JP2013061088A - Ｃｏ２回収装置を備えたボイラーの熱回収システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＯ₂回収装置を備えたボイラーの熱効率を高めるための、熱回収装置、熱回収方法、及びこれらに用いるＣＯ₂捕捉材を提供する。
【解決手段】ボイラーと、ボイラーで熱回収した蒸気で発電する蒸気タービンと、その後流で蒸気を凝縮させる復水器と、その凝縮した水を蒸気タービンから抽気した蒸気で加熱する加熱器を有する発電システムと、更に、ボイラーから排出された排ガス中のＣＯ₂ガスを固体のＣＯ₂捕捉材を用いて捕捉し回収するＣＯ₂回収装置と、該ＣＯ₂回収装置でＣＯ₂を回収した後の排ガスまたはボイラーから排出された排ガスを排出させるための煙突を備えるボイラーシステムであって、前記ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いて、前記ボイラーシステムに関わる流体の温度を向上させる装置を有することを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ＣＯ₂回収装置を備えたボイラーの熱回収方法に関わるものである。

近年、地球温暖化を抑制するために、世界規模でのＣＯ₂排出量の削減が求められている。特に、石炭焚きボイラー、ガスタービン、化学プラント等の設備から排出される排ガス中には、数％以上のＣＯ₂が含有されており、ＣＯ₂を分離回収する方法が要求されている。

石炭焚きボイラーの排ガス処理システムは、ボイラー後流に窒素酸化物（以下ＮＯｘと表記）を還元し、無害化する脱硝装置、その後流に、空気を冷媒とし、排ガスを冷却するエアーヒーター、その後流に、水を冷媒とし、排ガスを冷却する熱交換器、その後流に、排ガス中の煤塵を除去する脱塵装置、その後流に硫黄酸化物（以下ＳＯｘと表記）を吸収し、無害化する脱硫装置、その後流に、排ガスを暖める熱交換器が備え付けられている（例えば、非特許文献１）。エアーヒーター後流の熱交換器で暖められた水は、脱硫装置後流の熱交換器の熱源として利用する。以下、前者の熱交換器を熱回収熱交換器、後者の熱交換器を再加熱熱交換器と記載する。再加熱熱交換器は、煙突から排出される水蒸気が白煙となり、目視公害になることを防止するために備え付けられたものである。その規制がある場所では再加熱熱交換器の装置が義務付けられる。

更に、脱硫装置の後段に、ＣＯ₂回収装置を設置することで排ガス中のＣＯ₂を分離回収することが可能となる。排ガス中のＣＯ₂を分離回収する方法としては、ＭＥＡ（モノエタノールアミン）等を始めとするアミン液を用いて、ＣＯ₂吸収塔においてＣＯ₂を吸収させる方法が提案されており、ボイラーやガスタービンからの排ガス中のＣＯ₂の分離回収に適用されている。ＣＯ₂の回収効率を向上させるために、様々なアミン化合物が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。アミン化合物はＣＯ₂を分離回収する能力が高い。しかし排ガス中の酸素やＳＯｘ等で被毒が生じたり、一部がＣＯ₂吸収塔から飛散したりするため、アミン化合物の補充が必要でありコスト高につながっている。

そこで、排ガス中の酸素やＳＯｘ等で被毒が生じにくく、かつ飛散し難い、ＣＯ₂固体捕捉材を用いたＣＯ₂回収システムの検討が進められている。例えば、非特許文献２に記載の技術では、ＣＯ₂固体捕捉材を充填した充填塔を４基設置し、（１）捕捉材によるＣＯ₂の捕捉、（２）塔内のパージ、（３）捕捉材からのＣＯ₂脱離、（４）捕捉材の冷却、の４工程によりＣＯ₂を回収するシステムが開示されている。

また、非特許文献３には、ＣＯ₂固体捕捉材を用いた回転駆動式ＣＯ₂捕捉システムを構築することで、装置を小型化できる技術が記載されている。

一方、ボイラーの熱効率に関しては、一般に、蒸気タービンの後流に設置された復水器から発生する復水を、蒸気タービンから抽気した蒸気で再加熱することで、発電システムの熱効率を高めている。

再加熱熱交換器のない場合、熱回収熱交換器で回収した熱は別の用途で利用することが可能となる。例えば特許文献３では、熱回収熱交換器によりボイラー排ガスから回収した熱を用いて復水を加熱することで、ボイラーの熱効率を上げる方法が記載されている（図５参照）。

また、特許文献４，５ではアミン液を用いたＣＯ₂回収装置から発生する回収ＣＯ₂の熱を利用して復水を加熱することで、ボイラーの熱効率が上がるとされている。

特許第３７６１９６０号公報 特許第３７７１７０８号公報 特開昭６０−２２７８４５号公報 特開平３−１９３１１６号公報 特開２０１０−２４０６１７号公報

石川島播磨技報 Ｖol.４５ Ｎo.１（２００５−３） ＮＥＤＯ成果報告書 "平成１４年度 二酸化炭素固定化・有効利用技術実用化開発 化学吸着法によるＣＯ2分離回収技術の開発" 四国総合研究所 （２００３−３） 「ＣＯ2の分離・回収と貯留・隔離技術」、ＮＴＳ出版（２００９）７６

ＣＯ₂固体捕捉材を用いてＣＯ₂を回収する場合、捕捉に際して熱（吸収熱、吸着熱）が発生し、更に捕捉材の冷却時にある程度の熱を持った空気等が発生する。非特許文献２，３に示されたＣＯ₂回収技術では、これらの熱エネルギーが十分に再利用されず、ＣＯ₂を回収するために使用するエネルギーによりボイラーの熱効率が低下する原因となりうる。特許文献１，２には、ボイラーの熱効率低下に対処する方法は記載されていない。特許文献３に示された方法では、ＣＯ₂回収装置から発生する熱の有効利用については述べておらず、熱効率の向上が不十分であり、更に、再加熱熱交換器が無くなるため、煙突からの白煙生成が生じてしまう不具合が生じる。特許文献４，５には、アミン液から放出したＣＯ₂ガスの熱を利用する技術が示されているのみであり、ＣＯ₂固体捕捉材を用いた場合の最適な熱回収方法は示されておらず、ボイラーの熱効率向上は不十分である。

本発明の目的は、ＣＯ₂固体捕捉材を用いて排ガスからＣＯ₂を分離して回収するボイラーの熱効率を高めることにあり、具体的にはＣＯ₂を回収する設備から発生するエネルギーを効率よく回収することができる熱回収装置、熱回収方法、及びこれらに用いるＣＯ₂捕捉材を提供することにある。

本発明によるボイラーの熱回収システムは、ＣＯ₂固体捕捉材を用いて排ガスに含まれるＣＯ₂を回収するＣＯ₂回収装置が備わっており、ＣＯ₂回収装置から発生するガスを用いて、ボイラーに関わる流体の温度を向上させることを特徴とする。

本発明によれば、ＣＯ₂回収装置から発生する熱を効率よく回収することで、ボイラーの熱効率を高度に向上させることができる。更に熱効率の低下を抑制させつつ煙突からの白煙生成を防止することができる。

ボイラー排ガスの浄化装置の構成例を示す図。 従来の手法で、ボイラーの熱効率を向上させる装置構成を示す図。 ＣＯ₂捕捉材を用いたＣＯ₂回収装置を示す図。 ＣＯ₂回収装置からの排ガスを用いて復水温度を上げる装置構成を示す図。 ＣＯ₂回収装置からの排ガスを用いてボイラーに流入するガス温度を上げる装置構成を示す図。 ＣＯ₂回収装置からの排ガスを用いて煙突に流入するガス温度を上げる装置構成を示す図。

以下、本発明を詳細に説明する。

ボイラーの熱効率を高めるために、一般には、ボイラーで熱回収した蒸気で発電する蒸気タービンと、その後流で蒸気を凝縮させる復水器とを備え、凝縮して得た復水を蒸気タービンから抽気した蒸気で加熱することで、発電システムの熱効率を高めている。また、特許文献３では、復水器により凝縮した水を、熱交換器を通してボイラー排ガスの熱を用いて加熱することで、更に発電システムの熱効率を高めている。しかしながらボイラー排ガスの熱が上記復水温度の向上に使用されるため、煙突前段にて排ガス温度を上げることができず、白煙発生を招く恐れがあった。

本発明者らは、鋭意検討した結果、ボイラーと、ボイラーで熱回収した蒸気で発電する蒸気タービンと、その後流で蒸気を凝縮させる復水器と、その凝縮した水を蒸気タービンから抽気した蒸気で加熱する加熱器を有する発電システムと、更に、ボイラーから排出された排ガス中のＣＯ₂ガスを固体のＣＯ₂捕捉材を用いて捕捉し回収するＣＯ₂回収装置と、該ＣＯ₂回収装置でＣＯ₂を回収した後の排ガスまたはボイラーから排出された排ガスを排出させるための煙突を備えるボイラーシステムにおいて、前記ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いて、前記ボイラーシステムに関わる流体の温度を向上させることを特徴とするボイラーシステムとすることで、発電システムの熱効率を高めつつ、煙突からの白煙防止も抑制できることを見出した。

本発明で対象となるボイラーは、熱回収するための蒸気タービンが設置されていれば良く、特に限定されない。ボイラーとしてはガス焚きボイラー、石炭焚きボイラー、ガスタービン、更にはＩＧＣＣ（石炭ガス化複合発電）にも適用可能である。

ボイラーシステムに関わる流体としては、復水器により凝縮した水、ボイラーに流入するガス、ボイラーから排出された排ガスが考えられる。

（復水温度上昇）
復水器により凝集した水の一部或いは全部を、熱交換器を用いてＣＯ₂回収装置から排出される排ガスと熱交換させ、温度を上げることで発電システムの熱効率を高めることができる。本発明ではＣＯ₂回収装置として固体のＣＯ₂捕捉材を使用する。この場合、ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスの温度は、ＣＯ₂捕捉材の種類にもよるが１００℃〜５００℃に達することもある。特許文献４では、ＣＯ₂排ガス温度が８５℃の場合の試算としてタービン出力が０.３％〜０.４％向上するとされているが、固体のＣＯ₂捕捉材を用いた場合には更なるタービン出力向上が見込める。

更にこの場合、例えばエアーヒーター後流のボイラー排ガスの熱を熱回収熱交換器で回収し、回収した熱を、再加熱熱交換器を用いて煙突前段の排ガス温度を向上させることで白煙を防止することができる。

（ボイラー流入ガス温度上昇）
また、ボイラーに流入するガスの温度をＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いて高めることでボイラーの熱効率が高まる。従来は室温程度の空気を、エアーヒーターを使用して３００℃程度に高めた後にボイラーへ流入させていた。しかしＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いて例えば空気の温度を１００℃程度まで上昇させておけば、エアーヒーターを通過後にボイラーへ流入する空気の温度も３５０℃程度に高めることができる。この場合、ボイラー排ガスの温度が約５０℃高まるので、エアーヒーターの後流に熱回収熱交換器を設置することで、復水器により凝集した水の一部或いは全部を、熱交換器を用いてより効果的に温度を上げることができ、発電システムの熱効率が高まる。この場合、ボイラーの発電効率は約２.１％向上する。

またこの場合、熱回収熱交換器で回収した熱の一部或いは全部を、再加熱熱交換器を用いて煙突前段の排ガス温度を向上させるために使用することで白煙を効果的に防止することができる。

ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いてボイラーに流入するガスの温度を高める手段には特に限定が無い。例えば熱交換器を使用して、ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスと、空気を始めとしたガスとを熱交換させることができる。ＣＯ₂回収装置から発生するガス種としてはＮ₂，Ｏ₂，ＣＯ₂，Ｈ₂Ｏ，Ａｉｒ等が挙げられるが、この場合、ガス種に関係なく使用することができるといったメリットがある。

または、ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスの一部或いは全部を、ボイラーへ流入するガスとすることもできる。ＣＯ₂回収装置から発生する排ガスの中には、ＣＯ₂が含まれている場合があり、大気へ放出されるとＣＯ₂回収効率が低下する原因となる。ＣＯ₂回収装置から発生する排ガスの一部或いは全部をボイラーへ流入させることで再度ＣＯ₂がボイラーへ取り込まれ、排ガス浄化システムを通じてＣＯ₂回収装置に流入することになり、ＣＯ₂回収効率が高まる。

（ボイラー排ガス温度上昇）
ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いて、煙突に流入するガスの温度を高めることで、煙突からの白煙排出を抑制できる。具体的には煙突に流入するガスの一部或いは全部が、ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスとすることで、煙突に流入するガスの温度を高めることができる。

または、煙突に流入するガス温度を高めるための熱交換器を設置し、前記ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスとの熱交換により、煙突に流入するガス温度を高めることも可能である。ＣＯ₂回収装置から発生する排ガスがＣＯ₂を含む場合、そのまま煙突に流入させると、回収したＣＯ₂が大気へ放出されてしまう。熱交換器を使用した場合は、熱交換後のＣＯ₂ガスを圧縮機へ流通させることで回収が可能となるため、このような不具合を解消できる。

（ＣＯ₂回収装置）
ＣＯ₂回収装置としては、固体のＣＯ₂捕捉材料によるＣＯ₂捕捉作用を用いたものであれば特にこだわらない。ＣＯ₂回収装置として、ＣＯ₂捕捉材を充填したＣＯ₂捕捉塔を４基設置することが考えられる。この場合、ＣＯ₂捕捉過程としては、（ａ）ＣＯ₂の捕捉、（ｂ）ＣＯ₂捕捉塔内のパージ、（ｃ）ＣＯ₂の脱離、（ｄ）ＣＯ₂捕捉塔内の冷却、が考えられ、設置された４基のＣＯ₂捕捉塔にそれぞれ以下の（ａ）〜（ｄ）の４つの工程を順次対応させることで高度に排ガス中のＣＯ₂を回収することができる。

（ａ）ＣＯ₂の捕捉：ＣＯ₂捕捉塔へ排ガスを流入させることで排ガス中のＣＯ₂ガスを捕捉する。

（ｂ）ＣＯ₂捕捉塔内のパージ：ＣＯ₂の捕捉後、ＣＯ₂捕捉塔へガスを流入させることで捕捉塔内をパージする。パージガスとしては、回収ＣＯ₂の濃度を高めるために高純度ＣＯ₂ガスを用いることが好ましい。

（ｃ）ＣＯ₂の脱離：次いで、捕捉材からＣＯ₂を脱離させるためにガスを流通させ、脱離したＣＯ₂ガスを回収する。ＣＯ₂を捕捉材から脱離させるためには、捕捉材へ熱を加える必要がある。加える熱の量は用いる捕捉材によって異なる。捕捉材からＣＯ₂が脱離する温度まで捕捉材温度を高めることが必要である。熱を加える方法としては、蒸気タービンにて発生した蒸気を抽気し、その水蒸気をＣＯ₂捕捉塔に流通させる等が考えられる。また、熱交換器を通じて他のＣＯ₂捕捉塔から熱を得る方法も考えられる。

（ｄ）ＣＯ₂捕捉塔内の冷却：更に、上記ＣＯ₂脱離工程にて上昇した捕捉塔温度をＣＯ₂の捕捉工程に適した温度にまで下げることが必要である。下げる手法としては、捕捉塔温度よりも低温のガスを流通させることが考えられ、室温の大気を用いることが一例として挙げられる。また（ｂ）ＣＯ₂捕捉塔内のパージ工程にてＣＯ₂ガスを用いてパージする場合、ＣＯ₂捕捉塔からＣＯ₂が流出する場合がある。この場合、ＣＯ₂捕捉塔から流出したガスを、（ｄ）ＣＯ₂捕捉塔内の冷却工程にある捕捉塔へ流通させることでＣＯ₂捕捉塔温度を冷却するためのガスとして使用することもできる。本手法を使用することでパージ工程にて流出したＣＯ₂を再度捕捉塔内へ流入させることが可能となり、ＣＯ₂の回収効率が高まる。特許文献４，５には、アミン液から脱離したＣＯ₂ガスの熱を回収する技術が開示されているが、固体のＣＯ₂捕捉材料を用いる場合、上記（ａ）〜（ｄ）にてＣＯ₂捕捉塔から発生するいずれのガスを使用することが可能となる。

ＣＯ₂捕捉塔から流出するガスとしては例えば、Ｎ₂，Ｏ₂，ＣＯ₂，水蒸気，空気等が考えられる。これら流出ガスは、捕捉塔内での捕捉熱（吸着熱、吸収熱、捕捉材から移動した熱）等を有するため、５０℃〜５００℃程度の温度に到達する。これら流出ガスの熱を、本明細文に示した技術により回収することで発電システムの熱効率を高めることができるようになる。

ＣＯ₂捕捉材料としては、ＣＯ₂を捕捉できる材料であれば特にこだわらないが、好適な成分としてはＣｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ等が挙げられる。特にＣｅを用いるとＣＯ₂の回収効率が高まる。成分の化学形態にはこだわらない。これらの成分の化学形態としては、例えば金属、酸化物、有機物、及び塩化物が考えられるが、特に酸化物の形態であるのが好ましい。酸化物であれば使用による劣化が少なく長期間使用できる。

ＣＯ₂捕捉材料の構造形態は、粒子状、塊状、球状、ペレット状、ハニカム状、メッシュ状等が挙げられるが、適用するＣＯ₂回収装置の運転形態に併せた構造形態を選ぶことができる。

また、ＣＯ₂捕捉材は、３ｍ²／ｇ以上の比表面積を有することが好ましい。比表面積が小さいとＣＯ₂を捕捉する能力が小さく、設置効果が小さい。

上記の成分を、例えばアルミナやゼオライト等の多孔質担体に担持させてもよい。１０ｍ²／ｇ以上の比表面積を有する多孔質担体に上記の成分を担持させることで、上記の成分を高分散化でき、ＣＯ₂の捕捉能力を更に向上させることができる。

ＣＯ₂捕捉材の調製法としては、例えば、含浸法、混練法、共沈法、ゾルゲル法、イオン交換法、蒸着法、及びスプレードライ法等の、物理的調製方法や化学反応を利用した調製方法を用いることができる。

ＣＯ₂捕捉材の出発原料としては、例えば、硝酸化合物、塩化物、酢酸化合物、錯体化合物、水酸化物、炭酸化合物、及び有機化合物などの種々の化合物、金属、または金属酸化物を用いることができる。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

（従来の排ガス浄化システム例）
図１に従来技術として、ＣＯ₂固体捕捉材を用いたＣＯ₂回収装置を備えた、石炭焚きボイラーの排ガス処理システムの一例を示す。石炭焚きボイラー１に石炭と空気を供給し、石炭を燃焼させる。このときの燃焼排ガス温度は１６００〜１８００℃になる。この排ガスはボイラー内の図示していない熱交換器によって減温し、脱硝装置２に導入する。脱硝装置ではアンモニア（以下ＮＨ₃と記載）を供給し、脱硝触媒を介してＮＯｘを窒素（以下Ｎ₂と表記）に還元、無害化する。さらに、排ガスはエアーヒーター３に導入され、空気１１（ボイラー燃焼用ガス）と熱交換する。空気１１は、外気をガス供給ファン１０（以下ＦＤＦと表記）で取り込み、エアーヒーター３で加熱され、石炭焚きボイラー１の燃焼用空気として使用する。熱回収熱交換器（以下、熱回収ＧＧＨ４と記載）に導入された排ガスは熱回収ＧＧＨ４において水と熱交換後に、乾式電気集塵器５で煤塵が除去され、脱硫装置６でＳＯｘが除去される。一方、熱回収ＧＧＨ４で暖められた水を用いて、再加熱熱交換器（以下、再加熱ＧＧＨ８と記載）で排ガス温度を上昇させ、水蒸気が白煙にならない温度で煙突９から排ガスが放出される。再加熱熱交換器は、白煙の目視公害抑止のために設置されたものであり、白煙が水蒸気であれば環境上問題はなく、場所によっては設置義務の無いところもある。

〔比較例〕
石炭焚きボイラーの排ガス処理の熱回収を進めることによる熱効率向上手法として、図２に示すような技術が考えられる。本技術は再加熱熱交換器を設置しない場合の排ガス処理システムであり、熱回収ＧＧＨ４で回収した熱を利用し、ボイラーの熱効率を上げるシステムである。

石炭焚きボイラー１で熱回収した蒸気で蒸気タービン２３を駆動し、その出口蒸気を復水器２４で冷却、凝縮させる。生じた復水を加熱器２６に送り、蒸気タービン２３から抽気した蒸気２５によって加熱する。加熱された復水はボイラー１に送られ、再び蒸気タービン２３を駆動する循環サイクルになっている。

図２に示すように、復水器２４で生じた復水の一部或いは全部を熱回収ＧＧＨ４に通すことで、復水の温度を向上させ、熱回収の効率を向上させるシステムが従来技術として考案されている。しかしながら、本手法では、熱効率の向上にはつながるが、再加熱熱交換器が無くなるため、煙突からの白煙生成を防止できないといった不具合が発生する。また、ＣＯ₂回収装置から発生する熱の利用はできない。

（ＣＯ₂回収装置例）
本技術で使用できるＣＯ₂回収装置としては、図３に示す装置が考えられる。

図３に４基描写している、ＣＯ₂捕捉材を内包する容器であるＣＯ₂捕捉材充填塔２０は、いずれも同じ機能を具備している。ＣＯ₂捕捉材を内包する４基のＣＯ₂捕捉材充填塔２０は、ＣＯ₂捕捉過程、ＣＯ₂パージ過程、ＣＯ₂脱離過程及び塔冷却過程の４つの過程を順に繰り返し続けることを想定している。

１つ目の過程（ＣＯ₂捕捉過程）では、ＣＯ₂含有ガス流路１８から流入する排ガスであるＣＯ₂含有ガスを、４基あるＣＯ₂捕捉材を内包するＣＯ₂捕捉材充填塔２０のうち１つのみに流通させ、ＣＯ₂をＣＯ₂捕捉材によって捕捉する。ＣＯ₂除去後のガスはガス排出口２１もしくはＣＯ₂圧縮機接続配管２２から塔外へ排出する。ＣＯ₂捕捉材によるＣＯ₂捕捉が飽和に達したと判断後、ＣＯ₂捕捉材を内包するＣＯ₂捕捉材充填塔２０への、ＣＯ₂含有ガス流路１８からＣＯ₂含有ガスの流通を停止する。

２つ目の過程（ＣＯ₂パージ過程）では、ＣＯ₂捕捉材充填塔２０内へ高純度ＣＯ₂ガス流路１５からＣＯ₂を流通させてＣＯ₂以外のガスをパージする。この時、排出されるガスは、ガス排出口２１もしくはＣＯ₂圧縮機接続配管２２から塔外へ排出する。最後に、ＣＯ₂ガスの流通を停止する。

３つ目の過程（ＣＯ₂脱離過程）では、ＣＯ₂捕捉材充填塔２０を昇温し、水蒸気ガス流路１６より水蒸気を流通させることによって、ＣＯ₂捕捉材に捕捉しているＣＯ₂を脱離させ、ガス排出口２１もしくはＣＯ₂圧縮機接続配管２２から塔外へ排出する。

４つ目の過程（塔冷却過程）では、ＣＯ₂捕捉材充填塔２０へ空気流路１７から室温の空気を流通させることで、ＣＯ₂補足材及びＣＯ₂捕捉材を内包するＣＯ₂捕捉材充填塔２０を冷却する。

以上の４つの過程を、それぞれ４基のＣＯ₂捕捉材を内包する容器が繰り返すことで、ＣＯ₂含有ガスより連続的にＣＯ₂を回収するシステムとなりうる。

それぞれの過程において排出されたガスの温度は、ＣＯ₂捕捉材を内包するＣＯ₂捕捉材充填塔２０への流入ガス種及び温度、更にはＣＯ₂捕捉材の種類に拠るが、凡そ４０℃〜５００℃の温度を有すると考えられる。

（復水の温度を向上させる装置例）
図４は、復水器２４により凝集して得た復水と、ＣＯ₂捕捉材を内包する容器であるＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されたガスとの熱交換により、復水の温度を向上させる装置の構成例を示す図である。熱回収ＧＧＨ４に流入するガスとしては、ＣＯ₂捕捉過程、ＣＯ₂パージ過程、ＣＯ₂脱離過程、塔冷却過程のいずれの過程においてＣＯ₂捕捉材を内包するＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されたガスを用いても良い。但し、ＣＯ₂脱離過程においてＣＯ₂捕捉材を内包するＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されたＣＯ₂ガスは、熱回収ＧＧＨ４を通った後、圧縮機により圧縮され、回収される。熱回収ＧＧＨ４により温度が高まった復水は、加熱器２６を通った後、ボイラー１に送られ、発電システム出力向上につながる。ボイラーの規模にもよるが０.４％以上のタービン出力向上が見込める。

一方で、図１に示した装置の構成を併用し、熱回収ＧＧＨ４及び再加熱ＧＧＨ８を使用することで、煙突からの白煙生成抑制も可能となる。

以上の結果から、本実施例に示したように、ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いてボイラーシステムに関わる流体の温度を向上させる装置として、復水とＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されたガスとの熱交換を行う熱回収ＧＧＨ４などのような装置構成とすることで、ボイラーの出力向上と煙突からの白煙生成の抑制の両立が可能となる。

図５は、ＣＯ₂捕捉材を内包する容器であるＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されたガスを、ボイラー１の燃焼用ガスとして使用する装置の構成例を示す図である。本システムでは、復水器２４によって凝集した復水とボイラー排ガスとを熱回収ＧＧＨ４により熱交換させる装置も具備している。

ガス供給ファン１０に流入するガスとしては、ＣＯ₂捕捉過程、ＣＯ₂パージ過程、塔冷却過程の過程においてＣＯ₂捕捉材を内包するＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されたガスを使用することができる。ＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されたガスを使用することで、エアーヒーター３に流入するガスの温度が３０℃から１００℃になった場合、熱回収ＧＧＨ４に流入する排ガス温度は凡そ５０℃上昇する。従って、熱回収ＧＧＨ４により熱交換を受けた復水の温度を効果的に上げることが可能となり、ボイラー出力向上につながる。この場合、ボイラーの発電効率は約２.１％向上する。

また、ＣＯ₂パージ過程において容器であるＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されるガスをガス供給ファン１０に流入するガスとして使用する場合、ＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されるガス種として、Ｎ₂，Ｏ₂以外に少量のＣＯ₂が含有されることがある。その場合、本構成とすることで、再度ＣＯ₂ガスをボイラーに流入することができるため、排ガス浄化システムを通じてＣＯ₂回収装置にて再度捕捉することが可能となる。従って、ＣＯ₂回収効率が高まる。

本実施例は、ＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されたガスを、ボイラー１の燃焼用ガスとして使用する装置構成としたが、ボイラー１の燃焼用ガスとして大気中の空気を使用し、空気と、ＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されたガスとの熱交換により空気温度を高めた後、ボイラー１の燃焼用ガスとして使用することも可能である。その場合、ガス供給ファン１０に流入するガスとして、ＣＯ₂捕捉過程、ＣＯ₂パージ過程、ＣＯ₂脱離過程、塔冷却過程のいずれの過程においてＣＯ₂捕捉材を内包するＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されたガスを使用することができる。

以上の結果から、本実施例に示したように、ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いてボイラーシステムに関わる流体の温度を向上させる装置であり、ボイラーに流入するガスの温度を、ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いて高める装置として、ボイラー１に流入する燃焼用ガスの一部或いは全部をＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出される排ガスとする装置としたり、空気とＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されたガスとの熱交換を行い、空気温度を高めてボイラー１の燃焼用ガスとして使用する熱回収ＧＧＨなどのような装置構成とすることで、ボイラーの出力向上が可能となる。

図６は、ＣＯ₂捕捉材を内包する容器であるＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されたガスを、煙突９前段のガスへ流入させる装置の構成例を示す図である。煙突９前段のガスへ流入させるガスとしては、ＣＯ₂捕捉過程、ＣＯ₂パージ過程、塔冷却過程の過程においてＣＯ₂捕捉材を内包するＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されたガスを使用することができる。一般に、脱硫装置６から排出されたガスの温度は凡そ４０℃〜５０℃であるが、ＣＯ₂捕捉材を内包するＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されたガスを、煙突９前段のガスへ流入させて９０℃程度とすることで煙突９からの白煙生成が抑制できる。更に、図２に示したような装置構成を併せて使用し、復水器２４によって凝集した復水とボイラー排ガスとを熱回収ＧＧＨ４により熱交換させることで、ボイラー出力向上も可能となる。

本実施例は、ＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されたガスを、煙突９前段のガスへ流入させるガスとして使用する装置構成としたが、脱硫装置６から排出されたガスとＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されたガスとの熱交換により、煙突９に流入するガス温度を高めることも可能である。その場合ＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されたガスとして、ＣＯ₂捕捉過程、ＣＯ₂パージ過程、ＣＯ₂脱離過程、塔冷却過程のいずれの過程においてＣＯ₂捕捉材を内包するＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されたガスを使用することができる。

以上の結果から、本実施例に示したように、ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いてボイラーシステムに関わる流体の温度を向上させる装置であり、煙突に流入するガスの温度を、前記ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いて高める装置として、煙突９前段のガスへ流入するガスがＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されるガスを含む装置としたり、脱硫装置６から排出されたガスとＣＯ₂捕捉材充填塔２０から排出されたガスとの熱交換により、煙突９に流入するガス温度を高める熱回収ＧＧＨなどのような装置構成とすることで、ボイラーの出力向上及び煙突からの白煙生成の抑制が可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ ボイラー
２ 脱硝装置
３ エアーヒーター
４ 熱回収ＧＧＨ
５ 乾式電気集塵器
６ 脱硫装置
７ ＣＯ₂回収装置
８ 再加熱ＧＧＨ
９ 煙突
１０ ガス供給ファン
１１ 空気
１２ 圧縮機
１３ ＣＯ₂
１４ 非凝縮性ガス
１５ ＣＯ₂ガス流路
１６ 水蒸気ガス流路
１７ 空気流路
１８ ＣＯ₂含有ガス流路
１９ 切換え弁
２０ ＣＯ₂捕捉材充填塔
２１ ガス排出口
２２ ＣＯ₂圧縮機接続配管
２３ 蒸気タービン
２４ 復水器
２５ 蒸気
２６ 加熱器
２７ 給水ポンプ
２８ 熱交換器用給水ポンプ

Claims (14)

1. ボイラーと、ボイラーで熱回収した蒸気で発電する蒸気タービンと、その後流で蒸気を凝縮させる復水器と、その凝縮した水を蒸気タービンから抽気した蒸気で加熱する加熱器を有する発電システムと、更に、ボイラーから排出された排ガス中のＣＯ₂ガスを固体のＣＯ₂捕捉材を用いて捕捉し回収するＣＯ₂回収装置と、該ＣＯ₂回収装置でＣＯ₂を回収した後の排ガスまたはボイラーから排出された排ガスを排出させるための煙突を備えるボイラーシステムにおいて、前記ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いて、前記ボイラーシステムに関わる流体の温度を向上させる装置を有することを特徴とするボイラーシステム。
2. 請求項１に記載のボイラーシステムにおいて、前記流体は復水器により凝集した水であることを特徴とするボイラーシステム。
3. 請求項１に記載のボイラーシステムにおいて、前記流体は前記ボイラーに流入するガスであることを特徴とするボイラーシステム。
4. 請求項１に記載のボイラーシステムにおいて、前記流体は前記煙突に流入する排ガスであることを特徴とするボイラーシステム。
5. 請求項２に記載のボイラーシステムにおいて、前記ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いて、前記ボイラーシステムに関わる流体の温度を向上させる装置は、前記復水器により凝集した水の一部或いは全部の温度を、前記ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いて高める熱交換器であることを特徴とするボイラーシステム。
6. 請求項３に記載のボイラーシステムに対し、ボイラーから排出される排ガスに熱交換器を設置し、前記熱交換器を用いて、前記復水器により凝集した水の一部或いは全部の温度を高めるボイラーシステムであって、ボイラーに流入するガスの温度を、前記ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いて高める装置を有することを特徴とするボイラーシステム。
7. 請求項６に記載のボイラーシステムに対し、前記ボイラーに流入するガスの温度を、前記ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いて高める装置は、前記ボイラーに流入するガスの一部或いは全部を、前記ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスとする装置であることを特徴とするボイラーシステム。
8. 請求項６または７に記載のボイラーシステムにおいて、前記ボイラーに流入するガスの温度を、前記ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いて高める装置として、前記ボイラーに流入するガスの温度を高めるための熱交換器を設置し、前記熱交換器は、前記ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスとの熱交換により、前記ガスの温度を高めることを特徴とするボイラーシステム。
9. 請求項４に記載のボイラーシステムにおいて、前記ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いて、前記ボイラーシステムに関わる流体の温度を向上させる装置は、煙突に流入するガスの温度を、前記ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いて高める装置を有することを特徴とするボイラーシステム。
10. 請求項９に記載のボイラーシステムにおいて、前記煙突に流入するガスの温度を、前記ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いて高める装置は、煙突に流入するガスが、前記ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを含む装置であることを特徴とするボイラーシステム。
11. 請求項９または１０に記載のボイラーシステムにおいて、前記煙突に流入するガスの温度を、前記ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスを用いて高める装置として、煙突の前段に熱交換器を設置し、前記熱交換器は、前記ＣＯ₂回収装置から排出される排ガスとの熱交換により、前記煙突に流入する空気の温度を高めることを特徴とするボイラーシステム。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項記載のボイラーシステムにおいて、前記ＣＯ₂回収装置のＣＯ₂捕捉塔へ導入されるガスが、ボイラー排ガス、ＣＯ₂ガス、水蒸気、空気から選ばれた少なくとも一つであることを特徴とするボイラーシステム。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項記載のボイラーシステムにおいて、前記ＣＯ₂回収装置としてＣＯ₂捕捉塔が複数塔あり、ＣＯ₂捕捉塔から流出したガスを、他のＣＯ₂捕捉塔へ流入させることを特徴とするボイラーシステム。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１項記載のボイラーシステムにおいて、前記ＣＯ₂回収装置に使用される固体のＣＯ₂捕捉材がＣｅを含むことを特徴とするボイラーシステム。