ボイラー水に溶け込んだ気体を取り除く装置である、脱気器について解説します。
脱気器とは
脱気器は、ボイラー水から溶存酸素を取り除く装置です。ボイラー水に酸素や二酸化炭素が含まれていると、以下の問題が発生します。
- 腐食: 溶存酸素や二酸化炭素はボイラー内部の金属を腐食させ、ボイラーの寿命を縮めます。
- スケール: 溶存酸素は水中のカルシウムイオン等と結合し、スケールと呼ばれる固形物を形成します。スケールはボイラー内部の熱伝導を妨げ、ボイラーの効率を低下させます。
これらの問題を防ぐために、脱気器でボイラー水から溶存酸素を取り除き、給水ポンプで系内に水を創出します。フローに示すと下図となります。脱気器の直前に給水に脱酸素剤を注入していますね。
脱酸素剤としてヒドラジンがよく使われます。こちらの記事も併せて読んでいただければ、より理解が深まるかと思います。
脱気器の構造・仕組み
一般的な脱気器の構造を以下に示します。
脱気器は次のような原理で脱気を行います。
- 脱酸素剤を含んだボイラー水を脱気器に給水する
- 加熱用蒸気（Deaeration steam）で設定圧力まで加圧する
- 沸点まで加熱（Heating steam）することで飽和水になり、気体の溶解度を0とする
大事なことは、加熱を行って飽和水にすることで溶解している気体を追い出すということです。プロセスによっては加熱源はスチームではなく、排ガスやプロセスガスだったりもします。
また、一般的に採用されているものはスプレートレー式というもので、給水をトレイやラシーリングのような充填物を通すことで小さな液滴とし、効率的に給水を加熱・脱気ができるようになっています。また、小さな液滴とすることで、脱気器内で発生した気体との接触面積を増やすことができます。これにより、脱気器内の蒸気を水に戻し、かつ水に溶存していた気体のみを排出できるように設計しています。
脱気器内の圧力制御はベント弁の開度と加熱用蒸気弁で制御されます。脱気器の負荷が増加し、器内の圧力上昇すればベント弁の開度が増加します。逆に負荷が減少し温度・圧力が下がる場合は加熱用蒸気弁の開度が増加します。2つの弁を１つの圧力検出器で制御できるようスプリット制御を導入する場合もありますね。
脱気器の容量
脱気器の役割には、溶存気体の除去以外に、蒸気の負荷変動に対するバッファーとなることが挙げられます。負荷が一定であれば問題にはなりませんが、変動が大きいようであれば蒸気需要の変動と、機器設計時のコストを天秤にかけて容量を決定することになります。
ボイラー系統が負荷変動についていけず、系内の水量が適切に保てなくなった場合、給水ポンプが空引き・キャビテーションが起きて壊れてしまうためです。給水ポンプは水量・揚程が大きくなりがちで、高価な物になるため適切な容量を見極めましょう。
最後に
ボイラー系の中でも重要な機器である脱気器について解説しました。少しでもお役に立てれば嬉しいです。
ご安全に！
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