Vol.57 小型バイナリー発電設備におけるシリカスケール障害の改善事例

こんにちは、冷却塔トラブル改善プロ、株式会社セールスエンジの杉山です。

今回は、小型バイナリー発電設備で発電量が低下した原因を調査し、冷却水の水質管理を改善した事例をご紹介します。

バイナリー発電設備で、

「以前より発電量が落ちてきた」

「凝縮器を洗浄しても、しばらくするとまた性能が落ちる」

「冷却塔の充填材が白くなって目詰まりする」

このような症状が出ている場合、冷却側の水質が関係していることがあります。

今回の現場でも、問題になっていたのがシリカスケールでした。

単に凝縮器（コンデンサー）を洗浄するだけではなく、なぜスケールが付着するのかを水質から調べ、冷却水管理そのものを見直した改善事例についてお話します。

 

バイナリー発電で冷却水が重要な理由

バイナリー発電では、地熱や温泉などの熱を利用して、沸点の低い媒体を蒸発させ、その蒸気によってタービンを回して発電します。

タービンを通過した媒体は、凝縮器（コンデンサー）で冷却され、再び液体へ戻されます。

ここで重要になるのが凝縮器の冷却能力です。

凝縮器では、冷却塔（クーリングタワー）で冷やした冷却水を使って媒体の熱を奪っています。

つまり、

冷却塔 → 冷却水 → 凝縮器 → 冷媒

という流れで熱を逃がしているわけです。

そのため、凝縮器の冷却水側にスケールが付着すると熱交換率が低下し、冷媒を十分に冷やせなくなります。

結果として、発電効率の低下につなげることがあります。

発電量が低下したら凝縮器の冷却状態も確認する

バイナリー発電の発電量が低下すると、発電機本体に原因があると思われがちです。

もちろん機械的な原因もありますが、私たちが冷却水設備を見ていて感じるのは、

「冷やせていないことが原因になっているケースもある」

ということです。

凝縮器内部にスケールが付着すると、金属を隔てた熱の移動が悪くなります。

見た目には冷却水が流れていても、必要な熱量を取り除けていないことがあります。

こうなると、凝縮器を流れる冷却水量や入口・出口温度だけでなく、凝縮器内部の汚れや冷却水の水質まで確認する必要があります。

今回のお客様が抱えていた問題

今回ご相談いただいた小型バイナリー発電設備では、いくつかの問題が発生していました。

冷却塔の充填材にスケールが付着する

発電機メーカーから推奨された固形タイプの水処理剤を使用されていました。

しかし、冷却塔の充填材には白いスケールが大量に付着し、目詰まりを繰り返していました。

充填材がスケールで詰まると、冷却水と空気が接触しにくくなります。

すると冷却塔そのものの冷却能力が低下してしまいます。

凝縮器にもスケールが付着していた

さらに問題だったのが、発電機の凝縮器です。

凝縮器内部にもスケールが付着し、冷媒の冷却効率が低下していました。

冷媒を十分に冷却できなくなることで、バイナリー発電設備の発電効率にも影響が出ていました。

つまり、

冷却塔だけを清掃しても根本的な解決にはならない状態

だったわけです。

スケール除去のために化学洗浄を繰り返していた

スケールが付着すると、凝縮器の化学洗浄が必要になります。

しかし、今回の凝縮器にはステンレス製のプレート式熱交換器が使用されていました。

スケールの種類や洗浄薬品の選定を間違えると、腐食やピンホールなどによる漏水リスクもあります。

そのため、

「付着したら洗う」

を繰り返すのではなく、

そもそもスケールを付着させない水質管理へ変えていく必要がありました。

原因を調べるため冷却水を水質分析

そこで、まず行ったのが冷却水の水質分析です。

冷却塔のトラブルでは、見た目だけで原因を決めるのではなく、水質を数値で確認することが大切です。

今回、水質と付着物の状態を確認したところ、問題になっていたのはシリカ（ケイ酸）を主体としたスケールでした。

さらに、冷却塔では水の蒸発によって冷却水が濃縮されます。

水だけが蒸発して、水に含まれるシリカなどの成分は冷却水側に残るからです。

補給水の段階では問題にならない濃度でも、冷却塔の中で何倍にも濃縮されることで、スケールとして析出しやすくなることがあります。

地下水・井戸水を使う場合は特に注意

バイナリー発電設備では、立地条件によって地下水や井戸水を冷却塔の補給水として使用されることがあります。

特に温泉地や地熱地域では、地下水にシリカやカルシウム、マグネシウムなどの成分が多く含まれている場合があります。

ここで注意したいのが、

「井戸水だから水道代が安くなる＝設備全体のコストも安くなる」とは限らない

ということです。

水質によっては、

• 冷却塔の充填材にスケールが付着する
• ストレーナーが詰まる
• 凝縮器の熱交換効率が低下する
• 化学洗浄の回数が増える
• 発電量が低下する

といった問題につながります。

水道代だけを見るのではなく、洗浄費用や設備補修費、そして発電量への影響まで含めて考える必要があります。

冷却塔の補給水は使用前に水質を確認する

地下水や井戸水を冷却塔へ使用する場合、できれば設備を運転する前に水質を確認しておくことをおすすめします。

見る項目は現場によって異なりますが、

• 電気伝導率
• カルシウム硬度
• マグネシウム硬度
• シリカ
• 塩化物イオン
• pH

などを確認します。

大切なのは、補給水の水質だけではありません。

その水を冷却塔で何倍まで濃縮できるのか

まで考えることです。

冷却塔の水質管理では、この「濃縮管理」が非常に重要になります。

今回行ったトラブル改善

今回の現場では、水質分析の結果をもとに、冷却水管理を見直しました。

シリカに対応した水処理薬剤へ変更

従来使用されていた水処理薬剤では、今回の水質に対して十分なスケール抑制効果が得られていませんでした。

そこで、水質に合わせてシリカスケールを抑制できる水処理薬剤へ変更しました。

水処理薬剤は、単に「入れておけばいい」というものではありません。

補給水の水質や冷却塔の運転条件に合わせて選定する必要があります。

自動ブロー装置で濃縮を管理

次に行ったのが、冷却水の濃縮管理です。

電気伝導率を測定し、一定以上まで水が濃縮したら自動的にブロー排水を行うようにしました。

これによって、シリカの成分が必要以上に濃縮されることを防ぎます。

水処理薬剤だけでスケールを完全に防ごうとするのではなく、

「薬剤」と「濃縮管理」を組み合わせる

ことがポイントです。

定期的な冷却塔清掃

水処理薬剤を使用していても、冷却塔には外気から砂や埃、虫などの異物が入ります。

これらが冷却水系を循環すると、ストレーナーや凝縮器の詰まりにつながります。

そこで、年1回を目安とした冷却塔の定期清掃も行うことにしました。

水質管理と設備清掃は、どちらか一方だけではなく、両方を行うことで冷却系統を良好な状態に保ちやすくなります。

充填材に目詰まりしたスケール屑

充填材スケール清掃後

スケール清掃後の排出物

改善後の結果

水処理方法と冷却水の管理方法を見直したことで、冷却系統の状態は改善しました。

以前のようにスケールが短期間で大量に付着する状態を抑えられるようになり、凝縮器の冷却性能も安定してきました。

その結果、

• 凝縮器の冷却効率が改善
• バイナリー発電設備の発電効率が改善
• スケールによるトラブルが減少
• 凝縮器の化学洗浄頻度を低減
• 設備停止によるダウンタイムを低減

につながっています。

バイナリー発電では、発電した電力がそのまま売電収入につながります。

そのため、冷却設備を安定させることは、単なるメンテナンスではなく、発電設備全体の収益を安定させるための設備管理だと私は考えています。

発電量が低下したときは「洗浄する前」に原因を調べる

凝縮器の性能が低下すると、

「とりあえず薬品洗浄をしよう」

となりがちです。

もちろん、すでにスケールが付着している場合は洗浄が必要なこともあります。

ただ、それだけでは原因を取り除いたことにはなりません。

なぜ、スケールが付着したのか。

• 補給水の水質なのか
• 冷却水を濃縮しすぎているのか
• 水処理薬剤が水質に合っていないのか
• 薬剤濃度が不足しているのか
• ブロー管理ができていないのか

ここを調べないまま洗浄だけを行うと、再び同じスケールが付着する可能性があります。

私たちも現場を見るときは、「どうやって洗うか」より先に「なぜ付いたのか」を見るようにしています。

バイナリー発電設備では水処理も運転管理の一部

バイナリー発電設備というと、発電機本体に目が向きやすいと思います。

しかり実際には、

冷媒をきちんと冷やせているかどうか

も発電を安定させるうえで重要です。

そして、その冷却を支えているのが冷却塔（クーリングタワー）と冷却水です。

冷却塔の水質管理を適切に行うことで、凝縮器へのスケール付着を抑え、設備本来の冷却能力を維持しやすくなります。

特に地下水や井戸水を使用する設備では、水質によって管理方法が大きく変わります。

「今まで問題なく使えてきたから大丈夫」ではなく、発電量や冷却温度に変化が出たときには、一度冷却水の状態まで確認してみてください。

動画で解説

YouTubeの動画では、バイナリー発電設備で発電量が低下する原因と、凝縮器のスケール対策・冷却水管理について詳しく解説しています。ぜひご視聴ください。

まとめ

バイナリー発電設備で発電量が低下する原因は、発電機本体だけとは限りません。

凝縮器にシリカなどのスケールが付着し、冷媒を十分に冷却できなくなることで、発電効率へ影響することがあります。

特に地下水や井戸水を冷却塔の補給水として使用している場合は、シリカやカルシウムなどの成分と、冷却塔での濃縮状態を確認することが大切です。

今回の事例でも、凝縮器を繰り返し洗浄するだけでははなく、水質分析を行い、水処理薬剤と濃縮管理を見直すことで改善につながりました。

冷却設備のトラブルは、発生した部分だけを見るとなかなか原因が分からないことがあります。

冷却塔、冷却水、凝縮器をひとつの系統として見ていくことが、安定稼働への近道だと思います。

ご一読くださりありがとうございました。