(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水を加熱して蒸気を生成するボイラと、前記ボイラに前記給水を供給するための給水部とを備えたボイラ装置において、前記ボイラにおけるスケール生成傾向を判定するための方法であって、
前記給水部から前記ボイラに供給されかつ加熱されている前記給水における硬度成分の濃度を判定する濃度判定工程と、
前記給水部から前記ボイラに供給されかつ加熱されている前記給水における硬度成分の溶解度を判定する溶解度判定工程と、
前記濃度と前記溶解度とを比較して、前記濃度が前記溶解度よりも大きいか否かを判定する比較判定工程と、
を含むボイラ装置におけるスケール生成傾向の判定方法。
【請求項２】
給水を加熱して蒸気を生成するボイラと、前記ボイラに前記給水を供給するための給水部とを備えたボイラ装置において、前記ボイラにおけるスケールの生成を抑制するための方法であって、
前記給水部から前記ボイラに供給されかつ加熱されている前記給水における硬度成分の濃度を判定する濃度判定工程と、
前記給水部から前記ボイラに供給されかつ加熱されている前記給水における硬度成分の溶解度を判定する溶解度判定工程と、
前記溶解度よりも前記濃度が大きい場合、前記ボイラに対してスケール生成抑制操作を実施する工程と、
を含むボイラ装置におけるスケール抑制方法。
【請求項３】
前記給水部から前記ボイラに供給する前記給水に対してスケール抑制剤を添加することにより前記スケール生成抑制操作を実施する、請求項２に記載のボイラ装置におけるスケール抑制方法。
【請求項４】
前記給水部から前記ボイラに供給されかつ加熱されている前記給水を、その一部を前記ボイラ外に排出しながら前記給水部から新たに供給する前記給水により希釈することにより前記スケール生成抑制操作を実施する、請求項２に記載のボイラ装置におけるスケール抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スケール生成傾向の判定方法およびスケール抑制方法、特に、給水を加熱して蒸気を生成するボイラと、当該ボイラに給水を供給するための給水部とを備えたボイラ装置において、ボイラにおけるスケール生成傾向を判定するための方法、および同様のボイラ装置において、ボイラにおけるスケールの生成を抑制するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
一般に、水管ボイラは、給水を加熱して蒸気を発生させるための多数本の金属製の伝熱管を備えている。このような水管ボイラに供給される給水は、通常、工業用水や地下水等であってカルシウムやマグネシウムなどの硬度成分を含んでいるが、水管ボイラにおいて加熱により濃縮され、硬度成分濃度が高まることになる。このため、伝熱管は、硬度成分濃度が高まるにしたがって、内周面にスケールが付着しやすくなる。伝熱管の内周面に付着したスケールは、伝熱管に比べて熱伝導率が小さいため、伝熱管の熱伝導性を阻害し、水管ボイラにおける蒸気発生効率を低下させる可能性がある。また、スケールは、伝熱管の内周面に徐々に付着して厚さが増すことになるため、伝熱管を閉塞させる原因にもなり得る。さらに、スケールが付着した伝熱管は、伝熱面が過熱されて強度が低下し、内圧に耐えられなくなって変形したり破裂したりする可能性もある。
【０００３】
このため、水管ボイラを用いたボイラ装置の運転時には、スケールの生成を抑制するために、給水中にスケール分散剤などの薬剤を添加し、伝熱管にスケールが付着しにくいようにしている。しかし、薬剤は、通常、高価であるにも拘わらず、給水に対して継続的に又は定期的に添加されているため、水管ボイラの運転コストを高める原因となる。
【０００４】
本発明の目的は、ボイラ装置におけるスケールの生成傾向を判定することにある。
本発明の他の目的は、ボイラ装置のスケール抑制に要するコストを削減することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法は、給水を加熱して蒸気を生成するボイラと、当該ボイラに給水を供給するための給水部とを備えたボイラ装置において、ボイラにおけるスケール生成傾向を判定するための方法である。この判定方法は、給水部からボイラに供給されかつ加熱されている給水における硬度成分の濃度を判定する濃度判定工程と、給水部からボイラに供給されかつ加熱されている給水における硬度成分の溶解度を判定する溶解度判定工程と、濃度判定工程において判定した濃度と溶解度判定工程において判定した溶解度とを比較して、濃度が溶解度よりも大きいか否かを判定する比較判定工程とを含んでいる。
【０００６】
この判定方法において、溶解度判定工程において判定した溶解度が、濃度判定工程において判定した濃度よりも大きい場合、給水部からボイラに供給されかつ加熱されている給水は硬度成分を溶解しているものと考えることができるので、ボイラにスケールが生成しにくいものと判定することができる。これに対し、上記濃度が上記溶解度よりも大きい場合、給水部からボイラに供給されかつ加熱されている給水は硬度成分が飽和状態にあるものと考えることができるため、ボイラにスケールが生成し易いものと判定することができる。
【０００７】
また、本発明の他の方法は、給水を加熱して蒸気を生成するボイラと、当該ボイラに給水を供給するための給水部とを備えたボイラ装置において、ボイラにおけるスケールの生成を抑制するための方法である。この方法は、給水部からボイラに供給されかつ加熱されている給水における硬度成分の濃度を判定する濃度判定工程と、給水部からボイラに供給されかつ加熱されている給水における硬度成分の溶解度を判定する溶解度判定工程と、溶解度判定工程において判定した溶解度よりも濃度判定工程において判定した濃度が大きい場合、ボイラに対してスケール生成抑制操作を実施する工程とを含んでいる。
【０００８】
このスケール抑制方法において、濃度判定工程において判定した濃度が溶解度判定工程において判定した溶解度よりも大きい場合、給水部からボイラに供給されかつ加熱されている給水は硬度成分が飽和状態にあり、ボイラにおいてスケールが生成し易い傾向にあるものと考えることができる。したがって、この場合においてスケール生成抑制操作を実施すれば、ボイラにおけるスケールの生成傾向と関連させながらスケール生成抑制操作を実施することになるので、ボイラ装置のスケール抑制に要するコストを削減することができる。
【０００９】
なお、このスケール抑制方法では、例えば、給水部からボイラに供給する給水に対してスケール抑制剤を添加することによりスケール生成抑制操作を実施する。或いは、例えば、給水部からボイラに供給されかつ加熱されている給水を、その一部を排出しながら給水部から新たに供給する給水により希釈することによりスケール生成抑制操作を実施する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明に係るスケール抑制方法の一形態を適用可能なボイラ装置の概略を説明する。図において、ボイラ装置１は、水管ボイラ２と給水装置３（給水部の一例）とを主に備えている。
【００１１】
水管ボイラ２は、多管式のボイラであり、図２に示すように、給水装置３から供給される給水を貯留するための貯留部４と、貯留部４に対して起立するように設けられた複数本の金属製の伝熱管５と、伝熱管５の上端部に設けられかつ図示しない負荷装置に向けて蒸気を供給するための供給路６ａを有するヘッダ６と、給水を加熱して蒸気を発生するための加熱装置７とを主に備えている。なお、貯留部４とヘッダ６とは、平面形状が環状に設定されている。また、貯留部４は、その内部に貯留された給水（後述するボイラ水Ｗ）の水位を概ね一定に維持するための水位設定装置（図示せず）を有しており、また、ボイラ水Ｗを排出するための、図示しない開閉弁を備えた排出口４ａを有している。
【００１２】
給水装置３は、水管ボイラ２に給水を供給するためのものであり、補給水の注水路８、注水路８からの補給水を貯留するための給水タンク９および水管ボイラ２の貯留部４に給水を供給するための給水路１０を主に備えている（図１）。ここで、注水路８は、軟水化装置１１と脱酸素装置１２とをこの順に備えている。軟水化装置１１は、補給水中に含まれるカルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの硬度成分をナトリウムイオンに置換して軟水に変換するためのものである。一方、脱酸素装置１２は、補給水中に含まれる溶存酸素を機械的に除去するためのものである。
【００１３】
また、給水路１０は、薬剤を給水中に注入するための薬注装置１３を備えている。この薬注装置１３により給水中に注入される薬剤は、水管ボイラ２におけるスケールの生成若しくは成長を抑制する機能を有するもの、例えば、スケール分散剤であり、例えば、エチレンジアミン四酢酸塩、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリマレイン酸、アクリル酸アクリルアミド共重合体、ホスホン酸およびグルコン酸を挙げることができる。
【００１４】
上述の蒸気ボイラ装置１を運転する場合は、注水路８から給水タンク９に補給水を供給し、この補給水を給水タンク９に貯留する。ここで貯留される給水は、軟水化装置１１および脱酸素装置１２で処理されたもの、すなわち、脱酸素処理された軟水である。そして、図示しないポンプを作動させ、給水タンク９に貯留された給水を、給水路１０を通じて水管ボイラ２に供給する。
【００１５】
水管ボイラ２において、給水路１０を通じて供給される給水は、貯留部４内においてボイラ水Ｗとして貯留される（図２）。そして、貯留部４に貯留されたボイラ水Ｗは、加熱装置７により加熱されながら各伝熱管５内を上昇し、徐々に蒸気になる。各伝熱管５において生成した蒸気はヘッダ６において集められ、供給路６ａを通じて負荷装置に供給される。
【００１６】
ところで、水管ボイラ２に対して供給される給水は、軟水化装置１１において予め処理されているため、大部分の硬度成分が取り除かれているが、通常は微量の硬度成分が残留している。このため、貯留部４に貯留されたボイラ水Ｗは、加熱により徐々に濃縮されるに従って、硬度成分濃度が上昇する。この結果、伝熱管５は、内周面にそのような硬度成分に由来するスケールが付着し、ボイラ水Ｗの加熱効率が低下する可能性がある。また、スケールの付着により、伝熱管５は、伝熱面が過熱されて強度が低下し、内圧に耐えられなくなって変形したり破裂する可能性がある。そこで、蒸気ボイラ装置１の運転中は、次の手順により、スケール生成傾向を判定し、その判定結果に基づいてスケール生成抑制操作を実施する。
【００１７】
スケール生成傾向の判定作業では、ボイラ水Ｗ、すなわち、給水装置３から水管ボイラ２に供給されかつ加熱装置７により加熱されている給水における硬度成分の濃度を判定する（濃度判定工程）。ここで判定する硬度成分の濃度は、ボイラ水Ｗにおけるカルシウムイオンとマグネシウムイオンとの合計濃度、すなわち全硬度（ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ）であり、実測または計算により判定することができる。
【００１８】
実測により硬度成分濃度を求める場合は、貯留部４からボイラ水Ｗの一部を試料として採取し、この試料中に含まれる硬度成分濃度を測定する。硬度成分濃度の測定方法は、特に限定されるものではないが、例えば、ＪＩＳ  Ｋ  ０１０１：１９９８、１５．１に規定されているキレート滴定法を採用することができる。
【００１９】
一方、計算により硬度成分濃度を求める場合は、給水装置３から水管ボイラ２に供給される給水の一部を試料として採取し、当該給水試料中に残留している硬度成分濃度を測定する。この硬度成分濃度は、上述の実測による場合と同様の方法により測定することができる。次に、水管ボイラ２におけるボイラ水Ｗの濃縮倍率を求める。濃縮倍率は、給水装置３から水管ボイラ２に供給される給水に含まれる不純物の濃度（Ｘ）に対する、ボイラ水Ｗに含まれる不純物の濃度（Ｙ）の倍率（Ｙ／Ｘ）であり、通常、ボイラ水Ｗの電気伝導率（μＳ／ｃｍ）が給水の電気伝導率（μＳ／ｃｍ）の何倍であるかを求めることにより、若しくは、ボイラ水Ｗの塩化物イオン濃度（ｍｇＣｌ−／Ｌ）が給水の塩化物イオン濃度（ｍｇＣｌ−／Ｌ）の何倍であるかを求めることにより決定することができる。そして、給水試料の硬度成分濃度に濃縮倍率を乗じる（硬度成分濃度×濃縮倍率）と、ボイラ水Ｗの硬度成分濃度を求めることができる。
【００２０】
次に、硬度成分濃度の判定対象となった上述のボイラ水Ｗにおける硬度成分の溶解度を判定する（溶解度判定工程）。ここで、硬度成分の溶解度は、スケール生成傾向の判定作業時における、水管ボイラ２の運転条件（例えば、ボイラ水Ｗの水温、圧力、ｐＨ、総溶解固形物濃度、各種のカチオン濃度および各種のアニオン濃度）下での硬度成分の溶解度をいう。この溶解度は、貯留部４からボイラ水Ｗの一部を試料として採取し、この試料を水管ボイラ２の上述の運転条件と同じに設定した状態で化学的な手法により実測することができる。
【００２１】
次に、濃度判定工程において判定した濃度（以下、単に濃度という）と、溶解度判定工程において判定した溶解度（以下、単に溶解度という）とを比較し、濃度が溶解度よりも大きいか否かを判定する（比較判定工程）。ここで、濃度が溶解度よりも小さい場合、貯留部４内のボイラ水Ｗは、硬度成分を溶解しているものと考えることができる。したがって、この場合、当該ボイラ水Ｗは、水管ボイラ２の伝熱管５にスケールを生成させにくい傾向にあるものと判定することができる。
【００２２】
これに対し、濃度が溶解度よりも大きい場合、貯留部４内のボイラ水Ｗは、硬度成分が飽和状態にあるものと考えることができる。したがって、この場合、当該ボイラ水Ｗは、水管ボイラ２の伝熱管５にスケールを生成させやすい傾向にあるものと判定することができる。
【００２３】
上述の比較判定工程において、溶解度よりも濃度が大きいと判定した場合、すなわち、ボイラ水Ｗがスケールを生成させやすい傾向にあるものと判定した場合、スケール生成抑制操作を実施する。ここでは、給水装置３から水管ボイラ２に対して供給する給水に対し、薬注装置１３からスケール分散剤を添加する。これにより、水管ボイラ２は、給水と共にスケール分散剤が導入され、伝熱管５の内周面におけるスケールの生成若しくは成長が抑制される。
【００２４】
上述のように、この実施の形態に係るスケール抑制方法では、給水装置３から水管ボイラ２に供給する給水中に定期的に若しくは継続的に薬剤を添加するのではなく、水管ボイラ２におけるスケールの生成傾向を判定した結果に基づいて給水中に薬剤を添加しているので、ボイラ装置１のスケール抑制に要するコストを削減することができる。
【００２５】
［他の実施の形態］
上述の実施の形態では、給水装置３から水管ボイラ２に供給する給水中に薬剤を添加することにより、水管ボイラ２におけるスケールの生成を抑制するようにしたが、スケール生成を抑制するための操作はこれに限定されるものではない。例えば、上述の比較判定工程において、溶解度よりも濃度が大きいと判定した場合、すなわち、ボイラ水Ｗがスケールを生成させやすい傾向にあるものと判定した場合、ボイラ水Ｗを給水装置３から供給する新たな給水により希釈し、ボイラ水Ｗにおける硬度成分の濃度を低下させてもよい。
【００２６】
なお、ボイラ水Ｗを希釈する場合は、排出口４ａからボイラ水Ｗの一部を適宜排出しながら（ブローしながら）貯留部４に給水装置３からの新たな給水を供給し、ボイラ水Ｗの水位を貯留部４の水位設定装置により維持する。これによれば、ボイラ水Ｗがスケールを生成させ易い傾向にあるものと判定した場合にのみ、ボイラ水Ｗをブローしながら希釈することになるので、ボイラ水Ｗの希釈に要した給水の加熱に必要なエネルギーコストを削減することができる。換言すると、給水の加熱に必要なエネルギーコストの削減により、結果的にボイラ装置１のスケール抑制に要するコストを削減することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明に係る判定方法は、濃度判定工程において判定した硬度成分の濃度が溶解度判定工程において判定した硬度成分の溶解度よりも大きいか否かを比較判定工程において判定しているので、当該比較判定工程での判定結果に基づいてボイラ装置におけるスケールの生成傾向を判定することができる。
【００２８】
本発明に係るスケール抑制方法は、濃度判定工程において判定した硬度成分の濃度が溶解度判定工程において判定した硬度成分の溶解度よりも大きい場合において、ボイラに対してスケール生成抑制操作を実施しているので、従来のスケール抑制方法に比べてボイラ装置のスケール抑制に要するコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスケール抑制方法を適用可能なボイラ装置の概略図。
【図２】前記ボイラ装置において用いられる水管ボイラの一部断面概略図。
【符号の説明】
１  ボイラ装置
２  水管ボイラ
３  給水装置
【図１】
0004122813.tif 000002
【図２】
0004122813.tif 000003