JP2011141075A - 酸素燃焼発電プラントとその運転方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プラント起動時は、ボイラ17の燃焼用ガスには二次用燃焼ガス(空気)供給ライン67から供給される空気を使用して空気燃焼を行いながら、ボイラ排ガスは排ガス処理ライン14から排出ライン45に流し、排ガス熱回収器50で回収した熱を熱媒体循環ライン61により排ガス再加熱器23に流し、プラント定常運転時には、燃焼用酸素と再循環排ガスとの混合ガスを使用してボイラ17で酸素燃焼を行いながら、排ガス処理ライン14からの排ガスをCO2回収ライン69に流してCO2を回収し、同時に熱回収器50で回収した熱を熱媒体循環ライン61により給水加熱器56に流す酸素燃焼発電プラントとその運転方法である。
【選択図】図1
Description
特許文献2に記載の発明では、蒸気タービンに蒸気が供給されないボイラ起動時からしばらく経過した段階では、復水の再加熱に回収熱が利用できない。したがって、排ガス熱回収器が空焚きの状態となって熱損傷しないように配慮する必要がある。
上記酸素燃焼発電プラントの起動は空気燃焼で行われ、それからしばらくの間は、酸素を希釈する再循環ガスの量、再循環系統の温度等の条件が十分な水準に達するまで、定常時とは異なる運用条件で運転を行う必要がある。ここで、再循環されない排ガスはCO2回収装置に供給しないで、煙突から系外に排出される。このとき、排ガス中の残留SO3が低温のまま紫煙(SO3フューム)として放出されないように配慮する必要がある。また、排ガスから回収した排熱を有効に利用しようとする場合、運転条件に応じた適切な切り換え運用が必要である。
請求項1記載の発明は、石炭又は石炭以外の燃料を燃焼させるボイラ(17)と、脱硝装置(18)、集塵装置(20)および脱硫装置(22)を含むボイラ(17)の燃焼排ガスを浄化する装置をそれぞれ前流側から後流側に順次設けた排ガス流路である排ガス処理ライン(14)と、ボイラ(17)の給水ライン(68)と、ボイラ(17)に燃焼用ガスとして用いる酸素を供給する酸素供給ライン(4,8)と、ボイラ(17)の燃焼用ガスに用いる空気と前記酸素供給ライン(4,8)から分岐した分岐酸素供給ライン(6)より供給される酸素とを混合して得られる一次用燃焼ガスと共に石炭を含む燃料をボイラ(17)に供給する一次用燃焼ガス供給ライン(66)と、ボイラ(17)の燃焼用ガスに用いる空気を酸素供給ライン(4,8)からの酸素と混合して燃焼ガスとしてボイラ(17)に供給する二次用燃焼ガス供給ライン(67)と、ボイラ排ガス中のCO2を回収する排ガス流路であるCO2回収ライン(69)と、集塵装置(20)より後流側の排ガス処理ライン(14)から分岐して燃焼排ガスをボイラ(17)の二次用燃焼用ガスとして戻すために二次用燃焼ガス供給ライン(67)へ接続する排ガス再循環ライン(34)と、浄化処理した燃焼排ガスを煙突(27)へ向けて流す排ガス処理ライン(14)の後流側に設けた排ガス流路である排出ライン(45)とを備えた酸素燃焼発電プラントであって、排ガス処理ライン(14)には、集塵装置(20)より排ガス流路前流側にある燃焼排ガスの熱を回収する熱交換器(36)を有する排ガス熱回収器(50)と脱硫装置(22)の排ガス流路後流側に設けた燃焼排ガスを再加熱する排ガス再加熱器(23)を備え、前記CO2回収ライン(69)は、脱硫装置(22)のある排ガス流路後流側であって、排ガス再加熱器(23)の排ガス流路前流側の排ガス処理ライン(14)から分岐して設けられ、前記給水ライン(68)には、ボイラ給水を加熱する給水加熱器(56)を設け、該給水加熱器(56)と排ガス熱回収器(50)との間及び前記給水加熱器(56)と排ガス再加熱器(23)との間に熱媒体が循環する熱媒体循環ライン(61)を設け、熱媒体循環ライン(61)は排ガス熱回収器(50)で回収した熱の供給先となる排ガス再加熱器(23)と給水加熱器(56)とを流れる熱媒体の流量をそれぞれ調節可能に構成したことを特徴とする酸素燃焼発電プラントである。
プラント起動時は、ボイラ(17)の燃焼用ガスには二次用燃焼ガス供給ライン(67)から供給される空気を使用して空気燃焼を行いながら、ボイラ排ガスは排ガス処理ライン(14)から排出ライン(45)に流し、同時に排ガス熱回収器(50)で回収した熱を熱媒体循環ライン(61)により排ガス再加熱器(23)に流し、プラント定常運転時には、ボイラ(17)の燃焼用ガスとして酸素供給ライン(4,6,8)からの酸素と排ガス再循環ライン(34)からの排ガスとの混合ガスを使用して酸素燃焼を行いながら、排ガス処理ライン(14)からの排ガスをCO2回収ライン(69)に流して排ガスからCO2を回収し、同時に排ガス熱回収器(50)で回収した熱を熱媒体循環ライン(61)により給水加熱器(56)に流すことを特徴とする酸素燃焼発電プラントの運転方法である。
(1)排ガス熱回収器50により集塵装置20の入口の排ガス温度を酸露点以下になる90℃に下げることでSO3の高効率捕集が可能になり、後段の酸腐食防止及び煙突27からの紫煙削減に効果がある。
なお、EP20とFGD22の間の排ガス処理ライン14には排ガスをスムーズに後流側に送り出すための排ガス用ブロア21を配置している。
排ガスに接する固体表面上に液滴硫酸が出現する温度を一般に酸露点と呼ぶが、SO3濃度が高まるほど酸露点温度が上昇し、SO3が1ppm含まれるだけでも露点が100℃を超え130℃になる。これは、SO3が存在すると硫酸のような不揮発性溶液の溶質を含む液滴は蒸気圧が減少するためである。排ガス温度を100℃未満にするとガス状SO3が液滴として捕集可能になる。したがって、排ガス熱回収器50により電気集塵機20の入口での排ガス温度を酸露点以下となる90℃まで低下させると、ガス状SO3が凝縮し、それが煤塵に吸着し、排ガス熱回収器50及び電気集塵機20で煤塵と共にSO3が除去できる。
排ガス熱回収器50は熱回収する排ガスを導入する入口37と熱回収された排ガスを排出する出口41とを有する装置内に排ガスの熱を回収する伝熱管としてフィンチューブ36を配置し、フィンチューブ36の内部を熱媒体(水)39が流れ、排ガスと熱交換し、140〜200℃から90℃まで排ガス温度を下げる。
また、排ガス熱回収器50の熱媒体は排ガス再加熱器23に流れるように熱媒体循環ライン61にある流量調節弁57、流量調節弁58を閉じ、流量調節弁59、流量調節弁60を開く。
(1)〜(2):ボイラ昇温モード
(2)前後:空気/酸素混合燃焼モード(除々に再循環ガスを供給)
(2)〜(3):循環ライン昇温モード
(3)前後:天然ガス/石炭の混焼モード
(3)〜(4):石炭専燃モード
(4)前後:炉内圧静定モード
(4)〜 :定常酸素燃焼モード
図6に示す比較例は排ガスの廃熱を有効利用するために、予熱器(PH)19の後流側に排ガス熱回収器50を設け、該排ガス熱回収器50で回収した熱を給水ライン68の給水加熱器56の熱源として利用し、図1に示す実施例1のように、排出ライン45に排ガス再加熱器23を設けていない例である。
排ガス熱回収器50により電気集塵機20の入口の排ガス温度を酸露点以下になる90℃に下げることでSO3の高効率捕集が可能になり、後段の酸腐食防止及び煙突からの紫煙削減に効果がある。
排ガス熱回収器50の熱交換の方式において、低温流体側の熱媒体流れ方向は、高温流体側の排ガスの熱を効率的に熱回収できる向流式が望ましいが、電気集塵機(EP)20の入口温度を90℃未満にできるならば、並流式でも十字流式でも良い。
排ガス再加熱器23の熱交換の方式において、高温流体側の熱媒体流れ方向は、低温流体側の排ガスに熱を効率的に供給できる向流式が望ましいが、煙突27の入口温度を90℃以上にできるならば、並流式でも十字流式でも良い。
給水加熱器56の熱交換の方式において、高温流体側の熱媒体流れ方向は、低温流体側の給水に熱を効率的に供給できる向流式が望ましいが、並流式でも十字流式でも良い。
脱硝装置(SCR)18としては、触媒を用いるアンモニア接触還元法を利用した装置が挙げられるが、これに限定されるものでなく、無触媒還元法や活性炭吸着法などを利用した装置でも良い。
脱硫装置(FGD)22は、湿式脱硫方式のものが挙げられるがこれに限定されるものでなく、乾式脱硫、および半乾式脱硫などでも良い。
集塵装置20は電気集塵装置(EP)が挙げられるが、バグフィルタなどのろ布式などのものでも良い。
排ガス熱回収器50の熱交換する伝熱管は、熱回収効率及び煤塵の付着面積が増大するフィン付のフィンチューブ36とすることが望ましい。排ガスとフィンチューブ36内の熱媒体の流れ方向は、向流でも並行流でも構わないが熱交換性の高い向流が望ましい。フィンチューブ36の配置は水平方向でも鉛直方向でも良いが、煤塵が堆積し易い水平方向が望ましい。
排ガス熱回収器50内に流す熱媒体39として、例えば温度が70〜180℃程度の水/蒸気やオイル、または窒素等の気体を用いることができる。
図1との相違点は、再循環ガスライン34を排ガス再加熱器23の後流側の排出ライン45から分岐させ、流量調節弁30を排ガス再加熱器23の後流側の排出ライン45に設けるように構成した点である。
本実施例2における、その他の作用・効果については、いずれも実施例1と同様である。
本実施例3の起動方法とその後の運転方法は実施例1に準じる。
3 窒素(N2) 4 酸素供給ライン
5 予熱ヒータ
6 一次酸素(燃料搬送用)ライン
7 流量調節弁
8 二次酸素(燃焼用)ライン
9 混合器 10 流量調節弁
11 混合器 12 燃料(Coal)
13 ミル 14 排ガス処理ライン
15 バーナ 16 ウィンドボックス
17 ボイラ 18 脱硝装置(SCR)
19 予熱器(PH) 20 電気集塵機(EP)
21 ブロア(IDF)22 脱硫装置(FGD)
23 排ガス再加熱器 24 圧縮機
25 冷却機 26 分離器
27 煙突 28 CO2貯蔵容器
29 液化されないガス
30 流量調節弁 31 流量調節弁
32 冷却機 33 流量調節弁
34 再循環ガスライン
34b 二次用再循環ガスライン
34a 一次用再循環ガスライン
35 2次用ブロア 36 フィンチューブ
37 入口 38 スートブロア
39 熱媒体 40 空気
41 出口 42 SO3吸着灰
43 液化CO2 44 一次用ブロア
45 排出ライン 49 流量調節弁
50 排ガス熱回収器 50a 灰ホッパ
51 スチーム 52 タービン
53 発電機 54 復水器
55 ポンプ 56 給水加熱器
57〜60 流量調節弁
61 熱媒体循環ライン
62 一次用再循環ガス
63 流量調節弁
66 一次用燃焼ガス供給ライン
67 二次用燃焼ガス供給ライン
68 給水ライン 69 CO2回収ライン
70 空気導入用ライン
Claims (6)
- 石炭又は石炭以外の燃料を燃焼させるボイラ(17)と、
脱硝装置(18)、集塵装置(20)および脱硫装置(22)を含むボイラ(17)の燃焼排ガスを浄化する装置をそれぞれ前流側から後流側に順次設けた排ガス流路である排ガス処理ライン(14)と、
ボイラ(17)の給水ライン(68)と、
ボイラ(17)に燃焼用ガスとして用いる酸素を供給する酸素供給ライン(4,8)と、
ボイラ(17)の燃焼用ガスに用いる空気と前記酸素供給ライン(4,8)から分岐した分岐酸素供給ライン(6)より供給される酸素とを混合して得られる一次用燃焼ガスと共に石炭を含む燃料をボイラ(17)に供給する一次用燃焼ガス供給ライン(66)と、
ボイラ(17)の燃焼用ガスに用いる空気を酸素供給ライン(4,8)からの酸素と混合して燃焼ガスとしてボイラ(17)に供給する二次用燃焼ガス供給ライン(67)と、
ボイラ排ガス中のCO2を回収する排ガス流路であるCO2回収ライン(69)と、
集塵装置(20)より後流側の排ガス処理ライン(14)から分岐して燃焼排ガスをボイラ(17)の二次用燃焼用ガスとして戻すために二次用燃焼ガス供給ライン(67)へ接続する排ガス再循環ライン(34)と、
浄化処理した燃焼排ガスを煙突(27)へ向けて流す排ガス処理ライン(14)の後流側に設けた排ガス流路である排出ライン(45)と
を備えた酸素燃焼発電プラントであって、
排ガス処理ライン(14)には、集塵装置(20)より排ガス流路前流側にある燃焼排ガスの熱を回収する熱交換器(36)を有する排ガス熱回収器(50)と脱硫装置(22)の排ガス流路後流側に設けた燃焼排ガスを再加熱する排ガス再加熱器(23)
を備え、
前記CO2回収ライン(69)は、脱硫装置(22)のある排ガス流路後流側であって、排ガス再加熱器(23)の排ガス流路前流側の排ガス処理ライン(14)から分岐して設けられ、
前記給水ライン(68)には、ボイラ給水を加熱する給水加熱器(56)を設け、該給水加熱器(56)と排ガス熱回収器(50)との間及び前記給水加熱器(56)と排ガス再加熱器(23)との間に熱媒体が循環する熱媒体循環ライン(61)を設け、熱媒体循環ライン(61)は排ガス熱回収器(50)で回収した熱の供給先となる排ガス再加熱器(23)と給水加熱器(56)とを流れる熱媒体の流量をそれぞれ調節可能に構成したことを特徴とする酸素燃焼発電プラント。 - 前記排ガス再循環ライン(34)は、排ガス再加熱器(23)より後流側の排ガス処理ライン(14)から分岐して設けられていることを特徴とする請求項1に記載の酸素燃焼発電プラント。
- 前記排ガス再循環ライン(34)は、ボイラ(17)に燃料を搬送する一次用燃焼ガス供給ライン(66)と燃料を搬送しない二次用燃焼ガス供給ライン(67)に分岐して接続していることを特徴とする請求項1に記載の酸素燃焼発電プラント。
- 前記排ガス再循環ライン(34)は、脱硫装置(22)より前流側の排ガス処理ライン(14)と脱硫装置(22)より後流側の排ガス処理ライン(14)から分岐してそれぞれ設けられた排ガス再循環ライン(34b)と排ガス再循環ライン(34a)からなり、
排ガス再循環ライン(34a)は、ボイラ(17)に燃料を搬送する一次用燃焼ガス供給ライン(66)に接続し、
排ガス再循環ライン(34b)は、ボイラ(17)に燃料を搬送しない二次用燃焼ガス供給ライン(67)に接続していることを特徴とする請求項1に記載の酸素燃焼発電プラント。 - 請求項1記載の酸素燃焼発電プラントの運転方法であって、
プラント起動時は、ボイラ(17)の燃焼用ガスには二次用燃焼ガス供給ライン(67)から供給される空気を使用して空気燃焼を行いながら、ボイラ排ガスは排ガス処理ライン(14)から排出ライン(45)に流し、同時に排ガス熱回収器(50)で回収した熱を熱媒体循環ライン(61)により排ガス再加熱器(23)に流し、
プラント定常運転時には、ボイラ(17)の燃焼用ガスとして酸素供給ライン(4,6,8)からの酸素と排ガス再循環ライン(34)からの排ガスとの混合ガスを使用して酸素燃焼を行いながら、排ガス処理ライン(14)からの排ガスをCO2回収ライン(69)に流して排ガスからCO2を回収し、同時に排ガス熱回収器(50)で回収した熱を熱媒体循環ライン(61)により給水加熱器(56)に流す
ことを特徴とする酸素燃焼発電プラントの運転方法。 - プラント起動時からボイラ(17)が設定した第1の温度条件に達するまでは、石炭以外の燃料を用いて空気燃焼により昇温させながらボイラ排ガスは排ガス処理ライン(14)から排出ライン(45)へ流し、その後、燃焼用ガスとして、徐々に空気の量を減じつつ、酸素供給ライン(4,6,8)からの酸素と排ガス再循環ライン(34)からの排ガスの量を増加させることで排ガス再循環ライン(34)内の排ガスを昇温させ、その過程において、石炭以外の燃料と石炭との混焼を開始し、ボイラ(17)が設定した第2の温度条件に達したら、燃料を石炭に切り換えて、ボイラ(17)の昇温を継続し、設定した第3の温度条件に達したら定常運転に移行し、
前記熱媒体循環ライン(61)で回収した熱の供給先を排ガス再加熱器(23)側から給水加熱器(56)側に切り換え、排ガス中のCO2濃度が90%以上になると、ボイラ排ガスの排出先を排出ライン(45)からCO2回収ライン(69)に切り換えることを特徴とする請求項5記載の酸素燃焼発電プラントの運転方法。
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