JP7249109B2 - steam generator - Google Patents
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Description
本発明は、蒸気発生設備に関する。 The present invention relates to steam generation equipment.
下記特許文献1には、アンモニアを燃料とするボイラあるいはガスタービン等の燃焼装置及びそれを用いた発電設備(先行発明)が開示されている。この先行発明は、ガスタービンの排熱で運転される排熱回収ボイラで生成した蒸気で蒸気タービンを駆動することによって発電するものであり、排熱回収ボイラで生成した温水を用いて上記ガスタービンの燃料であるアンモニア(液体)を気化させる。 Patent Literature 1 listed below discloses a combustion apparatus such as a boiler or a gas turbine that uses ammonia as fuel, and a power generation facility using the same (prior invention). This prior invention generates electric power by driving the steam turbine with steam generated by an exhaust heat recovery steam generator operated by the exhaust heat of the gas turbine, and uses the hot water generated by the exhaust heat steam generator to generate electricity. vaporizes ammonia (liquid), which is the fuel of
ところで、上記先行発明では、排熱回収ボイラで生成した蒸気タービンに供給する蒸気を発生させる排熱回収ボイラでアンモニアを気化させる温水を生成するので、発電設備としての全体的な発電効率が低下する。すなわち、上記先行発明では、排熱回収ボイラで回収する熱エネルギの一部を上記温水の生成に消費するので、このエネルギ消費分だけ発電効率が低下する。 By the way, in the above-mentioned prior invention, since hot water for vaporizing ammonia is generated by the exhaust heat recovery boiler that generates steam to be supplied to the steam turbine generated by the heat recovery boiler, the overall power generation efficiency of the power generation equipment is lowered. . That is, in the above prior art, part of the thermal energy recovered by the heat recovery steam generator is consumed to generate the hot water, so the power generation efficiency is reduced by the amount of this energy consumption.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、アンモニアを燃焼させてエネルギを取得する際のエネルギ取得効率を従来よりも向上させることを目的とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the circumstances described above, and an object of the present invention is to improve energy acquisition efficiency when acquiring energy by burning ammonia.
上記目的を達成するために、本発明では、蒸気発生設備に係る第1の解決手段として、燃料の一部として気体アンモニアを燃焼させて蒸気を発生させる本体と、液体アンモニアを貯留するタンクと、液体アンモニアを気化させて前記気体アンモニアを生成する気化器とを備え、前記気化器は、煙道を通過する燃焼ガスを熱源として前記液体アンモニアを気化させる、という手段を採用する。 In order to achieve the above object, in the present invention, as a first solution related to steam generation equipment, a main body for generating steam by burning gaseous ammonia as a part of fuel, a tank for storing liquid ammonia, a vaporizer for vaporizing liquid ammonia to generate the gaseous ammonia, wherein the vaporizer employs means for vaporizing the liquid ammonia using combustion gas passing through a flue as a heat source.
本発明では、蒸気発生設備に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記気化器は、前記煙道において大気放出の直前の前記燃焼ガスを熱源として前記液体アンモニアを気化させる、という手段を採用する。 In the present invention, as a second solution related to steam generation equipment, in the first solution, the vaporizer vaporizes the liquid ammonia using the combustion gas immediately before being released to the atmosphere in the flue as a heat source. adopt the means of
本発明では、蒸気発生設備に係る第3の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、前記燃焼ガスと所定の熱媒とを熱交換させる熱交換器をさらに備え、
前記気化器は、前記熱媒を熱源として前記液体アンモニアを気化させる、という手段を採用する。
In the present invention, as a third solution to the steam generation equipment, the first or second solution is further provided with a heat exchanger for exchanging heat between the combustion gas and a predetermined heat medium,
The vaporizer employs means for vaporizing the liquid ammonia using the heat medium as a heat source.
本発明では、蒸気発生設備に係る第4の解決手段として、上記第3の解決手段において、前記熱媒は水である、という手段を採用する。 In the present invention, as a fourth solving means relating to the steam generating equipment, in the third solving means, the heat medium is water.
本発明では、蒸気発生設備に係る第5の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記気化器は、前記液体アンモニアと前記燃焼ガスとを熱交換させて前記液体アンモニアを気化させる、という手段を採用する。 In the present invention, as a fifth solution related to steam generation equipment, in the first solution, the vaporizer exchanges heat between the liquid ammonia and the combustion gas to vaporize the liquid ammonia. adopt means.
本発明では、蒸気発生設備に係る第6の解決手段として、上記第5の解決手段において、前記気化器は、前記煙道に設けられた脱硫装置の後段における前記燃焼ガスと前記液体アンモニアとを熱交換させる、という手段を採用する。 In the present invention, as a sixth solution related to steam generation equipment, in the fifth solution, the vaporizer separates the combustion gas and the liquid ammonia in the latter stage of the desulfurization device provided in the flue. Employ a means of exchanging heat.
本発明では、蒸気発生設備に係る第7の解決手段として、上記第1~第6の何れかの解決手段において、前記本体は、微粉炭に前記気体アンモニアを混焼させる、という手段を採用する。 In the present invention, as a seventh solving means related to the steam generating equipment, in any one of the first to sixth solving means, the main body adopts means for co-firing the pulverized coal with the gaseous ammonia.
本発明によれば、アンモニアを燃焼させてエネルギを取得する際のエネルギ取得効率を従来よりも向上させることが可能である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to improve the energy acquisition efficiency at the time of burning ammonia and acquiring energy compared with the past.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る発電設備は、微粉炭とアンモニアとを燃焼させて得られる水蒸気を用いて発電するものであり、より詳細には液体であるアンモニア(液体アンモニア)を気化させて得られる気体アンモニアを微粉炭と混焼させて発電するものである。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The power generation equipment according to the present embodiment generates power using steam obtained by burning pulverized coal and ammonia. More specifically, gaseous ammonia obtained by vaporizing liquid ammonia (liquid ammonia) is co-fired with pulverized coal to generate power.
この発電設備は、図1に示すように微粉炭供給装置1、アンモニア供給装置2、ボイラ3(本体)、排ガス処理設備4、煙突5、蒸気タービン6、発電機7、復水器8及び給水ポンプ9等を備えている。なお、発電設備における微粉炭供給装置1、アンモニア供給装置2、ボイラ3(本体)、排ガス処理設備4、煙突5は、本発明における蒸気発生設備を構成している。
As shown in FIG. 1, this power generation facility includes a pulverized coal supply device 1, an
また、上記アンモニア供給装置2は、本実施形態において最も特徴的な構成要素であり、アンモニアタンク2a、第1ポンプ2b、アンモニア気化器2c、循環配管2d、第2ポンプ2e及び熱交換器2fを備えている。
The
微粉炭供給装置1は、微粉炭を製造し、当該微粉炭をボイラ3に一方の燃料として供給する装置である。この微粉炭供給装置1は、石炭をミルで磨り潰すことにより所定粒径の微粉炭を製造し、当該微粉炭をボイラ3に順次連続的に供給する。
The pulverized coal supply device 1 is a device that produces pulverized coal and supplies the pulverized coal to the
アンモニア供給装置2は、気体アンモニアを製造し、当該気体アンモニアをボイラ3に他方の燃料として供給する装置である。すなわち、このアンモニア供給装置2は、液体アンモニアを気化させることによって気体アンモニアを製造し、当該気体アンモニアをボイラ3に順次連続的に供給する。ここで、上記微粉炭は、発電設備における主燃料であり、これに対して気体アンモニアは、微粉炭(主燃料)に対して補助的にボイラ3に供給される補助燃料である。
The
このようなアンモニア供給装置2において、アンモニアタンク2aは、液体アンモニアを一時的に貯留する所定容量の容器である。第1ポンプ2bは、アンモニアタンク2aから所定流量の液体アンモニアを汲み出してアンモニア気化器2cに供給する。アンモニア気化器2cは、液体アンモニアを加熱することにより気化させて気体アンモニアを生成する装置である。このアンモニア気化器2cは、液体アンモニアを熱媒と熱交換させることにより気化温度以上に加熱する。
In such an
循環配管2dは、アンモニア気化器2cと熱交換器2fとを接続する配管であり、所定の熱媒がアンモニア気化器2cと熱交換器2fとの間で循環するための経路(循環経路)を構成する。第2ポンプ2eは、このような循環配管2dの途中部位に設けられており、循環配管2dにおいて上記熱媒を所定方向に循環(流動化)させるための動力源である。この第2ポンプ2eは、図示するように、熱媒をアンモニア気化器2cから熱交換器2fに向けて循環(流動化)させる。なお、上記熱媒は、例えば水あるいは海水である。
The
熱交換器2fは、排ガス処理設備4から煙突5に供給される燃焼ガスと上記熱媒とを熱交換させる。すなわち、この熱交換器2fは、第2ポンプ2eから供給される熱媒を燃焼ガスの熱エネルギを用いて液体アンモニアの気化温度を越える所定温度まで加熱し、当該加熱後の熱媒をアンモニア気化器2cに向けて出力する。
The
ボイラ3は、上述した微粉炭と気体アンモニアとを混焼させる炉体を備え、当該炉体に設けられた水熱管内を流通する水を燃焼熱で加熱することにより水蒸気を発生させる。上記炉体において、微粉炭を内部に噴射するノズル、気体アンモニアを内部に噴射するノズル、また燃焼用空気を内部に供給するノズル等が設けられる下部は、微粉炭と気体アンモニアとを混焼させる燃焼空間である。また、上記炉体において、炉壁等に複数の水熱管が設けられた上部は、燃焼によって発生した燃焼ガスが水熱管内の水と熱交換する熱交換領域である。このようなボイラ3は、本発明における本体に相当する。
The
排ガス処理設備4は、上記ボイラ3から煙突5に向けて排出される燃焼ガス(排ガス)を処理する設備であり、ボイラ3と煙突5とを結ぶ煙道に備えられている。上記排ガスには環境保全上問題となる窒素酸化物や硫化物等の要除去成分が含まれているので、排ガス処理設備4は、このような要除去成分を排ガスから分離除去する。
The exhaust
このような排ガス処理設備4は、図示するように脱硝装置4a、GAH(Gas Air Heater)4b、EP(Electrostatic Precipitator)4c、IDF(Induced Draft Fan)4d及び湿式脱硫装置4eを備えている。すなわち、排ガス処理設備4は、煙道における上流側(ボイラ3側)から下流側(煙突5側)にかけて、脱硝装置4a→GAH4b→EP4c→IDF4d→湿式脱硫装置4eの順で設けられている。
As illustrated, the exhaust
脱硝装置4aは、上記排ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)を除去してするものである。この脱硝装置2は、例えば触媒の存在下で排ガスに所定の還元剤を作用させることにより窒素酸化物(NOx)を窒素(N2)と水(H2O)に分解する。GAH4bは、ボイラ3に供給される燃焼用空気を排ガスの熱を利用して予熱する空気予熱器である。このGAH4bは、一種の熱交換器であり、外気から取り込んだ燃焼用空気と排ガスとを熱交換させることにより燃焼用空気を加熱(予熱)してボイラ3に供給する。
The
EP4cは、排ガス中に含まれる粉塵を吸着して除去する電気集塵機である。このEP4cは、複数の放電極(電極)と集塵極(電極)とを備え、排ガスに含まれる粉塵を放電極周りに発生するコロナ放電によって帯電させ、帯電した粉塵を集塵極が発生する電界によって集塵極に付着させる。IDF4dは、排ガスを煙突5に向けて通風させる誘引通風機である。
EP4c is an electrostatic precipitator that adsorbs and removes dust contained in exhaust gas. This EP4c is equipped with a plurality of discharge electrodes (electrodes) and dust collection electrodes (electrodes), and the dust contained in the exhaust gas is charged by corona discharge generated around the discharge electrodes, and the dust collection electrodes generate the charged dust. It is made to adhere to the dust collecting electrode by an electric field. The IDF 4 d is an induced draft fan that ventilates the exhaust gas toward the
湿式脱硫装置4eは、排ガス中に含まれる硫黄酸化物SOxを湿式脱硫法に基づいて分離除去する。すなわち、この湿式脱硫装置4eは、例えば石灰や水酸化マグネシウムの懸濁液を吸着剤として用いるものであり、排ガス中に吸着剤を滴下させることによって硫黄酸化物SOxを吸着剤内に取り込んで排ガスから分離除去する。なお、排煙脱硫技術には、このような湿式脱硫法の他に乾式脱硫法が知られている。したがって、必要に応じて湿式脱硫装置4eに代えて乾式脱硫法に基づく乾式脱硫装置を採用してもよい。
The
煙突5は、所定長を有する鉛直姿勢の筒状構造物であり、煙道から下端に供給された排ガスを上端(高所)から大気に放出する。この煙突には必要に応じて排ガス加熱装置が設けられている。蒸気タービン6は、ボイラ3から供給される水蒸気を作動流体として回転する回転機械であり、発電機7と軸結合されている。すなわち、この蒸気タービン6は、発電機7を回転駆動する動力源として機能する。
The
発電機7は、蒸気タービン6によって回転駆動されることによって交流電力を発生させる電気機械である。この発電機7が発生させた電力は、所定の配電線を介して需要者に供給される。復水器8は、蒸気タービン6から排気される水蒸気、つまり蒸気タービン6で動力回収された後の水蒸気(気体)を凝縮させて凝縮水にする。給水ポンプ9は、この凝縮水をボイラ3に供給する。この凝縮水は、ボイラ3の水熱管に供給されて水蒸気となる。
The
次に、このような発電設備の動作について詳しく説明する。
この発電設備では、微粉炭と気体アンモニアとがボイラ3で混焼することによって高温の燃焼ガスが発生し、当該燃焼ガスの熱を利用して蒸気タービン6の作動流体である水蒸気が発生する。
Next, the operation of such power generation equipment will be described in detail.
In this power generation facility, pulverized coal and gaseous ammonia are co-fired in the
そして、水蒸気の運動エネルギによって蒸気タービン6が回転動力を発生させ、この回転動力によって発電機7が駆動されることによって発電が行われる。そして、蒸気タービン6で動力回収された後の水蒸気は、復水器8で凝縮水に復水され、給水ポンプ9を介してボイラ3に還流される。
The kinetic energy of the steam causes the
一方、ボイラ3で発生した燃焼ガスは、煙道を介して煙突5から大気中に排ガスとして放出されるが、煙道を通過する間に排ガス処理設備4によって各種の浄化処理が施される。すなわち、燃焼ガス(排ガス)に含まれる窒素酸化物NOx、粉塵及び硫化物SOxは、煙道を通過する間に排ガス処理設備4によって燃焼ガス(排ガス)から分離除去される。そして、十分に浄化された排ガスが、煙突5から大気中に放出される。
On the other hand, the combustion gas generated in the
ここで、煙道から煙突5に供給される排ガスの温度は、概ね100以上である。すなわち、アンモニア供給装置2を構成する熱交換器2fに入力される排ガスの温度は、概ね100以上となる。このような排ガスの温度に対して、アンモニア気化器2cに入力される液体アンモニアの気化温度は概ね50℃である。
Here, the temperature of the exhaust gas supplied from the flue to the
本実施形態におけるアンモニア供給装置2は、このような排ガスの温度と液体アンモニアの気化温度との関係を利用して液体アンモニアを気化させて気体アンモニア(燃料)を生成する。すなわち、熱交換器2fにおいて100以上の排ガスと熱媒とを熱交換させることにより、熱媒を100℃程度まで加熱してアンモニア気化器2cに供給する。
The
そして、アンモニア気化器2cにおいて、100℃程度の熱媒を液体アンモニアと熱交換することにより、液体アンモニアを気化温度を越える温度まで加熱する。すなわち、アンモニア気化器2cは、熱交換器2fに流入する100以上の排ガスを熱源として液体アンモニアを気化させる。この結果、アンモニア気化器2cでは、液体アンモニアが十分に気化して気体アンモニア(燃料)となる。
Then, in the
このような発電設備によれば、アンモニア気化器2cは、ボイラ3内の燃焼ガスを熱源とするのではなく、煙道を通過する排ガス(燃焼ガス)を熱源として液体アンモニアを気化させるので、気体アンモニアを燃焼させて電力(エネルギ)を取得する際の発電効率(エネルギ取得効率)を従来よりも向上させることができる。
According to such power generation equipment, the
また、煙道における排ガスの温度(ガス温度)は、上流側に行く程に高くなるので、熱交換器2fを煙道のさらに上流側に設けてもよいが、図1に示す湿式脱硫装置4eの下流側の排ガスは、初期的に排ガスに含まれる窒素酸化物NOx、粉塵及び硫化物SOxが除去されたものなので、つまり煙道において大気放出の直前(湿式脱硫装置4eの後段)の燃焼ガスなので、窒素酸化物NOx、粉塵あるいは/及び硫化物SOxによって熱交換器2fが劣化することを防止できる。
In addition, since the temperature of the exhaust gas (gas temperature) in the flue increases as it goes upstream, the
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記実施形態では、気体アンモニアを燃焼させてエネルギを取得する設備の一例である発電設備、つまり気体アンモニアを燃焼させて電力を取得する設備に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、他のエネルギ取得設備にも適用可能である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, the following modifications are conceivable.
(1) In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a power generation facility, which is an example of a facility that acquires energy by burning gaseous ammonia, that is, a facility that acquires electric power by burning gaseous ammonia has been described. The invention is not limited to this. The invention is also applicable to other energy harvesting installations.
本発明は、例えばボイラ3で発生させた水蒸気を熱エネルギとして取得する設備、つまり図2に示すように、図1のシステム構成から蒸気タービン6、発電機7、復水器8及び給水ポンプ9を削除した蒸気発生設備に適用することが可能である。
The present invention is a facility for acquiring steam generated by a
(2)上記実施形態では、液体アンモニアと排ガス(燃焼ガス)とを熱交換させるのではなく、熱媒を介して両者を熱交換させているが、これは液体アンモニアを気化させるために必要な熱エネルギの量や煙道と液体アンモニアの通過経路との配置関係等を考慮した結果、最も合理的な形態として採用したものである。 (2) In the above embodiment, the liquid ammonia and the exhaust gas (combustion gas) are not heat-exchanged, but are heat-exchanged via a heat medium. As a result of considering the amount of thermal energy and the positional relationship between the flue and the passage of liquid ammonia, it was adopted as the most rational form.
しかしながら、熱媒を介在させることなく液体アンモニアと排ガス(燃焼ガス)とを熱交換させてもよい。すなわち、上述したアンモニア供給装置2に代えて、図3に示すように、アンモニアタンク2a、第1ポンプ2b及びアンモニア気化器2cを備えたアンモニア供給装置2Aを採用してもよい。
However, the liquid ammonia and the exhaust gas (combustion gas) may be heat-exchanged without intervening the heat medium. That is, instead of the
(3)上記実施形態では、微粉炭と気体アンモニアとをボイラ3で混焼させたが、本発明はこれに限定されない。気体アンモニアのみを単独の燃料として燃焼させてもよい。また、に必要に応じて、微粉炭に代えてあるいは微粉炭に加えてバイオマス燃料を気体アンモニアと混焼させてもよい。
(3) In the above embodiment, pulverized coal and gaseous ammonia are co-fired in the
(4)上記実施形態では、脱硝装置4a、GAH4b、EP4c、IDF4d及び湿式脱硫装置4eを備える排ガス処理設備4を採用したが、本発明はこれに限定されない。例えば気体アンモニアのみを燃料とする場合、つまり微粉炭を燃料として採用しない場合には、粉塵や硫化物が発生しないので、EP4c及び湿式脱硫装置4eを削除することができる。
(4) In the above embodiment, the exhaust
また、排ガス処理設備4を構成する各設備の煙道における順番も図1に示す順番に限定されない。各設備の煙道における順番は、必要に応じて適宜変更してもよい。
Also, the order in the flue of each facility constituting the exhaust
1 微粉炭供給装置
2、2A アンモニア供給装置
2a アンモニアタンク
2b 第1ポンプ
2c アンモニア気化器
2d 循環配管
2e 第2ポンプ
2f 熱交換器
3 ボイラ(本体)
4 排ガス処理設備
4a 脱硝装置
4b GAH
4c EP
4d IDE
4e 湿式脱硫装置
5 煙突
6 蒸気タービン
7 発電機
8 復水器
9 給水ポンプ
1 pulverized
4 Exhaust
4c EP
4d IDE
4e
Claims (5)
液体アンモニアを貯留するタンクと、
液体アンモニアを気化させて前記気体アンモニアを生成する気化器と、
煙道を通過する前記燃焼ガスと海水とを熱交換させる熱交換器とを備え、
前記気化器は、前記熱交換器により前記燃焼ガスを熱源として熱交換された前記海水を熱源として前記液体アンモニアを気化させることを特徴とする蒸気発生設備。 a boiler that burns gaseous ammonia as fuel to generate steam and combustion gases;
a tank for storing liquid ammonia;
a vaporizer for vaporizing liquid ammonia to produce the gaseous ammonia;
A heat exchanger for exchanging heat between the combustion gas passing through the flue and seawater,
The steam generating facility, wherein the vaporizer vaporizes the liquid ammonia using the seawater heat-exchanged by the heat exchanger using the combustion gas as a heat source as a heat source.
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