JPH0455603A - 排熱回収ボイラ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、ガスタービン装置の排ガスを熱源として、他
の蒸気原動機の駆動蒸気を発生する排熱回収ボイラに係
わり、特に排ガス中の二酸化炭素ＣＯ３濃度を低減させ
る排熱回収ボイラ装置に関する。

〈従来の技術） 近年、エネルギー需要の増加は化石燃料に頼る傾向か強
く、化石燃料によるエネルギー供給量が増大し、それに
伴ないＣＯ２の排出量も増大している。更に森林の減少
により樹木によって０２に還元されるＣ０２が減少し、
これらの原因で地球規模のＣＯ２増加か発生し、ひいて
は地球温覗化の危機が叫ばれ、ＣＯ２の排出量を地球規
模て規制しようとしている。ところかこれまでは、火力
発電所の排出カスについての有効な処理方法がなかった
。

以下、第５図に示すプラントの概略系統図に従って説明
する。第５図は、従来技術によるガスタービン装置１０
と、その排ガスを熱源として蒸気を発生する排熱回収ボ
イラ装置２０と、この発生蒸気を駆動蒸気とする蒸気タ
ービン装置４０とを備えた複合サイクルプラントの概略
系統図を示している。

ここて排熱回収ボイラ装置２０は、排ガス流の上流から
下流に沿って過熱器２１．蒸発器２２．脱硝装置３０、
　Ｗｉ炭器２３及び煙突２４を備えている。そして過熱
器２１て生じた蒸気を蒸気配管を通じて蒸気タービン装
置４０に導き、発電＠４２にて負荷をとり、蒸気タービ
ン４１から復水器４３を経て復水された給水配管１によ
り節炭器２３に導かれる。節炭器２３において給水は加
熱され蒸発器２２で蒸発し、３！３熱器２１で過熱され
る。蒸発器２２において、給水は強制循環又は温度差に
よる自然循環をしなから加熱・蒸発が行なわれている。

なお、ガスタービン装置１０は導入空気４を加圧する空
気圧縮機１１と、加圧空気を燃料系統５から供給された
燃料と共に燃焼する燃焼器１４と、燃焼により生じた燃
焼ガスにより作動されるガスタービン１２と、負荷をと
る発電機１３と、排ガス中のＮＯｘ濃度を低減するため
、燃焼器１４に水或いは蒸気の注入系統７を備えている
。

これらの構成からなる複合サイクルプラントにおいて、
ガスタービン装置１０から排出される排ガスに含まれる
窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度低減対策としては、燃焼器
１４に水或いは蒸気の注入系統７を通じて、水或いは蒸
気を注入することによって燃焼温度を下げて、排ガス中
のＮＯｘ濃度の低減を図っている。その他に、局部的高
温部を防止するため燃料と空気を混合して燃焼器に導く
予混合燃焼温度を下げるための２段燃焼等がある。しか
しなからこれらの手段たけては、ＮＯｘの規制値達成は
困麹である。このために、排カス流路中に脱硝装置３０
を設置している。この脱硝方式の１つであるアンモニア
注入、乾式選択式接触還元分解方は、排ガス中にアンモ
ニアを注入し、その下流側で触媒３４を通過させること
により、窒素酸化物を無害の窒素分と水蒸気とに還元分
解する方法である。この方法は一般に触媒の温度特性に
より、３００℃〜４００℃での反応効率がよいため、蒸
発器２２と節炭器２３の間に設置される。一方、二酸化
炭素ＣＯ２については、特に対策がなされて、おらず、
不完全燃焼を防止することに注意が払われている程度で
ある。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来技術では、燃料が石油２石炭ガスＬＮＧ　、　
ＬＰＧ等では、熱効率を上げるためには完全燃焼を行な
わせるため、Ｃ０２の排出量は抑えられない。又、不完
全燃焼ではよく知られているようにＣＯの排出量が増加
し、むしろ悪い結果を招く。一般によく知られた水素ガ
スを使ってＣＯ２を分解する方法では、効率が１０〜３
０％と低くメタンができる等の難点があり、実用的でな
かった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、排熱回
収ボイラに導入される排ガスに対して、常に所望の脱炭
性能が得られる脱炭装置を備えた排熱回収ボイラ装置を
提供することを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明ではガスタービン装
置から排出される排ガスを熱源として導き、この排ガス
によって給水を予熱、蒸発、過熱し、併せて排ガス流路
の適温の場所を選定して、脱硝装置を備えた排熱回収ボ
イラにおいて、酸素不足のマグネタイトで二酸化炭素を
分解する反応器と、マグネタイトと排ガスの熱交換を行
なう熱交換器を排ガス流路の適温の場所に設置するよう
構成した。

（作　用） 最近、東京工業大学環境保全センターの玉浦裕・助教授
らにより、粉末の磁性をもった酸化鉄（マグネタイト）
を３００°Ｃで水素ガスと接触した後、ＣＯ２ガスを通
してほぼ完全に水と炭素に分解する技術が開発された。

本発明は、この技術を応用したもので、以下第１図を引
用して説明する。

前記の反応に適した３００°Ｃという温度は、排熱回収
ボイラ２０の蒸発器２２の出口のガス温度に相当し、脱
硝装置３０の触媒３４の効率のよい温度に近く、若干低
い温度である。そこで、脱硝装置１１Ｆ３０の下流側に
反応器３５、その下流側に熱交換器３６を配置し、更に
、水素注入装置によって３００℃に加熱されたマグネタ
イトに水素ガスを注入し、反応器３５内で反応を終え炭
素にくるまったマグネタイトから、再生装置３８によっ
て攪拌して炭素をとり除く。

要するにマグネタイト、は再生装置３８を出た後熱交換
器３６に入り、約３００℃に加熱、保温される。

熱交換器３６を出た約３００℃のマグネタイトは、水素
注入装置３７で水素ガスと接触し、酸素不足のマグネタ
イトとなる。一方、水素カスはマグネタイトより酸素を
奪って水蒸気となる。酸素不足のマグネタイトは反応器
３５に導かれ、ガスタービンの排出ガスと接触して、主
に二酸化炭素（ＣＯ２）から酸素を奪って安定なマグネ
タイトに戻る。

方、分解された炭素（Ｃ）はマグネタイトの表面に付着
する。この炭素の付着したマグネタイトは、再生装置３
８で撹拌されて表面の付着した炭素を落とし、きれいな
マグネタイトが再生される。以下、同じことを順次繰り
返して排出ガスの二酸化炭素（ＣＯ２＞を削減させる。

この時、Ｃｏ２の削減量は水素注入装置３７における水
素ガスの注入量により所望の値に制御される・ （実施例） 以下、図面を参照して実施例を説明する。

第１図は本発明による排熱回収ボイラの一実施例の構成
図である。

第１図において第５図と同一部分については同一符号を
付して説明を省略する。

第１図において、複合サイクルプラントはガスタービン
装置１０と、該ガスタービン装置から排出される排カス
を熱源として蒸気を発生する排熱回収ボイラ装置２０と
、該排熱回収ボイラて発生した蒸気を駆動蒸気とするタ
ービン装置４０と、ガスタービン装置１０から排出され
る排カスの窒素酸化物を除去する脱硝装置３０と、排カ
スの二酸化炭素を削減する脱炭装置３つとを備えている
。脱硝装置３０はアンモニア注入グリッド３３と、触媒
部３４とから構成される。

又、脱炭装！３９は排カス流路内の脱硝装置３０の下流
側に設置される反応器３５、更にその下流側に設置され
る熱交換器３６と、排出カス′？、路の外部に設置され
水素ガスを注入する水素注入装置３７と、マグネタイト
を攪拌して炭素をとり除く再生装置３８より構成される
。

前記した通りＣＯ２カスを完全に水と炭素にする技術は
前記東京工業大学による技術を適用した。

その他の構成は第５図と同様である。

次に作用について説明する。

ガスタービン１０より排出される４００°Ｃ〜６００℃
の高温の排ガスは排熱回収ボイラ２０へと導かれ、過熱
器２１て蒸気タービン４０の駆動蒸気となる過熱蒸気を
生成する。過熱器２１を出た排ガスの温度は３５０℃〜
４００°Ｃに下がる。更に蒸発器２２てドラムの水に潜
熱を与え飽和蒸気にする。蒸発器２２の出口の排ガスの
温度は３００°Ｃ〜３７０°Ｃに下がる。排ガスはこ、
の後脱硝装置３０に入るが、触媒３４の効率は３００℃
〜３７０°Ｃでよい特性を示し、ここて、排ガス中のＮ
Ｏｘは８０％〜９０％除去され、ＮＯｘ規制をクリアで
きるＮＯｘ量となる。脱硝装置３０を出たクリーンな排
ガスは反応器３５に入り、水素注入装置３７での水素注
入量に応じた量の二酸化炭素＜ｃｏ　　＞が炭素（Ｃ）
と水蒸気（Ｈ２Ｏ）に分解され、二酸化炭素の量は規定
の値に保持される。

反応器で二酸化炭素を削減した排ガスは、再生装置３８
で若干温度の下がったマグネタイトを脱炭特性のよい３
００℃前後に保持するための熱交換器３６へと進み、若
干エネルギーを消耗するが、温度低下は大きくない。熱
交換器３６を出たまだ予熱のある排ガスは更に節炭器２
３へと進み、給水１を過熱する。節炭器を出た排ガスは
約１３０°Ｃ前後の低温となる。このクリーンかつ低公
害の低温排ガスは煙突２４より大気中に放出される。

上記の如く、負荷の如何によらず脱硝装置３０脱炭装置
３９が高性能となる温度領域に保持されるため、効率よ
く脱硝、脱炭かてきる。

第２図は他の実施例の構成図であり、本実施例では脱炭
装置を上流側とし脱硝装置を下流側として入れ替えたも
のである。脱硝装置３０の動作温度の適温の値は、触媒
の特性に依存して変化する。

実際市場にも高温型、低温型等種々の温度のものが販売
されている。又、ガスタービンの燃料として８分の少な
いＬＮＧや石炭ガス等を使用した場合は、ＳＯつの低温
付着が起こらないため、脱硝装置３０の動作温度を下げ
ることが可能である。更に、脱炭装ｙｔ３９ではＣＯ２
の他に、ＮＯｘも除去されるため、排熱回収ボイラ２０
の出口のＮＯ量を制御するには、脱硝装置３０を脱炭装
置３９の下流側に配置することが望ましい。

第３図は更に他の実施例てあり、本実施例ては脱硝装置
を削除して脱炭装置にて共用するものである。脱炭装置
３９は反応器３５において、酸素不足のマグネタイト（
酸化鉄）を用いて、二酸化炭素（ＣＯ２）をＣに分解す
ると同時に、窒素酸化物（Ｎｏ　　）もＮ２に分解する
。従って、脱炭装置× ３９の脱硝機能を積極的に利用し、脱硝装置３０を削除
することにより、安価で低公害の複合発電プラントかで
きる。

第４図は制御方法を示す一例図である。

第４図において、ＣＯ２排出量設定値１１１とＣＯ２排
出量検出値１１２は加算器１０１で差をとられ、ＣＯ２
排出量偏差１１３となる。符号反転器１０３は、操作量
を増やした場合フィードバック量、即ち、ＣＯ２排出量
検出値１１２は減少するために補正を行なうものである
。ゲイン１０５はＣＱ２排出量制御の後述するゲインを
与えるものである。

ＣＯ２排出量検出値号１１３は符号反転器１０３．ゲイ
ン１０５を経て、ＣＯ′２排出量制御信号１１５となる
。

ＮＯ排出量設定値１２１とＮＯ８排出量検出値１２２は
加算器て差をとられ、Ｎｏ８排出量偏差１２３となる。

符号反転器１０４は前記と同様操作量を増やした場合、
フィードバック量、即ちＮＯｘ排出量検出値１２２は減
少するために、補正を行なうものである。ゲイン１０６
はＮｏ８排出量制御の後述するゲインを与えるものであ
る。ＮＯｘ排出量偏差信号１２３は符号反転器１０４．
ゲイン１０６を経てＮ０８排出量制御信号１２５となる
。

ＣＯ２排出量制御体号１１５とＮＯｘ排出量制御信号１
２５は、高値選択器１０７でその値の大きい方が選択さ
れ、水素ガス注入量制御信号１１６となる。

制御器１０８は水素カス注入量制御信号１１６を制御処
理し、水素ガス調整弁開度指令１１７を出力する。

今、Ｃｏ２．ＮＯｘともに設定値で、整定状態を考える
。この状態でＣ０２排出量設定値１１１を減少させたと
する。すると、ＣＯ２排出量偏差１１３は負の値となる
。符号反転器１０３．ゲイン１０５を経たＣＯ７排出量
制御信号１１５は正の値となる。一方、Ｎｏ　　排出量
設定値１２１とＮＯｘ排× 出量検出値１２２は、以前として同じ値を示すため、Ｎ
ｏ、排出量偏差１２３及びＮＯｘ排出量制ｔｌＩＩｌ信
号１２５も整定状態を保ち零のままである。高値選択器
１０７は正の値を示すＣＯ２排出量制御体号１１５と、
零の値を示すＮＯｘ排出量制御信号１２５を比較して、
高値であるＣＯ２排出量制御信号１１５を選択して、水
素ガス注入量制御信号１１６として出力する。制御器１
０８は水素ガス注入量制御信号１１６に比例演算、積分
演算等の制御演算を施して、水素ガス訳整弁開度指令１
１７を出力する。この時、水素ガス注入量制御信号１１
６は正の値であるから、水素ガス調整弁開度指令１１７
は整定時に比べ増加する。このため、図示してない水素
ガス調整弁が開方向に制御され、その結果、脱炭装置３
９の水素注入装置３７における水素ガス注入量が増加す
る。反応器３５に流入するマグネタイトの酸素の不足度
合も増加し、結果的に反応器３５内で反応が進み、ＣＯ
２とＮＯｘの分解される量が増加する。即ち、排熱回収
ボイラ装置２０の出口のＣＯ２排出量、ＮＯｘ排出量が
減少する。このようにして、ＣＯ２排出量設定値１１１
とＣＯ２排出量検出値１１２が等しくなるまで前記制御
動作が継続され、最終的にＣＯ排出量検出値１１２はＣ
Ｏ２排出量設定値１１１に整定する。この時、ＮＯｘ排
出量検出値１２２はＮＯｘ排出量設定値１２１より小さ
い値となる。・当然、Ｎｏの排出量偏差１２３は正の値
をとり、Ｎｏ　　排出量制御信号１２５は負の値となる
。

一方、ＣＯ排出量検出値１１２はＣ０２排出量設定値１
１１と等しいため、ＣＯ２排出量偏差１１３は零となり
、ＣＯ２排出量制御信号１１５も零となる。

従って、高値選択器１０７はＣＯ２排出量制御体号１１
５を選択して、水素ガス注入量制御信号１１６として出
力する。このため、水素ガス注入量制御信号１１６も零
の値となり、新たな整定状態を維持することになる。こ
の場合、ＣＯ２排出量はＣＯ２排出量設定値１１１に等
しく制御されるが、ＮＯｘ排出量はＮＯｘ排出量設定値
１２１より低い値となる。即ち、より汚染物質の排出量
が抑えられる望ましい制御となる。

以上はＣ０２排出量設定値１１１を下げた場合で説明し
たが、ＣＯ２排出量や、ＮＯｘ排出量が変動した場合に
も、ＣＯ２排出量、ＮＯｘ排出量のうち一方が設定値に
制御され、他方は設定値より低い値となることは言うま
でもない。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば地球混層化の主役
と目されている。ＣＯ２の排出量を抑制でき、かつ効率
低下の少ない複合発電プラントが供給でき、将来のエネ
ルギー問題、環境問題の解消に役立てることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例の構成図、第２図は本発
明による他の実施例の構成図、第３図及び第４図は更に
他の実施例の構成図、第５図は従来技術を説明する図で
ある。 １０・・・ガスタービン装置　１１・・・空気圧縮機１
２・・・ガスタービン　　　１３．４２・・・発電機１
４・・・燃焼器　　　　　　１５・・・排ガスダクト２
０・・・排熱回収ボイラ装置 ２１・・・過熱器　　　　　　２２・・・蒸発器２３・
・・節炭器 ３０・・・脱稍装置 ３３・・・アンモニア注入グ ３４・・・触媒 ３６・・・熱交換器 ３８・・・再生装置 ４１・・・蒸気タービン ２４・・・煙突 リッド ３５・・・反応器 ３７・・・水素注入装置 ４０・・・蒸気タービン装置 ４３・・・復水器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガスタービン装置から排出される排ガスを熱源として導
   き、この排ガスによって給水を予熱、蒸発、過熱し、併
   せて排ガス流路の適温の場所を選定して、脱硝装置を備
   えた排熱回収ボイラにおいて、酸素不足のマグネタイト
   で二酸化炭素を分解する反応器と、マグネタイトと排ガ
   スの熱交換を行なう熱交換器を排ガス流路の適温の場所
   に設置することを特徴とする排熱回収ボイラ装置。