WO2016076225A1 - 電解システム - Google Patents

Abstract

　プラントに導入される海水が流れる海水ラインと、プラントから排出される窒素含有排水が導入される窒素処理槽と、海水又は塩水を電気分解して次亜塩素酸を有する電解処理水を生成する電解装置と、電解処理水を海水ラインに注入する注入ラインと、注入ラインから分岐して電解処理水を窒素処理槽に注入する分岐ラインと、を有する電解システム。

Description

電解システム

　本発明は、海水又は塩水を電気分解して次亜塩素酸を含む電解処理水を生成する電解装置を有する電解システムに関する。
　本願は、２０１４年１１月１０日に出願された特願２０１４－２２８０１２号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　従来、海水を多量に使用する火力発電プラント、原子力発電プラント等においては、その取水口や配管、復水器、各種冷却器などの海水と接する部分の藻類や貝類の付着繁殖が課題となっている。
　この課題を解決するために、天然の海水に電気分解を施すことで次亜塩素酸ナトリウム（塩素、次亜塩素酸ソーダ）を生成し、次亜塩素酸ナトリウムを含む電解処理水を取水口中に注入することにより海洋生物の付着を抑制する海洋生物付着防止装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

　上記プラントにおける給水系統の腐食の要因となる酸素を除去するために、ｐＨ（水素イオン指数）の値を大きくした（例えばｐＨ７～ｐＨ１０．５）アンモニアを注入する脱酸素方法が知られている。しかしながら、脱酸素剤としてアンモニアを用いることにより今後プラントからの排水のアンモニア濃度が高くなることが想定されている。一方、排水規制により窒素の低減も求められており、早急な対応が望まれている。
　特許文献２には、海水を電気分解することによって得られる次亜塩素酸ソーダを用い、塩素処理によってアンモニアを分解するアンモニア性窒素除去装置が記載されている。

特開平１０－８５７５０号公報 特開２０１４－５６３号公報

　ところで、火力発電プラントのような海水を大量に取水し、かつボイラ排水等のアンモニア性窒素含有排水を排出するプラントでは、海洋生物付着防止装置とアンモニア性窒素除去装置とをそれぞれ設置する必要があった。

　即ち、海洋生物付着防止装置では、電解処理水の注入流量を一定にして電解処理水に含まれる次亜塩素酸の濃度を変化させる制御の他、電解処理水の注入流量・次亜塩素酸の濃度を制御する方法がある。一方、アンモニア性窒素除去装置では、次亜塩素酸の濃度を一定とし、電解処理水の注入量を変化させることで運転制御をしている。
　よって、単純に一つの海水電解装置を用いて海洋生物付着防止とアンモニア性窒素除去の両方の処理を行うことは困難であった。

　この発明は、一つの電解装置を用いて、取水口における海洋生物の付着を抑制するとともに、プラントから排出される窒素含有排水に含まれる窒素成分を除去することができる電解システムを提供することにある。

　本発明の第一の態様によれば、電解システムは、プラントに導入される海水が流れる海水ラインと、前記プラントから排出される窒素含有排水が導入される窒素処理槽と、海水又は塩水を電気分解して次亜塩素酸を有する電解処理水を生成する電解装置と、前記電解処理水を前記海水ラインに注入する注入ラインと、前記注入ラインから分岐して前記電解処理水を前記窒素処理槽に注入する分岐ラインと、を有することを特徴とする。

　このような構成によれば、一つの電解装置を用いて、海水ラインにおける海洋生物の付着を抑制するとともに、プラントから排出される窒素含有排水に含まれる窒素成分を除去することができる。

　上記電解システムにおいて、前記電解装置にて生成される前記電解処理水の次亜塩素酸量に基づいて前記分岐ラインより導入する前記電解処理水の流量を調整する制御装置を有する構成としてもよい。

　このような構成によれば、窒素処理槽に供給される次亜塩素酸量、及び海水ラインに注入される次亜塩素酸量を一定に保つことができる。

　上記電解システムにおいて、前記海水が循環する循環流路を備え、前記電解装置は、前記循環流路の途中で前記海水を電気分解するように配置され、前記制御装置は、前記循環流路から流出する前記電解処理水の次亜塩素酸量が所定量に達するまでの間、前記窒素処理槽にて前記窒素含有排水を滞留させてもよい。

　このような構成によれば、窒素処理が不十分である窒素含有排水が系外に排出されることを防止することができる。

　本発明によれば、一つの電解装置を用いて、取水口における海洋生物の付着を抑制するとともに、プラントから排出される窒素含有排水に含まれる窒素成分を除去することができる。

本発明の第一実施形態の電解システムの概略構成図である。 本発明の第二実施形態の電解システムの概略構成図である。 本発明の第二実施形態の変形例の電解システムの概略構成図である。

（第一実施形態）
　本発明の第一実施形態の電解システム１について図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、本発明の第一実施形態の電解システム１の概略構成図である。図１に示すように、電解システム１は、排熱回収ボイラＢを備えたコンバインドサイクル発電プラントＰと、海水電解装置２と、制御装置（図示せず）と、を主な構成要素として備えるシステムである。
　コンバインドサイクル発電プラントＰ（以下、プラントＰと呼ぶ）は、ガスタービン（図示せず）と、ガスタービンからの排気ガスが送られる排熱回収ボイラＢ（以下、ボイラＢと呼ぶ）と、蒸気タービン（図示せず）と、ガスタービンと蒸気タービンの回転駆動力により駆動されて発電する発電機（図示せず）と、を有する。

　プラントＰには海水ライン３の取水口４から取水された海水Ｍが導入される。海水Ｍは、例えば冷却などの用途に使用された後放流される。例えばボイラＢのボイラ水は、腐食の要因となる酸素を除去するための脱酸素剤としてアンモニアを含んでいる。よって、ボイラＢから排出されるボイラ排水Ｗは、アンモニア（ＮＨ_３）、アンモニウムイオン（ＮＨ_４ ^＋）等のアンモニア性窒素を含むアンモニア性窒素含有排水である。ボイラ排水Ｗは、排水タンク６に貯留された後、窒素処理槽７に導入される。ボイラ排水Ｗは、窒素処理槽７にて窒素が除去されたのち、廃水ライン２２を介して放流される。

　電解システム１は、海水供給ポンプ８と、海水供給ポンプ８によって導入された海水Ｍの電気分解を行う海水電解装置２を有している。海水供給ポンプ８は、海洋から直接海水Ｍを汲み上げる構成としてもよいし、海水ライン３から海水Ｍを汲み上げる構成としてもよい。
　海水供給ポンプ８と海水電解装置２とは、海水供給ライン１２によって接続されている。海水供給ライン１２には、海水Ｍの流量を計測する第一流量センサ１３と、海水Ｍの流量を調整する第一流量調整バルブ１４が設けられている。海水供給ライン１２には、電気分解の妨げとなる異物の混入を防ぐためのストレーナーを設けてもよい。

　海水電解装置２は、電解槽９と、直流電源装置１０と、を有している。海水電解装置２は、海水Ｍを電気分解することによって、次亜塩素酸ナトリウム（塩素、次亜塩素酸ソーダ）を含む電解処理水Ｅを生成する装置である。電解槽９は、複数の電極（図示せず）を有している。
　直流電源装置１０は、海水Ｍの電気分解に供される電流を供給する装置であって、例えば、直流電源と定電流制御回路とを備える構成を採用することができる。直流電源は、直流電力を出力する電源であって、例えば交流電源から出力される交流電力を直流に整流して出力する構成であってもよい。
　本実施形態の海水電解装置２は、海水Ｍを電解槽９に一回のみ通すワンスルー方式である。

　海水電解装置２にて生成された電解処理水Ｅは、注入ライン１５を介して海水ライン３の取水口４に注入される。電解処理水Ｅ（次亜塩素酸ナトリウム）が取水口４に注入されることによって、取水口４に対する海洋生物の付着を抑制することができる。即ち、本実施形態の海水電解装置２は、海洋生物付着防止装置としての機能を有する。
　注入ライン１５には、注入ライン１５を流れる電解処理水Ｅの次亜塩素酸濃度を測定する次亜塩素酸濃度センサ１９が設けられている。

　海水電解装置２と取水口４とを接続する注入ライン１５からは、電解処理水Ｅを窒素処理槽７に導入する分岐ライン１６が分岐している。即ち、海水電解装置２にて生成された電解処理水Ｅは、注入ライン１５から分岐する分岐ライン１６を介して窒素処理槽７に導入されて、ボイラ排水Ｗと混合される。
　分岐ライン１６には、電解処理水Ｅの流量を計測する第二流量センサ１７と、電解処理水Ｅの流量を調整する第二流量調整バルブ１８が設けられている。

　窒素処理槽７には、窒素処理槽７内のボイラ排水Ｗと電解処理水Ｅとからなる処理水のｐＨ（水素イオン指数）を測定するｐＨ測定装置２０と、窒素処理槽７内の処理水のｐＨを調整するｐＨ調整装置２１が設けられている。
　窒素処理槽７には、ボイラ排水Ｗと電解処理水Ｅが導入されて、ボイラ排水Ｗ中に存在するアンモニアと次亜塩素酸とが溶液反応して窒素ガス（Ｎ_２）まで分解される。即ち、本実施形態の海水電解装置２は、アンモニア性窒素除去装置としての機能を有する。

　本実施形態の電解システム１の制御方法について説明する。
　制御装置は、取水口４にて必要な次亜塩素酸量（以下、第一次亜塩素酸量と呼ぶ）に基づいて海水電解装置２の直流電源装置１０の制御を行う。制御装置は、第一流量センサ１３にて計測された海水Ｍの流量、及び次亜塩素酸濃度センサ１９にて計測された次亜塩素酸濃度を用いて、第一次亜塩素酸量を算出する。制御装置は、算出された第一次亜塩素酸量に基づいて、直流電源装置１０の制御を行うことによって、生成される電解処理水Ｅの次亜塩素酸濃度を調整する。

　ここで、取水口４にて必要となる次亜塩素酸量は、取水口４にて次亜塩素酸がほとんど消費されて、次亜塩素酸がほとんど放流されないような必要最小限の量である。第一次亜塩素酸量は、所定の方法で所定の時間毎に算出される。第一次亜塩素酸量は一定ではなく絶えず変化する。
　制御装置は、第一次亜塩素酸量に応じて電解処理水Ｅの次亜塩素酸濃度を調整する。

　一方、制御装置は、窒素処理槽７にて必要とされる単位時間当たりの次亜塩素酸量（以下、第二次亜塩素酸量と呼ぶ）を算出する。第二次亜塩素酸量は、略一定である。
　制御装置は、算出された第二次亜塩素酸量及び次亜塩素酸濃度センサ１９にて測定された次亜塩素酸濃度に基づいて、分岐ライン１６を介して窒素処理槽７に導入される電解処理水Ｅ２の流量（以下、第二流量と呼ぶ）を調整する。第二流量は、第二次亜塩素酸量及び次亜塩素酸量濃度から算出することができる。
　具体的には、制御装置は、第二流量センサ１７で分岐ライン１６の流量を測定し、測定された流量が第二流量となるように、第二流量調整バルブ１８を調整する制御を行う。

　制御装置は、第二流量によって減少する注入ライン１５を流れる電解処理水Ｅ１の流量（以下、第一流量と呼ぶ）を補うために、海水供給ライン１２を介して導入される海水Ｍの流量を調整する制御を行う。即ち、海水Ｍの流量をＦＭ、注入ライン１５を流れる電解処理水Ｅの流量をＦ１、分岐ライン１６を流れる電解処理水Ｅの流量をＦ２、とすると、ＦＭ＝Ｆ１＋Ｆ２となるように、導入される海水Ｍの流量を増加させる。
　具体的には、制御装置は、第一流量センサ１３で海水供給ライン１２の流量を測定し、測定された流量が算出された海水Ｍの流量となるように、第一流量調整バルブ１４を調整する制御を行う。

　窒素処理槽７においては、ｐＨ測定装置２０を用いて測定されたｐＨに基づいてｐＨ調整装置２１を用いて窒素処理槽７内の処理水のｐＨが所定のｐＨとなるようにｐＨ調整剤を添加して調整する。

　上記実施形態によれば、一つの海水電解装置２を用いて、取水口４における海洋生物の付着を抑制するとともに、プラントＰから排出される窒素含有排水に含まれる窒素成分を除去することができる。

　また、海水電解装置２にて生成される電解処理水Ｅの次亜塩素酸量に基づいて分岐ライン１６より導入する電解処理水Ｅ２の流量を調整することによって、窒素処理槽７に供給される次亜塩素酸量、及び海水ライン３に注入される次亜塩素酸量を一定に保つことができる。

（第二実施形態）
　本発明の第二実施形態の電解システム１Ｂを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
　本実施形態の電解システム１Ｂの海水電解装置２は、電解処理水Ｅ（海水Ｍ）を循環させる循環流路２４を備えている。海水電解装置２は、循環流路２４の途中で海水Ｍを電気分解するように配置されている。即ち、本実施形態の海水電解装置２は、循環流路２４内に海水Ｍを循環させることによって、徐々に電解処理水Ｅの次亜塩素酸濃度を上昇させるリサイクル方式を採用している。

　本実施形態の電解システム１Ｂの廃水ライン２２からは、廃水ライン２２を流れる廃水を排水タンク６に返送する返送ライン２７が分岐している。

　本実施形態の電解システム１Ｂの制御方法について説明する。
　海水Ｍが循環流路２４に導入されると、海水Ｍは循環流路２４を循環しつつ所定の次亜塩素酸濃度を有する電解処理水Ｅとなるまで、徐々に電解処理が施される。即ち、海水電解装置２の立ち上げ時や、電解システム１Ｂの設定変更後においては、第一次亜塩素酸量に基づいて定められる次亜塩素酸濃度となるまでに所定の時間が必要となる。

　制御装置は、廃水ライン２２及び返送ラインに設けられているバルブ２８を操作することによって、循環流路２４から流出する電解処理水Ｅの次亜塩素酸量が所定量に達するまでの間、窒素処理槽７から排出される廃水を返送ライン２７を介して排水タンク６に返送する制御を行う。即ち、窒素処理が不十分である廃水を窒素処理槽７に滞留させる制御を行う。
　電解処理水Ｅの次亜塩素酸量が所定量に達した段階で、第一実施形態の電解システム１の制御と同様の制御を行う。

　なお、窒素処理槽７に廃水を滞留させる方法はこれに限ることはない。例えば、返送ライン２７を設けることなく、窒素処理槽７を十分に大きくしてもよい。この構成においては、廃水ライン２２上のバルブ２９を閉状態にすることによって廃水を窒素処理槽７に滞留させることができる。

　上記実施形態によれば、海水電解装置２の立ち上げ時や電解システム１Ｂの設定変更時に廃水を窒素処理槽７に滞留させることによって、窒素処理が不十分である窒素含有排水が系外に排出されることを防止することができる。
　換言すれば、上記実施形態によれば、第一実施形態に示すような電解槽９に海水Ｍを一回のみ通すワンスルー方式の海水電解装置２だけではなく、電解槽９内のスケール防止効果の高いリサイクル方式においても、海洋生物付着防止とアンモニア性窒素除去の両方の処理を行うことができる。

（第二実施形態の変形例）
　第二実施形態の変形例の電解システム１Ｃについて説明する。
　図３に示すように、本変形例の注入ライン１５には、注入ライン１５を流れる電解処理水Ｅの流量を計測する第三流量センサ２５と、電解処理水Ｅ１の流量を調整する第三流量調整バルブ２６が設けられている。即ち、本変形例の電解システム１は、注入ライン１５を流れる電解処理水Ｅ１の電解処理水Ｅ１の濃度と共に、電解処理水Ｅ１の流量の調整が可能なシステムである。

　本変形例の制御装置は、第二実施形態の制御装置と同様に、廃水ライン２２及び返送ライン２７に設けられているバルブ２８，２９を操作することによって、循環流路２４から流出する電解処理水Ｅの次亜塩素酸量が所定量に達するまでの間、窒素処理槽７から排出される廃水を返送ライン２７を介して排水タンク６に返送する制御を行う。

　上記変形例によれば、注入ライン１５の流量、電解処理水Ｅの濃度が変わる場合においても、海洋生物付着防止とアンモニア性窒素除去の両方の処理を行うことができる。

　以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。
　例えば、上記各実施形態では、海水電解装置２には海水Ｍが導入される構成を示したが、海水電解装置２に塩水を導入する構成としてもよい。即ち、海水電解装置２に導入される液体は、海水Ｍと同様に塩素イオン（Ｃｌ^－）を含んでいればよい。

　１，１Ｂ，１Ｃ　電解システム
　２　海水電解装置（電解装置）
　３　海水ライン
　４　取水口
　６　排水タンク
　７　窒素処理槽
　８　海水供給ポンプ
　９　電解槽
　１０　直流電源装置
　１２　海水供給ライン
　１３　第一流量センサ
　１４　第一流量調整バルブ
　１５　注入ライン
　１６　分岐ライン
　１７　第二流量センサ
　１８　第二流量調整バルブ
　１９　次亜塩素酸濃度センサ
　２０　ｐＨ測定装置
　２１　ｐＨ調整装置
　２２　廃水ライン
　２４　循環流路
　２５　第三流量センサ
　２６　第三流量調整バルブ
　２７　返送ライン
　Ｂ　ボイラ
　Ｅ，Ｅ１，Ｅ２　電解処理水
　Ｍ　海水
　Ｐ　プラント
　Ｗ　ボイラ排水（窒素含有排水）

Claims (3)

1. 　プラントに導入される海水が流れる海水ラインと、
   　前記プラントから排出される窒素含有排水が導入される窒素処理槽と、
   　海水又は塩水を電気分解して次亜塩素酸を有する電解処理水を生成する電解装置と、
   　前記電解処理水を前記海水ラインに注入する注入ラインと、
   　前記注入ラインから分岐して前記電解処理水を前記窒素処理槽に注入する分岐ラインと、を有する電解システム。
2. 　前記電解装置にて生成される前記電解処理水の次亜塩素酸量に基づいて前記分岐ラインより導入する前記電解処理水の流量を調整する制御装置を有する請求項１に記載の電解システム。
3. 　前記海水が循環する循環流路を備え、
   　前記電解装置は、前記循環流路の途中で前記海水を電気分解するように配置され、
   　前記制御装置は、前記循環流路から流出する前記電解処理水の次亜塩素酸量が所定量に達するまでの間、前記窒素処理槽にて前記窒素含有排水を滞留させる請求項２に記載の電解システム。

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