JP6931044B2 - 二酸化炭素回収システム及び二酸化炭素回収方法 - Google Patents

二酸化炭素回収システム及び二酸化炭素回収方法 Download PDF

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Description

本発明は、二酸化炭素を吸収した吸収体から二酸化炭素を分離させて回収する二酸化炭素回収システム及び二酸化炭素回収方法に関する。
従来、二酸化炭素を吸収した吸収体から二酸化炭素を分離させて回収する二酸化炭素回収システムが知られている。例えば、特許文献１には、蒸気タービンの出口から排出された水蒸気を圧縮機で圧縮及び昇温し、二酸化炭素の脱離のために吸着材充填槽に供給する構成が開示されている。
特開２０１２−２５０１４２号公報
しかしながら、上記従来の構成では、二酸化炭素の脱離のための水蒸気を、圧縮機で圧縮及び昇温させる必要があるため、圧縮機を駆動するためのエネルギーが必要になるという問題がある。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、省エネルギー化を図ることができる二酸化炭素回収システム及び二酸化炭素回収方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る二酸化炭素回収システムは、ボイラと脱硫装置との間に配置され、前記ボイラから前記脱硫装置に流れる排ガスを冷却するとともに第一熱媒体を加熱する第一熱交換器と、前記第一熱媒体が有する熱が供給されることで、二酸化炭素を吸収した吸収体から前記二酸化炭素を分離させて回収する二酸化炭素回収装置とを備える。
本発明における二酸化炭素回収システム等によれば、省エネルギー化を図ることができる。
図１は、本発明の実施の形態に係る火力発電所の概略構成を示す模式図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る制御装置の機能構成を示すブロック図である。 図４は、本発明の実施の形態の変形例１に係る二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。 図５は、本発明の実施の形態の変形例２に係る二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。 図６は、本発明の実施の形態の変形例３に係る二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。 図７は、本発明の実施の形態の変形例４に係る二酸化炭素回収システムの構成を示す模式図である。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る二酸化炭素回収システムは、ボイラと脱硫装置との間に配置され、前記ボイラから前記脱硫装置に流れる排ガスを冷却するとともに第一熱媒体を加熱する第一熱交換器と、前記第一熱媒体が有する熱が供給されることで、二酸化炭素を吸収した吸収体から前記二酸化炭素を分離させて回収する二酸化炭素回収装置とを備える。
これによれば、二酸化炭素回収システムは、ボイラと脱硫装置との間で排ガスを冷却するとともに第一熱媒体を加熱する第一熱交換器と、第一熱媒体が有する熱が供給されることで、吸収体から二酸化炭素を分離させて回収する二酸化炭素回収装置とを備えている。つまり、ボイラと脱硫装置との間の排ガスと熱交換した第一熱媒体の熱が二酸化炭素回収装置に供給されて、吸収体から二酸化炭素が分離されて回収される。ここで、ボイラから出た排ガスは、脱硫装置及び脱硫装置に至るまでの他の装置によって不要な物質が除去されるが、これらの装置の性能を維持するために、排ガスを冷却して排ガスの温度を下げる必要がある。このため、当該排ガスを冷却する際に加熱される第一熱媒体の熱を二酸化炭素の分離回収に活用することで、エネルギーを有効活用して省エネルギー化を図ることができる。
また、前記第一熱交換器は、集塵装置と前記脱硫装置との間に配置され、前記集塵装置から前記脱硫装置に流れる排ガスを冷却するとともに前記第一熱媒体を加熱することにしてもよい。
これによれば、二酸化炭素回収システムにおいて、第一熱交換器を集塵装置と脱硫装置との間に配置することで、集塵装置と脱硫装置との間の排ガスと熱交換した第一熱媒体の熱が二酸化炭素回収装置に供給されて、吸収体から二酸化炭素が分離されて回収される。ここで、ボイラから出た排ガスを脱硫装置に供給する場合、脱硫装置の性能を維持するために、排ガスを冷却して排ガスの温度を下げる必要がある。このため、当該排ガスを冷却する際に加熱される第一熱媒体の熱を二酸化炭素の分離回収に活用することで、エネルギーを有効活用して省エネルギー化を図ることができる。
また、前記第一熱交換器は、前記ボイラと集塵装置との間に配置され、前記ボイラから前記集塵装置に流れる排ガスを冷却するとともに前記第一熱媒体を加熱することにしてもよい。
これによれば、二酸化炭素回収システムにおいて、第一熱交換器をボイラと集塵装置との間に配置することで、ボイラと集塵装置との間の排ガスと熱交換した第一熱媒体の熱が二酸化炭素回収装置に供給されて、吸収体から二酸化炭素が分離されて回収される。ここで、ボイラから出た高温の排ガスを集塵装置に供給する場合、集塵装置の性能を維持するために、排ガスを冷却して排ガスの温度を適切な温度にまで下げる必要がある。このため、当該排ガスを冷却する際に加熱される第一熱媒体の熱を二酸化炭素の分離回収に活用することで、エネルギーを有効活用して省エネルギー化を図ることができる。
また、さらに、前記脱硫装置と煙突との間に配置され、前記脱硫装置から前記煙突に流れる排ガスを加熱するとともに前記第一熱媒体を冷却する第二熱交換器と、前記第一熱交換器の前記第一熱媒体の出口と前記第二熱交換器の前記第一熱媒体の入口とを接続する第一ライン、及び、前記第二熱交換器の前記第一熱媒体の出口と前記第一熱交換器の前記第一熱媒体の入口とを接続する第二ラインを有する熱媒体循環ラインとを備え、前記二酸化炭素回収装置は、前記第一ラインを流れる前記第一熱媒体が有する熱が供給されることで、前記吸収体から前記二酸化炭素を分離させて回収することにしてもよい。
これによれば、二酸化炭素回収システムは、脱硫装置と煙突との間で排ガスを加熱するとともに第一熱媒体を冷却する第二熱交換器と、第一熱交換器と第二熱交換器とを循環する熱媒体循環ラインとを備えている。そして、二酸化炭素回収装置は、第一熱交換器の出口と第二熱交換器の入口とを接続する第一ラインを流れる第一熱媒体が有する熱が供給されることで、吸収体から二酸化炭素を分離させて回収する。これにより、第一ラインを流れる第一熱媒体の熱を二酸化炭素の分離回収に活用することで、エネルギーを有効活用して省エネルギー化を図ることができる。
また、前記二酸化炭素回収装置は、前記第一ラインから分岐した第三ラインに接続され、前記第一ラインからの前記第一熱媒体が供給されることで、前記吸収体から前記二酸化炭素を分離させて回収することにしてもよい。
これによれば、二酸化炭素回収システムにおいて、二酸化炭素回収装置に第一ラインからの第一熱媒体が供給されることで、吸収体から二酸化炭素を分離させて回収する。これにより、第一ラインを流れる第一熱媒体を二酸化炭素の分離回収に活用することで、エネルギーを有効活用して省エネルギー化を図ることができる。
また、さらに、前記第一熱交換器で加熱された前記第一熱媒体を冷却するとともに第二熱媒体を加熱する第三熱交換器を備え、前記二酸化炭素回収装置は、前記第二熱媒体が有する熱が供給されることで、前記吸収体から前記二酸化炭素を分離させて回収することにしてもよい。
これによれば、二酸化炭素回収システムにおいて、二酸化炭素回収装置は、第一熱媒体と熱交換して加熱された第二熱媒体が有する熱が供給されることで、吸収体から二酸化炭素を分離させて回収する。これにより、第一熱媒体が有する熱を、第二熱媒体を介して二酸化炭素の分離回収に活用することで、エネルギーを有効活用して省エネルギー化を図ることができる。
また、さらに、タービンと同軸の圧縮機を備え、前記二酸化炭素回収装置は、タービンから排出され、かつ、前記圧縮機によって圧縮された蒸気が有する熱が供給されることで、前記吸収体から前記二酸化炭素を分離させて回収することにしてもよい。
これによれば、二酸化炭素回収システムにおいて、タービンから排出されてタービンと同軸の圧縮機によって圧縮された蒸気の熱が二酸化炭素回収装置に供給されることで、吸収体から二酸化炭素を分離させて回収する。つまり、タービンから排出された蒸気を、タービンと同軸の圧縮機で圧縮することで、当該蒸気を二酸化炭素回収装置まで送ることができる。このため、タービンから排出された蒸気を熱媒体に使用するため、当該蒸気の熱を有効活用することができる。また、圧縮機は、タービンと同軸であるため、タービンの動力で駆動でき、圧縮機を駆動するための特別な動力は必要ない。また、圧縮機は、蒸気を昇圧できればよく、蒸気を昇温する必要はないため、上記の特許文献１に開示された圧縮機と比べて、動力が小さい小型の圧縮機を採用することができる。このように、二酸化炭素回収システムにおいて、タービンから排出された蒸気の熱を有効活用し、また、圧縮機の動力を小さくするとともに圧縮機をタービンの動力で駆動させることで、省エネルギー化を図ることができる。
また、前記二酸化炭素回収装置は、前記排ガスが供給されて、前記排ガス中の二酸化炭素を前記吸収体に吸収させ、前記第一熱媒体が有する熱が前記吸収体に供給されることで、前記吸収体から前記二酸化炭素を分離させて回収することにしてもよい。
これによれば、二酸化炭素回収システムにおいて、二酸化炭素回収装置は、ボイラから出た排ガス中の二酸化炭素を吸収体に吸収させ、第一熱媒体が有する熱を吸収体に供給することで、当該吸収体から二酸化炭素を分離させて二酸化炭素を回収する。これにより、省エネルギー化を図りつつ、排ガス中の二酸化炭素を回収することができる。
また、さらに、前記第一熱交換器の前記排ガスの出口における前記排ガスの温度である第一温度を第一所定範囲内の温度に調整するとともに、前記二酸化炭素回収装置に供給される熱の温度である第二温度を第二所定範囲内の温度に調整する制御装置を備えることにしてもよい。
これによれば、二酸化炭素回収システムにおいて、制御装置は、第一熱交換器の出口側の排ガスの温度と二酸化炭素回収装置に供給される熱の温度とが所望の範囲内の温度になるように調整する。つまり、第一熱交換器出口の排ガスの温度を所望の範囲内の温度に調整することで、排ガス中の不要な物質を除去するための装置の性能を維持することができる。また、二酸化炭素回収装置に供給される熱の温度を所望の範囲内の温度に調整することで、効率良く二酸化炭素を回収することができる。これにより、省エネルギー化を図りつつ、排ガス中の不要な物質及び二酸化炭素を、効率良く除去及び回収することができる。
なお、本発明は、このような二酸化炭素回収システムとして実現することができるだけでなく、二酸化炭素回収システムが行う特徴的な処理工程を含む二酸化炭素回収方法としても実現することができる。また、本発明は、二酸化炭素回収システムが備える制御装置としても実現することができる。また、本発明は、当該制御装置が行う制御方法や、当該制御装置に含まれる特徴的な処理部を備える集積回路としても実現することができる。また、本発明は、当該制御方法に含まれる特徴的な処理をコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、当該プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記録媒体として実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態及びその変形例に係る二酸化炭素回収システム及び二酸化炭素回収方法について説明する。なお、以下で説明する実施の形態及びその変形例は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態及びその変形例で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、方法における工程、工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態及びその変形例における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
（実施の形態）
まず、二酸化炭素回収システムを備える火力発電所１の概略構成について、説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る火力発電所１の概略構成を示す模式図である。
火力発電所１は、ボイラで燃料を燃焼させて蒸気を発生し、蒸気タービンで発電を行うとともに、ボイラで発生した排ガスを排煙処理系統で処理して、煙突から放出する発電システムである。
具体的には、同図に示すように、火力発電所１は、ボイラ１００、蒸気タービン２００、発電機３００、及び、二酸化炭素回収システム４００を含む排煙処理系統を有する発電部１０と、発電部１０に含まれる機器を制御する制御装置２０とを備えている。ここで、当該排煙処理系統には、ボイラ１００と二酸化炭素回収システム４００との間に脱硝装置１１０及び空気予熱器１２０が設けられ、二酸化炭素回収システム４００の出口側に煙突１３０が設けられている。
ボイラ１００は、燃料を燃焼する燃焼装置（ボイラ）であり、本実施の形態では、例えば定圧貫流ボイラである。ボイラ１００は、ボイラ１００に燃料を供給する燃料供給装置１０１を有している。本実施の形態では、燃料供給装置１０１は、ボイラ１００に供給する燃料として、化石燃料、具体的には石炭を貯蔵し、当該石炭をボイラ１００に供給する。
つまり、燃料供給装置１０１は、石炭を貯蔵する貯蔵設備（図示せず）を有しており、当該貯蔵設備に貯蔵された石炭を微粉炭に粉砕して、当該微粉炭を微粉炭搬送路１０２を通じてボイラ１００に供給する。そして、ボイラ１００は、燃料供給装置１０１から供給される石炭（微粉炭）を燃焼する。
また、ボイラ１００は、主蒸気管１０３を有しており、燃料を燃焼することで生成した蒸気（主蒸気）を、主蒸気管１０３を通じて蒸気タービン２００に送る。また、ボイラ１００には、煙道１０４が接続されており、燃料を燃焼した後の排ガスは、煙道１０４を通じて脱硝装置１１０、空気予熱器１２０、二酸化炭素回収システム４００及び煙突１３０へと送られる。また、ボイラ１００の底部にはボトムアッシュ処理設備１０５が設けられており、このボトムアッシュ処理設備１０５にて、ボイラ１００で燃料を燃焼して生成される灰（石炭灰）を処理する。
蒸気タービン２００は、ボイラ１００で生成された蒸気のエネルギーによって回転するタービンである。本実施の形態では、蒸気タービン２００は、高圧タービン２１０、中圧タービン２２０及び低圧タービン２３０を有している。
高圧タービン２１０は、高圧の蒸気によって回転するタービンであり、中圧タービン２２０は、当該高圧の蒸気よりも圧力の低い中圧の蒸気によって回転するタービンであり、低圧タービン２３０は、当該中圧の蒸気よりも圧力の低い低圧の蒸気によって回転するタービンである。本実施の形態では、発電機３００に近い側から、低圧タービン２３０、中圧タービン２２０、高圧タービン２１０の順に、同軸で配置されている。
つまり、ボイラ１００で生成された高温高圧の蒸気（主蒸気）は、主蒸気管１０３を通って高圧タービン２１０に送られ、高圧タービン２１０を回転させる。また、高圧タービン２１０を出た蒸気は、中圧タービン２２０に送られて、中圧タービン２２０を回転させる。また、中圧タービン２２０を出た蒸気は、低圧タービン２３０に送られて、低圧タービン２３０を回転させる。
なお、蒸気タービン２００は、高圧タービン２１０、中圧タービン２２０及び低圧タービン２３０のうちのいずれかのタービンを有していない構成でもかまわない。または、蒸気タービン２００は、上述のタービン以外のタービンを有していてもかまわない。
発電機３００は、蒸気タービン２００の回転力を電力に変換することによって発電を行うタービン発電機である。具体的には、発電機３００は、蒸気タービン２００と同軸で、低圧タービン２３０の側方（中圧タービン２２０と反対側）に配置されており、高圧タービン２１０、中圧タービン２２０及び低圧タービン２３０の回転力を電力に変換することによって発電を行う。
脱硝装置１１０は、ボイラ１００で燃料を燃焼することで発生した排ガスを脱硝する装置である。具体的には、脱硝装置１１０は、ボイラ１００と空気予熱器１２０との間に配置されている。つまり、脱硝装置１１０は、煙道１０４の空気予熱器１２０の入口側に配置されており、煙道１０４内の空気予熱器１２０に向かう排ガス中の窒素酸化物を除去する。
空気予熱器１２０は、空気を排ガスで予熱する装置、つまり、ボイラ１００の熱効率を高めるために燃焼用の空気をボイラ１００に送り込む前に加熱する装置である。つまり空気予熱器１２０は、脱硝装置１１０と二酸化炭素回収システム４００との間に配置されており、ボイラ１００へ送られる空気を加熱するとともに、二酸化炭素回収システム４００へ送られる排ガスを冷却する。
具体的には、空気予熱器１２０には、押込ファン（ＦＤＦ）１２１が接続されており、押込ファン１２１の駆動によって空気入口ダクト１２２を通じて空気が送り込まれる。そして、空気予熱器１２０は、当該空気を、煙道１０４内の脱硝装置１１０を出た排ガスと熱交換させて、高温空気として空気出口ダクト１２３に送り出す。そして、当該高温空気は、空気出口ダクト１２３を通じてボイラ１００に送られて、微粉炭の燃焼用空気として使用される。これにより、二酸化炭素回収システム４００へ送られる排ガスは、冷却される。
なお、空気予熱器１２０は、内部に伝熱体（エレメント）が配置されており、空気と排ガスとの熱交換を行う構成を有しているが、空気予熱器１２０は、空気と排ガスとの熱交換を行うことができるのであればどのような構成を有していてもかまわない。
二酸化炭素回収システム４００は、ボイラ１００から煙突１３０に流れる排ガス中の二酸化炭素を回収するシステムであり、空気予熱器１２０と煙突１３０との間に配置されている。つまり、二酸化炭素回収システム４００は、ボイラ１００から煙道１０４を流れ、空気予熱器１２０で冷却された排ガス中の熱を用いて、排ガス中の二酸化炭素を回収する。この二酸化炭素回収システム４００の構成について、以下に詳細に説明する。
図２は、本発明の実施の形態に係る二酸化炭素回収システム４００の構成を示す模式図である。
同図に示すように、二酸化炭素回収システム４００は、上流側熱交換器４１０と、集塵装置４２０と、第一熱交換器４３０と、脱硫装置４４０と、下流側熱交換器４５０と、二酸化炭素回収装置４６０と、圧縮機４７０とを備えている。つまり、二酸化炭素回収システム４００は、ボイラ１００から、脱硝装置１１０、空気予熱器１２０、上流側熱交換器４１０、集塵装置４２０、第一熱交換器４３０、脱硫装置４４０、下流側熱交換器４５０及び煙突１３０に順次流れる排ガス中の二酸化炭素を回収するシステムである。以下、二酸化炭素回収システム４００が備える各設備について、詳細に説明する。
上流側熱交換器４１０は、ボイラ１００から集塵装置４２０に向けて流れる排ガスと、熱媒体との熱交換を行う機器である。具体的には、上流側熱交換器４１０は、空気予熱器１２０と集塵装置４２０との間に配置され、空気予熱器１２０から集塵装置４２０に流れる排ガス（以下、排ガスｇともいう）を冷却するとともに熱媒体（以下、上流側熱媒体ともいう）を加熱する。
例えば、上流側熱交換器４１０として、配管の中を上流側熱媒体が流れ、その周囲を排ガスｇが通過することで、排ガスｇを冷却するとともに上流側熱媒体を加熱するガスガスヒータ（ＧＧＨ熱回収器）を使用することができる。なお、上流側熱媒体とは、中高温の流体であり、本実施の形態では、中高温の水（純水）であるが、当該水以外の中高温もしくは高温の液体、または蒸気等の気体であってもかまわない。これにより、上流側熱交換器４１０は、例えば、排ガスの入口において１３５℃程度の排ガスｇ（空気予熱器１２０の出口側の排ガスｇ）を、排ガスの出口において９０℃程度の排ガスｇ（集塵装置４２０の入口側の排ガスｇ）に冷却する。
集塵装置４２０は、排ガス中のばいじんを除去する装置である。つまり、集塵装置４２０は、上流側熱交換器４１０と第一熱交換器４３０との間に配置され、上流側熱交換器４１０から第一熱交換器４３０に流れる排ガスｇ中のばいじんを除去する。例えば、集塵装置４２０は、排ガスｇ中のばいじんを静電気力で引き付け除去する低低温型の乾式電気集じん器（ＥＰ）である。この場合、集塵装置４２０の入口側の排ガスｇの温度は、９０℃程度であるのが好ましい。
また、集塵装置４２０の出口側には、吸込ファン（ＩＤＦ）４２１が設けられている。吸込ファン４２１は、集塵装置４２０の出口側の排ガスを吸い込み、第一熱交換器４３０に送るファンである。
第一熱交換器４３０は、ボイラ１００から脱硫装置４４０に向けて流れる排ガスと、後述の圧縮機出口ライン４７２、４７３を流れる第一熱媒体との熱交換を行う機器である。つまり、第一熱交換器４３０は、ボイラ１００と脱硫装置４４０との間に配置され、ボイラ１００から脱硫装置４４０に流れる排ガスを冷却するとともに第一熱媒体を加熱する。具体的には、第一熱交換器４３０は、集塵装置４２０と脱硫装置４４０との間に配置され、集塵装置４２０から脱硫装置４４０に流れる排ガスｇを冷却するとともに第一熱媒体（以下、第一熱媒体ｗ１ともいう）を加熱する。
例えば、第一熱交換器４３０として、上流側熱交換器４１０と同様に、配管の中を第一熱媒体ｗ１が流れ、その周囲を排ガスｇが通過することで、排ガスｇを冷却するとともに第一熱媒体ｗ１を加熱するガスガスヒータ（ＧＧＨ熱回収器）を使用することができる。なお、第一熱媒体ｗ１とは、本実施の形態では、蒸気（水蒸気）であるが、水蒸気以外の中高温もしくは高温の気体、または、中高温もしくは高温の水等の液体であってもかまわない。
これにより、第一熱交換器４３０は、例えば、排ガスの入口において排ガス温度Ｔｇ１＝９０℃程度の排ガスｇ（集塵装置４２０の出口側の排ガスｇ）を、排ガスの出口において排ガス温度Ｔｇ２＝６０℃程度の排ガスｇ（脱硫装置４４０の入口側の排ガスｇ）に冷却する。また、第一熱交換器４３０は、例えば、熱媒体の入口において低圧の飽和蒸気（後述の圧縮機４７０の出口側の熱媒体）である第一熱媒体ｗ１を、熱媒体の出口において熱媒体温度Ｔｗ１＝６０℃程度の低圧の蒸気（後述の二酸化炭素回収装置４６０の入口の熱媒体）に加熱する。
なお、本実施の形態では、第一熱交換器４３０は、吸込ファン４２１と脱硫装置４４０との間に配置されているが、集塵装置４２０と吸込ファン４２１との間に配置されていてもよい。ただし、この場合、第一熱交換器４３０から脱硫装置４４０までの距離が長くなるため、排ガス温度Ｔｇ２＝６０℃程度の排ガスｇが流れる区間（つまり、腐食しやすい区間）が長くなる。このため、第一熱交換器４３０は、脱硫装置４４０の近くに配置されるのが好ましい。
脱硫装置４４０は、排ガス中の硫黄酸化物を除去する装置である。つまり、脱硫装置４４０は、第一熱交換器４３０と下流側熱交換器４５０との間に配置され、第一熱交換器４３０から下流側熱交換器４５０に流れる排ガスｇ中の硫黄酸化物を除去する。具体的には、脱硫装置４４０は、補給水ライン４４１が接続されており、補給水ライン４４１から補給水が吸収塔（図示せず）に供給されて湿式脱硫処理が行われる湿式脱硫装置である。このため、脱硫装置４４０の入口側の排ガス温度は低いのが好ましく、上述の通り、第一熱交換器４３０によって排ガス温度Ｔｇ２＝６０℃程度にまで冷却されている。これにより、補給水ライン４４１から補給される補給水の量を低減することができる。
下流側熱交換器４５０は、脱硫装置４４０から煙突１３０に向けて流れる排ガスと、熱媒体との熱交換を行う機器である。具体的には、下流側熱交換器４５０は、脱硫装置４４０と煙突１３０との間に配置され、脱硫装置４４０から煙突１３０に流れる排ガスｇを加熱するとともに熱媒体（以下、下流側熱媒体ともいう）を冷却する。例えば、下流側熱交換器４５０として、上流側熱交換器４１０等と同様に、配管の中を下流側熱媒体が流れ、その周囲を排ガスｇが通過することで、排ガスｇを加熱するとともに下流側熱媒体を冷却するガスガスヒータ（ＧＧＨ再加熱器）を使用することができる。これにより、下流側熱交換器４５０は、例えば、排ガスの入口において５０℃程度の排ガスｇ（脱硫装置４４０の出口側の排ガスｇ）を、排ガスの出口において９０℃程度の排ガスｇ（煙突１３０の入口側の排ガスｇ）に加熱する。
なお、下流側熱媒体には、上流側熱媒体と同様の媒体が使用される。または、上流側熱交換器４１０と下流側熱交換器４５０との間を熱媒体が循環する構成でもよく、この場合、上流側熱媒体と下流側熱媒体とは、同一の媒体となる。
また、下流側熱交換器４５０の出口側には、昇圧ファン（ＢＵＦ）４５１が設けられている。昇圧ファン４５１は、下流側熱交換器４５０の出口側の排ガスを昇圧して煙突１３０に送るファンである。このようにして、排ガス中から、窒素酸化物、ばいじん（灰）、硫黄酸化物などが取り除かれて、煙突１３０から放出される。
圧縮機４７０は、タービンと同軸の圧縮機であり、タービンから排出された蒸気を圧縮する。つまり、圧縮機４７０は、蒸気タービン２００（低圧タービン２３０）と同軸で、低圧タービン２３０の側方に配置されており、蒸気タービン２００（低圧タービン２３０）の回転力によって駆動する。また、圧縮機４７０は、低圧タービン２３０から排出された低圧の飽和蒸気（低圧排気）を圧縮する。なお、圧縮機４７０は、低圧タービン２３０の中圧タービン２２０側に配置されていてもよいし、低圧タービン２３０の発電機３００側に配置されていてもよく、圧縮機４７０の配置位置は特に限定されない。
具体的には、低圧タービン２３０から排出された低圧排気が、圧縮機入口ライン４７１を通って圧縮機４７０に供給され、圧縮機４７０で圧縮される。そして、圧縮機４７０で圧縮された低圧排気は、当該低圧排気よりも高圧の飽和蒸気となって排出され、圧縮機出口ライン４７２を通って第一熱交換器４３０に供給される。この第一熱交換器４３０に供給される蒸気が、上述の第一熱媒体ｗ１である。そして、第一熱媒体ｗ１は、第一熱交換器４３０で加熱されて排出され、圧縮機出口ライン４７３を通って二酸化炭素回収装置４６０に供給される。
なお、圧縮機４７０に供給されない低圧排気は、復水器２４０に送られ、復水器２４０にて水に凝縮されるが、圧縮機４７０に低圧排気が供給されていることで、復水器２４０に送られる低圧排気の量が減少する。これにより、復水器２４０で海水に冷却される低圧排気の量が減少するため、海水温排水量を低減することができる。
なお、蒸気タービン２００が低圧タービン２３０を有していない等により、高圧タービン２１０または中圧タービン２２０の排気を第一熱媒体ｗ１として用いる場合には、圧縮機４７０は当該排気を圧縮してもよいし、当該排気を圧縮する必要がない場合には、圧縮機４７０は設けられていなくともよい。
二酸化炭素回収装置４６０は、第一熱媒体ｗ１が有する熱が供給されることで、二酸化炭素を吸収した吸収体から二酸化炭素を分離させて回収する装置である。つまり、二酸化炭素回収装置４６０は、低圧タービン２３０から排出され、かつ、圧縮機４７０によって圧縮された蒸気が有する熱が供給されることで、吸収体から二酸化炭素を分離させて回収する。
ここで、吸収体とは、二酸化炭素を吸収（吸着）可能な吸収材であり、本実施の形態では、固体の吸収材である。例えば、吸収体として、多孔質担体にアミン吸収剤を含侵させたり、二酸化炭素吸収能のある固体剤を吸着させたものや、二酸化炭素吸収能をもつ固体粒子そのものが挙げられる。これらの吸収体は、ガス中の二酸化炭素を吸収し、所定温度（例えば６０℃）の蒸気によって二酸化炭素を分離することができる。なお、吸収体としては、上記固体の吸収材に限定されず、アミン吸収液等の液体の吸収材等、従来知られている吸収材を適宜用いることができる。
つまり、二酸化炭素回収装置４６０は、排ガスｇが供給されて、排ガスｇ中の二酸化炭素を吸収体に吸収させ、第一熱媒体ｗ１が有する熱が吸収体に供給されることで、吸収体から二酸化炭素を分離させて回収する。
具体的には、下流側熱交換器４５０と煙突１３０との間の排ガス取出配管４６１から排ガスｇを取り出して、二酸化炭素回収装置４６０に供給する。二酸化炭素回収装置４６０に供給された排ガスｇは、吸収体と接触して、排ガスｇ中の二酸化炭素が吸収体に吸収される。そして、二酸化炭素が取り除かれた排ガスｇは、排ガス戻り配管４６２を通って、下流側熱交換器４５０と煙突１３０との間の系統に戻される。そして、二酸化炭素を吸収した吸収体は、圧縮機出口ライン４７３を通って二酸化炭素回収装置４６０に供給される第一熱媒体ｗ１によって加熱されて、二酸化炭素を分離する。これによって、二酸化炭素回収装置４６０は、排ガスｇ中の二酸化炭素を回収することができる。
なお、排ガス取出配管４６１及び排ガス戻り配管４６２の接続位置は、下流側熱交換器４５０と煙突１３０との間でなくともよく、脱硫装置４４０と下流側熱交換器４５０との間など、煙道１０４のその他の位置であってもよい。ただし、二酸化炭素回収装置４６０の性能を維持するために、二酸化炭素回収装置４６０には、不要な物質が除去された後の排ガスｇが供給されるのが好ましい。このため、排ガス取出配管４６１及び排ガス戻り配管４６２は、脱硫装置４４０よりも後流（脱硫装置４４０と煙突１３０との間）に接続されるのが好ましい。
次に、火力発電所１が有する制御装置２０の構成及び制御装置２０が行う処理について、詳細に説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る制御装置２０の機能構成を示すブロック図である。
制御装置２０は、発電部１０に含まれる機器を制御する装置であり、具体的には、ボイラ１００、蒸気タービン２００、発電機３００、二酸化炭素回収システム４００などの種々の機器を制御する。ここで、制御装置２０は、ボイラ１００、蒸気タービン２００及び発電機３００等については、従来と同様の制御を行うため、詳細な説明は省略し、以下では、二酸化炭素回収システム４００の制御手法について、詳細に説明する。
制御装置２０は、ボイラ１００と脱硫装置４４０との間に配置される第一熱交換器４３０によって、ボイラ１００から脱硫装置４４０に流れる排ガスｇを冷却するとともに第一熱媒体ｗ１を加熱する（熱交換工程）。つまり、制御装置２０は、第一熱交換器４３０に流れる第一熱媒体ｗ１の流量や流速を調整することで、排ガスｇを所望の温度に冷却するとともに第一熱媒体ｗ１を所望の温度に加熱する。そして、制御装置２０は、第一熱媒体ｗ１が有する熱を二酸化炭素回収装置４６０に供給することで、二酸化炭素を吸収した吸収体から二酸化炭素を分離させて回収する（二酸化炭素回収工程）。ここで、図３に示すように、制御装置２０は、温度取得部２１と、温度調整部２２と、記憶部２３とを備えている。
記憶部２３は、制御装置２０に含まれる各処理部が行う処理に必要なデータを記憶しているメモリである。記憶部２３は、例えば、二酸化炭素回収システム４００における各箇所の熱媒体及び排ガスの流量や温度（熱媒体温度Ｔｗ１、排ガス温度Ｔｇ１、Ｔｇ２等）などを記憶している。
温度取得部２１は、第一熱交換器４３０の排ガスの出口における排ガスｇの温度である第一温度と、二酸化炭素回収装置４６０に供給される熱の温度である第二温度とを取得する。つまり、温度取得部２１は、第一温度として排ガス温度Ｔｇ２を取得するとともに、第二温度として熱媒体温度Ｔｗ１を取得する。具体的には、温度取得部２１は、記憶部２３に記憶されているデータを参照し、記憶部２３から排ガス温度Ｔｇ２及び熱媒体温度Ｔｗ１を読み出すことで、第一温度及び第二温度を取得する。
温度調整部２２は、温度取得部２１が取得した第一温度を第一所定範囲内の温度に調整するとともに、第二温度を第二所定範囲内の温度に調整する。つまり、脱硫装置４４０の入口側の温度を低下させるために、温度調整部２２は、第一温度（排ガス温度Ｔｇ２）を第一所定範囲内の温度に調整する。例えば、温度調整部２２は、第一所定範囲内の温度として６０℃程度の温度に設定し、第一温度が６０℃程度になるように調整する。また、二酸化炭素回収装置４６０に供給される第一熱媒体ｗ１の温度を適切な温度にするために、温度調整部２２は、第二温度（熱媒体温度Ｔｗ１）を第二所定範囲内の温度に調整する。例えば、温度調整部２２は、第二所定範囲内の温度を６０℃程度の温度に設定し、第二温度が６０℃程度になるように調整する。例えば、温度調整部２２は、第一熱交換器４３０に流れる第一熱媒体ｗ１の流量や流速を調整することで、第一温度及び第二温度を所望の範囲内の温度に調整する。
以上のように、本発明の実施の形態に係る二酸化炭素回収システム４００によれば、ボイラ１００と脱硫装置４４０との間で排ガスｇを冷却するとともに第一熱媒体ｗ１を加熱する第一熱交換器４３０と、第一熱媒体ｗ１が有する熱が供給されることで、吸収体から二酸化炭素を分離させて回収する二酸化炭素回収装置４６０とを備えている。つまり、ボイラ１００と脱硫装置４４０との間の排ガスｇと熱交換した第一熱媒体ｗ１の熱が二酸化炭素回収装置４６０に供給されて、吸収体から二酸化炭素が分離されて回収される。ここで、ボイラ１００から出た排ガスｇは、脱硫装置４４０及び脱硫装置４４０に至るまでの他の装置によって不要な物質が除去されるが、これらの装置の性能を維持するために、排ガスｇを冷却して排ガスｇの温度を下げる必要がある。このため、排ガスｇを冷却する際に加熱される第一熱媒体ｗ１の熱を二酸化炭素の分離回収に活用することで、エネルギーを有効活用して省エネルギー化を図ることができる。
また、第一熱交換器４３０を集塵装置４２０と脱硫装置４４０との間に配置することで、集塵装置４２０と脱硫装置４４０との間の排ガスｇと熱交換した第一熱媒体ｗ１の熱が二酸化炭素回収装置４６０に供給されて、吸収体から二酸化炭素が分離されて回収される。ここで、ボイラ１００から出た排ガスｇを脱硫装置４４０に供給する場合、脱硫装置４４０の性能を維持するために、排ガスｇを冷却して排ガスｇの温度を下げる必要がある。このため、排ガスｇを冷却する際に加熱される第一熱媒体ｗ１の熱を二酸化炭素の分離回収に活用することで、エネルギーを有効活用して省エネルギー化を図ることができる。
また、低圧タービン２３０から排出されて低圧タービン２３０と同軸の圧縮機４７０によって圧縮された蒸気の熱が二酸化炭素回収装置４６０に供給されることで、吸収体から二酸化炭素を分離させて回収する。つまり、低圧タービン２３０から排出された蒸気を、低圧タービン２３０と同軸の圧縮機４７０で圧縮することで、当該蒸気を二酸化炭素回収装置４６０まで送ることができる。このため、低圧タービン２３０から排出された蒸気を熱媒体に使用するため、当該蒸気の熱を有効活用することができる。また、圧縮機４７０は、低圧タービン２３０と同軸であるため、低圧タービン２３０の動力で駆動でき、圧縮機４７０を駆動するための特別な動力は必要ない。また、圧縮機４７０は、蒸気を昇圧できればよく、蒸気を昇温する必要はないため、上記の特許文献１に開示された圧縮機と比べて、動力が小さい小型の圧縮機を採用することができる。このように、二酸化炭素回収システム４００において、低圧タービン２３０から排出された蒸気の熱を有効活用し、また、圧縮機４７０の動力を小さくするとともに圧縮機４７０を低圧タービン２３０の動力で駆動させることで、省エネルギー化を図ることができる。
また、二酸化炭素回収装置４６０は、ボイラ１００から出た排ガスｇ中の二酸化炭素を吸収体に吸収させ、第一熱媒体ｗ１が有する熱を吸収体に供給することで、当該吸収体から二酸化炭素を分離させて二酸化炭素を回収する。これにより、省エネルギー化を図りつつ、排ガスｇ中の二酸化炭素を回収することができる。
また、第一熱交換器４３０と二酸化炭素回収装置４６０とを比較的近くに配置することができているため、第一熱交換器４３０から二酸化炭素回収装置４６０に至る第一熱媒体ｗ１を送る距離を短くすることができ、第一熱媒体ｗ１を送る際のロスを抑制することができる。
また、制御装置２０は、第一熱交換器４３０の出口側の排ガスｇの温度と二酸化炭素回収装置４６０に供給される熱の温度とが所望の範囲内の温度になるように調整する。つまり、第一熱交換器４３０出口の排ガスｇの温度を所望の範囲内の温度に調整することで、排ガスｇ中の不要な物質を除去するための装置の性能を維持することができる。また、二酸化炭素回収装置４６０に供給される熱の温度を所望の範囲内の温度に調整することで、効率良く二酸化炭素を回収することができる。これにより、省エネルギー化を図りつつ、排ガスｇ中の不要な物質及び二酸化炭素を、効率良く除去及び回収することができる。
なお、本発明は、このような二酸化炭素回収システム４００として実現することができるだけでなく、二酸化炭素回収システム４００が行う特徴的な処理工程を含む二酸化炭素回収方法としても実現することができる。また、本発明は、二酸化炭素回収システム４００が備える制御装置２０としても実現することができる。また、本発明は、制御装置２０が行う制御方法や、制御装置２０に含まれる特徴的な処理部を備える集積回路としても実現することができる。また、本発明は、当該制御方法に含まれる特徴的な処理をコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、当該プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記録媒体として実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができる。
（変形例１）
次に、上記実施の形態の変形例１について、説明する。図４は、本発明の実施の形態の変形例１に係る二酸化炭素回収システム４００ａの構成を示す模式図である。
同図に示すように、本変形例における二酸化炭素回収システム４００ａは、第一熱交換器４３１と、集塵装置４２０と、脱硫装置４４０と、第二熱交換器４３２と、熱媒体循環ライン４３４と、二酸化炭素回収装置４６０とを備えている。なお、集塵装置４２０、脱硫装置４４０及び二酸化炭素回収装置４６０は、上記実施の形態と同様の構成を有しているため、詳細な説明は省略する。
第一熱交換器４３１は、ボイラ１００から集塵装置４２０に向けて流れる排ガスと、熱媒体循環ライン４３４を流れる熱媒体との熱交換を行う機器である。つまり、第一熱交換器４３１は、ボイラ１００と集塵装置４２０との間に配置され、ボイラ１００から集塵装置４２０に流れる排ガスｇを冷却するとともに第一熱媒体ｗ１を加熱する。具体的には、第一熱交換器４３１は、空気予熱器１２０と集塵装置４２０との間に配置され、空気予熱器１２０から集塵装置４２０に流れる排ガスｇを冷却するとともに、熱媒体循環ライン４３４を流れる第一熱媒体ｗ１を加熱する。
なお、第一熱交換器４３１としては、上記実施の形態における上流側熱交換器４１０と同様の構成のガスガスヒータ（ＧＧＨ熱回収器）を使用することができる。また、第一熱媒体ｗ１についても上記実施の形態における上流側熱媒体と同様の熱媒体を使用することができる。
これにより、第一熱交換器４３１は、例えば、排ガスの入口において排ガス温度Ｔｇ１＝１３５℃程度の排ガスｇ（空気予熱器１２０の出口側の排ガスｇ）を、排ガスの出口において排ガス温度Ｔｇ２＝９０℃程度の排ガスｇ（集塵装置４２０の入口側の排ガスｇ）に冷却する。また、第一熱交換器４３１は、例えば、熱媒体の入口において７０℃程度の第一熱媒体ｗ１（後述の第二ライン４３４ｂの出口側の熱媒体）を、熱媒体の出口において１１０℃程度の第一熱媒体ｗ１（後述の第一ライン４３４ａの入口側の熱媒体）に加熱する。
第二熱交換器４３２は、脱硫装置４４０から煙突１３０に向けて流れる排ガスと、熱媒体循環ライン４３４を流れる熱媒体との熱交換を行う機器である。つまり、第二熱交換器４３２は、脱硫装置４４０と煙突１３０との間に配置され、脱硫装置４４０から煙突１３０に流れる排ガスｇを加熱するとともに第一熱媒体ｗ１を冷却する。なお、第二熱交換器４３２として、上記実施の形態における下流側熱交換器４５０と同様の構成のガスガスヒータ（ＧＧＨ再加熱器）を使用することができる。
これにより、第二熱交換器４３２は、例えば、排ガスの入口において５０℃程度の排ガスｇ（脱硫装置４４０の出口側の排ガスｇ）を、排ガスの出口において９０℃程度の排ガスｇ（煙突１３０の入口側の排ガスｇ）に加熱する。また、第二熱交換器４３２は、例えば、熱媒体の入口において１１０℃程度の第一熱媒体ｗ１（後述の第一ライン４３４ａの出口側の熱媒体）を、熱媒体の出口において７０℃程度の第一熱媒体ｗ１（後述の第二ライン４３４ｂの入口側の熱媒体）に冷却する。
ここで、上述の第一熱媒体ｗ１は、熱媒体循環ライン４３４によって、第一熱交換器４３１と第二熱交換器４３２との間を循環している。具体的には、熱媒体循環ライン４３４は、第一ライン４３４ａと第二ライン４３４ｂとを有している。第一ライン４３４ａは、第一熱交換器４３１の第一熱媒体ｗ１の出口と第二熱交換器の第一熱媒体ｗ１の入口とを接続するライン（配管）である。また、第二ライン４３４ｂは、第二熱交換器４３２の第一熱媒体ｗ１の出口と第一熱交換器４３１の第一熱媒体ｗ１の入口とを接続するライン（配管）である。
つまり、第一ライン４３４ａの入口側（第一熱交換器４３１側）の端部と、第二ライン４３４ｂの出口側（第一熱交換器４３１側）の端部とが接続され、第一ライン４３４ａの出口側（第二熱交換器４３２側）の端部と、第二ライン４３４ｂの入口側（第二熱交換器４３２側）の端部とが接続されて、熱媒体循環ライン４３４が構成されている。また、第二ライン４３４ｂにはポンプ４３４ｐが設けられており、熱媒体循環ライン４３４を循環する第一熱媒体ｗ１の流量や流速を調整できるようになっている。
また、二酸化炭素回収システム４００ａは、さらに、第一ライン４３４ａから分岐した第三ライン４３５を備えている。第三ライン４３５は、入口側の端部が第一ライン４３４ａに接続され、出口側の端部が二酸化炭素回収装置４６０の熱媒体の入口に接続されている。これにより、第一熱媒体ｗ１が第一ライン４３４ａから第三ライン４３５を通って、二酸化炭素回収装置４６０に供給される。例えば、第一熱媒体ｗ１は、第三ライン４３５において、熱媒体温度Ｔｗ１＝６０℃程度の低圧の飽和蒸気に減圧されて、二酸化炭素回収装置４６０に供給される。
これにより、二酸化炭素回収装置４６０は、第一ライン４３４ａを流れる第一熱媒体ｗ１が有する熱が供給されることで、吸収体から二酸化炭素を分離させて回収する。つまり、二酸化炭素回収装置４６０は、第一ライン４３４ａから分岐した第三ライン４３５に接続されており、第一ライン４３４ａからの第一熱媒体ｗ１が供給されることで、吸収体から二酸化炭素を分離させて回収する。
また、二酸化炭素回収システム４００ａは、さらに、第三ライン４３５から分岐し、かつ、第二ライン４３４ｂに接続された第四ライン４３６を備えている。第四ライン４３６にはポンプ４３６ｐが設けられており、二酸化炭素回収装置４６０に供給されなかった第一熱媒体ｗ１は、第四ライン４３６を介して、第二ライン４３４ｂに戻される。また、第二ライン４３４ｂには、熱媒体タンク４３４ｔが接続されており、熱媒体循環ライン４３４を循環する第一熱媒体ｗ１が不足した場合には、熱媒体タンク４３４ｔから第一熱媒体ｗ１が補給される。
また、熱媒体循環ライン４３４は、第一熱交換器４３１をバイパスするバイパスライン４３４ｃを有しており、夏場等で熱が余った場合に第一熱交換器４３１をバイパスし、第一熱媒体ｗ１を加熱し過ぎるのを抑制する。また、第一ライン４３４ａは、第一熱媒体ｗ１を加熱する加熱器４３４ｈを有しており、冬場等で熱が足りない場合に蒸気ライン４３７から蒸気が供給されることで、第一ライン４３４ａを流れる第一熱媒体ｗ１が加熱される。なお、当該蒸気としては、火力発電所１内で生成された補助蒸気等を使用することができる。また、二酸化炭素回収装置４６０に供給される第一熱媒体ｗ１の熱が足りない場合には、蒸気ライン４３７ａを通って当該蒸気が二酸化炭素回収装置４６０に供給される。
ここで、煙道１０４には、脱硫装置４４０をバイパスする脱硫バイパスライン４４２が設けられている。そして、脱硫バイパスライン４４２に、排ガス取出配管４６１及び排ガス戻り配管４６２が接続されている。これにより、二酸化炭素回収装置４６０は、脱硫バイパスライン４４２を通る排ガスから二酸化炭素を分離し回収する。なお、排ガス取出配管４６１及び排ガス戻り配管４６２は、上記実施の形態と同様の位置に接続されていてもよい。
以上のように、本変形例に係る二酸化炭素回収システム４００ａによれば、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。特に、第一熱交換器４３１をボイラ１００と集塵装置４２０との間に配置することで、ボイラ１００と集塵装置４２０との間の排ガスｇと熱交換した第一熱媒体ｗ１の熱が二酸化炭素回収装置４６０に供給されて、吸収体から二酸化炭素が分離されて回収される。ここで、ボイラ１００から出た高温の排ガスｇを集塵装置４２０に供給する場合、集塵装置４２０の性能を維持するために、排ガスｇを冷却して排ガスｇの温度を適切な温度にまで下げる必要がある。このため、排ガスｇを冷却する際に加熱される第一熱媒体ｗ１の熱を二酸化炭素の分離回収に活用することで、エネルギーを有効活用して省エネルギー化を図ることができる。
また、二酸化炭素回収システム４００ａは、脱硫装置４４０と煙突１３０との間で排ガスｇを加熱するとともに第一熱媒体ｗ１を冷却する第二熱交換器４３２と、第一熱交換器４３１と第二熱交換器４３２とを循環する熱媒体循環ライン４３４とを備えている。そして、二酸化炭素回収装置４６０は、第一熱交換器４３１の出口と第二熱交換器４３２の入口とを接続する第一ライン４３４ａを流れる第一熱媒体ｗ１が有する熱が供給されることで、吸収体から二酸化炭素を分離させて回収する。つまり、二酸化炭素回収装置４６０に第一ライン４３４ａからの第一熱媒体ｗ１が供給されることで、吸収体から二酸化炭素を分離させて回収する。これにより、第一ライン４３４ａを流れる第一熱媒体ｗ１を二酸化炭素の分離回収に活用することで、エネルギーを有効活用して省エネルギー化を図ることができる。
なお、上記変形例１では、第一熱交換器４３１は、空気予熱器１２０と集塵装置４２０との間に配置されることとしたが、上記実施の形態と同様に、第一熱交換器４３１は、集塵装置４２０と脱硫装置４４０との間に配置されていてもよい。
（変形例２）
次に、上記実施の形態の変形例２について、説明する。図５は、本発明の実施の形態の変形例２に係る二酸化炭素回収システム４００ｂの構成を示す模式図である。
同図に示すように、本変形例における二酸化炭素回収システム４００ｂは、第一熱交換器４３１ａと、集塵装置４２２と、脱硫装置４４０と、第二熱交換器４３２と、第三熱交換器４３３と、熱媒体循環ライン４３４と、二酸化炭素回収装置４６０と、圧縮機４７０とを備えている。なお、脱硫装置４４０、二酸化炭素回収装置４６０及び圧縮機４７０は、上記実施の形態と同様の構成を有し、第二熱交換器４３２及び熱媒体循環ライン４３４は、上記変形例１と同様の構成を有しているため、詳細な説明は省略する。
本変形例では、脱硫装置４４０の上流で排ガスｇを減温させて熱を有効利用するために、第一熱交換器４３１ａとして、排ガス温度Ｔｇ１＝１３５℃程度の排ガスｇを、排ガス温度Ｔｇ２＝６０℃程度まで冷却可能な、大型のガスガスヒータ（ＧＧＨ熱回収器）を用いている。このため、集塵装置４２２の入口側の排ガスｇの温度は、排ガス温度Ｔｇ２＝６０℃程度となるため、本変形例では、集塵装置４２２はバグフィルタが用いられる。これにより、第一熱交換器４３１ａは、より多くの熱を排ガスｇから受け取ることができ、省エネルギー化を図ることができる。なお、第一熱媒体ｗ１は、上記変形例１における第一熱媒体ｗ１に相当する。
また、第三熱交換器４３３は、熱媒体循環ライン４３４の第一ライン４３４ａに配置された熱交換器であり、第一熱交換器４３１ａで加熱された第一熱媒体ｗ１を冷却するとともに第二熱媒体ｗ２を加熱する。なお、第三熱交換器４３３の構成は、第一熱交換器４３１ａや第二熱交換器４３２の構成と同様である。
ここで、第二熱媒体ｗ２は、低圧タービン２３０から排出された低圧排気が圧縮機４７０で圧縮された後の蒸気であり、上記実施の形態における第一熱媒体ｗ１に相当する。つまり、二酸化炭素回収装置４６０は、第二熱媒体ｗ２が有する熱が供給されることで、吸収体から二酸化炭素を分離させて回収する。言い換えれば、二酸化炭素回収装置４６０は、第一熱媒体ｗ１が有する熱が第二熱媒体ｗ２を介して供給されることで、吸収体から二酸化炭素を分離させて回収する。
以上のように、本変形例に係る二酸化炭素回収システム４００ｂによれば、上記実施の形態または変形例１と同様の効果を奏することができる。特に、二酸化炭素回収装置４６０は、第一熱媒体ｗ１と熱交換して加熱された第二熱媒体ｗ２が有する熱が供給されることで、吸収体から二酸化炭素を分離させて回収する。これにより、第一熱媒体ｗ１が有する熱を、第二熱媒体ｗ２を介して二酸化炭素の分離回収に活用することで、エネルギーを有効活用して省エネルギー化を図ることができる。
なお、上記変形例２では、第一熱交換器４３１ａは、空気予熱器１２０と集塵装置４２２との間に配置されることとしたが、集塵装置４２２を通る排ガスの温度条件によっては、第一熱交換器４３１ａを、集塵装置４２２と脱硫装置４４０との間に配置してもよい。
（変形例３）
次に、上記実施の形態の変形例３について、説明する。図６は、本発明の実施の形態の変形例３に係る二酸化炭素回収システム４００ｃの構成を示す模式図である。
同図に示すように、本変形例における二酸化炭素回収システム４００ｃは、第一熱交換器４３１ｂと、集塵装置４２２と、脱硫装置４４０と、第二熱交換器４３２と、熱媒体循環ライン４３４と、二酸化炭素回収装置４６０と、圧縮機４７０とを備えている。つまり、本変形例における二酸化炭素回収システム４００ｃは、上記変形例２における二酸化炭素回収システム４００ｂの第一熱交換器４３１ａ及び第三熱交換器４３３に代えて、第一熱交換器４３１ｂを備えている。このため、集塵装置４２２、脱硫装置４４０、第二熱交換器４３２、熱媒体循環ライン４３４、二酸化炭素回収装置４６０及び圧縮機４７０は、上記変形例２と同様の構成を有しているため、詳細な説明は省略する。
第一熱交換器４３１ｂは、上記変形例２の第一熱交換器４３１ａと同様に大型のガスガスヒータ（ＧＧＨ熱回収器）であるが、排ガスｇと、第一熱媒体ｗ１及び第二熱媒体ｗ２の双方との熱交換を行う点で相違する。つまり、第一熱交換器４３１ｂは、排ガスｇと第一熱媒体ｗ１との熱交換を行った後に、排ガスｇと第二熱媒体ｗ２との熱交換を行う。これにより、第二熱媒体ｗ２が加熱されて、二酸化炭素回収装置４６０に供給される。
なお、上記変形例２と同様に、第二熱媒体ｗ２は、低圧タービン２３０から排出された低圧排気が圧縮機４７０で圧縮された後の蒸気であり、上記実施の形態における第一熱媒体ｗ１に相当する。
以上のように、本変形例に係る二酸化炭素回収システム４００ｃによれば、上記変形例２と同様の効果を奏することができる。なお、本変形例では、上記変形例２のように第三熱交換器４３３を設ける必要がないため、設備を簡略化することができる。なお、本変形例においても、第一熱交換器４３１ｂを、集塵装置４２２と脱硫装置４４０との間に配置してもよい。
（変形例４）
次に、上記実施の形態の変形例４について、説明する。図７は、本発明の実施の形態の変形例４に係る二酸化炭素回収システム４００ｄの構成を示す模式図である。
同図に示すように、本変形例における二酸化炭素回収システム４００ｄは、第一熱交換器４３１ｃと、集塵装置４２０と、脱硫装置４４０ａと、二酸化炭素回収装置４６０と、圧縮機４７０とを備えている。つまり、本変形例における二酸化炭素回収システム４００ｄは、上記実施の形態における二酸化炭素回収システム４００の上流側熱交換器４１０及び下流側熱交換器４５０を備えておらず、また、第一熱交換器４３０及び脱硫装置４４０に代えて、第一熱交換器４３１ｃ及び脱硫装置４４０ａを備えている。
具体的には、脱硫装置４４０ａは、乾式脱硫装置である。このため、脱硫装置４４０ａの出口側の排ガスｇは温度が下がっていないため、脱硫装置４４０ａの下流側に熱交換器（上記実施の形態における下流側熱交換器４５０）を設ける必要がない。また、脱硫装置４４０ａの上流側の排ガスｇの温度を下げる必要もないため、第一熱交換器４３１ｃを集塵装置４２０の上流側に設けることができる。これにより、上記実施の形態における上流側熱交換器４１０を設ける必要もなくなる。
このような構成により、第一熱交換器４３１ｃは、排ガス温度Ｔｇ１＝１３５℃程度の排ガスｇを、排ガス温度Ｔｇ２＝９０℃程度まで冷却することとなる。これにより、第一熱交換器４３１ｃは、上記実施の形態における第一熱交換器４３０と比較して、より多くの熱を排ガスｇから受け取ることができる。なお、第一熱媒体ｗ１は、上記実施の形態における第一熱媒体ｗ１に相当する。
以上のように、本変形例に係る二酸化炭素回収システム４００ｄによれば、上記実施の形態と同様の効果を奏することができるが、上述の通り、上記実施の形態よりも設備を簡略化することができ、また、より多くの熱を排ガスｇから受け取ることができ、省エネルギー化を図ることができる。
以上、本発明の実施の形態及びその変形例に係る二酸化炭素回収システムについて説明したが、本発明は、上記実施の形態及びその変形例に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態及びその変形例は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
例えば、上記実施の形態及びその変形例では、ボイラ１００は、燃料供給装置１０１によって供給される燃料である石炭（微粉炭）を燃焼することとした。しかし、燃料供給装置１０１が供給する燃料は、石炭には限定されず、重油、原油等の油燃料や液化天然ガス（ＬＮＧ）等の化石燃料、または、バイオマス燃料等の化石燃料以外の燃料など、どのような燃料であってもよい。つまり、ボイラ１００は、それらの燃料のいずれかを燃焼、または、それらの燃料のうち２つ以上の燃料を混焼することにしてもかまわない。
また、上記実施の形態及びその変形例では、ボイラ１００は、定圧貫流ボイラであることとした。しかし、ボイラ１００の形式は、定圧貫流ボイラには限定されず、変圧貫流ボイラなど、どのような形式のボイラであってもかまわない。
また、上記実施の形態及びその変形例では、二酸化炭素回収システムは、第一熱交換器及び二酸化炭素回収装置４６０の他に、集塵装置や脱硫装置などの種々の装置を備えている構成とした。しかし、二酸化炭素回収システムは、第一熱交換器及び二酸化炭素回収装置４６０を備えていればよく、二酸化炭素回収システムの概念の中にその他の装置は含まれていないことにしてもよい。
また、上記実施の形態及びその変形例では、二酸化炭素回収システムは、火力発電所１の排煙処理系統に備えられていることとした。しかし、二酸化炭素回収システムは、火力発電所以外の例えば化学工場や製鉄所等の排煙処理系統に備えられていることにしてもよい。
また、上記実施の形態及びその変形例では、二酸化炭素回収システムは、二酸化炭素回収システムが備えられた設備（火力発電所１）から発生する排ガス中の二酸化炭素を回収することとした。しかし、二酸化炭素回収システムは、二酸化炭素回収システムが備えられた設備とは異なる設備の排ガス中の二酸化炭素を回収することにしてもよい。
また、上記実施の形態及び上記変形例を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
本発明は、火力発電所等の排煙処理系統に備えられる二酸化炭素回収システム等に適用できる。
１ 火力発電所
１０ 発電部
２０ 制御装置
２１ 温度取得部
２２ 温度調整部
２３ 記憶部
１００ ボイラ
１０１ 燃料供給装置
１０２ 微粉炭搬送路
１０３ 主蒸気管
１０４ 煙道
１０５ ボトムアッシュ処理設備
１１０ 脱硝装置
１２０ 空気予熱器
１２１ 押込ファン
１２２ 空気入口ダクト
１２３ 空気出口ダクト
１３０ 煙突
２００ 蒸気タービン
２１０ 高圧タービン
２２０ 中圧タービン
２３０ 低圧タービン
２４０ 復水器
３００ 発電機
４００、４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、４００ｄ 二酸化炭素回収システム
４１０ 上流側熱交換器
４２０、４２２ 集塵装置
４２１ 吸込ファン
４３０、４３１、４３１ａ、４３１ｂ、４３１ｃ 第一熱交換器
４３２ 第二熱交換器
４３３ 第三熱交換器
４３４ 熱媒体循環ライン
４３４ａ 第一ライン
４３４ｂ 第二ライン
４３４ｃ バイパスライン
４３４ｈ 加熱器
４３４ｔ 熱媒体タンク
４３５ 第三ライン
４３６ 第四ライン
４３７、４３７ａ 蒸気ライン
４４０、４４０ａ 脱硫装置
４４１ 補給水ライン
４４２ 脱硫バイパスライン
４５０ 下流側熱交換器
４５１ 昇圧ファン
４６０ 二酸化炭素回収装置
４６１ 排ガス取出配管
４６２ 排ガス戻り配管
４７０ 圧縮機
４７１ 圧縮機入口ライン
４７２、４７３ 圧縮機出口ライン

Claims (9)

  1. ボイラ及び煙突を接続する煙道のうちの前記ボイラと脱硫装置との間に配置され、前記ボイラから前記脱硫装置に流れる排ガスを冷却するとともに第一熱媒体を加熱する第一熱交換器と、
    前記煙道の外部に配置され、前記第一熱媒体が有する熱が供給されることで、二酸化炭素を吸収した吸収体から前記二酸化炭素を分離させて回収する二酸化炭素回収装置と、
    前記煙道及び前記二酸化炭素回収装置に接続され、前記煙道を流れる排ガスを取り出して前記二酸化炭素回収装置に供給する排ガス取出配管と、
    前記煙道及び前記二酸化炭素回収装置に接続され、前記排ガス取出配管から前記二酸化炭素回収装置に供給されて二酸化炭素が前記吸収体に吸収された排ガスを前記煙道に戻す排ガス戻り配管と、
    前記煙道のうちの前記脱硫装置と前記煙突との間に配置され、前記脱硫装置から前記煙突に流れる排ガスを加熱するとともに前記第一熱媒体を冷却する第二熱交換器と、
    前記第一熱交換器の前記第一熱媒体の出口と前記第二熱交換器の前記第一熱媒体の入口とを接続する第一ライン、及び、前記第二熱交換器の前記第一熱媒体の出口と前記第一熱交換器の前記第一熱媒体の入口とを接続する第二ラインを有する熱媒体循環ラインと、を備え、
    前記二酸化炭素回収装置は、前記第一ラインから分岐した第三ラインに接続され、前記第一ラインからの前記第一熱媒体が供給されることで、前記吸収体から前記二酸化炭素を分離させて回収する
    二酸化炭素回収システム。
  2. ボイラ及び煙突を接続する煙道のうちの前記ボイラと脱硫装置との間に配置され、前記ボイラから前記脱硫装置に流れる排ガスを冷却するとともに第一熱媒体を加熱する第一熱交換器と、
    前記煙道の外部に配置され、前記第一熱媒体が有する熱が直接的または間接的に供給されることで、二酸化炭素を吸収した吸収体から前記二酸化炭素を分離させて回収する二酸化炭素回収装置と、
    前記煙道及び前記二酸化炭素回収装置に接続され、前記煙道を流れる排ガスを取り出して前記二酸化炭素回収装置に供給する排ガス取出配管と、
    前記煙道及び前記二酸化炭素回収装置に接続され、前記排ガス取出配管から前記二酸化炭素回収装置に供給されて二酸化炭素が前記吸収体に吸収された排ガスを前記煙道に戻す排ガス戻り配管と、
    タービンと同軸の圧縮機と、を備え、
    前記二酸化炭素回収装置は、タービンから排出され、かつ、前記圧縮機によって圧縮された蒸気が有する熱が供給されることで、前記吸収体から前記二酸化炭素を分離させて回収し、
    前記第一熱媒体が有する熱が直接的に前記二酸化炭素回収装置に供給される場合は、前記第一熱媒体は、前記蒸気であり、前記第一熱媒体が有する熱が間接的に前記二酸化炭素回収装置に供給される場合は、前記第一熱媒体は、前記蒸気に熱を供給する熱媒体である
    二酸化炭素回収システム。
  3. さらに、
    前記第一熱交換器で加熱された前記第一熱媒体を冷却するとともに第二熱媒体を加熱する第三熱交換器を備え、
    前記二酸化炭素回収装置は、前記第二熱媒体が有する熱が供給されることで、前記吸収体から前記二酸化炭素を分離させて回収し、
    前記第二熱媒体は、前記蒸気であり、前記第一熱媒体は、前記蒸気に熱を供給する熱媒体であり、前記第一熱媒体が有する熱が間接的に前記二酸化炭素回収装置に供給される
    請求項２に記載の二酸化炭素回収システム。
  4. 前記第一熱交換器は、集塵装置と前記脱硫装置との間に配置され、前記集塵装置から前記脱硫装置に流れる排ガスを冷却するとともに前記第一熱媒体を加熱する
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収システム。
  5. 前記第一熱交換器は、前記ボイラと集塵装置との間に配置され、前記ボイラから前記集塵装置に流れる排ガスを冷却するとともに前記第一熱媒体を加熱する
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収システム。
  6. 前記二酸化炭素回収装置は、前記排ガスが供給されて、前記排ガス中の二酸化炭素を前記吸収体に吸収させ、前記第一熱媒体が有する熱が前記吸収体に供給されることで、前記吸収体から前記二酸化炭素を分離させて回収する
    請求項１〜５のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収システム。
  7. さらに、前記第一熱交換器の前記排ガスの出口における前記排ガスの温度である第一温度を第一所定範囲内の温度に調整するとともに、前記二酸化炭素回収装置に供給される熱の温度である第二温度を第二所定範囲内の温度に調整する制御装置を備える
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収システム。
  8. ボイラ及び煙突を接続する煙道のうちの前記ボイラと脱硫装置との間に配置される第一熱交換器によって、前記ボイラから前記脱硫装置に流れる排ガスを冷却するとともに第一熱媒体を加熱する第一熱交換工程と、
    前記第一熱媒体が有する熱を、前記煙道の外部に配置された二酸化炭素回収装置に供給することで、二酸化炭素を吸収した吸収体から前記二酸化炭素を分離させて回収する二酸化炭素回収工程と、
    前記煙道のうちの前記脱硫装置と前記煙突との間に配置される第二熱交換器によって、前記脱硫装置から前記煙突に流れる排ガスを加熱するとともに前記第一熱媒体を冷却する第二熱交換工程と、
    前記第一熱交換器の前記第一熱媒体の出口と前記第二熱交換器の前記第一熱媒体の入口とを接続する第一ライン、及び、前記第二熱交換器の前記第一熱媒体の出口と前記第一熱交換器の前記第一熱媒体の入口とを接続する第二ラインを有する熱媒体循環ラインに、前記第一熱媒体を循環させる熱媒体循環工程と、を含み、
    前記二酸化炭素回収工程では、
    前記煙道及び前記二酸化炭素回収装置に接続された排ガス取出配管によって、前記煙道を流れる排ガスを取り出して前記二酸化炭素回収装置に供給し、
    前記第一ラインから分岐した第三ラインに接続された前記二酸化炭素回収装置に、前記第一ラインからの前記第一熱媒体が供給されることで、前記排ガス取出配管から前記二酸化炭素回収装置に供給された排ガス中の二酸化炭素を吸収した前記吸収体から前記二酸化炭素を分離させて回収し、
    前記煙道及び前記二酸化炭素回収装置に接続された排ガス戻り配管によって、前記排ガス取出配管から前記二酸化炭素回収装置に供給されて二酸化炭素が前記吸収体に吸収された排ガスを前記煙道に戻す
    二酸化炭素回収方法。
  9. ボイラ及び煙突を接続する煙道のうちの前記ボイラと脱硫装置との間に配置される第一熱交換器によって、前記ボイラから前記脱硫装置に流れる排ガスを冷却するとともに第一熱媒体を加熱する第一熱交換工程と、
    前記第一熱媒体が有する熱を直接的または間接的に、前記煙道の外部に配置された二酸化炭素回収装置に供給することで、二酸化炭素を吸収した吸収体から前記二酸化炭素を分離させて回収する二酸化炭素回収工程と、を含み、
    前記二酸化炭素回収工程では、
    前記煙道及び前記二酸化炭素回収装置に接続された排ガス取出配管によって、前記煙道を流れる排ガスを取り出して前記二酸化炭素回収装置に供給し、
    タービンから排出され、かつ、前記タービンと同軸の圧縮機によって圧縮された蒸気が有する熱が前記二酸化炭素回収装置に供給されることで、前記排ガス取出配管から前記二酸化炭素回収装置に供給された排ガス中の二酸化炭素を吸収した前記吸収体から前記二酸化炭素を分離させて回収し、
    前記煙道及び前記二酸化炭素回収装置に接続された排ガス戻り配管によって、前記排ガス取出配管から前記二酸化炭素回収装置に供給されて二酸化炭素が前記吸収体に吸収された排ガスを前記煙道に戻し、
    前記第一熱媒体が有する熱を直接的に前記二酸化炭素回収装置に供給する場合は、前記第一熱媒体は、前記蒸気であり、前記第一熱媒体が有する熱を間接的に前記二酸化炭素回収装置に供給する場合は、前記第一熱媒体は、前記蒸気に熱を供給する熱媒体である
    二酸化炭素回収方法。
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