ＧＰＣ法）で測定された標準ポリスチレン換算の値である。
　これにより、硬度リークの発生等により硬度成分が混入した場合であっても、ボイラ缶内へのスケール付着を抑制することができる。
［他の添加成分］
　本発明のエコノマイザを有するボイラの水処理方法においては、他の添加成分、例えば既存の脱酸素剤、防食剤、中和性アミン等を併用することができる。これらの他の添加成分は、本発明の目的を阻害しない範囲において、任意に混合してボイラ水系（給水）に添加してもよく、また別々に添加してボイラ水系内で混合してもよい。
（脱酸素剤）
　脱酸素剤としては、例えばヒドラジン、カルボヒドラジド、１－アミノピロリジン、１－アミノ－４－メチルピペラジン、Ｎ，Ｎ－ジエチルヒドロキシルアミン、タンニン（酸）及びその塩、エルソルビン酸及びその塩、アスコルビン酸及びその塩等が挙げられる。
　上記脱酸素剤は、一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
　また、窒素置換式、膜式、真空式等の酸素除去装置と併用してもよい。
（防食剤）
　防食剤としては特に制限はないが、クエン酸、イソクエン酸、グルコン酸、グルコール酸、酒石酸、エリソルビン酸、リンゴ酸、乳酸、アスコルビン酸、２－ホスホノブタン－１，２，４－トリカルボン酸（ＰＢＴＣ）及びヒドロキシホスホノ酢酸（ＨＰＡＣ）、並びにそれらの塩を挙げることができる。
　上記防食剤は一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
　前記塩としては、ナトリウム塩やカリウム塩等のアルカリ金属塩、アンモニウム塩等が挙げられる。
（中和性アミン）
　中和性アミンとしては、例えばモノエタノールアミン（ＭＥＡ）、シクロヘキシルアミン（ＣＨＡ）、モルホリン（ＭＯＲ）、ジエチルエタノールアミン（ＤＥＥＡ）、モノイソプロパノールアミン（ＭＩＰＡ）、３－メトキシプロピルアミン（ＭＯＰＡ）、２－アミノ－２－メチル－１－プロパノール（ＡＭＰ）等を用いることができる。
　上記中和性アミンは、一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
　本発明のエコノマイザを有するボイラの水処理方法は、給水中のＰ－アルカリ度と、シリカ濃度とを所定の範囲にすることで、ボイラ缶内のスケール付着防止と共に、エコノマイザにおける腐食発生を効果的に抑制することができる。
　本発明の水処理方法により、給水ポンプのＯＮ／ＯＦＦ作動により流動停止が繰り返される実験ボイラにおいても、給水配管や炭素鋼製エコノマイザなどの非濃縮部で、従来よりも大幅に腐食を抑制することが可能となり、ボイラ設備の安定運転、延命に寄与することができる。
　次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
（給水中のＰ－アルカリ度）
　給水中のＰ－アルカリ度は、エコノマイザの上流側より添加したアルカリ成分（例えば、ＮａＯＨ）およびシリカ成分（例えば、３号ケイ酸ナトリウム）から発生するＰ－アルカリ度から計算値として求めた。
　例えば、ＮａＯＨ１ｍｇ／ＬからはＰ－アルカリ度として１．２５ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ、３号ケイ酸ナトリウム１ｍｇ／ＬからはＰ－アルカリ度として０．１５３ｍｇＣａＣＯ3／Ｌが発生する。
（給水中のシリカ濃度）
　給水中のシリカ濃度は、ＪＩＳ Ｂ８２２４：２００５のイオン状シリカ分析方法に準じて測定した原水のシリカ濃度と、添加したアルカリ成分（例えば、３号ケイ酸ナトリウム）より発生するシリカ濃度の計算値の和とした。
　なお試験例１－２については、原水中のシリカ濃度は無視できる程度に低かったので、給水中のシリカ濃度は、アルカリ成分（例えば、３号ケイ酸ナトリウム）より発生するシリカ濃度の計算値とした。
（ボイラ水中のＰ－アルカリ度／シリカ濃度比）
　ボイラ水中のＰ－アルカリ度はＪＩＳ Ｂ８２２４：２００５に記載される測定方法に準じて測定された実測値を用いた。
　ボイラ水中のシリカ濃度はＪＩＳ Ｂ８２２４：２００５に記載される測定方法に準じて測定された実測値を用いた。
　ボイラ水中のＰ－アルカリ度／シリカ濃度比は上記実験値から算出した。
＜試験例１＞
実施例１～１０及び比較例１～５
　試験には、エコノマイザを模擬した図１に示す試験装置を用いて運転を行い、腐食抑制効果を確認した。
　所定水質になるように調整された原水を、内部にヒーター３が設置された試験水タンク２に入れ、該ヒーター３を稼働させて６０℃に加温した。
　給水方法は、試験開始と共に、給水ポンプ６を実機ボイラを想定して、６０秒ごとに運転及び停止を繰り返しながら、３０Ｌ／ｈとなるように運転し、給水ポンプ６に連動する薬注ポンプ５により薬剤を添加し、原水と薬剤が混合された試験液（給水）を入口テストカラム８、熱交換器１６、出口テストカラム１０の順に、０．７ＭＰａになるように背圧弁１２で調整しながら通液した。試験は１２時間運転、１２時間停止を繰り返しながら３日間実施した。
　入口テストカラム８及び出口テストカラム１０には、それぞれテストチューブが設置されており、該チューブの内側に試験液を通し、入口テストカラム８の後段の熱交換器１６により、出口温度計１１で１２０℃となるように試験を行った。
　薬剤は、アルカリ成分及びシリカ成分は、ＮａＯＨと３号ケイ酸ナトリウム（ＳｉＯ2：２９質量％、Ｎａ2Ｏ：９．５質量％）と純水を混合して、試験液（給水）が表１に示す濃度になるように、試験水タンク２から供給される原水中に添加した。
　所定の試験期間経過後に、装置の運転を停止し、冷却後、テストカラム８及び１０より、それぞれテストチューブを取り外し、ＪＩＳ Ｋ １００に準じて脱錆処理を行い、期間中のテストチューブの腐食痕の数を調べた。その結果を表１に示す。
　なお、テストチューブには、内径９ｍｍ、外径１４ｍｍ、長さ１５０ｍｍの炭素鋼製のものを脱脂して用いた。
≪試験液≫
　試験液としては、下記の原水に、表１に示す濃度となるように薬剤を添加した液を用いた。
　原水の組成
　　ＮａＨＣＯ3：２０ｍｇ／Ｌ（ＣａＣＯ3として）
　　Ｃｌ-　　　：４０ｍｇ／Ｌ（ＮａＣｌとＨＣｌで調製）
　　Ｎａ2ＳＯ4 ：４０ｍｇ／Ｌ（ＳＯ4 2-として）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１の結果より、エコノマイザの腐食抑制効果は実施例１～１０では、入口及び出口テストチューブ共に、腐食痕の数は少数に抑制できるのに対して、比較例１～５では、入口又は出口テストチューブで腐食痕が多数発生することが明らかとなり、実施例の腐食抑制効果が確認された。
＜試験例２＞
実施例１１～１７及び比較例６～１０
　試験例１において、給水方法として、下記のＡ方法又はＢ方法により運転し、３日間連続で試験を実施した。条件及び結果を表２に示す。
　Ａ方法：３０Ｌ／ｈで連続して給水を行う。
　Ｂ方法：６０秒ごとに２０Ｌ／ｈと４０Ｌ／ｈを繰り返しながら給水を行う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２の結果より、給水方法が連続の条件においては、実施例１１～１７及び比較例１０において腐食抑制効果が確認された。実施例１７においては流量を経時的に変化させても腐食防止抑制効果が確認された。
＜試験例３＞
実施例１８～２１及び比較例１１
　軟水給水運転を想定した下記の条件にて、水管ボイラを模擬した電気式テストボイラを用いたスケール付着試験を行った。
　給水　　：野木町水（給水水質：ＥＣ約１７ｍＳ／ｍ、Ｃｌ-１０ｍｇ／Ｌ、ＳＯ4 2-２２ｍｇ／Ｌ、Ｍ－アルカリ度２２ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ、シリカ２０ｍｇＳｉＯ2／Ｌ）
　給水温度：２５℃（溶存酸素濃度約８ｍｇ／Ｌ）
　運転圧力：０．７ＭＰａ
　給水量　：１５Ｌ／ｈ
　ブロー量：１．５Ｌ／ｈ
　試験期間：７２時間
　電気ヒーターを挿入するＳＵＳ３０４製の試験チューブ（外径３０ｍｍ、長さ３００ｍｍ、肉厚５ｍｍ、エメリー紙＃４００研磨）をテストボイラに設置したのち、電気ヒーターを挿入し、テストボイラを起動した。
　起動と共に給水に対して、薬剤を表３に記載の給水中の濃度になるように給水ポンプに連動して添加した。
　試験後、テストボイラ缶内に設置した試験チューブへのスケール付着量を測定した。スケール付着量は、３本設置された試験チューブの先端から２００ｍｍまでに付着したスケールをカッターでかき取り、かき取ったスケールの質量を測定した。条件及び結果を表３に示す。
　なお、Ｐ－アルカリ成分及びシリカ成分としては、ＮａＯＨと３号ケイ酸ナトリウム（ＳｉＯ2：２９質量％、Ｎａ2Ｏ：９．５質量％）と純水を混合して給水中に添加して、表３に記載した濃度とした。また、スケール防止剤ありの場合は、ポリアクリル酸ナトリウム（数平均分子量５万）を給水に対して５ｍｇ／Ｌ添加した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３の結果より、軟水給水において、実施例１８～２１ではスケールの付着は非常に少ないのに対して、比較例１１ではボイラ缶内のシリカ濃度が高く、Ｐ－アルカリ度／シリカ濃度比が１．０未満であり、明らかなスケールの付着が認められた。
＜試験例４＞
実施例２２～２８
　軟水給水において硬度リークが発生したことを想定して、給水にＣａＣｌ2をＣａＣＯ3として２ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ添加しながら、前記試験例３と同様の方法で下記の条件にて、水管ボイラを模擬した電気式テストボイラを用いたスケール付着試験を行った。
　条件及び結果を表４に示す。
　原水　　　：野木町水（原水水質：ＥＣ約１７ｍＳ／ｍ、Ｃｌ-１０ｍｇ／Ｌ、ＳＯ4 2-２２ｍｇ／Ｌ、Ｍ－アルカリ度２２ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ、シリカ２０ｍｇＳｉＯ2／Ｌ）に、ＣａＣｌ2をＣａＣＯ3として２ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ添加
　薬剤の添加：給水中Ｐ－アルカリ度５０ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ、給水中シリカ濃度５０ｍｇＳｉＯ2／Ｌ、給水中スケール防止剤濃度４ｍｇ／Ｌ
　ボイラ水中Ｐ－アルカリ／シリカ比率：１．２８～１．３３
　運転圧力　：０．７ＭＰａ
　給水量　　：１５Ｌ／ｈ
　ブロー量　：１．５Ｌ／ｈ
　試験期間　：７２時間
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４の結果より、硬度リーク発生を想定した条件では、実施例２８においてはスケールの付着が若干認められたが、実施例２２～２７においては、スケールの付着はほとんど認められなかった。
　本発明のエコノマイザを有するボイラの水処理方法は、給水中のＰ－アルカリ度とシリカ濃度とを所定の範囲にすることで、給水配管やエコノマイザなどの非濃縮部において、腐食の抑制を効果的に発揮することができると共に、ボイラ缶内などの濃縮部においてもスケール付着を防止できる。
　１　補給水
　２　試験水タンク
　３、１４　ヒーター
　４　薬注タンク
　５　薬注ポンプ
　６　給水ポンプ
　７　流量計
　８　入口テストカラム
　９　入口温度計
　１０　出口テストカラム
　１１　出口温度計
　１２　背圧弁
　１３　熱媒タンク
　１５　熱媒ポンプ
　１６　熱交換器
　１７　流量調節バルブ

Claims (10)

  1. 　一部または全部が炭素鋼製エコノマイザを有するボイラの水処理方法であって、前記エコノマイザに供給する給水に対して、給水中のＰ－アルカリ度が２０～１００ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ、及びシリカ濃度が１０～１００ｍｇＳｉＯ2／Ｌとなるように、アルカリ成分とシリカ成分を添加することを特徴とする、エコノマイザを有するボイラの水処理方法。
  2. 　ボイラ水中のＰ－アルカリ度／シリカ濃度比が１．０以上となるように、前記アルカリ成分と前記シリカ成分を添加する、請求項１に記載のエコノマイザを有するボイラの水処理方法。
  3. 　前記アルカリ成分が、アルカリ水酸化物である、請求項１又は２に記載のエコノマイザを有するボイラの水処理方法。
  4. 　前記シリカ成分が、ケイ酸塩である、請求項１～３のいずれかに記載のエコノマイザを有するボイラの水処理方法。
  5. 　さらに、給水にスケール防止剤を添加する、請求項１～４のいずれかに記載のエコノマイザを有するボイラの水処理方法。
  6. 　スケール防止剤がアクリル酸系ポリマーである請求項５に記載のエコノマイザを有するボイラの水処理方法。
  7. 　アクリル酸系ポリマーが、数平均分子量２万～７万のポリアクリル酸塩である、請求項６に記載のエコノマイザを有するボイラの水処理方法。
  8. 　給水ラインに給水ポンプを有し、該給水ポンプがボイラ缶内の水位によってＯＮ／ＯＦＦ作動し、断続的に給水される、請求項１～７のいずれかに記載のエコノマイザを有するボイラの水処理方法。
  9. 　対象ボイラが小型貫流ボイラである、請求項１～８のいずれかに記載のエコノマイザを有するボイラの水処理方法。
  10. 　前記エコノマイザに給水する給水系に対して、前記アルカリ成分と前記シリカ成分を添加する、請求項１～９のいずれかに記載のエコノマイザを有するボイラの水処理方法。
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