JP2013190175A - Chemical loop type combustion device and method of operating the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a chemical loop type combustion device capable of easily coping with various operation modes while keeping a smooth flow condition of an oxygen carrier in an oxidizing tower and a reducing tower, thus convenience is significantly improved in being used as actual equipment.SOLUTION: In a chemical loop type combustion device A including an oxidizing tower 10 and a reducing tower 20, and constituted to allow an oxygen carrier to be circulated while receiving an oxidizing reaction by an oxidizer in the oxidizing tower and a reducing reaction by a reducer in the reducing tower, both of the oxidizing tower 10 and the reducing tower 20 are provided with exhaust gas recirculation lines 30, 40. The exhaust gas recirculation lines 30, 40 are provided with flow rate control means 32, 42 for controlling flow rates of exhaust gases flowing therein, and the reduction of a flow rate of an oxidizer gas or a reducer gas is replenished by recirculating an exhaust gas thereof.

Description

本発明は、ケミカルループ式燃焼装置とその運転方法に関する。   The present invention relates to a chemical loop type combustion apparatus and an operation method thereof.

酸化塔と還元塔を備え、金属粒子が酸化塔内での酸化剤による酸化反応と還元塔内での還元剤による還元反応を受けながら循環するようにされたケミカルループ式燃焼装置は、非特許文献１に記載のように知られている。また、金属粒子が酸化反応するときに生じる反応熱を収集して工業用に用いることも、特許文献１などに記載されている。   A chemical loop combustion apparatus equipped with an oxidation tower and a reduction tower, in which metal particles are circulated while undergoing an oxidation reaction by an oxidizing agent in the oxidation tower and a reduction reaction by a reducing agent in the reduction tower, is not patented. It is known as described in Document 1. Also, Patent Document 1 and the like describe that the reaction heat generated when the metal particles undergo an oxidation reaction is used for industrial purposes.

ケミカルループ燃焼では、金属が酸化塔と還元塔との間を物理的に循環することにより、酸素を還元剤としての燃料へ供給する。したがって、酸素と燃料は直接的に混じることはない。上記の機能を果たす材料は、酸素キャリアと呼ばれており、本発明において、酸化塔と還元塔との間を物理的に循環して酸素を運搬する材料を「酸素キャリア」といっている。酸素キャリアとしては、［酸化反応を受けた金属／還元反応を受けた金属］の組み合わせとして、ＮｉＯ／Ｎｉ、Ｆｅ２Ｏ３／Ｆｅ３Ｏ４、Ｍｎ３Ｏ４／ＭｎＯ、等が例示される。 In chemical loop combustion, metal is physically circulated between an oxidation tower and a reduction tower to supply oxygen to the fuel as a reducing agent. Therefore, oxygen and fuel do not mix directly. A material that performs the above function is called an oxygen carrier. In the present invention, a material that physically circulates between an oxidation tower and a reduction tower to transport oxygen is referred to as an “oxygen carrier”. Examples of the oxygen carrier include NiO / Ni, Fe 2 O 3 / Fe 3 O 4 , Mn 3 O 4 / MnO, and the like as combinations of [metal subjected to oxidation reaction / metal subjected to reduction reaction]. .

ケミカルループ燃焼では、酸化塔内に空気を酸化剤として投入すると、空気中の酸素は酸素キャリアとの酸化反応により消費される（金属をＭとすると、例えば４Ｍ＋２Ｏ２→４ＭＯ）ことから、酸化塔からは通常の空気よりもＮ２濃度が高くなった排ガスが排出される。酸化塔内に水蒸気を酸化剤として投入すると、水蒸気中の酸素は酸素キャリアとの酸化反応により消費されることから、酸化塔からは、Ｈ２とＨ２Ｏが排ガスとして排出される。また、還元塔内に都市ガスのような燃料を還元剤として投入すると、燃料中の炭化水素は酸化した酸素キャリアを還元するのに消費される（例えば４Ｍ＋ＣＨ４→４Ｍ＋ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ）ことから、高濃度のＣＯ２とＨ２Ｏが排ガスとして排出される。そして、そのような酸化塔からの排ガスからＮ２またはＨ２、また、還元塔からの排ガスからはＣＯ２を工業用用途等として回収することも行われる。 In chemical loop combustion, when air is introduced into the oxidation tower as an oxidizing agent, oxygen in the air is consumed by an oxidation reaction with an oxygen carrier (when M is a metal, for example, 4M + 2O 2 → 4MO), the oxidation tower Exhausts exhaust gas having a higher N 2 concentration than normal air. When water vapor is introduced into the oxidation tower as an oxidant, oxygen in the water vapor is consumed by an oxidation reaction with the oxygen carrier, so that H 2 and H 2 O are discharged from the oxidation tower as exhaust gas. Further, when a fuel such as city gas is introduced into the reduction tower as a reducing agent, hydrocarbons in the fuel are consumed to reduce the oxidized oxygen carrier (for example, 4M + CH 4 → 4M + CO 2 + 2H 2 O). High concentrations of CO 2 and H 2 O are discharged as exhaust gas. Then, N 2 or H 2 is recovered from the exhaust gas from such an oxidation tower, and CO 2 is recovered from the exhaust gas from the reduction tower for industrial use.

特開２０００−３３７１６８号公報JP 2000-337168 A

藤峰智也、速川敦彦、『炎のない燃焼「ケミカルループ燃焼」について』、工業加熱、ｖｏｌ．４８、Ｎｏ．６、Ｐ１４〜１９（２０１１年）Tomoya Fujimine, Yasuhiko Hayagawa, “Combustion without Flame“ Chemical Loop Combustion ””, Industrial Heating, vol. 48, no. 6, P14-19 (2011)

ケミカルループ式燃焼装置を用いたケミカルループ燃焼において、酸素キャリアの酸化反応と還元反応を効率よく進行させるためには、酸素キャリアが酸化塔と還元塔の間で円滑に循環することが求められる。そのために、実際の運転に当たっては、酸化塔および還元塔内に所要のガス流速を確立することが必要であり、ケミカルループ式燃焼装置を設計するときも、所要のガス流速が確立されることを前提に、酸化塔および還元塔の断面積などの設計を行っており、設計の自由度は狭いものとなっている。   In chemical loop combustion using a chemical loop combustion apparatus, in order to efficiently advance an oxidation reaction and a reduction reaction of an oxygen carrier, the oxygen carrier is required to circulate smoothly between the oxidation tower and the reduction tower. Therefore, in actual operation, it is necessary to establish the required gas flow rate in the oxidation tower and the reduction tower, and it is necessary to establish the required gas flow speed when designing the chemical loop combustion apparatus. Based on the premise, the cross-sectional area of the oxidation tower and the reduction tower is designed, and the degree of freedom of design is narrow.

具体的には、酸化塔においては、所定の空気比（燃料が完全燃焼するのに必要な空気量に対する投入空気の割合）に保つために、空気等の酸化剤の流量を制御する必要がある。空気比は、排ガスの残存酸素濃度を測定することで、算出することができる（空気比が１．０より大きい場合）。仮に、設定した空気比に対して、高い空気比（残存酸素濃度が設定より高い）で運転されている場合、投入空気量を減らす必要がある。しかし、投入空気量を減らすと酸化塔内の流速が下がり、酸化塔内の粒子の流動状態が変化し、粒子の循環量が変化してしまう。   Specifically, in the oxidation tower, it is necessary to control the flow rate of an oxidant such as air in order to maintain a predetermined air ratio (ratio of input air to the amount of air necessary for complete combustion of fuel). . The air ratio can be calculated by measuring the residual oxygen concentration of the exhaust gas (when the air ratio is greater than 1.0). If the engine is operated at a high air ratio (residual oxygen concentration is higher than the set value) with respect to the set air ratio, it is necessary to reduce the input air amount. However, if the amount of input air is reduced, the flow velocity in the oxidation tower decreases, the flow state of particles in the oxidation tower changes, and the amount of circulating particles changes.

また、還元塔においては、投入した還元剤に対して、酸素キャリアが供給する酸素の割合が一定であることが望ましいが、酸素キャリアによる酸素の供給が少ない場合、還元剤を減少させる必要がある。この場合も、還元剤量を減らすと還元塔内の流速が下がり、還元塔内の粒子の流動状態が変化し、粒子の循環量が変化してしまう。   Further, in the reduction tower, it is desirable that the ratio of oxygen supplied by the oxygen carrier to the introduced reducing agent is constant, but when the oxygen supply by the oxygen carrier is small, it is necessary to reduce the reducing agent. . Also in this case, when the amount of the reducing agent is reduced, the flow velocity in the reducing tower is lowered, the flow state of the particles in the reducing tower is changed, and the circulation amount of the particles is changed.

さらに、装置を設計した際に想定した酸素キャリアから、別の酸素キャリアに代えた場合、その特徴（酸素運搬能力、粒径、密度、反応速度など）が変わるため、同じ空気比においても粒子の循環量を変える必要がある。このような場合においても、酸化塔内および還元塔内での粒子の流動状態が変化し、粒子の循環量が変化してしまう。   Furthermore, when the oxygen carrier assumed when the device was designed is replaced with another oxygen carrier, its characteristics (oxygen carrying capacity, particle size, density, reaction rate, etc.) change, so that the particles of the same air ratio can be changed. It is necessary to change the circulation rate. Even in such a case, the flow state of the particles in the oxidation tower and the reduction tower changes, and the circulation amount of the particles changes.

また、酸化塔からの排ガスの持つ熱エネルギーを使用する側が、異なった量の熱量を要望する場合にも、同じケミカルループ式燃焼装置を用いて、その要望に迅速に答えることは困難である。さらに、酸化塔から高濃度の窒素ガスを含む排ガスを得たい、あるいは還元塔から高濃度の二酸化炭素ガスを含む排ガスを得たいという要望がある場合でも、同じケミカルループ式燃焼装置を用いて、その要望に迅速に答えることは困難であった。   Further, even when the side using the thermal energy of the exhaust gas from the oxidation tower requests a different amount of heat, it is difficult to quickly answer the request using the same chemical loop combustion apparatus. Furthermore, even if there is a desire to obtain exhaust gas containing high concentration nitrogen gas from the oxidation tower or to obtain exhaust gas containing high concentration carbon dioxide gas from the reduction tower, using the same chemical loop combustion device, It was difficult to respond quickly to that request.

本発明は、従来のケミカルループ式燃焼装置が持つ上記のような不都合を解消することを課題としており、設計の自由度も大きくなり、ユーザー側の異なった要望にも、迅速に対応できるようにしたケミカルループ式燃焼装置を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages of the conventional chemical loop type combustion apparatus, so that the degree of freedom of design is increased and it is possible to quickly respond to different requests on the user side. It is an object of the present invention to provide a chemical loop combustion apparatus.

本発明によるケミカルループ式燃焼装置は、酸化塔と還元塔を備え酸素キャリアが酸化塔内での酸化剤による酸化反応と還元塔内での還元剤による還元反応を受けながら循環するようにされたケミカルループ式燃焼装置であって、前記酸化塔および前記還元塔の双方に排ガス再循環ラインが備えられ、該排ガス再循環ラインにはそこを流れる排ガスの流量を制御する流量制御手段が備えられていることを特徴とする。   The chemical loop combustion apparatus according to the present invention includes an oxidation tower and a reduction tower, and an oxygen carrier circulates while undergoing an oxidation reaction by an oxidizing agent in the oxidation tower and a reduction reaction by the reducing agent in the reduction tower. A chemical loop combustion apparatus, wherein both the oxidation tower and the reduction tower are provided with an exhaust gas recirculation line, and the exhaust gas recirculation line is provided with a flow rate control means for controlling the flow rate of the exhaust gas flowing therethrough. It is characterized by being.

本発明によるケミカルループ式燃焼装置の好ましい態様では、前記酸化塔に備えられた排ガス再循環ラインには酸素センサーが、前記還元塔に備えられた排ガス再循環ラインには還元剤センサーが備えられる。   In a preferred aspect of the chemical loop type combustion apparatus according to the present invention, the exhaust gas recirculation line provided in the oxidation tower is provided with an oxygen sensor, and the exhaust gas recirculation line provided in the reduction tower is provided with a reducing agent sensor.

また、本発明は、上記のケミカルループ式燃焼装置の運転方法として、運転状態にかかわらず前記酸化塔および前記還元塔内のガス流速が予め設定した範囲内となるようにそれぞれの排ガス再循環量を制御して運転を行うことを特徴とするケミカルループ式燃焼装置の運転方法をも開示する。   Further, according to the present invention, as an operation method of the above chemical loop combustion apparatus, the exhaust gas recirculation amount is set so that the gas flow rate in the oxidation tower and the reduction tower is within a preset range regardless of the operation state. Also disclosed is a method of operating a chemical loop combustion apparatus, characterized in that the operation is performed while controlling the above.

上記のケミカルループ式燃焼装置および運転方法では、酸化塔側では、酸化塔から排出される排ガスの一部を酸化塔に備えた排ガス再循環ライン（ＥＧＲライン）を経由して酸化塔の上流側に再循環させることで、酸化塔内に供給する酸化剤ガスの量に依存することなく、酸化塔内でのガス流速を予め設定した範囲内で運転することができる。また、還元塔側では、還元塔から排出される排ガスの一部を還元塔に備えた排ガス再循環ライン（ＥＧＲライン）を経由して還元塔の上流側に再循環させることで、還元塔内に供給する還元剤ガスの量に依存することなく、還元塔内でのガス流速を予め設定した範囲内で運転することができる。すなわち、ケミカルループ式燃焼装置では、その使用目的等に応じて、酸化剤ガスおよび還元剤ガスの理論量が設定されるが、実際に運転するケミカルループ式燃焼装置において、前記理論量では酸化塔あるいは還元塔内に酸素キャリアが酸化塔と還元塔の間で円滑に循環するだけのガス流速が得られない場合に、前記のように排ガスを再循環させることで所望のガス流速を確保できるようになるので、ケミカルループ式燃焼装置の設計の自由度、運転の自由度が向上する。   In the above chemical loop combustion apparatus and method of operation, on the oxidation tower side, the upstream side of the oxidation tower passes through an exhaust gas recirculation line (EGR line) in which a part of the exhaust gas discharged from the oxidation tower is provided in the oxidation tower. Thus, the gas flow rate in the oxidation tower can be operated within a preset range without depending on the amount of oxidant gas supplied into the oxidation tower. Further, on the reduction tower side, a part of the exhaust gas discharged from the reduction tower is recirculated to the upstream side of the reduction tower via an exhaust gas recirculation line (EGR line) provided in the reduction tower. The gas flow rate in the reduction tower can be operated within a preset range without depending on the amount of the reducing agent gas supplied to. That is, in the chemical loop combustion apparatus, the theoretical amounts of the oxidant gas and the reducing agent gas are set according to the purpose of use. In the chemical loop combustion apparatus that is actually operated, Alternatively, when a gas flow rate sufficient to smoothly circulate oxygen carrier between the oxidation tower and the reduction tower cannot be obtained in the reduction tower, the desired gas flow speed can be secured by recirculating the exhaust gas as described above. Therefore, the degree of freedom in designing and operating the chemical loop combustion apparatus is improved.

また、排ガス再循環ラインには酸素センサーが、前記還元塔に備えられた排ガス再循環ラインには還元剤センサーが備えられている態様のケミカルループ式燃焼装置では、酸化塔および還元塔内に所望のガス流速を確保した状態で、酸素センサーから得られる排ガス中の酸素濃度をパラメータとして、酸化塔に供給する酸化剤ガスの流量を制御し、その増減に応じて排ガスの再循環量を制御することで、所望の成分分布を持つ排ガス（例えば、残存酸素濃度が５％の排ガス）を得ることができる。また、還元剤センサーから得られる排ガス中の還元剤濃度をパラメータとして、還元塔に供給する還元剤ガスの流量を制御し、その増減に応じて排ガスの再循環量を制御することで、未燃成分がほぼゼロである排ガスを得ることができる。なお、本発明において「還元剤センサー」とは、排ガス中のメタン等である還元剤ガスそのものを検知するセンサーばかりでなく、排ガス中のＣＯを検知するセンサーをも意味している。   In addition, in the chemical loop combustion apparatus in which the exhaust gas recirculation line is provided with an oxygen sensor, and the exhaust gas recirculation line provided in the reduction tower is provided with a reducing agent sensor, the oxidation tower and the reduction tower may include a desired one. The flow rate of the oxidant gas supplied to the oxidation tower is controlled with the oxygen concentration in the exhaust gas obtained from the oxygen sensor as a parameter while the gas flow rate is secured, and the recirculation amount of the exhaust gas is controlled according to the increase or decrease Thus, exhaust gas having a desired component distribution (for example, exhaust gas having a residual oxygen concentration of 5%) can be obtained. In addition, by using the reducing agent concentration in the exhaust gas obtained from the reducing agent sensor as a parameter, the flow rate of the reducing agent gas supplied to the reduction tower is controlled, and the recirculation amount of the exhaust gas is controlled according to the increase / decrease, so that unburned An exhaust gas having almost zero components can be obtained. In the present invention, the “reducing agent sensor” means not only a sensor for detecting the reducing agent gas itself such as methane in the exhaust gas but also a sensor for detecting CO in the exhaust gas.

また、上記した本発明によるケミカルループ式燃焼装置では、ケミカルループ式燃焼装置が生成する熱量（酸素キャリアが酸化するときに発生する熱量）を、熱消費側のロードに応じて、容易に変更することも可能となる。すなわち、ある発生熱量でケミカルループ式燃焼装置を運転している状態で、熱消費側のロードが低減したときに、それに迅速に対応するためには、酸化塔への酸化剤ガスの供給量を低減して出力を低減することが必要となる。単に酸化剤ガスの供給量を低減するのみでは、酸化塔内でのガス流速が低下して酸素キャリアの循環が不十分となるが、その低減分を前記のように酸化塔からの排ガスを酸化塔に再循環させることでカバーすることで、酸化塔内での所定のガス流速を維持した状態で運転を継続することが可能となる。出力が低減した分だけ、還元塔に供給する還元剤ガスの流量も低減することが求められるが、この低減に対しても、還元塔からの排ガスの対応した量を還元塔に再循環させることでカバーすることで、還元塔内での所定のガス流速も維持される。   Further, in the above-described chemical loop combustion apparatus according to the present invention, the amount of heat generated by the chemical loop combustion apparatus (the amount of heat generated when the oxygen carrier is oxidized) is easily changed according to the load on the heat consumption side. It is also possible. In other words, when the load on the heat consumption side is reduced while operating the chemical loop combustion device with a certain amount of generated heat, the supply amount of oxidant gas to the oxidation tower must be reduced in order to respond quickly. It is necessary to reduce the output. Simply reducing the amount of oxidant gas supplied reduces the gas flow rate in the oxidation tower and makes the oxygen carrier circulate insufficiently. However, the reduced amount is used to oxidize the exhaust gas from the oxidation tower as described above. By covering by recirculating to the tower, it becomes possible to continue the operation while maintaining a predetermined gas flow rate in the oxidation tower. It is required to reduce the flow rate of the reducing agent gas supplied to the reduction tower as much as the output is reduced. Against this reduction, the corresponding amount of exhaust gas from the reduction tower must be recycled to the reduction tower. By covering with, a predetermined gas flow rate in the reduction tower is also maintained.

なお、本発明によるケミカルループ式燃焼装置において、酸化塔および還元塔の双方に排ガス再循環ラインが備えられ、該排ガス再循環ラインにはそこを流れる排ガスの流量を制御する流量制御手段が備えられている態様は、多くの運転環境に対処できることから、好ましい態様である。しかし、酸化塔の運転状態の制御を主目的とする場合には、酸化塔にのみ前記排ガス再循環ラインを設けるようにしてもよい。還元塔の運転状態の制御を主目的とする場合には、還元塔にのみ前記排ガス再循環ラインを設けるようにしてもよい。そのような態様での酸化塔または還元塔での挙動は、前記したとおりである。また、酸化塔および還元塔の双方に排ガス再循環ラインを設ける場合でも、いずれか一方の使用を行わないで運転することで、いずれか一方にのみ排ガス再循環ラインを設けた場合と同様な運転を行うことが可能となる。   In the chemical loop combustion apparatus according to the present invention, both the oxidation tower and the reduction tower are provided with an exhaust gas recirculation line, and the exhaust gas recirculation line is provided with a flow rate control means for controlling the flow rate of the exhaust gas flowing therethrough. The present embodiment is a preferable embodiment because it can cope with many operating environments. However, when the main purpose is to control the operating state of the oxidation tower, the exhaust gas recirculation line may be provided only in the oxidation tower. When the main purpose is to control the operating state of the reduction tower, the exhaust gas recirculation line may be provided only in the reduction tower. The behavior in the oxidation tower or the reduction tower in such an embodiment is as described above. In addition, even when exhaust gas recirculation lines are provided in both the oxidation tower and the reduction tower, by operating without using either one, the same operation as when exhaust gas recirculation lines are provided in only one of them is performed. Can be performed.

本発明によれば、酸化塔および還元塔の双方またはいずれか一方に、排ガス再循環ラインを設けたことにより、酸化塔および還元塔内での酸素キャリアの円滑な流動状態を保持したままで、種々の運転態様に容易に対処することが可能となり、それにより、実機として用いるときの利便性が大きく向上したケミカルループ式燃焼装置が提供される。   According to the present invention, by providing an exhaust gas recirculation line in either or either of the oxidation tower and the reduction tower, while maintaining a smooth fluid state of the oxygen carrier in the oxidation tower and the reduction tower, It is possible to easily cope with various operation modes, thereby providing a chemical loop combustion apparatus with greatly improved convenience when used as an actual machine.

本発明によるケミカルループ式燃焼装置の一実施の形態を説明する図。The figure explaining one Embodiment of the chemical loop type combustion apparatus by this invention. 酸化塔側での制御の一例を説明するフロー図。The flowchart explaining an example of the control by the side of an oxidation tower. 還元塔側での制御の一例を説明するフロー図。The flowchart explaining an example of the control by the side of a reduction tower. ロード制御する場合での一例を説明するフロー図。The flowchart explaining an example in the case of performing load control.

以下、図面を参照しながら、本発明を実施の形態に基づき説明する。図１は、本発明によるケミカルループ式燃焼装置の一実施の形態を説明するためのブロック図である。   Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram for explaining an embodiment of a chemical loop combustion apparatus according to the present invention.

図１に示すケミカルループ式燃焼装置Ａは、酸化塔１０、還元塔２０を備える。還元塔２０は、酸素（Ｏ）を伴って流入する酸素キャリアから酸素を奪う場、すなわち酸化した酸素キャリア（ＭＯ）に還元作用を施す場であり、還元剤ガスとしてのメタン等を含む燃料ガス（都市ガス、ＬＰＧガス、副生ガス、石炭、水素等）が流入する。還元塔２０内では、例えば、４ＭＯ＋ＣＨ４→４Ｍ＋ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏの反応が進行し、還元塔２０からは、排ガスとして二酸化炭素と水（水蒸気）が排出される。還元された酸素キャリア（Ｍ）は、酸化塔１０に流入する。酸化塔１０には、酸化剤ガスとして空気あるいは酸素富化空気、窒素富化空気等が送り込まれており、流入した酸素キャリア（Ｍ）は酸化反応を受けて酸化した酸素キャリア（ＭＯ）となり、酸化した酸素キャリア（ＭＯ）は還元塔２０に再循環する。 A chemical loop combustion apparatus A shown in FIG. 1 includes an oxidation tower 10 and a reduction tower 20. The reduction tower 20 is a place where oxygen is taken from an oxygen carrier that flows in with oxygen (O), that is, a place where the oxidized oxygen carrier (MO) is reduced, and a fuel gas containing methane or the like as a reducing agent gas. (City gas, LPG gas, by-product gas, coal, hydrogen, etc.) flow in. In the reduction tower 20, for example, a reaction of 4MO + CH 4 → 4M + CO 2 + 2H 2 O proceeds, and carbon dioxide and water (steam) are discharged as exhaust gas from the reduction tower 20. The reduced oxygen carrier (M) flows into the oxidation tower 10. The oxidation tower 10 is fed with air, oxygen-enriched air, nitrogen-enriched air or the like as an oxidant gas, and the inflowing oxygen carrier (M) becomes an oxygen carrier (MO) oxidized by an oxidation reaction. Oxidized oxygen carrier (MO) is recycled to the reduction tower 20.

より具体的には、図１に示すケミカルループ式燃焼装置Ａにおいて、還元塔２０には、配管２１から、制御弁２２によって所定量に制御されたメタンガスあるいは都市ガス等の炭化水素である燃料が還元剤ガスとして供給される。還元塔２０内には、酸化した酸素キャリア（ＭＯ、例えば、Ｆｅ２Ｏ３）が存在しており、酸化した酸素キャリア（ＭＯ）は還元剤ガスによる還元反応を受けて還元した酸素キャリア（Ｍ、例えば、Ｆｅ３Ｏ４）となる。還元塔２０からの排ガスはサイクロンのような固気分離器２３によって固気分離された後、配管２４を通って排気される。燃料ガス中の炭化水素は還元反応により消費されており、還元塔２０からの排ガスは、ＣＯ２と水蒸気である。この例において、配管２４には熱交換器２５が備えてあり、後記する酸化塔１０内に備えた熱交換器１７への給水を予熱することで熱交換して気水分離され、ＣＯ２は分離回収される。 More specifically, in the chemical loop combustion apparatus A shown in FIG. 1, a fuel that is a hydrocarbon such as methane gas or city gas that is controlled to a predetermined amount by a control valve 22 from a pipe 21 is supplied to the reduction tower 20. Supplied as a reducing agent gas. Oxidized oxygen carrier (MO, for example, Fe 2 O 3 ) is present in the reduction tower 20, and the oxidized oxygen carrier (MO) is subjected to a reduction reaction by a reducing agent gas and is reduced (M For example, Fe 3 O 4 ). The exhaust gas from the reduction tower 20 is separated into a solid gas by a solid gas separator 23 such as a cyclone and then exhausted through a pipe 24. The hydrocarbons in the fuel gas are consumed by the reduction reaction, and the exhaust gas from the reduction tower 20 is CO 2 and water vapor. In this example, the pipe 24 Yes comprises heat exchanger 25, and heat exchange is steam-water separator by preheating the feed water to the heat exchanger 17 with the oxidation tower 10 to be described later, CO 2 is Separated and recovered.

配管２４には、還元剤ガスセンサーとしてのＣＯセンサー２６が取り付けられており、該ＣＯセンサー２６と前記熱交換器２５との間から、排ガス再循環ライン４０が分岐している。分岐した排ガス再循環ライン（ＥＧＲライン）４０はブロア４１を有しており、ブロア４１で吸引された排ガスは制御弁４２と逆流防止弁４３を通って、還元塔２０の上流側、図示の例では還元塔２０直下の管路２１に流入するようにされている。   A CO sensor 26 as a reducing agent gas sensor is attached to the pipe 24, and an exhaust gas recirculation line 40 branches from between the CO sensor 26 and the heat exchanger 25. The branched exhaust gas recirculation line (EGR line) 40 has a blower 41, and the exhaust gas sucked by the blower 41 passes through a control valve 42 and a backflow prevention valve 43, on the upstream side of the reduction tower 20, in the illustrated example. Then, it flows into the pipe line 21 directly under the reduction tower 20.

還元塔２０で還元作用を受けた酸素キャリアは、ループシール１１を通過して、酸化塔１０の下端部に流入する。酸化塔１０には、コンプレッサー１２からの空気（酸化剤ガスの一例である）が、制御弁１４によって制御された量だけ配管１３を通して供給される。酸化塔１０内に流入してくる酸素キャリアは、酸化塔１０内を透過する過程で、空気中の酸素と酸化反応して酸化された酸素キャリア（ＭＯ）となる。供給された空気は酸化塔１０内で酸素キャリア（Ｍ）の酸化反応に寄与して酸素を消費した後、配管１５から窒素と残存酸素である排ガスとして排気される。配管１５には酸素センサー１６が取り付けられており、排ガス中の酸素の濃度が継続的に測定される。   The oxygen carrier subjected to the reducing action in the reduction tower 20 passes through the loop seal 11 and flows into the lower end portion of the oxidation tower 10. Air from the compressor 12 (which is an example of an oxidant gas) is supplied to the oxidation tower 10 through a pipe 13 in an amount controlled by the control valve 14. The oxygen carrier flowing into the oxidation tower 10 becomes an oxygen carrier (MO) oxidized by an oxidation reaction with oxygen in the air in the process of passing through the oxidation tower 10. The supplied air contributes to the oxidation reaction of the oxygen carrier (M) in the oxidation tower 10 and consumes oxygen, and then is exhausted from the pipe 15 as exhaust gas that is nitrogen and residual oxygen. An oxygen sensor 16 is attached to the pipe 15, and the concentration of oxygen in the exhaust gas is continuously measured.

この例において、酸化塔１０内には熱交換器１７が備えてあり、前記した熱交換器２５で予熱された給水が流入し、酸化熱と熱交換して蒸気となり、熱利用部に排出される。酸化された酸素キャリア（ＭＯ）と排ガスは、サイクロンのような固気分離器１８によって固気分離され、酸化された酸素キャリア（ＭＯ）は配管１９を通って、前記した還元塔２０に戻される。なお、配管１９にもループシール１１が配置されている。   In this example, a heat exchanger 17 is provided in the oxidation tower 10, and the feed water preheated by the heat exchanger 25 flows in, exchanges heat with oxidation heat to become steam, and is discharged to the heat utilization section. The The oxidized oxygen carrier (MO) and the exhaust gas are solid-gas separated by a solid-gas separator 18 such as a cyclone, and the oxidized oxygen carrier (MO) is returned to the reduction tower 20 through the pipe 19. . The loop seal 11 is also disposed on the pipe 19.

固気分離器１８によって分離された酸化塔１０からの排ガスは、前記した酸素センサー１６を通って配管１５から排気される。配管１５における前記酸素センサー１６より下流位置から排ガス再循環ライン（ＥＧＲライン）３０が分岐している。分岐した排ガス再循環ライン３０はブロア３１を有しており、ブロア３１で吸引された排ガスは制御弁３２と逆流防止弁３３を通って、酸化塔１０の上流側、図示の例では酸化塔１０直下の管路１３に流入するようにされている。   The exhaust gas from the oxidation tower 10 separated by the solid-gas separator 18 is exhausted from the pipe 15 through the oxygen sensor 16 described above. An exhaust gas recirculation line (EGR line) 30 is branched from a position downstream of the oxygen sensor 16 in the pipe 15. The branched exhaust gas recirculation line 30 has a blower 31, and the exhaust gas sucked by the blower 31 passes through a control valve 32 and a backflow prevention valve 33, upstream of the oxidation tower 10, in the illustrated example, the oxidation tower 10. It is made to flow into the pipeline 13 immediately below.

なお、上記したループシール１１は、酸化塔１０に供給される酸化剤ガスが還元塔２０に供給される還元剤ガスと直接接触して燃焼反応を起こすのをシールするためのものであり、図示されないが適宜の不活性ガスがシールガスとして送り込まれる。不活性ガスとして、酸化塔１０からの排ガスを用いることもできる。また、前記熱交換器１７は、酸化塔１０内ではなく、排ガス配管１５内を流れる高温の排ガスと熱交換できる位置に設けてもよい。   The loop seal 11 described above is for sealing that the oxidant gas supplied to the oxidizer 10 is brought into direct contact with the reductant gas supplied to the reduction tower 20 to cause a combustion reaction. Although not appropriate, an appropriate inert gas is sent as a seal gas. As the inert gas, exhaust gas from the oxidation tower 10 can also be used. Further, the heat exchanger 17 may be provided not at the oxidation tower 10 but at a position where heat can be exchanged with the high-temperature exhaust gas flowing in the exhaust gas pipe 15.

上記のように、ケミカルループ式燃焼装置Ａは、還元塔２０に投入した還元剤ガスの炭化水素の持つ熱量と等しいエネルギーを、ボイラ用の給水を蒸気化するエネルギーとして、酸化塔１０からの排ガスから取り出すことができるばかりでなく、運転環境を適宜制御することにより、酸化塔１０からの排ガスからは高濃度の窒素ガスを得ることができ、還元塔２０からの排ガスからは高濃度の二酸化炭素ガスを得ることができる。一方において、ケミカルループ式燃焼装置では、酸素キャリア（Ｍ）の酸化反応と還元反応を効率よく進行させるためには、酸素キャリア（Ｍ）が酸化塔１０および還元塔２０で円滑に循環することが必要であり、そのために、実際の運転に当たっては、酸化塔１０および還元塔２０内に所要のガス流速を確立することが必要である。   As described above, the chemical loop combustion apparatus A uses the energy equal to the amount of heat of the hydrocarbon of the reducing agent gas charged into the reduction tower 20 as the energy for vaporizing the boiler feed water, and the exhaust gas from the oxidation tower 10. In addition to being able to be taken out from the exhaust gas, high-concentration nitrogen gas can be obtained from the exhaust gas from the oxidation tower 10 and high-concentration carbon dioxide can be obtained from the exhaust gas from the reduction tower 20 by appropriately controlling the operating environment. Gas can be obtained. On the other hand, in the chemical loop combustion apparatus, the oxygen carrier (M) can be smoothly circulated in the oxidation tower 10 and the reduction tower 20 in order to advance the oxidation reaction and reduction reaction of the oxygen carrier (M) efficiently. Therefore, in actual operation, it is necessary to establish a required gas flow rate in the oxidation tower 10 and the reduction tower 20.

そこで、ケミカルループ式燃焼装置において、酸素キャリア（Ｍ）が酸化塔１０と還元塔２０の間で円滑に循環するのに必要なガス流速を酸化塔１０内に確立するときのガス流量をＱ１、還元塔２０内に確立するときのガス流量をＲ１とし、酸素キャリア（Ｍ）の酸化反応に必要な酸化剤ガスの量をＱ（＜Ｑ１）、酸化した酸素キャリア（ＭＯ）の還元反応に必要な還元剤ガスの量をＲ（＜Ｒ１）としたときに、従来のケミカルループ式燃焼装置のように酸化塔１０内に酸化剤ガスのみを供給する態様では、酸化塔１０内に、酸化剤側から見れば、ｍ（＝Ｑ１−Ｑ）だけ余分な量の酸化剤ガスを供給していることとなる。量ｍの酸化剤ガスは酸素キャリア（Ｍ）の酸化には寄与せずに、そのまま排ガスとして酸化塔１０から排出される。酸化剤ガスが空気の場合には、コスト的には問題はないが、酸化塔１０の排ガスから高濃度の窒素ガスを得ることを目的としてケミカルループ式燃焼装置を運転するような場合には、排ガスには量ｍの空気に含まれる酸素（０．２１ｍ）が含まれることとなり、高濃度の窒素ガスを得ることが困難となる。   Therefore, in the chemical loop combustion apparatus, the gas flow rate when establishing the gas flow rate necessary for smoothly circulating the oxygen carrier (M) between the oxidation tower 10 and the reduction tower 20 in the oxidation tower 10 is Q1, The gas flow rate when establishing in the reduction tower 20 is R1, the amount of oxidant gas necessary for the oxidation reaction of the oxygen carrier (M) is Q (<Q1), and is necessary for the reduction reaction of the oxidized oxygen carrier (MO). In an embodiment in which only the oxidant gas is supplied into the oxidation tower 10 as in the conventional chemical loop combustion apparatus when the amount of the reducing agent gas is R (<R1), the oxidant is contained in the oxidation tower 10. When viewed from the side, an excess amount of oxidant gas is supplied by m (= Q1-Q). The amount m of the oxidant gas does not contribute to the oxidation of the oxygen carrier (M) and is directly discharged from the oxidation tower 10 as an exhaust gas. When the oxidant gas is air, there is no problem in terms of cost, but when a chemical loop type combustion apparatus is operated for the purpose of obtaining high-concentration nitrogen gas from the exhaust gas of the oxidation tower 10, The exhaust gas contains oxygen (0.21 m) contained in an amount m of air, making it difficult to obtain high-concentration nitrogen gas.

それを解決するために、上記した本発明によるケミカルループ式燃焼装置Ａでは、量Ｑの酸化剤ガス（空気）を酸化塔１０内に供給すると共に、酸化塔１０から排出される排ガスの一部を排ガス再循環ライン３０を通して酸化塔１０内に再循環させる。それにより、量ｍに相当するガス量が酸化塔１０内に補充されることとなり、酸化塔１０内には、Ｑ１（＝Ｑ＋ｍ）のガス流量によって、予め設定した範囲のガス流速が確立され、酸素キャリア（Ｍ）の円滑な循環は確保される。一方、酸化剤ガス（空気）は量Ｑであり、酸化剤（空気中の酸素）は酸素キャリア（Ｍ）の酸化にほぼ使用されてしまっているので、排ガスに含まれる酸素量はゼロか極少量であり、高濃度の窒素ガスを酸化塔１０の排ガスとして得ることができる。また、酸素キャリア（Ｍ）の酸化反応による所望量の熱も得ることができる。   In order to solve this problem, in the above-described chemical loop combustion apparatus A according to the present invention, a quantity Q of oxidant gas (air) is supplied into the oxidation tower 10 and part of the exhaust gas discharged from the oxidation tower 10. Is recirculated into the oxidation tower 10 through the exhaust gas recirculation line 30. As a result, a gas amount corresponding to the amount m is replenished in the oxidation tower 10, and a gas flow rate in a preset range is established in the oxidation tower 10 by the gas flow rate of Q1 (= Q + m). Smooth circulation of the oxygen carrier (M) is ensured. On the other hand, the oxidant gas (air) has a quantity Q, and the oxidant (oxygen in the air) is almost used for the oxidation of the oxygen carrier (M). A small amount of high-concentration nitrogen gas can be obtained as exhaust gas from the oxidation tower 10. Further, a desired amount of heat due to the oxidation reaction of the oxygen carrier (M) can also be obtained.

一方、従来のケミカルループ式燃焼装置のように還元塔２０内に還元剤ガスのみを供給する態様では、還元塔２０内に、量Ｒの還元剤ガスを投入して、酸素キャリア（ＭＯ）と反応させる。還元剤ガスの流量Ｒにより、還元塔内の流速が決まり、粒子の流動状態が決定される。この場合、所定の流速になるように、設計時に反応塔の断面積を決定する必要があり、反応塔の形状に制限がかかる。   On the other hand, in an embodiment in which only the reducing agent gas is supplied into the reducing tower 20 as in the conventional chemical loop combustion apparatus, an amount R of reducing agent gas is introduced into the reducing tower 20 and oxygen carrier (MO) and React. The flow rate R of the reducing agent gas determines the flow velocity in the reduction tower and determines the flow state of the particles. In this case, it is necessary to determine the cross-sectional area of the reaction tower at the time of design so that a predetermined flow rate is obtained, and the shape of the reaction tower is limited.

そこで、本発明によるケミカルループ式燃焼装置Ａでは、量Ｒの還元剤ガス（例えば、都市ガス）を還元塔２０内に供給すると共に、還元塔２０から排出される排ガスの一部を排ガス再循環ライン４０を通して還元塔２０内に再循環させることで、量ｎに相当するガス量を補充する。それにより、還元塔２０内には、Ｒ１（＝Ｒ＋ｎ）のガス流量が存在することになり、ｎの量を調整することにより、Ｒ１の流量を調整することができる。   Therefore, in the chemical loop combustion apparatus A according to the present invention, an amount R of reducing agent gas (for example, city gas) is supplied into the reduction tower 20 and a part of the exhaust gas discharged from the reduction tower 20 is recycled. A gas amount corresponding to the amount n is replenished by recirculation through the line 40 into the reduction tower 20. Thereby, the gas flow rate of R1 (= R + n) exists in the reduction tower 20, and the flow rate of R1 can be adjusted by adjusting the amount of n.

さらに、ある発生熱量でケミカルループ式燃焼装置Ａを運転している状態で、熱消費側のロードが低減したときに、酸化塔１０への酸化剤ガスの供給量を低減して出力を低減することが必要となるが、単に酸化剤ガスの供給量を低減するのみでは、酸化塔１０内でのガス流速が低下して酸素キャリア（Ｍ）の循環が不十分となる。本発明によるケミカルループ式燃焼装置Ａでは、酸化剤ガスの低減分を前記のように酸化塔１０からの排ガスの一部を排ガス再循環ライン３０を通して酸化塔１０に再循環させることでカバーすることができるので、酸化塔１０内での所定のガス流速を維持した状態で、より低出力での運転を継続することができる。出力が低減した分だけ、還元塔２０に供給する還元剤ガスの流量も低減することが求められるが、この低減に対しても、還元塔２０からの排ガスに対応した量を、排ガス再循環ライン４０を通して還元塔２０に再循環させてカバーすることで、還元塔２０内での所定のガス流速も維持することができる。   Further, when the load on the heat consumption side is reduced while operating the chemical loop combustion apparatus A with a certain amount of generated heat, the supply amount of the oxidant gas to the oxidation tower 10 is reduced to reduce the output. However, merely reducing the supply amount of the oxidant gas decreases the gas flow rate in the oxidation tower 10 and the circulation of the oxygen carrier (M) becomes insufficient. In the chemical loop combustion apparatus A according to the present invention, the reduced amount of the oxidant gas is covered by recirculating a part of the exhaust gas from the oxidation tower 10 to the oxidation tower 10 through the exhaust gas recirculation line 30 as described above. Therefore, it is possible to continue the operation at a lower output while maintaining a predetermined gas flow rate in the oxidation tower 10. Although it is required to reduce the flow rate of the reducing agent gas supplied to the reduction tower 20 by the amount that the output is reduced, the amount corresponding to the exhaust gas from the reduction tower 20 is also reduced for this reduction. By recirculating and covering the reduction tower 20 through 40, a predetermined gas flow rate in the reduction tower 20 can also be maintained.

酸化塔１０に設けた排ガス再循環ライン３０のみを稼働させ、還元塔２０に設けた排ガス再循環ライン４０は稼働させない運転方法を採ることが可能であり、また、排ガス再循環ライン４０を備えないケミカルループ式燃焼装置Ａを用いることも可能である。逆に、還元塔２０に設けた排ガス再循環ライン４０のみを稼働させ、酸化塔１０に設けた排ガス再循環ライン３０は稼働させない運転方法を採ることが可能であり、また、排ガス再循環ライン３０を備えないケミカルループ式燃焼装置Ａを用いることも可能である。   It is possible to employ an operation method in which only the exhaust gas recirculation line 30 provided in the oxidation tower 10 is operated and the exhaust gas recirculation line 40 provided in the reduction tower 20 is not operated, and the exhaust gas recirculation line 40 is not provided. It is also possible to use the chemical loop combustion apparatus A. On the contrary, it is possible to employ an operation method in which only the exhaust gas recirculation line 40 provided in the reduction tower 20 is operated and the exhaust gas recirculation line 30 provided in the oxidation tower 10 is not operated. It is also possible to use a chemical loop combustion apparatus A that does not include

次に、酸化塔１０側での制御の一例を図２のフロー図に沿って説明する。ケミカルループ式燃焼装置Ａは酸化塔１０内でのガス流量が前記したＱ１（酸素キャリア（Ｍ）が円滑に循環するのに必要なガス流速を酸化塔１０内に確立するときのガス流量）で運転されているとする。また、その運転状態での酸化塔１０からの排ガスに含まれる酸素（Ｏ２）量は予め設定した値（ＳＶ値）とする。運転中に、図示しない制御部は、管路１５に取り付けた酸素センサー１６からの排ガス中のＯ２濃度の実測値（ＰＶ値）を継続的に読み込む。そして、設定値（ＳＶ値）と実測値（ＰＶ値）を比較する（Ｓ１０）。ＳＶ値＞ＰＶ値の場合（ＹＥＳの場合）には、予定量の空気が酸化塔１０に供給されていないことを意味するので、管路１３に設けた制御弁１４を調整して、空気流量を増量するとともに、排ガス再循環ライン３０に設けた制御弁３２を調整して、それと同量だけ排ガス再循環ライン３０を流れる排ガス量（ＥＧＲ流量）を低減する（Ｓ１１）。それにより、酸化塔１０内でのガス流速を変えることなく、必要な空気を酸化塔１０内に供給することができる。 Next, an example of control on the oxidation tower 10 side will be described with reference to the flowchart of FIG. In the chemical loop combustion apparatus A, the gas flow rate in the oxidation tower 10 is Q1 (the gas flow rate when the gas flow rate necessary for smoothly circulating the oxygen carrier (M) is established in the oxidation tower 10). Suppose you are driving. The amount of oxygen (O 2 ) contained in the exhaust gas from the oxidation tower 10 in the operating state is set to a preset value (SV value). During operation, a control unit (not shown) continuously reads the actual measurement value (PV value) of the O 2 concentration in the exhaust gas from the oxygen sensor 16 attached to the pipe 15. Then, the set value (SV value) and the actually measured value (PV value) are compared (S10). When SV value> PV value (in the case of YES), it means that a predetermined amount of air is not supplied to the oxidation tower 10, so the control valve 14 provided in the pipe 13 is adjusted to adjust the air flow rate. And the control valve 32 provided in the exhaust gas recirculation line 30 is adjusted to reduce the amount of exhaust gas (EGR flow rate) flowing through the exhaust gas recirculation line 30 by the same amount (S11). Thereby, the required air can be supplied into the oxidation tower 10 without changing the gas flow rate in the oxidation tower 10.

ＳＶ値＞ＰＶ値でない場合（Ｓ１０でＮＯの場合）には、制御部は、ＳＶ値＜ＰＶ値かどうかを判断する（Ｓ１２）。ＹＥＳの場合には、予定量以上の空気が酸化塔１０に供給されており、酸化塔１０からの排ガスには予定量以上の酸素が含まれていることを意味する。その場合には、管路１３に設けた制御弁１４を調整して、酸化塔１０への空気流量を減量するとともに、排ガス再循環ライン３０に設けた制御弁３２を調整して、それと同量だけ排ガス再循環ライン３０を流れる排ガス量（ＥＧＲ流量）を増量する（Ｓ１３）。それにより、酸化塔１０内でのガス流速を変えることなく、必要な空気を酸化塔１０内に供給することができる。なお、ＳＶ値＝ＰＶ値の場合は、そのまま運転を継続すればよい。   If SV value> PV value is not satisfied (NO in S10), the control unit determines whether SV value <PV value (S12). In the case of YES, it means that a predetermined amount or more of air is supplied to the oxidation tower 10 and the exhaust gas from the oxidation tower 10 contains oxygen of a predetermined amount or more. In that case, the control valve 14 provided in the pipe line 13 is adjusted to reduce the air flow rate to the oxidation tower 10, and the control valve 32 provided in the exhaust gas recirculation line 30 is adjusted to the same amount. Only the amount of exhaust gas (EGR flow rate) flowing through the exhaust gas recirculation line 30 is increased (S13). Thereby, the required air can be supplied into the oxidation tower 10 without changing the gas flow rate in the oxidation tower 10. In the case of SV value = PV value, the operation may be continued as it is.

次に、還元塔２０側での制御の一例を図３のフロー図に沿って説明する。ここでも、ケミカルループ式燃焼装置Ａは還元塔２０内でのガス流量が前記したＲ１（酸化した酸素キャリア（ＭＯ）が円滑に循環するのに必要なガス流速を還元塔２０内に確立するときのガス流量）で運転されているとする。また、その運転状態での還元塔２０からの排ガスに含まれるＣＯなどの未燃成分量は予め設定した値（ＳＶ値）とする。運転中に、図示しない制御部は、管路２４に取り付けたＣＯセンサー２６からの排ガス中の未燃成分濃度の実測値（ＰＶ値）を継続的に読み込む。そして、設定値（ＳＶ値）と実測値（ＰＶ値）を比較する（Ｓ２０）。ＳＶ値＞ＰＶ値の場合（ＹＥＳの場合）には、予定量の燃料ガスが還元塔２０に供給されていないことを意味するので、管路２１に設けた制御弁２２調整して、燃料ガス量を増量するとともに、排ガス再循環ライン４０に設けた制御弁４２を調整して、それと同量だけ排ガス再循環ライン４０を流れる排ガス量（ＥＧＲ流量）を低減する（Ｓ２１）。それにより、還元塔２０内でのガス流速を変えることなく、必要な量の燃料ガスを還元塔２０内に供給することができる。   Next, an example of control on the reduction tower 20 side will be described with reference to the flowchart of FIG. Here again, when the chemical loop combustion apparatus A establishes a gas flow rate in the reduction tower 20 in which the gas flow rate in the reduction tower 20 is R1 (the oxidized oxygen carrier (MO) is smoothly circulated) as described above. The gas flow rate) is assumed to be operating. Further, the amount of unburned components such as CO contained in the exhaust gas from the reduction tower 20 in the operation state is set to a preset value (SV value). During operation, a control unit (not shown) continuously reads the actual measurement value (PV value) of the unburned component concentration in the exhaust gas from the CO sensor 26 attached to the pipeline 24. Then, the set value (SV value) and the actually measured value (PV value) are compared (S20). When SV value> PV value (in the case of YES), it means that a predetermined amount of fuel gas is not supplied to the reduction tower 20, so the control valve 22 provided in the pipe line 21 is adjusted and the fuel gas While increasing the amount, the control valve 42 provided in the exhaust gas recirculation line 40 is adjusted to reduce the amount of exhaust gas (EGR flow rate) flowing through the exhaust gas recirculation line 40 by the same amount (S21). Thereby, a necessary amount of fuel gas can be supplied into the reduction tower 20 without changing the gas flow rate in the reduction tower 20.

ＳＶ値＞ＰＶ値でない場合（Ｓ２０でＮＯの場合）には、制御部は、ＳＶ値＜ＰＶ値かどうかを判断する（Ｓ２２）。ＹＥＳの場合には、予定量以上の燃料ガスが還元塔２０に供給されており、還元塔２０からの排ガスには予定量以上の未燃成分が含まれていることを意味する。その場合には、管路２１に設けた制御弁２２を調整して、還元塔２０への燃料ガス流量を減量するとともに、排ガス再循環ライン４０に設けた制御弁４２を調整して、それと同量だけ排ガス再循環ライン４２を流れる排ガス量（ＥＧＲ流量）を増量する（Ｓ２３）。それにより、還元塔２０内でのガス流速を変えることなく、必要な量の燃料ガスを還元塔２０内に供給することができる。ここでも、ＳＶ値＝ＰＶ値の場合はそのまま運転を継続すればよい。   If SV value> PV value is not satisfied (NO in S20), the control unit determines whether SV value <PV value (S22). In the case of YES, it means that a predetermined amount or more of fuel gas is supplied to the reduction tower 20 and the exhaust gas from the reduction tower 20 contains an unburned component of a predetermined amount or more. In that case, the control valve 22 provided in the pipeline 21 is adjusted to reduce the flow rate of the fuel gas to the reduction tower 20, and the control valve 42 provided in the exhaust gas recirculation line 40 is adjusted to the same. The amount of exhaust gas (EGR flow rate) flowing through the exhaust gas recirculation line 42 is increased by the amount (S23). Thereby, a necessary amount of fuel gas can be supplied into the reduction tower 20 without changing the gas flow rate in the reduction tower 20. Again, if the SV value = PV value, the operation may be continued as it is.

図４は、熱消費側でのロードが変化した場合での、ターンダウン制御（ロード制御）について説明する。ここでも、ケミカルループ式燃焼装置Ａは、酸化塔１０内でのガス流量が前記したＱ１（酸素キャリア（Ｍ）が円滑に循環するのに必要なガス流速を酸化塔１０内に確立するときのガス流量）、および、還元塔２０内でのガス流量が前記したＲ１（酸素キャリア（ＭＯ）が円滑に循環するのに必要なガス流速を還元塔２０内に確立するときのガス流量）で運転されているとする。運転中に、図示しない制御部は、燃料（還元剤ガス）流量計、生成蒸気流量計等からの情報を得て、制御ロードの設定値（ＳＶ値）と実測値（ＰＶ値）を比較する（Ｓ３０）。ＳＶ値＞ＰＶ値の場合（ＹＥＳの場合）には、予定量の酸化反応が酸化塔１０内で進行していないことを意味するので、酸化反応による熱量を上げるために、管路１３に設けた制御弁１４を調整して、酸化塔１０へ供給する空気流量を増量するとともに、排ガス再循環ライン３０に設けた制御弁３２を調整して、それと同量だけ排ガス再循環ライン３０を流れる排ガス量（ＥＧＲ流量）を低減する。それにより、酸化塔１０内でのガス流速を変えることなく、設定したロードを満たすだけの空気量を酸化塔１０内に供給することができる。それと同時に、酸化反応で得られる熱エネルギーと当量となるように、管路２１に設けた制御弁２２調整して、燃料ガス量を増量するとともに、排ガス再循環ライン４０に設けた制御弁４２を調整して、それと同量だけ排ガス再循環ライン４０を流れる排ガス量（ＥＧＲ流量）を低減する（Ｓ３１）。   FIG. 4 illustrates turn-down control (load control) when the load on the heat consumption side changes. Here again, the chemical loop combustion apparatus A is used when the gas flow rate in the oxidation tower 10 establishes the gas flow rate necessary for smoothly circulating the above-described Q1 (oxygen carrier (M)) in the oxidation tower 10. Gas flow rate) and the gas flow rate in the reduction tower 20 is the above-described R1 (the gas flow rate when establishing the gas flow rate necessary for the smooth circulation of the oxygen carrier (MO) in the reduction tower 20). Suppose that During operation, a control unit (not shown) obtains information from a fuel (reducing agent gas) flow meter, a generated steam flow meter, and the like, and compares the set value (SV value) of the control load with the actually measured value (PV value). (S30). When SV value> PV value (in the case of YES), it means that a predetermined amount of oxidation reaction has not progressed in the oxidation tower 10, and therefore, provided in the pipe line 13 in order to increase the amount of heat by the oxidation reaction. The control valve 14 is adjusted to increase the flow rate of air supplied to the oxidation tower 10, and the control valve 32 provided in the exhaust gas recirculation line 30 is adjusted to flow through the exhaust gas recirculation line 30 by the same amount. Reduce the amount (EGR flow rate). Thereby, the air quantity sufficient to satisfy the set load can be supplied into the oxidation tower 10 without changing the gas flow rate in the oxidation tower 10. At the same time, the control valve 22 provided in the pipe line 21 is adjusted so as to be equivalent to the thermal energy obtained by the oxidation reaction, the amount of fuel gas is increased, and the control valve 42 provided in the exhaust gas recirculation line 40 is provided. The amount of exhaust gas (EGR flow rate) flowing through the exhaust gas recirculation line 40 is reduced by the same amount as that (S31).

ＳＶ値＞ＰＶ値でない場合（Ｓ３０でＮＯの場合）には、制御部は、ＳＶ値＜ＰＶ値かどうかを判断する（Ｓ３２）。ＹＥＳの場合には、必要量以上の燃料ガスが還元塔２０に供給されており、還元塔２０からの排ガスには設定量以上の未燃成分が含まれているので、管路２１に設けた制御弁２２を調整して、還元塔２０への燃料ガス流量を減量するとともに、排ガス再循環ライン４０に設けた制御弁４２を調整して、それと同量だけ排ガス再循環ライン４２を流れる排ガス量（ＥＧＲ流量）を増量する。それにより、還元塔２０内でのガス流速を変えることなく、必要な量の燃料ガスを還元塔２０内に供給することができる。一方、酸化塔１０側でも、必要量以上の空気が酸化塔１０に供給されており、酸化塔１０からの排ガスには設定量以上の酸素が含まれていることを意味するので、還元塔２０側の制御と同時に、管路１３に設けた制御弁１４を調整して、酸化塔１０への空気流量を減量するとともに、排ガス再循環ライン３０に設けた制御弁３２を調整して、それと同量だけ排ガス再循環ライン３０を流れる排ガス量（ＥＧＲ流量）を増量する（Ｓ３３）。それにより、酸化塔１０内でのガス流速を変えることなく、必要な空気を酸化塔１０内に供給することができる。なお、ＳＶ値＝ＰＶ値の場合は、そのまま運転を継続すればよい。   If SV value> PV value is not satisfied (NO in S30), the control unit determines whether SV value <PV value (S32). In the case of YES, the fuel gas more than the required amount is supplied to the reduction tower 20, and the exhaust gas from the reduction tower 20 contains an unburned component of the set amount or more. The control valve 22 is adjusted to reduce the flow rate of the fuel gas to the reduction tower 20 and the control valve 42 provided in the exhaust gas recirculation line 40 is adjusted so that the amount of exhaust gas flowing through the exhaust gas recirculation line 42 by the same amount is adjusted. Increase (EGR flow rate). Thereby, a necessary amount of fuel gas can be supplied into the reduction tower 20 without changing the gas flow rate in the reduction tower 20. On the other hand, on the oxidation tower 10 side, too much air is supplied to the oxidation tower 10, and it means that the exhaust gas from the oxidation tower 10 contains more than a set amount of oxygen. At the same time, the control valve 14 provided in the pipe 13 is adjusted to reduce the air flow rate to the oxidation tower 10, and the control valve 32 provided in the exhaust gas recirculation line 30 is adjusted to The amount of exhaust gas (EGR flow rate) flowing through the exhaust gas recirculation line 30 is increased by the amount (S33). Thereby, the required air can be supplied into the oxidation tower 10 without changing the gas flow rate in the oxidation tower 10. In the case of SV value = PV value, the operation may be continued as it is.

上記したように、本発明によるケミカルループ式燃焼装置Ａでは、酸化塔１０および還元塔２０の双方またはいずれか一方に、排ガス再循環ライン３０、４０を設けたことにより、酸化塔１０および還元塔２０内での酸素キャリアの円滑な流動状態を保持したままで、種々の運転態様に容易に対処することが可能となり、ケミカルループ式燃焼装置Ａを実機として用いるときの利便性が大きく向上する。   As described above, in the chemical loop combustion apparatus A according to the present invention, the exhaust gas recirculation lines 30 and 40 are provided in either or one of the oxidation tower 10 and the reduction tower 20, so that the oxidation tower 10 and the reduction tower are provided. It is possible to easily cope with various operation modes while maintaining the smooth flow state of the oxygen carrier in the cylinder 20, and the convenience when using the chemical loop combustion apparatus A as an actual machine is greatly improved.

Ａ…ケミカルループ式燃焼装置、
１０…酸化塔、
２０…還元塔、
３０…酸化塔に設けた排ガス再循環ライン、
４０…還元塔に設けた排ガス再循環ライン A ... Chemical loop combustion equipment,
10 ... oxidation tower,
20 ... reduction tower,
30: Exhaust gas recirculation line provided in the oxidation tower,
40 ... Exhaust gas recirculation line installed in the reduction tower

Claims (9)

酸化塔と還元塔を備え酸素キャリアが酸化塔内での酸化剤による酸化反応と還元塔内での還元剤による還元反応を受けながら循環するようにされたケミカルループ式燃焼装置であって、
前記酸化塔および前記還元塔の双方に排ガス再循環ラインが備えられ、該排ガス再循環ラインにはそこを流れる排ガスの流量を制御する流量制御手段が備えられていることを特徴とするケミカルループ式燃焼装置。 A chemical loop combustion apparatus comprising an oxidation tower and a reduction tower, wherein the oxygen carrier is circulated while undergoing an oxidation reaction by an oxidizing agent in the oxidation tower and a reduction reaction by the reducing agent in the reduction tower,
Both the oxidation tower and the reduction tower are provided with an exhaust gas recirculation line, and the exhaust gas recirculation line is provided with a flow rate control means for controlling the flow rate of the exhaust gas flowing therethrough. Combustion device. 前記酸化塔に備えられた排ガス再循環ラインには酸素センサーが、前記還元塔に備えられた排ガス再循環ラインには還元剤センサーが備えられていることを特徴とする請求項１に記載のケミカルループ式燃焼装置。   The chemical according to claim 1, wherein the exhaust gas recirculation line provided in the oxidation tower is provided with an oxygen sensor, and the exhaust gas recirculation line provided in the reduction tower is provided with a reducing agent sensor. Loop combustion device. 請求項１または２に記載のケミカルループ式燃焼装置の運転方法であって、運転状態にかかわらず前記酸化塔および前記還元塔内のガス流速が予め設定した範囲内となるようにそれぞれの排ガス再循環量を制御して運転を行うことを特徴とするケミカルループ式燃焼装置の運転方法。   The method of operating a chemical loop combustion apparatus according to claim 1 or 2, wherein the exhaust gas recirculation is performed so that the gas flow rates in the oxidation tower and the reduction tower are within a preset range regardless of the operation state. A method for operating a chemical loop combustion apparatus, wherein the operation is performed by controlling a circulation amount. 酸化塔と還元塔を備え酸素キャリアが酸化塔内での酸化剤による酸化反応と還元塔内での還元剤による還元反応を受けながら循環するようにされたケミカルループ式燃焼装置であって、
前記酸化塔に排ガス再循環ラインが備えられ、該排ガス再循環ラインにはそこを流れる排ガスの流量を制御する流量制御手段が備えられていることを特徴とするケミカルループ式燃焼装置。 A chemical loop combustion apparatus comprising an oxidation tower and a reduction tower, wherein the oxygen carrier is circulated while undergoing an oxidation reaction by an oxidizing agent in the oxidation tower and a reduction reaction by the reducing agent in the reduction tower,
A chemical loop combustion apparatus, wherein the oxidation tower is provided with an exhaust gas recirculation line, and the exhaust gas recirculation line is provided with a flow rate control means for controlling the flow rate of the exhaust gas flowing therethrough. 前記酸化塔の排ガス再循環ラインには酸素センサーが備えられていることを特徴とする請求項４に記載のケミカルループ式燃焼装置。   The chemical loop combustion apparatus according to claim 4, wherein an oxygen sensor is provided in the exhaust gas recirculation line of the oxidation tower. 請求項４または５に記載のケミカルループ式燃焼装置の運転方法であって、運転状態にかかわらず前記酸化塔内のガス流速が予定した範囲内となるように排ガス再循環量を制御して運転を行うことを特徴とするケミカルループ式燃焼装置の運転方法。   6. The method of operating a chemical loop combustion apparatus according to claim 4 or 5, wherein the exhaust gas recirculation amount is controlled so that the gas flow rate in the oxidation tower is within a predetermined range regardless of the operating state. A method of operating a chemical loop combustion apparatus, characterized in that 酸化塔と還元塔を備え酸素キャリアが酸化塔内での酸化剤による酸化反応と還元塔内での還元剤による還元反応を受けながら循環するようにされたケミカルループ式燃焼装置であって、
前記還元塔には排ガス再循環ラインが備えられ、該排ガス再循環ラインにはそこを流れる排ガスの流量を制御する流量制御手段が備えられていることを特徴とするケミカルループ式燃焼装置。 A chemical loop combustion apparatus comprising an oxidation tower and a reduction tower, wherein the oxygen carrier is circulated while undergoing an oxidation reaction by an oxidizing agent in the oxidation tower and a reduction reaction by the reducing agent in the reduction tower,
A chemical loop combustion apparatus, wherein the reduction tower is provided with an exhaust gas recirculation line, and the exhaust gas recirculation line is provided with a flow rate control means for controlling the flow rate of the exhaust gas flowing therethrough. 前記還元塔の排ガス再循環ラインには還元剤センサーが備えられていることを特徴とする請求項７に記載のケミカルループ式燃焼装置。   The chemical loop combustion apparatus according to claim 7, wherein a reducing agent sensor is provided in the exhaust gas recirculation line of the reduction tower. 請求項７または８に記載のケミカルループ式燃焼装置の運転方法であって、運転状態にかかわらず前記還元塔内のガス流速が予定した範囲内となるように排ガス再循環量を制御して運転を行うことを特徴とするケミカルループ式燃焼装置の運転方法。   The operation method of the chemical loop combustion apparatus according to claim 7 or 8, wherein the exhaust gas recirculation amount is controlled so that a gas flow rate in the reduction tower is within a predetermined range regardless of an operation state. A method of operating a chemical loop combustion apparatus, characterized in that
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