JP5610035B2 - 窒素置換式脱酸素装置 - Google Patents

Description

この発明は、ボイラの給水タンクに、脱酸素塔からの脱酸素水を直接供給する窒素置換式脱酸素装置に関するものである。

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可能性を有している。そこで、ボイラ給水中の溶存酸素を除去すべく、脱酸素装置を用いたり、ボイラ給水中に脱酸素薬品を注入したりすることがなされている。

脱酸素装置には、いくつかの方式がある。食品工場や機械組立工場などで多く使用される低圧ボイラへのボイラ給水に対しては、窒素置換式脱酸素装置が多く用いられている。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、脱酸素塔から取り出された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、例えば、給水タンクの天板上に脱酸素塔を取り付ける必要があるため、サイズが大きく重量のある脱酸素塔を給水タンクに取り付ける場合、給水タンクに強度上の制限が発生する。すなわち、上記窒素置換式脱酸素装置では、給水タンクの強度を充分に上げる必要があり、このため、この給水タンクに多額の補強費用がかかってしまうという課題があった。

また、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。特に、水没部分の上下長さが充分に取れない場合には、設計上の脱酸素率が得られないという課題があった。

この発明は、以上の点に鑑み、給水タンクに大がかりな補強をしなくても、脱酸素塔から直接給水タンクに脱酸素水を供給す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。

また、この発明は、上記目的に加え、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被処理水と、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、前記脱酸素塔からの前記脱酸素水を、タンク水として貯め、ボイラ側の要求に応じて、必要な脱酸素水をボイラ側に供給するための給水タンクと、新たな被処理水が補給される場合にはこの新たな被処理水とともに、又は、前記新たな被処理水が補給されない場合は単独で、前記給水タンク内の前記タンク水を、被処理水として前記脱酸素塔に循環させるように供給して、脱酸素処理させる水処理ライン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給水タンクの側方に配置して、この脱酸素塔を下方側の支持架台に支持させるとともに、前記脱酸素塔内の前記脱酸素水を前記給水タンク内に自力で流し込ませ、かつ、前記脱酸素塔の下部内に、前記給水タンクと連通させて水面が形成されるように、前記脱酸素塔の下部の脱酸素水の供給端部を、前記給水タンクの水面より下方の側面側又は前記給水タンクの底面側に接続し、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、脱酸素塔下部の脱酸素水の供給端部から給水タンク内に供給される。この場合、脱酸素塔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していて、脱酸素塔下部には、給水タンクとの連通作用によって、給水タンクの水面とほぼ同レベルの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脱酸素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るが、脱酸素塔下部の水面下の長さがある程度あれば、大部分のガス泡は浮上して脱酸素水と分離される。

また、この発明では、窒素ガス供給部から、脱酸素塔下部内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、給水タンク内に流入するのが防止される。

すなわち、脱酸素塔下部内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、脱酸素塔下部内の水面下の脱酸素水は、給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、脱酸素塔下部内の脱酸素水中に留まったり、脱酸素水と共に給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、脱酸素塔下部内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給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、前記給水タンク内には、前記脱酸素塔の下部の前記脱酸素水の供給端部から供給される前記脱酸素水に水流を形成し、この脱酸素水を前記給水タンク内に分散させる偏流防止手段が設けられていることを特徴とする。

この発明では、脱酸素塔から給水タンク内に供給された脱酸素水は、偏流防止手段によって水流が形成されて給水タンク内を移動しつつ、この給水タンク内に分散される。このため、脱酸素水は、給水タンク内の特定場所にのみ移動したり、特定場所に溜まってしまうことはない。

この発明の請求項１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。この場合、脱酸素塔を給水タンクの側方に配置しているので、脱酸素塔を給水タンクとはほぼ無関係に下方側の支持架台に支持させることができる。したがって、脱酸素塔の支持に当たり、強度の弱い給水タンクを大がかりに補強をする必要がなく、脱酸素塔の支持を簡単なものですますことができる。また、この発明によれば、給水タンク内のタンク水が、被処理水として脱酸素塔に循環するように供給されるので、給水タンク内におけるタンク水の溶存酸素濃度の減少を図ることができる。

また、この発明によれば、脱酸素塔の下部内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、脱酸素塔から給水タンク内に供給された脱酸素水と給水タンク内のタンク水とが撹拌され、給水タンク内のタンク水の溶存酸素濃度の偏りを無くすことができる。

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。
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、偏流防止手段１３と、支持架台１４と、循環ポンプ１５、逆止弁１６、定流量弁１７、及び循環配管１８からなる水処理ラインＲと、流量調節弁１９、電磁弁２０、及び補給水配管２１からなる補給ラインＳと、給水ポンプ２２、及び給水配管２３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時の給水量、もしくは給水ポンプ２２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、側面の上下方向中間位置よりやや下方に、脱酸素塔１２との接続部となる脱酸素水ノズル１０２が設けられている。また、この給水タンク１０には、上面に、水位検出器１１の取付部１０３が設けられているとともに、外気との連通部となるベント管１０４が設けられている。

なお、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１０４を介して内部に外気が取り込まれる。また、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１０４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２０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２０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被処理水と、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、９０度屈曲して水平に延びる脱酸素水供給部１２５とが設けられたものである。この主要部は、全体として、例えば８０Ａ〜３００Ａの配管を用いて、同径で細長い筒状に形成されているとともに、水供給部１２０からガス分離部１２４までは、例えば、数メートルの長さで直線状に真っ直ぐ形成されている。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１２６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１２７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、被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の側方に、上下方向に立った状態で設けられていて、給水タンク１０側に屈曲して延びる脱酸素水供給部１２５の端部が、給水タンク１０の側面側に設けられた脱酸素水ノズル１０２に、フランジ部Ｆを介して直接接続されて（取り付けられて）いる。すなわち、脱酸素塔１２は、下部側を給水タンク１０と連通させた状態で、給水タンク１０の側面側から、この給水タンク１０に脱酸素水Ｗ２を供給することとなる。

この場合、脱酸素塔１２は、給水タンク１０とは無関係に地上に設置された、簡単な支持架台１４によって支持される。この支持架台１４は、例えば４本足の椅子のような形状をしたものであり、上部側の水平部１４ａで、脱酸素塔１２の水平な下面（脱酸素水供給部１２５の下面）を支持して、脱酸素塔１２の重量を支持するとともに、上部側の立ち上げ部１４ｂで、脱酸素塔１２の下部側面（ガス分離部１２４の下部側面）を支持して、脱酸素塔１２の横揺れを防止している。なお、フランジ部Ｆ間に短いフレキシブルジョイントを差し込み、脱酸素塔１２側の荷重を給水タンク１０側に全くかけないようにしてもよい。

水供給部１２０は、側面に脱酸素処理する被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１２６が取り付けられている。このガス排出部１２６は、大気解放されたパイプ１２６ａに逆止弁１２６ｂを設けたものである。

リアクター部１２１，１２２は、被処理水と窒素ガスＮとを対向接触させて、ヘンリーの法則によって、被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被処理水を一旦貯めて、この被処理水を、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、脱酸素された被処理水と、酸素ガスや窒素ガスとを最終的に分離して、脱酸素水Ｗ２を取り出す部分である。ガス分離部１２４は、下端の上下位置が、給水タンク１０内のタンク水Ｗ１の上下位置の中程まで延びるとともに、脱酸素水供給部１２５が給水タンク１０の水面Ｍ１より下方の側面側と接続されていることから、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、脱酸素水Ｗ２の水面Ｍ２への落下によって巻き込まれたり、又は、脱酸素水Ｗ２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、窒素ガス供給ラインＵと接続される窒素ガスノズル１２４ａ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１２７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１２７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１２７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の窒素ガスノズル１２４ａの上向き内端と接続されて、この窒素ガスノズル１２４ａを介してガス分離部１２４側に支持されている。この散気管１２７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１２７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、脱酸素水Ｗ２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による脱酸素効率の低下が生じる。リアクター部１２１，１２２の性能を上げて、被処理水を細かく粒子状にする程、脱酸素水Ｗ２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１２７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１２７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１２７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１２７の無い場合、散気管１２７と水面Ｍ２との距離Ｚ２が０．１５ｍの場合、散気管１２７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入口の被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。

図から、脱酸素率Ｋは、脱酸素塔１２の運転時間には関係せず、散気管１２７の無い場合には８４％であり、散気管１２７と水面Ｍ２との距離Ｚ２が０．１５ｍの場合には８９％であり、散気管１２７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１２７が無い場合に比べて、散気管１２７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１２７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１２７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、脱酸素水供給部１２５の近傍に散気管１２７があると、散気管１２７周りのガス泡Ｂ１が、脱酸素水供給部１２５の水平管部１２５ａに入り込み易いことが分かっている。このため、散気管１２７は、脱酸素水供給部１２５の水平管部１２５ａより、距離Ｚ３、例えば０．４ｍだけ上方にある方が望ましい。

偏流防止手段１３は、脱酸素水供給部１２５から給水タンク１０に供給された脱酸素水Ｗに一方向又は多方向への水流を形成して、この脱酸素水Ｗが、給水タンク１０全体に行き渡るようにするものである。例えば、偏流防止手段１３Ａは、図４の（ａ）で示されるように、向き合うように配置される、リング板１３０と円盤状の突き当て板１３１とを、例えば３本の、水平で細長い支持部材１３２で連結したものである。この偏流防止手段１３Ａは、リング板１３０が、給水タンク１０の脱酸素水ノズル１０２のフランジ部Ｆと脱酸素水供給部１２５のフランジ部Ｆとで挟み付けられて、給水タンク１０側に支持され、垂直に配置される突き当て板１３１が、給水タンク１０内方に充分突出するように位置決めされる。

脱酸素水供給部１２５から給水タンク１０内に供給された脱酸素水Ｗ２は、図１で示されるように、偏流防止手段１３Ａの突き当て板１３１に突き当てられて、給水タンク１０内の上下方向や左右方向に分散して流れ、その偏流が防止される。この場合、図４の（ｂ）で示されるように、突き当て板１３１の水平面との角度を変えてもよいし、突き当て板１３１の形状も円形や多角形等どのようなものであってもよい。また、支持部材１３２の形状や本数もどのようなものであってもよい。なお、図４の（ｃ）で示されるように、偏流防止手段１３Ａからリング板１３０を取った偏流防止手段１３Ｄを、図４の（ｄ）で示されるように、給水タンク１０の脱酸素水ノズル１０２周りに、直接溶接等で取り付けてもよい。

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２０が閉じている場合には、循環ポンプ１５の作動により、給水タンク１０内のタンク水Ｗ１が逆止弁１６と定流量弁１７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２０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を送る。窒素ガス供給ラインＵは、脱酸素塔１２の窒素ガスノズル１２４ａ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。

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１０ａ）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２０を閉じた状態で、水処理ラインＲの循環ポンプ１５を運転し、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。この場合、脱酸素塔１２の脱酸素水供給部１２５から給水タンク１０内に供給された脱酸素水Ｗ２は、偏流防止手段１３の突き当て板１２７ｂに突き当てられて、上下方向や左右方向に分散移動するため、脱酸素水Ｗ２の偏流が防止されるとともに、給水タンク１０内は脱酸素水Ｗ２によって撹拌され、タンク水Ｗ１の溶存酸素濃度の均一化が図られる。

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１２７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１５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２０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２０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の位置もこれに対して下降し、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１２６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の下部の脱酸素水の供給端部（脱酸素水供給部１２５の端部）を、給水タンク１０の水面Ｍ１より下方の、給水タンク１０の側面に接続しているので、脱酸素塔１２の下部（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脱酸素水Ｗ２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１２を給水タンク１０の側方に配置して、この脱酸素塔１２の下部の脱酸素水の供給端部（脱酸素水供給部１２５の端部）を、給水タンク１０の側面側に接続しているので、脱酸素塔１２を給水タンク１０とはほぼ無関係に（給水タンク１０にほとんど荷重をかけることなく）支持させることができる。したがって、脱酸素塔１２の支持に当たり、強度の弱い給水タンク１０を大がかりに補強をする必要がなく、脱酸素塔１２の支持を簡単なものですますことができる。この場合、フレキシブルジョイントを使用すれば、脱酸素塔１２を給水タンク１０とは無関係に支持させることができるので、給水タンク１０側の補強は全く必要ない。

さらに、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や脱酸素水供給部１２５）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。

また、この窒素置換式脱酸素装置１では、給水タンク１０内に、供給される脱酸素水Ｗ２を分散させる偏流防止手段１３を設けているので、脱酸素水Ｗ２と給水タンク１０内のタンク水Ｗ１とが撹拌され、給水タンク１０内の溶存酸素濃度の偏りを無くすことができる。

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。

なお、偏流防止手段１３は、図５の（ａ）や（ｂ）で示されるように、一端側にリング板１３０が取り付けられ、他端側が溶接円盤１３３で塞がれたパイプ１３５の端部に、上方向又は上下左右の４方向に水流を形成する孔Ｊが設けられた偏流防止手段１３Ｂ，１３Ｃであってもよい。この偏流防止手段１３Ｂ,１３Ｃは、リング板１３０を、給水タンク１０の脱酸素水ノズル１０２のフランジ部Ｆと脱酸素水供給部１２５のフランジ部Ｆとで挟み付けて給水タンク１０側に取り付けられる。なお、孔Ｊの形状は、円形、多角形、楕円形等どのような形状であってもよい。

また、図５の（ｃ）で示されるように、偏流防止手段１３Ｂ,１３Ｃからリング板１３０を除いて、パイプ１３５と溶接円盤１３３からなる偏流防止手段１３Ｅ,１３Ｆを形成し、この偏流防止手段１３Ｅ,１３Ｆのパイプ１３５の一端側を、給水タンク１０の脱酸素水ノズル１０２周りに溶接して、この偏流防止手段１３Ｅ,１３Ｆを、給水タンク１０側に直接取り付けるようにしてもよい。この場合、パイプ１３５の他端側を、図５の（ｄ）で示されるように、フランジ１３６と盲フランジ１３７とで塞いでもよい。

さらに、この実施の形態では、脱酸素塔１２の脱酸素水供給部１２５の端部を、給水タンク１０の側面側に接続している（取り付けている）が、図６で示されるように、給水タンク１０の本体部１０ａが複数の柱１０ｂで支持されている場合には、脱酸素塔１２の脱酸素水供給部１２５の端部を、給水タンク１０の本体部１０ａの底部側に接続しても（取り付けても）よい。もちろん、給水タンク１０は、パネルタイプのものだけでなく、円筒状のものなど、どのようなタイプのものであってもよい。

また、この実施の形態では、脱酸素塔１２は、１塔だけが給水タンク１０の側方に配置されているが、これを複数塔並列に、給水タンク１０の側方に配置するようにしてもよい。

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す流れ図である。 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。 突き当て板を用いた偏流防止手段を示す図であり、（ａ）は、突き当て板が垂直に配置されるものを示し、（ｂ）は、突き当て板が斜めに配置されるものを示し、（ｃ）は、リング板が無いものを示し、（ｄ）は、（ｃ）で示される偏流防止手段を給水タンクに取り付けた状態を示している。 パイプを用いた偏流防止手段を示す図であり、（ａ）は、孔が１つのものを示し、（ｂ）は、孔が４つのものを示し、（ｃ）は、リング板が無いものを給水タンクに取り付けた状態を示し、（ｄ）は、リング板が無く、かつ、パイプの端部を盲フランジで閉じているものを示している。 脱酸素塔の脱酸素水供給部の端部を給水タンクの底部に接続した状態を示す図である。

１ 窒素置換式脱酸素装置
１０ 給水タンク
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ,１３Ｄ,１３Ｅ,１３Ｆ 偏流防止手段
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）
１２５ 脱酸素水供給部（脱酸素塔の下部）
１２７ 散気管（窒素ガス供給部）
Ｂ２ 窒素ガス小泡（小泡）
Ｍ１ 給水タンクの水面
Ｍ２ 脱酸素塔の下部の水面
Ｎ 窒素ガス
Ｗ０ 補給水（被処理水）
Ｗ１ タンク水（被処理水）
Ｗ２ 脱酸素水

Claims (2)

1. 上方側から供給されて下方に向かう被処理水と、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、
   前記脱酸素塔からの前記脱酸素水を、タンク水として貯め、ボイラ側の要求に応じて、必要な脱酸素水をボイラ側に供給するための給水タンクと、
   新たな被処理水が補給される場合にはこの新たな被処理水とともに、又は、前記新たな被処理水が補給されない場合は単独で、前記給水タンク内の前記タンク水を、被処理水として前記脱酸素塔に循環させるように供給して、脱酸素処理させる水処理ライン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給水タンクの側方に配置して、この脱酸素塔を下方側の支持架台に支持させるとともに、
   前記脱酸素塔内の前記脱酸素水を前記給水タンク内に自力で流し込ませ、かつ、前記脱酸素塔の下部内に、前記給水タンクと連通させて水面が形成されるように、前記脱酸素塔の下部の脱酸素水の供給端部を、前記給水タンクの水面より下方の側面側又は前記給水タンクの底面側に接続し、
   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. 前記給水タンク内には、前記脱酸素塔の下部の前記脱酸素水の供給端部から供給される前記脱酸素水に水流を形成し、この脱酸素水を前記給水タンク内に分散させる偏流防止手段が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。

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