JP2018094528A - 水回収装置、水再利用システム及び水回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的に排ガスから水を回収する水回収装置、水再利用システム及び水回収方法を提供する。
【解決手段】水回収装置１０は、ボイラ１２から発生する排ガスＧから水蒸気含有ガスＧ_３を収集するイオン交換収集部２１ａと、排ガスＧから水蒸気含有ガスＧ_３が除去された残留ガスＧ_４から水蒸気分圧差に基づき残留水蒸気Ｇ_５を収集する差圧蒸気収集部２１ｂと、収集された水蒸気含有ガスＧ_３及び残留水蒸気Ｇ_５の少なくとも一方を凝縮する凝縮部２３と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、湿潤ガスからの水回収技術に関する。

製鉄所、火力発電所又は化学工場等の産業プラントは、プラントに対する大規模な給水が必須になることから、その多くが大型河川の近傍又は海浜地域に立地している。
プラントの立地条件は周囲生態系への影響をも考慮するとさらに厳しくなり、立地可能な地域は非常に限定的になる。
また、人口増加の著しい新興国や、内陸地域、海生生物の活動が活発で海水取水に困難の伴う熱帯地域等では、給水環境の確保が困難なために工業が困難となっている。

そこで、近年では、外部からの給水が不要で、立地環境が河川等の周辺域に限定されない産業プラントが模索されている。
給水が不要になることで、植生の少ない地域や、利用されていない休耕田など周囲環境への影響の小さい立地選定が可能になる。
しかし、化学プラントの反応プロセスに使用される水や、発電所の炉内で使用される水等は、空冷等の代替手段のある冷却用水とは異なり低減が困難であり、一定量の給水は必須となる。

ところで、これらの産業プラントでは、多量の石炭、天然ガス等の燃焼によって多量の水（水蒸気）が発生して回収されずに排出されている。
現状では排ガスとともに大気中に排出されているこれらの水蒸気を凝縮してプラントの操業に必要な水を賄うことができる。
例えば、発電所において現状では大気中に排出されている排ガスを冷却し、気体中の水蒸気を水または氷に凝縮して回収する技術が提案されている。

特開２０１４−１２９７３１号公報

しかしながら、上述した排ガスを冷却して含まれる水蒸気を回収する従来の技術では、大気放出のための再加熱に大きな熱量が必要になるという課題があった。
例えば、火力発電では排ガスから５０％以上の水蒸気を回収する場合、４５℃以上の飽和蒸気を含む排ガスを３０℃まで冷却し再加熱する工程を経ることで、必要熱量は発電量の数％になると試算される。
さらに、安定運転のために水蒸気の回収率を９０％にする場合、排ガスを５℃まで冷却する必要があり、必要熱量は発電量の１０％程度に昇ると試算される。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、効率的に排ガスから水を回収する水回収装置、水再利用システム及び水回収方法を提供することを目的とする。

本実施形態に係る水回収装置は、排ガス発生源から発生する排ガスから水蒸気含有ガスを収集する第１水蒸気収集部と、前記排ガスから前記水蒸気含有ガスが除去された残留ガスから水蒸気分圧差に基づき残留水蒸気を収集する第２水蒸気収集部と、収集された前記水蒸気含有ガス及び前記残留水蒸気の少なくとも一方を凝縮する凝縮部と、を備えるものである。

本実施形態に係る水回収方法は、排ガス発生源から発生する排ガスから水蒸気含有ガスを収集するステップと、前記排ガスから前記水蒸気含有ガスが除去された残留ガスから水蒸気分圧差に基づき残留水蒸気を収集するステップと、収集された前記水蒸気含有ガス及び前記残留水蒸気の少なくとも一方を凝縮するステップと、を含むものである。

本発明により、効率的に排ガスから水を回収する水回収装置、水再利用システム及び水回収方法が提供される。

第１実施形態に係る水回収装置の概略構成図。 イオン交換収集部及び差圧蒸気収集部の一例の概略構成図。 差圧分離膜の評価試験結果を示す図。 （Ａ）第１実施形態に係る水回収装置の変形例であって、低温ガス通流系統及び水蒸気含有ガス収集系統の１セットを示す概略斜視図、（Ｂ）同・（Ａ）のセットを４セット直列に接続して構成した多段式のイオン交換収集部を示す概略斜視図。 第１実施形態に係る水回収装置の変形例の概略構成図。 第１実施形態に係る水回収方法をフローチャート。 第２実施形態に係る水回収装置を含む水再利用システムの概略構成図。 第２実施形態に係る水回収装置を含む水再利用システムの変形例を示す概略構成図。 第３実施形態に係る水回収装置の概略構成図。 第４実施形態に係る水回収装置の概略構成図。 火力発電所のガス排出機構の既存構造を示す概略構成図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
まず、プラント２００が一般的に備えるガス排出機構１１について、図１１の火力発電所の既存構造を例に説明する。
なお、プラント２００は、火力発電所に限定されず、例えばボイラ１２の代わりに高炉を有する製鉄所又は燃焼分解炉を有する化学工場などであってもよい。

火力発電所のプラント２００では、ボイラ１２の後段に脱硝部１３、空気予熱器１４、熱交換器１６、電気集塵部１７及び脱硫部１８が通常この順で配置される。
８００℃程度の高温でボイラ１２から排出された排ガス（高温排ガス）Ｇ_１は、まず、微量元素として含まれるＮＯｘ及びＳＯｘが除去される。
つまり、高温排ガスＧ_１は、脱硝部１３でＮＯｘが除去された後、空気予熱器１４でボイラ１２に供給される空気を昇温するとともに、自身は１２５℃程度に降温する。

そして、高温排ガスＧ_１は、さらに熱交換器１６で５０℃程度に冷却されて、電気集塵部１７及び脱硫部１８で固形不純物及びＳＯｘが除去されて、煙突１９から排出される。
排ガスＧは、脱硝部１３では高温であることが必要な一方、電気集塵部１７では低温であることが求められる。
一方、脱硫がなされて煙突１９から放出される排ガス（低温排ガス）Ｇ_２は、炭化水素の燃焼などにより水蒸気を多量に含んでいるので、５０℃程度では白煙となる。

そこで、低温排ガスＧ_２は、近隣住民の不要な懸念を招かないように、高温排ガスＧ_１との熱交換器１６で昇温されて無色煙にされて煙突１９から放出される。
また、排ガスＧ_２は脱硫部１８を経ていても少量のＳＯ_Ｘを含有していることがあり、排ガスが５０℃程度であると排ガスＧ_２が凝縮し、煙突１９などの施設を硫酸腐食する可能性がある。硫酸腐食を回避するためにも、低温排ガスＧ_２は熱交換器１６で再加熱されてから排出される。

プラント２００で再利用する水は、配管等の腐食防止の観点から、上述したＳＯｘ除去までの各工程を経た排ガスＧ_２，６から収集する必要がある。
つまり、本実施形態に係る水回収装置１０（図１）は、例えば、脱硫部１８又は煙突１９に接続されてＳＯｘ成分の除去工程までを経た排ガスＧ_２，６から水を回収するものである。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る水回収装置１０を含む水再利用システム１００の概略構成図である。

第１実施形態に係る水回収装置１０は、図１に示されるように、イオン交換収集部（第１水蒸気収集部）２１ａ、差圧蒸気収集部（第２水蒸気収集部）２１ｂ及び凝縮部（水蒸気凝縮部）２３を備える。

イオン交換収集部２１ａは、ボイラ１２から発生して脱硫がなされた排ガス（低温排ガス）Ｇ_２から水蒸気含有ガスＧ_３を収集する。
また、差圧蒸気収集部２１ｂは、イオン交換収集部２１ａに直列に接続されて、低温排ガスＧ_２から水蒸気含有ガスＧ_３が除去されて残った残留ガスＧ_４から水蒸気分圧差に基づき残留水蒸気Ｇ_５を収集する。

凝縮部２３は、収集された水蒸気含有ガスＧ_３及び残留水蒸気Ｇ_５を凝縮する。
以下、適宜、水蒸気含有ガスＧ_３及び残留水蒸気Ｇ_５を、まとめて「水蒸気Ｇ_３，５」という。
凝縮部２３には、水蒸気Ｇ_３，５を凝縮するため、加圧により水蒸気Ｇ_３，５の分圧を高める加圧手段や、空冷などで水蒸気Ｇ_３，５を冷却する冷却手段などが適宜組み合わされて構成される。
凝縮されて水となった水蒸気Ｇ_３，５は、他所での再利用までの期間、貯水槽２４に貯蔵される。

ここで、図２は、イオン交換収集部２１ａ及び差圧蒸気収集部２１ｂの一例の概略構成図である。
イオン交換収集部２１ａ及び差圧蒸気収集部２１ｂのいずれも、例えば、排ガス系統２６（低温ガス通流系統２６ａ，残留ガス通流系統２６ｂ）と、水蒸気収集系統２７（水蒸気含有ガス収集系統２７ａ，残留水蒸気収集系統２７ｂ）と、で構成される。
つまり、イオン交換収集部２１ａは、低温排ガスＧ_２を通流させる低温ガス通流系統２６ａと、水蒸気含有ガス収集系統２７ａと、で構成される。

低温ガス通流系統２６ａの排ガス通流空間２８には、イオン交換性膜２９ａを筒状にした中空糸（イオン交換性中空糸）３０ａ（３０）の群が複数群配置される。
イオン交換性膜２９ａは、後述する図３に示されるように、排ガスＧから水蒸気含有ガスＧ_３を選択的に透過させる性質があることがわかっている。
イオン交換性膜２９ａには、耐薬品性が高く、低温排ガスＧ_２に残留するＳＯｘと水蒸気との反応に起因する硫酸腐食の軽減が期待されるフッ素樹脂性の透過膜が好適に使用される。

イオン交換性中空糸３０ａの群は、低温排ガスＧ_２の流方向とは垂直な方向が長手方向になるように配置される。
そして、イオン交換性中空糸３０ａの群の一端は、水蒸気含有ガス収集系統２７ａ内部の水蒸気収集空間３１に接続される。
つまり、イオン交換性中空糸３０ａの中空空間もまた、水蒸気収集空間３１の一部を形成する。

また、差圧蒸気収集部２１ｂは、例えば残留ガスＧ_４を通流させる残留ガス通流系統２６ｂと、残留水蒸気収集系統２７ｂとで構成される。
残留ガス通流系統２６ｂ内部の残留ガス通流空間３２には、水蒸気を圧力差によって選択的に透過させる差圧分離膜２９ｂを筒状にした中空糸（差圧中空糸）３０ｂの群が同様に配置される。

差圧分離膜２９ｂには、例えばポリアミド、ポリイミド又はシリコンゴム等の市販の透過膜を好適に用いることができる。
これらの透過膜は水蒸気透過性が高いことに加え、水蒸気以外の気体成分の透過性が低い。
そのため、差圧分離膜２９ｂで収集した残留水蒸気Ｇ_５中にはＮＯｘ、ＳＯｘ成分が少なく、凝縮後の水の純度が高くなる。

イオン交換性中空糸３０ａと同様に、差圧中空糸３０ｂの群もまた残留ガスＧ_４の流方向とは垂直な方向が長手方向になるように配置される。
同様に、差圧中空糸３０ｂの群が残留水蒸気収集系統２７ｂ内部の水蒸気収集空間３１に接続されることで、差圧中空糸３０ｂの中空空間が、水蒸気収集空間３１の一部を形成する。
なお、中空糸３０（３０ａ，３０ｂ）の中空空間に低温排ガスＧ_２又は残留ガスＧ_４を通流させて、中空糸３０外へ水蒸気Ｇ_３，５を透過させてもよい。

ところで、排ガスＧ_２，４からより多くの水蒸気Ｇ_３，５を水蒸気収集系統２７（２７ａ，２７ｂ）に移行させる目的で水蒸気収集系統２７内の水蒸気分圧を低減させるために、通常は水蒸気収集系統２７（２７ａ，２７ｂ）に乾燥ガスが供給される。
しかし、この乾燥ガスが凝縮部２３に流入することで凝縮部２３の空気量が増加し、凝集に必要な冷却能力が増加する。
そこで、水蒸気収集系統２７（２７ａ，２７ｂ）に、乾燥ガスの供給に代えて、真空引きがなされる凝縮部２３を接続して、中空糸３０（３０ａ，３０ｂ）の中空空間を減圧する。

水蒸気含有ガスＧ_３は、この減圧による中空空間と排ガス通流空間２８との水蒸気分圧差及びイオン交換性膜２９ａによる水蒸気含有排ガスＧ_３を透過させる性質によって、水蒸気含有ガス収集空間３１ａに収集される。

残留水蒸気Ｇ_５は、差圧分離膜２９ｂで隔てられた中空空間と排ガス通流空間２８との水蒸気分圧差によって、残留ガスＧ_４から分離されて、残留水蒸気収集空間３１ｂに収集される。
特に、ポリイミド等で構成される差圧分離膜２９ｂは、中空糸３０内外の水蒸気分圧差によってのみ残留ガスＧ_４を分離するので、凝縮部２３による残留水蒸気収集空間３１ｂの減圧は重要である。

反対に、水蒸気分圧差を利用して水蒸気を収集することができるので、差圧分離膜２９ｂは、高い水蒸気透過性を有するものに必ずしも限定されない。
なお、残留水蒸気収集空間３１ｂ及び水蒸気含有ガス収集空間３１ａの減圧には、凝縮部２３の利用に代えて、吸引ポンプ（図示せず）などを別個に設置して用いてもよい。

なお、中空糸３０（３０ａ，３０ｂ）が長い場合、凝縮部２３による減圧では中空空間の均一で十分な減圧ができないことがある。
そこで、中空糸３０（３０ａ，３０ｂ）の長さを、例えば１０ｃｍ以下に短くして、水蒸気Ｇ_３，５の中空糸３０内の滞留による水蒸気収集機能の低下を防止することが好ましい。

また、水蒸気が結露した際の分離膜２９（２９ａ，２９ｂ）の目詰まり防止、又はガス回収促進等の観点から、中空糸３０（３０ａ，３０ｂ）の長手方向を鉛直方向に配置するのが望ましい。
つまり、流動量の少ない中空糸３０内の水蒸気Ｇ_３，５の吸引を、重力を利用して助勢することで、より効率的に水蒸気Ｇ_３，５を凝縮部２３に送ることができる。

なお、フッ素樹脂製のイオン交換性膜２９ａ及びポリイミド製等の差圧分離膜２９ｂは、乾燥空気を得るための除湿膜として市販されている透過膜を利用することができる。

ここで、図３は、差圧分離膜２９ｂの評価試験結果を示す図である。
水回収として有用な差圧分離膜２９ｂを選定するため、イオン交換性膜２９ａ及び差圧分離膜２９ｂの水蒸気透過性能について評価試験を実施した。
図３のグラフの横軸は模擬排ガス中の水蒸気分圧、縦軸は膜面積１ｍ^２あたりの水蒸気透過量である。

この評価試験では、排ガス系統２６の絶対圧力を１００ｋＰａ、温度６０℃環境で水蒸気収集系統２７の絶対圧力を５ｋＰａとし、水蒸気収集系統２７を低圧とした環境下で実施した。

模擬排ガス中の水蒸気分圧が８．５ｋＰａ以上の環境では、イオン交換性膜２９ａの水蒸気透過量がより多く、８．５ｋＰａ以下の環境では差圧分離膜２９ｂの水蒸気透過量がより多い結果を得た。
本結果から、模擬排ガス中の水蒸気が比較的多い上流側にイオン交換性膜２９ａを配置すると、効率的に水蒸気を回収することができることがわかる。

つまり、水蒸気量が減少して水蒸気分圧が減少した後段には差圧分離膜２９ｂを用いることが好ましいことがわかる。
また、このように耐硫酸腐食性の高いイオン交換性膜２９ａを上流側に配置することで、硫酸腐食による劣化も低減することができる。

また、図４（Ａ），（Ｂ）は、イオン交換収集部２１ａの変形例を示す概略斜視図である。
図４（Ａ）は、低温ガス通流系統２６ａ及び水蒸気含有ガス収集系統２７ａの１セットを示している。
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のセットを４セット直列に接続して構成した多段式のイオン交換収集部２１ａを示している。

図４（Ａ）に示されるように、イオン交換性中空糸３０ａの長手方向を低温排ガスＧ_２の流方向に沿って配置してもよい。
このように配置する場合、イオン交換性中空糸３０ａと低温排ガスＧ_２との十分な衝突領域を確保する必要がある。
しかし、前述したように、イオン交換性中空糸３０ａが細長い程、中空空間を減圧することが困難になる。
そこで、イオン交換性中空糸３０ａを１０ｃｍ程度以下の短い長さに維持して、十分な衝突領域を確保するため、図４（Ｂ）のように、イオン交換性中空糸３０ａを多段にして直列に配置するのが望ましい。
なお、同様に中空空間の減圧を容易にするため、適宜、イオン交換性中空糸３０ａの直径をできるだけ大きくしてもよい。

また、図示を省略するが、イオン交換収集部２１ａと同様に、差圧蒸気収集部２１ｂも、差圧中空糸３０ｂの長手方向を残留ガスＧ_４の流方向に沿って配置してもよい。
この場合も、差圧中空糸３０ｂと残留ガスＧ_４との十分な衝突領域を確保するため、差圧中空糸３０ｂを多段にして直列に配置するのが望ましい。

また、図５は第１実施形態に係る水回収装置１０の変形例の概略構成図である。
図５に示されるように、イオン交換性膜２９ａに代えて差圧分離膜２９ｂを有する差圧蒸気収集部（第３水蒸気収集部）３８を配置して、２つの差圧分離膜２９ｂ，２９ｃを直列に配置してもよい。
差圧分離膜２９ｂは、図３に示されるように、８．５ｋＰａ以上では、イオン交換性膜２９ａよりも水蒸気の収集効率が劣るものの、水蒸気を分離することができるからである。

次に、第１実施形態に係る水回収方法を図６のフローチャートを用いて説明する（適宜図１及び図２を参照）。

まず、ボイラ１２で発生した高温排ガスＧ_１は、脱硝部１３でＮＯｘが除去される（Ｓ１１）。
そして、この高温排ガスＧ_１は、空気予熱器１４でボイラ１２に供給される空気との熱交換により降温されて低温排ガスＧ_２となる。
この低温排ガスＧ_２は、熱交換器１６で水蒸気Ｇ_３，５が回収されて残った放出ガスＧ_６と熱交換した後、脱硫部１８でＳＯｘが除去されて、イオン交換収集部２１ａに流入する。

そして、イオン交換性中空糸３０ａの群を、その長手方向と垂直に低温排ガスＧ_２が通流することで、イオン交換性中空糸３０ａの群の中空空間に水蒸気含有ガスＧ_３が収集される（Ｓ１２）。
収集された水蒸気含有ガスＧ_３は、凝縮部２３に送られる。
水蒸気含有ガスＧ_３が除去された残留ガスＧ_４は、差圧蒸気収集部２１ｂに送られる。

この残留ガスＧ_４は、差圧蒸気収集部２１ｂ内部の差圧中空糸３０ｂの群をその長手方向と垂直に流動し、差圧中空糸３０ｂの群の中空空間に残留水蒸気Ｇ_５が収集される（Ｓ１３）。
収集された残留水蒸気Ｇ_５もまた、凝縮部２３へと送られる。

そして、凝縮部２３で、送られてきた水蒸気Ｇ_３，５が凝縮される（Ｓ１４）。
水蒸気Ｇ_３，５が凝縮して生成された水は、給水用水として貯水槽２４で貯蔵され、プラント内の必要箇所で再利用される（Ｓ１５）。
残留ガスＧ_４のうち残留水蒸気Ｇ_５を除いた放出ガスＧ_６は、煙突１９から排出される（Ｓ１６：ＥＮＤ）。
このとき、放出ガスＧ_６は水蒸気Ｇ_３，５及び脱硫部１８を経ても残留していたＳＯ_ｘ成分がさらに低減されている。そのため、熱交換器１６で再加熱せずに煙突１９から排出されても、硫酸腐食を引き起こす可能性は低く、熱交換器１６を不要にすることも可能である。また、白煙の原因である水蒸気Ｇ_３，５が除去された放出ガスＧ_６は無色煙であるので、白煙を回避する目的においても、従来必要であった熱交換器１６を不要にすることができる。

第１実施形態における必要冷却能力は、４５℃の飽和水蒸気を含有する排ガスＧでは、排ガスＧ全体を冷却する場合と比較して２０％程度になると概算することができる。
なお、この試算では、排ガスＧに含まれる水蒸気量は１０％程度とし、水蒸気の比熱の高さを考慮して計算したものである。

以上のように、第１実施形態に係る水回収装置１０によれば、排ガスＧ全体を一律に冷却することなく水を回収することで、排ガスＧの冷却及び再加熱に係る必要熱量を大幅に低下させることができる。
つまり、より少ない熱量で効率的に排ガスＧから水を回収することができる。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係る水回収装置１０を含む水再利用システム１００の概略構成図である。

第２実施形態に係る水回収装置１０は、図７に示されるように、イオン交換収集部２１ａで収集された水蒸気含有ガスＧ_３から不純物を除去する水浄化部３９を備える。

陽イオンを交換するイオン交換性膜２９ａは陰イオンを透過させるため、水蒸気含有ガスＧ_３は、残留水蒸気Ｇ_５と比較して残留したＳＯｘ、ＮＯｘ、ＮＨ３等の不純物を多く含むことになる。

また、イオン交換収集部２１ａが差圧蒸気収集部２１ｂより上流側に配置されることからも、イオン交換収集部２１ａで収集された水蒸気含有ガスＧ_３にはこれらの不純物が多くなる。
これらの不純物によってｐＨが変化して、回収した水を再利用して用いるプラント１００内部の各機器を劣化させる恐れがある。

特にＳＯｘ成分に由来する硫酸は吸水性が高く、通常では結露しないような温度、湿度環境であっても、残存水蒸気と反応して硫酸結露を発生させる。
この硫酸によって、水蒸気Ｇ_３，５またはこれを凝縮した水の通流経路が腐食する恐れがある。

そこで、凝縮部２３と貯水槽２４との間に水浄化部３９を設け、水の水質又は水の用途に合わせて、ＳＯｘ等の不純物を除去する。
通常、残留水蒸気Ｇ_５は、浄化をせずに再利用することができる程度に純度が高いことが多い。

そこで、図７に示されるように、凝縮部２３を、イオン交換収集部２１ａに接続される第１凝縮部２３ａと、差圧蒸気収集部２１ｂに接続される第２凝縮部２３ｂと、に分設するのが好ましい。
そして、第１凝縮部２３ａに水浄化部３９を接続して、水蒸気含有ガスＧ_３が凝縮された水から、陰イオンなどの不純物を除去する。

不純物が除去された水は、第２凝縮部２３ｂで凝縮された水とともに貯水槽２４で貯蔵される。
水浄化部３９で回収されたＳＯｘ成分は、元来から脱硫機能を備えている脱硫部１８へと還流されるのが望ましい。

また、図８は、第２実施形態に係る水回収装置１０を含む水再利用システム１００の変形例を示す概略構成図である。
図８に示されるように、水回収装置１０は、既存の脱硫部１８に水蒸気含有ガスＧ_３を還流する還流系統４１を備えてもよい。
なお、イオン交換収集部２１ａに水浄化部３９を接続して、イオン交換収集部２１ａで収集された水蒸気含有ガスＧ_３から不純物を除去してもよい。

なお、水蒸気含有ガスＧ_３またはこれを凝縮した水からＳＯｘ等の不純物を除去すること、または水蒸気含有ガスＧ_３を脱硫部１８に還流すること以外は、第２実施形態は第１実施形態と同じ構造及び動作手順となるので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または部能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このように、第２実施形態に係る水回収装置１０によれば、第１実施形態の効果に加え、水蒸気含有ガスＧ_３に含まれるＳＯｘ等の不純物に起因するプラント構成機器の腐食等を抑制することができる。
また、硫酸の除去により、硫酸腐食の抑制対策としての低温排ガスＧ_２の温度設定に対する制限がなくなり、温度管理機構を小型にすることができる。

（第３実施形態）
図９は、第３実施形態に係る水回収装置１０の概略構成図である。

第３実施形態に係る水回収装置１０は、図９に示されるように、イオン交換収集部２１ａ、差圧蒸気収集部２１ｂ及び凝縮部２３をバイパスするバイパスライン４２を備える。
つまり、バイパスライン４２は、バイパス弁４３を備えて、脱硫部１８と例えば熱交換器１６とを接続する。

例えば、ボイラ１２の起動時など定常運転になるまでの移行時には、脱硫部１８から流出する排ガスＧは、規格温度又は固形物の規格量等を大幅に超えている場合がある。
このような排ガスＧから水を回収しようとすると、イオン交換性膜２９ａ又は差圧分離膜２９ｂをはじめとする水回収装置１０の構成部材を劣化させるおそれがある。

そこで、排ガスＧが高温の場合等には、導入管４４上の導入弁４６を「閉」にする一方、バイパス弁４３を「開」にして、排ガスＧにイオン交換収集部２１ａから貯水槽２４までの各部材をバイパスさせる。
そして、排ガスＧの温度が安定したことを確認した後に、排ガスＧから水の回収を行う。

なお、排ガスＧにバイパスさせること以外は、第３実施形態は第１実施形態と同じ構造及び動作手順となるので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または部能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このように、第３実施形態に係る水回収装置１０によれば、第１実施形態の効果に加え、イオン交換性膜２９ａ又は差圧分離膜２９ｂをはじめとする水回収装置１０の構成部材の破損や劣化及び水蒸気収集機能の低下を防止することができる。

（第４実施形態）
図１０は、第４実施形態に係る水回収装置１０の概略構成図である。

第４実施形態に係る水回収装置１０は、図１０に示されるように、イオン交換収集部２１ａ、及び差圧蒸気収集部２１ｂの圧力又は透過水蒸気量を監視する監視部４７を備える。
また、水回収装置１０は、分離膜洗浄部３３を備える。

脱硝部１３、電気集塵部１７及び脱硫部１８によって、排ガスＧに含まれるＮＯｘ、ＳＯｘ又は煤塵等の大半が除去される。
一方、脱硫部１８の出口には脱硫処理に利用されるカルシウム化合物の微粉末の飛来がある。
微粉塵の蓄積等によって、分離膜２９（２９ａ，２９ｂ）に目詰まりが発生して、水回収効率が低下する。
そこで、脱硫部１８の後段に水回収装置１０を設置する場合、分離膜洗浄部３３で分離膜２９（２９ａ，２９ｂ）等に付着した微粉末を除去する。

つまり、まず第４実施形態では、監視部４７で、イオン交換収集部２１ａ又は差圧蒸気収集部２１ｂの内部の圧力又は透過水蒸気量を監視する。
内部の圧力とは、例えば、排ガス系統２６の圧力と水蒸気収集系統２７の圧力との圧力差などである。

監視部４７は、例えば、圧力又は透過水蒸気量についての閾値を保持し、これらの物理量が閾値を超えた場合に、警告信号を分離膜洗浄部３３に発信する。
分離膜洗浄部３３は、図示を省略するが、カルシウム化合物などを除去する薬液、洗い流し用の水、又は洗浄用超音波を発振する発信装置などで構成される。
特に、カルシウム化合物の除去には酸による洗浄が有効である。

また、第２実施形態に示した脱硫部１８への還流水を利用してもよい。
この還流水はＳＯｘ溶け込みにより酸性となっていることが想定されるため、薬液として好適である。

分離膜洗浄部３３は、監視部４７による警告信号を受信して、イオン交換収集部２１ａ及び差圧蒸気収集部２１ｂをはじめとする水回収装置１０の構成部材の洗浄を開始する。
洗浄のタイミングは、収集部２１（２１ａ，２１ｂ）の稼働時であっても停止時であってもよい。
なお、監視部４７の警告信号に基づいて、作業員が手動で洗浄してもよい。
さらに、この警告信号を、イオン交換性膜２９ａ又は差圧分離膜２９ｂの交換の基準に用いてもよい。

なお、監視部４７を備えること及び分離膜洗浄部３３を備えること以外は、第４実施形態は第１実施形態と同じ構造及び動作手順となるので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または部能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このように、第４実施形態に係る水回収装置１０によれば、第１実施形態の効果に加え、イオン交換収集部２１ａ及び差圧蒸気収集部２１ｂの内部環境を把握することで、適時に分離膜２９（２９ａ，２９ｂ）等の洗浄をすることができる。
この洗浄によって、分離膜２９等の性能低下及び強度劣化を予防することができる。

以上述べた少なくとも一つの実施形態の水回収装置１０によれば、排ガスＧ全体を一律に冷却することなく水を回収することで、排ガスＧの冷却及び再加熱に係る必要熱量を大幅に低下させることが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００…水再利用システム、２００…プラント、１０…水回収装置、１１…ガス排出機構、１２…ボイラ、１３…脱硝部、１４…空気予熱器、１６…熱交換器、１７…電気集塵部、１８…脱硫部、１９…煙突、２１…収集部、２１ａ…イオン交換収集部（第１水蒸気収集部）、２１ｂ…差圧蒸気収集部（第２水蒸気収集部）、２１ｃ…差圧蒸気収集部（第３水蒸気収集部）、２３（２３ａ，２３ｂ）…凝縮部（第１凝縮部，第２凝縮部）、２４…貯水槽、２６（２６ａ，２６ｂ）…排ガス系統（低温ガス通流系統，残留ガス通流系統）、２７（２７ａ，２７ｂ）…水蒸気収集系統（水蒸気含有ガス収集系統，残留水蒸気収集系統）、２８…排ガス通流空間、２９（２９ａ，２９ｂ）…分離膜（イオン交換性膜，差圧分離膜）、３０（３０ａ，３０ｂ）…中空糸（イオン交換性中空糸，差圧中空糸）、３１（３１ａ，３１ｂ）…水蒸気収集空間（水蒸気含有ガス収集空間，残留水蒸気収集空間）、３２…残留ガス通流空間、３３…分離膜洗浄部、３９…水浄化部、４１…還流系統、４２…バイパスライン、４３…バイパス弁、４４…導入管、４６…導入弁、４７…監視部、Ｇ（Ｇ_１〜Ｇ_６）…排ガス、Ｇ_１…高温排ガス、Ｇ_２…低温排ガス、Ｇ_３…水蒸気含有ガス、Ｇ_４…残留ガス、Ｇ_５…残留水蒸気、Ｇ_６…放出ガス、Ｇ_２，６…ＳＯｘ除去工程を経た排ガス、Ｇ_３，５…水蒸気（水蒸気含有ガス及び残留水蒸気）。

Claims (12)

1. 排ガス発生源から発生する排ガスから水蒸気含有ガスを収集する第１水蒸気収集部と、
   前記排ガスから前記水蒸気含有ガスが除去された残留ガスから水蒸気分圧差に基づき残留水蒸気を収集する第２水蒸気収集部と、
   収集された前記水蒸気含有ガス及び前記残留水蒸気の少なくとも一方を凝縮する凝縮部と、を備える水回収装置。
2. 前記第１水蒸気収集部は、フッ素樹脂で構成されるイオン交換性膜を備える請求項１に記載の水回収装置。
3. 前記第２水蒸気収集部は、ポリアミド、ポリイミド及びシリコンゴムの少なくとも１つで構成される差圧分離膜を備える請求項１又は請求項２に記載の水回収装置。
4. 前記差圧分離膜で前記残留ガスの通流空間から隔てられて形成される水蒸気収集空間は、前記残留水蒸気の分圧より低い圧力に維持される請求項３に記載の水回収装置。
5. 前記第１水蒸気収集部で収集された前記水蒸気含有ガスから不純物を除去する水浄化部を備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水回収装置。
6. 前記排ガスを脱硫する脱硫部に前記第１水蒸気収集部で収集された前記水蒸気含有ガスを還流する還流系統を備える請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の水回収装置。
7. 前記イオン交換性膜及び前記差圧分離膜の少なくとも一方は、鉛直方向に沿って中空糸が配置された中空糸群で構成される請求項２又は請求項３に記載の水回収装置。
8. 前記第１水蒸気収集部及び前記第２水蒸気収集部の圧力及び透過水蒸気量の少なくともいずれかを監視する監視部を備える請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の水回収装置。
9. 前記第１水蒸気収集部、前記第２水蒸気収集部及び前記凝縮部をバイパスするバイパスラインを備える請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の水回収装置。
10. 前記第１水蒸気収集部に代えて、排ガス発生源から発生する排ガスから水蒸気分圧差に基づき水蒸気含有ガスを収集する第３水蒸気収集部を備える請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の水回収装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の水回収装置を前記排ガスを脱硫する脱硫部出口または煙突に接続した水再利用システム。
12. 排ガス発生源から発生する排ガスから水蒸気含有ガスを収集するステップと、
    前記排ガスから前記水蒸気含有ガスが除去された残留ガスから水蒸気分圧差に基づき残留水蒸気を収集するステップと、
    収集された前記水蒸気含有ガス及び前記残留水蒸気の少なくとも一方を凝縮するステップと、を含む水回収方法。

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