(57)【要約】【課題】沿岸の発電プラントに使用される海水電解式塩素注入装置の塩素注入配管におけるスケールの生成を抑制し得る海水電解式塩素注入装置及び方法を提供する。【解決手段】発電プラント１に隣接して海水電解式塩素注入装置２Ａが設置されており、海水電解式塩素注入装置２Ａでは、海水電解槽（図示しない）で塩素を生成し、生成した塩素は、海水に溶解して塩素注入配管５により導水管３の先端に導かれ、注入ノズル等により導水管３内の海水に注入される。塩素注入配管５には、海水電解式塩素注入装置２Ａ内の海水電解槽で生成される水酸化マグネシウムを主体とするスケールを除去する析出物除去装置１０例えばフィルタ装置が設けられている。【選択図】        図１
2006231199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電プラントに供給する冷却水として海水を用いる際に、該海水に塩素を投入する海水電解式塩素注入装置において、
前記海水電解式塩素注入装置の海水電解装置から供給する塩素を含む海水を、前記発電プラントに海水を供給する導水管の取水口近傍まで搬送する塩素注入配管に、前記海水電解装置から流入する析出物を除去する析出物除去装置を介装してなることを特徴とする海水電解式塩素注入装置。
【請求項２】
発電プラントに供給する冷却水として海水を用いる際に、該海水に塩素を投入する海水電解式塩素注入装置において、
前記海水電解式塩素注入装置の海水電解装置から供給する塩素を含む海水を、前記発電プラントに海水を供給する導水管の取水口近傍まで搬送する塩素注入配管に、海水あるいは薬剤を投入することにより前記塩素を含む海水のｐＨを低下させ、前記塩素注入配管内に析出物が生成するのを抑制することを特徴とする海水電解式塩素注入装置。
【請求項３】
発電プラントに供給する冷却水として海水を用いる際に、該海水に塩素を投入する海水電解式塩素注入装置において、
前記海水電解式塩素注入装置の海水電解装置から供給する塩素を含む海水を、前記発電プラントに海水を供給する導水管の取水口近傍まで搬送する塩素注入配管に、別途海水を投入することにより、前記海水電解装置から流入する析出物の再溶解を抑制することを特徴とする海水電解式塩素注入装置。
【請求項４】
前記海水電解式塩素注入装置の海水電解装置における海水電解用電極の電流密度を、０．０５Ａ／ｃｍ2以下とすることを特徴とする請求項１から請求項３のうち、何れか１項に記載の海水電解式塩素注入装置。
【請求項５】
発電プラントに供給する冷却水として海水を用いる際に、該海水に塩素を投入する海水電解式塩素注入方法において、
前記海水電解式塩素注入装置の海水電解装置から供給される塩素を含み、かつｐＨが８〜９の海水を、前記発電プラントに海水を供給する導水管の取水口近傍に注入することを特徴とする海水電解式塩素注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水電解式塩素注入装置及び方法、特に、塩素注入配管におけるスケールの生成を抑制し得る海水電解式塩素注入装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、沿岸に建設される発電プラントでは、発電システムの冷却水として海水が使用されている。海水を取水する海水取水系統では、海水中の付着生物対策として、海水電解等を利用した塩素注入が行われている。
【０００３】
図８は、従来の発電プラント及び海水電解式塩素注入装置を示す模式図である。図８において、沿岸に発電プラント１が建設されており、この発電プラント１に隣接して海水電解式塩素注入装置２が設置されている。発電プラント１は、発電システム（図示しない）を冷却するために、沿岸から離れた冷たい海水を取水する。海水の取水は、導水管３により行われ、その長さＬは、７００〜３０００メートル以上に達する場合もある。
【０００４】
海水電解式塩素注入装置２では、海水を取水管４から取水し、海水電解式塩素注入装置２内の海水電解槽（図示しない）で塩素を生成する。生成した塩素は、海水に溶解し、塩素を溶解した海水は、塩素注入配管５により導水管３の先端に導かれ、注入ノズル等により導水管３内の海水に注入される。
【０００５】
以上のように、導水管３及び導水管３の入口まで伸張される塩素注入配管５は非常に長く、塩素注入配管５内にスケールが発生し、塩素注入配管５の閉塞を引き起こす場合があった。従来、例えば海水通水熱交換器では、水酸化マグネシウム等のスケールを除去するために、回転洗浄ブラシを使用していた（例えば、特許文献１参照）。また、例えば海水の淡水化装置では、炭酸塩を含むスケールが逆浸透膜装置の分離膜に析出、堆積するのを防止するために、脱炭酸処理やスケール防止剤を添加することが行われていた（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２２５９９９号公報
【特許文献２】特開２００３−２３６５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１及び２におけるスケール防止法は、海水通水熱交換器や逆浸透膜装置などに限定された対処法であり、長さが１０００メートル前後に及ぶ海水中の塩素注入配管５にこれらのスケール防止法を適用することができないという問題点があった。また、塩素注入配管５中のスケールの種類や原因等に対する知見が存在していないという問題点もあった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、沿岸の発電プラントに使用される海水電解式塩素注入装置の塩素注入配管内におけるスケールの生成を抑制し得る海水電解式塩素注入装置及び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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１にかかる海水電解式塩素注入装置は、発電プラントに供給する冷却水として海水を用いる際に、該海水に塩素を投入する海水電解式塩素注入装置において、前記海水電解式塩素注入装置の海水電解装置から供給する塩素を含む海水を、前記発電プラントに海水を供給する導水管の取水口近傍まで搬送する塩素注入配管に、前記海水電解装置から流入する析出物を除去する析出物除去装置を介装してなることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項２に記載の海水電解式塩素注入装置にあっては、発電プラントに供給する冷却水として海水を用いる際に、該海水に塩素を投入する海水電解式塩素注入装置において、前記海水電解式塩素注入装置の海水電解装置から供給する塩素を含む海水を、前記発電プラントに海水を供給する導水管の取水口近傍まで搬送する塩素注入配管に、薬剤を投入することにより前記塩素を含む海水のｐＨを低下させ、前記塩素注入配管内に析出物が生成するのを抑制することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項３に記載の海水電解式塩素注入装置にあっては、発電プラントに供給する冷却水として海水を用いる際に、該海水に塩素を投入する海水電解式塩素注入装置において、前記海水電解式塩素注入装置の海水電解装置から供給する塩素を含む海水を、前記発電プラントに海水を供給する導水管の取水口近傍まで搬送する塩素注入配管に、別途海水を投入することにより、前記海水電解装置から流入する析出物の再溶解を抑制することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項４に記載の海水電解式塩素注入装置にあっては、海水電解式塩素注入装置の海水電解装置における海水電解用電極の電流密度を、０．０５Ａ／ｃｍ2以下とすることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項５に記載の海水電解式塩素注入方法にあっては、発電プラントに供給する冷却水として海水を用いる際に、該海水に塩素を投入する海水電解式塩素注入方法において、前記海水電解式塩素注入装置の海水電解装置から供給される塩素を含み、かつｐＨが８〜９の海水を、前記発電プラントに海水を供給する導水管の取水口近傍に注入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかる海水電解式塩素注入装置及び方法は、海水電解装置から流入する析出物を除去し、又は塩素注入配管内の塩素含有海水のｐＨを低下させることにより、塩素注入配管内におけるスケールの生成を抑制することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかる海水電解式塩素注入装置及び方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による海水電解式塩素注入装置を示す模式図である。図１において、沿岸に発電プラント１が建設されており、この発電プラント１に隣接して海水電解式塩素注入装置２Ａが設置されている。発電プラント１は、発電システム（図示しない）を冷却するために、沿岸から離れた冷たい海水を取水する。海水の取水は、導水管３により行われる。導水管３の長さＬは、７００〜１５００メートルであり、その内径は例えば５メートルである。なお、塩素注入配管５の内径は、例えば３０センチメートル程度である。
【００１７】
海水電解式塩素注入装置２Ａでは、海水を取水管４から取水し、海水電解式塩素注入装置２Ａ内の海水電解槽（図示しない）で塩素を生成する。生成した塩素は、海水に溶解し、塩素を溶解した海水は、塩素注入配管５により導水管３の先端に導かれ、注入ノズル等により導水管３内の海水に注入される。塩素濃度は、例えば２ｐｐｍ程度であるが、配管の大きさや塩素を含有した海水の流量等により、適宜変更することができる。
【００１８】
塩素注入配管５には、海水電解式塩素注入装置２Ａ内の海水電解槽で生成される水酸化マグネシウムを主体とするスケールを除去する析出物除去装置１０例えばフィルタ装置が設けられている。この析出物除去装置１０によって、炭酸カルシウムを主成分とするスケールが塩素注入配管５内に生成するのを防止することができる。
【００１９】
塩素注入配管５内におけるスケールの生成について、本発明者らは以下の知見を見出し、本発明を完成するに至ったものである。ここで、その知見について説明する。
海水電解式塩素注入装置２Ａの塩素注入配管５に生成するスケールについて、実プラント及び実験室における条件下で考察を行った。
【００２０】
まず、導水管３による取水への塩素注入のための海水電解槽を有する発電プラントにおいて、塩素注入配管５内のｐＨとスケール生成状況を観察した。その結果、海水電解槽における電解水のｐＨとスケール生成状況に相関が見られた。図２は、海水電解槽からの距離とｐＨとの関係を示す線図である。図２から明らかなように、ｐＨが８．９の時点で横ばいとなり、横ばいとなった地点以降でスケールが生成していた。
【００２１】
生成したスケールは炭酸カルシウムを主成分とするスケールであり、海水電解槽で生成するスケール（水酸化マグネシウムが主体）と組成が異なっていたことから、配管内で生成したことがわかった。実プラントでの計測結果より、塩素注入配管５内のｐＨを炭酸カルシウムの生成閾値ｐＨ以下、例えばｐＨ８．９以下になるよう制御することが必要であることがわかった。これにより、塩素注入配管５内での炭酸カルシウムスケールを抑制可能である。なお、ｐＨ８．９は、海水性状や配管設置の状況により、変化すると予想される。
【００２２】
次に、実験室において、海水のｐＨを１Ｎ水酸化ナトリウムで種々のｐＨに調整し、密閉容器内、室温で静置した。試料の初期ｐＨは、それぞれ８．３３、８．５４、９．００、９．４８、１０．０１であった。図３に海水試料のｐＨ経時変化を示す。図３から明らかなように、海水ｐＨが９．５以上では、ｐＨが低下するとともに、スケールが生成した。ｐＨ９．０以下では、海水ｐＨ変化・スケール生成とも観察できなかった。ｐＨ９．５、ｐＨ１０．０の条件では、スケールの析出により、ｐＨが低下したと推定された。
【００２３】
さらに、海水電解槽で生成する水酸化マグネシウムを海水に添加したときのｐＨの経時変化を測定した。結果を図４に示す。図４から明らかなように、水酸化マグネシウムを海水に添加すると海水のｐＨが上昇し、水酸化マグネシウムとｐＨの添加濃度とに相関があった。従って、海水電解槽で生成する水酸化マグネシウム量を低減することで、塩素注入配管５内の海水のｐＨ上昇を抑制できることがわかった。
【００２４】
以上の実プラント及び実験室での計測結果より、以下の知見（１）及び（２）を得た。
（１）塩素注入配管５内のｐＨを、炭酸カルシウム生成閾値ｐＨ以下、例えばｐＨ９〜８の範囲、さらに好ましくはｐＨ８．９以下となるよう制御することで、塩素注入配管５内でのスケールを抑制可能であると考えられる。
（２）海水電解槽で生成した水酸化マグネシウムスケールの流入を抑制することで、塩素注入配管５内での炭酸カルシウムスケール生成を抑制可能である。
【００２５】
図１において塩素注入配管５に設けた析出物除去装置１０は、上記知見（２）に基づいて、海水電解式塩素注入装置２Ａ内の海水電解槽で生成される水酸化マグネシウムを主体とするスケールを除去するために設けたものである。析出物除去装置１０としては、フィルタ装置例えばサイクロンフィルタなど種々の装置を使用することができる。また、沈殿、遠心分離、浮上分離などの手法により、水酸化マグネシウムを主体とするスケールを除去しても良い。
【００２６】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２による海水電解式塩素注入装置を示す模式図である。実施の形態１においては、上記知見（２）に基づいて、海水電解式塩素注入装置２Ａ内の海水電解槽で生成される水酸化マグネシウムを主体とするスケールを除去する析出物除去装置１０を設けた。実施の形態２においては、上記知見（１）に基づいて、塩素注入配管５内の塩素を含有した海水のｐＨを例えばｐＨ９〜８の範囲、さらに好ましくはｐＨ８．９以下となるように、薬剤又は海水２０を塩素注入配管５内に投入する。これにより、塩素を含有した海水のｐＨを炭酸カルシウム生成閾値ｐＨ以下とし、塩素注入配管５内での炭酸カルシウムスケール生成を抑制することができる。
【００２７】
薬剤としては、海水中にもともと含まれる成分が好ましく、塩酸、硫酸等を使用することができ、塩素注入配管５出口のｐＨを上記の範囲に低下させることができる。なお、塩素注入配管５出口のｐＨを測定するために、ｐＨ計２１を塩素注入配管５出口に設けても良い。ｐＨ計２１により塩素注入配管５出口のｐＨを監視し、測定したｐＨ値を所定の範囲とする制御を行うことが可能となる。また、塩素注入配管５出口のｐＨが高くなった場合には、塩素注入配管５に送出される塩素を含有した海水に、海水を適宜添加して、ｐＨの調整を行っても良い。
【００２８】
（実施の形態３）
海水電解式塩素注入装置２Ａの海水電解槽における運転条件を変更することで、塩素注入配管５入口のｐＨを低下させることができる。この知見に基づいて、実施の形態３では、海水電解槽の海水電解用電極の電流密度を変更して大気開放条件下で電解を行った。結果を図６に示す。この図６から明らかなように、電流密度が０．０５Ａ／ｃｍ2以下、好ましくは０．０２５Ａ／ｃｍ2以下であると、塩素含有海水のｐＨが７近くまで低下する。すなわち、海水電解装置の電極の電流密度を低下させることにより、電解水のｐＨを低下させることができる。従って、塩素を含有した海水のｐＨを炭酸カルシウム生成閾値ｐＨ以下とし、塩素注入配管５内での炭酸カルシウムスケール生成を抑制することができる。
【００２９】
上述した海水電解装置の電極の電流密度を低下させる手法は、単独で行うこともできるが、他の方法によるｐＨに制御と併用して実施することもできる。また、海水電解槽の運転条件として、単位海水当たりの電解電流量の低減することも有効である。電解電流量の低減するためには、例えば電流量は同等で、海水量を増大させる、海水量は同等で、通電量を低減させる等により実現できる。
【００３０】
上述した実施の形態１〜３に限らず、他の方法によっても、塩素注入配管５内での炭酸カルシウムスケール生成を抑制することができる。塩素注入配管５が長いと塩素含有海水の滞留時間が長くなり、塩素含有海水のｐＨが上昇する傾向がある。例えば、図７に示されるように、塩素注入配管５が電解槽から導水管３への注入点に近づくにつれて、塩素含有海水のｐＨが上昇する。
【００３１】
そのため、電解槽で生成した無機スケール（例えば水酸化マグネシウム）あるいは配管内で生成したスケール（例えば炭酸カルシウム）が塩素注入配管５内で堆積しないような流速・配管性状を維持すること、及び塩素注入配管５内のｐＨが炭酸カルシウム生成閾値（例えばｐＨ８．９）を超えないようにすることを組み合わせて、電解式塩素注入装置の設計を行うことができる。
【００３２】
例えば、（１）塩素注入配管５における所要配管流速を０．６〜２ｍ／秒程度とし、（２）塩素注入配管５内ｐＨを、塩素注入配管５出口ｐＨが炭酸スケール生成閾値ｐＨ以下となるように、海水電解式塩素注入装置２Ａの設計を行うことができる。なお、ｐＨ上昇速度の計算方法の例としては、（１）実電解槽で生成した電解水を採取し、密閉容器内で攪拌し、ｐＨ上昇速度を把握する、（２）あらかじめ、使用する電解槽（および電解条件）ごとに、経験式を作成し、推定する、等が掲げられる。
【００３３】
塩素含有海水の滞留時間を低減する方法としては、塩素注入配管５の配管径を小さくし、流量を増大させる等を行うことができる。また、海水電解槽の電解水に他の水（海水・水等）を混ぜる、単位海水当たりの通電量を低減し、電解槽の台数を増やす等を行うことができる。
【００３４】
塩素注入配管５の淀み部には、電解槽で生成した水酸化マグネシウムスケールが堆積し、局所的にｐＨが上昇し、炭酸カルシウムが析出しやすくなる。そこで、配管の形状・内部流速を見直すことで、局所的なｐＨの上昇を抑制でき、配管の曲がりをなくす、流速を増大する等の対策も有効である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、本発明にかかる海水電解式塩素注入装置及び方法は、沿岸の発電プラントに使用される海水電解式塩素注入装置の塩素注入配管におけるスケールの生成を抑制するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１による海水電解式塩素注入装置を示す模式図である。
【図２】海水電解槽からの距離とｐＨとの関係を示す線図である。
【図３】海水試料のｐＨ経時変化を示す線図である。
【図４】水酸化マグネシウムを海水に添加したときのｐＨの経時変化を示す線図である。
【図５】本発明の実施の形態２による海水電解式塩素注入装置を示す模式図である。
【図６】海水電解用電極の電流密度と塩素含有海水のｐＨとの関係を示す線図である。
【図７】海水電解槽からの距離と塩素注入配管中における海水のｐＨとの関係を示す線図である。
【図８】従来の海水電解式塩素注入装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    発電プラント
２    海水電解式塩素注入装置
３    導水管
４    取水管
５    塩素注入配管
１０    析出物除去装置
２０    薬剤又は海水
２１    ｐＨ計
【図１】
2006231199.tif 000003
【図２】
2006231199.tif 000004
【図３】
2006231199.tif 000005
【図４】
2006231199.tif 000006
【図５】
2006231199.tif 000007
【図６】
2006231199.tif 000008
【図７】
2006231199.tif 000009
【図８】
2006231199.tif 000010