(57)【要約】  【課題】  発電設備を併設した浄水設備において、浄水設備の被処理水（原水）のｐＨ調整剤として発電設備に由来する酸性成分を容易に利用可能とし、経済性をより高めることが可能な浄水設備の運転方法及び発電設備を併設した浄水設備を提供する。  【課題を解決するための手段】  ガスタービンの圧縮機への大気の吸気から燃焼器への圧縮空気の供給までの間に空気を加湿する過程で発生した酸性水又はガスタービン排ガスの湿分を回収して得られた酸性水を、浄水設備の被処理水のｐＨ調整剤として用いる。例えば、ガスタービンの吸気噴霧冷却のドレン水やその濃縮水、高湿分空気利用ガスタービンの増湿装置の循環水をｐＨ調整に用いる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浄水設備の被処理水に、ｐＨ調整剤の注入を行い、その後、凝縮剤を注入するようにした浄水設備の運転方法であって、
ガスタービンの圧縮機への大気の吸気から燃焼器への圧縮空気の供給までの間に空気を加湿する過程で発生した酸性水又はガスタービン排ガスの湿分を回収して得られた酸性水を、前記ｐＨ調整剤として用いることを特徴とする浄水設備の運転方法。
【請求項２】
請求項１において、前記ガスタービンは、前記吸気へ水を噴霧する吸気噴霧冷却装置を備え、前記空気を加湿する過程で発生した酸性水は、前記吸気噴霧冷却装置で発生するドレン水であることを特徴とする浄水設備の運転方法。
【請求項３】
請求項２において、前記空気を加湿する過程で発生した酸性水は、前記ドレン水の不純物成分を濃縮した濃縮水であることを特徴とする浄水設備の運転方法。
【請求項４】
請求項１において、前記ガスタービンは、前記圧縮機からの圧縮空気を加湿する加湿装置を備え、前記空気を加湿する過程で発生した酸性水は、前記加湿装置で蒸発しなかった水であることを特徴とする浄水設備の運転方法。
【請求項５】
請求項４において、前記加湿装置は、蒸発しなかった水を循環させながら圧縮空気を加湿するように構成され、前記空気を加湿する過程で発生した酸性水は、前記加湿装置から一部排出された循環水であることを特徴とする浄水設備の運転方法。
【請求項６】
請求項１において、前記ガスタービンは、前記吸気へ水を噴霧する吸気噴霧冷却装置及び／又は前記圧縮機からの圧縮空気を加湿する加湿装置と、前記ガスタービン排ガスから湿分を回収する水回収装置を備え、前記ガスタービン排ガスの湿分を回収して得られた酸性水として前記水回収装置で得られた回収水を用いることを特徴とする浄水設備の運転方法。
【請求項７】
発電設備を併設した浄水設備であって、
前記発電設備は、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された空気を加湿する加湿装置と、前記加湿装置で加湿された空気と燃料とが供給され燃焼ガスを発生する燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスで回転され動力エネルギーを発生するタービンと、前記タービンの排ガスにより前記加湿装置で加湿された空気を加熱する再生熱交換器を備えた高湿分空気利用ガスタービン発電システムであり、
前記浄水設備の被処理水へのｐＨ調整剤供給装置に、前記加湿装置において蒸発しなかった水を供給する水供給系を備えたことを特徴とする発電設備を併設した浄水設備。
【請求項８】
請求項７において、前記発電設備は、前記圧縮機の吸気へ水を噴霧する吸気噴霧冷却装置を備え、前記浄水設備は、前記吸気噴霧冷却装置で発生するドレン水を前記ｐＨ調整剤供給装置へ供給するドレン水供給系を備えたことを特徴とする発電設備を併設した浄水設備。
【請求項９】
請求項７において、前記発電設備は、前記タービンの排ガスから湿分を回収する水回収装置を備え、前記浄水設備は、前記水回収装置で回収した回収水を前記ｐＨ調整剤供給装置へ供給する回収水供給系を備えたことを特徴とする発電設備を併設した浄水設備。
【請求項１０】
請求項７において、前記加湿装置へ前記浄水設備で得られた浄水を供給する浄水供給系を備えたことを特徴とする発電設備を併設した浄水設備。
【請求項１１】
請求項１０において、前記浄水供給系は、前記浄水設備の原水ろ過過程の下流かつ消毒過程の上流から分岐していることを特徴とする発電設備を併設した浄水設備。
【請求項１２】
浄水設備に併設された発電設備であって、
前記発電設備は、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された空気を加湿する加湿装置と、前記加湿装置で加湿された空気と燃料とが供給され燃焼ガスを発生する燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスで回転され動力エネルギーを発生するタービンと、前記タービンの排ガスにより前記加湿装置で加湿された空気を加熱する再生熱交換器を備えた高湿分空気利用ガスタービン発電システムであり、
前記浄水設備で得られた浄水を前記加湿装置へ供給する浄水供給系を備えたことを特徴とする浄水設備に併設された発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄水設備の運転方法及び発電設備を併設した浄水設備にかかり、特にガスタービン発電設備を併設した浄水設備の運転方法及び浄水設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
浄水場は、河川水などの原水から、土砂などの固形物を除去し、殺菌消毒したのち、配水場に送水する施設である。浄水場では、河川などから取水するポンプ動力、水を撹拌し、沈殿、ろ過させるための動力、配水場に水を送水するための動力、汚泥などの沈殿物を処理するための動力などが必要である。これらの動力を安定して確保する観点から、発電設備を備えた浄水場が着目されている。
【０００３】
浄水場にガスエンジンまたはガスタービンを設置する例として、例えば、特許文献１および特許文献２に開示されたものがある。また、これら特許文献１および特許文献２には、懸濁物を沈殿させるための凝集剤を注入する前に、原水にガスタービンの排ガスを接触させて、原水を酸性側にｐＨ調整することが提案されている。これにより、凝集剤の効果が高まるとともに、従来用いられている硫酸などのｐＨ調整剤が不要になる利点がある。また、ガスタービンの排ガスを原水に接触させることにより、排ガス中の窒素酸化物を原水に取り込むことができ、脱硝のための装置が不要又は小型になる利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６６０５９号公報
【特許文献２】特開２００５−５４６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１および特許文献２で提案されている方法は、排ガスを浄水場の原水に直接接触させるものである。このため、大量の排ガスを水中に注入するための動力と、排ガスと原水が充分に気液接触するための反応空間が必要となり、経済性を高めることが容易ではない。
【０００６】
本発明の目的は、発電設備を併設した浄水設備において、浄水設備の被処理水（原水）のｐＨ調整剤として発電設備の運転に由来する酸性成分を容易に利用可能とし、経済性をより高めることが可能な浄水設備の運転方法及び発電設備を併設した浄水設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ガスタービンの圧縮機への大気の吸気から燃焼器への圧縮空気の供給までの間に空気を加湿する過程で発生した酸性水又はガスタービン排ガスの湿分を回収して得られた酸性水を、浄水設備の被処理水（原水）のｐＨ調整剤として用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、浄水設備の被処理水のｐＨ調整剤として発電設備に由来する酸性成分を容易に利用することができ、浄水設備の経済性をより高めることができる。
【０００９】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例である発電設備を備えた浄水設備を示す概略系統図。
【図２】本発明の他の実施例である発電設備を備えた浄水設備を示す概略系統図。
【図３】本発明の更に他の実施例である発電設備を備えた浄水設備を示す概略系統図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の一実施例である発電設備を併設した発電設備の構成を示す概略系統図である。浄水設備２００と発電設備１００は、必ずしも同じ敷地内に立地する必要はないが、配管で相互に接続されており、水や排ガスを授受できるように構成されている。また、本実施例では、発電設備１００によって発生した電力を、浄水設備２００で利用可能に構成されている。
【００１３】
本実施例では、発電設備１００として、高湿分空気利用ガスタービン発電システムが用いられている。後で詳述するが、浄水設備に併設する発電設備として高湿分空気利用ガスタービン発電システムを用いることは、浄水設備の経済性を高め、また、高湿分空気利用ガスタービン発電システム自体の経済性も高めることができる特徴的な構成である。
【００１４】
ガスタービン本体は、空気を圧縮して吐出する圧縮機２、圧縮空気と燃料とを混合して燃焼する燃焼器４、燃焼器が生成する燃焼ガスにより駆動されるタービン１が主要な機器である。圧縮機２とタービン１を連結するシャフト５は、図示しない減速機、発電機に接続されており、発電した電力を系統に送電可能となっている。
【００１５】
圧縮機２の吸気ダクト３には、大気９３に水９４を噴霧して空気を冷却する吸気噴霧冷却装置１４が設けられている。
【００１６】
圧縮機２から吐出された圧縮空気が燃焼器４に至る経路には、圧縮により高温となった空気を循環水により冷却して熱を回収する空気冷却器２１、空気冷却器２１およびエコノマイザ１６で生成した高温の循環水により圧縮空気を加湿する加湿装置（増湿塔）７、排ガス１３を熱源として、加湿装置７で加湿された空気を加熱する再生熱交換器１２が設置され、これらは配管４１、配管４２、配管４３、配管４７で接続されている。
【００１７】
加湿装置７は、充填物７２を内蔵した容器であり、空気冷却器２１とエコノマイザ１６で熱回収して生成した高温の循環水を充填物７２の上方に設置された液分散器(図示せず)から散布し、充填物７２の表面を流下する熱水と、充填物７２の下方から上向きに流れる空気の気液直接接触により、空気が加湿される構造となっている。加湿装置７の下部容器６２には、充填物７２表面を流下した水（加湿装置で蒸発しなかった水）が収集され、ポンプ６３により加圧されて、配管３４を経由してエコノマイザ１６へ給水されるとともに、配管３３を経由して空気冷却器２１へ給水されるよう構成されている。エコノマイザ１６あるいは空気冷却器２１で熱回収し加熱された循環水は、再び加湿装置７の充填物７２の上方の液分散器に供給されるよう、配管系が構成されている。
【００１８】
加湿された圧縮空気は再生熱交換器１２により加熱され、加熱された加湿空気は燃焼器４に供給され、燃料９５と混合して燃料を燃焼させる。燃焼器４で生成した燃焼ガスはタービン１を駆動して、排ガス１３としてタービン１から排気される。さらに、タービン１からの排ガス１３は、再生熱交換器１２、エコノマイザ１６を経由し、浄水設備２００へ供給され、最終的にはスタック５４から排出されるよう、配管系が構成されている。
【００１９】
浄水設備２００は、河川やダムなどの水源からポンプにより原水を取水する取水過程２２、取水した原水（被処理水）を受け入れる貯槽である着水井２３、原水に凝集剤２９を混合し、フロックと呼ばれる大きな塊を形成するフロック形成過程２４、ろ過膜によりフロックを含む固形物をろ過する膜ろ過過程２５、ろ過水に塩素６１を注入して殺菌消毒した浄水を貯える配水池２６、配水池２６の浄水をポンプにより事業所や家庭など水の需要地へ送水する送水過程２７から構成される。また、凝集剤２９の注入前にｐＨ調整剤を原水に注入し、原水のｐＨ調整が行われる。
【００２０】
本実施例の特徴的な構成は、ｐＨ調整剤として発電設備の運転に由来する酸性成分を利用する点にある。発電設備の運転に由来する酸性成分として、従来は、排ガスに含まれる成分を用いており、排ガスをそのままｐＨ調整に用いている。本実施例では、ガスタービンの圧縮機への大気の吸気から燃焼器への圧縮空気の供給までの間に空気を加湿する過程で発生した酸性水をｐＨ調整剤として用いている。即ち、本実施例では、吸気噴霧冷却装置１４から発生する噴霧水のドレン水や、加湿装置７の下部容器６２に収集された水（加湿装置で蒸発しなかった水）をｐＨ調整剤として用いている。具体的な構成要素としては、吸気噴霧冷却装置１４で発生する噴霧水のドレン水をｐＨ調整剤容器２８（ｐＨ調整剤供給装置）に供給するドレン水供給系として配管６５を備えており、また、加湿装置７において蒸発しなかった水をｐＨ調整剤容器２８に供給する水供給系として加湿装置７の下部容器６２に収集された水を加圧するポンプ６３から水を導入する配管６７と配管６７の途中に設置された弁６６を備えている。また、ｐＨ調整剤容器２８のｐＨ調整剤を着水井２３に供給する配管４９を備えている。
【００２１】
また、本実施例の特徴的な他の構成としては、エコノマイザ１６から排出された排ガス６８を熱源として、膜ろ過過程２５で発生した汚泥から水分を除去、乾燥させて減容する汚泥処理過程６０を有することや、高湿分空気利用ガスタービン発電システムの加湿装置７への補給水として浄水設備で得られた浄水を用いるようにしたことである。加湿装置７へ浄水設備の浄水を供給する浄水供給系として、膜ろ過過程２５を経た浄水を加圧するポンプ９１、脱塩装置７５、配管３１を有している。浄水供給系は、浄水設備の原水ろ過過程の下流かつ消毒過程の上流から分岐している。
【００２２】
次に、本実施例による浄水設備２００および発電設備１００の動作を説明する。
【００２３】
発電設備１００では、大気９３は、吸気ダクト３に設置された図示しない吸気フィルタによって煤塵などを除去されたあと、吸気噴霧冷却装置１４で水９４が微細な液滴として噴霧される。吸気噴霧冷却装置１４の内部で、水９４の一部が蒸発することにより大気９３は冷却される。蒸発しなかった微細な液滴の一部は、大気９３の流れと同伴して圧縮機２に吸入される。蒸発しなかった微細な液滴の別の一部は、吸気ダクト３の内部で壁面等に衝突し、ドレン水として配管６５を介してｐＨ調整剤容器２８に供給される。このとき、大気９３には、地球上での化石燃料の燃焼や、火山の噴火等に由来する微量の亜硫酸ガスが含まれており、これらは微細な液滴である水９４に吸収され、ドレン水には微量の亜硫酸イオンが含まれている。従って、ドレン水は発電設備に由来する酸性成分を含み、圧縮機への吸気空気を加湿する過程で発生した酸性水となる。
【００２４】
大気９３は、圧縮器２で圧縮される過程で、空気の温度と圧力が上昇すると、噴霧された水９４の微細な液滴が蒸発し、蒸発潜熱を奪うことにより空気が冷却される。吸気噴霧冷却装置１４および圧縮機２での冷却により、圧縮される空気の体積が減少するため、圧縮機２の圧縮動力が低減され、ガスタービンの熱効率が向上する。
【００２５】
圧縮機２から吐出される圧縮空気は、空気冷却器２１によって冷却される。冷却する理由は、加湿装置７の充填物７２から流下する水の温度を可及的に低下させ、エコノマイザ１６への給水温度を低下させ、エコノマイザ１６から排出される排ガス６８の温度を低下させることにより、システムとしての排熱回収量を増加させるためである。空気冷却器２１で冷却された圧縮空気は、配管４２により加湿装置７の充填物７２の下部から供給され、充填物７２の上方から散布されて流下する熱水と、充填物７２の表面で気液接触を繰返し、飽和水蒸気圧となるまで加湿される。充填物７２の上方から散布された熱水は、加湿により蒸発した分の流量が減少し、蒸発しなかった水が加湿装置７の下部容器６２に収集される。
【００２６】
下部容器６２に収集された水は、ポンプ６３により加圧されて、一部は配管３４を経由してエコノマイザ１６へ給水され、エコノマイザ１６で排ガス１３により加熱されて、再び加湿装置７の上部空間の液分散器に供給される。一方、ポンプ６３により加圧された水の別の一部は、配管３３を経由して空気冷却器２１へ供給され、圧縮機２の高温の吐出空気により加熱されて、再び加湿装置７の上部空間の液分散器に供給される。ポンプ６３により加圧された水のさらに別の一部（循環水の一部）は、配管６７と弁６６を経由して、ｐＨ調整剤容器２８へ供給される。
【００２７】
この加湿装置7では、充填物７２の表面で、空気に対して循環水が繰り返し気液接触するため、空気中に含まれる微量の亜硫酸ガスを吸収し、水中には亜硫酸イオンが蓄積していく。この亜硫酸イオンの濃度は、弁６６の開度調整により、水の抜き出し量を調整することで制御できる。本実施例では、ｐＨ調整剤容器２８の水素イオン濃度ｐＨが約４となるように調整する。従って、加湿装置から排出される循環水の一部（加湿装置で蒸発しなかった水）は発電設備に由来する酸性成分を含み、燃焼器へ供給する圧縮空気を加湿する過程で発生した酸性水となる。なお、配管６７による水の抜き出しにより、加湿装置７の循環水量が減少してくるので、本実施例では、配管３１から清浄な水を補給して、下部容器６２の水位が一定になるように制御している。また、清浄な水を供給することは、循環水の水質が一定になるように制御することでもある。
【００２８】
加湿装置７で加湿された圧縮空気は、再生熱交換器１２で排ガス１３により加熱されて、配管４７から燃焼器４に供給される。燃焼器４では、加湿空気とともに燃料９５を燃焼させ、高温の燃焼ガスを生成する。この高温の燃焼ガスは、タービン１に供給され、静翼と動翼とを通過することにより、ブレイトンサイクルの膨張過程を経て、熱エネルギーが回転運動エネルギーに変換される。回転運動エネルギーは、同じ軸に連結された圧縮機２を駆動することに消費されるとともに、図示しない発電機により、電気エネルギーとして取り出される。この際、加湿装置７により、圧縮空気に加湿しているため、タービン１を駆動する流体の質量流量が、圧縮機２で圧縮した流体の質量流量よりも増加していることから、通常のガスタービンと比較してより多くのエネルギーを取り出すことができ、プラント熱効率の向上に寄与する。
【００２９】
タービン１での膨張過程を経て排出された排ガス１３は、再生熱交換器１２で、加湿装置で加湿された圧縮空気（湿り圧縮空気）の加熱に利用される。さらに、再生熱交換器１２から排出された排ガス１３は、エコノマイザ１６へ供給され、配管３４から供給される加湿装置７の循環水を加熱するために利用される。エコノマイザ１６から排出された排ガス６８は、汚泥処理過程６０に導かれる。汚泥処理過程６０では、排ガス６８を熱源として汚泥を加熱し、乾燥させる。乾燥した汚泥は、土として排出される。汚泥を乾燥後の排ガス６８は、スタック５４から大気中に放出される。
【００３０】
一方、浄水設備２００では、取水過程２２で河川やダムなどの水源から図示しないポンプにより原水を取水し、原水は着水井２３に供給される。着水井２３では、凝集剤２９の注入とフロック形成過程２４に先立ち、ｐＨ調整剤容器２８から、ｐＨ調整剤が注入される。ｐＨ調整剤は、凝集剤２９が効率よく作用する水素イオン濃度(ｐＨ)条件に調整するためのものである。原水がこの目標のｐＨ条件よりもアルカリ性の場合には酸性のｐＨ調整剤が注入され、原水が目標の条件よりも酸性の場合には、アルカリ性のｐＨ調整剤が注入される。凝集剤２９としては、ＰＡＣ(ポリ塩化アルミニウム)や硫酸バンドと呼ばれるものが一般的に使用され、ｐＨ＝７付近がもっとも効率よく凝集効果を得ることができる。近年では、河川水などの富栄養化が進み、原水のｐＨが高い例が多くみられ、その場合は、硫酸など、酸性のｐＨ調整剤が用いられる。本実施例では、凝集剤２９としてＰＡＣを使用し、酸性のｐＨ調整剤が必要となる場合を想定しており、ｐＨ調整剤として、配管６５および配管６７から供給される亜硫酸イオンを含むｐＨ＝４程度の酸性水を利用する。これにより、吸気噴霧冷却装置で発生するドレン水と、加湿装置７の水質維持のために抜き出した循環水の有効利用ができるとともに、浄水場の凝集過程のためのｐＨ調整剤の外部調達を不要または低減することができ、経済性が向上する。また、本実施例では、高湿分利用ガスタービン発電システムで発生するドレン水や循環水をｐＨ調整剤容器に移送する供給系を設けるだけで良いので、排ガスを原水に直接接触させる場合に必要となる、大量の排ガスを水中に注入するための動力や、排ガスと原水が充分に気液接触するための反応空間などの、大きな動力や大きな設備は不要であり、経済性がより向上する。
【００３１】
ｐＨ＝７前後に調整された原水は、凝集剤２９であるＰＡＣを注入され、フロック形成過程２４で、フロックを形成する。フロックを含む固形物は、膜ろ過過程２５により分離され、汚泥処理過程６０に導かれ、乾燥した土に処理される。ろ過水の一部は、ポンプ９１により脱塩装置７５に供給され、水中に含まれる不純物イオンを除去して加湿装置７へ給水される。ここで不純物イオンを除去する理由は、加湿装置の給水に不純物イオンが含まれている場合、加湿装置内部で不純物が空気に混入し、ガスタービンに流入することを防止するためである。ガスタービンの動作する高温条件では、例えばナトリウム、カリウム等の混入物は、ガスタービンの金属部材を腐食させることが一般に知られている。脱塩装置の方式としては、イオン交換樹脂や、逆浸透膜などが利用可能である。残りのろ過水は、塩素６１を注入して殺菌消毒した後、配水池２６から送水過程２７の図示しないポンプにより、事業所や家庭など水の需要地へ送水される。
【００３２】
また、従来提案されている高湿分空気利用ガスタービン発電システムは、加湿装置７で加湿のために消費する水を補給するため、ガスタービンの排ガスに含まれる湿分を回収する、水回収装置を設置する必要があった。しかし、本実施例では、浄水設備２００から配管３１によって加湿装置７へ給水することにより、水回収装置が不要となり、水回収装置の運転に必要な排ガスの凝縮潜熱の放熱も不要になることから、発電設備１００の高湿分空気利用ガスタービン発電システムの建設費、運転費を低減することが可能となる。この特徴は、発電設備の観点からすれば、高湿分空気利用ガスタービン発電システムを浄水設備に併設することにより、高湿分空気利用ガスタービン発電システム自体の経済性を向上させる効果が得られるということである。従って、発電設備という観点からすれば、ドレン水や循環水をｐＨ調整剤として用いることは副次的な構成である。
【００３３】
また、ガスタービンの排ガス６８を利用して汚泥処理過程６０で汚泥を乾燥できるため、浄水設備２００の運転費も低減可能となる。
【００３４】
また、浄水設備２００の運転に必要な電力を、発電設備１００から供給可能とすることにより、系統電源の異常時などでも継続して浄水設備２００を運転して需要地に送水することが可能となり、社会生活基盤の安全性を向上することができる。特に、本実施例では、浄水設備に併設する発電設備として、高湿分空気利用ガスタービン発電システムを用いることにより、浄水場に、高効率なガスタービン発電システムが併設可能となり、浄水場のエネルギー自立性をより向上させることができる。
【００３５】
なお、上述の実施例では、高湿分空気利用ガスタービン発電システムとして、吸気噴霧冷却装置を設けている。効率や出力は低下するが、吸気噴霧冷却装置を省略して、加湿装置による空気の加湿だけの構成とし、加湿装置の循環水をｐＨ調整剤として用いるようにしても良い。
【実施例２】
【００３６】
本発明の他の実施例である発電設備を併設した浄水設備について図２を用いて説明する。
【００３７】
本実施例の発電設備を併設した浄水設備は、実施例１の発電設備を併設した浄水設備と基本的な構成及び作用は同じなので、両者に共通した説明は省略し、相違する部分のみ以下に説明する。
【００３８】
本実施例では、発電設備１００のエコノマイザ１６から排出された排ガス１３は、汚泥処理過程６０ではなく、水回収装置１７に供給される構成となっている。水回収装置１７は、装置内部に設置されたスプレイノズルから供給される水と排ガス１３との気液直接接触により、排ガス１３に含まれる湿分を凝縮させ、下部空間の回収水容器１８に回収する構造となっている。また、本実施例の水回収装置は、加湿装置７へ補給する水量の一部のみを回収する小型のものとし、加湿装置７へ補給する水量の残りの部分は、実施例１と同様に配管３１により浄水設備２００から供給するよう配管されている。水回収装置１７で湿分を回収した後の排ガスは、スタック５４から系外に排出されるよう構成されている。また、回収水容器１８の回収水は、ポンプ９２により、一部は冷却器８５に供給され、冷却されたのちに再び配管３２を経由して水回収装置１７のスプレイノズルに供給される構造となっている。ポンプ９２で送出される回収水の残りの一部は、配管６９と配管７０により加湿装置７の下部容器６２に接続されており、配管７０には弁７３が設置されている。ポンプ９２で送出される回収水のさらに残りの一部は、配管６９および配管７１および弁７４を経由して、ｐＨ調整剤容器２８に接続されている。配管６９および配管７１および弁７４が回収水供給系を構成する。
【００３９】
次に、本実施例の固有の動作を説明する。
【００４０】
発電設備１００では、エコノマイザ１６から排出された排ガス１３は、水回収装置１７に導かれる。水回収装置１７では、配管３２から供給されスプレイノズルから散布される循環水と排ガス１３が気液直接接触し、排ガス１３に含まれる湿分が凝縮し、下部空間の回収水容器１８に回収される。水回収装置１７から排出される排ガス１３は、スタック５４から大気中に放出される。回収水容器１８の回収水は、ガスタービンの排気ガスと直接接触するため、燃料の種類に応じて、燃焼ガスの成分である微量の窒素酸化物や、二酸化炭素、もしくは硫黄酸化物を吸収し、酸性となる。回収水容器１８の回収水の一部は、ポンプ９２により冷却器８５に移送され、冷却器８５で冷却されたのちに再び配管３２から水回収装置１７のスプレイノズルに供給される。回収水容器１８の回収水の残りの一部は、配管７０から加湿装置７へ供給され、加湿装置７で空気に加湿して消費される水分を補給する。回収水容器１８の回収水の残りの一部は、配管７１からｐＨ調整剤容器２８へ供給される。水回収装置１７の回収水容器１８の水位は、排ガス１３の凝縮により回収された水量と、配管７０から加湿装置７へ供給される水量と、配管７１からｐＨ調整剤容器２８へ供給される水量のバランスにより変化する。そこで、回収水容器１８の水位が一定になるよう、図示しない注水機構によって不足する水を補給し、回収水容器１８の水位を維持する。
【００４１】
回収水容器１８の回収水は、上述したように燃焼ガスの成分を吸収して酸性であるため、酸性のｐＨ調整剤として好適である。即ち、回収水は、発電設備の運転に由来する酸性成分を含む酸性水である。
【００４２】
本実施例によれば、排ガス１３から湿分を回収してから加湿装置７へ補給することにより、浄水設備２００から加湿装置７へ補給する水量が低減でき、浄水設備２００の経済性が向上する。また、回収水容器１８の回収水は、酸性であるため、浄水設備２００の原水のｐＨ調整剤として利用でき、ｐＨ調整剤を実施例１の場合よりも多く確保することができ、ｐＨ調整剤の外部調達を不要または低減することができるので、浄水設備２００の経済性が向上する。また、従来提案されている高湿分空気利用ガスタービンシステムと比較して、水回収装置１７の回収能力を低減することができ、水回収装置１７の運転に必要な冷却設備の能力も削減できることから、発電設備１００の高湿分空気利用ガスタービンシステムの建設費、運転費を低減することが可能となる。さらに、浄水設備２００の運転に必要な電力を、発電設備１００から供給可能とすることにより、系統電源の異常時などでも継続して浄水設備２００を運転して需要地に送水することが可能となり、社会生活基盤の安全性を向上することができる。このように、本実施例によっても、浄水場のエネルギー自立性を向上させるとともに、より経済性を高めた浄水場を提供することができる
【実施例３】
【００４３】
本発明の更に他の実施例である発電設備を併設した浄水設備について図３を用いて説明する。
【００４４】
本実施例では、発電設備１００の構成が、図１あるいは図２に示した先の実施例とは若干異なり、シンプルサイクルガスタービンを基本構成としている。
【００４５】
ガスタービン本体は、空気を圧縮して吐出する圧縮機２、圧縮空気と燃料とを混合して燃焼する燃焼器４、燃焼器が生成する燃焼ガスにより駆動されるタービン１から構成される。圧縮機２の吸気ダクト３には、大気９３に水９４を噴霧して冷却する吸気噴霧冷却装置１４が設けられている。吸気噴霧冷却装置１４には、噴霧水が壁面などに衝突して生成するドレン水を貯槽７７に供給する配管６５、貯槽７７に収集されたドレン水をポンプ６４により加圧して膜分離装置７６に供給する配管４４、膜分離装置７６で不純物を除去された水を吸気噴霧冷却装置１４に供給する配管４５、膜分離装置７６で濃縮された不純物をｐＨ調整剤容器２８に供給する配管４６が備えられている。
【００４６】
浄水設備２００の基本的構成は図１に示した実施例１と類似しているが、フロック形成過程２４の下流側の膜ろ過過程２５が、沈殿池を用いた沈殿過程１９と、ろ過池２０の組み合わせで構成されている。
【００４７】
次に本実施例の固有の動作を説明する。
【００４８】
発電設備１００では、大気９３は、吸気ダクト３に設置された図示しない吸気フィルタによって煤塵などを除去されたあと、吸気噴霧冷却装置１４で水９４が微細な液滴として噴霧される。吸気噴霧冷却装置１４の内部で、水９４の一部が蒸発することにより大気９３は冷却される。蒸発しなかった微細な液滴の一部は、大気９３の流れと同伴して圧縮機２に吸入される。蒸発しなかった微細な液滴の別の一部は、吸気ダクト３の内部で壁面等に衝突し、ドレン水として配管６５により貯槽７７に供給される。このとき、大気９３には、地球上での化石燃料の燃焼や、火山の噴火等に由来する微量の亜硫酸ガスが含まれており、微細な液滴である水９４に吸収され、ドレン水には微量の亜硫酸イオンが含まれている。大気９３は、圧縮器２で圧縮される過程で、空気の温度と圧力が上昇すると、噴霧された水９４の微細な液滴が蒸発し、蒸発潜熱を奪うことにより空気が冷却される。吸気噴霧冷却装置１４および圧縮機２での冷却により、圧縮される空気の体積が減少するため、圧縮機２の圧縮動力が低減され、ガスタービンの熱効率が向上する。圧縮機２から吐出される圧縮空気は、ガスタービンの内部の配管４７から燃焼器４に供給される。燃焼器４では、圧縮空気とともに燃料９５を燃焼させ、高温の燃焼ガスを生成する。この高温の燃焼ガスは、タービン１に供給され、熱エネルギーが回転運動エネルギーに変換され、最終的には実施例１と同様に、電気エネルギーとして取り出される。タービン１での膨張過程を経て排出された排ガス１３は、図１で説明した実施例１と同様に、汚泥処理過程６０に導かれ、汚泥の乾燥に利用される。
【００４９】
貯槽７７に収集されたドレン水は、膜分離装置７６に供給される。膜分離装置７６は、逆浸透膜で構成され、ドレン水に含まれる亜硫酸などの不純物イオンは濃縮されて配管４６によりｐＨ調整剤容器２８に供給される。膜分離装置７６で不純物イオンを除去した水は、配管４５によって再び吸気噴霧冷却装置１４に供給され、吸気噴霧に利用される。吸気噴霧に利用する水の量は、配管６５を経由して回収されるドレン水だけでは不足するため、不足分はポンプ９１および配管３１により、浄水設備２００から供給する。
【００５０】
本実施例では、吸気噴霧冷却装置１４で発生した微量の亜硫酸イオンを含むドレン水を膜分離装置７６で分離することにより、濃縮した亜硫酸イオンを浄水設備２００のｐＨ調整剤として利用できるので、酸性のｐＨ調整剤の外部調達を不要または低減することができ、浄水設備２００の経済性が向上する。また、浄水設備２００から固形物などを除去した状態の浄水と、膜分離装置７６の組み合わせにより、吸気噴霧冷却装置１４へ供給する水の固形物や不純物イオンが十分に除去されたものとなり、独立した純水製造装置を発電設備１００に設置するのに比べて、発電設備１００の建設費用および運転費用の経済性が向上する。
【００５１】
一方、浄水設備２００では、フロック形成過程２４で、フロックを形成するまでは実施例１と同様であるが、本実施例では、フロックを含む固形物の大部分は、沈殿過程１９により沈殿池に沈殿させる。沈殿池で沈殿しなかった懸濁物や有機物は、ろ過池２０で砂や砂利の層によりろ過し、配水池２６へ送水される。図1および図２で例示した膜ろ過過程２５では、微細な膜に原水を高圧で供給するためにポンプの動力が必要であるが、本実施例では水を加圧することは不要であるため、浄水設備２００の運転に必要なエネルギーを削減できるメリットがある。但し、沈殿過程１９の沈殿池や、ろ過池２０の面積が多く必要であり、浄水設備２００の立地条件に制約となる。
【００５２】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加，削除，置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１：タービン、２：圧縮機、３：吸気ダクト、４：燃焼器、５：シャフト、７：加湿装置、１２：再生熱交換器、１３：排気ガス、１４：吸気噴霧冷却装置、１６：エコノマイザ、１７：水回収装置、１８：回収水容器、１９：沈殿過程、２０：ろ過池、２１：空気冷却器、２２：取水過程、２３：着水井、２４：フロック形成過程、２５：膜ろ過過程、２６：配水池、２７：送水過程、２８：pH調整剤容器、２９：凝集剤、３１、３２、３３、３４、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９：配管、５３：伝熱管、５４：スタック、５５：汚泥、５６：乾燥汚泥、５７：熱交換器、６０：汚泥処理過程、６１：塩素、６２：下部容器、６３、６４：ポンプ、６５：配管、６６：弁、６７：配管、６８：排気ガス、６９、７０、７１：配管、７２：充填物、７３、７４：弁、７５：脱塩装置、７６：膜分離装置、７７：貯槽、８５：冷却器、９１、９２：ポンプ、９３：大気、９４：水、９５：燃料、１００：発電設備、２００：浄水設備。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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