ボイラー給水

ボイラー給水は、ボイラーに供給される水です。給水は給水ポンプから蒸気ドラムに送られます。蒸気ドラムでは、給水は熱によって蒸気に変わります。蒸気は使用された後、メインコンデンサーに排出されます。コンデンサーから、脱気された給水タンクにポンプで送られます。このタンクから蒸気ドラムに戻り、サイクルが完了します。給水が大気にさらされることはありません。このサイクルは、クローズドシステムまたはランキンサイクルとして知られています。

ボイラーの開発初期には、水処理はそれほど問題ではありませんでした。温度と圧力が非常に低かったため、特にボイラーが「ブローダウン」されている場合には、大量のスケールや錆がそれほど顕著に形成されなかったためです。ボイラー内の腐食を軽減するために、亜鉛板やアルカリ性化学物質を設置するのが一般的な方法でした。蒸留水、さまざまな化学物質、犠牲金属を使用して、ボイラーの腐食の原因（および腐食の可能な防止策）を判定するための多くのテストが実行されました。^{[1]給水サンプルに} 硝酸銀を加えると、海水による汚染を検出できます。アルカリ度制御のための石灰の使用は、1900年という早い時期に言及されており、フランス海軍とイギリス海軍では1935年頃まで使用されていました。 ^[2]現代のボイラーでは、給水の処理が重要です。なぜなら、極端な圧力と温度の環境で未処理の水を使用すると問題が発生するためです。これには、熱伝達、過熱、損傷、およびコストのかかるクリーニングに関する効率の低下が含まれます。

水は、他のほとんどの物質よりも熱容量が高いです。この性質により、水はボイラー操作の理想的な原材料となっています。ボイラーは、ガスタービンのオープン システムとは異なり、クローズド システムの一部です。使用されるクローズド システムは、ランキン サイクルです。つまり、水はシステム全体で再循環され、大気と接触することはありません。水は再利用され、効率的な操作を継続するために処理する必要があります。ボイラー水は、蒸気を効率的に生成するために処理する必要があります。ボイラー水は、スケール、腐食、発泡、プライミングを防ぐために処理されます。水を化学範囲内に保つために、化学物質が化学供給タンクからボイラー水に投入されます。これらの化学物質は、主に酸素除去剤とリン酸塩です。ボイラー水は、塩化物含有量を低く保つために頻繁にブローダウンされます。ボイラー操作には、固形物を取り除くためのボトム ブローも含まれます。スケールは、水から沈殿した不純物であり、伝熱面に形成されます。これは問題です。スケールは熱をあまりうまく伝達せず、チューブが過熱して故障する原因になります。腐食は水中の酸素によって引き起こされます。酸素は金属を酸化させ、金属の融点を下げます。ボイラー水に適切な量の化学物質が含まれず、水中に浮遊物質があり、それがドライパイプに持ち込まれる場合、発泡とプライミングが使用されます。ドライパイプは、蒸気と水の混合物が分離される場所です。

ボイラー水処理は、アルカリ度の制御、スケール防止、pH 補正、および導電率の制御に使用されます。^[3]ボイラー水は、チューブを損傷しないように、酸性ではなくアルカリ性である必要があります。溶解固形物が多すぎると、給水の導電率が高くなりすぎる可能性があります。これらの適切な処理は、効率的なオペレーターと処理化学薬品の使用によって制御できます。ボイラー水の処理と調整の主な目的は、スケールを形成せずに熱を交換し、スケールを防ぎ、高品質の蒸気を生成することです。ボイラー水の処理は、内部処理と外部処理の 2 つの部分に分けることができます。(Sendelbach、p. 131) ^[4]内部処理はボイラー給水用で、外部処理は補給給水とシステムの凝縮水部分用です。内部処理は、ボイラーチューブへのスケールの沈殿を防ぐことで、給水の硬度を防ぎます。この処理は、プライミングや発泡なしで給水中の溶解固形物と浮遊固形物の濃縮からも保護します。これらの処理用化学薬品は、給水のアルカリ度を高めて塩基性を高め、ボイラーの腐食防止にも役立ちます。適切なアルカリ度は、リン酸塩を添加することで保護されます。これらのリン酸塩は、ボイラードラムの底に固形物を沈殿させます。ボイラードラムの底には、これらの固形物を除去するための底部吹き付けがあります。これらの化学薬品には、スケール防止剤、酸素除去剤、消泡剤も含まれます。スラッジは、2 つの方法で処理することもできます。それは、凝固と分散です。スラッジの含有量が多い場合は、底部吹き付けだけで給水からスラッジを除去できるように、スラッジを凝固させて大きな粒子を形成する方がよいでしょう。スラッジの含有量が少ない場合は、分散剤を使用するとスラッジが給水全体に分散されるため、スラッジが形成されません。

酸素と二酸化炭素は脱気によって給水から除去されます。脱気は、脱気ヒーター、真空脱気装置、機械式ポンプ、および蒸気ジェットエジェクターを使用して行うことができます。脱気ヒーターでは、入ってくる給水に蒸気が噴霧され、溶解したガスが運び去られます。脱気装置には、ボイラーで使用できる熱い給水も貯蔵されます。この機械的脱気手段は、効率を高めるために化学酸素除去剤とともに使用されます。(Sendelbach、p. 129) ^[4]脱気ヒーターは、スプレータイプとトレイタイプの2つのグループに分類できます。トレイタイプのヒーターでは、入ってくる水が飽和温度に達するまで蒸気雰囲気に噴霧されます。飽和温度に達すると、ほとんどの酸素と非凝縮性ガスが放出されます。スプレーセクションの水の再汚染を防ぐシールがあります。その後、水は下の貯蔵タンクに落下します。その後、非凝縮性ガスと酸素は大気中に放出されます。トレイ型脱気ヒーターのコンポーネントは、シェル、スプレーノズル、直接接触ベントコンデンサー、トレイスタック、および保護インターチャンバー壁です。スプレー型脱気装置はトレイ型脱気装置に似ています。水は蒸気雰囲気にスプレーされ、酸素と非凝縮性物質の大部分が蒸気に放出されます。その後、水は蒸気スクラバーに落ち、そこでわずかな圧力損失により水が少しフラッシュされ、酸素と非凝縮性物質の除去にも役立ちます。その後、水は貯蔵タンクに溢れます。その後、ガスは大気に放出されます。真空脱気では、システムに真空が適用され、水が飽和温度になります。スプレー脱気装置やトレイ脱気装置と同様に、水はタンクにスプレーされます。酸素と非凝縮性物質は大気に放出されます。(Sendelbach、p. 130)

ボイラーと下流のシステムで問題が発生するのを防ぐため、給水は特別な処理が必要です。処理されていないボイラー給水は、腐食や汚れの原因となります。

腐食性化合物、特にO ₂とCO _{2 は}、通常は脱気装置を使用して除去する必要があります。残留量は、酸素除去剤を使用して化学的に除去できます。さらに、給水は通常、酸化を減らし、ボイラーの水側表面に安定したマグネタイト層を形成して、その下の材料をそれ以上の腐食から保護するために、 pH 9.0 以上にアルカリ化されます。これは通常、水酸化ナトリウム(苛性ソーダ) やアンモニアなどのアルカリ剤を給水に注入することによって行われます。ボイラーの腐食は、溶存酸素、溶存二酸化炭素、または溶存塩の存在が原因です。

堆積物はボイラー内の熱伝達を低下させ、流量を減少させ、最終的にはボイラー管を詰まらせます。給水が蒸発したときに残る非揮発性の塩分やミネラルは、液相で濃縮され、 固体沈殿物の形成を防ぐために過度の「ブローダウン」 （排水）が必要になるため、除去する必要があります。さらに悪いのは、スケールを形成するミネラルです。したがって、給水の損失を補うために追加される補給水は、溶解したミネラルを除去するためにパージバルブが使用されない限り、脱 塩水/脱イオン水でなければなりません。

蒸気機関車には通常、凝縮器がないため、給水はリサイクルされず、水の消費量が多くなります。脱イオン水の使用は法外に高価なため、他の種類の水処理が使用されます。使用される化学物質には、通常、炭酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、タンニン、リン酸塩、消泡剤などがあります。^[6]

治療システムには以下が含まれます。

• アルフロックはイギリス鉄道とインペリアル・ケミカル・インダストリーズが開発した^[7]
• ルイ・アルマンが開発したTraitement Integral Armand (TIA)
• ポルタ トリートメント、リビオ ダンテ ポルタによって開発されました^[8]

• ボイラー給水ポンプ
• 蒸発器
• ヘラミン

• Shun'an, C., Qing, Z., & Zhixin, Z. (2008). リン酸高温ボイラー水化学における炭素鋼の腐食挙動に対する塩化物イオン濃度の影響に関する研究。防食方法と材料、55(1), 15–19。
• センデルバッハ、M.（1988）ボイラー水処理：なぜ、何を、どのように。化学工学、95（11）、127。
• ボイラー給水の特性。(nd)。2015 年 3 月 21 日に http://www.lenntech.com/applications/process/boiler/boiler-feedwater-characteristics.htm から取得。

• ボイラー給水システム構成