JP6974140B2 - Ammonia treatment method and equipment - Google Patents

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本発明は、復水脱塩装置などからの再生排水からアンモニアを回収して処理する方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for recovering and treating ammonia from recycled wastewater from a condensate desalting apparatus or the like.

火力発電所などのプラントでは、ボイラによって蒸気を発生させ、この蒸気によってタービンを駆動する。タービンを駆動した後の蒸気は復水器に導かれて液体の水となり、イオン交換樹脂などのイオン交換体を有する脱塩装置によってその水の中の不純物イオンが除去された後、再度、ボイラに供給される。また、ボイラやタービン、さらにはそれらを接続する配管やポンプの腐食を防止するために、ボイラに供給される水にはアンモニアを添加することが一般的である。このアンモニアは脱塩装置のイオン交換樹脂に捕捉されるから、脱塩装置のイオン交換樹脂の再生を行った場合には、再生排水に多量のアンモニアあるいはアンモニウムイオンが含まれることになる。アンモニア濃度が高い排水をプラントの敷地外にそのまま放流することは好ましくないから、なんらかの手段によりアンモニアを処理する必要がある。アンモニア態窒素を含む排水の処理方法として、特許文献１は、排水にアルカリを加えてアンモニア態窒素をアンモニアに変換し、そののちストリッピングによってアンモニアガスとして回収し、回収したアンモニアガスを触媒上で空気と接触させて窒素ガスにまで酸化させることを開示している。また特許文献１は、脱硝装置を有するプラントにおいては、回収したアンモニアガスを脱硝工程に利用できることも開示している。 In plants such as thermal power plants, boilers generate steam, which drives turbines. After driving the turbine, the steam is guided to the condenser to become liquid water, and after the impurity ions in the water are removed by a desalting device having an ion exchanger such as an ion exchange resin, the boiler is again used. Is supplied to. In addition, ammonia is generally added to the water supplied to the boiler in order to prevent corrosion of the boiler, the turbine, and the pipes and pumps connecting them. Since this ammonia is captured by the ion exchange resin of the desalination apparatus, when the ion exchange resin of the desalination apparatus is regenerated, the regenerated wastewater contains a large amount of ammonia or ammonium ions. Since it is not preferable to discharge the wastewater having a high ammonia concentration to the outside of the plant site as it is, it is necessary to treat the ammonia by some means. As a method for treating wastewater containing ammonia nitrogen, Patent Document 1 describes that alkali is added to waste water to convert ammonia nitrogen into ammonia, which is then recovered as ammonia gas by stripping, and the recovered ammonia gas is collected on a catalyst. It discloses that it is brought into contact with air and oxidized to nitrogen gas. Patent Document 1 also discloses that the recovered ammonia gas can be used in the denitration step in a plant having a denitration device.

特開平９−７５９１５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-75915

特許文献１に記載された技術は、プラント全体としてのエネルギー効率の観点からすると改善の余地がある。 The technique described in Patent Document 1 has room for improvement from the viewpoint of energy efficiency of the plant as a whole.

本発明の目的は、復水脱塩装置などからの再生排水からアンモニアを回収し処理する方法及び装置であって、プラント全体としてのエネルギー効率を向上させることができる方法及び装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for recovering and treating ammonia from regenerated wastewater from a condensate desalting apparatus and the like, which can improve the energy efficiency of the entire plant. be.

本発明のアンモニア処理方法は、イオン交換体の再生排水からアンモニアを回収し処理する方法であって、再生排水からアンモニアを回収する工程と、回収されたアンモニアを燃焼させる工程と、を有する。 The ammonia treatment method of the present invention is a method for recovering and treating ammonia from the regenerated wastewater of an ion exchanger, and includes a step of recovering ammonia from the regenerated wastewater and a step of burning the recovered ammonia.

本発明のアンモニア処理装置は、イオン交換体の再生排水からアンモニアを回収し処理するアンモニア処理装置であって、再生排水からアンモニアを回収するアンモニア回収装置と、回収されたアンモニアを燃焼させるアンモニア燃焼装置と、を有する。 The ammonia treatment device of the present invention is an ammonia treatment device that recovers and processes ammonia from the regenerated wastewater of an ion exchanger, and is an ammonia recovery device that recovers ammonia from the regenerated wastewater and an ammonia combustion device that burns the recovered ammonia. And have.

本発明では、復水脱塩装置などからの再生排水からアンモニアを回収し、回収させたアンモニアを燃焼させるので、その燃焼による熱エネルギーを活用することにより、プラント全体としてのエネルギー効率を向上させることができる。 In the present invention, ammonia is recovered from the regenerated wastewater from the condensate desalination apparatus and the recovered ammonia is burned. Therefore, the energy efficiency of the entire plant is improved by utilizing the thermal energy generated by the combustion. Can be done.

本発明の実施の一形態のアンモニア処理装置の構成を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows the structure of the ammonia treatment apparatus of one Embodiment of this invention. 別の実施形態のアンモニア処理装置の構成を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows the structure of the ammonia processing apparatus of another embodiment. 回収したアンモニアをボイラの燃料として使用する場合の構成を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows the structure when the recovered ammonia is used as the fuel of a boiler.

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の一形態のアンモニア処理装置を示している。このアンモニア処理装置は、イオン交換樹脂などのイオン交換体を有する復水脱塩装置においてそのイオン交換体の再生処理を行ったときに排出される再生排水から、アンモニアを回収して処理するものであり、再生排水が供給されて再生排水からアンモニアを回収するアンモニア回収装置１０と、回収したアンモニアを燃焼させるアンモニア燃焼装置２０とから構成されている。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an ammonia treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. This ammonia treatment device recovers and treats ammonia from the regenerated wastewater discharged when the ion exchanger is regenerated in a condensate desalting apparatus having an ion exchanger such as an ion exchange resin. It is composed of an ammonia recovery device 10 to which regenerated wastewater is supplied and recovers ammonia from the regenerated wastewater, and an ammonia combustion device 20 for burning the recovered ammonia.

アンモニア回収装置１０は、例えば、再生排水に水酸化ナトリウムなどのアルカリを加えた上で加熱するストリッピング装置（ストリッパー装置）であり、気体の形態でアンモニアを回収するものが用いられる。アンモニア燃焼装置２０は、アンモニア回収装置１０によって得られたアンモニアガスを燃焼させるものである。このとき、アンモニアガスを単独で燃焼させてもよいし、あるいは、微粉炭などと混合して燃焼させてもよい。燃焼で発生した熱は、例えば、蒸気の発生などに利用することができる。アンモニアの燃焼反応は、二酸化炭素を排出しないという特徴を有する。 The ammonia recovery device 10 is, for example, a stripping device (stripper device) that heats recycled wastewater after adding an alkali such as sodium hydroxide, and recovers ammonia in the form of a gas. The ammonia combustion device 20 burns the ammonia gas obtained by the ammonia recovery device 10. At this time, ammonia gas may be burned alone, or it may be mixed with pulverized coal or the like and burned. The heat generated by combustion can be used, for example, to generate steam. The combustion reaction of ammonia is characterized by not emitting carbon dioxide.

図２は、別の実施形態のアンモニア処理装置の構成を示している。図１に示したアンモニア処理装置では、アンモニア回収装置１０において再生排水にアルカリを加えた上でストリッピングを行っているが、再生排水中のアンモニア濃度が低い場合には、得られるアンモニアの量当たりのアルカリの所要量が多くなったりあるいはストリッピングによるにエネルギー消費量が多くなったりする。そこで図２に示すアンモニア処理装置は、図１に示すものにおけるアンモニア回収装置１０として、再生排水が供給されて再生排水におけるアンモニアを濃縮しアンモニア濃度が高められた濃縮水を生成するアンモニア濃縮装置１１と、濃縮水からアンモニアを分離してアンモニアガスとして回収するアンモニア分離装置１２とを設けた構成となっている。 FIG. 2 shows the configuration of another embodiment of the ammonia treatment apparatus. In the ammonia treatment apparatus shown in FIG. 1, in the ammonia recovery apparatus 10, alkali is added to the regenerated wastewater and stripping is performed. However, when the ammonia concentration in the regenerated wastewater is low, the amount of ammonia obtained is per. The required amount of alkali is high, or the energy consumption is high due to stripping. Therefore, the ammonia treatment device shown in FIG. 2 is an ammonia concentrating device 11 as the ammonia recovery device 10 in the one shown in FIG. 1 in which regenerated wastewater is supplied to concentrate ammonia in the regenerated wastewater and generate concentrated water having an increased ammonia concentration. And an ammonia separation device 12 that separates ammonia from concentrated water and recovers it as ammonia gas.

アンモニア濃縮装置１１は、アンモニアを濃縮できる装置であればどのような装置でもよく、例えば、逆浸透膜装置、電気透析装置あるいは電気再生式脱塩装置によって構成されるが、これらに限定されるものではない。逆浸透膜装置を用いる場合には、水は逆浸透膜を通過できるがアンモニアは通過できないことにより、アンモニア濃度を高めることができる。電気透析装置あるいは電気再生式脱塩装置を用いる場合には、イオン交換膜をアンモニウムイオンが通過できるようにしてアンモニア濃度を高めた濃縮水を得る。逆浸透膜装置、電気透析装置及び電気再生式脱塩装置のいずれを用いる場合であっても、アンモニア濃度が高められた濃縮水と同時に、アンモニアをほとんど含まない通過水が発生するが、この通過水はろ過水タンクに供給され、例えば再利用される。 The ammonia concentrator 11 may be any device as long as it can concentrate ammonia, and is composed of, for example, a reverse osmosis membrane device, an electrodialysis device, or an electroregenerative desalting device, but is limited thereto. is not it. When a reverse osmosis membrane device is used, water can pass through the reverse osmosis membrane but ammonia cannot pass through, so that the ammonia concentration can be increased. When an electrodialysis device or an electroregenerative desalting device is used, concentrated water having an increased ammonia concentration is obtained by allowing ammonium ions to pass through the ion exchange membrane. Regardless of whether a reverse osmosis membrane device, an electrodialysis device, or an electroregenerative desalting device is used, concentrated water having an increased ammonia concentration and at the same time, passing water containing almost no ammonia is generated. Water is supplied to the filtered water tank and is reused, for example.

アンモニア分離装置１２は、濃縮水中のアンモニアをアンモニアガスとして取り出すことができる装置であればどのようなものでもよく、例えば、膜蒸留装置あるいは放散塔などの蒸留装置によって構成されるが、これらに限定されるものではない。このとき、濃縮水のｐＨが高いほどアンモニアは気相に移行しやすいので、水酸化ナトリウムなどのアルカリを添加する。アンモニア分離装置１２によってアンモニアガスを発生するときには、同時に、アンモニアをほとんど含まないが先に添加したアルカリを含む排水が発生する。この排水は、その成分やｐＨに応じ、そのまま敷地外に放流されたり、あるいは、排水処理装置によって処理される。 The ammonia separation device 12 may be any device as long as it can extract ammonia in the concentrated water as ammonia gas, and is composed of, for example, a membrane distillation device or a distillation device such as a dissipative column, but is limited thereto. It is not something that will be done. At this time, the higher the pH of the concentrated water, the easier it is for ammonia to move to the gas phase, so an alkali such as sodium hydroxide is added. When the ammonia separation device 12 generates ammonia gas, at the same time, wastewater containing almost no ammonia but containing the previously added alkali is generated. This wastewater is discharged to the outside of the site as it is, or is treated by a wastewater treatment device, depending on its composition and pH.

次に、本発明に基づくアンモニア処理装置を実際のプラントに適用した例を説明する。図３は、石炭火力発電所などの石炭を主燃料とするプラントの構成を示している。蒸気を発生するボイラ２１と、ボイラ２１で発生した蒸気によって駆動される蒸気タービン３０と、蒸気タービン３０を駆動した後の蒸気を水に戻す復水器３１と、復水器３１で復水された水の中のイオン成分を除去する復水脱塩装置４０とが設けられている。ボイラ２１内には水が供給される水管３６が設けられており、ボイラ２１の燃焼熱により水管３６内で発生した蒸気は、蒸気配管３７を介して蒸気タービン３０に供給される。復水器３１からの復水は、復水配管３８を介して復水脱塩装置４０に供給される。復水配管３８には復水ポンプ３２が設けられている。復水脱塩装置４０は、その内部にイオン交換樹脂などのイオン交換体を備えており、復水の脱塩処理を行って脱塩水を生成する。脱塩水は、給水配管３９を介してボイラ２１の水管３６に供給される。給水配管３９には給水ポンプ３３が設けられている。 Next, an example in which the ammonia treatment apparatus based on the present invention is applied to an actual plant will be described. FIG. 3 shows the configuration of a coal-based plant such as a coal-fired power plant. The boiler 21 that generates steam, the steam turbine 30 that is driven by the steam generated by the boiler 21, the condenser 31 that returns the steam after driving the steam turbine 30, and the condenser 31 restore water. A condensate desalting device 40 for removing the ionic component in the steam is provided. A water pipe 36 for supplying water is provided in the boiler 21, and the steam generated in the water pipe 36 due to the combustion heat of the boiler 21 is supplied to the steam turbine 30 via the steam pipe 37. The condensate from the condensate 31 is supplied to the condensate desalting device 40 via the condensate pipe 38. The condensate pump 32 is provided in the condensate pipe 38. The condensate desalting apparatus 40 is provided with an ion exchanger such as an ion exchange resin inside, and desalting the condensate is performed to generate desalted water. The demineralized water is supplied to the water pipe 36 of the boiler 21 via the water supply pipe 39. A water supply pump 33 is provided in the water supply pipe 39.

このプラントは、ボイラ２１と蒸気タービン３０と給水器３１とを介して水が循環するように構成されており、復水脱塩装置４０は、循環する水の中からイオン成分を除去することによってボイラ２１や蒸気タービン３０、さらにはポンプや配管などでの腐食の発生を防止するために設けられている。さらにこのプラントでは、腐食の発生を防ぐために、循環する水に対してアンモニアを添加することも行われている。添加されたアンモニアは復水脱塩装置４０のイオン交換体に捕捉されることになる。 This plant is configured so that water circulates through the boiler 21, the steam turbine 30, and the water supply device 31, and the condensate desalting device 40 removes ionic components from the circulated water. It is provided to prevent the occurrence of corrosion in the boiler 21, the steam turbine 30, the pump, the piping, and the like. Furthermore, in this plant, ammonia is added to the circulating water in order to prevent the occurrence of corrosion. The added ammonia will be captured by the ion exchanger of the condensate desalting apparatus 40.

復水脱塩装置４０内のイオン交換体に対しては定期的に再生処理を行う必要があるが、この再生処理によって発生する再生排水には、アンモニアあるいはアンモニウムイオンが多量に含まれている。そこでこのプラントでは、図１に示したアンモニア処理装置を適用し、再生排水をアンモニア回収装置１０に供給してアンモニアガスとしてアンモニアを回収し、得られたアンモニアガスを燃焼させている。ただし、アンモニア燃焼のための専用のアンモニア燃焼装置を設けるのではなく、ボイラ２１における燃料の一部としてボイラ２１に対してアンモニアガスを供給している。ボイラ２１は、送風機（不図示）などによって空気が供給されるともに、主燃料として供給される微粉炭とアンモニアとを混焼して熱を発生し、水管３６内の水を水蒸気に変化させる。燃焼によって発生した排気は、排ガス処理装置（不図示）を経て外部に排出される。 It is necessary to periodically regenerate the ion exchanger in the condensate desalting apparatus 40, and the regenerated wastewater generated by this regeneration treatment contains a large amount of ammonia or ammonium ions. Therefore, in this plant, the ammonia treatment device shown in FIG. 1 is applied, and the regenerated wastewater is supplied to the ammonia recovery device 10 to recover ammonia as ammonia gas, and the obtained ammonia gas is burned. However, instead of providing a dedicated ammonia combustion device for ammonia combustion, ammonia gas is supplied to the boiler 21 as a part of the fuel in the boiler 21. The boiler 21 is supplied with air by a blower (not shown) or the like, and co-fires pulverized coal supplied as a main fuel with ammonia to generate heat, and changes the water in the water pipe 36 into steam. Exhaust generated by combustion is discharged to the outside through an exhaust gas treatment device (not shown).

精製装置などを設けていないのでアンモニア回収装置１０で回収されたアンモニアの純度は十分に高いとは言えず、そのため、腐食防止のために水に添加する用途には回収されたアンモニアをそのままで使用することが難しいが、ボイラ２１での燃焼用途には高純度が要求されないので、アンモニア回収装置１０で回収したアンモニアガスをそのまま使用することができる。このプラントでは、アンモニアを混焼することにより、プラント全体としてのエネルギー効率が向上し、微粉炭の使用量を削減することができる。また、アンモニア回収装置１０で回収されたアンモニアを精製して、アンモニアの純度を上げれば、腐食防止のために水に添加する用途にも使用することができる。 Since the purification device is not provided, the purity of the ammonia recovered by the ammonia recovery device 10 cannot be said to be sufficiently high. Therefore, the recovered ammonia is used as it is for the purpose of adding it to water to prevent corrosion. However, since high purity is not required for combustion in the boiler 21, the ammonia gas recovered by the ammonia recovery device 10 can be used as it is. By co-firing ammonia in this plant, the energy efficiency of the plant as a whole can be improved and the amount of pulverized coal used can be reduced. Further, if the ammonia recovered by the ammonia recovery device 10 is purified to increase the purity of the ammonia, it can also be used for adding to water to prevent corrosion.

１０ アンモニア回収装置
１１ アンモニア濃縮装置
１２ アンモニア分離装置
２０ アンモニア燃焼装置
２１ ボイラ
３０ 蒸気タービン
３１ 復水器
３２ 復水ポンプ
３３ 給水ポンプ
４０ 復水脱塩装置
10 Ammonia recovery device 11 Ammonia concentrator 12 Ammonia separation device 20 Ammonia combustion device 21 Boiler 30 Steam turbine 31 Condenser 32 Condenser pump 33 Condensation pump 40 Condensation demineralizer

Claims (4)

イオン交換体の再生排水からアンモニアを回収し処理する方法であって、
前記再生排水からアンモニアを回収する工程と、
回収されたアンモニアを燃焼させる工程と、
を有し、
前記イオン交換体は、蒸気を発生するボイラに接続して前記ボイラを循環する水に対して脱塩を行う復水脱塩装置内に設けられており、
前記燃焼させる工程は、前記回収されたアンモニアを燃料の一部として前記ボイラに供給する工程を有する、方法。 A method of recovering and treating ammonia from the regenerated wastewater of an ion exchanger.
The process of recovering ammonia from the regenerated wastewater and
The process of burning the recovered ammonia and
Have a,
The ion exchanger is provided in a condensate desalting apparatus that is connected to a boiler that generates steam to desalt the water circulating in the boiler.
The method comprising the step of supplying the recovered ammonia to the boiler as a part of the fuel . 前記回収する工程は、
前記再生排水におけるアンモニアを濃縮してアンモニア濃度が高められた濃縮水を得る工程と、
前記濃縮水からアンモニアを分離してアンモニアガスとして回収する工程と、
を有する、請求項１に記載の方法。 The recovery step is
The step of concentrating ammonia in the regenerated wastewater to obtain concentrated water having an increased ammonia concentration,
The step of separating ammonia from the concentrated water and recovering it as ammonia gas,
The method according to claim 1. イオン交換体の再生排水からアンモニアを回収し処理するアンモニア処理装置であって、
前記再生排水からアンモニアを回収するアンモニア回収装置と、
回収されたアンモニアを燃焼させるアンモニア燃焼装置と、
を有し、
前記アンモニア燃焼装置は前記回収されたアンモニアを燃料の一部として使用して蒸気を発生するボイラであり、
前記イオン交換体は、前記ボイラを循環する水に対して脱塩を行う復水脱塩装置内に設けられている、アンモニア処理装置。 An ammonia treatment device that recovers and processes ammonia from the regenerated wastewater of an ion exchanger.
An ammonia recovery device that recovers ammonia from the regenerated wastewater,
An ammonia combustion device that burns the recovered ammonia,
Have a,
The ammonia combustion device is a boiler that generates steam by using the recovered ammonia as a part of fuel.
The ion exchanger is an ammonia treatment device provided in a condensate desalting device that desalinates the water circulating in the boiler. 前記アンモニア回収装置は、
前記再生排水におけるアンモニアを濃縮してアンモニア濃度が高められた濃縮水を生成するアンモニア濃縮装置と、
前記濃縮水からアンモニアを分離してアンモニアガスとして回収するアンモニア分離装置と、
を有する、請求項３に記載のアンモニア処理装置。 The ammonia recovery device is
An ammonia concentrator that concentrates ammonia in the regenerated wastewater to generate concentrated water with an increased ammonia concentration.
An ammonia separation device that separates ammonia from the concentrated water and recovers it as ammonia gas.
The ammonia treatment apparatus according to claim 3.
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