JP6089251B2 - 火力発電所の温排海水と高温廃熱の利用方法 - Google Patents
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Description
そこで本発明では、水素―酸素燃焼室とガスタービンの間に熱緩衝域として熱媒ヒーターを配備して該タービンの熱風を緩和して熱破壊を回避させ、かつ、その吸熱による800℃以上の高温を利用して塩を直接溶融した状態で電気分解して卑金属または水素化卑金属を製造している。
本願発明は、火力発電の水素燃焼コンバインドサイクル発電で得られた熱風でガスタービンを回転し、かつボイラーで発生した熱により得られた水蒸気で水蒸気タービンを回転して発電機を駆動して発電するものである。先ず、耐熱温度が1,700℃以上のタービンを有する水素燃焼コンバインドサイクル発電施設は、水素発生施設25で備蓄金属ナトリウム22に真水15を滴下して発生した水素25を、水素燃焼コンバインドサイクル発電施設23に送り、酸素26と共に燃焼器27で燃焼させる。この水素発生施設24の中に石油(軽油又は灯油)30は金属ナトリウム22の加水分解を制御するための触媒としての働きも有している。コンバインドサイクル発電の特徴は、同じ出力の蒸気タービンより始動時間が短く、かつガスタービンの排気からも熱を回収するため、熱効率が高い。燃焼器27で燃焼した水素25と酸素26の高温ガスはガスタービン28を回転させて発電機21を駆動させてガスタービン発電を行った後、ボイラーを加熱した後、排ガスは圧縮機29で圧縮された後再び燃焼室に戻る。他方、ボイラー19で作られた水蒸気で、蒸気タービン20を回転させて発電機21を回転させて水蒸気タービン発電を行う。水蒸気タービン20を駆動させた水蒸気は、水蒸気入り口1から復水器2に入り低温海水出口3から出て、夫々の発熱源に戻る1次冷却水4のループと、海から汲みあげた海水(2次冷却水)5は上部細管6と下部細管7の2方向に分かれ、下部細管7を貫流した冷たい海水(2次冷却水)5は温排海水8となり海に放水される。他方、真水と濃縮海水を回収するための海水(2次冷却水)5は上部細管6に入る前に、フラッシュ減圧蒸留缶9の中の凝縮用コイル10を通り、上部細管6に入り、1次冷却水4で加熱され50〜100℃の高温海水11に蓄熱されてフラッシュ減圧蒸留缶9に入る。このフラッシュ減圧蒸留缶9は、高温海水11の温度に応じた飽和水蒸気圧に対応し減圧され、50℃では100mmHg、80℃では350mmHg、90℃では510mmHg、100℃では760mmHg(1気圧)の気圧で発生した水蒸気(濃縮塩水からの水蒸気)12はコイル10で冷却され、凝縮して露結した蒸留水13は真水受け皿14で集められ真水(蒸留水)15が得られる。一方減圧蒸留により脱水された高温海水(50〜100℃)11は約20〜30%の高濃度濃縮塩水16になり、硫酸製造工場(電気分解工場)17に送られる。この20〜30%濃縮塩水は脱Ca,脱Mg,イオン交換膜で硫酸を分離して希硫酸18を製造する。
火力発電での発電効率は高々50%で、40〜50%の熱が廃棄されている。そこで本発明では、火力発電所のガスタービンの前段を流れる超高温ガス(800℃以上)または後段から排気される高温ガス(800〜600℃)あるいは蒸気タービンの後段から排気される中高温ガス(600〜300℃)の温度雰囲気内に熱媒が充填されたパイプを備え、そのパイプの中の熱媒を介して卑金属塩を融解して、極力ジュール熱発生のための電力供給を抑制し、その分廃熱を利用して溶融塩を形成させている。本発明での主原料は海洋塩であるので、先ず発電用蒸気タービン20の後段から排気される中高温ガス(600〜300℃)の廃熱を中高温熱媒ヒーター35で吸収した熱を製塩工場36に送り、熱媒ヒーター37で濃縮海洋塩38を脱水してNaCl、CaCl2、MgCl2を分別回収する。この製塩工場で製造した食塩は備蓄され、必要に応じて金属ナトリウムや苛性ソーダ用原料として供給する。同時に中高温熱媒ヒーター35の廃熱は苛性ソーダ製造工場(食塩水の電気分解)39において、製塩工場36で製造した食塩に水15を加えて調合した30%食塩水を80℃内外で水溶液電気分解を行い苛性ソーダ32を製造する。一般に深夜は電力が余る。そこで深夜電力や余剰電力を用い、ガスタービンの前段を流れる超高温ガス(800℃以上)を用いるために33で吸熱した熱媒(Pb)を介して高温溶融塩電気分解工場40に送り、製塩工場36で製造した食塩を超高温溶融塩熱媒ヒーター33により溶融塩電気分解炉42を加熱して金属ナトリウム22を製造する。他方ガスタービン28の後段から排気される高温ガス(800〜600℃)の廃熱を高温熱媒ヒーター34で吸収して高温溶融塩電気分解工場41に送り、苛性ソーダ32を溶融塩電気分解するか食塩と塩化カルシウムの混合塩を溶融塩電気分解して共に金属ナトリウム22を製造する。またこの工場で製造した金属ナトリウム22に水素25を化合させて水素化金属43を製造する。同様に金属マグネシウムも製造する。また我が国で唯一自給率100%を誇る石灰岩から、金属カルシウムや水素化カルシウムを製造する。
2 復水器
3 低温海水出口
4 夫々の発熱源に戻る1次冷却水
5 海から汲みあげた海水(2次冷却水)
6 上部細管
7 下部細管
8 温排海水
9 フラッシュ減圧蒸留缶
10 凝縮用コイル
11 高温海水(50〜100℃)
12 水蒸気(濃縮塩水からの水蒸気)
13 凝縮して露結した蒸留水
14 真水受け皿
15 真水
16 高濃度濃縮塩水(20〜30%)
17 硫酸製造工場(電気分解工場)
18 希硫酸
19 ボイラー
20 蒸気タービン
21 発電機
22 金属ナトリウム(Na)
23 水素燃焼コンバインドサイクル発電施設
24 水素発生施設
25 水素
26 酸素
27 燃焼器
28 ガスタービン
29 圧縮機
30 軽油
31 苛性ソーダ
32 苛性ソーダ貯蔵庫
33 超高温熱媒ヒーター
34 高温熱媒ヒーター
35 中高温熱媒ヒーター
36 製塩工場
37 製塩用熱媒ヒーター
38 濃縮海洋塩
39 苛性ソーダ製造工場(食塩水の電気分解)
40 超高温溶融塩電気分解工場
41 高温溶融塩電気分解工場(NaOH or 食塩塩化カルシウム混合塩)
42 溶融塩電気分解炉
43 水素化金属
44 塩酸
Claims (9)
- 火力発電所の復水器から廃棄される温海水あるいは鉄鋼スラグ中の石灰岩または貝殻または甲殻類などに含有する炭酸カルシウムを、火力発電所のタービン駆動の廃熱または余熱を用いて周期表1属または2属元素から成る卑金属または水素化金属を水溶液電気分解または溶融塩電気分解により電解生成するに際し、火力発電所のガスタービンの前段を流れる超高温ガスまたは後段から排気される高温ガスで巡回パイプ内の熱媒ヒーターを介して溶融塩電気分解炉内の卑金属塩を加熱させ卑金属溶融塩を形成し、and火力発電所の蒸気タービンの後段から排気される中高温ガスを巡回パイプ内の熱媒ヒーターで、海洋塩または苛性ソーダまたは希硫酸の脱水分離あるいは製塩を行うことを特徴とする廃棄温海水および炭酸カルシウム含有物からエネルギー資源の回収方法。
- 請求項1記載の超高温ガスを前記タービンの前段に備えた超高温熱媒ヒーターに吸熱させて該タービンへの熱風を緩和して熱破壊を回避させ、かつ、その吸熱による800℃以上の高温を利用して卑金属塩を直接溶融した状態で電気分解して卑金属または水素化卑金属を製造することを特徴とする請求項1記載の廃棄温海水および炭酸カルシウム含有物からエネルギー資源の回収方法。
- 請求項1記載の卑金属がナトリウムまたはカルシウム或はマグネシウムであることを特徴とする請求項1および請求項2記載の廃棄温海水および炭酸カルシウム含有物からエネルギー資源の回収方法。
- 請求項1記載の高温ガスは600℃〜800℃の範囲の高温であり、この廃熱を高温熱媒ヒーターで吸収し、食塩および塩化カルシウム混合塩または苛性ソーダあるいは石灰岩や貝殻または甲殻類などに含有する炭酸カルシウムを直接融解した状態で電気分解して金属ナトリウムまたは水素化ナトリウムあるいは金属カルシウム又は水素化カルシウムを製造することを特徴とする請求項1および請求項2および請求項3記載の廃棄温海水および炭酸カルシウム含有物からエネルギー資源の回収方法。
- 請求項1記載の中高温ガスは、蒸気タービンの後段から排気される300℃〜600℃の範囲の中高温ガスを巡回パイプ内の熱媒(油)で、海洋塩の脱水分離または製塩、あるいは濃縮塩水の電気分解により製造した苛性ソーダまたは希硫酸などの脱水を行うことを特徴とする請求項1記載の廃棄温海水および炭酸カルシウムを含有物からエネルギー資源の回収方法。
- 請求項1記載の熱媒として鉛(Pb)を使用するに際し、鉛が液体である温度範囲が350〜1,750℃だから、熱媒ヒーターのパイプを3重管構造にして、始動段階で内管のPbを液体にしておくために、中管に200〜500℃の温度範囲の熱媒HTS(NaNO2, NaNO3,KNO3 の混合物)を流し、かつ外管に300℃内外の温度範囲の油を予熱として循環させることを特徴とする請求項1記載の廃棄温海水および炭酸カルシウム含有物からエネルギー資源の回収方法。
- 請求項1記載の製法で生成した金属や水素化金属を冷却する際に、冷却のための廃熱を
熱媒ヒーターで濃縮海水を脱水して製塩を行うことを特徴とする請求項1記載の廃棄温海水および炭酸カルシウム含有物からエネルギー資源の回収方法。 - 原子力発電所を地域復興に役立たせるために、復水器から排出された温海水から得た蒸留水で塩害土壌の洗浄を行い、夜間は昼間製造した食塩を深夜電力と原子炉の廃熱とで溶融塩電気分解を行い金属ナトリウムを生産し、かつ原子炉の廃熱を用い塩を製造することを特徴とする請求項1記載の廃棄温海水および炭酸カルシウム含有物からエネルギー資源の回収方法。
- 木材や伐採された樹木チップをバイオマス火力発電所に輸送し、当該発電所の復水器から排出される温海水から得た蒸留水は飲料水や工業用水とし、得られた電力と廃熱とを製塩と金属ナトリウム製造に用いることを特徴とする請求項1記載の廃棄温海水および炭酸カルシウム含有物からエネルギー資源の回収方法。
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