JP4403822B2 - 給水処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ボイラ又は蒸気発生プラントにおいて、給水又は補給水を脱炭酸処理する給水処理方法に関する。
ボイラ及び蒸気発生プラントにおいて、補給水や給水に炭酸塩、炭酸水素塩が含まれているとボイラ及び蒸気発生器内で熱分解して二酸化水素が発生する。例えば、補給水として軟化水が使用される場合には軟化水中に含まれている炭酸水素ナトリウムが下記の反応式で分解する。
２ＮａＨＣＯ３→Ｎａ２ＣＯ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ …（１）
Ｎａ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ→２ＮａＯＨ＋ＣＯ２ …（２）
２ＮａＨＣＯ３→Ｎａ２ＣＯ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ …（１）
Ｎａ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ→２ＮａＯＨ＋ＣＯ２ …（２）
この二酸化炭素は、蒸気と共に蒸気復水系に移行し、蒸気が凝縮する際に凝縮水中に溶解し、蒸気凝縮水のｐＨを低下させ、鋼材及び銅材を腐食させる。この腐食を低減するために、軟化水中の炭酸成分を除去する方法として下記の２方法がある。
Ａ：酸、アルカリ添加法
給水に、硫酸、塩酸等の酸を添加してｐＨを酸性にして二酸化炭素を遊離させ、この二酸化炭素を脱気装置で除去し（例えば、特開２００１−１２９３０５号）、そこに水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ剤を添加して、ボイラ、蒸気発生器の給水として適正なｐＨに調整する方法。
Ｂ：強酸性イオン交換樹脂、アルカリ添加法
給水を、一部、強酸性イオン交換樹脂によりイオン交換し、残りの給水と混合することで、ｐＨを酸性にして二酸化炭素を遊離させ、この二酸化炭素を脱気装置で除去し、そこに水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ剤を添加して、ボイラ、蒸気発生器の給水として適正なｐＨに調整する方法。
Ａ：酸、アルカリ添加法
給水に、硫酸、塩酸等の酸を添加してｐＨを酸性にして二酸化炭素を遊離させ、この二酸化炭素を脱気装置で除去し（例えば、特開２００１−１２９３０５号）、そこに水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ剤を添加して、ボイラ、蒸気発生器の給水として適正なｐＨに調整する方法。
Ｂ：強酸性イオン交換樹脂、アルカリ添加法
給水を、一部、強酸性イオン交換樹脂によりイオン交換し、残りの給水と混合することで、ｐＨを酸性にして二酸化炭素を遊離させ、この二酸化炭素を脱気装置で除去し、そこに水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ剤を添加して、ボイラ、蒸気発生器の給水として適正なｐＨに調整する方法。
通常はハンドリングや制御の容易さからＡの方法が実施されている。
特開２００１−１２９３０５号公報
上記Ａには以下の課題がある。
酸、アルカリを管理、使用する必要がある。
酸、アルカリを添加することで、給水中の塩類濃度が上昇し、ボイラ及び蒸気発生器の濃縮倍数がそれによって制限されることがある。
酸として硫酸や塩酸を用いると、給水中の塩化物イオン、硫酸イオン濃度が上昇する。これらのイオンは、腐食性アニオンと呼ばれ、溶存酸素の共存下において、給水配管や、ボイラ及び蒸気発生器の缶内における腐食を助長、加速する恐れがある。
酸、アルカリを管理、使用する必要がある。
酸、アルカリを添加することで、給水中の塩類濃度が上昇し、ボイラ及び蒸気発生器の濃縮倍数がそれによって制限されることがある。
酸として硫酸や塩酸を用いると、給水中の塩化物イオン、硫酸イオン濃度が上昇する。これらのイオンは、腐食性アニオンと呼ばれ、溶存酸素の共存下において、給水配管や、ボイラ及び蒸気発生器の缶内における腐食を助長、加速する恐れがある。
上記Ｂには以下の課題がある。
強酸性イオン交換樹脂の再生に、高濃度の塩酸等を管理、使用する必要がある。
強酸性の再生廃液が多量に発生するため、これを適正に処理する必要が生じる。
強酸性イオン交換樹脂の再生に、高濃度の塩酸等を管理、使用する必要がある。
強酸性の再生廃液が多量に発生するため、これを適正に処理する必要が生じる。
本発明は、上記従来技術の課題を解決し、薬剤を添加せずにボイラ補給水を電解することにより酸性水を得てそれを脱気することにより効率よく脱気することができる給水処理方法を提供することを目的とする。
本発明の給水処理方法は、ボイラ又は蒸気発生プラントの炭酸塩及び／又は炭酸水素塩を含有する給水又は補給水を脱炭酸処理する給水処理方法であって、該給水又は補給水を電解装置に通水することにより、酸性水とアルカリ水とに電解し、該酸性水を脱気装置に導入して脱炭酸処理を行うことにより脱炭酸処理した酸性水を得、該脱炭酸処理した酸性水に該アルカリ水の一部又は全量を混合することによりｐＨを中性ないしアルカリ性とし、次いで、脱酸素装置に導入して脱酸素処理を行うことを特徴とするものである。
上記の電解装置において、水は以下のように電解される。
陽極：４ＯＨ→２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２＋４ｅ−
４Ｈ２Ｏ→４Ｈ＋＋４ＯＨ−
陰極：４Ｈ＋４ｅ−→２Ｈ２
４Ｈ２Ｏ→４Ｈ＋＋４ＯＨ−
陽極：４ＯＨ→２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２＋４ｅ−
４Ｈ２Ｏ→４Ｈ＋＋４ＯＨ−
陰極：４Ｈ＋４ｅ−→２Ｈ２
４Ｈ２Ｏ→４Ｈ＋＋４ＯＨ−
この反応により陽極側ではＯＨが不足して酸性になり、陰極側ではＨ＋が不足してアルカリ性となる。この陽極側の酸性水中では、溶存炭酸塩、炭酸水素塩が前記式（１），（２）に従って分解する。この酸性水からＣＯ２ガスが分離され、脱炭酸処理が行われる。
従って、本発明によると、薬品としての酸添加を行うことなく脱炭酸処理することができる。
脱炭酸効率を高めるために、上記の酸性水を脱気処理することが好ましい。
この酸性水のｐＨは３．０〜６．５程度が好適である。
この脱炭酸処理した酸性水に、電解装置で生じたアルカリ水の一部又は全量を添加し、処理水のｐＨを中性ないしアルカリ性とすることにより、配管や各機器等の腐食を防止することができる。このｐＨ調整のためのアルカリ水は、電解装置で生じたものであるから、薬品としてのアルカリを保管する必要はない。
以下、図面を参照して本発明の給水処理方法について説明する。図１は実施の形態に係る給水処理方法に用いる電解装置の概略的な縦断面図、図２は図１のII−II線断面図である。
この電解装置１は、内部が隔膜６によって陽極室２と陰極室３とに区画されており、陽極室２内に陽極４が設置され、陰極室３内に陰極５が設置されている。
給水又は補給水が配管１ａを介して陽極室２に導入され、配管１ｂを介して陽極室２から流出する。
陰極室３には流出用配管１ｃ及びブロー用配管１ｅが設けられている。配管１ｂ及び配管１ｃにはそれぞれ陽極室用バルブ７と陰極室用バルブ８とが設けられており、配管１ｅにはブローバルブ９が設けられている。これらのバルブ７，８，９は制御装置１２によって制御される。なお、配管１ｂ，１ｃにｐＨ測定器１３が設けられ、その検出値がバルブ制御装置１２に入力されている。
陽極４及び陰極５には、電源１０から電流制御装置１１を介して電圧が印加される。
このように構成された電解装置１の該陽極室２にボイラ、蒸気発生プラントの給水又は補給水が通水される。バルブ７，８，９の開度を制御することにより、陽極室２及び陰極室３の通水量及びブローアウト水量を制御する。
陽極室２を通過した水は、ｐＨが酸性（好ましくはｐＨ３．０〜６．５特に約５．５）になっている。この酸性水を脱気装置２０に導入し、脱気処理することによりＣＯ２がガスとして分離される。脱炭酸処理された水は、配管２１、ポンプ２２を経て脱炭酸処理済みの処理水としてボイラ等へ給水される。
この配管２１内を流れる水は酸性水であるので、この実施の形態では、前記配管１ｃからのアルカリ水の一部又は全量を配管１ｃに連なる配管２３を介して配管２１内の酸性水に合流させている。なお、必要に応じ、余剰のアルカリ水は、配管２３から分岐したバルブ２４付き配管２５を介して流出させる。そして、本実施形態においてはさらに酸素脱気装置２０Ａに導入してＯ２をガスとして分離する。
このようにして、ｐＨが中性ないしアルカリ性の脱炭酸処理水がボイラ等へ供給される。
上記の脱気装置２０としては、脱炭酸塔、膜式脱気装置、窒素置換式脱気装置など各種のものを用いることができる。
上記電解装置１の電極としては、電解時に溶出しない材質のものが好ましく、また、この構造は、反応効率が高いメッシュ状、多孔質のものが好適であるが、これに限定されない。
陽極室２と陰極室３の容積比は特に限定されないが、酸性水の生成量が多いほうが望ましいことから、陽極室：陰極室の比が５０：５０〜１００：１であることが好ましい。同様に陽極室と陰極室への流量比は陽極流量が大きい方が望ましく、５０：５０〜１００：１例えば約２０：１であることが好ましい。
電解の電流密度は０．０００１〜１０Ａ／ｄｍ２程度が好ましく、電極への印加電圧は４０Ｖ以下が好ましい。
隔膜６としては、耐酸性及び耐アルカリ性に優れた材料よりなるものが好ましい。隔膜６の孔径は、１０μｍ以下では電気泳動が阻害されるところから、１０μｍ以上特に０．１〜２ｍｍ程度が好ましい。
実施例１
図１に示す給水処理装置により補給水を処理した。電解装置の陽極室、陰極室の容積はそれぞれ０．３ｍ３，０．１ｍ３とした。隔膜としては孔径２０μｍのポリエチレン多孔質膜を用いた。補給水は水温３０℃、溶存酸素濃度８ｍｇ−Ｏ２／Ｌ、Ｍアルカリ度５０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ、硫酸イオン２５ｍｇ／Ｌの軟化水を用いた。
図１に示す給水処理装置により補給水を処理した。電解装置の陽極室、陰極室の容積はそれぞれ０．３ｍ３，０．１ｍ３とした。隔膜としては孔径２０μｍのポリエチレン多孔質膜を用いた。補給水は水温３０℃、溶存酸素濃度８ｍｇ−Ｏ２／Ｌ、Ｍアルカリ度５０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ、硫酸イオン２５ｍｇ／Ｌの軟化水を用いた。
この被処理水を１ｍ３／ｈの速度で供給した。この水を２４Ｖ、電流密度０．３Ａ／ｄｍ２の電解条件にて電解した。このとき酸性水とアルカリ水の生成比は２０：１となるように設定した。これによりｐＨ５．５の酸性水を０．９５ｍ３／ｈ得ることができた。この酸性溶液を窒素吹込み式膜脱気塔の上部に０．９５ｍ３／ｈの速度で供給した。脱気処理された水は脱気塔出口で電解アルカリ水と混合され、ｐＨは中性に近い値となった。
このとき得られた処理水中の溶存酸素濃度は０．１ｍｇ−Ｏ２／Ｌ、Ｍアルカリ度は１０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌであり、従来の酸、アルカリ添加法とほぼ同等の高水質処理水を得ることができた。
比較例１
前述の軟化水に酸として４０ｍｇ／Ｌ ａｓ Ｈ２ＳＯ４を添加してｐＨを５．５に調整しこれを窒素吹込み式膜脱気塔に１ｍ３／ｈで供給した。脱気処理された水に水酸化ナトリウムを３ｍｇ／Ｌ添加しｐＨを中性に調整した。このとき得られた処理水の溶存酸素濃度は０．１ｍｇ／Ｌ、Ｍアルカリ度は１０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌとなり、硫酸イオンは６４ｍｇ／Ｌに上昇した。
前述の軟化水に酸として４０ｍｇ／Ｌ ａｓ Ｈ２ＳＯ４を添加してｐＨを５．５に調整しこれを窒素吹込み式膜脱気塔に１ｍ３／ｈで供給した。脱気処理された水に水酸化ナトリウムを３ｍｇ／Ｌ添加しｐＨを中性に調整した。このとき得られた処理水の溶存酸素濃度は０．１ｍｇ／Ｌ、Ｍアルカリ度は１０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌとなり、硫酸イオンは６４ｍｇ／Ｌに上昇した。
以上の実施例及び比較例からも明らかな通り、本発明例によると、薬品を使用せずに従来の酸、アルカリ添加法と同等の脱炭酸・脱酸素効果を得ることができる。また、薬品を使用しないため、コストが削減されると共に、中和処理等などの煩雑な操作が不要となった。
１ 電解装置
２ 陽極室
３ 陰極室
４ 陽極
５ 陰極
６ 隔膜
２０ 脱気装置
２ 陽極室
３ 陰極室
４ 陽極
５ 陰極
６ 隔膜
２０ 脱気装置
Claims (3)
- ボイラ又は蒸気発生プラントの炭酸塩及び／又は炭酸水素塩を含有する給水又は補給水を脱炭酸処理する給水処理方法であって、
該給水又は補給水を電解装置に通水することにより、酸性水とアルカリ水とに電解し、
該酸性水を脱気装置に導入して脱炭酸処理を行うことにより脱炭酸処理した酸性水を得、
該脱炭酸処理した酸性水に該アルカリ水の一部又は全量を混合することによりｐＨを中性ないしアルカリ性とし、次いで、脱酸素装置に導入して脱酸素処理を行うことを特徴とする給水処理方法。 - 請求項１において、酸性水のｐＨを３．０〜６．５とすることを特徴とする給水処理方法。
- 請求項１又は２において、酸性水とアルカリ水の生成比率を容積比にて酸性水：アルカリ水＝５０：５０〜１００：１とすることを特徴とする給水処理方法。
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