(57)【要約】【課題】蒸気中に含まれるスケール成分に応じてスケール抑制剤を噴霧できるスケール抑制装置、地熱発電設備およびスケール抑制方法を提供すること。【解決手段】  本発明の実施形態によれば、生産井から抽出された地熱流体から蒸気を生成し、前記蒸気を蒸気タービンに供給して回転駆動させる地熱発電設備に設けられ、蒸気タービンに供給される蒸気に対して、その内部に含まれるスケールを抑制するスケール抑制剤を噴霧するスケール抑制装置であって、地熱流体、蒸気タービンへ供給される蒸気、蒸気タービンから抽気された抽気、および蒸気タービンからの排気の少なくともいずれかに含まれるスケールを測定するセンサと、前記蒸気タービンに供給される蒸気に前記スケール抑制剤を噴霧する噴霧装置と、前記センサの測定結果に基づいて、前記噴霧装置から噴霧される前記スケール抑制剤を調整する制御装置と、を備える。【選択図】図１
2020012456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生産井から抽出された地熱流体から蒸気を生成し、前記蒸気を蒸気タービンに供給して前記蒸気タービンを回転駆動させる地熱発電設備に設けられ、前記蒸気タービンに供給される蒸気に対して、その内部に含まれるスケールを抑制するスケール抑制剤を噴霧するスケール抑制装置であって、
前記地熱流体、前記蒸気タービンへ供給される蒸気、前記蒸気タービンから抽気された抽気、および前記蒸気タービンからの排気の少なくともいずれかに含まれるスケールを測定するセンサと、
前記蒸気タービンに供給される蒸気に前記スケール抑制剤を噴霧する噴霧装置と、
前記センサの測定結果に基づいて、前記噴霧装置から噴霧される前記スケール抑制剤を調整する制御装置と、
を備えるスケール抑制装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記センサで測定された前記スケールの測定濃度に基づいて、前記噴霧装置から噴霧される前記スケール抑制剤の噴霧量を調整する請求項１に記載されたスケール抑制装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記センサで測定された前記スケールの測定濃度に基づいて、前記噴霧装置から噴霧される前記スケール抑制剤の種類を調整する請求項１または２に記載されたスケール抑制装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記センサで測定された前記スケールの測定濃度に基づいて、前記噴霧装置から噴霧される前記スケール抑制剤の濃度を調整する請求項１から３のいずれかに記載されたスケール抑制装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記センサで測定された前記スケールの測定濃度とあらかじめ定められた前記スケールの基準濃度とを比較し、前記噴霧装置から噴霧される前記スケール抑制剤を調整する請求項１から４のいずれかに記載されたスケール抑制装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記スケールの濃度とこのスケールの析出を抑制するスケール抑制剤の濃度との対応関係をあらかじめ記憶すると共に、
前記対応関係と前記センサで測定された前記測定濃度とに基づいて、前記スケールの析出を抑制する前記スケール抑制剤を前記噴霧装置から噴霧する請求項１から５のいずれかに記載されたスケール抑制装置。
【請求項７】
生産井から抽出された地熱水を分離して蒸気を生成する汽水分離器と、
前記蒸気により回転駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンのタービン軸に連結され前記蒸気タービンと共に回転駆動する発電機と、
前記蒸気タービンからの前記排気を凝縮水に戻す復水器と、
前記凝縮水の少なくとも一部を還元する還元井と、
請求項１から６のいずれかに記載されたスケール抑制装置と、
を備える地熱発電設備。
【請求項８】
蒸気タービンに付着するスケールの生成を抑制する方法であって、
生産井から抽出された地熱流体、前記蒸気タービンへ供給される蒸気、前記蒸気タービンから抽気された抽気、および前記蒸気タービンからの排気の少なくともいずれかに含まれるスケールを測定し、
その測定値とあらかじめ定められた基準値とを比較し、
前記測定値と前記基準値との比較に基づいて、前記蒸気タービンに供給される前の蒸気に噴霧するスケール抑制剤を調整するスケール抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、スケール抑制装置、地熱発電設備およびスケール抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ボイラや冷却塔、地熱発電等の分野においては、カルシウム、鉄、シリカなど（以下、スケール成分という）を含有する流体を配管に通水する必要があり、長時間連続運転を行ううちに、配管内壁にスケールが発生することが知られている。例えばシリカの場合、地熱流体中に数１００ｍｇ／Ｌの高濃度のシリカを含有する。したがって、この地熱流体を時間あたり数百ｍ３以上運用するような地熱発電設備では、析出するシリカスケールが膨大な量になり、蒸気流路断面積の低下、蒸気・熱水配管の閉塞、還元井の閉塞、および蒸気タービンのノズル部分の閉塞へと至る。結果として、蒸気通過量の低下、通水量の低下および圧力損失の増大により発電量の低下が引き起こされる。
【０００３】
そこで、一部の地熱発電設備では、蒸気タービンに供給される蒸気の流路中に噴霧装置を設けている。噴霧装置は、蒸気に対してスケール発生を抑制するスケール抑制剤を噴霧する。スケール抑制剤を含む蒸気が蒸気タービンに供給されると、この蒸気がノズルを通過する際にスケール抑制剤を付着させる。これにより、蒸気中に含まれるシリカ成分のノズルへの付着を防ぎ、ノズルでのスケールの析出量が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１６０８４２号公報
【特許文献２】特開２０１６−１６８５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、蒸気中に含まれるスケール成分は生産井毎に異なるため、噴霧装置の内部では、蒸気中に含まれるスケールに応じて種類や混合率が調整されたスケール抑制剤を噴霧することが好ましい。そこで、本発明が解決しようとする課題は、蒸気中に含まれるスケール成分に応じてスケール抑制剤を噴霧できるスケール抑制装置およびその方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、実施形態のスケール抑制装置は、生産井から抽出された地熱流体から蒸気を生成し、前記蒸気を蒸気タービンに供給して前記蒸気タービンを回転駆動させる地熱発電設備に設けられ、前記蒸気タービンに供給される蒸気に対して、その内部に含まれるスケールを抑制するスケール抑制剤を噴霧するスケール抑制装置であって、前記地熱流体、前記蒸気タービンへ供給される蒸気、前記蒸気タービンから抽気された抽気、および前記蒸気タービンからの排気の少なくともいずれかに含まれるスケールを測定するセンサと、前記蒸気タービンに供給される蒸気に前記スケール抑制剤を噴霧する噴霧装置と、前記センサの測定結果に基づいて、前記噴霧装置から噴霧される前記スケール抑制剤を調整する制御装置と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の実施形態に係るスケール抑制装置、地熱発電設備およびスケール抑制方法は、蒸気中に含まれるスケール成分に応じてスケール抑制剤を噴霧できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第一の実施形態に係る地熱発電設備の概要図。
【図２】第一の実施形態に係るスケール抑制方法を示すフローチャート。
【図３】第二の実施形態に係る地熱発電設備の概要図。
【図４】第二の実施形態に係るスケール抑制方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第一の実施形態）
第一の実施形態に係る地熱発電設備について、図１を用いて説明する。図１は、第一の実施形態に係るタービン発電設備の概要図である。以降の説明において、スケール成分とは、地熱流体から分離された蒸気中に含まれる不純物であり、蒸気タービン内部に付着してスケールを析出するもの、例えばカルシウム、鉄、アルミニウム、ナトリウム、およびシリカやこれらがイオン化したものを指す。
【００１０】
地熱発電設備１は、生産井１１と、汽水分離器１２と、デミスタ１３と、蒸気タービン１４と、復水器１５と、還元井１６と、発電機１７と、スケール抑制装置２０と、を備える。
【００１１】
生産井１１は、地中から地熱流体Ａを噴出する。この地熱流体Ａは、一般的に１５０℃〜２５０℃程度の温度を有する蒸気および熱水が混合した流体である。
【００１２】
汽水分離器１２は、生産井１１と配管２を介して接続される。汽水分離器１２は、生産井１１から供給された地熱流体Ａを減圧して蒸気Ｂと熱水Ｃとに分離する。
【００１３】
デミスタ１３は、汽水分離器１２と蒸気タービン１４との間に配置される。デミスタ１３は、汽水分離器１２を出た蒸気Ｂ１中に含まれる水滴およびこの水滴中に含まれるスケール成分を除去する。蒸気Ｂ１から水滴を除去する能力は、特に粒径２０μｍ以下の微小の水滴をも除去する能力が高い方が、スケール原因物質の除去能力も高くなる点では好ましいものの、そのようなデミスタ１３は、蒸気圧力の損失（圧損）が高くなる傾向があり、発電量の低下が避けがたい。このことから、デミスタ１３は、例えばスケール原因物質の除去能力と蒸気圧力の損失とのバランスや、地熱流体Ａの物理的性状・化学的性状や蒸気タービン１４での具体的なスケール発生状況等を考慮して、最適な物を選択することが望ましい。
【００１４】
なお、本実施形態では、デミスタ１３を配置せずに、汽水分離器１２で分離された蒸気Ｂ１を後述するスケール抑制装置２０の噴霧装置２１に導入させても良い。
【００１５】
蒸気タービン１４は、汽水分離器１２と主蒸気管３を介して接続される。蒸気タービン１４は、ケーシングと、ケーシング内部に回転可能に収容されたタービン軸１４ａと、このタービン軸１４ａの周方向に複数植え込まれてタービン軸１４ａと一体的に回転する動翼１４ｂと、ケーシングの周方向に複数配置された図示していない静翼とを有する。動翼１４ｂと静翼は、タービン軸１４ａの軸方向に沿って交互に設けられ、動翼１４ｂと静翼とを一つの段落とする複数のタービン段落を形成する。各タービン段落において動翼１４ｂおよび静翼が設けられる部分が蒸気通路部を構成する。蒸気通路部の入口側には主蒸気管から供給される蒸気Ｂ３が導かれる図示しないノズルボックスが設けられ、蒸気通路部の出口側には図示しないタービン排気室が設けられる。
【００１６】
復水器１５は、蒸気タービン１４の蒸気通路部出口側を構成するタービン排気室の下流側、すなわち蒸気タービン１４の下流側に設けられ、本体胴と、本体胴の内部に設けられ外部から供給される冷却水が流通する冷却管束を備える（いずれも図示せず）。復水器１５では、タービン排気室から排出された排気を冷却管束において冷却、凝縮して凝縮水Ｄとする。この凝縮水Ｄは、還元井１６へ排出される。
【００１７】
発電機１７は、筐体内に回転可能に収容された図示していない回転子と、回転子の周囲を囲う図示していない固定子とを備え、この回転子がタービン軸１４ａと連結される。
【００１８】
スケール抑制装置２０は、噴霧装置２１と、薬剤貯留室２２と、薬剤希釈装置２３と、センサ２４と、制御装置２５とを備える。
【００１９】
噴霧装置２１は、デミスタ１３と蒸気タービン１４との間、すなわち主蒸気管３の途中に配置され、スケール抑制剤またはその溶液Ｄ２を蒸気Ｂ２に噴霧する。なお、本実施形態における噴霧装置２１は、スケール抑制剤またはその溶液Ｄ２を霧状にして蒸気Ｂ２に噴霧する。これは、スケール抑制剤またはその溶液Ｄ２を霧状にすることで、気相状態ではなく、細かい液相状態で蒸気タービン１４の内部のスケール生成領域ないし固着部位等に効果的に衝突および付着させるためである。
【００２０】
なお、ここでいう霧状とは、スケール抑制剤および水を含む溶液Ｄ２（あるいは、少なくともスケール抑制剤および水のどちらか片方）が、液相状態にある粒子（液滴）であることを意味する。この液相状態にある粒子（液滴）の平均粒経は、好ましくは０．１〜１００μｍ、特に好ましくは１０〜５０μｍである。
【００２１】
また、ここでいうスケール抑制剤とは、蒸気Ｂ２中に含まれるスケール成分が蒸気タービン１４内部の動翼、静翼、蒸気通路部などに付着することを抑制するほか、これらの表面に既に付着したスケールに対して更にスケール付着が進むことを抑制できる薬剤をいう。このスケール抑制剤は、それ自体が液相でもよいし、例えば固相など、液相以外の状態でもよい。スケール抑制剤自体が液相である場合、蒸気タービン１４に導入される蒸気Ｂ３中に、この液相のスケール抑制剤を霧状で噴霧することができるし、スケール抑制剤を水で希釈して溶液とし、蒸気タービン１４に導入される蒸気Ｂ３中に霧状で噴霧することもできる。
【００２２】
一方、スケール抑制剤が液相でない場合は、スケール抑制剤を水（溶媒）に溶解させて溶液とし、蒸気タービン１４に導入される蒸気Ｂ３中に霧状で噴霧することができる。スケール抑制剤の溶液は、スケール抑制剤の全量が水に完全に溶解していることが好ましいが、水に溶解していないスケール抑制剤が存在していてもよい。従って、スケール抑制剤の溶液とは、水に溶解していないスケール抑制剤が水中に分散している物をも意味する。
【００２３】
本実施形態において、噴霧装置２１から噴霧されるスケール抑制剤は、後述する薬剤希釈装置２３において希釈された溶液を用いる。このスケール抑制剤は、例えばカルボキシル基を有する化合物を含むもの、およびビニルピロリドン重合体を含むものが好ましい。これは、カルボキシル基を有する化合物は、カルボン酸の作用で、上記スケール析出の要因となるカルシウムや鉄のイオンと結合する作用があり、スケール析出を遅らせる効果を持つ。さらに、ビニルピロリドン重合体は、ケイ酸やシリカを分散させ、重合を遅らせる効果を持ち、結果としてスケールの発生を遅らせることができる。カルボキシル基を有する化合物の好ましい具体例としては、例えば、アクリル酸やアクリル酸を含む共重合体、ポリアクリル酸やその塩類、アクリル酸とマレイン酸の共重合体やその塩類、アクリル酸とスルホン酸の共重合体やその塩類を挙げることができる。ビニルピロリドン重合体の好ましい具体例としては、例えば、ビニルピロリドンの単独重合体および共重合体、ビニルピロリドンと酢酸ビニルの共重合体、ビニルピロリドンとスチレンの共重合体を挙げることができる。
【００２４】
薬剤貯留室２２は、複数のスケール抑制剤を貯留する貯留室であり、後述する薬剤希釈装置２３を介して噴霧装置２１に連結される。本実施形態では、一つの薬剤貯留室２２に複数個のスケール抑制剤が貯蔵される場合を例示して説明するが、例えばスケール抑制剤の種類ごとに、それぞれの薬剤貯留室２２を設ける構成としてもよい。
【００２５】
薬剤希釈装置２３は、噴霧装置２１と薬剤貯留室２２との間に設けられると共に、復水器１５と還元井１６とを連結する排出管４から分岐した分岐管５と連結される。また、薬剤希釈装置２３は、薬剤貯留室２２から供給されるスケール抑制剤Ｅを分岐管５から供給される水Ｄ１に溶解させてスケール抑制剤の溶液を生成する。なお、図１においては薬剤希釈装置２３が一つの場合を例示しているが、複数のスケール抑制剤を水に溶解させる場合、スケール抑制剤毎に薬剤希釈装置２３が設けられることが好ましい。また、薬剤希釈装置２３では、スケール抑制剤Ｅを水Ｄ１に溶解させるほかに、スケール抑制剤Ｅを水Ｄ１に分散させるような構成としてもよい。
【００２６】
センサ２４は、デミスタ１３と蒸気タービン１４の間を構成する主蒸気管３に設けられ、この流路を通過する蒸気Ｂ２に含まれるスケール成分の種類とその濃度を所定の時間毎など、時間離散的に測定する。ただし、本実施形態においては、センサ２４がスケール成分の種類とその濃度を常時測定するような構成としてもよい。また、センサ２４での測定量は、スケール成分の濃度だけでなく、例えば蒸気Ｂ２のｐＨを測定してもよい。
【００２７】
制御装置２５は、基準濃度ＤＢ２５ａと、スケール抑制剤ＤＢ２５ｂと、評価部２５ｃと、指令部２５ｄとを備え、噴霧装置２１から蒸気Ｂ２に噴霧するスケール抑制剤Ｅの種類とその噴霧量を制御する。
【００２８】
基準濃度ＤＢ２５ａは、蒸気Ｂ２に含まれる複数のスケール成分それぞれの濃度の基準値である基準濃度を保存（記憶）している。
【００２９】
スケール抑制剤ＤＢ２５ｂは、スケール抑制剤と各スケール成分との対応関係とをそれぞれ保存している。ここでいうスケール抑制剤と各スケール成分との対応関係とは、各スケール成分が蒸気タービン１４内部での付着またはスケール形成することを防ぐために、どのスケール抑制剤を噴霧すれば効果的かを示す関係である。
【００３０】
評価部２５ｃは、センサ２４で測定された各スケール成分の濃度（測定濃度）と、基準濃度とを比較する。より具体的には、センサ２４からそれぞれのスケール成分の測定濃度を取得すると共に、基準濃度ＤＢ２５ａからこれらのスケール成分それぞれの基準濃度を取得し、スケール成分毎に測定濃度と基準濃度との大小を評価する。
【００３１】
指令部２５ｄは、評価部２５ｃで評価した結果に基づいて制御指令を出力し、この制御指令を噴霧装置２１、薬剤貯留室２２、および薬剤希釈装置２３に送信する。噴霧装置２１、薬剤貯留室２２、および薬剤希釈装置２３には、これらをそれぞれ駆動する図示しないアクチュエータが設けられており、制御装置２５とこれらアクチュエータのそれぞれとが信号線を介して電気的に接続される。これにより、指令部２５ｄから出力した制御指令がこの信号線を介してそれぞれのアクチュエータに送信されるように構成される。制御装置２５による詳細な制御方法については後述する。
【００３２】
生産井１１から供給された地熱流体Ａは、汽水分離器１２で減圧処理されて蒸気Ｂと熱水Ｃとに分離される。汽水分離器１２を出た蒸気Ｂ１は、デミスタ１３を通過する過程で蒸気Ｂ１中の水滴およびこの水滴中に含まれるスケール成分が除去され、蒸気Ｂ２として噴霧装置２１に供給される。
【００３３】
噴霧装置２１では、後述する制御装置２５の制御指令方法に従い、蒸気Ｂ２に対してスケール抑制剤およびその溶液が噴霧される。スケール抑制剤およびその溶液を含む蒸気は、蒸気Ｂ３として主蒸気管３から蒸気タービン１４の図示しないノズルボックスへ供給される。
【００３４】
蒸気タービン１４では、蒸気がノズルボックスから複数のタービン段落の蒸気通路部を順次通過しながら膨張し、各タービン段落を構成する動翼１４ｂと、この動翼１４ｂが植え込まれたタービン軸１４ａとを回転させる。タービン軸１４ａは、回転により生じる回転エネルギーを発電機１７の回転子（図示せず）に伝え、この回転子を回転駆動させて発電を行う。タービン段落の最終段を通過した蒸気は排気となり、タービン排気室（図示せず）を介して復水器１５に導かれる。この排気は、復水器１５内部に設けられた冷却管束により冷却され、凝縮して凝縮水となる。
【００３５】
復水器１５で凝縮した凝縮水の一部は、スケール抑制剤Ｅを溶解させる水Ｄ１として利用するために、薬剤希釈装置２３に分岐管５を介して供給される。残りの凝縮水Ｄは、熱水配管６を流れる汽水分離器１２で分離された熱水Ｃと合流した後に、還元井１６から地中に戻される。
【００３６】
次に、制御装置２５によるスケール抑制方法について、図２を用いて説明する。図２は、第一の実施形態に係るスケール抑制方法を示すフローチャートである。以降の説明では、あらかじめ蒸気Ｂ２に含まれるスケール成分Ｘ１を抑制するスケール抑制剤Ｅ１が噴霧装置２１から噴霧された状態から、センサ２４においてスケール成分Ｘ１の他に、新たなスケール成分Ｘ２が測定される場合を例示して説明する。
【００３７】
（スケール成分Ｘ１の測定濃度のみが基準濃度よりも高い場合）
センサ２４は、蒸気Ｂ２に含まれるスケール成分の種類と濃度を測定する（Ｓ１）。制御装置２５の評価部２５ｃは、センサ２４からスケール成分の種類と測定濃度を、基準濃度ＤＢ２５ａから検出されたスケール成分の基準濃度をそれぞれ取得する（Ｓ２）。評価部２５ｃは、スケール成分毎に測定濃度と基準濃度とを比較する（Ｓ３）。ここで、スケール成分Ｘ１と新たに測定されたスケール成分Ｘ２のそれぞれの基準濃度とを比較する（Ｓ４）。その結果、スケール成分Ｘ１の測定濃度のみが基準濃度よりも高い場合（Ｓ４のＹｅｓ、およびＳ５のＹｅｓ）、指令部２５ｄは、スケール抑制剤Ｅ１の溶液を継続して噴霧装置２１から噴霧するような制御指令を噴霧装置２１、薬剤貯留室２２、および薬剤希釈装置２３に対して出力する（Ｓ６）。
【００３８】
すなわち、図１に示されるように、薬剤貯留室２２に貯留されたスケール抑制剤Ｅ１を薬剤希釈装置２３において水に溶解させ、このスケール抑制剤Ｅ１と水とを含む溶液Ｄ２を、噴霧装置２１を用いて、蒸気Ｂ２中に霧状にして噴霧する制御指令を指令部２５ｄが出力する。これにより、噴霧装置２１、薬剤貯留室２２、および薬剤希釈装置２３がそれぞれのアクチュエータにより調整され、噴霧装置２１から蒸気Ｂ２に対して、スケール抑制剤Ｅ１の溶液が継続して噴霧される。これにより、スケール抑制剤Ｅ１の溶液が含まれた蒸気Ｂ２は、蒸気Ｂ３として蒸気タービン１４に供給され、スケール抑制剤Ｅ１を蒸気タービン１４の内部、例えば静翼などに付着させることができる。
【００３９】
（スケール成分Ｘ２の測定濃度のみが基準濃度よりも高い場合）
センサ２４は、蒸気Ｂ２に含まれるスケール成分の種類と濃度を測定する（Ｓ１）。制御装置２５の評価部２５ｃは、センサ２４からスケール成分の種類と測定濃度を、基準濃度ＤＢ２５ａから検出されたスケール成分の基準濃度をそれぞれ取得する（Ｓ２）。評価部２５ｃは、スケール成分毎に測定濃度と基準濃度とを比較する（Ｓ３）。ここで、スケール成分Ｘ１と新たに測定されたスケール成分Ｘ２のそれぞれの基準濃度とを比較する（Ｓ４）。その結果、スケール成分Ｘ２の測定濃度のみが基準濃度よりも高い場合（Ｓ４のＹｅｓ、およびＳ５のＮｏ）、指令部２５ｄは、スケール抑制剤ＤＢ２５ｂから、スケール成分Ｘ２に有効なスケール抑制剤の種類を取得する（Ｓ７）。その後、指令部２５ｄは、スケール抑制剤Ｅ２の溶液を噴霧装置２１から噴霧するような制御指令を噴霧装置２１、薬剤貯留室２２、および薬剤希釈装置２３に対して出力する（Ｓ８）。
【００４０】
すなわち、図１に示されるように、薬剤貯留室２２に貯留されたスケール抑制剤Ｅ２を薬剤希釈装置２３において水に溶解させ、このスケール抑制剤Ｅ２と水とを含む溶液Ｄ２を、噴霧装置２１を用いて、蒸気Ｂ２中に霧状にして噴霧する制御指令を指令部２５ｄが出力する。これにより、噴霧装置２１、薬剤貯留室２２、および薬剤希釈装置２３がそれぞれのアクチュエータにより調整され、噴霧装置２１から蒸気Ｂ２に対して、スケール抑制剤Ｅ２の溶液が継続して噴霧される。これにより、スケール抑制剤Ｅ２の溶液が含まれた蒸気Ｂ２は、蒸気Ｂ３として蒸気タービン１４に供給され、スケール抑制剤Ｅ２を蒸気タービン１４の内部、例えば静翼などに付着させることができる。
【００４１】
（スケール成分Ｘ１とＸ２それぞれの測定濃度が共に基準濃度よりも高い場合）
センサ２４は、蒸気Ｂ２に含まれるスケール成分の種類と濃度を測定する（Ｓ１）。制御装置２５の評価部２５ｃは、センサ２４からスケール成分の種類と測定濃度を、基準濃度ＤＢ２５ａから検出されたスケール成分の基準濃度をそれぞれ取得する（Ｓ２）。評価部２５ｃは、スケール成分毎に測定濃度と基準濃度とを比較する（Ｓ３）。ここで、スケール成分Ｘ１と新たに測定されたスケール成分Ｘ２のそれぞれの基準濃度とを比較する（Ｓ４）。その結果、スケール成分Ｘ１と新たに測定されたスケール成分Ｘ２の測定濃度が共に基準濃度よりも高い場合（Ｓ４のＹｅｓ、およびＳ５のＮｏ）、指令部２５ｄは、スケール抑制剤ＤＢ２５ｂから、スケール成分Ｘ１およびＸ２のそれぞれに有効なスケール抑制剤の種類を取得する（Ｓ７）。その後、指令部２５ｄは、スケール抑制剤Ｅ１の溶液の他にスケール抑制剤Ｅ２の溶液を噴霧装置２１から噴霧するような制御指令を噴霧装置２１、薬剤貯留室２２、および薬剤希釈装置２３に対して出力する（Ｓ８）。
【００４２】
すなわち、図１に示されるように、薬剤貯留室２２に貯留されたスケール抑制剤Ｅ１およびＥ２を、薬剤希釈装置２３において水に溶解させ、このスケール抑制剤Ｅ１およびＥ２と水とを含む溶液Ｄ２を、噴霧装置２１を用いて、蒸気Ｂ２中に霧状にして噴霧する制御指令を指令部２５ｄが出力する。これにより、噴霧装置２１、薬剤貯留室２２、および薬剤希釈装置２３がそれぞれのアクチュエータにより調整され、噴霧装置２１から蒸気Ｂ２に対して、スケール抑制剤Ｅ１およびＥ２それぞれの溶液が噴霧される。これにより、スケール抑制剤Ｅ１およびＥ２の溶液が含まれた蒸気Ｂ２は、蒸気Ｂ３として蒸気タービン１４に供給され、スケール抑制剤Ｅ１およびＥ２を蒸気タービン１４の内部、例えば静翼などに付着させることができる。
【００４３】
（スケール成分Ｘ１とＸ２それぞれの測定濃度が共に基準濃度よりも低い場合）
センサ２４は、蒸気Ｂ２に含まれるスケール成分の種類と濃度を測定する（Ｓ１）。制御装置２５の評価部２５ｃは、センサ２４からスケール成分の種類と測定濃度を基準濃度ＤＢ２５ａから検出されたスケール成分の基準濃度をそれぞれ取得する（Ｓ２）。評価部２５ｃは、スケール成分毎に測定濃度と基準濃度とを比較する（Ｓ３）。ここで、スケール成分Ｘ１と新たに測定されたスケール成分Ｘ２のそれぞれの基準濃度とを比較する（Ｓ４）。その結果、スケール成分Ｘ１と新たに測定されたスケール成分Ｘ２の測定濃度が共に基準濃度よりも低い場合（Ｓ４のＮｏ）、指令部２５ｄは、噴霧装置２１からのスケール抑制剤Ｅ１の噴霧を停止するような制御指令を噴霧装置２１、薬剤貯留室２２、および薬剤希釈装置２３に対して出力する（Ｓ９）。
【００４４】
すなわち、噴霧装置２１、薬剤貯留室２２、および薬剤希釈装置２３の運転を停止させる制御指令を指令部２５ｄが出力する。これにより、噴霧装置２１、薬剤貯留室２２、および薬剤希釈装置２３がそれぞれのアクチュエータにより調整され、それらの運転を停止する。
【００４５】
上述した第一の実施形態によれば、蒸気タービン１４に供給される前の蒸気Ｂ２に含まれるスケール成分の濃度に基づいて噴霧装置２１から噴霧されるスケール抑制剤の種類を制御装置２５で調整することにより、蒸気Ｂ２に含まれるスケール成分に応じたスケール抑制剤を噴霧できる。また、発電効率の低下を引き起こす程度のスケールが蒸気タービン１４の内部で生成される前に、このスケールに効果的なスケール抑制剤を蒸気タービンの内部に付着させることもできる。
【００４６】
なお、本実施形態における制御装置２５は、指令部２５ｄから出力された制御指令を受信した後に薬剤貯留室２２からスケール抑制剤を適宜選択し、薬剤希釈装置２３で水に溶解させる場合を例示して説明したが、例えばあらかじめスケール抑制剤を水に溶解ないし分散させたものを図示しないタンクに保管し、制御装置２５からの制御指令により、このタンクから噴霧装置２１にスケール抑制剤の溶液を供給する構成としてもよい。ただし、その場合には、スケール抑制剤の溶液毎に異なるタンクを有することが好ましい。
【００４７】
また、本実施形態では、センサ２４による測定濃度と基準濃度とを比較する場合について説明したが、本実施形態の変形例として、例えば制御装置２５がセンサ２４による測定濃度に比例してスケール抑制剤を噴霧するような指令を出力する構成としてもよい。
【００４８】
さらに、本実施形態では、センサ２４が主蒸気管３に設けられる場合を例示して説明したが、その設置位置は限定されず、例えば配管２を流れる地熱流体Ａ、デミスタ１３に供給される前の蒸気Ｂ１、蒸気タービン１４から排出された排気Ｂ４、あるいは凝縮水Ｄに含まれるスケール成分を測定する構成としてもよい。また、本実施形態のセンサ２４のほかに、蒸気タービン１４から排出された排気Ｂ４や、凝縮水Ｄに含まれる成分をセンサ２４が測定する別のセンサを設け、これらの結果（例えば、蒸気タービン１４に供給される前の蒸気Ｂ２と、蒸気タービン１４から排出された排気Ｂ４との差分）を踏まえて制御装置２５による制御指令を出力する構成としてもよい。
【００４９】
（第二の実施形態）
第二の実施形態に係る地熱発電設備について、図３を用いて説明する。図３は、第二の実施形態に係る地熱発電設備の概要図である。第一の実施形態と第二の実施形態とは、制御装置の構成とその制御方法に違いがある。以降の説明では、第一の実施形態と同様の箇所についてはその説明を省略し、第一の実施形態と異なる箇所について説明する。
【００５０】
第二の実施形態に係る地熱発電設備１は、生産井１１と、汽水分離器１２と、デミスタ１３と、蒸気タービン１４と、復水器１５と、還元井１６と、発電機１７と、スケール抑制装置２０と、を備える。このスケール抑制装置２０は、噴霧装置２１と、薬剤貯留室２２と、薬剤希釈装置２３と、センサ２４と、制御装置３５とを備える。
【００５１】
制御装置３５は、スケール抑制剤ＤＢ３５ｂと、指令部３５ｄとを備える。
【００５２】
スケール抑制剤ＤＢ３５ｂは、各スケール成分の濃度と、このスケール成分に有効なスケール抑制剤溶液の濃度との対応関係を保存（記憶）している。ここでいう各スケール成分の濃度と、このスケール成分に有効なスケール抑制剤溶液の濃度との対応関係とは、測定されたスケール成分の濃度毎に、スケール抑制に最も効果的なスケール抑制剤溶液の濃度はどの程度（濃度の値）かを示す関係である。例えば、スケール成分Ｘ１に有効なスケール抑制剤Ｅ１において、スケール成分Ｘ１の測定濃度がＣ１の場合、スケール抑制剤Ｅ１溶液の濃度はＤ１、スケール成分Ｘ１の測定濃度がＣ２の場合、スケール抑制剤Ｅ１溶液の濃度はＤ２、のように保存されている。この関係は、例えばあらかじめ実験や実機試験を実施し得ておくことが望ましい。
【００５３】
なお、スケール抑制剤ＤＢ３５ｂは、スケール成分の測定濃度からスケール抑制剤溶液の濃度を算出する理論式を保存するような構成としてもよい。
【００５４】
評価部３５ｃは、センサ２４で測定されたスケール成分の測定濃度と、スケール抑制剤ＤＢ３５ｂに保存された対応関係を取得し、スケール抑制剤溶液の濃度を導出する。
【００５５】
指令部３５ｄは、評価部３５ｃで導出された結果に基づいて制御指令を出力し、この制御指令を噴霧装置２１、薬剤貯留室２２、および薬剤希釈装置２３に送信する。
【００５６】
次に、制御装置３５によるスケール抑制方法について、図４を用いて説明する。図４は、第二の実施形態に係るスケール抑制方法を示すフローチャートである。以降の説明では、センサ２４において、スケール成分Ｘ１およびＸ２それぞれの測定濃度が検出される場合を例示して説明する。
【００５７】
センサ２４は、蒸気Ｂ２に含まれるスケール成分の種類とその濃度を測定する（Ｓ１１）。制御装置３５の評価部３５ｃは、センサ２４からの各スケール成分の測定濃度を、スケール抑制剤ＤＢ３５ｂからそれぞれのスケール成分の測定濃度とスケール抑制剤溶液の濃度との対応関係をそれぞれ取得する（Ｓ１２）。評価部２５ｃは、センサ２４で測定された各スケールの濃度に対応するスケール抑制剤溶液の濃度を、スケール成分毎に導出する（Ｓ１３）。指令部２５ｄは、スケール抑制剤溶液の濃度を評価部２５ｃで導出された濃度に調整するような制御指令を噴霧装置２１、薬剤貯留室２２、および薬剤希釈装置２３に対して出力する（Ｓ１４）。
【００５８】
すなわち、図３に示されるように、スケール抑制剤Ｅ１およびＥ２をそれぞれの薬剤希釈装置２３で水に溶解させるにあたり、溶解後の溶液の濃度が評価部２５ｃで導出されたそれぞれの濃度に調整され、この調整された溶液Ｄ２を、噴霧装置２１を用いて蒸気Ｂ２中に霧状にして噴霧する制御指令を指令部３５ｄが出力する。これにより、噴霧装置２１、薬剤貯留室２２、および薬剤希釈装置２３がそれぞれのアクチュエータにより調整され、薬剤希釈装置２３から噴霧装置２１にスケール抑制剤の濃度が調整された溶液が供給され、噴霧装置２１から蒸気Ｂ２に対してこの溶液が噴霧される。薬剤希釈装置２３において濃度を調整する具体的な方法としては、例えば薬剤貯留室２２から供給されるスケール抑制剤の供給量を変えることや、分岐管５に設けた図示しない駆動ポンプの駆動力を調整し、この流路から供給される凝縮水Ｄ１の流量を変えることが挙げられる。
【００５９】
上述した第二の実施形態によれば、蒸気タービン１４に供給される前の蒸気Ｂ２に含まれるスケール成分の濃度に基づいて噴霧装置２１から噴霧されるスケール抑制剤の濃度を制御装置３５で調整することにより、第一の実施形態と同様の効果が得られると共に、スケール抑制効果をより高めることができる。
【００６０】
なお、第一および第二の実施形態においては、スケール成分が二種類の場合を例として説明したが、スケール成分がそれ以上であっても構わない。例えば、第一の実施形態においては、濃度を比較するステップ（Ｓ４、Ｓ５）をスケールの成分数毎に設けることで対応することが可能であり、第二の実施形態では、スケール抑制剤ＤＢに格納するデータをスケール成分数だけ増加させることで対応可能である。
【００６１】
また、上述した第一および第二の実施形態においては、センサ２４から取得するスケール成分の測定濃度に基づき、蒸気タービン１４の内部で発生するスケールの化学的性質や形状を予測する予測部をさらに備え、第一および第二の実施形態に係るそれぞれのスケール抑制方法に、この予測部での予測結果を組み合わせた構成としてもよい。このような構成とすることにより、スケールの予測結果を反映して、より詳細にスケール抑制剤を調整できる。
【００６２】
さらに、上述した第一および第二の実施形態では一次フラッシュ方式の地熱発電設備にスケール抑制装置を設けた場合を例示して説明したが、このスケール抑制装置を例えば二次フラッシュ方式の地熱発電設備や、バイナリ方式の地熱発電設備に搭載した構成としてもよい。
【００６３】
また、上述した第一および第二の実施形態の変形例として、薬剤貯留室２２および薬剤希釈装置２３の代わりにスケール抑制剤を水に溶解させた溶液をそれぞれ保管するタンクを備え、制御装置からの制御指令により、噴霧装置２１から蒸気Ｂ２に噴霧されるスケール抑制剤の溶液の噴霧量を調整してもよい。具体的には、制御装置からの制御指令により、タンクと噴霧装置２１とをつなぐ流路に設けられた図示しない駆動ポンプの駆動力を調整し、この流路から供給される凝縮水の流量を調整する。このような構成とすることにより、蒸気Ｂ２へのスケール抑制剤の溶液の噴霧量を通して、スケール抑制の効果を制御することができる。
【００６４】
加えて、上述した第一および第二の実施形態では、センサ２４の測定濃度に基づいて、制御装置２５がスケール抑制剤の種類および噴霧量、またはスケール抑制剤の濃度を調整する制御指令を出力する場合を例示して説明したが、制御装置２５による制御指令はこれに限らず、第一および第二の実施形態を組み合わせた構成でもよい。すなわち、制御装置２５がスケール抑制剤の噴霧量を調整する場合、制御装置２５がスケール抑制剤の種類と濃度とを調整する場合、制御装置２５がスケール抑制剤の種類と噴霧量とを調整する場合、制御装置２５がスケール抑制剤の濃度と噴霧量とを調整する場合、制御装置２５がスケール抑制剤の種類、濃度、および噴霧量を調整する場合でもよい。
【００６５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６６】
１．地熱発電設備、２．配管、３．主蒸気管、４．排出管、５．分岐管、６．熱水配管、１１．生産井、１２．汽水分離器、１３．デミスタ、１４．蒸気タービン、１４ａ．タービン軸、１４ｂ．動翼、１５．復水器、１６．還元井、１７．発電機、２０．スケール抑制装置、２１．噴霧装置、２２．薬剤貯留室、２３．薬剤希釈装置、２４．センサ、２５．制御装置、２５ａ．基準濃度ＤＢ、２５ｂ．スケール抑制剤ＤＢ、２５ｃ．評価部、２５ｃ．指令部、２５ｄ．予測部、Ａ：地熱流体、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３：蒸気、Ｂ４：排気、Ｃ：熱水、Ｄ、Ｄ１：凝縮水、Ｅ：スケール抑制剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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