(57)【要約】【課題】蒸気と熱水を含む地熱流体から蒸気を分離した後の熱水を処理することで、還元井に戻した場合でもスケールの付着蓄積を防止することができる熱水処理システムの提供。【解決手段】蒸気を分離した後の熱水温度を熱交換器１と空気冷却手段２で２段階で低下させる。その後、凝集沈殿槽３にてシリカを含むスケール成分を沈殿除去した後、熱交換器１で加熱して還元井に戻す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下から蒸気と熱水を含む地熱流体を採取して発電する地熱発電システムの一部であり、地熱流体から蒸気を分離した後の熱水中のシリカを含むスケール成分濃度を低下させた後で還元井に戻すための熱水処理システムであって、
タービンへの蒸気を分離した後の熱水の温度を２段階で低下させる温度低下手段と、
温度低下後の熱水中のシリカを含むスケール成分濃度を低下させるための凝集沈殿手段と、
凝集沈殿後の上澄み水を加熱する手段とを備えており、
前記２段階の温度低下手段が、前段の熱交換器と後段の空気冷却手段の組み合わせであり、
凝集沈殿手段が、凝集沈殿槽、凝集剤添加装置、沈殿物の抜き出し手段、および上澄み水の取水手段を有しているものであり、
前記上澄み水の加熱手段が熱交換器である、熱水処理システム。
【請求項２】
温度低下手段で使用する熱交換器を加熱手段の熱交換器としても使用する、請求項１記載の熱水処理システム。
【請求項３】
請求項１又は２の熱水処理システムを運転する方法であって、
蒸気を分離した後の熱水を温度低下手段の前段である熱交換器に送って温度を低下させて一次処理熱水を得る工程、
一次処理熱水を温度低下手段の後段である空気冷却手段に送ってさらに温度を低下させて二次処理熱水を得る工程、
二次処理熱水を凝集沈殿手段の凝集沈殿槽に入れた後、凝集剤を添加し、必要に応じて撹拌した後に放置して、シリカを含むスケール成分を沈殿させて上澄み水を得る工程、
上澄み水を熱交換器に送って加熱して最終処理熱水を得る工程、
その後、最終処理熱水を還元井に戻す工程、
を有している、熱水処理システムの運転方法。
【請求項４】
蒸気を分離した後の熱水の温度が１００〜１５０℃であり、
一次処理熱水の温度が６０〜８５℃であり、
二次処理熱水の温度が５０〜８０℃であり、
最終処理熱水の温度が７０〜１２０℃であり、かつ上澄み水温度の１．５倍以上の温度である、請求項３記載の熱水処理システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地熱発電システムの一部となる熱水処理システムとその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地熱発電システムには、蒸気と熱水の混合物である地熱流体の状態に応じていくつかの発電方式があり、それらの方式としてシングルフラッシュ方式とダブルフラッシュ方式が知られている。
シングルフラッシュ方式は、地熱流体を気水分離器に導いて蒸気と熱水を分離して、分離した蒸気でタービンを回して発電する方式である。
ダブルフラッシュ方式は、シングルフラッシュ方式において気水分離器で分離した熱水の温度が高い場合、さらに前記熱水をフラッシャーにて蒸気と熱水に分離して、分離した蒸気をさらにタービンに供給して発電に利用する方式である。
いずれの方式においても地熱流体から分離した熱水は、最終的には還元井から地下に戻す。
【０００３】
地下から採取した地熱流体中には、シリカを初めとして、カルシウムやマグネシウムなどのスケール成分（硬度成分）が含まれている。
このため、地熱流体から分離された熱水中にスケール成分が含まれていることになり、それをそのまま還元井から地下に戻した場合、還元井の内壁面にスケールが付着蓄積して、還元井を閉塞させる。また熱水を地下に戻す坑口付近もスケールによる閉塞に至ってしまう。
従来は熱水を３０〜６０分滞留槽にて滞留させて熱水中の過飽和シリカの濃度を低くしてスケール付着量を減少させていた。その際、熱水の温度がなるべく下がらないようにして、溶存シリカを析出しにくくして還元井に戻していた。
【０００４】
しかし、このような熱水の処理方法であると、熱水を戻す還元過程における温度低下やそれに従ってスケール析出が起こり、そこでｐＨが変化することによりさらにスケールの析出を引き起こし、還元井を閉塞させるという問題がある。
このため、従来では、数ヶ月から１年ごとに新たな還元井を掘削する必要があり、そのために膨大な費用を要していた。
【０００５】
特許文献１には、滞留槽、沈殿槽、加熱器を備えた地下水の還元装置の発明が記載されている。２００℃近い高温の熱水をサイレンサーにてフラッシュさせ、大気開放されている滞留槽にて温度を８０〜９０℃に下げて熱水中に含まれるシリカを析出させ沈殿槽にて凝集沈殿させることで析出したシリカを除去した後、フラッシュさせた蒸気を利用した加熱器で１５０℃まで加熱昇温させることでシリカの溶解度を上げて還元井に戻すことが記載されている（２頁左上欄〜右上欄、第２図）。
しかし、特許文献１の発明では、ダブルフラッシュのように１００℃近くまで地熱流体の熱エネルギーを回収する方法では還元井戸に戻す温度を１５０℃にまで上げることができないため適用できない。
【０００６】
特許文献２には、フラッシャー６で分離した熱水を高圧ポンプ１３により昇圧し、高速熱水にして還元井１２から地下に戻すことでスケールを防止する発明が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−２０９６７２号公報
【特許文献２】特開昭６１−２０７７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、地熱発電システムにおいて、蒸気と熱水を含む地熱流体から蒸気を分離した後の１００℃近くまで温度が低下した熱水を還元井に戻した場合でも、還元井内壁面へのスケールの付着蓄積を防止することができる熱処理システムと、その運転方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明は、地下から蒸気と熱水を含む地熱流体を採取して発電する地熱発電システムの一部であり、地熱流体から蒸気を分離した後の熱水中のシリカを含むスケール成分濃度を低下させた後で還元井に戻すための熱水処理システムであって、
タービンへの蒸気を分離した後の熱水の温度を２段階で低下させる温度低下手段と、
温度低下後の熱水中のシリカを含むスケール成分濃度を低下させるための凝集沈殿手段と、
凝集沈殿後の上澄み水を加熱する手段とを備えており、
前記２段階の温度低下手段が、前段の熱交換器と後段の空気冷却手段の組み合わせであり、
凝集沈殿手段が、凝集沈殿槽、凝集剤添加装置、沈殿物の抜き出し手段、および上澄み水の取水手段を有しているものであり、
前記上澄み水の加熱手段が熱交換器である、熱水処理システムを提供する。
【００１０】
また本発明は、請求項１又は２の熱水処理システムを運転する方法であって、
蒸気を分離した後の熱水を温度低下手段の前段である熱交換器に送って温度を低下させて一次処理熱水を得る工程、
一次処理熱水を温度低下手段の後段である空気冷却手段に送ってさらに温度を低下させて二次処理熱水を得る工程、
二次処理熱水を凝集沈殿手段の凝集沈殿槽に入れた後、凝集剤を添加し、必要に応じて撹拌した後に放置して、シリカを含むスケール成分を沈殿させて上澄み水を得る工程、
上澄み水を熱交換器に送って加熱して最終処理熱水を得る工程、
その後、最終処理熱水を還元井に戻す工程、
を有している、熱水処理システムの運転方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、蒸気と熱水を含む地熱流体から蒸気を分離した後の熱水を処理した後、還元井に戻した場合でも、還元井内壁面へのスケールの付着蓄積を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の熱水処理システムの概念図（熱水処理システムの運転方法のフロー図）。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の熱水処理システムは、地下から蒸気と熱水を含む地熱流体を採取して発電する地熱発電システムの一部をなすものであり、既設の地熱発電システムに適用することができるものである。
本発明の熱水処理システムは、特にダブルフラッシュ方式を採用する地熱発電システムにおける熱水処理システムとして好適なものである。
【００１４】
地熱流体から蒸気を分離した後の熱水は、地熱発電の場所や方式により異なるものであるが、水温が１００℃以上（約１００〜１５０℃の範囲）であり、シリカ（ＳｉＯ2）の含有量は約４００〜１０００ppmである。
本発明の熱水処理システムおよびその運転方法では、前記熱水の水温を２段階で低下させる温度低下手段を備えていることが大きな特徴である。
なお、本発明において「シリカを含むスケール成分濃度」というときは、シリカ濃度で評価するものとする。
また、熱水温度は、実際の地熱発電の現場状況に応じて異なるものであるため、熱水処理システムの運転方法における工程ごとの温度は、相対的な高低関係を示すものである。
【００１５】
最初の工程にて、熱水を熱水ライン１１から温度低下手段の前段となる熱交換器１に送り、水温が約６０〜８５℃の一次処理熱水を得る。
熱水ライン１１は、地熱発電システムの場合にはフラッシャーの熱水排出口に接続されている。
熱交換器１は、公知のシェルアンドチューブ型の他に再生式や流動層式などの熱交換器を使用することができる。
【００１６】
次に、前工程において熱交換器１にて水温を低下させた一次処理熱水を、一次処理熱水ライン１２から温度低下手段の後段である空気冷却手段２に送ってさらに水温を低下させる。この工程の温度低下処理にて、水温約５０〜８０℃の二次処理熱水を得る。
空気冷却手段２は、大気と直接にまたは間接に接触させて冷却できる手段であればよく、公知の空気冷却器や海水を原料とする製塩工程で使用されている枝条架流下式などを使用することができる。
【００１７】
次に、前工程において空気冷却手段２にて水温を低下させた二次処理熱水を、二次処理熱水ライン１３から凝集沈殿手段（凝集沈殿槽）３に送る。この工程では、１５〜２０分程度の凝集沈殿処理によりシリカを含むスケール成分濃度が低下された上澄み水を得る。
この工程の処理では、処理中に二次処理熱水温度が若干低下することはあるが、従来技術における滞留槽のように過飽和の安定化のため通常３０分以上の滞留を目的とするものではないことから、前記滞留槽に比べると容量を小さくすることができる。
この工程の処理は、例えば二次処理熱水温度が５０℃であるとき、５０℃の熱水に溶存できないシリカを含む析出したスケール成分を凝集剤で沈殿させて除去するものである。
【００１８】
凝集沈殿槽３は、凝集剤添加装置４を備えており、必要に応じて図示していない撹拌装置を設置することができる。
凝集沈殿槽３は、底部にスラッジ引き抜きライン１４が接続されており、スラッジの引き抜きを容易にするため、図示するように底部が円錐乃至は角錐状になっている。
さらに凝集沈殿槽３の上部側には、上澄み水取り出しライン１５が接続されている。
【００１９】
凝集沈殿槽３に送った二次処理熱水中に、凝集剤を添加して凝集処理して、シリカを含むスケール成分を沈殿させる。
凝集剤は、一般の汚水処理場にて使用されている無機凝集剤、有機凝集剤、および高分子凝集剤を使用することができる。
沈殿させたスケール成分（スラッジ）は、定期的にスラッジ引き抜きライン１４から取り出す。
スケール成分が沈殿した後の上澄み水は、ポンプ２１を駆動させ、上澄み水取り出しライン１５から取り出す。
【００２０】
次に、前工程において得た上澄み水を加熱して最終処理熱水を得る。
この工程で上澄み水を加熱した最終処理熱水は、温度が上昇された分だけシリカを含むスケール成分の許容溶存濃度が上昇するため、最終処理熱水の水温におけるスケール成分濃度は、上澄み水の水温におけるスケール成分濃度よりも低下した状態になる。このため、温度低下によるスケール生成が生じ難くなる。
【００２１】
この工程の加熱手段としては熱交換器を使用することができ、一次処理水を得るために使用した熱交換器を使用することにより加熱のための外部熱源を必要としないという点で好ましい。
最終処理熱水の水温は約７０〜１２０℃にすることが好ましい。
前記二次処理熱水を一度約５０〜８０℃にすることにより最終処理後の溶存シリカ濃度は飽和濃度の５０〜７０％となる。
最終処理水の水温は、上澄み水温度の１．３倍以上（例えば７０℃のとき９１℃以上）であることが好ましく、１．５倍以上の温度であることがより好ましく、１．８倍以上の温度であることがさらに好ましい。
【００２２】
次に、前工程において得た最終処理熱水（水温約７０〜１２０℃）をライン１６で還元井に戻す。
還元井に戻す際に最終処理熱水の温度が低下することは避けられないが、低下後の温度が上澄み水温度より高い温度であればスケールの発生を防止できるため、還元井の内壁面にスケール成分が付着蓄積することを防止できる。
このため、従来のように数ヶ月単位で新たな還元井を掘削する必要がなくなる。
【００２３】
本発明の熱処理システムとその運転方法は、地熱流体から蒸気を分離した後の熱水に対して２段階の温度低下手段による温度低下処理をした後で、凝集沈殿理をすることで、シリカを含むスケール濃度を低下させることができる。
このため、従来技術のような大容量の滞留槽が不要となることから、設備の設置費用が著しく軽減されると共に、処理時間も大きく短縮することができる。
さらにシリカを含むスケール成分濃度が低下させた処理水を再加熱して還元井に戻すため、還元井内壁面へのスケールの付着蓄積を防止することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１  熱交換器
２  空気冷却手段
３  凝集沈殿槽
４  凝集剤添加装置
【図１】
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