JP5721605B2 - 発電プラント - Google Patents

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Description

本発明は、発電プラントに関し、特に煙道ガスの再循環を伴う発電プラントとＣＯ２回収ユニットとに関する。
国際公開第２０１０／０７２７１０号パンフレットは、図１に関して圧縮機２、燃焼室３及びタービン４から構成されるガスタービンユニット１を有する発電プラントを開示する。
周辺地域から来る新鮮空気７を含む混合物６が、圧縮機２内に供給され、（燃焼室３内の混合物６の、燃料との燃焼から出る）煙道ガス８が、タービン４から発生する。
（一般に高温を呈する）当該煙道ガス８が、蒸気タービンユニット１０のボイラ９内に供給される。煙道ガス８が、このボイラ９内で熱を蒸気タービンユニット１０の水に伝える。
煙道ガス８が、ボイラ９から再循環フロー１２内に分岐される。混合物６を生成するため、この再循環フロー１２は、冷却器１８内で冷却されて新鮮空気７と混合される。当該混合物６は、圧縮機２内に供給される。放出フロー１３は、冷却器１９内で冷却され、次いでＣＯ２回収ユニット内に供給され、煙道ガス放出部１５を通じて大気中に放出される。これに対して、ＣＯ２回収ユニット１４内に回収されるＣＯ２は、ＣＯ２貯蔵器１６内に貯蔵される。
ＣＯ２を回収する異なる種類の方法が公知である。以下に幾つかの当該方法を簡単に列挙する。
第１の種類の方法は、溶剤又は吸収剤による分離を有する。当該幾つかの方法の中では、アミン（溶剤）を使用する方法が最も古い方法である。この方法は、発電プラントのガス流とは異なる条件及び特徴を有するガス流に対して発展したものである。特にこの方法は、石油産業に関連して発展したものである。当該石油産業では、通常は、化学的に還元するガス流が処理される。これに対して、ガスタービンからの煙道ガスは、通常は酸化する特性を有する。吸収剤を有する方法は、ガス流が吸収剤物質を高圧で貫流することを要求する。再生が、圧力を下げること（圧力変動吸着）によって又は温度を上げること（温度変動吸着）によって起こる。
第２の種類の方法は、膜によるガス分離を有する。例えば、多孔膜、ゼオライト、高分子膜等のような各種の膜が使用され得る。
第３の種類の方法は、ガス流冷却及びガス流凝縮による低温分離を有する。
したがって、複数の異なる可能性が、ＣＯ２回収方法を実施するために存在し得る。
国際公開第２０１０／０７２７１０号パンフレット
本発明の課題は、発電プラント内でのシナジー稼働を可能にする選択されたＣＯ２回収ユニットを有する発電プラントを提供することにある。
特に発電プラントは、ガスタービンユニット、蒸気タービンユニット及びＣＯ２回収ユニットを有し、煙道ガスの再循環も実施する。この場合、発電プラントを構成する全てのユニットと当該再循環部とが、共同して低コストの発電プラント及び／又は稼働を可能にするシナジー効果を達成する。
この技術的課題は、本発明にしたがって、添付した特許請求の範囲に記載の発電プラントを提供することによって解決される。
本発明のさらなる特徴及び利点は、添付図面中の限定しない例によって示された好適であるものの排他的ではない発電プラントの実施の形態に記載されている。
従来の発電プラントの概略図である。 本発明の実施の形態の発電プラントの概略図である。 本発明の好適な実施の形態の発電プラントの一部の概略図である。
当該発電プラントは、既に上述した発電プラントと同じ特徴を有する。したがって、発電プラントの説明は、以下では繰り返さず、最も関連する構成要素だけを列挙する。特に図２及び３では、図１中で使用される同じ符合は、同等又は類似の構成要素を示す。
発電プラント２０は、ガスタービンユニット１を有する。このガスタービンユニット１の煙道ガス８が、蒸気タービンユニット１０のボイラ９（あらゆる種類のボイラが可能である。例えば、再熱式ボイラ）内に供給され、次いで（ダイバータ２１を通じて）再循環フロー１２内に偏向される。当該煙道ガス８は、混合物６を形成する新鮮空気７と混合される。この混合物６は、ガスタービンユニットの圧縮機２内に供給される。また、当該発電プラント２０は、ＣＯ２回収ユニット１４内に供給される放出フロー１３を有する。図２中では、符合２２，２３は、当該フロー循環を支援する圧縮機又は送風機を示す。
好ましくは、ＣＯ２回収ユニット１４は、アミンを母材とする又はチルドアンモニアを母材とするＣＯ２回収ユニットである。
これらの要素の組み合わせは、全ての当該要素が発電プラント及びその稼動のトータルコストを低減することに寄与するというシナジー効果を奏することが証明されている。
さらに、当該煙道ガス循環は、煙道ガス中のＣＯ２量を増大させる。当該ＣＯ２の増大は、煙道ガス８がＣＯ２回収ユニット１４を通過しなければならないこのＣＯ２回収ユニット１４のサイズを、煙道ガス循環なしで理論的に要求される当該サイズに比べて低減させる。さらに、ＣＯ２回収ユニット１４が、アミン又はチルドアンモニアを母材とするユニットである場合、煙道ガス中のＣＯ２濃度が増大するために、再生コストの低減が確認されている。
冷却器２４が、ＣＯ２回収ユニット１４の上流に設けられている。好ましくは、この冷却器２４は、ボイラ９の下流で且つダイバータ２１の上流に設けられている。
好ましくは、この冷却器２４は、シャワー冷却器である、すなわち煙道ガスが冷却器のハウジングの底から上昇し、冷却液（一般に水）がこのハウジングの頂部から落下する場合の冷却器である。
当該冷却器のサイズが、より大きいものの、１つの冷却器だけで済むので、ダイバータ２１の上流のこの冷却器の当該特別な位置が、コストをさらに低減する。選択されたこの特別な種類の冷却器（シャワー冷却器）は、冷却効果と濾過効果とを併せ持った大量の煙道ガスの処理を可能にする（すなわち、冷却されることに加えて、燃焼工程中に発生しうる粒子が、煙道ガスから除去される）。
一般に、煙道ガス８は、ＮＯ及びＮＯ２を含む（これらの生成物は、燃焼中に自然に発生する）。厳しい規制が、これらの成分に対して設けられているので、当該成分の放出は、燃焼中の当該成分の発生を回避することによって及び／又は煙道ガス８が周囲地域内に放出される前に、当該成分を除去することによって制限されなければならない。
ＮＯ２が、水に溶けて反応：
３ＮＯ２ ＋ Ｈ２Ｏ → ２ＨＮＯ３ ＋ ＮＯ
にしたがって硝酸ＨＮＯ３を生成することが知られているので、冷却器２４は、好ましくは大量のＮＯ２を煙道ガス８から除去するために設計され得る。
このことは、冷却器２４から出てＣＯ２回収ユニット１４に供給される煙道ガス中のＮＯ２の量を非常に少なくすることを可能にする（これに対して、上記の反応に起因して、ＮＯの量は増大する）。
煙道ガス８が、ＣＯ２回収ユニット１４を通過する場合、ＣＯ２に加えて、ＮＯ２も、煙道ガスから除去される結果、大気中に放出される煙道ガス８中のＮＯ２の量が非常に少ない。
煙道ガス内のＮＯの量も低減するため、酸化剤が、煙道ガス８中に添加されて、ＮＯをこの酸化剤と反応させ、ＮＯ２を生成する。この余計なＮＯ２は問題ではない。何故なら、（既に説明したように）当該ＮＯ２は、放出前の煙道ガス８の処理中に当該煙道ガス８から除去されるからである。
この点に関しては、当該酸化剤は、好ましくは冷却器２４の上流及び／又は冷却器２４内に設けられる。換言すれば、酸化剤が、煙道ガスのＮＯとの反応の誘因となる。
図３は、酸化剤がボイラ９の上流（位置２５）で添加される例を示す。この場合、当該酸化剤は、好ましくはＯ２、オゾン等のようなガス状の酸化剤である。
さらに、酸化剤が、煙道ガス８中の位置２６（すなわち、ボイラ９と冷却器２４との間）でも注入される。この場合、液体状の酸化剤及び気体状の酸化剤の双方が使用され得る。
さらに、酸化剤が、冷却器１９の頂部の位置２８で供給されてもよい（当該冷却器１９は、シャワー冷却器である）。この溶液は、液状の酸化剤にとって好ましい。
酸化剤を煙道ガスと反応させるためには、当然に、提唱した溶液のうちの１つの溶液を使用してもよいし又は当該これらの溶液を組み合わせてもよい。
当該ＣＯ２回収プラントが、チルドアンモニアを母材とする回収プラントである場合、さらなるシナジー効果が得られる。
一般に、チルドアンモニアＣＯ２回収プラントが使用される場合、大抵はアンモニアの一部が、煙道ガス８から抽出され、硫酸を使用することによって洗浄ユニット２９内で再回収されなければならない。
有益的には、冷却器２４で収集された硝酸ＨＮＯ３が、（配管３０を通じて）洗浄ユニット２９に供給されて、アンモニアを中和する。このことは、さらなるシナジー効果を達成することを可能にし、コストをさらに低減することを可能にする。次いで、排水が、配管３１を通じて洗浄ユニット２９から放出される。
当然に、必要に応じて、冷却器２４が、ダイバータ２１とポンプ２３との間に設けられてもよい。
当然に、説明した特徴は、互いに独立して提供されてもよい。
実際には、使用される材料及び寸法は、要件及び従来の技術に応じて任意に選択され得る。
１ ガスタービンユニット
２ ガスタービンユニットの圧縮機
３ ガスタービンユニットの燃焼室
４ ガスタービンユニットのタービン
６ 混合物
７ 新鮮空気
８ 煙道ガス
９ ボイラ
１０ 蒸気タービンユニット
１２ 再循環フロー
１３ 放出フロー
１４ ＣＯ２回収ユニット
１５ 煙道ガス放出部
１６ ＣＯ２貯蔵部
１８ 冷却器
１９ 冷却器
２０ 発電プラント
２１ ダイバータ
２２ 圧縮機
２３ 圧縮機
２４ 冷却器
２５，２６，２８ 酸化剤の注入部
２９ 洗浄ユニット
３０ 配管
３１ 配管

Claims (6)

  1. 発電プラント（２０）が、ガスタービンユニット（１）を有し、このガスタービンユニット（１）の煙道ガス（８）が、蒸気タービンユニット（１０）のボイラ（９）内に供給され、次いで再循環フロー（１２）内に偏向され、当該煙道ガス（８）は、混合物（６）を形成する新鮮空気（７）と混合され、この混合物（６）は、前記ガスタービンユニットの圧縮機（２）内に供給され、また、前記発電プラント（２０）は、ＣＯ２回収ユニット（１４）内に供給される放出フロー（１３）を有する発電プラント（２０）において、
    前記ＣＯ２回収ユニット（１４）は、アミンを母材とする又はチルドアンモニアを母材とするＣＯ２回収ユニットであり、前記煙道ガス（８）用の冷却器（２４）が、前記ＣＯ ２ 回収ユニット（１４）の上流に設置されたシャワー冷却器であり、前記ＣＯ ２ 回収ユニット（１４）は、前記煙道ガス（８）から抽出されたアンモニアを中和するための洗浄ユニット（２９）を有する、チルドアンモニアを母材とする回収プラントであり、前記冷却器（２４）で収集された硝酸が、前記洗浄ユニット（２９）に供給されることを特徴とする発電プラント（２０）。
  2. 酸化剤が、前記冷却器（２４）の上流及び／又は前記冷却器（２４）内の煙道ガス（８）に供給されることを特徴とする請求項１に記載の発電プラント（２０）。
  3. 前記冷却器（２４）は、前記ボイラ（９）の下流で且つ前記煙道ガス（８）を再循環フロー（１２）内と放出フロー（１３）内とに分岐させるダイバータ（２１）の上流に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発電プラント（２０）。
  4. 前記ボイラ（６）は、再熱式ボイラであることを特徴とする請求項１に記載の発電プラント（２０）。
  5. ガスタービンユニット（１）を有する発電プラント（２０）を稼働するための方法であって、前記ガスタービンユニット（１）の煙道ガス（８）が、蒸気タービンユニット（１０）のボイラ（９）内に供給され、
    前記煙道ガス（８）を再循環フロー（１２）と放出フロー（１３）とに分岐させ、
    前記再循環フロー（１２）を、混合物（６）を形成する新鮮空気（７）と混合し、
    前記混合物（６）を前記ガスタービンユニットの圧縮機（２）内に供給し、
    前記放出フロー（１３）をＣＯ２回収ユニット（１４）内に供給する、ことから成る当該方法において、
    前記ＣＯ２回収ユニット（１４）を、アミンを母材とするか又はチルドアンモニアを母材とするＣＯ２回収ユニットとして稼働させ、前記煙道ガス（８）を冷却器（２４）内で冷却し、この冷却器（２４）は、前記ＣＯ ２ 回収ユニット（１４）の上流に設置されたシャワー冷却器であり、前記ＣＯ ２ 回収プラント（１４）は、前記煙道ガス（８）から抽出されたアンモニアを中和するための洗浄ユニット（２９）を有する、チルドアンモニアを母材とする回収プラントであり、前記方法は、前記冷却器（２４）で収集された硝酸を前記洗浄ユニット（２９）に供給することから成ることを特徴とする方法。
  6. 酸化剤を、前記冷却器（２４）の上流及び／又は前記冷却器（２４）内に供給することを特徴とする請求項５に記載の方法。
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