(57)【要約】【課題】電極方式の水位検出装置を備えるボイラのボイラ給水に添加される水処理剤であって、電気伝導率を維持する際に好適に用いられる水処理剤、及びその水処理剤を用いたボイラの運転方法を提供する。【解決手段】電極方式の水位検出装置を備えるボイラのボイラ給水に添加される水処理剤であって、ホウ酸のカリウム塩を含有する水処理剤、及びその水処理剤を添加するボイラの運転方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極方式の水位検出装置を備えるボイラのボイラ給水に添加される水処理剤であって、ホウ酸のカリウム塩を含有する水処理剤。
【請求項２】
ホウ素に対するカリウムのモル比（Ｋ／Ｂ）が０．１〜１．０である、請求項１に記載の水処理剤。
【請求項３】
水を含有し、Ｂ（ＯＨ）３換算のホウ素含有率が２〜３０質量％である、請求項１又は２に記載の水処理剤。
【請求項４】
電気伝導率が２ｍＳ／ｍ以下であるボイラ給水に添加される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水処理剤。
【請求項５】
電極方式による水位検出装置を備えるボイラのボイラ給水に、請求項１〜４のいずれか１項に記載の水処理剤を添加する、ボイラの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理剤及びボイラの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ボイラにおいては、伝熱部である水管の過熱を防止するとともに、生成される蒸気を所定の乾き度にするために、ボイラ缶内の水位の制御が行われている。
【０００３】
水位の制御方法の１つとして、複数の電極棒が備え付けられた電極方式の水位検出装置を用いる方法が挙げられる。この水位検出装置は、電極棒がボイラ水に接触すると、電極棒からボイラ水側に通電がなされることにより、水位に関する情報が制御装置に送信されて、水位が制御される仕組みとなっている。このため、ボイラ水の電気伝導率が水位検出に必要な値を下回ると、水位検出装置が正常に水位を検出できず、ボイラ缶内の水位が不安定になる。したがって、ボイラの安定運転のためには、ボイラ水の電気伝導率を水位検出に必要な値に維持する必要がある。
【０００４】
ところで、ボイラ缶内の腐食を防止するために、従来からアルカリ金属水酸化物やリン酸塩等のｐＨ調整剤が用いられるが、これらはボイラ水のｐＨを調整するとともに、ボイラ水の電気伝導率も調整することができる。しかし、アルカリ金属水酸化物を用いる場合、ボイラ水中等にこれらが局部的に濃縮することにより、ボイラ缶内にアルカリ腐食が発生するおそれがある。また、リン酸塩については、リンが河川等の富栄養化の原因物質であるため、これらを多量に使用すると水質汚染が問題となる。
【０００５】
上記のアルカリ金属水酸化物、リン酸塩等に代わる水処理剤として、特許文献１では、ホウ砂を含む水処理剤が開示されている。ホウ砂を含む水処理剤を用いることにより、アルカリ腐食及び水質汚染を抑制でき、かつ、ボイラ水の電気伝導率を水位検出に必要な値に維持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１４８２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、特許文献１では、水処理剤であるホウ砂を水溶液にした後に、薬注装置でボイラの給水ラインに添加している。しかし、ホウ砂の水溶液を調製する場合、ホウ砂の水に対する溶解性が低いため、高濃度の水溶液を調製することは困難である。また、仮に高濃度の水溶液を調製できたとしても、溶解後の液安定性が低いため、特に低温環境下でホウ砂の結晶が析出する懸念がある。一方、低濃度の水溶液を調製すると、薬注量が増加することになり、水処理剤の補充頻度や処理コストの増加に繋がる。
【０００８】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、電極方式の水位検出装置を備えるボイラにおいて、ボイラ水の電気伝導率を維持するために好適に用いられる水処理剤、及びその水処理剤を用いたボイラの運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、電極方式の水位検出装置を備えるボイラのボイラ給水に添加される水処理剤であって、ホウ酸のカリウム塩を含有する水処理剤に関する。
【００１０】
水処理剤中のホウ素に対するカリウムのモル比（Ｋ／Ｂ）は、０．１〜１．０であることが好ましい。
【００１１】
また、水処理剤は、水を含有し、Ｂ（ＯＨ）３換算のホウ素含有率が２〜３０質量％であることが好ましい。
【００１２】
また、水処理剤は、電気伝導率が２ｍＳ／ｍ以下であるボイラ給水に添加されることが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、電極方式による水位検出装置を備えるボイラのボイラ給水に、本発明に係る水処理剤を添加する、ボイラの運転方法に関する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電極方式の水位検出装置を備えるボイラにおいて、ボイラ水の電気伝導率を維持するために好適に用いられる水処理剤、及びその水処理剤を用いたボイラの運転方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電極方式の水位検出装置を備えるボイラの一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１７】
まず、本実施形態に係る水処理剤が添加されるボイラについて説明する。
本実施形態に係る水処理剤が添加されるボイラは、電極方式の水位検出装置を備えるものであれば特に限定されず、例えば、炉筒煙管ボイラ等の丸ボイラであっても、貫流ボイラや水管ボイラであってもよい。
【００１８】
電極方式の水位検出装置を備えるボイラの一例を図１に示す。
図１に示すボイラ１は、貫流ボイラであり、缶体１０と、給水ポンプ２０と、気水分離部３０と、水位検出装置４０と、制御装置５０と、薬注装置６０とを備える。
また、ボイラ１は、上記の装置等を連結する給水ラインＬ１と、蒸気取出ラインＬ２と、蒸気送出ラインＬ３と、降水ラインＬ４と、ブローラインＬ５と、薬注ラインＬ６とを備える。本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。
【００１９】
缶体１０は、ボイラ筐体１１と、複数の水管１２と、下部ヘッダ１３と、上部ヘッダ１４と、燃焼室１５と、燃焼部１６とを備える。ボイラ筐体１１は、缶体１０の外形を構成する。
【００２０】
複数の水管１２は、ボイラ筐体１１の内部に上下方向に延びて配置される。
下部ヘッダ１３は、ボイラ筐体１１の下部に配置される。下部ヘッダ１３には、複数の水管１２の下端部が接続される。
上部ヘッダ１４は、ボイラ筐体１１の上部に配置される。上部ヘッダ１４には、複数の水管１２の上端部が接続される。
【００２１】
燃焼室１５は、複数の水管１２に囲まれた空間により構成される。燃焼室１５は、これら水管１２と燃焼部１６からの燃焼ガス（炎及び排ガス）とを熱交換させる。
燃焼部１６は、燃焼室１５の上方に配置され、缶体１０の内部を加熱する。
【００２２】
給水ポンプ２０は、給水タンク（不図示）から水を吸引し、給水ラインＬ１を流通するボイラ給水Ｗ１をボイラ筐体１１に向けて送出する。給水ポンプ２０にはインバータ（不図示）が設けられ、ボイラ給水Ｗ１の水量を調整可能としている。また、給水ポンプ２０がボイラ給水Ｗ１をボイラ筐体１１に送り出すタイミング及びその供給量は、後述する制御装置５０から送信される制御信号により制御される。
なお、給水タンク（不図示）から供給されるボイラ給水Ｗ１の電気伝導率は２ｍＳ／ｍ以下である。
【００２３】
気水分離部３０は、上部ヘッダ１４から蒸気取出ラインＬ２を介して導入された蒸気ＳＭ１を、乾き蒸気ＳＭ２と水分（以下、「分離水Ｗ３」という）とに分離する装置である。なお、気水分離部３０により分離される分離水Ｗ３は、ボイラ水Ｗ２の一部でもある。
【００２４】
乾き蒸気ＳＭ２は、蒸気送出ラインＬ３を通り蒸気ヘッダ２に集まる。蒸気送出ラインＬ３には、蒸気弁７１が設けられている。
蒸気ヘッダ２は、ボイラ１からの蒸気を集合させて、集めた蒸気を負荷機器（不図示）に供給する設備である。
【００２５】
一方、分離水Ｗ３は、降水ラインＬ４を通り下部ヘッダ１３を介して水管１２へ流れ込む。
【００２６】
降水ラインＬ４に設けられた接続部Ｊ１には、ブローラインＬ５の上流側の端部が接続されている。ブローラインＬ５の下流側に設けられたブロー弁７２は、ブローラインＬ５を開閉することができる。ブロー弁７２を開状態にすることにより、降水ラインＬ４を流通する分離水Ｗ３が外部に排出される。ブロー弁７２における弁体の開閉は、制御装置５０からの制御信号により制御される。
【００２７】
水位検出装置４０は、導通可能な金属により形成される水位制御筒４１と、高水位電極棒４２と、中水位電極棒４３と、低水位電極棒４４とを備えて構成されている。
水位制御筒４１は、連通パイプ４５を介して、下部ヘッダ１３及び上部ヘッダ１４に接続されている。水位制御筒４１は、その下端部及び上端部が下部ヘッダ１３及び上部ヘッダ１４を介して複数の水管１２と連通することにより、複数の水管１２に導入されるボイラ水Ｗ２と同様の管内水位を水位制御筒４１の内部に実現させる。
【００２８】
水位検出装置４０は、上記の電極棒が水位制御筒４１の内部の水に接触することにより、ボイラ水Ｗ２を媒体として電極棒と水位制御筒４１との間の通電状態が変化し、ボイラ水Ｗ２と接触している電極棒に対応した水位に関する情報が制御装置５０に送られる仕組みとなっている。
【００２９】
制御装置５０は、水位検出装置４０から受信するボイラ水Ｗ２の水位に関する情報に基づいて、給水ポンプ２０の起動及び停止の制御を行う。具体的には、水位制御筒４１内の水位が低下して、中水位電極棒４３がボイラ水Ｗ２と接触しなくなると、水位に関する情報を受け取った制御装置５０は、給水ポンプ２０を起動して、缶体１０への給水を開始させる。給水により水位制御筒４１内の水位が上昇し、高水位電極棒４２がボイラ水Ｗ２と接触すると、水位に関する情報を受け取った制御装置５０は、給水ポンプ２０を停止させ、缶体１０への給水を停止させる。また、低水位電極棒４４とボイラ水Ｗ２とが接触しなくなると、水位に関する情報を受け取った制御装置５０は、缶体１０にインターロック等をかけ、缶体１０の稼動を停止させる。
【００３０】
本実施形態のような貫流ボイラでは、ボイラ水Ｗ２の電気伝導率を約５ｍＳ／ｍ以上に維持できない場合、ボイラ缶内の水位を検出することが困難となり、水位制御が安定化しないことが多い。また、給水タンク（不図示）から供給されるボイラ給水Ｗ１の電気伝導率が２ｍＳ／ｍ以下であるため、電気伝導率を上昇させることができる水処理剤をボイラ給水Ｗ１に注入する必要がある。
【００３１】
薬注装置６０は、ボイラ給水Ｗ１に、電気伝導率を上昇させることができる水処理剤を注入する装置である。薬注装置６０は、給水ポンプ２０がボイラ給水Ｗ１を缶体１０に送り出す際に、その供給量に応じた量の水処理剤を薬注ラインＬ６からボイラ給水Ｗ１に添加する。このように、水処理剤をボイラ給水Ｗ１に添加することにより、ボイラ水Ｗ２の電気伝導率を水位検出に必要な値に維持することができる。
【００３２】
つぎに、本実施形態に係る水処理剤について説明する。
【００３３】
本実施形態に係る水処理剤は、電極方式の水位検出装置を備えるボイラのボイラ給水に添加される水処理剤であって、ホウ酸のカリウム塩を含有する。
【００３４】
ホウ酸のカリウム塩には、オルトホウ酸のカリウム塩、メタホウ酸のカリウム塩、ホウ酸が脱水縮合したポリホウ酸のカリウム塩等が含まれる。ポリホウ酸の種類は、特に限定されず、例えば、三ホウ酸、四ホウ酸、五ホウ酸等であってもよい。
【００３５】
ホウ素に対するカリウムのモル比（Ｋ／Ｂ）は、０．１〜１．０であることが好ましく、０．２〜０．９であることがより好ましく、０．３〜０．８であることがさらに好ましい。このホウ素に対するカリウムのモル比（Ｋ／Ｂ）は、ホウ酸のカリウム塩となるのに好ましい値である。
【００３６】
本実施形態に係るホウ酸のカリウム塩を含有する水処理剤は、ホウ酸のカリウム塩のみからなるものであっても、ホウ酸のカリウム塩以外の物質が含まれるものであってもよい。
【００３７】
ホウ酸のカリウム塩のみからなる水処理剤としては、例えば、四ホウ酸カリウムの粉末が挙げられる。
四ホウ酸カリウム等のホウ酸のカリウム塩は、ホウ砂よりもモル伝導率が高いため、ホウ砂を用いた場合に比べて、少ない添加量でボイラ水Ｗ２の電気伝導率を上昇させることができる。また、同じモル濃度添加したとしても、ホウ酸のカリウム塩の方がホウ砂よりも高い電気伝導率を実現することができるため、ボイラ缶内の水位が安定する。
【００３８】
ホウ酸のカリウム塩以外の物質が含まれる水処理剤としては、例えば、ホウ酸のカリウム塩の水溶液が挙げられる。ホウ酸のカリウム塩の水溶液の調製方法としては、四ホウ酸カリウムの粉末を水に溶解して調製する方法、ホウ酸とカリウム源とを別々に加える方法等がある。例えば、水に水酸化カリウムを添加した後、ホウ酸を加えて調製してもよい。
水処理剤の状態を液状にすることにより、使用時に水処理剤を溶解する手間を省くことができる。
【００３９】
水処理剤に水が含まれる場合は、Ｂ（ＯＨ）３換算のホウ素含有率が２〜３０質量％であることが好ましい。Ｂ（ＯＨ）３換算のホウ素含有率は、４〜２５質量％であることがより好ましく、８〜２０質量％であることがさらに好ましい。
ホウ酸のカリウム塩は、ホウ砂よりも水への溶解性及び溶解後の液安定性に優れているため、液安定性を維持しながら２〜３０質量％という高いホウ素含有率を実現することができる。この高濃度のホウ素含有率の水処理剤を用いることにより、水処理剤の薬注量を抑えることができる。
【００４０】
なお、本実施形態に係る水処理剤は、給・復水系のｐＨ調整効果を有する揮発性アミンを併用してもよい。この揮発性アミンは、予め任意に混合して系内に添加してもよく、別々に添加して系内で混合してもよい。揮発性アミンとしては、ジエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール、モノエタノールアミン、シクロヘキシルアミン、モルホリン等が挙げられる。
【００４１】
本実施形態に係る水処理剤は、電気伝導率を上げる効果に優れるため、電気伝導率が２ｍＳ／ｍ以下であるボイラ給水に好適に使用される。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００４３】
＜実施例１〜１３及び比較例１〜７＞
下記表１〜３に記載の水処理剤の組成に従い、実施例１〜１３及び比較例１〜７の水処理剤を調製した。表１〜３には、水処理剤の組成以外に、各水処理剤のＢ（ＯＨ）３換算及びＫ２Ｂ４Ｏ７・４Ｈ２Ｏ換算のホウ素含有率、並びにホウ素に対するカリウム又はナトリウムのモル比（Ｋ／Ｂ又はＮａ／Ｂ）を併せて示す。なお、表１〜３において、水処理剤の組成及びホウ素含有率の単位は質量％であることを示す。
【００４４】
［水に対する溶解性］
各実施例及び各比較例の水処理剤を調製する場合における、常温の純水に対する溶解性を評価した。純水にホウ酸とアルカリ金属水酸化物との２種類の物質を添加する場合は、アルカリ金属水酸化物を純水に添加した後、ホウ酸を添加した。上記ホウ酸又はホウ酸塩を添加後、３０分間以内に溶解した場合を「○」とし、３０分間を超え２時間以内に溶解した場合を「△」とし、結晶が溶け残った場合を「×」とした。得られた評価結果を表１〜３に示す。
【００４５】
［液安定性］
各実施例及び各比較例の水処理剤の低温での液安定性について評価した。具体的には、水処理剤を調製後、液温を５℃にして、結晶化の有無を目視にて観察した。１週間以内で結晶化した場合を「×」とし、１週間を超え１ヶ月間以内で結晶化した場合を「△」とし、１ヶ月間経過しても結晶化しなかった場合を「○」とした。得られた評価結果を表１〜３に示す。比較例１、２については、純水に添加したホウ砂の結晶が溶解せず残存していたため、液安定性の評価を行わなかった。
【００４６】
【表１】
2019211157.tif 000002
【００４７】
【表２】
2019211157.tif 000003
【００４８】
【表３】
2019211157.tif 000004
【００４９】
表１に示す溶解性の評価結果のとおり、四ホウ酸カリウムを添加した実施例１〜７においては、水処理剤中のＢ（ＯＨ）３換算のホウ素含有率が１２．１質量％であっても結晶の残存が認められなかった。一方、表３に示す溶解性の評価結果のとおり、ホウ砂を添加した比較例１〜７においては、Ｂ（ＯＨ）３換算のホウ素含有率が４．５質量％以上であると結晶の残存が確認された。これらの結果から、四ホウ酸カリウムの方が、ホウ砂よりも水に対する溶解性が優れていることが分かる。
また、表１、２に示す実施例１、１２の結果を比較すると、Ｂ（ＯＨ）３換算のホウ素含有率が同じ１２．１質量％であるにもかかわらず、溶解に要する時間が異なる。この理由としては、実施例１２の場合は、先に水酸化カリウムを純水に添加したことにより、液温が上昇して、ホウ酸が溶けやすくなったためであると考えられる。
【００５０】
表１〜３に示す溶解後の液安定性の評価結果のとおり、ホウ砂を含有する比較例１〜７の水処理剤においては、Ｂ（ＯＨ）３換算のホウ素含有率が１．９質量％以上の場合、１週間以内で結晶が生じた。一方、ホウ酸のカリウム塩を含有する実施例１〜１３の水処理剤は、短期間では結晶が発生せず、特に、実施例４〜７及び実施例９〜１３の水処理剤は、１ヶ月間経過しても結晶が確認されなかった。以上の結果から、ホウ酸のカリウム塩を含む水処理剤の方が、ホウ砂を含む水処理剤よりも液安定性に優れ、高いホウ素含有率を実現することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  ボイラ、１０  缶体、１１  ボイラ筐体、１２  水管、１３  下部ヘッダ、１４  上部ヘッダ、１５  燃焼室、１６  燃焼部、２０  給水ポンプ、４０  水位検出装置、４１  水位検出筒、４２  高水位電極棒、４３  中水位電極棒、４４  低水位電極棒、４５  連通パイプ、５０  制御装置、６０  薬注装置、ＳＭ１  蒸気、Ｗ１  ボイラ給水、Ｗ２  ボイラ水
【図１】
2019211157.tif 000005