JP7025310B2 - ガスタービン複合発電システム、ガスタービン複合発電方法 - Google Patents
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Description
[2]製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離する分離工程と、窒素を分離した後の前記副生ガスを燃焼させる燃焼工程と、前記燃焼工程に供給する酸素を製造する酸素製造工程と、前記燃焼工程で発生した燃焼ガスを膨張することで動力を得る燃焼ガス膨張工程と、前記燃焼ガス膨張工程で発生した排ガスの熱を回収し、その熱で蒸気を発生させる排熱回収工程と、前記排熱回収工程で発生させた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気膨張工程と、前記排熱回収工程で排出された前記排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収工程と、を有するガスタービン複合発電方法。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
[ガスタービン複合発電システム]
図1は、本実施形態のガスタービン複合発電システムの概略構成を示す模式図である。
図1に示すように、本実施形態のガスタービン複合発電システム10は、分離手段20と、燃焼手段30と、酸素製造手段40と、ガスタービン50と、排熱回収ボイラ60と、蒸気タービン70と、二酸化炭素回収手段80と、を備える。
分離手段20としては、例えば、深冷式空気分離装置、圧力スイング吸着(Pressure Swing Adsorption、PSA)装置等が挙げられる。また、ナノメートルサイズの細孔を有した多孔性物質を用いた吸着プロセスも開発されており、窒素と二酸化炭素を分離する技術により、副生ガスからの窒素の分離を可能とする。
分離手段20は、製鉄所で副生された副生ガスが流れる第1の管路300に接続されている。
高炉ガス(BFG)は、二酸化炭素(CO2)、一酸化炭素(CO)、水素(H2)、窒素(N2)を含む。高炉ガス(BFG)における各成分の含有割合は、体積比で、例えば、次の通りである。二酸化炭素:20.8%、一酸化炭素:22.4%、水素:2.2%、窒素:54.6%。
コークス炉ガス(COG)は、二酸化炭素(CO2)、酸素(O2)、一酸化炭素(CO)、メタン(CH4)、炭化水素(CnHm)、水素(H2)、窒素(N2)を含む。コークス炉ガス(COG)における各成分の含有割合は、体積比で、例えば、次の通りである。二酸化炭素:2.3%、酸素:0.2%、一酸化炭素:7.0%、メタン:26.8%、炭化水素:3.2%、水素:57.8%、窒素:2.7%。
転炉ガス(LDG)は、二酸化炭素(CO2)、酸素(O2)、一酸化炭素(CO)、水素(H2)、窒素(N2)を含む。転炉ガス(LDG)における各成分の含有割合は、体積比で、例えば、次の通りである。二酸化炭素:12.9%、酸素:0.1%、一酸化炭素:73.1%、水素:1.9%、窒素:12.0%。
ガスホルダ100は、分離手段20によって窒素を分離した後の副生ガスを貯留する。
ガスホルダ100は、第3の管路320を介して、第1の圧縮機110に接続されている。
なお、ガスホルダ100が設けられていない場合、分離手段20は、第2の管路310と第3の管路320を介して、第1の圧縮機110に接続されている。
第1の圧縮機110は、第4の管路330と第5の管路340を介して、燃焼手段30に接続されている。
また、第4の管路330と第5の管路340の接続点にて、第5の管路340と分岐する第6の管路350が、第3の管路320に接続されている。
弁120は、開度を調整することにより、第4の管路330を流れる副生ガスの一部を、第6の管路350に流す。すなわち、弁120の開度を調整することにより、第6の管路350を流れる副生ガスの流量を調整する。
ガスクーラー130は、設備の緊急停止時において、燃焼手段30への副生ガス供給が遮断された際に、高温・高圧の副生ガスを減圧・減温することで、全ガス量を安全に系統内に回収する(高炉ガス(BFG)には毒性を有する二酸化炭素が多量に含まれるから)。また、ガスクーラー130は、第1の圧縮機110で圧縮された副生ガスの一部を冷却し、その冷却した副生ガスを第3の管路320に供給することにより、第1の圧縮機110に供給される副生ガスの温度を適温に調整する。第1の圧縮機110を多段にしてインタークーラを設けることで、圧縮動力を低減することもできる。
燃焼手段30としては、例えば、周囲に燃焼器をドーナツ型に配置したアニュラー形の燃焼器、個々の筒型燃焼器を周囲に配置したキャニュラー形の燃焼器、大きなサイロ形状燃焼器を配置したサイロ形の燃焼器、ガスエンジン等が挙げられる。
燃焼手段30は、第7の管路360を介して、酸素製造手段40に接続されている。
また、燃焼手段30は、第8の管路370を介して、ガスタービン50に接続されている。
さらに、燃焼手段30は、第9の管路380を介して、第2の圧縮機140に接続されている。
酸素製造手段40としては、例えば、吸着剤(合成ゼオライト)の窒素と酸素の平衡吸着量が、加圧下で大きく異なることを利用して、空気中の窒素を加圧下で吸着除去し、高純度の酸素を効率的に得る酸素ガス発生装置等が挙げられる。また、酸素製造手段40は、高純度の酸素を圧縮するための圧縮機(図示略)を備える。
酸素製造手段40で得られた高純度の酸素は、第7の管路360を介して、燃焼手段30に供給される。また、酸素製造手段40にて、窒素が除去されているため、燃焼手段30から排出される排ガスの主成分は、二酸化炭素およびH2Oからなる群から選択される少なくとも1種となる。なお、酸素製造手段40から燃焼手段30に供給される酸素は、量論比となる量とする。
ガスタービン50は、第1の発電機150に接続されている。ガスタービン50の動力により、第1の発電機150が駆動され、発電が行われる。
ガスタービン50は、第10の管路390を介して、排熱回収ボイラ60に接続されている。
排熱回収ボイラ60は、給水を加熱する節炭器と、水を蒸発させる蒸発器と、蒸気と水を分離するドラムと、湿り蒸気を蒸気タービンに送るために飽和温度以上に加熱し過熱蒸気とする過熱器と、節炭器での結露を防ぐための給水予熱器と、を備える。
排熱回収ボイラ60で発生させた蒸気は、第11の管路400を介して、蒸気タービン70に供給される。
第2の圧縮機140は、ガスタービン50から排出され、排熱回収ボイラ60を経た排ガスおよび二酸化炭素回収手段80によって二酸化炭素と分離された排ガスを圧縮して、圧縮した排気循環ガスとする。排熱回収ボイラ60から排出された排ガスは、二酸化炭素および水(H2O)を含む。
第2の圧縮機140で得られた圧縮後の排気循環ガスは、副生ガスの燃焼手段30での燃焼温度を調整する希釈剤として、第9の管路380を介して、燃焼手段30に供給される。
蒸気タービン70は、第2の発電機160に接続されている。蒸気タービン70の動力により、第2の発電機160が駆動され、発電が行われる。
蒸気タービン70は、第14の管路430を介して、排熱回収ボイラ60に接続されている。詳細には、蒸気タービン70は、第14の管路430を介して、排熱回収ボイラ60内に設けられている第11の管路400に接続されている。
二酸化炭素回収手段80としては、例えば、化学吸収法を用いた手段、物理吸着法を用いた手段、膜分離法を用いた手段等が挙げられる。これらの中でも、大量の排ガスから効率的に二酸化炭素を回収することができる点から、化学吸収法を用いた手段が好ましい。化学吸収法を用いた手段としては、例えば、アミン系水溶液を吸収剤として含む吸収塔が挙げられる。
第13の管路420に分岐された残りの排ガスは、第12の管路410を介して、第2の圧縮機140に供給される。
図1を参照して、本実施形態のガスタービン複合発電方法を詳細に説明する。
本実施形態のガスタービン複合発電方法は、製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離する分離工程と、窒素を分離した後の副生ガスを燃焼させる燃焼工程と、燃焼工程に供給する酸素を製造する酸素製造工程と、燃焼工程で発生した燃焼ガスを膨張することで動力を得る燃焼ガス膨張工程と、燃焼ガス膨張工程で発生した排ガスの熱を回収し、その熱で蒸気を発生させる排熱回収工程と、排熱回収工程で発生させた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気膨張工程と、排熱回収工程で排出された排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収工程と、を有する。
分離手段20には、第1の管路300を介して、製鉄所で副生された副生ガスが供給される。
また、第1の圧縮機110で圧縮された副生ガスの一部を、弁120の開度を調整することにより、第6の管路350に流してもよい。
第6の管路350を流れる副生ガスを、ガスクーラー130で冷却し、その冷却した副生ガスを第3の管路320に供給することにより、第1の圧縮機110に供給される副生ガスの温度を適温に調整する。第1の圧縮機110を多段にしてインタークーラを設けることで、圧縮動力を低減することもできる。
燃焼工程では、酸素製造工程で得られた高純度の酸素を酸化剤として用いて、副生ガスを燃焼する。なお、燃焼工程に供給される副生ガスは、分離工程にて予め窒素を分離したものであるため、高純度の酸素を用いることにより、燃焼工程における副生ガスの燃焼効率を向上することができる。
また、二酸化炭素回収工程にて、排ガス中に含まれていた水は、二酸化炭素と分離され、二酸化炭素回収手段80外に排出される。
さらに、排熱回収工程で使用した排ガスで、第13の管路420に分岐しなかった排ガスを第12の管路410を介して、第2の圧縮機140に供給する。
[ガスタービン複合発電システム]
図2は、本実施形態のガスタービン複合発電システムの概略構成を示す模式図である。なお、図2において、図1に示した第1の実施形態のガスタービン複合発電システムと同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図2に示すように、本実施形態のガスタービン複合発電システム500は、分離手段20と、燃焼手段30と、酸素製造手段40と、ガスタービン50と、排熱回収ボイラ60と、蒸気タービン70と、二酸化炭素回収手段80と、を備える。
図2を参照して、本実施形態のガスタービン複合発電方法を詳細に説明する。
本実施形態のガスタービン複合発電方法は、製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離する分離工程と、窒素を分離した後の副生ガスを燃焼させる燃焼工程と、燃焼工程に供給する酸素を製造する酸素製造工程と、燃焼工程で発生した燃焼ガスを膨張することで動力を得る燃焼ガス膨張工程と、燃焼ガス膨張工程で発生した排ガスの熱を回収し、その熱で蒸気を発生させる排熱回収工程と、排熱回収工程で発生させた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気膨張工程と、排熱回収工程で排出された排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収工程と、を有する。
[ガスタービン複合発電システム]
図3は、本実施形態のガスタービン複合発電システムの概略構成を示す模式図である。なお、図3において、図1に示した第1の実施形態のガスタービン複合発電システムと同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図3に示すように、本実施形態のガスタービン複合発電システム600は、分離手段20と、燃焼手段30と、酸素製造手段40と、ガスタービン50と、排熱回収ボイラ60と、蒸気タービン70と、二酸化炭素回収手段80と、を備える。
図3を参照して、本実施形態のガスタービン複合発電方法を詳細に説明する。
本実施形態のガスタービン複合発電方法は、製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離する分離工程と、窒素を分離した後の副生ガスを燃焼させる燃焼工程と、燃焼工程に供給する酸素を製造する酸素製造工程と、燃焼工程で発生した燃焼ガスを膨張することで動力を得る燃焼ガス膨張工程と、燃焼ガス膨張工程で発生した排ガスの熱を回収し、その熱で蒸気を発生させる排熱回収工程と、排熱回収工程で発生させた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気膨張工程と、排熱回収工程で排出された排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収工程と、を有する。
[ガスタービン複合発電システム]
図4は、本実施形態のガスタービン複合発電システムの概略構成を示す模式図である。なお、図4において、図1に示した第1の実施形態のガスタービン複合発電システム、図2に示した第2の実施形態のガスタービン複合発電システム、および、図3に示した第3の実施形態のガスタービン複合発電システム、と同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図4に示すように、本実施形態のガスタービン複合発電システム700は、分離手段20と、燃焼手段30と、酸素製造手段40と、ガスタービン50と、排熱回収ボイラ60と、蒸気タービン70と、二酸化炭素回収手段80と、を備える。
図4を参照して、本実施形態のガスタービン複合発電方法を詳細に説明する。
本実施形態のガスタービン複合発電方法は、製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離する分離工程と、窒素を分離した後の副生ガスを燃焼させる燃焼工程と、燃焼工程に供給する酸素を製造する酸素製造工程と、燃焼工程で発生した燃焼ガスを膨張することで動力を得る燃焼ガス膨張工程と、燃焼ガス膨張工程で発生した排ガスの熱を回収し、その熱で蒸気を発生させる排熱回収工程と、排熱回収工程で発生させた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気膨張工程と、排熱回収工程で排出された排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収工程と、を有する。
[ガスタービン複合発電システム]
図5は、本実施形態のガスタービン複合発電システムの概略構成を示す模式図である。なお、図5において、図1に示した第1の実施形態のガスタービン複合発電システムと同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図5に示すように、本実施形態のガスタービン複合発電システム800は、分離手段20と、燃焼手段30と、酸素製造手段40と、ガスタービン50と、排熱回収ボイラ60と、蒸気タービン70と、二酸化炭素回収手段80と、を備える。
図5を参照して、本実施形態のガスタービン複合発電方法を詳細に説明する。
本実施形態のガスタービン複合発電方法は、製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離する分離工程と、窒素を分離した後の副生ガスを燃焼させる燃焼工程と、燃焼工程に供給する酸素を製造する酸素製造工程と、燃焼工程で発生した燃焼ガスを膨張することで動力を得る燃焼ガス膨張工程と、燃焼ガス膨張工程で発生した排ガスの熱を回収し、その熱で蒸気を発生させる排熱回収工程と、排熱回収工程で発生させた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気膨張工程と、排熱回収工程で排出された排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収工程と、を有する。
[ガスタービン複合発電システム]
図6は、本実施形態のガスタービン複合発電システムの概略構成を示す模式図である。なお、図6において、図1に示した第1の実施形態のガスタービン複合発電システムと同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図6に示すように、本実施形態のガスタービン複合発電システム900は、分離手段20と、燃焼手段30と、酸素製造手段40と、ガスタービン50と、排熱回収ボイラ60と、蒸気タービン70と、二酸化炭素回収手段80と、を備える。
図6を参照して、本実施形態のガスタービン複合発電方法を詳細に説明する。
本実施形態のガスタービン複合発電方法は、製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離する分離工程と、窒素を分離した後の副生ガスを燃焼させる燃焼工程と、燃焼工程に供給する酸素を製造する酸素製造工程と、燃焼工程で発生した燃焼ガスを膨張することで動力を得る燃焼ガス膨張工程と、燃焼ガス膨張工程で発生した排ガスの熱を回収し、その熱で蒸気を発生させる排熱回収工程と、排熱回収工程で発生させた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気膨張工程と、排熱回収工程で排出された排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収工程と、を有する。
20 分離手段
30 燃焼手段
40 酸素製造手段
50 ガスタービン
60 排熱回収ボイラ
70 蒸気タービン
80 二酸化炭素回収手段
100 ガスホルダ
110 第1の圧縮機
120 弁
130 ガスクーラー
140 第2の圧縮機
150 第1の発電機
160 第2の発電機
300 第1の管路
310 第2の管路
320 第3の管路
330 第4の管路
340 第5の管路
350 第6の管路
360 第7の管路
370 第8の管路
380 第9の管路
390 第10の管路
400 第11の管路
410 第12の管路
420 第13の管路
430 第14の管路
510 第15の管路
610 第16の管路
810 第17の管路
820 第18の管路
Claims (2)
- 製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離する分離手段と、
窒素を分離した後の前記副生ガスを燃焼させる燃焼手段と、
前記燃焼手段に供給する酸素を製造する酸素製造手段と、
前記燃焼手段からの燃焼ガスを膨張することで動力を得るガスタービンと、
前記ガスタービンからの排ガスの熱を回収し、その熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラで発生させた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気タービンと、
前記排熱回収ボイラから排出された前記排ガスに含まれる水の全量を凝縮させて前記排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収手段と、
前記二酸化炭素回収手段で回収された二酸化炭素または凝縮させた水の一部を圧縮して前記燃焼手段に供給する圧縮機と、
を備えたことを特徴とするガスタービン複合発電システム。 - 製鉄所で副生された副生ガスから窒素を分離する分離工程と、
窒素を分離した後の前記副生ガスを燃焼させる燃焼工程と、
前記燃焼工程に供給する酸素を製造する酸素製造工程と、
前記燃焼工程で発生した燃焼ガスを膨張することで動力を得る燃焼ガス膨張工程と、
前記燃焼ガス膨張工程で発生した排ガスの熱を回収し、その熱で蒸気を発生させる排熱回収工程と、
前記排熱回収工程で発生させた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気膨張工程と、
前記排熱回収工程で排出された前記排ガスに含まれる水の全量を凝縮させて前記排ガスに含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収工程と
前記燃焼工程で用いるために、前記二酸化炭素回収工程で回収された二酸化炭素または凝縮させた水の一部を圧縮する圧縮工程と、
を有することを特徴とするガスタービン複合発電方法。
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