JP2011190940A - 酸素燃焼型石炭火力発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は酸素燃焼型石炭火力発電システムの熱効率を向上させると共に、燃焼排ガス中の凝縮水の発生や酸性水の発生を抑制して火力発電システムの系統を構成する配管材料の腐食を未然に防止し得る酸素燃焼型石炭火力発電システムを提供することにある。
【解決の手段】酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいて、酸素製造装置１２で発生した酸素を燃焼排ガスで昇温する酸素昇温用熱交換器４を燃焼排ガス系統に設置し、酸素を流下させる酸素供給系統１４を酸素製造装置１２からこの酸素昇温用熱交換器４を経由して混合用排ガス系統１５に接続するように配設し、酸素昇温用熱交換器４によって昇温させた酸素を混合用排ガス系統１５を流下する燃焼排ガスと混合させて所望の温度の支焼ガスを形成し、混合用排ガス系統１５を通じてこの支焼ガスを石炭ボイラ１に供給するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、石炭を燃料とする酸素燃焼方式の石炭ボイラを備えた酸素燃焼型石炭火力発電システムに関する。

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。

石炭を燃料とする石炭ボイラを有する石炭火力発電所は二酸化炭素の有力な排出源であり、石炭ボイラから排出する燃焼排ガス中の二酸化炭素を高効率で分離、回収することが課題になっている。

石炭を燃料とする石炭ボイラを有する従来の石炭火力発電所では、空気を用いて燃料を燃焼する空気燃焼方式を採用しているが、空気には燃焼に関与しない約８０％の窒素が含まれ、この窒素が燃焼排ガス中の二酸化炭素を高効率で分離、除去する際の阻害要因になっている。

この阻害要因を取り除くために、例えば特許第３０６８８８８号公報には、石炭を酸素で燃焼する石炭燃焼型火力発電システムに設置される酸素燃焼方式の石炭ボイラが開示されている。

前記特許第３０６８８８８号公報に開示された酸素燃焼方式の石炭ボイラでは、石炭を燃焼するボイラから排出された燃焼排ガスは、脱硝装置、ボイラに供給する支燃ガスを排ガスの熱により昇温させるエアヒータ、ボイラに供給する蒸気発生用の給水を排ガスの熱により昇温させる給水加熱器を通過し、乾式電気集塵機で燃焼排ガス中の灰を除去する。

さらにこの燃焼排ガスは、脱硫装置、湿式電気集塵機で硫黄酸化物を除去し、脱水装置で水分を除去した後に、ＣＯ_２吸脱着装置によって燃焼排ガス中の二酸化炭素を回収され、煙突から大気中に排出される。

一方、乾式電気集塵機の下流で燃焼排ガスの一部は分岐されて混合用排ガス系統に送られて、空気から酸素を分離する酸素発生装置で製造された燃焼用の酸素と混合されて燃焼用支燃ガスとなる。

即ち、燃焼用の酸素は燃焼に適した酸素分圧とするため、酸素発生装置から供給される前記酸素と石炭燃焼後の燃焼排ガスの一部とを混合させて、酸素と二酸化炭素が混合したガスを燃焼用支燃ガスとして石炭ボイラに供給するように構成している。

窒素を含有しない燃焼用支燃ガスによって前記石炭ボイラで石炭を燃焼することにより、燃焼排ガス中の二酸化炭素濃度を高くできるため、二酸化炭素を高効率で分離、除去することが可能となる。

特許第３０６８８８８号公報

しかしながら前記特許第３０６８８８８号公報に開示されたような酸素燃焼方式の石炭ボイラでは、以下のような課題がある。

酸素燃焼方式の石炭ボイラでは、脱硫装置で排ガス中の硫黄酸化物を除去するために噴霧する水噴霧によって排ガスの温度が低下するが、この水噴霧により低下した熱の回収、再利用がなされていず、火力発電システムの熱効率を無駄に低下させている問題点がある。

また、酸素燃焼方式の石炭ボイラでは、燃焼排ガスの一部と酸素とを混合して燃焼用支燃ガスを生成させるが、両者が混合される際に燃焼排ガス中には水分や硫黄酸化物が含まれているため、低温の酸素と混合して温度が低下すると燃焼排ガス中の水分が凝縮した凝縮水が発生し、この凝縮水に硫黄酸化物が溶解することによって酸性水が発生して石炭火力発電システムを構成する系統の配管材料がこの酸性水によって腐食されるという問題がある。

本発明の目的は酸素燃焼型石炭火力発電システムの熱効率を向上させると共に、石炭ボイラから排出される燃焼排ガス中の凝縮水の発生、及び凝縮水への硫黄酸化物の溶解による酸性水の発生を抑制して火力発電システムの系統を構成する配管材料の腐食を未然に防止し得るようにした酸素燃焼型石炭火力発電システムを提供することにある。

本発明の酸素燃焼型石炭火力発電システムは、石炭を燃焼する石炭ボイラと、空気から酸素を分離させて酸素を発生する酸素製造装置とを備え、前記石炭ボイラから排出された燃焼排ガスを流下させる燃焼排ガス系統と、この燃焼排ガス系統から分岐して前記燃焼排ガスの一部を前記石炭ボイラに供給する混合用排ガス系統と、前記酸素製造装置で発生した酸素を流下させる酸素供給系統を前記混合用排ガス系統と接続して前記酸素供給系統を流れる酸素を前記混合用排ガス系統を流れる燃焼排ガスと混合させて石炭燃焼用の支燃ガスを形成し、前記混合用排ガス系統を通じてこの支焼ガスを前記石炭ボイラに供給するように構成した酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいて、酸素製造装置で発生した酸素を燃焼排ガスによって昇温する酸素昇温用熱交換器を前記燃焼排ガス系統に設置し、酸素を流下させる前記酸素供給系統を前記酸素製造装置からこの酸素昇温用熱交換器を経由して前記混合用排ガス系統に接続するように配設し、前記酸素昇温用熱交換器によって昇温させた酸素を前記混合用排ガス系統を流下する燃焼排ガスと混合させて所望の温度の支焼ガスを形成し、前記混合用排ガス系統を通じてこの支焼ガスを石炭ボイラに供給することを特徴とする。

本発明によれば、酸素燃焼型石炭火力発電システムの熱効率を向上させると共に、石炭ボイラから排出される燃焼排ガス中の凝縮水の発生、及び凝縮水への硫黄酸化物の溶解による酸性水の発生を抑制して火力発電システムの系統を構成する配管材料の腐食を未然に防止し得るようにした酸素燃焼型石炭火力発電システムが実現できる。

本発明の第１実施例である酸素燃焼型石炭火力発電システムを示す概略構成図。 本発明の第２実施例である酸素燃焼型石炭火力発電システムを示す概略構成図。 本発明の第３実施例である酸素燃焼型石炭火力発電システムを示す概略構成図。 本発明の第４実施例である酸素燃焼型石炭火力発電システムを示す概略構成図。 本発明の第５実施例である酸素燃焼型石炭火力発電システムを示す概略構成図。 本発明の第６実施例である酸素燃焼型石炭火力発電システムを示す概略構成図。 比較例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおける排ガス処理系統の温度変化状況図。 本発明の第４実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおける排ガス処理系統の温度変化状況図。 本発明の実施例と比較例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおける排ガス処理系統における熱損失状況図。

本発明の実施例である酸素燃焼型石炭火力発電システムについて図面を引用して以下に説明する。

本発明の第１実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムについて図１を用いて説明する。

図１は本発明の第１実施例である酸素燃焼型石炭火力発電システムを示す概略構成図である。

図１に示した本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムは、石炭を燃焼して高温の燃焼ガスを発生させる石炭ボイラ１を備えている。

この石炭ボイラ１では発生させた高温の燃焼ガスによって該石炭ボイラ１に設けた熱交換器（図示せず）で蒸気タービン（図示せず）に供給する蒸気を発生させている。

前記石炭ボイラ１からは約４００℃となった燃焼排ガスが排出されるが、この石炭ボイラ１から排出された燃焼排ガスが流下する該石炭ボイラ１の下流側の燃焼排ガス系統２１には、燃焼排ガスに含まれた窒素酸化物を除去する脱硝装置２と、石炭ボイラ１にから排出された燃焼排ガスの熱により昇温させるエアヒータ（以下、Ａ／Ｈと記す）３と、石炭ボイラ１に供給する蒸気発生用の給水を燃焼排ガスの熱により昇温させる給水加熱器５と、燃焼排ガス中の灰を除去する乾式電気集塵機６と、酸素製造装置１２で製造された酸素を燃焼排ガスの熱により温度に昇温する酸素昇温用熱交換器４とが順次設置されている。

前記酸素昇温用熱交換器４の下流側の燃焼排ガス系統２１には、該酸素昇温用熱交換器４を流下した燃焼排ガスに含まれる硫黄分を除去する脱硫装置７と、燃焼排ガス中の塵芥物を除去する湿式電気集塵機８と、燃焼排ガス中に含まれる水分を除去する脱水装置９が順次設置され、この脱水装置９の下流側の燃焼排ガス系統２１に燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を回収するＣＯ_２吸脱着装置１０が設置され、前記ＣＯ_２吸脱着装置１０の下流側の燃焼排ガス系統２１に該ＣＯ_２吸脱着装置１０によって二酸化炭素を回収された燃焼排ガスを大気中に排出する煙突１１が設置されている。

前記脱水装置９の下流側となる該脱水装置９とＣＯ_２吸脱着装置１０との間の燃焼排ガス系統２１の途中から分岐して燃焼排ガスの一部を石炭ボイラ１に供給する混合用排ガス系統１５が配設されている。

前記酸素昇温用熱交換器４に酸素を供給するため、空気１３から酸素を分離して支燃ガス用の酸素を製造する酸素製造装置１２が設置されている。

前記酸素製造装置１２で製造された酸素を燃焼排ガスの熱により温度に昇温する酸素昇温用熱交換器４は、前記乾式電気集塵機６と脱硫装置７との間の燃焼排ガス流路に設置されているので、前記酸素製造装置１２で発生した約３０℃の酸素は燃焼排ガス系統２１に設置した前記酸素昇温用熱交換器４に供給して燃焼排ガスと熱交換されて約５０℃に昇温した後に酸素供給系統１４を通じて流下し、前記Ａ／Ｈ３の上流側にて前記酸素供給系統１４を前記混合用排ガス系統１５と接続させて、酸素と燃焼排ガスとが混合する混合部２０を設けることにより、酸素供給系統１４を流下する昇温した酸素によって前記混合用排ガス系統１５を流下する燃焼排ガスを昇温させて前記混合部２０にて酸素と燃焼排ガスとが混合した所望の温度の支燃ガスを形成するようになっている。

前記酸素製造装置１２で発生した低温の酸素は前記酸素昇温用熱交換器４によって昇温されるが、昇温される酸素の温度は、酸素昇温用熱交換器４で昇温した酸素を供給する前記酸素供給系統１４がＡ／Ｈ３の上流側に位置する前記混合部２０にて前記混合用排ガス系統１５と接続していることから、この混合用排ガス系統１５を通じて供給される分岐した燃焼排ガスの温度とほぼ同じ温度となるように前記酸素昇温用熱交換器４によって昇温される。

そして前記酸素供給系統１４を通じて供給された昇温した酸素は混合用排ガス系統１５を通じて供給された分岐した燃焼排ガスと前記混合部２０で混合して石炭燃焼用の支焼ガスを形成し、更にＡ／Ｈ３によって燃焼排ガスの熱により所望の温度に昇温された支焼ガスとなって前記混合用排ガス系統１５を通じて前記石炭ボイラ１に供給される。

上記のように構成した本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいては、石炭を燃焼する石炭ボイラ１から排出された約４００℃の高温の燃焼排ガスは、脱硝装置２、石炭ボイラ１に供給する支燃ガスを燃焼排ガスの熱により昇温させるＡ／Ｈ３を通過したのち、石炭ボイラ１に供給する蒸気発生用の給水を燃焼排ガスの熱により昇温させる給水加熱器５、乾式電気集塵機６、及び酸素昇温用熱交換器４を通過することによって、燃焼排ガスの温度を５０℃まで降下させる。

給水加熱器５を通過した燃焼排ガスは、乾式電気集塵機６によって燃焼排ガス中の灰を除去して酸素昇温用熱交換器４に供給されて約５０℃まで降下する。

酸素昇温用熱交換器４を通過した燃焼排ガスは、脱硫装置７、湿式電気集塵機８で燃焼排ガス中の硫黄酸化物を除去したのち、脱水装置９で燃焼排ガス中の水分を除去される、
そして前記脱水装置９を通過した燃焼排ガスは、ＣＯ_２吸脱着装置１０によって燃焼排ガス中の二酸化炭素を回収され、煙突１１より大気中に排出される。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいては、燃焼排ガスの一部は脱水装置９の下流側となる該脱水装置９とＣＯ_２吸脱着装置１０との間の燃焼排ガス系統２１から分岐した混合用排ガス系統１５を配設することによって燃焼排ガス系統２１を流下する燃焼排ガスの一部を分岐して混合用排ガス系統１５を通じて石炭ボイラ１に供給する。

一方、酸素製造装置１２によって空気１３から製造した３０℃の酸素は、酸素供給系統１４を通じて前記酸素昇温用熱交換器４に供給され、前記酸素昇温用熱交換器４によって燃焼排ガスの熱により５０℃に昇温される。

前記酸素昇温用熱交換器４で５０℃に昇温された酸素は、前記酸素供給系統１４がＡ／Ｈ３の上流側の位置にて前記混合用排ガス系統１５と合流することによって燃焼排ガスと混合され、所望温度の石炭燃焼用の支燃ガスを形成して石炭ボイラ１に供給され、石炭を燃焼する支焼ガスとして使用される。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいては、混合用排ガス系統１５を配設して燃焼排ガス系統２１から燃焼排ガスの一部を分岐する前記燃焼排ガス系統２１の分岐点が、脱水装置９の下流側で該脱硫装置９とＣＯ_２吸脱着装置１０との間となる位置の燃焼排ガス系統２１に設置されているため、燃焼排ガス系統２１を流下する燃焼排ガス中の水分、硫黄酸化物は前記脱硫装置７及び脱水装置９によって既に除去されていることから、燃焼排ガス中の水分凝縮及び凝縮水への硫黄酸化物の溶解による酸性水の発生による火力発電システムの系統を構成する配管材料の腐食は未然に防止できる。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいては、酸素昇温用熱交換器４と乾式電気集塵機６を、同一の容器内に設ける構成としても良い。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムでは、脱硫装置７の入口、出口の燃焼排ガスの温度が同等であり、脱硫装置７の水噴霧による燃焼排ガスの温度低下は無い。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおける排ガス系統の熱収支では、脱硫装置７で廃棄されていた熱を酸素昇温用熱交換器４で回収されるように構成したことから、酸素燃焼型石炭火力発電システムのシステム熱効率の向上に寄与する。

また、酸素製造装置１２で製造した酸素は、酸素昇温用熱交換器４によって燃焼排ガスと熱交換させて混合用排ガス系統１５を流れる分岐された燃焼排ガスと同じ温度に昇温することによって、支燃ガスを形成する酸素と分岐された燃焼排ガスとが合流した際の温度変化がなく、前記燃焼排ガス中の水分凝縮と酸性水の発生が防止されるため、火力発電システムの系統を構成する配管材料の腐食を防止することができる。

また、本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムでは、脱水装置９の下流側で、脱水装置９とＣＯ_２吸脱着装置１０との間の燃焼排ガス系統２１から混合用排ガス系統１５を通じて燃焼排ガスを分岐させて石炭ボイラ１に供給しているので、前記脱水装置９で燃焼排ガス中から脱水させた水分の量だけ石炭ボイラ１に供給する燃焼排ガスの容量を減少させることが可能となる。

次に、本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムの熱効率の向上について比較例の酸素燃焼型石炭火力発電システムと比較して説明すると以下の通りとなります。

図７及び図８は図１に示した本発明の実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおける排ガス処理系統の温度変化状況を比較例の酸素燃焼型石炭火力発電システムの排ガス処理系統の温度変化状況と比較して示したものである。

図７及び図８に示したこれらの酸素燃焼型石炭火力発電システムの排ガス処理系統の温度変化状況から明らかなように、本実施例における排ガス処理系統では酸素昇温用熱交換器４によって脱硫装置７より上流側で燃焼排ガスの廃熱を回収しているので、比較例の排ガス処理系統では脱硫装置で廃棄していた熱が有効利用されていることを示している。

図９に本発明の実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおける排ガス処理系統の熱損失、及び比較例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおける排ガス処理系統の熱損失とを試算して比較して示した。

図９に示した両者の熱損失の試算例から明らかなように、比較Ａ／Ｈ出口排ガスの保有熱を１００％とすると、比較例のシステムでは４．１％の熱を廃棄している。

これに対して本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいては、廃棄熱を１．２％まで大幅に減少させることができるため、両者の差の２．９％の熱を有効に回収して再利用され、本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムの熱効率向上に大きく寄与している。

また、本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムでは、石炭ボイラ１で燃料の石炭を燃焼させる支燃ガスを形成するために分岐した燃焼排ガスの一部と混合させる酸素を、酸素昇温用熱交換器４によって流下する燃焼排ガスとの熱交換によって昇温させ、分岐した燃焼排ガスの温度と同等の温度にして両者を混合させることが可能となるので、この混合させる燃焼排ガス中の水の凝縮と、この凝縮水への硫黄酸化物の溶解による酸性水の発生をそれぞれ回避できることによって、酸素燃焼型石炭火力発電システムを構成する配管系統の腐食を防止することができる。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいても、図８で示したものと同等の排ガス処理系統の温度変化状況を得ること、並びに図９に示した排ガス処理系統の熱損失の低減を図ることが可能となる。

本実施例によれば、酸素燃焼型石炭火力発電システムの熱効率を向上させると共に、石炭ボイラから排出される燃焼排ガス中の凝縮水の発生、及び凝縮水への硫黄酸化物の溶解による酸性水の発生を抑制して火力発電システムの系統を構成する配管材料の腐食を未然に防止し得るようにした酸素燃焼型石炭火力発電システムが実現できる。

次に本発明の第２実施例である酸素燃焼型石炭火力発電システムについて図２を用いて説明する。

図２に示した本発明の第２実施例である酸素燃焼型石炭火力発電システムは、図１に示した第１実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムと基本的な構成及び作用は同じであるので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する部分のみ以下に説明する。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムでは、Ａ／Ｈ３の下流側の燃焼排ガス系統２１に、前記酸素昇温用熱交換器４が設置され、この酸素昇温用熱交換器４の下流側の燃焼排ガス系統２１に給水加熱器５及び乾式電気集塵機６が順次設置されている。

そして前記Ａ／Ｈ３、酸素昇温用熱交換器４、給水加熱器５、乾式電気集塵機６を順次通過した燃焼排ガスは、その温度を５０℃まで降下させている。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいては、酸素昇温用熱交換器４と給水加熱器５とを両者に共通した同一の容器内に設ける構成を採用しても良い。

本実施例における酸素昇温用熱交換器４の設置位置は、ボイラ給水および酸素の昇温目標温度、すなわち必要とする吸熱量により、また、機器および配管の配置の最適化により、決定される。

上記した本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいても図１に示した第１実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムと同じ効果を達成することが可能となる。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいても、図８で示したものと同等の排ガス処理系統の温度変化状況を得ること、並びに図９に示した排ガス処理系統の熱損失の低減を図ることが可能となる。

よって本実施例によれば、酸素燃焼型石炭火力発電システムの熱効率を向上させると共に、石炭ボイラから排出される燃焼排ガス中の凝縮水の発生、及び凝縮水への硫黄酸化物の溶解による酸性水の発生を抑制して火力発電システムの系統を構成する配管材料の腐食を未然に防止し得るようにした酸素燃焼型石炭火力発電システムが実現できる。

次に本発明の第３実施例である酸素燃焼型石炭火力発電システムについて図３を用いて説明する。

図３に示した本発明の第３実施例である酸素燃焼型石炭火力発電システムは、図１に示した第１実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムと基本的な構成及び作用は同じであるので、これらの実施例に共通した構成の説明は省略し、相違する部分のみ以下に説明する。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムでは、Ａ／Ｈ３の下流側の燃焼排ガス系統２１に給水加熱器５が設置され、この給水加熱器５の下流側の燃焼排ガス系統２１に前記酸素昇温用熱交換器４が設置され、この酸素昇温用熱交換器４の下流側の燃焼排ガス系統２１に乾式電気集塵機６が設置されている。

そして前記Ａ／Ｈ３、給水加熱器５、酸素昇温用熱交換器４、乾式電気集塵機６を順次通過した燃焼排ガスは、その温度を５０℃まで降下させている。

よって、本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおける酸素昇温用熱交換器４の上流側に設置された給水加熱器５では、該給水加熱器５を通過する燃焼排ガスの温度が高くなるので、前記給水加熱器５によって燃焼排ガスから回収する熱回収量を多くでき、その分だけ前記給水加熱器５を小型化することが可能となる。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいては、酸素昇温用熱交換器４と乾式電気集塵機６とを両者に共通した同一の容器内に設ける構成を採用しても良い。

本実施例における酸素昇温用熱交換器４の設置位置は、ボイラ給水および酸素の昇温目標温度、すなわち必要とする吸熱量により、また、機器および配管の配置の最適化により、決定される。

上記した本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいても図１に示した第１実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムと同じ効果を達成することが可能となる。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいても、図８で示したものと同等の排ガス処理系統の温度変化状況を得ること、並びに図９に示した排ガス処理系統の熱損失の低減を図ることが可能となる。

よって本実施例によれば、酸素燃焼型石炭火力発電システムの熱効率を向上させると共に、石炭ボイラから排出される燃焼排ガス中の凝縮水の発生、及び凝縮水への硫黄酸化物の溶解による酸性水の発生を抑制して火力発電システムの系統を構成する配管材料の腐食を未然に防止し得るようにした酸素燃焼型石炭火力発電システムが実現できる。

次に本発明の第４実施例である酸素燃焼型石炭火力発電システムについて図４を用いて説明する。

図４に示した本発明の第４実施例である酸素燃焼型石炭火力発電システムは、図１の第１実施例に示した各実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムと基本的な構成及び作用は同じであるので、これらの実施例に共通した構成の説明は省略し、相違する部分のみ以下に説明する。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムでは、Ａ／Ｈ３の下流側の燃焼排ガス系統２１に給水加熱器５が設置され、この給水加熱器５の下流側に乾式電気集塵機６が設置され、この乾式電気集塵機６の下流側に酸素昇温用熱交換器４が順次設置されている。

更に本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムでは、燃焼排ガス系統２１から分岐して燃焼排ガスの一部を石炭ボイラ１に供給する混合用排ガス系統１５の分岐位置が、酸素昇温用熱交換器４の下流側で、該酸素昇温用熱交換器４と脱硫装置７との間の燃焼排ガス系統２１の位置に設置されている。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいては、配設された混合用排ガス系統１５を通じて燃焼排ガス系統２１から燃焼排ガスの一部を分岐する前記燃焼排ガス系統２１の分岐点が、酸素昇温用熱交換器４の下流側で該酸素昇温用熱交換器４と脱硫装置７との間となる位置の燃焼排ガス系統２１に設置されており、前記給水加熱器５がＡ／Ｈ３の直下の下流側に設置されていることから、前記給水加熱器５を流下する燃焼排ガスの温度が高く、該給水加熱器５によって燃焼排ガスから回収する熱回収量が多くなるので、その分だけ前記給水加熱器５を小型化することが可能となる。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいては、酸素昇温用熱交換器４と乾式電気集塵機６とを両者に共通した同一の容器内に設ける構成を採用しても良い。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいても、図８で示したものと同等の排ガス処理系統の温度変化状況を得ること、並びに図９に示した排ガス処理系統の熱損失の低減を図ることが可能となる。

本実施例によっても、酸素燃焼型石炭火力発電システムの熱効率を向上させると共に、石炭ボイラから排出される燃焼排ガス中の凝縮水の発生、及び凝縮水への硫黄酸化物の溶解による酸性水の発生を抑制して火力発電システムの系統を構成する配管材料の腐食を未然に防止し得るようにした酸素燃焼型石炭火力発電システムが実現できる。

次に本発明の第５実施例である酸素燃焼型石炭火力発電システムについて図５を用いて説明する。

図５に示した本発明の第５実施例である酸素燃焼型石炭火力発電システムは、この酸素燃焼型石炭火力発電システムを構成する部分的な構成が、図４の第４実施例に示した各実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムとその基本的な構成及び作用は同じであるので、これらの実施例に共通した構成の説明は省略し、相違する部分のみ以下に説明する。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムでは、Ａ／Ｈ３の下流側の燃焼排ガス系統２１に酸素昇温用熱交換器４が設置され、この酸素昇温用熱交換器４の下流側に給水加熱器５が設置され、この給水加熱器５の下流側に乾式電気集塵機６が順次設置されている。

更に本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムでは、燃焼排ガス系統２１から分岐して燃焼排ガスの一部を石炭ボイラ１に供給する混合用排ガス系統１５の分岐位置が、乾式電気集塵機６の下流側で、該乾式電気集塵機６と脱硫装置７との間の燃焼排ガス系統２１の位置に設置されている。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいては、配設された混合用排ガス系統１５を通じて燃焼排ガス系統２１から燃焼排ガスの一部を分岐する前記燃焼排ガス系統２１の分岐点が、乾式電気集塵機６の下流側で該乾式電気集塵機６と脱硫装置７との間となる位置の燃焼排ガス系統２１に設置されており、前記酸素昇温用熱交換器４がＡ／Ｈ３の直下の下流側に設置されていることから、前記酸素昇温用熱交換器４を流下する燃焼排ガスの温度が高く、該酸素昇温用熱交換器４によって燃焼排ガスから回収する熱回収量が多くなるので、その分だけ前記酸素昇温用熱交換器４を小型化することが可能となる。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいては、酸素昇温用熱交換器４と給水加熱器５とを両者に共通した同一の容器内に設ける構成を採用しても良い。

本実施例における酸素昇温用熱交換器４の設置位置は、ボイラ給水および酸素の昇温目標温度、すなわち必要とする吸熱量により、また、機器および配管の配置の最適化により、決定される。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいても、図８で示したものと同等の排ガス処理系統の温度変化状況を得ること、並びに図９に示した排ガス処理系統の熱損失の低減を図ることが可能となる。

本実施例によっても、酸素燃焼型石炭火力発電システムの熱効率を向上させると共に、石炭ボイラから排出される燃焼排ガス中の凝縮水の発生、及び凝縮水への硫黄酸化物の溶解による酸性水の発生を抑制して火力発電システムの系統を構成する配管材料の腐食を未然に防止し得るようにした酸素燃焼型石炭火力発電システムが実現できる。

次に本発明の第６実施例である酸素燃焼型石炭火力発電システムについて図６を用いて説明する。

図６に示した本発明の第５実施例である酸素燃焼型石炭火力発電システムは、この酸素燃焼型石炭火力発電システムを構成する部分的な構成が、図４の第４実施例に示した酸素燃焼型石炭火力発電システムとその基本的な構成及び作用は同じであるので、これらの実施例に共通した構成の説明は省略し、相違する部分のみ以下に説明する。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムでは、Ａ／Ｈ３の下流側の燃焼排ガス系統２１に給水加熱器５が設置され、この給水加熱器５の下流側に酸素昇温用熱交換器４が設置され、この酸素昇温用熱交換器４の下流側に乾式電気集塵機６が順次設置されている。

更に本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムでは、燃焼排ガス系統２１から分岐して燃焼排ガスの一部を石炭ボイラ１に供給する混合用排ガス系統１５の分岐位置が、乾式電気集塵機６の下流側で、該乾式電気集塵機６と脱硫装置７との間の燃焼排ガス系統２１の位置に設置されている。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいては、配設された混合用排ガス系統１５を通じて燃焼排ガス系統２１から燃焼排ガスの一部を分岐する前記燃焼排ガス系統２１の分岐点が、乾式電気集塵機６の下流側で該乾式電気集塵機６と脱硫装置７との間となる位置の燃焼排ガス系統２１に設置されており、前記給水加熱器５がＡ／Ｈ３の直下の下流側に設置されていることから、前記給水加熱器５を流下する燃焼排ガスの温度が高く、該給水加熱器５によって燃焼排ガスから回収する熱回収量が多くなるので、その分だけ前記給水加熱器５を小型化することが可能となる。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいては、酸素昇温用熱交換器４と乾式電気集塵機６とを両者に共通した同一の容器内に設ける構成を採用しても良い。

本実施例における酸素昇温用熱交換器４の設置位置は、ボイラ給水および酸素の昇温目標温度、すなわち必要とする吸熱量により、また、機器および配管の配置の最適化により、決定される。

本実施例の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいても、図８で示したものと同等の排ガス処理系統の温度変化状況を得ること、並びに図９に示した排ガス処理系統の熱損失の低減を図ることが可能となる。

本実施例によっても、酸素燃焼型石炭火力発電システムの熱効率を向上させると共に、石炭ボイラから排出される燃焼排ガス中の凝縮水の発生、及び凝縮水への硫黄酸化物の溶解による酸性水の発生を抑制して火力発電システムの系統を構成する配管材料の腐食を未然に防止し得るようにした酸素燃焼型石炭火力発電システムが実現できる。

本発明は石炭を燃料とする酸素燃焼方式の石炭ボイラを備えた酸素燃焼型石炭火力発電システムに適用可能である。

１：ボイラ、２：脱硝装置、３：エアヒータ（Ａ／Ｈ）、４：酸素昇温用熱交換器、５：給水加熱器、６：乾式電気集塵機、７：脱硫装置、８：湿式電気集塵機、９：脱水装置、１０：ＣＯ_２吸脱着装置、１１：煙突、１２：酸素製造装置、１３：空気、２１：酸素供給系統、２２：混合用排ガス系統。

Claims (7)

1. 石炭を燃焼する石炭ボイラと、空気から酸素を分離させて酸素を発生する酸素製造装置とを備え、前記石炭ボイラから排出された燃焼排ガスを流下させる燃焼排ガス系統と、この燃焼排ガス系統から分岐して前記燃焼排ガスの一部を前記石炭ボイラに供給する混合用排ガス系統と、前記酸素製造装置で発生した酸素を流下させる酸素供給系統を前記混合用排ガス系統と接続して前記酸素供給系統を流れる酸素を前記混合用排ガス系統を流れる燃焼排ガスと混合させて石炭燃焼用の支燃ガスを形成し、前記混合用排ガス系統を通じてこの支焼ガスを前記石炭ボイラに供給するように構成した酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいて、
   酸素製造装置で発生した酸素を燃焼排ガスによって昇温する酸素昇温用熱交換器を前記燃焼排ガス系統に設置し、
   酸素を流下させる前記酸素供給系統を前記酸素製造装置からこの酸素昇温用熱交換器を経由して前記混合用排ガス系統に接続するように配設し、
   前記酸素昇温用熱交換器によって昇温させた酸素を前記混合用排ガス系統を流下する燃焼排ガスと混合させて所望の温度の支焼ガスを形成し、前記混合用排ガス系統を通じてこの支焼ガスを石炭ボイラに供給することを特徴とする酸素燃焼型石炭火力発電システム。
2. 請求項１に記載の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいて、
   前記石炭ボイラの下流側に配設した前記燃焼排ガス系統に、燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、この脱硝装置の下流側に設置されて該燃焼排ガスと支燃ガスとの熱交換を行うエアヒータと、このエアヒータの下流側に設置されて該燃焼排ガスによりボイラ給水を加熱する給水加熱器と、この給水加熱器の下流側に設置されて燃焼排ガス中の灰を除去する電気集塵機と、この電気集塵機の下流側に設置されて燃焼排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置と、この脱硫装置の下流側に設置されて燃焼排ガス中の水分を除去する脱水装置と、この脱水装置の下流側に設置されて燃焼排ガス中のＣＯ_２を回収するＣＯ_２吸脱着装置を備えており、
   前記脱水装置とＣＯ_２吸脱着装置との間に位置する燃焼排ガス系統から前記混合用排ガス系統を分岐させ、分岐した燃焼排ガスの一部を前記石炭ボイラに供給するように構成し、
   前記酸素昇温用熱交換器を前記電気集塵機と脱硫装置との間に位置する燃焼排ガス系統に配設し、
   前記酸素昇温用熱交換器での燃焼排ガスとの熱交換によって昇温した酸素を流下する前記酸素供給系統をエアヒータより上流側に位置する前記混合用排ガス系統に接続させて酸素と燃焼排ガスとのガス混合部を設け、
   前記ガス混合部によって酸素と燃焼排ガスとを混合させた支燃ガスを所望の温度に昇温させることを特徴とする、酸素燃焼型石炭火力発電システム。
3. 請求項１に記載の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいて、
   前記石炭ボイラの下流側に配設した前記燃焼排ガス系統に、燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、この脱硝装置の下流側に設置されて該燃焼排ガスと支燃ガスとの熱交換を行うエアヒータと、このエアヒータの下流側に設置されて該燃焼排ガスによりボイラ給水を加熱する給水加熱器と、この給水加熱器の下流側に設置されて燃焼排ガス中の灰を除去する電気集塵機と、この電気集塵機の下流側に設置されて燃焼排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置と、この脱硫装置の下流側に設置されて燃焼排ガス中の水分を除去する脱水装置と、この脱水装置の下流側に設置されて燃焼排ガス中のＣＯ_２を回収するＣＯ_２吸脱着装置を備えており、
   前記脱水装置とＣＯ_２吸脱着装置との間に位置する燃焼排ガス系統から前記混合用排ガス系統を分岐させ、分岐した燃焼排ガスの一部を前記石炭ボイラに供給するように構成し、
   前記酸素昇温用熱交換器を前記エアヒータと給水加熱器との間に位置する燃焼排ガス系統に配設し、
   前記酸素昇温用熱交換器での燃焼排ガスとの熱交換によって昇温した酸素を流下する前記酸素供給系統をエアヒータより上流側に位置する前記混合用排ガス系統に接続させて酸素と燃焼排ガスとのガス混合部を設け、
   前記ガス混合部によって酸素と燃焼排ガスとを混合させた支燃ガスを所望の温度に昇温させることを特徴とする、酸素燃焼型石炭火力発電システム。
4. 請求項１に記載の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいて、
   前記石炭ボイラの下流側に配設した前記燃焼排ガス系統に、燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、この脱硝装置の下流側に設置されて該燃焼排ガスと支燃ガスとの熱交換を行うエアヒータと、このエアヒータの下流側に設置されて該燃焼排ガスによりボイラ給水を加熱する給水加熱器と、この給水加熱器の下流側に設置されて燃焼排ガス中の灰を除去する電気集塵機と、この電気集塵機の下流側に設置されて燃焼排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置と、この脱硫装置の下流側に設置されて燃焼排ガス中の水分を除去する脱水装置と、この脱水装置の下流側に設置されて燃焼排ガス中のＣＯ_２を回収するＣＯ_２吸脱着装置を備えており、
   前記脱水装置とＣＯ_２吸脱着装置との間に位置する燃焼排ガス系統から前記混合用排ガス系統を分岐させ、分岐した燃焼排ガスの一部を前記石炭ボイラに供給するように構成し、
   前記酸素昇温用熱交換器を前記給水加熱器と電気集塵機との間に位置する燃焼排ガス系統に配設し、
   前記酸素昇温用熱交換器での燃焼排ガスとの熱交換によって昇温した酸素を流下する前記酸素供給系統をエアヒータより上流側に位置する前記混合用排ガス系統に接続させて酸素と燃焼排ガスとのガス混合部を設け、
   前記ガス混合部によって酸素と燃焼排ガスとを混合させた支燃ガスを所望の温度に昇温させることを特徴とする、酸素燃焼型石炭火力発電システム。
5. 請求項１に記載の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいて、
   前記石炭ボイラの下流側に配設した前記燃焼排ガス系統に、燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、この脱硝装置の下流側に設置されて該燃焼排ガスと支燃ガスとの熱交換を行うエアヒータと、このエアヒータの下流側に設置されて該燃焼排ガスによりボイラ給水を加熱する給水加熱器と、この給水加熱器の下流側に設置されて燃焼排ガス中の灰を除去する電気集塵機と、この電気集塵機の下流側に設置されて燃焼排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置とを備えており、
   前記電気集塵機と脱硫装置との間に位置する燃焼排ガス系統から前記混合用排ガス系統を分岐させ、分岐した燃焼排ガスの一部を前記石炭ボイラに供給するように構成し、
   前記酸素昇温用熱交換器を前記電気集塵機と脱硫装置との間に位置する燃焼排ガス系統に配設し、
   前記酸素昇温用熱交換器での燃焼排ガスとの熱交換によって昇温した酸素を流下する前記酸素供給系統をエアヒータより上流側に位置する前記混合用排ガス系統に接続させて酸素と燃焼排ガスとのガス混合部を設け、
   前記ガス混合部によって酸素と燃焼排ガスとを混合させた支燃ガスを所望の温度に昇温させることを特徴とする、酸素燃焼型石炭火力発電システム。
6. 請求項１に記載の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいて、
   前記石炭ボイラの下流側に配設した前記燃焼排ガス系統に、燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、この脱硝装置の下流側に設置されて該燃焼排ガスと支燃ガスとの熱交換を行うエアヒータと、このエアヒータの下流側に設置されて該燃焼排ガスによりボイラ給水を加熱する給水加熱器と、この給水加熱器の下流側に設置されて燃焼排ガス中の灰を除去する電気集塵機と、この電気集塵機の下流側に設置されて燃焼排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置とを備えており、
   前記電気集塵機と脱硫装置との間に位置する燃焼排ガス系統から前記混合用排ガス系統を分岐させ、分岐した燃焼排ガスの一部を前記石炭ボイラに供給するように構成し、
   前記酸素昇温用熱交換器を前記エアヒータと給水加熱器との間に位置する燃焼排ガス系統に配設し、
   前記酸素昇温用熱交換器での燃焼排ガスとの熱交換によって昇温した酸素を流下する前記酸素供給系統をエアヒータより上流側に位置する前記混合用排ガス系統に接続させて酸素と燃焼排ガスとのガス混合部を設け、
   前記ガス混合部によって酸素と燃焼排ガスとを混合させた支燃ガスを所望の温度に昇温させることを特徴とする、酸素燃焼型石炭火力発電システム。
7. 請求項１に記載の酸素燃焼型石炭火力発電システムにおいて、
   前記石炭ボイラの下流側に配設した前記燃焼排ガス系統に、燃焼排ガス中の窒素酸化物を除去する脱硝装置と、この脱硝装置の下流側に設置されて該燃焼排ガスと支燃ガスとの熱交換を行うエアヒータと、このエアヒータの下流側に設置されて該燃焼排ガスによりボイラ給水を加熱する給水加熱器と、この給水加熱器の下流側に設置されて燃焼排ガス中の灰を除去する電気集塵機と、この電気集塵機の下流側に設置されて燃焼排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置とを備えており、
   前記電気集塵機と脱硫装置との間に位置する燃焼排ガス系統から前記混合用排ガス系統を分岐させ、分岐した燃焼排ガスの一部を前記石炭ボイラに供給するように構成し、
   前記酸素昇温用熱交換器を前記給水加熱器と電気集塵機との間に位置する燃焼排ガス系統に配設し、
   前記酸素昇温用熱交換器での燃焼排ガスとの熱交換によって昇温した酸素を流下する前記酸素供給系統をエアヒータより上流側に位置する前記混合用排ガス系統に接続させて酸素と燃焼排ガスとのガス混合部を設け、
   前記ガス混合部によって酸素と燃焼排ガスとを混合させた支燃ガスを所望の温度に昇温させることを特徴とする、酸素燃焼型石炭火力発電システム。

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