JPS63107711A - ボイラ復水中のクラツド除去用濾過器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、火力発電所及び原子力発電所等に設置されて
いるボイラにおいて、該ボイラ復水中のクラッドを捕集
・除去し、その復水の浄化処理を行なうための多孔体セ
ラミックスからなるボイラ復水中のクラッド除去用濾過
器に関するものである。

〔従来の技術〕

発電プラントの汽水循環系統に使用される水は、′腐食
及びスケール生成など水質に起因する除害を避けるべく
、プラントの形式、圧力、温度などに応じた適正な水質
を保持することが必要である。

特に大容量プラントでは、蒸発条件の上昇に伴うボイラ
構造、及びボイラを始めとする付属機器の構成材の複雑
化、事故の未然防止、高効率運転の為によシ高度の水質
が要求される・火力発電所において、復水処理装置が普
及し始めた１９５０年代の後半から１９６０年代の前半
にかけては、混床式イオン交換脱塩塔の前段にプレー−
）濾過機を設けて、復水中に含まれている懸濁状物質（
クラッドと称す）の一部を前置濾過器で捕捉し、濾過器
を通過する微粒子状クラッドを脱塩塔で除去する方法が
一般に採用されていた。

１９６０年代の後半からは、超臨界圧の大盤火力発電所
が急速に増加し、１ユニツトの発電容量が４５万ｋＷｔ
″越えるものも多く、これらはベースロード用発電装置
として使用されて１にた＠このようなプラントにおいて
は、復水中のクラッド濃度は通常運転時で２０−５０μ
ｍ／１と比較的低いレベルで安定していることと、前置
濾過器のクラッド除去率が期待したほどの高い値が得ら
れないこと、さらに前Ｒ濾過器の建設費が高いことなど
の理由から、前ｆｆｔ濾過器を省略してイオン変換脱塩
塔単独で復水を処理する方式が広まった。

最近の化石燃料の入手難から、原子力エネルギーを利用
した発電設備が徐々に増加してきて、１９８４年現在原
子力の占める発電設備容量は１５００万ｋＷを越え、全
発電容量の１３％に達している。原子力発電設備の稼動
率が高まるにつれて、従来ペースロード用として使用さ
れてきた大盤火力発電設備の一部は電力消費量の多い時
間帯にだけ運転を行なうピーク四−ド用として利用され
る傾向が現われてきている。

ビークロード用ユニットは、当然のことながら装置の起
動・停止が頻繁に行なわれるわけで、それも短時間に停
止状態から足格出力まで上昇させることが望ましい。

ボイラ・タービンを停止状態から再起動すると、急激な
流量変動などによって、系統内に蓄積されていた酸化鉄
を主属分とした多量のクラッドが復水中に懸濁して復水
処理装置に持ち込まれる。

この起動時におけるクラッドの量は、ボイラ呈式によっ
ても異なるが通常全鉄濃度で数十から数百μｔ７ｔと時
間的に大幅に変動する＠ときには、数千μｆ／ｌに達す
ることもある〇この多量のクラッドを含んだ復水を脱塩
塔に流すと、イオン交換樹脂を汚染し、圧力損失が増加
するので、高速イオン変換する場合の障害となる。さら
に復水中のクラッド濃度が高い間は発電出力を上昇させ
ることができないので、復水処理装置としては以前にも
増して短時間に効率よくクラッドを除去する能力をもつ
次ものが要求されるようになった０ このような発電プラントにおいては、脱塩塔の前に前ｆ
ｌ濾過器を設けてクラッド除去性能を高めると共に、後
段の脱塩塔にかかるクラッドの負荷を低減して脱塩塔再
生間隔を伸ばすなど、復水処理装置の効率的な運用を図
る動きがでてきた。

一方、加圧水屋原子力（ＰＷＲ）発電プラント用復水脱
塩装置は、すでに８年以上の運転実績を持ち、２次系水
質管理にその性能を十分に発揮している＠しかし、さら
に２次系構成機器の健全性を高めプラント全体の信頼性
を向上させる必要性から、２次系水質に対し、よシ厳し
い目標値の提案がなされている。この新しい要求水質に
対処するため、現在、研究・開発が進められている。

これらの火力発１１Ｌあるいは原子力発電のボイラ復水
中のクラッドを除去するための前置濾過器としては、従
来、粉末セルローズｔ−濾過助剤としたプレコート型の
ものがもっばら使用されていたのであるが、ボイラ起動
時のクラッド除去能力を鉄除去率についてみると６０〜
７０％しか得られず、必ずしも満足できるものとは言い
碌＜、耐熱温度も８０℃以下と低いものであった。

近年、これに対処するために、粉末樹脂を用い次プレコ
ートフィルターが普及しているが耐熱温度が１４０℃以
下であシ、まだ十分とは云い難い。

さら慎これらプレコート型のろ過器は、Ｆ″Ｍ等へ濾過
助材をプレコートする方法及び逆洗方法が非常に複雑で
ある。また、プレコートし九ｆ過助材を水に流すことに
より濾過エレメント表面に押しつけ、維持しているため
、流量が少なくなり１ハ停止した場合は濾過助材がはく
離脱路することがある。この場合、濾過エレメントのａ
Ｉ類によっては、濾過助材が濾過水１ｔｉｌＫ漏れ出し
てくる。このためプレコートした濾過助材を安定に保つ
九めには、常に定められた最低流量を保つ必要があると
云う欠点があった◎同時に濾過助材を用いるため、フロ
ーが複雑化しその結果建設費及び運転費が大きくなると
云う欠点があり之。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように従来のボイラ復水中のクラッド除去用濾過器
は、使用温度に限界がめるため第７図に示すように、復
水器２４によって冷却された比較的低温の後水系統にて
クラッドを除去し、同時に復水脱塩装置２６の負荷を軽
減するために、復水脱塩装置１２６の前段に設置されて
いた。

第７図において符号２１はボイラ、２２は高圧タービン
、２３は低圧タービン、２４は復水器、２５は濾過器、
２６は復水脱塩装置、２７は低圧復水加熱器、２８は高
圧復水加熱器を示す。

このろ過器は通常、予備基′！！−含む複数基−よシ構
成されておシ、運転時間は、通常運転時で一週間あるい
はそれ以上、時には一基一ケ月近く運転すると云う事も
ある。しかしながら、ボイラ起動時の如きクラッド濃度
が高いときは、わずかに３０分至２〜３時間程度の場合
もある。

ま次、第７図に示すように、濾過器は、通常汽水循環系
統において全体の循環量のたかだか３０チ程度しか占め
ない低圧タービンからの循環水をｆ遇するものであシ、
濾過液は未濾過液と再びまじシ合うため、クラッドは系
全体からみると一部しか除去されないことになる。セし
てボイラを定常運転するにはクラッド濃度をある値よシ
常に小さくする必要があることから、濾過を行うのに長
時間を要することになる〇そのため、近年では高温の復
水中のクラッドを除去することが可能な高勾配電磁フィ
ルターが開発されている。

高勾配！磁フィルターは、フィルター内部に磁気勾配が
大きく、耐食性の優れているたとえば８ＵＳ　４３０　
ｍの磁性材料の充填材を内蔵しておシ、その充填材を￥
！Ｌ磁コイルから発生する磁場で電磁石とし復水中の鉄
分等を除去するものである。

この高勾配電磁フィルターは、高温・高圧での使用が可
能な九め、汽水循環系統のうち、全体の循環量の約７０
％〜１００％ｔ−占める高温復水側に設置することがで
き、復水中のクラッド粒子金糸全体として効率よく除去
することが可能である。

しかしながら、本装置の採用により復水中に含まれるｒ
　−Ｆｅ２Ｏ２、Ｆｅ１Ｏ４等の強磁性体を除去するこ
とは可能であるが、常磁性体であるα−Ｆ６１．Ｏ。

の除動率は悪くその他の金属化合物である非磁性体の分
離・除去は不可能である。従ってクラッド除去性能は十
分とは云い難い。即ちボイラ起動時には、ブラッド粒子
として多量のα−Ｆｅ、Ｏ，、さらにはその他の金属化
合物が含まれるので、高勾配電磁フィルターを使用して
も、定常運転に達する１での時間ｆ：短縮することは不
可能である。

一方、加圧水型原子力発電プラントにおいては、汽水循
環系統において全体の一部しか占めない復水器下流Ｋ濾
過器を設置することは、現在提案されている厳しい目標
値を達成することは非常に困難である。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、
ボイラ復水中のクラッド除去用濾過器において、高温・
高圧復水中のクラッドを短時間で効率よく除去可能なボ
イラ復水中のクラッド除去用濾過器を提供することを目
的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、前記目的に鑑みて、耐熱性、耐食性にす
ぐれ、平均細孔径をａ１〜６００Ａｍの間で任意に製作
でき、さらに材質が安定しているため溶出物が発生せず
、液の汚染が全くないセラミックス多孔体をｒ過エレメ
ントとして用いることによシ、本発明を完成した＠なお
、気孔径のコントロールは、■フィルターを形成する時
に使用する粒子の大きさを変え、或いは０粒子の粒度分
布を変えるなど公知方法によシ行いうる。

また、後で述べる母体上に平均細孔径の小さい薄膜を形
成するには、微粒の多い粒子を母体表面に付着させるこ
とによ多孔径の小さい１！Ｘを形成することができる。

また、微粒子を塗布した後再度の焼成を行う場合、先に
骨材を焼成した温度よシも低い温度で焼成すると微細気
孔の膜が得られる。焼成温度によシ微粒子の結晶成長が
変るからである。

特に、実施例に記載し九炭化ケイ累微粉末を使用した場
合焼成条件によシ細孔径の大きさを容易にコント党−ル
できる。

本発明は、ボイラ復水中にｔまれるクラッドを高温条件
下で除去するためのフィルターがセラミックス多孔体に
よｐ構成されていることを特徴とするボイラ復水中のク
ラッド除去用濾過器に関するものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明は、セラミックス多孔体を、耐熱性にすぐれてい
るため、汽水循環系統において、全体循環水量の７０％
〜１００％前後を占める高温の復水からクラッドを除去
するのに−恰轡守チー゛　　　　使用することによシ、
系全体におけるクラッド除去効率を大幅に同上させるこ
とができるものである＠特に発電プラントにおけるボイ
ラ・タービンを停止状態から再起動する際に発生する復
水中のクラッドは、定常運転時よシはるかに多く、シか
も鉄化合物の総量は全鉄濃度で数十から数百μｔ７ｔと
時間的に大幅に変動する。ときには数千μｆ／ｌに達す
ることもある。

本発明のクラッド除去用濾過器を高温復水側に設置する
ことによシ、全汽水中にｔすれるクラッドを効率よく除
去でき、起動時から定常運転に達するまでの時間を大幅
に短縮することが可能となった＠ 本発明のクラッド除去用濾過器を構成する多孔体セラミ
ックスの気孔径は一掃集・分離するクラッドの粒径に従
って決定される。通常クラッド粒子の粒径はｃＬ１〜２
０μｍであシ、そのうち大部分が１μｍ以上であるため
、フィルターエレメントの平均気孔径は２０μｍ以下で
あるのが好ましい＠ なお気孔径は水銀圧入法によシ測足される値である。

また、本発明者らは、気孔径の粗い多孔体上母体とする
と共に、この母体の流体流出側の面に薄膜を形成して構
成したセラミックス多孔体のエレメントを用いボイラ復
水をＦ遇することにより、効率よくクラッド粒子を除去
できるボイラ復水中のクラッド除去用濾過器を完成した
。

多孔性母体の平均気孔径線１〜６００μｍ１気孔率は２
５容量−以上あるのが好ましい。このような構造によっ
てフィルタ一本体の強度を保持することができ前記薄膜
を形成した場合においても濾過抵抗を抑えることができ
るからである。

また、前記薄膜は、平均気孔径をクラッド粒子と同等以
上、具体的にはα１〜２０μｍの範囲とし、膜厚を５’
ｗ５０／Ｊｍとしたものが好ましい・ｔた前記母体の気
孔径は前記薄膜のそれよシも十分大とする０このような
構造にすることによシ、ボイラ復水中のクラッドを前記
母体の気孔で捕集・分離し、さらに前記母体にて捕集中
分離でミなかつ次微細粒子は前鱈ピ薄膜にて捕集・分離
する構造となシ、全体として、微細なりラッド粒子をも
効率よく分離・除去することが可能である。

このフィルターエレメントの再生は、通常運転時は、逆
洗によって行なうことができる。さらに逆洗によって再
生が不可能になった場合には、エレメントを取りはずし
、塩酸、フッ酸中での超音波洗浄等によって再生が可能
である。

セラミックフィルターエレメントは、主として炭化ケイ
素、窒化ケイン、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、
サイア日ン、コージェライト、ムライトから選ばれるい
ずれか１ｍ又は２種以上からなる多孔体であることが好
ましい。

これらの材料は耐蝕性に優れ、機械的強度も大きいから
である。

さらに本発明者らは、気孔径の粗い多孔体を母体とし、
°この母体の流体流入側の面に薄膜を構成したエレメン
トを用いて表層濾過することにより、効率良くクラッド
粒子を除去できるボイラ復水中のクラッド除去用濾過器
を完成した〇この場合においても、母体及び薄膜の気孔
径は、前述のボイラ復水中のクラッド除去用濾過装置と
同一である０このフィルターエレメントの再生は、主に
、逆洗によって行なうことができ、長期にわたって安定
した運転が可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明によるボイラ復水中のクラッド除去用濾過
器の実施例を図面に基づいて説明するＯ 第１図において、１は濾過エレメントでちゃ、−ｍに開
口部２を有する長尺の筒状体に形成場れ、−過されるボ
イラ復水は、復水入口９から濾過器に導入され、エレメ
ント１の外周面から濾過エレメント内部に流入し、開口
２から浄化された液となって流出し、復水出口１０から
排出される。なお、再生する際には、加圧空気入口１１
より加圧空気を導入し、濾過エレメントの外側に付着し
たクラッドを剥離させ、逆洗液は排出口１２より排出せ
しめる。

第２図は、エレメントの取付は構造図であυ、第５図は
第２図のＡの部分の拡大図である。

エレメント１は、開孔部２＠で固定７ランジＳ及び固定
ボルト４によって、ボイラ復水の上流側及び下［１１を
画成する支持板６に固定して取付けられる。なお、５は
パツキンである。

エレメント１は、この実施例の場合、気孔径の異なる復
水流入側の母体７と流出側の薄膜８とから構成されてお
り、母体７、薄膜８とも耐熱性、耐食性を有するセラミ
ックス多孔体であるＯ 薄膜８は、母体７によって補集されなかつ友微細なりラ
ッド粒子を捕集・分離するために、ｆ過対象のクラッド
粒子の粒径分布に応じた平均気孔径（′ｆＩ−とえばα
１〜２０μｍ）とし、母体７は薄膜８よりも気孔径を十
分大とし、かつ強度の面から厚さを大きく形成しておく
。

次に、ｆ７Ｊ２図に示されるような構造のフィルターの
製造方法を具体的に説明する。

出発原料として平均粒径１２Ｂμｍの炭化ケイ素微粉末
七使用した０該炭化ケイ素微粉末は、９４６重量−がβ
型結晶よシなシ、α６９重量％の遊離炭素、［１Ｌ１７
重量うの酸素、０．Ｏ５ｉ量俤の鉄及びα０ＳＺｉｉチ
のアルミニウムを含有してい友。

該炭化ケイ素微粉末１００重を部に対しポリビニルアル
コール５３量部、水３００．ｉ量部を配合し、ボールミ
ル中で５時間混合した後乾燥した。

この乾燥混合物を適量採取し、直径約０１■の顆粒状と
した後金属製押し型を用いて５００１ｇ／ｃｍ”の圧力
でラバープレス成形を行ない、第２図の７に示す如きｐ
＃名約１０鰭のフィルターエレメントの形に加工した。

得られた成形体を黒鉛製ルツボに装入しタンマン凰焼成
炉を使用し１気圧アルゴンガス雰囲気中で焼成した。

焼成は、２．５℃／分の割合で２２００℃鷹で昇温し、
この温度に６時間保持した。

得られ次焼結体は平均気孔径が１６０μｍ１気孔率が４
８容ｔ％の板状結晶よりなる炭化ケイ素質多孔体であっ
た＠ 次いでこの炭化ケイ素質多孔体に、＠記炭化ケイ素粉末
１００重量部とポリビニルアルコール１０重量部、水１
ｏａｚ＠部とをボールミル中で５時間混合した粘稠スラ
リーを流し込み５分間保持した後排出した。この結果前
記炭化ケイ素質多孔体内面に膜厚１５μｍの炭化ケイ素
膜が形成された。次いで、この炭化ケイ素膜が形成され
た炭化ケイ素質多孔体を乾燥し、再びタンマン炉中に装
入して１気圧のアルゴンガス雰囲気中で２．５で７分の
割合で１８００ｔ：まで昇温せしめ、１８００℃に１時
間保持して焼成したＯ このようにして得られたフィルターエレメントの内面に
は平均気孔径６μｍの微細気孔を有する炭化ケイ素質薄
膜が強固に結合されてい九〇上記構成のエレメント１ｔ
−通過するボイラ復水中のクラッド粒子は、第５図に示
すような、気孔径の大きい母体・７によって大部分のク
ラッド粒子が捕集され、母体７によって捕集できなかっ
た微細なりラッド粒子がさらに薄膜８によって捕集−分
離されクラッドをｔまない復水が下流側に放出される。

前記構造のエレメントは、母体７の気孔径が大きく、気
孔率が大であるから濾過抵抗は少なく、１次薄膜８は気
孔径が小さく気孔率が小さくても、その膜厚が薄いため
、通過復水の圧力損失を低減できる。

本発明のボイラ復水中のクラッド除去用濾過器は、高温
・高圧での使用が可能であるため、第６図に示す如く汽
水循環系統において、全体循環水量の７０％〜１００％
前後を占める高温の復水のろ過に使用でき、系全体にお
けるクラッド除去効率を大幅に向上させることができる
。

特に発電プラントにおけるボイラ・タービンを停止状態
から再起動する際に発生する多重のクラッド粒子を系全
体として効率よく除去できるので、起動時から定常運転
に達するまでの時間を大幅に短縮することが可能となる
。

第４図は別の実施例におけるエレメントの取付は構造図
を示し、第５図は第４図のＢの部分の拡大図を示すもの
で、第２図に示す実施例にしいて、？ｌ＃膜８を復水入
流側にもうけた場合に相当する。

次に、第４図に示す構造のフィルターの製造方法を具体
的に説明する。

平均粒径が８０μｍのアルミナ粉末を前記実施例と同様
にして！！＃Ｉｆｉ　Ｌ７を後ラバープレス成形し、次
いでその成形体表面に平均粒径α５μｍの電解！グネシ
ア粉末１００重量部に対し５チのポリビニルアルコール
水溶液２５０重量部管理合し分散した液をスプレー塗布
し、表面に１１０７Ｊの膜を形成し九〇 この成形体ｔ−酸化炉に装入して１０７分の昇温速度で
最高温度１６００℃まで昇温し、３時間保持した。

得られたセラミックフィルターエレメントの母材の気孔
率は４５容童チ、平均気孔径は４ｓμｍ１薄膜の平均気
孔径はｔ８μｍであシ、母材と強固に結合していた０ この例の場合、ボイラ復水中のクラッド粒子は前記薄膜
８においてほとんど分離・除去される。従って、母材７
によって捕集されるクラッド粒子は非常に少なく、逆洗
も容易に可能となるＯ この例においても、第６図に示す位置へのろ過器の設置
が可能であシ、ボイラ復水中に含まれるクラッド粒子を
効率よく除去・分離できる。

〔発明の効果〕

セラミックス多孔体よりなるボイラ復水中にｔすれるク
ラッド除去用濾過エレメントを用いることによル、下記
の効果が得られる。

（１）　　従来のボイラ復水中に含まれるクラッド除去
用濾過器には性能に限界があシ、特にボイラ起動時に性
能が十分に発揮されず、ボイラ・タービンの停止状態か
ら再起動及び定常運転に達するまで長時間必要、であっ
たが、本発明のろ過器では、このような問題点が的確に
排除され、ボイラ復水中にｔまれるクラッド除去用濾過
器として優れた性能を発揮する。

（２）従来用いられているプレコート麗ｒ過器は、濾過
助材のプレコート及び逆洗工程が複雑ででめったが、本
発明のろ過器は、簡単な逆洗又はエレメントのみの塩酸
、フッ酸による超音波洗浄による洗浄が可能となる。

（３）加圧水型原子力発電所の信頼性を向上させる必要
性から要求される２次系水質の向上は、現在、研究・開
発が進められているが、本発明のろ過器を用いることに
よル、信頼性を同上可能となる。また沸騰水域原子力発
電所におけるボイラ復水中のクラッド除去においても同
様の効果を得ることができる。

なお、本発明のボイラ復水中のクラッド除去用濾過器は
、特に高温用として優れた性能を発揮するが、低温時で
も同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の全体図、第２図はｆ過エレ
メント取付構造図、第５図は第２図のＡ部分の拡大図、
第４図は別の実施例におけるエレメント取付構造図、第
５図は第４図のＢ部分の拡大図である。ま九、第６図は
本発明のろ過器を設置した場合の発電プラントにおける
ボイラまわりのフローシート、第７図は、従来のろ過器
を使用し次場合のフローシートである０１・・・ニレメ
ン）、２−・・開孔部、３・・・固足フランジ、４・・
・固足ポル）、５−・・パツキン、６・・・支持板、７
・・・母体、８−・・薄膜、９・・・復水入口、１０・
・・復水出口、１１・・・加圧空気入口、１２・・・排
水出口、２１・・・ボイラ、２２・・・高圧タービン、
２３・・・低圧タービン、２４・・・復水器、２５・・
・濾過器、２６・・・復水脱塩装置、２７・・・低圧復
水加熱器、２８・・・高圧復水加熱器 特許出願人　株式会社荏原製作所 同　　イビデン株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セラミックス多孔体よりなる単数又は複数個のエレ
   メントから構成されていることを特徴とするボイラ復水
   中のクラッド除去用ろ過器。 ２、前記エレメントは、母体と該母体の流体流出側表面
   に形成された薄膜からなり、且つ母体の気孔径が前記薄
   膜の気孔径より大である特許請求の範囲第１項記載のろ
   過器。 ３、前記エレメントは、母体と該母体の流体流入側表面
   に形成された薄膜からなり、且つ母体の気孔径が前記薄
   膜の気孔径より大である特許請求の範囲第１項記載のろ
   過器。 ４、前記薄膜の膜厚が５〜５０μ、平均気孔径が０．１
   〜２０μの範囲内のものである特許請求の範囲第２項又
   は第５項記載のろ過器。 ５、前記セラミックス多孔体は、主として、炭化ケイ素
   、窒化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、サ
   イアロン、コージェライト、ムライトから選ばれたいず
   れか１種又は２種以上よりなる多孔体である特許請求の
   範囲第１項乃至第４項の何れか１つに記載のろ過器。 ６、前記母体の平均気孔径が１〜６００μ、気孔率が２
   ５容量％以上である特許請求の範囲第１項乃至第５項の
   何れか１つに記載のろ過器。