(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱酸素処理すべき原水を貯留する原水タンクから給水ポンプを経て原水消費部へ至る給水系に付設されて、原水消費部へ供給する原水中の酸素を事前に除去する窒素式脱酸素装置であって、
前記原水タンク内の原水を供給ポンプにて送出する原水供給系に接続され、窒素ガス源からガス供給系を経て供給される窒素ガスを、原水供給系を経て供給される原水に接触させることにより、原水中の酸素を除去する脱酸装置本体と、
脱酸装置本体で脱酸素処理を終えた処理水を原水消費部へ供給するべく、その処理水を処理水ポンプによって前記給水系内の給水ポンプより上流側に供給する処理水供給系と、  給水系内の給水ポンプより上流側へ供給する処理水の水量を原水消費部における原水の使用量より多くして、処理水の一部を、給水系内の処理水が供給される処理水合流点より上流側を通して原水タンクへ戻すと共に、処理水の原水タンクへの戻り量が所定範囲内に維持されるように前記処理水ポンプの能力を制御する制御部とを具備する窒素式脱酸素装置。
【請求項２】
請求項１に記載の窒素式脱酸素装置において、前記制御部は、給水系内の処理水合流点より上流側に介装されて、原水タンクへの処理水の戻り量を測定する還水流量計から流量信号を受け取り、還水流量計にて測定される処理水の戻り量が所定範囲内に維持されるように前記処理水ポンプの能力を処理水の戻り量に基づいて制御する窒素式脱酸素装置。
【請求項３】
請求項１に記載の窒素式脱酸素装置において、前記制御部は、処理水ポンプと共に原水供給系内の供給ポンプを制御する窒素式脱酸素装置。
【請求項４】
請求項３に記載の窒素式脱酸素装置において、前記制御部は、脱酸装置本体における原水処理量が、脱酸装置本体から給水系へ供給される処理水の流量に一致するように、原水供給系内の供給ポンプを制御する窒素式脱酸素装置。
【請求項５】
請求項１に記載の窒素式脱酸素装置において、前記ガス供給系は、脱酸装置本体への窒素ガス供給量を制御するガス量制御機構を有しており、前記制御部は、脱酸装置本体における原水処理量に応じた量の窒素ガスが脱酸装置本体へ供給されるように、前記ガス量制御機構を前記原水処理量に基づいて制御する窒素式脱酸素装置。
【請求項６】
請求項５に記載の窒素式脱酸素装置において、前記制御部は、脱酸装置本体における原水処理量及び原水温度に基づいて、前記ガス量制御機構を制御する窒素式脱酸素装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラー等へ供給する原水中の酸素を事前に除去する窒素式脱酸素装置に関し、特に窒素ガスとの接触により脱酸素処理（以下、脱酸は脱酸素を意味する）を行う窒素式脱酸素装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラー給水等の水処理分野では、水中の溶存酸素に起因するボイラーや配管の腐食を防止するために、脱酸素処理が行われており、その一つの方式として窒素式がある。窒素式脱酸素装置は、特許文献１に記載されているように、原水を窒素ガスと接触させることにより、原水中の溶存酸素を除去する。原水と窒素ガスとの接触方式は様々であり、特許文献１では、水槽上に気液接触塔を接続した対向流型の処理塔が使用されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９５７９１号公報
【０００４】
従来の窒素式脱酸素装置の典型的なシステム構成をボイラー水について図３により説明する。窒素式脱酸素装置は、脱酸処理すべき原水を貯留する原水タンク１０からボイラーポンプ２１を経てボイラーへ至るボイラー給水系２０に設けられており、主要構成要素として脱酸装置本体３０を有している。脱酸装置本体３０には、原水タンク１０内の原水を供給ポンプ３１にて送出する原水供給系４０を経て原水が供給されると共に、窒素ガス源からガス供給系５０を経て窒素ガスが供給される。
【０００５】
原水タンク１０から原水供給系３０を経て脱酸装置本体３０に供給された原水は、脱酸装置本体３０において、ガス供給系５０を経て供給される窒素ガスと接触し、原水中の酸素を除去される。脱酸装置本体３０で脱酸処理を終えた処理水は、処理水ポンプ６１を備えた処理水供給系６０にて、ボイラー給水系２０内のボイラーポンプ２１より上流側のＡ点に供給される。
【０００６】
ところで、ボイラー側では、必要な量の処理水がボイラーポンプ２１の制御により供給されるが、その量は大きく変動する。すなわち、ボイラー側で負荷変動は大きい。一方、脱酸素装置では、脱酸装置本体３０、供給ポンプ３１及び処理水ポンプ６１が同じ能力で作動し、常に同じ量の処理水をボイラー給水系２０へ送り続ける。ここにおける供給量は、ボイラー側で処理水が不足しないように、処理水の最大消費量より大きく設定されている。その結果、ボイラー側では常に消費量に見合う量の処理水が確保されるが、脱酸素装置側では常に余剰の処理水が生じ、この余剰水はボイラー給水系２０内の処理水合流点Ａから上流側の配管を経て原水タンク１０に戻る。かくして、供給量と消費量との差が吸収される。
【０００７】
このような従来の窒素式脱酸素装置は、常にボイラーに十分な処理水を供給することができる。窒素式脱酸素装置はボイラーの附帯設備であり、主設備であるボイラー側に過不足のない処理水を供給することは附帯設備として最も重要なことではあるが、ボイラー側での消費量が大きく減った場合、脱酸装置側では余剰還流量が非常に多くなり、脱酸装置本体３０、供給ポンプ４１、及び処理水ポンプ６１を含めた設備運転コストが不必要に多くなり、経済性が悪化する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、処理水の消費側に過不足のない処理水を供給し、しかも設備運転コストを安く抑えることができる経済性に優れた窒素式脱酸素装置を提供することにある。本発明の別の目的は、設備運転コストを安く抑えるにあたって、原水供給側や処理水消費側に設計変更を極力強いることがない自己完結性の高い窒素式脱酸素装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の窒素式脱酸素装置は、脱酸素処理すべき原水を貯留する原水タンクから給水ポンプを経て原水消費部へ至る給水系に付設されて、原水消費部へ供給する原水中の酸素を事前に除去する窒素式脱酸素装置であって、前記原水タンク内の原水を供給ポンプにて送出する原水供給系に接続され、窒素ガス源からガス供給系を経て供給される窒素ガスを、原水供給系を経て供給される原水に接触させることにより、原水中の酸素を除去する脱酸装置本体と、脱酸装置本体で脱酸素処理を終えた処理水を原水消費部へ供給するべく、その処理水を処理水ポンプによって前記給水系内の給水ポンプより上流側に供給する処理水供給系と、給水系内の給水ポンプより上流側へ供給する処理水の水量を原水消費部における原水の使用量より多くして、処理水の一部を、給水系内の処理水が供給される処理水合流点より上流側を通して原水タンクへ戻すと共に、処理水の原水タンクへの戻り量が所定範囲内に維持されるように前記処理水ポンプの能力を制御する制御部とを具備している。
【００１０】
本発明の窒素式脱酸素装置においては、処理水供給系内の処理水ポンプの運転により、処理水が給水系へ送られ、原水消費部で必要量の処理水が消費される。処理水の消費量に対する供給量の余剰分は、給水系内の処理水合流点より上流側の配管を経て原水タンクに戻される。このとき、処理水ポンプは、給水系へ供給された処理水の原水タンクへの戻り量が所定範囲内に維持されるように制御部にて能力制御される。これにより、原水消費部での負荷変動に関係なく、余剰分が所定範囲内に保たれる。換言すれば、原水消費部での消費量に所定の余剰分を加えた量の処理水が給水系へ供給される。
【００１１】
余剰分を所定範囲内に保つために、通常は給水系内の処理水合流点より上流側の配管に、原水タンクへの処理水の戻り量を測定する還水流量計を付設し、還水流量計にて測定される処理水の戻り量が所定範囲内に維持されるように、処理水ポンプの能力を制御する。原水消費部から消費量の正確な信号を得ることができる場合は、その消費量に所定の余剰分を加えた処理水量を目標値として、処理水ポンプを制御することもできる。いずれにしても、原水タンクへの戻り量が所定範囲内に維持されることにより、原水消費部で供給量が不足する危険性が回避され、合わせて処理水ポンプの運転コストが必要最小限に抑制される。
【００１２】
処理水ポンプと連動して原水供給系内の供給ポンプを制御すれば、処理量に見合う量の原水を脱酸装置本体へ供給することができるので、供給ポンプ及び脱酸装置本体の運転コストをより低減することができる。
【００１３】
ガス供給系は、脱酸装置本体への窒素ガス供給量を制御するガス量制御機構を有し、前記制御部は、脱酸装置本体における原水処理量に応じた量の窒素ガスが脱酸装置本体へ供給されるように、前記ガス量制御機構を前記原水処理量に基づいて制御するのが好ましい。これにより、窒素ガスの使用量についても、原水処理量に応じた必要最小限の量に抑制することができる。
【００１４】
このとき、制御部は、脱酸装置本体における原水処理量と共に、原水温度に基づいてガス量制御機構を制御するのが好ましい。原水温度が上昇すると、原水への窒素ガス溶解度が低下し、逆に原水温度が低下すると、原水への窒素ガス溶解度が上昇する。このため、原水温度に基づいてガス量制御機構を制御することにより、溶解度に応じた窒素ガス量が脱酸装置本体に供給され、脱酸装置本体での窒素ガスの過不足がより減少する。その結果、脱酸装置本体で高い脱酸能力を維持しつつ、窒素ガス使用量の更なる低減が可能となる。
【００１５】
制御部は又、処理水ポンプと共に原水供給系内の供給ポンプを制御する構成が好ましく、より詳しくは、脱酸装置本体における原水処理量が、脱酸装置本体から給水系へ供給される処理水の流量に一致するように、原水供給系内の供給ポンプを制御する構成が好ましい。脱酸装置本体における原水処理量は、脱酸装置本体から給水系へ供給される処理水の流量であり、処理水ポンプの下流側に設けられた処理水流量計にて検出することができる。また、処理水ポンプの回転数からも検出することができる。処理水ポンプの能力は、当該ポンプの回転数である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の窒素式脱酸素装置は、原水タンクから給水ポンプを経て原水消費部へ至る給水系内の給水ポンプより上流側で、脱酸装置本体で処理した処理水を処理水供給系により合流させるに当たって、給水系へ供給する処理水の水量を原水消費部における原水の使用量より多くして、処理水の一部を給水系内の処理水合流点より上流側を通して原水タンクへ戻すと共に、原水タンクへの処理水の戻り量が所定範囲内に維持されるように、処理水供給系内の処理水ポンプの能力を制御することにより、原水消費部での供給量の不足を確実に回避しつつ、処理水ポンプの運転コストを必要最小限に抑制することができる。また、当該装置内の処理水ポンプを制御するので、実質的に当該装置内で一連の制御を行うことができ、現場での設置施工が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す窒素式脱酸素装置の構成図であり、図２は同窒素式脱酸素装置における制御部の構成図である。
【００１８】
本実施形態の窒素式脱酸素装置は、図１に示すように、原水タンク１０内の原水を原水消費部であるボイラーへ供給するにあたって、その原水を窒素源からの窒素ガスを利用して脱酸処理するものである。原水タンク１０は、ボイラー給水ポンプ２１を有するボイラー給水系２０によりボイラーと接続されている。
【００１９】
本窒素式脱酸素装置は、既設のボイラー給水系２０に付設されて原水の脱酸素処理を行うものであり、原水供給系４０に接続された脱酸装置本体３０と、脱酸装置本体３０における脱酸処理のために同本体ヘ窒素ガスを供給するガス供給系５０と、脱酸装置本体３０で処理を終えた処理水をボイラーへ供給するために、脱酸装置本体３０をボイラー給水系２０に接続する供給水供給系６０と、処理水の供給量を制御するためにボイラー給水系２０に介装された還水流量計２２とを備えている。
【００２０】
原水供給系４０は、原水タンク１０内の原水を原水供給ポンプ４１により脱酸装置本体３０へ供給する。脱酸装置本体３０は、原水供給系４０を介して供給される原水を、窒素ガス源からガス供給系５０を介して供給される窒素ガスと接触させることにより脱酸素処理する。脱酸装置本体３０へ供給される原水の温度を測定するために、脱酸装置本体３０は温度計３１を装備している。ガス供給系５０は、ガス源から脱酸装置本体３０へのガス供給量を調整するために、マスフローバルブと呼ばれる流量制御弁５１を有している。流量制御弁５１の上流側には減圧弁５２が設けられている。
【００２１】
供給水供給系６０は、脱酸装置本体３０で処理を終えた処理水をボイラー給水系２０を介してボイラーへ供給するための管路であり、ボイラー給水系２０内のボイラー給水ポンプ２１より上流側の処理水合流点Ａ（以下、単に合流点Ａと称す）でボイラー給水系２０に合流している。この供給水供給系６０は、その管路途中に処理水ポンプ６１を装備すると共に、ガス供給系５０内の流量制御弁５１の制御のために、処理水ポンプ６１の下流側に処理水流量計６２を装備している。還水流量計２２は、供給水供給系６０がボイラー給水系２０に合流する合流点Ａより上流側のボイラー給水系２０、すなわちボイラー給水系２０内の合流点Ａと原水タンク１０との間の管路に、並列に介装されており、その管路には、原水タンク１０から合流点Ａへ向かう逆方向の一方向弁２３が介装されている。
【００２２】
本実施形態の窒素式脱酸素装置では、供給水供給系６０における処理水ポンプ６１、ガス供給系５０における流量制御弁５１、原水供給系４０における供給ポンプ４１、及び脱酸装置本体３０内の各種動力機器が制御される。これらの制御は、制御部７０により実行される。その制御実行のために、制御部７０は、ボイラー給水系２０内の還水流量計２２、及び供給水供給系６０内の処理水流量計６２から流量信号を取り入れると共に、脱酸装置本体３０内の温度計３１から原水温度信号を取り入れる。また、制御される処理水ポンプ６１、供給ポンプ４１及び脱酸装置本体３０内の動力機器は、インバータによる周波数制御により、回転数を任意に変更できる構成である。
【００２３】
次に、本実施形態の窒素式脱酸素装置の動作を、基本動作及び制御動作について説明する。
【００２４】
基本動作は次のとおりである。原水供給系４０内の供給ポンプ４１が作動することにより、原水タンク１０内の原水が脱酸装置本体３０へ供給される。また、窒素ガス源から脱酸装置本体３０へ窒素ガスがガス供給系５０を介して供給される。脱酸装置本体３０では、両者が向流接触することにより、原水が脱酸処理される。
【００２５】
脱酸装置本体３０での脱酸処理を終えた処理水は、処理水供給系６０内の処理水ポンプ６１の作動により、当該供給系を介してボイラー給水系２０内の合流点Ａに送られる。ボイラー給水系２０へ供給される処理水流量Ｑ1 は、流量計５２により測定される。後で詳しく説明するが、処理水流量Ｑ1 は、ボイラーでの消費量に所定の余剰分を加えた流量である。このため、ボイラー給水系２０へ供給された処理水の大半は、ボイラー給水ポンプ２１によりボイラーへ供給される。余剰の処理水は合流点Ａからその上流側の配管を通って原水タンク１０に戻される。処理水の戻り流量Ｑ2 は流量計６２により測定される。
【００２６】
制御動作は次のとおりである。ボイラー給水系２０内の流量計２２により処理水の戻り量Ｑ2 が測定される。処理水供給系６０内の流量計６２により、処理水流量Ｑ1 が測定される。また、脱酸装置本体３０内の温度計３１により、原水温度Ｔが測定される。制御部７０は、図２に示すように、戻り量Ｑ2 が所定範囲内に維持されるように、処理水ポンプ６１の回転数Ｘを、戻り量Ｑ2 に基づき演算により求め、求めた回転数Ｘで処理水ポンプ６１を制御運転すると共に、これと同期して原水供給系４０における供給ポンプ４１を制御運転する。
【００２７】
すなわち、処理水ポンプ６０の回転数Ｘは、脱酸装置本体３０における原水処理量に対応している。制御部７０は、脱酸装置本体３０における原水処理量に見合った適正な原水導入量Ｑ3 、及びその原水導入量Ｑ3 を確保するのに必要な、原水供給系４０における供給ポンプ４１の回転数、並びに脱酸装置本体３０における動力機器の回転数を、予め求めた演算式を用いて回転数Ｘから算出し、その算出した回転数に供給ポンプ４１及び脱酸装置本体３０における動力機器を制御するのである。
【００２８】
かかる制御により、ボイラーでの処理水の消費量に関係なく、処理水の戻り量Ｑ2 が所定範囲内に管理される。このため、ボイラーでの処理水の不足は生じない。そして、処理水ポンプ６１は、常時、戻り量Ｑ2 を所定範囲内に維持するのに必要な負荷で運転することにより、運転コストの節減を実現できる。また、原水供給系４０における供給ポンプ４１及び脱酸装置本体３０における動力機器は、処理水ポンプ６１と同期して制御されることにより、脱酸装置本体３０での原水処理量に対して過不足のない能力で運転し、これらの運転コストの節減も実現できる。
【００２９】
処理水供給系６０内の流量計６２で測定される処理水流量Ｑ1 も又、脱酸装置本体３０での原水処理量に対応している。制御部７０は、流量計６２で測定した処理水流量Ｑ1 及び温度計３１で測定した原水温度Ｔから、予め求めた演算式を用いて、脱酸装置本体３０での原水処理量及び原水温度に見合った適正な窒素ガス供給量を算出すると共に、算出された窒素ガス供給量を確保するのに必要な、ガス供給系５０における流量制御弁５１の開度を算出する。そして、その開度に流量制御弁５１を制御する。
【００３０】
これにより、窒素ガスについても、過不足のない量が脱酸装置本体３０に供給され、窒素ガスコストの節減が図られる。
【００３１】
設備工事施工上は、窒素式脱酸素装置は、一般に、図１中に一点鎖線で示す範囲である。当該装置に属さないのは、ボイラー給水系２０における流量計２２の設置と、原水供給系４０における供給ポンプ４１の制御だけである。後は全て当該装置内で工事施工を行うことができる。また、流量計２２の設置も供給ポンプ４１の制御も、原水タンク１０の近くの当該装置近傍で行うことができる。したがって、本実施形態の窒素式脱酸素装置は、実質的に自己完結施工型の脱酸素装置ということができる。
【００３２】
更に、流量計２２に対して並列に逆方向の一方向弁２３を設けていることにより、窒素式脱酸素装置の動作停止時のように、原水タンク１０内の原水をボイラーへボイラー給水系２０にて直接供給しなければならない場合、この一方向弁２３が使用されることにより、流量計２２は処理水の戻り量Ｑ2 に見合った小規模のもの使用が可能となる。一方向弁２３は開閉弁でもよく、これらが存在しない場合は、ボイラーにおける消費量に見合う規模の流量計２２が必要となる。
【実施例】
【００３３】
図１及び図２に示す窒素式脱酸素装置を使用して実際に処理水をボイラーへ供給した。原水の水温は４０〜８０℃、溶存酸素濃度は２．５〜６．５ｍｇ／Ｌである。ボイラーでの処理水の使用量は２０〜５０ｍ3 ／ｈｒの間で変化した。処理水の溶存酸素濃度は０．１ｍｇ／Ｌ以下であり、原水タンクへの戻り量は１〜３ｍ3 ／ｈｒの範囲内に管理した。この管理のために、処理水ポンプ６１、供給ポンプ４１及び脱酸装置本体３０内の動力機器を制御した。また、処理水量に基づいて、ガス供給系５０における流量制御弁５１の開度を制御した。
【００３４】
これらの制御により、脱酸装置本体３０における処理水量は２１〜５３ｍ3 ／ｈｒの間で大きく変化し、処理水ポンプ６１、供給ポンプ４１及び脱酸装置本体３０内の動力機器の運転コストが、制御前と比べて約６５％低下した。また、窒素ガス使用量は、制御前と比べて約７０％低下した。ちなみに、従来の脱酸装置本体３０における処理水量は５３ｍ3 ／ｈｒ（一定）である。窒素ガス流量は処理水量に比例するが、動力は処理水量の３乗に比例するので、処理水量の減少が動力コストの節減に及ぼす影響は顕著である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態を示す窒素式脱酸素装置の構成図である。
【図２】同窒素式脱酸素装置における制御部の構成図である。
【図３】従来の窒素式脱酸素装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  原水タンク
２０  ボイラー給水系
２１  給水ポンプ
２２  還水流量計
３０  脱酸装置本体
３１  温度計
４０  原水供給系
４１  供給ポンプ
５０  ガス供給系
５１  流量制御弁
６０  処理水供給系
６１  処理水ポンプ
６２  流量計
７０  制御部
【図１】
0005083978.tif 000002
【図２】
0005083978.tif 000003
【図３】
0005083978.tif 000004