ボイラー水

ボイラー水とは、ボイラー内、または関連する配管、ポンプ、その他の機器内に存在する液体の水で、蒸発させて蒸気にすることを目的としたものです。この用語は、ボイラーで使用するための原水、処理済みのボイラー給水、ボイラーに戻される蒸気凝縮水、またはボイラーから排出される ボイラーブローダウンにも適用されます。

機関車ボイラー用の水を貯めるタンク。

初期の実践

ボイラー給水ポンプ

蒸気が蒸発すると、水中の不純物が固体沈殿物として残ります。これらの固体沈殿物は熱交換面を断熱するため、当初は蒸気発生率が低下し、ボイラーの金属が破損温度に達する可能性があります。[ 1 ] 生き残ったボイラー操作員がボイラーを定期的に清掃する方法を習得するまでは、ボイラー爆発は珍しいことではありませんでした。一部の固体はボイラーを冷却することで除去でき、熱膨張差により脆い結晶固体が割れて金属ボイラー表面から剥がれ落ちます。その他の固体は酸洗浄または機械的研磨で除去されました。[ 2 ] ボイラーのブローダウン速度を変えることで清掃の頻度を減らすことはできますが、個々のボイラーの効率的な操作とメンテナンスは試行錯誤で決定されていましたが、化学者が水質を測定および調整して清掃の必要性を最小限に抑える方法を考案しました。

ボイラー水処理

ボイラー水処理は、ボイラーに損傷を与える可能性のある物質の除去または化学的改質に重点を置いた工業用水処理の一種です。スケール、腐食、または泡立ちを防ぐために、様々な場所で様々なタイプの処理が用いられます。[ 3 ] ボイラー内で使用する原水供給の外部処理は、不純物がボイラーに到達する前に除去することに重点を置いています。ボイラー内の内部処理は、水がボイラーを溶解する傾向を抑制し、ボイラーブローダウンで除去される前に、不純物を最も問題を引き起こしにくい形状に保つことに重点を置いています。[ 4 ]

ボイラー内

ボイラー内の高温高圧下では、水は室温・大気圧下とは異なる物理的・化学的性質を示す。ボイラー材料の水溶性を最小限に抑えながらpHレベルを維持するために化学物質を添加することがある。その際、泡立ち防止、ボイラー腐食防止のための酸素消費、蒸気発生面にスケールが形成される前に溶解固形物を沈殿させる、そして蒸気発生面付近からこれらの沈殿物を除去するなどの目的で添加される他の化学物質の効率的な作用を促す。[ 5 ]

酸素除去剤

ボイラー内の還元状態を維持するために亜硫酸ナトリウムまたはヒドラジンが使用されることがある。 [ 6 ] 亜硫酸塩は、1,000ポンド/平方インチ（6,900 kPa）を超える圧力で運転するボイラーではあまり望ましくない。[ 7 ]酸素と結合して形成される硫酸塩は硫酸スケールを形成したり、高温で腐食性の二酸化硫黄や硫化水素に分解したりする可能性があるためである。 [ 8 ] 過剰なヒドラジンは蒸気とともに蒸発し、蒸気凝縮システム内の二酸化炭素を中和することで防食効果を発揮するが、[ 9 ]銅合金を侵すアンモニアに分解することもある。銅合金を含む凝縮システムの防食には、ヘラミンなどのフィルム形成アミンをベースとした製品が適している場合がある。[ 8 ]

凝固

200ポンド/平方インチ（1,400 kPa）未満の圧力で運転するボイラー[ 10 ]では、炭酸ナトリウムまたは水酸化ナトリウムを添加した非軟化給水を使用することでアルカリ性条件を維持し、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、ケイ酸マグネシウムを沈殿させる場合があります。 このように処理された硬水は、ボイラー内にかなり高濃度の浮遊固体粒子を発生させ、沈殿核として機能し、後に硫酸カルシウムスケールの堆積を防ぎます。デンプン、タンニン、リグニンなどの天然有機物を添加することで、結晶成長を抑制し、沈殿物を分散させることができます。[ 11 ] 沈殿物と有機物の軟質スラッジはボイラーの静止部に蓄積し、底部ブローダウン時に除去されます。[ 8 ]

リン酸塩

水の硬度が60 mg/L未満の場合、凝集処理によって生成されるボイラースラッジ濃度は、リン酸ナトリウム処理によって回避できる可能性があります。適切なアルカリ度であれば、リン酸ナトリウムを添加すると、水酸化マグネシウム、マグネシウム、ケイ酸カルシウムを含む不溶性ハイドロキシアパタイト沈殿物が生成されます。リグニンは、リン酸カルシウムスケールと磁性酸化鉄の沈殿を抑制するために、高温安定性のために処理することができます。 [ 12 ] 許容されるリン酸濃度は、低圧ボイラーの140 mg/Lから、1,500ポンド/平方インチ（10,000 kPa）を超える圧力では40 mg/L未満に低下します。推奨アルカリ度も同様に、同じ圧力範囲で700 mg/Lから200 mg/Lに低下します。泡立ちの問題はアルカリ度が高いほど一般的です。[ 8 ]

pHとリン酸塩の協調制御は、ボイラー内の蒸気発生面の多孔質スケール下の水酸化イオン濃度に起因する苛性腐食を抑制することを目的としています。脱塩水を使用する高圧ボイラーは、苛性腐食に対して最も脆弱です。リン酸三ナトリウムの加水分解は、リン酸二ナトリウムおよび水酸化ナトリウムと平衡状態にあるpH緩衝剤です。[ 13 ]

キレート剤

エチレンジアミン四酢酸（EDTA）やニトリロ三酢酸（NTA）などのキレート剤は、カルシウムやマグネシウムと錯イオンを形成します。これらの錯イオンの溶解性により、スケール形成を抑制するためにアニオン性カルボキシレートポリマーを添加すれば、ブローダウンの必要性が軽減される可能性があります。高温下では分解する可能性があるため、キレート剤は1平方インチあたり1,500ポンド（10,000 kPa）未満の圧力で運転するボイラーでのみ使用できます。[ 12 ] 分解生成物は、応力がかかり高温になる場所で金属腐食を引き起こす可能性があります。[ 14 ]

給水

火力発電所で使用されるものを含む多くの大型ボイラーでは、凝縮した蒸気をボイラー内で再利用しています。蒸気の凝縮水は蒸留水ですが、溶解ガスが含まれている場合があります。酸素、二酸化炭素、アンモニア、硫化水素などの潜在的に有害なガスを除去し、凝縮水を給水に変換するために、脱気装置がよく使用されます。[ 15 ] ポリッシャー（イオン交換容器）を設置することで、水の純度を維持し、特にボイラーを凝縮管の漏れから保護することができます。

補給水

すべてのボイラーは蒸気漏れでいくらかの水を失い、またボイラー内に蓄積した不純物を取り除くためにボイラーブローダウンとして意図的に無駄にされている。[ 16 ]汚染物質と直接接触して蒸気を発生させる蒸気機関車やボイラーは、凝縮した蒸気をリサイクルしないことがある。蒸気生産を継続するには補充水が必要である。補給水は最初に浮遊物や懸濁物質を取り除くために処理される。[ 17 ] 低圧ボイラー用の硬水は、炭酸塩や硫酸塩スケールの原因となる溶解したカルシウムとマグネシウムの二価陽イオンをナトリウムで置き換えることで軟水化できる場合がある。 [ 18 ]高圧ボイラーでは通常、逆浸透、蒸留、イオン 交換によって脱塩した水が必要である。[ 19 ]

参照

出典

  • バビット, ハロルド E. & ドーランド, ジェームズ J. (1949).水道工学. マグロウヒル.
  • ベッツ研究所 (1976). 『工業用水処理ハンドブック（第7版）』ベッツ研究所.
  • ケマー、フランク・N. (1979). 『NALCO水ハンドブック』. マグロウヒル.
  • リンズリー、レイ・K. & フランツィーニ、ジョセフ・B. (1972).水資源工学. マグロウヒル. ISBN 0-07-037959-9。
  • ペリー, ロバート H.; チルトン, セシル H.; カークパトリック, シドニー D. (1963). 『化学技術者ハンドブック（第4版）』マグロウヒル.
  • ウッドラフ、エヴェレット・B.; ラマース、ハーバート・B.; ラマース、トーマス・F. (1984). 『蒸気プラント運転』（第5版）. マグロウヒル. ISBN 0-07-071732-X。

参考文献

  1. ^ケマー p.39-2
  2. ^ベッツ p.95
  3. ^ペリー p.9-50
  4. ^ケマー pp.39-1&39-5
  5. ^ケマー pp.39-13から39-17
  6. ^ウッドラフ、ラマース＆ラマース p.516
  7. ^ベッツ p.86
  8. ^ a b c dペリー p.9-51
  9. ^ケマー p.39-16
  10. ^ベッツ p.99
  11. ^ケマー pp.39-13&39-15
  12. ^ a bケマー pp.39-13&39-16
  13. ^ベッツ pp.90&104
  14. ^ベッツ p.90
  15. ^ケマー p.14-1
  16. ^ウッドラフ、ラマース＆ラマース p.530
  17. ^ケマー p.39-5
  18. ^リンズリー＆フランツィーニ pp.454-456
  19. ^バビット＆ドーランド p.388
  20. ^ウッドラフ、ラマース＆ラマース p.527
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