ボイラーやガスエンジン、ガスタービンなどから発生する排ガスは多くの熱エネルギーを含んでおり、それらの回収を検討することは省エネルギーを実施していくうえで非常に重要です。
排ガスの熱回収として、ボイラー給水を予熱するエコノマイザ（節炭器）や燃焼用の空気を温める空気予熱器などを設置しますが、この時検討しなければいけない重要項目として、排ガスの「酸露点」というものがあります。
今回は、排ガスの熱回収を検討する際に重要な「酸露点」やその対策について解説してみたいと思います。
1. 酸露点とは？
酸露点（さんろてん）とは、排ガスを冷やしていったときに、ガス中の硫酸や塩酸の蒸気が凝縮して液体の酸になり始める温度のことを言います。発生する物質によって「硫酸露点」や「塩酸露点」などといいます。
排ガスの熱回収をする際に、排ガスの温度、または排ガスに触れる伝熱管や煙道の壁の温度が酸露点以下になると、その表面に濃い硫酸や塩酸が結露し、機器や配管を著しく腐食します。これを酸露点腐食（低温腐食）と呼びます。よって、排ガスからの熱回収を検討する際には排ガス温度が酸露点温度を下回らないようにする必要があります。
燃料中の硫黄から煙道やエコノマイザ（節炭器）で硫酸になるまでは次のような工程があります。
重油燃料中に含まれた硫黄が燃焼するときに酸化されます。
$$S+O2⇒SO2$$
空気中に含まれる酸素と反応して、SO2はさらに酸化されます。
$$2SO2+O2⇒2SO3$$
SO3は排ガス中の水蒸気と結びついて硫酸の蒸気になり、温度が酸露点を下回ると液体の硫酸として結露します。
$$SO3+H2O⇒H2SO4$$
硫酸は鉄やステンレスを溶解させるため、配管に穴あきを発生させることになります。
酸露点は、排ガス中のSO3と水蒸気の濃度で決まるため、燃料や燃焼条件によって変わります。SO3がわずか1ppm程度含まれるだけでも100℃以上になることが多く、硫黄分を含む燃料の排ガスでは120〜150℃程度になることがあります。
酸露点と、よく聞く「露点（水の露点）」は別の温度です。違いをまとめると次のとおりです。
| 項目 | 酸露点（硫酸露点） | 水の露点 |
|---|---|---|
| 結露するもの | 硫酸の蒸気（SO3＋水蒸気） | 水蒸気 |
| 温度の目安 | 100℃を超えることが多い | 数十℃ |
| 決まり方 | 排ガス中のSO3と水蒸気の濃度 | 排ガス中の水蒸気の濃度 |
排ガスの温度と腐食の関係（上ほど高温）
出典：日本製鉄「S-TEN（耐硫酸露点腐食鋼）」https://www.nipponsteel.com/product/plate/list/ships/08.html ／ 排ガス中のSO3が1ppm程度でも露点が100℃以上になること、予熱器入口の排ガスの露点が120〜150℃程度であることは米国特許 US10351925・US11440798 の記載による
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2. 酸露点腐食の対策は？
排ガス中から酸性物質が発生するのを防止するには排ガス温度が重要ですが、それ以外にもいくつかの対策があります。ここにあげているもの以外もあるかと思いますが、代表的なものをあげてみました。
2-1. 排ガス出口温度を管理する
熱回収後のエコノマイザや空気予熱器から排出される排ガスの温度を管理し、酸露点を下回らないように調整します。これによって、後工程の煙道での腐食を防止することができます。
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2-2. 低硫黄燃料を使用する
酸が発生する要因は燃料中の硫黄成分のため、硫黄分の少ない燃料を使用することで、排ガス中から硫酸が発生するのを防止します。
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2-3. 過剰空気量を減らす
燃料を燃焼させるには空気が必要です。この空気を過剰に供給するとSO2の酸化を促進させることになるため、理論空気量に対して過剰な空気を減らすと、硫酸の発生を抑えることができます。
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2-4. 耐酸腐食性金属を利用する
最近では、材料科学の進歩により、酸性物質に対して耐腐食性をもつ金属も開発されています。煙道の材質を耐腐食性のものにすることで、酸性物質が発生した時に穴あきを防止することができます。
2-5. 熱交換器に供給する空気、給水の温度を上げる
排ガス中の水蒸気が凝縮しないようにするためには、排ガスの熱交換器の出口温度を管理するだけではいけません。熱交換先である空気や水が低温で入ってくると、局所的に低温になり、酸性物質が発生する可能性があります。
排ガスを空気予熱や給水予熱に使用する際も、何度までなら問題ないのか調査する必要があります。
3. まとめ
この記事のポイント
排ガス温度が酸露点を下回ると配管などを腐食させる
酸露点対策はさまざまである
酸露点の目安は燃料や燃焼条件で変わるので、現場の基準を確認する
酸露点について簡単に解説しました。
もし、排ガスの熱回収を検討する場合は、現場ごとに酸露点温度の基準が決められていると思うので一度確認してみてはいかがでしょうか？
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