二酸化炭素回収システムを備えた石炭焚きボイラシステム
【課題】吸収液を用いたＣＯ２回収システムにおいて、温度差が小さく有効利用されにくい熱に着目し、吸収液を用いたＣＯ２回収システムの熱の有効利用を図る。
【解決手段】ＣＯ２を脱離した吸収液（リーン液）とＣＯ２を吸収した吸収液（リッチ液）とを熱交換した後のリーン液を、ＣＯ２を吸収する温度にまで低下させる熱量に着目し、その冷媒として復水器からの水を使用するようにした。さらに、復水器からの水と、リーン液とリッチ液とを熱交換した後のリーン液とを、別の媒体を用いて該媒体を圧縮、膨張させるヒートポンプにより温度差をつけ、熱交換をしやすくした。復水器からの水は、直列に複数接続された低圧給水加熱器によって、蒸気タービンからの抽気蒸気を使って、順次加熱される。復水器からの水を分岐し、一方は最上流の低圧給水加熱器の入口に供給し、一方はヒートポンプによって高温化した後、複数の低圧給水加熱器のうち、最下流の低圧給水加熱器の入口に供給する。
【解決手段】ＣＯ２を脱離した吸収液（リーン液）とＣＯ２を吸収した吸収液（リッチ液）とを熱交換した後のリーン液を、ＣＯ２を吸収する温度にまで低下させる熱量に着目し、その冷媒として復水器からの水を使用するようにした。さらに、復水器からの水と、リーン液とリッチ液とを熱交換した後のリーン液とを、別の媒体を用いて該媒体を圧縮、膨張させるヒートポンプにより温度差をつけ、熱交換をしやすくした。復水器からの水は、直列に複数接続された低圧給水加熱器によって、蒸気タービンからの抽気蒸気を使って、順次加熱される。復水器からの水を分岐し、一方は最上流の低圧給水加熱器の入口に供給し、一方はヒートポンプによって高温化した後、複数の低圧給水加熱器のうち、最下流の低圧給水加熱器の入口に供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素回収型ボイラシステムであり、特に排ガス中の二酸化炭素を吸収し、脱離回収する石炭焚きボイラシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化が地球規模の環境問題として取り上げられている。大気中の二酸化炭素濃度の増加が地球温暖化の主要因であることが明らかにされており、二酸化炭素排出量の削減が重要になっている。
【０００３】
石炭火力発電所は二酸化炭素（以下ＣＯ２と表記）の大きな排出源の一つであり、排ガス中のＣＯ２を高効率で回収することが課題とされている。
【０００４】
排ガス中のＣＯ２を回収する技術としては、特許文献１に示されているように二酸化炭素を吸収液に吸収させ、吸収液から二酸化炭素を脱離する方式がある。この回収システムは、ＣＯ２を吸収させる吸収塔と、ＣＯ２を脱離させる再生塔から構成され、排ガスを吸収塔に導きＣＯ２を吸収液に吸収させる。その吸収液を再生塔に送りＣＯ２を脱離させる。再生塔で脱離したＣＯ２は、圧縮、液化して地底あるいは海底に貯留する。
【０００５】
ＣＯ２の脱離には吸収液の加熱が必要であり、再生塔には加熱装置が設けられている。吸収液に再度ＣＯ２を吸収させるためには吸収液の低温化が必要であり、再生塔から吸収塔の間に冷却装置が設けられている。この際、高温の吸収液と低温の吸収液とを熱交換することによって熱の有効利用を図っている。しかしながらさらなる熱の有効利用が必要になっており、ＣＯ２回収システム内の熱の有効利用のみならず、回収システムに関係するシステムとの連携による熱の有効利用方法が提案されている。
【０００６】
特許文献１では、再生塔の上部で、脱離した水蒸気を含むＣＯ２ガスの熱で吸収液を加熱し、熱の有効利用を図っている。特許文献２では、脱離したＣＯ２を圧縮する際の高温熱を利用し、吸収液を加熱することで熱の有効利用を図っている。特許文献３では、復水器の水を再生塔出口のガス冷却媒体として利用し、熱の有効利用を図っている。特許文献４では、ボイラから出た燃焼ガスの熱で吸収液を加熱し、熱の有効利用を図っている。また、特許文献５では、排ガスを圧縮冷却しスワールノズルを用いてＣＯ２を分離しているが排ガス冷却のため復水器と蒸発器を用いた２つの冷凍循環路を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−６１７７７号公報
【特許文献２】特開２００８−６２１６５号公報
【特許文献３】特開平３−１９３１１６号公報
【特許文献４】特開平７−２４１４４０号公報
【特許文献５】特公表２０１０−５００１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これら特許文献は、いずれも温熱と冷熱との温度差が大きく熱交換しやすい箇所に着目して熱を有効利用している。これに対し本発明では、温度差が小さく熱が有効利用されにくい箇所に着目し、吸収液を用いたＣＯ２回収システムの熱の有効利用をさらに図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、石炭を燃焼するボイラと、その下流に排ガスを処理する装置を備えた排ガス処理システムと、排ガス処理システムの途中に、排ガス中の二酸化炭素を二酸化炭素吸収液に吸収する吸収塔と二酸化炭素を二酸化炭素吸収液から脱離する再生塔を有する二酸化炭素吸収脱離システムと、前記ボイラで熱回収し、得た高圧蒸気で駆動する蒸気タービンと、発電機と、蒸気を冷却し、液化する復水器と、復水からの水を加熱する給水加熱器を有する水循環システムを有する石炭焚きボイラシステムにおいて、前記吸収塔から前記再生塔へ、および再生塔から前吸収塔へそれぞれ二酸化炭素吸収液を導く配管を有し、その途中で互いの二酸化炭素吸収液が熱交換する液液熱交換器を有し、該液液熱交換器から前記吸収塔へ二酸化炭素吸収液を導く前記配管の途中に、二つの吸収液熱交換器を設け、上流側の吸収液熱交換器の冷却媒体に復水器からの水を使用することを特徴とする。
【００１０】
また、二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムにおいて、前記復水器と前記給水加熱器の間に復水加熱器を設け、さらに、前記上流側吸収液熱交換器から前記復水加熱器へ熱媒体を導く配管の途中に圧縮機を設け、前記復水加熱器から前記上流側吸収液熱交換器へ熱媒体を導く配管の途中に減圧弁を設けることを特徴とする。
【００１１】
また、二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムにおいて、前記給水加熱器を複数設け、前記復水器と前記給水加熱器の途中から分岐させた配管に復水加熱器を設け、該復水加熱器で加熱した水を複数の前記給水加熱器のうちより下流側に導き、さらに、前記上流側吸収液熱交換器から前記復水加熱器へ熱媒体を導く配管途中に圧縮機を設け、復水加熱器から上流側吸収液熱交換器へ熱媒体を導く配管途中に減圧弁を設けることを特徴とする。
【００１２】
また、二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムにおいて、前記圧縮機上流と前記減圧弁下流をつなぐバイパス配管を設け、該配管の途中に熱媒体バイパス弁を設けることを特徴とする。
【００１３】
また、二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムにおいて、前記復水器と前記給水加熱器の途中で分岐する配管を設け、最上流の前記給水加熱器までの配管と、前記復水加熱器までの配管の途中にそれぞれ弁を設けることを特徴とする。
【００１４】
また、二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムにおいて、前記下流側吸収液熱交換器の冷媒供給管に冷媒流量を制御する流量調節弁を有し、前記下流側吸収液熱交換器出口の吸収液温度を計測する温度計測手段を有し、該温度計測手段の計測値によって、前記下流側吸収液熱交換器の冷媒流量を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、排ガス処理システムと二酸化炭素吸収脱離システムと水循環システムを有する石炭焚きボイラシステムにおいて、吸収塔から再生塔へおよび再生塔から前吸収塔へそれぞれ二酸化炭素吸収液を導く配管を有し、その途中で互いの二酸化炭素吸収液が熱交換する液液熱交換器を有し、液液熱交換器から吸収塔へ二酸化炭素吸収液を導く配管の途中に二つの吸収液熱交換器を設け、上流側の吸収液熱交換器の冷却媒体に復水器からの水を使用することにより、ＣＯ２吸収液のリッチ液と熱交換した後のリーン液をＣＯ２吸収温度にまで低下させる際に発生する熱を復水器からの水を加熱する熱として利用することにより、低圧給水加熱器で使用する抽気蒸気量を低減し、ボイラの熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ＣＯ２回収システムを備えた石炭焚きボイラのシステム図。
【図２】本発明実施例１のＣＯ２回収システムを備えた石炭焚きボイラのシステム図。
【図３】本発明実施例１におけるＣＯ２回収システムの運用図。
【図４】本発明実施例２のＣＯ２回収システムを備えた石炭焚きボイラのシステム図。
【図５Ａ】本発明実施例２のＣＯ２回収システムの最大熱回収までの運用図。
【図５Ｂ】本発明実施例２のＣＯ２回収システムの熱回収停止の運用図。
【図６】本発明実施例３のＣＯ２回収システムを備えた石炭焚きボイラのシステム図。
【図７Ａ】本発明実施例３のＣＯ２回収システムの最大熱回収までの運用図。
【図７Ｂ】本発明実施例３のＣＯ２回収システムの熱回収停止の運用図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を石炭焚きボイラシステムについて説明するが、燃料は石炭に限らず化石燃料であればよい。図１に、ＣＯ２回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムの基本構成を示す。図１において排ガスの流れを実線で、蒸気・水の流れを破線で、ＣＯ２吸収液の流れを点線で示す。
【００１８】
次に、排ガスの流れを説明する。図１において、微粉炭焚きボイラ１で燃焼した後の排ガスは、脱硝装置２で窒素酸化物（以下、ＮＯｘと表記）を除去し、エアーヒータ３で燃焼用空気を排ガスで加熱し、熱回収ガスガスヒータ４（以下、熱回収ＧＧＨと表記）で排ガスを冷却し、乾式電気集塵器５で排ガス中の煤塵を除去し、脱硫装置６で硫黄酸化物（以下、ＳＯｘと表記）を除去し、再加熱ガスガスヒータ７（以下、再加熱ＧＧＨ）で、白煙防止のため排ガスを加熱して煙突８から排気する。
【００１９】
ＣＯ２の回収は、排ガスを脱硫装置６の下流からＣＯ２回収システムに導く。排ガス中にはＳＯｘおよびＳＯｘが酸化した硫酸ガスが微量含まれており、これらガスはＣＯ２の吸収液を劣化させるため、アルカリ液を噴霧するＮａＯＨ噴霧装置１２で除去する。ＣＯ２の吸収液は、例えばアルカノールアミンをベースとする水溶液を使用する。
【００２０】
次に、ＣＯ２吸収液の流れを説明する。吸収塔１３で排ガスと吸収液を接触させ、ＣＯ２を吸収し、吸収した後の排ガスは再加熱ＧＧＨ７の前に戻し、煙突８から排気する。吸収液はＣＯ２を吸収する際に発熱する。従ってＣＯ２を効率的に吸収させるためには、吸収液温度は低温のほうが望ましい。
【００２１】
ＣＯ２を吸収した吸収液は液液熱交換器１４で加熱し、再生塔１５に導いて吸収液からＣＯ２を脱離させる。効率的にＣＯ２を脱離させるには吸収液の加熱が必要であり、このため蒸気タービンからの抽気蒸気を使った加熱用のリボイラ１６を有する。ＣＯ２を脱離させる吸収液温度は、吸収液の種類によって異なる。
【００２２】
ＣＯ２の脱離ガスには蒸気も含まれることから、脱離ガス冷却器１８で除湿し、圧縮機１９でＣＯ２を圧縮し液化して回収する。
【００２３】
再生塔１５でＣＯ２を脱離した吸収液は、液液熱交換器１４で冷却し、さらに吸収液冷却器１７でＣＯ２を吸収する温度にまで冷却した後に吸収塔１３に導く。
【００２４】
次に、蒸気・水の流れを説明する。石炭焚きボイラ１で熱回収して得た蒸気を高圧タービン２１に導き、その排蒸気を石炭焚きボイラ１で再熱して中圧タービン２２に導き、その排蒸気を低圧タービン２３に導いて発電機２４を駆動させる。低圧タービン２３の排蒸気は復水器２５で冷却して水に戻す。
【００２５】
復水器２５の水は第１低圧給水加熱器２６、第２低圧給水加熱器２７、第３低圧給水加熱器２８、第４低圧給水加熱器２９で順次加熱し、さらに、図示していない高圧給水加熱器で加熱して石炭焚きボイラ１に導き、熱回収する。
【００２６】
低圧給水加熱器２６〜２９では、低圧タービン２３からの抽気蒸気の熱を使って復水器２５からの水を加熱する。その際、抽気蒸気は低圧給水加熱器２６〜２９内で凝縮してドレン水となる。ドレン水は水位が常に一定になるように抜き出しており、第１低圧給水加熱器２６のドレン水は復水器２５へ戻し、第２低圧給水加熱器２７のドレン水は第１低圧給水加熱器２６へ戻し、第３低圧給水加熱器２８のドレン水は第２低圧給水加熱器２７へ戻し、第４低圧給水加熱器２９のドレン水は第３低圧給水加熱器２８へ戻している。下流ほど高温の抽気蒸気が必要であり、復水器からの水を下流に向かって段階的に加熱する。
【００２７】
ＣＯ２回収システムでの熱損失は、ＮａＯＨ冷却装置１１での除熱、吸収液冷却器１７での除熱、脱離ガス冷却器１８での除熱である。本発明は、それらの中で吸収液冷却器１７での熱損失に着目したものであり、以降、本発明を実施例について説明する。
【実施例１】
【００２８】
図２に実施例１のＣＯ２回収システムを備えた石炭焚きボイラシステム図を示す。吸収液冷却器１７の上流に復水加熱用の吸収液冷却器３１を設けて復水器２５の水を通水し、吸収液のうちのリーン液を除熱し熱回収して、第１低圧給水加熱器２６へ導く。
【００２９】
吸収塔１３のリーン液供給口の温度はＴ１温度計３７で測定する。リーン液供給口の位置におけるリーン液の温度は、ＣＯ２を吸収する温度であるＴ１’（例えば約４０度）に保つ必要がある。そこで吸収液冷却器１７の冷却水量を調節する流量調節弁Ｖ３を設け、冷却水量を増減させることで温度計３７の温度をＣＯ２吸収温度Ｔ１’に保つ。
【００３０】
復水器２５と第１低圧給水加熱器２６の間に流量調節弁Ｖ１を設け、復水器２５と流量調節弁Ｖ１の間から配管ａを分岐し、開閉弁Ｖ２を介して復水加熱用吸収液冷却器３１に接続する。復水加熱用吸収液冷却器３１はさらに流量調節弁Ｖ１および第１低圧給水加熱器２６と接続している。また、低圧タービン２３から蒸気を抽気し、第１低圧給水加熱器２６へ導く。その間に開閉弁ＶＬ１を設けた。第１低圧給水加熱器２６内の圧力は、所定の圧力ＰＬ１’に維持し、第１低圧給水加熱器２６出口の水温は維持される。
【００３１】
図３に実施例におけるＣＯ２回収システムの運用図を示す。復水加熱用吸収液冷却器で熱回収しない時には、流量調節弁Ｖ１を開とし開閉弁Ｖ２を閉として、復水器２５の水を第１低圧給水加熱器２６へ直接通水する。開閉弁ＶＬ１は開であり、低圧タービン２３からの蒸気で水を加熱する。
【００３２】
復水加熱用吸収液冷却器３１での熱回収準備として、ＣＯ２吸収液を吸収塔１３と再生塔１５の間で循環させ、さらにリボイラ１６でＣＯ２吸収液を加熱開始し、ＣＯ２を吸収、脱離する温度条件を整える。そのとき、Ｔ１温度計３７の温度がＴ１’になるように、流量調節弁Ｖ３を調節する。
【００３３】
復水加熱用吸収液冷却器３１での熱回収開始は、操作（１−１）として開閉弁Ｖ２を開とし、さらに操作（１−２）として開閉弁ＶＬ１を閉とし、第１低圧給水加熱器２６への蒸気供給を停止する。次に操作（１−３）として流量調節弁Ｖ１を閉にする。第１低圧給水加熱器２６への蒸気供給を停止することにより、復水加熱用吸収液冷却器３１への水量が増加し、熱回収量が増加する。低圧タービン２３の変動を抑えるため、操作１−３は緩慢操作が望ましい。
【００３４】
復水加熱用吸収液冷却器３１での熱回収量が増加すれば、復水加熱用吸収液冷却器３１出口のリーン液温度は低下する。流量調節弁Ｖ３はＴ１温度計３７の温度がＴ１’になるように制御しており、リーン液の温度低下によって吸収液冷却器１７の冷却水量を抑える閉方向へ調節される。
【００３５】
ボイラ負荷変動時は、流量調節弁Ｖ３によって吸収塔１３に供給するリーン液温度Ｔ１をＴ１’になるように制御しており、それ以外の操作は必要としない。ボイラ負荷が増加すれば復水器からの水量が増加するため、流量調節弁Ｖ３は開方向に調節され、一方、ボイラ負荷が減少すれば復水器からの水量が減少するため、流量調節弁Ｖ３は閉方向へ調節される。
【００３６】
復水加熱用吸収液冷却器３１出口のリーン液温度がＴ１’以下であれば、図２の吸収液冷却１７は削除することができ、図３の調節弁Ｖ３の制御操作を削除することができる。
【００３７】
また、復水器からの水の温度が高い場合には、低圧タービン２３から第２低圧給水加熱器２７、あるいは、第３低圧給水加熱器２８、第４低圧給水加熱器２９へ導く抽気蒸気を逐次遮断することも可能であり、低圧タービン２３からの抽気蒸気を低減することで発電出力を向上させることができる。
【００３８】
その際、復水加熱用吸収液冷却器３１出口のリーン液温度がＴ１’以上であれば、Ｔ１’に冷却することが必要であり、その冷却熱をさらに熱回収することが望まれる。
【００３９】
ところが、復水加熱用吸収液冷却器３１出口のリーン液温度は、復水加熱用吸収液冷却器３１入口のリーン液温度と復水器からの水温度との間の温度になる一方で、低圧給水加熱器２６〜２９の後段ほど高温の水でなければ抽気蒸気を低減することはできない。そこで、復水器からの水をより高温にすることが必要になる。
【００４０】
復水加熱用吸収液冷却器３１での熱回収停止は、操作（１−４）として流量調節弁Ｖ１開、操作（１−５）として開閉弁Ｖ２閉、操作（１−６）として開閉弁ＶＬ１開の順に行い、その間、流量調節弁Ｖ３はＴ１をＴ１’になるように制御させる。
【実施例２】
【００４１】
次に本発明の実施例２として、復水器からの水をより高温にするためにヒートポンプを用いた例を示す。図４に実施例２のヒートポンプを設けたＣＯ２回収システムを備えた石炭焚きボイラのシステム図を示す。復水器２５の下流に復水加熱器４６を設けている。復水加熱器４６と、吸収液冷却器１７の上流にある熱媒体加熱用吸収液冷却器４１との間で、熱媒体を循環させてヒートポンプを構成し熱交換するようにした。
【００４２】
ここに、熱媒体加熱用吸収液冷却器４１は、図３の復水加熱用吸収液冷却器３１と同等である。さらに、熱媒体加熱用吸収液冷却器４１の下流に配管ｂを介して熱媒体圧縮機４５を設け、復水加熱器４６に熱媒体を導くようにした。その間に、熱媒体圧縮機４５を設け、熱媒体を圧縮し、高温にして、復水加熱器４６の復水からの水を加熱するようにした。さらに、復水加熱器４６の下流に減圧弁４７を設け、熱媒体を膨張し低温にして、熱媒体加熱用吸収液冷却器４１で熱媒体を加熱するようにした。
【００４３】
熱媒体を圧縮、膨張させて熱交換するヒートポンプの原理を用いて、復水器からの水を高温化するとともに、リーン液の熱回収を促進している。また、復水加熱器４６で熱回収しない時に、熱媒体を遮断する開閉弁Ｖ５と、バイパスする熱媒体バイパス弁Ｖ４を設けた。
【００４４】
図５Ａに実施例のヒートポンプを設けたＣＯ２回収システムの最大熱回収までの運用方法と、ボイラ負荷変動時の運用図を示す。流量調節弁Ｖ３は、リーン液を冷却する水量制御弁であり、リーン液温度Ｔ１を常時Ｔ１’に制御する。
【００４５】
復水加熱器４６で熱回収する前は、熱媒体バイパス弁Ｖ４は開、開閉弁Ｖ５は閉とし、復水器からの水は復水加熱器４６で熱交換せず、そのまま第１給水加熱器２６に導く。第１から第４の給水加熱器２６〜２９では、開閉弁ＶＬ１、開閉弁ＶＬ２、開閉弁ＶＬ３、開閉弁ＶＬ４をそれぞれ開とし、低圧タービンからの抽気蒸気で復水器からの水を加熱する。
【００４６】
復水加熱器４６で熱回収するため、操作（２−１）として開閉弁Ｖ５を開とし、復水加熱器４６に熱媒体を通水できるようにする。操作（２−２）として熱媒体バイパス弁Ｖ４を閉方向に緩慢操作し、復水加熱器４６への熱媒体量を増加させ、最終的に全量を通水する。同時に操作（２−３）として熱媒体圧縮機４５を起動させ、復水加熱器４６へ熱媒体を通水する。まずは最低負荷とし、熱媒体バイパス弁Ｖ４の閉方向速度に合わせて、操作（２−４）として熱媒体圧縮機４５の出力を上昇させる。熱媒体バイパス弁Ｖ４の閉方向速度と熱媒体圧縮機４５の出力上昇を合わせるため、操作（２−２）と操作（２−４）は緩慢操作が望ましい。
【００４７】
熱媒体圧縮機４５の出力上昇に伴い、熱媒体は加圧され、温度が上昇し、熱交換によって復水器からの水の温度も上昇する。復水器からの水の温度が高くなるにつれて、第１から第４の給水加熱器２６〜２９での加熱が不要になるため、低圧タービンからの抽気蒸気の供給を遮断できる。熱媒体圧縮機４５の出力上昇に合わせ、操作（２−５）として開閉弁ＶＬ１、操作（２−６）として開閉弁ＶＬ２、操作（２−７）として開閉弁ＶＬ３および操作（２−８）として開閉弁ＶＬ４を順に閉にする。このように、低圧タービンからの抽気蒸気を減らすことにより、発電機２４の出力は向上する。
【００４８】
また、熱媒体加熱用吸収液冷却器４１で熱回収できる熱量は、熱媒体加熱用吸収液冷却器４１出口のリーン液温度がＴ１’になる時の熱量であり、吸収液冷却器１７の冷却水が必要としない、すなわち、流量調節弁Ｖ３が閉になった時の熱量である。その時の熱媒体圧縮機４５の出力が最大出力であり、操作（２−５）から操作（２−８）の操作も最大出力に達した時点で終える。
【００４９】
ボイラ負荷低減時は、復水器からの水量が減るため、操作（２−９）として熱媒体圧縮機４５の出力を低減し、熱媒体の温度を下げることで水の過剰加熱を抑える。一方、ボイラ負荷上昇時は、復水器からの水量が増加するため、操作（２−１０）として熱媒体圧縮機４５の出力を増加させ、熱媒体の温度を上げることで水の加熱量を増加させる。操作（２−９）および操作（２−１０）において、システムの安定運用のため、熱媒体圧縮機４５の出力変化は緩慢操作が望ましい。
【００５０】
図５Ｂに実施例のヒートポンプを設けたＣＯ２回収システム、熱回収停止の運用図を示す。熱媒体圧縮機４５が最大出力、すなわち、流量調節弁Ｖ３が閉で、復水加熱器での熱回収が最大負荷になる条件からの熱回収停止方法を示した。
【００５１】
操作（２−１３）として熱媒体圧縮機４５を最大出力から最低負荷まで緩慢操作で低下させる。その間、操作（２−１４）から操作（２−１７）、すなわち、開閉弁ＶＬ４から順に開閉弁ＶＬ１までを閉から開とした後、熱媒体圧縮機４５を停止する。さらに、操作（２−１８）として開閉弁Ｖ５を閉とし、操作（２−１９）として熱媒体バイパス弁Ｖ４を開とする。
【００５２】
このように、実施例２はヒートポンプにより復水器からの水を高温にすることができるため、直列に複数ある低圧給水加熱器のうち、高温の最下流の低圧給水加熱器に供給することで、効率的にボイラの熱効率を向上させることができる。また、石炭焚きボイラシステムにおいて、復水器と前記給水加熱器の途中で分岐する配管を設け、最上流の前記給水加熱器までの配管と、前記復水加熱器までの配管の途中にそれぞれ弁を設けることができる。
【実施例３】
【００５３】
次に、実施例３について説明する。抽気蒸気量の低減による発電効率の増加は、より下流側の低圧給水加熱器の抽気蒸気を低減させることが有効であり、これを改良したものである。
【００５４】
図６に本発明の実施例３のヒートポンプを設けたＣＯ２回収システムを備えた石炭焚きボイラのシステム図を示す。復水器２５の下流で分岐し、一方は第１低圧給水加熱器２６に導き、その間に開閉弁Ｖ６を設けた。他方は流量調節弁Ｖ７を介して復水加熱器４６を設けた。復水加熱器４６と熱媒体加熱用吸収液冷却器４１との熱交換は、図５と同じであり、ヒートポンプを構成する。また、復水加熱器４６を通過し、加熱された水は、第４低圧給水加熱器２９の入口に導いた。
【００５５】
図１のシステムにおいて吸収液冷却器１７で廃棄されていた熱量がすべて復水器からの水の加熱に使われたときの水温は、第４低圧給水加熱器２９入口の水温程度であり、また、第４低圧給水加熱器２９に供給する抽気蒸気の温度以下である。
【００５６】
復水加熱器４６で加熱した水は、第２低圧給水加熱器２７の入口、第３低圧給水加熱器２８の入口に導いてもよいが、下流側の低圧給水加熱器の抽気蒸気を低減させることが発電効率向上に有効であること、また、低圧給水加熱器では抽気蒸気が凝縮し、そのドレン水の水位を抜き出しで保持する必要があることから、復水加熱器４６で加熱された水を第４低圧給水加熱器２９の入口に導くことが望ましい。
【００５７】
図７Ａに実施例のヒートポンプを設けたＣＯ２回収システムの最大熱回収までの運用方法と、ボイラ負荷変動時の運用図を示す。流量調節弁Ｖ３は、リーン液を冷却する水量制御弁であり、リーン液温度Ｔ１を常時Ｔ１’に制御する。
【００５８】
復水加熱器４６で熱回収する以前は、熱媒体バイパス弁Ｖ４は開、開閉弁Ｖ５は閉、開閉弁Ｖ６は開とし、復水器からの水を直接第１給水加熱器２６に導く。第１から第４の給水加熱器２６〜２９では、開閉弁ＶＬ１、開閉弁ＶＬ２、開閉弁ＶＬ３、開閉弁ＶＬ４をそれぞれ開とし、低圧タービンからの抽気蒸気で復水器からの水を加熱する。
【００５９】
復水加熱器４６で熱回収するため、操作（３−１）として流量調節弁Ｖ７を開とし、操作（３−２）として開閉弁Ｖ６を閉方向に緩慢操作し、復水器からの水を復水加熱器４６に通水する。一方、操作（３−３）として開閉弁Ｖ５を開とし、復水加熱器４６に熱媒体を通水できるようにする。
【００６０】
操作（３−４）として熱媒体バイパス弁Ｖ４を閉方向に緩慢操作し、復水加熱器４６への熱媒体量を増加させ、最終的に全量熱媒体を通水する。同時に操作（３−５）として熱媒体圧縮機４５を起動させ、復水加熱器４６へ熱媒体を通水する。まずは最低負荷とし、熱媒体バイパス弁Ｖ４の閉方向速度に合わせて、操作（３−６）として熱媒体圧縮機４５の出力を上昇させる。開閉弁Ｖ６が閉となった時点で、第１低圧給水加熱器２６には復水器からの水が供給されなくなることから、操作（３−７）として開閉弁ＶＬ１、開閉弁ＶＬ２および開閉弁ＶＬ３を閉とする。
【００６１】
熱媒体圧縮機４５の出力上昇にともなってリーン液の熱回収量が増え、吸収液冷却器１７の冷却水量が減り、最終的に流量調節弁Ｖ３が閉となる。この時が熱媒体圧縮機４５の最大出力となる。
【００６２】
一方、復水器からの水は、復水加熱器４６で熱回収し、熱媒体圧縮機４５の出力上昇にともなって温度上昇する。開閉弁ＶＬ４は常時開であり、水の温度上昇にともなって抽気蒸気量が低下する。
【００６３】
ボイラ負荷低減時は、復水器からの水量が減るため、操作（３−８）として熱媒体圧縮機４５の出力を低減し、熱媒体の温度を下げることで水の過剰加熱を抑える。一方、ボイラ負荷上昇時は、復水器からの水量が増加するため、操作（３−９）として熱媒体圧縮機４５の出力を増加させ、熱媒体の温度を上げることで水の加熱量を増加させる。操作（３−８）および操作（３−９）において、システムの安定運用のため、熱媒体圧縮機４５の出力変化は緩慢操作が望ましい。
【００６４】
図７Ｂに実施例のヒートポンプを設けたＣＯ２回収システムの熱回収停止の運用図を示す。熱媒体圧縮機４５が最大出力、すなわち、流量調節弁Ｖ３が閉で、復水加熱器での熱回収が最大負荷になる条件からの熱回収停止方法を示す。
【００６５】
システムの安定運用のため、操作（３−１０）として開閉弁Ｖ６を緩慢操作で開方向に調節し、開になった後、流量調節弁Ｖ７を緩慢操作で閉方向に調節することが望ましい。これらの操作により、復水加熱器４６への水量が低下するため、これに合わせて操作（３−１１）として熱媒体圧縮機４５の出力を緩慢操作で最低負荷まで低下させる。
【００６６】
その間、開閉弁ＶＬ１、開閉弁ＶＬ２、開閉弁ＶＬ３を開にするが、この操作もシステムの安定運用を考慮し、開閉弁ＶＬ３、開閉弁ＶＬ２、開閉弁ＶＬ１の順、すなわち操作（３−１３）、操作（３−１４）、操作（３−１５）で実施することが望ましい。
【００６７】
流量調節弁Ｖ７が閉になったら操作（３−１６）として熱媒体圧縮機４５を停止し、操作（３−１７）として開閉弁Ｖ５を閉とし、熱媒体バイパス弁Ｖ４を開とする。
【符号の説明】
【００６８】
１： 微粉炭焚きボイラ
２： 脱硝装置
４： 熱回収ＧＧＨ
５： 乾式電気集塵器
６： 脱硫装置
７： 再加熱ＧＧＨ
１１： ＮａＯＨ冷却装置
１２： ＮａＯＨ噴霧装置
１３： 吸収塔
１４： 液液熱交換器
１５： 再生塔
１７： 吸収液冷却器
１８： 脱離ガス冷却器
１９： 圧縮機
２１： 高圧タービン
２２： 中圧タービン
２３： 低圧タービン
２４： 発電機
２５： 復水器
２６： 第１低圧給水加熱器
２７： 第２低圧給水加熱器
２８： 第３低圧給水加熱器
２９： 第４低圧給水加熱器
３１： 復水加熱用吸収液冷却器
３７： Ｔ１温度計
４１： 熱媒体加熱用吸収液冷却器
４５： 熱媒体圧縮機
４６： 復水加熱器
４７： 減圧弁
Ｖ１： 流量調節弁
Ｖ２： 開閉弁
Ｖ３： 流量調節弁
Ｖ４： 熱媒体バイパス弁
Ｖ５： 開閉弁
Ｖ６： 開閉弁
Ｖ７： 流量調節弁
ＶＬ１： 開閉弁
ＶＬ２： 開閉弁
ＶＬ３： 開閉弁
ＶＬ４： 開閉弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素回収型ボイラシステムであり、特に排ガス中の二酸化炭素を吸収し、脱離回収する石炭焚きボイラシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化が地球規模の環境問題として取り上げられている。大気中の二酸化炭素濃度の増加が地球温暖化の主要因であることが明らかにされており、二酸化炭素排出量の削減が重要になっている。
【０００３】
石炭火力発電所は二酸化炭素（以下ＣＯ２と表記）の大きな排出源の一つであり、排ガス中のＣＯ２を高効率で回収することが課題とされている。
【０００４】
排ガス中のＣＯ２を回収する技術としては、特許文献１に示されているように二酸化炭素を吸収液に吸収させ、吸収液から二酸化炭素を脱離する方式がある。この回収システムは、ＣＯ２を吸収させる吸収塔と、ＣＯ２を脱離させる再生塔から構成され、排ガスを吸収塔に導きＣＯ２を吸収液に吸収させる。その吸収液を再生塔に送りＣＯ２を脱離させる。再生塔で脱離したＣＯ２は、圧縮、液化して地底あるいは海底に貯留する。
【０００５】
ＣＯ２の脱離には吸収液の加熱が必要であり、再生塔には加熱装置が設けられている。吸収液に再度ＣＯ２を吸収させるためには吸収液の低温化が必要であり、再生塔から吸収塔の間に冷却装置が設けられている。この際、高温の吸収液と低温の吸収液とを熱交換することによって熱の有効利用を図っている。しかしながらさらなる熱の有効利用が必要になっており、ＣＯ２回収システム内の熱の有効利用のみならず、回収システムに関係するシステムとの連携による熱の有効利用方法が提案されている。
【０００６】
特許文献１では、再生塔の上部で、脱離した水蒸気を含むＣＯ２ガスの熱で吸収液を加熱し、熱の有効利用を図っている。特許文献２では、脱離したＣＯ２を圧縮する際の高温熱を利用し、吸収液を加熱することで熱の有効利用を図っている。特許文献３では、復水器の水を再生塔出口のガス冷却媒体として利用し、熱の有効利用を図っている。特許文献４では、ボイラから出た燃焼ガスの熱で吸収液を加熱し、熱の有効利用を図っている。また、特許文献５では、排ガスを圧縮冷却しスワールノズルを用いてＣＯ２を分離しているが排ガス冷却のため復水器と蒸発器を用いた２つの冷凍循環路を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−６１７７７号公報
【特許文献２】特開２００８−６２１６５号公報
【特許文献３】特開平３−１９３１１６号公報
【特許文献４】特開平７−２４１４４０号公報
【特許文献５】特公表２０１０−５００１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これら特許文献は、いずれも温熱と冷熱との温度差が大きく熱交換しやすい箇所に着目して熱を有効利用している。これに対し本発明では、温度差が小さく熱が有効利用されにくい箇所に着目し、吸収液を用いたＣＯ２回収システムの熱の有効利用をさらに図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、石炭を燃焼するボイラと、その下流に排ガスを処理する装置を備えた排ガス処理システムと、排ガス処理システムの途中に、排ガス中の二酸化炭素を二酸化炭素吸収液に吸収する吸収塔と二酸化炭素を二酸化炭素吸収液から脱離する再生塔を有する二酸化炭素吸収脱離システムと、前記ボイラで熱回収し、得た高圧蒸気で駆動する蒸気タービンと、発電機と、蒸気を冷却し、液化する復水器と、復水からの水を加熱する給水加熱器を有する水循環システムを有する石炭焚きボイラシステムにおいて、前記吸収塔から前記再生塔へ、および再生塔から前吸収塔へそれぞれ二酸化炭素吸収液を導く配管を有し、その途中で互いの二酸化炭素吸収液が熱交換する液液熱交換器を有し、該液液熱交換器から前記吸収塔へ二酸化炭素吸収液を導く前記配管の途中に、二つの吸収液熱交換器を設け、上流側の吸収液熱交換器の冷却媒体に復水器からの水を使用することを特徴とする。
【００１０】
また、二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムにおいて、前記復水器と前記給水加熱器の間に復水加熱器を設け、さらに、前記上流側吸収液熱交換器から前記復水加熱器へ熱媒体を導く配管の途中に圧縮機を設け、前記復水加熱器から前記上流側吸収液熱交換器へ熱媒体を導く配管の途中に減圧弁を設けることを特徴とする。
【００１１】
また、二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムにおいて、前記給水加熱器を複数設け、前記復水器と前記給水加熱器の途中から分岐させた配管に復水加熱器を設け、該復水加熱器で加熱した水を複数の前記給水加熱器のうちより下流側に導き、さらに、前記上流側吸収液熱交換器から前記復水加熱器へ熱媒体を導く配管途中に圧縮機を設け、復水加熱器から上流側吸収液熱交換器へ熱媒体を導く配管途中に減圧弁を設けることを特徴とする。
【００１２】
また、二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムにおいて、前記圧縮機上流と前記減圧弁下流をつなぐバイパス配管を設け、該配管の途中に熱媒体バイパス弁を設けることを特徴とする。
【００１３】
また、二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムにおいて、前記復水器と前記給水加熱器の途中で分岐する配管を設け、最上流の前記給水加熱器までの配管と、前記復水加熱器までの配管の途中にそれぞれ弁を設けることを特徴とする。
【００１４】
また、二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムにおいて、前記下流側吸収液熱交換器の冷媒供給管に冷媒流量を制御する流量調節弁を有し、前記下流側吸収液熱交換器出口の吸収液温度を計測する温度計測手段を有し、該温度計測手段の計測値によって、前記下流側吸収液熱交換器の冷媒流量を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、排ガス処理システムと二酸化炭素吸収脱離システムと水循環システムを有する石炭焚きボイラシステムにおいて、吸収塔から再生塔へおよび再生塔から前吸収塔へそれぞれ二酸化炭素吸収液を導く配管を有し、その途中で互いの二酸化炭素吸収液が熱交換する液液熱交換器を有し、液液熱交換器から吸収塔へ二酸化炭素吸収液を導く配管の途中に二つの吸収液熱交換器を設け、上流側の吸収液熱交換器の冷却媒体に復水器からの水を使用することにより、ＣＯ２吸収液のリッチ液と熱交換した後のリーン液をＣＯ２吸収温度にまで低下させる際に発生する熱を復水器からの水を加熱する熱として利用することにより、低圧給水加熱器で使用する抽気蒸気量を低減し、ボイラの熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ＣＯ２回収システムを備えた石炭焚きボイラのシステム図。
【図２】本発明実施例１のＣＯ２回収システムを備えた石炭焚きボイラのシステム図。
【図３】本発明実施例１におけるＣＯ２回収システムの運用図。
【図４】本発明実施例２のＣＯ２回収システムを備えた石炭焚きボイラのシステム図。
【図５Ａ】本発明実施例２のＣＯ２回収システムの最大熱回収までの運用図。
【図５Ｂ】本発明実施例２のＣＯ２回収システムの熱回収停止の運用図。
【図６】本発明実施例３のＣＯ２回収システムを備えた石炭焚きボイラのシステム図。
【図７Ａ】本発明実施例３のＣＯ２回収システムの最大熱回収までの運用図。
【図７Ｂ】本発明実施例３のＣＯ２回収システムの熱回収停止の運用図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を石炭焚きボイラシステムについて説明するが、燃料は石炭に限らず化石燃料であればよい。図１に、ＣＯ２回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムの基本構成を示す。図１において排ガスの流れを実線で、蒸気・水の流れを破線で、ＣＯ２吸収液の流れを点線で示す。
【００１８】
次に、排ガスの流れを説明する。図１において、微粉炭焚きボイラ１で燃焼した後の排ガスは、脱硝装置２で窒素酸化物（以下、ＮＯｘと表記）を除去し、エアーヒータ３で燃焼用空気を排ガスで加熱し、熱回収ガスガスヒータ４（以下、熱回収ＧＧＨと表記）で排ガスを冷却し、乾式電気集塵器５で排ガス中の煤塵を除去し、脱硫装置６で硫黄酸化物（以下、ＳＯｘと表記）を除去し、再加熱ガスガスヒータ７（以下、再加熱ＧＧＨ）で、白煙防止のため排ガスを加熱して煙突８から排気する。
【００１９】
ＣＯ２の回収は、排ガスを脱硫装置６の下流からＣＯ２回収システムに導く。排ガス中にはＳＯｘおよびＳＯｘが酸化した硫酸ガスが微量含まれており、これらガスはＣＯ２の吸収液を劣化させるため、アルカリ液を噴霧するＮａＯＨ噴霧装置１２で除去する。ＣＯ２の吸収液は、例えばアルカノールアミンをベースとする水溶液を使用する。
【００２０】
次に、ＣＯ２吸収液の流れを説明する。吸収塔１３で排ガスと吸収液を接触させ、ＣＯ２を吸収し、吸収した後の排ガスは再加熱ＧＧＨ７の前に戻し、煙突８から排気する。吸収液はＣＯ２を吸収する際に発熱する。従ってＣＯ２を効率的に吸収させるためには、吸収液温度は低温のほうが望ましい。
【００２１】
ＣＯ２を吸収した吸収液は液液熱交換器１４で加熱し、再生塔１５に導いて吸収液からＣＯ２を脱離させる。効率的にＣＯ２を脱離させるには吸収液の加熱が必要であり、このため蒸気タービンからの抽気蒸気を使った加熱用のリボイラ１６を有する。ＣＯ２を脱離させる吸収液温度は、吸収液の種類によって異なる。
【００２２】
ＣＯ２の脱離ガスには蒸気も含まれることから、脱離ガス冷却器１８で除湿し、圧縮機１９でＣＯ２を圧縮し液化して回収する。
【００２３】
再生塔１５でＣＯ２を脱離した吸収液は、液液熱交換器１４で冷却し、さらに吸収液冷却器１７でＣＯ２を吸収する温度にまで冷却した後に吸収塔１３に導く。
【００２４】
次に、蒸気・水の流れを説明する。石炭焚きボイラ１で熱回収して得た蒸気を高圧タービン２１に導き、その排蒸気を石炭焚きボイラ１で再熱して中圧タービン２２に導き、その排蒸気を低圧タービン２３に導いて発電機２４を駆動させる。低圧タービン２３の排蒸気は復水器２５で冷却して水に戻す。
【００２５】
復水器２５の水は第１低圧給水加熱器２６、第２低圧給水加熱器２７、第３低圧給水加熱器２８、第４低圧給水加熱器２９で順次加熱し、さらに、図示していない高圧給水加熱器で加熱して石炭焚きボイラ１に導き、熱回収する。
【００２６】
低圧給水加熱器２６〜２９では、低圧タービン２３からの抽気蒸気の熱を使って復水器２５からの水を加熱する。その際、抽気蒸気は低圧給水加熱器２６〜２９内で凝縮してドレン水となる。ドレン水は水位が常に一定になるように抜き出しており、第１低圧給水加熱器２６のドレン水は復水器２５へ戻し、第２低圧給水加熱器２７のドレン水は第１低圧給水加熱器２６へ戻し、第３低圧給水加熱器２８のドレン水は第２低圧給水加熱器２７へ戻し、第４低圧給水加熱器２９のドレン水は第３低圧給水加熱器２８へ戻している。下流ほど高温の抽気蒸気が必要であり、復水器からの水を下流に向かって段階的に加熱する。
【００２７】
ＣＯ２回収システムでの熱損失は、ＮａＯＨ冷却装置１１での除熱、吸収液冷却器１７での除熱、脱離ガス冷却器１８での除熱である。本発明は、それらの中で吸収液冷却器１７での熱損失に着目したものであり、以降、本発明を実施例について説明する。
【実施例１】
【００２８】
図２に実施例１のＣＯ２回収システムを備えた石炭焚きボイラシステム図を示す。吸収液冷却器１７の上流に復水加熱用の吸収液冷却器３１を設けて復水器２５の水を通水し、吸収液のうちのリーン液を除熱し熱回収して、第１低圧給水加熱器２６へ導く。
【００２９】
吸収塔１３のリーン液供給口の温度はＴ１温度計３７で測定する。リーン液供給口の位置におけるリーン液の温度は、ＣＯ２を吸収する温度であるＴ１’（例えば約４０度）に保つ必要がある。そこで吸収液冷却器１７の冷却水量を調節する流量調節弁Ｖ３を設け、冷却水量を増減させることで温度計３７の温度をＣＯ２吸収温度Ｔ１’に保つ。
【００３０】
復水器２５と第１低圧給水加熱器２６の間に流量調節弁Ｖ１を設け、復水器２５と流量調節弁Ｖ１の間から配管ａを分岐し、開閉弁Ｖ２を介して復水加熱用吸収液冷却器３１に接続する。復水加熱用吸収液冷却器３１はさらに流量調節弁Ｖ１および第１低圧給水加熱器２６と接続している。また、低圧タービン２３から蒸気を抽気し、第１低圧給水加熱器２６へ導く。その間に開閉弁ＶＬ１を設けた。第１低圧給水加熱器２６内の圧力は、所定の圧力ＰＬ１’に維持し、第１低圧給水加熱器２６出口の水温は維持される。
【００３１】
図３に実施例におけるＣＯ２回収システムの運用図を示す。復水加熱用吸収液冷却器で熱回収しない時には、流量調節弁Ｖ１を開とし開閉弁Ｖ２を閉として、復水器２５の水を第１低圧給水加熱器２６へ直接通水する。開閉弁ＶＬ１は開であり、低圧タービン２３からの蒸気で水を加熱する。
【００３２】
復水加熱用吸収液冷却器３１での熱回収準備として、ＣＯ２吸収液を吸収塔１３と再生塔１５の間で循環させ、さらにリボイラ１６でＣＯ２吸収液を加熱開始し、ＣＯ２を吸収、脱離する温度条件を整える。そのとき、Ｔ１温度計３７の温度がＴ１’になるように、流量調節弁Ｖ３を調節する。
【００３３】
復水加熱用吸収液冷却器３１での熱回収開始は、操作（１−１）として開閉弁Ｖ２を開とし、さらに操作（１−２）として開閉弁ＶＬ１を閉とし、第１低圧給水加熱器２６への蒸気供給を停止する。次に操作（１−３）として流量調節弁Ｖ１を閉にする。第１低圧給水加熱器２６への蒸気供給を停止することにより、復水加熱用吸収液冷却器３１への水量が増加し、熱回収量が増加する。低圧タービン２３の変動を抑えるため、操作１−３は緩慢操作が望ましい。
【００３４】
復水加熱用吸収液冷却器３１での熱回収量が増加すれば、復水加熱用吸収液冷却器３１出口のリーン液温度は低下する。流量調節弁Ｖ３はＴ１温度計３７の温度がＴ１’になるように制御しており、リーン液の温度低下によって吸収液冷却器１７の冷却水量を抑える閉方向へ調節される。
【００３５】
ボイラ負荷変動時は、流量調節弁Ｖ３によって吸収塔１３に供給するリーン液温度Ｔ１をＴ１’になるように制御しており、それ以外の操作は必要としない。ボイラ負荷が増加すれば復水器からの水量が増加するため、流量調節弁Ｖ３は開方向に調節され、一方、ボイラ負荷が減少すれば復水器からの水量が減少するため、流量調節弁Ｖ３は閉方向へ調節される。
【００３６】
復水加熱用吸収液冷却器３１出口のリーン液温度がＴ１’以下であれば、図２の吸収液冷却１７は削除することができ、図３の調節弁Ｖ３の制御操作を削除することができる。
【００３７】
また、復水器からの水の温度が高い場合には、低圧タービン２３から第２低圧給水加熱器２７、あるいは、第３低圧給水加熱器２８、第４低圧給水加熱器２９へ導く抽気蒸気を逐次遮断することも可能であり、低圧タービン２３からの抽気蒸気を低減することで発電出力を向上させることができる。
【００３８】
その際、復水加熱用吸収液冷却器３１出口のリーン液温度がＴ１’以上であれば、Ｔ１’に冷却することが必要であり、その冷却熱をさらに熱回収することが望まれる。
【００３９】
ところが、復水加熱用吸収液冷却器３１出口のリーン液温度は、復水加熱用吸収液冷却器３１入口のリーン液温度と復水器からの水温度との間の温度になる一方で、低圧給水加熱器２６〜２９の後段ほど高温の水でなければ抽気蒸気を低減することはできない。そこで、復水器からの水をより高温にすることが必要になる。
【００４０】
復水加熱用吸収液冷却器３１での熱回収停止は、操作（１−４）として流量調節弁Ｖ１開、操作（１−５）として開閉弁Ｖ２閉、操作（１−６）として開閉弁ＶＬ１開の順に行い、その間、流量調節弁Ｖ３はＴ１をＴ１’になるように制御させる。
【実施例２】
【００４１】
次に本発明の実施例２として、復水器からの水をより高温にするためにヒートポンプを用いた例を示す。図４に実施例２のヒートポンプを設けたＣＯ２回収システムを備えた石炭焚きボイラのシステム図を示す。復水器２５の下流に復水加熱器４６を設けている。復水加熱器４６と、吸収液冷却器１７の上流にある熱媒体加熱用吸収液冷却器４１との間で、熱媒体を循環させてヒートポンプを構成し熱交換するようにした。
【００４２】
ここに、熱媒体加熱用吸収液冷却器４１は、図３の復水加熱用吸収液冷却器３１と同等である。さらに、熱媒体加熱用吸収液冷却器４１の下流に配管ｂを介して熱媒体圧縮機４５を設け、復水加熱器４６に熱媒体を導くようにした。その間に、熱媒体圧縮機４５を設け、熱媒体を圧縮し、高温にして、復水加熱器４６の復水からの水を加熱するようにした。さらに、復水加熱器４６の下流に減圧弁４７を設け、熱媒体を膨張し低温にして、熱媒体加熱用吸収液冷却器４１で熱媒体を加熱するようにした。
【００４３】
熱媒体を圧縮、膨張させて熱交換するヒートポンプの原理を用いて、復水器からの水を高温化するとともに、リーン液の熱回収を促進している。また、復水加熱器４６で熱回収しない時に、熱媒体を遮断する開閉弁Ｖ５と、バイパスする熱媒体バイパス弁Ｖ４を設けた。
【００４４】
図５Ａに実施例のヒートポンプを設けたＣＯ２回収システムの最大熱回収までの運用方法と、ボイラ負荷変動時の運用図を示す。流量調節弁Ｖ３は、リーン液を冷却する水量制御弁であり、リーン液温度Ｔ１を常時Ｔ１’に制御する。
【００４５】
復水加熱器４６で熱回収する前は、熱媒体バイパス弁Ｖ４は開、開閉弁Ｖ５は閉とし、復水器からの水は復水加熱器４６で熱交換せず、そのまま第１給水加熱器２６に導く。第１から第４の給水加熱器２６〜２９では、開閉弁ＶＬ１、開閉弁ＶＬ２、開閉弁ＶＬ３、開閉弁ＶＬ４をそれぞれ開とし、低圧タービンからの抽気蒸気で復水器からの水を加熱する。
【００４６】
復水加熱器４６で熱回収するため、操作（２−１）として開閉弁Ｖ５を開とし、復水加熱器４６に熱媒体を通水できるようにする。操作（２−２）として熱媒体バイパス弁Ｖ４を閉方向に緩慢操作し、復水加熱器４６への熱媒体量を増加させ、最終的に全量を通水する。同時に操作（２−３）として熱媒体圧縮機４５を起動させ、復水加熱器４６へ熱媒体を通水する。まずは最低負荷とし、熱媒体バイパス弁Ｖ４の閉方向速度に合わせて、操作（２−４）として熱媒体圧縮機４５の出力を上昇させる。熱媒体バイパス弁Ｖ４の閉方向速度と熱媒体圧縮機４５の出力上昇を合わせるため、操作（２−２）と操作（２−４）は緩慢操作が望ましい。
【００４７】
熱媒体圧縮機４５の出力上昇に伴い、熱媒体は加圧され、温度が上昇し、熱交換によって復水器からの水の温度も上昇する。復水器からの水の温度が高くなるにつれて、第１から第４の給水加熱器２６〜２９での加熱が不要になるため、低圧タービンからの抽気蒸気の供給を遮断できる。熱媒体圧縮機４５の出力上昇に合わせ、操作（２−５）として開閉弁ＶＬ１、操作（２−６）として開閉弁ＶＬ２、操作（２−７）として開閉弁ＶＬ３および操作（２−８）として開閉弁ＶＬ４を順に閉にする。このように、低圧タービンからの抽気蒸気を減らすことにより、発電機２４の出力は向上する。
【００４８】
また、熱媒体加熱用吸収液冷却器４１で熱回収できる熱量は、熱媒体加熱用吸収液冷却器４１出口のリーン液温度がＴ１’になる時の熱量であり、吸収液冷却器１７の冷却水が必要としない、すなわち、流量調節弁Ｖ３が閉になった時の熱量である。その時の熱媒体圧縮機４５の出力が最大出力であり、操作（２−５）から操作（２−８）の操作も最大出力に達した時点で終える。
【００４９】
ボイラ負荷低減時は、復水器からの水量が減るため、操作（２−９）として熱媒体圧縮機４５の出力を低減し、熱媒体の温度を下げることで水の過剰加熱を抑える。一方、ボイラ負荷上昇時は、復水器からの水量が増加するため、操作（２−１０）として熱媒体圧縮機４５の出力を増加させ、熱媒体の温度を上げることで水の加熱量を増加させる。操作（２−９）および操作（２−１０）において、システムの安定運用のため、熱媒体圧縮機４５の出力変化は緩慢操作が望ましい。
【００５０】
図５Ｂに実施例のヒートポンプを設けたＣＯ２回収システム、熱回収停止の運用図を示す。熱媒体圧縮機４５が最大出力、すなわち、流量調節弁Ｖ３が閉で、復水加熱器での熱回収が最大負荷になる条件からの熱回収停止方法を示した。
【００５１】
操作（２−１３）として熱媒体圧縮機４５を最大出力から最低負荷まで緩慢操作で低下させる。その間、操作（２−１４）から操作（２−１７）、すなわち、開閉弁ＶＬ４から順に開閉弁ＶＬ１までを閉から開とした後、熱媒体圧縮機４５を停止する。さらに、操作（２−１８）として開閉弁Ｖ５を閉とし、操作（２−１９）として熱媒体バイパス弁Ｖ４を開とする。
【００５２】
このように、実施例２はヒートポンプにより復水器からの水を高温にすることができるため、直列に複数ある低圧給水加熱器のうち、高温の最下流の低圧給水加熱器に供給することで、効率的にボイラの熱効率を向上させることができる。また、石炭焚きボイラシステムにおいて、復水器と前記給水加熱器の途中で分岐する配管を設け、最上流の前記給水加熱器までの配管と、前記復水加熱器までの配管の途中にそれぞれ弁を設けることができる。
【実施例３】
【００５３】
次に、実施例３について説明する。抽気蒸気量の低減による発電効率の増加は、より下流側の低圧給水加熱器の抽気蒸気を低減させることが有効であり、これを改良したものである。
【００５４】
図６に本発明の実施例３のヒートポンプを設けたＣＯ２回収システムを備えた石炭焚きボイラのシステム図を示す。復水器２５の下流で分岐し、一方は第１低圧給水加熱器２６に導き、その間に開閉弁Ｖ６を設けた。他方は流量調節弁Ｖ７を介して復水加熱器４６を設けた。復水加熱器４６と熱媒体加熱用吸収液冷却器４１との熱交換は、図５と同じであり、ヒートポンプを構成する。また、復水加熱器４６を通過し、加熱された水は、第４低圧給水加熱器２９の入口に導いた。
【００５５】
図１のシステムにおいて吸収液冷却器１７で廃棄されていた熱量がすべて復水器からの水の加熱に使われたときの水温は、第４低圧給水加熱器２９入口の水温程度であり、また、第４低圧給水加熱器２９に供給する抽気蒸気の温度以下である。
【００５６】
復水加熱器４６で加熱した水は、第２低圧給水加熱器２７の入口、第３低圧給水加熱器２８の入口に導いてもよいが、下流側の低圧給水加熱器の抽気蒸気を低減させることが発電効率向上に有効であること、また、低圧給水加熱器では抽気蒸気が凝縮し、そのドレン水の水位を抜き出しで保持する必要があることから、復水加熱器４６で加熱された水を第４低圧給水加熱器２９の入口に導くことが望ましい。
【００５７】
図７Ａに実施例のヒートポンプを設けたＣＯ２回収システムの最大熱回収までの運用方法と、ボイラ負荷変動時の運用図を示す。流量調節弁Ｖ３は、リーン液を冷却する水量制御弁であり、リーン液温度Ｔ１を常時Ｔ１’に制御する。
【００５８】
復水加熱器４６で熱回収する以前は、熱媒体バイパス弁Ｖ４は開、開閉弁Ｖ５は閉、開閉弁Ｖ６は開とし、復水器からの水を直接第１給水加熱器２６に導く。第１から第４の給水加熱器２６〜２９では、開閉弁ＶＬ１、開閉弁ＶＬ２、開閉弁ＶＬ３、開閉弁ＶＬ４をそれぞれ開とし、低圧タービンからの抽気蒸気で復水器からの水を加熱する。
【００５９】
復水加熱器４６で熱回収するため、操作（３−１）として流量調節弁Ｖ７を開とし、操作（３−２）として開閉弁Ｖ６を閉方向に緩慢操作し、復水器からの水を復水加熱器４６に通水する。一方、操作（３−３）として開閉弁Ｖ５を開とし、復水加熱器４６に熱媒体を通水できるようにする。
【００６０】
操作（３−４）として熱媒体バイパス弁Ｖ４を閉方向に緩慢操作し、復水加熱器４６への熱媒体量を増加させ、最終的に全量熱媒体を通水する。同時に操作（３−５）として熱媒体圧縮機４５を起動させ、復水加熱器４６へ熱媒体を通水する。まずは最低負荷とし、熱媒体バイパス弁Ｖ４の閉方向速度に合わせて、操作（３−６）として熱媒体圧縮機４５の出力を上昇させる。開閉弁Ｖ６が閉となった時点で、第１低圧給水加熱器２６には復水器からの水が供給されなくなることから、操作（３−７）として開閉弁ＶＬ１、開閉弁ＶＬ２および開閉弁ＶＬ３を閉とする。
【００６１】
熱媒体圧縮機４５の出力上昇にともなってリーン液の熱回収量が増え、吸収液冷却器１７の冷却水量が減り、最終的に流量調節弁Ｖ３が閉となる。この時が熱媒体圧縮機４５の最大出力となる。
【００６２】
一方、復水器からの水は、復水加熱器４６で熱回収し、熱媒体圧縮機４５の出力上昇にともなって温度上昇する。開閉弁ＶＬ４は常時開であり、水の温度上昇にともなって抽気蒸気量が低下する。
【００６３】
ボイラ負荷低減時は、復水器からの水量が減るため、操作（３−８）として熱媒体圧縮機４５の出力を低減し、熱媒体の温度を下げることで水の過剰加熱を抑える。一方、ボイラ負荷上昇時は、復水器からの水量が増加するため、操作（３−９）として熱媒体圧縮機４５の出力を増加させ、熱媒体の温度を上げることで水の加熱量を増加させる。操作（３−８）および操作（３−９）において、システムの安定運用のため、熱媒体圧縮機４５の出力変化は緩慢操作が望ましい。
【００６４】
図７Ｂに実施例のヒートポンプを設けたＣＯ２回収システムの熱回収停止の運用図を示す。熱媒体圧縮機４５が最大出力、すなわち、流量調節弁Ｖ３が閉で、復水加熱器での熱回収が最大負荷になる条件からの熱回収停止方法を示す。
【００６５】
システムの安定運用のため、操作（３−１０）として開閉弁Ｖ６を緩慢操作で開方向に調節し、開になった後、流量調節弁Ｖ７を緩慢操作で閉方向に調節することが望ましい。これらの操作により、復水加熱器４６への水量が低下するため、これに合わせて操作（３−１１）として熱媒体圧縮機４５の出力を緩慢操作で最低負荷まで低下させる。
【００６６】
その間、開閉弁ＶＬ１、開閉弁ＶＬ２、開閉弁ＶＬ３を開にするが、この操作もシステムの安定運用を考慮し、開閉弁ＶＬ３、開閉弁ＶＬ２、開閉弁ＶＬ１の順、すなわち操作（３−１３）、操作（３−１４）、操作（３−１５）で実施することが望ましい。
【００６７】
流量調節弁Ｖ７が閉になったら操作（３−１６）として熱媒体圧縮機４５を停止し、操作（３−１７）として開閉弁Ｖ５を閉とし、熱媒体バイパス弁Ｖ４を開とする。
【符号の説明】
【００６８】
１： 微粉炭焚きボイラ
２： 脱硝装置
４： 熱回収ＧＧＨ
５： 乾式電気集塵器
６： 脱硫装置
７： 再加熱ＧＧＨ
１１： ＮａＯＨ冷却装置
１２： ＮａＯＨ噴霧装置
１３： 吸収塔
１４： 液液熱交換器
１５： 再生塔
１７： 吸収液冷却器
１８： 脱離ガス冷却器
１９： 圧縮機
２１： 高圧タービン
２２： 中圧タービン
２３： 低圧タービン
２４： 発電機
２５： 復水器
２６： 第１低圧給水加熱器
２７： 第２低圧給水加熱器
２８： 第３低圧給水加熱器
２９： 第４低圧給水加熱器
３１： 復水加熱用吸収液冷却器
３７： Ｔ１温度計
４１： 熱媒体加熱用吸収液冷却器
４５： 熱媒体圧縮機
４６： 復水加熱器
４７： 減圧弁
Ｖ１： 流量調節弁
Ｖ２： 開閉弁
Ｖ３： 流量調節弁
Ｖ４： 熱媒体バイパス弁
Ｖ５： 開閉弁
Ｖ６： 開閉弁
Ｖ７： 流量調節弁
ＶＬ１： 開閉弁
ＶＬ２： 開閉弁
ＶＬ３： 開閉弁
ＶＬ４： 開閉弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭を燃焼するボイラと、その下流に排ガスを処理する装置を備えた排ガス処理システムと、排ガス処理システムの途中に、排ガス中の二酸化炭素を二酸化炭素吸収液に吸収する吸収塔と二酸化炭素を二酸化炭素吸収液から脱離する再生塔を有する二酸化炭素吸収脱離システムと、前記ボイラで熱回収し、得た高圧蒸気で駆動する蒸気タービンと、発電機と、蒸気を冷却し、液化する復水器と、復水からの水を加熱する給水加熱器を有する水循環システムを有する石炭焚きボイラシステムにおいて、
前記吸収塔から前記再生塔へ、および再生塔から前吸収塔へそれぞれ二酸化炭素吸収液を導く配管を有し、その途中で互いの二酸化炭素吸収液が熱交換する液液熱交換器を有し、該液液熱交換器から前記吸収塔へ二酸化炭素吸収液を導く前記配管の途中に、二つの吸収液熱交換器を設け、上流側の吸収液熱交換器の冷却媒体に復水器からの水を使用することを特徴とする石炭焚きボイラシステム。
【請求項２】
請求項１に記載された二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムにおいて、
前記復水器と前記給水加熱器の間に復水加熱器を設け、さらに、前記上流側吸収液熱交換器から前記復水加熱器へ熱媒体を導く配管の途中に圧縮機を設け、前記復水加熱器から前記上流側吸収液熱交換器へ熱媒体を導く配管の途中に減圧弁を設けることを特徴とする二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステム。
【請求項３】
請求項１に記載された二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムにおいて、
前記給水加熱器を複数設け、前記復水器と前記給水加熱器の途中から分岐させた配管に復水加熱器を設け、該復水加熱器で加熱した水を複数の前記給水加熱器のうちより下流側に導き、さらに、前記上流側吸収液熱交換器から前記復水加熱器へ熱媒体を導く配管途中に圧縮機を設け、復水加熱器から上流側吸収液熱交換器へ熱媒体を導く配管途中に減圧弁を設けることを特徴とする二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステム。
【請求項４】
請求項２または３記載の二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムにおいて、前記圧縮機上流と前記減圧弁下流をつなぐバイパス配管を設け、該配管の途中に熱媒体バイパス弁を設けることを特徴とする二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステム。
【請求項５】
請求項３記載の二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムにおいて、前記復水器と前記給水加熱器の途中で分岐する配管を設け、最上流の前記給水加熱器までの配管と、前記復水加熱器までの配管の途中にそれぞれ弁を設けることを特徴とする二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムにおいて、前記下流側吸収液熱交換器の冷媒供給管に冷媒流量を制御する流量調節弁を有し、前記下流側吸収液熱交換器出口の吸収液温度を計測する温度計測手段を有し、該温度計測手段の計測値によって、前記下流側吸収液熱交換器の冷媒流量を制御することを特徴とする二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステム。
【請求項１】
石炭を燃焼するボイラと、その下流に排ガスを処理する装置を備えた排ガス処理システムと、排ガス処理システムの途中に、排ガス中の二酸化炭素を二酸化炭素吸収液に吸収する吸収塔と二酸化炭素を二酸化炭素吸収液から脱離する再生塔を有する二酸化炭素吸収脱離システムと、前記ボイラで熱回収し、得た高圧蒸気で駆動する蒸気タービンと、発電機と、蒸気を冷却し、液化する復水器と、復水からの水を加熱する給水加熱器を有する水循環システムを有する石炭焚きボイラシステムにおいて、
前記吸収塔から前記再生塔へ、および再生塔から前吸収塔へそれぞれ二酸化炭素吸収液を導く配管を有し、その途中で互いの二酸化炭素吸収液が熱交換する液液熱交換器を有し、該液液熱交換器から前記吸収塔へ二酸化炭素吸収液を導く前記配管の途中に、二つの吸収液熱交換器を設け、上流側の吸収液熱交換器の冷却媒体に復水器からの水を使用することを特徴とする石炭焚きボイラシステム。
【請求項２】
請求項１に記載された二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムにおいて、
前記復水器と前記給水加熱器の間に復水加熱器を設け、さらに、前記上流側吸収液熱交換器から前記復水加熱器へ熱媒体を導く配管の途中に圧縮機を設け、前記復水加熱器から前記上流側吸収液熱交換器へ熱媒体を導く配管の途中に減圧弁を設けることを特徴とする二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステム。
【請求項３】
請求項１に記載された二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムにおいて、
前記給水加熱器を複数設け、前記復水器と前記給水加熱器の途中から分岐させた配管に復水加熱器を設け、該復水加熱器で加熱した水を複数の前記給水加熱器のうちより下流側に導き、さらに、前記上流側吸収液熱交換器から前記復水加熱器へ熱媒体を導く配管途中に圧縮機を設け、復水加熱器から上流側吸収液熱交換器へ熱媒体を導く配管途中に減圧弁を設けることを特徴とする二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステム。
【請求項４】
請求項２または３記載の二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムにおいて、前記圧縮機上流と前記減圧弁下流をつなぐバイパス配管を設け、該配管の途中に熱媒体バイパス弁を設けることを特徴とする二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステム。
【請求項５】
請求項３記載の二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムにおいて、前記復水器と前記給水加熱器の途中で分岐する配管を設け、最上流の前記給水加熱器までの配管と、前記復水加熱器までの配管の途中にそれぞれ弁を設けることを特徴とする二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステムにおいて、前記下流側吸収液熱交換器の冷媒供給管に冷媒流量を制御する流量調節弁を有し、前記下流側吸収液熱交換器出口の吸収液温度を計測する温度計測手段を有し、該温度計測手段の計測値によって、前記下流側吸収液熱交換器の冷媒流量を制御することを特徴とする二酸化炭素の回収システムを備えた石炭焚きボイラシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−１６７９１８（Ｐ２０１２−１６７９１８Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３１６２７（Ｐ２０１１−３１６２７）
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]