JPS6153117B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ボイラやタービンなどのスケール生
成および腐蝕を防止するために、復水中に存在す
る不純物をイオン交換樹脂を充填した脱塩塔によ
つて除去し復水を浄化する方法に関するものであ
る。

一般に火力発電所においては、ボイラで生成さ
れた高温高圧の水蒸気によつて発電用タービンを
回転させ、使用後の水蒸気は復水器で凝縮させた
のちに再びボイラ給水として使用するという水循
環を行つているが、配管の腐蝕生成物や復水器冷
却水のリーク（コンデンサーリーク）などによる
塩類やシリカなどの不純物が循環水中に蓄積され
るのを防ぐために、大型ユニツトでは復水処理装
置を設けるのが普通である。復水処理装置には種
種の方式があるが、従来から多く用いられている
のは水素形（Ｈ形）の強酸性カチオン交換樹脂
（以下SCRとする）と水酸形（OH形）の強塩基
性アニオン交換樹脂（以下SARとする）を混合
して充填した脱塩塔である。

一方、給水のPHを調整することにより配管の腐
蝕を防ぐことは広く行われており、この目的のた
め給水中にはアンモニアが注入される。復水処理
装置の目的は先に示したような不純物を除去する
ことであるが、その機能からして除去されるべき
不純物ではないアンモニウムイオン（NH₄ ⁺）もＨ
形のSCRに吸着されるため、これがSCRの負荷
となり結局脱塩塔の再生頻度が高くなるという問
題が生ずる。再生頻度が高くなるということはそ
れだけ高価な再生剤を多量に消費することになり
不経済なので、再生頻度を低く抑えるために従来
アンモニアブレークの時点で通水を停止して再生
していたところをアンモニアブレーク以後も通水
を続けるいわゆる「アンモニアサイクル」方式を
採用することが提唱されている。

このアンモニアサイクルは脱塩塔の再生から次
の再生までの通水継続時間を長くとれるので経済
的であるが、アンモニアブレーク以後の処理水質
を良好に保つことが難しく、この問題を解決する
ことがアンモニアサイクル成否の鍵であるといつ
ても過言ではない。これまでにも数々の手段によ
つてこの問題の解決が図られてきたが、それぞれ
一長一短があり、決定的な方法は見出されていな
い。

アンモニアサイクルで良好な処理水質を保つこ
とが難しいのは次の理由による。すなわち、アン
モニアサイクルではアンモニアブレーク以後も通
水を継続するため、このときには処理水中にアン
モニウムイオン（NH₄ ⁺）と水酸イオン（OH^-）が
存在する。もし樹脂層の底部のコレクタ付近にナ
トリウム形（Na形）のSCRや塩素形（Cl形）の
SARが存在すると、水中のNH₄ ⁺およびOH^-と反
応して次のようにナトリウムイオン（Na⁺）や塩
素イオン（cl^-）を遊離する。

Ｒ−Na＋NH₄ ⁺→Ｒ−NH₄＋Na⁺ ………(1) Ｒ−cl＋OH^-→Ｒ−OH＋cl^- ………(2) （Ｒは樹脂母体を表す） したがつて、処理水中にNa⁺やcl^-がリークし
てくるわけである。コンデンサーリークが生じた
場合には、さらに良好な処理水質を保つことが困
難になる。コンデンサーリークが生ずると復水中
には Na⁺、cl^-、Ca²⁺、Mg²⁺、SO^２ _４ ^-、SiO₂ などの冷却水に起因するさまざまな不純物が混入
してくる。日本では冷却水として海水を用いてい
る場合が多いので、特にNa⁺とcl^-の混入が著し
い。これらの不純物は次のように樹脂層で除去さ
れる。

Ｒ−NH₄＋Na⁺→Ｒ−Na＋NH₄ ⁺ ………(3) Ｒ−OH＋cl^-→Ｒ−cl＋OH^- ………(4) これら(3)、(4)式の反応は(1)、(2)式の反応と逆反
応の関係にあるわけである。しかしながら、(3)、
(4)式にしたがつてNH₄ ⁺やOH^-が生成されるため
(1)、(2)式の反応はさらにすすみやすくなる。この
ため樹脂層の上部で吸着された不純物イオンも吸
着、脱着をくり返しつつ下部に移動し、処理水中
にリークしてくるようになるのである。したがつ
てアンモニアサイクルで大きなコンデンサーリー
クが生じた場合の復水を処理することは非常に困
難であり、また処理水のPHが上昇する。

アンモニアブレーク時点で通水を停止する「Ｈ
サイクル」であれば次のような反応にしたがつて
不純物イオンはすべて水に変わる。

Ｒ−Ｈ＋Na⁺→Ｒ−Na＋H⁺ ………(5) Ｒ−OH＋cl^-→Ｒ−cl＋OH^- ………(6) H⁺＋OH^-→H₂O ………(7) すなわち(5)、(6)式で生成されたH⁺、OH^-は(7)
式にしたがつてH₂Oとなるため、(5)、(6)式の逆反
応によつてNa⁺、cl^-が遊離されることはない。
このため、大きなコンデンサーリークが生じて
も、処理水質が悪化することはないし、処理水の
PHも上昇しない。したがつて従来は、大きなコン
デンサーリークが生じた場合にはアンモニアサイ
クルの通水を停止し、Ｈサイクルで運転中の塔と
待機中の塔（Ｈサイクル）のみで復水を処理する
ことがよいとされてきた。しかしこのために流量
ダウンすなわち発電出力ダウンを強いられること
になるわけである。

以上のことからわかるように、アンモニアサイ
クルで運転してアンモニアブレーク以後の処理水
質を良好に保つためには、不純物イオンを吸着し
た樹脂を極力含まないような混合樹脂を脱塩塔に
充填する必要があるわけである。また大きなコン
デンサーリークを生じた場合には、もはやアンモ
ニアサイクルで良好な処理水質を保つことは不可
能であるので、流量ダウンをしないためには復水
全量をＨサイクルによる処理に即時に切替られる
システムになつていることが望ましい。

本発明は上記の条件を満たすべく本発明者らが
検討を重ねた末に完成されたものであり、復水の
通水方法にその特徴がある。即ち本発明は、脱塩
塔の塔頂部と混合樹脂層内にそれぞれ復水流入用
のデイストリビユータを設け、脱塩塔底部には処
理水流出用のコレクタを設ける。通常時には樹脂
層内デイストリビユータから復水を流入させ塔底
部から処理水を流出させる。コンデンサーリーク
が生じた場合には復水流入口を塔頂部デイストリ
ビユータに切替えることを要旨とする復水処理方
法である。

本発明では通常時はアンモニアサイクルで運転
を行うので樹脂層内デイストリビユータより下部
の樹脂はNH₄形のSCRとOH形のSARになつてい
る場合が多いであろうが、樹脂層内デイストリビ
ユータより上部の樹脂は常にＨ形のSCRとOH形
のSARが待機していることになる。したがつて
コンデンサーリークが生じた場合に復水流入口を
塔頂部に切替ると不純物イオンを含む原水は上部
のＨサイクルの部分で処理されてから下部のアン
モニアサイクルの部分を通過するため、アンモニ
アサイクルの部分では不純物イオンやNH₄ ⁺を除
去された水を処理することになり水質の低下は生
じないのである。

本発明を用いるにあたつて、少なくとも中間デ
イストリビユータより下の部分の樹脂層には極力
不純物イオンを吸着したNa形SCRやcl形SCRな
どを含まないようにしなくてはならない。

Na形SCR、cl形SARは次のことが原因になつ
て脱塩塔内に混入する。第１の原因は新品樹脂の
投入後または補給後の再生が不充分であるという
場合である。新品樹脂はNa形、cl形で販売され
るが、とくにcl形SARをOH形に再生するには非
常に高い再生レベルをとる必要がありしばしば再
生不充分になりやすい。

第２の原因はコンデンサーリーク時の復水を処
理してNa形、cl形となつた樹脂の再生が不充分
であるという場合である。

第３の原因は、樹脂の再生の際にSCRとSAR
の分離が不充分であるため、一部のSCRがSAR
の再生剤である苛性ソーダ（NaOH）に接触し、
一部のSARがSCRの再生剤である塩酸（Hcl）に
接触した場合である。

これらの原因のうち第１、第２の原因は樹脂の
化学的再生特性に関するものであり、また再生と
通水をくり返すことにより次第に不純物イオンが
減少していく性質のものであるが、第３の原因は
樹脂の物理的特性や装置特性に関するものであ
り、また再生のたびに生成するので決して不純物
イオンは減少しない。これまでアンモニアサイク
ルで最も問題となつていたことはこの再生時に生
成するNa形、cl形の樹脂をどうするかというこ
とであつた。

一般に通水工程を終了した樹脂は再生塔（第１
再生塔）に移送され、水で逆洗されて下層に比重
の大きなSCR、上層に比重の小さなSARがくる
ように２層に分離される。ここで上層のSARは
さらに別の再生塔（第２再生塔）に移送され、そ
こで苛性ソーダによつて再生される。第１再生塔
に残つたSCRも同時に塩酸あるいは硫酸で再生
される。再生後に両樹脂を混合塔に移送して混合
し、他の脱塩塔の樹脂の通水工程が終わるまで混
合塔内で待機させるわけである。上記の方法のほ
かSCRとSARを分離したのちSARを移送せずに
同一の塔内でSCRとSARを再生する方法もあ
る。

以上の工程においてNa形のSCRやcl形（SCR
の再生に硫酸を用いる場合にはSO₄形）のSARを
生成させないためには両樹脂の分離工程が非常に
重要であるが、SCRとSARを逆洗によつて完壁
に分離することは非常に因難で、SCR層の中に
SARが混入しSAR層の中にSCRが混入すること
はさけられない。

しかし本発明者らは、その混入量は下部の
SCR層と上部のSAR層の界面から上下に遠ざか
るにしたがつて次第に減少するので、両樹脂を再
生したのちにSCR層の下部とSAR層の上部の樹
脂のみを用いて混合樹脂層を形成すればNa形
SCR、cl形SARをほとんど含まない混合樹脂層が
得られアンモニアサイクルにおいても充分良好な
処理水質を保つことができるのではないかと考
え、種々検討した結果以上の考案を実験的に確認
することができた。

このような方法により行つた再生後に残る
SCR層の上部とSAR層の下部の樹脂（残存樹
脂）は別の塔に保管し次のバツチの樹脂の再生の
前にそのバツチの樹脂に混合してもよいが、本発
明の利点を生かすにはSCR層下部とSAR層上部
の樹脂を混合して脱塩塔に充填した上に、残つた
樹脂（前記残存樹脂）を重ねて充填することが望
ましい。

次に本発明の実施態様の一例を図面を用いて説
明する。図において１は脱塩塔であり、ａ，ｂは
ともに混合樹脂層であるが、ｂの方は特にNa形
SCRやcl形（SO₄形）SARを極力含まないように
なつている。通常時は弁３１，３３を開いて、ア
ンモニアサイクルによる運転を行うが、コンデン
サーリークが生じた場合には弁３１を閉じ、代り
に弁３２を開いてａ，ｂ両樹脂層を通して通水す
る。

通水工程を終了した樹脂は再生するわけである
が、まず弁３５を開き樹脂移送路Ａを通して脱塩
塔１内の全樹脂を第１再生塔２に移送する。

次に弁３８，４３を開いてドレンを行つたの
ち、弁４３を閉じ弁３６，４２，４４を開いてス
クラビングを行う。スクラビング終了後弁３６，
４２，４４を閉じ弁３７を開いて満水とする。満
水後弁３７，３８を閉じ弁３６，４２を開いて樹
脂層を逆洗しSCRとSARを分離する。図ではそ
の分離された状態を示してあり、樹脂層ｃが
SAR、樹脂層ｄがSCRを表わしている。次に弁
３６，４２を閉じ弁３８を開いて全樹脂層を沈整
させたのち、弁４２，３９を開いて移送路Ｂにし
たがいSARを第２再生塔３に移送する。

これで第１再生塔２にSCR（一部のSARが残
る）第２再生塔３にSAR（一部のSCRが混入す
る）が入つていることになる。第１再生塔２にお
いては続いて弁３９を閉じ弁３６を開いて再び
SCRを逆洗して一部残留していたSARを樹脂層
の上部に集める。ここで弁３６，４２を閉じ弁４
０，４１，４３を開いて塩酸または硫酸Ｖを通薬
する。弁４１を閉じて押出しを行つたのち、弁４
０を閉じて弁３７を開き水洗を行う。水洗終了後
弁３７，４３を閉じて弁４２，３９を開き移送路
Ｃにしたがつて上部のSCRを第２混合塔５に移
送する。ひき続き移送路Ｄにしたがつて残りの
SCRを第１混合塔４に移送する。これでSCRの
再生が終わつたわけである。

この間第２再生塔３においてはSARの再生を
行う。まず弁４５，５１を開いてSARを逆洗す
る。このとき混入していたSCRは下層の方に集
まつてくる。次に弁４９，５０，５２を開いて苛
性ソーダを通薬する。弁５０を閉じて押出しを
行つたのち弁４９を閉じ弁４６を開いて水洗を行
う。水洗終了後弁４６を閉じ弁５１，４８を開い
て移送路ＥによりSARの上層を第１混合塔４に
移送する。残つたSARはＦの移送路にしたがつ
て第２混合塔５に移送する。これでSARの再生
が終わつたわけである。

第１混合塔４にはNa形SCRやcl形SARをほと
んど含まないSCRとSARが入つており、残りの
SCR、SARは第２混合塔５に入つている。

第１混合塔４においては弁５６，５９を開いて
ドレンを行い、弁５９を閉じ弁５８，６０を開い
てSCRとSARを混合する。第２混合塔５におい
ては弁６３，６６を開いてドレンを行い、弁６６
を閉じ弁６５，６７を開いてSCRとSARを混合
する。これで樹脂の再生全工程が終了し他のバツ
チの樹脂が通水を終了するまで待機することにな
る。

第１混合塔４にはNa形SCRとcl形SARをほと
んど含まない混合樹脂層が貯蔵されており、第２
混合塔５には残りのSCR、SARからなる混合樹
脂層ｇが貯蔵されている。脱塩塔１に充填する際
は、まず混合樹脂層ｆを移送路Ｇにしたがつて移
送し、次いで樹脂層ｇを移送路Ｈにしたがつて移
送すればよい。

図中１１，１２，１５及び１８はデイストリビ
ユータ、１３はコレクタ、１４，１６，１７，１
９，２０，２１，２２，２３はデイストリビユー
タ及びコレクタ（兼用）、３４，４７，５３，５
４，５５，５７，６１，６２，６４は弁、ｅは樹
脂層、は復水、は処理水、は再生用水、
は再生用空気である。

上記実施態様はあくまでも一例として基本的な
工程の流れだけを述べたのであり、本発明を実施
するにあたつてはこの方法の変法も可能である。
例えば第２混合塔５をもたずに第２再生塔３を第
２混合塔５としても用いるようなプロセスを組む
こともできる。また樹脂の移送についても樹脂出
口付近にスルージング水を導入することなども可
能である。本発明はこれらの趣旨を同じくする一
切の変法をも含むものである。

本発明は復水をイオン交換樹脂を充填した脱塩
塔に通水して復水中の不純物を除去し再びボイラ
給水として使用する方法において、脱塩塔にはカ
チオン交換樹脂とアニオン交換樹脂からなる混合
樹脂を充填し、通常時には樹脂層の中間部に設け
た中間デイストリビユータから復水を導入して前
記脱塩塔底部に設けたコレクタより処理水を流出
させ、コンデンサーリーク時には復水の導入を前
記脱塩塔頂部に設けたデイストリビユータに切替
え、引き続き処理水を得る方法とすることによ
り、下記の如き利点、効果が得られるものであ
る。

すなわち、本発明の第１の利点はその処理水質
が良好なことである。本発明ではアンモニアサイ
クルで通水する樹脂層内デイストリビユータより
下の部分の樹脂層には再生時に生ずるNa形SCR
やcl形SARをほとんど含まないため、アンモニア
ブレーク以後もNa⁺やcl^-のリーク量はきわめて
少ない。樹脂層上部にはNa形SCRやcl形SARが
存在するが、この部分はコンデンサーリーク時に
Ｈサイクルで通水する部分であるからNa⁺やcl^-
のリークの心配はない。

本発明の第２の利点はコンデンサーリーク時で
も復水処理量を低下させずに良好な処理水質を保
つことができることである。すなわちコンデンサ
ーリークを生じてアンモニアサイクルでは処理水
質の低下を招くと判断された場合には、即時に復
水流入口を樹脂層内デイストリビユータから塔頂
部デイストリビユータに切替ることにより復水全
量をＨサイクルによる処理に切替えることができ
る。また、この切替操作はNa⁺モニタや酸導電率
計からの信号で自動的に行うことも可能である。

本発明の第３の利点は再生時に特殊な薬品を使
用しないために再生操作が簡便であり、また再生
時間も短いことである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施態様を示す系統説明図で
ある。 １……脱塩塔、２……第１再生塔、３……第２
再生塔、４……第１混合塔、５……第２混合塔、
１１，１２，１５，１８……デイストリビユー
タ、１３……コレクタ、１４，１６，１７，１
９，２０，２１，２２，２３……デイストリビユ
ータ及びコレクタ、３１〜６７……弁、ａ〜ｇ…
…樹脂層、Ａ〜Ｈ……樹脂移送路、……復水、
……処理水、……再生用水、……再生用空
気、……塩酸又は硫酸、……苛性ソーダ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 復水をイオン交換樹脂を充填した脱塩塔に通
   水して復水中の不純物を除去し再びボイラ給水と
   して使用する方法において、脱塩塔にはカチオン
   交換樹脂とアニオン交換樹脂からなる混合樹脂を
   充填し、通常時には樹脂層の中間部に設けた中間
   デイストリビユータから復水を導入して前記脱塩
   塔底部に設けたコレクタより処理水を流出させ、
   コンデンサーリーク時には復水の導入を前記脱塩
   塔頂部に設けたデイストリビユータに切替え、引
   続き処理水を得ることを特徴とする復水処理方
   法。 ２ 前記通常時における復水の導入が、前記脱塩
   塔からの流出処理水中にアンモニアリークが発生
   した後においても続行されるものである特許請求
   の範囲第１項記載の復水処理方法。 ３ 前記混合樹脂が、前記脱塩塔外の装置で再生
   されるものであつて、前記混合樹脂の逆洗分離時
   に下層を形成するカチオン交換樹脂のうち、上部
   に存在する部分を除いたものと、上層を形成する
   アニオン交換樹脂のうち、下部に存在する部分を
   除いたものを再生後混合して前記脱塩塔の前記中
   間デイストリビユータの上方まで充填し、その上
   に残りの部分の樹脂を再生後混合して形成される
   ものである特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   の復水処理方法。