(57)【要約】【課題】高温のアルカリ水質において固形懸濁物の高い除去効率の得られる濾過器および蒸気発生器等への固形懸濁物付着の少ない発電プラントを提供する。【解決手段】固形の懸濁物５，６を含有する被処理水１を濾過膜３に通して処理水２を生成する濾過器において、前記濾過膜３は前記懸濁物５，６を捕捉して凝集させる導電性または絶縁性の被覆微粒子４を担持している構成とする。【選択図】　図１
2004097952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形の懸濁物を含有する被処理水を濾過膜に通して処理水を生成する濾過器において、前記濾過膜は前記懸濁物を捕捉して凝集させる導電性または絶縁性の被覆微粒子を担持していることを特徴とする濾過器。
【請求項２】
前記被覆微粒子はマグネタイトまたはマグヘマイトを含む酸化鉄からなり、前記濾過膜の表面を覆う被覆層を形成していることを特徴とする請求項１記載の濾過器。
【請求項３】
前記被覆微粒子は黒鉛または活性炭を含む炭素を主成分とする化合物またはＰＴＦＥまたはＰＦＡまたはＰＦＥを含むフッ素樹脂であることを特徴とする請求項１記載の濾過器。
【請求項４】
前記フッ素樹脂の被覆微粒子からなる被覆層を濾過膜の表面に形成させたのち、前記被覆微粒子の融点以下で保持または通水して前記被覆微粒子を接着させて前記被覆層を改質したことを特徴とする請求項３記載の濾過器。
【請求項５】
前記濾過膜はフッ素樹脂製の中空糸膜であることを特徴とする請求項１記載の濾過器。
【請求項６】
蒸気発生器への給水系、または高圧ヒータドレン系、または低圧ヒータドレン系、または高圧抽気ライン、または低圧抽気ラインの少なくとも１箇所に請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の濾過器を備えたことを特徴とする発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電所の復水や給水等に含まれる固形懸濁物を除去する水処理用の濾過器および前記濾過器を備えた発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所や加圧式原子力発電所二次系などのアルカリ水質では、給水、ヒータドレンなどの５０℃以上の高温水の流路には金属または耐熱樹脂の濾過器を設置して、蒸気発生器への鉄持込量を少なくする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１７９６８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、発電所のアルカリ水質においては、５０℃以上の高温水中の固形懸濁物を金属または耐熱性樹脂製の濾過器で除去する方法では、固形懸濁物が濾過膜の穴を通過してしまい除去効率が低いという問題がある。そのため、濾過膜の表面に酸化鉄や水酸化鉄をプリコートして微細な流路を形成し、または吸着層を形成させることにより固形懸濁物を除去する方法が提案されているが、１００℃以上では除去効率が低下するという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、高温のアルカリ水質において固形懸濁物の高い除去効率の得られる濾過器および蒸気発生器等への固形懸濁物付着の少ない発電プラントを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、固形の懸濁物を含有する被処理水を濾過膜に通して処理水を生成する濾過器において、前記濾過膜は前記懸濁物を捕捉して凝集させる導電性または絶縁性の被覆微粒子を担持している構成とする。
【０００７】
本発明によれば、濾過膜に担持された被覆微粒子により微細な固形懸濁物が捕捉され安定な形態に変化することにより粒子が成長して凝集され濾過膜で除去しやすくなる。高温の水中では、配管材料の鉄は溶解して水酸化鉄などを経てマグネタイトやヘマタイト、あるいは他の不純物との化合物に変化して下流の配管や機器の内面に析出して堆積する。溶解して安定な形態に変化するのに時間が必要であり、被覆微粒子に捕捉させて濾過までの時間を長くすることにより形態変化が可能になる。絶縁性の被覆微粒子では表面が帯電しているので水分子に囲まれた固形懸濁物の電荷が分極して微粒子に付着しやすい。また、導電性の被覆微粒子では、電荷の移動が容易であるため、被覆微粒子を挟んで正と負のイオンまたは分極した固形懸濁物の分子の捕捉が容易となる。
【０００８】
請求項２の発明は、前記被覆微粒子はマグネタイトまたはマグヘマイトを含む酸化鉄からなり、前記濾過膜の表面を覆う被覆層を形成している構成とする。　本発明によれば、マグネタイト、マグヘマイト等の酸化鉄を種結晶として被覆微粒子上への固形懸濁物の結晶成長が促進される。
【０００９】
請求項３の発明は、前記被覆微粒子は黒鉛、活性炭等の炭素を主成分とする化合物またはＰＴＦＥまたはＰＦＡまたはＰＦＥ等のフッ素樹脂である構成とする。
本発明によれば、黒鉛、活性炭は水中の酸素の吸着が可能であり、吸着した固形懸濁物に酸素を供給してマグネタイトへの変化を促進する効果がある。
【００１０】
また、絶縁性で耐熱性のあるフッ素樹脂を被覆微粒子として使用することにより、高温水中で分解することなく安定であるので、長期間安定した性能を維持することが可能である。さらに、フッ素樹脂の被覆微粒子は疎水性であるため被覆微粒子同士が水中では膜表面に凝集して油のような層を形成して内部に微細な流路を持つ層が形成され、微細な固形懸濁物が除去がされる。
【００１１】
請求項４の発明は、前記フッ素樹脂の被覆微粒子からなる被覆層を濾過膜の表面に形成させたのち、前記被覆微粒子の融点以下で保持または通水して前記被覆微粒子を接着させて前記被覆層を改質した構成とする。
【００１２】
本発明によれば、フッ素樹脂の融点以下の温度で保持または通水することにより被覆微粒子が接着して安定した被覆層が形成できるので、温度・圧力・流速変化などの濾過操作に対しても安定した被覆層を維持できる。
【００１３】
また、濾過膜がフッ素樹脂製中空糸膜で構成されている場合には、フッ素樹脂の被覆微粒子が中空糸膜表面にも接着して、中空糸膜の表面に微細な流路の層を有する中空糸膜フィルタを形成することができる。微細流路を持つ層を中空糸膜の表面に有することにより微細な固形分の除去効率向上が期待できる。また、この層は膜本体に接着しているので、中空糸膜フィルタを濾過器に取り付け後のプリコート操作が不要であり、逆洗操作に対しても層が剥離しにくいので再起動の時間が短縮できる。
【００１４】
請求項５の発明は、前記濾過膜はフッ素樹脂製の中空糸膜である構成とする。本発明によれば、耐熱性のフッ素樹脂製中空糸膜を使用することにより、単位体積当たりの濾過面積を大きくすることができるので、処理量を大きくすることが可能である。
【００１５】
請求項６の発明は、蒸気発生器への給水系、または高圧ヒータドレン系、または低圧ヒータドレン系、または高圧抽気ライン、または低圧抽気ラインの少なくとも１箇所に請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の濾過器を備えた構成とする。
【００１６】
本発明によれば、復水、給水、高圧ヒータおよび低圧ヒータで発生する固形懸濁物の除去効率が高く、ポンプ振動を抑制し、蒸気発生器内面への固形物付着による腐食を抑制し、高い熱効率を維持することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態に係る濾過器を図１および図２を参照して説明する。
図１は本実施の形態に係る濾過器の構成と作用を説明する図である。すなわち、本実施の形態の濾過器は、被処理水１と処理水２を分ける濾過膜３と、この濾過膜３上に担持された被覆微粒子４とから構成されている。被処理水１中には微細な懸濁物Ａ５およびＢ６が懸濁しており、これら微細な懸濁物Ａ５，Ｂ６から固形懸濁物大型粒子７を形成する大型粒子形成反応８と、被処理水１から濾過膜３を通して処理水２になる水の流れ９が生じている。
【００１８】
アルカリ性雰囲気で配管などから発生した鉄の懸濁物Ａ５は微小であるが、十分な時間または触媒が存在すると安定なマグネタイトに変化する。そのため発電所の機器や蒸気発生器に鉄の酸化物であるマグネタイトが堆積する。
【００１９】
絶縁性の被覆微粒子４は水中で負に帯電し、水酸化物やイオンの水和物である鉄の懸濁物Ａ５は正に帯電または分極する。懸濁物Ａ５の正電荷を帯びた部分が被覆微粒子４に捕捉される。捕捉された懸濁物Ａ５の表面に電荷が移動して次々に吸着が進んで凝集物の粒径が大きくなる。反応はマグネタイトの生成へ進むので脱水反応や水和水の放出が起こり、酸化鉄の結晶が成長して固形懸濁物大型粒子７が生成する。
【００２０】
導電性の被覆微粒子４では電荷移動が容易であるため、正電荷と負電荷が被覆微粒子４を介して電荷を打ち消すように、懸濁物Ａ５が捕捉吸着され次々に凝集して脱水反応および水和水の放出により酸化鉄の結晶が成長して固形懸濁物大型粒子７が生成する。
【００２１】
このように被覆微粒子４により、単なる濾過では捕捉の難しい懸濁物Ａ５を濾過で捕捉が可能な固形懸濁物大型粒子７に変化させることができる。また、被処理水１中の懸濁物Ｂ６が懸濁物Ａ５と安定な化合物を形成する場合には、懸濁物Ａ５と懸濁物Ｂ６で固形懸濁物大型粒子７を生成する。なお、懸濁物Ｂ６は鉄以外の金属の酸化物や水酸化物、あるいは酸素であり、鉄とともに金属酸化物を生成する。
【００２２】
図２（ａ）は、被覆微粒子４を用いない場合の加圧式原子力発電所二次系水質を模擬して、アルカリ性、約２００℃における濾過器の被処理水１と処理水２中の固形懸濁物濃度の経時変化を示す図である。濾過処理の初期のみ処理水２中の固形懸濁物濃度が低いが、その後、被処理水１と処理水２中の固形懸濁物濃度の差はほとんどない。
【００２３】
図２（ｂ）は、フッ素樹脂の一種である絶縁性のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の被覆微粒子４を使用した場合の同様な試験の結果である。被処理水１に比べて処理水２中の固形懸濁物濃度は低く、初期の処理水水質を長時間維持しており、被覆微粒子４の効果が顕著に現れている。
【００２４】
本実施の形態における絶縁性の被覆微粒子４としては、フッ素樹脂ではＰＴＦＥの他に、例えばテトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）、テトラフルオロエチレン／エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＥ）等の使用が可能である。
【００２５】
導電性の被覆微粒子では黒鉛、グラファイト等の炭素系材料の使用が可能である。また、被覆微粒子４とともにマグネタイト、マグヘマイト、水酸化鉄等の鉄化合物を、混合あるいは積層させて濾過膜３上に被覆することにより、鉄化合物が核となって固形懸濁物大型粒子７の形成が効果的に行われる。
【００２６】
本実施の形態によれば、微細で濾過膜３に捕捉されない懸濁物Ａ５，Ｂ６を効率良く大きな固形懸濁物粒子７に変化させることができるので、効率のよい濾過器が得られる。
【００２７】
つぎに本発明の第２の実施の形態を説明する。図３に示すように、本実施の形態に係る濾過器１１は、被覆微粒子で中空糸膜の表面を覆った中空糸膜フィルタモジュール１０を備えている。濾過器１１の処理水２側には、処理水出口ライン１２とバルブ２０ａ、および逆洗ライン１３とバルブ２０ｂが接続されており、濾過器１１の被処理水１側には、被処理水入口ライン１４とバルブ２０ｃ、および逆洗水排出ライン１５とバルブ２０ｄが接続され、逆洗水排出ライン１５の排出物１６を受ける容器１７が設けられている。
【００２８】
濾過時にはバルブ２０ｃとバルブ２０ａを開き、バルブ２０ｂとバルブ２０ｄを閉じて、被処理水入口ライン１４から被処理水１を濾過器１１に供給し、被覆微粒子を被覆した中空糸膜フィルタモジュール１０を通して濾過し、処理水２が処理水出口ライン１２から排出される。
【００２９】
逆洗時にはバルブ２０ｃとバルブ２０ａを閉じ、バルブ２０ｂとバルブ２０ｄを開いて、逆洗ライン１３から水または気体を濾過器１１の処理水２側に供給して、中空糸膜に堆積した固形懸濁物大型粒子と被覆微粒子を含む液を逆洗水排出ライン１５から排出して容器１７に排出物１６を回収する。逆洗時には被処理水１側に気体を供給して中空糸膜に振動を与えて固形懸濁物大型粒子と被覆微粒子を膜表面から剥ぎ取る方法も効果的である。
【００３０】
中空糸膜フィルタモジュール１０は、プリーツなどの平膜タイプのモジュールに比べて単位体積当たりの膜面積を大きくできるので大量の被処理水を処理することが可能であり、さらに逆洗操作により濾過器の再生が可能で長期間使用することができる。中空糸膜フィルタモジュール１０は、耐熱性を有し高温水中で分解や不純物の溶出が少ないことが必要であり、例えばフッ素樹脂製モジュールが使用可能である。
【００３１】
逆洗して回収した排出物１６には被覆微粒子が含まれており、固形懸濁物大型粒子は酸化鉄が主成分であることから、比重差を利用し、あるいは酸化鉄を溶解することにより、排出物１６から被覆微粒子を回収して再使用することが可能である。
【００３２】
本実施の形態の濾過器によれば大流量の被処理水を処理することができ、逆洗により再生が可能であり、被覆微粒子の再使用もできることから、濾過性能が高く廃棄物発生の少ない濾過処理が可能である。
【００３３】
つぎに本発明の第３の実施の形態を説明する。本実施の形態は図４に示すように、本発明に係る濾過器を給水系に設置した発電プラントである。
発電プラントの主な高温水の流れは、復水器２１から復水濾過脱塩設備２２および低圧給水加熱器２３、高圧給水加熱器２４を通して蒸気発生器２５へと流れる給水系と、蒸気発生器２５から高圧タービン２６、低圧タービン２７への主蒸気系の流れ、高圧タービン２６から高圧抽気系３０、高圧給水加熱器２４を経る高圧ヒータドレン系２８および低圧タービン２７から低圧抽気系３１、低圧給水加熱器２３を経る低圧ヒータドレン系２９の給水系に戻るヒータドレン系の流れに分けられる。
【００３４】
本発明に係る濾過器３５ａ，３５ｂ，３５ｃの給水系における設置場所は、例えば復水濾過脱塩設備２２と低圧給水加熱器２３の間（３５ｃ）、低圧給水加熱器２３と高圧給水加熱器２４の間（３５ｂ）および高圧給水加熱器２４と蒸気発生器２５の間（３５ａ）の一部または全部である。また、図示の他にも、高圧給水加熱器２４から給水に戻る高圧ヒータドレン系２８および／または低圧給水加熱器２３から給水に戻る低圧ヒータドレン系２９に濾過器を設置することが可能である。さらに、高圧タービンから高圧給水加熱器への高圧抽気系３０のラインおよび／または低圧タービン２６から低圧給水加熱器２３への低圧抽気系３１のラインに濾過器を設置することも可能である。
【００３５】
本実施の形態の発電プラントにおいては、給水、高圧給水加熱器および低圧給水加熱器、高圧抽気系および低圧抽気系で発生または流通する固形懸濁物を除去することができるので、固形懸濁物の付着に起因する復水、給水系等に使用されているポンプの振動を抑制することができ、蒸気発生器内面への固形懸濁物付着による腐食を抑制し高い伝熱効率を維持することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、高温のアルカリ水質において固形懸濁物の高い除去効率の得られる濾過器および蒸気発生器等への固形懸濁物付着の少ない発電プラントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の濾過器の構成を示す模式図。
【図２】（ａ）は被覆微粒子を使用しない場合における水質の経時変化を示し、（ｂ）は被覆微粒子を使用した場合における水質の経時変化を示して、本発明の第１の実施の形態の濾過器の効果を説明するグラフ。
【図３】本発明の第２の実施の形態の濾過器を示す断面図。
【図４】本発明の第３の実施の形態の発電プラントを示す系統図。
【符号の説明】
１…被処理水、２…処理水、３…濾過膜、４…被覆微粒子、５…懸濁物Ａ、６…懸濁物Ｂ、７…固形懸濁物大型粒子、８…大型粒子形成反応、９…水の流れ、１０…中空糸膜フィルタモジュール、１１…濾過器、１２…処理水出口ライン、１３…逆洗ライン、１４…被処理水入口ライン、１５…逆洗水排出ライン、１６…排出物、１７…容器、２０ａ〜２０ｄ…バルブ、２１…復水器、２２…復水濾過脱塩設備、２３…低圧給水加熱器、２４…高圧給水加熱器、２５…蒸気発生器、２６…高圧タービン、２７…低圧タービン、２８…高圧ヒータドレン系、２９…低圧ヒータドレン系、３０…高圧抽気系、３１…低圧抽気系、３５ａ，３５ｂ，３５ｃ…濾過器。
【図１】
2004097952.tif 000003
【図２】
2004097952.tif 000004
【図３】
2004097952.tif 000005
【図４】
2004097952.tif 000006