説明

窒素置換式脱酸素装置

【課題】 酸素の再溶け込みを防止して、脱酸素効率の向上を図ることができる窒素置換式脱酸素装置を提供する。
【解決手段】 上方側から供給されて下方に向かう処理水と、下方側から供給されて上方に向かう窒素ガスNとを接触させて、下部124から溶存酸素が除去された脱酸素水W2が取り出され、上部120から酸素を含んだ窒素ガスが排出される脱酸素塔12と、この脱酸素塔から供給された脱酸素水を貯める貯水タンク10とを有した窒素置換式脱酸素装置1であって、脱酸素塔の下部の、脱酸素水の供給部分が、この貯水タンクの水面M1下に水没するように形成されており、かつ、脱酸素水が下向きに流れる、脱酸素塔の下部の、貯水タンクに連通して形成される水面M2より下方に、窒素ガスを多数の小泡B2にして脱酸素塔内に供給する窒素ガス供給部126を設けている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、水中の溶存酸素を窒素ガスを用いて除去する窒素置換式脱酸素装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば、ボイラ給水中に含まれる溶存酸素は、ボイラ並びに附帯装置、蒸気配管、蒸気使用機器、ドレン(凝縮水)回収配管等を腐食し、装置に故障を生じさせたり、重大な事故を生じさせる。このため、ボイラ給水は、例えば、窒素置換式脱酸素装置を用いて、水中の溶存酸素が除去される。
【0003】
この窒素置換式脱酸素装置は、上方側から供給されて下方に向かう処理水と下方側から供給されて上方に向かう窒素ガスとを接触させて、下部から溶存酸素が除去された脱酸素水が取り出され、上部から酸素を含む窒素ガスが排出される対向式の脱酸素塔を用いたものである。
【0004】
一方、窒素置換式脱酸素装置には、脱酸素水を貯める貯水タンクが必要であり、かつ、この貯水タンクを含む系内に、外気(空気)が侵入しないような処置をする必要があり、付属機器にコストがかかってしまうという欠点等があった。そこで、本出願人は、特許文献1に記載されているように、脱酸素塔をボイラの給水タンクと一体となるように設けて、脱酸素水の貯水タンクを無くした窒素置換式脱酸素装置(脱酸素水の供給システム)を提案している。
【0005】
【特許文献1】特願2007−079265
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記窒素置換式脱酸素装置では、脱酸素水を給水タンク側に供給する、脱酸素塔の下部を、給水タンクの水面から下方に深く没するように設けているが、この水没部分から、脱酸素塔の運転時に生じる、微小な酸素ガス気泡や、微小な酸素を含む窒素ガス気泡が給水タンク内に流出して、給水タンク内で酸素の再溶解が生じたり、この水没部分中で、酸素の水中への再溶解が生じたりしやすいという課題があった。このため、この窒素置換式脱酸素装置では、設計上の脱酸素率が得られにくいという課題があった。
【0007】
また、以上の課題は、脱酸素塔下方に、通常の貯水タンクを有し、この脱酸素塔の下部の脱酸素水の供給部分を貯水タンクの水面下に水没させている窒素置換式脱酸素装置においても同様に生じる。さらに、上記課題は、貯水タンクの側方に脱酸素塔を配置し、脱酸素塔の下部の脱酸素水供給端部を、貯水タンクの水面より下方の側面側又は貯水タンクの底面側に接続した窒素置換式脱酸素装置においても同様に生じる。
【0008】
この発明は、以上の点に鑑み、酸素の再溶解を防止して、脱酸素率の向上を図ることができる窒素置換式脱酸素装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
この発明の請求項1記載の発明は、上方側から供給されて下方に向かう処理水と、下方側から供給されて上方に向かう窒素ガスとを接触させて、下部から溶存酸素が除去された脱酸素水が取り出され、上部から酸素を含んだ窒素ガスが排出される脱酸素塔と、この脱酸素塔からの前記脱酸素水を貯める貯水タンクとを有した窒素置換式脱酸素装置であって、前記脱酸素塔の下部の、前記脱酸素水の供給部分が、この貯水タンクの水面下に水没するように形成されており、かつ、前記脱酸素水が下向きに流れる、前記脱酸素塔の下部の、前記貯水タンクに連通して形成される水面より下方に、前記窒素ガスを多数の小泡にして前記脱酸素塔内に供給する窒素ガス供給部を設けていることを特徴とする。
【0010】
この発明では、脱酸素塔で脱酸素処理して作った脱酸素水は、脱酸素塔下部の供給部分から貯水タンク内に供給される。この場合、この供給部分が貯水タンクの水面より下方に位置するため、脱酸素塔下部には、貯水タンクとの連通作用によって、貯水タンクの水面に対応するように脱酸素水の水面が形成される。この脱酸素塔下部の水面下では、この水面に落下した脱酸素水と、落下に当たり巻き込まれたり又は処理水に含まれていたガス泡(酸素を含む窒素ガス泡、酸素ガス泡、窒素ガス泡)とが混合した状態になっている。この状態で、窒素ガス供給部から、脱酸素塔下部の水面下の脱酸素水中に窒素ガスが供給されると、この窒素ガスは、脱酸素水中を多数の小さな泡となって上昇するが、この窒素ガスの小泡が、脱酸素水中に混在するガス泡と衝突して、このガス泡を取り込みつつ上昇するため、小さなガス泡が、脱酸素水中に留まったり、貯水タンク内に流入するのが防止される。
【0011】
すなわち、脱酸素塔下部の水面下の脱酸素水中のガス泡は、サイズが大きければ、速やかに上昇して脱酸素塔上部に移動するが、サイズが小さくなればなるほど上昇速度は低下する。一方、脱酸素塔下部の水面下の脱酸素水は、貯水タンク側に移動すべく、一定の速度で下降しているので、脱酸素水中のガス泡のうち、サイズの小さいものは、充分に上昇せず、脱酸素塔下部の脱酸素水中に留まったり、脱酸素水と共に貯水タンク側に移動して、脱酸素水中への酸素の再溶解を生じさせる。そこで、窒素ガス供給部によって、脱酸素塔下部の水面下の脱酸素水中で、上昇する多数の窒素ガス小泡を発生させ、この窒素ガス小泡とサイズの小さいガス泡とを衝突させて、窒素ガス小泡中にガス泡を取り込むことにより、サイズの小さいガス泡を脱酸素水から速やかに分離するようにして、ガス泡の脱酸素水中における停滞や貯水タンク側への移動を防止している。
【0012】
この発明の請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明の場合において、前記貯水タンクが、ボイラ側の要求に応じて、必要な量の脱酸素水をボイラ側に供給するための給水タンクであり、かつ、この貯水タンクと前記脱酸素塔とが一体となるように設けられていることを特徴とする。
【0013】
この発明では、窒素置換式脱酸素装置がボイラ給水用の脱酸素水を作る場合に、ボイラ側で必要とされるボイラの給水タンクと脱酸素塔とを一体に形成して、給水タンクに、脱酸素水用の貯水タンクの機能を持たせている。
【0014】
この発明の請求項3記載の発明は、上方側から供給されて下方に向かう処理水と、下方側から供給されて上方に向かう窒素ガスとを接触させて、下部から溶存酸素が除去された脱酸素水が取り出され、上部から酸素を含んだ窒素ガスが排出される脱酸素塔と、この脱酸素塔からの前記脱酸素水を貯める貯水タンクとを有した窒素置換式脱酸素装置であって、前記脱酸素塔を前記貯水タンクの側方に配置して、この脱酸素塔の下部の脱酸素水供給端部を、前記貯水タンクの水面より下方の側面側又は前記貯水タンクの底面側に接続しており、かつ、前記脱酸素水が下向きに流れる、前記脱酸素塔の下部の、前記貯水タンクに連通して形成される水面より下方に、前記窒素ガスを多数の小泡にして前記脱酸素塔内に供給する窒素ガス供給部を設けていることを特徴とする。
【0015】
この発明でも、脱酸素塔の下部の脱酸素水の供給端部が給水タンクの水面より下方に位置するため、脱酸素塔の下部には、給水タンクとの連通作用によって、給水タンクの水面に対応するように脱酸素水の水面が形成される。したがって、この脱酸素塔の下部の水面下でも、脱酸素水とガス泡(酸素を含む窒素ガス泡、酸素ガス泡、窒素ガス泡)とが混合した状態になるが、このガス泡は、窒素ガス供給部によって供給された多数の窒素ガス小泡に取り込まれて、脱酸素水と容易に分離される。
【発明の効果】
【0016】
この発明の請求項1及び3記載の発明によれば、脱酸素塔の下部の脱酸素水の水面下に生じる、酸素等を含むガス泡を、脱酸素塔への窒素ガスの供給時に生じさせた窒素ガスの多数の小泡に衝突させて、この小泡内に取り込むようにしているので、酸素等を含む小さなガス泡が、脱酸素塔下部に漂ったり、給水タンク側に移動することはなく、このようなガス泡を、脱酸素水から直ちに分離することができる。このため、この発明では、酸素を含む小さなガス泡に起因する、酸素の脱酸素水への再溶解を防止することができ、装置の脱酸素率の向上を図ることができる。
【0017】
この発明の請求項2記載の発明によれば、脱酸素塔からの脱酸素水を、直接、ボイラの給水タンクに供給できるので、ボイラの給水タンクを脱酸素塔の貯水タンクとして用いることができ、装置の簡単化、低コスト化等を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
実施形態1.
図1はこの発明の一実施の形態に係る窒素置換式脱酸素装置を示している。
【0019】
窒素置換式脱酸素装置1は、図1で示されるように、給水タンク10と、水位検出器11と、脱酸素塔12と、循環ポンプ13、逆止弁14、定流量弁15、及び循環配管16からなる水処理ラインRと、流量調節弁17、電磁弁18、及び補給水配管19からなる補給ラインSと、給水ポンプ20、及び給水配管21からなる給水ラインTと、窒素ガス供給ラインUとから構成されている。
【0020】
給水タンク10は、ボイラ給水W3となる水を一定量貯め、ボイラ側の要求に応じて、必要な脱酸素水W2をボイラ給水W3として供給するためのものであり、例えば、ボイラの瞬間最大負荷、すなわち給水ポンプ20の最大給水流量の30分程度のボイラ給水W3をタンク水W1として貯えている。この給水タンク10は、水平断面が矩形状をした箱状のパネル式タンクであり、側面下部に、給水ラインTへの給水取り出し口となる給水ノズル100と、水処理ラインRへのタンク水W1の取り出し口となる循環水ノズル101とが設けられている。また、この給水タンク10には、上面に、脱酸素塔12に窒素ガスNを供給する窒素ガスノズル102と、水位検出器11の取付部103と、外気との連通部となるベント管104とが設けられている。なお、窒素ガスノズル102は、脱酸素塔12と接続するために、給水タンク10の内方まで延びている。
【0021】
ここで、給水タンク10には、タンク水W1の水位が低下してくると、上部の空間部Vの容積が増加するため、ベント管10dを介して内部に外気が取り込まれるととも、タンク水W1の水位が上昇してくると、この空間部Vの容積が減少するため、内部の空気がベント管10dを介して外部に排出される。
【0022】
水位検出器11は、給水タンク10内に貯えられているタンク水W1の水位(水面レベル)のうち、所定の高レベルL1と低レベルL2とを検知するものである。この水位検出器11は、タンク水W1の水位が、低レベルL2に達した場合には、補給ラインSの電磁弁18に、これを開けさせるような信号を発し、給水タンク10側へ補給水W0を供給させ、これが、高レベルL1に達した場合には、補給ラインSの電磁弁18にこれを閉じさせるような信号を発し、給水タンク10側への補給水W0の供給を停止させる。なお、給水タンク10の高レベルL1と低レベルL2間の水位変動幅hは、タンク容量の1/10、すなわち、給水タンク10の満水高さの1/10程度となっている。
【0023】
脱酸素塔12は、水中の溶存酸素を窒素ガスN側に取り出す溶存酸素の除去手段であり、かつ、溶存酸素を除去した脱酸素水W2を給水タンク10に直接供給する脱酸素水供給手段である。この脱酸素塔12では、上方側から供給されて重力落下で下方に向かう処理水と、下方側から供給されて上方に向かう窒素ガスNとを対向するように接触させて、下部から溶存酸素が除去された脱酸素水W2が取り出され、上部から処理済み窒素ガス(酸素ガスを含んだ窒素ガス)が排出される。
【0024】
この脱酸素塔12の主要部は、上部の水供給部120から下方に、上側のリアクター部121と、整流部123と、下側のリアクター部122と、ガス分離部124とが設けられたものであり、この主要部は、全体として、例えばサイズ80A〜300Aの配管を用いて、同径で一直線状の細長い筒状に形成されている。また、この脱酸素塔12は、水供給部120上に、脱酸素処理によって酸素ガスを含むようになった処理済窒素ガスを排出するガス排出部125を有すとともに、ガス分離部124内に、脱酸素塔12内に窒素ガスNを供給する窒素ガス供給部としての散気管126を有している。なお、上側のリアクター部121と整流部123とは、1組だけでなく、処理水の状況によって、上下方向に複数組のものが設けられていてもよい。
【0025】
この脱酸素塔12は、給水タンク10の上面側から、これを立てた状態で差し込むようにして、この給水タンク10の上面に、この給水タンク10と一体となるように取り付けられる。この場合、下側のリアクター部122は、給水タンク10の上方に配置されるが、下部のガス分離部124の大部分は給水タンク10内に配置され、このガス分離部124の多くの部分が給水タンク10の水面M1下に水没するように位置決めされる。
【0026】
水供給部120は、側面に脱酸素処理する処理水の取入ノズル120aが設けられているとともに、球面状の上端部にガス排出部125が取り付けられている。このガス排出部125は、大気解放されたパイプ125aに逆止弁125bを設けたものである。
【0027】
リアクター部121,22は、処理水と窒素ガスNとを対向接触させて、ヘンリーの法則によって、処理水中の溶存酸素を除去する働きを有している。整流部123は、上側のリアクター部121から重力落下してきた処理水を一旦貯めて、この処理水を、下側のリアクター部122に定流量で送る働きを有している。
【0028】
ガス分離部124は、脱酸素された処理水と、酸素ガスや窒素ガスとを最終的に分離して、脱酸素水W2を取り出し、この脱酸素水W2を給水タンク10に供給する部分である。ガス分離部124は、下端の供給口124aが、給水タンク10内のタンク水W1の下部側まで延び、内部に、給水タンク10との連通によって、給水タンク10の水面M1とほぼ同一レベルの脱酸素水W2の水面M2が形成される。そして、このガス分離部124内では、図2で示されるように、この水面M2より下方において、処理水の水面M2への落下によって巻き込まれたり、又は、処理水中に含まれていた、酸素を含む窒素ガス泡、酸素ガス泡、及び窒素ガス泡といった多数のガス泡B1と脱酸素水W2との混在が生じた後、ガス泡B1の浮上による脱酸素水W2からの分離が生じる。ガス分離部124には、窒素ガス供給ノズル102と接続されるガスノズル124bが、内部に貫通するように設けられている。
【0029】
なお、水面M2の上下位置は、給水タンク10の水位変動(高レベルL1と低レベルL2間の水位変動)に伴って変動するが、ガス分離部124の下端側が充分に下方まで延びているので、給水タンク10の水位が低レベルL2になっても、ガス分離部124の水面M2下方には、充分な上下長さが確保されている。
【0030】
散気管126は、窒素ガスNを脱酸素塔12内に供給するものであるが、ガス分離部124の水面M2下方に配置されていて、窒素ガスNを脱酸素水W2中で多数の窒素ガス小泡B2にして供給する機能を有するものである。この散気管126は、例えば、パンチングメタル等によって側面に多数の小孔(例えば直径1mmの孔)が形成された、上下密閉タイプの円筒体から形成されている。この散気管126は、ガス分離部124内にこれと同心状に配置され、外径がガス分離部124内における脱酸素水W2等の流れに支障を生じさせないように充分小さく定められているとともに、下面側がガス分離部124のガスノズル124bの上向き内端と接続されて、このガスノズル124bを介してガス分離部124側に支持されている。この散気管126は、給水タンク10の水位が低レベルL2のときの、ガス分離部124内の水面M2より、少なくとも距離Z1だけ下方のガス分離部124内に位置決めされる。
【0031】
ここで、散気管126の作用効果について説明する。
ガス分離部124内の水面M2より下方は、脱酸素水W2の落下によって巻き込まれたり、又は、処理水中に含まれていた多数のガス泡B1と、脱酸素水W2とが混合した状態となっており、この状態で、脱酸素水W2は、一定の速度(例えば、0.2m/Sの設計速度)で下降して、給水タンク10側に移動する。この場合、ガス泡B1は、サイズが大きい場合は、速やかに上方に移動(浮上)して、脱酸素水W2と容易に分離されるが、サイズが小さくなればなるほど(マイクロバブルになればなるほど)、上昇速度が低下し、ガス分離部124の脱酸素水W2中に長時間漂って、なかなか分離されなかったり、場合によっては、脱酸素水W2と共に給水タンク10内まで移動してしまうという事態が生じる。このことによって、脱酸素水W2中への酸素の再溶解が生じ、脱酸素塔12による脱酸素率の低下が生じる。リアクター部121,122の性能を上げて処理水を細かく粒子状にする程、処理水中に含まれるガス泡も小径化する。よって、脱酸素能力は、リアクター部121,122の性能を上げても向上しなくなる。
【0032】
したがって、ガス泡B1の上昇速度を、脱酸素水W2の下降速度(0.2m/S)より大きくする必要があるが、この場合のガス泡B1の外径は、ストークスの公式によって、0.42mmと計算される。すなわち、ガス泡B1の外径を0.42mm以上とすれば、ガス泡B1は、ガス分離部124中の脱酸素水W2中に留まるか、又は、ガス分離部124中を上昇して脱酸素水W2と分離される。散気管126は、ガス泡B1の外径を、0.42mmより充分に大きくして、このガス泡B1を脱酸素水W2から速やかに分離させる機能を有している。
【0033】
すなわち、ガス分離部124の水面M2下方の脱酸素水W2中で、窒素ガスNの供給に当たって、図2で示されるように、散気管126により、例えば、外径が1mm以上の多数の窒素ガス小泡B2を発生させ、この窒素ガス小泡B2の上昇中に、この窒素ガス小泡B2とサイズの小さなガス泡B1とが衝突して、ガス泡B1は、窒素ガス小泡B2に取り込まれて全体サイズが拡大し、速やかに脱酸素水W2から分離される。ここで、窒素ガス小泡B2をガス泡B1に充分に衝突させるためには、ガス分離部124内の水面M2から散気管126までの距離Z2が、ある程度必要となる。
【0034】
図3は、給水タンク10内の温水(タンク水W1)を循環させるようにして、脱酸素塔12で脱酸素処理した場合の脱酸素率の変化を、散気管126の無い場合、散気管126と水面M2との距離Z2が0.15mの場合、散気管126と水面M2との距離Z2が0.4mの場合について示している。ここで、脱酸素率K(%)は、脱酸素塔12入口の処理水の溶存酸素濃度をD0、脱酸素塔12出口の脱酸素水W2の溶存酸素濃度をD1とすれば、
K=((D0−D1)/D0)×100
で示される。
【0035】
図3から、脱酸素率Kは、脱酸素塔12の運転時間にはあまり関係せず、散気管126の無い場合には84%であり、散気管126と水面M2との距離Z2が0.15mの場合には89%であり、散気管126と水面M2との距離Z2が0.4mの場合には94%であることが分かった。このことから、この脱酸素塔12では、散気管126が無い場合に比べて、散気管126がある場合に、脱酸素率が充分に高くなることが分かるとともに、散気管126がある場合でも、距離Z2が大きい方が脱酸素率が高くなることが分かる。ここで、距離Z2が0.4mより大きい場合の脱酸素率と、距離Z2が0.4mの場合の脱酸素率とには、大きな変化は見られなかったので、距離Z2の最適値は、0.4mであることが分かった。すなわち、散気管126は、給水タンク10の水位が低レベルL2のときの、ガス分離部124内の水面M2からの距離Z1が、0.4m以上となる位置に配置されるのが最適である。
【0036】
一方、ガス分離部124の下端の供給口124a近傍に散気管126があると、散気管126周りのガス泡B1が、給水タンク10内に入り込み易いことが分かっている。このため、散気管126は、ガス分離部124の供給口124aより、距離Z3、例えば0.4mだけ上方にある方が望ましい。
【0037】
水処理ラインRは、一端が給水タンク10の循環水ノズル101に接続され、他端が脱酸素塔12の取入ノズル120aに接続されているとともに、逆止弁16と定流量弁17との間に補給ラインSが接続されている。この水処理ラインRでは、補給ラインSの電磁弁18が閉じている場合には、循環ポンプ13の作動により、給水タンク10内のタンク水W1が逆止弁14と定流量弁15とを通って、一定流量(例えば、ボイラの最大連続負荷時に要求される給水量より多い流量Q)で脱酸素塔12に供給される。また、この水処理ラインRでは、補給ラインSの電磁弁18が開いている場合には、所定流量q(例えば、ボイラの最大連続負荷時に要求される給水量と同量)の補給水W0と、タンク水W1とが、一定の処理流量Q(したがって、タンク水W1の流量は、流量Q−流量qとなる)となるように脱酸素塔12に供給される。
【0038】
補給ラインSは、脱酸素塔12を介して給水タンク10側に流量qの補給水W0を供給するものである。流量調節弁17は、補給水W0が流量qになるように弁開度を制御する。給水ラインTは、ボイラ側の要求に応じて、ボイラ側にボイラ給水W3を送るものである。窒素ガス供給ラインUは、給水タンク10の窒素ガスノズル102と接続されて、脱酸素塔12の散気管127に、脱酸素処理用の窒素ガスNを一定流量(水処理ラインRにおける処理流量Qの1/5程度)で供給するものである。
【0039】
つぎに、この窒素置換式脱酸素装置1の作用効果について説明する。
ボイラ運転前の給水タンク10内は、温度の高いタンク水W1が、タンク上部の水面M1近くに集まり、温度の低いタンク水W1が、給水取り出し口(給水ノズル100)近くのタンク下部に集まっている。水面M1は、空気に触れているので、水面M1近くのタンク水W1の溶存酸素濃度は上がっているとともに、タンク下部の温度の低いタンク水W1の溶存酸素濃度も温度に見合った分だけ上昇している。したがって、ボイラ運転前に脱酸素塔12等の運転を開始し、給水タンク10内の溶存酸素濃度をある程度下げてやる必要がある。
【0040】
そこで、ボイラの運転前には、一定時間、補給ラインSの電磁弁18を閉じた状態で、水処理ラインRの循環ポンプ13を運転し、処理水となる給水タンク10内のタンク水W1を、一定流量Qで、水処理ラインRと脱酸素塔12とを介して循環させるとともに、脱酸素塔12に窒素ガスNを供給して、タンク水W1の脱酸素塔12による脱酸素処理を行う。
【0041】
ここで、脱酸素塔12のガス分離部124内の、給水タンク10との連通作用によって形成される水面M2下には、脱酸素水W2とともに、酸素を含んだ大小のガス泡B1が混在した状態になっている。この場合、大きいガス泡B1は、脱酸素水W2中を上昇して、この脱酸素水W2と容易に分離されるが、小さいガス泡B1は、ガス分離部124内の脱酸素水W2中を浮遊したり、脱酸素水W2とともに給水タンク10側に移動しようとする。一方、ガス分離部124の水面M2下には、脱酸素用の窒素ガスNが供給されるが、この窒素ガスNが、散気管126によって、多数の窒素ガス小泡B2として脱酸素水W2中を上昇するように供給される。このため、この窒素ガス小泡B2とガス泡B1とが衝突し、このガス泡B1が、窒素ガス小泡B2に取り込まれて脱酸素水W2中を上昇し、脱酸素水W2と速やかに分離され、ガス泡B1による酸素の再溶解が防止される。
【0042】
循環ポンプ13等を一定時間運転して、タンク水W1全体の溶存酸素濃度が所定値より低下した後、ボイラの運転が開始される。ボイラの運転に伴い、給水タンク10の水面M1のレベルが、低レベルL2に達すると、電磁弁18が開けられ、補給ラインSから、所定流量qの補給水W0が補給されるので、給水タンク10からは、流量Q−流量q分のタンク水W1が循環することとなる。この場合、ボイラの負荷が、小さい場合には、給水タンク10の水位は上がるが、ボイラの負荷が、最大連続負荷と同じ場合には、給水タンク10の水位は変動しない。そして、給水タンク10の水位が高レベルL1に達すると、電磁弁18が閉じられ、補給ラインSからの補給水W0の供給は停止される。なお、脱酸素塔12に供給される水の流量が一定なので、脱酸素塔12に供給される窒素ガスNの流量も、変動させる必要はない。
【0043】
ところで、給水タンク10の水位が減少すると、給水タンク10に連通する脱酸素塔12内の水面M2の位置もこれに伴って下降し、脱酸素塔12の水面M2より上の空間部分の体積もその分増加する。ここで、給水タンク10と脱酸素塔12との断面積比は100:1で設計され、かつ、窒素ガスNの供給量は、水処理ラインRの流量Qの約1/5、すなわち、Q/5である。このため、給水タンク10上部の空間部Vの体積が、実際には、ボイラへの給水量分だけ増加するが、最大Q(m3/min)の割合で増加して、脱酸素塔12の空間部が、最大Q/100(m3/min)の割合で増えたと考えた場合でも、窒素ガスNの供給量は、Q/5(m3/min)であり、脱酸素塔12の空間部の増分の20倍もある。したがって、給水タンク10の水位の減少によって、脱酸素塔12のガス排出部125から外気を吸引してしまうことはない。
【0044】
以上のように、この窒素置換式脱酸素装置1では、脱酸素塔12と給水タンク10とを一体となるように設けて、脱酸素塔12からの脱酸素水W2を、直接、ボイラの給水タンク10に供給できるようにしているので、ボイラの給水タンク10を脱酸素塔12の貯水タンクとして用いることができ、装置の簡単化、低コスト化等を図ることができる。この場合、脱酸素塔12の下部のガス分離部124の多くの部分を給水タンク10の水面M1下に水没させるようにしているので、ガス分離部124には、給水タンク10との連通作用により脱酸素水W2の水面M2が形成される。このため、この窒素置換式脱酸素装置1では、この水面M2下において、この水面M2に落下した脱酸素水W2と、落下に当たり巻き込まれたり又は処理水に含まれていたガス泡B1とが混合した状態になっても、ガス分離部124の水面M2下の長さがある程度あれば、大部分のガス泡B1はガス分離部124中を浮上して脱酸素水W2と分離され、この脱酸素塔12により充分な脱酸素効果を得ることができる。
【0045】
また、この窒素置換式脱酸素装置1では、脱酸素塔下部(ガス分離部124)内の脱酸素水W2の水面M2下に生じる、酸素等を含むガス泡B1を、脱酸素塔12への窒素ガスNの供給時に生じさせた多数の窒素ガス小泡B2に衝突させて、この窒素ガス小泡B2内に取り込むようにしているので、酸素等を含む小さなガス泡B1が、脱酸素塔12の下部(ガス分離部124)内に漂ったり、給水タンク10側に移動することはなく、このようなガス泡B1を、脱酸素水W2から直ちに分離することができる。このため、この窒素置換式脱酸素装置1では、酸素を含む小さなガス泡B1に起因する、酸素の脱酸素水W2への再溶解を防止することができ、装置の脱酸素効率の向上を図ることができる。
【0046】
さらに、この窒素置換式脱酸素装置1では、給水タンク10と脱酸素塔12とを接続して、給水タンク10内のタンク水W1を脱酸素処理のために脱酸素塔12に供給する水処理ラインRを設けるとともに、この水処理ラインRに、補給水W0の補給ラインSを接続している。このため、この窒素置換式脱酸素装置1では、補給水W0が供給される場合はもちろん、補給水W0の供給が無い場合でも、水処理ラインRを使用して、脱酸素塔12により、給水タンク10内のタンク水W1の脱酸素処理を行うことができる。すなわち、この窒素置換式脱酸素装置1では、補給水W1が供給されない場合でも、給水タンク10内のタンク水W1の溶存酸素濃度を減少でき、この脱酸素塔12を効率的に使用することができる。
【0047】
実施形態2.
図4は、この発明の他の実施の形態に係る窒素置換式脱酸素装置2を示している。
この窒素置換式脱酸素装置2は、脱酸素水W2を貯める貯水タンク40を有していて、処理水ラインCを介して、ボイラの給水タンク10から脱酸素塔12に供給されたタンク水W1を、この脱酸素塔12で脱酸素処理して貯水タンク40内に貯め、この貯水タンク40内の脱酸素水W2を、供給ラインDを介して給水タンク10側に供給するものである。なお、実施形態1で説明したものと、同一機能を有するものには同一符号を付しその説明を省略する。
【0048】
窒素置換式脱酸素装置2は、脱酸素塔12と、貯水タンク40と、水位検出器41と、処理水ラインCと、供給ラインDとから構成されている。なお、処理水ラインCは、給水タンク10と脱酸素塔12とをつなぐものであり、処理ポンプ24と、流量調整弁25と、配管26とから構成されている。供給ラインDは、貯水タンク40と給水タンク10側の給水ラインTとをつなぐものであり、供給ポンプ27と、配管28とから構成されている。
【0049】
ここで、ボイラの給水タンク10には、補給ラインEを介して、補給水W0が供給され、給水タンク10からは、給水ラインTを介して、脱酸素処理されたタンク水W1(脱酸素水W2)がボイラに供給される。また、給水タンク10の水位は、給水タンク10の上面に設置された水位検出器11で検知され、これが低レベルL2に達すると、補給ラインEの電磁弁29が開かれて、配管30を介して給水タンク10に補給水W0が供給され、これが高レベルL1に達すると、電磁弁29が閉じられて、給水タンク10への補給水W0の供給は停止される。
【0050】
貯水タンク40は、脱酸素塔12で作った脱酸素水W2を所定時間分だけ貯めるものである。この貯水タンク40には、側面下部に、供給ラインDと接続される供給ノズル400が設けられ、上面に、窒素ガス供給ラインUと接続される窒素ガスノズル401と、水位検出器41の取付部402とが設けられている。なお、窒素ガスノズル401は、貯水タンク40の内方に延びている。
【0051】
水位検出器41は、貯水タンク40の水位の高低にしたがって、処理水ラインCの流量調整弁25の開度を調整させ、貯水タンク40内の脱酸素水W2の水位を一定に保つものである。なお、この場合でも、貯水タンク40の水位は、僅かであるが、高レベルL3と低レベルL4に変化する。
【0052】
脱酸素塔12は、水供給部120と、リアクター部121と、整流部123と、リアクター部122と、ガス分離部124と、ガス排出部125と、散気管126とから構成されている。この脱酸素塔12は、貯水タンク40の上面側から、これを立てた状態で差し込むようにして、この貯水タンク40の上面に、この貯水タンク40と一体となるように取り付けられる。この場合、下側のリアクター部122は、貯水タンク40の上方に配置されるが、下部のガス分離部124の大部分は貯水タンク40内に配置され、このガス分離部124の多くの部分が貯水タンク40の水面M3下に水没するように位置決めされる。この場合、水供給部120の取入ノズル120aと処理水ラインCとが接続され、ガス分離部124のガスノズル124bと貯水タンク40の窒素ガスノズル401とが接続される。
【0053】
この脱酸素塔12でも、ガス分離部124内には、貯水タンク40との連通作用によって、脱酸素水W2の水面M2が形成され、この水面M2が、貯水タンク40の水面M3の高レベルL3と低レベルL4に対応して上下に変動している。また、この脱酸素塔12でも、散気管126を、貯水タンク40の水位が低レベルL4のときの、ガス分離部124内の水面M2より、少なくとも距離Z1(0.4m)だけ下方に配置しており、かつ、ガス分離部124の供給口124aより、距離Z3(0.4m)だけ上方に配置している。
【0054】
したがって、この窒素置換式脱酸素装置2でも、脱酸素塔下部(ガス分離部124)内の脱酸素水W2の水面M2下に生じる、酸素等を含むガス泡B1を、脱酸素塔12への窒素ガスNの供給時に生じさせた多数の窒素ガス小泡B2に衝突させて、この窒素ガス小泡B2内に取り込むことができる。このため、この窒素置換式脱酸素装置2でも、酸素等を含む小さなガス泡B1が、脱酸素塔12の下部(ガス分離部124)内に漂ったり、貯水タンク40側に移動することはなく、このようなガス泡B1を、脱酸素水W2から直ちに分離することができる。このため、この窒素置換式脱酸素装置2でも、酸素を含む小さなガス泡B1に起因する、酸素の脱酸素水W2への再溶解を防止することができ、装置の脱酸素効率の向上を図ることができる。
【0055】
実施形態3.
図5は、この発明の他の実施の形態に係る窒素置換式脱酸素装置を示している。
この窒素置換式脱酸素装置3は、実施形態1で説明した給水タンク10を貯水タンク42に置き換え、かつ、脱酸素塔12Aを貯水タンク42の側方に配置するとともに、脱酸素塔12Aの下部の端部を、貯水タンク42の水面M4より下方の側面に接続したものであり、装置の機能等は、窒素置換式脱酸素装置1と同じである。なお、実施形態1、2で説明したものと、同一機能を有するものには同一符号を付しその説明を省略する。
【0056】
窒素置換式脱酸素装置3は、貯水タンク42と、水位検出器43と、脱酸素塔12Aと、偏流防止手段44と、支持架台45と、水処理ラインRと、補給ラインSと、窒素ガスラインUとから構成されている。
【0057】
貯水タンク42は、貯水タンク40と同様に、脱酸素塔12で作った脱酸素水W2を所定時間分だけ貯めるものである。貯水タンク42には、側面下部に、供給ラインDと接続される供給ノズル420と、水処理ラインRと接続される循環水ノズル421とが設けられ、側面の中程よりやや下側に、脱酸素塔12Aとの接続部となる脱酸素水ノズル422が設けられている。また、貯水タンク42には、上面側に、水位検出器43の取付部423と、外気との連通部となるベント管424とが設けられている。貯水タンク42内の、タンク水W4上方の空間部Vには、水位の下降によってベント管424により外気が取り入れられるとともに、水位の上昇によって、ベント管424により空間部V内の空気が外部に排出される。
【0058】
水位検出器43は、供給ラインDからの脱酸素水W2(タンク水W4)の流出に伴って、貯水タンク42の水位が低レベルL6まで減少すると、補給ラインSの電磁弁18を開かせて、脱酸素塔12Aを介して補給水W0(脱酸素水W2)を貯水タンク42に供給させるとともに、貯水タンク42の水位が高レベルL5まで上昇すると、電磁弁18を閉じさせて、補給水W0の供給を停止させる。
【0059】
脱酸素塔12Aは、脱酸素塔12のガス分離部124の下端部に、一端側が90度屈曲して水平に延びる処理水供給部127が設けられたものである。この処理水供給部127は、脱酸素塔12Aの他の部分と同サイズに形成されており、脱酸素塔12Aからの脱酸素水W2を貯水タンク42に供給するためのものである。
【0060】
この脱酸素塔12Aは、貯水タンク42の側方に、上下方向に立った状態で設けられていて、貯水タンク42側に屈曲して延びる処理水供給部127の端部が、貯水タンク42の側面側に設けられた脱酸素水ノズル422に、フランジ部Fを介して直接接続されている。そして、この脱酸素塔12Aは、貯水タンク42とは無関係に地上に設置された、簡単な支持架台45によって支持される。また、貯水タンク42内には、脱酸素水ノズル422と処理水供給部127とのフランジ部F間にリング板440(図6参照)を挟み付けるようにして、偏流防止手段44の突き当て板441が内方に突出するように位置決めされている。偏流防止手段13は、図6で示されるように、リング板440と突き当て板441とを複数の支持部材442で連結したもので、処理水供給部127から供給される脱酸素水W2に流れを与えて、この脱酸素水W2が貯水タンク42全体に行き渡るようにするものである。
【0061】
この窒素置換式脱酸素装置3でも、窒素置換式脱酸素装置1と同様に、水処理ラインRの一端が貯水タンク42に接続され、水処理ラインRの他端が脱酸素塔12Aに接続されていて、貯水タンク42内のタンク水W4が、循環するようにしつつ、脱酸素塔12Aにより脱酸素処理される。
【0062】
この脱酸素塔12Aでも、ガス分離部124内には、貯水タンク42との連通作用によって、脱酸素水W2の水面M2が形成され、この水面M2が、貯水タンク40の水面M4の高レベルL3と低レベルL4に対応して上下に変動している。また、この脱酸素塔12Aでも、散気管126を、貯水タンク40の水位が低レベルL6のときの、ガス分離部124内の水面M2より、少なくとも距離Z1(0.4m)だけ下方に配置しており、かつ、処理水供給部127の水平部より、距離Z3(0.4m)だけ上方に配置している。
【0063】
したがって、この窒素置換式脱酸素装置3でも、脱酸素塔下部(ガス分離部124)内の脱酸素水W2の水面M2下に生じる、酸素等を含むガス泡B1を、脱酸素塔12への窒素ガスNの供給時に生じさせた多数の窒素ガス小泡B2に衝突させて、この窒素ガス小泡B2内に取り込むことができる。このため、この窒素置換式脱酸素装置3でも、酸素等を含む小さなガス泡B1が、脱酸素塔12Aの下部(ガス分離部124や処理水供給部127)内に漂ったり、貯水タンク40側に移動することはなく、このようなガス泡B1を、脱酸素水W2から直ちに分離することができる。このため、この窒素置換式脱酸素装置3でも、酸素を含む小さなガス泡B1に起因する、酸素の脱酸素水W2への再溶解を防止することができ、装置の脱酸素効率の向上を図ることができる。
【0064】
なお、図7で示されるように、貯水タンク42の本体部42aが複数の柱42bで支持されている場合には、脱酸素塔12Aの処理水供給部127の端部を、貯水タンク42の本体部42aの底部側に接続してもよい。
【0065】
また、窒素置換式脱酸素装置3は、水処理ラインRを有さず、補給ラインSから直接、脱酸素塔12Aに給水されるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0066】
【図1】この発明の実施形態1に係る窒素置換式脱酸素装置を示す図である。
【図2】脱酸素塔のガス分離部内の脱酸素水等の流れの状態を示す図である。
【図3】散気管がない脱酸素塔と、散気管がある脱酸素塔における脱酸素率の違い等を示すグラフである。
【図4】この発明の実施形態2に係る窒素置換式脱酸素装置を示す図である。
【図5】この発明の実施形態3に係る窒素置換式脱酸素装置を示す図である。
【図6】偏流防止手段の外観斜視図である。
【図7】脱酸素塔の処理水供給部を貯水タンクの底部に接続している状態を示す図である。
【符号の説明】
【0067】
1,2,3 窒素置換式脱酸素装置
10 給水タンク
12,12A 脱酸素塔
40,42 貯水タンク
120 水供給部(脱酸素塔の上部)
124 ガス分離部(脱酸素塔の下部)
126 散気管(窒素ガス供給部)
127 処理水排出部(脱酸素塔の下部)
B2 窒素ガス小泡(小泡)
M1 給水タンクの水面
M2 脱酸素塔の水面
M3,M4 貯水タンクの水面
N 窒素ガス
W0 補給水(処理水)
W1,W4 タンク水(処理水)
W2 脱酸素水

【特許請求の範囲】
【請求項1】
上方側から供給されて下方に向かう処理水と、下方側から供給されて上方に向かう窒素ガスとを接触させて、下部から溶存酸素が除去された脱酸素水が取り出され、上部から酸素を含んだ窒素ガスが排出される脱酸素塔と、この脱酸素塔からの前記脱酸素水を貯める貯水タンクとを有した窒素置換式脱酸素装置であって、
前記脱酸素塔の下部の、前記脱酸素水の供給部分が、この貯水タンクの水面下に水没するように形成されており、
かつ、前記脱酸素水が下向きに流れる、前記脱酸素塔の下部の、前記貯水タンクに連通して形成される水面より下方に、前記窒素ガスを多数の小泡にして前記脱酸素塔内に供給する窒素ガス供給部を設けていることを特徴とする窒素置換式脱酸素装置。
【請求項2】
前記貯水タンクが、ボイラ側の要求に応じて、必要な量の脱酸素水をボイラ側に供給するための給水タンクであり、かつ、この貯水タンクと前記脱酸素塔とが一体となるように設けられていることを特徴とする請求項1記載の窒素置換式脱酸素装置
【請求項3】
上方側から供給されて下方に向かう処理水と、下方側から供給されて上方に向かう窒素ガスとを接触させて、下部から溶存酸素が除去された脱酸素水が取り出され、上部から酸素を含んだ窒素ガスが排出される脱酸素塔と、この脱酸素塔からの前記脱酸素水を貯める貯水タンクとを有した窒素置換式脱酸素装置であって、
前記脱酸素塔を前記貯水タンクの側方に配置して、この脱酸素塔の下部の脱酸素水供給端部を、前記貯水タンクの水面より下方の側面側又は前記貯水タンクの底面側に接続しており、
かつ、前記脱酸素水が下向きに流れる、前記脱酸素塔の下部の、前記貯水タンクに連通して形成される水面より下方に、前記窒素ガスを多数の小泡にして前記脱酸素塔内に供給する窒素ガス供給部を設けていることを特徴とする窒素置換式脱酸素装置。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate


【公開番号】特開2010−5484(P2010−5484A)
【公開日】平成22年1月14日(2010.1.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−163920(P2008−163920)
【出願日】平成20年6月24日(2008.6.24)
【出願人】(000001063)栗田工業株式会社 (1,536)
【Fターム(参考)】