JP4165273B2 - ボイラシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラの伝熱管を形成する非不動態化金属体に生じる腐食を抑制するボイラシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
日本工業規格（ＪＩＳ）に規定された特殊循環ボイラの範疇に属する貫流ボイラは、給水を加熱して蒸気を発生させるための伝熱管を備えている。このような伝熱管は、炭素鋼等の非不動態化金属を用いて形成されているため、ボイラ水と接触する部位がボイラ水の影響による腐食のために破損し、貫流ボイラの寿命に致命的な影響を及ぼす場合がある。このため、貫流ボイラを長期間安定に運転するためには、伝熱管の腐食を効果的に抑制する必要がある。
【０００３】
ところで、伝熱管に生じる上述のような腐食は、例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３に記載されているように、ボイラに対して供給する給水中に薬剤を添加することにより抑制している。しかし、給水中に添加された薬剤は、一部が蒸気中に取り込まれる可能性がある。この場合、当該蒸気は、例えば食品の調理や加工の用途において、衛生上の観点から、そのまま利用するのは困難になる。また、ボイラの濃縮水を排水する場合、当該濃縮水は、ｐＨが高くなっているとともに、給水に添加された薬剤を含んでいるので、ｐＨ調整とともに、薬剤を除去するための特別な処理を施さない限り、そのまま下水等に排出すると環境汚染を引き起こす可能性がある。
【０００４】
また、特許文献４に記載されているように、薬剤を使用しないで、逆浸透膜を用いて非不動態化金属の腐食促進成分を除去することも提案されている。こうした膜を用いる場合、原水のシリカ濃度が高いと膜にスケールが沈着し、膜による除去性能が低下することが分かった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４−２３２２８６号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平４−２８３２９９号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平６−１５８３６６号公報
【０００８】
【特許文献３】
実公平６−３２２３９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、できるだけ薬剤を使用せず、ボイラから排出される濃縮水を有効利用することにより、環境汚染を減少または防止し、しかもシリカスケールによる膜性能の低下を低減することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
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に記載の発明は、硬度成分，硫酸イオン，塩化物イオン，炭酸水素イオンおよびシリカを含む原水を処理してボイラへ供給するボイラシステムであって、原水中に含まれる硬度成分をナトリウムイオンに置換し、炭酸水素ナトリウム，硫酸イオン，塩化物イオンおよびシリカを含む水を得る軟水化装置と、この軟水化装置により処理された水を前記ボイラの伝熱管を形成する非不動態化金属体の腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンを捕捉可能な逆浸透膜によりろ過し、炭酸水素ナトリウムを含む水を得るろ過装置と、このろ過装置により処理され、炭酸水素ナトリウムを含む水を前記ボイラへ供給する給水装置と、前記ボイラから排出され、前記ボイラの缶体内で炭酸水素ナトリウムが分解して生成した炭酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウムを含む濃縮水を前記ろ過装置の上流側の原水へ戻す濃縮水戻し路とを備えている。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、硬度成分，硫酸イオン，塩化物イオン，炭酸水素イオンおよびシリカを含む原水を処理してボイラへ供給するボイラシステムであって、原水中に含まれる硬度成分をナトリウムイオンに置換し、炭酸水素ナトリウム，硫酸イオン，塩化物イオンおよびシリカを含む水を得る軟水化装置と、この軟水化装置により処理された水を前 記ボイラの伝熱管を形成する非不動態化金属体の腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンを捕捉可能で、かつ前記非不動態化金属体の腐食抑制成分であるシリカを透過可能なナノろ過膜によりろ過し、炭酸水素ナトリウムおよびシリカを含む水を得るろ過装置と、このろ過装置により処理され、炭酸水素ナトリウムおよびシリカを含む水を前記ボイラへ供給する給水装置と、前記ボイラ１から排出され、前記ボイラの缶体内で炭酸水素ナトリウムが分解して生成した炭酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウム、並びにシリカを含む濃縮水を前記ろ過装置の上流側の原水へ戻す濃縮水戻し路とを備えている。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のボイラシステムにおいて、前記ろ過装置に流入する水のｐＨを調整するｐＨ調整手段であって、前記ボイラの排ガスを前記ボイラから排出される濃縮水またはこの濃縮水が混入した処理水に注入する排ガス注入路を備えている。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のボイラシステムにおいて、前記軟水化装置の前段に、原水および前記ボイラからの濃縮水に含まれる非溶解性物質をろ過するフィルタを備えている。
【００１４】
さらに、請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のボイラシステムにおいて、前記濃縮水戻し路に、前記ボイラからの濃縮水に含まれる非溶解性物質をろ過するフィルタを備えている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この実施の形態は、蒸気ボイラ，温水ボイラなどのボイラとこのボイラへの給水装置を含むボイラシステムに適用される。
【００１６】
（実施の形態１）
この実施の形態は、硬度成分，硫酸イオン，塩化物イオン，炭酸水素イオンおよびシリカを含む原水を処理してボイラへ供給するボイラシステムであって、原水中に含まれる硬度成分をナトリウムイオンに置換し、炭酸水素ナトリウム，硫酸イオン，塩化物イオンおよびシリカを含む水を得る軟水化装置と、この軟水化装置により処理された水を前記ボイラの伝熱管を形成する非不動態化金属体の腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンを捕捉可能な逆浸透膜によりろ過し、炭酸水素ナトリウムを含む水を得るろ過装置と、このろ過装置により処理され、炭酸水素ナトリウムを含む水を前記ボイラへ供給する給水装置と、前記ボイラから排出され、前記ボイラの缶体内で炭酸水素ナトリウムが分解して生成した炭酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウムを含む濃縮水を前記ろ過装置の上流側の原水へ戻す濃縮水戻し路とを備えている。
【００１７】
この実施の形態においては、薬品を用いることなく、軟水化装置により原水および濃縮水に含まれるカルシウムイオンやマグネシウムイオンの硬度成分を除去した後、非不動態化金属体の腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンをろ過装置の逆浸透膜により捕捉するので、ボイラの伝熱管を形成する非不動態化金属体の腐食が抑制される。そして、前記逆浸透膜の上流にｐＨの高い濃縮水を戻して、前記逆浸透膜に流入する水のｐＨを高くするので、流入水のシリカ溶解度が上昇し、シリカスケールの前記逆浸透膜への付着を低減でき、前記逆浸透膜のろ過性能の低下を低減できる。
【００１８】
前記ボイラは、蒸気ボイラ，温水ボイラを含み，形式、種類を問わない。そして、前記ボイラは、原水が供給される缶体，熱交換器の全て，またはその一部を非不動態化金属体により構成している。
【００１９】
前記非不動態化金属は、中性水溶液中において自然には不動態化しない金属をいい、具 体的には、炭素鋼、鋳鉄、銅および銅合金である。なお、炭素鋼は、中性水溶液中においても、高濃度のクロム酸イオンの存在下では不動態化する場合があるが、この不動態化はクロム酸イオンの影響によるものであって中性水溶液中での自然な不動態化とは言い難い。したがって、炭素鋼は、ここでの非不動態化金属の範疇に属する。また、銅および銅合金は、電気化学列（ｅｍｆ ｓｅｒｉｅｓ）が貴な位置にあるため、通常は水分の影響による腐食が生じ難い金属と考えられているが、中性水溶液中において自然に不動態化するものではないので、ここでの非不動態化金属の範疇に属する。
【００２０】
前記腐食促進成分とは、前記ボイラの非不動態化金属で形成される腐食が発生しやすい部位、特に、内側に水分（ここでは、ボイラ水）が存在し、かつ外側から加熱される伝熱管の内面に作用してその腐食を促進するものをいう。そして、本発明における腐食促進成分とは、硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）および塩化物イオン（Ｃｌ−）の両者である。
【００２１】
なお、日本工業規格ＪＩＳ Ｂ ８２２３：１９９９は、貫流ボイラを含む特殊循環ボイラの腐食を抑制する観点から、当該ボイラのボイラ水の水質に関する各種の管理項目および推奨基準を規定しており、塩化物イオン濃度の規制値を設けているが、ボイラ水の硫酸イオン濃度については言及していない（すなわち、硫酸イオンが腐食に関与するものとは認識していない）。しかし、本発明者等は、ボイラ水水質と腐食との関係を長年に亘って研究した成果として、ボイラ水に含まれる硫酸イオンが腐食促進成分としてボイラの伝熱管等に作用していることを確認している（例えば、特願２００１−３２３０５１号参照）。
【００２２】
前記逆浸透膜（ＲＯ膜）は、分子量が数十程度のものをろ過可能な液体分離膜で、たとえばポリアミド系複合合成膜を用いて形成することができる。この逆浸透膜は、各社より市販されており、容易に入手することができる。
【００２３】
前記逆浸透膜は、ろ過膜モジュールとして構成されるが、モジュールの形態としては、スパイラルモジュール，中空糸モジュール，あるいは平膜モジュールなどが用いられる。
【００２４】
さらに、前記ボイラの濃縮水は、前記ボイラの運転により濃縮して生成される缶体内の水（ボイラ水）のことであり、前記軟水化装置および前記ろ過装置で処理された水に含まれる炭酸水素ナトリウムが濃縮につれて分解し、炭酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウムが生成され、ｐＨが上昇する。前記ボイラ水のｐＨが低い場合、１０．５以下であり、高い場合、１２．０以上である。前記ボイラのような温度の高いボイラ水の場合は、腐食防止の点からｐＨを１１．０〜１１．８の範囲に維持することが望ましい。
【００２５】
そして、前記ボイラにおいては、ｐＨが高くなると濃縮水を前記缶体外へ排出（「ブロー」と称する）する。この実施の形態においては、このｐＨの高い濃縮水（ブロー水）を前記濃縮水戻し路により前記ろ過装置の上流側の原水へ戻すように構成している。前記濃縮水戻し路は、ブロー水の全てを前記ろ過装置の上流側に戻すもの，ブロー水の一部を戻し、残りを排出するものを含む。
【００２６】
ところで、前記濃縮水戻し路によるブロー水の還流により、前記逆浸透膜に流入する水のｐＨを高くし、シリカスケールの溶解度を高めるが、ｐＨを高くしすぎると、炭酸カルシウムのスケール付着を生じ易くなる。このため必要に応じて、前記逆浸透膜に流入する水のｐＨがシリカスケールを抑制し、かつ炭酸カルシウムのスケールを抑制するのに適した所定のｐＨとなるようにｐＨを調整するｐＨ調整手段を設ける。この所定のｐＨは、好ましくは、約７〜８とする。
【００２７】
前記ｐＨ調整手段は、前記濃縮水戻し路の途中または、原水を処理する給水経路の前記逆浸透膜の上流側に設ける。また、ｐＨ調整手段は、好ましくは、前記ボイラの排ガスを前記濃縮水戻し路を流れるブロー水に注入するか、前記給水経路のブロー水が混入した処理水に注入して、ｐＨを下げるように構成される。このように排ガスを用いてｐＨを調整することにより、薬剤を用いることなくｐＨ調整を行うことができる。このｐＨ調整は、前記ろ過膜に流入する水のｐＨを検出して、検出ｐＨが設定値となるように排ガス注入量を制御することで実現できる。
【００２８】
この実施の形態１によれば、前記ボイラのブロー水，すなわち濃縮水を前記ろ過装置の上流側の原水へ戻すように構成しているので、つぎのような効果を奏する。従来においては、原水のｐＨが低いと原水に含まれるシリカの溶解度が低下し、前記逆浸透膜にスケールとして付着するが、この実施の形態によれば、原水のｐＨを高くすることができ、しかも原水の温度が上昇することにより、前記シリカの溶解度が上昇して、前記逆浸透膜へのスケール付着を低減でき、前記逆浸透膜による前記腐食促進成分，すなわち硫酸イオンおよび塩化物イオンのろ過性能の低下を低減できる。その結果、前記ろ過装置からの排水量を減少させて前記ろ過装置の回収率を向上できるとともに、薬剤を用いることなく、前記ボイラの腐食防止を効果的に実現できる。また、前記ボイラのブロー水を有効利用するので、ブロー水の中和処理を不要または減少でき、環境に優しいボイラシステムを提供できる。
【００２９】
また、この実施の形態１においては、軟水化装置により、原水およびブロー水に含まれるカルシウムイオンやマグネシウムイオンの硬度成分を除去した後、前記ろ過装置によりろ過するので、前記逆浸透膜へのカルシウムスケール（炭酸カルシウムスケールやシリカとの結合スケールであるケイ酸カルシウムなど）の付着を低減でき、カルシウムスケールによる前記腐食促進成分の捕捉性能低下を抑制できる。なお、前記ブロー水を戻す位置は、ブロー水中に微量ではあるが硬度分を含むので、前記軟水化手段の上流側とするが望ましいが、実施に応じては、前記軟水化装置と前記ろ過装置との間とすることができる。
【００３０】
（実施の形態２）
この実施の形態は、硬度成分，硫酸イオン，塩化物イオン，炭酸水素イオンおよびシリカを含む原水を処理してボイラ１へ供給するボイラシステムであって、原水中に含まれる硬度成分をナトリウムイオンに置換し、炭酸水素ナトリウム，硫酸イオン，塩化物イオンおよびシリカを含む水を得る軟水化装置８と、この軟水化装置８により処理された水を前記ボイラ１の伝熱管を形成する非不動態化金属体の腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンを捕捉可能で、かつ前記非不動態化金属体の腐食抑制成分であるシリカを透過可能なナノろ過膜によりろ過し、炭酸水素ナトリウムおよびシリカを含む水を得るろ過装置１０と、このろ過装置１０により処理され、炭酸水素ナトリウムおよびシリカを含む水を前記ボイラ１へ供給する給水装置２と、前記ボイラ１から排出され、前記ボイラ１の缶体内で炭酸水素ナトリウムが分解して生成した炭酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウム、並びにシリカを含む濃縮水を前記ろ過装置１０の上流側の原水へ戻す濃縮水戻し路１３とを備えている。
【００３１】
前記腐食抑制成分とは、ボイラの腐食が発生しやすい部位に作用し、そこに生じる腐食を抑制可能なものをいう。そして、本発明における腐食抑制成分とは、シリカ（すなわち、二酸化ケイ素（ＳｉＯ ２ ））である。
【００３２】
なお、原水中に含まれるシリカは、通常、前記伝熱管におけるスケール発生成分と認識されており、通常は可能な限りその濃度を抑制するのが好ましいと考えられている。しかし、本発明者等は、ボイラ水水質と腐食との関係を長年に亘って研究した成果として、ボイラ水に含まれるシリカが腐食抑制成分として伝熱管等に作用していることを確認している（例えば、特開２００１−３３６７０１号公報、特開２００１−３３５９７５号公報お よび特開２００２−１８４８７号公報参照）。
【００３３】
因みに、シリカは、原水として用いる水道水や工業用水において、通常含有されている成分である。
【００３４】
そして、前記ナノろ過膜は、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もの）の透過を阻止することができる液体分離膜であり、ろ過機能の点において、限外ろ過膜（分子量が１，０００〜３００，０００程度のものをろ別可能な膜）と逆浸透膜（分子量が数十程度のものをろ別可能な膜）との中間に位置する機能を有するものである。また、前記ナノろ過膜は、たとえばポリアミド系複合合成膜を用いて形成することができる。このナノろ過膜は、各社より市販されており、容易に入手することができる。
【００３５】
前記ナノろ過膜は、ろ過膜モジュールとして構成されるが、モジュールの形態としては、スパイラルモジュール，中空糸モジュール，あるいは平膜モジュールなどが用いられる。
【００３６】
この実施の形態２において、前記実施の形態１の前記逆浸透膜を前記ナノろ過膜に変更し、軟水化装置により原水および濃縮水に含まれるカルシウムイオンやマグネシウムイオンの硬度成分を除去した水をろ過処理すると、ろ過処理後の水分は、腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンが除去され、腐食抑制成分であるシリカが残留することになる。したがって、前記非不動態化金属体は、そのようなろ過処理後の水分が作用した場合、硫酸イオンおよび塩化物イオンが当該水分から取り除かれているためシリカが有効に機能し、腐食を抑制するための薬剤を用いなくても腐食が抑制されやすくなる。
【００３７】
この実施の形態２では、前記ろ過装置においてシリカを透過する前記ナノろ過膜を用いるが、前記ナノろ過膜を用いるのは、原水のシリカ濃度が低い場合が好適である。原水のシリカ濃度が低く、前記ナノろ過膜を用いる場合、シリカが濃縮された前記ボイラのブロー水を捨てることなく、原水に戻すことにより、前記ボイラのボイラ水のシリカ濃度を腐食抑制に効果のある濃度まで高めることができ、シリカによる前記ボイラの腐食抑制を実現できる。
【００３８】
逆に、原水のシリカ濃度が高い場合は、前記実施の形態１のように、前記ろ過装置において前記逆浸透膜を使用するのが好適である。この場合、前記逆浸透膜により原水中に含まれるシリカを除去して適性濃度とすることができる。
【００３９】
前記ボイラのボイラ水に含まれる腐食抑制成分としてのシリカ濃度（すなわち、二酸化ケイ素（ＳｉＯ ２ ）の濃度）は、少なくとも１５０ｍｇ／ｌ（すなわち、１５０ｍｇ／ｌ以上）、好ましくは少なくとも３００ｍｇ／ｌ（すなわち、３００ｍｇ／ｌ以上）になるよう設定するのが好ましい。ここで、シリカは、ボイラ水中において、アニオンまたは負電荷のミセルとして存在するものと考えられるが、ここでのシリカ濃度は、シリカ（ＳｉＯ ２ ）としての濃度である。ボイラ水中におけるこのようなシリカ濃度は、通常、ＪＩＳ
Ｋ ０１０１：１９９８に記載されたモリブデン黄吸光光度法に従って測定することができる。
【００４０】
この実施の形態２によれば、前記実施の形態１と同様に、前記ボイラのブロー水，すなわち濃縮水を前記ろ過装置の上流側の原水へ戻すように構成しているので、つぎのような効果を奏する。従来においては、原水のｐＨが低いと原水に含まれるシリカの溶解度が低下し、前記ナノろ過膜にスケールとして付着するが、この実施の形態によれば、原水のｐＨを高くすることができ、しかも原水の温度が上昇することにより、前記シリカの溶解度が上昇して、前記逆浸透膜へのスケール付着を低減でき、前記ナノろ過膜による前記腐食 促進成分，すなわち硫酸イオンおよび塩化物イオンのろ過性能の低下を低減できる。また、シリカが濃縮された前記ボイラのブロー水を捨てることなく、原水に戻すことにより、前記ボイラのボイラ水のシリカ濃度を腐食抑制に効果のある濃度まで高めることができ、シリカによる前記ボイラの腐食抑制を実現できる。その結果、前記ろ過装置からの排水量を減少させて前記ろ過装置の回収率を向上できるとともに、薬剤を用いることなく、前記ボイラの伝熱管の腐食防止を効果的に実現できる。また、前記ボイラのブロー水を有効利用するので、ブロー水の中和処理を不要または減少でき、環境に優しいボイラシステムを提供できる。
【００４１】
（実施の形態３）
この実施の形態では、前記実施の形態１，２の構成に加えて、前記軟水化装置の前段に、原水および前記ボイラからの濃縮水に含まれる非溶解性物質をろ過するフィルタを備えている。
【００４２】
この実施の形態３において、前記フィルタは、原水および前記ボイラのブロー水，すなわち濃縮水に含まれる鉄分，ＳＳ（懸濁物質）などの非溶解性物質を除去するように、前記軟水化装置の前段に設けられる。この実施の形態３によれば、原水および前記ボイラのブロー水中に含まれる非溶解性物質を前記フィルタにより除去するので、非溶解性物質による前記逆浸透膜および前記ナノろ過膜の目詰まりを低減でき、これらの液体分離膜のろ過性能の低下を低減することができる。
【００４３】
前記フィルタは、ブロー水に含まれる鉄分などを除去できるものであればよく、高性能フィルタ，ＵＦ膜（限外ろ過膜），ＭＦ膜（精密ろ過膜），金属製ろ過膜，セラミック製ろ過膜などを用いることができる。前記フィルタは、耐熱性を有するものが望ましい。
【００４４】
（実施の形態４）
この実施の形態では、前記実施の形態１，２の構成に加えて、前記濃縮水戻し路に、前記ボイラからの濃縮水に含まれる非溶解性物質をろ過するフィルタを備えている。
【００４５】
この実施の形態４において、前記フィルタは、前記ボイラのブロー水，すなわち濃縮水に含まれる鉄分，ＳＳ（懸濁物質）などの非溶解性物質を除去するように、前記濃縮水戻し路に設けられる。この実施の形態４によれば、前記ボイラのブロー水中に含まれる非溶解性物質を前記フィルタにより除去するので、非溶解性物質による前記逆浸透膜および前記ナノろ過膜の目詰まりを低減でき、これらの液体分離膜のろ過性能の低下を低減することができる。
【００４６】
【実施例】
（実施例の構成）
以下、この発明の具体的一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明の一実施例の貫流式蒸気ボイラを備えたボイラシステムの概略を説明する図である。
【００４７】
図において、実施例のボイラシステムは、ボイラ１と、このボイラ１へ処理水を供給する給水装置２とを主に備えている。
【００４８】
前記ボイラ１は、前記給水装置２からの給水が導入される下部ヘッダ，この下部ヘッダに対して起立するように設けられた複数本の伝熱管と、これら伝熱管の上端部に設けられる上部ヘッダとを含む周知構成の缶体（いずれも図示省略）を有している。前記上部ヘッダには、負荷装置（図示省略）へ蒸気を供給するための蒸気供給路３備えている。前記伝熱管は、前記非不動態化金属体である炭素鋼にて形成される。
【００４９】
前記給水装置２は、前記ボイラ１に処理水を供給するためのものであり、原水供給路４、この原水供給路４からの補給される原水を貯留するための第一給水タンク５、およびこの第一給水タンク５の原水を処理し、前記ボイラ１に処理水を供給するための給水経路６を備えている。
【００５０】
前記給水経路６には、第一フィルタ７，軟水化装置８、第二フィルタ９，ＲＯ膜よりなるろ過装置１０，脱酸素装置１１および第二給水タンク１２を処理水の上流側から下流側へこの順に備えている。前記ろ過装置１０の上流側には、ポンプ（図示省略）を設ける。
【００５１】
また、前記ボイラ１は、前記缶体内で濃縮されたボイラ水（濃縮水）をブロー水として定期的あるいは随時に排出する濃縮水排水路を有しており、この濃縮水排出路を前記第一給水タンク５に接続することで、濃縮水戻し路１３を形成している。
【００５２】
前記濃縮水戻し路１３には、ポンプ（図示省略）を備えるとともに、前記原水供給路４との接続部近傍には、原水の逆流を防止する逆止弁（図示省略）を備えている。
【００５３】
前記第一フィルタ７は、前記原水供給路４により供給される原水および前記ボイラ１からのブロー水中に含まれる鉄分などの非溶解性物質を除去するためのもので、この実施例ではＭＦ膜を用いている。
【００５４】
また、前記軟水化装置８は、原水中に含まれる硬度成分をナトリウムイオンに置換して補給水を軟水に変換するためのものである。
【００５５】
また、前記第二フィルタ９は、前記ろ過装置１０のＲＯ膜を劣化させる原水中に含まれている塩素などの酸化剤を除去するためのものであり、筒体に収容された活性炭により構成される。
【００５６】
また、前記脱酸素装置１１は、処理水中に含まれる溶存酸素を機械的に除去するためのものである。脱気膜の一方に被処理水流通させ、他方を真空排気手段により真空吸引することで、被処理水中の溶存酸素を脱気する周知構成のものである。
【００５７】
また、前記ろ過装置１０は、前記軟水化装置８および前記第二フィルタ９により処理された処理水を、前記脱酸素装置１１において処理する前に前記ＲＯ膜を用いてろ過処理するためのものである。このろ過装置１０において用いられるＲＯ膜は、処理水中に含まれる、前記ボイラ１の伝熱管を形成する非不動態化金属体の腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンを捕捉して取り除くことができる機能を有する液体分離膜である。
【００５８】
また、前記第二給水タンク１２は、前記給水経路６において軟水化処理、ろ過処理および脱酸素処理され前記ボイラ１へ供給する処理水を貯留するためのものである。前記第二給水タンク１２は、前記ボイラ１から熱交換器等の負荷装置（図示省略）に供給された蒸気の凝縮水（復水）が流入するように構成されている。
【００５９】
前記第二給水タンク１２と前記ボイラ１との間には、前記第二給水タンク１２に貯留された処理水および復水を、給水として前記ボイラ１の缶体に供給するためのポンプ（図示省略）を備えている。
【００６０】
さらに、この実施例においては、前記ボイラ１から排出される排ガスを前記濃縮水戻し路１３を流通するブロー水に吹き込むことにより、ブロー水のｐＨを下げるように機能する排ガス注入路１４を形成している。具体的には、排ガスがブロー水に吹き込まれる箇所にはブロー水貯留用のタンク（図示省略）を設け、ここに貯留したブロー水中に排ガスを気泡状態として噴出（バブリング）させるように構成する。
【００６１】
（実施例の作用）
つぎに、前記実施例のボイラシステムの作用を説明する。硬度成分，硫酸イオン，塩化物イオン，炭酸水素イオンおよびシリカを含む原水は、前記原水供給路４を通して前記第一給水タンク５に貯留される。また、前記ボイラ１の運転により前記ボイラ１から排出されるブロー水は、濃縮水戻り路１３を通して前記第一給水タンク５に流入する。その結果、前記第一給水タンク５内の原水は、高ｐＨで高温のブロー水と混合されるので、ｐＨが上昇する。そして、ｐＨの上昇と原水温度の上昇により、原水のシリカ溶解度が上昇する。このｐＨとシリカ溶解度との関係は図２および図３に示す通りである。
【００６２】
前記第一給水タンク５内の原水のｐＨは、前記ＲＯ膜へのシリカスケールおよび炭酸カルシウムスケール付着防止に適したｐＨとして約７〜８に維持する。前記第一タンク内５の水のｐＨは、原水のｐＨおよび原水量と、前記濃縮水戻し路１３により還流するブロー水のｐＨとブロー水量とにより決まる。したがって、前記排ガス注入路１４による排ガスの注入量を制御することでブロー水のｐＨを制御し、前記第一給水タンク５内のｐＨ，すなわち前記ろ過装置１０に流入する処理水のｐＨが約７〜８の範囲に収まるようにする。
【００６３】
そして、前記第一給水タンク５から流出する原水は、まず前記第一フィルタ７により、ブロー水が混入された原水中に含まれる非溶解性物質が捕捉される。この非溶解性物質の中には、ブロー水および原水に含まれる鉄分などの物質が含まれ、後流の前記ろ過装置１０のＲＯ膜のファウリングの原因が除去されることとなる。
【００６４】
前記第一フィルタ７を通過した処理水は、軟水化装置１１を通過し、カルシウムやマグネシウムの硬度成分がナトリウムイオンに置換されて、炭酸水素ナトリウム，硫酸イオン，塩化物イオンおよびシリカを含む軟水となる。
【００６５】
この軟水は、前記第二フィルタ９を通過する際に塩素などの酸化剤が吸着ろ過される。これにより、後流の前記ろ過装置１０のＲＯ膜の劣化が低減される。また、この軟水のｐＨが約７〜８とされているので、前記ＲＯ膜への炭酸カルシウムスケール付着が低減される。
【００６６】
さらに、前記第二フィルタ９を通過した処理水は、前記ろ過装置１０においてろ過処理される。具体的には、当該処理水は、前記ろ過装置１０を通過する際、前記非不動態化金属体の腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオン、並びにシリカが前記ＲＯ膜により捕捉され、処理水から除去される。こうして得られた炭酸水素イオンを含む処理水は、前記脱酸素装置１１を通過し、前記第二給水タンク１２に貯留され、前記ボイラ１へ供給される。前記ボイラ１へ供給される処理水は、腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンが除去されて適正な濃度とされているので、前記ボイラ１の伝熱管の腐食防止または抑制に効果的である。さらに、前記ボイラ１では、缶体内で処理水に含まれる炭酸水素ナトリウムが濃縮につれて分解し、炭酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウムが生成されるので、ボイラ水のｐＨを前記非不動態化金属体の腐食抑制に適したｐＨまで上昇させることができる。
【００６７】
（他の実施例）
この発明の実施例は、以上説明したとおりであるが、この発明は、前記実施例に限定されるものではない。前記実施例においては、原水のシリカ濃度が高い場合として、前記ろ過装置１０の液体分離膜にＲＯ膜を用いたが、原水のシリカ濃度が低い場合は、前記液体分離膜としてナノろ過膜を用いることができる。この場合、前記ナノろ過膜は、シリカの捕捉率が３０％と低く、大部分のシリカが透過するので、原水のシリカ濃度が低い場合でもブロー水の還流により、ボイラ水のシリカ濃度を腐食抑制に適した濃度とすることができる。
【００６８】
また、前記実施例では、前記第一フィルタ７を前記第一給水タンク５と前記軟水化装置８との間に設けているが、図４に示す第二実施例のように、濃縮水戻り路１３の途中に設けることができる。この第二実施例において、前記第一実施例と異なるのは、前記第一フィルタ７の位置だけであり、その他は同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。また、この第二実施例の作用は、基本的に前記第一実施例と同様であるので、その説明を省略する。
【００６９】
また、前記実施例では、前記前記濃縮水戻し路１３を前記軟水化装置８の上流側である前記第一給水タンク５に接続しているが、実施に応じては、前記ろ過装置１０の上流側であって、前記軟水化装置８の下流側に接続することができる。
【００７０】
さらに、前記実施例では、排ガス注入路１４を前記濃縮水戻し路１３に接続しているが、前記ろ過装置１０の上流側、すなわち前記第一給水タンク５と前記ろ過装置１０との間に接続することができる。
【００７１】
【発明の効果】
この発明によれば、ボイラのブロー水，すなわち濃縮水を前記ろ過装置の上流側の原水へ戻すように構成しているので、原水のｐＨおよび温度を高くすることができ、逆浸透膜やナノろ過膜へのスケール付着を低減できる。その結果、逆浸透膜やナノろ過膜による腐食促進成分，すなわち硫酸イオンおよび塩化物イオンに対する高い捕捉性能を維持でき、前記ろ過装置の回収率を向上できるとともに、薬剤を用いることなく、ボイラの腐食防止を効果的に実現できる。また、ブロー水の有効利用を行うので、ブロー水の中和処理を不要または減少でき、環境対応のボイラシステムを提供できるなど産業的価値は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第一実施例のボイラシステムの概略説明図である。
【図２】シリカ溶解度特性を示す図である。
【図３】シリカ溶解度ｐＨ補正特性を示す図である。
【図４】この発明の第二実施例のボイラシステムの概略構成図である。
【符号の説明】
１ ボイラ
２ 給水装置
１０ ろ過装置
１３ 濃縮水戻り路
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラの伝熱管を形成する非不動態化金属体に生じる腐食を抑制するボイラシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
日本工業規格（ＪＩＳ）に規定された特殊循環ボイラの範疇に属する貫流ボイラは、給水を加熱して蒸気を発生させるための伝熱管を備えている。このような伝熱管は、炭素鋼等の非不動態化金属を用いて形成されているため、ボイラ水と接触する部位がボイラ水の影響による腐食のために破損し、貫流ボイラの寿命に致命的な影響を及ぼす場合がある。このため、貫流ボイラを長期間安定に運転するためには、伝熱管の腐食を効果的に抑制する必要がある。
【０００３】
ところで、伝熱管に生じる上述のような腐食は、例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３に記載されているように、ボイラに対して供給する給水中に薬剤を添加することにより抑制している。しかし、給水中に添加された薬剤は、一部が蒸気中に取り込まれる可能性がある。この場合、当該蒸気は、例えば食品の調理や加工の用途において、衛生上の観点から、そのまま利用するのは困難になる。また、ボイラの濃縮水を排水する場合、当該濃縮水は、ｐＨが高くなっているとともに、給水に添加された薬剤を含んでいるので、ｐＨ調整とともに、薬剤を除去するための特別な処理を施さない限り、そのまま下水等に排出すると環境汚染を引き起こす可能性がある。
【０００４】
また、特許文献４に記載されているように、薬剤を使用しないで、逆浸透膜を用いて非不動態化金属の腐食促進成分を除去することも提案されている。こうした膜を用いる場合、原水のシリカ濃度が高いと膜にスケールが沈着し、膜による除去性能が低下することが分かった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４−２３２２８６号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平４−２８３２９９号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平６−１５８３６６号公報
【０００８】
【特許文献３】
実公平６−３２２３９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、できるだけ薬剤を使用せず、ボイラから排出される濃縮水を有効利用することにより、環境汚染を減少または防止し、しかもシリカスケールによる膜性能の低下を低減することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
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に記載の発明は、硬度成分，硫酸イオン，塩化物イオン，炭酸水素イオンおよびシリカを含む原水を処理してボイラへ供給するボイラシステムであって、原水中に含まれる硬度成分をナトリウムイオンに置換し、炭酸水素ナトリウム，硫酸イオン，塩化物イオンおよびシリカを含む水を得る軟水化装置と、この軟水化装置により処理された水を前記ボイラの伝熱管を形成する非不動態化金属体の腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンを捕捉可能な逆浸透膜によりろ過し、炭酸水素ナトリウムを含む水を得るろ過装置と、このろ過装置により処理され、炭酸水素ナトリウムを含む水を前記ボイラへ供給する給水装置と、前記ボイラから排出され、前記ボイラの缶体内で炭酸水素ナトリウムが分解して生成した炭酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウムを含む濃縮水を前記ろ過装置の上流側の原水へ戻す濃縮水戻し路とを備えている。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、硬度成分，硫酸イオン，塩化物イオン，炭酸水素イオンおよびシリカを含む原水を処理してボイラへ供給するボイラシステムであって、原水中に含まれる硬度成分をナトリウムイオンに置換し、炭酸水素ナトリウム，硫酸イオン，塩化物イオンおよびシリカを含む水を得る軟水化装置と、この軟水化装置により処理された水を前 記ボイラの伝熱管を形成する非不動態化金属体の腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンを捕捉可能で、かつ前記非不動態化金属体の腐食抑制成分であるシリカを透過可能なナノろ過膜によりろ過し、炭酸水素ナトリウムおよびシリカを含む水を得るろ過装置と、このろ過装置により処理され、炭酸水素ナトリウムおよびシリカを含む水を前記ボイラへ供給する給水装置と、前記ボイラ１から排出され、前記ボイラの缶体内で炭酸水素ナトリウムが分解して生成した炭酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウム、並びにシリカを含む濃縮水を前記ろ過装置の上流側の原水へ戻す濃縮水戻し路とを備えている。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のボイラシステムにおいて、前記ろ過装置に流入する水のｐＨを調整するｐＨ調整手段であって、前記ボイラの排ガスを前記ボイラから排出される濃縮水またはこの濃縮水が混入した処理水に注入する排ガス注入路を備えている。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のボイラシステムにおいて、前記軟水化装置の前段に、原水および前記ボイラからの濃縮水に含まれる非溶解性物質をろ過するフィルタを備えている。
【００１４】
さらに、請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のボイラシステムにおいて、前記濃縮水戻し路に、前記ボイラからの濃縮水に含まれる非溶解性物質をろ過するフィルタを備えている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この実施の形態は、蒸気ボイラ，温水ボイラなどのボイラとこのボイラへの給水装置を含むボイラシステムに適用される。
【００１６】
（実施の形態１）
この実施の形態は、硬度成分，硫酸イオン，塩化物イオン，炭酸水素イオンおよびシリカを含む原水を処理してボイラへ供給するボイラシステムであって、原水中に含まれる硬度成分をナトリウムイオンに置換し、炭酸水素ナトリウム，硫酸イオン，塩化物イオンおよびシリカを含む水を得る軟水化装置と、この軟水化装置により処理された水を前記ボイラの伝熱管を形成する非不動態化金属体の腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンを捕捉可能な逆浸透膜によりろ過し、炭酸水素ナトリウムを含む水を得るろ過装置と、このろ過装置により処理され、炭酸水素ナトリウムを含む水を前記ボイラへ供給する給水装置と、前記ボイラから排出され、前記ボイラの缶体内で炭酸水素ナトリウムが分解して生成した炭酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウムを含む濃縮水を前記ろ過装置の上流側の原水へ戻す濃縮水戻し路とを備えている。
【００１７】
この実施の形態においては、薬品を用いることなく、軟水化装置により原水および濃縮水に含まれるカルシウムイオンやマグネシウムイオンの硬度成分を除去した後、非不動態化金属体の腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンをろ過装置の逆浸透膜により捕捉するので、ボイラの伝熱管を形成する非不動態化金属体の腐食が抑制される。そして、前記逆浸透膜の上流にｐＨの高い濃縮水を戻して、前記逆浸透膜に流入する水のｐＨを高くするので、流入水のシリカ溶解度が上昇し、シリカスケールの前記逆浸透膜への付着を低減でき、前記逆浸透膜のろ過性能の低下を低減できる。
【００１８】
前記ボイラは、蒸気ボイラ，温水ボイラを含み，形式、種類を問わない。そして、前記ボイラは、原水が供給される缶体，熱交換器の全て，またはその一部を非不動態化金属体により構成している。
【００１９】
前記非不動態化金属は、中性水溶液中において自然には不動態化しない金属をいい、具 体的には、炭素鋼、鋳鉄、銅および銅合金である。なお、炭素鋼は、中性水溶液中においても、高濃度のクロム酸イオンの存在下では不動態化する場合があるが、この不動態化はクロム酸イオンの影響によるものであって中性水溶液中での自然な不動態化とは言い難い。したがって、炭素鋼は、ここでの非不動態化金属の範疇に属する。また、銅および銅合金は、電気化学列（ｅｍｆ ｓｅｒｉｅｓ）が貴な位置にあるため、通常は水分の影響による腐食が生じ難い金属と考えられているが、中性水溶液中において自然に不動態化するものではないので、ここでの非不動態化金属の範疇に属する。
【００２０】
前記腐食促進成分とは、前記ボイラの非不動態化金属で形成される腐食が発生しやすい部位、特に、内側に水分（ここでは、ボイラ水）が存在し、かつ外側から加熱される伝熱管の内面に作用してその腐食を促進するものをいう。そして、本発明における腐食促進成分とは、硫酸イオン（ＳＯ４ ２−）および塩化物イオン（Ｃｌ−）の両者である。
【００２１】
なお、日本工業規格ＪＩＳ Ｂ ８２２３：１９９９は、貫流ボイラを含む特殊循環ボイラの腐食を抑制する観点から、当該ボイラのボイラ水の水質に関する各種の管理項目および推奨基準を規定しており、塩化物イオン濃度の規制値を設けているが、ボイラ水の硫酸イオン濃度については言及していない（すなわち、硫酸イオンが腐食に関与するものとは認識していない）。しかし、本発明者等は、ボイラ水水質と腐食との関係を長年に亘って研究した成果として、ボイラ水に含まれる硫酸イオンが腐食促進成分としてボイラの伝熱管等に作用していることを確認している（例えば、特願２００１−３２３０５１号参照）。
【００２２】
前記逆浸透膜（ＲＯ膜）は、分子量が数十程度のものをろ過可能な液体分離膜で、たとえばポリアミド系複合合成膜を用いて形成することができる。この逆浸透膜は、各社より市販されており、容易に入手することができる。
【００２３】
前記逆浸透膜は、ろ過膜モジュールとして構成されるが、モジュールの形態としては、スパイラルモジュール，中空糸モジュール，あるいは平膜モジュールなどが用いられる。
【００２４】
さらに、前記ボイラの濃縮水は、前記ボイラの運転により濃縮して生成される缶体内の水（ボイラ水）のことであり、前記軟水化装置および前記ろ過装置で処理された水に含まれる炭酸水素ナトリウムが濃縮につれて分解し、炭酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウムが生成され、ｐＨが上昇する。前記ボイラ水のｐＨが低い場合、１０．５以下であり、高い場合、１２．０以上である。前記ボイラのような温度の高いボイラ水の場合は、腐食防止の点からｐＨを１１．０〜１１．８の範囲に維持することが望ましい。
【００２５】
そして、前記ボイラにおいては、ｐＨが高くなると濃縮水を前記缶体外へ排出（「ブロー」と称する）する。この実施の形態においては、このｐＨの高い濃縮水（ブロー水）を前記濃縮水戻し路により前記ろ過装置の上流側の原水へ戻すように構成している。前記濃縮水戻し路は、ブロー水の全てを前記ろ過装置の上流側に戻すもの，ブロー水の一部を戻し、残りを排出するものを含む。
【００２６】
ところで、前記濃縮水戻し路によるブロー水の還流により、前記逆浸透膜に流入する水のｐＨを高くし、シリカスケールの溶解度を高めるが、ｐＨを高くしすぎると、炭酸カルシウムのスケール付着を生じ易くなる。このため必要に応じて、前記逆浸透膜に流入する水のｐＨがシリカスケールを抑制し、かつ炭酸カルシウムのスケールを抑制するのに適した所定のｐＨとなるようにｐＨを調整するｐＨ調整手段を設ける。この所定のｐＨは、好ましくは、約７〜８とする。
【００２７】
前記ｐＨ調整手段は、前記濃縮水戻し路の途中または、原水を処理する給水経路の前記逆浸透膜の上流側に設ける。また、ｐＨ調整手段は、好ましくは、前記ボイラの排ガスを前記濃縮水戻し路を流れるブロー水に注入するか、前記給水経路のブロー水が混入した処理水に注入して、ｐＨを下げるように構成される。このように排ガスを用いてｐＨを調整することにより、薬剤を用いることなくｐＨ調整を行うことができる。このｐＨ調整は、前記ろ過膜に流入する水のｐＨを検出して、検出ｐＨが設定値となるように排ガス注入量を制御することで実現できる。
【００２８】
この実施の形態１によれば、前記ボイラのブロー水，すなわち濃縮水を前記ろ過装置の上流側の原水へ戻すように構成しているので、つぎのような効果を奏する。従来においては、原水のｐＨが低いと原水に含まれるシリカの溶解度が低下し、前記逆浸透膜にスケールとして付着するが、この実施の形態によれば、原水のｐＨを高くすることができ、しかも原水の温度が上昇することにより、前記シリカの溶解度が上昇して、前記逆浸透膜へのスケール付着を低減でき、前記逆浸透膜による前記腐食促進成分，すなわち硫酸イオンおよび塩化物イオンのろ過性能の低下を低減できる。その結果、前記ろ過装置からの排水量を減少させて前記ろ過装置の回収率を向上できるとともに、薬剤を用いることなく、前記ボイラの腐食防止を効果的に実現できる。また、前記ボイラのブロー水を有効利用するので、ブロー水の中和処理を不要または減少でき、環境に優しいボイラシステムを提供できる。
【００２９】
また、この実施の形態１においては、軟水化装置により、原水およびブロー水に含まれるカルシウムイオンやマグネシウムイオンの硬度成分を除去した後、前記ろ過装置によりろ過するので、前記逆浸透膜へのカルシウムスケール（炭酸カルシウムスケールやシリカとの結合スケールであるケイ酸カルシウムなど）の付着を低減でき、カルシウムスケールによる前記腐食促進成分の捕捉性能低下を抑制できる。なお、前記ブロー水を戻す位置は、ブロー水中に微量ではあるが硬度分を含むので、前記軟水化手段の上流側とするが望ましいが、実施に応じては、前記軟水化装置と前記ろ過装置との間とすることができる。
【００３０】
（実施の形態２）
この実施の形態は、硬度成分，硫酸イオン，塩化物イオン，炭酸水素イオンおよびシリカを含む原水を処理してボイラ１へ供給するボイラシステムであって、原水中に含まれる硬度成分をナトリウムイオンに置換し、炭酸水素ナトリウム，硫酸イオン，塩化物イオンおよびシリカを含む水を得る軟水化装置８と、この軟水化装置８により処理された水を前記ボイラ１の伝熱管を形成する非不動態化金属体の腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンを捕捉可能で、かつ前記非不動態化金属体の腐食抑制成分であるシリカを透過可能なナノろ過膜によりろ過し、炭酸水素ナトリウムおよびシリカを含む水を得るろ過装置１０と、このろ過装置１０により処理され、炭酸水素ナトリウムおよびシリカを含む水を前記ボイラ１へ供給する給水装置２と、前記ボイラ１から排出され、前記ボイラ１の缶体内で炭酸水素ナトリウムが分解して生成した炭酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウム、並びにシリカを含む濃縮水を前記ろ過装置１０の上流側の原水へ戻す濃縮水戻し路１３とを備えている。
【００３１】
前記腐食抑制成分とは、ボイラの腐食が発生しやすい部位に作用し、そこに生じる腐食を抑制可能なものをいう。そして、本発明における腐食抑制成分とは、シリカ（すなわち、二酸化ケイ素（ＳｉＯ ２ ））である。
【００３２】
なお、原水中に含まれるシリカは、通常、前記伝熱管におけるスケール発生成分と認識されており、通常は可能な限りその濃度を抑制するのが好ましいと考えられている。しかし、本発明者等は、ボイラ水水質と腐食との関係を長年に亘って研究した成果として、ボイラ水に含まれるシリカが腐食抑制成分として伝熱管等に作用していることを確認している（例えば、特開２００１−３３６７０１号公報、特開２００１−３３５９７５号公報お よび特開２００２−１８４８７号公報参照）。
【００３３】
因みに、シリカは、原水として用いる水道水や工業用水において、通常含有されている成分である。
【００３４】
そして、前記ナノろ過膜は、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もの）の透過を阻止することができる液体分離膜であり、ろ過機能の点において、限外ろ過膜（分子量が１，０００〜３００，０００程度のものをろ別可能な膜）と逆浸透膜（分子量が数十程度のものをろ別可能な膜）との中間に位置する機能を有するものである。また、前記ナノろ過膜は、たとえばポリアミド系複合合成膜を用いて形成することができる。このナノろ過膜は、各社より市販されており、容易に入手することができる。
【００３５】
前記ナノろ過膜は、ろ過膜モジュールとして構成されるが、モジュールの形態としては、スパイラルモジュール，中空糸モジュール，あるいは平膜モジュールなどが用いられる。
【００３６】
この実施の形態２において、前記実施の形態１の前記逆浸透膜を前記ナノろ過膜に変更し、軟水化装置により原水および濃縮水に含まれるカルシウムイオンやマグネシウムイオンの硬度成分を除去した水をろ過処理すると、ろ過処理後の水分は、腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンが除去され、腐食抑制成分であるシリカが残留することになる。したがって、前記非不動態化金属体は、そのようなろ過処理後の水分が作用した場合、硫酸イオンおよび塩化物イオンが当該水分から取り除かれているためシリカが有効に機能し、腐食を抑制するための薬剤を用いなくても腐食が抑制されやすくなる。
【００３７】
この実施の形態２では、前記ろ過装置においてシリカを透過する前記ナノろ過膜を用いるが、前記ナノろ過膜を用いるのは、原水のシリカ濃度が低い場合が好適である。原水のシリカ濃度が低く、前記ナノろ過膜を用いる場合、シリカが濃縮された前記ボイラのブロー水を捨てることなく、原水に戻すことにより、前記ボイラのボイラ水のシリカ濃度を腐食抑制に効果のある濃度まで高めることができ、シリカによる前記ボイラの腐食抑制を実現できる。
【００３８】
逆に、原水のシリカ濃度が高い場合は、前記実施の形態１のように、前記ろ過装置において前記逆浸透膜を使用するのが好適である。この場合、前記逆浸透膜により原水中に含まれるシリカを除去して適性濃度とすることができる。
【００３９】
前記ボイラのボイラ水に含まれる腐食抑制成分としてのシリカ濃度（すなわち、二酸化ケイ素（ＳｉＯ ２ ）の濃度）は、少なくとも１５０ｍｇ／ｌ（すなわち、１５０ｍｇ／ｌ以上）、好ましくは少なくとも３００ｍｇ／ｌ（すなわち、３００ｍｇ／ｌ以上）になるよう設定するのが好ましい。ここで、シリカは、ボイラ水中において、アニオンまたは負電荷のミセルとして存在するものと考えられるが、ここでのシリカ濃度は、シリカ（ＳｉＯ ２ ）としての濃度である。ボイラ水中におけるこのようなシリカ濃度は、通常、ＪＩＳ
Ｋ ０１０１：１９９８に記載されたモリブデン黄吸光光度法に従って測定することができる。
【００４０】
この実施の形態２によれば、前記実施の形態１と同様に、前記ボイラのブロー水，すなわち濃縮水を前記ろ過装置の上流側の原水へ戻すように構成しているので、つぎのような効果を奏する。従来においては、原水のｐＨが低いと原水に含まれるシリカの溶解度が低下し、前記ナノろ過膜にスケールとして付着するが、この実施の形態によれば、原水のｐＨを高くすることができ、しかも原水の温度が上昇することにより、前記シリカの溶解度が上昇して、前記逆浸透膜へのスケール付着を低減でき、前記ナノろ過膜による前記腐食 促進成分，すなわち硫酸イオンおよび塩化物イオンのろ過性能の低下を低減できる。また、シリカが濃縮された前記ボイラのブロー水を捨てることなく、原水に戻すことにより、前記ボイラのボイラ水のシリカ濃度を腐食抑制に効果のある濃度まで高めることができ、シリカによる前記ボイラの腐食抑制を実現できる。その結果、前記ろ過装置からの排水量を減少させて前記ろ過装置の回収率を向上できるとともに、薬剤を用いることなく、前記ボイラの伝熱管の腐食防止を効果的に実現できる。また、前記ボイラのブロー水を有効利用するので、ブロー水の中和処理を不要または減少でき、環境に優しいボイラシステムを提供できる。
【００４１】
（実施の形態３）
この実施の形態では、前記実施の形態１，２の構成に加えて、前記軟水化装置の前段に、原水および前記ボイラからの濃縮水に含まれる非溶解性物質をろ過するフィルタを備えている。
【００４２】
この実施の形態３において、前記フィルタは、原水および前記ボイラのブロー水，すなわち濃縮水に含まれる鉄分，ＳＳ（懸濁物質）などの非溶解性物質を除去するように、前記軟水化装置の前段に設けられる。この実施の形態３によれば、原水および前記ボイラのブロー水中に含まれる非溶解性物質を前記フィルタにより除去するので、非溶解性物質による前記逆浸透膜および前記ナノろ過膜の目詰まりを低減でき、これらの液体分離膜のろ過性能の低下を低減することができる。
【００４３】
前記フィルタは、ブロー水に含まれる鉄分などを除去できるものであればよく、高性能フィルタ，ＵＦ膜（限外ろ過膜），ＭＦ膜（精密ろ過膜），金属製ろ過膜，セラミック製ろ過膜などを用いることができる。前記フィルタは、耐熱性を有するものが望ましい。
【００４４】
（実施の形態４）
この実施の形態では、前記実施の形態１，２の構成に加えて、前記濃縮水戻し路に、前記ボイラからの濃縮水に含まれる非溶解性物質をろ過するフィルタを備えている。
【００４５】
この実施の形態４において、前記フィルタは、前記ボイラのブロー水，すなわち濃縮水に含まれる鉄分，ＳＳ（懸濁物質）などの非溶解性物質を除去するように、前記濃縮水戻し路に設けられる。この実施の形態４によれば、前記ボイラのブロー水中に含まれる非溶解性物質を前記フィルタにより除去するので、非溶解性物質による前記逆浸透膜および前記ナノろ過膜の目詰まりを低減でき、これらの液体分離膜のろ過性能の低下を低減することができる。
【００４６】
【実施例】
（実施例の構成）
以下、この発明の具体的一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明の一実施例の貫流式蒸気ボイラを備えたボイラシステムの概略を説明する図である。
【００４７】
図において、実施例のボイラシステムは、ボイラ１と、このボイラ１へ処理水を供給する給水装置２とを主に備えている。
【００４８】
前記ボイラ１は、前記給水装置２からの給水が導入される下部ヘッダ，この下部ヘッダに対して起立するように設けられた複数本の伝熱管と、これら伝熱管の上端部に設けられる上部ヘッダとを含む周知構成の缶体（いずれも図示省略）を有している。前記上部ヘッダには、負荷装置（図示省略）へ蒸気を供給するための蒸気供給路３備えている。前記伝熱管は、前記非不動態化金属体である炭素鋼にて形成される。
【００４９】
前記給水装置２は、前記ボイラ１に処理水を供給するためのものであり、原水供給路４、この原水供給路４からの補給される原水を貯留するための第一給水タンク５、およびこの第一給水タンク５の原水を処理し、前記ボイラ１に処理水を供給するための給水経路６を備えている。
【００５０】
前記給水経路６には、第一フィルタ７，軟水化装置８、第二フィルタ９，ＲＯ膜よりなるろ過装置１０，脱酸素装置１１および第二給水タンク１２を処理水の上流側から下流側へこの順に備えている。前記ろ過装置１０の上流側には、ポンプ（図示省略）を設ける。
【００５１】
また、前記ボイラ１は、前記缶体内で濃縮されたボイラ水（濃縮水）をブロー水として定期的あるいは随時に排出する濃縮水排水路を有しており、この濃縮水排出路を前記第一給水タンク５に接続することで、濃縮水戻し路１３を形成している。
【００５２】
前記濃縮水戻し路１３には、ポンプ（図示省略）を備えるとともに、前記原水供給路４との接続部近傍には、原水の逆流を防止する逆止弁（図示省略）を備えている。
【００５３】
前記第一フィルタ７は、前記原水供給路４により供給される原水および前記ボイラ１からのブロー水中に含まれる鉄分などの非溶解性物質を除去するためのもので、この実施例ではＭＦ膜を用いている。
【００５４】
また、前記軟水化装置８は、原水中に含まれる硬度成分をナトリウムイオンに置換して補給水を軟水に変換するためのものである。
【００５５】
また、前記第二フィルタ９は、前記ろ過装置１０のＲＯ膜を劣化させる原水中に含まれている塩素などの酸化剤を除去するためのものであり、筒体に収容された活性炭により構成される。
【００５６】
また、前記脱酸素装置１１は、処理水中に含まれる溶存酸素を機械的に除去するためのものである。脱気膜の一方に被処理水流通させ、他方を真空排気手段により真空吸引することで、被処理水中の溶存酸素を脱気する周知構成のものである。
【００５７】
また、前記ろ過装置１０は、前記軟水化装置８および前記第二フィルタ９により処理された処理水を、前記脱酸素装置１１において処理する前に前記ＲＯ膜を用いてろ過処理するためのものである。このろ過装置１０において用いられるＲＯ膜は、処理水中に含まれる、前記ボイラ１の伝熱管を形成する非不動態化金属体の腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンを捕捉して取り除くことができる機能を有する液体分離膜である。
【００５８】
また、前記第二給水タンク１２は、前記給水経路６において軟水化処理、ろ過処理および脱酸素処理され前記ボイラ１へ供給する処理水を貯留するためのものである。前記第二給水タンク１２は、前記ボイラ１から熱交換器等の負荷装置（図示省略）に供給された蒸気の凝縮水（復水）が流入するように構成されている。
【００５９】
前記第二給水タンク１２と前記ボイラ１との間には、前記第二給水タンク１２に貯留された処理水および復水を、給水として前記ボイラ１の缶体に供給するためのポンプ（図示省略）を備えている。
【００６０】
さらに、この実施例においては、前記ボイラ１から排出される排ガスを前記濃縮水戻し路１３を流通するブロー水に吹き込むことにより、ブロー水のｐＨを下げるように機能する排ガス注入路１４を形成している。具体的には、排ガスがブロー水に吹き込まれる箇所にはブロー水貯留用のタンク（図示省略）を設け、ここに貯留したブロー水中に排ガスを気泡状態として噴出（バブリング）させるように構成する。
【００６１】
（実施例の作用）
つぎに、前記実施例のボイラシステムの作用を説明する。硬度成分，硫酸イオン，塩化物イオン，炭酸水素イオンおよびシリカを含む原水は、前記原水供給路４を通して前記第一給水タンク５に貯留される。また、前記ボイラ１の運転により前記ボイラ１から排出されるブロー水は、濃縮水戻り路１３を通して前記第一給水タンク５に流入する。その結果、前記第一給水タンク５内の原水は、高ｐＨで高温のブロー水と混合されるので、ｐＨが上昇する。そして、ｐＨの上昇と原水温度の上昇により、原水のシリカ溶解度が上昇する。このｐＨとシリカ溶解度との関係は図２および図３に示す通りである。
【００６２】
前記第一給水タンク５内の原水のｐＨは、前記ＲＯ膜へのシリカスケールおよび炭酸カルシウムスケール付着防止に適したｐＨとして約７〜８に維持する。前記第一タンク内５の水のｐＨは、原水のｐＨおよび原水量と、前記濃縮水戻し路１３により還流するブロー水のｐＨとブロー水量とにより決まる。したがって、前記排ガス注入路１４による排ガスの注入量を制御することでブロー水のｐＨを制御し、前記第一給水タンク５内のｐＨ，すなわち前記ろ過装置１０に流入する処理水のｐＨが約７〜８の範囲に収まるようにする。
【００６３】
そして、前記第一給水タンク５から流出する原水は、まず前記第一フィルタ７により、ブロー水が混入された原水中に含まれる非溶解性物質が捕捉される。この非溶解性物質の中には、ブロー水および原水に含まれる鉄分などの物質が含まれ、後流の前記ろ過装置１０のＲＯ膜のファウリングの原因が除去されることとなる。
【００６４】
前記第一フィルタ７を通過した処理水は、軟水化装置１１を通過し、カルシウムやマグネシウムの硬度成分がナトリウムイオンに置換されて、炭酸水素ナトリウム，硫酸イオン，塩化物イオンおよびシリカを含む軟水となる。
【００６５】
この軟水は、前記第二フィルタ９を通過する際に塩素などの酸化剤が吸着ろ過される。これにより、後流の前記ろ過装置１０のＲＯ膜の劣化が低減される。また、この軟水のｐＨが約７〜８とされているので、前記ＲＯ膜への炭酸カルシウムスケール付着が低減される。
【００６６】
さらに、前記第二フィルタ９を通過した処理水は、前記ろ過装置１０においてろ過処理される。具体的には、当該処理水は、前記ろ過装置１０を通過する際、前記非不動態化金属体の腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオン、並びにシリカが前記ＲＯ膜により捕捉され、処理水から除去される。こうして得られた炭酸水素イオンを含む処理水は、前記脱酸素装置１１を通過し、前記第二給水タンク１２に貯留され、前記ボイラ１へ供給される。前記ボイラ１へ供給される処理水は、腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンが除去されて適正な濃度とされているので、前記ボイラ１の伝熱管の腐食防止または抑制に効果的である。さらに、前記ボイラ１では、缶体内で処理水に含まれる炭酸水素ナトリウムが濃縮につれて分解し、炭酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウムが生成されるので、ボイラ水のｐＨを前記非不動態化金属体の腐食抑制に適したｐＨまで上昇させることができる。
【００６７】
（他の実施例）
この発明の実施例は、以上説明したとおりであるが、この発明は、前記実施例に限定されるものではない。前記実施例においては、原水のシリカ濃度が高い場合として、前記ろ過装置１０の液体分離膜にＲＯ膜を用いたが、原水のシリカ濃度が低い場合は、前記液体分離膜としてナノろ過膜を用いることができる。この場合、前記ナノろ過膜は、シリカの捕捉率が３０％と低く、大部分のシリカが透過するので、原水のシリカ濃度が低い場合でもブロー水の還流により、ボイラ水のシリカ濃度を腐食抑制に適した濃度とすることができる。
【００６８】
また、前記実施例では、前記第一フィルタ７を前記第一給水タンク５と前記軟水化装置８との間に設けているが、図４に示す第二実施例のように、濃縮水戻り路１３の途中に設けることができる。この第二実施例において、前記第一実施例と異なるのは、前記第一フィルタ７の位置だけであり、その他は同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。また、この第二実施例の作用は、基本的に前記第一実施例と同様であるので、その説明を省略する。
【００６９】
また、前記実施例では、前記前記濃縮水戻し路１３を前記軟水化装置８の上流側である前記第一給水タンク５に接続しているが、実施に応じては、前記ろ過装置１０の上流側であって、前記軟水化装置８の下流側に接続することができる。
【００７０】
さらに、前記実施例では、排ガス注入路１４を前記濃縮水戻し路１３に接続しているが、前記ろ過装置１０の上流側、すなわち前記第一給水タンク５と前記ろ過装置１０との間に接続することができる。
【００７１】
【発明の効果】
この発明によれば、ボイラのブロー水，すなわち濃縮水を前記ろ過装置の上流側の原水へ戻すように構成しているので、原水のｐＨおよび温度を高くすることができ、逆浸透膜やナノろ過膜へのスケール付着を低減できる。その結果、逆浸透膜やナノろ過膜による腐食促進成分，すなわち硫酸イオンおよび塩化物イオンに対する高い捕捉性能を維持でき、前記ろ過装置の回収率を向上できるとともに、薬剤を用いることなく、ボイラの腐食防止を効果的に実現できる。また、ブロー水の有効利用を行うので、ブロー水の中和処理を不要または減少でき、環境対応のボイラシステムを提供できるなど産業的価値は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第一実施例のボイラシステムの概略説明図である。
【図２】シリカ溶解度特性を示す図である。
【図３】シリカ溶解度ｐＨ補正特性を示す図である。
【図４】この発明の第二実施例のボイラシステムの概略構成図である。
【符号の説明】
１ ボイラ
２ 給水装置
１０ ろ過装置
１３ 濃縮水戻り路
Claims (5)
- 硬度成分，硫酸イオン，塩化物イオン，炭酸水素イオンおよびシリカを含む原水を処理してボイラ１へ供給するボイラシステムであって、原水中に含まれる硬度成分をナトリウムイオンに置換し、炭酸水素ナトリウム，硫酸イオン，塩化物イオンおよびシリカを含む水を得る軟水化装置８と、この軟水化装置８により処理された水を前記ボイラ１の伝熱管を形成する非不動態化金属体の腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンを捕捉可能な逆浸透膜によりろ過し、炭酸水素ナトリウムを含む水を得るろ過装置１０と、このろ過装置１０により処理され、炭酸水素ナトリウムを含む水を前記ボイラ１へ供給する給水装置２と、前記ボイラ１から排出され、前記ボイラ１の缶体内で炭酸水素ナトリウムが分解して生成した炭酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウムを含む濃縮水を前記ろ過装置１０の上流側の原水へ戻す濃縮水戻し路１３とを備えるボイラシステム。
- 硬度成分，硫酸イオン，塩化物イオン，炭酸水素イオンおよびシリカを含む原水を処理してボイラ１へ供給するボイラシステムであって、原水中に含まれる硬度成分をナトリウムイオンに置換し、炭酸水素ナトリウム，硫酸イオン，塩化物イオンおよびシリカを含む水を得る軟水化装置８と、この軟水化装置８により処理された水を前記ボイラ１の伝熱管を形成する非不動態化金属体の腐食促進成分である硫酸イオンおよび塩化物イオンを捕捉可能で、かつ前記非不動態化金属体の腐食抑制成分であるシリカを透過可能なナノろ過膜によりろ過し、炭酸水素ナトリウムおよびシリカを含む水を得るろ過装置１０と、このろ過装置１０により処理され、炭酸水素ナトリウムおよびシリカを含む水を前記ボイラ１へ供給する給水装置２と、前記ボイラ１から排出され、前記ボイラ１の缶体内で炭酸水素ナトリウムが分解して生成した炭酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウム、並びにシリカを含む濃縮水を前記ろ過装置１０の上流側の原水へ戻す濃縮水戻し路１３とを備えるボイラシステム。
- 前記ろ過装置１０に流入する水のｐＨを調整するｐＨ調整手段であって、前記ボイラ１の排ガスを前記ボイラ１から排出される濃縮水またはこの濃縮水が混入した処理水に注入する排ガス注入路１４を備える請求項１または請求項２に記載のボイラシステム。
- 前記軟水化装置８の前段に、原水および前記ボイラ１からの濃縮水に含まれる非溶解性物質をろ過するフィルタ７を備える請求項１〜３のいずれか１項に記載のボイラシステム。
- 前記濃縮水戻し路１３に、前記ボイラ１からの濃縮水に含まれる非溶解性物質をろ過するフィルタ７を備える請求項１〜３のいずれか１項に記載のボイラシステム。
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