JP6447663B2 - ボイラ水処理装置および処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、事業用火力、ＩＰＰ発電設備或いは産業用火力発電設備等の発電設備のボイラ水を処理する装置及び方法に関する。

コンビナートにおいてＩＰＰ発電（独立系発電事業）の実施が広がっている。ＩＰＰ等の発電設備では、工業用水等から前処理（凝集固液分離と脱塩処理など）により純水を製造し、この純水を用いて高圧ボイラにより蒸気を発生させて発電が行われる。このような発電設備では、ボイラブロー水を回収し、脱塩処理した後に発電用の純水として再利用するのが一般的である（特許文献１〜３）。

発電施設内では、ボイラ水の水質を管理しており、特に、腐食防止の為、イオン交換樹脂にて処理した後の電気伝導度を管理しているが、原水にＴＯＣが想定以上に含まれていた場合（例えばＴＯＣ２００ｐｐｂ以上）、または前処理の純水製造におけるイオン交換樹脂から有機物が過度に溶出した場合は、電気伝導度が管理値を超過してしまうことが懸念される。

特開２００７−２６８３９７号公報 特開２０１０−２１６７６２号公報 特開２０１５−１１７９１３号公報

平成１４年版 ボイラー年鑑、「第９節 自家発電用ボイラにおける原水・補給水水質とボイラ水質への影響および対応策について」

本発明は、原水又は前処理水のＴＯＣが高濃度の場合でも安定して高品質の純水をボイラに給水することができるボイラ水処理装置及び処理方法を提供することを目的とする。

本発明のボイラ水処理装置は、原水を処理して純水を製造する前処理装置と、該前処理装置からの純水をボイラへ供給する純水供給ラインとを有するボイラ水処理装置において、該純水供給ラインから純水の一部を取り出し部から取り出してＴＯＣ除去手段でＴＯＣ除去処理し、この処理水を該取り出し部又はそれよりも上流側の該純水供給ラインに戻すＴＯＣ除去ラインを備えたことを特徴とするものである。

本発明の一態様では、該取り出し部は、純水供給ラインの純水タンクに設けられる。また、本発明の一態様では、前記ＴＯＣ除去手段は、ＲＯ装置を有するか、又はＵＶ酸化装置及びイオン交換装置を有する。

本発明の一態様のボイラ水処理装置は、前記純水の取り出し部又はそれよりも上流側の前記純水供給ラインの純水のＴＯＣ濃度の測定手段と、該測定手段の測定値が所定値以上のときに前記ＴＯＣ除去手段によるＴＯＣ除去を開始するか、又はＴＯＣ除去手段への純水供給量を増加させる純水供給量制御手段を備える。

本発明の一態様のボイラ水処理装置は、前記ボイラからの排気蒸気が凝縮されて該ボイラから排出されたボイラブロー水を脱塩処理する復水脱塩手段と、該ボイラからのボイラブロー水を該復水脱塩手段に導入するボイラブロー水導入ラインと、該復水脱塩手段で脱塩処理された復水脱塩水を前記取り出し部又はそれよりも上流側の純水供給ラインに返送する復水脱塩水返送ラインとを備える。

本発明の一態様のボイラ水処理装置は、前記ＴＯＣ除去手段としてＲＯ装置を有しており、該ＲＯ装置のＲＯ濃縮水とボイラブロー水とを熱交換させる熱交換器を前記ボイラブロー水導入ラインに備える。

本発明のボイラ水処理方法は、原水を前処理装置で処理して純水を製造し、該前処理装置からの純水を純水供給ラインを経由してボイラへ供給するボイラ水処理方法において、該純水供給ラインから純水の一部を取り出し部から取り出してＴＯＣ除去手段でＴＯＣ除去処理し、この処理水を該取り出し部又はそれよりも上流側の該純水供給ラインに戻すことを特徴とするものである。

本発明の一態様のボイラ水処理方法では、前記ＴＯＣ除去手段は、ＲＯ装置を有するか、又はＵＶ酸化装置及びイオン交換装置を有する。

本発明の一態様のボイラ水処理方法では、前記取り出し部又はそれよりも上流側の前記純水供給ラインの純水のＴＯＣ濃度を測定し、該測定値が所定値以上のときに前記ＴＯＣ除去手段によるＴＯＣ除去を開始するか、又はＴＯＣ除去手段への純水供給量を増加させる。

本発明の一態様のボイラ水処理方法では、前記ボイラからの排気蒸気が凝縮されて該ボイラから排出されたボイラブロー水を復水脱塩手段で脱塩処理し、該復水脱塩手段で脱塩処理された復水脱塩水を前記取り出し部又はそれよりも上流側の純水供給ラインに返送する。

本発明の一態様のボイラ水処理方法では、前記ＴＯＣ除去手段はＲＯ装置を有しており、該ＲＯ装置のＲＯ濃縮水と前記復水脱塩手段に供給されるボイラブロー水とを熱交換して、該ボイラブロー水を冷却する。

本発明では、前処理装置からの純水をボイラに供給する純水供給ライン（メインライン）にＴＯＣ除去手段を設けるのではなく、該純水供給ラインから分岐したＴＯＣ除去ライン（オフライン）にＴＯＣ除去手段を設けている。そのため、ＴＯＣ除去手段を、純水供給ライン（メインライン）での純水供給制御とは別に制御することができる。

例えば、本発明では、原水のＴＯＣ負荷が低いときには、ＴＯＣ除去運転を一時中断することができる。また、純水供給ラインが純水供給作動しているときでも、ＴＯＣ除去手段のメンテナンスが可能である。

本発明の一態様では、ボイラブロー水の脱塩手段に由来する樹脂溶出物の影響を抑えることができる。

本発明の一態様では、ＴＯＣ除去ラインのＲＯ濃縮水がボイラブロー水の冷却水として使用される。

本発明の実施の形態に係るボイラ水処理装置のフロー図である。 別の実施の形態に係るボイラ水処理装置のフロー図である。 比較例に係るボイラ水処理装置のフロー図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。

図１は、第１の実施の形態に係るボイラ水処理装置のフロー図である。原水としての工水（工業用水）は、前処理装置１で前処理されて純水となり、配管２を介して純水タンク３（取り出し部に相当）に導入される。純水タンク３内の純水は、ポンプ４を有する配管５を介してＩＰＰ発電装置などの発電装置６のボイラへ供給される。この実施の形態では、純水供給ラインは、配管２、純水タンク３、ポンプ４及び配管５を有したものとなっている。発電装置６のボイラで生じたボイラブロー水は、配管７、第１熱交換器８Ｂ、本冷却手段８Ａ及び配管９を有した導入ラインを介して復水脱塩装置１０に導入され、脱塩処理される。

この実施の形態では、復水脱塩装置１０は直列に複数段（この実施の形態では２段）配置された逆浸透膜分離装置（ＲＯ装置）１１，１２と、電気脱塩装置１３とを有する。ボイラブロー水は、ＲＯ処理及び電気脱塩処理により脱塩処理されて純水となり、配管１４を介して純水タンク３に返送される。

純水タンク３内の純水の一部を取り出してＴＯＣ除去処理及び脱塩処理するために、ＴＯＣ除去ラインが設けられている。即ち、純水タンク３内の純水が配管１５、第２熱交換器１６、ポンプ１７を介してＲＯ装置１８へ供給され、ＲＯ透過水が配管１９を介して純水タンク３に返送される。ＲＯ濃縮水は、配管２０を介して前記第１熱交換器８Ｂへ送水され、ボイラブロー水と熱交換した後、配管２１を介して前処理装置１又はそれよりも上流側の原水配管や原水タンクへ返送されるか、又は系外へ排出される。

第２熱交換器１６は、純水タンク３からＲＯ装置１８に供給される純水を加熱するためのものである。

第１熱交換器８Ｂは、復水脱塩装置１０に送水されるボイラブロー水を冷却して降温させるためのものであり、その低温流体側には、前記ＲＯ装置１８からの濃縮水が通水される。

このボイラ水処理装置にあっては、ポンプ１７を必要時に稼働させて、純水タンク３内の純水をＲＯ装置１８によってＲＯ処理することにより、純水タンク３内の純水の水質を所定範囲に維持することができる。

また、ＲＯ装置１８へ供給される純水を第２熱交換器１６で加熱することにより、ＲＯ処理効率を高くすることができる。また、温度の高いＲＯ透過水が純水タンク３に流入することにより、純水タンク３内の水温が高くなる。

なお、図１では、配管１５は取り出し部として純水タンク３に接続されているが、配管１５は純水タンク３の下流側の配管５に接続されてもよい。この場合は分岐点が取り出し部となる。また、図１において、第１熱交換器８Ｂを省略し、予備冷却を行わず本冷却手段８Ａのみでボイラブロー水を所定温度まで冷却するようにすることも可能である。

図２は、第２の実施の形態に係るボイラ水処理装置のフロー図であり、純水タンク３内の純水の水質維持用のＴＯＣ除去装置として、ＲＯ装置１８の代わりにＵＶ（紫外線）酸化装置２５とイオン交換装置２６とが設置されている。イオン交換樹脂としては、アニオン交換樹脂又は混床樹脂を用いることが好ましい。ＵＶ酸化装置（例えば、低圧ＵＶ酸化装置）２５では、ＵＶを被処理水（純水タンク３からの純水）に照射して有機物を有機酸さらにはＣＯ_２まで分解する。分解により生じた有機酸、ＣＯ_２等は、後段のイオン交換装置２６で除去される。イオン交換装置２６を通過した有機物濃度の低い純水が配管１９から純水タンク３に返送される。

この実施の形態では、ＲＯ装置１８は設けられていないので、ＲＯ濃縮水を第１熱交換器８Ｂへ供給するための配管２０，２１は設置されていない。よってその低温流体側には系外から導入した冷却水が通水される。発電装置６のボイラからのボイラブロー水は、配管７、第１熱交換器８Ｂ、本冷却手段８Ａ及び配管９を有した導入ラインを介して復水脱塩装置１０へ送水される。その他の構成は図１と同一であり、同一符号は同一部分を示している。また、図２において、第１熱交換器８Ｂを省略し、予備冷却を行わず本冷却手段８Ａのみでボイラブロー水を所定温度まで冷却するようにすることも可能である。

図１，２は本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態とされてもよい。

図１，２のボイラ水処理装置の構成機器の好適例、機能等について以下に説明する。

（１） 前処理装置１
前処理装置１は、例えば、工業用水（市水、地下水など）等の原水に対して、凝集処理、固液分離（沈殿分離や加圧浮上分離など）、二層濾過を順次行った後に脱塩処理（カチオン交換樹脂塔、脱炭酸塔、アニオン交換樹脂塔、混床樹脂塔、電気脱塩装置などによる処理）を行うことにより、純水を製造する。

（２） 純水タンク３
純水タンク３では、前処理により製造された純水が貯留され、水質や水量の調整が行われる。

（３） ＴＯＣ除去手段
工業用水等の原水に含まれるＴＯＣ濃度が高い場合は、前処理によってＴＯＣ濃度を所定以下（例えば１００ｐｐｂ未満）まで低減することが困難となる場合がある。ＴＯＣ濃度が１００ｐｐｂ以上になるとボイラへの負担が大きくなり将来的に故障が生じる懸念がある。また、季節や気候などにより水温が変動する（例えば５〜３５℃）。水温が１５℃以下になると発電用ボイラへの負担が大きくなり燃料使用量が多くなってしまう。

そのため、純水タンク３内の純水のＴＯＣが常に所定値以下（例えば１００ｐｐｂ以下）に維持されるように、純水供給ラインを構成する純水タンク３から分取した純水をＲＯ装置１８、又はＵＶ酸化装置２５及びイオン交換装置２６よりなるＴＯＣ除去手段でＴＯＣ除去処理を行う。ＴＯＣ除去手段として物理化学的手段を用いることにより、処理水に不純物が残留することを抑制できる。ＴＯＣ除去手段を、純水供給ラインから分岐したＴＯＣ除去ラインに設置することにより、例えば膜逆洗に伴う通水停止に影響されないなど、純水供給ラインと異なる制御やメンテナンスが可能となる。また、既設のボイラ給水装置に追加工事でＴＯＣ除去手段を容易に設置することができる。

なお、ＴＯＣ除去手段でＴＯＣ除去処理する純水の取り出し部（図１，２では純水タンク３）又はそれよりも上流側の純水供給ライン（図１，２では配管２）の純水のＴＯＣ濃度を測定するＴＯＣ濃度測定手段を設け、このＴＯＣ濃度測定手段の測定値が所定値以上のときに、ＴＯＣ除去手段によるＴＯＣ除去処理を開始するようにしてもよい。この場合、例えば、ＴＯＣ濃度測定手段とポンプ１７とを連動させて、ＴＯＣ濃度測定手段の測定値が所定値以上になったら、ポンプ１７を作動させて、ＴＯＣ除去手段に水を供給してＴＯＣ除去処理するようにしてもよいし、配管１５に開閉弁を設け、この開閉弁をＴＯＣ濃度測定手段と連動させて、ＴＯＣ濃度測定手段の測定値が所定値以上のときに開閉弁を開としてＴＯＣ除去手段に純水を供給してＴＯＣ除去処理するようにしてもよい。この場合において、ＴＯＣ濃度測定手段の測定値が所定値よりも低くなった場合には、ポンプ１７を停止するか開閉弁を閉としてＴＯＣ除去手段への純水の供給を停止することができる。

このように、ＴＯＣ濃度測定手段の測定値に基づいて、ＴＯＣ除去手段への純水の供給の有無を制御する他、ＴＯＣ除去手段への純水の供給量を制御することもできる。例えば、ＴＯＣ濃度測定手段とポンプ１７とを連動させて、ＴＯＣ濃度測定手段の測定値が所定値以上になったら、ポンプ１７の回転数を上げて、ＴＯＣ除去手段への純水供給量を増加させ、ＴＯＣ除去処理する純水量を増やしてもよいし、配管１５に流量調整弁を設け、この流量調整弁をＴＯＣ濃度測定手段と連動させて、ＴＯＣ濃度測定手段の測定値が所定値以上になったら、流量調整弁の開度を大きくしてＴＯＣ除去手段への純水供給量を増加させ、ＴＯＣ除去処理する純水量を増やしてもよい。この場合において、ＴＯＣ濃度測定手段の測定値が所定値より低くなった場合には、ポンプ１７の回転数を下げるか流量調整弁の開度を小さくしてＴＯＣ除去手段への純水供給量を少なくすることができる。

このように、ＴＯＣ濃度測定手段の測定値に基づいて、ＴＯＣ除去手段への純水の供給の有無や供給量を制御することにより、必要量の純水をＴＯＣ除去手段で処理することができ、純水のＴＯＣ除去処理に係るコストを低減することができる。

このようなＴＯＣ除去手段への純水の供給の有無又は供給量の増減の制御は、ＴＯＣ濃度測定手段のＴＯＣ濃度の測定値が入力され、この測定値に基づいてポンプ又は弁への制御信号を出力する制御装置により、自動制御で行うことができる。

（４） 発電装置６としては、高圧ボイラを備えたＩＰＰ発電装置など各種のものを用いることができる。

（５）ボイラブロー水排出ライン〜復水脱塩手段〜復水返送ライン
ボイラ蒸気の凝縮水は一般には高温であり（例えば７０〜９７℃）、ボイラからボイラブロー水として排出された後に本冷却手段８Ａ（密閉冷却塔、熱交換器など）により２０〜４０℃程度に冷却された上で、復水脱塩装置１０に供給される。

図１，２では、復水脱塩装置１０として、直列２段ＲＯ処理→電気脱塩を例示しているが、脱塩処理できる物理化学的手段であれば特に限定されない。

（６） 第１熱交換器８Ｂ
図１のように、ＴＯＣ除去手段としてＲＯ装置１８を用いる場合、常温程度（５〜３５℃）のＲＯ濃縮水が排出されるので、このＲＯ濃縮水を本冷却手段８Ａの前段に設けられた第１熱交換器８Ｂに通水してボイラブロー水と熱交換してボイラブロー水を５０〜７０℃程度に予備冷却する。これにより、復水脱塩装置１０前段に設けられた本冷却手段８Ａの負荷を軽減することができる。

（７） 第２熱交換器１６
純水タンク３の水温が所定値以下（例えば１５℃以下）に低下しやすい場合は、ＴＯＣ除去手段の給水を第２熱交換器１６にて温水と熱交換して加温する。これにより、ＴＯＣ除去手段で効率的にＴＯＣ除去することが可能である。また、これによって純水タンク３の水温が例えば２０〜３５℃に維持されるようにすれば、ＩＰＰ発電設備の高圧ボイラの負担を軽減することができる。

なお、純水供給ライン（配管２、純水タンク３、配管５等）や、ＴＯＣ除去ライン（配管１５，１９等）中の水温を測定し、測定値が所定値以下にまで低温になったときに、第２熱交換器１６に温水を供給するように弁を切り替えて本機構による昇温を行うように制御してもよい。また、水温測定値に基づいて第２熱交換器１６への供給流量を調整するように流量制御しても構わない。これによりボイラ給水の水温が所定範囲に維持され、ボイラへの負荷が一定範囲内に維持されるので好ましい。

［実施例１］
千葉県工業用水（ＴＯＣ濃度２〜３ｐｐｍ；水温１０℃）を図１のボイラ水処理装置によって処理し、ＩＰＰ発電装置６のボイラに給水すると共に、ボイラブロー水回収を行った。前処理装置１では、凝集処理、加圧浮上分離、二層濾過、２床３塔型イオン交換（陽イオン交換、脱炭酸、陰イオン交換）を行って純水を製造した。主な条件を下記及び表１に示す。また、結果を表１に示す。

工水の平均供給量（配管２平均流量）：３５ｍ^３／ｈｒ
純水タンク３容積：４００ｍ^３
ＩＰＰ発電ボイラへの平均給水量（配管５平均流量）：３５ｍ^３／ｈｒ
ボイラブロー水平均流量（配管７平均流量）：１０〜１２ｍ^３／ｈｒ
ＲＯ装置１８平均給水量（配管１５平均流量）：３４ｍ^３／ｈｒ
ＲＯ装置１８平均透過水量（配管１９平均流量）：３０ｍ^３／ｈｒ
第１熱交換器８Ｂ給水平均流量：１０〜１２ｍ^３／ｈｒ
本冷却手段８Ａ給水平均流量：１０〜１２ｍ^３／ｈｒ
第２熱交換器１６給水平均流量：３４ｍ^３／ｈｒ

［実施例２］
ボイラ水処理装置を図２のボイラ水処理装置としたこと以外は実施例１と同一条件で運転を行った。結果を表１に示す。

［実施例３］
実施例１において、第２熱交換器１６を省略し、ＲＯ装置１８の給水の予備加熱を行わなかったこと以外は実施例１と同一条件で運転を行った。結果を表１に示す。

［実施例４］
実施例１において、配管２０，２１、第１熱交換器８Ｂを省略し、ＲＯ濃縮水によるボイラブロー水の予備冷却を行わなかったこと以外は実施例１と同一条件で運転を行った。結果を表１に示す。

［比較例１］
実施例１において、ＴＯＣ除去用の配管１５、第２熱交換器１６、ポンプ１７、ＲＯ装置１８、配管１９と、配管２０，２１及び第１熱交換器８Ｂを省略し、図３のフローとしたこと以外は実施例１と同一条件で運転を行った。結果を表１に示す。

表１の通り、実施例１〜４は、比較例１に比べてボイラ給水のＴＯＣ濃度が低く、ボイラへの負荷が低減されることが認められた。また、ＴＯＣ除去ラインの予備加熱を行わなかった実施例３よりも、それを行った実施例１，４の方が同じＲＯ装置におけるＴＯＣ除去率が高く、また、予備加熱を行った実施例１，２，４の方が後段のボイラへの負荷が低減されることが認められた。
同様にボイラブロー水の予備冷却を行わなかった実施例４よりも、それを行った実施例１〜３の方が、後段の本冷却手段への負荷が低減されることが認められた。

１ 前処理装置
３ 純水タンク
６ 発電装置
８Ａ 本冷却手段
８Ｂ 第１熱交換器
１０ 復水脱塩装置
１６ 第２熱交換器
１１，１２，１８ ＲＯ装置
１３ 電気脱塩装置
２５ ＵＶ酸化装置
２６ イオン交換装置

Claims (8)

1. 原水を処理して純水を製造する前処理装置と、
   該前処理装置からの純水をボイラへ供給する純水供給ラインと
   を有するボイラ水処理装置において、
   該純水供給ラインから純水の一部を取り出し部から取り出してＴＯＣ除去手段でＴＯＣ除去処理し、この処理水を該取り出し部又はそれよりも上流側の該純水供給ラインに戻すＴＯＣ除去ラインを備えたボイラ水処理装置であって、
   前記ボイラからの排気蒸気が凝縮されて該ボイラから排出されたボイラブロー水を脱塩処理する復水脱塩手段と、該ボイラからのボイラブロー水を該復水脱塩手段に導入するボイラブロー水導入ラインと、該復水脱塩手段で脱塩処理された復水脱塩水を前記取り出し部又はそれよりも上流側の純水供給ラインに返送する復水脱塩水返送ラインとを備えたことを特徴とするボイラ水処理装置。
2. 請求項１において、前記ＴＯＣ除去手段は、ＲＯ装置を有するか、又はＵＶ酸化装置及びイオン交換装置を有することを特徴とするボイラ水処理装置。
3. 請求項１又は２において、前記取り出し部又はそれよりも上流側の前記純水供給ラインの純水のＴＯＣ濃度の測定手段と、
   該測定手段の測定値が所定値以上のときに前記ＴＯＣ除去手段によるＴＯＣ除去を開始するか、又はＴＯＣ除去手段への純水供給量を増加させる純水供給量制御手段を備えたことを特徴とするボイラ水処理装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記ＴＯＣ除去手段はＲＯ装置を有しており、
   該ＲＯ装置のＲＯ濃縮水とボイラブロー水とを熱交換させる熱交換器を前記ボイラブロー水導入ラインに備えたことを特徴とするボイラ水処理装置。
5. 原水を前処理装置で処理して純水を製造し、
   該前処理装置からの純水を純水供給ラインを経由してボイラへ供給するボイラ水処理方法において、
   該純水供給ラインから純水の一部を取り出し部から取り出してＴＯＣ除去手段でＴＯＣ除去処理し、この処理水を該取り出し部又はそれよりも上流側の該純水供給ラインに戻すボイラ水処理方法であって、
   前記ボイラからの排気蒸気が凝縮されて該ボイラから排出されたボイラブロー水を復水脱塩手段で脱塩処理し、該復水脱塩手段で脱塩処理された復水脱塩水を前記取り出し部又はそれよりも上流側の純水供給ラインに返送することを特徴とするボイラ水処理方法。
6. 請求項５において、前記ＴＯＣ除去手段は、ＲＯ装置を有するか、又はＵＶ酸化装置及びイオン交換装置を有することを特徴とするボイラ水処理方法。
7. 請求項５又は６において、前記取り出し部又はそれよりも上流側の前記純水供給ラインの純水のＴＯＣ濃度を測定し、該測定値が所定値以上のときに前記ＴＯＣ除去手段によるＴＯＣ除去を開始するか、又はＴＯＣ除去手段への純水供給量を増加させることを特徴とするボイラ水処理方法。
8. 請求項５ないし７のいずれか１項において、前記ＴＯＣ除去手段はＲＯ装置を有しており、
   該ＲＯ装置のＲＯ濃縮水と前記復水脱塩手段に供給されるボイラブロー水とを熱交換して、該ボイラブロー水を冷却することを特徴とするボイラ水処理方法。

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