JPS63143902A - スケ−ル析出防止処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は主に地熱水のごとき処理対象液を多段フラッシ
ュ型熱交換器を用いスケール析出、特にシリカの析出を
防止して熱水利用およびまたは還元井に戻入することを
目的としてなされたものである。

（従来の技術） 世界有数の火山国であるわが国で極めて豊富な地熱エネ
ルギの賦与が見込まれており、地熱資源は現在蒸気が発
電に利用されているに過ぎず、現在開発中の技術として
は、地熱水を利用して中低温熱水のもつ熱エネルギを二
次媒体に伝えて高圧の二次媒体蒸気を発生させタービン
を駆動して発電するバイナリ−サイクル発電プラント、
あるいは気水二を０流をそのままの形態で直接発電機に
供給して出力するトータルフロー発電方式などがある。

地熱水は地域によってはヒ素などの有害物質を含むので
地表への放流は許されず、これらのプラントに使用した
のちの排低温熱水は何れも自然環境破壊の防止、地下資
源確保、地盤性下等の見地より還元井に戻入している。

地熱水は一般にシリカ、カルシウム等が含まれているの
で排低温熱水を還元井に戻入する際に、これらのスケー
ル成分が還元井の管壁に析出して流路の抵抗となり、還
元井の処理能力を低下させ、遂には閉塞に到る場合もあ
り、また熱水利用を行なう場合にも熱交換器、配管等へ
のスケール付着がさけられず、スケール付着防止が重大
な問題となってきている。

スケール除去の先行技術として、特公昭５７−４７８２
７号公報があり、ここでは地熱水中のシリカ分を熱交換
器人口側でＣａ２＋系物質を添加してカルシウム塩とな
し、熱交換器出口側で分離除去し、次いでこの熱水を熱
交換器で地熱水と熱交換し高温熱水として利用している
。

また別の先行技術として特公昭５９−４９０７７号公報
があり、冷却管を内設し同冷却管の外部に流動床を配し
た熱交換部、これに続く放冷部及び同放冷部から上記冷
却管を経て還元井へと連なる流路を形成し、流動床で冷
却されスケール成分を析出除去された排熱水を上記冷却
管で再び加熱して還元井へ戻す、地熱水のスケール付着
防止法が記載されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記最初の先行技術では、シリカ分はカルシウム塩とな
り熱交換器で低温となって除去装置８へ送られ、カルシ
ウム塩分離後の熱水の熱交換器入口温度を、定められた
温度に温調弁によって制御するために冷水を加えている
が、この冷水の量は決っして少量でなく、しかも熱水と
して外部に出てゆくので常は外部から新しく供給する必
要がある。ちなみに５０℃になった地熱水を４０℃に冷
却するためには冷水が地熱水の５０％必要である。

しかもここで５０％混合した結果、再加熱によって上昇
しうる温度はそれだけ低くなり、熱水利用の観点からは
極めて不利であるばかりでなく、還元するにしても還元
量が増大する点も問題である。

また後の先行技術では冷却管が地熱水に浸漬されている
ため、冷却管表面に冷却に伴なう溶解度の減少によって
スケールが付着し、冷却性能低下の原因となることが避
けられない問題があった。そのため上記先行技術では、
砂などの流動床によってそのスケールを削り落とすこと
としているが、このようにしてシリカスケールを除去す
ることは容易でなく、また砂で冷却管の外表面を傷つけ
るなどの問題があった。

（問題点を解決するための手段） 上記に鑑み本発明は、最初の先行技術における熱交換器
と別途に設けた冷水手段を、多段フラッシュ型熱交換器
を用いることによって余分の水は取得することなく単純
な装置で一挙に解決したものであり、多段フラッシュ型
熱交換器の採用は後の先行技術のように冷却管に液が接
触した状態で冷却されることがないので、冷却管へのス
ケール付着のごとき現象はなく、砂で冷却管表面を損傷
することもないのであって、高温を保つ処理対象液を多
段フラッシュ型熱交換器の最高温段に導入して各段で順
次フラッシュ蒸発させ、発生蒸気は各段で凝縮したのち
各段ごに残存液と混合し、最低段に至った残存液はスケ
ール成分分離槽に導いてスケール成分を沈降分離したの
ち、上澄液は凝縮管束の管内に低温側より高温側に循環
して各段で発生した蒸気と熱交換して、順次高温となっ
た循環液を熱水利用先に送出および、または還元井に戻
すことを特徴とするスケール析出防止処理方法に関する
ものであり、余分の水分は取得することなく装置の簡略
化が期待できる。

（作　用） 前述のとおり地熱水処理に当っては熱水利用熱交換器や
還元井におけるシリカ分の析出が問題であり、熱水利用
熱交換器や還元井における地熱水温度とシリカ濃度との
関係は第１図に示したように斜の一点鎖線は地熱水の溶
解度曲線であり、右下の溶解域と左上のシリカ析出域に
区画されている。従って、例えばＡ点で噴出した約２３
０℃の地熱水は、点線に示す発電などの熱エネルギー回
収による温度降下後Ｂ点に示す約９５℃で多段フラッシ
ュ型熱交換器に導入され、この多段フラッシュ型熱交換
器が温度降下過程となって、Ｂ点から蒸発潜熱を失って
０点で示す約５０℃まで更に温度低下する。しかしなが
ら、熱交換によって蒸気は伝熱管表面で凝縮するが、再
び地熱水に混入するため地熱水の濃度変化はない。

０点まで温度低下した地熱水は次にシリカ分離過程であ
る沈降槽に入り、シリカ沈降によって上澄液は濃度が低
下しＤ点となり、溶解度曲線に近ずく。しかしながら、
このままでは飽和濃度以下とはならず、還元井に戻入は
未だシリカ析出するからできない。この上澄液を溶解域
に移行させるには加熱が最も容易であり、前述の熱交換
器での蒸発潜熱の利用が最も合理的で、装置も簡単とな
る。

この溶解域への移行にはその他の方法、例えば外部より
水を導入して稀釈する方法、又は別装置による再加熱す
るなども考えられるが、装置は複雑となり経済的にも不
利となる。

ここに使用する多段フラッシュ型熱交換器は段間隔壁に
設けられたオリフィスによって圧力差が与えられており
、真空装置によって減圧に保たれている。しかも凝縮水
取出し設備はなく簡単な装置となっている。このため、
導入される高温の地熱水は蒸発室内で順次自己蒸発しな
がら温度低下されるが、前記先行技術のように冷却管に
液が接触した状態で冷却されることがないから、冷却管
へのスケール付着のごとき現象はなく、また蒸発室壁面
でも保温施工を行なえば冷却もされないので、壁面への
スケール付着も避けることができるという利点がある。

即ち例えば熱エネルギ回収後の約９５℃の地熱水を多段
フラッシュ型熱交換器を用いて約５０℃まで温度低下さ
せれば、シリカの溶解度は約５５％にまで低下し、地熱
水中のシリカの４５％が析出する。

しかしながらこのようにして固形分を分離したのちの分
離液は未だスケール成分は飽和状態に溶解残存している
ので、これをそのまま還元井に戻入した場合、還元井の
壁面に接して温度が低下すれば過飽和状態となってスケ
ールが析出する恐れがあるので、多段フラッシュ型熱交
換器排出地熱水を再加熱し溶解域に保つ。このため多段
フラッシュ型熱交換器に組み込まれている熱交換器管群
、あるいは隣接して設けられた多段熱交換器等に再循環
させ、各膜蒸発室の発生蒸気との熱交換により加熱し、
最高温蒸留器を経て高温となって溶解度の上昇した液は
還元井に戻入あるいは熱水利用先に送出される。従って
還元井内また熱水利用熱交換器で冷壁に接触しても直ち
にスケールが付着することはない。

上記の作用に加えて静置前の冷却された地熱水に微細粒
子の凝集あるいは溶解固形分の析出を促進する薬剤、例
えば鉄化合物、Ｍｇ化合物、ＡＱ化合物、石灰等あるい
はシリカの微細結晶等を添加すれば液中のスケール析出
を促進し、静置によって分離することができる。また静
置によって固形分を分離後の液は以後の工程でもスケー
ル析出は避けなければならず、必要に応じて即ち地熱水
の成分によって、あるいは温度によって、例えば上澄液
循環液中の固形分溶解度を高める必要がある時には酸・
アルカリ剤などの固形分溶解促進剤を、また時にはスケ
ール防止剤を添加してもよい。

（実施例） 第２図は本発明の一実施例であって、多段フラッシュ型
熱交換器１は海水淡水化等に用いられるものと同じよう
に熱回収部２と熱放出部３を有し、共にオリフィス４を
宵する隔壁５で区画されて多数の蒸発室６が形成されて
おり、管８を経て真空ポンプ９によって各蒸発室６は順
次高真空に保たれている。熱放出部３の熱交換器７″を
循環する冷却水はクーリングタワー１０を用いて冷却さ
れている。

なお、熱交換器７は多段フラッシュ型熱交換器に組み込
まれているが、これに限るものではなく、隣接して設け
た形式でも差支えない。

最低温膜蒸発室６ｎからの地熱水取出管１９はポンプ２
０を経て静置槽１１に連絡している。

静置槽１１は、内部に傾斜板１２を多数設けて固形分の
沈降分離を促進し、固形分の排出管１３を有する構造と
なついている。

１４は微細粒子の凝集あるいは溶解固形分の析出促進用
薬剤タンクで、地熱水取出管１９に連絡し、１５は固形
分の溶解度を高める薬剤タンクで静置槽１１から熱交換
器７への循環管路２４に連絡しており、１６はマイクロ
フィルタである。

上記の構成において、例えば熱エネルギ回収後の約９５
℃の地熱水を給水管１７から導入し、第１段の最高温膜
蒸発室６ａにおいてフラッシュ蒸発させ、順次低温の蒸
発室にオリフィス４を通過しつつフラッシュ蒸発を繰返
し熱放出部３でも同様に作動し、地熱水は次第に低温と
なって最低温膜蒸発室６ｎから、水位計１８で一定水位
を保ちつつ、管１９から取出され、ポンプ２０、管２１
を経て静置槽１１に導入される。ここで必要あれば薬剤
タンク１４より管２２によって固形分の析出促進剤を混
入してもよい。

静置槽１１に導入された濃縮液は固形分が底部に沈降す
るから、上澄液のみポンプ２３で吸引圧送し、必要に応
じてマイクロフィルタ１６で濾過したのち、循環管２４
より熱交換器７に導入して蒸発室６より発生する蒸気と
熱交換により加熱され、約６０℃近くまで昇温したのち
還元井への戻入管２５から還元井（図示せず）に戻入あ
るいは熱水利用先に送出する。この上澄循環液中の固形
分溶解度を高める必要がある時には薬剤タンク１５より
管２６を経てアルカリ剤などの固形分溶解促進剤を注入
してもよい。

熱放出部３では蒸発温度が低いので、蒸留器の温度も低
くしなければならず、このためクーリングタワー１０を
通過した冷却水をポンプ２７、管２９を経て熱交換器７
″に流し、戻入管３０によってクーリングタワー１０に
循環されている。静置槽１１の底部に貯った固形分はス
ラリーポンプ３１により外部に排出される。

上記の実施例は地熱水によって説明したが、これに限る
ものではなく、類似のスケール成分を含む熱水にも適用
できることは勿論である。

（発明の効果） 本発明においては、シリカ、カルシウム等のスケール成
分を含む高温を保つ処理対象液を多段フラッシュ型熱交
換器の最高温膜蒸発室に導入して各段で順次蒸発させ、
最低温膜蒸発室に至った液から蒸発器で発生した蒸気を
用いて加熱し温度上昇させて溶解度を上昇させるスケー
ル析出防止処理方法であるから、多段フラッシュ型熱交
換器の採用は蒸発室に凝縮水受皿や取出しポンプ、配管
等を不要とし、装置は著しく簡略化でき、低温化された
地熱水で含有固形分のほとんどすべてが後に設置した静
置タンクで除去するので、スケールの分離は効率よ〈実
施でき、その先行技術のように還元水が増加したり熱水
利用温度が低下する問題はなく大量の冷却水も不要で、
また後の先行技術のような砂等は添加しないから、この
添加設備は不要となり、かつ摩滅による損傷などがなく
、耐久性に富む。

しかも固形分分離後の低温の上澄液は多段フラッシュ型
熱交換器の蒸留器を低温側に流出再循環させ、発生蒸気
との熱交換によって高温としたのち取り出すから、固形
分溶解度が上昇することとなり、これを還元井に戻して
も井戸の管壁におけるスケール付着は避けられる。

このように本発明は地下資源の利用に貢献しその効果は
大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は地熱水の性状を示す図面であり、第２図は本発
明の一実施例を示すフローシートである。 １・・多段フラッシュ型熱交換器 ２・・熱回収部　　３・・熱放出部 ４・・オリフィス　　５・・隔壁　　６・・蒸発室６ａ
・・最高温膜蒸発室 ６ｎ・・最低温膜蒸発室　　７・・熱交換器７′・・熱
交換器　　８・・管 ９・・真空ポンプ １０・・クーリング−タワー　１１・・静置槽１２・・
傾斜板　　１３・・排出管 １４・・薬剤タンク　　１５・・薬剤タンク１６・・マ
イクロフィルタ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 高温を保つ処理対象液を多段フラッシュ型 熱交換器の最高温段に導入して各段で順次フラッシュ蒸
   発させ、発生蒸気は各段で凝縮したのち各段ごとに残存
   液と混合し、最低段に至った残存液はスケール成分分離
   槽に導いてスケール成分を沈降分離したのち、上澄液は
   凝縮管束の管内に低温側より高温側に循環して各段で発
   生した蒸気と熱交換して順次高温となし、該高温循環液
   を熱水利用先に送出および、または還元井に戻すことを
   特徴とするスケール析出防止処理方法。