JP5734883B2

JP5734883B2 - 二酸化炭素分離回収装置、二酸化炭素回収型汽力発電システム、及び二酸化炭素回収型汽力発電システムの運転方法

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Publication number: JP5734883B2
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Inventors: 田東彦平; 村英夫北; 橋幸夫大; 川斗小
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Description

本発明の実施形態は、二酸化炭素分離回収装置、二酸化炭素回収型汽力発電システム、及び二酸化炭素回収型汽力発電システムの運転方法に関する。

化石燃料の消費量増大により、その燃焼生成物である二酸化炭素による温室効果が原因と考えられる地球温暖化の問題が大きくなっている。このような中、大量の化石燃料を使用する火力発電所等を対象に、燃焼排ガスとアミン系吸収液を接触させ、燃焼ガス中の二酸化炭素を分離回収する方法、及び回収された二酸化炭素を大気へ放出することなく貯蔵する方法が研究されている。

二酸化炭素を分離回収する具体的なシステムとしては、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、吸収塔から供給された二酸化炭素吸収後の吸収液（リッチ液）をリボイラにより加熱し、二酸化炭素を放出させるとともに吸収液を二酸化炭素放散後の吸収液（リーン液）に再生し、その後、吸収塔に循環させるシステムが知られている。

このようなシステムにおいて、リボイラの加熱源として、ボイラの蒸気により駆動される低圧タービンからの抽気蒸気又は第２中圧タービンの排出蒸気を用いる手法や、二酸化炭素の圧縮または冷却用コンプレッサを駆動するタービンの排気蒸気又は抽気蒸気を用いる手法、タービン中間段からの抽気蒸気を用いる手法などが提案されている。

また、既設の発電プラントに新たなタービンを追設し、出力を増加させる場合に、既設タービンの中間段からの抽気蒸気を追設タービンに供給するシステムが提案されている。

二酸化炭素分離回収システムは、ボイラ、タービン、発電機等からなる発電システムと同時に設置される場合と、既設の発電システムに追設として設置される場合とが考えられる。

二酸化炭素分離回収システムを既設の発電システムへ追設する場合、二酸化炭素分離回収システムのリボイラへの加熱源を既設発電システムのどこから供給するかが大きな問題となる。上述した従来技術は、いずれも、リボイラへの加熱源供給のために、新たな蒸気ライン、または、新たな第２中圧タービン、または、新たな二酸化炭素圧縮、冷却用コンプレッサ駆動用タービンを用意する必要があり、そのための改造は容易ではない。

また、既設タービンの中間段から蒸気を抽気してリボイラに供給する場合、既設タービンの圧力バランスを崩し、二酸化炭素分離回収システム追設前のタービンの性能を保つことが困難になる。

さらに、一般の発電システムの制御においては、給電指令に対する電気出力を保つことが重要であるが、上述した従来技術では、二酸化炭素分離回収システムのリボイラへの蒸気供給量が変化することによって、発電機を駆動するタービンへの蒸気供給量が変化し、結果として電気出力が変化していた。このように、従来は、タービンの性能低下を防止して給電指令に従った電気出力を保ちつつ、二酸化炭素を分離回収することが困難であるという問題があった。

米国特許公開第２０１０／０２０５９６４号

本発明が解決しようとする課題は、タービンの性能低下を防止しつつ、二酸化炭素の分離回収を行う二酸化炭素分離回収装置、二酸化炭素回収型汽力発電システム、及び二酸化炭素回収型汽力発電システムの運転方法を提供することである。

本実施形態によれば、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て排ガスを発生させるボイラと、前記ボイラ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、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、及び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を有する二酸化炭素分離回収装置と、前記ボイラ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、前記復水を第１ラインへ送り出す復水ポンプと、前記第１ラインに設けられ、前記復水を加熱する加熱器と、前記加熱器により加熱された前記復水を前記ボイラへ給水する給水ポンプと、前記タービンから抽気された蒸気を前記リボイラ及び前記加熱器へ供給する第２ラインと、前記第２ラインを介して前記タービンから抽気される蒸気の量を一定に保つ蒸気流量調整手段と、を備える。前記蒸気流量調整手段は、前記タービンの回転により発電を行う発電機の出力に応じた量の蒸気を前記タービンから抽気する。

第１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。同第１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制御ブロック図である。同第１の実施形態に係る二酸化炭素分離回収装置の概略構成図である。同第１の実施形態に係る弁の開閉制御の一例を説明するフローチャートである。発電機出力とタービンからの抽気蒸気量との関係を示すグラフである。同第１の実施形態に係る弁の開閉制御の一例を説明するフローチャートである。同第１の実施形態に係る弁の開閉制御の一例を説明するフローチャートである。同第１の実施形態に係る弁の開閉制御の一例を説明するフローチャートである。第２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。発電機出力とタービンからの抽気蒸気量との関係を示すグラフである。第３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。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）図１に第１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）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）を、海水等の冷却水を用いて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、加熱器３２により加熱されてから、給水ポンプ３４によりライン３３を介してボイラ６へ送られる。加熱器３２は、ボイラ給水の温度をあらかじめ高めることにより、ボイラ６での蒸気発生に使われる燃料の消費量を低減し、汽力発電プラント１ａの熱効率を高める役割を有する。

加熱器３２には、ライン５１及びライン５２を介して、低圧タービン２３から抽気された蒸気（低圧蒸気）が供給される。ライン５２には弁５４が設けられており、加熱器３２への低圧蒸気の供給量を調整できるようになっている。加熱器３２はこの低圧蒸気を加熱源として復水２７を加熱する。加熱器３２からのドレンはライン５６を介して復水器２６に供給される。

また、ライン５１はライン５２及びライン５３に分岐しており、低圧タービン２３から抽気された低圧蒸気は、ライン５１及びライン５３を介して、後述するリボイラ４１に供給される。ライン５３には弁５５が設けられており、リボイラ４１への低圧蒸気の供給量を調整できるようになっている。リボイラ４１からのドレンは、ライン５７を介して復水器２６に供給される。

ライン５１には蒸気の流量を測定する流量計６０が設けられている。流量計６０は、測定結果を制御部７０に通知する。

バイパスライン６２は、過熱器９から排出された蒸気を、高圧タービン２１を介さずに再熱器１０へ直接供給する。バイパスライン６４は、再熱器１０から排出された蒸気を、中圧タービン２２等を介さずに復水器２６へ直接供給する。バイパスライン６２には弁６３が設けられており、バイパスライン６４には弁６５が設けられている。弁６３及び弁６５の開閉は制御部７０によって制御される。

図２に示すように、制御部７０は、流量計６０から測定結果を取得する。また、制御部７０は、発電機２４の出力を監視する発電機系制御部１０１、高圧タービン２１、中圧タービン２２、低圧タービン２３の運転を制御するタービン系制御部１０２、ボイラ６の運転を制御するボイラ系制御部１０３、後述する二酸化炭素分離回収装置４０の運転を制御するＣＣＳ系制御部１０４からそれぞれ、発電機２４の出力状態を示す発電機出力信号、タービンの運転状態を示すタービン運転状態信号、ボイラ６の運転状態を示すボイラ運転状態信号、二酸化炭素分離回収装置４０の運転状態を示すＣＣＳ運転状態信号を取得する。

制御部７０は、流量計６０の測定結果に基づいて、低圧タービン２３から抽気される蒸気量が一定となるように、弁５４及び弁５５の開度を制御する。流量計６０、制御部７０、弁５４及び弁５５からなる蒸気流量調整手段を用いて、低圧タービン２３からの抽気蒸気量を制御する方法については後述する。

また、制御部７０は、発電機出力信号に基づいて低圧タービン２３から抽気する蒸気量を求め、求めた抽気蒸気量を維持するように弁５４及び弁５５の開度を制御する。また、制御部７０は、タービン運転状態信号、ボイラ運転状態信号、又はＣＣＳ運転状態信号から、タービンの運転状態、ボイラ６の運転状態、又は二酸化炭素分離回収装置４０の運転状態の変化を検出し、弁５４、弁５５、弁６３、弁６５の開度を制御する。

制御部７０による弁５４、弁５５、弁６３、弁６５の開度の制御方法については後述する。

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二酸化炭素分離回収装置４０が設けられている。

図３に二酸化炭素分離回収装置４０の概略構成を示す。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吸収液に吸収させる吸収塔４０３と、吸収塔４０３から二酸化炭素を吸収した吸収液（以下、リッチ液４０４ａと記す）が供給され、このリッチ液４０４ａを加熱し、吸収液から水蒸気を含む二酸化炭素ガスを放出させて、二酸化炭素ガスと水蒸気とを含む排出ガス４０２ｄを排出し、吸収液を再生する再生塔４０５とを備える。

吸収塔４０３の下部に、排ガス導入ライン４０８を介してボイラ６から排ガス５が供給され、吸収塔４０３の頂部から二酸化炭素が取り除かれた排ガス４０２ｂが排出されるようになっている。

吸収塔４０３は、吸収液が二酸化炭素を吸収することにより生成されたリッチ液４０４ａを貯留する吸収塔スチル（タンク）４０３ａを有する。同様に、再生塔４０５は、リッチ液４０４ａが二酸化炭素ガスを放出することにより再生された吸収液（以下、リーン液４０４ｂと記す）を貯留する再生塔スチル（タンク）４０５ａを有する。

ここで、二酸化炭素を吸収可能な吸収液には、例えばアミン化合物を水に溶かしたアミン化合物水溶液が使用される。

図３に示すように、再生塔４０５にはリボイラ４１が設けられている。リボイラ４１は、低圧タービン２３から抽気された蒸気を加熱源として、再生塔スチル４０５ａに貯留されていたリーン液４０４ｂ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４０５に供給する。

リボイラ４１においてリーン液４０４ｂを加熱する際、リーン液４０４ｂ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４０５に供給される。この吸収液蒸気は、充填層４０５ｂを介して再生塔４０５内を上昇し、リッチ液４０４ａを加熱する。これによりリッチ液４０４ａから二酸化炭素ガスが放出される。充填層４０５ｂは、例えば、多孔構造、ハニカム構造等を有するもので構成され、充填層４０５ｂを通過する吸収液を撹乱する作用を有するものであればよい。

再生塔４０５から排出された二酸化炭素ガスと吸収液蒸気とを含む排出ガス４０２ｄは、ガスライン４３５を通り、ガス冷却器４３１によって水分凝縮した後、気液分離器４３２によって二酸化炭素ガスと吸収液成分を含む還流水とに気液分離される。気液分離器４３２からの二酸化炭素ガス４０２ｅは回収二酸化炭素導出ライン４３３を介して排出され、貯蔵設備（図示せず）で貯蔵される。また、気液分離器４３２からの還流水は還流ライン４３４を介して再生塔４０５に戻される。

吸収塔４０３と再生塔４０５との間に、再生塔４０５から吸収塔４０３に供給されるリーン液４０４ｂを加熱源として、吸収塔４０３から再生塔４０５に供給されるリッチ液４０４ａを加熱する再生熱交換器４０７が設けられ、リーン液４０４ｂの熱を回収するように構成されている。ここで、上述したように、再生塔４０５においてリッチ液４０４ａから二酸化炭素ガスを放出させる際、リッチ液４０４ａはリボイラ４１からの高温の蒸気を加熱源として加熱される。従って、再生熱交換器４０７に供給されるリーン液４０４ｂの温度は比較的高く、このリーン液４０４ｂが加熱源として用いられている。

吸収塔４０３と再生熱交換器４０７との間に、吸収塔タンク４０３ａの底部から再生熱交換器４０７にリッチ液４０４ａを供給するリッチ液ライン４１１が連結されている。このリッチ液ライン４１１に、吸収塔４０３からのリッチ液４０４ａを再生熱交換器４０７に送り込むリッチ液ポンプ４１２が設けられている。

再生熱交換器４０７と再生塔４０５との間に、再生熱交換器４０７から再生塔４０５の上部にリッチ液４０４ａを供給するリッチ液ライン４１３が連結されている。

再生塔４０５と再生熱交換器４０７との間に、再生塔タンク４０５ａの底部から再生熱交換器４０７にリーン液４０４ｂを供給するリーン液ライン４１４が連結されている。このリーン液ライン４１４に、再生塔４０５からのリーン液４０４ｂを再生熱交換器４０７に送り込むリーン液ポンプ４１５が設けられている。

再生熱交換器４０７からのリーン液４０４ｂは、吸収塔４０３の上部へ送り込まれる。

吸収塔４０３の上部に供給された吸収液は、吸収塔４０３内において上部から吸収塔タンク４０３ａに向けて下降する。一方、吸収塔４０３に供給された排ガス５は、吸収塔４０３内において下部から頂部に向けて上昇する。そのため、二酸化炭素を含む排ガス５と吸収液とが充填層４０３ｂにおいて向流接触（直接接触）し、吸収液が排ガス５中の二酸化炭素を吸収し、リッチ液４０４ａが生成される。二酸化炭素が取り除かれた燃焼排ガス４０２ｂは、吸収塔４０３の頂部から排出され、リッチ液４０４ａは吸収塔４０３の吸収塔タンク４０３ａに貯留される。充填層４０３ｂは、例えば、多孔構造、ハニカム構造等を有するもので構成され、充填層４０３ｂを通過する吸収液を撹乱する作用を有するものであればよい。

吸収塔４０３の頂部から排出された燃焼排ガス４０２ｂは、ガス冷却器４２１によって冷却されて水分凝縮した後、気液分離器４２２によって排ガスと吸収液成分を含む還流水とに気液分離される。気液分離器４２２からの排ガス４０２ｃは排ガス導出ライン４２３を介して系外に排出され、還流水は還流ライン４２４を介して吸収塔４０３に戻される。

次に、図１を用いて、制御部７０による弁５４及び弁５５の開度の調整方法について説明する。本実施の形態において、制御部７０は、弁５４および弁５５の開度を変化させる際に、当該弁５４および弁５５の開度変化の前後で低圧タービン２３から抽気される蒸気の量が大きく変化しないように弁５４および弁５５の開度を調節する。

制御部７０が、弁５４を開け、弁５５を閉じる場合、低圧タービン２３から抽気される蒸気が全て加熱器３２に供給される。この場合、ボイラ給水の温度は最も高くなり、汽力発電プラント１ａの熱効率を最も高めることができる。

制御部７０が、弁５５の開度を段階的に大きくするとともに、流量計６０の測定結果に基づいて、低圧タービン２３から抽気される蒸気の量が一定となるように弁５４の開度を段階的に小さくすることにより、高圧タービン２１、中圧タービン２２、低圧タービン２３を通過する蒸気量をほぼ一定に保ちながら、二酸化炭素回収プラント１ｂ（二酸化炭素分離回収装置４０）での二酸化炭素回収量を段階的に増やすことが可能である。

弁５４を閉じて、低圧タービン２３から抽気される蒸気をすべてリボイラ４１に導くことで、二酸化炭素分離回収装置４０での二酸化炭素回収量を最も多くすることができる。

なお、低圧タービン２３から抽気される蒸気の温度、圧力条件を推定することは容易に可能であり、弁５４および弁５５の開度と、それぞれの流量との関係を事前に知ることも容易にできる。従って、低圧タービン２３から抽気される蒸気量をほぼ一定に保つための弁５４および弁５５の調整を容易に行うことができるため、流量計６０を省略する構成にしてもよい。

一般に、タービンからの抽気蒸気量が変化すると、蒸気流量に対して最適に設計されたタービン翼との関係が崩れ、結果的にタービンの性能が低下する。しかし、本実施形態では、低圧タービン２３から抽気される蒸気量をほぼ一定に保つことができるため、低圧タービン２３は設計通りの運転が可能となる。従って、低圧タービン２３の性能低下を防止しつつ、低圧タービン２３から二酸化炭素分離回収装置４０のリボイラ４１に蒸気を供給することができる。

ボイラ６から排出される排ガス５の総量を監視し、この総量に応じて弁５４および弁５５の開度を調整するようにしてもよい。これは、二酸化炭素分離回収装置４０の気液分離器４２２から排出される排ガス４０２ｃの濃度について規制されている場合に好適である。

また、二酸化炭素分離回収装置４０の気液分離器４３２から排出される二酸化炭素ガス４０２ｅの排出量を監視し、この排出量に応じて弁５４および弁５５の開度を調整するようにしてもよい。これは、二酸化炭素ガスの排出量の総量規制がなされている場合に好適である。

次に、発電機出力が変化した場合の制御部７０による弁の開閉制御の一例を図４に示すフローチャートを用いて説明する。

（ステップＳ１０１）制御部７０が、発電機系制御部１０１から発電機出力信号を受信し、発電機２４の出力が変化したことを検出した場合、ステップＳ１０２へ進む。発電機２４の出力は、例えば負荷変動により変化する。

（ステップＳ１０２）制御部７０は、図５に示すような発電機出力と低圧タービン２３からの抽気蒸気量との対応関係から、発電機２４の出力に応じた抽気蒸気量を求める。

なお、図５に示すような発電機出力と低圧タービン２３からの抽気蒸気量との対応関係は、予め算出あるいは計測されている。例えば、二酸化炭素回収型汽力発電システム１の運転開始時に、弁５５を全閉として二酸化炭素回収装置への蒸気供給を行わず、発電機２４の負荷を変えながら、流量計６０によって抽気蒸気量を計測することで、図５に示すような対応関係が得られる。また、汽力発電システムのヒートバランスから抽気蒸気流量をあらかじめ知ることも容易にできる。

（ステップＳ１０３）制御部７０は、流量計６０の測定結果がステップＳ１０２で求めた値となるように、弁５４及び弁５５の開度を調整する。

（ステップＳ１０４）制御部７０は、低圧タービン２３から抽気される蒸気量をほぼ一定に保つように、弁５４および弁５５の開度を調整する。

（ステップＳ１０５）二酸化炭素回収型汽力発電システム１の運転が継続される場合はステップＳ１０１に戻る。

このように、本実施形態によれば、負荷変動に伴う発電機２４の出力変化に応じて低圧タービン２３からの抽気蒸気量を変え、その抽気蒸気量をほぼ一定に保ちつつ、ボイラ給水の温度を高くしたり、二酸化炭素分離回収装置４０での二酸化炭素回収量を増やしたりすることができる。

次に、二酸化炭素分離回収装置４０が運転停止となった場合の制御部７０による弁の開閉制御の一例を、図６に示すフローチャートを用いて説明する。

（ステップＳ２０１）制御部７０が、ＣＣＳ系制御部１０４から、二酸化炭素分離回収装置４０が運転停止となることを示すＣＣＳ運転状態信号を受信する。

（ステップＳ２０２）制御部７０が、低圧タービン２３から抽気される蒸気の量が一定となるように、弁５４の開度を段階的に大きくすると共に、弁５５の開度を段階的に小さくする。

（ステップＳ２０３）弁５５がほぼ全閉となる。

これにより、低圧タービン２３から抽気した蒸気は二酸化炭素分離回収装置４０へ供給されなくなり、二酸化炭素分離回収装置４０と汽力発電プラント１ａとが切り離される。そのため、二酸化炭素分離回収装置４０を停止したまま、汽力発電プラント１ａを運転することができる。

次に、タービン（高圧タービン２１、中圧タービン２２、低圧タービン２３）が運転停止となった場合の制御部７０による弁の開閉制御の一例を、図７に示すフローチャートを用いて説明する。

（ステップＳ３０１）制御部７０が、タービン系制御部１０２から、タービンが運転停止となることを示すタービン運転状態信号を受信する。

（ステップＳ３０２）制御部７０が、低圧タービン２３から抽気される蒸気の量が一定となるように、弁５４の開度を段階的に大きくすると共に、弁５５の開度を段階的に小さくする。

（ステップＳ３０３）弁５５がほぼ全閉となる。

（ステップＳ３０４）制御部７０が、弁６３及び弁６５を開く。

これにより、二酸化炭素分離回収装置４０と汽力発電プラント１ａとを切り離すことができる。また、蒸気はタービンを通過せず、ボイラ６から復水器２６へ直接供給されるため、ボイラ６を停止させる必要がない。従って、タービンの運転再開時に、ボイラ６の再稼働に長時間を費やす必要がない。

次に、ボイラ６が運転停止となった場合の制御部７０による弁の開閉制御の一例を、図８に示すフローチャートを用いて説明する。

（ステップＳ４０１）制御部７０が、ボイラ系制御部１０３から、ボイラ６が運転停止となることを示すボイラ運転状態信号を受信する。

（ステップＳ４０２）制御部７０が、低圧タービン２３から抽気される蒸気の量が一定となるように、弁５４の開度を段階的に大きくすると共に、弁５５の開度を段階的に小さくする。

（ステップＳ４０３）弁５５がほぼ全閉となる。これにより、二酸化炭素分離回収装置４０と汽力発電プラント１ａとを切り離すことができる。その後、所定の汽力発電プラント１ａの停止手順が実行される。

本実施形態では、二酸化炭素分離回収装置４０と汽力発電プラント１ａとを切り離すことができる。そのため、二酸化炭素回収型汽力発電システム１が、既存の汽力発電プラント１ａに二酸化炭素分離回収装置４０を追設して構成されているような場合でも、二酸化炭素分離回収装置４０を追設する以前の汽力発電プラント１ａの停止手順をそのまま利用することができる。

このように、本実施形態によれば、既設低圧タービンの性能を低下させることなく、給電指令による電気出力を保ちながら、二酸化炭素回収プラント１ｂでの二酸化炭素回収量と、汽力発電プラント１ａの熱効率とを変化させる制御が容易に可能である。

また、二酸化炭素分離回収装置４０、タービン、又はボイラ６が停止する場合、二酸化炭素分離回収装置４０と汽力発電プラント１ａとを切り離すことができ、所望の手順を継続して実行することができる。

上記実施形態において、復水２７を加熱する加熱器３２は、汽力発電プラントにおいては一般的に設置されるものである。このため、既設の汽力発電プラント１ａへの二酸化炭素回収プラント１ｂの追設は、弁５５を有するライン５３を、ライン５１から分岐設置してリボイラ４１へと接続し、リボイラ４１からのドレンを復水器２６へと導くライン５７を設置するだけで容易に可能である。

（第２の実施形態）図９に第２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を示す。本実施形態は、図１に示す第１の実施形態と比較して、中圧タービン２２から蒸気を抽気する点が異なる。図９において、図１に示す第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

二酸化炭素分離回収装置４０において吸収液として用いられるアミン化合物水溶液は、二酸化炭素の吸収および放出に関して温度特性を有する。特に、二酸化炭素の放出に関しては、吸収液の温度を高くすることが好ましい。低圧タービン２３から抽気する低圧蒸気よりも中圧タービン２２から抽気する中圧蒸気の方が高温であり、この中圧蒸気をリボイラ４１に供給することにより吸収液の性能が高められる場合には、本実施形態のようにリボイラ４１への供給蒸気を中圧タービン２２から抽気する。

中圧タービン２２から抽気される蒸気の量は、制御部７０による弁５４、弁５５の開度の調整により、一定に保たれている。従って、本実施形態に係る二酸化炭素回収型汽力発電システムにより、タービンの性能低下を防止しつつ、二酸化炭素の分離回収を行うことができる。また、二酸化炭素分離回収装置４０における吸収液の性能を向上させることができる。

また、制御部７０は、図１０に示すような発電機出力と中圧タービン２２からの抽気蒸気量との対応関係から、発電機２４の出力に応じた抽気蒸気量を求め、弁５４、弁５５の開度を調整する。これにより、負荷変動に伴う発電機２４の出力変化に対応することができる。

なお、二酸化炭素分離回収装置４０における吸収液は熱劣化特性を有するため、リボイラ４１に供給する蒸気の温度は、このような吸収液の二酸化炭素放出特性、熱劣化特性により決定することが好ましい。

上記第１の実施形態では、低圧タービン２３から蒸気を抽気する構成を示し、上記第２の実施形態では、中圧タービン２２から蒸気を抽気する構成を示したが、高圧タービン２３から蒸気を抽気してもよい。また、その場合、制御部７０は、図１０に示すような発電機出力と高圧タービン２３からの抽気蒸気量との対応関係から、発電機２４の出力に応じた抽気蒸気量を求め、弁５４、弁５５の開度を調整する。

（第３の実施形態）図１１に第３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を示す。本実施形態は、図１に示す第１の実施形態と比較して、さらに高圧タービン２１から蒸気を抽気し、抽気した蒸気を、復水２７（ボイラ給水）を加熱する加熱器８０の加熱源及びリボイラ４１の加熱源とする点が異なる。図１１において、図１に示す第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

図１１に示すように、高圧タービン２１から抽気された蒸気（以下、高圧蒸気という）が流れるライン８１は、ライン８２及びライン８３に分岐している。ライン８２は、ライン３３に設けられた加熱器８０に高圧蒸気を供給する。ライン８２には弁８４が設けられており、加熱器８０への高圧蒸気の供給量を調整できるようになっている。加熱器８０から排出されるドレンは、ライン８６を介して復水器２６に供給される。

加熱器８０がボイラ給水を加熱することで、ボイラ６で蒸気発生に使われる燃料を減らし、汽力発電プラント１ａの熱効率を高めることができる。

ライン８３は、ライン５３に接続され、高圧蒸気と低圧蒸気との混合蒸気がリボイラ４１に供給される。ライン８３には弁（減圧弁）８５が設けられており、低圧蒸気と混合される高圧蒸気の量が調整できるようになっている。

制御部７０は、高圧タービン２１から抽気される蒸気の量が一定となるように、弁８４及び弁８５の開度を制御する。ライン８１に、高圧タービン２１から抽気される蒸気の量を測定する流量計（図示せず）を設け、制御部７０が、この流量計の測定結果に基づいて、弁８４及び弁８５の開度を制御するようにしてもよい。

低圧蒸気と、低圧蒸気よりも高温の高圧蒸気との混合蒸気をリボイラ４１に供給することにより、上記第１の実施形態と比較して、二酸化炭素分離回収装置４０における吸収液の二酸化炭素放出性能を高めることができる。

また、複数のタービンからの蒸気の混合比を変えることで、混合蒸気の温度を変えることができる。二酸化炭素分離回収装置４０で使用される吸収液を変更した場合、混合蒸気の温度を吸収液の種類に応じた好適な温度にすることで、吸収液の性能を高めることができる。

本実施形態では、高圧タービン２１から抽気した蒸気と、低圧タービン２３から抽気した蒸気とを混合してリボイラ４１に供給するにあたり、弁５４、弁５５、弁８４、弁８５の開度を調整し、高圧タービン２１及び低圧タービン２３から抽気される蒸気の量を一定にしている。そのため、高圧タービン２１、中圧タービン２２、低圧タービン２３を通過する蒸気量を一定にしつつ、リボイラ４１への供給蒸気流量を変化させることができる。

従って、本実施形態に係る二酸化炭素回収型汽力発電システムにより、タービンの性能低下を防止しつつ、二酸化炭素の分離回収を行うことができる。

上記第３の実施形態では、高圧タービン２１及び低圧タービン２３から蒸気を抽気していたが、中圧タービン２２及び低圧タービン２３から蒸気を抽気してもよいし、高圧タービン２１及び中圧タービン２２から蒸気を抽気してもよい。また、高圧タービン２１、中圧タービン２２、及び低圧タービン２３から蒸気を抽気するようにしてもよい。

上記第１〜第３の実施形態では、高圧タービン２１から排気される蒸気がボイラ６において加熱されてから中圧タービン２２に供給される、いわゆる再熱サイクルになっているが、高圧タービン２１から排気される蒸気を直接中圧タービン２２に供給するようにしてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

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
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
３２加熱器
３４給水ポンプ
４０二酸化炭素分離回収装置
４１リボイラ
５２、５３弁
６０流量計
７０制御部

Claims

燃料を燃焼して蒸気を生成して排ガスを発生させるボイラと、
前記ボイラ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、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、及び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を有する二酸化炭素分離回収装置と、
前記ボイラ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、
前記復水を第１ラインへ送り出す復水ポンプと、
前記第１ラインに設けられ、前記復水を加熱する加熱器と、
前記加熱器により加熱された前記復水を前記ボイラへ給水する給水ポンプと、
前記タービンから抽気された蒸気を前記リボイラ及び前記加熱器へ供給する第２ラインと、
前記第２ラインを介して前記タービンから抽気される蒸気の量を所定量に保つ蒸気流量調整手段と、
を備え、
前記所定量は、前記タービンの回転により発電を行う発電機の出力に応じた量であることを特徴とする二酸化炭素回収型汽力発電システム。
前記蒸気流量調整手段は、
前記加熱器への蒸気供給量を調整する第１弁と、
前記リボイラへの蒸気供給量を調整する第２弁と、
前記第１弁及び前記第２弁の開度を制御する制御部と、
を有す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。
前記制御部は、前記二酸化炭素分離回収装置の運転停止に伴い、前記第１弁の開度を大きくすると共に、前記第２弁を閉じることを特徴とする請求項２に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システム。
前記制御部は、前記タービンの運転停止に伴い、前記第１弁の開度を大きくすると共に、前記第２弁を閉じることを特徴とする請求項２に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システム。
前記制御部は、前記ボイラの運転停止に伴い、前記第１弁の開度を大きくすると共に、前記第２弁を閉じることを特徴とする請求項２に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システム。
前記蒸気流量調整手段は、前記第２ラインに設けられ、蒸気の流量を測定する流量計をさらに有し、前記制御部は、前記流量計の測定結果に基づいて前記第１弁及び前記第２弁の開度を制御することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システム。
前記ボイラ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、
前記リボイラ及び前記加熱器には、前記高圧タービン、前記中圧タービン、及び前記低圧タービンの少なくともいずれか１つから抽気された蒸気が供給されることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システム。
前記主蒸気を前記再熱器へ供給する第１バイパスラインに設けられた第３弁と、
前記再熱蒸気を前記復水器へ供給する第２バイパスラインに設けられた第４弁と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記タービンの運転停止に伴い、前記第３弁及び前記第４弁を開くことを特徴とする請求項７に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システム。
ボイラが、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、
加熱器が前記復水を加熱する工程と、
ポンプが加熱された前記復水を前記ボイラに給水する工程と、
前記タービンの回転により発電を行う発電機の出力に応じた所定量の蒸気を前記タービンから抽気する工程と、
前記タービンから抽気した蒸気を前記加熱器及び／又は前記リボイラへ供給しつつ、前記タービンからの抽気蒸気量を前記所定量に保つ工程と、
を備える二酸化炭素回収型汽力発電システムの運転方法。
前記加熱器への蒸気供給量を調整する第１弁、及び前記リボイラへの蒸気供給量を調整する第２弁の開度を制御して、前記タービンからの抽気蒸気量を前記所定量に保つことを特徴とする請求項９に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システムの運転方法。
前記吸収塔、前記再生塔、及び前記リボイラを有する二酸化炭素分離回収装置、前記タービン、又は前記ボイラの運転停止に伴い、前記第１弁の開度を大きくすると共に、前記第２弁を閉じることを特徴とする請求項１０に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システムの運転方法。
燃料を燃焼して蒸気を生成するボイラで発生する排ガスが供給され、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と、
前記ボイラからの蒸気により回転駆動するタービンから抽気された蒸気の流量を測定する流量計と、
前記タービンから抽気された蒸気を、前記タービンの排気蒸気が冷却されて生成された復水を加熱する加熱器へ供給する第１ラインと、
前記タービンから抽気された蒸気を前記リボイラへ供給する第２ラインと
前記第１ラインに設けられ、開度に応じて前記第１ラインの蒸気流量を調整する第１弁と、
前記第２ラインに設けられ、開度に応じて前記第２ラインの蒸気流量を調整する第２弁と、
前記流量計の測定結果を用いて、前記タービンから抽気される蒸気の量を所定量に保つように前記第１弁及び前記第２弁の開度を制御する制御部と、
を備える二酸化炭素分離回収装置。
前記所定量は、前記タービンの回転により発電を行う発電機の出力に応じた量であることを特徴とする請求項１２に記載の二酸化炭素分離回収装置。
前記制御部は、自装置、前記タービン、又は前記ボイラの運転停止に伴い、前記第１弁の開度を大きくすると共に、前記第２弁を閉じることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の二酸化炭素分離回収装置。