JP5932418B2

JP5932418B2 - 海水淡水化装置

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Publication number: JP5932418B2
Application number: JP2012061572A
Authority: JP
Inventors: 功一後藤; 武士松代; 潮子栗原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2032-03-19
Also published as: JP2013193017A

Description

本発明の実施形態は、海水を淡水化する海水淡水化装置に関する。

逆浸透膜を用いた海水淡水化装置が知られている。この海水淡水化装置は、海水を海水ポンプにて搬送し、前処理膜に流入させる。前処理膜は例えば中空糸膜であり、海水は濾過により固体物が取り除かれた濾過水になる。濾過水は、例えば６ＭＰａ超の浸透圧ポンプにより昇圧され高圧海水になり、逆浸透膜に流入する。逆浸透膜により高圧海水は、膜を通過する淡水と通過しない濃縮海水に分離される。このように飲料水に利用するための淡水を得ている。

蒸気タービンプラントにおいては、給水ポンプにより水がボイラに搬送され、そこで加熱される事で蒸気に変化する。ボイラは例えば石炭を燃料とし発生した燃焼排ガスによって水を加熱する。蒸気は蒸気タービンに流入し、蒸気タービン内部にて膨張し、圧力、温度ともに低下する。

タービン排気は復水器に流入する。タービン排気は復水器にて海水により冷却され水になり、循環する。海水は海水ポンプにて復水器に搬送されている。膨張していく蒸気によって回転する蒸気タービンの回転軸は発電機に接続されており、発生した軸動力を用いて発電機にて発電される。

特開昭５２−２７０６７号公報特許第４４７５９２５号公報

電力需要は時間帯によって異なり、夜間は電力余剰状態にある。一部の発電所では夜間発電しなくてもよい状態にあるが、ボイラは容易に停止したり運転開始したりできず運転し続けたい。そこで一部の発電所では夜間、ボイラや蒸気タービンを部分負荷運転する事で発電量を減らしている。

夜間余っている蒸気タービンプラントのエネルギを、海水淡水化に利用したい。余剰エネルギを利用できれば、海水淡水化の消費エネルギ低減が図られる。更に、余剰エネルギとして熱が利用できれば逆洗浄に用いる洗浄水を加熱することで、洗浄に用いられる薬品注入量の低減が図られる。又、昼間電力を低減する事で、電力平準化になる。尚、蒸気タービンプラント、海水淡水化装置はともに海水を用いるため、海の近くに設置されている。

本発明が解決しようとする課題は、電力需要に応じて、蒸気タービンプラントの余剰エネルギを海水淡水化に利用できる海水淡水化装置を提供する。

一実施形態に係る海水淡水化装置は、発電機を駆動する蒸気タービンと複合し、前記海水の淡水化を実施する海水淡水化装置であり、前記蒸気タービンからの抽気蒸気により駆動される第２の蒸気タービンを具備し、前記第２の蒸気タービンの発生動力により駆動され、海水または淡水を搬送するポンプと、電力の需要供給情報に基づいて前記抽気蒸気の流通を停止する停止手段と、を具備することを特徴とする。

第１実施形態にかかる海水淡水化装置の全体を示す構成図。第２実施形態にかかる海水淡水化装置の全体を示す構成図。第３実施形態にかかる海水淡水化装置の全体を示す構成図。第４実施形態にかかる海水淡水化装置の全体を示す構成図。第５実施形態にかかる海水淡水化装置の全体を示す構成図。第６実施形態にかかる海水淡水化装置の全体を示す構成図。第７実施形態にかかる海水淡水化装置の全体を示す構成図。第１の技術にかかる蒸気タービンプラントを示す概略図。第２の技術にかかる蒸気タービンプラントを示す概略図。第３の技術にかかる海水淡水化装置を示す概略図。第４の技術にかかる海水淡水化装置を示す概略図。第５の技術にかかる海水淡水化装置を示す概略図。第６の技術にかかる海水淡水化装置を示す概略図。第７の技術にかかる海水淡水化装置を示す概略図。

＜第１の技術＞
以下、本実施形態を説明するにあたり、各実施形態の前提となる第１〜第７の技術を、図を用いて説明する。第１の技術にかかる蒸気タービンプラントを、図８を用いて説明する。第１の技術にかかる蒸気タービンプラントでは、水６は、給水ポンプ７によりボイラ３に搬送され、そこで加熱される事で蒸気２に変化する。ボイラ３は、例えば石炭を燃料とし発生した燃焼排ガスによって水６を加熱する。蒸気２は、蒸気タービン１に流入し、蒸気タービン１内部にて膨張し、圧力、温度ともに低下する。

タービン排気４は、復水器５に流入する。タービン排気４は復水器５にて海水により冷却され水６になり、循環する。図示していないが、海水は海水ポンプにて復水器５に搬送されている。膨張していく蒸気２によって回転する蒸気タービン１の回転軸は図示していない発電機に接続されており、発生した軸動力を用いて発電機にて発電される。

＜第２の技術＞
第２の技術である蒸気タービンプラントを、図９を用いて説明する。第１の技術と異なる部分のみ説明する。これは、蒸気タービン１の途中段にて抽気蒸気８を抽気し、給水加熱器９に流入させる。タービン排気４は、復水器５にて海水により冷却され復水１０になり、給水加熱器９に流入し、そこで抽気蒸気８の熱によって加熱される。

抽気蒸気８は給水加熱器９で冷却されドレン１１になり、ドレンポンプ１２により搬送され、給水加熱器９を通過した復水１０に合流する。合流した水は水６としてボイラ３に流入する。第１の技術と比較してカルノーサイクルにより近くなりタービンサイクル効率が高くなる。

＜第３の技術＞
第３の技術である海水淡水化装置を、図１０を用いて説明する。これは、海水１３を海水ポンプ１４にて搬送し、前処理膜１５に流入させる。前処理膜１５は例えば中空糸膜であり、海水１３は濾過により固体物が取り除かれた前処理膜後海水１６になる。前処理膜後海水１６は、例えば６ＭＰａ超の浸透圧ポンプ１７により昇圧され高圧海水２２になり、逆浸透膜１８に流入する。逆浸透膜１８により高圧海水２２は、膜を通過する淡水１９と通過しない濃縮海水２４に分離される。このように飲料水に利用するための淡水１９を得る。

＜第４の技術＞
第４の技術である海水淡水化装置を、図１１を用いて説明する。第３の技術と異なる部分のみ説明する。これは、前処理膜後海水１６を第２の濾過水２１と第３の濾過水２５に分岐させ、それぞれ浸透圧ポンプ１７と第２の浸透圧ポンプ２３で昇圧させた後、合流させて高圧海水２２にする。濃縮海水２４は高圧なので羽根車２６に流入させると羽根車２６を回転駆動させ低圧となる。第２の浸透圧ポンプ２３と羽根車２６の回転軸は直接的あるいは間接的に接続されており、羽根車２６の回転により第２の浸透圧ポンプ２３は回転駆動する。よって、第３の技術と比較し、浸透圧ポンプ１７の必要動力、即ち消費電力が低減される。

＜第５の技術＞
第５の技術である海水淡水化装置を、図１２を用いて説明する。第３の技術と異なる部分のみ説明する。これは、通常運転では、開閉弁２７、２８を開き、開閉弁７６、７８、３４を閉じる。以下、開閉弁２７等は、流路を開閉させるとともに、流路の分岐手段もしくは停止手段として機能する。逆洗ポンプ７７は停止し、他のポンプは全て運転する。

前処理膜後海水１６は濾過水槽７５に一旦入り、そこから浸透圧ポンプ１７で昇圧されながら搬送される。前処理膜１５には取り除いた固体物が堆積するため、膜が詰まっていき海水１３が流れにくくなっていく。そこで膜差圧がある程度大きくなるか、ある程度時間経過したら、逆洗運転を以下のように実施する。

海水ポンプ１４を停止し、開閉弁２７、２８を閉止する。そして開閉弁７６、７８、３４を開き、逆洗ポンプ７７を運転し、濾過水槽７５からの洗浄水７９を前処理膜１５に流す。洗浄水７９は海水１３と逆方向に流れるため、膜に堆積した固体物は洗浄水７９に乗って、図示していない洗浄排水槽に排出される。このように前処理膜１５を水流によって逆洗する事ができる。尚、逆洗を繰り返しても前処理膜１５の差圧はある程度の割合で上昇していくので、充分に差圧が上昇したら、薬品を用いた洗浄も実施する。尚、逆洗運転中も浸透圧ポンプ１７は運転し、濾過水槽７５に貯蔵されている前処理膜後海水１６を昇圧しながら搬送し、淡水化処理を継続する。

＜第６の技術＞
第６の技術である海水淡水化装置を、図１３を用いて説明する。第５の技術と異なる部分のみ説明する。これは、通常運転では、開閉弁２７、２８を開き、開閉弁７６、７８、３５、３６、３４を閉じる。逆洗ポンプ７７、第２の逆洗ポンプ３２は停止し、他のポンプは全て運転する。ヒータ８０は例えば電気ヒータであり、通常は作動させない。前処理膜後海水１６は濾過水槽７５に一旦入り、そこから浸透圧ポンプ１７で昇圧されながら搬送される。淡水１９は淡水水槽２９に流入し、そこから淡水ポンプ３０により第２の淡水３１として適当量が取り出される。前処理膜１５には取り除いた固体物が堆積するため、膜が詰まっていき海水１３が流れにくくなっていく。そこで膜差圧がある程度大きくなるかある程度時間経過したら、逆洗運転を以下のように実施する。

海水ポンプ１４を停止し、開閉弁２７、２８を閉止する。そして開閉弁７６、７８、３４を開き、逆洗ポンプ７７を運転し、濾過水槽７５からの洗浄水７９を前処理膜１５に流す。洗浄水７９は海水１３と逆方向に流れるため、膜に堆積した固体物は洗浄水７９に乗って、図示していない洗浄排水槽に排出される。さて、逆洗運転の実施の内、幾つか例えば数回に１回においては、以下のように実施する。

海水ポンプ１４を停止し、開閉弁２７、２８、７６、７８を閉止する。そして開閉弁３４、３５、３６を開き、第２の逆洗ポンプ３２を運転し、ヒータ８０を作動させ第２の洗浄水３３を加熱する。濾過水槽７５からの洗浄水７９を加熱せず、淡水水槽２９からの第２の洗浄水３３を加熱するのは、海水成分によるヒータ８０の腐食を防止するためであり、洗浄水加熱器６３を開閉弁７６と開閉弁７８の間に配置し、洗浄水７９を加熱してもよい。

淡水水槽２９からの第２の洗浄水３３を前処理膜１５に流すが、前処理膜１５に流入する時点では温水である。第２の洗浄水３３は海水１３と逆方向に流れるため、膜に堆積した固体物は第２の洗浄水３３に乗って、図示していない洗浄排水槽に排出される。

このように前処理膜１５を、水流によって逆洗する事ができる。逆洗を繰り返しても前処理膜１５の差圧はある程度の割合で上昇していくので、充分に差圧が上昇したら、薬品を用いた洗浄も実施する。前処理膜１５は温水で逆洗すると洗浄効果が大きいため、加熱された第２の洗浄水３３を用いることで、薬品を用いた洗浄が必要になる値まで膜差圧が上昇する時間が延びる。

よって、薬品を用いた洗浄を実施する時間間隔は第５の技術よりも長くなり、１日当たりの薬品注入量が低減される。尚、温水によるか否かに関わらず逆洗運転中も浸透圧ポンプ１７は運転し、濾過水槽７５に貯蔵されている前処理膜後海水１６を昇圧しながら搬送し、淡水化処理を継続する。

＜第７の技術＞
第７の技術である海水淡水化装置を、図１４を用いて説明する。第３〜６の技術と異なる部分のみ説明する。これは、通常運転時は、開閉弁２７、２８、４７を開き、開閉弁７６、７８、３４、３５、３６を閉じ、逆洗ポンプ７７、第２の逆洗ポンプ３２を停止し、ヒータ８０を作動させない。海水１３は第２の海水ポンプ４０により沈砂池３９に流入し、一部の砂が取り除かれる。その後、第３の海水ポンプ３８により砂濾過器３７に流入し、残りの砂が取り除かれる。その後、第２の海水４１となり調整水槽４２に流入する。

淡水１９は第３の浸透圧ポンプ４４によりやや高圧に昇圧され第２の逆浸透膜４５に流入する。第２の逆浸透膜４５により淡水１９は、膜を通過する第３の淡水４６と通過しない第２の濃縮海水２０に分離される。第３の淡水４６は淡水水槽２９に流入し、第２の濃縮海水２０は調整水槽４２に流入する。

逆洗運転は第６の技術のように実施し、逆洗運転中も浸透圧ポンプ１７、第３の浸透圧ポンプ４４は運転し、濾過水槽７５に貯蔵されている前処理膜後海水１６、あるいは淡水水槽２９内の淡水１９を昇圧しながら搬送し、淡水化処理を継続する。尚、殺菌剤、凝集剤、スケール抑制剤、還元剤、ｐＨ調整剤を図１４のフロー中の適切な場所にて、それぞれ注入する。このように飲料水に利用するための第２の淡水３１を得る。

次に、海水淡水化装置の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
第１実施形態にかかる海水淡水化装置を、図１を用いて説明する。第１〜３の技術と異なる部分のみ説明する。第１実施形態は、請求項１、１２、１３に対応している。

第１実施形態にかかる海水淡水化装置は、夜間、以下のように運転する。開閉弁４８、５３、５４を開く。尚、開閉弁５１、５２を閉じて浸透圧ポンプ１７を停止するシステム構成にしても、夜間も昼間と同様に開閉弁５１、５２を開いて浸透圧ポンプ１７を運転するシステム構成にしてもよい。

抽気蒸気８を小型蒸気タービン４９に流入させる。抽気蒸気８は小型蒸気タービン４９内部にて膨張し、圧力、温度ともに低下し、小型タービン排気５０は復水器５に流入する。第２の浸透圧ポンプ２３と小型蒸気タービン４９の回転軸は直接的あるいは間接的に接続されており、小型蒸気タービン４９の回転により第２の浸透圧ポンプ２３は回転駆動する。

第４の技術では第２の浸透圧ポンプ２３を羽根車２６の回転によって駆動させていたが、第１実施形態では小型蒸気タービン４９の回転によって駆動させる。又、説明していない技術に、小型蒸気タービン４９の回転によって給水ポンプ７を駆動させる技術も存在する。

夜間は、抽気蒸気８を小型蒸気タービン４９に流入させることにより、抽気蒸気８が抽気される段以降にて蒸気タービン１の蒸気流量が減少している上、抽気蒸気８は水６の加熱を実施していないため、蒸気タービンサイクルの発電出力も発電効率も低下するが、電力余剰なので問題ない。第１実施形態にかかる海水淡水化装置は第３の技術と比較し、浸透圧ポンプ１７の必要動力、即ち消費電力が低減されるか、又は不要になる。

第１実施形態にかかる海水淡水化装置は、昼間は、開閉弁４８、５３、５４を閉じ、小型蒸気タービン４９と第２の浸透圧ポンプ２３を駆動させずに、蒸気タービンプラント、海水淡水化装置ともに通常の運転を実施するが、どちらも問題は生じない。

尚、第１実施形態に第４〜７の技術を適用してもよい。第１実施形態では第２の浸透圧ポンプ２３は浸透圧ポンプ１７と並列だが、浸透圧ポンプであればどれと並列させてもよく、第７の技術でいう第３の浸透圧ポンプ４４と並列にさせてもよい。又、抽気蒸気８を給水加熱器９向けと小型蒸気タービン４９向けに分岐手段により分岐し、夜間は後者のみに昼間は前者のみに流通させるよう切替える構成にしてもよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態を、図２を用いて説明する。第１〜３の技術と異なる部分のみ説明する。第２実施形態は、請求項２、３、１２、１３に対応している。

第２実施形態にかかる海水淡水化装置は、夜間、以下のように運転する。開閉弁４８、５４を開いて第４の海水ポンプ６７を運転する。尚、開閉弁５３を閉じて第２の海水ポンプ４０を停止するシステム構成にしても、夜間も昼間と同様に開閉弁５３を開いて第２の海水ポンプ４０を運転するシステム構成にしてもよい。

海水１３、第４の海水５５は合流し第２の海水４１となり調整水槽４２に流入する。その後、海水ポンプ１４により前処理膜１５に搬送される。第４の海水ポンプ６７と小型蒸気タービン４９の回転軸は直接的あるいは間接的に接続されており、小型蒸気タービン４９の回転により第４の海水ポンプ６７は回転駆動する。

夜間は、抽気蒸気８が抽気される段以降にて蒸気タービン１の蒸気流量が減少している上、抽気蒸気８は水６の加熱を実施していないため、蒸気タービンサイクルの発電出力も発電効率も低下するが、電力余剰なので問題ない。海水淡水化装置としては第２の海水ポンプ４０の必要動力、即ち消費電力が低減されるか、又は不要になる。

昼間は、開閉弁４８、５４を閉じ、小型蒸気タービン４９と第４の海水ポンプ６７を駆動させない。夜間、開閉弁５３を閉じて第２の海水ポンプ４０を停止するシステム構成の場合は、昼間、開閉弁５３を開き第２の海水ポンプ４０を運転する。蒸気タービンプラント、海水淡水化装置ともに通常の運転を実施するが、どちらも問題は生じない。

尚、第２実施形態に第４〜７の技術を適用してもよい。抽気蒸気８を給水加熱器９向けと小型蒸気タービン４９向けに分岐し、夜間は後者のみに昼間は前者のみに流通させるよう切替える構成にしてもよい。又、海水淡水化の方法は逆浸透膜を用いる方法である必要はない。

＜第３実施形態＞
第３実施形態を、図３を用いて説明する。第１〜３の技術と異なる部分のみ説明する。第３実施形態は、請求項２、４、５、１２、１３に対応している。

第３実施形態にかかる海水淡水化装置は、夜間、以下のように運転する。開閉弁４８、５３、５４を開く。尚、開閉弁５１、５２を閉じて海水ポンプ１４を停止するシステム構成にしても、夜間も昼間と同様に開閉弁５１、５２を開いて海水ポンプ１４を運転するシステム構成にしてもよい。第２の海水ポンプ４０により海水１３は調整水槽４２に流入する。調整水槽４２から流出した第５の海水５６は、海水ポンプ１４で搬送される第６の海水５７と、第４の海水ポンプ６７で搬送される第７の海水５８に分岐しその後、合流し第８の海水６８となり前処理膜１５に流入する。

第４の海水ポンプ６７と小型蒸気タービン４９の回転軸は直接的、あるいは間接的に接続されており、小型蒸気タービン４９の回転により第４の海水ポンプ６７は回転駆動する。夜間は、抽気蒸気８が抽気される段以降にて蒸気タービン１の蒸気流量が減少している上、抽気蒸気８は水６の加熱を実施していないため、蒸気タービンサイクルの発電出力も発電効率も低下するが、電力余剰なので問題ない。海水淡水化装置は第３の技術と比較し、海水ポンプ１４の必要動力即ち消費電力が低減されるか、又は不要になる。

昼間は、開閉弁４８、５３、５４を閉じ、小型蒸気タービン４９と第４の海水ポンプ６７を駆動させずに、蒸気タービンプラント、海水淡水化装置ともに通常の運転を実施するが、どちらも問題は生じない。抽気蒸気８を給水加熱器９向けと小型蒸気タービン４９向けに分岐し、夜間は後者のみに昼間は前者のみに流通させるよう切替える構成にしてもよい。

尚、第３実施形態に第４〜７の技術や第１、２実施形態の技術を適用してもよい。第３実施形態では第４の海水ポンプ６７は海水ポンプ１４と並列だが、海水や淡水を搬送するポンプであればどのポンプと並列させてもよく、第７の技術でいう、第２の海水ポンプ４０、第３の海水ポンプ３８、淡水ポンプ３０と並列させてもよい。淡水ポンプ３０と並列にした場合が請求項５に対応する。又、海水淡水化の方法は逆浸透膜を用いる方法である必要はない。

＜第４実施形態＞
第４実施形態を、図４を用いて説明する。第１、２、５の技術と異なる部分のみ説明する。第４実施形態は、請求項６、９、１２、１３に対応する。

夜間にて前処理膜１５の逆洗運転を実施する時、第４実施形態にかかる海水淡水化装置は、以下のように運転する。開閉弁２７、２８、４８を閉じ、開閉弁３４、６１、７０、７４を開き、海水ポンプ１４、ドレンポンプ１２を停止する。尚、開閉弁７６、７８を閉じて逆洗ポンプ７７を停止するシステム構成にしても、夜間の逆洗運転も昼間の逆洗運転と同様に開閉弁７６、７８を開いて逆洗ポンプ７７を運転するシステム構成にしてもよい。第３の逆洗ポンプ７１と小型蒸気タービン４９の回転軸は直接的あるいは間接的に接続されており、小型タービン向け抽気蒸気６０による小型蒸気タービン４９の回転により第３の逆洗ポンプ７１は回転駆動し、淡水水槽２９からの第２の洗浄水３３を前処理膜１５に流す。

夜間は、抽気蒸気８が抽気される段以降にて蒸気タービン１の蒸気流量が減少している上、抽気蒸気８は水６の加熱を実施していないため、蒸気タービンサイクルの発電出力も発電効率も低下するが、電力余剰なので問題ない。海水淡水化装置は第５の技術と比較し、逆洗ポンプ７７の必要動力即ち消費電力が低減されるか、又は不要になる。

昼間にて前処理膜１５の逆洗運転を実施する時、以下のように運転する。開閉弁２７、２８、７０、７４、６１を閉じ、開閉弁３４、７６、７８、４８を開き、逆洗ポンプ７７、海水ポンプ１４、ドレンポンプ１２を運転する。小型蒸気タービン４９と第３の逆洗ポンプ７１を駆動させずに、蒸気タービンプラントは通常の運転を、海水淡水化装置は通常の逆洗運転を実施するが、どちらも問題は生じない。この時、加熱器向け抽気蒸気５９により給水加熱器９にて復水１０は加熱される。

夜間や昼間にて前処理膜１５の逆洗運転を実施しない時は、以下のように運転する。開閉弁２７、２８、４８を開き、開閉弁３４、７６、７８、７０、７４、６１を閉じ、第２の逆洗ポンプ３２を停止し海水ポンプ１４、ドレンポンプ１２を運転する。小型蒸気タービン４９と第３の逆洗ポンプ７１を駆動させずに、蒸気タービンプラント、海水淡水化装置ともに通常の運転を実施するが、どちらも問題は生じない。

この時、加熱器向け抽気蒸気５９により給水加熱器９にて復水１０は加熱される。尚、温水によるか否かに関わらず夜間や昼間の逆洗運転中も浸透圧ポンプ１７は運転し、濾過水槽７５に貯蔵されている前処理膜後海水１６を昇圧しながら搬送し、淡水化処理を継続する。

第４実施形態では、抽気蒸気８を加熱器向け抽気蒸気５９と小型タービン向け抽気蒸気６１に分岐しているが、分岐させず全量、小型タービン向け抽気蒸気６１にし、加熱器向け抽気蒸気５９をなくしてもよい。

しかし、逆洗運転の開始と終了までの時間が短時間であるため、抽気蒸気８の流通有無が短時間で切り替わる事になる。その時、蒸気タービン１や蒸気タービンサイクルの状態変化が激しくなるので、それを避けるため第４実施形態では、抽気蒸気８の流通は続けたままで、小型タービン向け抽気蒸気６０と加熱器向け抽気蒸気５９を切替手段により切替える構成にしている。又、開閉弁４８、６１を流量調節弁とし、加熱器向け抽気蒸気５９、小型タービン向け抽気蒸気６０それぞれの流量を調節しながら切替えるようにしてもよい。

尚、第４実施形態に第４、６、７の技術や第１〜３実施形態の技術を適用してもよく、例えば第６、７の技術における第２の逆洗ポンプ３２と小型蒸気タービン４９の回転軸を直接的あるいは間接的に接続させてもよい。又、海水淡水化の方法は逆浸透膜を用いる方法である必要はない。

＜第５実施形態＞
第５実施形態を、図５を用いて説明する。第１〜３の技術と異なる部分のみ説明する。第５実施形態は、請求項７、１２に対応する。

第５実施形態にかかる海水淡水化装置は、夜間、以下のように運転する。開閉弁４８を開き、抽気蒸気８を海水加熱器６２に流入させる。前処理膜後海水１６は海水加熱器６２にて抽気蒸気８にて加熱される。抽気蒸気８は海水加熱器６２にて温度低下した後、復水器５に流入する。前処理膜後海水１６は水温上昇により粘性が低下し、逆浸透膜１８の膜透過性が上がるので、浸透圧ポンプ１７の必要動力即ち消費電力が低減される。例えば前処理膜後海水１６が２０℃から２５℃に水温上昇すると、０.２ｋＷｈ／ｍ３低減される。ただし、水温上昇により膜阻止率が低下し処理水質は悪化する作用もあるので、水温上昇は大きいほど良いという事ではないので、適当量、水温上昇させる。

夜間は、抽気蒸気８を海水加熱器６２に流入させることにより、抽気蒸気８が抽気される段以降にて蒸気タービン１の蒸気流量が減少している上、抽気蒸気８は水６の加熱を実施していないため、蒸気タービンサイクルの発電出力も発電効率も低下するが、電力余剰なので問題ない。海水淡水化装置は第３の技術と比較し、浸透圧ポンプ１７の必要動力即ち消費電力が低減される。昼間は、開閉弁４８を閉じ、蒸気タービンプラント、海水淡水化装置ともに通常の運転を実施するが、どちらも問題は生じない。

尚、第５実施形態に第４〜７の技術や第１〜４実施形態の技術を適用してもよい。抽気蒸気８を給水加熱器９向けと海水加熱器６２向けに分岐し、夜間は後者のみに昼間は前者のみに流通させるよう切替える構成にしてもよい。

＜第６実施形態＞
第６実施形態を、図６を用いて説明する。第１、２、５の技術と異なる部分のみ説明する。第６実施形態は、請求項８、９、１２に対応する。

第６実施形態にかかる海水淡水化装置は、夜間にて前処理膜１５の逆洗運転として温水洗浄を実施する時、以下のように運転する。開閉弁２７、２８、７６、７８を閉じ、開閉弁３４、３５、３６、４８を開き、海水ポンプ１４、逆洗ポンプ７７を停止し、第２の逆洗ポンプ３２を運転し、ヒータ８０を作動させない。抽気蒸気８を洗浄水加熱器６３に流入させ、第２の洗浄水３３は抽気蒸気８にて加熱される。抽気蒸気８は洗浄水加熱器６３にて温度低下した後、復水器５に流入する。前処理膜１５は温水で逆洗すると、洗浄効果が大きいため、加熱された第２の洗浄水３３を用いる事で、薬品を用いた洗浄が必要になる値まで膜差圧が上昇する時間が延びる。

夜間は、抽気蒸気８を洗浄水加熱器６３に流入させることにより、抽気蒸気８が抽気される段以降にて蒸気タービン１の蒸気流量が減少している上、抽気蒸気８は水６の加熱を実施していないため、蒸気タービンサイクルの発電出力も発電効率も低下するが、電力余剰なので問題ない。海水淡水化装置は第５の技術と同様に、薬品を用いた洗浄の時間間隔が延び、夜間の薬品注入量の総量が減る。第５の技術と比較するならば、ヒータ８０の夜間の消費エネルギ、例えば電気ヒータの消費電力がなくなる。濾過水槽７５からの洗浄水７９を加熱せず、淡水水槽２９からの第２の洗浄水３３を加熱するのは、海水成分による洗浄水加熱器６３の腐食を防止するためであり、洗浄水加熱器６３を開閉弁７６と開閉弁７８の間に配置し、洗浄水７９を加熱してもよい。

昼間にて前処理膜１５の逆洗運転として温水洗浄を実施する時は、夜間にて逆洗運転する状態から、開閉弁４８を閉止し、ヒータ８０を作動させる。蒸気タービンプラントは通常の運転を、海水淡水化装置は通常のヒータ８０で加熱した温水による逆洗運転を実施するが、どちらも問題は生じない。

夜間や昼間にて前処理膜１５の逆洗運転として温水洗浄を実施しない時は、昼間にて温水による逆洗運転する状態から、開閉弁３５、３６を閉じ開閉弁７６、７８を開き、第２の逆洗ポンプ３２を停止し逆洗ポンプ７７を運転し、ヒータ８０を作動させない。蒸気タービンプラントは通常の運転を、海水淡水化装置は通常の逆洗運転を実施するが、どちらも問題は生じない。尚、温水によるか否かに関わらず夜間や昼間の逆洗運転中も浸透圧ポンプ１７は運転し、濾過水槽７５に貯蔵されている前処理膜後海水１６を昇圧しながら搬送し、淡水化処理を継続する。

夜間や昼間にて前処理膜１５の逆洗運転を実施しない時は、以下のように運転する。開閉弁２７、２８を開き、開閉弁３４、３５、３６、７６、７８、４８を閉じ、第２の逆洗ポンプ３２、逆洗ポンプ７７を停止し海水ポンプ１４を運転し、ヒータ８０を作動させない。蒸気タービンプラント、海水淡水化装置ともに通常の運転を実施するが、どちらも問題は生じない。

第６実施形態では、昼間に温水を用いた逆洗運転が可能な構成としているが、ヒータ８０を設置しないで、昼間は温水を用いた逆洗運転ができない構成にしてもよく、その場合は第４の技術と比較し、夜間において第５の技術と同様の効果がある。尚、第６実施形態に第４〜７の技術や第１〜５実施形態の技術を適用してもよい。抽気蒸気８を給水加熱器９向けと海水加熱器６２向けに分岐し、夜間は後者のみに昼間は前者のみに流通させるよう切替える構成にしてもよい。又、海水淡水化の方法は逆浸透膜を用いる方法である必要はない。

＜第７実施形態＞
第７実施形態を、図７を用いて説明する。第７実施形態は、請求項７、８、９、１０、１１、１２に対応する。第７実施形態にかかる海水淡水化装置では、抽気蒸気８を、加熱器向け抽気蒸気５９と第２の抽気蒸気６６と第３の抽気蒸気６９に分岐する。給水加熱器９、海水加熱器６２、洗浄水加熱器６３にて加熱する場合は、それぞれ開閉弁４８、６４、６５を開く。洗浄水加熱器６３によって濾過水槽７５からの洗浄水７９を加熱せず、淡水水槽２９からの第２の洗浄水３３を加熱するのは、海水成分による洗浄水加熱器６３の腐食を防止するためであり、洗浄水加熱器６３を開閉弁７６と開閉弁７８の間に配置し、洗浄水７９を加熱してもよい。

逆洗運転の開始と終了までの時間が短時間であるため、洗浄水加熱器６３を通過する第３の抽気蒸気６９の流通有無が短時間で切り替わることになる。そのとき、蒸気タービンや蒸気タービンサイクルの状態変化が激しくなるので、それを避けるため、第７実施形態では、抽気蒸気８の流通は続けたままとする。

すなわち、加熱器向け抽気蒸気５９、第２の抽気蒸気６６の内、少なくとも一方の流通が存在した状態で、第３の抽気蒸気６９の流通をなくす。又、開閉弁４８、６４、６５を流量調整弁とし、加熱器向け抽気蒸気５９、第２の抽気蒸気６６、第３の抽気蒸気６９それぞれの流量を調節しながら切り替えるようにしてもよい。第５実施形態の技術と第６実施形態の技術の効果がともにある。尚、第７実施形態に第４〜７の技術や第１〜４実施形態の技術を適用してもよい。

＜第８実施形態＞
第８実施形態を説明する。第８実施形態は、請求項１４に対応する。第１〜７実施形態において、第８実施形態にかかる海水淡水化装置は、システム運転を以下のようにする。電力需要が第１の所定値より大きい時は抽気蒸気８の全量、又は一部を給水加熱器９向け以外には使用しない運転を実施する。開閉弁４８を閉じ、抽気蒸気８を流通させなくてもよい。電力需要が第２の所定値より小さい時には、抽気蒸気８の全量、又は一部を小型蒸気タービン４９、又は海水加熱器６２、又は洗浄水加熱器６３に流通させるシステム運転を、連続的あるいは断続的に実施する。第２の所定値は第１の所定値より小さいか同じである。電力需要の所定値を設けて、運転パターン切替えの目安とする。

＜第９実施形態＞
第９実施形態を説明する。第９実施形態は、請求項１５に対応する。第１〜７実施形態において、第９実施形態にかかる海水淡水化装置は、システム運転を以下のようにする。蒸気タービン１による発電量が第４の所定値より小さい時は抽気蒸気８の全量、又は一部を給水加熱器９向け以外には使用しない運転を実施する。開閉弁４８を閉じ、抽気蒸気８を流通させなくてもよい。発電量が第３の所定値より大きい時には、抽気蒸気８の全量、又は一部を小型蒸気タービン４９、又は海水加熱器６２、又は洗浄水加熱器６３に流通させるシステム運転を、連続的あるいは断続的に実施する。第４の所定値は第３の所定値より小さいか同じである。発電量の所定値を設けて、運転パターン切替えの目安とする。

＜第１０実施形態＞
第１０実施形態を説明する。第１０実施形態は、請求項１６に対応する。第２実施形態において、第１０実施形態にかかる海水淡水化装置は、システム運転を以下のようにする。

電力需要が第１の所定値より大きい時は開閉弁４８、５４を閉じ、第４の海水ポンプ６７を駆動させない。さらに開閉弁５３を閉じて第２の海水ポンプ４０も停止し、調整水槽４２に貯蔵されている海水のみを淡水化処理する。

電力需要が第２の所定値より小さい時には、開閉弁４８、５４を開き、第４の海水ポンプ６７を駆動させ、海から搬送した第４の海水５５を淡水化処理する。尚、開閉弁５３を閉じて第２の海水ポンプ４０を停止するシステム構成にしても、開閉弁５３を開いて第２の海水ポンプ４０を運転するシステム構成にして海水１３も淡水化処理してもよい。第２の所定値は第１の所定値より小さいか同じである。第１０実施形態では第２の海水ポンプ４０はなくてもよいが、仮の蒸気タービンサイクルがメンテナンス等で運転不可の場合は、第４の海水５５が搬送できないので、第２の海水ポンプ４０も設置するのがよい。第２実施形態の効果に加えて、電力需要の多い時の電力消費を低減し電力平準化が図られる。

＜第１１実施形態＞
第１１実施形態を説明する。第１１実施形態は、請求項１７に対応する。第２実施形態において、第１１実施形態にかかる海水淡水化装置は、システム運転を以下のようにする。

蒸気タービン１による発電量が第４の所定値より小さい時は開閉弁４８、５４を閉じ、第４の海水ポンプ６７を駆動させない。さらに開閉弁５３を閉じて第２の海水ポンプ４０も停止し、調整水槽４２に貯蔵されている海水のみを淡水化処理する。

発電量が第３の所定値より大きい時には、開閉弁４８、５４を開き、第４の海水ポンプ６７を駆動させ、海から搬送した第４の海水５５を淡水化処理する。尚、開閉弁５３を閉じて第２の海水ポンプ４０を停止するシステム構成にしても、開閉弁５３を開いて第２の海水ポンプ４０を運転するシステム構成にして海水１３も淡水化処理してもよい。第４の所定値は第３の所定値より小さいか同じである。第１１実施形態では第２の海水ポンプ４０はなくてもよいが、仮の蒸気タービンサイクルがメンテナンス等で運転不可の場合は、第４の海水５５が搬送できないので、第２の海水ポンプ４０も設置するのがよい。第２実施形態の効果に加えて、電力需要の多い時の電力消費を低減し電力平準化が図られる。

以上説明したように、本実施形態によれば、電力需要に応じて、蒸気タービンプラントの余剰エネルギを海水淡水化に利用できる海水淡水化装置を提供することができる。尚、実施形態では、逆浸透膜１８、前処理膜１５としたが、これらは、内部に逆浸透膜、もしくは前処理膜を備え、これらで内部を区画し、これら膜による浸透圧を利用した機器を指している。又、本実施形態は制御装置を備え、制御装置からの指示で作動するものとしてもよい。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］蒸気タービンと複合し、かつ逆浸透膜を用いて海水の淡水化を実施する海水淡水化装置であり、
前記蒸気タービンからの抽気蒸気により駆動される第２の蒸気タービンと、
前記逆浸透膜に流入する海水を高圧化する浸透圧ポンプと、を備え、
前記第２の蒸気タービンの発生動力により前記浸透圧ポンプを駆動させることが可能であることを特徴とした海水淡水化装置。
［２］
蒸気タービンと複合した海水淡水化装置であり、
前記蒸気タービンからの抽気蒸気により駆動される第２の蒸気タービンと、
海水あるいは淡水を搬送するポンプとを備え、
前記第２の蒸気タービンの発生動力により前記ポンプを駆動させることが可能であることを特徴とした海水淡水化装置。
［３］
前記ポンプは、海水を取水するポンプであることを特徴とした［２］に記載の海水淡水化装置。
［４］
前記ポンプは、海水から固体物を取り除く前処理膜まで海水を搬送するポンプである、ことを特徴とした［２］に記載の海水淡水化装置。
［５］
前記ポンプは、海水を淡水化した水を搬送するポンプであることを特徴とした［２］に記載の海水淡水化装置。
［６］
蒸気タービンと複合した海水淡水化装置であり、
前記蒸気タービンからの抽気蒸気により駆動される第２の蒸気タービンと、
海水から固体物を取り除く前処理膜の逆洗に使用する洗浄水を搬送するポンプとを備え、
前記第２の蒸気タービンの発生動力により前記洗浄水を搬送するポンプを駆動させることが可能であることを特徴とした海水淡水化装置。
［７］
蒸気タービンと複合し、かつ逆浸透膜を用いて淡水化を実施する海水淡水化装置であり、
前記蒸気タービンからの抽気蒸気により、前記逆浸透膜に流入する海水を加熱する海水加熱器を備え、前記逆浸透膜に流入する海水を加熱することが可能であることを特徴とした海水淡水化装置。
［８］
蒸気タービンと複合した海水淡水化装置であり、
前記蒸気タービンからの抽気蒸気により、海水から固体物を取り除く前処理膜の逆洗に使用する洗浄水を加熱する洗浄水加熱器を備え、前記洗浄水を加熱することが可能であることを特徴とした海水淡水化装置。
［９］
蒸気タービンと複合した海水淡水化装置であり、
前記蒸気タービンから抽気した蒸気を、給水加熱器向け抽気蒸気と前記第２の蒸気タービンを駆動させる抽気蒸気に分岐する分岐手段と、
前記分岐手段により分岐した前記第２の蒸気タービンを駆動させる抽気蒸気と、前記給水加熱器向け抽気蒸気の流通をそれぞれ停止する停止手段とを、更に具備したことを特徴とした［１］乃至［６］のいずれか１に記載の海水淡水化装置。
［１０］
蒸気タービンと複合した海水淡水化装置であり、
前記蒸気タービンから抽気した蒸気を、給水加熱器向け抽気蒸気と前記海水加熱器向け抽気蒸気とに分岐する分岐手段と、
前記分岐手段により分岐した前記給水加熱器向け抽気蒸気と前記海水加熱器向け抽気蒸気との流通をそれぞれ停止する停止手段と、を更に具備したことを特徴とした［７］に記載の海水淡水化装置。
［１１］
蒸気タービンと複合した海水淡水化装置であり、
前記蒸気タービンから抽気した蒸気を、給水加熱器向け抽気蒸気と前記洗浄水加熱器向け抽気蒸気とに分岐する分岐手段と、
前記分岐手段により分岐した前記給水加熱器向け抽気蒸気と前記洗浄水加熱器向け抽気蒸気との流通をそれぞれ停止する停止手段と、を更に具備したことを特徴とした［８］に記載の海水淡水化装置。
［１２］
前記抽気蒸気の流通を停止させることが可能であることを特徴とした［１］乃至［１１］のいずれかに記載の海水淡水化装置。
［１３］
前記抽気蒸気の流通を停止させ、前記第２の蒸気タービンを駆動させず、異なる動力源によって前記浸透圧ポンプあるいは前記ポンプを駆動可能としたことを特徴とした［１］乃至［６］のいずれか１、又は［９］に記載の海水淡水化装置。
［１４］
電力需要が第１の所定値より大きい時は、前記第２の蒸気タービンまたは前記海水加熱器または前記洗浄水加熱器に、前記抽気蒸気を流通させない運転パターンで運転し、電力需要が第２の所定値より小さい時は前記抽気蒸気を流通させる運転パターンで運転することを特徴とした［１２］、又は［１３］に記載の海水淡水化装置。
［１５］
前記蒸気タービンによる発電量が第４の所定値より小さい時は、前記第２の蒸気タービンまたは前記海水加熱器または前記洗浄水加熱器に、前記抽気蒸気を流通させない運転パターンで運転し、前記発電量が第３の所定値より大きい時は前記抽気蒸気を流通させる運転パターンで運転することを特徴とした［１２］、又は［１３］に記載の海水淡水化装置。
［１６］
前記ポンプは、海水を水槽まで搬送するポンプの内の１つ以上であり、電力需要が第１の所定値より大きい時は、前記第２の蒸気タービンに、前記抽気蒸気を流通させず、前記水槽内の海水を淡水化する運転パターンで運転し、電力需要が第２の所定値より小さい時は前記抽気蒸気を流通させながら海水淡水化する運転パターンで運転することを特徴とした［２］に記載の海水淡水化装置。
［１７］
前記ポンプは、海水を水槽まで搬送するポンプの内の１つ以上であり、前記蒸気タービンによる発電量が第４の所定値より小さい時は、前記第２の蒸気タービンに、前記抽気蒸気を流通させず、前記水槽内の海水を淡水化する運転パターンで運転し、前記発電量が第３の所定値より大きい時は前記抽気蒸気を流通させながら海水淡水化する運転パターンで運転することを特徴とした請求項２に記載の海水淡水化装置。

１…蒸気タービン、２…蒸気、３…ボイラ、４…タービン排気、５…復水器、６…水、７…給水ポンプ、８…抽気蒸気、９…給水加熱器、１０…復水、１１…ドレン、１２…ドレンポンプ、１３…海水、１４…海水ポンプ、１５…前処理膜、１６…前処理膜後海水、１７…浸透圧ポンプ、１８…逆浸透膜、１９…淡水、２０…第２の濃縮海水、２１…第２の濾過水、２２…高圧海水、２３…第２の浸透圧ポンプ、２４…濃縮海水、２５…第３の濾過水、２６…羽根車、２７…開閉弁、２８…開閉弁、２９…淡水水槽、３０…淡水ポンプ、３１…第２の淡水、３２…第２の逆洗ポンプ、３３…第２の洗浄水、３４…開閉弁、３５…開閉弁、３６…開閉弁、３７…砂濾過器、３８…第３の海水ポンプ、３９…沈砂池、４０…第２の海水ポンプ、４１…第２の海水、４２…調整水槽、４３…第３の海水、４４…第３の浸透圧ポンプ、４５…第２の逆浸透膜、４６…第３の淡水、４７…開閉弁、４８…開閉弁、４９…小型蒸気タービン、５０…小型タービン排気、５１…開閉弁、５２…開閉弁、５３…開閉弁、５４…開閉弁、５５…第４の海水、５６…第５の海水、５７…第６の海水、５８…第７の海水、５９…加熱器向け抽気蒸気、６０…小型タービン向け抽気蒸気、６１…開閉弁、６２…海水加熱器、６３…洗浄水加熱器、６４…開閉弁、６５…開閉弁、６６…第２の抽気蒸気、６７…第４の海水ポンプ、６８…第８の海水、６９…第３の抽気蒸気、７０…開閉弁、７１…第３の逆洗ポンプ、７２…第３の洗浄水、７３…第４の洗浄水、７４…開閉弁、７５…濾過水槽、７６…開閉弁、７７…逆洗ポンプ、７８…開閉弁、７９…洗浄水、８０…ヒータ

Claims

発電機を駆動する蒸気タービンと複合し、海水の淡水化を実施する海水淡水化装置であり、
前記蒸気タービンからの抽気蒸気により駆動される第２の蒸気タービンと、
前記第２の蒸気タービンの発生動力により駆動され、海水または淡水を搬送するポンプと、
電力の需要供給情報に基づいて前記抽気蒸気の流通を停止する停止手段と、を具備することを特徴とする海水淡水化装置。
発電機を駆動する蒸気タービンと複合し、逆浸透膜を具備し、前記逆浸透膜を用いて海水の淡水化を実施する海水淡水化装置であり、
前記蒸気タービンからの抽気蒸気により駆動される第２の蒸気タービンと、
前記第２の蒸気タービンの発生動力により駆動され、前記逆浸透膜に流入する海水を高圧化する浸透圧ポンプと、
電力の需要供給情報に基づいて前記抽気蒸気の流通を停止する停止手段と、を具備することを特徴とする海水淡水化装置。
発電機を駆動する蒸気タービンと複合し、海水から濾過により固体物を取り除く前処理膜を具備し、前記海水の淡水化を実施する海水淡水化装置であり、
前記蒸気タービンからの抽気蒸気により駆動される第２の蒸気タービンと、
前記第２の蒸気タービンの発生動力により駆動され、前記前処理膜まで前記海水を搬送する第２のポンプと、
前記抽気蒸気の流通を停止する停止手段と、を具備する、海水淡水化装置。
発電機を駆動する蒸気タービンと複合し、海水から濾過により固体物を取り除く前処理膜を具備し、前記海水の淡水化を実施する海水淡水化装置であり、
前記蒸気タービンからの抽気蒸気により駆動される第２の蒸気タービンと、
前記第２の蒸気タービンの発生動力により駆動され、前記前処理膜の逆洗に使用する洗浄水を搬送する第３のポンプと、
前記抽気蒸気の流通を停止する停止手段と、を具備する、ことを特徴とする海水淡水化装置。
前記蒸気タービンを駆動する蒸気を製造するボイラと、
前記蒸気タービンからの抽気蒸気により前記ボイラへの給水を加熱する給水加熱器と、
前記蒸気タービンから抽気した蒸気を、前記給水加熱器に向かう給水加熱器向け抽気蒸気と前記第２の蒸気タービンを駆動させる第２の蒸気タービン向け抽気蒸気に分岐する分岐手段と、
前記給水加熱器向け抽気蒸気と、前記第２の蒸気タービン向け抽気蒸気の流通をそれぞれ停止する停止手段と、を更に具備することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の海水淡水化装置。
前記抽気蒸気の流通を停止させ、前記第２の蒸気タービンを駆動させず、前記蒸気タービン、及び前記第２の蒸気タービンどちらの駆動源とも異なる動力源によって、前記ポンプ、前記浸透圧ポンプ、前記第２のポンプ、あるいは前記第３のポンプとは、異なるポンプを、駆動可能としたことを特徴とした請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の海水淡水化装置。
電力需要が第１の所定値より大きい時は、前記第２の蒸気タービンに、前記抽気蒸気を流通させない運転パターンで運転し、電力需要が第２の所定値より小さい時は前記抽気蒸気を流通させる運転パターンで運転することを特徴とした請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の海水淡水化装置。
前記蒸気タービンによる発電量が第４の所定値より小さい時は、前記第２の蒸気タービンに、前記抽気蒸気を流通させない運転パターンで運転し、前記発電量が第３の所定値より大きい時は前記抽気蒸気を流通させる運転パターンで運転することを特徴とした請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の海水淡水化装置。
海水を貯蔵する水槽と前記水槽まで海水を搬送する水槽向けポンプを具備し、前記ポンプは前記水槽向けポンプの内の１つ以上であり、電力需要が第１の所定値より大きい時は、前記第２の蒸気タービンに、前記抽気蒸気を流通させず、前記水槽内の海水を淡水化する運転パターンで運転し、電力需要が第２の所定値より小さい時は前記抽気蒸気を流通させながら海水淡水化する運転パターンで運転することを特徴とした請求項１に記載の海水淡水化装置。
海水を貯蔵する水槽と前記水槽まで海水を搬送する水槽向けポンプを具備し、
前記ポンプは前記水槽向けポンプの内の１つ以上であり、
前記蒸気タービンによる発電量が第４の所定値より小さい時は、前記第２の蒸気タービンに、前記抽気蒸気を流通させず、前記水槽内の海水を淡水化する運転パターンで運転し、前記発電量が第３の所定値より大きい時は前記抽気蒸気を流通させながら海水淡水化する運転パターンで運転することを特徴とする請求項１に記載の海水淡水化装置。