JP4043328B2 - 発電プラントおよび発電方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薬剤を使用せず、そのため大型の排水処理設備を必要としない発電プラントおよび発電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の発電プラントの一例であって、水蒸気を利用して発電する発電システム１１０と、この発電システム１１０に供給する水を製造する水処理システム１２０とを備えたものである。
この例の水処理システム１２０は、工業用水などの原水から懸濁物質などの固形分を除去する前処理装置１２１と、固形分が除去された原水からナトリウムイオン、カルシウムイオンなどの陽イオンや、塩素イオン、硫酸イオンなどの陰イオンを除去する脱塩装置１２６とを具備している。
【０００３】
前処理装置１２１は、原水貯槽１２２からの原水に凝集剤を加えて懸濁物質を凝集させ、フロックとする凝集沈殿槽１２３と、フロックが形成された原水からフロックを分離する濾過器１２４と、得られた濾水を貯水する濾過貯槽１２５とを有している。この前処理装置１２１においては凝集剤として、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウムなどが使用される他、これを中和するための水酸化ナトリウム、硫酸などのｐＨ調製剤、水酸化カルシウムなどの軟化剤、次亜塩素酸ナトリウム、塩素ガスなどの殺菌剤も使用され、これらの薬剤の使用量は数〜数十トン／日にのぼっている。
【０００４】
脱塩装置１２６は、イオン交換樹脂の作用により陽イオンを除去するカチオン塔１２７や陰イオンを除去するアニオン塔１２８、脱ガス塔１２９、ポリッシャ塔１３０を備えた脱塩塔からなっていて、カチオン塔１２７、アニオン塔１２８には、これらの塔内に充填されたイオン交換樹脂を再生するために、水酸化ナトリウム、硫酸などが再生剤として、１ケ月に数トン程度使用されている。
このように処理された水は、給水貯槽１３１に一旦貯槽され、その一部は、冷却水用貯槽１３２、碍子水洗貯槽１３３、所内ボイラなどの用途向けに送水されるが、その他は復水貯槽１３４に一旦貯水された後、発電システム１１０の復水器１１１に供給される。
【０００５】
復水器１１１においては、蒸気タービン１１２からの水蒸気が供給され、凝縮されるとともに、復水貯槽１３４から精製された水が供給される。そして、復水器１１１からの復水は復水ポンプ１１３により濾過器１１４で濾過された後、再生塔を備えた復水脱塩装置１１５により脱塩、再生される。復水脱塩装置１１５で脱塩処理された復水は、その一部は復水器１１１に必要に応じて戻され循環するが、それ以外は復水冷却器１１６を経て、低圧給水加熱器１１７、脱気器１１８、貯槽１１９へと送られ、その後、ブースタポンプ１３４、給水ポンプ１３５により高圧給水加熱器１３６、節炭器１３７、ボイラ１３８を順次経て、さらに過熱器１３９に送られた後、蒸気タービン１１２に送られ、その駆動に使用される。
ここで、復水脱塩装置１１５においては、上述した脱塩装置１２６と同様にイオン交換樹脂が使用されているため、水酸化ナトリウム、硫酸などが再生剤として使用されている。また、復水脱塩装置１２６よりも後段のラインやボイラ１３８には、図示略の薬注装置が適宜備えられ、脱酸素剤としてのヒドラジン、ｐＨ調製剤としてのアンモニアが添加され、また、ドラム型ボイラでは、清缶剤としてのリン酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウムなどが適宜添加され、ライン、ボイラに耐腐食性を付与している。
なお、図６中、符号１４０は再熱器、符号１４１は汽水分離器である。また、この例では、蒸気タービン１１２としては、低圧蒸気タービン１１２ａ、中圧蒸気タービン１１２ｂ、高圧蒸気タービン１１２ｃを備えている。
【０００６】
このように発電プラントで使用される水には、ラインなどの腐食や、ライン内での水の濃縮に起因するスケールの発生を抑制するために、高純度で腐食性のないことが要求されている。そのため水処理システム１２０および発電システム１１０においては、上述したように多種の薬剤が大量に使用され、その結果、再起動時などにおいては、１日あたり約１０００トンの排水を処理する必要があった。
そこで、このように大量の薬剤を使用するかわりに酸素を注入して、ラインなどの内表面にマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）よりも溶解しにくい耐腐食性のヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）を形成し、耐腐食性を向上させる技術が開発され、その検討が進んでいる（例えば、特許文献１参照。）。
また、本出願人は、特願２００１−０９４７６２において、発電システム中の水（ボイラ給水）の酸電気伝導率および溶存酸素濃度を計測し、これらから腐食電流値を算出し、この腐食電流値と循環水温度から水質を評価することにより、薬剤を使用しないで水質を管理する方法を提案している。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−３３００６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように、ボイラ給水の管理のみを薬剤を使用せずに行っても、他の箇所、例えば水処理システムにおいては上述のように多種多量の薬剤が使用されているため、発電プラント全体では、薬剤の使用量は依然として多く、大量の排水を処理可能な大型の排水処理設備がやはり必要であった。
排水処理設備を設置すると、設備コストがかかるだけでなく排水処理コストもかかり、経済性の点で問題があった。また、大量の薬剤を含んだ水を処理するためには新たに、凝集剤、ｐＨ調製剤、軟化剤、殺菌剤が必要となるという悪循環があった。さらに排水は最終的には浄化された後に放流されるが、浄化された後においても微量の薬剤を含んでいる可能性があった。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高純度で腐食性の低い水を薬剤を使用することなく供給する水処理システムと、薬剤を使用することなく、水の純度とラインの耐腐食性を高く維持する発電システムとを提供し、結果的に、大規模な排水処理設備を必要とせず、経済性、環境面から優れた発電プラントを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の発電プラントは、薬剤の非存在下で原水を精製する水処理システムと、前記精製された水を水蒸気とし、該水蒸気を利用して発電する発電システムとを備えた発電プラントにおいて、前記水処理システムは、精密ろ過膜および／または限外ろ過膜により原水から固形分を除去する膜処理装置と、逆浸透膜および／または蒸留により固形分が除去された原水から塩を除去する脱塩装置とを具備し、前記発電システムは、ボイラと、該ボイラからの水蒸気を利用する蒸気タービンと、該蒸気タービンからの水蒸気を冷却、凝縮するとともに、前記水処理システムからの水の少なくとも一部が供給される復水器と、該復水器からの復水に微量の酸素を添加して該復水を防食域に維持する酸素処理装置とを具備していることを特徴とする。
前記復水器は、該蒸気タービンからの水蒸気を冷却水で冷却、凝縮する水冷式復水器であって、前記冷却水を空気で冷却する空冷装置と、前記冷却、凝縮により得られた水を前記冷却水として使用する復水循環ラインとを具備していることが好ましい。
前記復水器からの復水の一部を、前記脱塩装置に返送する復水返送ラインを具備していることが好ましい。
前記復水器および該復水器の後段側のラインの少なくとも一部は、前記復水との接触面が耐食材料から構成されていることが好ましい。
当該発電プラントの休止時に、前記水処理システム内および前記発電システム内を真空雰囲気、不活性ガス雰囲気、水蒸気雰囲気のいずれかに維持する防錆処理装置を備えていることが好ましい。
前記水処理システムからの水の一部を、当該発電プラント内に設けられた冷却装置に供給する少なくとも一つの冷却水供給ラインを備え、該冷却水供給ラインは、脱気装置を備えた密閉循環方式であることが好ましい。
【００１１】
本発明の発電方法は、薬剤の非存在下で原水を精製する水処理工程と、前記精製された水をボイラで水蒸気とし、該水蒸気で蒸気タービンを駆動して発電する発電工程とを備えた発電方法において、前記水処理工程は、精密ろ過膜および／または限外ろ過膜により原水から固形分を除去する膜処理工程と、逆浸透膜および／または蒸留により固形分が除去された原水から塩を除去する脱塩工程とを有し、前記発電工程は、前記蒸気タービンからの水蒸気と前記精製された水とからなる復水を前記ボイラに供給する前に、該復水に微量の酸素を中性下で添加して復水を防食域に維持する酸素処理工程を有していることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
［第１実施形態例］
図１は、本発明の一実施形態例である貫流型のボイラ１３８を備えた発電プラントの構成を示すものであって、水蒸気を利用して発電する発電システム２０と、この発電システム２０に供給する水（給水）を製造する水処理システム１０とを備えたものである。
この例の水処理システム１０は、精密ろ過膜または限外ろ過膜の少なくとも一方を使用して河川水、工業用水などの原水から、懸濁物質などの固形分を除去する膜処理装置１１と、逆浸透膜または蒸留の少なくとも一方により、固形分が除去された原水から、ナトリウムイオン、カルシウムイオンなどの陽イオンや、塩素イオン、硫酸イオンなどの陰イオンを除去する脱塩装置１２とから主に構成されている。
【００１３】
膜処理装置１１に使用される精密ろ過膜としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース系、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリフッ化ビニリデンなどの有機系材料、アルミナなどの無機系セラミクス材料が素材として例示できる。また、その形態は、有機系材料では中空糸式が代表的であるが、チューブ式、プリーツ式、平膜式なども利用できる。無機系セラミクス材料ではチューブ式、モノリス式が利用できる。
限外ろ過膜としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース系、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリイミドなどの有機系材料、アルミナなどの無機系セラミクス材料が素材として例示できる。また、その形態は、有機系材料では中空糸式が代表的であるが、チューブ式、プリーツ式、平膜式なども利用できる。無機系セラミクス材料ではチューブ式、モノリス式が利用できる。
これらの膜は原水の汚染の程度、処理水量などに応じて、適宜選択し、これに原水加圧用の加圧ポンプを備えた形態などで使用できる。
【００１４】
このように精密ろ過膜および／または限外ろ過膜を使用することにより、微細な固形分であっても高レベルで除去できるので、微細な懸濁物質を凝集するための凝集剤、さらには凝集剤を中性にするためのｐＨ調製剤などの薬剤を添加する必要がない。膜処置装置１１においては、精密ろ過膜、限外ろ過膜のいずれか少なくとも一方を使用でき、併用する場合の順序には制限はないが、精密ろ過膜、限外ろ過膜の順に設置して、精密ろ過膜で比較的大きな固形分を除去した後、限外ろ過膜を使用することが、膜効率や膜の耐久性の点から好ましい。
【００１５】
膜処理装置１１により固形分が除去された水は、一旦濾過貯槽１２５に貯水され、その後、脱塩装置１２に送られる。
脱塩装置１２に使用される逆浸透膜としては、三酢酸セルロース系、ポリアミド系の膜が用いられる。
また、蒸留としては、流下膜式蒸留、遠心式蒸留などが適用でき、真空蒸留で低温沸騰させることにより、塩が除去された水を得ることができる。
【００１６】
このように逆浸透膜および／または蒸留の適用により、再生剤の添加が必要となるイオン交換樹脂などを使用しなくても脱塩できる。脱塩装置１２においては、逆浸透膜、蒸留のいずれか少なくとも一方を適用でき、併用する場合の順序には制限はない。
【００１７】
水処理システム１０で精製された水は、給水貯槽１３１に一旦貯槽され、その一部は、冷却水用貯槽１３２、碍子水洗貯槽１３３、所内ボイラなど向けに送水されるが、その他は復水貯槽１３４に一旦貯水された後、高圧蒸気タービン１１２ａ、中圧蒸気タービン１１２ｂ、低圧蒸気タービン１１２ｃを備えた蒸気タービン１１２を有する発電システムの復水器２１に供給される。
復水器２１においては、このように水処理システム１０から精製された水が供給されるとともに蒸気タービン１１２からの水蒸気が供給され、冷却、凝縮され、合流して復水となる。また、復水器２１内は真空ポンプなどの図示略の減圧手段により減圧され、非凝縮性ガスである酸素、二酸化炭素などが脱気されるようになっている。
【００１８】
この例で使用されている復水器２１は、図２に示すように、蒸気タービン１１２から戻ってきた水蒸気を冷却水で冷却、凝縮する水冷式復水器であって、冷却水を空気で冷却する空冷装置２２と、冷却、凝縮された水を冷却水として供給するための復水循環ラインと２３を具備している。
すなわち、この例の水冷式復水器は、復水を冷却、凝縮する冷却水として、すでに冷却、凝縮された復水を利用する、いわゆる自己冷却式のものであって、冷却水が通る冷却管２３ａが配置された容器２４内に、蒸気タービン１１２からの水蒸気を供給することにより、冷却管２３ａの管壁を通じて熱交換が行われるようになっている。冷却され、凝縮した復水の一部は容器２４内に溜まり、復水循環ライン２３により容器２４の底部から冷却管２３ａへと送られる。そして、この際、復水は復水循環ライン２３中で空冷装置２２により冷却される。
冷却、凝縮した復水の残りの一部は、ボイラ１３８で使用されるために復水ポンプ１１３側へと送られる。
【００１９】
このように冷却水として、不純物を含まない復水自身を使用すると、冷却管２３ａにピンホールが生じて、冷却水が復水に混入してしまった場合であっても、海水を冷却水として使用する場合と異なり海水リークによる不純物の混入が起こらず、復水を高純度に維持することができる。また、海水を使用しないので、海水リークによる塩素の混入がなく、これを中和する設備も必要ない。
また、この復水器２１においては、上述したように凝縮された復水から図示略の減圧手段によって酸素、二酸化炭素などのガスを脱気するようになっているが、この例の発電プラントにおいては薬剤が添加される必要がないため、復水は中性に維持されている。中性水中においては二酸化炭素はその大部分がＨＣＯ３ −あるいはＨ２ＣＯ３として存在するため、このような減圧手段により容易に除去できる。さらに、復水の冷却は空冷ではなく水冷であるため、フラッシュ効果が得られ、脱気効率も優れるうえ、空冷式の通常の復水器よりも装置構成がコンパクトとなる。
【００２０】
また、この例の発電システム２０においては、復水器２１からの復水の一部を脱塩装置１２に返送する復水返送ライン１２ａを備えている。このように復水の一部を脱塩装置１２で処理可能とすることによって、復水器２１の後段側に別途脱塩装置を設けることなく、発電システム２０中を循環して不純物が濃縮された復水から、効果的に脱塩することができるともに、水を排出することなく循環使用し続けられるので、無排水化が可能となる。
【００２１】
さらに、この例の復水器２１は、少なくとも復水と接触する接触面が、ＳＵＳ、チタンなどの耐食材料から構成されている。よって、腐食されにくく、腐食による復水中への不純物の溶解を抑制でき、スケール発生の原因となる不純物がボイラ１３８へ持ち込まれることを防止できる。
【００２２】
復水器２１で得られた復水をボイラ１３８側に送るためのライン２５には、復水を送液する復水ポンプ１１３、濾過器１１４、復水昇圧ポンプ２６が順次配され、その後、復水器２１へと復水が返送されるライン２７と、ボイラ１３８側に向けて復水が送られるライン２８とに分岐する。ボイラ１３８側に向かうライン２８には、復水冷却器１１６の後、低圧給水加熱器１１７が設けられている。低圧給水加熱器１１７で１５０℃程度まで加熱された復水は、ついで、脱気器１１８を経て一旦貯槽１１９に溜められ、その後、復水器２１へと復水が返送されるライン２９と、ボイラ１３８側に向けて送られるライン３０とに分かれる。ボイラ１３８側へと向かうライン３０には、ブースタポンプ１３４と給水ポンプ１３５が配され、給水ポンプ１３５の後でさらに分岐して、中圧蒸気タービン１１２ｂへ向かうライン３１と、高圧給水加熱器１３６へと向かうライン３２に分かれる。高圧給水加熱器１３６では復水は３００℃程度まで過熱され、その後ライン３３を通って節炭器１３７を経てボイラ１３８に送られ、汽水分離器１３９により水蒸気から液相である水分が除去された後、ライン３４を通って過熱器１３９を経て、蒸気タービン１１２に送られる。そして、蒸気タービン１１２のうち高圧蒸気タービン１１２ａの駆動用に使用された後、復水器２１に戻される。
【００２３】
そして、この例の発電システム２０においては、復水器２１の後段側であるライン２５における濾過器１１４と復水昇圧ポンプ２６との間と、貯槽１１９とブースタポンプ１３４との間の２箇所に、微量の酸素を添加して復水を防食域に維持する酸素処理装置３５がそれぞれ設けられている。
ここで酸素は、復水（給水）中の溶存酸素濃度が２０〜２００ｐｐｂの範囲となるように添加される。このように微量の酸素を添加することによって、発電システム中の復水が酸化性状態、すなわち防食域に維持され、炭素鋼などからなる配管の内表面に、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）よりも溶解しにくい耐腐食性のヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）が形成され、より腐食されにくくなり、その結果、スケールの原因となる物質がボイラ１３８に持ち込まれなくなり、過熱障害などのトラブルを減少させることができる。また、酸素処理装置３５は、このように微量に酸素を添加するとともに、復水中の不純物濃度と相関のある酸電気伝導率を計測するシステムを具備していることが好ましく、溶存酸素濃度と酸電気伝導率とから腐食電流値を算出し、さらにこの腐食電流値と水温との関係を制御することにより、復水の水質を図３に示すような防食域に確実に維持できる。図３のグラフにおいて、縦軸は腐食電流値、横軸は水温である。また、水質のサンプリングおよびチェックは、例えば脱気器１１８の入口近傍などで行われる。
なお、この例の発電プラントにおいては、水処理システム１０は薬剤の非存在下で行われ、また、発電システム２０においても薬剤が添加される必要がないため、復水はほぼ中性（ｐＨ５〜７）となっている。すなわち、酸素の添加は中性下で行われる。
【００２４】
さらにこの例では、復水器２１の後段側からボイラ１３８の前段側の各ライン２５、２８、３０、３２、３３における復水との接触面は、復水器２１と同様にＳＵＳ、チタンなどの耐食材料から構成されている。このように水蒸気化がなされるよりも前段側のライン２５、２８、３０、３２、３３における、復水との接触面を耐食材料から構成して腐食を防止することにより、腐食に起因する不純物の溶解を抑制でき、スケールの原因物質がより一層ボイラ１３８に持ち込まれなくなる。
また、この例の発電システム２０は、復水冷却器１１６の前段から復水器２１に戻るライン２７、貯槽１１９の後段から復水器２１に戻るライン２９、給水ポンプ１３５の後段から中圧タービン１１２ｂ側へと向かうライン３１、汽水分離器１４１から復水器２１に戻るライン３６を備えているので、これらのライン２７、２９、３１、３６における復水との接触面も耐食材料で構成することがスケール抑制の点から好ましい。
さらに好ましくは、復水器２１の後段側であってボイラ１３８に至るまでの各種装置、すなわち、この例の復水ポンプ１１３、濾過器１１４、復水昇圧ポンプ２６、復水冷却器１１６、低圧給水加熱器１１７、脱気器１１８、貯槽１１９、ブースタポンプ１３４、給水ポンプ１３５、高圧給水加熱器１３６、節炭器１３７も、復水との接触面が耐食材料から構成されていることが好ましい。
【００２５】
また、この例の発電システム２０は、この発電プラントの休止時に、水処理システム１０内および発電システム２０内を真空雰囲気、不活性ガス雰囲気、水蒸気雰囲気のいずれかに維持するための図示略の防錆処理装置を備えている。
このようにライン内を真空状態とするか、あるいは、不活性ガスまたは水蒸気でシールすることによって、防錆剤、ｐH調製剤、脱酸素剤などの各種薬剤を使用することなく錆の発生を抑制できる。
【００２６】
さらに、この例の発電システム２０においては、図示は略しているが、水処理システム１０からの水の一部をこの発電プラント内に設けられた各種の冷却装置に供給する少なくとも一つの冷却水供給ラインが備えられ、この冷却水供給ラインは、図示略の脱気装置を備えた密閉循環方式とされている。このようにして外気からの酸素の混入を抑制するとともに、酸素を除去する手段を設けることにより、薬剤を使用することなく、冷却水中の溶存酸素の濃度を保ち、腐食による不純物の冷却水への混入を防ぐことができる。なお、各種冷却装置としては、蒸気タービン１１２の軸受けに供給される潤滑油を冷却するための装置や、蒸気をサンプリングする際にこの蒸気を冷却するための装置などが例示できる。
【００２７】
以上説明したようにこの例の発電プラントによれば、薬剤を使用することなく原水から固形分および塩を除去可能な水処理システム１０と、薬剤を添加せず微量の酸素のみを添加して、中性下において水質を防食域に維持する酸素処理装置３５を具備した発電システム２０を有しているので、発電プラントからの排水中に薬剤が含まれない。よって、従来必要であった大規模な排水処理設備を設置する必要がなく、経済性、環境面から優れている。
また、ここで、復水器２１を図２に示したような自己冷却式の水冷式復水器とすることによって、冷却水が復水に混入してしまった場合であっても復水の純度を高く維持でき、しかも、復水器２１をコンパクトに維持でき、また、脱気においては水冷式の利点であるフラッシュ効果も期待できる。
【００２８】
また、復水器２１からの復水の一部を脱塩装置１２に返送する復水返送ライン１２ａを備えることによって、復水器２１の後段側に脱塩装置１２を別途設けなくても、発電システム２０内を循環して濃縮された塩を除去することができるとともに、水の循環使用が可能となり、無排水化が可能となる。
また、復水器２１と、復水器２１の後段側であってボイラ１３８の前段側のライン２５、２８、３０、３２、３３の少なくとも一部とにおける復水との接触面を耐食材料から構成することによって、ボイラ１３８に持ち込まれる不純物を抑制できる。
さらに、発電プラントの休止時に、水処理システム１０内および発電システム２０内を真空雰囲気、不活性ガス雰囲気、水蒸気雰囲気のいずれかに維持する防錆処置装置を設けることによって、防錆剤などを使用せずに、休止時にシールすることができる。
また、水処理システム１０からの水の一部を各種冷却装置に供給する冷却水供給ラインを、脱気装置を備えた密閉循環式とすることにより、ここでも薬剤を使用することなく、軸受冷却水などの冷却水を高純度で、耐腐食性の有する状態に維持できる。
【００２９】
［第２、３実施形態例］
図４は、ドラム型排熱回収ボイラとしてコンバインド用三圧再熱自然循環排熱回収ボイラ（以下、排熱回収ボイラという。）３７を備えたコンバインドサイクル発電システムと、この発電システムに供給する水を製造する水処理システム１０とを備えた発電プラントの構成を概略的に示すものである。
図４の発電プラントでは水処理システム１０として第１実施形態例の図１と同一のものを備えているため、その詳細は略している。すなわち、ここで水処理システム１０は、精密ろ過膜および／または限外ろ過膜を使用して原水から固形分を除去する膜処理装置と、逆浸透膜および／または蒸留により固形分が除去された原水から塩を除去する脱塩装置とを具備していて、精製された水が復水器２１に供給されるようになっている。
【００３０】
そして、復水器２１からの復水は一部が復水返送ライン１２ａにより水処理システム１０の脱塩装置に返送されるが、残りはライン３８を通り、低圧給水ポンプ３９、グランド蒸気復水器４０を経て排熱回収ボイラ３７側へ送られる。
そして、この際、低圧給水ポンプ３９とグランド蒸気復水器４０の間には、酸素処理装置３５が設けられ、復水（給水）中に２０〜２００ｐｐｂとなる程度の微量の酸素を添加して、これを防食域に維持できるようになっている。
【００３１】
こうして微量の酸素が添加され、防食域とされた復水は、ケーシング３７ａの下方から上方に向かって図示略のガスタービンからの排気が送り込まれるようになっている排熱回収ボイラ３７へと送られる。
復水は、まず低圧節炭器４１で加熱された後、一部は低圧ドラム４２で低圧蒸気を生成し、ついで低圧過熱器４３で過熱された後、ライン４４、ライン４５を通って低圧蒸気タービン１１２ｃへと送られる。また、他の一部は、中圧給水ポンプ４６により中圧節炭器４７へ送られ過熱された後、中圧ドラム４８へと送られて中圧蒸気を生成する。ついで、中圧蒸気は中圧過熱器４９で過熱された後、ライン５０を通って一次再熱器５１、二次再熱器５２を経て、ライン５３を通って中圧蒸気タービン１１２ｂへと送られる。また、他の一部は、高圧給水ポンプ５４により高圧一次節炭器５５へ送られ過熱された後、高圧二次節炭器５６でさらに過熱され、高圧ドラム５７で高圧蒸気を生成する。ついで、高圧蒸気は高圧一次過熱器５８、高圧二次加熱器５９で順次過熱された後、ライン６０を通って高圧蒸気タービン１１２ａで使用される。
蒸気タービン１１２で使用された蒸気は、復水器２１へと戻され、冷却、凝縮される。
【００３２】
そして、この例においても、復水器２１と、復水器２１よりも後段であって、水蒸気化がなされる低圧ドラム４２の前段までのライン３８とにおいて、復水との接触面は耐食材料とされている。このように耐食材料を使用することによって、復水が水蒸気化されるよりも前段側のラインの腐食を抑え、これに起因する不純物が低圧ドラム４２以降に持ち込まれることを防止できる。
【００３３】
図５は、蒸気ドラム６１を備えたドラム型のボイラ１３８を有するコンベンショナル発電システムと、この発電システムに供給する水を製造する水処理システム１０とを備えた発電プラントの構成を概略的に示すものである。
図５の発電プラントでは水処理システム１０として図１と同一のものを備えているため、その詳細は略している。すなわち、ここで水処理システム１０は、精密ろ過膜および／または限外ろ過膜を使用して原水から固形分を除去する膜処理装置と、逆浸透膜および／または蒸留により固形分が除去された原水から塩を除去する脱塩装置とを具備していて、精製された水が復水器２１に供給されるようになっている。
【００３４】
復水器２１からの復水は、一部が復水返送ライン１２ａにより水処理システム１０の脱塩装置に返送されるが、その他は、グランド蒸気復水器４０、低圧給水加熱器１１７、脱気器１１８を経て、一旦貯槽１１９に貯水される。その後、ブースタポンプ１３４により、高圧給水加熱器１３６、節炭器１３７を経て蒸気ドラム６１へと送られ水蒸気化された後、さらに過熱器１３９を経て、高圧蒸気タービンへ１１２ａ、さらに再熱器１４０を経て中圧蒸気タービン１１２ｂへ、さらに低圧蒸気タービン１１２ｃを経て復水器２１に戻るようになっている。
そして、この例においては、復水器２１とグランド蒸気復水器４０との間と、貯槽１１９とブースタポンプ１３４との間に酸素処理装置３５が備えられ、復水（給水）中に２０〜２００ｐｐｂとなる程度の微量の酸素が添加され、復水が防食域に維持されるようになっている。
【００３５】
さらにこの例においても、復水器２１と、復水器２１よりも後段の脱気器１１８の直前までのライン６２における復水との接触面は耐食材料とされていて、復水が水蒸気化されるよりも前段側のラインの腐食に起因する不純物が蒸気ドラム６１に持ち込まれないようになっている。
【００３６】
以上のように、第２、３実施形態例においても、薬剤を使用することなく原水から固形分および塩を除去可能な水処理システム１０と、薬剤を添加せず微量の酸素のみを添加して、中性下において水質を防食域に維持する酸素処理装置３５を備えた発電システムを有しているので、発電プラントからの排水中に薬剤が含まれず、従来必要であった大規模な排水処理設備を設置する必要がなく、経済性、環境面に優れた発電プラントを実現できる。
また、これらの例においても、復水器２１を図２に示したような自己冷却式の水冷式復水器とすることによって、冷却水が復水に混入してしまった場合であっても復水の純度を高く維持でき、しかも、復水器２１をコンパクトに維持でき、また、脱気においては水冷式の利点であるフラッシュ効果も期待できる。
【００３７】
また、復水器２１からの復水の一部を脱塩装置に返送する復水返送ライン１２ａを備えることによって、復水器２１の後段側に脱塩装置を設ける必要がないとともに、水を排出することなく循環使用し続けることができるので、無排水化が可能となる。
さらに、発電プラントの休止時に、水処理システム１０内および発電システム内を真空雰囲気、不活性ガス雰囲気、水蒸気雰囲気のいずれかに維持する防錆処理装置を設けることによって、防錆剤などを使用せずに、休止時にシールすることができる。
さらに、水処理システム１０からの水の一部を各種冷却装置に供給する冷却水供給ラインを、脱気装置を備えた密閉循環式とすることにより、ここでも薬剤を使用することなく、冷却水を高純度で、耐腐食性の有する状態に維持できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の発電プラントによれば、高純度で腐食性の低い水を薬剤を使用することなく供給する水処理システムと、薬剤を使用することなく、水の純度とラインの耐腐食性を高く維持する発電システムとを備えているので、結果的に、大規模な排水処理設備を必要とせず、経済性、環境面から優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の発電プラントの第１実施形態例を示す概略構成図である。
【図２】 図１の発電プラントで使用されている復水を示す概略構成図である。
【図３】 腐食電流値と水温の関係を示すグラフである。
【図４】 本発明の発電プラントの第２実施形態例を示す概略構成図である。
【図５】 本発明の発電プラントの第３実施形態例を示す概略構成図である。
【図６】 従来の発電プラントの一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０，１２０ 水処理システム
２０，１１０ 発電システム
１１ 膜処理装置
１２ 脱塩装置
１２ａ 復水返送ライン
２１ 復水器
２２ 空冷装置
２３ 復水循環ライン
３５ 酸素処理装置
１１２ 蒸気タービン
１３８ ボイラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、薬剤を使用せず、そのため大型の排水処理設備を必要としない発電プラントおよび発電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の発電プラントの一例であって、水蒸気を利用して発電する発電システム１１０と、この発電システム１１０に供給する水を製造する水処理システム１２０とを備えたものである。
この例の水処理システム１２０は、工業用水などの原水から懸濁物質などの固形分を除去する前処理装置１２１と、固形分が除去された原水からナトリウムイオン、カルシウムイオンなどの陽イオンや、塩素イオン、硫酸イオンなどの陰イオンを除去する脱塩装置１２６とを具備している。
【０００３】
前処理装置１２１は、原水貯槽１２２からの原水に凝集剤を加えて懸濁物質を凝集させ、フロックとする凝集沈殿槽１２３と、フロックが形成された原水からフロックを分離する濾過器１２４と、得られた濾水を貯水する濾過貯槽１２５とを有している。この前処理装置１２１においては凝集剤として、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウムなどが使用される他、これを中和するための水酸化ナトリウム、硫酸などのｐＨ調製剤、水酸化カルシウムなどの軟化剤、次亜塩素酸ナトリウム、塩素ガスなどの殺菌剤も使用され、これらの薬剤の使用量は数〜数十トン／日にのぼっている。
【０００４】
脱塩装置１２６は、イオン交換樹脂の作用により陽イオンを除去するカチオン塔１２７や陰イオンを除去するアニオン塔１２８、脱ガス塔１２９、ポリッシャ塔１３０を備えた脱塩塔からなっていて、カチオン塔１２７、アニオン塔１２８には、これらの塔内に充填されたイオン交換樹脂を再生するために、水酸化ナトリウム、硫酸などが再生剤として、１ケ月に数トン程度使用されている。
このように処理された水は、給水貯槽１３１に一旦貯槽され、その一部は、冷却水用貯槽１３２、碍子水洗貯槽１３３、所内ボイラなどの用途向けに送水されるが、その他は復水貯槽１３４に一旦貯水された後、発電システム１１０の復水器１１１に供給される。
【０００５】
復水器１１１においては、蒸気タービン１１２からの水蒸気が供給され、凝縮されるとともに、復水貯槽１３４から精製された水が供給される。そして、復水器１１１からの復水は復水ポンプ１１３により濾過器１１４で濾過された後、再生塔を備えた復水脱塩装置１１５により脱塩、再生される。復水脱塩装置１１５で脱塩処理された復水は、その一部は復水器１１１に必要に応じて戻され循環するが、それ以外は復水冷却器１１６を経て、低圧給水加熱器１１７、脱気器１１８、貯槽１１９へと送られ、その後、ブースタポンプ１３４、給水ポンプ１３５により高圧給水加熱器１３６、節炭器１３７、ボイラ１３８を順次経て、さらに過熱器１３９に送られた後、蒸気タービン１１２に送られ、その駆動に使用される。
ここで、復水脱塩装置１１５においては、上述した脱塩装置１２６と同様にイオン交換樹脂が使用されているため、水酸化ナトリウム、硫酸などが再生剤として使用されている。また、復水脱塩装置１２６よりも後段のラインやボイラ１３８には、図示略の薬注装置が適宜備えられ、脱酸素剤としてのヒドラジン、ｐＨ調製剤としてのアンモニアが添加され、また、ドラム型ボイラでは、清缶剤としてのリン酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウムなどが適宜添加され、ライン、ボイラに耐腐食性を付与している。
なお、図６中、符号１４０は再熱器、符号１４１は汽水分離器である。また、この例では、蒸気タービン１１２としては、低圧蒸気タービン１１２ａ、中圧蒸気タービン１１２ｂ、高圧蒸気タービン１１２ｃを備えている。
【０００６】
このように発電プラントで使用される水には、ラインなどの腐食や、ライン内での水の濃縮に起因するスケールの発生を抑制するために、高純度で腐食性のないことが要求されている。そのため水処理システム１２０および発電システム１１０においては、上述したように多種の薬剤が大量に使用され、その結果、再起動時などにおいては、１日あたり約１０００トンの排水を処理する必要があった。
そこで、このように大量の薬剤を使用するかわりに酸素を注入して、ラインなどの内表面にマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）よりも溶解しにくい耐腐食性のヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）を形成し、耐腐食性を向上させる技術が開発され、その検討が進んでいる（例えば、特許文献１参照。）。
また、本出願人は、特願２００１−０９４７６２において、発電システム中の水（ボイラ給水）の酸電気伝導率および溶存酸素濃度を計測し、これらから腐食電流値を算出し、この腐食電流値と循環水温度から水質を評価することにより、薬剤を使用しないで水質を管理する方法を提案している。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−３３００６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように、ボイラ給水の管理のみを薬剤を使用せずに行っても、他の箇所、例えば水処理システムにおいては上述のように多種多量の薬剤が使用されているため、発電プラント全体では、薬剤の使用量は依然として多く、大量の排水を処理可能な大型の排水処理設備がやはり必要であった。
排水処理設備を設置すると、設備コストがかかるだけでなく排水処理コストもかかり、経済性の点で問題があった。また、大量の薬剤を含んだ水を処理するためには新たに、凝集剤、ｐＨ調製剤、軟化剤、殺菌剤が必要となるという悪循環があった。さらに排水は最終的には浄化された後に放流されるが、浄化された後においても微量の薬剤を含んでいる可能性があった。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高純度で腐食性の低い水を薬剤を使用することなく供給する水処理システムと、薬剤を使用することなく、水の純度とラインの耐腐食性を高く維持する発電システムとを提供し、結果的に、大規模な排水処理設備を必要とせず、経済性、環境面から優れた発電プラントを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の発電プラントは、薬剤の非存在下で原水を精製する水処理システムと、前記精製された水を水蒸気とし、該水蒸気を利用して発電する発電システムとを備えた発電プラントにおいて、前記水処理システムは、精密ろ過膜および／または限外ろ過膜により原水から固形分を除去する膜処理装置と、逆浸透膜および／または蒸留により固形分が除去された原水から塩を除去する脱塩装置とを具備し、前記発電システムは、ボイラと、該ボイラからの水蒸気を利用する蒸気タービンと、該蒸気タービンからの水蒸気を冷却、凝縮するとともに、前記水処理システムからの水の少なくとも一部が供給される復水器と、該復水器からの復水に微量の酸素を添加して該復水を防食域に維持する酸素処理装置とを具備していることを特徴とする。
前記復水器は、該蒸気タービンからの水蒸気を冷却水で冷却、凝縮する水冷式復水器であって、前記冷却水を空気で冷却する空冷装置と、前記冷却、凝縮により得られた水を前記冷却水として使用する復水循環ラインとを具備していることが好ましい。
前記復水器からの復水の一部を、前記脱塩装置に返送する復水返送ラインを具備していることが好ましい。
前記復水器および該復水器の後段側のラインの少なくとも一部は、前記復水との接触面が耐食材料から構成されていることが好ましい。
当該発電プラントの休止時に、前記水処理システム内および前記発電システム内を真空雰囲気、不活性ガス雰囲気、水蒸気雰囲気のいずれかに維持する防錆処理装置を備えていることが好ましい。
前記水処理システムからの水の一部を、当該発電プラント内に設けられた冷却装置に供給する少なくとも一つの冷却水供給ラインを備え、該冷却水供給ラインは、脱気装置を備えた密閉循環方式であることが好ましい。
【００１１】
本発明の発電方法は、薬剤の非存在下で原水を精製する水処理工程と、前記精製された水をボイラで水蒸気とし、該水蒸気で蒸気タービンを駆動して発電する発電工程とを備えた発電方法において、前記水処理工程は、精密ろ過膜および／または限外ろ過膜により原水から固形分を除去する膜処理工程と、逆浸透膜および／または蒸留により固形分が除去された原水から塩を除去する脱塩工程とを有し、前記発電工程は、前記蒸気タービンからの水蒸気と前記精製された水とからなる復水を前記ボイラに供給する前に、該復水に微量の酸素を中性下で添加して復水を防食域に維持する酸素処理工程を有していることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
［第１実施形態例］
図１は、本発明の一実施形態例である貫流型のボイラ１３８を備えた発電プラントの構成を示すものであって、水蒸気を利用して発電する発電システム２０と、この発電システム２０に供給する水（給水）を製造する水処理システム１０とを備えたものである。
この例の水処理システム１０は、精密ろ過膜または限外ろ過膜の少なくとも一方を使用して河川水、工業用水などの原水から、懸濁物質などの固形分を除去する膜処理装置１１と、逆浸透膜または蒸留の少なくとも一方により、固形分が除去された原水から、ナトリウムイオン、カルシウムイオンなどの陽イオンや、塩素イオン、硫酸イオンなどの陰イオンを除去する脱塩装置１２とから主に構成されている。
【００１３】
膜処理装置１１に使用される精密ろ過膜としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース系、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリフッ化ビニリデンなどの有機系材料、アルミナなどの無機系セラミクス材料が素材として例示できる。また、その形態は、有機系材料では中空糸式が代表的であるが、チューブ式、プリーツ式、平膜式なども利用できる。無機系セラミクス材料ではチューブ式、モノリス式が利用できる。
限外ろ過膜としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース系、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリイミドなどの有機系材料、アルミナなどの無機系セラミクス材料が素材として例示できる。また、その形態は、有機系材料では中空糸式が代表的であるが、チューブ式、プリーツ式、平膜式なども利用できる。無機系セラミクス材料ではチューブ式、モノリス式が利用できる。
これらの膜は原水の汚染の程度、処理水量などに応じて、適宜選択し、これに原水加圧用の加圧ポンプを備えた形態などで使用できる。
【００１４】
このように精密ろ過膜および／または限外ろ過膜を使用することにより、微細な固形分であっても高レベルで除去できるので、微細な懸濁物質を凝集するための凝集剤、さらには凝集剤を中性にするためのｐＨ調製剤などの薬剤を添加する必要がない。膜処置装置１１においては、精密ろ過膜、限外ろ過膜のいずれか少なくとも一方を使用でき、併用する場合の順序には制限はないが、精密ろ過膜、限外ろ過膜の順に設置して、精密ろ過膜で比較的大きな固形分を除去した後、限外ろ過膜を使用することが、膜効率や膜の耐久性の点から好ましい。
【００１５】
膜処理装置１１により固形分が除去された水は、一旦濾過貯槽１２５に貯水され、その後、脱塩装置１２に送られる。
脱塩装置１２に使用される逆浸透膜としては、三酢酸セルロース系、ポリアミド系の膜が用いられる。
また、蒸留としては、流下膜式蒸留、遠心式蒸留などが適用でき、真空蒸留で低温沸騰させることにより、塩が除去された水を得ることができる。
【００１６】
このように逆浸透膜および／または蒸留の適用により、再生剤の添加が必要となるイオン交換樹脂などを使用しなくても脱塩できる。脱塩装置１２においては、逆浸透膜、蒸留のいずれか少なくとも一方を適用でき、併用する場合の順序には制限はない。
【００１７】
水処理システム１０で精製された水は、給水貯槽１３１に一旦貯槽され、その一部は、冷却水用貯槽１３２、碍子水洗貯槽１３３、所内ボイラなど向けに送水されるが、その他は復水貯槽１３４に一旦貯水された後、高圧蒸気タービン１１２ａ、中圧蒸気タービン１１２ｂ、低圧蒸気タービン１１２ｃを備えた蒸気タービン１１２を有する発電システムの復水器２１に供給される。
復水器２１においては、このように水処理システム１０から精製された水が供給されるとともに蒸気タービン１１２からの水蒸気が供給され、冷却、凝縮され、合流して復水となる。また、復水器２１内は真空ポンプなどの図示略の減圧手段により減圧され、非凝縮性ガスである酸素、二酸化炭素などが脱気されるようになっている。
【００１８】
この例で使用されている復水器２１は、図２に示すように、蒸気タービン１１２から戻ってきた水蒸気を冷却水で冷却、凝縮する水冷式復水器であって、冷却水を空気で冷却する空冷装置２２と、冷却、凝縮された水を冷却水として供給するための復水循環ラインと２３を具備している。
すなわち、この例の水冷式復水器は、復水を冷却、凝縮する冷却水として、すでに冷却、凝縮された復水を利用する、いわゆる自己冷却式のものであって、冷却水が通る冷却管２３ａが配置された容器２４内に、蒸気タービン１１２からの水蒸気を供給することにより、冷却管２３ａの管壁を通じて熱交換が行われるようになっている。冷却され、凝縮した復水の一部は容器２４内に溜まり、復水循環ライン２３により容器２４の底部から冷却管２３ａへと送られる。そして、この際、復水は復水循環ライン２３中で空冷装置２２により冷却される。
冷却、凝縮した復水の残りの一部は、ボイラ１３８で使用されるために復水ポンプ１１３側へと送られる。
【００１９】
このように冷却水として、不純物を含まない復水自身を使用すると、冷却管２３ａにピンホールが生じて、冷却水が復水に混入してしまった場合であっても、海水を冷却水として使用する場合と異なり海水リークによる不純物の混入が起こらず、復水を高純度に維持することができる。また、海水を使用しないので、海水リークによる塩素の混入がなく、これを中和する設備も必要ない。
また、この復水器２１においては、上述したように凝縮された復水から図示略の減圧手段によって酸素、二酸化炭素などのガスを脱気するようになっているが、この例の発電プラントにおいては薬剤が添加される必要がないため、復水は中性に維持されている。中性水中においては二酸化炭素はその大部分がＨＣＯ３ −あるいはＨ２ＣＯ３として存在するため、このような減圧手段により容易に除去できる。さらに、復水の冷却は空冷ではなく水冷であるため、フラッシュ効果が得られ、脱気効率も優れるうえ、空冷式の通常の復水器よりも装置構成がコンパクトとなる。
【００２０】
また、この例の発電システム２０においては、復水器２１からの復水の一部を脱塩装置１２に返送する復水返送ライン１２ａを備えている。このように復水の一部を脱塩装置１２で処理可能とすることによって、復水器２１の後段側に別途脱塩装置を設けることなく、発電システム２０中を循環して不純物が濃縮された復水から、効果的に脱塩することができるともに、水を排出することなく循環使用し続けられるので、無排水化が可能となる。
【００２１】
さらに、この例の復水器２１は、少なくとも復水と接触する接触面が、ＳＵＳ、チタンなどの耐食材料から構成されている。よって、腐食されにくく、腐食による復水中への不純物の溶解を抑制でき、スケール発生の原因となる不純物がボイラ１３８へ持ち込まれることを防止できる。
【００２２】
復水器２１で得られた復水をボイラ１３８側に送るためのライン２５には、復水を送液する復水ポンプ１１３、濾過器１１４、復水昇圧ポンプ２６が順次配され、その後、復水器２１へと復水が返送されるライン２７と、ボイラ１３８側に向けて復水が送られるライン２８とに分岐する。ボイラ１３８側に向かうライン２８には、復水冷却器１１６の後、低圧給水加熱器１１７が設けられている。低圧給水加熱器１１７で１５０℃程度まで加熱された復水は、ついで、脱気器１１８を経て一旦貯槽１１９に溜められ、その後、復水器２１へと復水が返送されるライン２９と、ボイラ１３８側に向けて送られるライン３０とに分かれる。ボイラ１３８側へと向かうライン３０には、ブースタポンプ１３４と給水ポンプ１３５が配され、給水ポンプ１３５の後でさらに分岐して、中圧蒸気タービン１１２ｂへ向かうライン３１と、高圧給水加熱器１３６へと向かうライン３２に分かれる。高圧給水加熱器１３６では復水は３００℃程度まで過熱され、その後ライン３３を通って節炭器１３７を経てボイラ１３８に送られ、汽水分離器１３９により水蒸気から液相である水分が除去された後、ライン３４を通って過熱器１３９を経て、蒸気タービン１１２に送られる。そして、蒸気タービン１１２のうち高圧蒸気タービン１１２ａの駆動用に使用された後、復水器２１に戻される。
【００２３】
そして、この例の発電システム２０においては、復水器２１の後段側であるライン２５における濾過器１１４と復水昇圧ポンプ２６との間と、貯槽１１９とブースタポンプ１３４との間の２箇所に、微量の酸素を添加して復水を防食域に維持する酸素処理装置３５がそれぞれ設けられている。
ここで酸素は、復水（給水）中の溶存酸素濃度が２０〜２００ｐｐｂの範囲となるように添加される。このように微量の酸素を添加することによって、発電システム中の復水が酸化性状態、すなわち防食域に維持され、炭素鋼などからなる配管の内表面に、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）よりも溶解しにくい耐腐食性のヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）が形成され、より腐食されにくくなり、その結果、スケールの原因となる物質がボイラ１３８に持ち込まれなくなり、過熱障害などのトラブルを減少させることができる。また、酸素処理装置３５は、このように微量に酸素を添加するとともに、復水中の不純物濃度と相関のある酸電気伝導率を計測するシステムを具備していることが好ましく、溶存酸素濃度と酸電気伝導率とから腐食電流値を算出し、さらにこの腐食電流値と水温との関係を制御することにより、復水の水質を図３に示すような防食域に確実に維持できる。図３のグラフにおいて、縦軸は腐食電流値、横軸は水温である。また、水質のサンプリングおよびチェックは、例えば脱気器１１８の入口近傍などで行われる。
なお、この例の発電プラントにおいては、水処理システム１０は薬剤の非存在下で行われ、また、発電システム２０においても薬剤が添加される必要がないため、復水はほぼ中性（ｐＨ５〜７）となっている。すなわち、酸素の添加は中性下で行われる。
【００２４】
さらにこの例では、復水器２１の後段側からボイラ１３８の前段側の各ライン２５、２８、３０、３２、３３における復水との接触面は、復水器２１と同様にＳＵＳ、チタンなどの耐食材料から構成されている。このように水蒸気化がなされるよりも前段側のライン２５、２８、３０、３２、３３における、復水との接触面を耐食材料から構成して腐食を防止することにより、腐食に起因する不純物の溶解を抑制でき、スケールの原因物質がより一層ボイラ１３８に持ち込まれなくなる。
また、この例の発電システム２０は、復水冷却器１１６の前段から復水器２１に戻るライン２７、貯槽１１９の後段から復水器２１に戻るライン２９、給水ポンプ１３５の後段から中圧タービン１１２ｂ側へと向かうライン３１、汽水分離器１４１から復水器２１に戻るライン３６を備えているので、これらのライン２７、２９、３１、３６における復水との接触面も耐食材料で構成することがスケール抑制の点から好ましい。
さらに好ましくは、復水器２１の後段側であってボイラ１３８に至るまでの各種装置、すなわち、この例の復水ポンプ１１３、濾過器１１４、復水昇圧ポンプ２６、復水冷却器１１６、低圧給水加熱器１１７、脱気器１１８、貯槽１１９、ブースタポンプ１３４、給水ポンプ１３５、高圧給水加熱器１３６、節炭器１３７も、復水との接触面が耐食材料から構成されていることが好ましい。
【００２５】
また、この例の発電システム２０は、この発電プラントの休止時に、水処理システム１０内および発電システム２０内を真空雰囲気、不活性ガス雰囲気、水蒸気雰囲気のいずれかに維持するための図示略の防錆処理装置を備えている。
このようにライン内を真空状態とするか、あるいは、不活性ガスまたは水蒸気でシールすることによって、防錆剤、ｐH調製剤、脱酸素剤などの各種薬剤を使用することなく錆の発生を抑制できる。
【００２６】
さらに、この例の発電システム２０においては、図示は略しているが、水処理システム１０からの水の一部をこの発電プラント内に設けられた各種の冷却装置に供給する少なくとも一つの冷却水供給ラインが備えられ、この冷却水供給ラインは、図示略の脱気装置を備えた密閉循環方式とされている。このようにして外気からの酸素の混入を抑制するとともに、酸素を除去する手段を設けることにより、薬剤を使用することなく、冷却水中の溶存酸素の濃度を保ち、腐食による不純物の冷却水への混入を防ぐことができる。なお、各種冷却装置としては、蒸気タービン１１２の軸受けに供給される潤滑油を冷却するための装置や、蒸気をサンプリングする際にこの蒸気を冷却するための装置などが例示できる。
【００２７】
以上説明したようにこの例の発電プラントによれば、薬剤を使用することなく原水から固形分および塩を除去可能な水処理システム１０と、薬剤を添加せず微量の酸素のみを添加して、中性下において水質を防食域に維持する酸素処理装置３５を具備した発電システム２０を有しているので、発電プラントからの排水中に薬剤が含まれない。よって、従来必要であった大規模な排水処理設備を設置する必要がなく、経済性、環境面から優れている。
また、ここで、復水器２１を図２に示したような自己冷却式の水冷式復水器とすることによって、冷却水が復水に混入してしまった場合であっても復水の純度を高く維持でき、しかも、復水器２１をコンパクトに維持でき、また、脱気においては水冷式の利点であるフラッシュ効果も期待できる。
【００２８】
また、復水器２１からの復水の一部を脱塩装置１２に返送する復水返送ライン１２ａを備えることによって、復水器２１の後段側に脱塩装置１２を別途設けなくても、発電システム２０内を循環して濃縮された塩を除去することができるとともに、水の循環使用が可能となり、無排水化が可能となる。
また、復水器２１と、復水器２１の後段側であってボイラ１３８の前段側のライン２５、２８、３０、３２、３３の少なくとも一部とにおける復水との接触面を耐食材料から構成することによって、ボイラ１３８に持ち込まれる不純物を抑制できる。
さらに、発電プラントの休止時に、水処理システム１０内および発電システム２０内を真空雰囲気、不活性ガス雰囲気、水蒸気雰囲気のいずれかに維持する防錆処置装置を設けることによって、防錆剤などを使用せずに、休止時にシールすることができる。
また、水処理システム１０からの水の一部を各種冷却装置に供給する冷却水供給ラインを、脱気装置を備えた密閉循環式とすることにより、ここでも薬剤を使用することなく、軸受冷却水などの冷却水を高純度で、耐腐食性の有する状態に維持できる。
【００２９】
［第２、３実施形態例］
図４は、ドラム型排熱回収ボイラとしてコンバインド用三圧再熱自然循環排熱回収ボイラ（以下、排熱回収ボイラという。）３７を備えたコンバインドサイクル発電システムと、この発電システムに供給する水を製造する水処理システム１０とを備えた発電プラントの構成を概略的に示すものである。
図４の発電プラントでは水処理システム１０として第１実施形態例の図１と同一のものを備えているため、その詳細は略している。すなわち、ここで水処理システム１０は、精密ろ過膜および／または限外ろ過膜を使用して原水から固形分を除去する膜処理装置と、逆浸透膜および／または蒸留により固形分が除去された原水から塩を除去する脱塩装置とを具備していて、精製された水が復水器２１に供給されるようになっている。
【００３０】
そして、復水器２１からの復水は一部が復水返送ライン１２ａにより水処理システム１０の脱塩装置に返送されるが、残りはライン３８を通り、低圧給水ポンプ３９、グランド蒸気復水器４０を経て排熱回収ボイラ３７側へ送られる。
そして、この際、低圧給水ポンプ３９とグランド蒸気復水器４０の間には、酸素処理装置３５が設けられ、復水（給水）中に２０〜２００ｐｐｂとなる程度の微量の酸素を添加して、これを防食域に維持できるようになっている。
【００３１】
こうして微量の酸素が添加され、防食域とされた復水は、ケーシング３７ａの下方から上方に向かって図示略のガスタービンからの排気が送り込まれるようになっている排熱回収ボイラ３７へと送られる。
復水は、まず低圧節炭器４１で加熱された後、一部は低圧ドラム４２で低圧蒸気を生成し、ついで低圧過熱器４３で過熱された後、ライン４４、ライン４５を通って低圧蒸気タービン１１２ｃへと送られる。また、他の一部は、中圧給水ポンプ４６により中圧節炭器４７へ送られ過熱された後、中圧ドラム４８へと送られて中圧蒸気を生成する。ついで、中圧蒸気は中圧過熱器４９で過熱された後、ライン５０を通って一次再熱器５１、二次再熱器５２を経て、ライン５３を通って中圧蒸気タービン１１２ｂへと送られる。また、他の一部は、高圧給水ポンプ５４により高圧一次節炭器５５へ送られ過熱された後、高圧二次節炭器５６でさらに過熱され、高圧ドラム５７で高圧蒸気を生成する。ついで、高圧蒸気は高圧一次過熱器５８、高圧二次加熱器５９で順次過熱された後、ライン６０を通って高圧蒸気タービン１１２ａで使用される。
蒸気タービン１１２で使用された蒸気は、復水器２１へと戻され、冷却、凝縮される。
【００３２】
そして、この例においても、復水器２１と、復水器２１よりも後段であって、水蒸気化がなされる低圧ドラム４２の前段までのライン３８とにおいて、復水との接触面は耐食材料とされている。このように耐食材料を使用することによって、復水が水蒸気化されるよりも前段側のラインの腐食を抑え、これに起因する不純物が低圧ドラム４２以降に持ち込まれることを防止できる。
【００３３】
図５は、蒸気ドラム６１を備えたドラム型のボイラ１３８を有するコンベンショナル発電システムと、この発電システムに供給する水を製造する水処理システム１０とを備えた発電プラントの構成を概略的に示すものである。
図５の発電プラントでは水処理システム１０として図１と同一のものを備えているため、その詳細は略している。すなわち、ここで水処理システム１０は、精密ろ過膜および／または限外ろ過膜を使用して原水から固形分を除去する膜処理装置と、逆浸透膜および／または蒸留により固形分が除去された原水から塩を除去する脱塩装置とを具備していて、精製された水が復水器２１に供給されるようになっている。
【００３４】
復水器２１からの復水は、一部が復水返送ライン１２ａにより水処理システム１０の脱塩装置に返送されるが、その他は、グランド蒸気復水器４０、低圧給水加熱器１１７、脱気器１１８を経て、一旦貯槽１１９に貯水される。その後、ブースタポンプ１３４により、高圧給水加熱器１３６、節炭器１３７を経て蒸気ドラム６１へと送られ水蒸気化された後、さらに過熱器１３９を経て、高圧蒸気タービンへ１１２ａ、さらに再熱器１４０を経て中圧蒸気タービン１１２ｂへ、さらに低圧蒸気タービン１１２ｃを経て復水器２１に戻るようになっている。
そして、この例においては、復水器２１とグランド蒸気復水器４０との間と、貯槽１１９とブースタポンプ１３４との間に酸素処理装置３５が備えられ、復水（給水）中に２０〜２００ｐｐｂとなる程度の微量の酸素が添加され、復水が防食域に維持されるようになっている。
【００３５】
さらにこの例においても、復水器２１と、復水器２１よりも後段の脱気器１１８の直前までのライン６２における復水との接触面は耐食材料とされていて、復水が水蒸気化されるよりも前段側のラインの腐食に起因する不純物が蒸気ドラム６１に持ち込まれないようになっている。
【００３６】
以上のように、第２、３実施形態例においても、薬剤を使用することなく原水から固形分および塩を除去可能な水処理システム１０と、薬剤を添加せず微量の酸素のみを添加して、中性下において水質を防食域に維持する酸素処理装置３５を備えた発電システムを有しているので、発電プラントからの排水中に薬剤が含まれず、従来必要であった大規模な排水処理設備を設置する必要がなく、経済性、環境面に優れた発電プラントを実現できる。
また、これらの例においても、復水器２１を図２に示したような自己冷却式の水冷式復水器とすることによって、冷却水が復水に混入してしまった場合であっても復水の純度を高く維持でき、しかも、復水器２１をコンパクトに維持でき、また、脱気においては水冷式の利点であるフラッシュ効果も期待できる。
【００３７】
また、復水器２１からの復水の一部を脱塩装置に返送する復水返送ライン１２ａを備えることによって、復水器２１の後段側に脱塩装置を設ける必要がないとともに、水を排出することなく循環使用し続けることができるので、無排水化が可能となる。
さらに、発電プラントの休止時に、水処理システム１０内および発電システム内を真空雰囲気、不活性ガス雰囲気、水蒸気雰囲気のいずれかに維持する防錆処理装置を設けることによって、防錆剤などを使用せずに、休止時にシールすることができる。
さらに、水処理システム１０からの水の一部を各種冷却装置に供給する冷却水供給ラインを、脱気装置を備えた密閉循環式とすることにより、ここでも薬剤を使用することなく、冷却水を高純度で、耐腐食性の有する状態に維持できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の発電プラントによれば、高純度で腐食性の低い水を薬剤を使用することなく供給する水処理システムと、薬剤を使用することなく、水の純度とラインの耐腐食性を高く維持する発電システムとを備えているので、結果的に、大規模な排水処理設備を必要とせず、経済性、環境面から優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の発電プラントの第１実施形態例を示す概略構成図である。
【図２】 図１の発電プラントで使用されている復水を示す概略構成図である。
【図３】 腐食電流値と水温の関係を示すグラフである。
【図４】 本発明の発電プラントの第２実施形態例を示す概略構成図である。
【図５】 本発明の発電プラントの第３実施形態例を示す概略構成図である。
【図６】 従来の発電プラントの一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０，１２０ 水処理システム
２０，１１０ 発電システム
１１ 膜処理装置
１２ 脱塩装置
１２ａ 復水返送ライン
２１ 復水器
２２ 空冷装置
２３ 復水循環ライン
３５ 酸素処理装置
１１２ 蒸気タービン
１３８ ボイラ
Claims (5)
- 薬剤の非存在下で原水を精製する水処理システムと、前記精製された水を水蒸気とし、該水蒸気を利用して発電する発電システムとを備えた発電プラントにおいて、
前記水処理システムは、精密ろ過膜および／または限外ろ過膜により原水から固形分を除去する膜処理装置と、逆浸透膜および／または蒸留により固形分が除去された原水から塩を除去する脱塩装置とを具備し、
前記発電システムは、ボイラと、該ボイラからの水蒸気を利用する蒸気タービンと、該蒸気タービンからの水蒸気を冷却、凝縮するとともに、前記水処理システムからの水の少なくとも一部が供給される復水器と、該復水器からの復水に微量の酸素を添加して該復水を防食域に維持する酸素処理装置とを具備し、
前記復水器からの復水の一部を、前記脱塩装置に返送する復水返送ラインを設けたことを特徴とする発電プラント。 - 薬剤の非存在下で原水を精製する水処理システムと、前記精製された水を水蒸気とし、該水蒸気を利用して発電する発電システムとを備えた発電プラントにおいて、
前記水処理システムは、精密ろ過膜および／または限外ろ過膜により原水から固形分を除去する膜処理装置と、逆浸透膜および／または蒸留により固形分が除去された原水から塩を除去する脱塩装置とを具備し、
前記発電システムは、ボイラと、該ボイラからの水蒸気を利用する蒸気タービンと、該蒸気タービンからの水蒸気を冷却、凝縮するとともに、前記水処理システムからの水の少なくとも一部が供給される復水器と、該復水器からの復水に微量の酸素を添加して該復水を防食域に維持する酸素処理装置とを具備し、
当該発電プラントの休止時に、前記水処理システム内および前記発電システム内を真空雰囲気、不活性ガス雰囲気、水蒸気雰囲気のいずれかに維持する防錆処理装置を設けたことを特徴とする発電プラント。 - 薬剤の非存在下で原水を精製する水処理システムと、前記精製された水を水蒸気とし、該水蒸気を利用して発電する発電システムとを備えた発電プラントにおいて、
前記水処理システムは、精密ろ過膜および／または限外ろ過膜により原水から固形分を除去する膜処理装置と、逆浸透膜および／または蒸留により固形分が除去された原水から塩を除去する脱塩装置とを具備し、
前記発電システムは、ボイラと、該ボイラからの水蒸気を利用する蒸気タービンと、該蒸気タービンからの水蒸気を冷却、凝縮するとともに、前記水処理システムからの水の少なくとも一部が供給される復水器と、該復水器からの復水に微量の酸素を添加して該復水を防食域に維持する酸素処理装置とを具備し、
前記水処理システムからの水の一部を、当該発電プラント内に設けられた冷却装置に供給する少なくとも一つの冷却水供給ラインを設け、該冷却水供給ラインは、脱気装置を備えた密閉循環方式であることを特徴とする発電プラント。 - 前記復水器は、前記蒸気タービンからの水蒸気を冷却水で冷却、凝縮する水冷式復水器であって、
前記冷却水を空気で冷却する空冷装置と、前記冷却、凝縮により得られた水を前記冷却水として供給する復水循環ラインとを具備していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の発電プラント。 - 前記復水器および該復水器の後段側のラインの少なくとも一部は、前記復水との接触面が耐食材料から構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の発電プラント。
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