JP2008151440A - ボイラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラシステムにおいて、給水の水温低下によって水処理部が悪影響を受けることを低コストで防止する。
【解決手段】ボイラ２と、このボイラ２への給水ライン３と、この給水ライン３に設けられた水処理部４とを備えたボイラシステム１であって、前記水処理部４の上流側の前記給水ライン３に、前記ボイラ２のブロー水と給水との熱交換部５を設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、ボイラと、このボイラへの給水ラインと、この給水ラインに設けられた水処理部とを備えたボイラシステムに関する。

従来、ボイラへの給水ラインに水処理部を設けたボイラシステムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。前記水処理部としては、たとえば前記ボイラにおける伝熱面に、硬度分に起因するスケールが付着することを防止するために、給水に含まれる硬度分を除去する軟水化部が挙げられる。また、前記水処理部としては、前記ボイラにおける伝熱面の腐食を抑制するために、給水に含まれる前記伝熱面の腐食促進成分を除去するとともに、前記伝熱面の腐食抑制成分を透過する濾過膜部や、給水に含まれる溶存酸素を除去する脱気部も挙げられる。
特開２００５−１３８５１号公報

ところで、給水の水温は、季節的な要因によって変動する。給水の水温が低下した場合、前記水処理部において、その水処理性能が低下するなど悪影響を受けることがある。そこで、前記水処理部への給水を加熱することが考えられる。

しかし、給水を加熱するために新たに熱源を設けると大変なコストがかかる。ここで、前記ボイラにあっては、ボイラ水が過度に濃縮することを防止するために、ブローが行われている。また、前記ボイラで発生し負荷機器で利用しきれない余剰蒸気は捨てられている。このように前記ボイラにあっては、通常は廃棄されている熱エネルギーが存在している。さらに、前記ボイラシステムにあっては、水の有効利用を図るために、前記ボイラで発生し前記負荷機器で利用された蒸気が凝縮して得られた復水を、前記水処理部の下流側を流れる給水に混合するボイラシステムがある。ここで、復水は、蒸気が凝縮して得られたものであるので、高温になっている。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、ボイラシステムにおいて、給水の水温低下によって水処理部が悪影響を受けることを低コストで防止することである。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、ボイラシステムにおいて、ボイラの熱エネルギーを利用して前記水処理部へ供給される給水を加熱するものである。すなわち、請求項１に記載の発明は、ボイラと、このボイラへの給水ラインと、この給水ラインに設けられた水処理部とを備えたボイラシステムであって、前記水処理部の上流側の前記給水ラインに、前記ボイラのブロー水と給水との熱交換部を設けたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明では、前記水処理部への給水が、前記熱交換部において、前記ボイラのブロー水との熱交換によって加熱される。このように、ボイラの熱エネルギーを利用して給水が加熱されることにより、給水の水温低下によって前記水処理部が悪影響を受けることが防止される。

請求項２に記載の発明は、ボイラと、このボイラへの給水ラインと、この給水ラインに設けられた水処理部とを備えたボイラシステムであって、前記水処理部の上流側の前記給水ラインに、前記ボイラで発生し負荷機器で利用しきれない余剰蒸気と給水との熱交換部を設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明では、前記水処理部への給水が、前記熱交換部において、前記ボイラで発生し前記負荷機器で利用しきれない余剰蒸気との熱交換によって加熱される。このように、ボイラの熱エネルギーを利用して給水が加熱されることにより、給水の水温低下によって前記水処理部が悪影響を受けることが防止される。

請求項３に記載の発明は、ボイラと、このボイラへの給水ラインと、この給水ラインに設けられた水処理部とを備えたボイラシステムであって、前記水処理部の上流側の前記給水ラインに、前記ボイラで発生し前記負荷機器で利用された蒸気および／または前記ボイラで発生し前記負荷機器で利用された蒸気が凝縮して得られた復水と給水との熱交換部を設けたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明では、前記水処理部への給水が、前記熱交換部において、前記ボイラで発生し前記負荷機器で利用された蒸気および／または前記ボイラで発生し前記負荷機器で利用された蒸気が凝縮して得られた復水との熱交換によって加熱される。このように、ボイラの熱エネルギーを利用して給水が加熱されることにより、給水の水温低下によって前記水処理部が悪影響を受けることが防止される。

この発明によれば、給水の加熱を、前記ボイラの熱エネルギーを利用して行うことができるので、給水を加熱するための熱源を新たに設ける必要はなく、給水の水温低下によって前記水処理部が悪影響を受けることを、低コストで防止することができる。

つぎに、この発明の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
（第一実施形態）
まず、この発明に係るボイラシステムの第一実施形態について説明する。図１は、この発明に係るボイラシステムの第一実施形態の構成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は、負荷機器（図１では図示省略）へ供給する蒸気を発生させるボイラ２と、このボイラ２への給水ライン３とを備えている。この給水ライン３には、複数の水処理部４，４，…が設けられており、これら各水処理部４により、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水処理して得られた給水が、前記ボイラ２へ供給されるようになっている。

前記給水ライン３には、最も上流側に設けられた前記水処理部４（具体的には、後述する酸化剤除去部１４）の上流側に、熱交換部５が設けられている。この熱交換部５では、前記ボイラ２のブロー水と給水とが熱交換されるようになっている。具体的には、前記熱交換部５は、ブロー水供給ライン６および流出ライン７を介してブロータンク８と接続されている。このブロータンク８は、ブロー弁９が設けられたブローライン１０を介して前記ボイラ２と接続されており、このボイラ２のブロー水が、前記ブロータンク８内に貯留されるようになっている。そして、前記ブロー水供給ライン６には、ブロー水供給ポンプ１１が設けられており、このブロー水供給ポンプ１１を運転することにより、前記ブロータンク８内のブロー水が、前記ブロー水供給ライン６を介して前記熱交換部５へ供給されるようになっている。前記熱交換部５では、ブロー水と給水とが熱交換され、熱交換後のブロー水は、前記流出ライン７を介して前記ブロータンク８へ流入するようになっている。

ここで、前記ブロータンク８内には、前記ボイラ２からブロー時に流入したブロー水と前記熱交換部５において給水と熱交換されたブロー水とが貯留され、給水よりも高温のブロー水が貯留されている。

前記ブロータンク８には、ブロー水排出ライン１２が接続されている。このブロー水排出ライン１２には、排水バルブ１３が設けられており、この排水バルブ１３を開状態にすることにより、前記ブロー水排出ライン１２を介して、前記ブロータンク８内のブロー水が、系外へ排出されるようになっている。ただし、前記ブロータンク８内の水位が、常に所定水位以上に維持されるように、ブロー水が排出されるようになっている。

前記各水処理部４は、上流側から酸化剤除去部１４，軟水化部１５，濾過膜部１６および脱気部１７である。前記脱気部１７の下流側の前記給水ライン３には、給水タンク１８が接続されている。ここで、前記軟水化部１５および前記濾過膜部１６の間の前記給水ライン３には、第一給水ポンプ（図示省略）が設けられている。そして、この第一給水ポンプを運転することにより、前記各水処理部４を通過した処理水が前記給水タンク１８内に貯留されるようになっている。この給水タンク１８内に貯留された処理水は、この給水タンク１８および前記ボイラ２の間の前記給水ライン３に設けられた第二給水ポンプ（図示省略）を運転することにより、前記ボイラ２へ供給されるようになっている。

ここで、前記各水処理部４について詳しく説明する。前記酸化剤除去部１４は、給水中に溶存する次亜塩素酸ナトリウムなどに由来する酸化剤を粒状の活性炭により吸着除去するものである。酸化剤は、前記酸化剤除去部１４の下流側に配置される前記軟水化部１５のイオン交換樹脂（図示省略）を酸化させ、そのイオン交換能力を早期に低下させるおそれがある。また、さらに下流に配置された前記濾過膜部１６を構成する濾過膜モジュール（図示省略）を酸化させ、その濾過能力を早期に低下させるおそれがある。そこで、このような酸化による早期の能力低下を防止するために、酸化剤を吸着除去することにより、給水の処理効率の向上や処理された給水の水質の安定化などを図るようにしている。

前記酸化剤除去部１４は、給水の水温低下により、酸化剤の除去能力が低下するという悪影響を受ける。したがって、給水の水温低下により、酸化剤が十分に除去されない給水が、下流側の前記各水処理部４へ供給され、前記イオン交換樹脂のイオン交換能力や前記濾過膜モジュールの濾過能力が早期に低下するおそれがある。

前記軟水化部１５は、前記酸化剤が除去された給水中の硬度分，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前記イオン交換樹脂により除去するものである。具体的には、軟水化部１５は、給水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およびカリウムイオンなどの一価の陽イオンへ置換し、給水を軟水へ変換するように構成されている。このように給水を軟水化することにより、前記ボイラ２の伝熱面や前記濾過膜モジュールの膜表面に、硬度分に起因するスケールが付着することを防止できるようになっている。

前記軟水化部１５は、給水の水温低下により、前記イオン交換樹脂におけるイオン交換反応の速度が遅くなるという悪影響や、前記イオン交換樹脂のイオン交換能力を回復させる再生作動における再生効率が低下するという悪影響を受ける。したがって、給水の水温低下により、処理水において硬度漏れが起きたり再生作動で用いられる再生剤の消費量が増えるおそれがある。

前記濾過膜部１６は、前記濾過膜モジュールにより給水を濾過処理するように構成されている。この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）の透過を阻止できる液体分離膜である。また、前記ナノ濾過膜は、その濾過機能の点において、分子量が１，０００〜３００，０００程度の物質を濾別可能な限外濾過膜（ＵＦ膜）と、分子量が数十程度の物質を濾別可能な逆浸透膜（ＲＯ膜）との中間に位置する機能を有する液体分離膜である。そして、前記ナノ濾過膜は、前記ボイラ２の伝熱面（図示省略）を形成する非不動態化金属体の腐食を引き起こす腐食促進成分（たとえば、硫酸イオンや塩化物イオンなど）を捕捉し、また前記伝熱面の腐食の抑制に寄与する腐食抑制成分（たとえば、シリカ（二酸化ケイ素）など）を透過する。

前記濾過膜部１６の前記ナノ濾過膜は、給水の水温低下により、水の粘性によって給水の透過性能が低下するという悪影響を受ける。ここで、前記第一給水ポンプは、前記濾過膜部１６からの透過水流量が一定流量になるように制御されるようになっている（特開２００５−２９６９４４号参照）。したがって、給水の水温が低下すると、前記第一給水ポンプの運転圧力が高くなるようになっており、その消費電力が増加してランニングコストが高くなる。

前記濾過膜部１６では、一側から流入した給水が、前記ナノ濾過膜で濾過され、他側から腐食抑制成分を含む透過水と腐食促進成分を含む濃縮水とが分離されて流出するようになっている。透過水は、前記給水ライン３を流れ、前記脱気部１７を経て前記給水タンク１８内に貯留されるようになっている。そして、腐食促進成分が除去されるとともに腐食抑制成分を含む給水が前記ボイラ２へ供給されることで、前記ボイラ２の伝熱面の腐食が抑制されるようになっている。一方、濃縮水は、前記濾過膜部１６と接続された濃縮水ライン（図示省略）へ流出し、一部が系外へ排水されるとともに、残部が前記濾過膜部１６の上流側の前記給水ライン３へ還流するようになっている。

前記脱気部１７は、具体的に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る。この膜式脱気装置は、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介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。このように、給水中の溶存酸素を除去することにより、この溶存酸素に起因する前記ボイラ２の伝熱面の腐食を抑制することができるようになっている。

前記気体透過膜は、給水の水温低下により、脱気性能が低下するという悪影響を受ける。したがって、給水の水温が低下すると、処理水の脱気度が低下し、前記ボイラ２の伝熱面の腐食が促進されるおそれがある。

さて、前記ボイラシステム１の作用について説明する。前記ボイラシステム１では、前記第一給水ポンプ（図示省略）を運転することにより、原水側から前記各水処理部４へ給水を供給し、前記各水処理部４において水処理を行う。前記各水処理部４からの処理水は、前記給水タンク１８内に貯留される。この給水タンク１８内に貯留された処理水は、前記第二給水ポンプ（図示省略）を運転することにより、前記給水タンク１８から前記ボイラ２へ供給される。

前記ボイラ２では、所定間隔で前記ブロー弁９を開状態にすることにより、ブローが行われる。前記ボイラ２からのブロー水は、前記ブロータンク８内に貯留される。

前記第一給水ポンプを運転して前記各水処理部４へ給水を供給しているときには、前記ブロー水供給ポンプ１１を運転し、前記ブロータンク８内の高温のブロー水を前記ブロー水供給ライン６を介して前記熱交換部５へ供給する。そして、この熱交換部５において、給水が高温のブロー水と熱交換され加熱される。これにより、前記各水処理部４へは、加熱された給水が供給される。一方、前記熱交換部５において給水と熱交換されたブロー水は、前記流出ライン７へ流出し、前記ブロータンク８へ流入する。そして、このブロータンク８内のブロー水は、前記排水バルブ１３を開状態にすることにより、前記ブロー水排出ライン１２を介して系外へ排出される。

前記のように、加熱された給水が前記酸化剤除去部１４へ供給されることにより、加熱しない場合と比べて前記酸化剤除去部１４における酸化剤除去能力が向上する。したがって、前記軟水化部１５における前記イオン交換樹脂（図示省略）のイオン交換能力や前記濾過膜部１６における前記濾過膜モジュール（図示省略）の濾過能力が早期に低下することが防止され、給水を加熱しない場合と比べて前記イオン交換樹脂や前記濾過膜モジュールの寿命を延ばすことができる。

また、加熱された給水が前記軟水化部１５へ供給されることにより、加熱しない場合と比べて前記イオン交換樹脂におけるイオン交換反応の速度が速くなり、また再生効率が向上する。したがって、処理水の硬度漏れを防止することができ、また給水を加熱しない場合と比べて再生剤の消費量が抑制されてランニングコストを抑えることができる。

また、加熱された給水が前記濾過膜部１６へ供給されることにより、加熱しない場合と比べて前記ナノ濾過膜における給水の透過性能が向上する。したがって、給水を加熱しない場合と比べて前記第一給水ポンプの消費電力が抑制されてランニングコストを抑えることができる。

さらに、加熱された給水が前記脱気部１７へ供給されることにより、加熱しない場合と比べて前記気体透過膜（図示省略）の脱気性能が向上する。したがって、給水を加熱しない場合と比べて前記ボイラ２の伝熱面の腐食を抑制することができる。

以上のように、前記ボイラシステム１では、給水の水温低下が原因で、前記各水処理部４が水処理性能の低下や給水の透過性能の低下などの悪影響を受けることを防止することができ、これにより処理水水質が悪化したり、ランニングコストが高くなったりすることを防止することができる。

以上説明した前記ボイラシステム１によれば、給水の加熱が、前記ボイラ２からのブロー水を利用して行われる。すなわち、給水の加熱を、前記ボイラ２において通常は廃棄されている熱エネルギーを利用して行うことができる。したがって、給水を加熱するための熱源を新たに設ける必要はなく、給水の水温低下によって前記各水処理部４が悪影響を受けることを低コストで防止することができる。

また、前記ボイラ２のブロー水は、非常に高温になっているため、これを直接系外へ排出することはできないが、前記ボイラシステム１によれば、前記熱交換部５において給水と熱交換された後、系外へ排出することができる。したがって、前記ボイラ２のブロー水を冷却するための設備を別途設ける必要はなく、給水の加温と前記ボイラ２のブロー水の冷却とを同時に実現することができ、設置コストを抑えることができる。

（第二実施形態）
つぎに、この発明に係るボイラシステムの第二実施形態について説明する。図２は、この発明に係るボイラシステムの第二実施形態の構成を示す概略的な説明図である。図２において、前記第一実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

この第二実施形態のボイラシステム２０においては、前記ボイラ２から出てきた蒸気が、蒸気ライン２１を介してスチームヘッダ２２へ流入し、このスチームヘッダ２２から蒸気供給ライン２３を介して負荷機器２４へ供給されるようになっている。

前記スチームヘッダ２２および前記熱交換部５は、前記負荷機器２４で利用しきれない余剰蒸気が流れる余剰蒸気ライン２５を介して接続されている。そして、前記熱交換部５においては、前記余剰蒸気ライン２５を介して供給された余剰蒸気と給水とが熱交換されるようになっている。前記熱交換部５において給水と熱交換された余剰蒸気は、前記流出ライン７へ流出するようになっている。

さて、前記ボイラシステム２０の作用について説明する。ここでは、前記第一実施形態のボイラシステム１の作用と異なるもののみについて説明する。前記ボイラシステム２０では、前記ボイラ２で発生し、前記負荷機器２４で利用しきれない余剰蒸気が、前記余剰蒸気ライン２５を介して前記熱交換部５へ供給される。そして、この熱交換部５において、給水が高温の余剰蒸気と熱交換され加熱される。これにより、前記第一実施形態のボイラシステム１と同様に、前記各水処理部４へは、加熱された給水が供給され、給水の水温低下によって前記各水処理部４が悪影響を受けることを防止することができる。一方、熱交換部５において給水と熱交換された余剰蒸気は、前記流出ライン７へ流出する。

以上説明した前記ボイラシステム２０によれば、給水の加熱が、前記ボイラ２で発生し前記負荷機器２４で利用しきれない余剰蒸気を利用して行われる。すなわち、給水の加熱を、前記ボイラ２において通常は廃棄されている熱エネルギーを利用して行うことができる。したがって、前記第一実施形態のボイラシステム１と同様に、給水を加熱するための熱源を新たに設ける必要はなく、給水の水温低下によって前記各水処理部４が悪影響を受けることを低コストで防止することができる。

（第三実施形態）
つぎに、この発明に係るボイラシステムの第三実施形態について説明する。図３は、この発明に係るボイラシステムの第三実施形態の構成を示す概略的な説明図である。図３において、前記第一，第二実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

この第三実施形態のボイラシステム３０においては、前記熱交換部５に、前記負荷機器２４と接続された復水ライン３１が接続されている。そして、前記ボイラ２で発生し前記負荷機器２４で利用された蒸気が凝縮して得られた復水が、この復水ライン３１を介して前記熱交換部５へ供給されるようになっている。前記熱交換部５においては、前記復水ライン３１を介して供給された高温の復水と給水とが熱交換され、給水が加熱されるようになっている。

前記熱交換部５において給水と熱交換された復水は、前記流出ライン７へ流出するようになっている。前記流出ライン７は、この第三実施形態においては、前記給水タンク１８と接続されている。これにより、前記熱交換部５から流出した復水は、前記給水タンク１８内に貯留されるようになっている。

さて、前記ボイラシステム３０の作用について説明する。ここでは、前記第一，第二実施形態のボイラシステム１，２０の作用と異なるもののみについて説明する。前記ボイラシステム３０では、前記負荷機器２４で利用された蒸気が凝縮して得られた復水が、前記復水ライン３１を介して前記熱交換部５へ供給される。そして、この熱交換部５において、給水が高温の復水と熱交換され加熱される。これにより、前記第一，第二実施形態のボイラシステム１，２０と同様に、前記各水処理部４へ加熱された給水が供給され、給水の水温によって前記各水処理部４が悪影響を受けることを防止することができる。一方、前記熱交換部５において給水と熱交換された復水は、前記流出ライン７へ流出した後、前記給水タンク１８内に貯留される。これにより、水の有効利用が図られる。

以上説明した前記ボイラシステム３０によれば、給水の加熱が、前記ボイラ２で発生し前記負荷機器２４で利用された蒸気が凝縮して得られた高温の復水を利用して行われる。すなわち、給水の加熱を、前記ボイラ２の熱エネルギーを利用して行うことができる。したがって、前記第一，第二実施形態のボイラシステム１，２０と同様に、給水を加熱するための熱源を新たに設ける必要はなく、給水の水温低下によって前記各水処理部４が悪影響を受けることを低コストで防止することができる。

ここで、前記ボイラシステム３０において、前記負荷機器２４からの蒸気が、前記復水ライン３１において全て凝縮しない場合もある。この場合は、前記熱交換部５へ復水とともに蒸気が供給され、この熱交換部５において復水および蒸気と給水とが熱交換される。

また、前記ボイラシステム３０において、前記復水ライン３１を復水が流れるラインではなく、前記負荷機器２４で利用された蒸気を前記熱交換部５へ供給するためのラインとし、前記熱交換部５において前記負荷機器２４で利用された蒸気と給水とが熱交換されるようになっていてもよい。

前記のように前記ボイラシステム３０において、前記熱交換部５へ前記負荷機器２４で利用された蒸気が供給された場合、この蒸気は前記熱交換部５および前記流出ライン７において凝縮し、復水として前記給水タンク１８へ流入する。

以上、この発明を前記各実施形態により説明したが、この発明はその要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第一実施形態の構成を示す概略的な説明図である。 この発明に係るボイラシステムの第二実施形態の構成を示す概略的な説明図である。 この発明に係るボイラシステムの第三実施形態の構成を示す概略的な説明図である。

符号の説明

１，２０，３０ ボイラシステム
２ ボイラ
３ 給水ライン
４ 水処理部
５ 熱交換部
２４ 負荷機器

Claims (3)

1. ボイラと、このボイラへの給水ラインと、この給水ラインに設けられた水処理部とを備えたボイラシステムであって、
   前記水処理部の上流側の前記給水ラインに、前記ボイラのブロー水と給水との熱交換部を設けたことを特徴とするボイラシステム。
2. ボイラと、このボイラへの給水ラインと、この給水ラインに設けられた水処理部とを備えたボイラシステムであって、
   前記水処理部の上流側の前記給水ラインに、前記ボイラで発生し負荷機器で利用しきれない余剰蒸気と給水との熱交換部を設けたことを特徴とするボイラシステム。
3. ボイラと、このボイラへの給水ラインと、この給水ラインに設けられた水処理部とを備えたボイラシステムであって、
   前記水処理部の上流側の前記給水ラインに、前記ボイラで発生し前記負荷機器で利用された蒸気および／または前記ボイラで発生し前記負荷機器で利用された蒸気が凝縮して得られた復水と給水との熱交換部を設けたことを特徴とするボイラシステム。

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