JP2011208846A - ボイラ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】蒸気タービン効率を可能な限り保持しつつ、吸収液を効率良く再生できる熱源を発生するボイラ装置を提供すること。
【解決手段】蒸気タービン系統５００の作動流体となる水を予熱する節炭器５４と、節炭器５４の下流に設置された空気予熱器６９と、節炭器５４の下流に設置された蒸発器５と、蒸発器５からの水蒸気を利用して飽和水蒸気を発生する蒸発器ドラム６と、蒸発器ドラム６からの飽和水蒸気を利用して再生塔２３からの吸収液を蒸発させるリボイラ２０と、蒸発器ドラム６からの飽和水蒸気が流通する蒸気管１４に接続された蒸気バイパス管１５と、蒸気バイパス管１５に設置された蒸気逃がし弁１６と、空気予熱器６９と吸収塔２６を接続する排ガス管４０に接続された排ガスバイパス管４４と、排ガスバイパス管４４に設置されたバタフライ弁４３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は排気ガスから二酸化炭素を分離回収する装置を備える発電プラントに設置されるボイラ装置に関する。
蒸気タービンを備える発電プラントには、蒸気を発生させるために利用した排ガス中の二酸化炭素を分離回収するための装置（二酸化炭素分離回収装置）が設置されることがある。この種の二酸化炭素分離回収装置には、アミン等の吸収液と排ガスを接触させて二酸化炭素を吸収する吸収塔と、当該吸収塔からの吸収液を加熱して二酸化炭素を分離することで当該吸収液を再生する再生塔が設置されている。
上記の再生塔における吸収液の加熱源としては、蒸気タービンの作動流体（蒸気）を利用する方法が知られているが、この方法では蒸気タービン効率が大幅に低下してしまう。この点を鑑みた技術として、再生塔内の吸収液の一部と排ガスを熱交換させる熱交換器（吸収液再生熱交換器）をボイラ装置内の脱硝装置の出口側に設置し、当該熱交換器に吸収液の一部をポンプで循環供給することで再生塔内の吸収液を加熱するものが開示されている（特開平７−３１８３４号公報）。
特開平７−３１８３４号公報
しかし、上記の技術では、再生塔の熱源として蒸気を利用しておらず、吸収液再生熱交換器で加熱された吸収液（液体）を利用している。そのため蒸気を利用した場合と比較して熱量が不足して、再生塔で吸収液を充分に再生できないおそれがある。
また、上記の技術では、吸収液再生熱交換器において吸収液と排ガスを熱交換することで吸収液を加熱している。このように吸収液と排ガスを熱交換させている場合に、何らかの理由で再生塔の機能が停止して吸収液再生熱交換器への吸収液の供給が停止すると、当該熱交換器での熱交換が行われなくなり、ボイラ装置における熱バランスが大きく崩れるおそれがある。すなわち、上記の技術では二酸化炭素分離回収装置が停止するとボイラ装置を単独運転することが難しくなり、最悪の場合には蒸気タービンを稼働できなくなるおそれがある。
本発明の目的は、蒸気タービン効率を可能な限り保持しつつ、吸収液を効率良く再生できる熱源を発生するボイラ装置を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するために、吸収液で排ガス中の二酸化炭素を吸収する吸収装置、当該吸収装置で二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を分離する再生装置、及び蒸気タービン系統を有する発電プラントに設置され、燃料と燃焼用空気により燃焼ガスを発生するボイラ装置であって、水と燃焼ガスを熱交換することで前記蒸気タービン系統の作動流体となる水を予熱する節炭器と、この節炭器の下流に設置され、燃焼用空気と燃焼ガスを熱交換することで燃焼用空気を加熱する空気予熱器と、前記節炭器の下流に設置され、水と燃焼ガスを熱交換することで飽和水蒸気を発生する第１蒸気発生手段と、この第１蒸気発生手段からの飽和水蒸気と前記再生装置からの吸収液を熱交換することで吸収液を蒸発させる第２蒸気発生手段と、前記第１蒸気発生手段と前記第２蒸気発生手段を接続する蒸気管と、この蒸気管に接続された蒸気バイパス管と、この蒸気バイパス管に設置され、当該蒸気バイパス管における飽和水蒸気の流通を開放・遮断する手段と、前記空気予熱器と前記吸収装置を接続する排ガス管と、この排ガス管に接続された排ガスバイパス管と、この排ガスバイパス管に設置され、当該排ガスバイパス管における排ガスの流通を開放・遮断する手段とを備えるものとする。
本発明によれば、蒸気タービン効率を低下させることなく、二酸化炭素を吸収した吸収液を効率良く再生することができる。
本発明の第１の実施の形態に係る発電プラントの概略図。 本発明の第２の実施の形態に係る発電プラントの概略図。
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る発電プラントの概略図である。この図に示す発電プラントは、蒸気タービン系統５００と、二酸化炭素分離回収装置２００を備えている。
蒸気タービン系統５００は、脱気器９と、ボイラ装置１００と、高圧タービン３と、中圧タービン８と、低圧タービン（図示せず）と、復水器（図示せず）を備えている。二酸化炭素分離回収装置２００は、吸収塔２６と、再生塔２３と、リボイラ２０を備えている。
脱気器９は、復水器から供給される復水を中圧タービン８からの抽気蒸気により加熱脱気する。本実施の形態では、脱気器９で脱気された水は給水ポンプ５０又は給水ポンプ８０によって主ボイラ節炭器５４又は蒸発器ドラム６に供給されている。
ボイラ装置１００は、主ボイラ１と、空気予熱器６９と、バーナ６２と、主ボイラ節炭器５４と、主ボイラ蒸発器５５と、主ボイラ１次過熱器５６と、再熱器５９と、主ボイラ２次過熱器５８と、蒸発器５と、蒸発器ドラム６と、蒸気管１４と、蒸気バイパス管１５と、蒸気逃がし弁１６を備えている。
空気予熱器６９は、入口ダクト６０から吸い込んだ燃焼用空気６８と第１燃焼ガス流路６１を通過してきた燃焼ガス９０とを熱交換することで燃焼用空気６８を加熱するもので、燃焼ガス流通方向において主ボイラ節炭器５４の下流側に設置されている。
バーナ６２にはボイラ燃料（例えば、化石燃料）が供給されており、当該ボイラ燃料は空気予熱器６９からの燃焼空気６８と燃焼して高温の燃焼ガスが発生する。発生した燃焼ガス６３は、主ボイラ１内における主ボイラ２次過熱器５８、再熱器５９、主ボイラ１次過熱器５６、主ボイラ蒸発器５５、主ボイラ節炭器５４、空気予熱器６９及び蒸発器５等で順次熱交換をして排ガス管（排ガスダクト）４０に排出される。
主ボイラ節炭器５４は、給水管５３を介して脱気器９と接続されており、給水管５３から供給される給水を予熱する。給水管５３には、給水ポンプ５０と、流量調整弁５１と、高圧給水加熱器５２が設置されている。主ボイラ蒸発器５５は、主ボイラ節炭器５４で加熱された水を蒸発させる部分である。主ボイラ１次過熱器５６は、主ボイラ蒸発器５５からの水蒸気を過熱する部分である。主ボイラ２次過熱器５８は、主ボイラ１次過熱器５６からの過熱蒸気をさらに過熱する部分である。主ボイラ２次過熱器５８で発生した過熱蒸気（主蒸気）は、主蒸気管２を介して高圧タービン３に作動流体として導入され、高圧タービン３を回転駆動する。
高圧タービン３を回転駆動した蒸気は、排気管４を介して主ボイラ１内の再熱器５９に導入されて再び過熱される。再熱器５９で過熱された蒸気は、蒸気管７を介して中圧タービン８に作動流体として導入され、中圧タービン８を回転駆動する。中圧タービン８を回転駆動した蒸気は、低圧タービンを回転駆動した後に復水器で復水される。復水器で復水された水はポンプ（図示せず）で昇圧されて給水加熱器（図示せず）で適宜加熱されながら脱気器９に供給される。
蒸発器５と蒸発器ドラム６は、蒸気タービン系統５００の作動流体の発生に利用された後の燃焼ガス６６の熱を利用して、吸収液の再生に利用される飽和水蒸気を発生する蒸気発生手段（第１の蒸気発生手段）として機能している。
蒸発器５は、蒸発器ドラム６からの水と主蒸気の発生に利用された後の燃焼ガス６６とを熱交換することで水蒸気を発生するもので、主ボイラ１内の燃焼ガス流通方向において主ボイラ節炭器５４の下流側に設置されている。蒸発器５には降水管１０を介して蒸発器ドラム６内の水が導入されており、蒸発器５で発生した水蒸気は蒸発器管１１を介して蒸発器ドラム６に供給される。
本実施の形態における蒸発器５は、図１に示すように、空気予熱器６９が設置された第１燃焼ガス流路６１と並列に設置された第２燃焼ガス流路９１に設置されている。第２燃焼ガス流路９１の上流側は主ボイラ節炭器５４と空気予熱器６９の間に接続されており、第２燃焼ガス流路９１の下流側は空気予熱器６９の下流側に接続されている。このように設けた第２燃焼ガス流路９１に蒸発器５を設置すると、空気予熱器６９に導入される燃焼ガス９０と略同じ温度の燃焼ガス６６を蒸発器５に導入することができるので、空気予熱器６９と蒸発器５を直列に配置して両者に異なる温度の燃焼ガスを導入する場合（後に説明する第２の実施の形態）と比較してボイラ装置１００の設計が容易になる。また、第２燃焼ガス流路９１は既設ボイラ装置に追加設置可能なので、既設ボイラ装置を改造して本発明を適用する場合には本実施の形態のような構成とすることが好ましい。
ところで、第２燃焼ガス流路９１における蒸発器５の上流側及び下流側には、本実施の形態のように第２燃焼ガス流路９１における燃焼ガスの流通を開放・遮断する手段としてダンパ８６及びダンパ８７を設置することが好ましい。このようにダンパ８６，８７を設置すると、リボイラ２０に水蒸気を供給する必要がない場合に第２燃焼ガス流路９１を遮断することができるので、蒸発器５の機能を停止することができる。また、リボイラ２０用の飽和蒸気を発生させて燃焼ガスの熱を無駄に消費してしまうという事態を回避することもできる。なお、第２燃焼ガス流路９１を遮断すると第１燃焼ガス流路６１へ流れ込む燃焼ガスの流量が増加して空気予熱器６９で交換可能な熱量が増加するが、これに合わせて空気予熱器６９に導入する燃焼空気６８の流量をファン等の流量調節手段で増加させる等すれば、ボイラ装置１００内で当該増加した熱量を回収することができる。
蒸発器ドラム６は、蒸発器５からの水蒸気と脱気器９からの水を直接接触させて飽和水蒸気を発生するもので、主ボイラ１の火炉外に設置されている。蒸発器ドラム６で発生される飽和水蒸気は、主ボイラ２次過熱器５８等を介して発生される主蒸気よりも相対的に低温・低圧のものである。また、蒸発器ドラム６と脱気器９を接続する管には、脱気器９から蒸発器ドラム６への給水量を調整する流量調整弁８１が設置されている。蒸発器ドラム６内の圧力は、蒸気管１４における蒸発器ドラム６の出口側に設置されたドラム圧力調整弁１３によって調整することができる。蒸発器ドラム６で発生した飽和水蒸気は、蒸気管１４上の圧力調整弁１３及び圧力調整弁３４で減圧されて低温低圧の蒸気となり、リボイラ２０に熱源として供給される。
蒸気管１４は蒸発器ドラム６とリボイラ２０を接続しており、蒸気管１４には蒸発器ドラム６で発生した飽和水蒸気が流通している。また、蒸気管１４には、蒸気バイパス管１５が接続されている。蒸気バイパス管１５は復水器に接続されており、蒸気バイパス管１５には、蒸気管１４から蒸気バイパス管１５への飽和水蒸気の流通の開放・遮断を制御する手段として、蒸気逃がし弁１６が設置されている。蒸気逃がし弁１６を閉じると、蒸発器ドラム６からの飽和水蒸気をリボイラ２０に供給することができる。一方、蒸気逃がし弁１６を開くと、飽和水蒸気をリボイラ２０に供給することなく復水器へ逃がすことができる。
リボイラ２０は、蒸気管１４からの飽和水蒸気と再生塔２３からの吸収液とを熱交換することで当該吸収液を蒸発させるもの（第２の蒸気発生手段）で、再生塔２３内のリッチ吸収液を再生可能な温度にまで当該蒸気を加熱している。リボイラ２０には、再生塔２３に貯留した吸収液が流通する吸収液抜き出し管２４と、当該吸収液が飽和水蒸気に加熱されて発生した蒸気が流通する蒸気管２５が接続されている。蒸気管２５は再生塔２３と接続されており、リボイラ２０で発生した蒸気はリッチ吸収液から二酸化炭素を分離する際の熱源として利用される。蒸気管１４を介してリボイラ２０に供給された水蒸気は、リボイラ２０内で吸収液抜き出し管２４からの吸収液と熱交換して凝縮し、ドレン管２２を介して蒸気タービン系統５００におけるタービン復水系のドレン回収系統に供給され、再び脱気器９に供給される。
ところで、本実施の形態における蒸気管１４は、蒸気バイパス管１５との接続部の下流側において分岐しており、当該分岐点の下流側にはリクレーマ２１（吸収液浄化装置）が設置されている。リクレーマ２１は、蒸気管１４からの飽和水蒸気と再生塔２３からの吸収液とを熱交換することで吸収液に含まれる不純物を分離させて系外に排出する。リクレーマ２１にはリボイラ２０と同様に抜き出し管２４を介して吸収液が供給されており、ここで浄化された吸収液（蒸気）はリボイラ２０で発生した蒸気とともに蒸気管２５を介して再生塔２３に還流される。蒸気管１４に設置された圧力制御弁３４及び圧力制御弁３５は、リボイラ２０及びリクレーマ２１に供給する水蒸気の流量を調整するものであり、これによりリボイラ２０及びリクレーマ２１で発生する蒸気の温度・圧力を所望の値に調整することができる。
排ガス管４０は、空気予熱器６９及び蒸発器５を通過した燃焼ガス（排ガス）７１が流通するもので、吸収塔２６と接続されている。すなわち、排ガス管４０からの排ガス７１は、二酸化炭素分離回収装置２００の原料ガスとして吸収塔２６に供給される。排ガス管４０には、排ガス７１の流通方向の上流から下流に向かって、脱硫装置７３、精密脱硫装置７４、昇圧ファン４１及び冷却器４２が設置されている。
排ガス管４０における精密脱硫装置７４と昇圧ファン４１の間には、排ガスバイパス管４４が接続されている。排ガスバイパス管４４には、排ガスバイパス管４４における排ガスの流通を開放・遮断する手段としてバタフライ弁４３が設置されている。排ガスバイパス管４４は排ガス流通方向における下流側において排ガス管４５と接続されており、排ガス管４５は煙突４６に接続されている。バタフライ弁４３を閉じると、ボイラ装置１００の排ガス７１は、昇圧ファン４１及び冷却器４２に介して吸収塔２６に供給される。一方、バタフライ弁４３を開くと、ボイラ装置１００の排ガス７１は、吸収塔２６に供給されることなく煙突４６を介して系外（大気中）に放出される。
吸収塔（吸収装置）２６は、排ガス管４０からの排ガスとアミン等の吸収液とを直接接触させることで排ガス中の二酸化炭素を吸収している。吸収塔２６内で二酸化炭素を分離された排ガスは、排ガス管４５及び煙突４６を介して系外に放出される。一方、吸収塔２６で二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ吸収液）は、移送ポンプ２７によって昇圧され熱交換器２８で加熱された後に再生塔２３に供給される。
再生塔（再生装置）２３は、吸収塔２６で二酸化炭素を吸収したリッチ吸収液とリボイラ２０からの蒸気とを直接接触させることで当該リッチ吸収液を加熱し、当該リッチ吸収液から二酸化炭素を分離している。再生塔２３内に貯留した吸収液の一部は、抜き出し管２４を介してリボイラ２０及びリクレーマ２１にそれぞれ分岐して供給される。リボイラ２０及びリクレーマ２１で加熱されて蒸発した吸収液は、蒸気管２５を介して再生塔２３に戻されてリッチ吸収液を加熱する熱源として利用される。また、再生塔２３内で二酸化炭素を分離された吸収液（リーン吸収液）の一部は、移送ポンプ２９によって昇圧されて冷却器３０で冷却された後に吸収塔２６に供給され、排ガス７１から二酸化炭素を分離するために再度利用される。すなわち上記の構成により、吸収液は吸収塔２６と再生塔２３の間を循環するようになっている。
一方、再生塔２３内で吸収液から分離された二酸化炭素は、再生塔２３の出口に設置された冷却器３１を介してリフレックスドラム３２に供給される。リフレックスドラム３２は二酸化炭素ガスに含まれる水分を分離するもので、リフレックスドラム３２で水分を分離された二酸化炭素は、リフレックスドラム３２に接続された排気管４７を介して二酸化炭素の液化貯留設備（図示せず）に供給される。リフレックスドラム３２で分離された水分は、ポンプ３３で昇圧されて再生塔２３に戻される。
次に、上記のように構成される発電プラントの動作について説明する。
一般的に、二酸化炭素分離回収装置における再生塔のリボイラが要求する蒸気は、過熱蒸気ではなく、約0.3MPaG／143℃程度の飽和蒸気である。一方、一般的な大型タービンが発電用に要求する蒸気の圧力／温度条件は年々高くなっており、一例を挙げると、最近の大型事業用火力発電ボイラではボイラ蒸気条件として超臨界圧蒸気条件（25MPaG／600℃）が多く採用されている。すなわち、再生塔のリボイラが要求する蒸気条件との発電に必要な蒸気条件の差は非常に大きい。言い換えると、リボイラが要求する蒸気条件は超臨界圧蒸気条件のような過熱エネルギーなど必要でなく、低温の飽和蒸気が多量に必要である。そこで、本実施の形態では、再生塔２３のリボイラ２０が要求する蒸気を主ボイラ１の燃焼ガスにより発生させるために、主ボイラ節炭器５４の出口に蒸発器５を設け、ボイラ１の火炉外に蒸発器ドラム６を設けることにより、主ボイラ１において発電用の主蒸気のみならずリボイラ用の低圧低温蒸気も同時に発生させることを可能とした。このように主ボイラ１を構成すると、再生塔２３のリボイラ２０に主蒸気の一部を送気する必要がなくなる。ゆえに、蒸気タービンの効率低下を抑制することができる。また、これにより、蒸気タービン系統５００からリボイラ２０用に蒸気を抽気する際に利用していた、主蒸気を減圧／減温する配管弁装置等を省略することができるので、これによる経済効果も得られる。さらに、リボイラ２０専用の補助ボイラが不要となることによる経済効果も得られる。
そこで、上記のように構成される発電プラントにおいて、蒸気タービン系統５００を稼働させつつ、二酸化炭素分離回収装置２００を稼働させるとき（すなわち、再生塔２３及び吸収塔２６を稼働させるとき）は、ダンパ８６及びダンパ８７を開くとともに、蒸気逃がし弁１６及びバタフライ弁４３を閉じる。
このようにダンパ８６，８７を開くと、第２燃焼ガス流路９１が開放されて、蒸発器５に燃焼ガスが導入される。これにより蒸発器５で蒸気が発生し、当該蒸気により蒸発器ドラム６内の水が加熱されて飽和水蒸気が発生する。このとき蒸気逃がし弁１６は閉じられているので、蒸発器ドラム６で発生した飽和水蒸気は蒸気管１４を介してリボイラ２０内に導入される。リボイラ２０内に導入された水蒸気は、抜き出し管２４を介して導入される吸収液を加熱して蒸発させる。リボイラ２０で蒸発した吸収液は、蒸気管２５を介して再生塔２３内に導入されて、吸収塔２６からのリッチ吸収液と接触し、当該リッチ吸収液から二酸化炭素を分離する。
また、バタフライ弁４３は閉じられているので、排ガス管４０を流通してきた排ガス７１は、昇圧ファン４１及び冷却器４２を介して吸収塔２６に供給される。上記のように再生塔２３で再生された吸収液（リーン吸収液）は、吸収塔２６内で主ボイラ１からの排ガスと接触し、当該排ガスから二酸化炭素を吸収する。二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ吸収液）は、移送ポンプ２７及び熱交換器２８を介して再生塔２３に導入されて再生される。以後、吸収液は、吸収塔２６と再生塔２３の間を循環流通し、排ガス中の二酸化炭素の回収・分離を繰り返していく。
ところで、上記のように蒸気タービン系統５００及び二酸化炭素分離回収装置２００を稼働させている状態から、当該装置２００を停止するとき又は当該装置２００が停止したとき（すなわち、再生塔２３及び吸収塔２６が停止したとき）は、蒸気逃がし弁１６及びバタフライ弁２３を開く。
このように蒸気逃がし弁１６を開くと、蒸発器ドラム６で発生した飽和水蒸気は、リボイラ２０に供給されることなく蒸気バイパス管１５を介して復水器に排出される。また、バタフライ弁２３を開くと、主ボイラ１からの排ガス７１は、吸収塔２６に供給されることなく排ガスバイパス管４４を介して煙突４６から直接排出される。このとき、高圧タービン３、中圧タービン８及び低圧タービンには、二酸化炭素分離回収装置２００が停止する前の状態と変わらない作動流体が供給され続けるので、二酸化炭素分離回収装置２００の稼働状況に関わらず蒸気タービン系統５００を連続運転することができる。また、二酸化炭素分離回収装置２００についても、蒸気タービン系統５００を起動させた後の単独起動が可能となるので、二酸化炭素分離回収装置２００を柔軟に運用することができる。したがって、本実施の形態によれば、蒸気タービン効率を低下させることなく、二酸化炭素を吸収した吸収液を効率良く再生することができる。
なお、上記では、蒸気逃がし弁１６を閉じる操作とともにダンパ８６，８７を全閉操作することが好ましい。このようにダンパ８６，８７を操作すると、第２燃焼ガス流路９１への燃焼ガスの流通を遮断することができるので、主ボイラ１を連続運転させたまま蒸発器ドラム６における飽和水蒸気の発生を安全に停止することができる。また、これにより主ボイラ１で発生した燃焼ガスの熱を他の用途に利用することもできる。
図２は本発明の第２の実施の形態に係る発電プラントの概略図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する。この図に示す発電プラントは、ボイラ装置３００を備えている。ボイラ装置３００は、空気予熱器８５と、蒸発器９６を備えている。
空気予熱器８５は、蒸発器９６を通過してきた燃焼ガス６７と燃焼用空気６８とを熱交換することで燃焼用空気６８を加熱するもので、第１燃焼ガス流路６１に設置されている。蒸発器９６は、蒸発器ドラム６からの水と主蒸気の発生に利用された後の燃焼ガス９０とを熱交換することで水蒸気を発生するもので、第１燃焼ガス流路６１において、燃焼ガス流通方向における空気予熱器８５の上流側に位置するように設置されている。すなわち、蒸発器９６は空気予熱器８５と直列に設置されている。
このように、第１燃焼ガス流路６１において、蒸発器９６を上流側に設置しつつ、空気予熱器８５をその下流側に設置しても、蒸発器９６及び蒸発器ドラム６によって飽和水蒸気を発生することができる。したがって、再生塔２３及び吸収塔２６が停止したときに蒸気逃がし弁１６及びバタフライ弁２３を開けば、第１の実施の形態と同様に、二酸化炭素分離回収装置２００の稼働状況に関わらず蒸気タービン系統５００を連続運転することができる。
また、本実施の形態においても、再生塔２３及び吸収塔２６が停止したときには、第１の実施の形態と同様に蒸発器ボイラ６で飽和水蒸気が発生しないようにすることが好ましい。そこで、本実施の形態のボイラ装置では、図２に示すように、ダンパ８３及びダンパ８４と、第２燃焼ガス流路９１と、ダンパ９４及びダンパ９５を設置している。
ダンパ８３及びダンパ８４は、第１燃焼ガス流路６１における蒸発器９６の上流側及び下流側に設置されており、蒸発器９６への燃焼ガス９０の流通を開放・遮断する手段として機能する。
第２燃焼ガス流路９１は、その下流側端部が蒸発器９６と空気予熱器８５の間に位置するように、第１燃焼ガス流路６１に接続されている。すなわち、本実施の形態では、蒸発器９６は、第１燃焼ガス流路６１における第２燃焼ガス流路９１の合流点よりも燃焼ガス流通方向における上流側に位置しており、空気予熱器８５は、第１燃焼ガス流路６１における第２燃焼ガス流路９１の合流点よりも燃焼ガス流通方向における下流側に位置している。これにより、第２燃焼ガス流路９１は、蒸発器９６を通過する直前の燃焼ガスを、当該蒸発器９６に通過させることなく当該蒸発器９６と空気予熱器８５の間に供給するバイパス流路として機能する。
ダンパ９４及びダンパ９５は、第２燃焼ガス流路９１の上流側及び下流側に設置されており、第２燃焼ガス流路９１における燃焼ガスの流通を開放・遮断する手段として機能する。
このようにボイラ装置３００を構成すれば、再生塔２３及び吸収塔２６が稼働しているときには、ダンパ８３及びダンパ８４を全開するとともにダンパ９４及びダンパ９５を全閉すれば、第１燃焼ガス流路９１のみに燃焼ガスを流通させることができ、蒸発器ドラム６で飽和水蒸気を発生させることができる。一方、再生塔２３及び吸収塔２６が停止したときには、それまで開いていたダンパ８３及びダンパ８４を全閉するとともに、それまで閉じていたダンパ９４及びダンパ９５を全開すれば、蒸発器９６への燃焼ガスの流通を遮断でき、蒸発器ドラム６における飽和水蒸気の発生を停止することができる。
なお、上記のようにダンパ８３，８４，９４，９５を操作すると、主ボイラ節炭器５４を通過した燃焼ガスが第２燃焼ガス流路９１を介して空気予熱器８５に直接流入することになるので、ダンパ８３，８４，９４，９５を操作する前よりも空気予熱器８５に流入する燃焼ガス６７の温度が上昇する。そのため、蒸気タービン系統５００の効率を保持しながら連続運転する観点からは、ダンパ８３，８４，９４，９５の操作の前後で、ボイラ装置３００における熱バランスを保持する工夫を施すことが好ましい。この種の工夫としては、まず、（Ａ）燃焼ガス６７の温度上昇に合わせて燃焼空気６８の流量をファン等の流量調節手段で増加させることで熱バランスを保持する方法がある。また、図２中に破線で示したように、（Ｂ）第２燃焼ガス流路９１を流通する燃焼ガスを空気予熱器８５に通過させることなく当該空気予熱器８５の下流側に供給する第３燃焼ガス流路９２を設置し、その第３燃焼ガス流路９２に対して、当該第３燃焼ガス流路９２を流通する燃焼ガスの流量を調整する手段としてダンパ９３を設置する方法がある。このようにボイラ装置３００を構成すると、第３燃焼ガス流路を通過する燃焼ガスの流量をダンパ９３で調整することで、空気予熱器８５に流入する燃焼ガス６７の熱量がダンパ８３，８４，９４，９５の操作の前と同程度になるように調節することができる。なお、この（Ｂ）の場合において、空気予熱器８５に導入される燃焼ガス６７の熱量をさらに細かく調節する必要があるときには、第１燃焼ガス流路６１における空気予熱器８５の入口側にダンパをさらに設置し、当該ダンパによって空気予熱器８５に導入される燃焼ガスの流量を適宜調整すれば良い。
１…主ボイラ、２…主蒸気管、３…高圧タービン、４…排気管、５…蒸発器、６…蒸発器ドラム、７…蒸気管、８…中圧タービン、９…脱気器、１０…降水管、１１…蒸発器管、１３…ドラム圧力調整弁、１４…蒸気管、１５…蒸気バイパス管、１６…蒸気逃がし弁、２０…リボイラ、２１…リクレーマ、２２…ドレン管、２３…再生塔、２４…吸収液抜き出し管、２５…蒸気管、２６…吸収塔、２７…リッチ吸収液移送ポンプ、２８…吸収液熱交換器、２９…リーン吸収液移送ポンプ、３０…リーン吸収液冷却器、３１…冷却器、３２…リフラックスドラム、３３…水回収ポンプ、３４…圧力調整弁、３５…圧力調整弁、４０…排ガス管、４１…昇圧ファン、４２…排ガス冷却器、４３…バタフライ弁、４４…排ガスバイパス管、４５…排ガス管、４６…煙突、５０…給水ポンプ、５１…給水流量調整弁、５２…高圧給水加熱器、５３…給水管、５４…主ボイラ節炭器、５５…主ボイラ蒸発器、５６主ボイラ１次過熱器…、５７…主ボイラ２次過熱器入り口管、５８…主ボイラ２次過熱器、５９…再熱器、６０…入り口空気ダクト、６１…第１燃焼ガス流路、６２…燃料バーナ、６３…燃焼ガス、６８…燃焼用空気、６９…空気予熱器、７１…排ガス、７３…脱流装置、７４…精密脱流装置、８０…給水ポンプ、８１…給水流量調整弁、８３…入り口ダンパ、８４…出口ダンパ、８５…空気予熱器、８６…入り口ダンパ、８７…出口ダンパ、９１…第２燃焼ガス流路、９２…第３燃焼ガス流路、９３…燃焼ガス流量調整ダンパ、９４…入り口ダンパ、９５…出口ダンパ、９６…蒸発器、１００…ボイラ装置、２００…二酸化炭素分離回収装置、３００…ボイラ装置、５００…蒸気タービン系統

Claims (9)

  1. 吸収液で排ガス中の二酸化炭素を吸収する吸収装置、当該吸収装置で二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を分離する再生装置、及び蒸気タービン系統を有する発電プラントに設置され、燃料と燃焼用空気により燃焼ガスを発生するボイラ装置であって、
    水と燃焼ガスを熱交換することで前記蒸気タービン系統の作動流体となる水を予熱する節炭器と、
    この節炭器の下流に設置され、燃焼用空気と燃焼ガスを熱交換することで燃焼用空気を加熱する空気予熱器と、
    前記節炭器の下流に設置され、水と燃焼ガスを熱交換することで飽和水蒸気を発生する第１蒸気発生手段と、
    この第１蒸気発生手段からの飽和水蒸気と前記再生装置からの吸収液を熱交換することで吸収液を蒸発させる第２蒸気発生手段と、
    前記第１蒸気発生手段と前記第２蒸気発生手段を接続する蒸気管と、
    この蒸気管に接続された蒸気バイパス管と、
    この蒸気バイパス管に設置され、当該蒸気バイパス管における飽和水蒸気の流通を開放・遮断する手段と、
    前記空気予熱器と前記吸収装置を接続する排ガス管と、
    この排ガス管に接続された排ガスバイパス管と、
    この排ガスバイパス管に設置され、当該排ガスバイパス管における排ガスの流通を開放・遮断する手段とを備えることを特徴とするボイラ装置。
  2. 吸収液で排ガス中の二酸化炭素を吸収する吸収塔、当該吸収塔で二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を分離する再生塔、及び蒸気タービン系統を有する発電プラントに設置され、燃料と燃焼用空気により燃焼ガスを発生するボイラ装置であって、
    水と燃焼ガスを熱交換することで前記蒸気タービン系統の作動流体となる水を予熱する節炭器と、
    この節炭器の下流に設置され、燃焼用空気と燃焼ガスを熱交換することで燃焼用空気を加熱する空気予熱器と、
    前記節炭器の下流に設置され、水と燃焼ガスを熱交換することで水蒸気を発生する蒸発器と、
    この蒸発器からの水蒸気と水を接触させて飽和水蒸気を発生する蒸発器ドラムと、
    この蒸発器ドラムに接続され、前記蒸発器ドラムからの飽和水蒸気が流通する蒸気管と、
    この蒸気管からの飽和水蒸気と前記再生塔からの吸収液を熱交換することで吸収液を蒸発させるリボイラと、
    前記蒸気管に接続された蒸気バイパス管と、
    この蒸気バイパス管に設置され、当該蒸気バイパス管における飽和水蒸気の流通を開放・遮断する手段と、
    前記空気予熱器を通過した排ガスが流通し、前記吸収塔に接続された排ガス管と、
    この排ガス管に接続された排ガスバイパス管と、
    この排ガスバイパス管に設置され、当該排ガスバイパス管における排ガスの流通を開放・遮断する手段とを備えることを特徴とするボイラ装置。
  3. 請求項１に記載のボイラ装置において、
    前記飽和水蒸気の開放・遮断手段は、前記再生装置が稼働している間は水蒸気の流通を遮断し、当該装置が停止している間は水蒸気の流通を開放し、
    前記排ガスの開放・遮断手段は、前記吸収装置が稼働している間は排ガスの流通を遮断し、当該装置が停止している間は排ガスの流通を開放することを特徴とするボイラ装置。
  4. 請求項２に記載のボイラ装置において、
    前記蒸発器は、前記空気予熱器が設置された燃焼ガス流路と並列に設置された他の燃焼ガス流路に設置されていることを特徴とするボイラ装置。
  5. 請求項４に記載のボイラ装置において、
    前記他の燃焼ガス流路には、当該他の燃焼ガス流路における燃焼ガスの流通を開放・遮断する手段が設置されていることを特徴とするボイラ装置。
  6. 請求項２に記載のボイラ装置において、
    前記蒸発器は、前記空気予熱器が設置された燃料ガス流路において、前記空気予熱器の上流に位置するように設置されていることを特徴とするボイラ装置。
  7. 請求項６に記載のボイラ装置において、
    前記蒸発器を通過する直前の燃焼ガスを、前記蒸発器に通過させることなく前記蒸発器と前記空気予熱器の間に供給するバイパス流路と、
    前記燃料ガス流路に設置され、前記蒸発器への燃焼ガスの流通を開放・遮断する手段と、
    前記バイパス流路に設置され、当該バイパス流路における燃焼ガスの流通を開放・遮断する手段とをさらに備えることを特徴とするボイラ装置。
  8. 請求項７に記載のボイラ装置において、
    前記バイパス流路を流通する燃焼ガスを前記空気予熱器に通過させることなく前記空気予熱器の下流側に供給する他のバイパス流路と、
    前記他のバイパス流路に設置され、当該他のバイパス流路を流通する燃焼ガスの流量を調節する手段とを更に備えることを特徴とするボイラ装置。
  9. 蒸気タービンと、
    水と燃焼ガスを熱交換して前記蒸気タービンを駆動する水蒸気を発生するボイラと、
    前記ボイラからの排ガス中の二酸化炭素を吸収液で吸収する吸収装置と、
    この吸収装置で二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を分離する再生装置と、
    前記ボイラ内に設置され、水と燃焼ガスを熱交換することで前記蒸気タービンの作動流体となる水を予熱する節炭器と、
    前記ボイラ内における前記節炭器の下流に設置され、燃焼用空気と燃焼ガスを熱交換することで燃焼用空気を加熱する空気予熱器と、
    前記ボイラ内における前記節炭器の下流に設置され、水と燃焼ガスを熱交換することで飽和水蒸気を発生する第１蒸気発生手段と、
    この第１蒸気発生手段からの飽和水蒸気と前記再生装置からの吸収液を熱交換することで吸収液を蒸発させる第２蒸気発生手段と、
    前記第１蒸気発生手段と前記第２蒸気発生手段を接続する蒸気管と、
    この蒸気管に接続された蒸気バイパス管と、
    この蒸気バイパス管に設置され、当該蒸気バイパス管における飽和水蒸気の流通を開放・遮断する手段と、
    前記空気予熱器と前記吸収装置を接続する排ガス管と、
    この排ガス管に接続された排ガスバイパス管と、
    この排ガスバイパス管に設置され、当該排ガスバイパス管における排ガスの流通を開放・遮断する手段とを備えることを特徴とする発電プラント。
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