JP2010005484A - 窒素置換式脱酸素装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 酸素の再溶け込みを防止して、脱酸素効率の向上を図ることができる窒素置換式脱酸素装置を提供する。
【解決手段】 上方側から供給されて下方に向かう処理水と、下方側から供給されて上方に向かう窒素ガスＮとを接触させて、下部１２４から溶存酸素が除去された脱酸素水Ｗ２が取り出され、上部１２０から酸素を含んだ窒素ガスが排出される脱酸素塔１２と、この脱酸素塔から供給された脱酸素水を貯める貯水タンク１０とを有した窒素置換式脱酸素装置１であって、脱酸素塔の下部の、脱酸素水の供給部分が、この貯水タンクの水面Ｍ１下に水没するように形成されており、かつ、脱酸素水が下向きに流れる、脱酸素塔の下部の、貯水タンクに連通して形成される水面Ｍ２より下方に、窒素ガスを多数の小泡Ｂ２にして脱酸素塔内に供給する窒素ガス供給部１２６を設けている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、水中の溶存酸素を窒素ガスを用いて除去する窒素置換式脱酸素装置に関するものである。

例えば、ボイラ給水中に含まれる溶存酸素は、ボイラ並びに附帯装置、蒸気配管、蒸気使用機器、ドレン（凝縮水）回収配管等を腐食し、装置に故障を生じさせたり、重大な事故を生じさせる。このため、ボイラ給水は、例えば、窒素置換式脱酸素装置を用いて、水中の溶存酸素が除去される。

この窒素置換式脱酸素装置は、上方側から供給されて下方に向かう処理水と下方側から供給されて上方に向かう窒素ガスとを接触させて、下部から溶存酸素が除去された脱酸素水が取り出され、上部から酸素を含む窒素ガスが排出される対向式の脱酸素塔を用いたものである。

一方、窒素置換式脱酸素装置には、脱酸素水を貯める貯水タンクが必要であり、かつ、この貯水タンクを含む系内に、外気（空気）が侵入しないような処置をする必要があり、付属機器にコストがかかってしまうという欠点等があった。そこで、本出願人は、特許文献１に記載されているように、脱酸素塔をボイラの給水タンクと一体となるように設けて、脱酸素水の貯水タンクを無くした窒素置換式脱酸素装置（脱酸素水の供給システム）を提案している。

特願２００７−０７９２６５

しかしながら、上記窒素置換式脱酸素装置では、脱酸素水を給水タンク側に供給する、脱酸素塔の下部を、給水タンクの水面から下方に深く没するように設けているが、この水没部分から、脱酸素塔の運転時に生じる、微小な酸素ガス気泡や、微小な酸素を含む窒素ガス気泡が給水タンク内に流出して、給水タンク内で酸素の再溶解が生じたり、この水没部分中で、酸素の水中への再溶解が生じたりしやすいという課題があった。このため、この窒素置換式脱酸素装置では、設計上の脱酸素率が得られにくいという課題があった。

また、以上の課題は、脱酸素塔下方に、通常の貯水タンクを有し、この脱酸素塔の下部の脱酸素水の供給部分を貯水タンクの水面下に水没させている窒素置換式脱酸素装置においても同様に生じる。さらに、上記課題は、貯水タンクの側方に脱酸素塔を配置し、脱酸素塔の下部の脱酸素水供給端部を、貯水タンクの水面より下方の側面側又は貯水タンクの底面側に接続した窒素置換式脱酸素装置においても同様に生じる。

この発明は、以上の点に鑑み、酸素の再溶解を防止して、脱酸素率の向上を図ることができる窒素置換式脱酸素装置を提供することを目的とする。

この発明の請求項１記載の発明は、上方側から供給されて下方に向かう処理水と、下方側から供給されて上方に向かう窒素ガスとを接触させて、下部から溶存酸素が除去された脱酸素水が取り出され、上部から酸素を含んだ窒素ガスが排出される脱酸素塔と、この脱酸素塔からの前記脱酸素水を貯める貯水タンクとを有した窒素置換式脱酸素装置であって、前記脱酸素塔の下部の、前記脱酸素水の供給部分が、この貯水タンクの水面下に水没するように形成されており、かつ、前記脱酸素水が下向きに流れる、前記脱酸素塔の下部の、前記貯水タンクに連通して形成される水面より下方に、前記窒素ガスを多数の小泡にして前記脱酸素塔内に供給する窒素ガス供給部を設けていることを特徴とする。

この発明では、脱酸素塔で脱酸素処理して作った脱酸素水は、脱酸素塔下部の供給部分から貯水タンク内に供給される。この場合、この供給部分が貯水タンクの水面より下方に位置するため、脱酸素塔下部には、貯水タンクとの連通作用によって、貯水タンクの水面に対応するように脱酸素水の水面が形成される。この脱酸素塔下部の水面下では、この水面に落下した脱酸素水と、落下に当たり巻き込まれたり又は処理水に含まれていたガス泡（酸素を含む窒素ガス泡、酸素ガス泡、窒素ガス泡）とが混合した状態になっている。この状態で、窒素ガス供給部から、脱酸素塔下部の水面下の脱酸素水中に窒素ガスが供給されると、この窒素ガスは、脱酸素水中を多数の小さな泡となって上昇するが、この窒素ガスの小泡が、脱酸素水中に混在するガス泡と衝突して、このガス泡を取り込みつつ上昇するため、小さなガス泡が、脱酸素水中に留まったり、貯水タンク内に流入するのが防止される。

すなわち、脱酸素塔下部の水面下の脱酸素水中のガス泡は、サイズが大きければ、速やかに上昇して脱酸素塔上部に移動するが、サイズが小さくなればなるほど上昇速度は低下する。一方、脱酸素塔下部の水面下の脱酸素水は、貯水タンク側に移動すべく、一定の速度で下降しているので、脱酸素水中のガス泡のうち、サイズの小さいものは、充分に上昇せず、脱酸素塔下部の脱酸素水中に留まったり、脱酸素水と共に貯水タンク側に移動して、脱酸素水中への酸素の再溶解を生じさせる。そこで、窒素ガス供給部によって、脱酸素塔下部の水面下の脱酸素水中で、上昇する多数の窒素ガス小泡を発生させ、この窒素ガス小泡とサイズの小さいガス泡とを衝突させて、窒素ガス小泡中にガス泡を取り込むことにより、サイズの小さいガス泡を脱酸素水から速やかに分離するようにして、ガス泡の脱酸素水中における停滞や貯水タンク側への移動を防止している。

この発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の場合において、前記貯水タンクが、ボイラ側の要求に応じて、必要な量の脱酸素水をボイラ側に供給するための給水タンクであり、かつ、この貯水タンクと前記脱酸素塔とが一体となるように設けられていることを特徴とする。

この発明では、窒素置換式脱酸素装置がボイラ給水用の脱酸素水を作る場合に、ボイラ側で必要とされるボイラの給水タンクと脱酸素塔とを一体に形成して、給水タンクに、脱酸素水用の貯水タンクの機能を持たせている。

この発明の請求項３記載の発明は、上方側から供給されて下方に向かう処理水と、下方側から供給されて上方に向かう窒素ガスとを接触させて、下部から溶存酸素が除去された脱酸素水が取り出され、上部から酸素を含んだ窒素ガスが排出される脱酸素塔と、この脱酸素塔からの前記脱酸素水を貯める貯水タンクとを有した窒素置換式脱酸素装置であって、前記脱酸素塔を前記貯水タンクの側方に配置して、この脱酸素塔の下部の脱酸素水供給端部を、前記貯水タンクの水面より下方の側面側又は前記貯水タンクの底面側に接続しており、かつ、前記脱酸素水が下向きに流れる、前記脱酸素塔の下部の、前記貯水タンクに連通して形成される水面より下方に、前記窒素ガスを多数の小泡にして前記脱酸素塔内に供給する窒素ガス供給部を設けていることを特徴とする。

この発明でも、脱酸素塔の下部の脱酸素水の供給端部が給水タンクの水面より下方に位置するため、脱酸素塔の下部には、給水タンクとの連通作用によって、給水タンクの水面に対応するように脱酸素水の水面が形成される。したがって、この脱酸素塔の下部の水面下でも、脱酸素水とガス泡（酸素を含む窒素ガス泡、酸素ガス泡、窒素ガス泡）とが混合した状態になるが、このガス泡は、窒素ガス供給部によって供給された多数の窒素ガス小泡に取り込まれて、脱酸素水と容易に分離される。

この発明の請求項１及び３記載の発明によれば、脱酸素塔の下部の脱酸素水の水面下に生じる、酸素等を含むガス泡を、脱酸素塔への窒素ガスの供給時に生じさせた窒素ガスの多数の小泡に衝突させて、この小泡内に取り込むようにしているので、酸素等を含む小さなガス泡が、脱酸素塔下部に漂ったり、給水タンク側に移動することはなく、このようなガス泡を、脱酸素水から直ちに分離することができる。このため、この発明では、酸素を含む小さなガス泡に起因する、酸素の脱酸素水への再溶解を防止することができ、装置の脱酸素率の向上を図ることができる。

この発明の請求項２記載の発明によれば、脱酸素塔からの脱酸素水を、直接、ボイラの給水タンクに供給できるので、ボイラの給水タンクを脱酸素塔の貯水タンクとして用いることができ、装置の簡単化、低コスト化等を図ることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
実施形態１．
図１はこの発明の一実施の形態に係る窒素置換式脱酸素装置を示している。

窒素置換式脱酸素装置１は、図１で示されるように、給水タンク１０と、水位検出器１１と、脱酸素塔１２と、循環ポンプ１３、逆止弁１４、定流量弁１５、及び循環配管１６からなる水処理ラインＲと、流量調節弁１７、電磁弁１８、及び補給水配管１９からなる補給ラインＳと、給水ポンプ２０、及び給水配管２１からなる給水ラインＴと、窒素ガス供給ラインＵとから構成されている。

給水タンク１０は、ボイラ給水Ｗ３となる水を一定量貯め、ボイラ側の要求に応じて、必要な脱酸素水Ｗ２をボイラ給水Ｗ３として供給するためのものであり、例えば、ボイラの瞬間最大負荷、すなわち給水ポンプ２０の最大給水流量の３０分程度のボイラ給水Ｗ３をタンク水Ｗ１として貯えている。この給水タンク１０は、水平断面が矩形状をした箱状のパネル式タンクであり、側面下部に、給水ラインＴへの給水取り出し口となる給水ノズル１００と、水処理ラインＲへのタンク水Ｗ１の取り出し口となる循環水ノズル１０１とが設けられている。また、この給水タンク１０には、上面に、脱酸素塔１２に窒素ガスＮを供給する窒素ガスノズル１０２と、水位検出器１１の取付部１０３と、外気との連通部となるベント管１０４とが設けられている。なお、窒素ガスノズル１０２は、脱酸素塔１２と接続するために、給水タンク１０の内方まで延びている。

ここで、給水タンク１０には、タンク水Ｗ１の水位が低下してくると、上部の空間部Ｖの容積が増加するため、ベント管１０ｄを介して内部に外気が取り込まれるととも、タンク水Ｗ１の水位が上昇してくると、この空間部Ｖの容積が減少するため、内部の空気がベント管１０ｄを介して外部に排出される。

水位検出器１１は、給水タンク１０内に貯えられているタンク水Ｗ１の水位（水面レベル）のうち、所定の高レベルＬ１と低レベルＬ２とを検知するものである。この水位検出器１１は、タンク水Ｗ１の水位が、低レベルＬ２に達した場合には、補給ラインＳの電磁弁１８に、これを開けさせるような信号を発し、給水タンク１０側へ補給水Ｗ０を供給させ、これが、高レベルＬ１に達した場合には、補給ラインＳの電磁弁１８にこれを閉じさせるような信号を発し、給水タンク１０側への補給水Ｗ０の供給を停止させる。なお、給水タンク１０の高レベルＬ１と低レベルＬ２間の水位変動幅ｈは、タンク容量の１／１０、すなわち、給水タンク１０の満水高さの１／１０程度となっている。

脱酸素塔１２は、水中の溶存酸素を窒素ガスＮ側に取り出す溶存酸素の除去手段であり、かつ、溶存酸素を除去した脱酸素水Ｗ２を給水タンク１０に直接供給する脱酸素水供給手段である。この脱酸素塔１２では、上方側から供給されて重力落下で下方に向かう処理水と、下方側から供給されて上方に向かう窒素ガスＮとを対向するように接触させて、下部から溶存酸素が除去された脱酸素水Ｗ２が取り出され、上部から処理済み窒素ガス（酸素ガスを含んだ窒素ガス）が排出される。

この脱酸素塔１２の主要部は、上部の水供給部１２０から下方に、上側のリアクター部１２１と、整流部１２３と、下側のリアクター部１２２と、ガス分離部１２４とが設けられたものであり、この主要部は、全体として、例えばサイズ８０Ａ〜３００Ａの配管を用いて、同径で一直線状の細長い筒状に形成されている。また、この脱酸素塔１２は、水供給部１２０上に、脱酸素処理によって酸素ガスを含むようになった処理済窒素ガスを排出するガス排出部１２５を有すとともに、ガス分離部１２４内に、脱酸素塔１２内に窒素ガスＮを供給する窒素ガス供給部としての散気管１２６を有している。なお、上側のリアクター部１２１と整流部１２３とは、１組だけでなく、処理水の状況によって、上下方向に複数組のものが設けられていてもよい。

この脱酸素塔１２は、給水タンク１０の上面側から、これを立てた状態で差し込むようにして、この給水タンク１０の上面に、この給水タンク１０と一体となるように取り付けられる。この場合、下側のリアクター部１２２は、給水タンク１０の上方に配置されるが、下部のガス分離部１２４の大部分は給水タンク１０内に配置され、このガス分離部１２４の多くの部分が給水タンク１０の水面Ｍ１下に水没するように位置決めされる。

水供給部１２０は、側面に脱酸素処理する処理水の取入ノズル１２０ａが設けられているとともに、球面状の上端部にガス排出部１２５が取り付けられている。このガス排出部１２５は、大気解放されたパイプ１２５ａに逆止弁１２５ｂを設けたものである。

リアクター部１２１，２２は、処理水と窒素ガスＮとを対向接触させて、ヘンリーの法則によって、処理水中の溶存酸素を除去する働きを有している。整流部１２３は、上側のリアクター部１２１から重力落下してきた処理水を一旦貯めて、この処理水を、下側のリアクター部１２２に定流量で送る働きを有している。

ガス分離部１２４は、脱酸素された処理水と、酸素ガスや窒素ガスとを最終的に分離して、脱酸素水Ｗ２を取り出し、この脱酸素水Ｗ２を給水タンク１０に供給する部分である。ガス分離部１２４は、下端の供給口１２４ａが、給水タンク１０内のタンク水Ｗ１の下部側まで延び、内部に、給水タンク１０との連通によって、給水タンク１０の水面Ｍ１とほぼ同一レベルの脱酸素水Ｗ２の水面Ｍ２が形成される。そして、このガス分離部１２４内では、図２で示されるように、この水面Ｍ２より下方において、処理水の水面Ｍ２への落下によって巻き込まれたり、又は、処理水中に含まれていた、酸素を含む窒素ガス泡、酸素ガス泡、及び窒素ガス泡といった多数のガス泡Ｂ１と脱酸素水Ｗ２との混在が生じた後、ガス泡Ｂ１の浮上による脱酸素水Ｗ２からの分離が生じる。ガス分離部１２４には、窒素ガス供給ノズル１０２と接続されるガスノズル１２４ｂが、内部に貫通するように設けられている。

なお、水面Ｍ２の上下位置は、給水タンク１０の水位変動（高レベルＬ１と低レベルＬ２間の水位変動）に伴って変動するが、ガス分離部１２４の下端側が充分に下方まで延びているので、給水タンク１０の水位が低レベルＬ２になっても、ガス分離部１２４の水面Ｍ２下方には、充分な上下長さが確保されている。

散気管１２６は、窒素ガスＮを脱酸素塔１２内に供給するものであるが、ガス分離部１２４の水面Ｍ２下方に配置されていて、窒素ガスＮを脱酸素水Ｗ２中で多数の窒素ガス小泡Ｂ２にして供給する機能を有するものである。この散気管１２６は、例えば、パンチングメタル等によって側面に多数の小孔（例えば直径１ｍｍの孔）が形成された、上下密閉タイプの円筒体から形成されている。この散気管１２６は、ガス分離部１２４内にこれと同心状に配置され、外径がガス分離部１２４内における脱酸素水Ｗ２等の流れに支障を生じさせないように充分小さく定められているとともに、下面側がガス分離部１２４のガスノズル１２４ｂの上向き内端と接続されて、このガスノズル１２４ｂを介してガス分離部１２４側に支持されている。この散気管１２６は、給水タンク１０の水位が低レベルＬ２のときの、ガス分離部１２４内の水面Ｍ２より、少なくとも距離Ｚ１だけ下方のガス分離部１２４内に位置決めされる。

ここで、散気管１２６の作用効果について説明する。
ガス分離部１２４内の水面Ｍ２より下方は、脱酸素水Ｗ２の落下によって巻き込まれたり、又は、処理水中に含まれていた多数のガス泡Ｂ１と、脱酸素水Ｗ２とが混合した状態となっており、この状態で、脱酸素水Ｗ２は、一定の速度（例えば、０．２ｍ／Ｓの設計速度）で下降して、給水タンク１０側に移動する。この場合、ガス泡Ｂ１は、サイズが大きい場合は、速やかに上方に移動（浮上）して、脱酸素水Ｗ２と容易に分離されるが、サイズが小さくなればなるほど（マイクロバブルになればなるほど）、上昇速度が低下し、ガス分離部１２４の脱酸素水Ｗ２中に長時間漂って、なかなか分離されなかったり、場合によっては、脱酸素水Ｗ２と共に給水タンク１０内まで移動してしまうという事態が生じる。このことによって、脱酸素水Ｗ２中への酸素の再溶解が生じ、脱酸素塔１２による脱酸素率の低下が生じる。リアクター部１２１，１２２の性能を上げて処理水を細かく粒子状にする程、処理水中に含まれるガス泡も小径化する。よって、脱酸素能力は、リアクター部１２１，１２２の性能を上げても向上しなくなる。

したがって、ガス泡Ｂ１の上昇速度を、脱酸素水Ｗ２の下降速度（０．２ｍ／Ｓ）より大きくする必要があるが、この場合のガス泡Ｂ１の外径は、ストークスの公式によって、０．４２ｍｍと計算される。すなわち、ガス泡Ｂ１の外径を０．４２ｍｍ以上とすれば、ガス泡Ｂ１は、ガス分離部１２４中の脱酸素水Ｗ２中に留まるか、又は、ガス分離部１２４中を上昇して脱酸素水Ｗ２と分離される。散気管１２６は、ガス泡Ｂ１の外径を、０．４２ｍｍより充分に大きくして、このガス泡Ｂ１を脱酸素水Ｗ２から速やかに分離させる機能を有している。

すなわち、ガス分離部１２４の水面Ｍ２下方の脱酸素水Ｗ２中で、窒素ガスＮの供給に当たって、図２で示されるように、散気管１２６により、例えば、外径が１ｍｍ以上の多数の窒素ガス小泡Ｂ２を発生させ、この窒素ガス小泡Ｂ２の上昇中に、この窒素ガス小泡Ｂ２とサイズの小さなガス泡Ｂ１とが衝突して、ガス泡Ｂ１は、窒素ガス小泡Ｂ２に取り込まれて全体サイズが拡大し、速やかに脱酸素水Ｗ２から分離される。ここで、窒素ガス小泡Ｂ２をガス泡Ｂ１に充分に衝突させるためには、ガス分離部１２４内の水面Ｍ２から散気管１２６までの距離Ｚ２が、ある程度必要となる。

図３は、給水タンク１０内の温水（タンク水Ｗ１）を循環させるようにして、脱酸素塔１２で脱酸素処理した場合の脱酸素率の変化を、散気管１２６の無い場合、散気管１２６と水面Ｍ２との距離Ｚ２が０．１５ｍの場合、散気管１２６と水面Ｍ２との距離Ｚ２が０．４ｍの場合について示している。ここで、脱酸素率Ｋ（％）は、脱酸素塔１２入口の処理水の溶存酸素濃度をＤ０、脱酸素塔１２出口の脱酸素水Ｗ２の溶存酸素濃度をＤ１とすれば、
Ｋ＝（（Ｄ０−Ｄ１）／Ｄ０）×１００
で示される。

図３から、脱酸素率Ｋは、脱酸素塔１２の運転時間にはあまり関係せず、散気管１２６の無い場合には８４％であり、散気管１２６と水面Ｍ２との距離Ｚ２が０．１５ｍの場合には８９％であり、散気管１２６と水面Ｍ２との距離Ｚ２が０．４ｍの場合には９４％であることが分かった。このことから、この脱酸素塔１２では、散気管１２６が無い場合に比べて、散気管１２６がある場合に、脱酸素率が充分に高くなることが分かるとともに、散気管１２６がある場合でも、距離Ｚ２が大きい方が脱酸素率が高くなることが分かる。ここで、距離Ｚ２が０．４ｍより大きい場合の脱酸素率と、距離Ｚ２が０．４ｍの場合の脱酸素率とには、大きな変化は見られなかったので、距離Ｚ２の最適値は、０．４ｍであることが分かった。すなわち、散気管１２６は、給水タンク１０の水位が低レベルＬ２のときの、ガス分離部１２４内の水面Ｍ２からの距離Ｚ１が、０．４ｍ以上となる位置に配置されるのが最適である。

一方、ガス分離部１２４の下端の供給口１２４ａ近傍に散気管１２６があると、散気管１２６周りのガス泡Ｂ１が、給水タンク１０内に入り込み易いことが分かっている。このため、散気管１２６は、ガス分離部１２４の供給口１２４ａより、距離Ｚ３、例えば０．４ｍだけ上方にある方が望ましい。

水処理ラインＲは、一端が給水タンク１０の循環水ノズル１０１に接続され、他端が脱酸素塔１２の取入ノズル１２０ａに接続されているとともに、逆止弁１６と定流量弁１７との間に補給ラインＳが接続されている。この水処理ラインＲでは、補給ラインＳの電磁弁１８が閉じている場合には、循環ポンプ１３の作動により、給水タンク１０内のタンク水Ｗ１が逆止弁１４と定流量弁１５とを通って、一定流量（例えば、ボイラの最大連続負荷時に要求される給水量より多い流量Ｑ）で脱酸素塔１２に供給される。また、この水処理ラインＲでは、補給ラインＳの電磁弁１８が開いている場合には、所定流量ｑ（例えば、ボイラの最大連続負荷時に要求される給水量と同量）の補給水Ｗ０と、タンク水Ｗ１とが、一定の処理流量Ｑ（したがって、タンク水Ｗ１の流量は、流量Ｑ−流量ｑとなる）となるように脱酸素塔１２に供給される。

補給ラインＳは、脱酸素塔１２を介して給水タンク１０側に流量ｑの補給水Ｗ０を供給するものである。流量調節弁１７は、補給水Ｗ０が流量ｑになるように弁開度を制御する。給水ラインＴは、ボイラ側の要求に応じて、ボイラ側にボイラ給水Ｗ３を送るものである。窒素ガス供給ラインＵは、給水タンク１０の窒素ガスノズル１０２と接続されて、脱酸素塔１２の散気管１２７に、脱酸素処理用の窒素ガスＮを一定流量（水処理ラインＲにおける処理流量Ｑの１／５程度）で供給するものである。

つぎに、この窒素置換式脱酸素装置１の作用効果について説明する。
ボイラ運転前の給水タンク１０内は、温度の高いタンク水Ｗ１が、タンク上部の水面Ｍ１近くに集まり、温度の低いタンク水Ｗ１が、給水取り出し口（給水ノズル１００）近くのタンク下部に集まっている。水面Ｍ１は、空気に触れているので、水面Ｍ１近くのタンク水Ｗ１の溶存酸素濃度は上がっているとともに、タンク下部の温度の低いタンク水Ｗ１の溶存酸素濃度も温度に見合った分だけ上昇している。したがって、ボイラ運転前に脱酸素塔１２等の運転を開始し、給水タンク１０内の溶存酸素濃度をある程度下げてやる必要がある。

そこで、ボイラの運転前には、一定時間、補給ラインＳの電磁弁１８を閉じた状態で、水処理ラインＲの循環ポンプ１３を運転し、処理水となる給水タンク１０内のタンク水Ｗ１を、一定流量Ｑで、水処理ラインＲと脱酸素塔１２とを介して循環させるとともに、脱酸素塔１２に窒素ガスＮを供給して、タンク水Ｗ１の脱酸素塔１２による脱酸素処理を行う。

ここで、脱酸素塔１２のガス分離部１２４内の、給水タンク１０との連通作用によって形成される水面Ｍ２下には、脱酸素水Ｗ２とともに、酸素を含んだ大小のガス泡Ｂ１が混在した状態になっている。この場合、大きいガス泡Ｂ１は、脱酸素水Ｗ２中を上昇して、この脱酸素水Ｗ２と容易に分離されるが、小さいガス泡Ｂ１は、ガス分離部１２４内の脱酸素水Ｗ２中を浮遊したり、脱酸素水Ｗ２とともに給水タンク１０側に移動しようとする。一方、ガス分離部１２４の水面Ｍ２下には、脱酸素用の窒素ガスＮが供給されるが、この窒素ガスＮが、散気管１２６によって、多数の窒素ガス小泡Ｂ２として脱酸素水Ｗ２中を上昇するように供給される。このため、この窒素ガス小泡Ｂ２とガス泡Ｂ１とが衝突し、このガス泡Ｂ１が、窒素ガス小泡Ｂ２に取り込まれて脱酸素水Ｗ２中を上昇し、脱酸素水Ｗ２と速やかに分離され、ガス泡Ｂ１による酸素の再溶解が防止される。

循環ポンプ１３等を一定時間運転して、タンク水Ｗ１全体の溶存酸素濃度が所定値より低下した後、ボイラの運転が開始される。ボイラの運転に伴い、給水タンク１０の水面Ｍ１のレベルが、低レベルＬ２に達すると、電磁弁１８が開けられ、補給ラインＳから、所定流量ｑの補給水Ｗ０が補給されるので、給水タンク１０からは、流量Ｑ−流量ｑ分のタンク水Ｗ１が循環することとなる。この場合、ボイラの負荷が、小さい場合には、給水タンク１０の水位は上がるが、ボイラの負荷が、最大連続負荷と同じ場合には、給水タンク１０の水位は変動しない。そして、給水タンク１０の水位が高レベルＬ１に達すると、電磁弁１８が閉じられ、補給ラインＳからの補給水Ｗ０の供給は停止される。なお、脱酸素塔１２に供給される水の流量が一定なので、脱酸素塔１２に供給される窒素ガスＮの流量も、変動させる必要はない。

ところで、給水タンク１０の水位が減少すると、給水タンク１０に連通する脱酸素塔１２内の水面Ｍ２の位置もこれに伴って下降し、脱酸素塔１２の水面Ｍ２より上の空間部分の体積もその分増加する。ここで、給水タンク１０と脱酸素塔１２との断面積比は１００：１で設計され、かつ、窒素ガスＮの供給量は、水処理ラインＲの流量Ｑの約１／５、すなわち、Ｑ／５である。このため、給水タンク１０上部の空間部Ｖの体積が、実際には、ボイラへの給水量分だけ増加するが、最大Ｑ（ｍ３／ｍｉｎ）の割合で増加して、脱酸素塔１２の空間部が、最大Ｑ／１００（ｍ３／ｍｉｎ）の割合で増えたと考えた場合でも、窒素ガスＮの供給量は、Ｑ／５（ｍ３／ｍｉｎ）であり、脱酸素塔１２の空間部の増分の２０倍もある。したがって、給水タンク１０の水位の減少によって、脱酸素塔１２のガス排出部１２５から外気を吸引してしまうことはない。

以上のように、この窒素置換式脱酸素装置１では、脱酸素塔１２と給水タンク１０とを一体となるように設けて、脱酸素塔１２からの脱酸素水Ｗ２を、直接、ボイラの給水タンク１０に供給できるようにしているので、ボイラの給水タンク１０を脱酸素塔１２の貯水タンクとして用いることができ、装置の簡単化、低コスト化等を図ることができる。この場合、脱酸素塔１２の下部のガス分離部１２４の多くの部分を給水タンク１０の水面Ｍ１下に水没させるようにしているので、ガス分離部１２４には、給水タンク１０との連通作用により脱酸素水Ｗ２の水面Ｍ２が形成される。このため、この窒素置換式脱酸素装置１では、この水面Ｍ２下において、この水面Ｍ２に落下した脱酸素水Ｗ２と、落下に当たり巻き込まれたり又は処理水に含まれていたガス泡Ｂ１とが混合した状態になっても、ガス分離部１２４の水面Ｍ２下の長さがある程度あれば、大部分のガス泡Ｂ１はガス分離部１２４中を浮上して脱酸素水Ｗ２と分離され、この脱酸素塔１２により充分な脱酸素効果を得ることができる。

また、この窒素置換式脱酸素装置１では、脱酸素塔下部（ガス分離部１２４）内の脱酸素水Ｗ２の水面Ｍ２下に生じる、酸素等を含むガス泡Ｂ１を、脱酸素塔１２への窒素ガスＮの供給時に生じさせた多数の窒素ガス小泡Ｂ２に衝突させて、この窒素ガス小泡Ｂ２内に取り込むようにしているので、酸素等を含む小さなガス泡Ｂ１が、脱酸素塔１２の下部（ガス分離部１２４）内に漂ったり、給水タンク１０側に移動することはなく、このようなガス泡Ｂ１を、脱酸素水Ｗ２から直ちに分離することができる。このため、この窒素置換式脱酸素装置１では、酸素を含む小さなガス泡Ｂ１に起因する、酸素の脱酸素水Ｗ２への再溶解を防止することができ、装置の脱酸素効率の向上を図ることができる。

さらに、この窒素置換式脱酸素装置１では、給水タンク１０と脱酸素塔１２とを接続して、給水タンク１０内のタンク水Ｗ１を脱酸素処理のために脱酸素塔１２に供給する水処理ラインＲを設けるとともに、この水処理ラインＲに、補給水Ｗ０の補給ラインＳを接続している。このため、この窒素置換式脱酸素装置１では、補給水Ｗ０が供給される場合はもちろん、補給水Ｗ０の供給が無い場合でも、水処理ラインＲを使用して、脱酸素塔１２により、給水タンク１０内のタンク水Ｗ１の脱酸素処理を行うことができる。すなわち、この窒素置換式脱酸素装置１では、補給水Ｗ１が供給されない場合でも、給水タンク１０内のタンク水Ｗ１の溶存酸素濃度を減少でき、この脱酸素塔１２を効率的に使用することができる。

実施形態２．
図４は、この発明の他の実施の形態に係る窒素置換式脱酸素装置２を示している。
この窒素置換式脱酸素装置２は、脱酸素水Ｗ２を貯める貯水タンク４０を有していて、処理水ラインＣを介して、ボイラの給水タンク１０から脱酸素塔１２に供給されたタンク水Ｗ１を、この脱酸素塔１２で脱酸素処理して貯水タンク４０内に貯め、この貯水タンク４０内の脱酸素水Ｗ２を、供給ラインＤを介して給水タンク１０側に供給するものである。なお、実施形態１で説明したものと、同一機能を有するものには同一符号を付しその説明を省略する。

窒素置換式脱酸素装置２は、脱酸素塔１２と、貯水タンク４０と、水位検出器４１と、処理水ラインＣと、供給ラインＤとから構成されている。なお、処理水ラインＣは、給水タンク１０と脱酸素塔１２とをつなぐものであり、処理ポンプ２４と、流量調整弁２５と、配管２６とから構成されている。供給ラインＤは、貯水タンク４０と給水タンク１０側の給水ラインＴとをつなぐものであり、供給ポンプ２７と、配管２８とから構成されている。

ここで、ボイラの給水タンク１０には、補給ラインＥを介して、補給水Ｗ０が供給され、給水タンク１０からは、給水ラインＴを介して、脱酸素処理されたタンク水Ｗ１（脱酸素水Ｗ２）がボイラに供給される。また、給水タンク１０の水位は、給水タンク１０の上面に設置された水位検出器１１で検知され、これが低レベルＬ２に達すると、補給ラインＥの電磁弁２９が開かれて、配管３０を介して給水タンク１０に補給水Ｗ０が供給され、これが高レベルＬ１に達すると、電磁弁２９が閉じられて、給水タンク１０への補給水Ｗ０の供給は停止される。

貯水タンク４０は、脱酸素塔１２で作った脱酸素水Ｗ２を所定時間分だけ貯めるものである。この貯水タンク４０には、側面下部に、供給ラインＤと接続される供給ノズル４００が設けられ、上面に、窒素ガス供給ラインＵと接続される窒素ガスノズル４０１と、水位検出器４１の取付部４０２とが設けられている。なお、窒素ガスノズル４０１は、貯水タンク４０の内方に延びている。

水位検出器４１は、貯水タンク４０の水位の高低にしたがって、処理水ラインＣの流量調整弁２５の開度を調整させ、貯水タンク４０内の脱酸素水Ｗ２の水位を一定に保つものである。なお、この場合でも、貯水タンク４０の水位は、僅かであるが、高レベルＬ３と低レベルＬ４に変化する。

脱酸素塔１２は、水供給部１２０と、リアクター部１２１と、整流部１２３と、リアクター部１２２と、ガス分離部１２４と、ガス排出部１２５と、散気管１２６とから構成されている。この脱酸素塔１２は、貯水タンク４０の上面側から、これを立てた状態で差し込むようにして、この貯水タンク４０の上面に、この貯水タンク４０と一体となるように取り付けられる。この場合、下側のリアクター部１２２は、貯水タンク４０の上方に配置されるが、下部のガス分離部１２４の大部分は貯水タンク４０内に配置され、このガス分離部１２４の多くの部分が貯水タンク４０の水面Ｍ３下に水没するように位置決めされる。この場合、水供給部１２０の取入ノズル１２０ａと処理水ラインＣとが接続され、ガス分離部１２４のガスノズル１２４ｂと貯水タンク４０の窒素ガスノズル４０１とが接続される。

この脱酸素塔１２でも、ガス分離部１２４内には、貯水タンク４０との連通作用によって、脱酸素水Ｗ２の水面Ｍ２が形成され、この水面Ｍ２が、貯水タンク４０の水面Ｍ３の高レベルＬ３と低レベルＬ４に対応して上下に変動している。また、この脱酸素塔１２でも、散気管１２６を、貯水タンク４０の水位が低レベルＬ４のときの、ガス分離部１２４内の水面Ｍ２より、少なくとも距離Ｚ１（０．４ｍ）だけ下方に配置しており、かつ、ガス分離部１２４の供給口１２４ａより、距離Ｚ３（０．４ｍ）だけ上方に配置している。

したがって、この窒素置換式脱酸素装置２でも、脱酸素塔下部（ガス分離部１２４）内の脱酸素水Ｗ２の水面Ｍ２下に生じる、酸素等を含むガス泡Ｂ１を、脱酸素塔１２への窒素ガスＮの供給時に生じさせた多数の窒素ガス小泡Ｂ２に衝突させて、この窒素ガス小泡Ｂ２内に取り込むことができる。このため、この窒素置換式脱酸素装置２でも、酸素等を含む小さなガス泡Ｂ１が、脱酸素塔１２の下部（ガス分離部１２４）内に漂ったり、貯水タンク４０側に移動することはなく、このようなガス泡Ｂ１を、脱酸素水Ｗ２から直ちに分離することができる。このため、この窒素置換式脱酸素装置２でも、酸素を含む小さなガス泡Ｂ１に起因する、酸素の脱酸素水Ｗ２への再溶解を防止することができ、装置の脱酸素効率の向上を図ることができる。

実施形態３．
図５は、この発明の他の実施の形態に係る窒素置換式脱酸素装置を示している。
この窒素置換式脱酸素装置３は、実施形態１で説明した給水タンク１０を貯水タンク４２に置き換え、かつ、脱酸素塔１２Ａを貯水タンク４２の側方に配置するとともに、脱酸素塔１２Ａの下部の端部を、貯水タンク４２の水面Ｍ４より下方の側面に接続したものであり、装置の機能等は、窒素置換式脱酸素装置１と同じである。なお、実施形態１、２で説明したものと、同一機能を有するものには同一符号を付しその説明を省略する。

窒素置換式脱酸素装置３は、貯水タンク４２と、水位検出器４３と、脱酸素塔１２Ａと、偏流防止手段４４と、支持架台４５と、水処理ラインＲと、補給ラインＳと、窒素ガスラインＵとから構成されている。

貯水タンク４２は、貯水タンク４０と同様に、脱酸素塔１２で作った脱酸素水Ｗ２を所定時間分だけ貯めるものである。貯水タンク４２には、側面下部に、供給ラインＤと接続される供給ノズル４２０と、水処理ラインＲと接続される循環水ノズル４２１とが設けられ、側面の中程よりやや下側に、脱酸素塔１２Ａとの接続部となる脱酸素水ノズル４２２が設けられている。また、貯水タンク４２には、上面側に、水位検出器４３の取付部４２３と、外気との連通部となるベント管４２４とが設けられている。貯水タンク４２内の、タンク水Ｗ４上方の空間部Ｖには、水位の下降によってベント管４２４により外気が取り入れられるとともに、水位の上昇によって、ベント管４２４により空間部Ｖ内の空気が外部に排出される。

水位検出器４３は、供給ラインＤからの脱酸素水Ｗ２（タンク水Ｗ４）の流出に伴って、貯水タンク４２の水位が低レベルＬ６まで減少すると、補給ラインＳの電磁弁１８を開かせて、脱酸素塔１２Ａを介して補給水Ｗ０（脱酸素水Ｗ２）を貯水タンク４２に供給させるとともに、貯水タンク４２の水位が高レベルＬ５まで上昇すると、電磁弁１８を閉じさせて、補給水Ｗ０の供給を停止させる。

脱酸素塔１２Ａは、脱酸素塔１２のガス分離部１２４の下端部に、一端側が９０度屈曲して水平に延びる処理水供給部１２７が設けられたものである。この処理水供給部１２７は、脱酸素塔１２Ａの他の部分と同サイズに形成されており、脱酸素塔１２Ａからの脱酸素水Ｗ２を貯水タンク４２に供給するためのものである。

この脱酸素塔１２Ａは、貯水タンク４２の側方に、上下方向に立った状態で設けられていて、貯水タンク４２側に屈曲して延びる処理水供給部１２７の端部が、貯水タンク４２の側面側に設けられた脱酸素水ノズル４２２に、フランジ部Ｆを介して直接接続されている。そして、この脱酸素塔１２Ａは、貯水タンク４２とは無関係に地上に設置された、簡単な支持架台４５によって支持される。また、貯水タンク４２内には、脱酸素水ノズル４２２と処理水供給部１２７とのフランジ部Ｆ間にリング板４４０（図６参照）を挟み付けるようにして、偏流防止手段４４の突き当て板４４１が内方に突出するように位置決めされている。偏流防止手段１３は、図６で示されるように、リング板４４０と突き当て板４４１とを複数の支持部材４４２で連結したもので、処理水供給部１２７から供給される脱酸素水Ｗ２に流れを与えて、この脱酸素水Ｗ２が貯水タンク４２全体に行き渡るようにするものである。

この窒素置換式脱酸素装置３でも、窒素置換式脱酸素装置１と同様に、水処理ラインＲの一端が貯水タンク４２に接続され、水処理ラインＲの他端が脱酸素塔１２Ａに接続されていて、貯水タンク４２内のタンク水Ｗ４が、循環するようにしつつ、脱酸素塔１２Ａにより脱酸素処理される。

この脱酸素塔１２Ａでも、ガス分離部１２４内には、貯水タンク４２との連通作用によって、脱酸素水Ｗ２の水面Ｍ２が形成され、この水面Ｍ２が、貯水タンク４０の水面Ｍ４の高レベルＬ３と低レベルＬ４に対応して上下に変動している。また、この脱酸素塔１２Ａでも、散気管１２６を、貯水タンク４０の水位が低レベルＬ６のときの、ガス分離部１２４内の水面Ｍ２より、少なくとも距離Ｚ１（０．４ｍ）だけ下方に配置しており、かつ、処理水供給部１２７の水平部より、距離Ｚ３（０．４ｍ）だけ上方に配置している。

したがって、この窒素置換式脱酸素装置３でも、脱酸素塔下部（ガス分離部１２４）内の脱酸素水Ｗ２の水面Ｍ２下に生じる、酸素等を含むガス泡Ｂ１を、脱酸素塔１２への窒素ガスＮの供給時に生じさせた多数の窒素ガス小泡Ｂ２に衝突させて、この窒素ガス小泡Ｂ２内に取り込むことができる。このため、この窒素置換式脱酸素装置３でも、酸素等を含む小さなガス泡Ｂ１が、脱酸素塔１２Ａの下部（ガス分離部１２４や処理水供給部１２７）内に漂ったり、貯水タンク４０側に移動することはなく、このようなガス泡Ｂ１を、脱酸素水Ｗ２から直ちに分離することができる。このため、この窒素置換式脱酸素装置３でも、酸素を含む小さなガス泡Ｂ１に起因する、酸素の脱酸素水Ｗ２への再溶解を防止することができ、装置の脱酸素効率の向上を図ることができる。

なお、図７で示されるように、貯水タンク４２の本体部４２ａが複数の柱４２ｂで支持されている場合には、脱酸素塔１２Ａの処理水供給部１２７の端部を、貯水タンク４２の本体部４２ａの底部側に接続してもよい。

また、窒素置換式脱酸素装置３は、水処理ラインＲを有さず、補給ラインＳから直接、脱酸素塔１２Ａに給水されるものであってもよい。

この発明の実施形態１に係る窒素置換式脱酸素装置を示す図である。 脱酸素塔のガス分離部内の脱酸素水等の流れの状態を示す図である。 散気管がない脱酸素塔と、散気管がある脱酸素塔における脱酸素率の違い等を示すグラフである。 この発明の実施形態２に係る窒素置換式脱酸素装置を示す図である。 この発明の実施形態３に係る窒素置換式脱酸素装置を示す図である。 偏流防止手段の外観斜視図である。 脱酸素塔の処理水供給部を貯水タンクの底部に接続している状態を示す図である。

符号の説明

１，２，３ 窒素置換式脱酸素装置
１０ 給水タンク
１２，１２Ａ 脱酸素塔
４０，４２ 貯水タンク
１２０ 水供給部（脱酸素塔の上部）
１２４ ガス分離部（脱酸素塔の下部）
１２６ 散気管（窒素ガス供給部）
１２７ 処理水排出部（脱酸素塔の下部）
Ｂ２ 窒素ガス小泡（小泡）
Ｍ１ 給水タンクの水面
Ｍ２ 脱酸素塔の水面
Ｍ３，Ｍ４ 貯水タンクの水面
Ｎ 窒素ガス
Ｗ０ 補給水（処理水）
Ｗ１，Ｗ４ タンク水（処理水）
Ｗ２ 脱酸素水

Claims (3)

1. 上方側から供給されて下方に向かう処理水と、下方側から供給されて上方に向かう窒素ガスとを接触させて、下部から溶存酸素が除去された脱酸素水が取り出され、上部から酸素を含んだ窒素ガスが排出される脱酸素塔と、この脱酸素塔からの前記脱酸素水を貯める貯水タンクとを有した窒素置換式脱酸素装置であって、
   前記脱酸素塔の下部の、前記脱酸素水の供給部分が、この貯水タンクの水面下に水没するように形成されており、
   かつ、前記脱酸素水が下向きに流れる、前記脱酸素塔の下部の、前記貯水タンクに連通して形成される水面より下方に、前記窒素ガスを多数の小泡にして前記脱酸素塔内に供給する窒素ガス供給部を設けていることを特徴とする窒素置換式脱酸素装置。
2. 前記貯水タンクが、ボイラ側の要求に応じて、必要な量の脱酸素水をボイラ側に供給するための給水タンクであり、かつ、この貯水タンクと前記脱酸素塔とが一体となるように設けられていることを特徴とする請求項１記載の窒素置換式脱酸素装置
3. 上方側から供給されて下方に向かう処理水と、下方側から供給されて上方に向かう窒素ガスとを接触させて、下部から溶存酸素が除去された脱酸素水が取り出され、上部から酸素を含んだ窒素ガスが排出される脱酸素塔と、この脱酸素塔からの前記脱酸素水を貯める貯水タンクとを有した窒素置換式脱酸素装置であって、
   前記脱酸素塔を前記貯水タンクの側方に配置して、この脱酸素塔の下部の脱酸素水供給端部を、前記貯水タンクの水面より下方の側面側又は前記貯水タンクの底面側に接続しており、
   かつ、前記脱酸素水が下向きに流れる、前記脱酸素塔の下部の、前記貯水タンクに連通して形成される水面より下方に、前記窒素ガスを多数の小泡にして前記脱酸素塔内に供給する窒素ガス供給部を設けていることを特徴とする窒素置換式脱酸素装置。

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