CN105939969B - 海水电解系统以及电解液注入方法 - Google Patents

海水电解系统以及电解液注入方法 Download PDF

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Abstract

该海水电解系统(1)具有：供海水(W)循环的再循环线(10)；在再循环线(10)的中途将海水(W)电分解的海水电解装置(7)；从再循环线(10)将一部分电解液(E)向供主海水(M)流动的主海水线(3)供给的注入线(13)；以及设于注入线(13)且根据主海水(M)的流量来调整电解液注入量的流量调整阀(19)。

Description

海水电解系统以及电解液注入方法
技术领域
本发明涉及具备通过对海水实施电分解而产生次氯酸钠的海水电解装置的海水电解系统、以及电解液注入方法。
本申请基于2014年2月13日在日本申请的日本特愿2014-025425号而主张优先权，并在此援引其内容。
背景技术
以往，在大量使用海水的火力发电场、核发电场、海水淡化设备、化学设备等中，其取水口或配管、冷凝器、各种冷却器等与海水接触的部分处的藻类、贝类的附着繁殖成为课题。
为了解决该课题，提出有如下的海水电解系统：通过对天然的海水实施电分解而生成次氯酸钠(氯、sodium hypochlorite)，将包含次氯酸钠的电解液注入到取水口中，由此抑制海洋生物的附着(例如参照专利文献1)。
如图3所示，现有的海水电解系统101采用循环方式，在该循环方式中，具有在接收海水并存储的同时使海水反应的受液槽6、将海水W电分解而产生次氯酸钠的海水电解装置7、以及使由海水电解装置7生成的电解处理水E(电解液)循环的再循环线10(循环线)。
海水电解装置7采用在呈筒状体的电解槽8内配置有作为电极的阳极·阴极的结构，在电解槽8内流通海水W。由于在海水W中存在氯离子以及氢氧离子，因此当使电流在阳极·阴极间通电时，在阳极生成氯，在阴极生成氢氧化钠。然后，通过使氯和氢氧化钠进行反应，生成具有抑制海洋生物附着的效果的次氯酸钠。
在设备P中使用的海水即主海水M(取入海水)被多个主海水泵2导入至主海水线3。由海水供给泵4向海水电解系统101供给海水W。
而且，由海水电解装置7生成的包含次氯酸钠的电解处理水E经由注入线13而导入至主海水线3。由此来抑制在设备P的取水口或配管、冷凝器、各种冷却器等与海水接触的部分处的藻类、贝类的附着繁殖。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-85750号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在现有的海水电解系统101中，在因主海水泵2的运转台数减少而使被取入的主海水M的流量发生变化的情况下，相对于其变化量来改变海水电解装置7的直流电源装置9的输出电流值，从而调整注入液的次氯酸钠的浓度。
即，如图4的线a所示，在主海水泵的台数减少的时刻D调整了直流电源装置9的输出电流值C(A)。由此，如线b所示，再循环线10内的电解处理水E的氯浓度LRTEC(mg/l)逐渐减少。另一方面，如线c所示，经由注入线13向主海水线3注入的电解处理水E的流量CLSFR(m3/h)恒定。
由此，如线f所示，在具有再循环线10的循环方式的海水电解系统101中，直到作为注入液的电解处理水E的氯浓度CCl成为与输出电流值相称的设定值为止需要较长的时间。即，例如，在主海水泵2的运转台数减少而使主海水M的流量急剧减少的情况下，注入液的氯浓度不能完全瞬时地对应，因此，如图4的EI所示，存在注入点处的海水中的氯浓度暂时超过设定值这样的问题。
本发明的目的在于，在循环方式的海水电解系统中，通过调整向主海水线导入的包含氯的电解液的流量，将主海水的氯浓度保持为恒定。
解决方案
根据本发明的第一方式，海水电解系统具有：再循环线，其供海水循环；海水电解装置，其在所述再循环线的中途将海水电分解；注入线，其从所述再循环线将一部分电解液向供主海水流动的主海水线供给；以及流量调整阀，其设置在所述注入线上，并根据所述主海水的流量来调整电解液注入量。
根据这种结构，通过在注入线中设置流量调整阀，能够调整包含氯的电解液的流量。由此，能够将主海水的氯浓度保持为恒定。
上述海水电解系统也可以构成为，所述流量调整阀伴随着所述主海水的流量减少而使所述电解液注入量减少。
根据这种结构，在主海水的流量减少的情况下，能够防止氯被过度注入至主海水线。
上述海水电解系统也可以构成为，还具备分支线，该分支线将向所述再循环线供给海水的海水供给线的海水的一部分向所述注入线分支。
根据这种结构，通过经由分支线而向注入线导入海水，能够防止因注入线的流量下降而引起的水垢堆积。
上述海水电解系统也可以构成为，还具有海水分支流量调整阀，该海水分支流量调整阀调整在所述分支线中流动的海水的流量，所述海水分支流量调整阀伴随着所述主海水的流量减少而使海水分支流量增加。
根据这种结构，即便在伴随着主海水的流量减少而电解液注入量减少的情况下，也能够防止因注入线的流量下降而引起的水垢堆积。
上述海水电解系统也可以构成为，所述海水分支流量调整阀使海水分支流量增加，以使得在所述注入线中流动的流体的流速成为规定值以上。
根据这种结构，在注入线中流动的流体的流速得以确保，因此，能够防止因注入线的流量下降而引起的水垢堆积。
上述海水电解系统也可以构成为，所述主海水的流量根据向所述主海水线供给海水的主海水泵的台数来检测。
根据这种结构，能够更容易地检测主海水的流量。
上述海水电解系统也可以构成为，所述主海水的流量根据向所述主海水线供给海水的主海水泵的驱动电力来检测。
根据这种结构，能够更准确地检测主海水的流量。
上述海水电解系统也可以构成为，监视来自所述主海水线的排水的残留氯含有量，在所述残留氯含有量成为规定值以上的情况下，使电解液注入量减少。
根据这种结构，能够降低排水所包含的残留氯。
根据本发明的第二方式，电解液注入方法包括如下工序：海水供给工序，在该海水供给工序中，向环状的再循环线供给海水；电解液循环工序，在该电解液循环工序中，在所述再循环线的中途将所述海水电分解，并使电解液在所述再循环线中循环；电解液注入工序，在该电解液注入工序中，从所述再循环线经由注入线而将一部分电解液向供主海水流动的主海水线供给；以及注入量调整工序，在该注入量调整工序中，根据所述主海水的流量来调整电解液注入量。
上述电解液注入方法也可以构成为，在所述注入量调整工序中，伴随着所述主海水的流量减少而使所述电解液注入量减少。
上述电解液注入方法也可以构成为，包括海水分支工序，在该海水分支工序中，将在所述海水供给工序中供给的海水的一部分向所述注入线供给。
上述电解液注入方法也可以构成为，在所述海水分支工序中，伴随着所述主海水的流量减少而使海水分支流量增加。
上述电解液注入方法也可以构成为，在所述海水分支工序中，使所述海水分支流量增加，以使得在所述注入线中流动的流体的流速成为规定值以上。
上述电解液注入方法也可以构成为，所述主海水的流量根据向所述主海水线供给海水的主海水泵的台数来检测。
上述电解液注入方法也可以构成为，所述主海水的流量根据向所述主海水线供给海水的主海水泵的驱动电力来检测。
上述电解液注入方法也可以构成为，在所述注入量调整工序中，监视来自所述主海水线的排水的残留氯含有量，在所述残留氯含有量成为规定值以上的情况下，使所述电解液注入量减少。
发明效果
根据上述的海水电解系统以及电解液注入方法，通过调整在注入线中流动的流体流量，从而能够调整包含氯的电解液的流量。由此，能够将主海水的氯浓度保持为恒定。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的海水电解系统的概要的示意图。
图2是用于说明本发明的实施方式的海水电解系统中的、主海水泵的运转台数减少时的控制的图表。
图3是示出现有的海水电解系统的概要的示意图。
图4是用于说明现有的海水电解系统中的、主海水泵的运转台数减少时的控制的图表。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式详细进行说明。
图1是示出本发明的实施方式所涉及的海水电解系统1的概要的示意图。海水电解系统1是如下的系统：从主海水M所流通的作为取水用水路的主海水线3取入海水W，通过海水电解装置7对海水W进行电分解之后，将电解处理水E(电解液)注入至主海水线3。主海水线3的主海水M被导入到火力及核发电场、海水淡化设备、化学设备、制铁设备等设备P而使用。
该海水电解系统1具有：将电分解所需的海水W导入的海水供给泵4、受液槽6、海水电解装置7、使电解处理水E(海水W)循环的环状的再循环线10(循环流路)、以及将在再循环线10中循环的电解处理水E向主海水线3注入的注入线13。
由多个主海水泵2(取水泵)向主海水线3导入主海水M。向主海水线3导入的主海水M的流量根据主海水泵2的运转台数而发生变动。
再循环线10由第一再循环线11和第二再循环线12构成。
海水供给泵4也可以采用从主海水线3汲取海水W的结构，还可以采用直接从海洋汲取海水W的结构。
受液槽6是贮存在系统中循环的电解处理水E和从海水供给泵4供给的海水W的槽。
海水电解装置7在再循环线10的中途对海水W进行电分解。海水电解装置7具有电解槽8和直流电源装置9。海水电解装置7通过对海水W进行电分解而生成次氯酸钠(氯、sodium hypochlorite)。电解槽8具有：多个电极(未图示)、向电解槽8的内部导入电解处理水E的流入口15、以及从电解槽8的内部排出电解处理水E的流出口16。
直流电源装置9供给供海水W电分解的电流。作为直流电源装置9，例如能够采用具备直流电源和恒流控制电路的结构。直流电源是输出直流电力的电源，也可以采用例如将从交流电源输出的交流电力整流为直流并输出的结构。
海水供给泵4和受液槽6由海水供给线5连接。在海水供给线5中，也可以设置用于防止混入妨碍电分解的异物的过滤器。
受液槽6和电解槽8的流入口15由第一再循环线11连接。即，受液槽6内的电解处理水E经由第一再循环线11而导入至电解槽8。在第一再循环线11上设置有注入泵17。注入泵17将所循环的电解处理水E供给至电解槽8，并且将电解处理水E移送至注入线13。
第二再循环线12将电解槽8的流出口16与受液槽6连接起来。即，由海水电解装置7生成的电解处理水E经由第二再循环线12而导入至受液槽6。
在注入线13的下游侧端部设置有注入嘴(未图示)。通过设置注入嘴，能够使由海水电解装置7生成的次氯酸钠有效地向主海水线3扩散。
在注入线13上设置有流量传感器18和流量调整阀19。流量传感器18是检测在注入线13中流动的电解处理水E的流量的传感器。流量调整阀19是设置在注入线13中的流量传感器18的下游侧的阀。
能够使用流量调整阀19和流量传感器18来控制在注入线13中流动的电解处理水E的流量。
在海水供给线5与注入线13之间，设置有用于将由海水供给泵4供给的海水W直接向注入线13导入的分支线21(备用线)。即，本实施方式的海水电解系统1不将在海水供给线5中流动的海水W送至受液槽6，而能够直接向注入线13分支。
在分支线21上，设置有用于调整在分支线21中流动的海水W的流量的海水分支流量调整阀22。
在主海水线3上，设置有检测在主海水线3中流动的主海水M的流量的主海水流量传感器24。在从设备P排出的使用完的主海水M所流入的主海水线3的下游，设置有测量残留氯浓度的残留氯测定装置25。
另外，海水电解系统1具备控制装置(未图示)，该控制装置基于在主海水线3中流动的主海水M的流量，进行使向主海水线3导入的电解处理水E以及海水W所包含的次氯酸钠(氯)的注入率成为恒定的控制。
控制装置具有基于主海水M的流量来调整直流电源装置9的输出电流值的功能。控制装置为了将主海水M中的氯浓度保持为目标值，例如进行如下的控制：在主海水M的流量减少的情况下，使由海水电解装置7生成的次氯酸钠减少，在主海水M的流量增加的情况下，使由海水电解装置7生成的次氯酸钠增加。
另外，控制装置具有基于在主海水线3中流动的主海水M的流量来控制在注入线13中流动的电解处理水E的流量(电解液注入量)的功能。控制装置为了将主海水M中的氯浓度保持为目标值，利用流量调整阀19来调整电解处理水E的流量。
控制装置基于主海水泵2的运转台数来检测主海水M的流量，从而调整直流电源装置9的输出电流值，并且调整在注入线13中流动的电解处理水E的流量。换言之，控制装置在主海水泵2的运转台数发生了变动的情况下调整输出电流值以及电解处理水E的流量。
此外，控制装置具有如下的功能：随着主海水M的流量减少，通过操作海水分支流量调整阀22来使在分支线21中流动的海水W的流量增加。
接着，对使用本实施方式的海水电解系统1的电解液注入方法进行说明。
由主海水泵2向主海水线3导入主海水M。主海水M被导入至设备P而用于例如炉的冷却等。
在海水供给工序中，在主海水线3中流通的海水W中的一部分经由海水供给线5而导入至受液槽6。
在电解液循环工序中，海水W被导入至第一再循环线11、电解槽8、以及第二再循环线12进行循环。在该工序中，海水W经由第一再循环线11而导入至电解槽8。由此，电解槽8内的电极浸渍在海水W中。
通过电流在电极间的海水W内流通，从而对海水W实施电分解。
即，在阳极，如下述(1)式所示，从海水W中的氯离子获得电子e而发生氧化，从而生成氯。
2Cl-→Cl2+2e-...(1)
另一方面，在阴极，如下述(2)式所示，向海水W中的水赋予电子而发生还原，从而生成氢氧离子和氢气。
2H2O+2e-→2OH-+H2...(2)
另外，如下述(3)式所示，在阴极生成的氢氧离子与海水W中的钠离子发生反应而生成氢氧化钠。
2Na++2OH-→2NaOH...(3)
此外，如(4)式所示，通过氢氧化钠与氯发生反应而生成次氯酸、氯化钠以及水。
Cl2+2NaOH→NaClO+NaCl+H2O...(4)
这样，基于海水W的电分解，生成对海洋生物的附着具有抑制效果的次氯酸钠。
由于海水W的氯离子浓度高至30000～40000mg/l，因此次氯酸钠的浓度优选为2500～5000ppm。
然后，实施电分解后的海水W作为电解处理水E与氢气一起从电解槽8的流出口16流出，并经由第二再循环线12而贮存在受液槽6中。
在电解液注入工序中，贮存在受液槽6中的电解处理水E被注入泵17导入至注入线13，接着向主海水线3注入。即，通过注水泵运转，将包含次氯酸钠的电解处理水E经由注水线而注入至主海水线3。
另外，在海水分支工序中，在海水供给线5中流动的海水W的一部分经由分支线21而导入至注入线13。即，海水供给线5的海水W的一部分不向受液槽6供给，而是用作补充在注入线13中流动的电解处理水E的流量的备用海水。
控制装置根据主海水M的流量来调整直流电源装置9的输出电流值。
具体而言，如图2的线a所示，控制电流值C(A)，以使得在主海水泵2的台数减少的时刻D，使由海水电解装置7生成的次氯酸钠减少。由此，如图2的线b所示，受液槽6内(再循环线10内)的电解处理水E的氯浓度LRTEC(mg/l)逐渐减少。即，氯浓度不会急剧地减少。
在注入量调整工序中，控制装置根据主海水M的流量来调整在注入线13中流动的电解处理水E的流量。
具体而言，如图2的线c所示，控制流量调整阀19，以使得在主海水泵2的台数减少的时刻D，经由注入线13而导入至主海水线3的电解处理水E的流量CLSFR(m3/h)变少。即，由于在再循环线10中循环的电解处理水E的氯浓度无法应对主海水M的流量的急剧减少，因此，控制装置减少在注入线13中流动的电解处理水E的流量。
另外，如图2的线d所示，控制装置增加在分支线21中流动的海水W的流量，以补充由于主海水M的流量的减少而减少的电解处理水E的流量。具体而言，以在注入线13中流动的流体(海水W以及电解处理水E)的流速至少成为0.7m/s以上的方式，来控制在分支线21中流动的海水W的流量SWBUFR(m3/h)。由此，如图2的线e所示，注入流量IFR(m3/h)大致恒定。
但是，在注入线13中流动的海水W的流量无需大致恒定，流体的流速为0.7m/s以上即可。
而且，通过控制装置来调整直流电源装置9的电流值以及经由注入线13注入的电解处理水E的流量等，由此如图2的线f所示，使氯的注入率、即氯浓度CCl(ppm)大致恒定。
但是，氯的注入率无需大致恒定，避免向主海水线3注入的氯变得过度即可。控制装置监视由残留氯测定装置25检测的残留氯含有量，在残留氯含有量成为规定值以上的情况下使电解液注入量减少。
根据上述实施方式，通过在注入线13中设置流量调整阀19，能够调整包含次氯酸钠的电解处理水E的流量。由此，能够将主海水M的氯浓度保持为恒定。
另外，通过进行伴随着主海水M的流量减少而使电解液注入量减少的控制，在主海水M的流量减少的情况下，能够防止次氯酸钠过度地注入至主海水线3。
另外，通过经由分支线21而向注入线13导入海水W，能够防止因注入线13的流量下降而引起的水垢堆积。即，能够防止伴随着在注入线13中流动的流体的流量下降而导致氢氧化镁、碳酸钙等水垢堆积并堵塞配管等的不良情况。
另外，通过海水分支流量调整阀22伴随着主海水M的流量减少而使海水分支流量增加，由此即便在伴随着主海水M的流量减少而电解液注入量减少的情况下，也能够防止因注入线13的流量下降而引起的水垢堆积。
另外，通过海水分支流量调整阀22以在注入线13中流动的流体的流速成为规定值以上的方式使海水分支流量增加，由此在注入线13中流动的流体的流速得以确保，因此，能够防止因注入线13的流量下降而引起的水垢堆积。
另外，通过利用主海水泵2的台数来检测主海水M的流量，能够更容易地检测主海水M的流量。
另外，通过监视来自主海水线3的排水的残留氯含有量，能够降低排水中包含的残留氯。
另外，通过设置再循环线10，能够将在电分解时产生的锰、镁、钙等水垢成分与电解处理水E一起导入至电解槽8内。
这样，通过将包含水垢成分的电解处理水E再次导入至电解槽8内，利用水垢成分的晶种效果，能够防止水垢向电极表面的附着。由此，能够提高电极的耐久性以及抑制氯产生效率的下降。
需要说明的是，在上述实施方式中，设于分支线21的海水分支流量调整阀22能够调整在分支线21中流动的海水W的流量，但不局限于此。例如，也可以采用在分支线21设置恒流阀并经由分支线21向注入线13导入恒流海水W的结构。
另外，也可以构成为，主海水M的流量不通过主海水泵2的运转台数来检测，而是通过主海水泵2的驱动电力来检测。由此，能够更准确地检测主海水M的流量。
另外，主海水M的流量也可以通过主海水流量传感器24来检测。
以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细说明，但在不脱离本发明的宗旨的范围内，能够进行结构的附加、省略、置换、以及其他变更。另外，本发明并不被实施方式所限定，而仅通过权利要求书进行限定。
工业实用性
根据上述的海水电解系统以及电解液注入方法，通过调整在注入线中流动的流体的流量，能够调整包含氯的电解液的流量。由此，能够将主海水的氯浓度保持为恒定。
附图标号说明：
1 海水电解系统
2 主海水泵
3 主海水线
4 海水供给泵
5 海水供给线
6 受液槽
7 海水电解装置
8 电解槽
9 直流电源装置
10 再循环线
11 第一再循环线
12 第二再循环线
13 注入线
15 流入口
16 流出口
17 注入泵
18 流量传感器
19 流量调整阀
21 分支线
22 海水分支流量调整阀
24 主海水流量传感器
25 残留氯测定装置
E 电解处理水(电解液)
M 主海水
P 设备
W 海水

Claims (14)

1.一种海水电解系统，其中，
所述海水电解系统具有：
再循环线，其供海水循环；
海水电解装置，其在所述再循环线的中途将海水电分解；
注入线，其从所述再循环线将一部分电解液向供主海水流动的主海水线供给；
流量调整阀，其设置在所述注入线上，并根据所述主海水的流量来调整电解液注入量；以及
分支线，其将向所述再循环线供给所述海水的海水供给线的海水的一部分向所述注入线分支。
2.根据权利要求1所述的海水电解系统，其中，
所述流量调整阀伴随着所述主海水的流量减少而使所述电解液注入量减少。
3.根据权利要求1所述的海水电解系统，其中，
所述海水电解系统还具有海水分支流量调整阀，该海水分支流量调整阀调整在所述分支线中流动的海水的流量，
所述海水分支流量调整阀伴随着所述主海水的流量减少而使海水分支流量增加。
4.根据权利要求3所述的海水电解系统，其中，
所述海水分支流量调整阀使海水分支流量增加，以使得在所述注入线中流动的流体的流速成为规定值以上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的海水电解系统，其中，
所述主海水的流量根据向所述主海水线供给海水的主海水泵的台数来检测。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的海水电解系统，其中，
所述主海水的流量根据向所述主海水线供给海水的主海水泵的驱动电力来检测。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的海水电解系统，其中，
监视来自所述主海水线的排水的残留氯含有量，在所述残留氯含有量成为规定值以上的情况下，使电解液注入量减少。
8.一种电解液注入方法，其中，
所述电解液注入方法包括如下工序：
海水供给工序，在该海水供给工序中，向环状的再循环线供给海水；
电解液循环工序，在该电解液循环工序中，在所述再循环线的中途将所述海水电分解，并使电解液在所述再循环线中循环；
电解液注入工序，在该电解液注入工序中，从所述再循环线经由注入线而将一部分电解液向供主海水流动的主海水线供给；
注入量调整工序，在该注入量调整工序中，根据所述主海水的流量来调整电解液注入量；以及
海水分支工序，在该海水分支工序中，将在所述海水供给工序中供给的海水的一部分向所述注入线供给。
9.根据权利要求8所述的电解液注入方法，其中，
在所述注入量调整工序中，伴随着所述主海水的流量减少而使所述电解液注入量减少。
10.根据权利要求8所述的电解液注入方法，其中，
在所述海水分支工序中，伴随着所述主海水的流量减少而使海水分支流量增加。
11.根据权利要求10所述的电解液注入方法，其中，
在所述海水分支工序中，使所述海水分支流量增加，以使得在所述注入线中流动的流体的流速成为规定值以上。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的电解液注入方法，其中，
所述主海水的流量根据向所述主海水线供给海水的主海水泵的台数来检测。
13.根据权利要求8至11中任一项所述的电解液注入方法，其中，
所述主海水的流量根据向所述主海水线供给海水的主海水泵的驱动电力来检测。
14.根据权利要求8至11中任一项所述的电解液注入方法，其中，
在所述注入量调整工序中，监视来自所述主海水线的排水的残留氯含有量，在所述残留氯含有量成为规定值以上的情况下，使所述电解液注入量减少。
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