(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
復水脱塩塔の上層に粒状の第１の陽イオン交換樹脂が、その下層に前記第１の陽イオン交換樹脂より比重が大きく、かつ、それぞれ比重がほぼ等しい粒状の第２の陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂が、それぞれ充填されてなることを特徴とする復水脱塩装置。
【請求項２】
粒状のイオン交換樹脂の移送、分離、混合ならびに再生機能をもつ再生装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の復水脱塩装置。
【請求項３】
粒状のイオン交換樹脂の移送、分離、混合ならびに再生に使用する水および気体として、脱気水および不活性ガスを使用することを特徴とする請求項１又は２記載の復水脱塩装置。
【請求項４】
再生装置は、比重の小さい粒状の陽イオン樹脂のみを分離して化学再生を行う機構を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の復水脱塩装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒状の陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂が充填されている復水脱塩塔を有する復水脱塩装置に関する。
【０００２】
【従来の枝術】
従来の復水脱塩装置を沸騰水型原子力発電プラントを例に説明する。
【０００３】
沸騰水型原子力発電プラントでは原子炉内を常に清浄な状態にしておかなければならないので、復水器から原子炉内へ流入する復水を復水ろ過装置及び復水脱塩装置により浄化処理して高純度に浄化した後、原子炉の冷却水として利用している。
【０００４】
図４は従来の沸騰水型原子力発電プラントの構成を示す図である。
【０００５】
原子炉圧力容器１内で発生した蒸気は主蒸気管２を介してタービン３に送られ、このタービン３を駆動した蒸気は復水器４で凝縮され復水となる。この復水は低圧復水ポンプ５によって昇圧され空気抽出器６、グランド蒸気復水器７を介し、復水浄化系に設置されている復水ろ過装置８、復水脱塩装置９により不純物が除去される。
【０００６】
そして、上記復水脱塩装置９で浄化された復水は、高圧復水ポンプ１０でさらに昇圧され、低圧給水加熱器１１に送られて加熱される。そして、さらに給水ポンプ１２により昇圧され高圧給水加熱器１３を通過して加熱され原子炉圧力容器１内に給水される。
【０００７】
ところで、上記復水脱塩装置９には粒状のイオン交換樹脂が充填されている複数の脱塩塔が設置されており、そのうち１塔は予備とされている。脱塩塔の中のイオン交換樹脂は陽イオン不純物を捕獲する陽イオン交換樹脂と陰イオン不純物を捕獲する陰イオン交換樹脂が混合されたものであり、脱塩塔を通過する過程で復水中の不溶解性および溶解性不純物が除去される。復水脱塩装置の不純物除去能力が低下した場合には、当該脱塩塔を系統から取り外し、待機状態にある脱塩塔を系統に投入して連続的に復水の浄化を行う。
【０００８】
次に図５により粒状のイオン交換樹脂の再生方法を説明する。
【０００９】
復水脱塩塔２０に充填されている粒状のイオン交樹脂２１の不純物除去能力が低下した場合、予備の脱塩塔を採水状態とした後、再生を行う脱塩塔が採水から切り離される。
【００１０】
この脱塩塔２０より樹脂取出配管２６を経由してイオン交換樹脂２１が陽イオン樹脂再生塔２８へ移送される。陽イオン樹脂再生塔２８へ移送された粒状のイオン交換樹脂２１は所内空気配管３８より導かれた所内空気によりバブリング作用をうけ不溶解性不純物が剥離、除去される。
【００１１】
そして、不溶解性不純物の除去されたイオン交換樹脂は補給水配管３９を通じて陽イオン樹脂再生塔２８下部より注水される補給水により逆洗展開され、陽及び陰イオン交換樹脂の比重の違いを利用して下層に陽イオン交換樹脂、上層に陰イオン交換樹脂に分離される。上層の陰イオン交換樹脂は陰イオン交換樹脂抜出配管３０を通じ陰イオン樹脂再生塔２９へ移送される。次に、陽イオン樹脂再生塔２８に、再生薬剤として酸通薬配管３１を通じて酸が、また陰イオン樹脂再生塔２９には、アルカリ通薬配管３２を通じて苛性ソーダが通薬され、陽及び陰イオン交換樹脂の再生が行われる。
【００１２】
再生された陰イオン交換樹脂は陰イオン交換樹脂返送配管３３を通じ、陽イオン交換樹脂再生塔２８へ移迭される。陽イオン交換樹脂再生塔２８で所内空気及び補給水による陽及び陰イオン交換樹脂の混合、洗浄が行われた後、樹脂戻し配管３４を通じ脱塩塔２０へ返送され予備脱塩塔として待機状態となる。
【００１３】
再生時に発生する廃液は、廃液移送配管３５を通り、ドレンストレーナ３６を経由して廃棄物処理系３７へ移送され処理される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
近年のプラントでは復水脱塩装置上流の材質改善や復水ろ過装置の設置により復水脱塩装置入口の不純物が低下し化学再生を行わない運用がおこなわれている。  この場合、極力、脱塩塔内の陽及び陰イオン交換樹脂が均一に混合されていることが必要である。しかし陽、陰イオン交換樹脂の比重が異なることから再生後、脱塩塔に返送した時に分離し易く、脱塩塔の下部に陽イオン交換樹脂が堆積し易く、通水時に出口側に捕獲したイオンをリークまたは、陽イオン交換樹脂が酸化劣化により樹脂自体から溶出されるＴＯＣ（全有機炭素）成分をリークし、水質が悪化するという問題がある。
【００１５】
また、復水脱塩装置の主な目的は復水器に海水リークが発生した場合、下流の機器健全性維持のため、海水成分のＮａＣｌを所定時間除去することにあるが、通常運転時のイオン負荷は金属イオン（火力発電所の場合はｐＨコントロール用のアンモニア等の微量薬品）であり陽イオン不純物が主要なものとなっている。このため、通常時には余り使用しない陰イオン交換樹脂を多く保有することとなり陰イオン交換樹脂が利用効率がわるいという問題があった。
【００１６】
すなわち、本発明の目的は、これらの問題のない復水脱塩装置を提供することを目的とする。
【００１７】
本発明の目的は、復水脱塩塔の上層に粒状の第１の陽イオン交換樹脂が、その下層に前記第１の陽イオン交換樹脂より比重が大きく、かつ、それぞれ比重がほぼ等しい粒状の第２の陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂が、それぞれ充填されてなることを特徴とする復水脱塩装置により達成される。
【００１８】
イオン交換樹脂の移送、分離、混合に使用する水としては脱気水を使用することが望ましく、再生に使用する気体としては窒素ガスのような不活性ガスを使用することが望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の復水脱塩装置においては、イオン交換で容量を消費される脱塩塔上層部の陽イオン交換樹脂のみ化学再生し、下層の陽及び陰イオン交換樹脂を均一に混合した樹脂は非化学再生の運用が可能となり、イオン交換樹脂を有効に使用することにより長期間、良好な出口水質を維持することができる。
【００２０】
図１は、この作用を概念的に示したものである。
【００２１】
すなわち、従来の復水脱塩装置では、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の比重が異なるため、再生後、脱塩塔に返送した時に、一部陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂が分離して、脱塩塔の下部には陽イオン交換樹脂が堆積し、陽及び陰イオン交換樹脂混在ゾーンの下に陽イオン交換樹脂ゾーンが形成されている。  そして、陽及び陰イオン交換樹脂混在ゾーンでは、通水するにつれて入口側から出口側に向けて順に陽イオン不純物と陰イオン不純物がイオン交換樹脂に捕獲されていき、また出口側に堆積した陽イオン交換樹脂ゾーンでも陽イオンが捕獲されるが、やがて出口側の陽イオン交換樹脂ゾーンでは捕獲したイオンがリークするようになり、さらに陽イオン交換樹脂自体も酸化劣化し溶出するＴＯＣ（全有機炭素）成分がリークして水質が悪化するという問題がある。
【００２２】
一方、本発明の復水脱塩装置では、上層に比重の小さい陽イオン交換樹脂ゾーンがあるため、ここからの微少な陽イオン不純物のリークは下層の陽及び陰イオン樹脂ゾーンで捕獲されることとなる。また、下層のイオン交換樹脂は陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の比重がほぼ同一なことから完全混合状態となり、脱塩塔下部に陽イオン樹脂が堆積することは無く安定した水質を維持することが可能となる。
【００２３】
また、化学再生は主要な陽イオン不純物を捕獲する上層のみ行うことにより化学再生時の廃液を低減することも可能である。
【００２４】
なお、イオン交換樹脂は樹脂再生時に空気及び高溶存酸素濃度の水を使用するため樹脂の酸化劣化が進行し樹脂自体より有機不純物を溶出し易くなる傾向があるが、再生時に使用する逆洗用空気・水をそれぞれ、窒素等の不活性ガス及び脱気水を使用することにより樹脂の酸化劣化を防止することができる。
【００２５】
図２は、脱気水を用いた場合のＴＯＣ溶出量を高溶存酸素水を用いた場合と対比して示したグラフであり、縦軸は樹脂からのＴＯＣ溶出量を示し、横軸は通水時間を示している。
【００２６】
このグラフから、実線で示した脱気水を用いた場合の方が破線で示した高溶存酸素水を用いた場合よりもＴＯＣ溶出量が著しく低く、従って脱気水の方が樹脂酸化劣化防止の観点から有効であることがわかる。
【００２７】
【実施例】
次に、図３を用いて本発明の実施例を説明する。
【００２８】
復水入口配管１２３より導入された復水は復水脱塩塔により浄化され復水出口配管１２４、樹脂ストレーナ１２５を経由し下流側に供給される。復水脱塩塔１２０に充填されている上層のイオン交樹脂１２１は陽イオン交換樹脂からなり、下層のイオン交換樹脂１２２は上層より比重が大きく、かつ、比重の均等な陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とを均一に混合したもので構成されている。上層のイオン交換樹脂１２１は主要な陽イオン不純物を捕獲し、下層のイオン交換樹脂１２２は微量の陰イオン不純物および上層から一部リークしてくる陽イオン不純物を除去する。  復水脱塩塔１２０の不純物除去能力が低下した場合には、予備の脱塩塔を採水状態とした後脱塩塔を採水から切り離して脱塩操作を行う。
【００２９】
脱塩操作をする場合には、まず、脱塩塔１２０よりイオン交換樹脂１２１、１２２が樹脂取出配管１２６を経由して樹脂貯槽１２８へ移送される。
【００３０】
移送されたイオン交換樹脂１２１、１２２は所内空気配管１３８より導かれた所内空気によるバブリング作用をうけ不溶解性不純物が剥離、除去される。
【００３１】
そして、不溶解性不純物の除去されたイオン交換樹脂は補給水配管１３９を通じて樹脂貯槽１２８下部より注水される補給水により逆洗展開され比重の均等な陽及び陰イオン交換樹脂及びこれより比重の小さい陽イオン交換樹脂の、両者の比重の違いを利用して下層に比重のほぼ等しい陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂、上層にこれより比重の小さい陽イオン交換樹脂に分離される。上層の陽イオン交換樹脂は陽イオン交換樹脂抜出配管１３０を通じ陽イオン樹脂再生塔１２９へ移送される。
【００３２】
陽イオン交換樹脂が陽イオン樹脂再生塔１２９に移送されると、陽イオン樹脂再生塔１２９には再生薬剤として酸通薬配管１３１を通じて酸が通薬され、陽イオン交換樹脂の再生が行われる。再生された陽イオン交換樹脂は、陽イオン交換樹脂返送配管１３３を通じ樹脂貯槽１２８へ移送される。
【００３３】
そして、所内空気及び補給水による混合、洗浄が行われた後、逆洗展開され、下層に比重のほぼ等しい陽及び陰イオン交換樹脂、上層にこれより比重の小さい陽イオン交換樹脂となるよう分離される。しかる後、樹脂戻し配管１３４を通じ脱塩塔１２０へ返送され予備脱塩塔として待機状態となる。
【００３４】
再生時に発生する廃液は廃液移送配管１３５を通りドレンストレーナ１３６を経由し廃棄物処理系１３７へ移送し処理される。
【００３５】
また、所内空気配管１３８より空気ではなく、窒素等の不活性ガスを逆洗時に使用することにより樹脂の酸化劣化が可能となり樹脂の長期使用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の作用を模式的に示す図
【図２】本発明の一実施例の効果を示すグラフ。
【図３】本発明の一実施例の系統図。
【図４】従来の復水脱塩装置の系統図。
【図５】従来の復水脱塩装置の再生装置を示す系統図。
【符号の説明】
１………原子炉圧力容器、２………主蒸気管、３………タービン、４………復水器、５………低圧復水ポンプ、６………空気抽出器、７………グランド蒸気復水器、８………復水ろ過装置、９………復水脱塩装置、１０………高圧復水ポンプ、１１………低圧給水加熱器、１２………給水ポンプ、１３………高圧給水加熱器、２０………復水脱塩塔、２１………イオン交換樹脂層、２３………復水入口配管、２４………復水出口配管、２５………樹脂ストレーナ、２６………樹脂取出配管、２７………再生系、２８………陽イオン交換樹脂再生塔、２９………陰イオン交換樹脂再生塔、３０………陰イオン交換樹脂抜出配管、３１………酸通薬配管、３２………アルカリ通薬配管、３３………陰イオン交換樹脂返送配管、３４………樹脂戻し配管、３５………廃棄物処理系、３６………ドレンストレーナ、３７………放射性廃液処理装置、３８………所内空気配管、３９………補給水配管、１２０………復水脱塩塔、１２１………陽イオン交換樹脂層、１２２………陽＋陰イオン交換樹脂層、１２３………復水入口配管、１２４………復水出口配管、１２５………樹脂ストレーナ、１２６………樹脂取出配管、１２７………再生系、１２８………樹脂貯槽、１２９………陽イオン交換樹脂再生塔、１３０………陽イオン交換樹脂抜出配管、１３１………酸通薬配管、１３３………陽イオン交換樹脂返送配管、１３４………樹脂戻し配管、１３５………廃液移送配管、１３６………ドレンストレーナ、１３７………廃棄物処理系、１３８………所内空気配管、１３９………補給水配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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