JP2008121929A - ボイラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】原水におけるボイラの腐食抑制成分の濃度が低くても、薬剤を用いることなく、前記ボイラの伝熱面の腐食抑制効果を十分なものとする。
【解決手段】ボイラ２への給水ライン３に、前記ボイラ２の伝熱面の腐食促進成分の除去機能を有するとともに、前記ボイラ２の伝熱面の腐食抑制成分を通過させる第一膜処理部４を設け、また前記ボイラ２内のボイラ水を前記第一膜処理部４の上流側へ還流する還流ライン５に、前記ボイラ２の伝熱面の腐食促進成分の除去機能を有するとともに、前記ボイラ２の伝熱面の腐食抑制成分を通過させる第二膜処理部６を設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、ボイラへの給水ラインに濾過膜部を設けたボイラシステムに関する。

代表的な熱機器として挙げられるボイラ（たとえば、貫流ボイラ）は、給水を加熱して蒸気を発生させる伝熱管を備えている。この伝熱管は、炭素鋼などの非不動態化金属を用いて形成されており、ボイラ水と接触する伝熱面がボイラ水の影響により腐食されると破損するおそれがある。このため、前記ボイラを長期間安定に運転するためには、前記伝熱面の腐食を効果的に抑制する必要がある。そこで、前記ボイラへの給水中に前記伝熱面の腐食を抑制するための薬剤を添加している。

しかし、このように薬剤を添加する場合、ランニングコストや薬剤を添加するための手間がかかることになる。また、ボイラへの給水中に添加された薬剤は、キャリーオーバーなどによって一部が蒸気中に取り込まれるおそれがあるため、たとえば蒸気の用途が食品の調理や加工であると、衛生上の観点から問題となる薬剤を用いることができない。

そこで、特許文献１では、薬剤を用いずに前記ボイラの腐食を抑制するため、前記ボイラの伝熱面の腐食促進成分の大部分を除去するとともに、前記ボイラの伝熱面の腐食抑制成分の大部分を透過する濾過膜を備えた膜処理部を、前記ボイラへの給水ラインに設けたボイラシステムが提案されている。
特開２００４−２３８６９４号公報

しかし、原水における前記ボイラの伝熱面の腐食抑制成分の濃度が低いと、前記濾過膜によって前記ボイラの伝熱面の腐食促進成分を除去したとしても、十分な腐食抑制効果が得られないおそれがある。また、このように原水における前記ボイラの伝熱面の腐食抑制成分の濃度が低い場合において、とくに原水における前記ボイラの伝熱面の腐食促進成分の濃度が高いと、腐食抑制効果が一層不十分になるおそれがある。

この発明が解決しようとする課題は、原水におけるボイラの腐食抑制成分の濃度が低くても、薬剤を用いることなく、前記ボイラの伝熱面の腐食抑制効果を十分なものとすることである。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明に係るボイラシステムは、ボイラへの給水ラインに、前記ボイラの伝熱面の腐食促進成分の除去機能を有するとともに、前記ボイラの伝熱面の腐食抑制成分を通過させる第一膜処理部を設け、また前記ボイラ内のボイラ水を前記第一膜処理部の上流側へ還流する還流ラインに、前記ボイラの伝熱面の腐食促進成分の除去機能を有するとともに、前記ボイラの伝熱面の腐食抑制成分を通過させる第二膜処理部を設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のボイラシステムにおいて、前記第一膜処理部からの濃縮水を、前記第二膜処理部の上流側の前記還流ラインへ供給する濃縮水ラインを備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明では、前記ボイラへの給水ラインに設けられた前記第一膜処理部は、腐食促進成分の除去機能を有するとともに、腐食抑制成分を通過させるので、前記ボイラ内のボイラ水には、腐食促進成分がほどんど含まれず、一方で腐食抑制成分が含まれている。そして、前記ボイラ内のボイラ水は、腐食促進成分の残留分と腐食抑制成分とがともに濃縮された状態で、前記還流ラインを介して前記第一膜処理部の上流側へ還流する。このとき、前記還流ラインに設けられた前記第二膜処理部は、腐食促進成分の除去機能を有するとともに、腐食抑制成分を通過させるので、前記ボイラ内で濃縮された腐食促進成分の残留分は前記第二膜処理部で除去され、一方で前記ボイラ内で濃縮された腐食抑制成分は前記第二膜処理部を通過する。したがって、腐食促進成分が除去され腐食抑制成分を含む水が、前記還流ラインから前記給水ラインの給水に混合されるので、原水における腐食抑制成分の濃度が低くても、前記ボイラへ供給される給水中の腐食抑制成分の濃度を高くすることができる。これにより、原水における腐食抑制成分の濃度が低くても、薬剤を用いることなく、前記ボイラの腐食抑制効果を十分なものとすることができる。

請求項２に記載の発明では、前記第一膜処理部から流出し、前記第二膜処理部の上流側へ供給された濃縮水は、腐食促進成分が前記第二膜処理部で除去された後、前記第一膜処理部の上流側へ還流するので、薬剤を用いずに前記ボイラの腐食を抑制しつつ、水の有効利用を図ることができる。

つぎに、この発明の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明に係るボイラシステムの実施の形態の一例を示す概略的な説明図である。

図１に示すボイラシステム１においては、水道水，工業用水，地下水などの水源から供給される原水を処理して得られた給水が、ボイラ２へ供給されるようになっている。このボイラ２は、給水を加熱して蒸気を発生させる伝熱管（図示省略）を備えている。この伝熱管は、炭素鋼などの非不動態化金属を用いて形成されている。そして、前記ボイラシステム１では、原水を処理することにより、前記伝熱管内におけるボイラ水と接触する部位である伝熱面の腐食を抑制することができる処理水をボイラ給水として得ることができるようになっている。

前記ボイラシステム１は、前記ボイラ２への給水ライン３を備えている。そして、この給水ライン３に、水処理部として、前記ボイラ２の伝熱面の腐食促進成分の除去機能を有するとともに、前記ボイラ２の伝熱面の腐食抑制成分を通過させる第一膜処理部４が設けられている。また、前記ボイラシステム１は、前記ボイラ２内のボイラ水を前記第一膜処理部４の上流側の前記給水ライン３へ還流する還流ライン５を備えている。そして、この還流ライン５には、水処理部として、腐食促進成分の除去機能を有するとともに、腐食抑制成分を通過させる第二膜処理部６が設けられている。

前記給水ライン３には、前記第一膜処理部４の上流側に水処理部としての軟水化部７および給水ポンプ８が設けられ、また前記第一膜処理部４の下流側に水処理部としての脱気部９および給水タンク１０が設けられている。

前記還流ライン５は、一端側が前記ボイラ２と接続され、他端側が前記軟水化部７の上流側の前記給水ライン３と接続されている。そして、前記還流ライン５には、前記第二膜処理部６の上流側に、還流ポンプ１１が設けられており、この還流ポンプ１１を作動させることにより、前記還流ライン５を介してボイラ水が前記軟水化部４の上流側へ還流するようになっている。

前記給水ライン３に設けられた前記各水処理部について説明する。前記軟水化部７は、給水中の硬度分，すなわちカルシウムイオンおよびマグネシウムイオンをイオン交換樹脂により除去するものである。具体的には、前記軟水化部７は、給水中に含まれる硬度分をイオン交換反応によってナトリウムイオンやカリウムイオンなどの一価の陽イオンへ置換し、給水を軟水化するように構成されている。これにより、軟水化された給水を前記ボイラ２へ供給することができ、このボイラ２の伝熱面において、硬度分に起因するスケールが発生することを防止することができるようになっている。

前記第一膜処理部４および前記第二膜処理部６は、具体的には濾過膜モジュール（図示省略）により水を濾過処理する濾過装置や電気透析槽（図示省略）により水を処理する電気透析装置などである。

ここで、前記濾過装置および前記電気透析装置について説明する。まず、前記濾過装置について説明する。この濾過装置は、前記濾過膜モジュールを備えており、この濾過膜モジュールは、腐食促進成分の除去機能を有するとともに、腐食抑制成分を透過するものである。前記濾過膜モジュールの形態には、スパイラルモジュール，中空糸モジュール，平膜モジュールなどがある。

前記濾過膜モジュールは、具体的にはナノ濾過膜（ＮＦ膜）を使用して形成されている。前記ナノ濾過膜は、ポリアミド系，ポリエーテル系などの合成高分子膜であり、２ｎｍ程度より小さい粒子や高分子（分子量が最大数百程度の物質）の透過を阻止することができる液体分離膜である。

前記ナノ濾過膜は、腐食促進成分の大部分を捕捉する。腐食促進成分とは、非不動態化金属で形成された前記伝熱管の伝熱面に作用してその腐食を促進するものを云い、通常、硫酸イオン，塩化物イオンおよびその他の成分を含んでいる。ちなみに、腐食促進成分として重要なものは、硫酸イオンおよび塩化物イオンの両者である。

また、前記ナノ濾過膜は、腐食抑制成分の大部分を透過する。腐食抑制成分とは、前記伝熱面に作用してその腐食を抑制可能なものを云い、通常、シリカ（すなわち、二酸化ケイ素）を含んでいる。

前記濾過装置では、一側から供給水が流入すると、この供給水が前記ナノ濾過膜で濾過されて、他側から腐食抑制成分を含む処理水と、腐食促進成分を含む濃縮水とが流出するようになっている。

つぎに、前記電気透析装置について説明する。この電気透析装置は、前記電気透析槽を備えており、この電気透析槽は、電極（図示省略）の間に陽イオン交換膜（図示省略）と陰イオン交換膜（図示省略）とが交互に配置されて構成されている。そして、前記電気透析装置は、前記電気透析槽において、イオン化物質を除去し、一方で非イオン化物質を通過するようになっている。したがって、前記電気透析装置にあっては、この前記電気透析装置へ供給された水にイオンとして存在する腐食促進成分，すなわち硫酸イオンおよび塩化物イオンなどが除去され、非イオンとして存在する腐食抑制成分，すなわちシリカなどが通過するようになっている。

前記電気透析装置では、一側から供給水が流入すると、他側から腐食抑制成分を含む処理水と腐食促進成分を含む濃縮水とが流出するようになっている。

前記電気透析装置は、前記電気透析槽への通電量を調節することにより、イオン化物質の除去量を調節することができるようになっている。したがって、前記電気透析装置は、原水の水質に応じて通電量を調節することにより、供給水にイオンとして存在する腐食促進成分の除去量を調節することができるようになっており、これにより原水の水質の影響を受けず、前記ボイラ２の伝熱面の腐食を抑制することができる所望の水質を安定して得ることができるようになっている。

前記電気透析装置は、前記電極の極性を一定時間ごとに反転する極性反転方式電気透析装置であってもよい。この場合、前記電極や前記イオン交換膜におけるスケールの発生などを効果的に防止することができる。

前記第一膜処理部４では、前記給水ポンプ８から送り出された給水が一側から流入し、他側から腐食抑制成分を含む処理水と腐食促進成分を含む濃縮水とが流出するようになっている。処理水は、前記給水ライン３を流れ、前記脱気部９を経て前記給水タンク１０内に貯留されるようになっている。一方、濃縮水は、前記第一膜処理部４と前記第二膜処理部６の上流側の前記還流ライン５とを接続する第一濃縮水ライン１２へ流出するようになっている。

前記第二膜処理部６では、前記還流ポンプ１１から送り出された水が一側から流入すると、他側から腐食抑制成分を含む処理水と腐食促進成分を含む濃縮水とが流出するようになっている。処理水は、前記還流ライン５を流れ前記給水ライン３へ還流するようになっている。一方、濃縮水は、前記第二膜処理部６と接続された第二濃縮水ライン１３へ流出するようになっている。

ここで、前記第二膜処理部６によって除去される腐食促進成分は、前記第一膜処理部４によって完全に除去しきれずに前記ボイラ２内で濃縮されたボイラ水に含まれている腐食促進成分および前記第一濃縮水ライン１２から前記還流ライン５に流入した濃縮水に含まれている腐食促進成分である。

前記脱気部９は、気体透過膜を多数備えた気体透過膜モジュールと、水封式真空ポンプ（それぞれ図示省略）とを備えた膜式脱気装置であり、給水中の溶存気体，具体的には溶存酸素を前記気体透過膜モジュールを通して前記水封式真空ポンプで真空吸引するように構成されている。

給水タンク１０には、前記給水ポンプ８を作動させることにより、前記軟水化部７，前記第一膜処理部４および脱気部９を通過した処理水が貯留されるようになっている。そして、前記給水タンク１０内に貯留された処理水は、この給水タンク１０と前記ボイラ２との間の前記給水ライン３に設けられたポンプ（図示省略）を作動させることにより、前記ボイラ２へ供給されるようになっている。

さて、前記ボイラシステム１では、前記給水ライン３を流れる給水が、まず前記軟水化部７を通過して軟水化される。そして、この軟水化された給水が前記第一膜処理部４を通過する際に、この第一膜処理部４によって給水中の腐食促進成分が除去される。前記第一膜処理部４からは、腐食促進成分を含む濃縮水が前記第一濃縮水ライン１２へ流出し、前記還流ライン５へ流入する。

一方、腐食抑制成分は前記第一膜処理部４を通過する。そして、腐食促進成分がほとんど含まれず、一方で腐食抑制成分が含まれている処理水は、前記第一膜処理部４から前記給水ライン３へ流出すると、この給水ライン３を流れ、前記脱気部９で脱気される。そして、この脱気部９からの処理水は、前記給水タンク１０内に貯留され、この給水タンク１０から前記ボイラ２へ供給される。前記ボイラ２内では、処理水がボイラ水として貯留される。

前記ボイラ２へ供給されたボイラ水は、このボイラ２内で加熱されて蒸気となり、この蒸気が負荷機器（図示省略）へ供給される。前記ボイラ２内では、蒸気の発生にともなってボイラ水に含まれる腐食促進成分の残留分と腐食抑制成分とがともに濃縮される。ボイラ水の一部は、前記ボイラ２のブロー操作によって、前記還流ライン５へ排出される。そして、この排出されたボイラ水は、前記還流ライン５を介して、前記軟水化部７の上流側の前記給水ライン３へ還流する。

前記還流ライン５を流れるボイラ水および前記第一濃縮水ライン１２から前記還流ライン５へ流入した前記第一膜処理部４からの濃縮水が、還流水として前記第二膜処理部６へ供給されると、この還流水中の腐食促進成分が除去される。そして、腐食促進成分を含む濃縮水は、前記第二濃縮水ライン１３へ流出する。一方、還流水中の腐食抑制成分は、前記第二膜処理部６を通過する。そして、腐食抑制成分を含み腐食促進成分が除去された処理水は、前記第二膜処理部６から前記還流ライン５へ流出すると、この還流ライン５を流れ、前記軟水化部７の上流側の前記給水ライン３へ還流する。

以上説明した前記ボイラシステム１によれば、腐食促進成分が除去され腐食抑制成分を含む水が、前記還流ライン５から前記給水ライン３の給水に混合される。したがって、原水における腐食抑制成分の濃度が低くても、前記ボイラ２へ供給される給水における腐食抑制成分の濃度を高くすることができる。これにより、原水における腐食抑制成分の濃度が低くても、薬剤を用いることなく、前記ボイラ２の腐食抑制効果を十分なものとすることができる。

また、前記ボイラシステム１によれば、前記第一膜処理部４から流出し、前記第二膜処理部６の上流側へ供給された濃縮水は、腐食促進成分が前記第二膜処理部６で除去された後、前記第一膜処理部４の上流側へ還流するので、薬剤を用いずに前記ボイラ２の腐食を抑制しつつ、水の有効利用を図ることができる。

以上、この発明を実施形態により説明したが、この発明は、その主旨を変更しない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。

この発明に係るボイラシステムの実施の形態の一例を示す概略的な説明図である。

符号の説明

１ ボイラシステム
２ ボイラ
３ 給水ライン
４ 第一膜処理部
５ 還流ライン
６ 第二膜処理部
１２ 第一濃縮水ライン（濃縮水ライン）

Claims (2)

1. ボイラへの給水ラインに、前記ボイラの伝熱面の腐食促進成分の除去機能を有するとともに、前記ボイラの伝熱面の腐食抑制成分を通過させる第一膜処理部を設け、また前記ボイラ内のボイラ水を前記第一膜処理部の上流側へ還流する還流ラインに、前記ボイラの伝熱面の腐食促進成分の除去機能を有するとともに、前記ボイラの伝熱面の腐食抑制成分を通過させる第二膜処理部を設けたことを特徴とするボイラシステム。
2. 前記第一膜処理部からの濃縮水を、前記第二膜処理部の上流側の前記還流ラインへ供給する濃縮水ラインを備えたことを特徴とする請求項１に記載のボイラシステム。

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