本当のことを言っておきましょう - ボイラーを扱っている人なら、エコノマイザのスケーリングが効率を静かに脅かすものであることをご存知でしょう。それは時間の経過とともに徐々に増加し、チューブ上で層ごとに蓄積され、突然必要以上に多くの燃料を消費し、ダウンタイムに対処し、お金を無駄にすることになります。エコノマイザー熱交換器部品を供給するチームとして (弊社のエコノマイザー熱交換器ちなみに、私たちはこの問題を毎日目にしています。スケーリングとは実際何なのか、なぜスケーリングが起こるのか、そしてスケーリングを阻止するために何ができるのかを詳しく見てみましょう。まず、スケーリングは単なる「硬水の蓄積」ではありません。これは、ボイラー給水からのカルシウム、マグネシウム、シリカなどのミネラルの沈殿であり、エコノマイザーチューブの内壁に付着します。エコノマイザーの全体的な仕事は、排熱を利用して給水を予熱することなので、これらのチューブがスケールで詰まると、熱伝達が岩のように低下します。つまり、ボイラーはよりハードに動作し、より多くのエネルギーを使用する必要があり、修理費用がすぐに高くつきます。スケーリング防止を怠ったために、わずか 6 か月で 85% の燃焼効率が 70% にまで低下したクライアントを見てきました。ここで手を抜く価値はありません。
まず、供給水の品質について話しましょう。これが戦いの 90% を決めるからです。ほとんどのスケーリングは、単純明快に、悪い水から始まります。給水に高レベルの溶解硬度 (硬度 = カルシウムイオンとマグネシウムイオン) が含まれている場合、エコノマイザーで加熱するとそれらが反応して不溶性化合物を形成します。自宅のやかんでスケールを作るようなものだと考えてください。化学反応はまったく同じですが、はるかに大きくなります。それで、何がこれを修正するのでしょうか？水処理は、何かを一滴加えただけで終わりではありません。硬度イオンをナトリウムに交換するナトリウムゼオライト柔軟剤を試す人もいますが、それはシリカ（もう一つの大規模な原因）を扱っていない場合にのみ機能します。シリカは熱水に溶解した状態を保ちますが、温度が 340°F を超えると沈殿するため扱いが難しく、まさにこの温度がエコノマイザー チューブの動作場所となります。シリカの場合は、供給水がエコノマイザに到達する前にシリカを除去する逆浸透 (RO) または脱塩システムが必要です。私たちは顧客に給水水を検査して 20 ppm のシリカを検出させましたが、これは大惨事が待っていることです。評判の良い水処理会社と提携して定期的にテストを行い、化学的性質を調整すれば、エコノマイザーに触れる前にスケールのリスクを半分に減らすことができます。
次に、材料の選択は人々が思っている以上に重要です。ボイラーオペレーターの多くは、入手できる限り最も安価な部品を入手しますが、エコノマイザーとなると、通常は基本的な炭素鋼を意味します。ちょっと待ってください。炭素鋼であってもすべてが同じというわけではなく、間違ったグレードを使用するとスケーリングが悪化する可能性があります。なぜ？炭素鋼は水やガス中の不純物と反応して粗い酸化物層を形成し、スケールが非常に付着しやすいためです。私たちがお勧めするのは、炭素鋼エコノマイザー費用対効果が高く、耐久性のある部品を必要とするクライアント向けの製品ラインですが、これは適切な水処理と組み合わせた場合に限ります。高圧ボイラーや超硬水を使用するプラントの場合は、スケールがうまくグリップできないより滑らかな表面を持つステンレス鋼や白銅などの合金のオプションを推しています。また、腐食に対しても耐性があります。これは、腐食とスケールが密接に関係していることが多いため、利点となります (スケールが形成される箇所に腐食により穴が形成されます)。昨年、一般的な炭素鋼エコノマイザーから当社の専用エコノマイザーに切り替えたクライアントがいました。同じ水、同じ動作条件で、最初の 3 か月でスケーリング率が 75% 低下しました。それはまぐれではありません。材料の選択はスケールの付着に直接影響します。
さらに、ほとんどのチームが眠っている運用とメンテナンスのルーチンもあります。流速から始めましょう。給水がエコノマイザーチューブを通過する速度が遅すぎると、ミネラルが沈降して蓄積します。動きが速すぎると、浸食と摩耗が発生します。スイート スポットは通常 3 ～ 10 フィート/秒ですが、これはポンプ コントロールで調整できます。私たちはサポート パッケージの一環としてクライアントと協力して流量を調整していますが、これは大きな違いを生む簡単な修正です。もう 1 つの大きな問題は定期的なブローダウンです。継続的なブローダウンだけでなく、定期的なブローダウンです。連続ブローダウンでは表面の不純物が除去されますが、定期的なブローダウン (間隔を置いて少量の水を吹き出す) では、エコノマイザーに引き込まれる前にボイラードラムの底にある濃縮スラッジが除去されます。ほとんどのプラントではこれをシフトに 1 回実行しますが、大規模なリスク環境の場合はシフトに 2 回行うことをお勧めします。また、計画された掃除をスキップしないでください。ただし、掃除をするときは、正しい方法を使用してください。酸洗浄は一般的ですが、酸が多すぎると、特に合金の場合、チューブが損傷する可能性があります。軽度のスケールには機械洗浄 (チューブ ブラシなど) を使用するか、金属に優しいリン酸溶液を使用した化学洗浄を推奨します。そして、あらゆることを効率的に行うために、洗浄前に水垢が熱伝達を減らすのに十分な厚さになるまで待たずに、水質に応じて 3 ～ 6 か月ごとに検査をスケジュールしてください。
待ってください、ガス側、つまりエコノマイザーを加熱する排気ガス側のことを忘れないでください。エコノマイザーに流入する排ガスに（高硫黄燃料の燃焼により）高レベルの二酸化硫黄が含まれている場合、冷たいチューブ上で凝縮して硫酸が生成される可能性があります。酸腐食によりチューブの壁が侵食され、表面が粗くなり、そこにスケールが付着します。したがって、燃料の品質をチェックすることも予防の一部です。重油または石炭を燃焼している場合は、燃料に脱硫ステップを追加するか、エコノマイザーの入口温度を調整して酸露点 (硫黄含有量に応じて、通常約 280°F ～ 300°F) よりも高く保つ必要がある場合があります。だからこそ私たちの排熱回収システムは、特定の種類の燃料で動作するように設計されており、熱エネルギーの再利用を最大化しながら酸の蓄積を回避するようにシステムを調整しています。排出量を削減するために低硫黄燃料に切り替えたクライアントがいましたが、酸に関連したスケーリングはほぼ一夜にして止まりました。環境上のメリットだけではなく、スケールの防止にも役立ちます。
私たちが長年のゲームから学んだもう 1 つのトリックは、オンライン監視ツールです。測定しないものは修正できませんよね？供給水の pH、導電率、チューブの表面温度、エコノマイザー全体の圧力降下を追跡するセンサーを取り付けると、スケーリングを早期に発見できます。圧力降下は致命的です。圧力降下が着実に上昇し始めた場合、それはスケールが蓄積してチューブを詰まらせていることを意味します。当社のチームは、基本的なモニタリングのセットアップや既存のシステムとの統合をお手伝いします。これにより、四半期ごとのパフォーマンス テストを待つことなく、リアルタイムのアラートを受け取ることができます。当社の新しい顧客の 1 人は、エコノマイザー チューブに温度センサーを設置し、4 週間で出口水温が 10°F 低下していることに気づきました。彼らはそこに侵入し、薄いスケール層を発見しました。これを無視していたら、追加の燃料で月に 10,000 ドルかかっていたでしょう。小さな早期アラートが大きなコストを節約します。
そして、化学物質について話しましょう。ただし、単にスケール防止剤を無作為に投棄するだけではありません。スケール抑制剤は、ミネラルイオンを封鎖して硬いスケールを形成できないようにし、吹き飛ばせる柔らかいスラッジに変えます。ただし、水の化学反応に適した抑制剤を選択する必要があります。カルシウムのスケーリングには、ホスホン酸塩やポリアクリル酸塩のようなものが必要です。シリカの場合、溶解を維持する特殊なポリマーが必要です。ほとんどの植物が犯す間違いは、特定の鱗片タイプを標的にしない、万能の阻害剤を使用することです。当社はクライアントと協力して水をテストし、適切な抑制剤の投与量と種類を推奨し、さらに軟化したスラッジを洗い流すためのブローダウン速度の調整を支援します。抑制剤の過剰投与は過少投与と同様に有害です。ボイラー内の泡など他の問題を引き起こす可能性があるため、テストについては交渉の余地がありません。
すべてが機能することを証明する簡単なケースでこれを締めくくりましょう。昨年、10 トンのボイラーを備えた中規模の製造工場が大規模な規模拡大に取り組んでいました。90 日ごとに酸洗浄が行われ、ダウンタイムにより生産が停止され、燃料費が天井知らずになりました。私たちがやったことは次のとおりです。 まず、満水テストを実行したところ、硬度 18 ppm とシリカ 12 ppm が検出され、さらにそれらの流速が 2 フィート/秒と低すぎることがわかりました。古い一般的な炭素鋼エコノマイザーを当社のプレミアムエコノマイザーに交換しました。熱エネルギー回収エコノマイザーは、流量が 6 フィート/秒になるように給水ポンプを調整し、調整された抑制剤と 1 日 2 回のブローダウンを推奨しました。 6 か月後、スケールの蓄積が最小限に抑えられたため、次に予定されていた酸洗浄を省略し、燃料効率が 72% から 84% に向上しました。これは単なる勝利ではありません。これが、1 つの魔法の修正ではなく、段階的にスケーリングを防ぐ実際の方法です。
要約すると、重要な手順は次のとおりです。給水の品質を正確に把握し (テスト、処理し、ケチらないでください)、条件に適したエコノマイザー材料を選択し、確実な操作とメンテナンスのルーチン (流量、ブローダウン、検査) を固定し、ガス側で酸のリスクを監視し、オンライン監視を使用して問題を早期に発見し、化学物質について推測しないでください - 個別のアドバイスを取得します。スケーリングは避けられないものではなく、適切な設定と一貫した作業によって制御できるものです。スケールの問題に対処している場合、またはこの問題を軽減するためにエコノマイザーをアップグレードしたい場合は、私たちのチームがあなたのセットアップに何が機能するかを見つけるお手伝いをします。
参考文献
- 米国ボイラー製造者協会。 （2022年）。エコノマイザーのメンテナンスとスケール防止のベスト プラクティス。 ABMA 技術速報 TB-012。
- アーナー・ラーナー、DA・リンスリー（2021年）。産業用ボイラーおよび熱回収システムの水処理。 CRCプレス。
- 国際エネルギー機関。 （2020年）。産業用ボイラーの排熱回収: 効率と運用ガイドライン。 IEA 産業技術レポート。
- ナルコウォーター。 （2022年）。エコノマイザーチューブのスケール防止: 化学、材料、操作上の相乗効果。ナルコテクニカルペーパー TP-418。
- テイラー、D. (2019)。ボイラーコンポーネントの腐食とスケーリング: 原因と軽減策。工業化学ジャーナル、45(3)、189-205。