JP6481404B2 - Oxy-combustion boiler equipment - Google Patents

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Description

本発明は、酸素燃焼ボイラ設備に関するものである。 The present invention relates to an oxyfuel boiler facility .

近年の石油及び天然ガスの需要の増大に伴う価格高騰等の情勢から、微粉炭焚ボイラを用いた石炭火力発電プラントが重要な役割を占めるようになってきている。従来の微粉炭焚ボイラには、空気を燃焼用ガスとした空気燃焼ボイラが一般に使用されてきた。   Coal-fired power plants using pulverized coal-fired boilers have come to play an important role due to the situation of rising prices accompanying the recent increase in demand for oil and natural gas. An air-fired boiler using air as a combustion gas has been generally used for conventional pulverized coal fired boilers.

石炭燃焼それ自体には、石油・天然ガス燃焼と比較して二酸化炭素（ＣＯ２）排出量が多いという問題点があるため、石炭火力への依存比率の上昇に伴うＣＯ２排出量増大は、地球温暖化防止の観点から、回避しなければならない重要な課題である。 Coal combustion itself has the problem that carbon dioxide (CO 2 ) emissions are higher than oil and natural gas combustion, so the increase in CO 2 emissions due to an increase in the dependency ratio on coal thermal power This is an important issue that must be avoided from the viewpoint of preventing global warming.

又、空気燃焼ボイラでは、排ガス中に多量の窒素が含まれることになるため、排ガスから窒素及びＣＯ２を分離回収する作業が面倒になるという問題がある。 Further, in the air combustion boiler, because that will contain the large amount of nitrogen in the exhaust gas, there is a problem that the work of separating and recovering nitrogen and CO 2 from the exhaust gas becomes troublesome.

そこで、大気中へのＣＯ２排出量を大幅に削減できる手法として、酸素燃焼ボイラが注目され、その開発が進められている。 Therefore, oxyfuel boilers have attracted attention and are being developed as a method that can significantly reduce the amount of CO 2 emission into the atmosphere.

前記酸素燃焼ボイラでは、排出される排ガスの大半を煙道の中途から抜き出し、この抜き出した排ガスと酸素製造装置で製造した酸素とを混合して酸素濃度を調整した燃焼用ガスを生成し、該燃焼用ガスを前記酸素燃焼ボイラに供給するようにした排ガス再循環方式が採用されている。この排ガス再循環方式の酸素燃焼ボイラによれば、排ガス中に窒素が含まれず、排出される最終的な排ガスのＣＯ２濃度が飛躍的に高まり、よって、排ガスからのＣＯ２の分離回収作業が容易になる。 In the oxyfuel boiler, most of the exhaust gas discharged is extracted from the middle of the flue, and the exhaust gas extracted and oxygen produced by an oxygen production apparatus are mixed to produce a combustion gas having an adjusted oxygen concentration, An exhaust gas recirculation system is employed in which combustion gas is supplied to the oxyfuel boiler. According to this exhaust gas recirculation oxyfuel boiler, the exhaust gas does not contain nitrogen, and the final exhaust gas CO 2 concentration is dramatically increased, so that the operation of separating and recovering CO 2 from the exhaust gas can be performed. It becomes easy.

このため、前記酸素燃焼ボイラにおいては、排ガスからＣＯ２を濃縮する必要がなく、そのまま排ガスを冷却して脱水することでＣＯ２を分離することができる。このＣＯ２は、圧縮されて液化処理され、パイプラインを通して輸送され地下に貯留されるようになっている。 Therefore, in the oxyfuel boiler, it is not necessary to concentrate the CO 2 from the exhaust gas, it is possible to separate the CO 2 by dehydration by directly cooling the exhaust gas. This CO 2 is compressed and liquefied, transported through a pipeline, and stored underground.

尚、前述の酸素燃焼ボイラに使用される高純度の酸素を大規模に生産する方法の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。   For example, Patent Document 1 shows a general technical level of a method for producing high-purity oxygen used in the above-described oxyfuel boiler on a large scale.

特開平１０−２１８６０３号公報JP-A-10-218603

しかしながら、前記酸素製造装置での酸素製造工程は、酸素燃焼ボイラ設備においてエネルギー消費が最も高くなる工程であって、火力発電プラント総出力のうちおよそ１５％の電力が消費され、効率の面で改善が望まれていた。   However, the oxygen production process in the oxygen production apparatus is the process in which the energy consumption is highest in the oxyfuel boiler facility, and approximately 15% of the total power output of the thermal power plant is consumed, improving the efficiency. Was desired.

又、従来の酸素燃焼ボイラ設備の場合、排ガス処理施設の建設に多大な投資が必要になると共に、その運転費の増加も問題となっていた。   Further, in the case of the conventional oxyfuel boiler equipment, a great investment is required for the construction of the exhaust gas treatment facility, and an increase in the operating cost has been a problem.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、酸素燃焼による排ガスを直接利用して酸素と合成ガスを生成し、効率を改善し得る酸素燃焼ボイラ設備を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and is intended to provide an oxyfuel boiler facility that can improve efficiency by generating oxygen and synthesis gas by directly using exhaust gas from oxyfuel combustion. is there.

本発明は、酸素を用いて燃料を燃焼させる酸素燃焼ボイラと、
該酸素燃焼ボイラからの排ガスを原料ガスとして金属酸化物と反応させ、該金属酸化物の酸化反応により一酸化炭素及び水素を含む合成ガスを生成すると共に、前記金属酸化物を熱分解して再生させ、該金属酸化物の再生反応により酸素を生成する酸化・再生ユニットと
を備え、前記酸化・再生ユニットで生成した酸素を酸素燃焼ボイラに再循環させるよう構成し、
前記酸化・再生ユニットは、
前記酸素燃焼ボイラからの排ガスを原料ガスとして金属酸化物と反応させ、該金属酸化物の酸化反応により一酸化炭素及び水素を含む合成ガスを生成する酸化装置と、
該酸化装置で酸化反応した金属酸化物を熱分解して再生させ、該金属酸化物の再生反応により酸素を生成する再生装置とを備え、
該再生装置と前記酸化装置との間で金属酸化物を循環させるよう構成したことを特徴とする酸素燃焼ボイラ設備にかかるものである。 The present invention includes an oxyfuel boiler that uses oxygen to burn fuel,
The exhaust gas from the oxyfuel boiler is reacted with a metal oxide as a raw material gas, and a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen is generated by an oxidation reaction of the metal oxide, and the metal oxide is thermally decomposed and regenerated. An oxidation / regeneration unit that generates oxygen by a regeneration reaction of the metal oxide, and configured to recirculate oxygen generated in the oxidation / regeneration unit to an oxyfuel boiler ,
The oxidation / regeneration unit is
An oxidizer that reacts exhaust gas from the oxyfuel boiler with a metal oxide as a raw material gas, and generates a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen by an oxidation reaction of the metal oxide;
A regenerator that thermally decomposes and regenerates the metal oxide oxidized by the oxidizer, and generates oxygen through a regenerative reaction of the metal oxide,
The present invention relates to an oxyfuel boiler facility characterized in that a metal oxide is circulated between the regenerator and the oxidizer .

前記酸素燃焼ボイラ設備においては、前記金属酸化物の酸化反応により一酸化炭素及び水素を含む合成ガスを生成する際に前記酸化装置へ水を補充するよう構成することが好ましい。   The oxyfuel boiler facility is preferably configured to replenish water to the oxidizer when generating a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen by an oxidation reaction of the metal oxide.

本発明の酸素燃焼ボイラ設備によれば、酸素燃焼による排ガスを直接利用して酸素と合成ガスを生成し、効率を改善し得るという優れた効果を奏し得る。 According to the oxyfuel boiler equipment of the present invention, it is possible to produce an oxygen and synthesis gas by directly using exhaust gas from oxyfuel combustion, and to achieve an excellent effect of improving efficiency.

本発明の酸素燃焼ボイラ設備の第一実施例を示す全体概要構成図である。1 is an overall schematic configuration diagram showing a first embodiment of an oxyfuel boiler facility of the present invention. 本発明の酸素燃焼ボイラ設備の第一実施例における酸化・再生ユニットを示す概要構成図である。It is a schematic block diagram which shows the oxidation and regeneration unit in the 1st Example of the oxyfuel boiler equipment of this invention. 本発明の酸素燃焼ボイラ設備の第二実施例を示す全体概要構成図である。It is a whole schematic block diagram which shows the 2nd Example of the oxyfuel boiler equipment of this invention.

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図１及び図２は本発明の酸素燃焼ボイラ設備の第一実施例である。 1 and 2 show a first embodiment of the oxyfuel boiler equipment of the present invention.

第一実施例における酸素燃焼ボイラ設備は、酸素燃焼ボイラ１と、酸素製造装置２と、脱塵装置３と、熱交換器４と、酸化・再生ユニット５と、冷却脱水器６とを備えている。   The oxyfuel boiler equipment in the first embodiment includes an oxyfuel boiler 1, an oxygen production device 2, a dust removal device 3, a heat exchanger 4, an oxidation / regeneration unit 5, and a cooling dehydrator 6. Yes.

前記酸素燃焼ボイラ１は、燃料が燃料供給路７から供給され、酸素が燃焼用ガス流路８から供給される。酸素燃焼ボイラ１は、酸素を用いて燃料を燃焼させる。そして、酸素燃焼ボイラ１から排出された排ガスは、煙道９によって脱塵装置３及び熱交換器４を経由し酸化・再生ユニット５へ導かれるようになっている。   In the oxyfuel boiler 1, fuel is supplied from a fuel supply passage 7 and oxygen is supplied from a combustion gas passage 8. The oxyfuel boiler 1 burns fuel using oxygen. The exhaust gas discharged from the oxyfuel boiler 1 is guided to the oxidation / regeneration unit 5 through the dust removal device 3 and the heat exchanger 4 by the flue 9.

前記煙道９の脱塵装置３と熱交換器４の間には、上流側から下流側へ向けて、ブロワ１０、流量計１１、水分計１２が配設されている。そして、酸素燃焼ボイラ１から排出された排ガスの一部は、排ガス再循環流路１３によって煙道９における脱塵装置３の下流側から燃焼用ガス流路８と燃料供給路７に導かれるようになっている。   A blower 10, a flow meter 11, and a moisture meter 12 are disposed between the dust removing device 3 and the heat exchanger 4 in the flue 9 from the upstream side toward the downstream side. A part of the exhaust gas discharged from the oxyfuel boiler 1 is led to the combustion gas passage 8 and the fuel supply passage 7 from the downstream side of the dust removing device 3 in the flue 9 by the exhaust gas recirculation passage 13. It has become.

前記酸素製造装置２は、空気から窒素を分離して酸素を製造し、燃焼用ガス流路８へ所定の圧力で酸素を供給する。酸素製造装置２で製造された酸素は、燃焼用ガス流路８から酸素燃焼ボイラ１へ導かれる。そして、燃焼用ガス流路８には、排ガス再循環流路１３から排ガスが導かれ、この排ガスが酸素に混合されるようになっている。   The oxygen production apparatus 2 produces oxygen by separating nitrogen from air, and supplies oxygen to the combustion gas flow path 8 at a predetermined pressure. The oxygen produced by the oxygen production apparatus 2 is guided from the combustion gas flow path 8 to the oxyfuel boiler 1. The combustion gas flow path 8 is guided with exhaust gas from the exhaust gas recirculation flow path 13 and is mixed with oxygen.

前記燃料供給路７は、例えば、石炭粉砕ミルによって燃焼に適した粒度に粉砕された微粉炭が流される。そして、燃料供給路７は、排ガス再循環流路１３から排ガスが導かれ、微粉炭をこの排ガスによって酸素燃焼ボイラ１へ供給するようになっている。   In the fuel supply path 7, for example, pulverized coal pulverized to a particle size suitable for combustion by a coal pulverization mill is flowed. The fuel supply path 7 is adapted to supply exhaust gas from the exhaust gas recirculation path 13 and supply pulverized coal to the oxyfuel boiler 1 by the exhaust gas.

前記脱塵装置３は、例えば、微粉炭燃焼用の濾布を備えた構成となっている。そして、脱塵装置３は、酸素燃焼ボイラ１の下流側に配設されて、酸素燃焼ボイラ１から排出された排ガス中の煤塵を取り除く。尚、脱塵装置３は、排ガスから煤塵を除去する機能を有していれば良く、濾布を備えた構成に限定されず、電気集塵機でも良い。   For example, the dust removing device 3 includes a filter cloth for pulverized coal combustion. The dust removing device 3 is disposed on the downstream side of the oxyfuel boiler 1 and removes dust in the exhaust gas discharged from the oxyfuel boiler 1. In addition, the dust removal apparatus 3 should just have a function which removes soot and dust from waste gas, and is not limited to the structure provided with the filter cloth, An electric dust collector may be sufficient.

前記排ガス再循環流路１３は、煙道９における脱塵装置３の下流側から分岐し、酸素燃焼ボイラ１から排出された排ガスの一部を燃料供給路７と燃焼用ガス流路８へ導く流路である。この排ガス再循環流路１３には、ブロワ１４と流量計１５と冷却脱水器６とが配設されている。   The exhaust gas recirculation flow path 13 branches from the downstream side of the dust removing device 3 in the flue 9 and guides part of the exhaust gas discharged from the oxyfuel boiler 1 to the fuel supply path 7 and the combustion gas flow path 8. It is a flow path. The exhaust gas recirculation flow path 13 is provided with a blower 14, a flow meter 15, and a cooling dehydrator 6.

前記排ガス再循環流路１３のブロワ１４は、所定量の排ガスが煙道９から排ガス再循環流路１３へ流れるように排ガスを導く構成を備えている。又、排ガス再循環流路１３の流量計１５は、排ガス再循環流路１３を流れる排ガスの流量を計測するようになっている。   The blower 14 of the exhaust gas recirculation flow path 13 has a configuration for guiding the exhaust gas so that a predetermined amount of exhaust gas flows from the flue 9 to the exhaust gas recirculation flow path 13. Further, the flow meter 15 of the exhaust gas recirculation flow path 13 measures the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust gas recirculation flow path 13.

前記排ガス再循環流路１３のブロワ１４と流量計１５は、制御装置１９に接続されている。そして、制御装置１９には、排ガス再循環流路１３の流量計１５で計測された排ガスの流量が送信され、制御装置１９は、計測された排ガスの流量に基づき所定量の排ガスが煙道９から排ガス再循環流路１３へ導かれるようにブロワ１４を調整する。   The blower 14 and the flow meter 15 of the exhaust gas recirculation flow path 13 are connected to a control device 19. Then, the flow rate of the exhaust gas measured by the flow meter 15 of the exhaust gas recirculation flow path 13 is transmitted to the control device 19, and the control device 19 sends a predetermined amount of exhaust gas to the flue 9 based on the measured flow rate of the exhaust gas. The blower 14 is adjusted so as to be guided to the exhaust gas recirculation flow path 13.

前記冷却脱水器６は、排ガス再循環流路１３における流量計１５の下流側に配設される。そして、冷却脱水器６は、水分計１２で計測した水分量に基づいて排ガスに含まれる水分量が所望の値になるように排ガスを冷却して脱水する。尚、冷却脱水器６の配設位置を排ガス再循環流路１３としているがこれに限定されるものではない。冷却脱水器６は、酸化・再生ユニット５へ導かれる排ガス中に含まれる水分量を減らすことができればどこに配設しても良い。   The cooling dehydrator 6 is disposed on the downstream side of the flow meter 15 in the exhaust gas recirculation flow path 13. The cooling dehydrator 6 cools and dehydrates the exhaust gas based on the moisture content measured by the moisture meter 12 so that the moisture content included in the exhaust gas becomes a desired value. In addition, although the arrangement | positioning position of the cooling dehydrator 6 is made into the exhaust gas recirculation flow path 13, it is not limited to this. The cooling dehydrator 6 may be disposed anywhere as long as the amount of moisture contained in the exhaust gas guided to the oxidation / regeneration unit 5 can be reduced.

前記煙道９のブロワ１０は、排ガスを下流の酸化・再生ユニット５へ導く構成を備えている。煙道９の流量計１１は、煙道９における排ガス再循環流路１３への分岐位置と液化処理ルート１６への分岐位置よりも下流側の流量を計測するようになっている。即ち、前記煙道９の流量計１１は、酸素燃焼ボイラ１から排出された排ガスのうち前記酸化・再生ユニット５へ導かれる排ガスの流量を計測し、該排ガスの流量を制御装置１９へ送信する。   The blower 10 of the flue 9 has a structure for guiding exhaust gas to the downstream oxidation / regeneration unit 5. The flow meter 11 of the flue 9 measures the flow rate downstream of the branch position to the exhaust gas recirculation flow path 13 and the branch position to the liquefaction treatment route 16 in the flue 9. That is, the flow meter 11 of the flue 9 measures the flow rate of the exhaust gas led to the oxidation / regeneration unit 5 out of the exhaust gas discharged from the oxyfuel boiler 1 and transmits the flow rate of the exhaust gas to the control device 19. .

前記水分計１２は、酸化・再生ユニット５に導かれる排ガスに含まれる水分量を計測し、その値を制御装置１９へ送信するようになっている。制御装置１９は、流量計１１で計測された排ガスの流量と、水分計１２で計測された排ガスの水分量とに基づき、ブロワ１０を調整するようになっている。   The moisture meter 12 measures the amount of moisture contained in the exhaust gas guided to the oxidation / regeneration unit 5 and transmits the value to the control device 19. The control device 19 adjusts the blower 10 based on the flow rate of the exhaust gas measured by the flow meter 11 and the moisture content of the exhaust gas measured by the moisture meter 12.

前記酸化・再生ユニット５は、酸素燃焼ボイラ１からの排ガスを原料ガスとして金属酸化物と反応させ、該金属酸化物の酸化反応により一酸化炭素及び水素を含む合成ガスを生成すると共に、前記金属酸化物を熱分解して還元することにより再生させ、該金属酸化物の再生反応により酸素を生成するようになっている。前記酸化・再生ユニット５で生成した酸素は、再循環酸素供給流路１８によって酸素燃焼ボイラ１に再循環させるよう構成してある。   The oxidation / regeneration unit 5 reacts with a metal oxide using the exhaust gas from the oxyfuel boiler 1 as a raw material gas, and generates a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen by an oxidation reaction of the metal oxide. The oxide is regenerated by thermal decomposition and reduction, and oxygen is generated by a regeneration reaction of the metal oxide. The oxygen generated in the oxidation / regeneration unit 5 is recirculated to the oxyfuel boiler 1 through the recirculation oxygen supply passage 18.

前記酸化・再生ユニット５は、酸化装置５Ａと再生装置５Ｂとを備えている。前記酸化装置５Ａは、前記酸素燃焼ボイラ１からの排ガスを原料ガスとして金属酸化物と反応させ、該金属酸化物の酸化反応により一酸化炭素及び水素を含む合成ガスを生成するようになっている。前記再生装置５Ｂは、前記酸化装置５Ａで酸化反応した金属酸化物を熱分解して再生させ、該金属酸化物の再生反応により酸素を生成するようになっている。そして、前記再生装置５Ｂと前記酸化装置５Ａとの間で金属酸化物を金属循環ライン５Ｒａ，５Ｒｂを介して循環させるよう構成してある。   The oxidation / regeneration unit 5 includes an oxidation device 5A and a regeneration device 5B. The oxidizer 5A reacts with a metal oxide using the exhaust gas from the oxyfuel boiler 1 as a raw material gas, and generates a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen by an oxidation reaction of the metal oxide. . The regenerator 5B thermally decomposes and regenerates the metal oxide oxidized by the oxidizer 5A, and generates oxygen through a regenerative reaction of the metal oxide. The metal oxide is circulated between the regenerator 5B and the oxidizer 5A via metal circulation lines 5Ra and 5Rb.

前記酸素燃焼ボイラ１からの排ガスを原料ガスとして金属酸化物と反応させる際の主要な反応は以下の通りである。前記酸化装置５Ａにおいて、下記の式（１）〜式（３）の反応が同時に進むようになっており、又、再生装置５Ｂにおいて、下記の式（４）の反応が進むようになっている。
金属酸化物の酸化反応：
ＭｅｘＯｙ−δ＋δＣＯ２→ＭｅｘＯｙ＋δＣＯ (放熱)…（１）
ＭｅｘＯｙ−δ＋δＨ２Ｏ→ＭｅｘＯｙ＋δＨ２ (放熱)…（２）
ＭｅｘＯｙ−δ＋δ／２Ｏ２→ＭｅｘＯｙ(放熱)…（３）
金属酸化物の再生（熱分解）反応：
ＭｅｘＯｙ→ＭｅｘＯｙ−δ＋δ／２Ｏ２ (収熱)…（４） The main reaction when the exhaust gas from the oxyfuel boiler 1 is reacted with the metal oxide as a raw material gas is as follows. In the oxidizer 5A, the reactions of the following formulas (1) to (3) proceed simultaneously, and in the regeneration apparatus 5B, the reaction of the following formula (4) proceeds. .
Metal oxide oxidation:
Me x O y-δ + δCO 2 → Me x O y + δCO ( heat dissipation) ... (1)
Me x O y-δ + δH 2 O → Me x O y + δH 2 ( heat dissipation) ... (2)
Me x O y-δ + δ / 2O 2 → Me x O y ( heat dissipation) ... (3)
Metal oxide regeneration (pyrolysis) reaction:
Me x O y → Me x O y-δ + δ / 2O 2 ( heat absorption) ... (4)

使用できる金属酸化物は、例えば、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｃｅ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｍｇ、Ｆｅ等の酸化物である。この中で、特に、ＳｎＯ２／ＳｎＯ、ＺｎＯ／Ｚｎ、Ｆｅ３Ｏ４／ＦｅＯ、ＮｉｘＦｅ３−ｘＯ４／ＮｉｘＦｅ３−ｘＯ４−ｙ、ＭｇＯ／Ｍｇ、ＣｅＯ２／ＣｅＯ２−ｘといった金属酸化物が好ましい。尚、上記の式（１）〜式（３）の反応と、上記の式（４）の反応をなし得るならば、他の金属酸化物でも良い。 Examples of the metal oxide that can be used include oxides such as Mn, Co, Cu, Ni, Pt, Au, Sn, Ce, Zn, Zr, Rh, Mg, and Fe. Among these, in particular, SnO 2 / SnO, ZnO / Zn, Fe 3 O 4 / FeO, Ni x Fe 3−x O 4 / Ni x Fe 3−x O 4−y , MgO / Mg, CeO 2 / CeO Metal oxides such as 2-x are preferred. Note that other metal oxides may be used as long as the reactions of the above formulas (1) to (3) and the above formula (4) can be performed.

反応温度は金属酸化物の種類によって異なるが、酸化装置５Ａでの運転温度はおよそ２００〜１０００℃、再生装置５Ｂでの運転温度はおよそ１０００〜２４００℃である。式（４）の反応に必要な熱量は、式（１）〜（３）による放熱量によって賄われるが、必要に応じて、図２に示す如く、例えば、太陽エネルギー又は電気を用いた熱源からの熱を補給すれば良い。   Although the reaction temperature varies depending on the type of metal oxide, the operating temperature in the oxidizer 5A is approximately 200 to 1000 ° C., and the operating temperature in the regenerator 5B is approximately 1000 to 2400 ° C. The amount of heat necessary for the reaction of the formula (4) is covered by the amount of heat released by the formulas (1) to (3). As shown in FIG. 2, for example, from a heat source using solar energy or electricity. You just need to replenish the heat.

前記熱交換器４は、酸化装置５Ａへ導入される排ガスと、酸化装置５Ａで生成された合成ガスとを熱交換させるものである。これにより、排ガスは合成ガスにより加熱されてから酸化装置５Ａへ導入される一方、合成ガスは排ガスに熱を与えて温度低下した状態で下流側へ送給されるようになっている。   The heat exchanger 4 exchanges heat between the exhaust gas introduced into the oxidizer 5A and the synthesis gas generated by the oxidizer 5A. As a result, the exhaust gas is heated by the synthesis gas and then introduced into the oxidizer 5A, while the synthesis gas is supplied to the downstream side in a state where the exhaust gas is heated to lower the temperature.

前記液化処理ルート１６は、酸化・再生ユニット５が処理できる排ガスの処理量を上回った際に、排ガスが導かれるルートである。即ち、制御装置１９は、煙道９の流量計１１から送信された排ガスの流量が、酸化・再生ユニット５での最大処理量を上回っていると判断すると、液化処理ルート１６のブロワ１７を作動させ、煙道９を流れる排ガスの一部を液化処理ルート１６へ導くようになっている。   The liquefaction route 16 is a route through which exhaust gas is introduced when the amount of exhaust gas that can be processed by the oxidation / regeneration unit 5 is exceeded. That is, when the control device 19 determines that the flow rate of the exhaust gas transmitted from the flow meter 11 of the flue 9 exceeds the maximum processing amount in the oxidation / regeneration unit 5, the control device 19 operates the blower 17 of the liquefaction processing route 16. Thus, part of the exhaust gas flowing through the flue 9 is guided to the liquefaction treatment route 16.

前記液化処理ルート１６のブロワ１７の下流側には、例えば、図示していない冷却脱水器、圧縮液化装置等が配設されている。即ち、液化処理ルート１６に流された排ガスは、冷却脱水器で冷却されて脱水されることによって二酸化炭素を取り出し、そして、圧縮液化装置によって二酸化炭素を圧縮して液化し、最終的に、パイプラインを通して運ばれて地下に貯留されるようになっている。   On the downstream side of the blower 17 of the liquefaction processing route 16, for example, a cooling dehydrator, a compression liquefaction device, and the like (not shown) are disposed. That is, the exhaust gas that has flowed to the liquefaction treatment route 16 is cooled by a cooling dehydrator and dehydrated to take out carbon dioxide, and the carbon dioxide is compressed and liquefied by a compression liquefaction device. It is transported through the line and stored underground.

次に、上記第一実施例の作用を説明する。   Next, the operation of the first embodiment will be described.

酸素燃焼ボイラ設備の運転時、燃料を燃焼させることによって酸素燃焼ボイラ１から排出される排ガスは、脱塵装置３で煤塵が取り除かれる。該脱塵装置３で煤塵が取り除かれた排ガスの一部は、煙道９の中途から排ガス再循環流路１３へ抜き出され、この抜き出された排ガスと酸素製造装置２で製造した酸素とが混合される。この混合によって酸素濃度が調整された燃焼用ガスが燃焼用ガス流路８から前記酸素燃焼ボイラ１に供給され、燃料の燃焼が行われる。   During operation of the oxyfuel boiler facility, the exhaust gas discharged from the oxyfuel boiler 1 by burning the fuel is removed by the dust removing device 3. A part of the exhaust gas from which the dust is removed by the dust removing device 3 is extracted from the middle of the flue 9 to the exhaust gas recirculation flow path 13, and the extracted exhaust gas and the oxygen produced by the oxygen production device 2 are extracted. Are mixed. Combustion gas, the oxygen concentration of which has been adjusted by this mixing, is supplied from the combustion gas flow path 8 to the oxyfuel boiler 1 to burn the fuel.

そして、前記排ガス再循環流路１３へ抜き出されずにそのまま煙道９を通って下流側へ導かれた排ガスは、熱交換器４を経て酸化・再生ユニット５の酸化装置５Ａへ導入される。   Then, the exhaust gas that has been led to the downstream side through the flue 9 without being extracted into the exhaust gas recirculation flow path 13 is introduced into the oxidation device 5A of the oxidation / regeneration unit 5 through the heat exchanger 4. .

前記酸化・再生ユニット５の酸化装置５Ａにおいては、前記酸素燃焼ボイラ１からの排ガスが原料ガスとして金属酸化物と反応し、該金属酸化物の酸化反応（式（１）〜式（３）の反応）により一酸化炭素及び水素を含む合成ガスが生成される。前記合成ガスは、熱交換器４において酸化装置５Ａへ導入される排ガスと熱交換し、該排ガスに熱を与えて温度低下した状態で下流側へ送給される。   In the oxidation apparatus 5A of the oxidation / regeneration unit 5, the exhaust gas from the oxyfuel boiler 1 reacts with a metal oxide as a raw material gas, and the oxidation reaction of the metal oxide (formulas (1) to (3)) Reaction) produces synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen. The synthesis gas exchanges heat with the exhaust gas introduced into the oxidizer 5A in the heat exchanger 4, and heat is supplied to the exhaust gas, and is sent downstream in a state where the temperature is lowered.

前記酸化・再生ユニット５の酸化装置５Ａで酸化反応した金属酸化物は、酸化・再生ユニット５の再生装置５Ｂへ送られ熱分解されて再生され、該金属酸化物の再生反応（式（４）の反応）により酸素が生成される。そして、前記再生装置５Ｂで生成された酸素は、再循環酸素供給流路１８から燃焼用ガス流路８へ導かれ、酸素製造装置２で製造した酸素と共に酸素燃焼ボイラ１に供給される。尚、前記再生装置５Ｂと前記酸化装置５Ａとの間で金属酸化物は循環され、該金属酸化物の酸化反応と再生反応が繰り返される。   The metal oxide oxidized by the oxidation device 5A of the oxidation / regeneration unit 5 is sent to the regeneration device 5B of the oxidation / regeneration unit 5 to be thermally decomposed and regenerated, and the metal oxide regeneration reaction (formula (4)) To produce oxygen. The oxygen produced by the regenerator 5B is guided from the recirculation oxygen supply channel 18 to the combustion gas channel 8 and supplied to the oxyfuel boiler 1 together with the oxygen produced by the oxygen production device 2. The metal oxide is circulated between the regenerator 5B and the oxidizer 5A, and the oxidation reaction and regenerative reaction of the metal oxide are repeated.

この結果、酸素燃焼ボイラ設備においてエネルギー消費が最も高くなる酸素製造装置２で製造される酸素だけに依存するのではなく、酸化・再生ユニット５で生成された酸素が補充用として使えるようになるため、酸素製造装置２の酸素製造工程で消費されるエネルギーを削減し、効率の改善を図ることが可能となる。又、酸素製造装置２を酸素製造の能力のより小さいものに縮小することもできる。   As a result, oxygen generated by the oxidation / regeneration unit 5 can be used for replenishment instead of relying solely on oxygen produced by the oxygen production apparatus 2 that consumes the highest energy in the oxyfuel boiler facility. Further, it is possible to reduce energy consumed in the oxygen production process of the oxygen production apparatus 2 and improve efficiency. Further, the oxygen production apparatus 2 can be reduced to a device having a smaller oxygen production capacity.

そして、前記酸化・再生ユニット５は、前記酸素燃焼ボイラ１からの排ガスを原料ガスとして金属酸化物と反応させ、該金属酸化物の酸化反応により一酸化炭素及び水素を含む合成ガスを生成する酸化装置５Ａと、該酸化装置５Ａで酸化反応した金属酸化物を熱分解して再生させ、該金属酸化物の再生反応により酸素を生成する再生装置５Ｂとを備え、該再生装置５Ｂと前記酸化装置５Ａとの間で金属酸化物を循環させるよう構成してある。これにより、金属酸化物を繰り返し使用して酸化反応と再生反応を安定して行いつつ、酸素と合成ガスを生成することができる。   The oxidation / regeneration unit 5 uses the exhaust gas from the oxyfuel boiler 1 as a raw material gas to react with a metal oxide, and generates an oxidation gas containing carbon monoxide and hydrogen by an oxidation reaction of the metal oxide. An apparatus 5A, and a regenerator 5B that thermally decomposes and regenerates the metal oxide oxidized in the oxidizer 5A and generates oxygen by a regenerative reaction of the metal oxide, the regenerator 5B and the oxidizer Metal oxide is circulated between 5A. Accordingly, oxygen and synthesis gas can be generated while the oxidation reaction and the regeneration reaction are stably performed by repeatedly using the metal oxide.

又、制御装置１９において、煙道９の流量計１１から送信された排ガスの流量が、酸化・再生ユニット５での最大処理量を上回っていると判断されると、液化処理ルート１６のブロワ１７が作動し、煙道９を流れる排ガスの一部が液化処理ルート１６へ導かれる。液化処理ルート１６に流された排ガスは、冷却脱水器（図示せず）で冷却されて脱水されることによって二酸化炭素が取り出される。そして、圧縮液化装置（図示せず）によって二酸化炭素が圧縮されて液化され、最終的に、パイプライン（図示せず）を通して運ばれて地下に貯留される。これにより、大部分の排ガスは酸化・再生ユニット５で処理され、その最大処理量を上回る分の排ガスのみが前記冷却脱水器、圧縮液化装置及びパイプラインを含む排ガス処理施設へ送給される。このため、従来の酸素燃焼ボイラ設備と比べ、排ガス処理施設の規模を縮小することが可能となり、その建設に多大な投資が必要とならず、運転費の増加も避けられる。   When the control device 19 determines that the flow rate of the exhaust gas transmitted from the flow meter 11 of the flue 9 exceeds the maximum processing amount in the oxidation / regeneration unit 5, the blower 17 of the liquefaction processing route 16. And a part of the exhaust gas flowing through the flue 9 is guided to the liquefaction treatment route 16. The exhaust gas that has flowed to the liquefaction route 16 is cooled by a cooling dehydrator (not shown) and dehydrated, whereby carbon dioxide is extracted. Then, carbon dioxide is compressed and liquefied by a compression liquefaction device (not shown), and finally transported through a pipeline (not shown) and stored underground. As a result, most of the exhaust gas is processed by the oxidation / regeneration unit 5, and only the exhaust gas exceeding the maximum processing amount is sent to the exhaust gas treatment facility including the cooling dehydrator, the compression liquefaction device, and the pipeline. For this reason, compared with the conventional oxyfuel boiler equipment, it is possible to reduce the scale of the exhaust gas treatment facility, so that a great investment is not required for the construction, and an increase in operating costs can be avoided.

一方、前記酸化・再生ユニット５に導かれる前の排ガスに含まれる水分量は水分計１２で計測され、その値は制御装置１９へ送信される。該制御装置１９からは、水分計１２で計測された水分量に基づいて排ガスに含まれる水分量が所望の値になるよう冷却脱水器６へ制御信号が出力される。該冷却脱水器６は、前記制御装置１９から出力される制御信号に基づき、排ガスを冷却して脱水し、排ガス中の水分を変えることを通じてＨ２とＣＯの比を調整する。即ち、排ガス中のＨ２とＣＯの比を調整することで、前記酸化・再生ユニット５の酸化装置５Ａにおいて生成される合成ガスを、メタノール、ジメチルエーテル及びフィッシャー・トロプシュ合成油といった様々な化学品の原料として用いることが可能となる。尚、前記酸化・再生ユニット５の酸化装置５Ａにおいて生成された合成ガスは、燃料としても利用できることは言うまでもない。又、空気燃焼ボイラに対し仮に第一実施例のような酸化・再生ユニット５を設けた場合、空気燃焼では排ガスにＮ２が含まれているため、合成ガスからＮ２を除去する工程が必要となり、合成ガスをそのまま化学品の原料として用いることは困難となる。このため、空気燃焼ボイラでは、第一実施例の酸素燃焼ボイラに適用したような効果は得られない。 On the other hand, the amount of moisture contained in the exhaust gas before being led to the oxidation / regeneration unit 5 is measured by the moisture meter 12, and the value is transmitted to the control device 19. The control device 19 outputs a control signal to the cooling dehydrator 6 so that the amount of moisture contained in the exhaust gas becomes a desired value based on the amount of moisture measured by the moisture meter 12. The cooling dehydrator 6 cools and dehydrates the exhaust gas based on the control signal output from the control device 19 and adjusts the ratio of H 2 and CO through changing the moisture in the exhaust gas. That is, by adjusting the ratio of H 2 and CO in the exhaust gas, the synthesis gas generated in the oxidation device 5A of the oxidation / regeneration unit 5 is converted into various chemical products such as methanol, dimethyl ether and Fischer-Tropsch synthetic oil. It can be used as a raw material. Needless to say, the synthesis gas generated in the oxidation device 5A of the oxidation / regeneration unit 5 can also be used as a fuel. Further, when the oxidation / regeneration unit 5 as in the first embodiment is provided for the air combustion boiler, since the exhaust gas contains N 2 in the air combustion, a process of removing N 2 from the synthesis gas is necessary. Thus, it is difficult to use the synthesis gas as a raw material for chemical products as it is. For this reason, in an air combustion boiler, the effect which was applied to the oxyfuel boiler of the first embodiment cannot be obtained.

因みに、特許文献１に開示されている酸素製造方法では、原料ガスは空気であり、第一実施例のように酸素燃焼による排ガスを直接利用して酸素と合成ガスを生成するものとは根本的に異なっている。   Incidentally, in the oxygen production method disclosed in Patent Document 1, the raw material gas is air, which is fundamentally different from the case of generating oxygen and synthesis gas by directly using exhaust gas from oxygen combustion as in the first embodiment. Is different.

こうして、酸素燃焼による排ガスを直接利用して酸素と合成ガスを生成し、有効活用し得る。   In this way, oxygen and synthesis gas can be generated by directly using exhaust gas from oxygen combustion, and can be effectively used.

図３は本発明の酸素燃焼ボイラ設備の第二実施例であって、図中、図１及び図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１及び図２に示す第一実施例と同様である。第二実施例の特徴とするところは、図３に示す如く、金属酸化物の酸化反応により一酸化炭素及び水素を含む合成ガスを生成する際に前記酸化装置５Ａへ水や水蒸気（Ｈ２Ｏ）を補充するよう構成した点にある。 FIG. 3 shows a second embodiment of the oxyfuel boiler equipment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 denote the same components, and the basic configuration is shown in FIG. And it is the same as that of the 1st Example shown in FIG. The feature of the second embodiment is that, as shown in FIG. 3, when the synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen is generated by the oxidation reaction of the metal oxide, water and water vapor (H 2 O) are supplied to the oxidizer 5A. ) Is supplemented.

上記第二実施例のように金属酸化物の酸化反応により一酸化炭素及び水素を含む合成ガスを生成する際に前記酸化装置５Ａへ水や水蒸気（Ｈ２Ｏ）を補充すると、式（２）の反応が促進され、結果的に式（４）の反応によって生成される酸素の量を増加させることが可能となる。即ち、酸化・再生ユニット５の再生装置５Ｂから再循環酸素供給流路１８を経て燃焼用ガス流路８へ導かれる酸素だけで酸素燃焼ボイラ１における燃料の燃焼を行えるようになり、酸素製造装置２を設置しなくて済む。 When water or water vapor (H 2 O) is replenished to the oxidizer 5A when generating a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen by an oxidation reaction of a metal oxide as in the second embodiment, the formula (2) As a result, it becomes possible to increase the amount of oxygen produced by the reaction of the formula (4). That is, the fuel in the oxyfuel boiler 1 can be burned only with oxygen introduced from the regenerator 5B of the oxidation / regeneration unit 5 through the recirculation oxygen supply flow path 18 to the combustion gas flow path 8, and the oxygen production apparatus No need to install 2.

こうして、第二実施例においても第一実施例と同様、酸素燃焼による排ガスを直接利用して酸素と合成ガスを生成し、効率を改善し得る。更に、第二実施例では、酸素製造装置２を不要とすることもできる。   Thus, in the second embodiment, as in the first embodiment, the exhaust gas generated by oxygen combustion can be directly used to generate oxygen and synthesis gas, thereby improving the efficiency. Furthermore, in the second embodiment, the oxygen production apparatus 2 can be dispensed with.

尚、本発明の酸素燃焼ボイラ設備は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 The oxyfuel boiler equipment of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

１ 酸素燃焼ボイラ
５ 酸化・再生ユニット
５Ａ 酸化装置
５Ｂ 再生装置
１３ 排ガス再循環流路
１８ 再循環酸素供給流路 1 Oxygen combustion boiler 5 Oxidation / regeneration unit 5A Oxidizer 5B Regenerator 13 Exhaust gas recirculation flow path 18 Recirculation oxygen supply flow path

Claims (2)

酸素を用いて燃料を燃焼させる酸素燃焼ボイラと、
該酸素燃焼ボイラからの排ガスを原料ガスとして金属酸化物と反応させ、該金属酸化物の酸化反応により一酸化炭素及び水素を含む合成ガスを生成すると共に、前記金属酸化物を熱分解して再生させ、該金属酸化物の再生反応により酸素を生成する酸化・再生ユニットと
を備え、前記酸化・再生ユニットで生成した酸素を酸素燃焼ボイラに再循環させるよう構成し、
前記酸化・再生ユニットは、
前記酸素燃焼ボイラからの排ガスを原料ガスとして金属酸化物と反応させ、該金属酸化物の酸化反応により一酸化炭素及び水素を含む合成ガスを生成する酸化装置と、
該酸化装置で酸化反応した金属酸化物を熱分解して再生させ、該金属酸化物の再生反応により酸素を生成する再生装置とを備え、
該再生装置と前記酸化装置との間で金属酸化物を循環させるよう構成したことを特徴とする酸素燃焼ボイラ設備。 An oxyfuel boiler that burns fuel using oxygen;
The exhaust gas from the oxyfuel boiler is reacted with a metal oxide as a raw material gas, and a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen is generated by an oxidation reaction of the metal oxide, and the metal oxide is thermally decomposed and regenerated. An oxidation / regeneration unit that generates oxygen by a regeneration reaction of the metal oxide, and configured to recirculate oxygen generated in the oxidation / regeneration unit to an oxyfuel boiler ,
The oxidation / regeneration unit is
An oxidizer that reacts exhaust gas from the oxyfuel boiler with a metal oxide as a raw material gas, and generates a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen by an oxidation reaction of the metal oxide;
A regenerator that thermally decomposes and regenerates the metal oxide oxidized by the oxidizer, and generates oxygen through a regenerative reaction of the metal oxide,
An oxyfuel boiler facility characterized in that a metal oxide is circulated between the regenerator and the oxidizer . 前記金属酸化物の酸化反応により一酸化炭素及び水素を含む合成ガスを生成する際に前記酸化装置へ水を補充するよう構成した請求項１記載の酸素燃焼ボイラ設備。
The metal oxide oxidation reaction by oxygen combustion boiler facility construction claims 1, wherein as to replenish water into the oxidizer in generating a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen.
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