JP2014180652A - 蒸気プラントシステム - Google Patents

Abstract

【課題】真水、プロセス蒸気、及び高圧水を一つのシステムで生成可能とするとともに、エネルギロスを低減することが可能な蒸気プラントシステムを提供する。
【解決手段】供給された水を蒸発させて蒸気を生成するボイラ１１と、ボイラ１１にて生成された蒸気によって回転して動力を発生する第１蒸気タービン１２と、を備える蒸気プラントシステム１００であって、第１蒸気タービン１２を通過した蒸気によって回転して動力を発生する第２蒸気タービン２２と、第２蒸気タービン２２の回転によって駆動され、水を吸い込んで高圧水を吐出する第１高圧ポンプ２１と、第２蒸気タービン２２を通過した蒸気を蒸気プラントシステム１００の外部へと導く蒸気系統４０と、第２蒸気タービン２２の回転によって駆動され、海水を吸い込んで吐出する第２高圧ポンプ３１と、第２高圧ポンプ３１から吐出した海水を淡水化する逆浸透膜３２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、海水淡水化装置を備えた蒸気プラントシステムに関するものである。

食品や化学分野における生産ラインでは、洗浄や加熱などに大量の真水、プロセス蒸気、及び高圧水を必要とする。

真水を生成する方法として、特許文献１には逆浸透膜の供給水側に給水ポンプにより海水を供給し、逆浸透膜の透過水側から淡水を取り出す海水淡水化装置が開示されている。引用文献１に開示の海水淡水化装置は、給水ポンプ駆動用モータによって供給水側の給水ポンプを駆動し、逆浸透膜に原水を供給している。

特開２００１−４６８４２号公報

従来は、大量の真水、プロセス蒸気、及び高圧水を得るためには、逆浸透膜海水淡水化装置、蒸気発生装置、高圧ポンプといった専用の装置がそれぞれ必要であった。そのため、各装置を稼働するためにそれぞれ動力が必要となり、エネルギロスが発生していた。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、真水、プロセス蒸気、及び高圧水を一つのシステムで生成可能とするとともに、エネルギロスを低減することが可能な蒸気プラントシステムを提供することを目的とする。

本発明は、給水通路を通じて供給された水を蒸発させて蒸気を生成する蒸気発生装置と、前記蒸気発生装置にて生成された蒸気によって回転して動力を発生する第１蒸気タービンと、前記第１蒸気タービンを通過した蒸気を復水する復水器と、を備える蒸気プラントシステムであって、前記第１蒸気タービンを通過した蒸気によって回転して動力を発生する第２蒸気タービンと、前記第２蒸気タービンの回転によって駆動され、水を吸い込んで高圧水を吐出する第１高圧ポンプと、前記第２蒸気タービンを通過した蒸気を蒸気プラントシステムの外部へと導く蒸気系統と、前記第２蒸気タービンの回転によって駆動され、海水を吸い込んで吐出する第２高圧ポンプと、前記第２高圧ポンプから吐出した海水の一部が通過する際に海水から塩分を除去して淡水化する逆浸透膜と、を備えることを特徴とする。

本発明では、第１蒸気タービンを通過した蒸気によって、第２蒸気タービンが駆動され、第２蒸気タービンの駆動によって、高圧水生成のための第１高圧ポンプと真水生成のための第２高圧ポンプが駆動される。さらに、第２蒸気タービンを通過した蒸気は、蒸気プラントシステムの外部に導かれ、プロセス蒸気として使用される。このように、本発明は一つのシステムで真水、プロセス蒸気、及び高圧水を生成することができる。また、本発明は蒸気のみを動力源として真水、プロセス蒸気、高圧水を生成することができるため、それぞれ個別の動力源を必要とせず、エネルギロスを低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る蒸気プラントシステムの構成図である。 本発明の第２実施形態に係る蒸気プラントシステムの構成図である。

＜第１実施形態＞
以下、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る蒸気プラントシステム１００について説明する。

蒸気プラントシステム１００は、例えばクリーンルーム内での洗浄に真水を必要とする半導体製造ラインや、設備の加熱や滅菌を必要とする食品の生産ラインに使用される真水、プロセス蒸気、及び高圧水を生成するものである。ここでプロセス蒸気とは、生産ラインにおいて設備の加熱や滅菌の熱源として使用される蒸気や、生産ライン内の設備の駆動源としても使用される蒸気全般を指す。

蒸気プラントシステム１００は、化石燃料を燃焼させる火力やその他原子力などのエネルギを用いて発電する蒸気発電プラント１０と、高圧水を生成して吐出する高圧水生成ユニット２０と、海水を濾過し淡水を生成する海水淡水化装置３０と、生成されたプロセス蒸気を蒸気プラントシステム１００の外部に導く蒸気系統４０と、を備える。

まず、蒸気発電プラント１０について説明する。

蒸気発電プラント１０は、給水ポンプ１４から供給される水を加熱して蒸発させ蒸気を生成する蒸気発生装置としてのボイラ１１と、ボイラ１１にて生成された蒸気によって回転して動力を発生する第１蒸気タービン１２と、第１蒸気タービンによって駆動される発電機１８と、第１蒸気タービン１２を通過した蒸気を復水する復水器１３とを備える。

ボイラ１１は、化石燃料を燃焼させたときに発生する熱によって水を蒸発させ、蒸気を生成するものである。給水ポンプ１４は、復水器１３の水タンク１３ａの水を吸込通路１５を通じて吸込み、給水通路１６を通じてボイラ１１へ供給する。ボイラ１１にて発生した蒸気は、第１蒸気通路１７を通じて第１蒸気タービン１２に導かれる。

第１蒸気タービン１２の回転数は、ボイラ１１から導かれる蒸気流量を、第１蒸気通路１７に設けられる調整弁（図示省略）により調整することによって制御される。第１蒸気タービン１２には発電機１８の回転軸１８ａが連結され、第１蒸気タービン１２の回転に伴う回転軸１８ａの回転によって発電機１８が駆動する。このように、発電機１８が駆動されることにより、発電が行われる。

復水器１３は、第１蒸気タービン１２を通過した蒸気の一部を冷却して復水を生成する。蒸気の冷却は内部に冷却水が通る冷却通路１３ｂによって行われる。生成された復水は復水器１３の水タンク１３ａに溜められる。

次に、高圧水生成ユニット２０について説明する。

高圧水生成ユニット２０は、第１蒸気タービン１２を通過した蒸気によって回転して動力を発生する第２蒸気タービン２２と、第２蒸気タービン２２の回転によって駆動され、水を吸い込んで高圧水を吐出する第１高圧ポンプ２１と、を備える。

第１蒸気タービン１２を通過した蒸気の一部は、第２蒸気通路１９を通じて第２蒸気タービン２２へ導かれる。第２蒸気タービン２２は、第１蒸気タービン１２から導かれる蒸気によって回転する。第２蒸気タービン２２の回転数は、第１蒸気タービン１２から導かれる蒸気流量を、第２蒸気通路１９に設けられる調整弁（図示省略）により調整することによって制御される。

第１高圧ポンプ２１は、回転軸２１ａが第２蒸気タービン２２に連結される。そのため、第１高圧ポンプ２１は、第２蒸気タービン２２の回転に伴う回転軸２１ａの回転によって駆動する。このように駆動された第１高圧ポンプ２１は、復水器１３の水タンク１３ａに溜められた水を吸込通路２３を通じて吸い込み、吸い込んだ水を加圧して高圧水供給通路２４を通じて高圧水を吐出する。

次に、海水淡水化装置３０について説明する。

海水淡水化装置３０は、第２蒸気タービン２２の回転によって駆動され、海水を吸い込んで吐出する第２高圧ポンプ３１と、第２高圧ポンプ３１から吐出された海水の一部が通過する際に海水から塩分を除去して淡水化する逆浸透膜３２と、を備える。

第２高圧ポンプ３１は、回転軸３１ａが第２蒸気タービン２２に連結される。第２高圧ポンプ３１は、第２蒸気タービン２２の回転に伴う回転軸３１ａの回転によって駆動する。第２高圧ポンプ３１はこのようにして駆動され、吸込通路３５を通じて海水を吸い込み、加圧して逆浸透膜３２へ吐出する。

逆浸透膜３２は、水を通す一方、塩類などの水以外の不純物を透過させない性質をもつ濾過膜である。逆浸透膜３２の上流には、上流室３３が設けられる。上流室３３には海水供給通路３６が接続され、第２高圧ポンプ３１から吐出された海水が、海水供給通路３６を通じて導かれる。逆浸透膜３２の下流には下流室３４が設けられる。下流室３４には、逆浸透膜３２によって淡水化された水を導くための淡水通路３７が接続される。

上流室３３には、逆浸透膜３２によって濾過されなかった濃縮海水を環流する海水排出通路３８が接続される。海水供給通路３６から上流室３３に供給された海水のうち、逆浸透膜３２によって濾過されなかった海水が、海水排出通路３８を通じて排出される。

次に、蒸気系統４０について説明する。

蒸気系統４０は、第２蒸気タービン２２を通過した蒸気の一部を蒸気プラントシステム１００の外部に導くように設けられる。第２蒸気タービン２２を通過した蒸気の一部は、プロセス蒸気として蒸気系統４０を通じて外部へと導かれる。第２蒸気タービン２２を通過しプロセス蒸気として使用されない蒸気は、蒸気戻り通路２５を通じて復水器１３へ導かれ、冷却されて復水となる。

次に、蒸気プラントシステム１００の作用について説明する。

蒸気発電プラント１０では、復水器１３の水タンク１３ａに溜められた水が、給水ポンプ１４によってボイラ１１へ導かれる。ボイラ１１に導かれた水は、化石燃料の燃焼により発生する熱によって蒸発し蒸気となる。

ボイラ１１で発生した蒸気は第１蒸気通路１７を通じて第１蒸気タービン１２へと導かれ、導かれた蒸気によって第１蒸気タービン１２が回転する。第１蒸気タービン１２の回転に伴い、第１蒸気タービン１２に連結された発電機１８が駆動し、発電が行われる。

第１蒸気タービン１２を回転させた蒸気の一部は、第２蒸気通路１９を通じて、高圧水生成ユニット２０の第２蒸気タービン２２へ導かれる。

第１蒸気タービン１２を通過した後の蒸気のうち、第２蒸気タービン２２へと導かれない蒸気は、復水器１３にて復水となる。復水は再び給水ポンプ１４によりボイラ１１へと供給される。

このようにして、蒸気発電プラント１０では、ボイラ１１にて発生する蒸気によって発電が行われる。

第２蒸気タービン２２は、第１蒸気タービン１２から導かれる蒸気によって回転する。第２蒸気タービン２２の回転に伴って第１高圧ポンプ２１及び第２高圧ポンプ３１が駆動される。第１高圧ポンプ２１は、復水器１３の水タンク１３ａから吸い込んだ水を加圧して高圧水を生成し、高圧水供給通路２４を通じて吐出する。そして、高圧水は高出力、高応答が要求される各種設備に対して適切な圧力に調整された上で駆動源として使用される。一方、第２高圧ポンプ３１は、吸込通路３５を通じて海水を吸い込み、加圧して逆浸透膜３２へ吐出する。

第２高圧ポンプ３１から吐出された海水は、逆浸透膜３２の上流室３３に供給される。第２高圧ポンプ３１の吐出圧により、上流室３３内の圧力が上昇すると、海水の一部が逆浸透膜３２を通過する。このとき、逆浸透膜３２は海水中の塩類などの不純物を通過させないで濾過する。逆浸透膜３２によって濾過された水は、下流室３４から淡水通路３７を通じて取り出される。このようにして真水が生成され、真水は生産通路における洗浄等に使用される。

逆浸透膜３２によって濾過されなかった濃縮海水は、海水排出通路３８を通じて海水中に環流される。

第２蒸気タービン２２を通過した蒸気は、蒸気系統４０を通じて蒸気プラントシステム１００の外部へと導かれる。蒸気プラントシステム１００の外部へと導かれる蒸気は、第２蒸気タービン２２を通過した後もある程度の温度と圧力を維持している。そのため、蒸気プラントシステム１００の外部へと導かれる蒸気は、プロセス蒸気として使用される。このようにして生成されたプロセス蒸気は、各用途に応じた圧力に調整された上で使用される。

以上のように、蒸気プラントシステム１００において、ボイラ１１によって発生した蒸気は発電用の第１蒸気タービン１２を回転させた後に、第１高圧ポンプ２１及び第２高圧ポンプ３１と連結した第２蒸気タービン２２を回転させ、さらにその後はプロセス蒸気として使用される。つまり、ボイラ１１によって発生した蒸気によって真水、プロセス蒸気、及び高圧水を生成することができるため、一つのシステムとすることができる。

以上の第１実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

第１蒸気タービン１２を通過した蒸気によって、第２蒸気タービン２２が駆動され、第２蒸気タービン２２の駆動によって、高圧水生成のための第１高圧ポンプ２１と真水生成のための第２高圧ポンプ３１が駆動される。さらに、第２蒸気タービン２２を通過した蒸気は、蒸気プラントシステム１００の外部に導かれ、プロセス蒸気として使用される。このように、一つのシステムで真水、プロセス蒸気、及び高圧水を生成することができる。また、蒸気のみを動力源として真水、プロセス蒸気、及び高圧水を生成することができるため、それぞれ個別の動力源を必要とせず、エネルギロスを低減することができる。

また、真水、プロセス蒸気、及び高圧水の生成にそれぞれ専用装置を設けた場合と比べ、蒸気プラントシステム１００は一つのシステムであるため、広い設置場所を必要としなくなる。さらに、それぞれ専用装置を設けた場合には、各装置に対し保守メンテナンスや運転技術が必要となるが、蒸気プラントシステム１００は一つのシステムであるため、保守メンテナンスや運転がそれぞれ専用装置を設けた場合より容易なものとなる。したがって、蒸気プラントシステム１００によれば、設置場所を削減でき、保守メンテナンスや運転が容易となるため、稼働コストを低減することができる。

上記第１実施形態では、第１高圧ポンプ２１は発電蒸気プラントの復水器１３から水を吸い込み、高圧水を生成する。動力源がすべて蒸気であるため、復水器１３の水タンク１３ａと高圧水を生成するための水タンクとを共通化することができる。このように、復水器と水タンクを共通化することによって、装置の設置場所を低減でき、より稼働コストを低減することができる。

＜第２実施形態＞
以下、図２を参照して、本発明の第２実施形態に係る蒸気プラントシステム２００について説明する。

蒸気プラントシステム２００の基本的な構成は、第１実施形態に係る蒸気プラントシステム１００と同様であるが、蒸気プラントシステム２００は動力回収モータ３９を備えている点で蒸気プラントシステム１００と相違する。以下では、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同様の構成には、同一の符号を付し説明を省略する。

動力回収モータ３９は、回転軸３９ａを備え、排出される海水によって駆動する水圧モータである。

動力回収モータ３９は、海水淡水化装置３０における海水排出通路３８に設けられ、回転軸３９ａが第２高圧ポンプ３１の回転軸３１ａに同軸に連結される。動力回収モータ３９は、逆浸透膜３２によって透過されず環流する海水によって駆動され、第２高圧ポンプ３１と同軸回転する。

動力回収モータ３９は第２高圧ポンプ３１と同軸回転するため、回転軸３９ａの回転は第２高圧ポンプ３１の回転軸３１ａへ伝達される。よって、動力回収モータ３９の回転によって第２高圧ポンプ３１の駆動を補助することができる。

以上の第２実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

動力回収モータ３９は、逆浸透膜３２によって透過されず環流する高圧の海水によって駆動される。駆動された動力回収モータの駆動力は、回転軸３９ａを介して第２高圧ポンプの回転軸３１ａへ伝達される。つまり、環流する海水のエネルギを回収し第２高圧ポンプ３１の駆動を補助できるため、エネルギロスを低減することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記各実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記各実施形態では、蒸気プラントシステム１００、２００は発電設備である蒸気発電プラント１０を備えるとした。本発明は発電設備に限定されず、これに代わり、水を蒸発して蒸気を発生させるボイラを備え、真水や高圧水を生成する構成であればよい。そのため、例えばごみ処理装置における焼却熱を利用して蒸気を発生させる構成としてもよい。

また、上記各実施形態では、第１高圧ポンプ２１は発電蒸気プラント１０の復水器１３から水を吸い込み、高圧水を生成するとした。これに代わり、復水器とは別に水タンクを設け、第１高圧ポンプ２１はこの水タンクから水を吸い込むようにしてもよい。

１００，２００ 蒸気プラントシステム
１０ 蒸気発電プラント
１１ ボイラ（蒸気発生装置）
１２ 第１蒸気タービン
１３ 復水器
１４ 給水ポンプ
１８ 発電機
２０ 高圧水生成ユニット
２１ 第１高圧ポンプ
２２ 第２蒸気タービン
３０ 海水淡水化装置
３１ 第２高圧ポンプ
３２ 逆浸透膜
３３ 上流室
３４ 下流室
３９ 動力回収モータ
４０ 蒸気系統

Claims (3)

1. 給水通路を通じて供給された水を蒸発させて蒸気を生成する蒸気発生装置と、
   前記蒸気発生装置にて生成された蒸気によって回転して動力を発生する第１蒸気タービンと、
   前記第１蒸気タービンを通過した蒸気を復水する復水器と、
   を備える蒸気プラントシステムであって、
   前記第１蒸気タービンを通過した蒸気によって回転して動力を発生する第２蒸気タービンと、
   前記第２蒸気タービンの回転によって駆動され、水を吸い込んで高圧水を吐出する第１高圧ポンプと、
   前記第２蒸気タービンを通過した蒸気を蒸気プラントシステムの外部へと導く蒸気系統と、
   前記第２蒸気タービンの回転によって駆動され、海水を吸い込んで吐出する第２高圧ポンプと、
   前記第２高圧ポンプから吐出した海水の一部が通過する際に海水から塩分を除去して淡水化する逆浸透膜と、
   を備えることを特徴とする蒸気プラントシステム。
2. 前記第１高圧ポンプは、前記復水器の水を吸い込むことを特徴とする請求項１に記載の蒸気プラントシステム。
3. 前記逆浸透膜を通過しないで還流される海水によって回転駆動される動力回収モータをさらに備え、前記第２高圧ポンプは動力回収モータと同軸回転することを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸気プラントシステム。

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