WO2008078668A1

WO2008078668A1 - ボイラ給水用補給水の供給方法

Info

Publication number: WO2008078668A1
Application number: PCT/JP2007/074623
Authority: WO
Inventors: Tsuyoshi Yoneda; Junichi Nakajima; Takanari Kume; Atsuyuki Manabe; Junichi Kato; Yasuo Nogami; Isamu Mekata
Original assignee: Miura Co., Ltd.
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2008-07-03
Also published as: JP5158341B2; JP2008180492A

Abstract

ナトリウム型陽イオン交換樹脂が充填された複数の樹脂ユニットを含む樹脂ユニット群を有する軟水化装置53、逆浸透膜を有するクロスフロー型ろ過装置55および脱酸素装置56において、この順で補給水を処理し、処理された補給水をボイラ給水として貯水タンク40に貯留する。軟水化装置53とクロスフロー型ろ過装置55との間では、補給水の硬度、電気伝導度および水温をそれぞれ測定し、硬度が所定値を超えたときは樹脂ユニット群において樹脂ユニットを他のものに切替え、電気伝導度が所定値を超える場合はクロスフロー型ろ過装置55からのブロー量多くし、水温が所定温度未満のときは補給水の流量を下げて脱酸素装置56に通過させる。これによると、貯水タンク40に貯留される補給水は、効果的に脱酸素処理され、効果的にイオン成分が除去され、しかも安定的に硬度分が除去された軟化水となるので、薬剤の添加によらずに、蒸気ボイラでの腐食およびスケール生成を効果的に抑制することができ、併せてキャリーオーバーを抑制することができる。

Description

明細書ボイラ給水用補給水の供給方法技術分野

本発明は、ボイラ給水用補給水の供給方法、特に、補給水をボイラ給水として貯水タンクに貯留し、当該貯水タンクからボイラ給水を蒸気ボイラへ供給して加熱することにより発生する蒸気を負荷装置において利用する蒸気ボイラ装置において、ボイラ給水用の補給水を貯水タンクへ供給するための方法に関する。背景技術

水道水や地下水などの原水に由来の補給水をボイラ給水として貯水タンクに貯留し、この貯水タンクからのボイラ給水を蒸気ボイラへ供給する蒸気ポイラ装置が知られている。この蒸気ボイラ装置において用いられる蒸気ボイラは、例えば貫流ボイラの場合、ボイラ給水によるボイラ水を加熱して蒸気を生成するための多数の伝熱管を備えている。この伝熱管は、炭素鋼などの非不動態化金属を用いて形成されているため、ボイラ給水に含まれる溶存酸素の影響を受けて腐食が生じやすい。この腐食は、伝熱管に対して孔開きのような致命的な破壊をもたらすことが多いため、蒸気ボイラの安定的な運転継続を妨げる原因となる。

また、伝熱管は、ボイラ給水に含まれる硬度分、すなわち、カルシウムィォンゃマグネシウムイオンにより生成するスケールが付着しやすい。このスケールは、伝熱管の熱伝導性を低下させ、ボイラ水の円滑な加熱を阻害することになる。

そこで、蒸気ボイラ装置では、蒸気ポイラ内での腐食やスケール生成を抑制するために、通常、貯水タンクへ供給する補給水を軟水化するとともに脱酸素処理している（例えば、下記の文献 1 ， 2参照）。ここで、補給水の軟水化は、ナトリゥム型陽イオン交換樹脂を用いた補給水の処理により、補給水中のカルシゥムイオンおょぴマグネシウムイオンをナトリゥムイオンで置換することで実施されている。一方、脱酸素処理は、例えば、補給水を気体分離膜に通過させることで実施されている。

しかし、補給水として用いられる原水は、上述のように水道水や地下水などであるため、地質的要因により水質が多様である。例えば、原水の硬度は、地域によって高いところもあれば低いところもあり、また、季節的要因やその他の要因のために、同じ地域においても変動しやすい。このため、軟水化のために用いられるナトリゥム型陽イオン交換樹脂は、補給水の硬度が高い地域等において破過し 4すく、比較的短時間で補給水中の硬度分の一部を除去できなくなる可能性がある。また、原水の溶存酸素濃度は、温度の影響を受けるため、原水の温度が変動しやすい環境では常時変動しやすい。一般に、補給水は、水温が低下した場合に溶存酸素濃度が高まる傾向にあるため、気体分離膜は、補給水の温度が低下したときに高負荷状態になり、補給水中の溶存酸素が透過しやすくなる。

したがって、補給水の軟水化および脱酸素処理は不完全になることが多く、補給水の軟水化おょぴ脱酸素処理だけでは蒸気ボイラにおける腐食およぴスケール生成を効果的に抑制できない場合がある。

また、ボイラ給水は各種のイオン成分を含む。このため、蒸気ボイラは、蒸気の生成に従ってボイラ水の濃縮が進行するとボイラ水の電気伝導度が高まり、キャリーオーバーが発生しやすくなる。キャリーオーバーは、蒸気ボイラから負荷装置へ供給される蒸気中にボイラ水が混入する現象であり、蒸気品質を損なう原因となる。

そこで、蒸気ボイラ装置は、腐食およびスケール生成をより効果的に抑制することを目的として、また、キャリーオーバーの抑制を目的として、通常、ポイラ給水等に対して各種の薬剤を添加している（例えば、下記の文献 1) 。文献 1 ：

特開 2003— 1 20904公報、段落 [0005] および [0025] 文献 2 ：

特開 2004— 1 9970公報、段落 [0009]

しかし、ボイラ給水等に対する薬剤の添加は、蒸気ポイラ装置の運転コストを高める原因となる。また、蒸気ボイラは、蒸気の生成に従ってボイラ水の濃縮が進むため、適時、薬剤濃度管理等の観点からボイラ水の一部を排水（プロ一）し、新たなポイラ給水を補給してボイラ水を希釈している。ここでは、ボイラ水を希釈するためのポイラ給水を頻繁に補給する必要があり、また、ボイラ給水の補給により温度低下したボイラ水を頻繁に加熱する必要がある。したがって、薬剤を添加しながら運転する蒸気ボイラ装置は、ボイラ給水の消費おょぴボイラ水の加熱のためのエネルギー消費の削減を図るのが困難である。しかも、ブローしたボイラ水は、薬剤による環境汚染を引き起こす可能性があるため、薬剤の分解や分離等の適当な排水処理を施す必要がある。

本発明の目的は、ボイラ給水への薬剤の添加によらずに、蒸気ボイラでの腐食およびスケール生成を効果的に抑制し、併せてキヤリ一オーバーを抑制することにある。発明の開示

本発明は、補給水をボイラ給水として貯水タンクに貯留し、貯水タンクからポイラ給水を蒸気ボイラへ供給して加熱することにより発生する蒸気を負荷装置において利用する蒸気ボイラ装置において、ボイラ給水用の補給水を貯水タンクへ供給するための方法に関するものである。この供給方法は、ナトリウム型陽イオン交換樹脂を有する少なくとも二つの樹脂ュニットを含む樹脂ュニット群から一つの樹脂ュニットを選択し、選択した樹脂ュニットのナトリゥム型イオン交換樹脂でのイオン交換により補給水から硬度分を除去する工程 Aと、ナノろ過膜および逆浸透膜のうちの一つを用いたクロスフロー型ろ過装置を用い、クロスフロー型ろ過装置からのブロー量を所定ブロー量に設定して硬度分が除去された補給水をろ過処理する工程 Bと、クロスフロー型ろ過装置においてろ過処理された補給水を脱酸素装置に所定流量で通過させ、補給水に含まれる溶存酸素を除去する工程 Cと、脱酸素装置を通過した補給水を貯水タンクへ供給する工程 Dと、工程 Aと工程 Bとの間において、補給水の硬度、電気伝導度および水温を測定する工程 Eとを含んでいる。

ここで、工程 Eにおいて測定した硬度が所定値を超えたときは樹脂ュニット群において他の樹脂ユニットを選択して工程 Aを実行し、かつ、工程 Eにおいて測定した電気伝導度が所定値を超えたときは工程 Bにおいてクロスフロー型ろ過装置からのブロー量を所定プロ一量よりも多く設定し、かつ、工程 Eにおいて測定した水温が所定温度未満のときは工程 Cにおいて所定流量未満で補給水を脱酸素装置に通過させる。

このようなボイラ給水用補給水の供給方法において、補給水は、工程 Aにおいて硬度分が除去され、続いて工程 Bにおいてナノろ過膜おょぴ逆浸透膜のうちの一つによりイオン成分が除去された後、工程 Cにおいて溶存酸素が除去される。そして、このように処理された補給水は、工程 Dにおいて貯水タンクへ供給されて貯留される。この一連の過程において、補給水は、工程 Eにおいて、工程 Aと工程 Bとの間で硬度、電気伝導度および水温が測定される。

ここで、測定した硬度が所定値を超えたとき、例えば、ナトリウム型陽ィォン交換樹脂の破過等の原因のために樹脂ユニットからの補給水において硬度漏れがあったときは、樹脂ュニット群において樹脂ュニットを他のものに切替えて工程 Aを実行する。この結果、以後の補給水は、工程 Aにおいて他の榭脂ュニットのナトリゥム型陽イオン交換樹脂により安定に硬度分が除去されることになり、補給水における硬度漏れが抑制される。

また、測定した電気伝導度が所定値を超えたとき、例えば、補給水として用いる原水の水質変動（イオン成分濃度の異常上昇）により、クロスフロー型ろ過装置においてろ過処理される補給水のイオン成分濃度が高まり、ナノろ過膜若しくは逆浸透膜により補給水からィオン成分が除去されにくくなるものと予測されるときは、クロスフロー型ろ過装置からのブロー量を所定ブロー量よりも多く設定して工程 Bを実行する。この結果、クロスフロー型ろ過装置は、膜表面での濃縮度が低下してイオン成分の除去能が高まり、処理後の補給水における電気伝導度を効果的に低下させることができる。

さらに、測定した補給水の水温が所定温度未満のとき、すなわち、補給水中の溶存酸素濃度が高まつたときは、工程 Cにおいて補給水の流量を所定流量未満にする。この結果、補給水は、脱酸素装置での滞留時間が長くなり、溶存酸素がより確実に除去される。

したがって、この供給方法によると、効果的に脱酸素処理され、効果的にィオン成分が除去され、しかも安定的に硬度分が除去された軟化水からなる補給水をポイラ給水として貯水タンクに貯留することができるので、ボイラ給水への薬剤の添加によらずに、蒸気ポイラでの腐食およびスケール生成を効果的に抑制し、併せてキヤリ一オーバーを抑制することができる。

この供給方法において、工程 Aでイオン交換される補給水は、シリカを含むものが好ましい。また、この供給方法では、通常、工程 Aの前に、補給水に含まれる酸化剤を除去するのが好ましい。この場合、工程 Aと工程 Bとの間において、補給水に含まれる固形物を除去するのが好ましい。

この供給方法では、例えば、工程 A、 B、 C、 Dおよび Eを実行しながら、樹脂ュニット群において、工程 Aのために選択した樹脂ュニット以外の樹脂ュニットのナトリウム型陽イオン交換樹脂を再生する。このようにすると、工程 Aのために使用している樹脂ュニット以外の樹脂ュニットにおいて、ナトリウム型イオン交換樹脂のイオン交換能を高めた状態に復帰させることができるため、工程 Eで測定した硬度が所定値を超えたときは、工程 Aのための樹脂ュニットを他の樹脂ュニットへ円滑に切替えることができる。

この供給方法において用いられる脱酸素装置は、通常、補給水の流量を低下させた場合において補給水の滞留時間が長くなる形式のもの、例えば、気体分離膜に補給水を通過させる形式のもの、減圧環境下で補給水を通過させる形式のもの、および、加熱環境下で補給水を通過させる形式のものからなる群から選ばれた一の形式のものである。

この供給方法を適用可能な蒸気ボイラ装置において用いられる蒸気ボイラは、例えば、ボイラ給水を貯留するための貯留部と、貯留部から起立する、蒸気を生成するための複数の伝熱管と、複数の伝熱管の上端部に設けられた、負荷装置へ供給するための蒸気を集めるためのヘッダと、伝熱管を加熱するための燃焼装置とを備えた貫流ボイラである。この貫流ボイラは、通常、伝熱管が非不動態化金属を用いて形成されている。

この供給方法を適用可能な蒸気ポイラ装置は、蒸気が凝縮して得られる復水を貯水タンクへ回収するための、負荷装置から延びる復水経路を有していてもよい。この復水経路は、通常、非不動態化金属を用いて形成されている。

本発明の供給方法は、蒸気ボイラに対して溶存酸素量が少ないボイラ給水を供給することができるため、復水経路を有する蒸気ポイラ装置において、復水経路の腐食も併せて効果的に抑制することができる。本発明の他の目的おょぴ効果は、以下の詳細な説明において触れる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の一形態に係る補給水の供給方法を実施可能な蒸気ボイラ装置の概略図である。

図 2は、前記蒸気ボイラ装置において用いられる軟水化装置の概略図である。図 3は、前記蒸気ボイラ装置において用いられるクロスフロー型ろ過装置の概略図である。

図 4は、前記蒸気ボイラ装置において用いられる蒸気ボイラの一部断面概略図である。発明を実施するための最良の形態

図 1を参照して、本発明の実施の一形態に係るボイラ給水用補給水の供給方法を実施可能な蒸気ボイラ装置を説明する。図 1において、蒸気ボイラ装置 1 は、熱交換器、蒸気釜、リポイラ若しくはオートクレープ等の蒸気使用設備である負荷装置 2に対して蒸気を供給するためのものであり、給水装置 1 0、蒸気ボイラ 2 0およぴ復水経路 3 0を主に備えている。

給水装置 1 0は、蒸気ポイラ 2 0へボイラ給水を供給するためのものであり、ボイラ給水を貯留するための貯水タンク 4 0、ボイラ給水として用いる補給水を貯水タンク 4 0へ供給するための補給経路 5 0および制御装置 7 0を主に備えている。貯水タンク 4 0は、その底部から蒸気ボイラ 2 0へ延びる給水経路 4 1を有している。給水経路 4 1は、蒸気ボイラ 2 0に連絡しており、貯水タンク 4 0内に貯留されたボイラ給水を蒸気ボイラ 2 0へ送り出すための給水ポンプ 4 2を有している。

補給経路 5 0は、注水路 5 1を有している。この注水路 5 1は、水道水、ェ業用水若しくは地下水等の水源から供給される原水、好ましくはシリカを含む原水が貯留されている原水タンク（図示せず）から貯水タンク 4 0へ補給水を供給するためのものであり、貯水タンク 4 0へ向けて前処理装置 5 2、軟水化装置 5 3、予備ろ過装置 5 4、クロスフロー型ろ過装置 5 5および脱酸素装置 5 6をこの順に有している。また、注水路 5 1において、予備ろ過装置 5 4とクロスフロー型ろ過装置 5 5との間には、硬度センサ 5 7、電気伝導度センサ 5 8および水温センサ 5 9が配置されている。さらに、注水路 5 1は、クロスフロー型ろ過装置 5 5と脱酸素装置 5 6との間において、流量調節弁 6 0を有している。

前処理装置 5 2は、原水タンクからの補給水中に溶存している可能性のある次亜塩素酸ナトリゥム等の酸化剤を吸着可能な活性炭が充填されたろ過装置であり、原水から次亜塩素酸ナトリゥム等の酸化剤を除去するためのものである。軟水化装置 5 3は、図 2に示すように、第一樹脂ユニット 6 1 aおよび第二樹脂ュニット 6 1 bの二つの樹脂ュニットからなる樹脂ュニット群 6 1を備えている。この軟水化装置 5 3において、注水路 5 1は、切替弁 6 2により第一経路 5 1 aと第二経路 5 1 bとの二つの経路に分岐しており、第一経路 5 1 a が第一樹脂ュニット 6 1 aに連絡し、第二経路 5 1 bが第二樹脂ュニット 6 1 bに連絡している。そして、第一経路 5 1 aと第二経路 5 1 bとは、各樹脂ュニット 6 1 a， 6 1 bの下流側で合流して一体化しており、予備ろ過装置 5 4 へ延ぴている。

ここで、各樹脂ュニット 6 1 a， 6 1 bには、ナトリゥム型陽イオン交換樹脂が充填されている。ナトリウム型陽イオン交換樹脂は、前処理装置 5 2において処理された補給水に含まれる硬度分、すなわち、カルシウムイオンおょぴマグネシウムイオンをナトリゥムイオンに置換し、補給水を軟化水へ変換するためのものである。また、切替弁 6 2は、電磁弁であり、注水路 5 1を第一経路 5 1 a若しくは第二経路 5 1 bのいずれかに選択するためのものである。この軟水化装置 5 3において、第一樹脂ュニット 6 1 aおよび第二樹脂ュニット 6 1 bは着脱可能であり、ナトリゥム型陽イオン交換樹脂を交換することができる。

予備ろ過装置 5 4は、軟水化装置 5 3で軟水化された補給水中に混入している可能性のある懸濁物質ゃゴミ等の固形物を除去するためのものであり、固形物をろ過して分離するためのワインドフィルタ、プリーツフィルタ若しくはメッシュフィルタ等のろ過材（図示せず）を備えている。

クロスフロー型ろ過装置 5 5は、予備ろ過装置 5 4において処理された補給水に含まれる各種の溶解成分、すなわち、塩化物イオンや硫酸イオン等の各種のイオン成分や低分子量物質をろ過して分離するためのものであり、図 3に示すように、加圧ポンプ 80と、当該加圧ポンプ 80の下流側に配置されたろ過膜モジュール 8 1とを主に備えており、ろ過膜モジュール 8 1には、処理液路 82、入水路 83および濃縮液路 84が接続されている。

ろ過膜モジュール 8 1では、予備ろ過装置 54からの補給水が入水路 83を通じて導入されると、処理液路 82からろ過処理された補給水が流出するとともに、濃縮液路 84から濃縮された補給水が流出するように構成されている。さらに、濃縮液路 84は、排水路 85と還流路 86とに分岐しており、当該還流路 86は、加圧ポンプ 80の上流側の入水路 83と接続されている。排水路

85は、補給水の排水量、すなわちブロー量を制御するためのブロー制御弁 8 7を有している。

ろ過膜モジュール 8 1は、補給水に含まれる溶解成分をろ過するためのろ過膜エレメント（図示せず）を備えている。このろ過膜エレメントで用いられるろ過膜は、逆浸透膜である。逆浸透膜は、一般に RO (R e v e r s e O s mo s i s) 膜と呼称されている、ポリアミド等の合成高分子を用いて形成されたものであり、 AMS T (A s s o c i a t i o n o f M e m b r a n c e S e p a r a t i o n T e c h n o l o g y) 規格の AMS T— 00 2において、「塩化ナトリウム濃度が 500〜 2， 00 Omg/リットルで操作圧力が 0. 5〜3. 0 MP aの評価条件の下での塩化ナトリウムの除去率が

93%以上の膜」と定義されているものである。因みに、逆浸透膜は、各社から市販されており、容易に入手することができる。

ろ過膜エレメントにおいて、逆浸透膜は、各種の形状で用いられる。すなわち、逆浸透膜は、平膜型、中空糸膜型、管状型およびノモリス型などの各種の形状で用いられる。

処理液路 82は、ろ過膜モジュール 81から延ぴており、ろ過膜モジュール 8 1においてろ過された補給水を脱酸素装置 56へ供給するためのものである。脱酸素装置 56は、クロスフロー型ろ過装置 55においてろ過処理された補給水中の溶存酸素を除去するためのものであり、通過する補給水の滞留時間が長いほど脱酸素能力が高まる形式のもの、例えば、補給水を気体分離膜に通過させて溶存酸素を除去する形式のもの（例えば、中空糸状の気体分離膜の外部を減圧しながら内部に捕給水を通過させて溶存酸素を除去する形式のもの）、補給水を減圧環境下で通過させて溶存酸素を除去する形式のもの、若しくは、補給水を加熱しながら通過させて溶存酸素を除去する形式のものなどの公知の各種の形式のものが用いられる。

硬度センサ 5 7は、予備ろ過装置 5 4からの捕給水の硬度を測定するためのものであり、例えば、比色式、電極式若しくは滴定式などのセンサである。電気伝導度センサ 5 8は、予備ろ過装置 5 4からの補給水の電気伝導度を測定するためのものであり、例えば、電極式などのセンサである。水温センサ 5 9は、予備ろ過装置 5 4からの補給水の水温を測定するためのものであり、例えば、サーミスタ、熱電対若しくは測温抵抗体などのセンサである。

流量調節弁 6 0は、電磁弁であり、クロスフロー型ろ過装置 5 5から脱酸素装置 5 6 へ流れる補給水の流量を任意に調節可能なものである。

制御装置 7 0は、硬度センサ 5 7、電気伝導度センサ 5 8および水温センサ 5 9によりそれぞれ測定された硬度情報、電気伝導度情報および水温情報に基づき、切替弁 6 2、ブロー制御弁 8 7および流量調節弁 6 0を制御するためのものである。

蒸気ポイラ 2 0は、貫流ポイラであり、図 4に示すように、給水経路 4 1から供給されるボイラ給水を貯留可能な環状の貯留部 2 1、貯留部 2 1から起立する多数の伝熱管 2 2 (図 4では二本のみ示している）、伝熱管 2 2の上端部に設けられた環状のヘッダ 2 3、ヘッダ 2 3から負荷装置 2 へ延びる蒸気供給路 2 4およびバーナーなどの燃焼装置 2 5を主に備えている。燃焼装置 2 5は、ヘッダ 2 3側から貯留部 2 1方向へ燃焼ガスを放射し、伝熱管 2 2を加熱可能である。

伝熱管 2 2は、ボイラ給水から蒸気を生成するためのものであり、非不動態化金属を用いて形成されている。非不動態化金属は、中性水溶液中において自然には不動態化しない金属をいい、通常はステンレス鋼、チタン、アルミユウム、クロム、ニッケルおよびジルコニウム等を除く金属である。具体的には、炭素鋼、铸鉄、銅および銅合金等である。なお、炭素鋼は、中性水溶液中においても、高濃度のクロム酸イオンの存在下では不動態化する場合があるが、この不動態化はクロム酸イオンの影響によるものであって中性水溶液中での自然 0 な不動態化とは言い難い。したがって、炭素鋼は、ここでの非不動態化金属の範疇に属する。また、銅おょぴ銅合金は、電気化学列（e m f s e r i e s ) が貴な位置にあるため、通常は水分の影響による腐食が生じ難い金属と考えられているが、中性水溶液中において自然に不動態化するものではないので、非不動態化金属の範疇に属する。

復水経路 3 0は、伝熱管 2 2と同じく非不動態化金属を用いて形成されており、負荷装置 2から貯水タンク 4 0へ延びている。また、復水経路 3 0は、スチームトラップ 3 1を有している。スチームトラップ 3 1は、蒸気と水とを分離するためのものである。復水経路 3 0の先端部は、通常、貯水タンク 4 0内に貯留されたボイラ給水に対して空気を卷き込まないようにするため、ボイラ給水内に配置されているのが好ましく、貯水タンク 4 0の底部近傍に配置されているの特に好ましい。

次に、ポイラ給水用補給水の供給方法に触れながら、上述の蒸気ボイラ装置 1の運転方法を説明する。ここで、制御装置 7 0は、初期状態において、切替弁 6 2を第一経路 5 1 a側に切替えており、また、クロスフロー型ろ過装置 5 5からのブロー量が所定ブロー量 Xになるようブロー制御弁 8 7を設定しており、さらに、クロスフロー型ろ過装置 5 5から脱酸素装置 5 6へ流れる補給水の流量が所定流量 Yになるよう流量調節弁 6 0を設定しているものとする。蒸気ボイラ装置 1の運転時には、原水タンクから注水路 5 1を通じて貯水タンク 4 0へ補給水を供給し、この補給水をボイラ給水として貯水タンク 4 0に貯留する。

この際、原水タンクからの補給水は、先ず、注水路 5 1を通じて前処理装置 5 2へ供給され、そこで上述の酸化剤が活性炭により吸着除去される。続いて、前処理装置 5 2からの補給水は、軟水化装置 5 3へ流れる。軟水化装置 5 3へ流れた補給水は、切替弁 6 2を経由して第一経路 5 1 aへ流れ、第一樹脂ュニット 6 1 aを通過する。これにより、補給水に含まれる硬度分は、ナトリウム型陽イオン交換樹脂によりナトリゥムイオンとイオン交換され、硬度分が除去された軟化水になる。

因みに、軟水化装置 5 3において用いられるナトリゥム型陽イオン交換樹脂は、酸化剤の影響により劣化してイオン交換能が低下しやすいが、この実施の形態において軟水化装置 5 3へ供給される補給水は、前処理装置 5 2において酸化剤が除去されているため、ナトリゥム型陽イオン交換樹脂を劣化させにくい。したがって、軟水化装置 5 3は、長期間に渡って安定的に補給水を軟水化することができる。

軟水化装置 5 3において軟化水となった補給水は、次に、予備ろ過装置 5 4 でのろ過処理により懸濁物質ゃゴミ等の固形物が除去された後、クロスフロー型ろ過装置 5 5 .においてさらにろ過処理される。クロスフロー型ろ過装置 5 5 において、予備ろ過装置 5 4からの補給水は、加圧ポンプ 8 0によって入水路 8 3を通じてろ過膜モジュール 8 1へ連続的に供給される。供給された補給水は、一部がろ過膜を透過して処理液路 8 2へ流出し、残余がろ過膜を透過せずに濃縮液路 8 4へ流出する。さらに、濃縮液路 8 4へ流出した補給水は、一部が排水路 8 5を通じて系外へブローされ、残余が還流路 8 6を通じて入水路 8 3へ還流される。このため、ろ過膜モジュール 8 1へ供給された補給水は、一部が濃縮されながら装置内で循環することになる。

ろ過膜を透過する補給水は、ろ過膜によりろ過される。これにより、補給水は、電気伝導度を高める原因となる各種のイオン成分が除去される。一方、補給水に含まれる、原水に由来のシリカは、大半（通常は 4 0 %以上）がろ過膜を通過する。

因みに、予備ろ過装置 5 4からの補給水は前処理装置 5 2において酸化剤が除去されており、しかも、予備ろ過装置 5 4において固形物が除去されているため、クロスフロー型ろ過装置 5 5のろ過膜は、酸化による劣化が生じにくく、目詰まりを起こしにくレ、。したがって、クロスフロー型ろ過装置 5 5は、長期間に渡って安定的に補給水から上述のようなイオン成分を除去することができる。

クロスフロー型ろ過装置 5 5においてろ過処理された補給水は、処理液路 8 2を通じてクロスフロー型ろ過装置 5 5外へ流れ、続いて脱酸素装置 5 6において脱酸素処理される。これにより、補給水は、蒸気ボイラ 2 0の伝熱管 2 2 等の腐食（特に孔食）およぴ復水経路 3 0の腐食を促進する溶存酸素が除去される。

以上の結果、貯水タンク 4 0には、脱酸素装置 5 6において処理された補給 2 水、すなわち、脱酸素処理されかつイオン成分が除去された軟化水がボイラ給水として貯留されることになる。このポイラ給水は、クロスフロー型ろ過装置

5 5のろ過膜を透過したシリカを含む。

貯水タンク 4 0に補給水が貯留された状態で給水ポンプ 4 2を作動させると、貯水タンク 4 0に貯留された補給水、すなわちボイラ給水は、給水経路 4 1を通じて蒸気ボイラ 2 0へ供給される。蒸気ボイラ 2 0へ供給されたボイラ給水は、貯留部 2 1においてボイラ水として貯留される。このボイラ水は、各伝熱管 2 2を通じて燃焼装置 ·2 5により加熱されながら各伝熱管 2 2内を上昇し、徐々に蒸気になる。そして、各伝熱管 2 2内において生成した蒸気は、ヘッダ 2 3において集められ、蒸気供給路 2 4を通じて負荷装置 2へ供給される。ここで、ボイラ水は、電気伝導度を高める原因となる各種のイオン成分が除去されており、しかも薬剤の添加されたものではないため、濃縮が進行しても電気伝導度が高まりにくい。このため、蒸気ボイラ 2 0は、キャリーオーバーが抑制され、高品質の蒸気を安定して負荷装置 2へ供給することができ、また、ポイラ水を希釈するためのブロー量を抑制することができる。したがって、蒸気ポイラ装置 1は、ボイラ給水の補給量おょぴボイラ水のブローによる熱損失の削減を図ることができ、それによつてボイラ給水の消費量おょぴボイラ水の加熱のためのエネルギー消費量を削減することができる。

負荷装置 2へ供給された蒸気は、負荷装置 2を通過して復水経路 3 0へ流れ、そこで潜熱を失って一部が凝縮水に変わり、スチームトラップ 3 1において蒸気と水とが分離されて高温の復水になる。このようにして生成した復水は、復水経路 3 0を通じて貯水タンク 4 0へ回収され、貯水タンク 4 0に貯留された補給水と混合されてポイラ給水として再利用される。この際、貯水タンク 4 0 に貯留されたボイラ給水は、高温の復水により加熱されるので、蒸気ボイラ 2 0での加熱負担が軽減される。したがって、蒸気ボイラ装置 1は、蒸気ボイラ 2 0を稼動するためのエネルギー消費量を抑制することができ、経済的に運転することができる。また、貯水タンク 4 0に貯留された補給水は、復水が混合されることで希釈され、イオン成分濃度がさらに低下する。このため、この補給水がポイラ給水として供給される蒸気ボイラ 2 0は、ボイラ水の濃縮が進行しても電気伝導度がより高まりにくくなるため、キャリーオーバーがより効果的に抑制され、また、ポイラ水を希釈するためのブロー量をさらに抑制することができる。

上述のような蒸気ボイラ装置 1の運転中において、蒸気ボイラ 2 0内で貯留されるポイラ給水によるボイラ水は、伝熱管 2 2の内面等に接触する。一般に、非不動態化金属からなる伝熱管 2 2等は、ポイラ水の影響を受けて腐食が進行しやすいが、この実施の形態では、ボイラ給水において溶存酸素が除去されているため、蒸気ボイラ 2 0は、伝熱管 2 2等の腐食、特に、局部的な腐食である孔食が発生しにくい。また、ボイラ給水に含まれるシリカは、蒸気ポイラ 2 0の貯留部 2 1や伝熱管 2 2の内部表面に皮膜を形成するため、蒸気ボイラ 2 0に対する腐食抑制作用を高めることができる。さらに、ボイラ水は、溶存酸素が除去されているため、その加熱により発生する蒸気は、復水経路 3 0を腐食させにくい。

また、この蒸気ポイラ装置 1において、蒸気ボイラ 2 0へ供給されるボイラ給水は、硬度分が除去された軟化水であるため、伝熱管 2 2は、スケールの付着も併せて抑制される。

蒸気ボイラ装置 1の運転中において、硬度センサ 5 7、電気伝導度センサ 5 8および水温センサ 5 9は、常時、予備ろ過装置 5 4からクロスフロー型ろ過装置 5 5へ流れる補給水の硬度、電気伝導度および水温をそれぞれ計測する。補給水の硬度を硬度センサ 5 7で計測するのは、軟水化装置 5 3での補給水の処理状況、すなわち軟水化状況を確認することを目的としている。また、補給水の電気伝導度を電気伝導度センサ 5 8で計測するのは、補給水に含まれるィオン成分量の大小を判定することを目的としている。さらに、補給水の水温を水温センサ 5 9で計測するのは、補給水に含まれる溶存酸素量の大小を予測することを目的としている。補給水は、水温が低いほど溶存酸素の溶解度が高く、溶存酸素量が多くなるため、水温によつて溶存酸素量の大小傾向を予測することができる。

硬度センサ 5 7により計測された補給水の硬度が予め設定した所定値 Zを超えたとき、軟水化装置 5 3の第一樹脂ュニット 6 1 aにおいてナトリゥム型陽イオン交換樹脂の破過（イオン交換能の低下）などの異常が発生しているものと判断することができるため、制御装置 7 0は、切替弁 6 2を作動させ、注水 4 路 5 1を第一経路 5 1 aから第二経路 5 1 bへ切替える。これにより、前処理装置 5 2からの補給水は、第二経路 5 1 bへ流れて第二樹脂ュニット 6 1 わへ供給され、そのナトリゥム型陽イオン交換樹脂によりイオン交換処理される。これにより、貯水タンク 4 0には硬度分の少ない補給水が供給され続けることになるので、蒸気ボイラ 2 0は、ボイラ給水に対して薬剤を添加しなくても、スケールの生成が効果的に抑制される。

ここで、所定値 Zは、通常、蒸気ボイラ 2 0において濃縮されるボイラ'水において許容される硬度の上限値未満に当該ボイラ水の硬度を設定可能なボイラ給水の硬度未満の範囲で任意に設定される値である。例えば、ポイラ水において許容される硬度の上限値が 1 0ミリグラム Zリットル（C a C O ₃換算）であり、蒸気ボイラ 2 0でのボイラ水の濃縮倍率が 1 0倍の場合、所定値 Zは 1 ミリグラム/リットル（C a C 0 ₃換算）未満の任意の値に設定する。

注水路 5 1が第二経路 5 1 bへ切替えられている間、軟水化装置 5 3から第一樹脂ュニット 6 1 aを取り外し、ナトリゥム型陽イオン交換樹脂を新たなものに交換する。このようにしておくと、第二樹脂ユニット 6 1 bの使用時において硬度センサ 5 7により測定される補給水の硬度が予め設定した所定値 Zを超えたとき、制御装置 7 0により注水路 5 1を第二経路 5 1 bから第一経路 5 1 aへ切替えることで、ナトリゥム型イオン交換樹脂が交換された第一樹脂ュニット 6 1 aにより捕給水をイオン交換処理することができる。このように、樹脂ユニット群 6 1において選択された樹脂ユニット（すなわち、使用中の樹脂ュニット）以外の樹脂ュニットに充填されたナトリゥム型陽イオン交換樹脂を不使用中に交換しておくと、補給水の硬度が予め設定した所定値 Zを超えたときに、切替弁 6 2の切替えにより樹脂ュニットを他方のものに速やかに変更することができる。したがって、補給水は、軟水化装置 5 3において、より確実に硬度分が除去される。

また、電気伝導度センサ 5 8により測定された補給水の電気伝導度が所定値 Eを超えるとき、補給水は、原水の水質変動（イオン成分濃度の異常上昇）等によりイオン成分量が高まったものと判定することができる。そこで、制御装置 7 0は、ブロー制御弁 8 7を制御し、クロスフロー型ろ過装置 5 5内で循環中の補給水のブロー量を所定ブロー量 Xよりも大きく設定する。これにより、 5 ろ過膜モジュール 8 1では、循環によって濃縮された補給水が新たに供給される補給水により希釈されるため、膜表面での濃縮度が低下し、ろ過膜を透過する補給水におけるイオン成分量の増加が抑制される。したがって、ろ過膜は、イオン成分を除去するための負荷が軽減され、イオン成分の除去能力を維持することができるので、クロスフロー型ろ過装置 5 5からは、電気伝導度の小さな補給水が処理液路 8 2を通じて安定的に脱酸素装置 5 6へ供給され続けることになる。この結果、蒸気ボイラ 2 0は、ボイラ水のブロー量を増やさなくても、キャリーオーバーが安定的に抑制される。

ここで、所定値 Eは、通常、年間を通じての原水の電気伝導度の平均値と最小値との間において任意に設定される。また、所定ブロー量 Xは、通常、クロスフロー型ろ過装置 5 5において、水回収率（クロスフロー型ろ過装置 5 5の透過水量 Zクロスフロー型ろ過装置 5 5へ供給する補給水量 X 1 0 0 ) が 5 0 〜9 0 %の範囲になるよう任意に設定される。

電気伝導度センサ 5 8により測定された補給水の電気伝導度が所定値 E以下に復帰したとき、制御装置 7 0は、ブロー制御弁 8 7を制御し、クロスフロー型ろ過装置 5 5からのブロー量を所定ブロー量 Xに復帰させる。このため、蒸気ボイラ装置 1は、補給水の無駄を最小限に抑制することができ、経済的な運転が可能になる。

さらに、水温センサ 5 9により測定された補給水の水温が所定水温 T未満になったとき、補給水は溶存酸素量が高まり脱酸素装置 5 6での脱酸素処理不足が予想されることになる。そこで、制御装置 7 0は、流量調節弁 6 0を制御し、クロスフロー型ろ過装置 5 5から脱酸素装置 5 6へ流れる補給水の流量を所定流量 Y未満に低下させる。この結果、脱酸素装置 5 6は、補給水の流通速度が低下し、補給水の滞留時間が長くなるため、補給水中の溶存酸素の除去能力が高まる。したがって、貯水タンク 4 0は、捕給水の水温が低下しても、溶存酸素量の少ない補給水が供給され続けることになる。

ここで、所定水温 Tは、通常、溶存酸素濃度が 0 . 5 ミリグラム/リットル以下の補給水を安定に得ることができる水温の最小値以上の温度範囲において任意に設定される。また、所定流量 Yは、通常、蒸気ボイラ 2 0の時間当りの最大蒸気発生量を達成できるボイラ給水の流量以上の流量範囲において任意に設定される。

水温センサ 5 9により測定された補給水の水温が所定水温 T以上に復帰したとき、制御装置 7 0は、流量調節弁 6 0を制御し、クロスフロー型ろ過装置 5 5か,ら脱酸素装置 5 6 へ流れる補給水の流量を所定流量 Yに復帰させる。

以上の結果、貯水タンク 4 0は、溶存酸素がより確実に除去された補給水がボイラ給水として貯留されることになり、蒸気ボイラ装置 1は、ボイラ給水に対して薬剤を添加しなくても、蒸気ポイラ 2 0の腐食（特に孔食）の進行が効果的に抑制され、また、復水経路 3 0の腐食も併せて効果的に抑制される。変形例

( 1 ) 上述の実施の形態では、軟水化装置 5 3において、不使用中の樹脂ュニットのナトリゥム型陽イオン交換樹脂を交換するようにしているが、樹脂ュニットのナトリウム型陽イオン交換樹脂は、不使用中において、軟水化装置 5 3 に装着したままの状態で再生するようにすることもできる。

この場合は、軟水化装置 5 3に塩化ナトリウム水溶液の調製装置を設け、この調製装置から不使用中の樹脂ュニット内へ塩化ナトリゥム水溶液を供給する。これにより、ナトリゥム型陽イオン交換樹脂に付着した硬度分がナトリウムィオンと再度交換され、ナトリゥム型陽イオン交換樹脂は硬度分とのイオン交換能が高まる。

( 2 ) 上述の実施の形態では、軟水化装置 5 3において二つの樹脂ユニット 6 1 a , 6 1 bを有する樹脂ュニット群 6 1を用いているが、樹脂ュニット群 6 1は、三つ以上の樹脂ユニットを有していてもよい。

( 3 ) 上述の実施の形態では、予備ろ過装置 5 4とクロスフロー型ろ過装置 5 5との間に硬度センサ 5 7、電気伝導度センサ 5 8および水温センサ 5 9を配置し、補給水の硬度、電気伝導度および水温を測定しているが、補給水の硬度、電気伝導度および水温は、軟水化装置 5 3と予備ろ過装置 5 4との間において測定することもできる。但し、脱酸素装置 5 6での脱酸素能力をより高めるために、補給水の水温は、上述の実施の形態のように、クロスフロー型ろ過装置 5 5の直前で測定するのが好ましい。

( 4 ) 上述の実施の形態では、クロスフロー型ろ過装置 5 5のろ過膜として逆浸透膜を用いたが、この逆浸透膜はナノろ過膜に変更することもできる。ナノ 7 ろ過膜は、一般に NF (N a n o f i 1 t r a t i o n) 膜と呼称されている、ポリアミド系ゃポリエーテル系等の合成高分子を用いて形成されたものであり、 AMST A s s o c i a t i o n o f Memb r a n c e S e p a r a t i o n T e c h n o 1 o g y ) 規格の AMS T— 002において、「操作圧力 1. 5MP aで使用され、除去率 90%以上を示す分離対象物質の分子量範囲が 200〜1， 000を示し、試験液の塩化ナトリウム濃度が 500〜 2, 00 OnigZリットルで、操作圧力が 0. 3〜1. 5MP aの評価条件の下で塩化ナトリウム除去率が 5%以上、 93%未満の膜」と定義されている。したがって、ナノろ過膜は、 AMS T規格において逆浸透膜と区別されている。因みに、ナノろ過膜は、各社から市販されており、容易に入手することができる。

ナノろ過膜は、逆浸透膜と同様に各種の形状で用いられる。すなわち、ナノろ過膜は、平膜型、中空糸膜型、管状型およびノモリス型などの各種の形状で用いられる。

補給水に含まれるイオン成分の除去能の点で、逆浸透膜とナノろ過膜とを比ベたとき、前者が後者よりも優れているため、逆浸透膜を用いると、補給水の電気伝導度をより小さく設定することができ、それによつて蒸気ボイラ 20でのボイラ水のブローおよびキヤリ一オーバーをより効果的に抑制することができる。伹し、逆浸透膜を用いる場合は、ナノろ過膜を用いる場合に比べ、クロスフロー型ろ過装置 55においてろ過膜の負担を軽減してィオン成分の除去能を高めるために所定ブロー量を多めに設定する必要があるので、補給水の無駄が生じやすい。したがって、蒸気ボイラ装置 1に対して補給水として供給可能な原水の一般的な水質、すなわち、イオン成分濃度の大小に基づいて、逆浸透膜とナノろ過膜とを選択するのが好ましい。具体的には、イオン成分濃度が一般的に高めの原水（北米や中国ではこの傾向が強い）の場合は逆浸透膜を選択し、イオン成分濃度が一般的に低めの原水の場合はナノろ過膜を選択するのが好ましい。

(5) 上述の実施の形態では、複数経路 30からの復水を貯水タンク 40へ直接に回収しているが、復水経路 30からの復水は、ー且、貯水タンク 40とは別のタンク（図示省略：以下、「復水タンク」とレヽう）に回収して貯留し、当該復水タンクから徐々に貯水タンク 4 0へ供給するように設定することもできる。

蒸気ボイラ装置 1は、負荷装置 2での蒸気使用量が少ないとき（「低負荷運転」という）に復水の回収量が少なく、負荷装置 2での蒸気使用量が多いとき ( 「高負荷運転」という）に復水の回収量が多い。したがって、低負荷運転時は貯水タンク 4 0に貯留された補給水（すなわちボイラ給水）が復水により希釈されにくく、高負荷運転時は同補給水が復水により希釈されやすくなるため、復水による補給水の希釈が不安定になる。そこで、蒸気ボイラ 2 0におけるブロー量は、キャリーオーバーを効果的に抑制するために、通常、低負荷運転時に回収される復水による補給水の希釈率を基準として高めに設定するのが好ましい。しかし、ブロー量をこのように設定すると、補給水の希釈率が低負荷運転時よりも高くなる高負荷運転時においても、低負荷運転時の基準でボイラ水を過剰にブローすることになるので、ボイラ給水の消費量が増え、熱損失が発生する。

^れに対し、この変形例のように復水タンクに回収した復水を徐々に貯水タンク 4 0へ供給すると、貯水タンク 4 0において復水による補給水の希釈率を安定させることができるため、キャリーオーバーを抑制しながら蒸気ボイラ 2 0でのブロー量をより効果的に抑えることができ、結果的にポイラ給水の消費量および熱損失によるエネルギー消費量をより効果的に削減することができる。復水タンクから貯水タンク 4 0へ徐々に復水を供給する方法としては、例えば、復水タンクから一定量ずつ定率で復水を供給する方法を採用することができる。また、貯水タンク 4 0に電気伝導度センサを設け、貯水タンク 4 0に貯留された補給水（ボイラ給水）の電気伝導度が所定値を超えた場合に復水タンクから復水を供給し（すなわち、補給水を復水で希釈し）、電気伝導度が所定値まで回復したときに復水の供給を停止する方法を採用することもできる。

( 6 ) 上述の各実施の形態は、蒸気ボイラ 2 0として貫流ボイラを用いた場合を例としているが、蒸気ボイラ 2 0として他の形態のものを用いた場合も本発明を同様に実施することができる。本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろ 9 な形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態若しくは実施例はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示すものであって、明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。

Claims

請求の範囲

1 . 補給水をボイラ給水として貯水タンクに貯留し、前記貯水タンクから前記ボイラ給水を蒸気ボイラへ供給して加熱することにより発生する蒸気を負荷装置において利用する蒸気ボイラ装置において、前記ボイラ給水用の前記補給水を前記貯水タンクへ供給するための方法であって、

ナトリゥム型陽イオン交換樹脂を有する少なくとも二つの樹脂ュニットを含む樹脂ュニット群から一つの樹脂ュニットを選択し、選択した前記樹脂ュニットの前記ナトリゥム型イオン交換樹脂でのイオン交換により前記補給水から硬度分を除去する工程 Aと、

ナノろ過膜および逆浸透膜のうちの一つを用いたクロスフロー型ろ過装置を用い、前記クロスフロー型ろ過装置からのブロー量を所定ブロー量に設定して前記硬度分が除去された前記捕給水をろ過処理する工程 Bと、

前記クロスフロー型ろ過装置においてろ過処理された前記補給水を脱酸素装置に所定流量で通過させ、前記補給水に含まれる溶存酸素を除去する工程 Cと、前記脱酸素装置を通過した前記補給水を前記貯水タンクへ供給する工程 Dと、工程 Aと工程 Bとの間において、前記補給水の硬度、電気伝導度および水温を測定する工程 Eとを含み、

工程 Eにおいて測定した前記硬度が所定値を超えたときは前記樹脂ュニット群において他の樹脂ユニットを選択して工程 Aを実行し、かつ、工程 Eにおいて測定した前記電気伝導度が所定値を超えたときは工程 Bにおいて前記ク口スフロー型ろ過装置からのブロー量を前記所定ブロー量よりも多く設定し、かつ、工程 Eにおいて測定した前記水温が所定温度未満のときは工程 Cにおいて前記所定流量未満で前記補給水を前記脱酸素装置に通過させる、

ボイラ給水用補給水の供給方法。

2 . 工程 Aにおいてイオン交換される前記補給水がシリカを含む、請求の範囲 1に記載のボイラ給水用補給水の供給方法。

3 . 工程 Aの前に前記補給水に含まれる酸化剤を除去する、請求の範囲 1に記載のボイラ給水用補給水の供給方法。

4 . 工程 Aと工程 Bとの間において前記補給水に含まれる固形物を除去する、請求の範囲 3に記載のボイラ給水用補給水の供給方法。

5 . 工程 A、 B、 C、 Dおよび Eを実行しながら、前記樹脂ユニット群において、工程 Aのために選択した樹脂ュニット以外の樹脂ュニットの前記ナトリウム型陽イオン交換樹脂を再生する、請求の範囲 1に記載のボイラ給水用補給水の供給方法。

6 . 前記脱酸素装置は、気体分離膜に前記補給水を通過させる形式のもの、減圧環境下で前記補給水を通過させる形式のもの、および、加熱環境下で前記補給水を通過させる形式のものからなる群から選ばれた一つの形式のものである、請求の範囲 1に記載のボイラ給水用補給水の供給方法。

7 . 前記蒸気ボイラは、前記ボイラ給水を貯留するための貯留部と、前記貯留部から起立する、前記蒸気を生成するための複数の伝熱管と、複数の前記伝熱管の上端部に設けられた、前記負荷装置へ供給するための前記蒸気を集めるためのヘッダと、前記伝熱管を加熱するための燃焼装置とを備えた貫流ボイラである、請求の範囲 1に記載のボイラ給水用補給水の供給方法。

8 . 前記伝熱管が非不動態化金属を用いて形成されている、請求の範囲 7に記載のボイラ給水用補給水の供給方法。

9 . 前記蒸気ボイラ装置は、前記蒸気が凝縮して得られる復水を前記貯水タンクへ回収するための、前記負荷装置から延びる復水経路を有している、請求の範囲 1に記載のボイラ給水用補給水の供給方法。

1 0 . 前記復水経路が非不動態化金属を用いて形成されている、請求の範囲 9 に記載のボイラ給水用補給水の供給方法。