JP5427741B2 - 多目的火力発電システム - Google Patents
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Description
本発明は、多目的火力発電システムに係り、特に、造水機能と二酸化炭素回収機能と発電機能の三大機能を同時に、又は発電と造水機能または二酸化炭素回収機能を同時に発揮する機能を備えた化石燃料焚き多目的火力発電システムに関する。
発電を行う蒸気タービンサイクルから水蒸気を抽気して海水から淡水を作る造水機能を備えた火力発電所は既に実用化されている。さらに、発電機能や造水機能のみならず、酸素燃焼ボイラのボイラ排ガスに含まれる二酸化炭素を圧縮し冷却して二酸化炭素を回収する機能も同時に備えた石炭燃料焚き火力発電システムが考案されている。例えば特開２０１０−１０１５８７号公報（特許文献１）では、酸素燃焼ボイラの排ガス主成分が二酸化炭素と水蒸気であることを活用して、酸素燃焼ボイラ，酸素分離装置，石炭供給装置，蒸気タービン及び蒸気タービン発電機と有する火力発電システムにおいて、脱硝装置，酸素予熱器，集塵機，脱流装置，冷却除湿装置及び二酸化炭素液化装置を用いて、排ガスを冷却して排ガス中の水分を除去した後で二酸化炭素を回収する石炭焚きの酸素燃焼ボイラ構成および酸素燃焼ボイラの制御方法について開示されている。
特許文献１では、冷却除湿装置で発生する水分は系外に排水されている。これは冷却除湿装置で発生する水分が有効利用できるほどの水分量ではないからと推測される。
酸素燃焼ボイラからの排ガスの主成分は、二酸化炭素ガスと水蒸気である。すなわち、空気中の酸素ガスをボイラ燃料用の酸素源としてボイラに投入する場合、空気中の酸素ガスと同時に燃焼に寄与しない不必要な空気中の窒素ガスを多量にボイラへ投入せざるをえない従来の空気燃焼ボイラと異なり、酸素燃焼ボイラの場合は、専用の酸素発生装置からの酸素のみをボイラの燃焼用酸素源とするので、そのボイラ排ガス成分は燃料の主成分である水素や炭素や炭化水素が酸化されて生れる水蒸気や二酸化炭素が主成分となり空気中の余分な窒素ガスが含まれない。
このことから、排ガスを冷却および圧縮してガス中の水分と二酸化炭素を同時に回収することができる。酸素燃焼ボイラ排ガス中には大量の水分が含まれているが、従来の冷却除湿装置で発生する水分は多くなく、その結果、排ガス中の大量の水分は有効利用されることなく系外に排出されている。排ガスを冷却して得られる水分を低コストで多量に回収できれば、この回収した水分を蒸気タービンの蒸気・水サイクルのサイクル水として活用するができる。しかし、従来のシステムでは、回収できる水分が蒸気タービンの蒸気・水サイクルのサイクル水として活用するができる程十分な量ではない。
本発明の目的は、酸素燃焼ボイラの排ガスから低コストで大量に水分と二酸化炭素を回収することが可能な多目的火力発電システムを提供することにある。
本発明の多目的火力発電システムは、燃料として炭素と水素と微量の硫黄分と窒素分から成る化石燃料を用いる場合には、酸素燃焼ボイラと、蒸気タービンと、発電機と、酸素燃焼ボイラに供給する酸素を生成する酸素分離装置と、酸素燃焼ボイラに炭素と水素と微量の硫黄分と窒素分から成る化石燃料を送る燃料供給装置と、酸素燃焼ボイラの排ガス中の窒素酸化物を除却する脱硝装置と、ボイラ排ガスと酸素を含んだ再循環ボイラ排ガスとを熱交換するガス熱交換器と、ガス熱交換器出口の排ガスを蒸気タービンの復水で冷却する復水冷却器と、復水冷却器出口ボイラ排ガスを酸素燃焼ボイラに再循環させる再循環系統と、酸素分離装置からの酸素を再循環系統に送る酸素注入系統と、復水冷却器出口排ガスから煤塵を除去する集塵器と、集塵器からのボイラ排ガス中の硫黄分を除却する脱硫装置と、脱硫装置からのボイラ排ガスを冷却して水を造る冷却造水器と、冷却造水器出口ボイラ排ガスを圧縮して二酸化炭素を得る二酸化炭素液化装置と、二酸化炭素液化装置で得られた液化二酸化炭素を貯蔵する二酸化炭素貯蔵タンクと、冷却造水器で発生した水を回収する淡水タンクと、淡水タンクの水を蒸気タービンの水蒸気サイクル水として蒸気タービン系統に供給する送水系統とを有することを特徴とする。
また、燃料として炭素と水素とから成る液化天然ガスのような化石燃料を用いる場合、本発明の多目的火力発電システムは、酸素燃焼ボイラと、蒸気タービンと、発電機と、酸素燃焼ボイラに供給する酸素を生成する酸素分離装置と、酸素燃焼ボイラに炭素と水素とから成る液化天然ガスのような化石燃料を送る燃料供給装置と、ボイラ排ガスと酸素を含んだ再循環ボイラ排ガスとを熱交換するガス熱交換器と、ガス熱交換器出口の排ガスを蒸気タービンの復水で冷却する復水冷却器と、復水冷却器出口ボイラ排ガスを酸素燃焼ボイラに再循環させる再循環系統と、酸素分離装置からの酸素を再循環系統に送る酸素注入系統と、復水冷却器からのボイラ排ガスを冷却して水を造る冷却造水器と、前記冷却造水器出口ボイラ排ガスを圧縮して二酸化炭素を得る二酸化炭素液化装置と、二酸化炭素液化装置で得られた液化二酸化炭素を貯蔵する二酸化炭素貯蔵タンクと、冷却造水器で発生した水を回収する淡水タンクと、淡水タンクの水を蒸気タービンの水蒸気サイクル水として蒸気タービン系統に供給する送水系統とを有することを特徴とする。
また、燃料として水素燃料を用いる場合、本発明の多目的火力発電システムは、酸素燃焼ボイラと、蒸気タービンと、発電機と、酸素燃焼ボイラに供給する酸素を生成する酸素分離装置と、前記酸素燃焼ボイラに水素燃料を送る燃料供給装置と、ボイラ排ガスと酸素を含んだ再循環ボイラ排ガスとを熱交換するガス熱交換器と、ガス熱交換器出口の排ガスを蒸気タービンの復水で冷却する復水冷却器と、復水冷却器出口ボイラ排ガスを酸素燃焼ボイラに再循環させる再循環系統と、酸素分離装置からの酸素を再循環系統に送る酸素注入系統と、復水冷却器からのボイラ排ガスを冷却して水を造る冷却造水器と、冷却造水器で発生した水を回収する淡水タンクと、淡水タンクの水を蒸気タービンの水蒸気サイクル水として蒸気タービン系統に供給する送水系統とを有することを特徴とする。
また、燃料として炭素からなる化石燃料を用いる場合、本発明の多目的火力発電システムは、酸素燃焼ボイラと、蒸気タービンと、発電機と、酸素燃焼ボイラに供給する酸素を生成する酸素分離装置と、酸素燃焼ボイラに炭素から成る化石燃料を送る燃料供給装置と、ボイラ排ガスと酸素を含んだ再循環ボイラ排ガスとを熱交換するガス熱交換器と、ガス熱交換器出口の排ガスを蒸気タービンの復水で冷却する復水冷却器と、復水冷却器出口ボイラ排ガスを酸素燃焼ボイラに再循環させる再循環系統と、酸素分離装置からの酸素を再循環系統に送る酸素注入系統と、復水冷却器からのボイラ排ガスを圧縮して二酸化炭素を得る二酸化炭素液化装置と、二酸化炭素液化装置で得られた液化二酸化炭素を貯蔵する二酸化炭素貯蔵タンクとを有することを特徴とする。
本発明によれば、ボイラで焚く燃料種別に対応してその燃料から電気エネルギーのみならず、水または二酸化炭素を同時に大量に、低コストでかつ自然環境に優しい方法で得る事ができる。
以下、図面を参照しながら、酸素燃焼ボイラを用いた多目的火力発電システムについて、酸素燃焼ボイラの燃料を代えた本発明の複数の実施例を説明する。図１〜図４は、４種類の燃料に対応した多目的火力発電システムの実施例を示すものである。各図面を通し、同等の構成要素には同一の符号を付してある。
図１は、酸素燃焼ボイラ１の燃料として、成分が主に炭素，水素，灰分，水分であり、かつ微量の硫黄分や窒素分を含む石炭のような燃料を用いた多目的火力発電システムの一実施例を示す。本実施例では、電力と水と二酸化炭素を同時に回収する多目的火力発電システムとなっている。
本実施例の多目的火力発電システムは、石炭を焚いて蒸気を生成する酸素燃焼ボイラ１と、酸素燃焼ボイラ１で生成した蒸気で回転駆動する蒸気タービン２と、酸素燃焼ボイラ１で発生した蒸気５１を運ぶ酸素燃焼ボイラ蒸気配管４と、蒸気タービン２の回転力を電力に変換する発電機３と、蒸気タービン２を回転駆動した蒸気を復水器６０で凝縮して復水化した復水を酸素燃焼ボイラ１に送る復水ポンプ６１及び給水ポンプ６６と、復水を蒸気タービン２からの抽気蒸気などで加熱する低圧給水加熱器６２及び高圧給水加熱器６７をと備える。
復水ポンプ６０から送水される復水は、一部分岐して復水送水配管６３を経由して復水冷却器１２に送られ、ガス熱交換器１１を出たボイラ排ガスを冷却する。復水器６０出口の復水温度は復水器の真空度によるが真空度を７２２mmＨｇＶａｃとするとその飽和温度約３３.１℃程度であり、復水はガス熱交換器１１を出たボイラ排ガスを冷却できる。復水冷却器１２出口ガス温度を下げる事により、後段の冷却造水器１５へ流入する排ガスのガス温度が下がる。復水冷却器１２にて加温された復水は復水戻り配管６４を通過して脱気器６５に流入する。復水冷却器１２で回収された熱はプラント全体の効率向上効果がある。また、復水冷却器１２によりガス熱交換器１１出口の排ガス温度を冷却することにより、後述の強制通風機（ＦＤＦ）２７の入口機器が許容する設計温度以下に冷却される。
脱気器６５を出た給水は給水ポンプ６６にて昇圧され、高圧給水加熱器６７を流下してボイラ給水配管５から酸素燃焼ボイラ１に給水として送水される。この給水は再び酸素燃焼ボイラ１にて加熱され蒸気になり蒸気タービン２に送られる。
酸素燃焼ボイラ１には石炭燃料供給装置７から燃料供給管９を介して石炭燃料が投入される。石炭燃料中には、水素４５，炭素４６，窒素４７，硫黄４８が含まれている。
誘引通風機（ＩＤＦ）３５出口においてボイラ排ガスの一部を分岐させ、分岐させたボイラ排ガスを、ボイラ排ガス再循環ダンパ８１を通じてボイラ排ガス再循環ダクト２４を流下させ、酸素燃焼ボイラ１へ再循環させる。即ち、誘引通風機（ＩＤＦ）出口ガスを強制通風機（ＦＤＦ）入口に戻すボイラ排ガス再循環ガス系統を設け、酸素燃焼ボイラ１にボイラ排ガスを再循環させる。残りのボイラ排ガスは脱流装置１４側に流れる。
また、ボイラ排ガス再循環ダクト２４には、酸素分離装置６からの空気中の酸素４４が酸素分離装置出口酸素供給ダンパ８０と酸素供給管８を通過して流入してボイラ再循環ガスと混合される。即ち、酸素分離装置からの酸素注入箇所を強制通風機（ＦＤＦ）入口に接続することにより復水冷却器１２出口からのボイラ排ガスとの混合を行うことができる。酸素分離装置６では空気中の窒素４３と空気中の酸素４４が分離される。
酸素とボイラ再循環ガスの混合ガスは強制通風機（ＦＤＦ）入口ダクト２６を流下して強制通風機（ＦＤＦ）２７に吸い込まれる。酸素を含んだ混合ガスは、強制通風機（ＦＤＦ）２７で昇圧され強制通風機（ＦＤＦ）出口ダクト２８を通過して、ガス熱交換器１１に入り加熱される。ガス熱交換器１１で昇温された混合ガスは、ガス熱交換器出口ダクト３０を通過して酸素燃焼ボイラ１に投入され石炭を燃焼させる。
酸素燃焼ボイラ１の中で石炭を酸化させた結果、酸素燃焼ボイラ１の排ガス中の成分は、主として二酸化炭素５３と、水蒸気５４と、窒素酸化物５５と、硫黄酸化物５６から構成される。これら、ボイラ排ガス成分は酸素燃焼ボイラ出口排ガスダクト３１を通過して脱硝装置１０に流入する。脱硝装置１０では下記の化学反応式（１）と（２）式により酸素燃焼ボイラ排ガス中の窒素酸化物５５はアンモニアと化学反応により分解されて脱硝装置出口水蒸気５７と脱硝装置出口窒素５８が生じる。
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ ・・・・（１）
２ＮＯ2＋４ＮＨ3＋Ｏ2→３Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ ・・・・（２）
脱硝装置１０出口ボイラ排ガスは脱硝装置出口ダクト３２を通過してガス熱交換器１１に流下する。
２ＮＯ2＋４ＮＨ3＋Ｏ2→３Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ ・・・・（２）
脱硝装置１０出口ボイラ排ガスは脱硝装置出口ダクト３２を通過してガス熱交換器１１に流下する。
ガス熱交換器出口ダクト３３と復水冷却器１２を出たボイラ排ガスは、集じん器入口ダクト３４を流下する。集じん器（電気集じん器）１３により煤塵を除去されたボイラ排ガスは誘引通風機３５により誘引されかつ昇圧される。
酸素燃焼ボイラ出口排ガス中の硫黄酸化物５６は特に影響を受けることなく脱硝装置出口硫黄酸化物５９となる。さらにガス熱交換器出口硫黄酸化物８５となって復水冷却器１２と集じん器１３と誘引通風機（ＩＤＦ）３５を流下して脱硫装置１４に入り脱流される。ここで、ガス熱交換器出口硫黄酸化物８５は炭酸カルシュウムＣａＣＯ3４９と下記の化学反応式（３）により化学反応を起こし、炭酸硫酸カルシュウムＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏと二酸化炭素ガスになる。この二酸化炭素ガスはガス熱交換器出口二酸化炭素６８と共に脱流装置出口二酸化炭素８６となり後段の二酸化炭素液化装置回収１６により回収される。
ＳＯ2＋２Ｈ2Ｏ＋ＣａＣＯ3＋０.５Ｏ2→ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2 ・・・（３）
脱硫装置１４出口の脱流装置出口ダクト３６中を流れるボイラの排ガス成分は二酸化炭素と水蒸気と窒素ガスのみとなる。
脱硫装置１４出口の脱流装置出口ダクト３６中を流れるボイラの排ガス成分は二酸化炭素と水蒸気と窒素ガスのみとなる。
脱流装置１４を出たボイラ排ガスは昇圧ファン（ＢＵＦ）９８により昇圧されて冷却造水器１５に送風される。冷却造水器１５内の不凝縮性ガスと水蒸気を同時に冷却することによりガス中の水分をその水蒸気飽和温度以下に冷却して回収する。冷却造水器１５には、冷却水供給管１８を通じて冷却水１９が供給される。冷却造水器１５を出た冷却水は冷却水戻り管２０を通過して戻り冷却水２１となり出て行く。冷却造水器１５で分離された水は造水取り出し配管２２と造水移送ポンプ７０により昇圧され淡水タンク７２に送水されて貯蔵される。貯蔵された淡水は補給水脱塩装置入り口配管７３により補給水脱塩装置７４を通過して淡水中の不純物を除去した後、蒸気タービン２の水・蒸気サイクル水とのブロー水を補う水または連続運転中の水・蒸気サイクル水の補給水として復水器６０に送られ活用される。
本実施例では、復水冷却器１２出口ガス温度を下げる事により、後段の冷却造水器１５へ流入する排ガスのガス温度を下げているので、冷却造水器１５への冷却供給水の量を多くしたり水温を下げることをしなくても、冷却造水器１５で回収できる水分量を３〜４倍多くすることができ、蒸気タービン２の水・蒸気サイクル水とのブロー水を補う水または連続運転中の水・蒸気サイクル水の補給水として十分な量となる。
石炭燃料供給装置７にはガス熱交換器低温バイパスダンパ７５から低温の酸素を含むボイラ再循環ガスが供給される。さらにガス熱交換器出口高温ダンパ７６から高温の酸素を含むボイラ再循環ガスが石炭燃料供給装置７供給される。石炭を含む本ガスは燃料供給管９を通過して酸素燃焼ボイラ１に投入されここで石炭燃焼が行われる。
純度の高い酸素分離装置排出窒素ガス５２や二酸化炭素液化装置出口窒素ガス２３は元の空気中に戻される。
起動時は、酸素燃焼ボイラ１は、起動用燃料を用いて空気燃焼する。酸素燃焼ボイラ１を起動するためには空気取入ダクト２５と空気取入ダンパ８２を通じて空気を強制通風機（ＦＤＦ）入口ダクト２６を通じて強制通風機（ＦＤＦ）２７に流入させる。この空気は強制通風機（ＦＤＦ）２７で昇圧された後、強制通風機（ＦＤＦ）出口ダクト２８を通過してガス熱交換器１１にはいる。ガス熱交換器１１により空気はボイラ排ガスにより加温されガス熱交換器出口ダクト３０を流下して、酸素燃焼ボイラ１に燃焼用空気として運ばれ起動用燃料（例えば軽油。図示省略。）を燃焼する。酸素燃焼ボイラ１を出たボイラ排ガスは、脱硝装置１０，ガス熱交換器１１，復水冷却器１２，集じん器１３を通過して誘引通風機（ＩＤＦ）３５に吸引されかつ昇圧される。昇圧されたボイラ排ガスは、脱硫装置１４を通過して脱流装置出口ダクト３６と煙突入り口ダンパ９６を流下して煙突９７に入り空気中に排出される。
起動後、酸素燃焼に切り替えられると、冷却造水器入り口ダンパ９５を開けながら、煙突入り口ダンパ９６を閉じる操作によりボイラ排ガスは冷却造水器側に切り替えられる。ボイラ排ガスは冷却造水器入り口ダンパ９５側に流れ、ボイラ排ガス中の水分と二酸化炭素が下流側の装置である冷却造水器１５と二酸化炭素液化装置１６によりそれぞれ回収される。回収された水分は淡水タンク７２に一旦貯留される。また、回収された二酸化炭素は二酸化炭素貯留タンク１７に一旦貯留される。
上述のように、本実施例では、酸素燃焼ボイラ，酸素分離装置，燃料供給装置，蒸気タービン，蒸気タービン発電機，脱硝装置，ガス熱交換器，ガス熱交換器出口ガスをタービン水蒸気サイクル水の一部である復水器出口の復水で冷却する復水冷却器，集じん機，脱流装置，冷却造水器，二酸化炭素液化装置を用いて、酸素燃焼ボイラの燃焼後の排ガスの主成分が二酸化炭素ガスと水蒸気である特徴を活用して、この排ガスを冷却および圧縮してガス中の水分と二酸化炭素を同時に回収している。さらに、ボイラ排ガスから回収したこの水分を蒸気タービン蒸気・水サイクルのサイクル水として活用する送水システムを備えている。酸素燃焼ボイラからの蒸気は全て発電用に使用して、造水装置や二酸化炭素回収装置が必要とする大量の蒸気供給が一切不要となる。
本実施例によれば、ボイラで焚く燃料種別に対応して（本実施例では石炭）、その燃料から電気エネルギーのみならず、水及び二酸化炭素を同時に大量に、低コストでかつ自然環境に優しい方法で得る事ができる。すなわち、酸素燃焼ボイラの排ガス系統から一切硫黄酸化物や窒素酸化物や煤塵や二酸化炭素を大気中に排出しないで、発電用の蒸気と水と二酸化炭素を同時に生産する事ができる。さらに、回収された水を蒸気タービン水蒸気サイクル水として活用することができる。また、酸素燃焼ボイラは、同じ出力を出すのに従来型の一般的な空気燃焼ボイラに比較して、燃焼に寄与しない空気中の窒素ガスを一切ボイラ火炉内に吸い込む必要がなく、大気中にある窒素ガスから生じる窒素酸化物発生は無くなるので環境改善効果も生れる。造水によって生れる淡水は蒸気タービンの水蒸気サイクル水として再利用できるのみならず、余剰な水分は水資源の乏しい地域では工業用水や飲料水としての活用も開ける。
また、特許文献１では、ボイラ排ガス再循環ファンシステムを採用しているため、ボイラ排ガスを再循環させる再循環ファンが必要となり設備費の増加やこのファンの動力の増加を招いている。本実施例では、誘引通風機（ＩＤＦ）３５と強制通風機（ＦＤＦ）２７を用いて再循環させているので、再循環ファンを用いる場合に比べて、設備費や動力を低減する効果がある。
また、上述の実施例では、脱流装置１４を出たボイラ排ガスを昇圧ファン（ＢＵＦ）９８により昇圧して冷却造水器１５に送風するようにしているが、冷却造水器に送るボイラ排ガスの必要全揚程を誘引通風機揚程に負担させることにより、昇圧ファンを省略することができる。
図２は、酸素燃焼ボイラ１の燃料として、成分が主に炭素，水素であり、かつ微量の硫黄分や窒素分を含まない液化天然ガス（ＬＮＧ）のような燃料を用いた多目的火力発電システムの一実施例を示す。本実施例においても、電力と水と二酸化炭素を同時に回収する多目的火力発電システムとなっている。図１と同じ部分については説明を省略する。
本実施例では、酸素燃焼ボイラ１には、液化天然ガス（ＬＮＧ）燃料供給装置７７から送られてくるＬＮＧを焚いて蒸気を生成する。このため、図１の実施例から脱硝装置や、集じん器，脱硫装置を削除したシステム構成となっている。
酸素燃焼ボイラ１には液化天然ガス（ＬＮＧ）燃料供給装置７７から水素４５と炭素４６からなるＬＮＧ燃料が投入される。また、酸素燃焼ボイラ１には、ガス熱交換器１１で昇温された酸素とボイラ再循環ガスの混合ガスが投入され、混合ガスはＬＮＧ燃料を燃焼させる。酸素燃焼ボイラ１の中でＬＮＧを酸化させる結果、酸素燃焼ボイラ１の排ガス成分は主として二酸化炭素５３と、酸素燃焼ボイラ排ガス中水蒸気５４から構成される。
ボイラ排ガスは酸素燃焼ボイラ出口排ガスダクト３１を通過してガス熱交換器１１に流下する。ボイラ排ガスは、排ガス熱交換器出口ダクト３３を通して復水冷却器１２に送られ、復水で冷却される。復水冷却器１２出口ガス温度を下げる事により、後段の冷却造水器１５へのガス温度が下がり、冷却効果が生れる。また、復水冷却器１２にて加温された復水は復水戻り配管６４を通過して脱気器６５に流入する。この回収された熱はプラント全体の効率向上効果がある。
復水冷却器１２を出たボイラ排ガスは、誘引通風機（ＩＤＦ）３５に入る。ボイラ排ガスは誘引通風機（ＩＤＦ）３５により誘引されかつ昇圧され、冷却造水器１５に送られる。冷却造水器１５にてボイラ排ガスを冷却することによりガス中の水分をその水蒸気飽和温度以下に冷却して回収する。
起動時は、実施例１と同様に、酸素燃焼ボイラ１は、起動用燃料（例えば軽油）を用いて空気燃焼する。空気燃焼したボイラ排ガスは、ガス熱交換器１１，復水冷却器１２を通過して誘引通風機（ＩＤＦ）３５に吸引されかつ昇圧される。昇圧されたボイラ排ガスは煙突入り口ダンパ９６を流下して煙突９７に入り空気中に排出される。起動後、酸素燃焼に切り替えられると、冷却造水器入り口ダンパ９５を開けながら、煙突入り口ダンパ９６を閉じる操作によりボイラ排ガスは冷却造水器側に切り替えられる。
ボイラ排ガス中の水分と二酸化炭素が下流側の装置である冷却造水器１５と二酸化炭素液化装置１６によりそれぞれ回収される。回収された水分は淡水タンク７２に一旦貯留される。また、回収された二酸化炭素は二酸化炭素貯留タンク１７に一旦貯留される。純度の高い二酸化炭素液化装置出口窒素ガスは元の空気中に戻される。
本実施例によれば実施例１と同様にボイラで焚く燃料種別に対応して（本実施例では液化天然ガス（ＬＮＧ））、その燃料から電気エネルギーのみならず、水及び二酸化炭素を同時に大量に、低コストでかつ自然環境に優しい方法で得る事ができる。
また、本実施例でも、誘引通風機（ＩＤＦ）３５と強制通風機（ＦＤＦ）２７を用いて再循環させているので、再循環ファンを用いる場合に比べて、設備費や動力を低減する効果がある。
また、本実施例の燃料として、液化天然ガス（ＬＮＧ）を用いていることから、一般的に負圧設計としている酸素燃焼ボイラ火炉内の圧力を正圧設計とすることも可能であり、この場合、誘引通風機の揚程を強制通風機（ＦＤＦ）２７の揚程に負担させることにより、誘引通風機（ＩＤＦ）３５を省略することが可能であり、設備費の低減に効果がある。
また、実施例１と同様に、冷却造水器に送るボイラ排ガスの必要全揚程を誘引通風機揚程に負担させることにより、昇圧ファンを省略することができる。
図３は、酸素燃焼ボイラ１の燃料として、成分が水素であり、かつ微量の硫黄分や窒素分を含まない水素ガスのような燃料を用いた多目的火力発電システムの一実施例を示す。本実施例では、電力と水を同時に回収する多目的火力発電システムとなっている。図１と同じ部分については説明を省略する。
本実施例では、酸素燃焼ボイラ１には、水素燃料供給装置７８から送られてくる水素を焚いて蒸気を生成する。このため、図１の実施例から脱硝装置や、集じん器，脱硫装置，二酸化炭素液化装置などを削除したシステム構成となっている。
酸素燃焼ボイラ１には水素ガス燃料供給装置７８から燃料の水素４５が燃料供給管９を通過して投入される。また、酸素燃焼ボイラ１には、ガス熱交換器１１で昇温された酸素とボイラ再循環ガスの混合ガスが投入され、混合ガスは水素を燃焼させる。酸素燃焼ボイラ１の中で水素を酸化させる結果、酸素燃焼ボイラ１の排ガス成分は主として水蒸気５４から構成される。
ボイラ排ガスは酸素燃焼ボイラ出口排ガスダクト３１を通過してガス熱交換器１１に流下する。ボイラ排ガスは、排ガス熱交換器出口ダクト３３を通して復水冷却器１２に送られ、復水で冷却される。復水冷却器１２出口ガス温度を下げる事により、後段の冷却造水器１５へのガス温度が下がる。また、復水冷却器１２にて加温された復水は復水戻り配管６４を通過して脱気器６５に流入する。この回収された熱はプラント全体の効率向上効果がある。
復水冷却器１２を出たボイラ排ガスは、誘引通風機（ＩＤＦ）３５に入る。ボイラ排ガスは誘引通風機（ＩＤＦ）３５により誘引されかつ昇圧され、冷却造水器１５に送られる。冷却造水器１５にてボイラ排ガスを冷却することによりガス中の水分をその水蒸気飽和温度以下に冷却して回収する。
起動時は、実施例１と同様に、酸素燃焼ボイラ１は、起動用燃料（例えば軽油）を用いて空気燃焼する。空気燃焼したボイラ排ガスは、ガス熱交換器１１，復水冷却器１２を通過して誘引通風機（ＩＤＦ）３５に吸引されかつ昇圧される。昇圧されたボイラ排ガスは煙突入り口ダンパ９６を流下して煙突９７に入り空気中に排出される。起動後、酸素燃焼に切り替えられると、冷却造水器入り口ダンパ９５を開けながら、煙突入り口ダンパ９６を閉じる操作によりボイラ排ガスは冷却造水器側に切り替えられる。
ボイラ排ガス中の水分は冷却造水器１５により回収される。回収された水分は淡水タンク７２に一旦貯留される。
本実施例によれば他の実施例と同様にボイラで焚く燃料種別に対応して（本実施例では水素ガス）、その燃料から電気エネルギーのみならず、水を同時に大量に、低コストでかつ自然環境に優しい方法で得る事ができる。
また、本実施例の燃料として、水素ガスを用いていることから、一般的に負圧設計としている酸素燃焼ボイラ火炉内の圧力を正圧設計とすることも可能であり、この場合、誘引通風機の揚程を強制通風機（ＦＤＦ）２７の揚程に負担させることにより、誘引通風機（ＩＤＦ）３５を省略することが可能であり、設備費の低減に効果がある。
また、実施例１と同様に、冷却造水器に送るボイラ排ガスの必要全揚程を誘引通風機揚程に負担させることにより、昇圧ファンを省略することができる。
図４は、酸素燃焼ボイラ１の燃料として、成分が炭素であり、かつ微量の硫黄分や窒素分を含まない炭素（チャー）のような燃料を用いた多目的火力発電システムの一実施例を示す。本実施例では、蒸気と二酸化炭素を同時に得る多目的火力発電システムとなっている。図１と同じ部分については説明を省略する。
本実施例では、炭素燃料供給装置７９から送られてくる炭素を焚いて蒸気を生成する。図１の実施例から、脱硝装置や、集じん器，脱硫装置，冷却造水器などを削除したシステム構成となっている。
酸素燃焼ボイラ１には炭素燃料供給装置７９から燃料の炭素４６が燃料供給管９を通過して投入される。また、酸素燃焼ボイラ１には、ガス熱交換器１１で昇温された酸素とボイラ再循環ガスの混合ガスが投入され、混合ガスは炭素を燃焼させる。酸素燃焼ボイラ１の中で炭素を酸化させる結果、酸素燃焼ボイラ１の排ガス成分は酸素燃焼ボイラ出口排ガス中の二酸化炭素５３となる。
ボイラ排ガスは酸素燃焼ボイラ出口排ガスダクト３１を通過してガス熱交換器１１に流下する。ボイラ排ガスは、排ガス熱交換器出口ダクト３３を通して復水冷却器１２に送られ、復水で冷却される。復水冷却器１２出口ガス温度を下げる事により、後段の二酸化炭素液化装置１６へのガス温度が下がり、二酸化炭素を液化する効率が高まる効果が生れる。復水冷却器１２にて加温された復水は復水戻り配管６４を通過して脱気器６５に流入する。この回収された熱はプラント全体の効率向上効果がある。
復水冷却器１２を出たボイラ排ガスは、誘引通風機（ＩＤＦ）３５に入る。ボイラ排ガスは誘引通風機（ＩＤＦ）３５により誘引されかつ昇圧され、二酸化炭素液化装置１６に送られる。ボイラ排ガス（二酸化炭素ガス）は二酸化炭素液化装置１６において圧縮し冷却することにより液化される。
起動時は、実施例１と同様に、酸素燃焼ボイラ１は、起動用燃料（例えば軽油）を用いて空気燃焼する。空気燃焼したボイラ排ガスは、ガス熱交換器１１，復水冷却器１２を通過して誘引通風機（ＩＤＦ）３５に吸引されかつ昇圧される。昇圧されたボイラ排ガスは煙突入り口ダンパ９６を流下して煙突９７に入り空気中に排出される。起動後、酸素燃焼に切り替えられると、二酸化炭素液化装置入り口ダンパ９４を開けながら、煙突入り口ダンパ９６を閉じる操作によりボイラ排ガスは二酸化炭素液化装置側に切り替えられる。
ボイラ排ガス中の二酸化炭素が下流側の装置である二酸化炭素液化装置１６により回収される。回収された二酸化炭素は二酸化炭素貯留タンク１７に一旦貯留される。
本実施例によれば他の実施例と同様にボイラで焚く燃料種別に対応して（本実施例では炭素（チャー））、その燃料から電気エネルギーのみならず、二酸化炭素を同時に大量に、低コストでかつ自然環境に優しい方法で得る事ができる。
また、本実施例の燃料として、炭素（チャー）を用いていることから、一般的に負圧設計としている酸素燃焼ボイラ火炉内の圧力を正圧設計とすることも可能であり、この場合、誘引通風機の揚程を強制通風機（ＦＤＦ）２７の揚程に負担させることにより、誘引通風機（ＩＤＦ）３５を省略することが可能であり、設備費の低減に効果がある。
また、実施例１と同様に、冷却造水器に送るボイラ排ガスの必要全揚程を誘引通風機揚程に負担させることにより、昇圧ファンを省略することができる。
１ 酸素燃焼ボイラ
２ 蒸気タービン
３ 発電機
４ 酸素燃焼ボイラ蒸気配管
５ ボイラ給水配管
６ 酸素分離装置
７ 石炭燃料供給装置
８ 酸素供給管
９ 燃料供給管
１０ 脱硝装置
１１ ガス熱交換器
１２ 復水冷却器
１３ 集じん器
１４ 脱硫装置
１５ 冷却造水器
１６ 二酸化炭素液化装置
１７ 二酸化炭素貯留タンク
１８ 冷却水供給管
１９ 冷却水
２０ 冷却水戻り管
２１ 戻り冷却水
２２ 造水取り出し配管
２３ 二酸化炭素液化装置出口窒素ガス
２４ ボイラ排ガス再循環ダクト
２５ 空気取入ダクト
２６ 強制通風機（ＦＤＦ）入口ダクト
２７ 強制通風機（ＦＤＦ）
２８ 強制通風機（ＦＤＦ）出口ダクト
３０ ガス熱交換器出口ダクト
３１ 酸素燃焼ボイラ出口排ガスダクト
３２ 脱硝装置出口ダクト
３３ ガス熱交換器出口ダクト
３４ 集じん器入口ダクト
３５ 誘引通風機（ＩＤＦ）
３６ 脱流装置出口ダクト
３７ 冷却造水器出口ダクト
３８ 二酸化炭素液化装置出口二酸化炭素ガスダクト
３９ 二酸化炭素液化装置出口窒素ガスダクト
４０ 電力
４１ 淡水
４２ 二酸化炭素貯留タンク出口配管
４３ 空気中の窒素
４４ 空気中の酸素
４５ 燃料中の水素
４６ 燃料中の炭素
４７ 燃料中の窒素
４８ 燃料中の硫黄
４９ 炭酸カルシウム
５０ 硫酸カルシウム
５１ ボイラ発生蒸気
５２ 酸素分離装置排出窒素ガス
５３ 酸素燃焼ボイラ出口排ガス中の二酸化炭素
５４ 酸素燃焼ボイラ出口排ガス中の水蒸気
５５ 酸素燃焼ボイラ出口排ガス中の窒素酸化物
５６ 酸素燃焼ボイラ出口排ガス中の硫黄酸化物
５７ 脱硝装置出口水蒸気
５８ 脱硝装置出口窒素
５９ 脱硝装置出口硫黄酸化物
６０ 復水器
６１ 復水ポンプ
６２ 低圧給水加熱器
６３ 復水送水配管
６４ 復水戻り配管菅
６５ 脱気器
６６ 給水ポンプ
６７ 高圧給水加熱器
６８ ガス熱交換器出口二酸化炭素
７０ 造水移送ポンプ
７１ 淡水タンク入り口配管
７２ 淡水タンク
７３ 補給水脱塩装置入り口配管
７４ 補給水脱塩装置
７５ ガス熱交換器低温バイパスダンパ
７６ ガス熱交換器出口高温ダンパ
７７ 液化天然ガス（ＬＮＧ）燃料供給装置
７８ 水素燃料供給装置
７９ 炭素燃料供給装置
８０ 酸素分離装置出口酸素供給ダンパ
８１ ボイラ排ガス再循環ダンパ
８２ 空気取入ダンパ
８３ ガス熱交換器出口水蒸気
８４ ガス熱交換器出口窒素
８５ ガス熱交換器出口硫黄酸化物
８６ 脱流装置出口二酸化炭素
８７ 脱流装置出口水蒸気
８８ 脱流装置出口窒素
８９ 造水冷却器出口二酸化炭素
９０ 造水冷却器出口窒素
９１ 造水冷却器出口ダクト
９２ 二酸化炭素液化装置出口二酸化炭素
９３ 二酸化炭素貯蔵タンク出口二酸化炭素
９４ 二酸化炭素液化装置入り口ダンパ
９５ 冷却造水器入り口ダンパ
９６ 煙突入り口ダンパ
９７ 煙突
９８ 昇圧ファン（ＢＵＦ）
２ 蒸気タービン
３ 発電機
４ 酸素燃焼ボイラ蒸気配管
５ ボイラ給水配管
６ 酸素分離装置
７ 石炭燃料供給装置
８ 酸素供給管
９ 燃料供給管
１０ 脱硝装置
１１ ガス熱交換器
１２ 復水冷却器
１３ 集じん器
１４ 脱硫装置
１５ 冷却造水器
１６ 二酸化炭素液化装置
１７ 二酸化炭素貯留タンク
１８ 冷却水供給管
１９ 冷却水
２０ 冷却水戻り管
２１ 戻り冷却水
２２ 造水取り出し配管
２３ 二酸化炭素液化装置出口窒素ガス
２４ ボイラ排ガス再循環ダクト
２５ 空気取入ダクト
２６ 強制通風機（ＦＤＦ）入口ダクト
２７ 強制通風機（ＦＤＦ）
２８ 強制通風機（ＦＤＦ）出口ダクト
３０ ガス熱交換器出口ダクト
３１ 酸素燃焼ボイラ出口排ガスダクト
３２ 脱硝装置出口ダクト
３３ ガス熱交換器出口ダクト
３４ 集じん器入口ダクト
３５ 誘引通風機（ＩＤＦ）
３６ 脱流装置出口ダクト
３７ 冷却造水器出口ダクト
３８ 二酸化炭素液化装置出口二酸化炭素ガスダクト
３９ 二酸化炭素液化装置出口窒素ガスダクト
４０ 電力
４１ 淡水
４２ 二酸化炭素貯留タンク出口配管
４３ 空気中の窒素
４４ 空気中の酸素
４５ 燃料中の水素
４６ 燃料中の炭素
４７ 燃料中の窒素
４８ 燃料中の硫黄
４９ 炭酸カルシウム
５０ 硫酸カルシウム
５１ ボイラ発生蒸気
５２ 酸素分離装置排出窒素ガス
５３ 酸素燃焼ボイラ出口排ガス中の二酸化炭素
５４ 酸素燃焼ボイラ出口排ガス中の水蒸気
５５ 酸素燃焼ボイラ出口排ガス中の窒素酸化物
５６ 酸素燃焼ボイラ出口排ガス中の硫黄酸化物
５７ 脱硝装置出口水蒸気
５８ 脱硝装置出口窒素
５９ 脱硝装置出口硫黄酸化物
６０ 復水器
６１ 復水ポンプ
６２ 低圧給水加熱器
６３ 復水送水配管
６４ 復水戻り配管菅
６５ 脱気器
６６ 給水ポンプ
６７ 高圧給水加熱器
６８ ガス熱交換器出口二酸化炭素
７０ 造水移送ポンプ
７１ 淡水タンク入り口配管
７２ 淡水タンク
７３ 補給水脱塩装置入り口配管
７４ 補給水脱塩装置
７５ ガス熱交換器低温バイパスダンパ
７６ ガス熱交換器出口高温ダンパ
７７ 液化天然ガス（ＬＮＧ）燃料供給装置
７８ 水素燃料供給装置
７９ 炭素燃料供給装置
８０ 酸素分離装置出口酸素供給ダンパ
８１ ボイラ排ガス再循環ダンパ
８２ 空気取入ダンパ
８３ ガス熱交換器出口水蒸気
８４ ガス熱交換器出口窒素
８５ ガス熱交換器出口硫黄酸化物
８６ 脱流装置出口二酸化炭素
８７ 脱流装置出口水蒸気
８８ 脱流装置出口窒素
８９ 造水冷却器出口二酸化炭素
９０ 造水冷却器出口窒素
９１ 造水冷却器出口ダクト
９２ 二酸化炭素液化装置出口二酸化炭素
９３ 二酸化炭素貯蔵タンク出口二酸化炭素
９４ 二酸化炭素液化装置入り口ダンパ
９５ 冷却造水器入り口ダンパ
９６ 煙突入り口ダンパ
９７ 煙突
９８ 昇圧ファン（ＢＵＦ）
Claims (4)
- 酸素燃焼ボイラと、前記酸素燃焼ボイラで生成した蒸気で駆動する蒸気タービンと、前
記蒸気タービンで駆動する発電機と、前記酸素燃焼ボイラに供給する酸素を生成する酸素
分離装置と、前記酸素燃焼ボイラに炭素と水素と微量の硫黄分と窒素分から成る化石燃料
を送る燃料供給装置と、前記酸素燃焼ボイラの排ガス中の窒素酸化物を除却する脱硝装置
と、ボイラ排ガスと酸素を含んだ再循環ボイラ排ガスとを熱交換するガス熱交換器と、前
記ガス熱交換器出口の排ガスを前記蒸気タービンの復水で冷却する復水冷却器と、前記復
水冷却器出口ボイラ排ガスを前記酸素燃焼ボイラに再循環させる再循環系統と、前記酸素
分離装置からの酸素を前記再循環系統に送る酸素注入系統と、前記復水冷却器出口ボイラ排ガスから煤塵を除去する集塵器と、前記集塵器からのボイラ排ガス中の硫黄分を除却する脱硫装置と、前記脱硫装置からのボイラ排ガスを冷却して水を造る冷却造水器と、前記冷却造水器出口ボイラ排ガスを圧縮して二酸化炭素を得る二酸化炭素液化装置と、前記二酸化炭素液化装置で得られた液化二酸化炭素を貯蔵する二酸化炭素貯蔵タンクと、前記冷却造水器で発生した水を回収する淡水タンクと、前記淡水タンクの水を前記蒸気タービンの水蒸気サイクル水として前記蒸気タービン系統に供給する送水系統とを有することを特徴とする多目的火力発電システム。 - 酸素燃焼ボイラと、前記酸素燃焼ボイラで生成した蒸気で駆動する蒸気タービンと、前
記蒸気タービンで駆動する発電機と、前記酸素燃焼ボイラに供給する酸素を生成する酸素
分離装置と、前記酸素燃焼ボイラに炭素と水素とから成る液化天然ガスのような化石燃料
を送る燃料供給装置と、ボイラ排ガスと酸素を含んだ再循環ボイラ排ガスとを熱交換する
ガス熱交換器と、前記ガス熱交換器出口の排ガスを前記蒸気タービンの復水で冷却する復
水冷却器と、前記復水冷却器出口ボイラ排ガスを前記酸素燃焼ボイラに再循環させる再循
環系統と、前記酸素分離装置からの酸素を前記再循環系統に送る酸素注入系統と、前記復
水冷却器からのボイラ排ガスを冷却して水を造る冷却造水器と、前記冷却造水器出口ボイ
ラ排ガスを圧縮して二酸化炭素を得る二酸化炭素液化装置と、前記二酸化炭素液化装置で
得られた液化二酸化炭素を貯蔵する二酸化炭素貯蔵タンクと、前記冷却造水器で発生した
水を回収する淡水タンクと、前記淡水タンクの水を前記蒸気タービンの水蒸気サイクル水
として前記蒸気タービン系統に供給する送水系統とを有することを特徴とする多目的火力
発電システム。 - 酸素燃焼ボイラと、前記酸素燃焼ボイラで生成した蒸気で駆動する蒸気タービンと、前
記蒸気タービンで駆動する発電機と、前記酸素燃焼ボイラに供給する酸素を生成する酸素
分離装置と、前記酸素燃焼ボイラに水素燃料を送る燃料供給装置と、ボイラ排ガスと酸素
を含んだ再循環ボイラ排ガスとを熱交換するガス熱交換器と、前記ガス熱交換器出口の排
ガスを前記蒸気タービンの復水で冷却する復水冷却器と、前記復水冷却器出口ボイラ排ガ
スを前記酸素燃焼ボイラに再循環させる再循環系統と、前記酸素分離装置からの酸素を前
記再循環系統に送る酸素注入系統と、前記復水冷却器からのボイラ排ガスを冷却して水を
造る冷却造水器と、前記冷却造水器で発生した水を回収する淡水タンクと、前記淡水タン
クの水を前記蒸気タービンの水蒸気サイクル水として前記蒸気タービン系統に供給する送
水系統とを有することを特徴とする多目的火力発電システム。 - 酸素燃焼ボイラと、前記酸素燃焼ボイラで生成した蒸気で駆動する蒸気タービンと、前
記蒸気タービンで駆動する発電機と、前記酸素燃焼ボイラに供給する酸素を生成する酸素
分離装置と、前記酸素燃焼ボイラに炭素から成る化石燃料を送る燃料供給装置と、ボイラ
排ガスと酸素を含んだ再循環ボイラ排ガスとを熱交換するガス熱交換器と、前記ガス熱交
換器出口の排ガスを前記蒸気タービンの復水で冷却する復水冷却器と、前記復水冷却器出
口ボイラ排ガスを前記酸素燃焼ボイラに再循環させる再循環系統と、前記酸素分離装置か
らの酸素を前記再循環系統に送る酸素注入系統と、前記復水冷却器からのボイラ排ガスを
圧縮して二酸化炭素を得る二酸化炭素液化装置と、前記二酸化炭素液化装置で得られた液
化二酸化炭素を貯蔵する二酸化炭素貯蔵タンクとを有することを特徴とする多目的火力発
電システム。
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