JP2011136294A - 二酸化炭素の回収システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】中圧タービン12から低圧タービン13へ低圧蒸気14Lを送る第1の蒸気ライン21aと、第1の蒸気ライン21aから低圧蒸気14Lを分岐する第2の蒸気ライン21bと、低圧蒸気14Lの開度を100%から0%まで調整する第1の調整弁V1と、第1の調整弁V1の調整に応じて、低圧蒸気14Lの開度を0%から100%まで調整する第2の調整弁V2と、供給される低圧蒸気14Lを用いて動力を回収する第1の補助タービン22Aと、該第1の補助タービン22Aから排出される排出蒸気23をリボイラ24の加熱源として供給する第1の蒸気送給ライン25Lと、ボイラの運転負荷変動に対応して、リボイラ24に供給する排出蒸気23の圧力をリボイラ最適圧力の許容値となるように維持しつつ第1の補助タービン22Aを駆動する。
【選択図】図1
Description
従来においては、この蒸気を発電所における蒸気の一部を利用して、再生することが提案されている(特許文献1参照)。
図1及び図2に示すように、本実施例に係る二酸化炭素の回収システムは、高圧タービン11、中圧タービン12及び低圧タービン13と、これらを駆動する蒸気14を発生させるためのボイラ15と、該ボイラ15から排出される燃焼排ガス16中の二酸化炭素を二酸化炭素吸収液17により吸収除去する二酸化炭素吸収塔(吸収塔)18と、二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収液17Aから二酸化炭素を放出して再生し、再生二酸化炭素吸収液17Bとする二酸化炭素再生塔(再生塔)19とからなる二酸化炭素回収装置20と、前記中圧タービン12から低圧タービン13へ低圧蒸気14Lを送る第1の蒸気ライン21aと、第1の蒸気ライン21aから低圧蒸気14Lを分岐する第2の蒸気ライン21bと、第1の蒸気ライン21aに介装され、低圧蒸気14Lの蒸気量の開度を100%から0%まで調整する第1の調整弁V1と、第2の蒸気ライン21bに介装され、第1の調整弁V1の調整に応じて、低圧蒸気14Lの蒸気量の開度を0%から100%まで調整する第2の調整弁V2と、第2の蒸気ライン21bと連結し、供給される低圧蒸気14Lを用いて動力を回収する第1の補助タービン22Aと、該第1の補助タービン22Aから排出される排出蒸気23を用いて、前記二酸化炭素再生塔19において二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収液17Aを再生する際に用いるリボイラ24に加熱源として供給する第1の蒸気送給ライン25Lと、第1の補助タービン22Aからの抽気された低圧蒸気14Lを低圧タービン13へ供給する抽気ライン26Lと、ボイラ15やタービン(高圧タービン11、中圧タービン12、低圧タービン13)の運転負荷変動に対応して、前記リボイラ24に供給する前記排出蒸気23の圧力をリボイラ最適圧力の許容値(0.33MPa±0.05MPa程度)となるように維持し、第1の調整弁V1と第2の調整弁V2とを相互に連動しつつ二酸化炭素の回収有無のモードにて、100%から0%、0%から100%の開度へと操作して、第1の補助タービン22Aを駆動する制御を行う制御装置とを備えている。
一方、CO2を吸収した吸収液(リッチ溶液)17Aはリッチソルベントポンプ35aにより昇圧され、リッチ/リーンソルベント熱交換器36にて再生された吸収液(リーン溶液)17Bにて加熱され、再生塔19に供給される。
リボイラ24にて凝縮された低圧蒸気の凝縮水24aはリボイラ復水ポンプ45にて昇圧され、予熱されたボイラ給水43と混合され、ボイラ給水43を昇温する。そして、昇温されたボイラ給水43はボイラ15へ供給される。
再生塔19より放出された水蒸気を伴ったCO2は、低圧給水ポンプ44により昇圧された低圧給水43をオーバーヘッドコンデンサ38により予熱した後、オーバーヘッドクーラ39により冷され、分離器40で水を分離され、CO2は別工程へ導かれて、図示しないコンプレッサにより圧縮され、脱水されパイプライン(図示せず)で送出される。
分離器40により分離された水は凝縮水循環ポンプ41により再生塔19に供給される。吸収液(リーン溶液)17Bはリーンソルベントポンプ35bにて昇圧され、リッチ/リーンソルベント熱交換器36にてCO2を吸収したCO2吸収液(リッチ溶液)17Aにて冷却され、リーンソルベントクーラ37にてさらに冷却されて吸収塔18に供給される。
そして、発電プラントにおいて、二酸化炭素回収を行わない場合には、第1の調整弁V1の開度を100%とし、第2の調整弁V2の開度を0%として、第1の蒸気ライン21aに低圧蒸気14Lを供給し、全量の低圧蒸気14Lを低圧タービン13側に供給するようにしている。
よって、発電システムから二酸化炭素を回収する際に、リボイラ24において必要とする多量の低圧蒸気14Lをスムーズにかつエネルギーロスを少なくして、正常に適用できることとなる。
また、二酸化炭素の回収を行う場合には、常にリボイラ最適圧力の許容値(0.33MPa±0.05MPa程度)となるように維持され、その回収率に応じて、抽気ライン26Lからの抽気された低圧蒸気14Lが低圧タービン13に供給される。
図7に示すように、リボイラ最適圧力の許容値(0.33MPa±0.05MPa程度)となるように維持されているので、リボイラ入口圧力曲線(III)においては、変化はない。
これに対し、システム負荷が大きくなるにつれて、低圧タービンヘッダ圧力の圧力曲線(I)は、低下する。
このように、低圧タービン13の入口圧力が低下することは、すなわち、中圧タービン12の背圧が低下する。
図5に示すように、既存の発電プラント設備において、二酸化炭素を回収する際に、二酸化炭素回収設備を設けて、そのリボイラ24用の蒸気を発電プラントから得るような場合には、例えば中圧タービン12から低圧タービン13へ供給される低圧蒸気14Lの一部を抽気することが提案されるが、100%負荷の場合には、十分な蒸気圧力を得ることができるものの、50%負荷の場合には、圧力変動が大きくなり、例えば図5に示すように、第1の蒸気ライン21aに、減圧弁V5を設置して、その圧力変動に対応することも提案できるが、この場合には、減圧弁V5による圧力損失によって、約5%の発電ロスが発生することとなる。なお、符号21dは、圧力が低下した場合に第1の補助タービン22Aを迂回するバイパスラインである。
断面積を変更するのは、図7に示すように、低圧タービンヘッダ圧力(=中圧タービン背圧)が100%負荷の場合には、1.0MPaであったものが、50%負荷の場合には、0.6MPaとなるので、背圧の低下に伴う負荷の増大に対応できるように、(100%の際の背圧/50%の際の背圧)の割合を係数としている。
なお、このような中圧タービン12の仕様を変更するのは、既存設備では対応できないものの、新規プラントの場合には対応が可能となる。
1) 先ず、図示しない制御装置に、現在の発電設備において、二酸化炭素を回収するか否かの情報が入力される。
2) 二酸化炭素を回収しない運転モードの場合には、第1の調整弁V1の開度を100%とし、第2の調整弁V2の開度を0%として、第1の蒸気ライン21aに低圧蒸気14Lを供給して、全量を低圧タービン13に供給するようにしている。
3) その後、発電を継続し、二酸化炭素を回収する運転モードの場合には、制御装置から、第1の調整弁V1の開度を100%から0%に調整する指令と共に、第2の調整弁V2の開度を0%から100%に調整する指令が送られ、第2の蒸気ライン21bに低圧蒸気14Lを供給して、全量を第1の補助タービン22Aに供給し、常にリボイラ最適圧力の許容値(0.33MPa±0.05MPa程度)となるように維持する運転を行い、再生塔19での吸収液の再生を確実としている。
4) 次に、発電プラントが100%負荷から80%、75%、50%の負荷に変動する情報が入力された場合には、運転負荷情報が入力される。
5) 次に、この負荷情報に基づき、図示しない制御装置により第1の補助タービン22Aに供給される低圧タービン13の入口に供給される蒸気14Lの圧力情報が入力されリボイラ24に供給する排出蒸気23Lの圧力をリボイラ最適圧力の許容値(例えば0.33MPa程度)となるように維持しつつ第1の補助タービン22Aを駆動する制御を制御装置により行い、安定した吸収液の再生が可能となる。
また、ボイラ15及びスチームタービン(高圧タービン11、中圧タービン12、低圧タービン13)の負荷変動(100%〜50%)があった場合においても、第1の補助タービン22Aからの排出蒸気23の出口圧力を一定に保つように制御することで、プラントの全負荷帯において、二酸化炭素回収設備のリボイラ24に対する最適圧力の許容値(例えば0.33MPa±0.05MPa程度)とすることで、常に安定した吸収液の再生が可能となる。
図3の二酸化炭素の回収システムは、図1に示す二酸化炭素の回収システムにおいて、さらに、第1の蒸気ライン21aから低圧蒸気14Lを分岐する第3の蒸気ライン21cと、第3の蒸気ライン21cに介装され、第2の調整弁V2の調整に応じて、低圧蒸気14Lの蒸気量の開度を0%から100%まで調整する第3の調整弁V3と、第2の蒸気ライン21bと連結し、供給される低圧蒸気14Lを用いて動力を回収する第1の補助タービン22Aと、該第1の補助タービン22Aから排出される排出蒸気23を用いて、前記二酸化炭素再生塔19において二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収液17Aを再生する際に用いるリボイラ24に加熱源として供給する第1の蒸気送給ライン25Lと、第3の蒸気ライン21cと連結し、供給される低圧蒸気14Lを用いて動力を回収する第2の補助タービン22Bと、第2の補助タービン22Bから排出された低圧蒸気14Lを低圧タービン13へ供給する抽気ライン26Lとを備え、ボイラ15やタービン(高圧タービン11、中圧タービン12、低圧タービン13)の運転負荷変動に対応して、前記リボイラ24に供給する前記排出蒸気23の圧力をリボイラ最適圧力の許容値(0.33MPa±0.05MPa程度)となるように維持し、第1の調整弁V1と第2の調整弁V2と第3の調整弁V3とを相互に連動しつつ操作して、第1の補助タービン22A及び第2の補助タービン22Bを駆動する制御を行う制御装置とを備えたものである。
以下、本発明の効果を示す試験例について、説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
発電能力900MWの石炭焚き火力発電設備に、図1のプロセスを適用した本発明の方法を適用したプロセスの送電量低減率を「表1」に示す。
なお、二酸化炭素を回収しない場合の主機タービン発電出力を基準とした。
基準例1は、100%負荷の場合であり、主機タービン発電出力は912MWである。
また、基準例2は、負荷変動があった(50%負荷)の場合であり、主機タービン発電出力は約半分の454MWである。
比較として、第1の蒸気ライン21aに低圧蒸気14Lを供給し、抜出した低圧蒸気14Lを用いて第1の補助タービン22Aにより動力を回収し、該第1の補助タービン22Aから排出される排出蒸気23をリボイラ最適圧力の許容値(0.33MPa±0.05MPa程度)となるように第1の補助タービン22Aの運転を制御している。この際、発電システム負荷100%及び50%について、送電出力の減少を確認した。この結果を表1に示す。
表1(50%負荷)に示すように、試験例2の場合には、送電出力の減少が比較例2の25.7%に較べて低く、20.8%の減少であった。
12 中圧タービン
13 低圧タービン
14 蒸気
14L 低圧蒸気
14M 中圧蒸気
15 ボイラ
16 燃焼排ガス
17 二酸化炭素吸収液
17A 二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収液(リッチ溶液)
17B 再生二酸化炭素吸収液(リーン溶液)
18 二酸化炭素吸収塔(吸収塔)
19 二酸化炭素再生塔(再生塔)
20 二酸化炭素回収装置
21a 第1の蒸気ライン
21b 第2の蒸気ライン
22A 第1の補助タービン
22B 第2の補助タービン
23 排出蒸気
24 リボイラ
Claims (6)
- 高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンと、
これらを駆動する蒸気を発生させるためのボイラと、
該ボイラから排出される燃焼排ガス中の二酸化炭素を二酸化炭素吸収液により吸収除去する二酸化炭素吸収塔と、二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収液を再生し、再生二酸化炭素吸収液とする二酸化炭素再生塔とからなる二酸化炭素回収装置と、
前記中圧タービンから低圧タービンへ低圧蒸気を送る第1の蒸気ラインと、
第1の蒸気ラインから低圧蒸気を分岐する第2の蒸気ラインと、
第1の蒸気ラインに介装され、低圧蒸気の蒸気量の開度を100%から0%まで調整する第1の調整弁と、
第2の蒸気ラインに介装され、第1の調整弁の調整に応じて、低圧蒸気の蒸気量の開度を0%から100%まで調整する第2の調整弁と、
第2の蒸気ラインと連結し、供給される低圧蒸気を用いて動力を回収する第1の補助タービンと、
該第1の補助タービンから排出される排出蒸気を用いて、前記二酸化炭素再生塔において二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収液を再生する際に用いるリボイラに加熱源として供給する第1の蒸気送給ラインと、
第1の補助タービンからの抽気された低圧蒸気を低圧タービンへ供給する抽気ラインと、
ボイラやタービンの運転負荷変動に対応して、前記リボイラに供給する前記排出蒸気の圧力をリボイラ最適圧力の許容値(0.33MPa±0.05MPa程度)となるように維持し、第1の調整弁と第2の調整弁とを相互に連動しつつ、二酸化炭素の回収有無のモードにて、100%から0%、0%から100%の開度へと操作して、第1の補助タービンを駆動する制御を行う制御装置とを備えたことを特徴とする二酸化炭素の回収システム。 - 高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンと、
これらを駆動する蒸気を発生させるためのボイラと、
該ボイラから排出される燃焼排ガス中の二酸化炭素を二酸化炭素吸収液により吸収除去する二酸化炭素吸収塔と、二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収液を再生し、再生二酸化炭素吸収液とする二酸化炭素再生塔とからなる二酸化炭素回収装置と、
前記中圧タービンから低圧タービンへ低圧蒸気を送る第1の蒸気ラインと、
第1の蒸気ラインから低圧蒸気を分岐する第2の蒸気ラインと、
第1の蒸気ラインから低圧蒸気を分岐する第3の蒸気ラインと、
第1の蒸気ラインに介装され、低圧蒸気の蒸気量の開度を100%から0%まで調整する第1の調整弁と、
第2の蒸気ラインに介装され、第1の調整弁の調整に応じて、低圧蒸気の蒸気量の開度を0%から100%まで調整する第2の調整弁と、
第3の蒸気ラインに介装され、第2の調整弁の調整に応じて、低圧蒸気の蒸気量の開度を0%から100%まで調整する第3の調整弁と、
第2の蒸気ラインと連結し、供給される低圧蒸気を用いて動力を回収する第1の補助タービンと、
該第1の補助タービンから排出される排出蒸気を用いて、前記二酸化炭素再生塔において二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収液を再生する際に用いるリボイラに加熱源として供給する第1の蒸気送給ラインと、
第3の蒸気ラインと連結し、供給される低圧蒸気を用いて動力を回収する第2の補助タービンと、
第2の補助タービンから排出された低圧蒸気を低圧タービンへ供給する抽気ラインと、
ボイラやタービンの運転負荷変動に対応して、前記リボイラに供給する前記排出蒸気の圧力をリボイラ最適圧力の許容値(0.33MPa±0.05MPa程度)となるように維持し、第1の調整弁と第2の調整弁と第3の調整弁とを相互に連動しつつ操作して、第1の補助タービン及び第2の補助タービンを駆動する制御を行う制御装置とを備えたことを特徴とする二酸化炭素の回収システム。 - 高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンと、
これらを駆動する蒸気を発生させるためのボイラと、
該ボイラから排出される燃焼排ガス中の二酸化炭素を二酸化炭素吸収液により吸収除去する二酸化炭素吸収塔と、二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収液を再生し、再生二酸化炭素吸収液とする二酸化炭素再生塔とからなる二酸化炭素回収装置と、
前記低圧タービンの入口から蒸気を抜出す第1の蒸気抜出しラインと、
該第1の蒸気抜出しラインと連結し、抜出した蒸気を用いて動力を回収する第1の補助タービンと、
該第1の補助タービンから排出される排出蒸気を用いて、前記二酸化炭素再生塔において二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収液を再生する際に用いるリボイラに加熱源として供給する第1の蒸気送給ラインと、
発電システムのボイラやスチームタービンの運転負荷変動に対応して、前記リボイラに供給する前記排出蒸気の圧力をリボイラ最適許容値となるように維持しつつ第1の補助タービンを駆動する制御を行う制御装置とを備え、
中圧タービンの容量が、背圧の低下に伴う負荷の増大に対応できることを特徴とする二酸化炭素の回収システム。 - 請求項3において、
前記第1の蒸気抜出しラインから第1の補助タービンを迂回して、直接リボイラに蒸気を供給するバイパスラインを備えたことを特徴とする二酸化炭素の回収システム。 - 請求項1乃至4のいずれか一つにおいて、
該第1の補助タービン又は第2の補助タービンにより、二酸化炭素の回収システムで使用するポンプ、ブロア及びコンプレッサ用のいずれかの動力を回収することを特徴とする二酸化炭素の回収システム。 - 請求項1乃至5のいずれか一つの二酸化炭素の回収システムを用いて前記二酸化炭素吸収液中に吸収された二酸化炭素を回収することを特徴とする二酸化炭素の回収方法。
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