(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜硫酸系脱酸素剤を用いてボイラ給水中の溶存酸素濃度を２〜４ppmまで低減し、ボイラ缶水中の硫酸イオン濃度を５００ppm以下に維持することを特徴とするボイラの運転方法。
【請求項２】
Ｎａ2ＳＯ3，Ｋ2ＳＯ3，ＮａＨＳＯ3およびＫＨＳＯ3の中から選ばれる少なくとも１つを３〜３０重量％含む亜硫酸系脱酸素剤を用いることを特徴とする請求項１に記載のボイラの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ボイラの水管等に発生する腐食の抑制に関するもので、より詳細には、ボイラの缶水中の硫酸イオンＳＯ42-の濃度を調節するボイラの運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、ボイラの運転中は、供給水の中に含まれる重炭酸イオンの熱分解による水酸化物イオンの生成と、蒸発によるボイラ水の濃縮に伴い、水管内の水，すなわち缶水のｐＨが上昇する。ところで、貫流ボイラにおいては、缶体内の水循環がないため、水管の上部と下部では缶水の濃縮度に差が生じ、水管の上部では缶水のｐＨが大分上昇するが、水管の下部では缶水のｐＨがあまり上昇せず、供給水のｐＨとほぼ同値の水質となる。一般に、ボイラの水管の材質としては炭素鋼が使用されているが、炭素鋼は、酸素を含んだ中性付近の水中では腐食し易い。そこで、ボイラの水管理では、供給水中の溶存酸素を取り除き、缶水のｐＨを高める操作を行う。ＪＩＳにおけるボイラ缶水の水質管理では、缶水のｐＨを１１〜１１．８付近に調節して管理することになっており、この辺りを適正なｐＨとすれば、水管の下部ではｐＨが適正値よりも低いということになる。したがって、貫流ボイラにおいては、水管下部において腐食が進行し易い。この腐食を防止するために、ボイラへの供給水に薬剤を注入している。従来から使用されている薬剤は、その含有している成分により、大きく２種類に大別される。１つは、皮膜形成型薬剤と呼ばれるもので、これは水管内壁の表面に防食皮膜を形成して、防食作用を発揮する薬剤である。また、２つ目は、脱酸素型薬剤と呼ばれるもので、これは腐食の要因となる供給水中の溶存酸素を除去して腐食を防止する薬剤である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、過去のボイラの水管理に関する文献では、溶存酸素、低ｐＨ（適正なｐＨより低いｐＨでのボイラの運転）および有害イオン（たとえば、塩化物イオンＣｌ- や硫酸イオンＳＯ4 2-）が腐食の主たる原因として取り上げられている。しかし、それぞれの腐食に与える影響度合いが定性的にしか調査されておらず、明確でなかった。また、腐食を効果的に防止するには、前記皮膜形成型薬剤が良いのか、あるいは前記脱酸素型薬剤が良いのかが明確でなかった。
【０００４】
そこで、発明者らは、これまでボイラの腐食の効果的な低減をねらって腐食実験を行ってきた。その結果、前記皮膜形成型薬剤は、一般に、その防食効果がｐＨに大きく影響され、低ｐＨ域，すなわちｐＨ＝７〜９においては充分な防食効果が期待できないことが明らかになった。つまり、貫流ボイラの水管下部においては、防食効果が充分でないことが判明した。一方、前記脱酸素型薬剤について、同様の腐食実験を行った結果、以下のことが判明した。すなわち、脱酸素剤として、アスコルビン酸，エリソルビン酸，ＭＥＫＯ（メチルエチルケトオキシム），ヒドラジンおよび亜硫酸塩を選定して実験を行った結果、これらの防食性は、前記皮膜形成型薬剤と異なり、ｐＨにあまり依存せず、貫流ボイラの水管下部での水質（低ｐＨ域）でも優れた防食効果があることが分かった。また、これらの脱酸素剤のうち、最も防食効果の高いのは亜硫酸塩であった。これにより、亜硫酸塩の脱酸素剤としての優位性は確認されたが、反面、つぎのような欠点が潜在的に存在することが分かった。それは、亜硫酸イオンＳＯ3 2-が水中の溶存酸素と反応した後に生成する硫酸イオンＳＯ4 2-の悪影響である。硫酸イオンＳＯ4 2-は、水中において炭素鋼の表面に生成する皮膜（防食皮膜）を破壊し、腐食を促進する作用がある。ボイラの缶水は、蒸発に伴って濃縮するために、硫酸イオンＳＯ4 2-も濃縮し、その濃度が大きくなれば、腐食に及ぼす影響も無視できなくなる。この発明は、以上の問題点に鑑みてなされたもので、亜硫酸系脱酸素剤を使用して、効果的に腐食を抑制することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記の問題点に鑑み、発明者らが多くの研究および実験を行った結果完成したもので、請求項１に記載の発明は、亜硫酸系脱酸素剤を用いてボイラ給水中の溶存酸素濃度を２〜４ppmまで低減し、ボイラ缶水中の硫酸イオン濃度を５００ppm以下に維持す ることを特徴としており、また請求項２に記載の発明は、Ｎａ2ＳＯ3，Ｋ2ＳＯ3，ＮａＨＳＯ3およびＫＨＳＯ3の中から選ばれる少なくとも１つを３〜３０重量％含む亜硫酸系脱酸素剤を用いることを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
この発明は、ボイラの缶水中の硫酸イオンＳＯ4 2-の濃度を５００ppm 以下に調節することにより、硫酸イオンＳＯ4 2-による腐食を抑制する。この腐食抑制効果は、硫酸イオンＳＯ4 2-の濃度を３００ppm 以下に調整すると、さらに顕著な効果となる。
【０００７】
これまでに発表された文献では、硫酸イオンＳＯ4 2-が多くても、脱酸素が充分であれば腐食は起こらないと言われている。これらの文献の腐食データの中で、酸素の有無について、その濃度が表記されていないので、「酸素有」というのが何ppm であるか、不明確である。しかし、今回の発明者らの実験によって、「酸素をすべて取り除こうとして多量の亜硫酸塩を注入し、結果として多くの硫酸イオンＳＯ4 2-を生成する」よりも、「多少酸素が残っていても、硫酸イオンＳＯ4 2-が少ない」方が、腐食量が小さいことが判明した。すなわち、亜硫酸系の脱酸素剤を注入した後の供給水中の溶存酸素濃度が２〜４ppm の範囲内であれば、腐食が抑制される。通常、亜硫酸系の脱酸素剤は、処理しようとする水の溶存酸素濃度の当量以上添加されるが、この発明においては、当量以下の添加を行い、結果として硫酸イオンＳＯ4 2-をそれほど増加せずに、溶存酸素を２〜４ppm 残留させて防食を行う。
【０００８】
この発明において、亜硫酸系脱酸素剤として代表的なものは、亜硫酸ナトリウムＮａ2 ＳＯ3 ，亜硫酸カリウムＫ2 ＳＯ3 ，亜硫酸水素ナトリウムＮａＨＳＯ3 および亜硫酸水素カリウムＫＨＳＯ3 等が挙げられる。これらの亜硫酸系脱酸素剤は、少なくともいずれか１つを用いるものであるが、実施に応じて２つ以上用いてもよい。ボイラに使用される薬剤としては、さらに防食性能を高めるために、ｐＨ調整剤として水酸化ナトリウムＮａＯＨおよび水酸化カリウムＫＯＨ等を添加し、またスケール分散剤としてポリアクリル酸塩やポリマレイン酸塩等を適宜添加する。また、ソルビン酸カリウムは、薬剤保存時の脱酸素剤の安定剤として作用し、さらに硫酸コバルトＣｏＳＯ4 は、薬剤使用時の反応触媒として作用する。
【０００９】
【実施例】
以下、この発明の具体的実施例について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、ボイラおよび関連機器の図示を省略して説明する。
【００１０】
この発明は、ボイラへの給水ラインの途中に、薬剤を注入する薬注装置を備えたボイラに好適に実施できるものである。この薬注装置の薬液タンクには亜硫酸系の脱酸素剤を含んだ薬剤が貯留され、さらに防食性能を高めるために、ｐＨ調整剤，たとえば水酸化ナトリウムＮａＯＨや水酸化カリウムＫＯＨ等が添加されている。ボイラの運転が開始されると、給水ライン中に備えた給水ポンプが作動し、ボイラへ水を供給する。この給水と同時に、前記薬注装置が作動して薬剤の注入を行う。
【００１１】
さて、注入された薬剤に含まれる亜硫酸系の脱酸素剤は、供給水の中に含まれている溶存酸素と反応し、供給水中の溶存酸素濃度を減少させ、また亜硫酸イオンＳＯ3 2-は反応後、硫酸イオンＳＯ4 2-に変化する。一方、ボイラの缶水は、運転時間の経過とともに次第に濃縮していくため、前記硫酸イオンＳＯ4 2-も濃縮していく。
【００１２】
ここで、この発明をさらに詳細に説明する。発明者らが解析した亜硫酸系脱酸素剤を注入したボイラ（継続的に水質管理をしていたボイラで、一定期間内に腐食により破損したボイラ）のフィールドデータによれば、缶水中の硫酸イオンＳＯ4 2-濃度が５００ppm のところを境にして、それ以上ではボイラの破損が発生しており、それ以下では破損が発生していないことが判明した。また、前記フィールドデータによれば、腐食速度がゼロになるのは、缶水中の硫酸イオンＳＯ4 2-濃度が約３００ppm と推定される。したがって、缶水中の硫酸イオンＳＯ4 2-濃度を約３００ppm 以下で管理することにより、効果的に腐食を抑制することができることを知見した。
【００１３】
つぎに、防食効果の具体的実験例について説明する。まず、ボイラに亜硫酸イオンＳＯ3 2-と水酸化ナトリウムＮａＯＨを添加した軟水（硬度：１ppm 以下）を供給し、一定時間運転を行った。そして、ボイラの伝熱部の腐食量を測定した。この結果を表１に示す。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
表１から明らかなように、ＤＯ＝２〜４ppm までＳＯ3 2-を注入したケース（すなわち、注入条件ＩＩ）が、ＤＯ≒０ppm まで注入したケース（すなわち、注入条件Ｉ）よりも優れた防食効果がある。
【００１６】
つぎに、この発明において用いられる亜硫酸系脱酸素剤の組成物について説明する。ここにおける説明は、ボイラ供給水の残留溶存酸素濃度を２〜４ppmに調整するために好適な配合例を示すものである。まず、この発明において、主として用いられる脱酸素剤（以下、「主脱酸素剤」と云う）について説明する。この発明において用いられる主脱酸素剤として、亜硫酸ナトリウムＮａ2ＳＯ3，亜硫酸カリウムＫ2ＳＯ3，亜硫酸水素ナトリウムＮａＨＳＯ3および亜硫酸水素カリウムＫＨＳＯ3のうち少なくともいずれか１つを選択する。この主脱酸素剤と、水酸化ナトリウムＮａＯＨまたは水酸化カリウムＫＯＨとは、ボイラ薬品として調整した場合には、両者の薬剤（水溶液）溶解度が決まっているため、配合割合はある範囲に限定される。したがって、この発明においては、ボイラ給水中の残存溶存酸素濃度を２〜４ppmとするためには、薬剤を希釈して使用するので、前記主脱酸素剤は、３〜３０重量％含む必要がある。
【００１７】
つぎに、前記主脱酸素剤以外に添加する成分について説明する。まず、水酸化ナトリウムＮａＯＨまたは水酸化カリウムＫＯＨは、ボイラに供給されるＭアルカリ度により、その濃度が決定されるが、前記主脱酸素剤との濃度との関連で、薬剤中１〜２０重量％含まれることが望ましい。また、ソルビン酸カリウムは、前記主脱酸素剤の保存安定剤として用いられ、前記主脱酸素剤の配合割合に対応しており、０．２〜２重量％含まれることが望ましい。そして、硫酸コバルトＣｏＳＯ4 は、前記主脱酸素剤と溶存酸素との反応時の触媒として作用し、その濃度は、前記主脱酸素剤の配合割合に対応しており、５〜５００ppm 含まれることが望ましい。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ボイラに発生する腐食を効果的に抑制することができるとともに、腐食の進行を抑制することができる。