成果報告書詳細
管理番号20160000000873
タイトル平成25年度ー平成27年度成果報告書 地熱発電技術研究開発 低温域の地熱資源有効活用のための小型バイナリー発電システムの開発 炭酸カルシウムスケール付着を抑制する鋼の表面改質技術の開発  
公開日2016/12/14
報告書年度2013 - 2015
委託先名国立大学法人東京海洋大学 株式会社エディット 国立大学法人長崎大学 国立大学法人横浜国立大学
プロジェクト番号P13009
部署名新エネルギー部
和文要約開発項目「地熱発電技術研究開発/低温域の地熱資源有効活用のための小型バイナリー発電システムの開発/炭酸カルシウムスケール付着を抑制する鋼の表面改質技術の開発」 平成25年度ー平成27年度 成果報告書

1. 研究開発の背景と目標
 炭酸カルシウムスケールの付着を抑制する材料の表面改質法に関する開発を行った.目標は,実験室環境でスケール付着量を4分の1に低減する材料を開発すること,実際の温泉発電プラント環境において耐スケール効果向上を有し,メンテナンス期間を表面改質していない鋼やSUSと比較して,メンテンナンス期間を1.5倍に目標を達成する材料を開発すること,である.

2. 耐スケール抑制効果を有する材料開発とその実証実験
 実験室環境で,炭酸カルシウムスケールの付着量を抑制する効果を有するめっき材の製作に成功した.発電プラント環境において,静置条件と流動条件の両方で実地試験した.溶出イオンによるスケール抑制効果は顕著でなかったが,流動状態においてはスケールの剥離が促進された.

3. 付着抑制対象の明確化
 実地環境においてスケール抑制効果をさらに顕著に得るために,付着スケールを組織解析した.長崎県雲仙市小浜町で稼働していた温泉バイナリー発電所でスケール付着している配管や熱交換器を採取した.全ての要素部品で,初期付着スケールがシリカ系スケールであった.化学結合状態解析や析出傾向のシミュレーション解析を用いて,そのシリカ系スケールの種類を同定した.その結果,シリカ系スケールはケイ酸マグネシウムであった.炭酸カルシウムスケールの付着・成長機構が実は単純ではなく,初期のケイ酸マグネシウム付着により支配されていた.

4. スケール付着を抑制する最適な運転方法の提案
 各スケール成分の飽和指数を解析した結果,スケール付着を抑制するための1つの手法として,二酸化炭素分圧を大きくする等のpH を低下させることで可能であることを見出した.

5. 今後の課題
 初期付着スケールであるケイ酸マグネシウムに焦点を絞った材料開発が必要であり,材料シーズの探索と実証実験が必要とされる.
英文要約Title: Research and development on geothermal power / Development of compact binary-cycle power generation system using hydrothermal water as a geothermal resource / Surface modification of steels to suppress calcium carbonate scale adhesion on the surface (FY2013-2015) Report

1. Introduction
 We developed the surface modification and treatment steel to inhibit the adhesion of calcium carbonate scale. We aimed to decrease the adhesion amount of the calcium carbonate below one quarter of adhesion amount on conventional steel material in laboratory test, and to prolong the maintenance period more than 1.5 times of that with the convention material in field test.

2. Demonstration experiment of the developed material
In laboratory test, we have successfully developed the material to inhibit the adhesion of calcium carbonate scale. In filed test, however, inhibitor effect by elution ion was not remarkable under the conditions of standing and flowing. In the flowing condition, the effect of the scale exfoliation was confirmed.

3. Identification of the adhesion substance
We analyzed the microstructures of the scaled pipes and the scaled heat exchanger plates. The system examined is from a geothermal plant in Obama town, Unzen city, Nagasaki, Japan, using the pipes and the heat exchanger plates. At all parts, the initial adhered substance in the scales were silica/silicate. The kind of the silica/silicate was identified by the analyses of the chemical-bonding and the simulation of the precipitation tendencies of the general scale substances. In the result, the silica/silicate was identified as magnesium silicate. The formation mechanism of calcium carbonate was dominated by the initial formed magnesium silicate.

4. Optimal operation method of suppressing the scale deposition
Saturation Index of each scale was evaluated. In the results, we can propose to suppress the scaling by controlling the partial pressure of carbon dioxide.

5. Future task
It is necessary to find the material seeds which suppresses the adhesion of magnesium silicate and to conduct its demonstration experiments.
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