特許 7497650 ボイラ水処理装置および処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-03

(45)【発行日】2024-06-11

(54)【発明の名称】ボイラ水処理装置および処理方法

(51)【国際特許分類】

   F22D 11/00 20060101AFI20240604BHJP

   F22D 1/18 20060101ALI20240604BHJP

【ＦＩ】

F22D11/00 G

F22D1/18

F22D11/00 C

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020142811

(22)【出願日】2020-08-26

(65)【公開番号】P2022038353

(43)【公開日】2022-03-10

【審査請求日】2023-07-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000001063

【氏名又は名称】栗田工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086911

【弁理士】

【氏名又は名称】重野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100144967

【弁理士】

【氏名又は名称】重野 隆之

(72)【発明者】

【氏名】仲本 隆史

(72)【発明者】

【氏名】塚本 和巳

(72)【発明者】

【氏名】久保 智敬

【審査官】河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１９２３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０３９５９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／２０７４９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－２０２５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０４３１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０５１５５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－０７０９５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２２Ｄ １１／００

Ｆ２２Ｄ １／１８

Ｆ２２Ｂ ３７／５２

Ｆ２２Ｂ ３７／５６

Ｃ０２Ｆ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原水を処理して純水を製造する前処理装置と、
該前処理装置からの純水をボイラへ供給する純水供給ラインと、
該ボイラからの濃縮排水であるボイラブロー水を脱塩処理する復水脱塩手段と、該ボイラブロー水を該復水脱塩手段に導入するボイラブロー水導入ラインと、
該復水脱塩手段で脱塩処理された復水脱塩水を前記純水供給ラインに返送する復水脱塩水返送ラインとを有するボイラ水処理装置において、
前記純水供給ラインから純水の一部を取り出し部から取り出してＴＯＣ除去手段でＴＯＣ除去処理し、この処理水を該取り出し部又はそれよりも上流側の該純水供給ラインに戻すＴＯＣ除去ラインと、
該ＴＯＣ除去ラインにおけるＴＯＣ除去手段の上流側に設けられた熱交換器と、
前記ボイラブロー水導入ラインから分岐して、該ボイラブロー水導入ライン中のボイラブロー水の一部を分取して該熱交換器に導入する分岐ラインと、
前記熱交換器を通過したボイラブロー水を前記ボイラブロー水導入ラインにおける前記分岐ラインの分岐点よりも下流側に返送する分岐水返送ラインを備え、
該熱交換器により、ＴＯＣ除去手段に供給される純水を該ボイラブロー水との熱交換で加熱することを特徴とするボイラ水処理装置。

【請求項2】

請求項１において、前記純水供給ライン中の純水の水温を測定する測定手段と、該測定手段の測定値が所定値以下のときに前記分岐ラインに前記ボイラブロー水の一部を通水するか、前記ボイラブロー水の前記分岐ラインへの流量を増加させる分岐流量制御手段を備えたことを特徴とするボイラ水処理装置。

【請求項3】

原水を前処理装置で処理して純水を製造し、
該前処理装置からの純水を純水供給ラインを経由してボイラへ供給し、
該ボイラからの排気蒸気を凝縮させてボイラブロー水として該ボイラから排出し、
該ボイラブロー水を復水脱塩手段で脱塩処理し、
該復水脱塩手段で脱塩処理された復水脱塩水を前記純水供給ラインに返送するボイラ水処理方法において、
前記純水供給ラインから純水の一部を取り出し部から取り出してＴＯＣ除去手段でＴＯＣ除去処理し、この処理水を該取り出し部又はそれよりも上流側の該純水供給ラインに戻し、
前記ボイラから前記復水脱塩手段に送給されるボイラブロー水の一部を分取し、該分取したボイラブロー水と、該ＴＯＣ除去手段に供給される純水とを熱交換器で熱交換して該純水を加熱し、
前記熱交換器を通過した前記ボイラブロー水を、前記復水脱塩手段に供給して脱塩処理することを特徴とすることを特徴とするボイラ水処理方法。

【請求項4】

請求項３において、前記純水供給ライン中の純水の水温を測定し、該測定値が所定値以下のときに前記ボイラブロー水の一部を分取して前記熱交換器で前記純水と熱交換するか、或いは、前記熱交換器で前記純水と熱交換するボイラブロー水の流量を増加させることを特徴とするボイラ水処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、産業、発電等に用いられるボイラ供給純水を処理する装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

産業、発電等に用いられるボイラ設備では、工業用水等から前処理（凝集固液分離と脱塩処理など）により純水を製造し、この純水を用いてボイラにより蒸気を発生させる。このようなボイラ設備では、ボイラブロー水を回収し、脱塩処理した後にボイラ用の純水として再利用するのが一般的である（特許文献１～３）。

【0003】

ボイラ設備内では、ボイラ水の水質を管理しており、特に、腐食防止の為、イオン交換樹脂にて処理した後の電気伝導度を管理しているが、原水にＴＯＣが想定以上に含まれていた場合（例えばＴＯＣ２００ｐｐｂ以上）、または前処理の純水製造におけるイオン交換樹脂から有機物が過度に溶出した場合は、電気伝導度が管理値を超過してしまうことが懸念される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００７－２６８３９７号公報

【文献】特開２０１０－２１６７６２号公報

【文献】特開２０１５－１１７９１３号公報

【非特許文献】

【0005】

【文献】平成１４年版 ボイラー年鑑、「第９節 自家発電用ボイラにおける原水・補給水水質とボイラ水質への影響および対応策について」

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、原水又は前処理水のＴＯＣが高濃度の場合でも安定して高品質の純水をボイラに給水することができるボイラ水処理装置及び処理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のボイラ水処理装置は、原水を処理して純水を製造する前処理装置と、該前処理装置からの純水をボイラへ供給する純水供給ラインと、該ボイラからの濃縮排水であるボイラブロー水を脱塩処理する復水脱塩手段と、該ボイラブロー水を該復水脱塩手段に導入するボイラブロー水導入ラインと、該復水脱塩手段で脱塩処理された復水脱塩水を前記純水供給ラインに返送する復水脱塩水返送ラインとを有するボイラ水処理装置において、前記純水供給ラインから純水の一部を取り出し部から取り出してＴＯＣ除去手段でＴＯＣ除去処理し、この処理水を該取り出し部又はそれよりも上流側の該純水供給ラインに戻すＴＯＣ除去ラインと、該ＴＯＣ除去ラインにおけるＴＯＣ除去手段の上流側に設けられた熱交換器と、前記ボイラブロー水導入ラインから分岐して、該ボイラブロー水導入ライン中のボイラブロー水の一部を分取して該熱交換器に導入する分岐ラインとを備え、該熱交換器により、ＴＯＣ除去手段に供給される純水を該ボイラブロー水との熱交換で加熱することを特徴とするものである。

【0008】

本発明の一態様のボイラ水処理装置は、前記熱交換器を通過したボイラブロー水を前記ボイラブロー水導入ラインにおける前記分岐ラインの分岐点よりも下流側に返送する分岐水返送ラインを備える。

【0009】

本発明の一態様のボイラ水処理装置は、前記純水供給ライン中の純水の水温を測定する測定手段と、該測定手段の測定値が所定値以下のときに前記分岐ラインに前記ボイラブロー水の一部を通水するか、前記ボイラブロー水の前記分岐ラインへの流量を増加させる分岐流量制御手段を備える。

【0010】

本発明のボイラ水処理方法は、原水を前処理装置で処理して純水を製造し、該前処理装置からの純水を純水供給ラインを経由してボイラへ供給し、該ボイラからの排気蒸気を凝縮させてボイラブロー水として該ボイラから排出し、該ボイラブロー水を復水脱塩手段で脱塩処理し、該復水脱塩手段で脱塩処理された復水脱塩水を前記純水供給ラインに返送するボイラ水処理方法において、前記純水供給ラインから純水の一部を取り出し部から取り出してＴＯＣ除去手段でＴＯＣ除去処理し、この処理水を該取り出し部又はそれよりも上流側の該純水供給ラインに戻し、前記ボイラから前記復水脱塩手段に送給されるボイラブロー水の一部を分取し、該分取したボイラブロー水と、該ＴＯＣ除去手段に供給される純水とを熱交換器で熱交換して該純水を加熱することを特徴とするものである。

【0011】

本発明の一態様のボイラ水処理方法では、前記熱交換器を通過した前記ボイラブロー水を、前記復水脱塩手段に供給して脱塩処理する。

【0012】

本発明の一態様のボイラ水処理方法では、前記純水供給ライン中の純水の水温を測定し、該測定値が所定値以下のときに前記ボイラブロー水の一部を分取して前記熱交換器で前記純水と熱交換するか、或いは、前記熱交換器で前記純水と熱交換するボイラブロー水の流量を増加させる。

【発明の効果】

【0013】

本発明では、前処理装置からの純水をボイラに供給する純水供給ライン（メインライン）にＴＯＣ除去手段を設けるのではなく、該純水供給ラインから分岐したＴＯＣ除去ライン（オフライン）にＴＯＣ除去手段を設けている。そのため、ＴＯＣ除去手段を、純水供給ライン（メインライン）での純水供給制御とは別に制御することができる。
しかも、ボイラブロー水を利用してこのＴＯＣ除去手段の給水を加熱するため、ＴＯＣ除去手段の効率を安定に維持することができる。特に立地や気候による水温低下の際に有効となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施の形態に係るボイラ水処理装置のフロー図である。

【図2】別の実施の形態に係るボイラ水処理装置のフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。

【0016】

図１は、第１の実施の形態に係るボイラ水処理装置のフロー図である。原水としての工水（工業用水）は、前処理装置１で前処理されて純水となり、配管２を介して純水タンク３に導入される。純水タンク３内の純水は、ポンプ４を有する配管５を介してＩＰＰ発電装置などの発電装置６のボイラへ供給される。この実施の形態では、純水供給ラインは、配管２、純水タンク３、ポンプ４及び配管５を有したものとなっている。発電装置６のボイラで生じたボイラブロー水は、配管７、圧力調整手段２４、冷却手段８及び配管９を有した導入ラインを介して脱塩手段としての復水脱塩装置１０に導入され、脱塩処理される。

【0017】

この実施の形態では、復水脱塩装置１０は直列に複数段（この実施の形態では２段）配置された逆浸透膜分離装置（ＲＯ装置）１１，１２と、電気脱塩装置１３とを有する。ボイラブロー水は、ＲＯ処理及び電気脱塩処理により脱塩されて純水となり、配管１４を介して純水タンク３に返送される。

【0018】

純水タンク３内の純水の一部を取り出してＴＯＣ除去処理及び脱塩処理するために、ＴＯＣ除去ラインが設けられている。即ち、純水タンク３内の純水が配管１５、熱交換器１６、ポンプ１７を介してＲＯ装置１８へ供給され、ＲＯ透過水が配管１９を介して純水タンク３に返送される。ＲＯ濃縮水は系外へ排出される。

【0019】

熱交換器１６は、純水タンク３からＲＯ装置１８に供給される純水を加熱するためのものであり、その高温流体側には、分岐ラインとして配管７の圧力調整手段２４の上流側から分岐した配管２２を介して高温のボイラブロー水が通水される。このように高温のボイラブロー水が熱交換器１６に送給されるため、熱交換による加熱効率が高い。熱交換器１６の高温流体側を通過したボイラブロー水は、配管２３を介して配管７の圧力調整手段２４の下流側へ返送される。圧力調整手段２４としては、背圧弁、オリフィスなどが例示される。

【0020】

冷却手段８は、復水脱塩装置１０に送水されるボイラブロー水を降温させるためのものである。

【0021】

このボイラ水処理装置にあっては、ポンプ１７を必要時に稼働させて、純水タンク３内の純水をＲＯ装置１８によってＲＯ処理することにより、純水タンク３内の純水の水質を所定範囲に維持することができる。

【0022】

また、ＲＯ装置１８へ供給される純水を熱交換器１６で加熱することにより、ＲＯ処理効率を高くすることができる。また、温度の高いＲＯ透過水が純水タンク３に流入することにより、純水タンク３内の水温が高くなり、発電装置６のボイラへの純水の加熱の負荷を軽減することができる。

【0023】

なお、図１では、配管１５は純水タンク３に接続されているが、配管１５は純水タンク３の下流側の配管５に接続されてもよい。

【0024】

図２は、第２の実施の形態に係るボイラ水処理装置のフロー図であり、純水タンク３内の純水の水質維持用のＴＯＣ除去装置として、ＲＯ装置１８の代わりにＵＶ（紫外線）酸化装置２５とイオン交換装置２６とが設置されている。イオン交換樹脂としては、アニオン交換樹脂又は混床樹脂を用いることが好ましい。ＵＶ酸化装置（例えば、低圧ＵＶ酸化装置）２５では、ＵＶを被処理水（純水タンク３からの純水）に照射して有機物を有機酸さらにはＣＯ_２まで分解する。分解により生じた有機酸、ＣＯ_２等は、後段のイオン交換装置２６で除去される。イオン交換装置２６を通過した有機物濃度の低い純水が配管１９から純水タンク３に返送される。

【0025】

図２において、その他の構成は図１と同一であり、同一符号は同一部分を示している。

【0026】

図１，２は本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態とされてもよい。例えば、図１，２では、熱交換器１６で降温したボイラブロー水は、配管２３を介して配管７に返送されているが、復水脱塩装置１０又はその上流側の配管９、前処理装置１又はその上流側の原水配管や原水タンクに返送されてもよい。なお、図１，２のように配管７に返送すると、高温のボイラブロー水が降温され、冷却手段８への負荷を低減できるため、ボイラブロー水の回収が容易となる。

【0027】

図１，２のボイラ水処理装置の構成機器の好適例、機能等について以下に説明する。

【0028】

（１） 前処理装置１
前処理装置１は、例えば、工業用水（市水、地下水など）等の原水に対して、凝集処理、固液分離（沈殿分離や加圧浮上分離など）、二層濾過を順次行った後に脱塩処理（カチオン交換樹脂塔、脱炭酸塔、アニオン交換樹脂塔、混床樹脂塔、電気脱塩装置などによる処理）を行うことにより、純水を製造する。

【0029】

（２） 純水タンク３
純水タンク３では、前処理により製造された純水が貯留され、水質や水量の調整が行われる。

【0030】

（３） ＴＯＣ除去手段
工業用水等の原水に含まれるＴＯＣ濃度が高い場合は、前処理によってＴＯＣ濃度を所定以下（例えば１００ｐｐｂ未満）まで低減することが困難となる場合がある。ＴＯＣ濃度が１００ｐｐｂ以上になるとボイラへの負担が大きくなり将来的に故障が生じる懸念がある。また、季節や気候などにより水温が変動する（例えば５～３５℃）。水温が１５℃以下になると発電用ボイラへの負担が大きくなり燃料使用量が多くなってしまう。

【0031】

そのため、純水タンク３内の純水のＴＯＣが常に所定値以下（例えば１００ｐｐｂ以下）に維持されるように、純水供給ラインを構成する純水タンク３から分取した純水をＲＯ装置１８、又はＵＶ酸化装置２５及びイオン交換装置２６よりなるＴＯＣ除去手段でＴＯＣ除去処理を行う。ＴＯＣ除去手段として物理化学的手段を用いることにより、処理水に不純物が残留することを抑制できる。ＴＯＣ除去手段を、純水供給ラインから分岐したＴＯＣ除去ラインに設置することにより、例えば膜逆洗に伴う通水停止に影響されないなど、純水供給ラインと異なる制御やメンテナンスが可能となる。また、既設のボイラ給水装置に追加工事でＴＯＣ除去手段を容易に設置することができる。

【0032】

（４） 発電装置６としては、高圧ボイラを備えたＩＰＰ発電装置など各種のものを用いることができる。

【0033】

（５）ボイラブロー水排出ライン～復水脱塩手段～復水返送ライン
ボイラ蒸気の凝縮水は一般には高温であり（例えば７０～９７℃）、ボイラブロー水としてボイラから排出された後に冷却手段８（密閉冷却塔、熱交換器など）により２０～４０℃程度に冷却された上で、復水脱塩装置１０に供給される。

【0034】

図１，２では、復水脱塩装置１０として、直列２段ＲＯ処理→電気脱塩を例示しているが、脱塩処理できる物理化学的手段であれば特に限定されない。

【0035】

（６） 冷却手段８
図１のように、復水脱塩装置１０のボイラブロー水供給ライン前段に配置される温度低減のための熱交換器。ＴＯＣ除去手段としてＲＯ装置１８を用いる場合、常温程度（５～３５℃）のＲＯ濃縮水が排出される。

【0036】

（７） 熱交換器１６
純水タンク３の水温が所定値以下（例えば１５℃以下）に低下しやすい場合は、ボイラブロー水を分取して熱交換器１６にて純水と熱交換し、加温する。これにより、ＴＯＣ除去手段で効率的にＴＯＣ除去することが可能である。また、これによって純水タンク３の水温が例えば２０～３５℃に維持されるようにすれば、ＩＰＰ発電設備の高圧ボイラの負担を軽減することができる。

【0037】

なお、配管２２に弁を設けておき、純水供給ライン（配管２、純水タンク３、配管５等）や、ＴＯＣ除去ライン（配管１５，１９等）中の水温を測定し、測定値が所定値以下にまで低温になったときに、配管７から配管２２にボイラブロー水の一部を供給するように弁を切り替えて本機構による昇温を行うように制御してもよい。また、水温測定値に基づいて配管２２への分岐流量を調整するように流量制御しても構わない。これによりボイラ給水の水温が所定範囲に維持され、ボイラへの負荷が一定範囲内に維持されるので好ましい。

【実施例】

【0038】

［実施例１］
千葉県工業用水（ＴＯＣ濃度２～３ｐｐｍ；水温１０℃）を図１のボイラ水処理装置によって処理し、ＩＰＰ発電装置６のボイラに給水すると共に、ボイラブロー水回収を行った。前処理装置１では、凝集処理、加圧浮上分離、二層濾過、２床３塔型イオン交換（陽イオン交換、脱炭酸、陰イオン交換）を行って純水を製造した。主な条件を下記及び表１に示す。また、結果を表１に示す。

【0039】

工水の平均供給量（配管２平均流量）：３５ｍ^３／ｈｒ
純水タンク３容積：４００ｍ^３
ＩＰＰ発電ボイラへの平均給水量（配管５平均流量）：３５ｍ^３／ｈｒ
ボイラブロー水平均流量（配管７平均流量）：１０～１２ｍ^３／ｈｒ
ＲＯ装置１８平均給水量（配管１５平均流量）：３４ｍ^３／ｈｒ
ＲＯ装置１８平均透過水量（配管１９平均流量）：３０ｍ^３／ｈｒ
冷却手段８給水平均流量：１０～１２ｍ^３／ｈｒ
分岐ブロー水平均流量（配管２２平均流量）：５～１５ｍ^３／ｈｒ

【0040】

［実施例２］
ボイラ水処理装置を図２のボイラ水処理装置としたこと以外は実施例１と同一条件で運転を行った。結果を表１に示す。

【0041】

［比較例１］
実施例１において、熱交換器１６へのボイラブロー水給水量（配管２２流量）を０ｍ^３／ｈｒ（通水停止）としたこと以外は実施例１と同一条件で運転を行った。結果を表１に示す。

【0042】

【表1】

【0043】

表１の通り、実施例１，２は、ＴＯＣ除去ラインの予備加熱を行わなかった比較例１に比べてボイラ給水のＴＯＣ濃度は低く、温度は高く、ボイラへの負荷が低減されると共に、後段のボイラへの負荷が低減されることが認められた。また、実施例１，２では、ボイラブロー水の一部を純水の予備加熱に利用し、降温されたボイラブロー水を返送したことにより、復水脱塩装置に導入されるボイラブロー水の水温（配管２３からの返送水合流後の配管７の水温）が下がり、冷却手段８への負荷が低減されることが認められた。

【符号の説明】

【0044】

１ 前処理装置
３ 純水タンク
６ 発電装置
８ 冷却手段
１０ 復水脱塩装置
１６ 熱交換器
１１，１２，１８ ＲＯ装置
１３ 電気脱塩装置
２４ 圧力調整手段
２５ ＵＶ酸化装置
２６ イオン交換装置

【図1】

【図2】