JP2012087723A - 二酸化炭素回収方法及び二酸化炭素回収型汽力発電システム - Google Patents

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Abstract


【課題】熱エネルギーを効率良く回収し、高い熱効率を有する二酸化炭素回収型汽力発電システムを提供する。
【解決手段】二酸化炭素回収型汽力発電システムは、ボイラーからの排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素ガスを放出させる再生塔と、前記再生塔からの吸収液を加熱し、発生させた蒸気を前記再生塔に供給するリボイラーと、前記ボイラーからの蒸気で回転駆動するタービンと、前記タービンからの排気蒸気を冷却して復水を生成する復水器と、前記復水の一部が冷却水として供給され、前記二酸化炭素ガスを凝縮するとともに熱水を生成する凝縮器と、前記タービンからの蒸気に前記熱水をスプレーして減温し、前記リボイラーに供給する減温器と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、二酸化炭素回収方法及び二酸化炭素回収型汽力発電システムに関する。
大量の化石燃料を使用する火力発電所等の発電システムでは、地球の温暖化現象の原因の１つである二酸化炭素を除去回収する方法として、アミン吸収法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、アミン吸収法では、二酸化炭素を吸収した吸収液を再生するために、多大な低圧（例えば約０．３ＭＰａ）蒸気による熱エネルギーを必要とする。
この熱エネルギーを補償するために、タービン復水系統から分岐させた復水を、再生された二酸化炭素が持つ熱量及び二酸化炭素を地中に圧入するために高圧（例えば約８ＭＰａ）に圧縮することによって発生する熱量と熱交換して、脱気器に合流させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかし、二酸化炭素の有する全熱量を回収しようとすると、復水量が不足するという問題があった。また、結果的に、低圧ヒータに流れる復水量が減少し、タービンからの抽気量が減少して復水器へ捨てられる熱が増え、従来持っている再生サイクル効果が減るために、回収した熱量に対してタービン出力がさほど増えないという問題があった。発電システムは高い熱効率を有することが求められている。
特開平８−２５７３５５号公報 特開２００４−３２３３３９号公報
本発明は、熱エネルギーを効率良く回収し、高い熱効率を有する二酸化炭素回収方法及び二酸化炭素回収型汽力発電システムを提供することを目的とする。
本発明の一態様による二酸化炭素回収型汽力発電システムは、燃料を燃焼して蒸気を生成し排ガスを発生させるボイラーと、前記ボイラーから前記排ガスが供給され、この排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、前記吸収塔から二酸化炭素を吸収した吸収液が供給され、この吸収液から二酸化炭素ガスを放出させ、この二酸化炭素ガスを排出する再生塔と、前記再生塔からの吸収液を加熱し、発生させた蒸気を前記再生塔に供給するリボイラーと、前記ボイラーから蒸気が供給されて回転駆動するタービンと、前記タービンからの排気蒸気を冷却して復水を生成する復水器と、前記復水の一部が冷却水として供給され、前記二酸化炭素ガスを凝縮するとともに熱水を生成する凝縮器と、前記熱水が供給され、この熱水を前記タービンからの蒸気にスプレーして減温し、減温した蒸気を前記リボイラーに供給する減温器と、を備えるものである。
本発明の一態様による二酸化炭素回収方法は、ボイラーが、タービンを駆動する蒸気を生成すると共に排ガスを発生させる工程と、吸収塔において、前記ボイラーから排出される前記排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる工程と、再生塔において、二酸化炭素を吸収した前記吸収液から二酸化炭素ガスを放出させ、この二酸化炭素ガスを排出する工程と、リボイラーが、前記再生塔からの吸収液を加熱し、発生させた蒸気を前記再生塔に供給する工程と、復水器が前記タービンからの排気蒸気を冷却して復水を生成する工程と、凝縮器が、前記復水の一部を冷却水として、前記二酸化炭素ガスを凝縮するとともに熱水を生成する工程と、前記タービンからの蒸気に前記熱水をスプレーし、前記リボイラーに供給する工程と、を備えるものである。
本発明によれば、熱エネルギーを効率良く回収し、高い熱効率を有する二酸化炭素回収方法及び二酸化炭素回収型汽力発電システムを提供することができる。
本発明の実施形態に係る二酸化炭素回収型汽力発電システムの概略構成図である。
図１に本発明の実施形態に係る二酸化炭素回収型汽力発電システムの全体構成を示す。二酸化炭素回収型汽力発電システム１は、燃料を燃焼してタービン蒸気４を生成し、タービンを回転駆動させて発電を行う汽力発電プラント１ａと、ボイラー６において生成された排ガス５から、この排ガス５に含まれる二酸化炭素を吸収する吸収液を用いて二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収プラント１ｂとから構成されている。
ボイラー６には燃料及び燃焼用空気が供給され、火炉において燃料が燃焼し、タービン蒸気４が生成されるとともに、排ガス５が発生する。ボイラー６は、火炉における燃焼によりタービン蒸気４を加熱し主蒸気を発生させる過熱器９と、過熱器９に隣接して設けられ、過熱器９から後述する高圧蒸気タービン２１を介して供給されるタービン蒸気４を再加熱して再熱蒸気とする再熱器１０とを有する。
汽力発電プラント１ａは、ボイラー６の過熱器９から供給されるタービン蒸気４（主蒸気）により回転駆動する高圧蒸気タービン（高圧タービン）２１と、この高圧タービン２１にタービン軸２０を介して連結され、高圧タービン２１からボイラー６の再熱器１０を介して供給されるタービン蒸気４（再熱蒸気）により回転駆動する中圧蒸気タービン（中圧タービン）２２とを有している。また、この中圧タービン２２にタービン軸２０を介して低圧蒸気タービン（低圧タービン）２３が連結され、この低圧タービン２３は中圧タービン２２から供給されるタービン蒸気４（中圧タービン２２からの排気蒸気（中圧排気蒸気））により回転駆動するように構成されている。さらに、タービン軸２０に、タービン軸２０の回転により発電を行う発電機２４が連結されている。
なお、本実施形態では、高圧タービン２１、中圧タービン２２、低圧タービン２３、及び発電機２４の回転軸が連結されて１つのタービン軸２０を構成する形としているが、このような構成に限定されず、それぞれ少なくとも１つの蒸気タービンを備える２軸以上のタービン軸と、各タービン軸に連結された複数の発電機により汽力発電プラント１ａを構成してもよい。
低圧タービン２３の下部に、低圧タービン２３から排出されるタービン蒸気（低圧タービン２３からの排気蒸気（低圧排気蒸気））を冷却し凝縮させて復水２７とする復水器２６が設けられている。復水器２６から排出された復水２７は、復水ポンプ３１によりライン２８の下流側へ送られ、給水ポンプ３４によりライン３３を介してボイラー６へ送られる。
図１に示すように、二酸化炭素回収プラント１ｂには、ボイラー６から排ガス５が供給され、この排ガス５に含まれる二酸化炭素を分離して回収する公知の二酸化炭素分離回収装置４０が設けられている。二酸化炭素分離回収装置４０は、排ガス５に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸収液に吸収させる吸収塔（図示せず）と、吸収塔から二酸化炭素を吸収した吸収液（リッチ液）が供給され、リッチ液から二酸化炭素ガスを放出させて水蒸気を含む二酸化炭素ガス４２を排出するとともに、吸収液を再生する再生塔（図示せず）とを備える。再生塔において再生された吸収液は、吸収塔に供給される。
二酸化炭素を吸収するために用いる吸収液は、アミン化合物を水に溶かしたアミン化合物水溶液を用いることができる。
再生塔にはリボイラー４１が設けられている。リボイラー４１は、再生塔に貯留されているリーン液（二酸化炭素の含有量の少ない再生された吸収液）の一部を加熱してその温度を上昇させて蒸気を生成し、再生塔に供給する。リボイラー４１においてリーン液を加熱する際、リーン液から二酸化炭素ガスが放出され、吸収液蒸気とともに再生塔に供給される。この吸収液蒸気は、再生塔内を上昇し、リッチ液を加熱する。これによりリッチ液から二酸化炭素ガスが放出される。リボイラー４１の熱源については後述する。
再生塔の頂部から排出される水蒸気含有二酸化炭素ガス４２はＣＯ２コンデンサ（凝縮器）５１へ供給される。ＣＯ２コンデンサ５１によって凝縮された水蒸気４３は、二酸化炭素分離回収装置４０の再生塔へ戻される。
復水ポンプ３１の下流側においてライン２８から分岐させた復水２７が、冷却水としてＣＯ２コンデンサ５１に供給され、水蒸気含有二酸化炭素ガス４２が冷却される。再生塔から排出される水蒸気含有二酸化炭素ガス４２は１１０℃程度であり、冷却水（復水２７の一部）で冷却することで、４０℃程度になる。冷却水（復水２７の一部）は、水蒸気含有二酸化炭素ガス４２を冷却したことにより例えば８０℃程度の熱水６０となる。言い換えれば、冷却水（復水２７の一部）が、再生塔から排出された水蒸気含有二酸化炭素ガス４２から熱回収を行い、熱水６０が生成される。
ＣＯ２コンデンサ５１により純度が高められた二酸化炭素５２は、コンプレッサ５３、５４により、地中への圧入に適した高圧状態（例えば約８ＭＰａ）に圧縮される。コンプレッサ５３により圧縮された二酸化炭素５２は中間冷却器５５により冷却された後、コンプレッサ５４により圧縮される。また、コンプレッサ５４に圧縮された二酸化炭素５２は出口冷却器５６により冷却される。このように、中間冷却器５５、出口冷却器５６を設けることで、圧縮効率の向上を図ると共に、圧縮に伴い昇温した二酸化炭素５２から熱を回収することができる。
次に、リボイラー４１の熱源について説明する。図１に示すように、リボイラー４１には、高圧タービン２１、中圧タービン２２、又は低圧タービン２３から抽気又は排気されたリボイラー加熱用の蒸気１８が供給される。この蒸気１８は、減温器４４により二酸化炭素吸収液を加温するのに適切な温度まで減温されてから、リボイラー４１に供給される。高圧タービン２１、中圧タービン２２、低圧タービン２３のうち、いずれからの蒸気をリボイラー加熱用蒸気１８とするかは、弁３７〜３９により切り替えることができる。
減温器４４には、ＣＯ２コンデンサ５１で生成された熱水６０が供給され、蒸気１８に熱水６０がスプレーされる。このことにより、蒸気１８が二酸化炭素吸収液を加温するのに適切な温度まで減温される。
リボイラー４１から排出された蒸気は、ドレンとして復水ポンプ３１と給水ポンプ３４との間におけるライン２８の適切な位置に合流される。
このように、本実施形態は、復水２７の一部を用いて、ＣＯ２コンデンサ５１においてで再生塔から排出された水蒸気含有二酸化炭素ガス４２の熱を回収し、熱水６０を生成して、リボイラー加熱用蒸気１８の温度調整に用いている。従って、二酸化炭素回収型汽力発電システム１は、二酸化炭素５２を地中に圧入する過程で発生する熱エネルギーを効率良く回収し、高い熱効率を実現することができる。
上記実施形態では、リボイラー４１で必要とされる蒸気１８の温度に基づいて、図示しない制御部により、減温器４４が蒸気１８にスプレーする熱水６０の量を制御できるようにしてもよい。
上記実施形態では、二酸化炭素を圧縮するコンプレッサ及び圧縮された二酸化炭素を冷却する冷却器をそれぞれ２つ設ける構成を示したが、これらはそれぞれ１つでも良いし、３つ以上でもよい。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１ 二酸化炭素回収型汽力発電システム
１ａ 汽力発電プラント
１ｂ 二酸化炭素回収プラント
４ タービン蒸気
５ 排ガス
６ ボイラー
９ 過熱器
１０ 再熱器
２０ タービン軸
２１ 高圧タービン
２２ 中圧タービン
２３ 低圧タービン
２４ 発電機
２６ 復水器
２７ 復水
３１ 復水ポンプ
３４ 給水ポンプ
３７〜３９ 弁
４０ 二酸化炭素分離回収装置
４１ リボイラー
４２ 水蒸気含有二酸化炭素ガス
４４ 減温器
５１ ＣＯ２コンデンサ
５２ 二酸化炭素
５３、５４ コンプレッサ
５５ 中間冷却器
５６ 出口冷却器
６０ 熱水

Claims (5)

  1. 燃料を燃焼して蒸気を生成し排ガスを発生させるボイラーと、
    前記ボイラーから前記排ガスが供給され、この排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、
    前記吸収塔から二酸化炭素を吸収した吸収液が供給され、この吸収液から二酸化炭素ガスを放出させ、この二酸化炭素ガスを排出する再生塔と、
    前記再生塔からの吸収液を加熱し、発生させた蒸気を前記再生塔に供給するリボイラーと、
    前記ボイラーから蒸気が供給されて回転駆動するタービンと、
    前記タービンからの排気蒸気を冷却して復水を生成する復水器と、
    前記復水の一部が冷却水として供給され、前記二酸化炭素ガスを凝縮するとともに熱水を生成する凝縮器と、
    前記熱水が供給され、この熱水を前記タービンからの蒸気にスプレーして減温し、減温した蒸気を前記リボイラーに供給する減温器と、
    を備える二酸化炭素回収型汽力発電システム。
  2. 前記リボイラーで必要となる蒸気温度に基づいて、前記減温器が蒸気にスプレーする熱水の量を制御する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システム。
  3. 前記ボイラーは主蒸気を発生させる過熱器及び再熱蒸気を発生させる再熱器を有し、
    前記タービンは、前記主蒸気が供給されて回転駆動する高圧タービン、前記再熱蒸気が供給されて回転駆動する中圧タービン、及び前記中圧タービンからの排気蒸気が供給されて回転駆動する低圧タービンを有し、
    前記減温器は、前記高圧タービン、前記中圧タービン、又は前記低圧タービンからの蒸気に前記熱水をスプレーすることを特徴とする請求項１又は２に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システム。
  4. ボイラーが、タービンを駆動する蒸気を生成すると共に排ガスを発生させる工程と、
    吸収塔において、前記ボイラーから排出される前記排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる工程と、
    再生塔において、二酸化炭素を吸収した前記吸収液から二酸化炭素ガスを放出させ、この二酸化炭素ガスを排出する工程と、
    リボイラーが、前記再生塔からの吸収液を加熱し、発生させた蒸気を前記再生塔に供給する工程と、
    復水器が前記タービンからの排気蒸気を冷却して復水を生成する工程と、
    凝縮器が、前記復水の一部を冷却水として、前記二酸化炭素ガスを凝縮するとともに熱水を生成する工程と、
    前記タービンからの蒸気に前記熱水をスプレーし、前記リボイラーに供給する工程と、
    を備える二酸化炭素回収方法。
  5. 前記リボイラーで必要となる蒸気温度に基づいて、蒸気にスプレーする前記熱水の量を制御する工程をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の二酸化炭素回収方法。
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