(57)【要約】【課題】発電プラントと用水処理設備とで熱を共同利用することができる発電及び水処理システムを提供する。【解決手段】発電プラントは、ボイラ１と、蒸気タービン２と、復水器４と、発電機３と、前記復水器から温水ラインを介して送られてくる温水を冷却して冷水とし、該冷水を冷水ラインを介して該復水器に返送する冷却塔5とを備える。用水処理設備は、原水ライン１３と、該原水ライン１３によって供給される原水を処理する水処理装置２０と、該水処理装置２０からの処理水を送水する処理水ライン２４とを備える。原水ライン１３に原水加熱用熱交換器１４が設けられており、ボイラからの蒸気、復水又は温水ラインからの温水を該熱交換器１４に供給する供給ライン９を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電プラント及び用水処理設備を有する発電及び水処理システムであって、
該発電プラントは、
蒸気を生成するボイラと、
該ボイラからの蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
該蒸気タービンから排気された蒸気を液化する復水器と、
前記蒸気タービンによって駆動される発電機と、
前記復水器から温水ラインを介して送られてくる温水を冷却して冷水とし、該冷水を冷水ラインを介して該復水器に返送する冷却塔と
を備えており、
前記用水処理設備は、
原水ラインと、
該原水ラインによって供給される原水を処理する水処理装置と、
該水処理装置からの処理水を送水する処理水ラインと
を備えた発電及び水処理システムにおいて、
該原水ラインに設けた原水加熱用熱交換器と該処理水ラインに設けた処理水ライン用熱交換器との少なくとも一方の熱交換器が設けられており、
前記ボイラからの蒸気、復水又は温水ラインからの温水を該熱交換器に供給する供給ラインを備えたことを特徴とする発電及び水処理システム。
【請求項２】
前記供給ラインに蒸気又は温水を供給するバックアップボイラを備えたことを特徴とする請求項１の発電及び水処理システム。
【請求項３】
前記用水処理設備は、少なくとも一次純水装置と、該一次純水装置からの一次純水を処理して超純水を製造する二次純水装置とを備えており、
該一次純水装置からの一次純水の一部を前記ボイラの補給水として用いることを特徴とする請求項１又は２の発電及び水処理システム。
【請求項４】
前記用水処理設備からの処理水を送水するための送水装置を備えており、
該送水装置の電源として、商用電源、蓄電池又は無停電電源を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの発電及び水処理システム。
【請求項５】
前記用水処理設備の処理水を使用する施設からの排水の少なくとも一部と、前記発電プラントからの発電の少なくとも一部とを処理する排水処理設備を備えており、
該排水処理設備からの処理水の一部を前記冷却塔に冷却塔補給水として供給するよう構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの発電及び水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ及び発電機を有する発電プラントと用水処理設備とを備えた発電及び水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電及び水処理システムの余熱を利用して温水を周辺地域に供給したり、温水プールを運営したりすることが広く行われている。
【０００３】
また、木質系や農業系・汚泥系などのバイオマス由来のバイオマス燃料は、バイオマスの成育過程において二酸化炭素を取り込むことから、地球温暖化ガスとなる二酸化炭素を排出しないカーボンニュートラルとされるため、バイオマス燃料を用いたボイラで発電を行う発電プラントが検討されている。
【０００４】
特許文献１には、バイオマスボイラを備えた発電プラントにおいて、蒸気タービンから抽気した蒸気によってボイラ給水を加熱することが記載されている。
【０００５】
特許文献２には、木質バイオマス発電プラントの余熱により生成させた温水を利用して魚類の養殖を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１８−１６２７３９号公報
【特許文献２】特開２０１７−１９５７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、発電プラントと用水処理設備とで熱を共同利用することができる発電及び水処理システム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】
本発明の発電及び水処理システムは、発電プラント及び用水処理設備を有する発電及び水処理システムであって、該発電プラントは、蒸気を生成するボイラと、該ボイラからの蒸気によって駆動される蒸気タービンと、該蒸気タービンから排気された蒸気を液化する復水器と、前記蒸気タービンによって駆動される発電機と、前記復水器から温水ラインを介して送られてくる温水を冷却して冷水とし、該冷水を冷水ラインを介して該復水器に返送する冷却塔とを備えており、前記用水処理設備は、原水ラインと、該原水ラインによって供給される原水を処理する水処理装置と、該水処理装置からの処理水を送水する処理水ラインとを備えた発電及び水処理システムにおいて、該原水ラインに設けた原水加熱用熱交換器と該処理水ラインに設けた処理水ライン用熱交換器との少なくとも一方の熱交換器が設けられており、前記ボイラからの蒸気、復水又は温水ラインからの温水を該熱交換器に供給する供給ラインを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様では、前記供給ラインに蒸気又は温水を供給するバックアップボイラを備える。
【００１０】
本発明の一態様では、前記用水処理設備は、少なくとも一次純水装置と、該一次純水装置からの一次純水を処理して超純水を製造する二次純水装置とを備えており、該一次純水装置からの一次純水の一部を前記ボイラの補給水として用いる。
【００１１】
本発明の一態様では、前記用水処理設備からの処理水を送水するための送水装置を備えており、該送水装置の電源として、商用電源、蓄電池又は無停電電源を用いる。
【００１２】
本発明の一態様では、前記用水処理設備の処理水を使用する施設からの排水の少なくとも一部と、前記発電プラントからの発電の少なくとも一部とを処理する排水処理設備を備えており、該排水処理設備からの処理水の一部を前記冷却塔に冷却塔補給水として供給するよう構成されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の発電及び水処理システムによると、発電プラントと他施設とで熱を共同利用することができる。
【００１４】
本発明の一態様によると、前記供給ラインにバックアップボイラによって蒸気又は温水を供給可能とすることにより、ボイラの停止時においても用水処理設備の熱交換器で加熱を行うことができる。
【００１５】
本発明の一態様では、用水処理設備の一次純水装置からの純水をボイラ補給水として用いることにより、発電プラントと用水処理設備とで機器を共用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の発電及び水処理システムの一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１を参照して実施の形態に係る発電及び水処理システムについて説明する。発電プラントでは、木質チップなどのバイオマスを燃料とするボイラ１で発生した蒸気がタービン２に供給され、発電機３が駆動される。タービン２から排出された蒸気は、復水器４にて復水となり、ボイラ１に返送される。
【００１８】
復水器４へは、冷却塔５から冷水が冷水ライン６及び循環ポンプ（図示略）を介して供給されると共に、温水が温水ライン７を介して冷却塔５へ送水される。
【００１９】
冷却塔５は、温水ライン７からの温水が充填材に散水され、ファン（図示略）の作動によって吸引される空気と接触して一部が蒸発し、蒸発潜熱によって降温して冷水となるように構成されている。
【００２０】
冷却塔５には、排水回収設備４２で回収された浄化排水が補給水ライン４３を介して補給されるよう構成されている。冷却塔５は、循環量、ブロー量、薬品処理、補給水量、水質、濃縮倍率、薬品添加などが制御される。
【００２１】
温水ライン７の途中から往送ライン（供給ライン）９が分岐しており、往送ライン９を介して温水の少なくとも一部が工業用水ライン（原水ライン）１３の熱交換器１４に供給され、熱交換器１４で熱交換して降温した低温水が返送ライン１１を介して冷水ライン６に返送可能とされている。
【００２２】
往送ライン９には、バックアップボイラ１０から蒸気又は温水が供給可能とされている。
【００２３】
用水処理設備では、工業用水（原水）は、熱交換器１４で加熱され、次いで濾過器１５で濾過処理された後、水処理装置２０の一次純水装置２１で処理されることにより純水となり、その一部がライン２３を介して復水器４へ補給されるよう構成されている。
【００２４】
一次純水装置２１は、濾過装置、ＲＯ（逆浸透）装置や、さらには脱気装置、電気脱イオン装置を備えることが好ましいが、これに限定されない。
【００２５】
この水処理装置２０では、一次純水装置２１からの純水の残部は、二次純水装置２２に供給される。二次純水装置２２は、低圧ＵＶ装置、イオン交換装置、ＵＦ濾過装置等を備えており、純水（一次純水）を高度に処理して超純水を製造する。製造された超純水は、超純水ライン（処理水ライン）２４を介して他プラント（この実施の形態では半導体製造工場）３０に供給される。
【００２６】
この他プラント３０には、冬季に工場棟などの暖房を行う空調用熱交換器３１が設置されており、前記温水ライン７からの温水がライン３２を介して供給され、降温した低温水がライン３３を介して冷水ライン６へ返送されるよう構成されている。
【００２７】
また、夏季に工場棟で生じた排温水がライン３５を介して冷却塔５へ導くよう構成されている。
【００２８】
この実施の形態では、濾過器１５、一次純水装置２１及び二次純水装置２２によって水処理装置２０が構成されている。水処理装置２０は、さらに他の機器を備えてもよい。
【００２９】
発電プラント内の使用電力を発電機３からの電力で賄うことが好ましいが、商用電源を使用してもよい。
【００３０】
発電機のトラブルやメンテナンス中であっても、顧客への送水水量や圧力に変動が生じないようにするために、二次純水装置２２などの最終送水設備の電源を商用電源とし、蓄電池電源をもたせると共に、制御電源として無停電電源（ＵＰＳ）をもたせることが好ましい。
【００３１】
超純水ライン２４から他プラント３０に供給された超純水は、半導体製造工程で洗浄に使用される。
【００３２】
この洗浄排水は、排水ライン３７を介して排水処理設備４０に供給され、処理される。この処理水の一部は、前記排水回収設備４２に供給され、残部は放流される。
【００３３】
排水処理設備４０には、冷却塔５からのブロー水がライン４４を介して導入される。
【００３４】
また、ボイラ１で生じたドレンも、ドレン配管（図示略）を介して排水処理設備４０に送られて処理される。また、ボイラ排ガスを脱硫処理することにより生じた脱硫排水その他の雑排水も排水処理設備４０で処理される。
【００３５】
なお、排水処理設備４０もしくは排水回収設備４２に、処理水の水質を測定する水質センサを設け、この水質センサの測定値によって、再利用先（原水、冷却水、ボイラ、焼却灰等の加湿水等）を変更可能（用途別のラインと切換バルブ等）としたり、用途によって、混合する排水種や水量を制御してもよい。
【００３６】
この実施の形態では、ボイラ１、タービン２、発電機３、復水器４及び冷却塔５等よりなる発電プラントは、第１区画に配置されている。水処理装置２０と排水処理設備４０の少なくとも主要部等と他プラント３０は第２区画に配置されている。排水処理設備の主要部とは、電力消費量の多い設備のことである。第１区画に設ける設備機器は、配管、タンクや、移送用ポンプなどの電力非使用又は低消費電力の機器とすることが好ましい。
【００３７】
この実施の形態では、第１区画と第２区画とは隣接してもよく、例えば１ｋｍ以上離隔してもよい。
【００３８】
このように構成された発電及び水処理システムにおいては、復水器４からの温水の少なくとも一部を温水ライン７及び往送ライン９を介して熱交換器１４に供給し、該熱交換器で降温した低温水を返送ライン１１及び冷水ライン６を介して復水器４へ戻すようにしているので、冷却塔５の負荷が小さく、冷却塔５における水の蒸発量が減少する。また、そのため、冷却塔５の補給水量や、循環ポンプ及びファンの消費電力も減少する。
【００３９】
なお、温水ライン７から往送ライン９へ分岐させる温水量を制御するために、ライン７，９等にバルブ（流量調整弁もしくは切り替え弁）が設けられており、（復水器に影響しない温度範囲で）需要家での要求を満たすように調整することが好ましい。
【００４０】
往送ライン９に設けられたバックアップボイラ１０としては、木質チップを用いたボイラなどが好適であるが、これに限定されない。
【００４１】
ボイラ１がバイオマスボイラの場合、年間３３０日程度稼働し、３０日くらいメンテナンス、クリンカの除去等のために停止する。バックアップボイラ１０を設置しておくと、ボイラ１の停止時にも熱交換器１４で工業用水を加熱することができる。
【００４２】
なお、タービン２前で抽気した蒸気を用いて往送ライン９の温水を加熱してもよい。また、この抽気蒸気を他プラント３０に直接に供給するようにしてもよい。
【００４３】
他プラント３０は既設の空調設備を備えていることが通例であるので、バックアップボイラ１０は、需要家（他プラント３０）での必要熱量に優先して制御されてもよい。
【００４４】
この実施の形態では、第１区画と第２区画とで別個に制御ユニット又は管理システムを設け、第１区画における発電効率に応じて、第２区画の冷却塔や熱源供給ラインへの供給量や戻り量、温度差を制御することが好ましい。
【００４５】
この実施の形態では、用水処理設備を第２区画内に集約して設置したことにより、運転管理性、施工容易性を改善し、結果として一括管理による省スペース、省人化、省電力を実現することができる。例えば、第１区画と第２区画とで、管理主体やシステムを変えることで、それぞれの処理を効率良く行ったり、管理効率を良くすることができる。第２区画においては、制御の類似する範囲で水処理用供給契約や保守契約を結び、水処理用の遠隔監視システムや自動制御システムを設置する。その中で、発電用ボイラと連携を取りながら、特に、水処理部分に特化した制御を最適に行うことが可能となる。例えば、ボイラを正常運転するために必要な冷却塔や処理機器の運転条件に不備があることによる運転条件警報と、前記ボイラ本体が正常に動作していても定常的に発生する管理不備による日常管理警報とに区分する等の機能を設けることができる。
【００４６】
本発明では、工業用水ライン１３に温度センサを設け、この温度センサの測定値（もしくは目標温度、原水温度と流量から計算された必要熱量等）に応じて、蒸気及び／又は復水及び／又は温水を（ア）供給するか否かを判断し、供給する場合、（イ）二つ以上の場合は供給種類、（ウ）供給量、（エ）二つ以上の場合は供給比等を制御することが好ましい。
【００４７】
本発明では、第１区画と第２区画との距離が大きい場合、両者間を温水や冷水が流れる間に温度が大きく変化することがある。そこで、バックアップボイラ１０などの外部熱源の供給ラインに各熱源の温度を測定する温度センサを設けると共に、供給先に温度センサを設け、正確な制御を行うことが好ましい。
【００４８】
水処理装置２０がＲＯ装置を備えている場合、ＲＯ給水の温度を２５℃以上とする必要がある。通常期の原水は１５℃程度、冬季は５℃程度になるので、加温を行う。そのため、上記実施の形態のとおり、ライン１３に熱交換器１４を設けることが好ましい。夏季の加温は不要である。既に加温設備がある場合は、温水をベースに使用し、蒸気やヒータ等を変動の制御で使用する空調設備においては、冬季以外はほとんど使用しないようにするのが好ましい。
【００４９】
本発明では、超純水ライン２４に熱交換器１４を設置し、温水ライン７からの温水をこの熱交換器に供給し、熱交換器で降温した低温水を冷水ライン６に返送するようにしてもよい。
【００５０】
本発明では、発電した電力をＦＩＴで売電してもよい。本発明では、工業用水以外の水を用水処理設備の原水としてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１  ボイラ
２  タービン
４  復水器
５  冷却塔
１５  濾過器
２０  水処理装置
４０  排水処理設備
【図１】
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