発電淡水化方法および装置
【課題】 発電装置の排熱を利用して海水を淡水化するとともに、発電装置の効率を高める。
【解決手段】 発電機２を駆動するガスタービン１の排気と海水とを熱交換する第１の熱交換器６と、ガスタービンの空気圧縮段１０から抽出した圧縮空気と海水とを熱交換する第２の熱交換器７とにより海水を加熱し、該海水を多段蒸発装置５においてフラッシュさせて淡水を回収する。
【解決手段】 発電機２を駆動するガスタービン１の排気と海水とを熱交換する第１の熱交換器６と、ガスタービンの空気圧縮段１０から抽出した圧縮空気と海水とを熱交換する第２の熱交換器７とにより海水を加熱し、該海水を多段蒸発装置５においてフラッシュさせて淡水を回収する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電システムと海水淡水化システムとを複合化して電気および淡水を得る方法、およびこの方法を適用した発電、淡水化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海水淡水化の方式として、逆浸透膜を利用する方式、多重効用蒸発缶を使用する方式、多段フラッシュ蒸発を使用する方式およびシステムなどが知られており、その詳細は、財団法人日本産業技術振興協会が昭和５３年に発行した「海水淡水化技術」に詳しく説明されている。その内、多段フラッシュ蒸発方式による淡水化装置として、例えば、下記の特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
この多段フラッシュ蒸発方式では、海水を加熱するための熱源として、例えばボイラーにより生成した加熱水蒸気が用いられている。
【特許文献１】特開平９−１１７７５３号公報
【０００４】
一方、火力発電システムとしては、石炭や石油、ガスを燃料にして、ボイラーで高圧スチーム（水蒸気）を発生させ、その高圧スチームを過熱（その圧力の沸点以上に温度を上昇させること）し、その過熱水蒸気で蒸気タービンをまわして発電するシステム、あるいは、燃焼ガスにてタービンをまわして発電し、さらにタービン排ガスから排熱回収ボイラーにて過熱水蒸気を発生させ、その過熱水蒸気により蒸気タービンを回す複合発電システムは良く知られている。以下、本発明の水蒸気は、過熱水蒸気を含むものとする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、地球上の各地では、地域によって淡水（真水）と電気の両方が大幅に不足しており、真水と電気の両方を効率的に生産したいというニーズがある。従来、真水だけを効率的に生産する技術、および電気だけを効率的に生産する技術は数多く追求されて来たが、真水と電気とを効率的に併産する技術はあまり追求されて来なかった。
本発明は、海水の淡水化システムとガスタービン発電システムを複合化して真水と電気の両方を発電のエネルギー効率的に生産する技術を提供する。
【０００６】
ガスタービン発電システムの排熱を利用する場合、この発電システムの各過程で発生する種々の温度域の排熱を海水の淡水化システムの加熱源に利用して、発電システムと淡水化システムの全体のエネルギー利用効率を高めることが望ましい。
しかしながら、前記排熱の利用には解決すべき課題が多い。
（１）海水には、高温に加熱すると析出する成分（イオン）が含まれており、熱交換器の加熱面が高温になるとスケールが析出し、伝熱特性の悪化、圧力損失の増大が生じ、ひいては運転不能となることもあり得る。
（２）ガスタービンからの排熱には、種々の温度レベルがあり、これらの排熱を海水の淡水化の熱源として利用しようとすると、排熱の温度によっては前記（１）のスケールの析出の問題が生じるおそれがある。
（３）ガスタービン発電システムでは、燃焼に必要な空気を圧縮する必要があるが、空気を圧縮すると高温になり、空気温度の上昇に伴って圧縮に要するエネルギーの増大を招く。そこで、圧縮空気を途中で抽気し、一旦冷却した後、再度圧縮することがあるが、圧縮空気の熱が利用されることはなかった。また、前述のガスタービンの排ガスの熱についても、一般的な排熱回収ボイラーにより回収された後は、ボイラー給水の予熱に使用される程度でそれ以外への利用は行われていなかった。
本発明は、上記の問題点を検討し、海水を高温の気体と熱交換する際に発生するスケールを最小限に抑えることができ、さらに発電と淡水化の総合的なエネルギー効率を最大にする方法を見出したものである。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、海水の淡水化に必要な熱を与える熱交換器の加熱面でのスケールの析出を防止しつつ、発電システムの排熱を有効に利用した、発電システムと海水淡水化システムとを複合化して電気および淡水を効率的に得る方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、ガスタービン発電システムと、海水から蒸発手段を用いて淡水を得る淡水化システムを複合化して電気電気および淡水を得る方法において、
ガスタービンの空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気を熱源とする熱交換、およびガスタービンからの排気ガスを熱源とする熱交換によって前記淡水化システムの海水を加熱する熱源に用いることを特徴とする。
そして、本発明は、前記空気圧縮機の中間段から抽気する圧縮空気の温度を４８０℃以下とすることを特徴とする。
また本発明は、前記ガスタービンの排気ガス温度を４８０℃未満にはるように制御し、ガスタービンの排気ガスを直接海水と熱交換することを特徴とする。
また本発明は、ガスタービンからの排気ガス温度を４８０℃以上になるように制御し、排気ガスを熱回収ボイラーに導入して水蒸気を発生させ、この水蒸気を蒸気タービンに導入して発電し、この蒸気タービンから排出された水蒸気の全部または一部を前記淡水化システムにおける海水の加熱の熱源に利用することを特徴とする。
また本発明は、前記空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気を前記淡水化システムの海水の加熱の熱源の一部に利用して後段の空気圧縮機に戻す前に、該圧縮空気に水を噴射することを特徴とする。
また本発明は、前記噴射される水が、前記空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気を淡水化システムの加熱の熱源の一部に利用し、さらに冷却されることによって生じる凝縮水および／または前記淡水化システムで製造された淡水であることを特徴とする。
また、本発明は、前記噴射される水の量が、空気のウエットネス度を１０％以下とする量であることを特徴とする。
また本発明は、前記淡水化システムが、多段フラッシュ蒸留法を用いることを特徴とする。
また本発明は、海水を淡水化システムの熱回収部に供給する前に、ナノフィルターを通すことにより２価のイオンを除去する前処理を施すことを特徴とする。
また本発明は、外部熱源によって加熱される海水の温度を基準値と比較し、基準値を超えた場合に、前記ナノフィルターによる処理を施した海水を前記淡水化システムの熱回収部に供給あるいはナノフィルターによる処理を施さない海水に混合して供給することを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、多段フラッシュ蒸留法による蒸留において、最も高温でフラッシュされる海水の加熱に、ガスタービンの空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気、ガスタービンの排気ガスおよびガスタービンの排気ガスの熱を回収して発生させた水蒸気でスチームタービンを駆動した後に排気された水蒸気のグループから選ばれる少なくとも一つの熱源を用いることを特徴とする。
また本発明は、前記海水の熱交換は、チューブ内に海水を流通させ、チューブの外側に前記空気圧縮機の中間段から抽気された圧縮空気、あるいは前記ガスタービンからの排気ガスを供給することにより行われることを特徴とする。
また本発明は、ガスタービン発電システムと、海水から蒸発手段を用いて淡水を得る淡水化システムを複合化してなる発電、淡水化装置において、ガスタービンからの排気ガスを熱源として、前記淡水化システムに供給される海水を加熱する第１の熱交換器と、前記ガスタービンの空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気を熱源として、前記淡水化システムに供給される海水を加熱する第２の熱交換器と、該第２の熱交換器で熱交換された圧縮空気を前記空気圧縮機の中間段へ戻す管路とを有することを特徴とする。
また、本発明は、ガスタービン発電システムと、海水から蒸発手段を用いて淡水を得る淡水化システムを複合化してなる発電、淡水化装置において、ガスタービンからの排気ガスを熱源とする排熱回収ボイラーと、前記排熱回収ボイラーから回収される排スチームを熱源として、前記淡水化システムに供給される海水を加熱する第１の熱交換器と、前記ガスタービンの空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気を熱源として、前記淡水化システムに供給される海水を加熱する第２の熱交換器と、該第２の熱交換器で熱交換された圧縮空気を前記空気圧縮機の中間段へ戻す管路とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、発電用ガスタービンの空気圧縮機の抽気空気の冷却およびタービン排気ガスの冷却と海水の加熱とが同時に行われるので、発電と海水淡水化との全体の効率を高めることができる。
また、本発明によれば、海水と熱交換する空気圧縮機の抽気空気の温度を４８０℃以下とすることにより、熱交換器の海水加熱側の伝熱面の温度を低くすることができるのでスケールの発生を抑制できる。
また、海水と熱交換するガスタービンからの排気ガス温度を４８０℃未満になるように制御して運転する場合には、その排気ガスと海水とを直接熱交換しても、上記と同様にスケールの発生を抑制した状態で熱回収できる。
さらに排気ガス温度を４８０℃以上になるように制御して運転する場合には、排気ガスをを排熱回収ボイラで水蒸気を発生させその水蒸気でスチームタービンを駆動して発電させた後の、４８０℃以下、一般的には１５０℃以下になったスチームタービン出口水蒸気と海水とを熱交換するので、熱交換器の伝面が４８０℃以上に加熱されないのでスケールの発生を抑制できる。
さらにまた、必要に応じて発電装置の排熱との熱交換に用いられる海水をナノフィルタによって処理することができるので、スケールの原因となる２価のイオン、例えばＣａ２＋、Ｍｇ２＋、ＳＯ４２− 、が除去された海水を加熱することができ、したがって、スケール発生防止の見地から制限されていた熱交換器の熱源温度を高めることができ、より高い効率で海水を加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は第１の実施形態を示すものである。この複合プラントは、発電装置と、海水淡水化装置とから構成されている。
前記発電装置は、内燃機関であるガスタービン１、該ガスタービン１により駆動される発電機２を基本構成としている。また前記海水淡水化装置は、加熱された海水をフラッシュさせて淡水を得る多段蒸発装置５と、該多段蒸発装置５に供給される海水と前記発電プラントから供給されるガスタービン排気ガスおよび抽気した圧縮空気との間でそれぞれ直接熱交換する第１、第２の熱交換器６、７とを基本構成としている。
【００１２】
前記発電装置のガスタービン１は、空気圧縮部１０と燃焼ガス膨張部１１とを有し、空気圧縮部１０によって圧縮された空気を用いて燃焼部１２で燃料を燃焼させ、燃焼ガス膨張部１１において熱エネルギーを運動エネルギーに変換し、この運動エネルギーによって発電機２を駆動している。また前記燃焼ガス膨張部１１と空気圧縮部１０とは同軸上に連結されていて、燃焼ガス膨張部１１で発生した運動エネルギーの一部によって空気圧縮部１０が駆動されるようになっている。
【００１３】
本発明において、ガスタービン１の排気ガス温度を４８０℃未満になるように制御するには、例えばガスタービン入口圧力を２５気圧程度の圧力まで昇圧し１１００℃で燃焼し、ガスタービン出口圧力を１．５気圧とすると、その排気ガス温度を４８０℃程度に制御可能である。このガスタービン１の排気ガス温度は、燃焼温度との関係もあるが、例えば同じ１１００℃燃焼する場合のガスタービン入口圧力を２５気圧よりさらに大きくすることにより、４８０℃以下の排気ガス温度のガスタービン１の運転は可能となる。また、ガスタービン１の排気ガス温度を４８０℃以上とするには、上記と同じ条件である燃焼温度１１００℃でガスタービンの出口圧力１．５気圧とすると、入口圧力を２５気圧でほぼ４８０℃、２０気圧で５１５℃となるが、本発明においては、このガスタービンの入口圧力と温度は適宜選択できるものであり、その選択した条件の下、最適な構成を採用できる。
【００１４】
前記ガスタービン１において燃焼ガス膨張部１１からの排気ガスは、排出管路６０を介して前記第１の熱交換器６へ供給されている。この熱交換器６では、第1の海水配管６１を介して前記多段蒸発装置５から供給された海水を前記排気ガスと熱交換することにより加熱する。
【００１５】
前記ガスタービン１の空気圧縮部１０は複数段の構成とされ、その低圧段（前段）から抽気された圧縮空気は、管路２４を経由して第２の熱交換器７に供給されて、第２の海水配管６２から供給された海水と熱交換され、さらに、管路２５を経由して高圧段（後段）へ戻される。また管路２５の途中には、水噴射装置２６が設けられていて、空気圧縮部１０へ戻る圧縮空気中へノズルから水を噴射することにより、後段の高圧段での空気圧縮の際に生じる温度上昇を抑えている。この噴射される水の量は、多い程、温度上昇を抑制する効果があるが、多すぎると、空気圧縮羽根のバランス上、また、エロージョン悪影響を与え良くない。この噴射される水の量は、その空気温度のウエットネス度を１０％以下になる量が好ましいことがわかった。本発明におけるウエットネス度とは、その温度において、飽和の水蒸気とは別に、ミスト（液滴）状態の水分を空気中に含有する状態をミストと空気の重量比で表す状態量である。符号２７は水噴射装置２６への水の供給を制御するバルブである。なお、抽気された圧縮空気は高圧段に戻される前に、必要により設置される冷却器２８によってさらに冷却されても良い。
【００１６】
前記海水淡水化装置には、加熱した海水をフラッシュさせて水蒸気を発生させ、この水蒸気を復水させることによって淡水を得る多段蒸発装置５が設けられている。この多段蒸発装置５は、比較的高い温度で海水をフラッシュさせる蒸発器（熱回収部）３１と、低い温度で海水をフラッシュさせる蒸発器３２（熱放出部）３２とから構成されている。
蒸発器３１の内部には複数の蒸発室が設けられ、上部にはフラッシュ後に復水した水を受け取る受け皿３３が設けられている。また蒸発器３１は、仕切板３４によって複数に仕切られている。この蒸発器内の海水は、フラッシュを繰り返すことにより、温度、圧力が次第に低減するようになっている。同様に、蒸発器３２にも受け皿３３が設けられていて、復水した水蒸気を受け取るようになっている。
【００１７】
次に、前記多段蒸発装置５へ海水を供給するシステムについて説明する。
符号４０はポンプであって、このポンプ４０から吐出された海水は熱放出部の熱交換チューブ４１を介して蒸発器３２内を通り、蒸発器３２内のフラッシュで生じた水蒸気を冷却凝縮させる。また、前記熱交換チューブ４１を出た海水は分岐され、一部は管路４２を経て放流され、一部は前処理装置４３に接続されている。この前処理装置４３では、溶存ＣＯ２や酸素を除去したり、あるいはスケール抑制剤を添加する装置、すなわち従来知られている脱気装置やスケール抑制や防止のための前処理装置を備え、さらにナノフィルター設備を設けるのが好ましい。前記海水は、この前処理装置４３に付設されたナノフィルター４３を経ることによってスケールの原因となる２価のイオン、例えばＣａ２＋、Ｍｇ２＋、ＳＯ４２− 、が除去されるようになっている。また、ナノフィルター４３を通って前記２価のイオンが除去された海水は、ポンプ４４によって蒸発器３１内の熱交換チューブ４５に供給されて蒸発器３１内のフラッシュで生じた水蒸気を冷却凝縮することにより予熱された後、前記第１の熱交換器６の入口側の第１の海水配管６１、前記第２の熱交換器７の入口側の第２の海水配管６２に接続されている。なお、前処理装置を蒸発器３２の外に設けた例で説明したが、脱気装置などを蒸発器３２の内部に設けてもよい。
【００１８】
前記熱交換器６、７によって加熱された海水は、蒸発器３１へ送り込まれ、蒸発器３１内の各室において逐次フラッシュして水蒸気を発生し、この水蒸気が熱交換チューブ４５内の海水によって冷却されて復水して、その水滴が受け皿３３により回収される。また、蒸発器３１内の海水は、連結管４６を介して蒸発器３２へ送りこまれて更にフラッシュされ、熱交換パイプ４１内の海水により冷却されて復水して、その水滴が受け皿３３に回収される。
【００１９】
さらに、蒸発器３１、３２においてフラッシュされた後の濃縮された海水（排出ブライン）は、ポンプ５０によって大部分外部へ排出される。また、前記蒸発器３１の受け皿３３に溜まった淡水は、例えば、傾斜を利用して連結管４７へ送り込まれ、連結管４７から蒸発器３２の受け皿３３に溜まり、さらに、ポンプ５１によって系外の淡水貯留設備へ送り込まれるようになっている。
【００２０】
以上のように構成された発電海水淡水化複合システムの動作について説明する。
ポンプ４０によって多段蒸発装置５の第１の蒸発器３２の熱交換チューブ４１、第2の蒸発器３１の熱交換チューブ４５へ供給された原料海水は、内部のフラッシュ蒸気と熱交換されて温度が上昇する。
【００２１】
前記熱交換チューブ４５を通って予熱された海水は、分岐されて第１、第２の熱交換器６，７への海水配管６１、６２へそれぞれ送り込まれる。第１の熱交換器６への海水配管６１へ分岐された海水は、熱交換器６において、ガスタービン１からの排気ガスと熱交換される。
本発明においては、ガスタービン１からの排気ガス温度が所定の値、具体的には４８０℃を境としてガスタービン１からの排気ガスを受け取る設備構成が異なり、この実施形態では、排気ガスの温度が４８０℃未満であるので、ガスタービン１の排気ガスを第１の熱交換器６への海水配管６１中の海水と直接熱交換する方式が採用されている。 また、第２の熱交換器７への海水配管６２へ分岐された海水は、熱交換器７によって、ガスタービン１の圧縮部１０から抽気された圧縮空気と熱交換され、加熱される。
場合によっては、前記熱交換チューブ４５を通って予熱された海水は、分岐されることなく、第２の熱交換器７を経て、更に、第１の熱交換器６を経て加熱されても良い。
【００２２】
第２の熱交換器７に圧縮機１０の中間段から抽気した圧縮空気を供給して海水と熱交換することによる圧縮機の駆動力軽減効果について説明すると、圧縮機の所要動力は、一般に圧縮される空気の温度が低いほど小さくて済むので、圧縮機１０の中間段から空気を抽出して冷却した後圧縮機へ戻すことにより、圧縮機１０の所要動力が低減される。
【００２３】
この実施形態では、前記空気圧縮機１０の中間段から４８０℃以下の圧縮空気の抽気であり、好ましくは１５０℃〜４００℃、さらに好ましくは、１８０℃〜２６０℃の圧縮空気を抽気するものである。このように圧縮空気を海水と熱交換することにより冷却するから、空気圧縮機１０の所要動力（ガスタービンの負荷）を軽減し、しかも、このエネルギーを海水の加熱に利用することができる。
【００２４】
なお、圧縮機１０あるいは多段蒸発装置５の運転状況により、抽気した圧縮空気の温度を所望の値まで下げることができない場合にはさらに水冷あるいは空冷熱交換器によって圧縮空気を冷却しても良い。また、バルブ２７を開いて水噴射装置２６から戻りの配管２５の圧縮空気へ淡水を噴射することにより、圧縮空気に少量の水を加え、後段空気圧縮器での温度上昇を抑えることができる。この水噴射には、例えばポンプ５１から吐出される生成淡水あるいは中間抽気した空気を冷却した際に生じる凝縮水を用いることができる。
【００２５】
次いで、前記ナノフィルタを使用することによる効果について説明する。
一般的な成分の海水では、伝熱面における海水温度が１２０℃を超えると、前記２価のイオンに起因するスケールの発生が著しくなるので、海水の加熱温度は１２０℃以下で行われる。しかし、ナノフィルターによって２価のイオンを除去することにより、スケールの発生を抑えて高温にすることができ、２価のイオンの除去具合によっては、１７０℃〜１８０℃もの高温まで加熱することができ、高温の熱源を利用して効率の良い熱交換を行うことができる。
【００２６】
前記構成の発電、淡水化複合システムは以下の動作を行う。
ガスタービン１においては、その空気圧縮部１０の中間段から抽気した４８０℃以下の温度の圧縮空気を海水と直接第２の熱交換器７を介して熱交換し、冷却された圧縮空気を空気圧縮部１０の後段に戻し、さらに昇圧して圧縮された空気を燃料に添加して燃焼部１２で燃焼させ、さらに燃焼ガス膨張部１１で膨張させるとともに運動エネルギーに変換し、発電機２を駆動して発電する。また、ガスタービン１の排気ガスが４８０℃以下になるように制御されており、その４８０℃以下の排気ガスは海水と第１の熱交換器６を介して直接熱交換される。
【００２７】
一方淡水化装置において、前記ポンプ４０によって取り込まれた海水は、多段蒸発装置５の熱交換パイプ４１、４５を通って多段蒸発装置５内のフラッシュ蒸気と熱交換され、常温から昇温される。熱交換パイプ４５によって予熱された海水は、第１および第２の熱交換器６、７によって加熱されて第１の蒸発器３１４へ送り込まれ、内部で順次フラッシュされる。フラッシュによって発生した水蒸気は、凝縮して水滴となって受け皿３３に回収される。第１の蒸発器３１においてフラッシュされた海水は、さらに、連結管４６を介して第２の蒸発器３２へ送り込まれ、再度フラッシュされる。この蒸発器３２でフラッシュにより発生した水蒸気は冷却凝縮されて、受け皿３３で回収されて、蒸発器３１で回収した生成水とともに、ポンプ５１によって所定のタンク等へ送り込まれる。そして、これまでの加熱およびフラッシュによって水蒸気を発生させることにより濃縮された海水は、ポンプ５０によって排出ブラインとして系外に排出される。
【００２８】
前記第２の熱交換器７において空気圧縮機１０から抽出された空気を海水と熱交換して冷却することにより、空気圧縮機１０の駆動に要する動力を軽減し、その結果、発電機２で多くの発電量を得ることができる。また、必要に応じて、バルブ２７を開いて、圧縮段１０へ戻る圧縮空気へ水を噴射することにより、後段の空気圧縮時の温度上昇を抑え発電量を高めることもできる。
【００２９】
次いで、図２を参照して第２の実施形態を説明する。なお、第１実施例と共通の構成には同一の符号を付し、説明を簡略化する。
この第２の実施形態は、ガスタービン１の排気ガス温度を４８０℃以上に制御する場合の例で、前記第１の実施形態における熱交換器６の前段に、ガスタービン１の排熱を回収する排熱回収ボイラ７０およびこの排熱回収ボイラ７０により発生した蒸気により駆動される蒸気タービン７１を設けた基本構成を有している。
ガスタービン１の燃焼ガス膨張部１１の排気ガスが排出される排出管路６０には、前記熱交換器６に代えて、排熱回収ボイラ７０が設けられている。この排熱回収ボイラ７０の熱交換チューブ７２内で前記排気ガスと熱交換されて生じた水蒸気は、前記蒸気タービン７１に供給されて運動エネルギに変換され、該蒸気タービン７１によって発電機７３が駆動され発電されるようになっている。
【００３０】
前記蒸気タービン７１から抽気または排気された水蒸気は、第１の熱交換器６Ａに供給される。第１の熱交換器６Ａに供給された水蒸気は、第１の海水配管６１から供給された海水と熱交換されて復水し、復水ポンプ７５によって復水タンク７６へ送り込まれる。第１の熱交換器６Ａで回収される以上の水蒸気がある場合は、復水器７４に、蒸気タービンから排気された水蒸気を分岐して復水することもできる。この復水器７４で発生した復水は、復水ポンプ７７によって復水タンク７６へ送り込まれる。さらに、復水タンク７６に貯留された復水は、復水ポンプ７９により排熱回収ボイラ７０の伝熱チューブ７２あるいはその下流のボイラー給水予熱器へ供給されて熱交換されるようになっている。
【００３１】
この第２の実施形態においても、ガスタービン１の中間段から抽気された圧縮空気の冷却熱、および、蒸気タービンから排気された水蒸気の冷却熱を海水の加熱に利用することにより、下記の効果が得られる。
１．ガスタービンの圧縮工程における圧縮空気の中間冷却により、ガスタービンの熱効率を高め、以て発電の高効率化が図られる。
２．中間冷却後の空気流への凝縮水の噴霧により、発電の高効率化が図られる。
３．ガスタービン燃焼圧力の高圧化により、発電と淡水の製造の高効率化が図られる。なお、熱効率の面から見て、燃料の噴射圧力は１０〜３０ｋｇ／ｃｍ２、ガスタービンの排気温度は、４００℃ないし５５０℃の範囲とすることが望ましい。
さらに、前記排出管路６０の途中に熱媒体（例えば水より沸点の高いオイル）を用いた熱交換器を設け、この熱交換器によって海水を加熱するようにしてもよい。
【００３２】
なお、本発明の構成は上記実施形態に限定されるものではなく、特に、ガスタービンの圧縮段数、蒸発器の室数などについては、発電および淡水化プラントの要求仕様に基づいて適宜変更しても良いのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の実施形態の発電淡水化複合プラントの配管図である。
【図２】第２の実施形態の発電淡水化複合プラントの配管図である。
【符号の説明】
【００３４】
１、１Ａ ガスタービン ２ 発電機
１ 発電機 ５ 多段蒸発装置 ６、６Ａ 第１の熱交換器
７ 第２の熱交換器 １０ 空気圧縮部 １１ 燃焼ガス膨張部
１２ 燃焼部 ２４ 管路 ２５ 管路
２６ 水噴射装置 ３１ 蒸発器（熱回収部）
３２ 蒸発器（熱放出部） ３３ 受け皿 ３４ 仕切板
４１ 熱交換チューブ（熱放出部） ４３ 前処理装置
４５ 熱交換チューブ（熱回収部） ６０ 排気管路
６１ 第１の海水配管 ６２ 第２の海水配管 ７０ 排熱回収ボイラー
７１ 蒸気タービン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電システムと海水淡水化システムとを複合化して電気および淡水を得る方法、およびこの方法を適用した発電、淡水化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海水淡水化の方式として、逆浸透膜を利用する方式、多重効用蒸発缶を使用する方式、多段フラッシュ蒸発を使用する方式およびシステムなどが知られており、その詳細は、財団法人日本産業技術振興協会が昭和５３年に発行した「海水淡水化技術」に詳しく説明されている。その内、多段フラッシュ蒸発方式による淡水化装置として、例えば、下記の特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
この多段フラッシュ蒸発方式では、海水を加熱するための熱源として、例えばボイラーにより生成した加熱水蒸気が用いられている。
【特許文献１】特開平９−１１７７５３号公報
【０００４】
一方、火力発電システムとしては、石炭や石油、ガスを燃料にして、ボイラーで高圧スチーム（水蒸気）を発生させ、その高圧スチームを過熱（その圧力の沸点以上に温度を上昇させること）し、その過熱水蒸気で蒸気タービンをまわして発電するシステム、あるいは、燃焼ガスにてタービンをまわして発電し、さらにタービン排ガスから排熱回収ボイラーにて過熱水蒸気を発生させ、その過熱水蒸気により蒸気タービンを回す複合発電システムは良く知られている。以下、本発明の水蒸気は、過熱水蒸気を含むものとする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、地球上の各地では、地域によって淡水（真水）と電気の両方が大幅に不足しており、真水と電気の両方を効率的に生産したいというニーズがある。従来、真水だけを効率的に生産する技術、および電気だけを効率的に生産する技術は数多く追求されて来たが、真水と電気とを効率的に併産する技術はあまり追求されて来なかった。
本発明は、海水の淡水化システムとガスタービン発電システムを複合化して真水と電気の両方を発電のエネルギー効率的に生産する技術を提供する。
【０００６】
ガスタービン発電システムの排熱を利用する場合、この発電システムの各過程で発生する種々の温度域の排熱を海水の淡水化システムの加熱源に利用して、発電システムと淡水化システムの全体のエネルギー利用効率を高めることが望ましい。
しかしながら、前記排熱の利用には解決すべき課題が多い。
（１）海水には、高温に加熱すると析出する成分（イオン）が含まれており、熱交換器の加熱面が高温になるとスケールが析出し、伝熱特性の悪化、圧力損失の増大が生じ、ひいては運転不能となることもあり得る。
（２）ガスタービンからの排熱には、種々の温度レベルがあり、これらの排熱を海水の淡水化の熱源として利用しようとすると、排熱の温度によっては前記（１）のスケールの析出の問題が生じるおそれがある。
（３）ガスタービン発電システムでは、燃焼に必要な空気を圧縮する必要があるが、空気を圧縮すると高温になり、空気温度の上昇に伴って圧縮に要するエネルギーの増大を招く。そこで、圧縮空気を途中で抽気し、一旦冷却した後、再度圧縮することがあるが、圧縮空気の熱が利用されることはなかった。また、前述のガスタービンの排ガスの熱についても、一般的な排熱回収ボイラーにより回収された後は、ボイラー給水の予熱に使用される程度でそれ以外への利用は行われていなかった。
本発明は、上記の問題点を検討し、海水を高温の気体と熱交換する際に発生するスケールを最小限に抑えることができ、さらに発電と淡水化の総合的なエネルギー効率を最大にする方法を見出したものである。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、海水の淡水化に必要な熱を与える熱交換器の加熱面でのスケールの析出を防止しつつ、発電システムの排熱を有効に利用した、発電システムと海水淡水化システムとを複合化して電気および淡水を効率的に得る方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、ガスタービン発電システムと、海水から蒸発手段を用いて淡水を得る淡水化システムを複合化して電気電気および淡水を得る方法において、
ガスタービンの空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気を熱源とする熱交換、およびガスタービンからの排気ガスを熱源とする熱交換によって前記淡水化システムの海水を加熱する熱源に用いることを特徴とする。
そして、本発明は、前記空気圧縮機の中間段から抽気する圧縮空気の温度を４８０℃以下とすることを特徴とする。
また本発明は、前記ガスタービンの排気ガス温度を４８０℃未満にはるように制御し、ガスタービンの排気ガスを直接海水と熱交換することを特徴とする。
また本発明は、ガスタービンからの排気ガス温度を４８０℃以上になるように制御し、排気ガスを熱回収ボイラーに導入して水蒸気を発生させ、この水蒸気を蒸気タービンに導入して発電し、この蒸気タービンから排出された水蒸気の全部または一部を前記淡水化システムにおける海水の加熱の熱源に利用することを特徴とする。
また本発明は、前記空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気を前記淡水化システムの海水の加熱の熱源の一部に利用して後段の空気圧縮機に戻す前に、該圧縮空気に水を噴射することを特徴とする。
また本発明は、前記噴射される水が、前記空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気を淡水化システムの加熱の熱源の一部に利用し、さらに冷却されることによって生じる凝縮水および／または前記淡水化システムで製造された淡水であることを特徴とする。
また、本発明は、前記噴射される水の量が、空気のウエットネス度を１０％以下とする量であることを特徴とする。
また本発明は、前記淡水化システムが、多段フラッシュ蒸留法を用いることを特徴とする。
また本発明は、海水を淡水化システムの熱回収部に供給する前に、ナノフィルターを通すことにより２価のイオンを除去する前処理を施すことを特徴とする。
また本発明は、外部熱源によって加熱される海水の温度を基準値と比較し、基準値を超えた場合に、前記ナノフィルターによる処理を施した海水を前記淡水化システムの熱回収部に供給あるいはナノフィルターによる処理を施さない海水に混合して供給することを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、多段フラッシュ蒸留法による蒸留において、最も高温でフラッシュされる海水の加熱に、ガスタービンの空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気、ガスタービンの排気ガスおよびガスタービンの排気ガスの熱を回収して発生させた水蒸気でスチームタービンを駆動した後に排気された水蒸気のグループから選ばれる少なくとも一つの熱源を用いることを特徴とする。
また本発明は、前記海水の熱交換は、チューブ内に海水を流通させ、チューブの外側に前記空気圧縮機の中間段から抽気された圧縮空気、あるいは前記ガスタービンからの排気ガスを供給することにより行われることを特徴とする。
また本発明は、ガスタービン発電システムと、海水から蒸発手段を用いて淡水を得る淡水化システムを複合化してなる発電、淡水化装置において、ガスタービンからの排気ガスを熱源として、前記淡水化システムに供給される海水を加熱する第１の熱交換器と、前記ガスタービンの空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気を熱源として、前記淡水化システムに供給される海水を加熱する第２の熱交換器と、該第２の熱交換器で熱交換された圧縮空気を前記空気圧縮機の中間段へ戻す管路とを有することを特徴とする。
また、本発明は、ガスタービン発電システムと、海水から蒸発手段を用いて淡水を得る淡水化システムを複合化してなる発電、淡水化装置において、ガスタービンからの排気ガスを熱源とする排熱回収ボイラーと、前記排熱回収ボイラーから回収される排スチームを熱源として、前記淡水化システムに供給される海水を加熱する第１の熱交換器と、前記ガスタービンの空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気を熱源として、前記淡水化システムに供給される海水を加熱する第２の熱交換器と、該第２の熱交換器で熱交換された圧縮空気を前記空気圧縮機の中間段へ戻す管路とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、発電用ガスタービンの空気圧縮機の抽気空気の冷却およびタービン排気ガスの冷却と海水の加熱とが同時に行われるので、発電と海水淡水化との全体の効率を高めることができる。
また、本発明によれば、海水と熱交換する空気圧縮機の抽気空気の温度を４８０℃以下とすることにより、熱交換器の海水加熱側の伝熱面の温度を低くすることができるのでスケールの発生を抑制できる。
また、海水と熱交換するガスタービンからの排気ガス温度を４８０℃未満になるように制御して運転する場合には、その排気ガスと海水とを直接熱交換しても、上記と同様にスケールの発生を抑制した状態で熱回収できる。
さらに排気ガス温度を４８０℃以上になるように制御して運転する場合には、排気ガスをを排熱回収ボイラで水蒸気を発生させその水蒸気でスチームタービンを駆動して発電させた後の、４８０℃以下、一般的には１５０℃以下になったスチームタービン出口水蒸気と海水とを熱交換するので、熱交換器の伝面が４８０℃以上に加熱されないのでスケールの発生を抑制できる。
さらにまた、必要に応じて発電装置の排熱との熱交換に用いられる海水をナノフィルタによって処理することができるので、スケールの原因となる２価のイオン、例えばＣａ２＋、Ｍｇ２＋、ＳＯ４２− 、が除去された海水を加熱することができ、したがって、スケール発生防止の見地から制限されていた熱交換器の熱源温度を高めることができ、より高い効率で海水を加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は第１の実施形態を示すものである。この複合プラントは、発電装置と、海水淡水化装置とから構成されている。
前記発電装置は、内燃機関であるガスタービン１、該ガスタービン１により駆動される発電機２を基本構成としている。また前記海水淡水化装置は、加熱された海水をフラッシュさせて淡水を得る多段蒸発装置５と、該多段蒸発装置５に供給される海水と前記発電プラントから供給されるガスタービン排気ガスおよび抽気した圧縮空気との間でそれぞれ直接熱交換する第１、第２の熱交換器６、７とを基本構成としている。
【００１２】
前記発電装置のガスタービン１は、空気圧縮部１０と燃焼ガス膨張部１１とを有し、空気圧縮部１０によって圧縮された空気を用いて燃焼部１２で燃料を燃焼させ、燃焼ガス膨張部１１において熱エネルギーを運動エネルギーに変換し、この運動エネルギーによって発電機２を駆動している。また前記燃焼ガス膨張部１１と空気圧縮部１０とは同軸上に連結されていて、燃焼ガス膨張部１１で発生した運動エネルギーの一部によって空気圧縮部１０が駆動されるようになっている。
【００１３】
本発明において、ガスタービン１の排気ガス温度を４８０℃未満になるように制御するには、例えばガスタービン入口圧力を２５気圧程度の圧力まで昇圧し１１００℃で燃焼し、ガスタービン出口圧力を１．５気圧とすると、その排気ガス温度を４８０℃程度に制御可能である。このガスタービン１の排気ガス温度は、燃焼温度との関係もあるが、例えば同じ１１００℃燃焼する場合のガスタービン入口圧力を２５気圧よりさらに大きくすることにより、４８０℃以下の排気ガス温度のガスタービン１の運転は可能となる。また、ガスタービン１の排気ガス温度を４８０℃以上とするには、上記と同じ条件である燃焼温度１１００℃でガスタービンの出口圧力１．５気圧とすると、入口圧力を２５気圧でほぼ４８０℃、２０気圧で５１５℃となるが、本発明においては、このガスタービンの入口圧力と温度は適宜選択できるものであり、その選択した条件の下、最適な構成を採用できる。
【００１４】
前記ガスタービン１において燃焼ガス膨張部１１からの排気ガスは、排出管路６０を介して前記第１の熱交換器６へ供給されている。この熱交換器６では、第1の海水配管６１を介して前記多段蒸発装置５から供給された海水を前記排気ガスと熱交換することにより加熱する。
【００１５】
前記ガスタービン１の空気圧縮部１０は複数段の構成とされ、その低圧段（前段）から抽気された圧縮空気は、管路２４を経由して第２の熱交換器７に供給されて、第２の海水配管６２から供給された海水と熱交換され、さらに、管路２５を経由して高圧段（後段）へ戻される。また管路２５の途中には、水噴射装置２６が設けられていて、空気圧縮部１０へ戻る圧縮空気中へノズルから水を噴射することにより、後段の高圧段での空気圧縮の際に生じる温度上昇を抑えている。この噴射される水の量は、多い程、温度上昇を抑制する効果があるが、多すぎると、空気圧縮羽根のバランス上、また、エロージョン悪影響を与え良くない。この噴射される水の量は、その空気温度のウエットネス度を１０％以下になる量が好ましいことがわかった。本発明におけるウエットネス度とは、その温度において、飽和の水蒸気とは別に、ミスト（液滴）状態の水分を空気中に含有する状態をミストと空気の重量比で表す状態量である。符号２７は水噴射装置２６への水の供給を制御するバルブである。なお、抽気された圧縮空気は高圧段に戻される前に、必要により設置される冷却器２８によってさらに冷却されても良い。
【００１６】
前記海水淡水化装置には、加熱した海水をフラッシュさせて水蒸気を発生させ、この水蒸気を復水させることによって淡水を得る多段蒸発装置５が設けられている。この多段蒸発装置５は、比較的高い温度で海水をフラッシュさせる蒸発器（熱回収部）３１と、低い温度で海水をフラッシュさせる蒸発器３２（熱放出部）３２とから構成されている。
蒸発器３１の内部には複数の蒸発室が設けられ、上部にはフラッシュ後に復水した水を受け取る受け皿３３が設けられている。また蒸発器３１は、仕切板３４によって複数に仕切られている。この蒸発器内の海水は、フラッシュを繰り返すことにより、温度、圧力が次第に低減するようになっている。同様に、蒸発器３２にも受け皿３３が設けられていて、復水した水蒸気を受け取るようになっている。
【００１７】
次に、前記多段蒸発装置５へ海水を供給するシステムについて説明する。
符号４０はポンプであって、このポンプ４０から吐出された海水は熱放出部の熱交換チューブ４１を介して蒸発器３２内を通り、蒸発器３２内のフラッシュで生じた水蒸気を冷却凝縮させる。また、前記熱交換チューブ４１を出た海水は分岐され、一部は管路４２を経て放流され、一部は前処理装置４３に接続されている。この前処理装置４３では、溶存ＣＯ２や酸素を除去したり、あるいはスケール抑制剤を添加する装置、すなわち従来知られている脱気装置やスケール抑制や防止のための前処理装置を備え、さらにナノフィルター設備を設けるのが好ましい。前記海水は、この前処理装置４３に付設されたナノフィルター４３を経ることによってスケールの原因となる２価のイオン、例えばＣａ２＋、Ｍｇ２＋、ＳＯ４２− 、が除去されるようになっている。また、ナノフィルター４３を通って前記２価のイオンが除去された海水は、ポンプ４４によって蒸発器３１内の熱交換チューブ４５に供給されて蒸発器３１内のフラッシュで生じた水蒸気を冷却凝縮することにより予熱された後、前記第１の熱交換器６の入口側の第１の海水配管６１、前記第２の熱交換器７の入口側の第２の海水配管６２に接続されている。なお、前処理装置を蒸発器３２の外に設けた例で説明したが、脱気装置などを蒸発器３２の内部に設けてもよい。
【００１８】
前記熱交換器６、７によって加熱された海水は、蒸発器３１へ送り込まれ、蒸発器３１内の各室において逐次フラッシュして水蒸気を発生し、この水蒸気が熱交換チューブ４５内の海水によって冷却されて復水して、その水滴が受け皿３３により回収される。また、蒸発器３１内の海水は、連結管４６を介して蒸発器３２へ送りこまれて更にフラッシュされ、熱交換パイプ４１内の海水により冷却されて復水して、その水滴が受け皿３３に回収される。
【００１９】
さらに、蒸発器３１、３２においてフラッシュされた後の濃縮された海水（排出ブライン）は、ポンプ５０によって大部分外部へ排出される。また、前記蒸発器３１の受け皿３３に溜まった淡水は、例えば、傾斜を利用して連結管４７へ送り込まれ、連結管４７から蒸発器３２の受け皿３３に溜まり、さらに、ポンプ５１によって系外の淡水貯留設備へ送り込まれるようになっている。
【００２０】
以上のように構成された発電海水淡水化複合システムの動作について説明する。
ポンプ４０によって多段蒸発装置５の第１の蒸発器３２の熱交換チューブ４１、第2の蒸発器３１の熱交換チューブ４５へ供給された原料海水は、内部のフラッシュ蒸気と熱交換されて温度が上昇する。
【００２１】
前記熱交換チューブ４５を通って予熱された海水は、分岐されて第１、第２の熱交換器６，７への海水配管６１、６２へそれぞれ送り込まれる。第１の熱交換器６への海水配管６１へ分岐された海水は、熱交換器６において、ガスタービン１からの排気ガスと熱交換される。
本発明においては、ガスタービン１からの排気ガス温度が所定の値、具体的には４８０℃を境としてガスタービン１からの排気ガスを受け取る設備構成が異なり、この実施形態では、排気ガスの温度が４８０℃未満であるので、ガスタービン１の排気ガスを第１の熱交換器６への海水配管６１中の海水と直接熱交換する方式が採用されている。 また、第２の熱交換器７への海水配管６２へ分岐された海水は、熱交換器７によって、ガスタービン１の圧縮部１０から抽気された圧縮空気と熱交換され、加熱される。
場合によっては、前記熱交換チューブ４５を通って予熱された海水は、分岐されることなく、第２の熱交換器７を経て、更に、第１の熱交換器６を経て加熱されても良い。
【００２２】
第２の熱交換器７に圧縮機１０の中間段から抽気した圧縮空気を供給して海水と熱交換することによる圧縮機の駆動力軽減効果について説明すると、圧縮機の所要動力は、一般に圧縮される空気の温度が低いほど小さくて済むので、圧縮機１０の中間段から空気を抽出して冷却した後圧縮機へ戻すことにより、圧縮機１０の所要動力が低減される。
【００２３】
この実施形態では、前記空気圧縮機１０の中間段から４８０℃以下の圧縮空気の抽気であり、好ましくは１５０℃〜４００℃、さらに好ましくは、１８０℃〜２６０℃の圧縮空気を抽気するものである。このように圧縮空気を海水と熱交換することにより冷却するから、空気圧縮機１０の所要動力（ガスタービンの負荷）を軽減し、しかも、このエネルギーを海水の加熱に利用することができる。
【００２４】
なお、圧縮機１０あるいは多段蒸発装置５の運転状況により、抽気した圧縮空気の温度を所望の値まで下げることができない場合にはさらに水冷あるいは空冷熱交換器によって圧縮空気を冷却しても良い。また、バルブ２７を開いて水噴射装置２６から戻りの配管２５の圧縮空気へ淡水を噴射することにより、圧縮空気に少量の水を加え、後段空気圧縮器での温度上昇を抑えることができる。この水噴射には、例えばポンプ５１から吐出される生成淡水あるいは中間抽気した空気を冷却した際に生じる凝縮水を用いることができる。
【００２５】
次いで、前記ナノフィルタを使用することによる効果について説明する。
一般的な成分の海水では、伝熱面における海水温度が１２０℃を超えると、前記２価のイオンに起因するスケールの発生が著しくなるので、海水の加熱温度は１２０℃以下で行われる。しかし、ナノフィルターによって２価のイオンを除去することにより、スケールの発生を抑えて高温にすることができ、２価のイオンの除去具合によっては、１７０℃〜１８０℃もの高温まで加熱することができ、高温の熱源を利用して効率の良い熱交換を行うことができる。
【００２６】
前記構成の発電、淡水化複合システムは以下の動作を行う。
ガスタービン１においては、その空気圧縮部１０の中間段から抽気した４８０℃以下の温度の圧縮空気を海水と直接第２の熱交換器７を介して熱交換し、冷却された圧縮空気を空気圧縮部１０の後段に戻し、さらに昇圧して圧縮された空気を燃料に添加して燃焼部１２で燃焼させ、さらに燃焼ガス膨張部１１で膨張させるとともに運動エネルギーに変換し、発電機２を駆動して発電する。また、ガスタービン１の排気ガスが４８０℃以下になるように制御されており、その４８０℃以下の排気ガスは海水と第１の熱交換器６を介して直接熱交換される。
【００２７】
一方淡水化装置において、前記ポンプ４０によって取り込まれた海水は、多段蒸発装置５の熱交換パイプ４１、４５を通って多段蒸発装置５内のフラッシュ蒸気と熱交換され、常温から昇温される。熱交換パイプ４５によって予熱された海水は、第１および第２の熱交換器６、７によって加熱されて第１の蒸発器３１４へ送り込まれ、内部で順次フラッシュされる。フラッシュによって発生した水蒸気は、凝縮して水滴となって受け皿３３に回収される。第１の蒸発器３１においてフラッシュされた海水は、さらに、連結管４６を介して第２の蒸発器３２へ送り込まれ、再度フラッシュされる。この蒸発器３２でフラッシュにより発生した水蒸気は冷却凝縮されて、受け皿３３で回収されて、蒸発器３１で回収した生成水とともに、ポンプ５１によって所定のタンク等へ送り込まれる。そして、これまでの加熱およびフラッシュによって水蒸気を発生させることにより濃縮された海水は、ポンプ５０によって排出ブラインとして系外に排出される。
【００２８】
前記第２の熱交換器７において空気圧縮機１０から抽出された空気を海水と熱交換して冷却することにより、空気圧縮機１０の駆動に要する動力を軽減し、その結果、発電機２で多くの発電量を得ることができる。また、必要に応じて、バルブ２７を開いて、圧縮段１０へ戻る圧縮空気へ水を噴射することにより、後段の空気圧縮時の温度上昇を抑え発電量を高めることもできる。
【００２９】
次いで、図２を参照して第２の実施形態を説明する。なお、第１実施例と共通の構成には同一の符号を付し、説明を簡略化する。
この第２の実施形態は、ガスタービン１の排気ガス温度を４８０℃以上に制御する場合の例で、前記第１の実施形態における熱交換器６の前段に、ガスタービン１の排熱を回収する排熱回収ボイラ７０およびこの排熱回収ボイラ７０により発生した蒸気により駆動される蒸気タービン７１を設けた基本構成を有している。
ガスタービン１の燃焼ガス膨張部１１の排気ガスが排出される排出管路６０には、前記熱交換器６に代えて、排熱回収ボイラ７０が設けられている。この排熱回収ボイラ７０の熱交換チューブ７２内で前記排気ガスと熱交換されて生じた水蒸気は、前記蒸気タービン７１に供給されて運動エネルギに変換され、該蒸気タービン７１によって発電機７３が駆動され発電されるようになっている。
【００３０】
前記蒸気タービン７１から抽気または排気された水蒸気は、第１の熱交換器６Ａに供給される。第１の熱交換器６Ａに供給された水蒸気は、第１の海水配管６１から供給された海水と熱交換されて復水し、復水ポンプ７５によって復水タンク７６へ送り込まれる。第１の熱交換器６Ａで回収される以上の水蒸気がある場合は、復水器７４に、蒸気タービンから排気された水蒸気を分岐して復水することもできる。この復水器７４で発生した復水は、復水ポンプ７７によって復水タンク７６へ送り込まれる。さらに、復水タンク７６に貯留された復水は、復水ポンプ７９により排熱回収ボイラ７０の伝熱チューブ７２あるいはその下流のボイラー給水予熱器へ供給されて熱交換されるようになっている。
【００３１】
この第２の実施形態においても、ガスタービン１の中間段から抽気された圧縮空気の冷却熱、および、蒸気タービンから排気された水蒸気の冷却熱を海水の加熱に利用することにより、下記の効果が得られる。
１．ガスタービンの圧縮工程における圧縮空気の中間冷却により、ガスタービンの熱効率を高め、以て発電の高効率化が図られる。
２．中間冷却後の空気流への凝縮水の噴霧により、発電の高効率化が図られる。
３．ガスタービン燃焼圧力の高圧化により、発電と淡水の製造の高効率化が図られる。なお、熱効率の面から見て、燃料の噴射圧力は１０〜３０ｋｇ／ｃｍ２、ガスタービンの排気温度は、４００℃ないし５５０℃の範囲とすることが望ましい。
さらに、前記排出管路６０の途中に熱媒体（例えば水より沸点の高いオイル）を用いた熱交換器を設け、この熱交換器によって海水を加熱するようにしてもよい。
【００３２】
なお、本発明の構成は上記実施形態に限定されるものではなく、特に、ガスタービンの圧縮段数、蒸発器の室数などについては、発電および淡水化プラントの要求仕様に基づいて適宜変更しても良いのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の実施形態の発電淡水化複合プラントの配管図である。
【図２】第２の実施形態の発電淡水化複合プラントの配管図である。
【符号の説明】
【００３４】
１、１Ａ ガスタービン ２ 発電機
１ 発電機 ５ 多段蒸発装置 ６、６Ａ 第１の熱交換器
７ 第２の熱交換器 １０ 空気圧縮部 １１ 燃焼ガス膨張部
１２ 燃焼部 ２４ 管路 ２５ 管路
２６ 水噴射装置 ３１ 蒸発器（熱回収部）
３２ 蒸発器（熱放出部） ３３ 受け皿 ３４ 仕切板
４１ 熱交換チューブ（熱放出部） ４３ 前処理装置
４５ 熱交換チューブ（熱回収部） ６０ 排気管路
６１ 第１の海水配管 ６２ 第２の海水配管 ７０ 排熱回収ボイラー
７１ 蒸気タービン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン発電システムと、海水から蒸発手段を用いて淡水を得る淡水化システムを複合化して電気および淡水を得る方法において、
ガスタービンの空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気を熱源とする熱交換、およびガスタービンからの排気ガスを熱源とする熱交換によって前記淡水化システムの海水を加熱することを特徴とする発電、淡水化方法。
【請求項２】
前記空気圧縮機の中間段から抽気する圧縮空気の温度を４８０℃以下とすることを特徴とする請求項１記載の発電、淡水化方法。
【請求項３】
前記ガスタービンからの排気ガス温度を４８０℃未満になるように制御し、ガスタービンの排気ガスを直接海水と熱交換することを特徴とする請求項１または２記載の発電、淡水化方法。
【請求項４】
ガスタービンからの排気ガス温度を４８０℃以上になるように制御し、排気ガスを熱回収ボイラーに導入して水蒸気を発生させ、この水蒸気を蒸気タービンに導入して発電し、この蒸気タービンから排出された水蒸気の全部または一部を前記淡水化システムにおける海水の加熱の熱源に利用することを特徴とする請求項１または２記載の発電、淡水化方法。
【請求項５】
前記空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気を前記淡水化システムの海水の加熱の熱源の一部に利用して後段の空気圧縮機に戻す前に、該圧縮空気に水を噴射することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発電、淡水化方法。
【請求項６】
前記噴射される水が、前記空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気を淡水化システムの加熱の熱源の一部に利用し、さらに冷却されることによって生じる凝縮水および／または前記淡水化システムで製造された淡水であることを特徴とする請求項５に記載の発電、淡水化方法。
【請求項７】
前記噴射される水の量が、空気のウエットネス度を１０％以下とする量であることを特徴とする請求項５に記載の発電、淡水化方法。
【請求項８】
前記淡水化システムが、多段フラッシュ蒸留法を用いることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の発電、淡水化方法。
【請求項９】
海水を淡水化システムの熱回収部に供給する前に、ナノフィルターを通すことにより２価のイオンを除去する前処理を施すことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の発電、淡水化方法。
【請求項１０】
請求項１〜４の外部熱源により加熱される海水の温度を基準値と比較し、基準値を超えた場合に、前記ナノフィルターによる処理を施した海水を前記淡水化システムに供給することを特徴とする請求項９に記載の発電、淡水化方法。
【請求項１１】
多段フラッシュ蒸留法による蒸留において、最も高温でフラッシュされる海水の加熱に、ガスタービンの空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気、ガスタービンの排気ガスおよびガスタービンの排気ガスの熱を回収して発生させた水蒸気でスチームタービンを駆動した後に排気された水蒸気のグループから選ばれる少なくとも一つの熱源を用いることを特徴とする請求項４に記載の発電、淡水化方法。
【請求項１２】
前記海水の熱交換は、チューブ内に海水を流通させ、該チューブの外側に前記空気圧縮機の中間段から抽気された圧縮空気および前記ガスタービンからの排気ガスを供給することにより行われることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の海水、淡水化方法。
【請求項１３】
ガスタービン発電システムと、海水から蒸発手段を用いて淡水を得る淡水化システムを複合化してなる発電、淡水化装置において、
ガスタービンからの排気ガスを熱源として、前記淡水化システムに供給される海水を加熱する第１の熱交換器と、
前記ガスタービンの空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気を熱源として、前記淡水化システムに供給される海水を加熱する第２の熱交換器と、
該第２の熱交換器で熱交換された圧縮空気を前記空気圧縮機の中間段へ戻す管路とを有することを特徴とする発電、淡水化装置。
【請求項１４】
ガスタービン発電システムと、海水から蒸発手段を用いて淡水を得る淡水化システムを複合化してなる発電、淡水化装置において、
ガスタービンからの排気ガスを熱源とする排熱回収ボイラーと、
前記排熱回収ボイラーから回収される排スチームを熱源として、前記淡水化システムに供給される海水を加熱する第１の熱交換器と、
前記ガスタービンの空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気を熱源として、前記淡水化システムに供給される海水を加熱する第２の熱交換器と、
該第２の熱交換器で熱交換された圧縮空気を前記空気圧縮機の中間段へ戻す管路とを有することを特徴とする発電、淡水化装置。
【請求項１】
ガスタービン発電システムと、海水から蒸発手段を用いて淡水を得る淡水化システムを複合化して電気および淡水を得る方法において、
ガスタービンの空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気を熱源とする熱交換、およびガスタービンからの排気ガスを熱源とする熱交換によって前記淡水化システムの海水を加熱することを特徴とする発電、淡水化方法。
【請求項２】
前記空気圧縮機の中間段から抽気する圧縮空気の温度を４８０℃以下とすることを特徴とする請求項１記載の発電、淡水化方法。
【請求項３】
前記ガスタービンからの排気ガス温度を４８０℃未満になるように制御し、ガスタービンの排気ガスを直接海水と熱交換することを特徴とする請求項１または２記載の発電、淡水化方法。
【請求項４】
ガスタービンからの排気ガス温度を４８０℃以上になるように制御し、排気ガスを熱回収ボイラーに導入して水蒸気を発生させ、この水蒸気を蒸気タービンに導入して発電し、この蒸気タービンから排出された水蒸気の全部または一部を前記淡水化システムにおける海水の加熱の熱源に利用することを特徴とする請求項１または２記載の発電、淡水化方法。
【請求項５】
前記空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気を前記淡水化システムの海水の加熱の熱源の一部に利用して後段の空気圧縮機に戻す前に、該圧縮空気に水を噴射することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発電、淡水化方法。
【請求項６】
前記噴射される水が、前記空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気を淡水化システムの加熱の熱源の一部に利用し、さらに冷却されることによって生じる凝縮水および／または前記淡水化システムで製造された淡水であることを特徴とする請求項５に記載の発電、淡水化方法。
【請求項７】
前記噴射される水の量が、空気のウエットネス度を１０％以下とする量であることを特徴とする請求項５に記載の発電、淡水化方法。
【請求項８】
前記淡水化システムが、多段フラッシュ蒸留法を用いることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の発電、淡水化方法。
【請求項９】
海水を淡水化システムの熱回収部に供給する前に、ナノフィルターを通すことにより２価のイオンを除去する前処理を施すことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の発電、淡水化方法。
【請求項１０】
請求項１〜４の外部熱源により加熱される海水の温度を基準値と比較し、基準値を超えた場合に、前記ナノフィルターによる処理を施した海水を前記淡水化システムに供給することを特徴とする請求項９に記載の発電、淡水化方法。
【請求項１１】
多段フラッシュ蒸留法による蒸留において、最も高温でフラッシュされる海水の加熱に、ガスタービンの空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気、ガスタービンの排気ガスおよびガスタービンの排気ガスの熱を回収して発生させた水蒸気でスチームタービンを駆動した後に排気された水蒸気のグループから選ばれる少なくとも一つの熱源を用いることを特徴とする請求項４に記載の発電、淡水化方法。
【請求項１２】
前記海水の熱交換は、チューブ内に海水を流通させ、該チューブの外側に前記空気圧縮機の中間段から抽気された圧縮空気および前記ガスタービンからの排気ガスを供給することにより行われることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の海水、淡水化方法。
【請求項１３】
ガスタービン発電システムと、海水から蒸発手段を用いて淡水を得る淡水化システムを複合化してなる発電、淡水化装置において、
ガスタービンからの排気ガスを熱源として、前記淡水化システムに供給される海水を加熱する第１の熱交換器と、
前記ガスタービンの空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気を熱源として、前記淡水化システムに供給される海水を加熱する第２の熱交換器と、
該第２の熱交換器で熱交換された圧縮空気を前記空気圧縮機の中間段へ戻す管路とを有することを特徴とする発電、淡水化装置。
【請求項１４】
ガスタービン発電システムと、海水から蒸発手段を用いて淡水を得る淡水化システムを複合化してなる発電、淡水化装置において、
ガスタービンからの排気ガスを熱源とする排熱回収ボイラーと、
前記排熱回収ボイラーから回収される排スチームを熱源として、前記淡水化システムに供給される海水を加熱する第１の熱交換器と、
前記ガスタービンの空気圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気を熱源として、前記淡水化システムに供給される海水を加熱する第２の熱交換器と、
該第２の熱交換器で熱交換された圧縮空気を前記空気圧縮機の中間段へ戻す管路とを有することを特徴とする発電、淡水化装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−７０８８９（Ｐ２００６−７０８８９Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１８３（Ｐ２００５−３１８３）
【出願日】平成１７年１月７日（２００５．１．７）
【出願人】（０００００４４１１）日揮株式会社 (94)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月７日（２００５．１．７）
【出願人】（０００００４４１１）日揮株式会社 (94)
【Ｆターム（参考）】
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