JP2017159212A

JP2017159212A - ボイラ給水用純水の製造方法

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Publication number: JP2017159212A
Application number: JP2016044570A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　伸; Shin Sato; 伸佐藤; 康晴港; Yasuharu Minato
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2017-09-14

Abstract

【課題】ボイラに給水後の缶水のｐＨの安定化が可能なボイラ給水用純水の製造方法を提供する。【解決手段】被処理水Ｗを第一の流路１１を経由してカチオン交換樹脂塔２の上部から供給し、被処理水Ｗ中のカチオンを交換吸着させる。ここで得られるカチオン処理水Ｗ１を第二の流路１２から脱炭酸塔３の上部に供給し、塔上部から散水を行うことにより、カチオン処理水Ｗ１中の炭酸を除去する。続いて、脱炭酸水Ｗ２を第三の流路１３からアニオン交換樹脂塔４の上部に供給し、脱炭酸水Ｗ２中のアニオンを交換吸着してボイラ給水用純水Ｗ３を得る。このときアニオン交換樹脂として、ＴＯＣ溶出量が５０ｐｐｂ以下、好ましくは３０ｐｐｂ以下となるようにあらかじめコンディショニング（洗浄）を施したものを使用する。【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラ給水用の純水製造方法に関し、特にボイラに給水後の缶水のｐＨの安定化が可能なボイラ給水用純水の製造方法に関する。

５ＭＰａ以上の高圧の蒸気を発生させるボイラを備えた、例えば発電用のボイラシステムでは、ｐＨ調整剤や脱酸素剤として揮発性物質が用いられる場合が多く、ボイラ給水中の溶存酸素は、脱気器の使用とともに、この脱気器入口側もしくは脱気器出口直近の給水ラインに揮発性脱酸素剤を注入することよって除去されている。このことにより、このボイラシステムの給水ラインにおいて、溶存酸素に起因した腐食が防止されるとともに、蒸気中に含まれる酸素の減少に基づいて、復水ラインにおいても、溶存酸素に起因した腐食が防止される。

また、このボイラシステムにおけるボイラ給水等のｐＨは、アンモニアやアミン等の揮発性ｐＨ調整剤を給水ラインに注入することによって制御される。例えば、このボイラシステムのボイラが水管ボイラの場合、給水ライン中の給水加熱器に銅系材料が使用されていると、銅系材料はｐＨが高すぎると腐食を生じやすいため、ボイラ給水のｐＨは８.５〜９．４に調整され、給水加熱器に銅系材料が使用されていない（鋼材のみ使用）と、ボイラ給水のｐＨは９．３〜９．７に調整される。これにより、ボイラシステムの給水ラインや復水ラインにおいて、ｐＨに起因した腐食が防止されている。

このようなボイラの給水としては、ボイラの腐食やスケーリングを防止するために純水が用いられている。このボイラ給水用純水の製造装置としては、例えばカチオン交換樹脂塔と脱炭酸塔とアニオン交換樹脂塔とからなる２床３塔型の純水製造装置が用いられ、被抵抗値１０ＭΩ・ｃｍ以上の純水が製造され、揮発性アミンなどのｐＨ調整剤を加えてｐＨ９．０程度に調整してボイラ缶水に補給される。

しかしながら、このような２床３塔型などの純水製造装置で製造した純水に対して揮発性アミンなどのｐＨ調整剤を加えてｐＨ９．０程度に調整してボイラ缶水に補給したとしても、ｐＨ７．５程度にまで低下してしまい、ボイラを停止しなければならなくなることがあることがわかった。そこで、ボイラ缶水の水量の低下時には、ボイラでの清缶剤の濃度を上げたり、ボイラのブロー率を上げたりすることで対処することが可能であるが、コストがかり、さらにｐＨ変動時にどの程度清缶剤の濃度を上げたり、ボイラのブロー率を上げたりするかの設定が困難である、という問題点がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ボイラに給水後の缶水のｐＨの安定化が可能なボイラ給水用純水の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的に鑑み、本発明はカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂を有する純水製造装置により被処理水を処理してボイラ給水用純水を得るボイラ給水用純水の製造方法であって、前記アニオン交換樹脂として、ＴＯＣ溶出量が５０ｐｐｂ以下となるようにあらかじめ洗浄したものを用いるボイラ給水用純水の製造方法を提供する（発明１）。

２床３塔型などの純水製造装置で製造した純水をボイラ缶水に補給した場合に缶水のｐＨが低下してしまう要因について検討した結果、イオン交換樹脂を交換したときに特に起こりやすいことがわかった。これはイオン交換樹脂の銘柄を変更したときに限らず、特にアニオン交換樹脂の交換と関係があることがわかった。そこで、このアニオン交換樹脂の交換によりｐＨが低下する原因について精査したところ、アニオン交換樹脂から微量に溶出する有機物には有機塩素化合物も含まれており、これがボイラで加熱分解して有機酸や塩酸などの酸成分となり、このような純水を補給する缶水は、それ自身ある程度清浄でイオン成分をほとんど含んでいないので、微量の酸成分の存在により大きくｐＨが低下するためであることがわかった。さらに、アニオン交換樹脂を交換時に発生しやすい理由は、新品のアニオン交換樹脂に必ず含まれる未重合成分の中に有機塩素化合物が含まれているためであり、アニオン交換樹脂としてあらかじめ所定の清浄度まで洗浄したものを用いてやることで、２床３塔型などの純水製造装置で製造した純水をボイラ缶水に補給してもｐＨを安定化させることができることがわかった。これらに基づき、ボイラに給水後の缶水のｐＨの安定化が可能な本発明（発明１）に想到した。

上記発明（発明１）においては、前記純水製造装置が、カチオン交換樹脂塔と脱炭酸装置とアニオン交換樹脂塔とからなるのが好ましい（発明２）。

かかる発明（発明２）によれば、まずカチオン交換樹脂塔で被処理水中のカチオン成分を除去し、次に脱炭酸装置で処理することにより溶存する炭酸ガスを除去するとともにｐＨを上昇させる。そして、アニオン交換樹脂塔でアニオン成分を除去することにより、ｐＨを安定化して純水を製造することができる。

本発明によれば、アニオン交換樹脂として、ＴＯＣ溶出量が５０ｐｐｂ以下となるようにあらかじめ洗浄したものを用いてボイラ給水用純水を製造しているので、新品のアニオン交換樹脂に必ず含まれる未重合成分の中の有機塩素化合物をあらかじめ所定の清浄度まで除去することで２床３塔型などの純水製造装置で製造した純水をボイラ缶水に補給してもｐＨを安定化させることができる。

本発明の一実施形態によるボイラ給水用純水の製造方法を実施可能な純水製造装置を示すフロー図である。

以下、本発明の一実施形態によるボイラ給水用純水の製造方法について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態によるボイラ給水用純水の製造方法を適用可能な純水製造装置を示すフロー図であり、図１において１はいわゆる２床３塔式のボイラ給水用純水製造装置であり、ゲル型カチオン交換樹脂が充填されたカチオン交換樹脂塔２と、脱炭酸装置としての脱炭酸塔３と、ゲル型アニオン交換樹脂が充填されたアニオン交換樹脂塔４とからなる。

カチオン交換樹脂塔２は被処理水Ｗが導入される第一の流路１１が上部に接続しており、下部に設けられた第二の流路１２からカチオン処理水Ｗ１を取り出す下向流通水方式となっている。脱炭酸塔３はカチオン交換樹脂塔２と第二の流路１２を介して該脱炭酸塔３の上部で連通しており、上部から下部に向けて散水を行う方式となっている。また、アニオン交換樹脂塔４は脱炭酸塔３と第三の流路１３を介して該アニオン交換樹脂塔４の上部で連通しており、下部に設けられた第四の流路１４からボイラ給水用純水Ｗ３を取り出す下向流通水方式となっている。

上述したような構成の装置において、カチオン交換樹脂塔２に充填するカチオン交換樹脂としては、カチオン交換基としてスルホン基を付けた強酸性カチオン交換樹脂、カルボン酸基を付けた弱酸性カチオン交換樹脂いずれも使用可能であり、ＰＳＡの溶出が少ない点でゲル型樹脂を用いるのが好ましい。また、上記のカチオン交換樹脂はジビニルベンゼンが架橋剤となって、鎖状構造が架橋されて網目構造の樹脂が形成されている。ジビニルベンゼンが多いほど鎖の分岐が多く、密な構造になり、ジビニルベンゼンが少ないと分枝の少ない網目の大きい樹脂が得られる。通常の水処理に使用する樹脂は架橋度が８％程度で標準架橋樹脂を用いることができる。また、架橋度９％以上の高架橋度樹脂を用いてもよい。

また、アニオン交換樹脂塔４に充填するアニオン交換樹脂としては、ＰＳＡの溶出が少ない点でゲル型樹脂を用いる。スチレン−ジビニルベンゼン共重合体などを母体としたスチレン骨格にトリメチルアンモニウム基やジメチルエタノールアンモニウム基などの四級アンモニウム基を持つ強塩基性アニオン交換樹脂、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体などを母体としたスチレン骨格にまたはポリアクリル酸エステル骨格に、一〜三級アミノ基を官能基として持つ弱塩基性アニオン交換樹脂陰イオン交換樹脂のいずれも用いることができるが、強塩基性アニオン交換樹脂を好適に用いることができる。アニオン交換樹脂の交換基は、ＯＨ形であるのが好ましい。

本実施形態においては、上述したようなアニオン交換樹脂は、ＴＯＣ溶出量が５０ｐｐｂ以下、好ましくは３０ｐｐｂ以下、特に２０ｐｐｂ以下となるようにあらかじめコンディショニング（洗浄）を施したものである。アニオン交換樹脂のＴＯＣ溶出量が５０ｐｐｂを超えると、比抵抗値が１０ＭΩ・ｃｍ以上の純水を製造した場合であっても微量に有機塩素化合物が含まれることになり、この有機塩素化合物に起因してボイラ缶水のｐＨの低下を招きやすい。なお、本明細書中において、ＴＯＣ溶出量とは２Ｌのイオン交換樹脂量に対し、ＳＶ２０Ｌ／ｈで超純水を１２０分通水した後のＴＯＣ濃度をＴＯＣ計（アナテルＡ−１０００）で測定したときのＴＯＣの溶出量（増加量）をいう。

このコンディショニングは、例えば以下のような手順で行うことができる。すなわち、まずアルカリ剤の濃度が２質量％以上のアルカリ溶液を調製し、このアルカリ溶液を１時間当たり２〜６Ｌ／Ｌ−樹脂の通液速度で、アニオン交換樹脂の体積の１倍量以上の量をアニオン交換樹脂に通液することでアルカリ処理を行い、その後アニオン交換樹脂の体積の１倍量以上の超純水をアニオン交換樹脂に通水してアルカリ溶液を押し出す。続いて１時間当たり２〜６Ｌ／Ｌ−樹脂の通水速度で、アニオン交換樹脂の体積の５倍量以上の５０〜１００℃の温超純水をアニオン交換樹脂に通水して温水洗浄を行う。そして、アニオン交換樹脂の体積の１倍量以上、好ましくは５倍量以上、特に１０倍量以上の超純水をアニオン交換樹脂に通水して仕上げればよい。

次に上述したような構成を有するボイラ給水用純水の純水製造装置を用いた本実施形態のボイラ給水用純水の製造方法について説明する。まず、被処理水Ｗを第一の流路１１を経由してカチオン交換樹脂塔２の上部から供給する。このように被処理水Ｗをカチオン交換樹脂塔２に充填されたゲル型カチオン交換樹脂床を下向流で通過させることにより被処理水Ｗ中のカチオンを交換吸着させ、カチオン処理水Ｗ１とする。このときカチオン処理水Ｗ１のｐＨは被処理水Ｗの初期ｐＨよりも低下する。

ここで得られるカチオン処理水Ｗ１を第二の流路１２から脱炭酸塔３の上部に供給し、塔上部から散水を行う。このときカチオン処理水Ｗ１のｐＨは被処理水Ｗの初期ｐＨよりも低下しているので、カチオン処理水Ｗ１中の炭酸を効率よく除去して脱炭酸水Ｗ２とすることができる。

続いて、この脱炭酸水Ｗ２を第三の流路１３からアニオン交換樹脂塔４の上部に供給し、アニオン交換樹脂塔４に充填されたゲル型アニオン交換樹脂床を下向流で通過させることによりアニオンが交換吸着され、被処理水Ｗの初期ｐＨ程度にまでｐＨが上昇してボイラ給水用純水Ｗ３を得ることができる。このとき通常のアニオン交換樹脂であれば有機塩素化合物が溶出しやすく、この有機塩素化合物が有機酸となることでボイラ缶水のｐＨの低下をきたしやすいが、本実施形態においては、アニオン交換樹脂としてＴＯＣ溶出量が５０ｐｐｂ以下、好ましくは３０ｐｐｂ以下となるようにあらかじめコンディショニング（洗浄）を施したものを使用しているので、有機塩素化合物の溶出がほとんどない。

上述したようなボイラ給水用純水の製造工程における通水の条件は、通常の２床３塔型の純水製造装置による処理と同様とすることができる。通水速度は被処理水Ｗの清浄度やボイラ給水の要求水質等により異なるが、一般的には５〜１００Ｌ／Ｌ−Ｒｅｓｉｎ／ｈ、特に５〜５０Ｌ／Ｌ−Ｒｅｓｉｎ／ｈとすればよい。

このような処理を施すことにより、比抵抗値が１０ＭΩ・ｃｍ以上のボイラ給水用純水Ｗ３を得ることができる。そしてこのボイラ給水用純水Ｗ３に対してｐＨ調整剤を添加してボイラ給水用純水Ｗ３をｐＨ９．０程度に調整し、ｐＨ８．５〜１０.０程度のボイラ缶水の給水とすることにより、ボイラ運転後も缶水をｐＨ８．５〜１０.０、特にｐＨ９．０程度に維持することができる。なお、ｐＨ調整剤としては、ＮａＯＨやＫＯＨ、リン酸ナトリウムやリン酸カリウム等の固形物質や揮発性アミンやアンモニア等の揮発性物質を用いることができるが、特に揮発性アミンやアンモニア等の揮発性物質が好ましい。

このような本実施形態のボイラ給水用純水の製造方法によれば、ボイラ缶水のｐＨが安定化するので、添加する薬品量を削減することができ、ブロー率の低下や運転停止等のトラブルをなくすことができる。

以上、本発明について前記実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれに限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば、カチオン交換樹脂塔２は、強酸性カチオン交換樹脂と弱酸性カチオン交換樹脂の混床としてもよいし、場合によっては強酸性カチオン交換樹脂の後段に強塩基性アニオン交換樹脂を配置した混床としてもよい。また、アニオン交換樹脂塔４は、強塩基性アニオン交換樹脂と弱塩基性アニオン交換樹脂の混床としてもよい。さらに、脱炭酸装置は、本実施形態のように脱炭酸塔３である必要はなく、脱気膜などを用いることもできる。さらに、ボイラ給水用純水製造装置１としては、コンディショニングしたアニオン交換樹脂を用いていればよく、２床３塔の純水製造装置に限らない。

以下、比較例及び実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

〔実施例１〕
図１に示す２床３塔式純水装置において、カチオン交換樹脂塔２にゲル型カチオン交換樹脂（栗田工業（株）製ＵＰＫ−１１）を充填し、アニオン交換樹脂塔４にゲル型アニオン交換樹脂（栗田工業（株）製ＵＰＡ１１）を充填した。なお、このゲル型アニオン交換樹脂は、ＴＯＣの溶出量が２０ｐｐｂ以下となるようにあらかじめコンディショニングを施したものである。

四日市市の工業用水をこの２床３塔式純水装置で処理してボイラ給水用純水Ｗ３を製造した。このボイラ給水用純水Ｗ３にｐＨ調整剤を添加してｐＨ９．０に調整しボイラ給水とした。このボイラ給水をボイラ缶水（ｐＨ９．０）に添加してボイラを運転した後、このボイラ缶水のｐＨを測定したところｐＨ約９で安定していた。

〔比較例１〕
実施例１において、コンディショニングを施さなかった以外同じゲル型アニオン交換樹脂（ＴＯＣ溶出量４８０ｐｐｂ）を用いて２床３塔式純水装置を構成し、ボイラ給水用純水Ｗ３を製造した。このボイラ給水用純水Ｗ３にｐＨ調整剤を添加してｐＨ９．０に調整しボイラ給水とした。このボイラ給水をボイラ缶水（ｐＨ９．０）に添加してボイラを運転した後、このボイラ缶水のｐＨを測定したところｐＨ７．５にまで低下していた。

１…ボイラ給水用純水製造装置（２床３塔式純水製造装置）
２…カチオン交換樹脂塔
３…脱炭酸塔
４…アニオン交換樹脂塔
Ｗ…被処理水
Ｗ１…カチオン処理水
Ｗ２…脱炭酸水
Ｗ３…ボイラ給水用純水

Claims

カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂を有する純水製造装置により被処理水を処理してボイラ給水用純水を得るボイラ給水用純水の製造方法であって、
前記アニオン交換樹脂として、ＴＯＣ溶出量が５０ｐｐｂ以下となるようにあらかじめ洗浄したものを用いるボイラ給水用純水の製造方法。
前記純水製造装置が、カチオン交換樹脂塔と脱炭酸装置とアニオン交換樹脂塔とからなる請求項１に記載のボイラ給水用純水の製造方法。