TW201708120A - 鍋爐用水處理裝置及鍋爐之運轉方法 - Google Patents

鍋爐用水處理裝置及鍋爐之運轉方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種可防止在鍋爐罐內的鍋垢或腐蝕之問題，同時可提高鍋爐的濃縮倍率的鍋爐用水處理裝置、及使用該水處理裝置的鍋爐之運轉方法。一種鍋爐用水處理裝置，其係在藉由逆滲透膜對原水進行處理的鍋爐用水處理裝置中，其特徵為：該逆滲透膜係在0.3~1.5MPa的評估壓力、使用500~2000mg/L的NaCl溶液時之NaCl的去除率為93%以上且未達99.4%，且在0.75MPa之評估壓力的情況下，純水通量為1.3m/d以上的逆滲透膜。一種鍋爐之運轉方法，其係在該處理水中添加鍋垢分散劑後，供給至鍋爐。

Description

鍋爐用水處理裝置及鍋爐之運轉方法
本發明係有關於一種用以對供給至鍋爐的水進行處理的水處理裝置、及使用該水處理裝置的鍋爐之運轉方法。
在一般的鍋爐系統中，係由自來水、地下水、工業用水等的原水，藉由水處理裝置去除硬度成分、氧氣等而製造鍋爐供水，再對該鍋爐供水注入脫氧劑、防垢劑、清罐劑等的鍋爐處理劑後，供給至鍋爐。
作為用以去除硬度成分的水處理裝置，係使用具備陽離子交換樹脂的軟水器、或具備如奈米濾膜或逆滲透膜(RO膜)之濾膜的脫鹽裝置。作為進行脫氧處理的裝置，則是使用真空式、膜式或氮氣式的脫氧裝置等(專利文獻1~3)。
〔專利文獻1〕日本特開2005-288219號公報
〔專利文獻2〕日本專利第3593723號公報
〔專利文獻3〕日本特公平7-90220號公報
軟水器並無法去除原水中之硬度成分以外的雜質，而無法充分降低鍋爐供水的導電率或氯化物離子濃度。當鍋爐供水的水質較差時，必需降低鍋爐的濃縮倍率來運轉，使得熱損失增大。
使用RO膜的鍋爐用水處理裝置，不僅可去除硬度成分，也可去除溶存有機物等，惟其需以高壓運轉，能源消耗量較多。使用稱作疏鬆RO膜或者奈米濾膜之能以較低壓獲得處理水的膜作為RO膜時，硬度成分及氯化物離子的去除率較低，而有在鍋爐生成鍋垢之虞、或有無法提高濃縮倍率的問題。
本發明係以提供一種可防止在鍋爐罐內的鍋垢或腐蝕之問題，同時可提高鍋爐的濃縮倍率的鍋爐用水處理裝置、及使用該水處理裝置的鍋爐之運轉方法為目的。
本發明之鍋爐用水處理裝置係藉由逆滲透膜(以下有稱為RO膜)對原水進行處理。該逆滲透膜在0.3~1.5MPa的評估壓力、使用500~2000mg/L的NaCl溶液時之NaCl的去除率為93%以上且未達99.4%，且在0.75MPa之評估壓力的情況下，純水通量為1.3m/d以上。
前述RO膜之鈣離子的去除率較佳為98%以上。
本發明之鍋爐之運轉方法係具有對原水以本發明之鍋爐用水處理裝置進行處理而製造處理水的步驟、及將該處理水供給至鍋爐的步驟。
在本發明之鍋爐之運轉方法中，較佳對前述處理水添加鍋垢分散劑。
作為鍋垢分散劑，較佳為包含丙烯酸、甲基丙烯酸及馬來酸之至少1種作為聚合或者共聚合成分的聚合物或者共聚物或該聚合物或者共聚物的鹽，且重量平均分子量為1,000~100,000者。
在本發明之鍋爐用水處理裝置中，係以在0.3~1.5MPa的評估壓力、使用500~2000mg/L的NaCl溶液時之NaCl的去除率為93%以上且未達99.4%，且在0.75MPa之評估壓力的情況下，純水通量為1.3m/d以上的RO膜對原水進行RO處理。該RO膜係具有介於疏鬆RO膜或奈米濾膜與標準RO膜之間的性能，在較低壓下通量(透過流束)仍大，而且硬度成分或氯化物離子的去除率較高。使用標準RO膜由於可獲得潔淨的處理水，因此，視情況而定有發生電極式的水位感測器無法感應等問題之虞。又，疏鬆RO膜(NF膜)雖具有如日本特公平7-90220號公報所示之性能，但氯化物離子或二氧化矽的去除率差，無法採用較高的鍋爐的濃縮倍率。
藉由在該RO膜的處理水中添加鍋垢分散劑後 供給至鍋爐，可防止在鍋爐罐內的鍋垢或腐蝕之問題，同時可提高鍋爐的濃縮倍率，而能夠進行高效率的運轉。
〔實施發明之形態〕
作為本發明之鍋爐供水用水處理裝置之處理對象的原水，可列示自來水、地下水、工業用水等。原水較佳為藉由MF膜等經過淨化後，再供給至水處理裝置。
本發明之水處理裝置的RO膜係在0.3~1.5MPa的評估壓力、使用500~2000mg/L的NaCl溶液時之NaCl的去除率為93%以上且未達99.4%(較佳為95~99.3%)，且在0.75MPa之評估壓力的情況下，純水通量為1.3m/d以上的RO膜。
該評估壓力與NaCl去除率係由下式所定義。式中的濃度係表示NaCl的濃度。供水係指以RO膜處理的原水，處理水則指穿透過RO膜的水。
評估壓力(MPa)=(供水壓力+濃縮水壓力)/2-處理水壓力
去除率(%)=(1-處理水濃度/((供水濃度+濃縮水濃度)/2))×100
RO膜之NaCl的去除率若未達93%，作為RO膜處理水之鍋爐供水中的氯化物離子濃度會增高，而無法提高濃縮倍率，而且，容易在鍋爐罐內發生腐蝕。NaCl 去除率為99.3%以上的RO膜，用以獲得處理水的壓力提高。
評估壓力0.75MPa下之RO膜的純水通量為1.3m/d以上，較佳為1.3~3.0m/d，特佳為1.4~2.0m/d。純水通量若小於1.3m/d，RO裝置的運轉成本提高，因而不佳。若大於3.0m/d，則去除率變差，而無法採用較高的鍋爐水流率。
該RO膜之鈣離子(Ca2+)的去除率係因RO裝置的狀態、被處理液的性質狀態而異，惟較佳為98%以上。
具有該RO膜的RO膜模組較佳為在0.75MPa之評估壓力的情況下，可達40m3/d以上的處理水量者。處理水量若為40m3/d以下，所需之RO膜模組的根數增加，而不經濟。
就RO膜的材質、形狀而言只要滿足上述之性能則不特別限制，較佳使用芳香族聚醯胺製之RO膜。就其形狀，有平面膜、螺旋狀、中空絲、管狀等，較佳使用螺旋狀的RO膜。
將經本發明之鍋爐用水處理裝置處理的處理水供給至鍋爐之際，較佳添加鍋垢分散劑。作為鍋垢分散劑，較佳使用包含丙烯酸、甲基丙烯酸及馬來酸之至少1種作為聚合或者共聚合成分的聚合物(均聚物)或者共聚物(共聚合物)或該聚合物或者共聚物的鹽。
具體而言，作為均聚物，可舉出聚丙烯酸、 聚甲基丙烯酸、聚馬來酸。
作為共聚物，可舉出丙烯酸、甲基丙烯酸及馬來酸的1種或2種以上、與選自2-甲基-1,3-丁二烯-1-磺酸等的共軛二烯磺酸、3-烯丙氧基-2-羥基丙磺酸、3-甲基烯丙氧基-2-羥基丙磺酸等具有磺酸基之不飽和(甲基)烯丙基醚系單體或(甲基)丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸、2-羥基-3-丙烯醯胺丙磺酸、苯乙烯磺酸、甲基烯丙基磺酸、乙烯基磺酸、烯丙基磺酸、異戊烯磺酸、或此等的鹽類等具有磺酸基之化合物、異丁烯、戊烯、丙烯醯胺、N-乙烯基甲醛等的非離子性化合物、或巴豆酸、異巴豆酸、乙烯基乙酸、阿托酸、富馬酸、伊康酸、羥乙基丙烯酸或此等的鹽等具有羧基之化合物中的1種或2種以上的共聚物。
作為此等均聚物、共聚物的鹽，可列示鈉鹽、鉀鹽、銨鹽等。
此等聚合物、共聚物、或此等的鹽的重量平均分子量較佳為1,000~100,000，特佳為20,000~70,000。重量平均分子量若未達1,000，有無法獲得充分的鍋垢防止效果的情形，重量平均分子量若超過100,000則鍋垢防止效果會降低。
上述之鍋垢分散劑可僅添加1種，亦可併用2種以上而添加。
由此等聚合物、共聚物、或此等的鹽構成之鍋垢分散劑的添加量較佳取如在鍋爐水中的濃度為 500mg/L以下，例如為10~500mg/L的量，更佳調成在鍋爐水中的濃度為20~400mg/L，再更佳調成30~300mg/L，進一步更佳調成50~250mg/L。藉由將在鍋爐水中的濃度調成10mg/L以上，則容易發揮充分的鍋垢分散效果；藉由調成500mg/L以下，可防止COD的上昇所致之排水處理的煩雜，同時可使抗費用提升效果更良好。鍋垢分散劑的添加量，亦可採用前述處理水中之鈣硬度(mgCaCO3/L)的1~20倍，尤為1.5~10倍，特別是2~5倍。
鍋垢分散劑較佳添加於補給水或供水。當蒸氣產生設備為循環式時，亦可添加於復水。
於本發明中，在不損及本發明目的之範圍內，亦可視需求在蒸氣產生設備系統內的任意處添加各種的添加成分，例如脫氧劑、防蝕劑、防垢劑等。作為防垢劑，例如，作為各種磷酸鹽、鍋垢分散劑，可舉出上述物質當中，不滿足上述條件之重量平均分子量較低的聚合物或共聚物、此等的鈉鹽等的水溶性高分子化合物、膦酸鹽、螯合劑等。
於本發明中，作為鍋垢分散劑，較佳添加以下之(A)或(B)，亦可如(C)所示併用兩者。此等(A)及/或(B)之防垢劑，在上述之防垢劑當中，將RO膜處理水，尤為經本發明之RO膜處理過的水作為供水時的鍋垢防止效果較高，而且，亦具有如以下所記載之特徵。
(A)重量平均分子量1,000~100,000的聚甲基丙烯酸及/或其鹽、與2-羥乙基-1,2-二膦酸及/或其鹽(以下，將此組合稱為「分散劑(A)」)。
分散劑(A)，特別是對於有在鍋爐水系中析出鋅系鍋垢之虞者係屬有效。
作為2-羥乙基-1,2-二膦酸鹽，可使用2-羥乙基-1,2-二膦酸的鈉鹽、鉀鹽、銨鹽。作為聚甲基丙烯酸鹽，可使用聚甲基丙烯酸的鈉鹽、鉀鹽、銨鹽。
2-羥乙基-1,2-二膦酸及/或其鹽對水系的添加量係因處理對象水系的水質(鋅濃度)、鋅系鍋垢的析出傾向而異，惟水系之2-羥乙基-1,2-二膦酸及/或其鹽的濃度，以2-羥乙基-1,2-二膦酸之重量比計，相對於水中的鋅濃度宜以達4倍以上，較佳為6倍以上，更佳為8倍以上之濃度的方式添加，較佳取如0.1~1,000mg/L，尤為1~500mg/L的量。2-羥乙基-1,2-二膦酸及/或其鹽的添加濃度若未達上述下限，無法獲得充分的添加效果；若超過上述上限，在試劑成本面較不經濟，而且，水中的COD會上昇，在排水處理面較為不佳。
聚甲基丙烯酸及/或其鹽對水系的較佳添加量係如前述。
2-羥乙基-1,2-二膦酸及/或其鹽與聚甲基丙烯酸及/或其鹽的添加量比不特別限制，惟以水系之2-羥乙基-1,2-二膦酸及/或其鹽與聚甲基丙烯酸及/或其鹽的濃度比，以重量比計成為2-羥乙基-1,2-二膦酸及/或其鹽：聚 甲基丙烯酸及/或其鹽=1：0.01~1：100，尤為1：0.01~1：10之範圍的方式添加，在可獲得併用兩者所產生的效果方面係較佳者。
2-羥乙基-1,2-二膦酸及/或其鹽與聚甲基丙烯酸及/或其鹽可預先混合而添加，亦可各自個別地添加。預先混合而添加時，可將此等調成水溶液後添加。
(B)聚甲基丙烯酸及/或其鹽、與丙烯酸/2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸共聚物及/或其鹽(以下，將此組合稱為「分散劑(B)」)。
分散劑(B)對於有在鍋爐水系中析出鐵系鍋垢之虞者係屬有效。
聚甲基丙烯酸(以下有稱為「PMAA」)的重量平均分子量係如前述。
丙烯酸/2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸共聚物(AA/AMPS)為具有丙烯酸與2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸作為單體單元的共聚物。
AA/AMPS的重量平均分子量較佳為1,000~200,000，更佳為2,000~80,000，再更佳為5,000~75,000，最佳為10,000~50,000。藉由使重量平均分子量為1,000以上200,000以下，可得良好的鐵分散效果。
AA/AMPS中的丙烯酸與2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸之單體的莫耳比較佳為99：1~5：95，更佳為90：10~50：50。相對於丙烯酸99使AMPS為1以上，且相對於丙烯酸5使AMPS為95以下，由此可得良好的鐵分 散效果。
AA/AMPS的鹽為上述AA/AMPS之構成單位的至少一部分包含丙烯酸鹽及/或2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸鹽者。亦即，於本發明中，所稱「AA/AMPS的鹽」，非僅為AA/AMPS的完全中和物，亦包含AA/AMPS的部分中和物。
AA/AMPS的鹽可舉出上述AA/AMPS的鈉鹽、鉀鹽等的鹼金屬鹽、銨鹽、胺鹽等。AA/AMPS的鹽，作為其基質的AA/AMPS較佳滿足上述之重量平均分子量。
AA/AMPS的鹽可例如藉由將AA/AMPS中和而得。又，亦可將作為原料單體的丙烯酸及/或2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸中和，形成丙烯酸鹽及/或2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸鹽，再使用此等進行共聚合而形成AA/AMPS的鹽。
較佳以質量比計為1：1~10：1的比例添加聚甲基丙烯酸及/或其鹽與AA/AMPS及/或其鹽，更佳以1.5：1~9：1的比例添加。相對於AA/AMPS及/或其鹽1使聚甲基丙烯酸及/或其鹽為1以上、及相對於AA/AMPS及/或其鹽1使聚甲基丙烯酸及/或其鹽為10以下，由此，對於所有形態的鐵可發揮較高的鐵分散效果。
分散劑(B)的較佳添加量為作為前述之鍋垢分散劑的較佳添加量。
(C)如前述，亦可併用分散劑(A)與分散 劑(B)。
又，亦有僅添加聚丙烯酸也可獲得良好之效果的情形。
於本發明中，較佳為針對具有前述之特性性能的RO膜，依據鍋爐水系的水質組合使用適宜的鍋垢分散劑。
RO裝置的前段處理不特別限制，可適宜選定軟水處理或淨化處理、活性碳處理等。在前段有軟水器時，亦可於軟水器與RO裝置之間設置旁通閥，而在RO膜閉塞之際，使RO裝置旁通而供給軟水。又，由於鍋爐的排放水、排汽口的回收水帶有熱，因此，亦可使其回流至RO裝置的前段，來提高RO裝置供水的水溫。RO裝置供水的水溫較佳為5~40℃，更佳為20~30℃。
〔實施例〕
以下，茲說明實施例、參考例及比較例。
將以下之實施例、參考例及比較例所使用的RO膜示於表1。
〔實施例1~3〕
對Cl濃度130mg/L、Ca硬度50mg/L的原水(電導率：80mS/m、M鹼度50mg/L、二氧化矽：10mg/L)藉由MF膜進行淨化處理後，以使用表1所示之RO膜的水處理裝置進行處理。RO膜裝置的回收率係設為85%。其後，添加由重量平均分子量50,000之聚丙烯酸構成的鍋垢分散劑作為分散劑，予以導入於保有水量0.2m3的低壓鍋爐。鍋垢分散劑的添加量，相對於RO膜處理水的鈣硬度成分(Ca-H)濃度，係設為2重量倍。
將RO膜處理水中的Cl濃度、鈣硬度的測定結果、與運轉30日後之鍋爐濃縮倍率及鍋爐罐內有無產生鍋垢的觀察結果示於表2。此外，將實施例1的處理成本設為100%時的處理成本亦示於表2。
〔實施例4〕
除未添加鍋垢分散劑以外係進行與實施例1同樣的處理及鍋爐運轉。將結果示於表2。
〔比較例1，2〕
作為RO膜，除使用表1所示之NaCl去除率為85%者(比較例1)或99.5%者(比較例2)以外係進行與實施例1~3同樣的處理及鍋爐運轉。將結果示於表2。
〔考察〕
根據實施例1~3，未產生鍋垢，而且能以低RO處理成本使鍋爐以高濃縮倍率運轉。
比較例1與實施例1~3相比，RO裝置的處理成本雖較低，但鍋爐的濃縮倍率較低，需耗費燃料費，而不經濟。就比較例2，需將RO裝置進行高壓運轉，RO 處理成本較高，而不經濟。就未添加分散劑的實施例4，可看出在鍋爐罐內產生微量的鍋垢。其雖非為運轉上會造成問題的量，但導熱效率變差，為經濟上略為不佳之結果。
業已使用特定之形態對本發明詳細加以說明，惟本領域具有通常知識者應理解，在不悖離本發明目的暨範圍的情況下可實施種種變更。
本申請案係基於2015年6月30日所申請之日本專利申請案2015-131573，援用其全體以供引用。

Claims (8)

  1. 一種鍋爐用水處理裝置，其係在藉由逆滲透膜對原水進行處理的鍋爐用水處理裝置中，其特徵為：該逆滲透膜係在0.3~1.5MPa的評估壓力、使用500~2000mg/L的NaCl溶液時之NaCl的去除率為93%以上且未達99.4%，且在0.75MPa之評估壓力的情況下，純水通量為1.3m/d以上的逆滲透膜。
  2. 如請求項1之鍋爐用水處理裝置，其中前述逆滲透膜之鈣離子的去除率為98%以上。
  3. 如請求項1或2之鍋爐用水處理裝置，其中前述逆滲透膜之NaCl的去除率為95~99.3%，純水通量為1.3~3.0m/d。
  4. 一種鍋爐之運轉方法，其係具有對原水以如請求項1至3中任一項之鍋爐用水處理裝置進行處理而製造處理水的步驟、及將該處理水供給至鍋爐的步驟。
  5. 如請求項4之鍋爐之運轉方法，其係在前述處理水中添加鍋垢分散劑。
  6. 如請求項5之鍋爐之運轉方法，其中前述鍋垢分散劑為包含丙烯酸、甲基丙烯酸及馬來酸之至少1種作為聚合或者共聚合成分的聚合物或者共聚物或該聚合物或者共聚物的鹽，其重量平均分子量為1,000~100,000。
  7. 如請求項6之鍋爐之運轉方法，其中前述鍋垢分散劑為重量平均分子量為20,000~70,000的聚丙烯酸及/或甲基丙烯酸。
  8. 如請求項5至7中任一項之鍋爐之運轉方法，其係添加鍋垢分散劑，使其在鍋爐水中的濃度為10~500mg/L。
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