JP5586194B2 - 陰イオン濃度測定装置、発電装置、蒸気性状自動測定装置及び地熱発電装置 - Google Patents
陰イオン濃度測定装置、発電装置、蒸気性状自動測定装置及び地熱発電装置 Download PDFInfo
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Description
これらの発電装置は、蒸気を発電タービンに噴射することにより発電タービンを回転させ、発電タービンの回転軸に結合された発電機の回転子を回転させることにより、発電をする。発電装置における蒸気は、火力、原子力、地熱により発生する。また、発電タービンを回転させる仕事を終えた蒸気は復水器で液体の水に戻される。復水器で蒸気を冷却するために使用される冷媒として海水が採用される場合が、多い。
発電装置で使用される蒸気中に含まれる陰イオンは、発電タービンのブレードに影響を与える。したがって、蒸気中の陰イオンの濃度を測定することは、重要である。つまり、蒸気中に含まれる陰イオンの濃度を経時的に測定することができると、発電タービンに蒸気が与える影響を予測し、発電装置の保守点検作業を的確に行うことができる。
発電装置の一例として地熱発電装置について説明する。
ところが、地中から取り出された蒸気には、炭酸ガスが多く含まれている。したがって、地中から取り出された蒸気を凝結させて得られる試料液の電気伝導率を測定すると、前記溶存している炭酸ガスに由来する炭酸イオンと塩素イオンとその他のアニオンとに基づく電気伝導率を測定していることになり、塩素イオンと電気伝導率との相関がなくなるので、電気伝導率から塩素イオン濃度を測定することができるとは言えなくなる。
したがって、陰イオンを含有する測定対象液中の塩素イオンの濃度を測定しようとする場合には、その塩素イオン以外の陰イオンをできるだけ除去しておかないと、塩素イオンの濃度を正確に測定することができない。故に、蒸気中の塩素イオンの濃度を正確に測定するためには、測定対象液から塩素イオン以外の陰イオンを除去する前処理装置又は前処理工程が必要になる。
また、測定対象液中に含まれる陰イオンの濃度を測定する方法として、その測定対象液の電気伝導率を測定する方法がある。前述したように測定対象液中に含まれる陰イオンが複数種類であると、その測定対象液の電気伝導率を測定してもその値は全陰イオンに基づく電気伝導率の値であって、各陰イオンの各濃度は不明である。
この発明の課題は、発電タービンを回転させる蒸気中の陰イオン濃度を測定することにより発電タービン翼の故障を事前に防止することができ、保守を的確に行うことのできる発電装置を提供することにある。
この発明の課題は、地熱発電用として地中から取り出された蒸気の性状を経時的かつ連続的に自動分析することにより、発電タービンの状況及び/又は復水器の状況を経時的に把握し、地熱発電の操業を円滑に行うことができるように地熱発電操業を支援する蒸気性状自動測定装置を提供することにある。
また、この蒸気性状自動測定装置を備えることにより、地熱発電を適正かつ円滑に行うことのできる地熱発電装置を提供することにある。
(1) 陰イオン濃度の測定対象となる複数の陰イオンを含有する試料水の電気伝導率を、前記試料水の電気伝導率が温度に比例して変化する温度範囲において、互いに異なる温度で測定する複数の電気伝導率測定器を備え、
前記複数の電気伝導率測定器から出力される複数のデータに基づいて、陰イオンの種類の数に応じた多元連立方程式を解くことにより、測定対象の各陰イオンの陰イオン濃度を算出する演算手段を備えて成る陰イオン濃度測定装置であり、
(2) 前記演算手段は、以下の多元連立方程式を解くことにより、測定対象の各陰イオンの陰イオン濃度を算出することを特徴とする請求項1に記載の陰イオン濃度測定装置である。
式:K(T N )=K 1 (25)×(1+α 1 (T N −25)+K 2 (25)×(1+α 2 (T N −25)+・・・+K n (25)×(1+α n (T N −25))
但し、Nは1以上n以下の整数であり、nは2以上の整数であり、前記式はK(T 1 )、K(T 2 )、・・・、K(T n )の集合であり、K(T N )は液温がT N ℃の時のn種類の陰イオンを有する溶液の電気伝導率であり、K 1 (25)、K 2 (25)、・・・、K n (25)は、いずれかの陰イオン一種だけを有する溶液の温度25℃における電気伝導率であり、α 1 、α 2 、・・・α n は、いずれかの陰イオン一種だけを有する溶液の温度係数である。
(3) 前記複数の陰イオンが強電解性の1価の陰イオンと2価の陰イオンとである前記(1)又は(2)に記載の陰イオン濃度測定装置であり、
(4) 前記試料水は、カチオンが除去されてなる試料水である前記(1)〜(3)のいずれか一項に記載の陰イオン濃度測定装置であり、
(5) 前記試料水は塩素イオンと硫酸イオンとを含有し、前記複数の電気伝導率測定器が第1電気伝導率測定器及び第2電気伝導率測定器であることを特徴とする前記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の陰イオン濃度測定装置であり、
(6) 前記異なる温度における温度差が30〜50℃である前記(1)〜(5)のいずれか一項に記載の陰イオン濃度測定装置である。
前記課題を解決するための他の手段は、
(7) 蒸気で発電タービンを回転させることにより発電をする発電装置であって、
前記蒸気を冷却して得られる凝結液を試料水とする前記(1)〜(6)のいずれか一項に記載の陰イオン濃度測定装置を備えることを特徴とする発電装置であり、
(8) 前記発電装置が地熱発電装置である前記(7)に記載の発電装置である。
前記課題を解決するための他の手段は、
(9) 地中から取り出された蒸気を冷却して得られた凝結液に含まれるシリカの濃度を自動測定するシリカ濃度測定器と、前記凝結液を試料水としてその試料水の電気伝導率を、互いに異なる温度で測定する複数の電気伝導率測定器を備えて成る前記(1)〜(6)のいずれか一項に記載のイオン濃度測定装置と、前記凝結液のpH値を自動測定するpH計と、前記シリカ濃度測定器、イオン濃度測定装置及びpH計それぞれで測定されたデータを自動送信するデータ処理送信器とを備えて成ることを特徴とする蒸気性状自動測定装置であり、
(10) 前記蒸気の冷却により分離した非凝縮性ガス、及び前記凝結液から分離された非凝縮性ガスの合計流量を連続的に自動測定する非凝縮性ガス量自動計測器を有する前記(9)に記載の蒸気性状自動測定装置であり、
(11) 前記非凝縮性ガス量自動計測器は、前記蒸気を冷却することにより凝結した凝結液の流量と、前記蒸気の冷却により分離した非凝縮性ガス、及び前記凝結液から分離された非凝縮性ガスの合計流量とから、発電タービンに供給される前記蒸気中に含まれる非凝縮性ガスの量を連続的に自動測定するように形成されて成る前記(10)に記載の蒸気性状自動測定装置であり、
(12) 前記データ処理送信器は、前記非凝縮性ガス量自動計測器で測定されたデータを自動送信する機能を備えて成る前記(10)又は(11)に記載の蒸気性状自動測定装置であり、
(13) 前記電気伝導率測定器に供される試料水中に存在する妨害成分を除去する妨害成分除去装置を有する前記(9)〜(12)のいずれか一項に記載の蒸気性状自動測定装置である。
前記課題を解決するための他の手段は、
(14) 前記(1)〜(6)のいずれか一項に記載の陰イオン濃度測定装置、前記(7)又は(8)に記載の発電装置、又は(9)〜(13)のいずれか一項に記載の蒸気性状自動分析装置を備えて成ることを特徴とする地熱発電装置である。
この発明に係る陰イオン濃度測定装置により試料水中に含まれる複数の特定陰イオンの濃度を測定することのできる原理は、以下のようである。
陰イオンa1を一種だけ有し、かつ無限希釈された第1溶液S1の陰イオン濃度C1は、温度T1におけるその第1溶液S1の電気伝導率K1に比例する。
陰イオンa2を一種だけ有し、かつ無限希釈された第2溶液S2の陰イオン濃度C2は、温度T1におけるその第1溶液S2の電気伝導率K2に比例する。
無限希釈された陰イオンa1と第2の陰イオンa2とを有する溶液の、温度T1における電気伝導率K(a1+a2)は、以下の式(1)に示されるように、個別の電気伝導率K1と電気伝導率K2との総和になる。
K(T1)=K1+K2 ・・・(1)
上記導電率の相加性を一般化すると、以下のようである。
試料水中に、測定対象である特定の陰イオンが複数種a1、a2・・・anあるとする。
陰イオンa1を一種だけ有し、かつ無限希釈された第1溶液S1の陰イオン濃度C1は温度T1におけるその第1溶液S1の電気伝導率K1に比例する。
陰イオンa2を一種だけ有し、かつ無限希釈された第2溶液S2の陰イオン濃度C2は、温度T1におけるその第1溶液S2の電気伝導率K2に比例する。
以下同様にして、陰イオンanを一種だけ有し、かつ無限希釈された第n溶液Snの陰イオン濃度Cnは温度T1におけるその第n溶液Snの電気伝導率Knに比例する。
無限希釈された第1陰イオンa1から第n陰イオンanまでを有する溶液の、温度T1における電気伝導率K(a1〜an)は、以下の式(2)に示されるように、個別の電気伝導率K1から電気伝導率Knまでの総和になる。
K(T1)=ΣKN (但し、Nは1〜nの整数を示す。) ・・・(2)
一方、無限希釈された、一種の陰イオンa1のみを有する第1溶液S1の電気伝導率K1は第1溶液の温度に比例して変化する。温度25℃における第1溶液S1の電気伝導率K1(25)と温度T1における第1溶液S1の電気伝導率K1(T1)とは、以下の関係式(3)を満たす。
K1(T1)=K1(25)×(1+α(T1−25)) ・・・(3)
ただし、αは温度係数である。この温度係数αは、第1溶液S1の電気伝導率を異なる温度で測定することにより求めることができるので、既知である。K1(25)は、液温25℃のときの電気伝導率である。
試料水中に陰イオンa1と陰イオンa2とが含有されている場合に、温度T1と温度T2とで測定された試料水の電気伝導率K1+2(T1)及びK1+2(T2)は、前記式(1)と式(2)とから、以下のように示すことができる。
K1+2(T1)=K1(25)×(1+α1(T1−25))+K2(25)×(1+α2(T1−25)) ・・・(4)
K1+2(T2)=K1(25)×(1+α1(T2−25))+K2(25)×(1+α2(T2−25)) ・・・(5)
陰イオンa1を有する第1溶液S1における温度係数α1及び陰イオンa2を有する第2溶液S2における温度係数α2は既知であり、温度T1及びT2も既知であるから、測定値K1+2(T1)及び測定値K1+2(T1)は測定される値であるから、未知数K1(25)及びK2(25)は上記式(4)及び式(5)を二元連立方程式として解くことにより求めることができる。
陰イオンa1のみを有する第1溶液S1の電気伝導率K1(25)が判明すれば、陰イオンa1の濃度と電気伝導率K1(25)との関係に基づいて、陰イオンa1の濃度を求めることができる。陰イオンa2についても同様に、陰イオンa2のみを有する第2溶液S2の電気伝導率K2(25)が判明すれば、陰イオンa2の濃度と電気伝導率K2(25)との関係に基づいて、陰イオンa2の濃度を求めることができる。
以上を一般化して、n種類の陰イオンanを有する第n溶液Snをn個の異なる温度でその電気伝導率K(Tn)を測定し、n元連立方程式を解くと各陰イオンの濃度を求めることができる。
温度を異ならせて試料水の電気伝導率を測定する場合のその異なる温度の温度差は、通常30〜50℃であるのが好ましい。電気伝導率測定器の測定精度が理想的に高いと温度差は1℃程度であってもよいが、実際的な測定精度を考慮する上記温度範囲内で異なる温度とするのが好い。
この発明によると、蒸気で発電タービンを回転させることにより発電をする発電装置例えば地熱発電所の発電装置、火力発電所の発電装置、原子力発電所の発電装置における前記蒸気を冷却して得られる水中の陰イオン、特に塩素イオンと硫酸イオンとの陰イオン濃度を測定することにより、発電タービンに発生する化学的腐食を予測することができるので、発電タービン翼の故障を事前に防止することができ、保守を的確に行うことのできる発電装置を提供することができる。
地熱発電を例にして言うと、発電タービンの円滑な回転を阻害する要因としては、シリカが発電タービンの翼に固着し、これによって発電タービンへの蒸気噴射口における内外の圧力差が大きくなること、発電タービンの翼の腐食、割れ等が発生することによる発電タービン回転の変化、及び非凝縮ガスによる復水器の真空度の低下等が挙げられる。
なお、陰イオン濃度測定装置における演算手段は、地熱発電所及び前記データ受信施設のいずれに設置されていてもよい。
前記シリカの濃度、電気伝導率、及びpH値、さらに非凝縮性ガスの量を経時的に自動測定することにより実現することのできる地熱発電操業の支援として、
(1)汽水分離器(熱水セパレータ)への蒸気の供給量の制御、
(2)汽水分離器に供給する水の量を変更することによる気水分離効率の制御、
(3)機器や配管内面にシリカが固着するのを防止するため、気水分離した熱水へ添加する酸の量の制御、
(4)復水器内の真空状態を発生させる復水器真空発生装置の運転状況の制御、
(5)発電タービンのバイパス運転、
(6)気液ニ相流体を取り出す生産井の数の変更、
(7)生産井から取り出す気液二相流体の採取量の制御
等を挙げることができる。
図1に示される陰イオン濃度測定装置は、蒸気を冷却することにより得られる凝結液から採取された液を試料水とする測定装置である。
この陰イオン濃度測定装置は、陰イオンを測定する対象物の存在する場所、例えば地熱発電所に設置される。
図1に示されるように、陰イオン濃度測定装置50は、第1電気導電率測定器51と第2電気伝導率測定器52とを備える。
第1電気伝導率測定器51には、試料水を第1電気伝導率測定器51に導入する試料液導入管53が結合される。第1電気伝導率測定器51と第2伝導率測定器52とは、第1電気伝導率測定器51で電気伝導率が測定された試料水を第2電気伝導率測定器52に送出する移送管54で、結合される。
第2電気伝導率測定器52は、電気伝導率が測定された試料水を排出する排出管55が結合されている。
第1電気伝導率測定器51としては、温度T1で、試料水の電気伝導率を測定する装置を採用することができる。温度T1で試料水の電気伝導率を測定することができる限り、市販の電気伝導率計を採用することができる。市販の電気伝導率計が、試料水の温度をT1に維持する機能を有していないときには、市販の電気伝導率計と電気伝導率を測定するための電極を浸漬する試料水を加熱する加熱手段とを組み合わせて成る、測定温度調節機能付きの電気伝導率計が、好ましい。また、前記加熱手段を備えていない市販の電気伝導率計を採用する場合には、前記電気伝導率計に試料水を送り込む試料水導入管53に温度調節機能付きの加熱手段(図示せず。)を設けて、試料水導入管53を通過する試料水を温度T1に成るように試料水を加熱するようにしてもよい。加熱手段を備えていない電気伝導率計を採用する場合には、前記温度T1は常温である。
第1電気伝導率測定器51に導入される試料水は、予め妨害成分を除去しておく妨害成分除去装置(図示せず。)で処理されるのが、好ましい。
地熱発電装置にこの陰イオン濃度測定装置を組み込む場合には、試料水中に含まれる陰イオンとして塩素イオン及び硫酸イオンを挙げることができる。第1電気伝導率測定器51で電気伝導率を測定する場合には、試料水中に塩素イオン及び硫酸イオン以外のイオン種が含まれているとそれらは妨害成分となる。地下から採取される蒸気を冷却することにより生成する凝結液から試料水を得るときには、前記蒸気中にはカチオン、硫化水素、炭酸ガス等の妨害成分を含んでいる。したがって、妨害成分除去装置としては、カチオン除去装置例えば陰イオン交換樹脂を充填した陰イオン交換装置と炭酸ガスを脱気する脱気槽との組み合わせを挙げることができる。
試料水が予め特定の二種の陰イオン種だけが含まれていることが明らかである場合には、前記妨害成分除去装置が不要になることは、言うまでもない。
第1電気伝導率測定器51で測定された試料水の電気伝導率に対応するデータは、演算手段56に出力される。
第2電気伝導率測定器52としては、温度T2で、試料水の電気伝導率を測定する装置を採用することができる。温度T2で陰イオン濃度を測定することができる限り、市販の電気伝導率計を採用することができる。市販の電気伝導率計が、試料水の温度をT2に維持する機能を有していないときには、市販の電気伝導率計と電気伝導率を測定するための電極を浸漬する試料水を加熱する加熱手段とを組み合わせて成る、測定温度調節機能付きの電気伝導率計が好ましい。また、前記加熱手段を備えていない市販の電気伝導率計を採用する場合には、前記第2電気伝導率計52に試料水を送り込む移送管54に加熱手段を設けて、移送管54を通過する試料水を加熱するようにしてもよい。
第2電気伝導率測定器52で測定された試料水の電気伝導率に対応するデータは、演算手段56に出力される。
第1電気伝導率測定器51と第2電気伝導率測定器52とは、試料液の電気伝導率を測定することができる限り、同じ型式の測定器を採用することが好適である。
演算手段56に入力されたところの、第1電気伝導率測定器51及び第2電気伝導率測定器52それぞれから出力されるデータは、次ぎのように演算処理される。
演算手段56は、以下の計算式(7)及び計算式(8)を記憶する計算式メモリ(図示せず)と、無限希釈された25℃の塩酸溶液の温度係数αc及び無限希釈された25℃の硫酸溶液の温度係数αsをそれぞれ記憶するデータメモリ、第1電気伝導率測定器51及び第2電気伝導率測定器52から出力されてくる測定データ及び前記データメモリから読み出したαc及びαsを以下の計算式(7)及び計算式(8)に当て嵌めて、二元連立方程式を解く計算部とを有する。
K(T1)=Kc(25)×(1+αc(T1−25))+Ks(25)×(1+αs(T1−25)) ・・・(6)
K(T2)=Kc(25)×(1+αc(T2−25))+Ks(25)×(1+αs(T2−25)) ・・・(7)
計算部で演算された結果である塩素イオンに起因する電気伝導率Kc(25)と硫酸イオンに起因する電気伝導率Ks(25)に基づいて、演算部は、電気伝導率とイオン濃度との対照表から、塩素イオン濃度及び硫酸イオン濃度を算出する。算出された塩素イオン濃度及び硫酸イオン濃度は、出力装置57例えばCRT表示装置、液晶表示装置、XYプロッター等に出力され、表示される。
(1)第1電気伝導率測定器51及び第2電気伝導率測定器52と演算部56及び表示装置57とは、試料水のイオン濃度を測定する現場に設置されていてもよく、また、(2)第1電気伝導率測定器51と第2電気伝導率測定器52と演算手段56とを試料水のイオン濃度を測定する必要のある現場に設置する一方、表示装置57は現場から離れた遠隔の場所に設置していてもよく、或いは、(3)第1電気伝導率測定器51と第2電気伝導率測定器52とを試料水のイオン濃度を測定する必要のある現場に設置する一方、演算手段56と表示装置57とは現場から離れた遠隔の場所に設置していてもよい。
前記現場としては、地熱発電所、火力発電所、原子力発電所における蒸気の流通する場所及びその近傍を挙げることができ、現場から離れた遠隔の場所としては、操作員及び監視員等の人材を確保するのが容易で、この陰イオン濃度測定装置を遠隔操作するのに便利な施設及び設備等を有する監視センターを設置することのできる場所を挙げることができる。
前記(2)の場合、演算手段56から出力されるデータは、有線又は無線により表示装置57に電送され、前記(3)の場合、第1電気伝導率測定器51及び第2電気伝導率測定器52からデータが演算手段56に、有線又は無線により、電送される。有線による電送は、専用電話回線によってもよく、また、インターネットによってもよい。
以上説明した陰イオン濃度測定装置は、二種の陰イオンの濃度を測定する装置に関するが、複数種(n種)の陰イオンが含まれる試料水中のそれら複数種のイオン濃度を測定しようとする場合には、n基の電気伝導率測定器を設置するとともに、以下のn個の計算式を内蔵する演算手段を採用するのがよい。
K(TN)=Kc(25)×(1+αc(TN−25))+Ks(25)×(1+αs(TN−25)) ・・・(8)
但し、Nは1〜nの整数である。前記(8)式はK(T1)、K(T2)、・・・、K(Tn)の集合である。
この陰イオン濃度測定装置は、例えば地熱発電装置に組み込むことができる。
地熱発電所は、生産井と、生産井から取り出された気液二相流体を熱水と蒸気とに分離する汽水分離器、この汽水分離器により分離された蒸気が噴射されることにより回転する発電タービン、この発電タービンの回転軸の回転により回転子を回転させ、回転子の回転により発電を行う発電機と、発電タービンの回転の仕事を最大とするために蒸気を水にすることでタービン出口をできるだけ高度の減圧状態、特にほぼ真空の状態にする復水器とを有する。
なお、試料水中の塩素イオン及び硫酸イオンそれぞれの陰イオン濃度を正確に測定する場合には、試料水をカチオン除去装置14に通過させてカチオンを除去しておくのが、好ましく、炭酸イオンを除去するため試料水を脱気処理装置15で処理しておくのが、好ましい。
したがって、この脱気処理装置15は、試料水貯留槽36と、この試料水貯留槽36内に貯留されている試料水を加熱する加熱ヒータ22と、この試料水貯留槽36内に貯留されている試料水に窒素ガスを吹き込む窒素ガス導入管23とを備えている。なお、この脱気処理装置15はさらに、脱気ガスを排出するベント管24と、試料水貯留槽36内に貯留される試料水が一定量以上になるとオーバーフローして脱気処理装置15の外に排出する排出管25と、脱気処理後の試料水を移送する配管26とを有する。
脱気装置18は、例えば大きな表面積を有する中空糸膜を介して試料水を、炭酸ガスを含まない気体に接触させ、炭酸ガスの濃度差により試料水から溶存炭酸ガスを除去する装置である。
図2及び図3に示される第1電気伝導率測定器19a及び第2電気伝導率測定器1bはいずれも同じ型式を有する市販品であり、第1電気伝導率測定器19a及び第2電気伝導率測定器1bそれぞれに供給される試料水を所定温度に加熱する加熱手段例えばヒータを備えている。
前記第1電気伝導率測定器19a及び前記第2電気伝導率測定器19bで電気伝導率を測定する対象となる試料水は、脱気処理装置15及び脱気装置18により脱気処理されているので炭酸ガス及び硫化水素が除去されており、カチオン除去装置14でカチオンが除去されている。したがって、炭酸ガス、硫化水素及びカチオンの除去された試料水には、塩素イオンと硫酸イオンとが含まれている。第1電位伝導率測定器19aは、この試料水の電気伝導率を例えば常温で測定し、データ処理送信記28Aに出力する。第2電気伝導率測定器19bは、この試料水の電気伝導率を例えば常温よりも30〜50℃高い温度で測定し、データ処理送信記28Aに出力する。なお、生産井から採取される蒸気の中には硫酸が含まれているが、硫酸は不揮発性物質であるので、汽水分離器5で分離された高温蒸気を冷却して得られた試料水の中には硫酸が残留することになる。したがって、第1電気伝導率測定器19a及び前記第2電気伝導率測定器19bで電気伝導率を測定することは、試料水中の塩素イオン及び硫酸イオンそれぞれの濃度を正確に測定する目的に対して技術的な意義がある。
塩素イオン濃度は、例えば以下の換算式(8)に従って算出される。
塩素イオン濃度(ppb)=[電気伝導率(μS/cm)÷12.071]×100 ・・・(8)
なお、上記換算式は一例であって、地熱発電所が立地する場所における蒸気の性状等の分析から適宜に決定される。
硫酸イオン濃度は、例えば以下の換算式(9)に従って算出される。
換算式(9):
硫酸イオン濃度(ppb)=[電気伝導率(μS/cm)÷9.15]×100 ・・・(9)
なお、上記換算式は一例であって、地熱発電所が立地する場所における蒸気の性状等の分析から適宜に決定される。
貯留槽内の凝結液が最高位置にあるときの容積:B
貯留槽内の凝結液が最低位置にあるときの容積:C
凝結液の液面が最低位置にある時刻から最高位置に達するまでの時間:D
凝結液の流量の演算式:
A=(C−B)/D ・・・(10)
非凝縮性ガスの流量:E
ガス流量計の流量指示値:F
凝結液中の飽和溶存ガス量:G (大気圧下では温度に依存する値)
蒸気中に含まれる非凝縮性ガスの流量: E=F+G ・・・(11)
凝結液の流量と非凝縮性ガスの流量との比率H:
H=E/A ・・・(12)
データ処理送信器28Aは、前記演算処理装置29で算出された非凝縮性ガス量を、凝結液の流量と非凝縮性ガスの流量との比率Hとして、受信器28Bに送信する。
このカチオン除去装置は、妨害成分除去装置の一例である。カチオン除去装置14を通過した、カチオン除去後の凝縮液及び非凝縮性ガスの混合物が、脱気処理装置15に供給される。カチオンが除去された凝縮液中の炭酸は重炭酸イオンへと変化し、さらに溶存炭酸ガスに変化する。溶存炭酸ガスを含む凝縮液及び非凝縮性ガスの混合物を脱気処理装置15に一定時間供給し続けて、オーバーフローする水を、排出管25を通じて排出する。
次いで、一定時間が経過してから、弁41を閉鎖してカチオン除去装置14及び脱気処理装置15への混合物の供給を停止し、配管13及び配管31を通じて移送される混合物を非凝縮性ガス量自動計測器21における貯留槽32に供給する。これによって、脱気処理装置15に凝結液としての試料水が封じられることになる。
次いで、脱気処理装置15内の試料水を、加熱ヒータ22により所定温度に加熱しつつ、一定時間窒素ガス導入管23から窒素ガスを試料水に吹き込み、バブリングする。窒素ガスのバブリングにより脱気処理装置15内の試料水から炭酸ガス及び硫化水素ガスとして除去する。この脱気処理装置もまた妨害成分除去装置の一例である。
この脱気処理装置15では、試料水を窒素ガスでバブリングすることにより窒素ガスと試料水中に含まれる炭酸ガスとの分圧の差により炭酸ガスが窒素ガスへ移行することを利用して脱気を行っている。このとき、窒素ガスの供給をバブリングノズル入口の自動弁44に連動して窒素ガスの供給開始及びその停止を行うようにすると、使用する窒素ガスの量を節減することができる。一定時間かけての脱気が終了すると、弁43及び弁46を閉鎖したままで弁42及び弁45を開放して脱気処理装置15内の脱気後の試料水を配管26を通じて、脱気装置18に送り込んでさらなる炭酸ガスの脱気を行い、炭酸ガスを脱気した試料水を第1電気伝導率測定器19a及び第2電気伝導率測定器19bに順次に供給して試料水の電気伝導率を測定する。なお、この脱気装置18もまた、妨害成分除去装置の一例である。第1電気伝導率測定器19a及び第2電気伝導率測定器19bで測定された電気伝導率は電気信号データとしてデータ処理送信器28Aにおける演算処理装置29に送信される。
(1)汽水分離器(熱水セパレータ)への蒸気の供給量の制御、
(2)汽水分離器に供給する水の量を変更することによる汽水分離効率の制御、
(3)機器や配管内面にシリカが固着するのを防止するため、気水分離した熱水添加する酸の量の制御、
(4)復水器内の真空状態を発生させる復水器真空発生装置の運転状況の制御、
(5)発電タービンのバイパス運転、
(6)気液二相流体を取り出す生産井の数の変更、
(7)生産井から取り出す気液二相流体の採取量の制御、
(8)稼働している生産井の稼働本数の変更、
のいずれか一つ又は二つ以上を選択して、地熱発電の操業内容を変更することができ、これによって発電タービンの翼にスケールが固着するのを防止し、復水器内の真空度を保持することによって発電効率を高めることができる。
2 地熱発電装置
3 発電タービン
4 復水器
5 汽水分離器
6 配管
7 水スプレー装置
8 配管
9 第2スプレー装置
10 分岐管
11 開閉弁
12 冷却器
13 配管
14 カチオン除去装置
15 脱気処理装置
16 シリカ濃度測定器
17 冷却器
18 脱気装置
19 電気伝導率測定器
20 pH計
21 非凝縮性ガス量自動計測器
22 加熱ヒータ
23 窒素ガス導入管
24 ベント管
25 排出管
26 配管
27 配管
28A データ処理送信器
28B 受信器
29 演算処理装置
30 通信伝達手段
31 配管
32 貯留槽
33 排出管
34 自動ドレン弁
35 排出管
50 陰イオン濃度測定装置
51 第1電気導電率測定器
52 第2電気伝導率測定器
53 試料液導入管
54 移送管
55 排出管
56 演算手段
Claims (14)
- 陰イオン濃度の測定対象となる複数の陰イオンを含有する試料水の電気伝導率を、前記試料水の電気伝導率が温度に比例して変化する温度範囲において、互いに異なる温度で測定する複数の電気伝導率測定器を備え、
前記複数の電気伝導率測定器から出力される複数のデータに基づいて、陰イオンの種類の数に応じた多元連立方程式を解くことにより、測定対象の各陰イオンの陰イオン濃度を算出する演算手段を備えて成る陰イオン濃度測定装置。 - 前記演算手段は、以下の多元連立方程式を解くことにより、測定対象の各陰イオンの陰イオン濃度を算出することを特徴とする請求項1に記載の陰イオン濃度測定装置。
式:K(T N )=K 1 (25)×(1+α 1 (T N −25)+K 2 (25)×(1+α 2 (T N −25)+・・・+K n (25)×(1+α n (T N −25))
但し、Nは1以上n以下の整数であり、nは2以上の整数であり、前記式はK(T 1 )、K(T 2 )、・・・、K(T n )の集合であり、K(T N )は液温がT N ℃の時のn種類の陰イオンを有する溶液の電気伝導率であり、K 1 (25)、K 2 (25)、・・・、K n (25)は、いずれかの陰イオン一種だけを有する溶液の温度25℃における電気伝導率であり、α 1 、α 2 、・・・α n は、いずれかの陰イオン一種だけを有する溶液の温度係数である。 - 前記複数の陰イオンが強電解性の1価の陰イオンと2価の陰イオンとである前記請求項1又は2に記載の陰イオン濃度測定装置。
- 前記試料水は、カチオンが除去されてなる試料水である前記請求項1〜3のいずれか一項に記載の陰イオン濃度測定装置。
- 前記試料水は塩素イオンと硫酸イオンとを含有し、前記複数の電気伝導率測定器が第1電気伝導率測定器及び第2電気伝導率測定器であることを特徴とする前記請求項1〜4のいずれか一項に記載の陰イオン濃度測定装置。
- 前記異なる温度における温度差が30〜50℃である前記請求項1〜5のいずれか一項に記載の陰イオン濃度測定装置。
- 蒸気で発電タービンを回転させることにより発電をする発電装置であって、
前記蒸気を冷却して得られる凝結液を試料水とする前記請求項1〜6のいずれか一項に記載の陰イオン濃度測定装置を備えることを特徴とする発電装置。 - 前記発電装置が地熱発電装置である前記請求項7に記載の発電装置。
- 地中から取り出された蒸気を冷却して得られた凝結液に含まれるシリカの濃度を自動測定するシリカ濃度測定器と、前記凝結液を試料水としてその試料水の電気伝導率を、互いに異なる温度で測定する複数の電気伝導率測定器を備えて成る前記請求項1〜6のいずれか一項に記載のイオン濃度測定装置と、前記凝結液のpH値を自動測定するpH計と、前記シリカ濃度測定器、イオン濃度測定装置及びpH計それぞれで測定されたデータを自動送信するデータ処理送信器とを備えて成ることを特徴とする蒸気性状自動測定装置。
- 前記蒸気の冷却により分離した非凝縮性ガス、及び前記凝結液から分離された非凝縮性ガスの合計流量を連続的に自動測定する非凝縮性ガス量自動計測器を有する前記請求項9に記載の蒸気性状自動測定装置。
- 前記非凝縮性ガス量自動計測器は、前記蒸気を冷却することにより凝結した凝結液の流量と、前記蒸気の冷却により分離した非凝縮性ガス、及び前記凝結液から分離された非凝縮性ガスの合計流量とから、発電タービンに供給される前記蒸気中に含まれる非凝縮性ガスの量を連続的に自動測定するように形成されて成る前記請求項10に記載の蒸気性状自動測定装置。
- 前記データ処理送信器は、前記非凝縮性ガス量自動計測器で測定されたデータを自動送信する機能を備えて成る前記請求項10又は11に記載の蒸気性状自動測定装置。
- 前記電気伝導率測定器に供される試料水中に存在する妨害成分を除去する妨害成分除去装置を有する前記請求項9〜12のいずれか一項に記載の蒸気性状自動測定装置。
- 前記請求項1〜6のいずれか一項に記載の陰イオン濃度測定装置、前記請求項7又は8に記載の発電装置、又は請求項9〜13のいずれか一項に記載の蒸気性状自動分析装置を備えて成ることを特徴とする地熱発電装置。
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