JP2020070952A - ボイラ水処理装置および処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】原水又は前処理水のTOCが高濃度の場合でも安定して高品質の純水をボイラに給水することができるボイラ水処理装置及び処理方法を提供する。【解決手段】工水は、前処理装置1、純水タンク3を介してボイラ6へ供給される。ボイラ復水は、純水タンク3に返送される。純水タンク3内の純水の一部がRO装置18へ供給され、RO透過水が純水タンク3に返送される。RO濃縮水は、配管20を介して第1熱交換器8Bへ送水される。【選択図】図1
Description
本発明は、ボイラ給水用補給水(純水など)を蒸気ボイラへボイラ給水として供給して加熱することにより発生する蒸気を負荷装置において利用するとともに、蒸気が凝縮して得られる復水として貯水タンクへ返送して再利用するボイラにおけるボイラ給水の水処理装置及び方法に関する。
従来のボイラ給水処理は、特許文献1,2に記載される通り、原水を処理して純水を製造する前処理装置からの純水の全量を通常処理として処理することが前提となっている。
ボイラプラントでは、ボイラ水の水質を管理しており、特に、腐食防止の為、イオン交換樹脂にて処理した後の電気伝導度を管理しているが、原水にTOCが想定以上に含まれていた場合(例えばTOC200ppb以上)、または前処理の純水製造におけるイオン交換樹脂から有機物が過度に溶出した場合は、電気伝導度が管理値を超過してしまうことが懸念される(非特許文献1)。
平成14年版 ボイラー年鑑、「第9節 自家発電用ボイラにおける原水・補給水水質とボイラ水質への影響および対応策について」
本発明は、原水又は前処理水のTOCが高濃度の場合でも安定して高品質の純水をボイラに給水することができるボイラ水処理装置及び処理方法を提供することを目的とする。
本発明のボイラ水処理装置は、原水を処理して純水を製造する前処理装置と、該前処理装置からの純水をボイラへ供給する純水供給ラインとを有するボイラ水処理装置において、該純水供給ラインから純水の一部を取り出し部から取り出してTOC除去手段でTOC除去処理し、この処理水を該取り出し部又はそれよりも上流側の該純水供給ラインに戻すTOC除去ラインと、該ボイラからの排気蒸気が凝縮されて該ボイラから排出されたボイラ復水を前記純水(純水供給ライン)に返送するボイラ復水返送ラインとを備えたことを特徴とするものである。
本発明の一態様では、該取り出し部は、純水供給ラインの純水タンクに設けられる。また、本発明の一態様では、前記TOC除去手段は、RO装置を有するか、又はUV酸化装置及びイオン交換装置を有する。
本発明の一態様のボイラ水処理装置は、前記純水の取り出し部又はそれよりも上流側の前記純水供給ラインの純水のTOC濃度の測定手段と、該測定手段の測定値が所定値以上のときに前記TOC除去手段によるTOC除去を開始するか、又はTOC除去手段への純水供給量を増加させる純水供給量制御手段を備える。
本発明の一態様のボイラ水処理装置は、前記ボイラ復水返送ラインは、前記ボイラ復水を前記取り出し部又はそれよりも上流側の前記純水供給ラインに返送する。
本発明のボイラ水処理方法は、原水を前処理装置で処理して純水を製造し、該前処理装置からの純水を純水供給ラインを経由してボイラへ供給するボイラ水処理方法において、該純水供給ラインから純水の一部を取り出し部から取り出してTOC除去手段でTOC除去処理し、この処理水を該取り出し部又はそれよりも上流側の該純水供給ラインに戻し、該ボイラからの排気蒸気が凝縮されて該ボイラから排出されたボイラ復水を前記純水(純水供給ライン)に返送することを特徴とするものである。
本発明の一態様のボイラ水処理方法では、前記TOC除去手段は、RO装置を有するか、又はUV酸化装置及びイオン交換装置を有する。
本発明の一態様のボイラ水処理方法では、前記取り出し部又はそれよりも上流側の前記純水供給ラインの純水のTOC濃度を測定し、該測定値が所定値以上のときに前記TOC除去手段によるTOC除去を開始するか、又はTOC除去手段への純水供給量を増加させる。
本発明の一態様のボイラ水処理方法では、前記ボイラ復水を、前記取り出し部又はそれよりも上流側の前記純水供給ラインに返送する。
本発明では、前処理装置からの純水をボイラに供給する純水供給ライン(メインライン)にTOC除去手段を設けるのではなく、該純水供給ラインから分岐したTOC除去ライン(オフライン)にTOC除去手段を設けている。そのため、TOC除去手段を、純水供給ライン(メインライン)での純水供給制御とは別に制御することができる。
例えば、本発明では、原水のTOC負荷が低いときには、TOC除去運転を一時中断することができる。また、純水供給ラインが純水供給作動しているときでも、TOC除去手段のメンテナンスが可能である。
本発明では、返送されたボイラ復水に含まれるTOCも除去することができる。
本発明の一態様では、TOC除去ラインのRO濃縮水がボイラ復水の冷却水として使用される。
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
図1は、第1の実施の形態に係るボイラ水処理装置のフロー図である。原水としての工水(工業用水)は、前処理装置1で前処理されて純水となり、配管2を介して純水タンク3(取り出し部に相当)に導入される。純水タンク3内の純水は、ポンプ4を有する配管5を介してボイラ6へ供給される。この実施の形態では、純水供給ラインは、配管2、純水タンク3、ポンプ4及び配管5を有したものとなっている。ボイラ6で生じたボイラ蒸気は、第1熱交換器8B及び本冷却手段8Aを有する配管7よりなるボイラ復水返送ラインを介して、熱を利用されると共に凝縮してボイラ復水として純水タンク3に返送される。
純水タンク3内の純水の一部を取り出してTOC除去処理及び脱塩処理するために、TOC除去ラインが設けられている。即ち、純水タンク3内の純水が配管15、第2熱交換器16、ポンプ17を介してRO装置18へ供給され、RO透過水が配管19を介して純水タンク3に返送される。RO濃縮水は、配管20を介して前記第1熱交換器8Bへ送水され、ボイラ復水と熱交換した後、配管21を介して前処理装置1又はそれよりも上流側の原水配管や原水タンクへ返送されるか、又は系外へ排出される。
第2熱交換器16は、純水タンク3からRO装置18に供給される純水を加熱するためのものである。
第1熱交換器8Bは、純水タンク3に返送されるボイラ復水を冷却して降温させるためのものであり、その低温流体側には、前記RO装置18からの濃縮水が通水される。
このボイラ水処理装置にあっては、ポンプ17を必要時に稼働させて、純水タンク3内の純水をRO装置18によってRO処理することにより、純水タンク3内の純水の水質を所定範囲に維持することができる。
また、RO装置18へ供給される純水を第2熱交換器16で加熱することにより、RO処理効率を高くすることができる。また、温度の高いRO透過水が純水タンク3に流入することにより、純水タンク3内の水温が高くなる。
なお、図1では、配管15は取り出し部として純水タンク3に接続されているが、配管15は純水タンク3の下流側の配管5に接続されてもよい。この場合は分岐点が取り出し部となる。また、図1において、第1熱交換器8Bを省略し、予備冷却を行わず本冷却手段8Aのみでボイラ復水を所定温度まで冷却するようにすることも可能である。
図2は、第2の実施の形態に係るボイラ水処理装置のフロー図であり、純水タンク3内の純水の水質維持用のTOC除去装置として、RO装置18の代わりにUV(紫外線)酸化装置25とイオン交換装置26とが設置されている。イオン交換樹脂としては、アニオン交換樹脂又は混床樹脂を用いることが好ましい。UV酸化装置(例えば、低圧UV酸化装置)25では、UVを被処理水(純水タンク3からの純水)に照射して有機物を有機酸さらにはCO2まで分解する。分解により生じた有機酸、CO2等は、後段のイオン交換装置26で除去される。イオン交換装置26を通過した有機物濃度の低い純水が配管19から純水タンク3に返送される。
この実施の形態では、RO装置18は設けられていないので、RO濃縮水を第1熱交換器8Bへ供給するための配管20,21は設置されていない。よって、第1熱交換器8Bの低温流体側には系外から導入した冷却水が通水される。その他の構成は図1と同一であり、同一符号は同一部分を示している。また、図2において、第1熱交換器8Bを省略し、予備冷却を行わず本冷却手段8Aのみでボイラ復水を所定温度まで冷却するようにすることも可能である。
図1,2は本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態とされてもよい。
図1,2のボイラ水処理装置の構成機器の好適例、機能等について以下に説明する。
(1) 前処理装置1
前処理装置1は、例えば、工業用水(市水、地下水など)等の原水に対して、凝集処理、固液分離(沈殿分離や加圧浮上分離など)、二層濾過を順次行った後に脱塩処理(カチオン交換樹脂塔、脱炭酸塔、アニオン交換樹脂塔、混床樹脂塔、電気脱塩装置などによる処理)を行うことにより、純水を製造する。
前処理装置1は、例えば、工業用水(市水、地下水など)等の原水に対して、凝集処理、固液分離(沈殿分離や加圧浮上分離など)、二層濾過を順次行った後に脱塩処理(カチオン交換樹脂塔、脱炭酸塔、アニオン交換樹脂塔、混床樹脂塔、電気脱塩装置などによる処理)を行うことにより、純水を製造する。
(2) 純水タンク3
純水タンク3では、前処理により製造された純水が貯留され、水質や水量の調整が行われる。
純水タンク3では、前処理により製造された純水が貯留され、水質や水量の調整が行われる。
(3) TOC除去手段
工業用水等の原水に含まれるTOC濃度が高い場合は、前処理によってTOC濃度を所定以下(例えば100ppb未満)まで低減することが困難となる場合がある。TOC濃度が100ppb以上になるとボイラへの負担が大きくなり将来的に故障が生じる懸念がある。また、季節や気候などにより水温が変動する(例えば5〜35℃)。水温が15℃以下になると発電用ボイラへの負担が大きくなり燃料使用量が多くなってしまう。
工業用水等の原水に含まれるTOC濃度が高い場合は、前処理によってTOC濃度を所定以下(例えば100ppb未満)まで低減することが困難となる場合がある。TOC濃度が100ppb以上になるとボイラへの負担が大きくなり将来的に故障が生じる懸念がある。また、季節や気候などにより水温が変動する(例えば5〜35℃)。水温が15℃以下になると発電用ボイラへの負担が大きくなり燃料使用量が多くなってしまう。
そのため、純水タンク3内の純水のTOCが常に所定値以下(例えば100ppb以下)に維持されるように、純水供給ラインを構成する純水タンク3から分取した純水をRO装置18、又はUV酸化装置25及びイオン交換装置26よりなるTOC除去手段でTOC除去処理を行う。TOC除去手段として物理化学的手段を用いることにより、処理水に不純物が残留することを抑制できる。TOC除去手段を、純水供給ラインから分岐したTOC除去ラインに設置することにより、例えば膜逆洗に伴う通水停止に影響されないなど、純水供給ラインと異なる制御やメンテナンスが可能となる。また、既設のボイラ給水装置に追加工事でTOC除去手段を容易に設置することができる。
なお、TOC除去手段でTOC除去処理する純水の取り出し部(図1,2では純水タンク3)又はそれよりも上流側の純水供給ライン(図1,2では配管2)の純水のTOC濃度を測定するTOC濃度測定手段を設け、このTOC濃度測定手段の測定値が所定値以上のときに、TOC除去手段によるTOC除去処理を開始するようにしてもよい。この場合、例えば、TOC濃度測定手段とポンプ17とを連動させて、TOC濃度測定手段の測定値が所定値以上になったら、ポンプ17を作動させて、TOC除去手段に水を供給してTOC除去処理するようにしてもよいし、配管15に開閉弁を設け、この開閉弁をTOC濃度測定手段と連動させて、TOC濃度測定手段の測定値が所定値以上のときに開閉弁を開としてTOC除去手段に純水を供給してTOC除去処理するようにしてもよい。この場合において、TOC濃度測定手段の測定値が所定値よりも低くなった場合には、ポンプ17を停止するか開閉弁を閉としてTOC除去手段への純水の供給を停止することができる。
このように、TOC濃度測定手段の測定値に基づいて、TOC除去手段への純水の供給の有無を制御する他、TOC除去手段への純水の供給量を制御することもできる。例えば、TOC濃度測定手段とポンプ17とを連動させて、TOC濃度測定手段の測定値が所定値以上になったら、ポンプ17の回転数を上げて、TOC除去手段への純水供給量を増加させ、TOC除去処理する純水量を増やしてもよいし、配管15に流量調整弁を設け、この流量調整弁をTOC濃度測定手段と連動させて、TOC濃度測定手段の測定値が所定値以上になったら、流量調整弁の開度を大きくしてTOC除去手段への純水供給量を増加させ、TOC除去処理する純水量を増やしてもよい。この場合において、TOC濃度測定手段の測定値が所定値より低くなった場合には、ポンプ17の回転数を下げるか流量調整弁の開度を小さくしてTOC除去手段への純水供給量を少なくすることができる。
このように、TOC濃度測定手段の測定値に基づいて、TOC除去手段への純水の供給の有無や供給量を制御することにより、必要量の純水をTOC除去手段で処理することができ、純水のTOC除去処理に係るコストを低減することができる。
このようなTOC除去手段への純水の供給の有無又は供給量の増減の制御は、TOC濃度測定手段のTOC濃度の測定値が入力され、この測定値に基づいてポンプ又は弁への制御信号を出力する制御装置により、自動制御で行うことができる。
(4) ボイラ6としては、高圧ボイラ、中圧ボイラ、低圧ボイラなど各種のものを用いることができる。
(5)ボイラ復水返送ライン
ボイラ蒸気の凝縮水は一般には高温であり(例えば70〜97℃)、ボイラからボイラ復水として排出された後に本冷却手段8A(密閉冷却塔、熱交換器など)により20〜40℃程度に冷却された上で、純水タンク3に返送される。
ボイラ復水を純水タンク3に返送すると、返送されたボイラ復水も、純水タンク3から前処理により製造された純水と共にTOC除去手段で処理されるため、ボイラ復水の循環再利用による系内の水の純度の低下を防止することができる。
ボイラ蒸気の凝縮水は一般には高温であり(例えば70〜97℃)、ボイラからボイラ復水として排出された後に本冷却手段8A(密閉冷却塔、熱交換器など)により20〜40℃程度に冷却された上で、純水タンク3に返送される。
ボイラ復水を純水タンク3に返送すると、返送されたボイラ復水も、純水タンク3から前処理により製造された純水と共にTOC除去手段で処理されるため、ボイラ復水の循環再利用による系内の水の純度の低下を防止することができる。
(6) 第1熱交換器8B
図1のように、TOC除去手段としてRO装置18を用いる場合、常温程度(5〜35℃)のRO濃縮水が排出されるので、このRO濃縮水を本冷却手段8Aの前段に設けられた第1熱交換器8Bに通水してボイラ復水と熱交換してボイラ復水を50〜70℃程度に予備冷却する。これにより、ボイラ復水返送ラインに設けられた本冷却手段8Aの負荷を軽減することができる。
図1のように、TOC除去手段としてRO装置18を用いる場合、常温程度(5〜35℃)のRO濃縮水が排出されるので、このRO濃縮水を本冷却手段8Aの前段に設けられた第1熱交換器8Bに通水してボイラ復水と熱交換してボイラ復水を50〜70℃程度に予備冷却する。これにより、ボイラ復水返送ラインに設けられた本冷却手段8Aの負荷を軽減することができる。
(7) 第2熱交換器16
純水タンク3の水温が所定値以下(例えば15℃以下)に低下しやすい場合は、TOC除去手段の給水を第2熱交換器16にて温水と熱交換して加温する。これにより、TOC除去手段で効率的にTOC除去することが可能である。また、これによって純水タンク3の水温が例えば20〜35℃に維持されるようにすれば、ボイラ6の負担を軽減することができる。
純水タンク3の水温が所定値以下(例えば15℃以下)に低下しやすい場合は、TOC除去手段の給水を第2熱交換器16にて温水と熱交換して加温する。これにより、TOC除去手段で効率的にTOC除去することが可能である。また、これによって純水タンク3の水温が例えば20〜35℃に維持されるようにすれば、ボイラ6の負担を軽減することができる。
なお、純水供給ライン(配管2、純水タンク3、配管5等)や、TOC除去ライン(配管15,19等)中の水温を測定し、測定値が所定値以下にまで低温になったときに、第2熱交換器16に温水を供給するように弁を切り替えて本機構による昇温を行うように制御してもよい。また、水温測定値に基づいて第2熱交換器16への供給流量を調整するように流量制御しても構わない。これによりボイラ給水の水温が所定範囲に維持され、ボイラへの負荷が一定範囲内に維持されるので好ましい。
[実施例1]
千葉県工業用水(TOC濃度2〜3ppm;水温10℃)を図1のボイラ水処理装置によって処理し、ボイラ6に給水すると共に、ボイラ復水回収を行った。前処理装置1では、凝集処理、加圧浮上分離、二層濾過、2床3塔型イオン交換(陽イオン交換、脱炭酸、陰イオン交換)を行って純水を製造した。主な条件を下記及び表1に示す。また、結果を表1に示す。
千葉県工業用水(TOC濃度2〜3ppm;水温10℃)を図1のボイラ水処理装置によって処理し、ボイラ6に給水すると共に、ボイラ復水回収を行った。前処理装置1では、凝集処理、加圧浮上分離、二層濾過、2床3塔型イオン交換(陽イオン交換、脱炭酸、陰イオン交換)を行って純水を製造した。主な条件を下記及び表1に示す。また、結果を表1に示す。
工水の平均供給量(配管2平均流量):35m3/hr
純水タンク3容積:400m3
IPP発電ボイラへの平均給水量(配管5平均流量):35m3/hr
ボイラ復水平均流量(配管7平均流量):10〜12m3/hr
RO装置18平均給水量(配管15平均流量):34m3/hr
RO装置18平均透過水量(配管19平均流量):30m3/hr
第1熱交換器8B給水平均流量:10〜12m3/hr
本冷却手段8A給水平均流量:10〜12m3/hr
第2熱交換器16給水平均流量:34m3/hr
純水タンク3容積:400m3
IPP発電ボイラへの平均給水量(配管5平均流量):35m3/hr
ボイラ復水平均流量(配管7平均流量):10〜12m3/hr
RO装置18平均給水量(配管15平均流量):34m3/hr
RO装置18平均透過水量(配管19平均流量):30m3/hr
第1熱交換器8B給水平均流量:10〜12m3/hr
本冷却手段8A給水平均流量:10〜12m3/hr
第2熱交換器16給水平均流量:34m3/hr
[実施例2]
ボイラ水処理装置を図2のボイラ水処理装置としたこと以外は実施例1と同一条件で運転を行った。結果を表1に示す。
ボイラ水処理装置を図2のボイラ水処理装置としたこと以外は実施例1と同一条件で運転を行った。結果を表1に示す。
[実施例3]
実施例1において、第2熱交換器16を省略し、RO装置18の給水の予備加熱を行わなかったこと以外は実施例1と同一条件で運転を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、第2熱交換器16を省略し、RO装置18の給水の予備加熱を行わなかったこと以外は実施例1と同一条件で運転を行った。結果を表1に示す。
[実施例4]
実施例1において、配管20,21、第1熱交換器8Bを省略し、RO濃縮水によるボイラ復水の予備冷却を行わなかったこと以外は実施例1と同一条件で運転を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、配管20,21、第1熱交換器8Bを省略し、RO濃縮水によるボイラ復水の予備冷却を行わなかったこと以外は実施例1と同一条件で運転を行った。結果を表1に示す。
[比較例1]
実施例1において、TOC除去用の配管15、第2熱交換器16、ポンプ17、RO装置18、配管19と、配管20,21及び第1熱交換器8Bを省略し、図3のフローとしたこと以外は実施例1と同一条件で運転を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、TOC除去用の配管15、第2熱交換器16、ポンプ17、RO装置18、配管19と、配管20,21及び第1熱交換器8Bを省略し、図3のフローとしたこと以外は実施例1と同一条件で運転を行った。結果を表1に示す。
表1の通り、実施例1〜4は、比較例1に比べてボイラ給水のTOC濃度が低く、ボイラへの負荷が低減されることが認められた。また、TOC除去ラインの予備加熱を行わなかった実施例3よりも、それを行った実施例1,4の方が同じRO装置におけるTOC除去率が高く、また、予備加熱を行った実施例1,2,4の方が後段のボイラへの負荷が低減されることが認められた。
同様にボイラ復水の予備冷却を行わなかった実施例4よりも、それを行った実施例1〜3の方が、後段の本冷却手段への負荷が低減されることが認められた。
同様にボイラ復水の予備冷却を行わなかった実施例4よりも、それを行った実施例1〜3の方が、後段の本冷却手段への負荷が低減されることが認められた。
1 前処理装置
3 純水タンク
6 ボイラ
8A 本冷却手段
8B 第1熱交換器
16 第2熱交換器
18 RO装置
25 UV酸化装置
26 イオン交換装置
3 純水タンク
6 ボイラ
8A 本冷却手段
8B 第1熱交換器
16 第2熱交換器
18 RO装置
25 UV酸化装置
26 イオン交換装置
Claims (8)
- 原水を処理して純水を製造する前処理装置と、
該前処理装置からの純水をボイラへ供給する純水供給ラインと
を有するボイラ水処理装置において、
該純水供給ラインから純水の一部を取り出し部から取り出してTOC除去手段でTOC除去処理し、この処理水を該取り出し部又はそれよりも上流側の該純水供給ラインに戻すTOC除去ラインと、
該ボイラからの排気蒸気が凝縮されて該ボイラから排出されたボイラ復水を前記純水に返送するボイラ復水返送ラインと
を備えたことを特徴とするボイラ水処理装置。 - 請求項1において、前記TOC除去手段は、RO装置を有するか、又はUV酸化装置及びイオン交換装置を有することを特徴とするボイラ水処理装置。
- 請求項1又は2において、前記取り出し部又はそれよりも上流側の前記純水供給ラインの純水のTOC濃度の測定手段と、
該測定手段の測定値が所定値以上のときに前記TOC除去手段によるTOC除去を開始するか、又はTOC除去手段への純水供給量を増加させる純水供給量制御手段を備えたことを特徴とするボイラ水処理装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項において、前記ボイラ復水返送ラインは、前記ボイラ復水を、前記取り出し部又はそれよりも上流側の前記純水供給ラインに返送することを特徴とするボイラ水処理装置。
- 原水を前処理装置で処理して純水を製造し、
該前処理装置からの純水を純水供給ラインを経由してボイラへ供給するボイラ水処理方法において、
該純水供給ラインから純水の一部を取り出し部から取り出してTOC除去手段でTOC除去処理し、この処理水を該取り出し部又はそれよりも上流側の該純水供給ラインに戻し、
該ボイラからの排気蒸気が凝縮されて該ボイラから排出されたボイラ復水を該純水に返送することを特徴とするボイラ水処理方法。 - 請求項5において、前記TOC除去手段は、RO装置を有するか、又はUV酸化装置及びイオン交換装置を有することを特徴とするボイラ水処理方法。
- 請求項5又は6において、前記取り出し部又はそれよりも上流側の前記純水供給ラインの純水のTOC濃度を測定し、該測定値が所定値以上のときに前記TOC除去手段によるTOC除去を開始するか、又はTOC除去手段への純水供給量を増加させることを特徴とするボイラ水処理方法。
- 請求項5〜7のいずれか1項において、前記ボイラ復水を、前記取り出し部又はそれよりも上流側の前記純水供給ラインに返送することを特徴とするボイラ水処理方法。
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JP7497650B2 (ja) | 2020-08-26 | 2024-06-11 | 栗田工業株式会社 | ボイラ水処理装置および処理方法 |
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