CN102451605B - 二氧化碳回收方法及二氧化碳回收型火力发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种将把二氧化碳压入地中的过程中所产生的热能高效地回收、并具有较高的热效率的二氧化碳回收型火力发电系统。该二氧化碳回收型火力发电系统具备：吸收塔，使来自锅炉的排放气体中包含的二氧化碳吸收到吸收液中；再生塔，使二氧化碳气体从吸收了二氧化碳的吸收液释放；重沸器，加热来自上述再生塔的吸收液，将产生的蒸气供给至上述再生塔；冷凝器，冷却来自涡轮的排气蒸气并生成冷凝水；压气机，压缩上述二氧化碳气体；以及冷却器，将上述冷凝水的一部分作为冷却水来冷却被压缩的二氧化碳气体；通过上述冷却器中的二氧化碳气体的冷却而生成的蒸气被供给至上述重沸器，来成为热源。

Description

二氧化碳回收方法及二氧化碳回收型火力发电系统
技术领域
本发明涉及二氧化碳回收方法及二氧化碳回收型火力发电系统。
背景技术
在使用大量化石燃料的火力发电厂等发电系统中，作为除去并回收作为地球的温暖化现象的原因之一的二氧化碳的方法，采用了胺吸收法(例如，参照专利文献1)。但是，在胺吸收法中，为了再生吸收了二氧化碳的吸收液，需要大量的低压(例如约0.3MPa)蒸气产生的热能。
为了补偿该热能，提出有如下方法：将从涡轮冷凝水系统分流来的冷凝水，与回收的二氧化碳所带有的热量以及为了将二氧化碳压入地中而以高压(例如约8MPa)压缩所产生的热量进行热交换，并使其合流进脱气器(例如，参照专利文献2)。
但是，若要回收二氧化碳所具有的全部热量，存在冷凝水量不足的问题。而且，结果存在如下问题：在低压加热器中流动的冷凝水量减少，来自涡轮的抽气量减少而传向冷凝器的热增加，为了降低以往所具有的再生循环效果，涡轮输出相对于所回收的热量而不那么增加。
而且，在将所回收的二氧化碳压入地中时，需要以高压压缩二氧化碳，但为了确保这样的压缩动力源，无法避免降低发电厂的巨大的输出降低。
专利文献1：日本特开平8-257355号公报
专利文献2：日本特开2004-323339号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种二氧化碳回收方法及二氧化碳回收型火力发电系统，将把二氧化碳压入地中的过程中所产生的热能高效地回收、并具有较高的热效率。
本发明的一个技术方案的二氧化碳回收型火力发电系统，其特征在于，具备：锅炉，燃烧燃料而生成蒸气，并产生排放气体；吸收塔，被从上述锅炉供给上述排放气体，使该排放气体中包含的二氧化碳吸收到吸收液中；再生塔，被从上述吸收塔供给吸收了二氧化碳的吸收液，使二氧化碳气体从该吸收液释放，并将该二氧化碳气体排出；重沸器，加热来自上述再生塔的吸收液，将产生的蒸气供给至上述再生塔；涡轮，被从上述锅炉供给蒸气而旋转驱动；冷凝器，冷却来自上述涡轮的排气蒸气并生成冷凝水；冷凝水泵，将上述冷凝水向管路送出；给水泵，设于上述管路，进行向上述锅炉的供水；压气机，压缩上述二氧化碳气体；以及冷却器，被供给上述冷凝水的一部分，并将该冷凝水作为冷却水来冷却被上述压气机压缩的二氧化碳气体；上述重沸器被供给来自上述涡轮的蒸气、和通过上述冷却器中的二氧化碳气体的冷却而生成的蒸气。
本发明的一个技术方案的二氧化碳回收方法具备：锅炉生成用于驱动涡轮的蒸气并产生排放气体的工序；在吸收塔中，使从上述锅炉排出的上述排放气体中包含的二氧化碳吸收到吸收液中的工序；在再生塔中，使二氧化碳气体从吸收了二氧化碳的上述吸收液释放，并排出该二氧化碳气体的工序；重沸器加热来自上述再生塔的吸收液，并将产生的蒸气供给至上述再生塔的工序；将来自上述涡轮的蒸气降温并供给至上述重沸器的工序；冷凝器将来自上述涡轮的排气蒸气冷却并生成冷凝水的工序；压气机压缩上述二氧化碳气体的工序；冷却器将上述冷凝水的一部分作为冷却水来冷却被压缩的二氧化碳气体的工序；以及将通过上述冷却器中的二氧化碳气体的冷却而生成的蒸气供给至上述重沸器的工序。
发明效果
根据本发明，能够提供一种二氧化碳回收方法及二氧化碳回收型火力发电系统，将把二氧化碳压入地中的过程中所产生的热能高效地回收、并具有较高的热效率。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式涉及的二氧化碳回收型火力发电系统的概略结构图。
图2是本发明的第二实施方式涉及的二氧化碳回收型火力发电系统的概略结构图。
图3是本发明的第三实施方式涉及的二氧化碳回收型火力发电系统的概略结构图。
图4是变形例的二氧化碳回收型火力发电系统的概略结构图。
图5是变形例的二氧化碳回收型火力发电系统的概略结构图。
图6是变形例的二氧化碳回收型火力发电系统的概略结构图。
标记说明
1  二氧化碳回收型火力发电系统
1a 火力发电设备
1b 二氧化碳回收设备
4  涡轮蒸气
5  排放气体
6  锅炉
9  过热器
10 再热器
20 涡轮轴
21 高压涡轮
22 中压涡轮
23 低压涡轮
24 发电机
26 冷凝器
27 冷凝水
31 冷凝水泵
34 给水泵
37～39  阀
40 二氧化碳分离回收装置
41 重沸器
42 含有水蒸气的二氧化碳气体
44 降温器
51 CO2凝结器
52 二氧化碳
53、54  压气机
55 中间冷却器
56 出口冷却器
60 蒸气
70 涡轮
具体实施方式
(第一实施方式)图1中示出本发明的第一实施方式涉及的二氧化碳回收型火力发电系统的整体构成。二氧化碳回收型火力发电系统1包括：火力发电设备(plant)1a，燃烧燃料而生成涡轮蒸气4，旋转驱动涡轮而进行发电；和二氧化碳回收设备1b，使用可吸收排放气体5中含有的二氧化碳的吸收液，从在锅炉6中生成的该排放气体5回收二氧化碳。
对锅炉6供给燃料以及燃烧用空气，在火炉中燃烧燃料，生成涡轮蒸气4，并且产生排放气体5。锅炉6具有：过热器9，通过火炉中的燃烧加热涡轮蒸气4而产生主蒸气；和再热器10，与过热器9相邻地设置，对从过热器9经由后述的高压蒸气涡轮21所供给的涡轮蒸气4进行再加热，而使其成为再热蒸气。
火力发电设备1a具有：高压蒸气涡轮(高压涡轮)21，通过从锅炉6的过热器9供给的涡轮蒸气4(主蒸气)而旋转驱动；和中压蒸气涡轮(中压涡轮)22，经由涡轮轴20与该高压涡轮21连结，通过从高压涡轮21经由锅炉6的再热器10供给的涡轮蒸气4(再热蒸气)而旋转驱动。而且，在该中压涡轮22上经由涡轮轴20连结有低压蒸气涡轮(低压涡轮)23，该低压涡轮23构成为通过从中压涡轮22供给的涡轮蒸气4(来自中压涡轮22的排气蒸气(中压排气蒸气))而旋转驱动。另外，在涡轮轴20上，连结有通过涡轮轴20的旋转进行发电的发电机24。
此外，在本实施方式中，采用了连结高压涡轮21、中压涡轮22、低压涡轮23以及发电机24的旋转轴来构成一个涡轮轴20的形态，但不限于这样的构成，也可以由分别具备至少一个蒸气涡轮的2轴以上的涡轮轴、和与各涡轮轴连结的多个发电机构成火力发电设备1a。
在低压涡轮23的下部设有冷凝器26，该冷凝器26将从低压涡轮23排出的涡轮蒸气(来自低压涡轮23的排气蒸气(低压排气蒸气))冷却并凝缩而使之成为冷凝水27。从冷凝器26排出的冷凝水27通过冷凝水泵31被送向管路28的下游侧，通过给水泵34经由管路33被送向锅炉6。
如图1所示那样，在二氧化碳回收设备1b中，设置有二氧化碳分离回收装置40，该二氧化碳分离回收装置40被从锅炉6供给排放气体5，将该排放气体5中包含的二氧化碳分离并回收。二氧化碳分离回收装置40具备：吸收塔(未图示)，使排放气体5中含有的二氧化碳吸收到二氧化碳吸收液中；和再生塔(未图示)，被从吸收塔供给吸收了二氧化碳的吸收液(富液)，使二氧化碳气体从浓(rich)液释放，将含有水蒸气的二氧化碳气体42排出，并再生吸收液。在再生塔中再生的吸收液被供给至吸收塔。
为了吸收二氧化碳而使用的吸收液可以使用将胺化合物溶于水的胺化合物水溶液。
在再生塔中设有重沸器41。重沸器41将再生塔中所存留的稀(lean)液(二氧化碳的含有量较少的再生的吸收液)的一部分加热而使其温度上升并生成蒸气，然后供给至再生塔。在重沸器41中加热贫液时，从贫液释放出二氧化碳气体，将该二氧化碳气体与吸收液蒸气一起供给至再生塔。该吸收液蒸气在再生塔内上升而加热富液。由此从富液释放出二氧化碳气体。将在后面叙述重沸器41的热源。
从再生塔的顶部排出的含有水蒸气的二氧化碳气体42供给至CO2凝结器(condenser)(凝缩器)51。通过CO2凝结器51凝结的水蒸气43返回到二氧化碳分离回收装置40的再生塔。
由CO2凝结器51提高了纯度的二氧化碳52，由压气机53、54压缩成适于向地中压入的高压状态(例如约8MPa)。由压气机53压缩的二氧化碳52被中间冷却器55冷却后，被压气机54压缩。而且，被压气机54压缩的二氧化碳52被出口冷却器56冷却。这样，通过设置中间冷却器55、出口冷却器56，能够实现压缩效率的提高，并能够回收来自伴随着压缩而升温的二氧化碳52的热。
接下来，对重沸器41的热源进行说明。如图1所示那样，高压涡轮21、中压涡轮22或者低压涡轮23的抽气蒸气或者排气蒸气由降温器44降温到适于对二氧化碳吸收液进行加温的温度，而被供给至重沸器41。使用来自高压涡轮21、中压涡轮22以及低压涡轮23中的哪一个蒸气，能够通过阀37～39进行切换。
而且，在冷凝水泵31的下游侧从管路28分流的冷却水(冷凝水27)，通过由出口冷却器56以及中间冷却器55回收二氧化碳52的热而变成蒸气60，该蒸气60被供给至重沸器41。例如，由压气机53压缩的200℃～250℃的二氧化碳52，在中间冷却器55中被冷却到40℃左右，由压气机54压缩的250℃左右的二氧化碳52在出口冷却器56中被冷却到40℃左右。冷却水(冷凝水27)通过由出口冷却器56以及中间冷却器55回收二氧化碳52的热而变成120℃～130℃的蒸气60。
因此，重沸器41将从火力发电设备1a侧(高压涡轮21、中压涡轮22或者低压涡轮23)供给的蒸气和通过将伴随着二氧化碳52的压缩产生的热回收到冷凝水27的一部分而生成的蒸气60作为热源。
从重沸器41排出的蒸气，作为排放物(drain)而合流仅冷凝水泵31和给水泵34之间的管路28的适当位置。
这样，本实施方式使用冷凝水27的一部分由出口冷却器56以及中间冷却器55回收二氧化碳52的热，并将所生成的蒸气60作为重沸器41的热源。因此，二氧化碳回收型火力发电系统1能够高效回收将二氧化碳52压入地中的过程中所产生的热能，能够实现较高的热效率。
(第二实施方式)图2中示出本发明的第二实施方式涉及的二氧化碳回收型火力发电系统的概略结构。本实施方式与图1示出的第一实施方式相比较，在将蒸气60的一部分供给至低压涡轮23这一点上不同。在图2中，对与在图1示出的第一实施方式相同的部分付与相同的标记而省略说明。
冷却水(冷凝水27)通过出口冷却器56以及中间冷却器55回收二氧化碳52的热而生成的蒸气60中的、被供给至低压涡轮23的蒸气，被用作低压涡轮23的驱动用蒸气。
这样，在本实施方式中，通过将把二氧化碳52压入地中的过程中产生的热能用作低压涡轮23的驱动能量，能够增加火力发电设备1a的输出。因此，二氧化碳回收型火力发电系统1能够高效回收将二氧化碳52压入地中的过程中所产生的热能，能够实现较高的热效率。
(第三实施方式)图3中示出本发明的第三实施方式涉及的二氧化碳回收型火力发电系统的概略结构。本实施方式与图1示出的第一实施方式相比较，在将蒸气60的一部分向用于驱动压气机53、54的涡轮70供给这一点上不同。在图3中，对与在图1示出的第一实施方式相同的部分付与相同的标记而省略说明。
涡轮70与压气机53、54连接于同轴上，驱动压气机53、54。
冷却水(冷凝水27)通过出口冷却器56以及中间冷却器55回收二氧化碳52的热而生成的蒸气60中的、被供给至涡轮70的蒸气，被用作涡轮70的驱动用蒸气。从涡轮70排出的蒸气合流进冷凝水泵31和给水泵34之间的管路28的适当位置。
这样，在本实施方式中，通过将把二氧化碳52压入地中的过程中产生的热能用作驱动压气机53、54的涡轮70的驱动能量，来作为二氧化碳压缩的动力源，能够防止火力发电设备1a的输出降低。因此，二氧化碳回收型火力发电系统1能够高效回收将二氧化碳52压入地中的过程中所产生的热能，能够实现较高的热效率。
在上述第一至第三实施方式中，也可以是，能够基于重沸器41中所需要的蒸气的温度，调节从管路28分流而供给至出口冷却器56以及中间冷却器55的冷凝水27的流量。
在上述第一至第三实施方式中，示出了从管路28分流的冷凝水27的一部分在出口冷却器56以及中间冷却器55中回收二氧化碳52的热的构成，但也可以与此不同，从管路28分流的冷凝水27的一部分在CO2凝结器51中回收含有水蒸气的二氧化碳气体42的热。在CO2凝结器51中回收了二氧化碳气体的热的冷凝水27，返回到冷凝水泵31和给水泵34之间的管路28的适当的位置。对于图1～图3所示的二氧化碳回收型火力发电系统1，在图4～图6中示出了应用这样的结构的例子。因为供给至CO2凝结器51中的含有水蒸气的二氧化碳气体42为110℃左右，所以通过回收该热，能够进一步提高二氧化碳回收型火力发电系统的热效率。
在上述实施方式中，示出了如下结构：将压缩二氧化碳的压气机以及冷却所压缩的二氧化碳的冷却器分别设置两个，但这些压气机和冷却器也可以分别为一个、以及分别为三个以上。
此外，本发明不限于上述实施方式本身，在实施阶段在不脱离其主旨的范围内，能够对构成要素变形并具体化。而且，通过上述实施方式所公开的多个构成要素的适当组合，能够形成各种发明。例如，也可以从实施方式所示出的全部构成要素中删除几个构成要素。另外，也可以适当组合跨越不同实施方式的构成要素。

Claims (6)

1.一种二氧化碳回收型火力发电系统，其特征在于，具备：
锅炉，燃烧燃料而生成蒸气，并产生排放气体；
吸收塔，被从上述锅炉供给上述排放气体，使该排放气体中包含的二氧化碳吸收到吸收液中；
再生塔，被从上述吸收塔供给吸收了二氧化碳的吸收液，使二氧化碳气体从该吸收液释放，并将该二氧化碳气体排出；
重沸器，加热来自上述再生塔的吸收液，将产生的蒸气供给至上述再生塔；
涡轮，被从上述锅炉供给蒸气而旋转驱动；
冷凝器，冷却来自上述涡轮的排气蒸气并生成冷凝水；
冷凝水泵，将上述冷凝水向管路送出；
给水泵，设于上述管路，进行向上述锅炉的供水；
压气机，压缩上述二氧化碳气体；
驱动涡轮，用于驱动上述压气机；以及
冷却器，被供给上述冷凝水的一部分，并将该冷凝水作为冷却水来冷却被上述压气机压缩的二氧化碳气体；
上述重沸器被供给来自上述涡轮的蒸气、和通过上述冷却器中的二氧化碳气体的冷却而生成的蒸气；
通过上述冷却器中的二氧化碳气体的冷却而生成的蒸气的一部分被供给至上述驱动涡轮；
上述锅炉具有产生主蒸气的过热器以及产生再热蒸气的再热器；
上述涡轮具有被供给上述主蒸气而旋转驱动的高压涡轮、被供给上述再热蒸气而旋转驱动的中压涡轮、以及被供给来自上述中压涡轮的排气蒸气而旋转驱动的低压涡轮；
来自上述高压涡轮、上述中压涡轮、或者上述低压涡轮的、通过阀的切换而选择的蒸气被降温而供给至上述重沸器。
2.一种二氧化碳回收型火力发电系统，其特征在于，具备：
锅炉，燃烧燃料而生成蒸气，并产生排放气体；
吸收塔，被从上述锅炉供给上述排放气体，使该排放气体中包含的二氧化碳吸收到吸收液中；
再生塔，被从上述吸收塔供给吸收了二氧化碳的吸收液，使二氧化碳气体从该吸收液释放，并将该二氧化碳气体排出；
重沸器，加热来自上述再生塔的吸收液，将产生的蒸气供给至上述再生塔；
涡轮，被从上述锅炉供给蒸气而旋转驱动；
冷凝器，冷却来自上述涡轮的排气蒸气并生成冷凝水；
冷凝水泵，将上述冷凝水向管路送出；
给水泵，设于上述管路，进行向上述锅炉的供水；
压气机，压缩上述二氧化碳气体；以及
冷却器，被供给上述冷凝水的一部分，并将该冷凝水作为冷却水来冷却被上述压气机压缩的二氧化碳气体；
上述重沸器被供给来自上述涡轮的蒸气、和通过上述冷却器中的二氧化碳气体的冷却而生成的蒸气；
上述锅炉具有产生主蒸气的过热器以及产生再热蒸气的再热器；
上述涡轮具有被供给上述主蒸气而旋转驱动的高压涡轮、被供给上述再热蒸气而旋转驱动的中压涡轮、以及被供给来自上述中压涡轮的排气蒸气而旋转驱动的低压涡轮；
通过上述冷却器中的二氧化碳气体的冷却而生成的蒸气的一部分被供给至上述低压涡轮；
来自上述高压涡轮、上述中压涡轮、或者上述低压涡轮的、通过阀的切换而选择的蒸气被降温而供给至上述重沸器。
3.如权利要求1所述的二氧化碳回收型火力发电系统，其特征在于，还具备：
第二压气机，将被上述冷却器冷却的二氧化碳气体压缩；以及
第二冷却器，被供给上述冷凝水的一部分，并将该冷凝水作为冷却水来冷却被上述第二压气机压缩的二氧化碳气体；
通过上述冷凝水的一部分在上述第二冷却器中冷却了二氧化碳气体后、在上述冷却器中冷却二氧化碳气体而生成的蒸气，被供给至上述重沸器。
4.如权利要求1所述的二氧化碳回收型火力发电系统，其特征在于，
上述重沸器的排出蒸气在上述冷凝水泵和上述给水泵之间与上述冷凝水合流。
5.一种二氧化碳回收方法，具备：
锅炉生成用于驱动涡轮的蒸气并产生排放气体的工序，上述涡轮具有被供给主蒸气而旋转驱动的高压涡轮、被供给再热蒸气而旋转驱动的中压涡轮、以及被供给来自上述中压涡轮的排气蒸气而旋转驱动的低压涡轮；
在吸收塔中，使从上述锅炉排出的上述排放气体中包含的二氧化碳吸收到吸收液中的工序；
在再生塔中，使二氧化碳气体从吸收了二氧化碳的上述吸收液释放，并排出该二氧化碳气体的工序；
重沸器加热来自上述再生塔的吸收液，并将产生的蒸气供给上述再生塔的工序；
将来自上述高压涡轮、上述中压涡轮或者上述低压涡轮的、通过阀的切换而选择的蒸气降温并供给至上述重沸器的工序；
冷凝器将来自上述涡轮的排气蒸气冷却并生成冷凝水的工序；
压气机压缩上述二氧化碳气体的工序；
冷却器将上述冷凝水的一部分作为冷却水来冷却被压缩的二氧化碳气体的工序；
将通过上述冷却器中的二氧化碳气体的冷却而生成的蒸气供给至上述重沸器的工序；以及
将通过上述冷却器中的二氧化碳气体的冷却而生成的蒸气的一部分供给至用于驱动上述压气机的驱动涡轮的工序。
6.一种二氧化碳回收方法，其特征在于，具备：
锅炉生成用于驱动涡轮的蒸气并产生排放气体的工序，上述涡轮具有被供给主蒸气而旋转驱动的高压涡轮、被供给再热蒸气而旋转驱动的中压涡轮、以及被供给来自上述中压涡轮的排气蒸气而旋转驱动的低压涡轮；
在吸收塔中，使从上述锅炉排出的上述排放气体中包含的二氧化碳吸收到吸收液中的工序；
在再生塔中，使二氧化碳气体从吸收了二氧化碳的上述吸收液释放，并排出该二氧化碳气体的工序；
重沸器加热来自上述再生塔的吸收液，并将产生的蒸气供给上述再生塔的工序；
将来自上述高压涡轮、上述中压涡轮或者上述低压涡轮的、通过阀的切换而选择的蒸气降温并供给至上述重沸器的工序；
冷凝器将来自上述涡轮的排气蒸气冷却并生成冷凝水的工序；
压气机压缩上述二氧化碳气体的工序；
冷却器将上述冷凝水的一部分作为冷却水来冷却被压缩的二氧化碳气体的工序；
将通过上述冷却器中的二氧化碳气体的冷却而生成的蒸气供给至上述重沸器的工序；以及
将通过上述冷却器中的二氧化碳气体的冷却而生成的蒸气的一部分供给至上述低压涡轮的工序。
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