JPWO2011104759A1 - 火力発電システム、およびその運転方法，火力発電システムの改造方法，火力発電システムに用いられる蒸気タービン設備，二酸化炭素分離回収装置，過熱低減器 - Google Patents
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Abstract
蒸気タービンからリボイラへ送られる抽気蒸気が有する余分な過熱エネルギーをより多く、蒸気タービンの給水系統に回収して、効率の向上を図る。ボイラ１と、蒸気タービンと、復水器２０と、復水器２０で復水した給水をボイラに送る給水系統１０１と、ボイラで発生したボイラ排ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離回収装置２００と、蒸気タービンから抽気された抽気蒸気を、二酸化炭素分離回収装置２００のリボイラ１７へ送気する抽気蒸気送気系統１０２と、抽気蒸気送気系統１０２に設けられ、リボイラ１７に送気される抽気蒸気と給水とを熱交換させる過熱低減器１４とを備える火力発電システム。本システムによれば、蒸気タービンから抽気した蒸気を、スプレーで減温，減圧せずに、抽気蒸気が有する過熱エネルギーを蒸気タービンの熱サイクルに回収でき、抽気による効率の低下を抑制できる。
Description
本発明は、二酸化炭素分離回収装置を備えた化石燃料焚き火力発電システムに関する。
本発明に係る二酸化炭素分離回収装置を備えた化石燃料焚き火力発電システムとしては、化石燃料、例えば石炭焚ボイラの排気ガスから二酸化炭素を分離し回収する装置（ＰＣＣ：Post Combustion CO2 Capture）を備えたシステムがある。
一般的にボイラの排ガス中から二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置では、吸収液循環ポンプを駆動して吸収液を吸収塔と再生塔との間で循環させ、吸収塔にてボイラ排ガスに含まれた二酸化炭素を吸収液に吸収させ、再生塔でこの吸収液に吸収した二酸化炭素を分離して回収している。
即ち、ボイラ排ガス中の二酸化炭素成分と吸収液を吸収塔内で接触させて約４０℃程度の吸収液がガス中の二酸化炭素との化学反応（発熱反応）により二酸化炭素を吸収する。
この時の吸収液と二酸化炭素の化学反応により約７０℃程度の二酸化炭素に富んだリッチ吸収液は吸収塔を出た後で、再生塔から供給される再生された約１２０℃の吸収液（リーン吸収液と呼ぶ）と熱交換を行い約１００℃程度まで昇温し、熱交換された後のリッチ吸収液は再生塔でさらに１２０℃〜１３０℃程度に加熱されてリッチ吸収液に吸収した二酸化炭素を分離する。再生塔で二酸化炭素を分離した吸収液はリーン吸収液となって再度吸収塔に導入されてボイラ排ガス中の二酸化炭素を吸収する。
この際、再生塔内の吸収液を二酸化炭素を分離させてリーン吸収液となるように加熱するために、再生塔に加熱蒸気を供給するリボイラは多量の加熱蒸気を発生させる必要がある。
そこで、特許第４２７４８４６号公報には、二酸化炭素分離回収装置を備えた化石燃料焚き火力発電システムとして、高圧タービン，中圧タービン及び低圧タービンを有する蒸気タービンと、これらを駆動する蒸気を発生させるためのボイラと、ボイラの燃焼排ガスから二酸化炭素を吸収除去するための二酸化炭素吸収液を備える二酸化炭素吸収塔と、二酸化炭素を吸収した該二酸化炭素吸収液を再生するための再生塔と、除去された二酸化炭素を圧縮するためのコンプレッサと、高圧タービンの排出蒸気の一部により駆動するコンプレッサ用のタービンと、中圧タービンの排出蒸気の一部により駆動する補機用タービンと、コンプレッサ用タービン及び補機用タービンの排出蒸気を再生塔のリボイラに加熱源として供給するための供給管とを有するシステムが開示されている。
上記従来技術では、リボイラの加熱源に用いるために、中圧タービンの排出蒸気を用いることによって、タービン効率が低下することを補うため、排出蒸気が有する余分なエネルギーを背圧タービンに導入して動力として回収している。
しかしながら、リボイラが何らかの原因で緊急停止した際に、リボイラからの逆流蒸気によりタービンが加速する不具合を予防するために、リボイラへの送気系統に逆止弁や止め弁を設置する必要があり、また、送気配管や流量計の圧力損失を考慮すると、背圧タービンの排気圧力が高くなってしまい、背圧タービンでの動力回収量が減少するため、効率向上は限定的である。
そこで、本発明は、蒸気タービンからリボイラへ送られる抽気蒸気が有する余分な過熱エネルギーをより多く、蒸気タービンの給水系統に回収して、ボイラを含めた効率の向上を図ることができる二酸化炭素分離回収装置を備えた火力発電システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、ボイラと、ボイラで生成した蒸気で駆動する蒸気タービンと、蒸気タービンを駆動した蒸気を冷却して復水する復水器と、復水器で復水した給水をボイラに送る給水系統と、ボイラで発生したボイラ排ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離回収装置と、を備えた火力発電システムにおいて、蒸気タービンから抽気され、二酸化炭素分離回収装置のリボイラへ送気される抽気蒸気と、復水器からボイラへ送られる給水とを熱交換させる。
本発明によれば、二酸化炭素分離回収装置を備えた火力発電システムにおいて、蒸気タービンからリボイラへ送られる抽気蒸気が有する余分な過熱エネルギーをより多く、蒸気タービンの給水系統に回収して、ボイラを含めた効率向上を図ることができる。
また、ボイラの燃料使用量を大幅に下げることができ、ボイラの排ガス量が低減されボイラからの二酸化炭素の排出量を低減できる。
本発明の実施例である火力発電システムについて図面を参照して以下に説明する。なお、各図面を通し、同等の構成要素には同一の符号を付してある。
本発明の第１実施例である火力発電システムについて図１および図２を引用して説明する。本実施例の火力発電システムのうち、蒸気タービン設備側システムの概略構成を図１に、二酸化炭素分離回収装置側システムの概略構成を図２に図示する。なお、本実施例は、蒸気タービン設備１００および二酸化炭素分離回収装置２００が新設の場合を示すものである。
本実施例に係る火力発電システムの蒸気タービン設備１００について説明する。図１に示したように、蒸気タービン設備１００は、化石燃料を焚いて蒸気を生成するボイラ１と、ボイラ１で生成した蒸気で回転駆動する蒸気タービンを構成する高圧タービン２，中圧タービン３、および低圧タービン４と、蒸気タービンの回転力を電力に変換する発電機５と、蒸気タービンを回転駆動した蒸気を凝縮して復水化させる復水器２０と、復水器２０で復水化した給水をボイラ１に送る給水系統１０１とを備える。
ボイラ１は、化石燃料を燃焼させて得た熱で復水器２０から供給された給水を加熱し、高温高圧の蒸気を生成する。ボイラ１で生成された蒸気は、高圧タービン２に送られ、高圧タービン２で動力を発生して減圧される。高圧タービン２を駆動した蒸気は、ボイラ１に再度戻され、ボイラ１で再度加熱されて高温再熱蒸気となる。ボイラ１で再度加熱された再熱蒸気はボイラ１から中圧タービン３に送られ、中圧タービン３で動力を発生して減圧される。中圧タービン３を駆動した蒸気は、クロスオーバ管４８を流下して低圧タービン４に送られ、低圧タービン４で動力を発生し、さらに減圧される。低圧タービン４を駆動した蒸気は、復水器２０に送られ、復水器２０で冷却されて凝縮し、復水される。復水器２０で復水化された復水は、給水として給水系統１０１を流下し、再びボイラ１に供給される。
高圧タービン２，中圧タービン３，低圧タービン４、および発電機５はタービンロータを介して接続されており、タービンの動力が、発電機５で電力として取り出される。
給水系統１０１は、復水器２０からボイラ１に向かって、順に復水ポンプ２１，グランド復水器２２，第１低圧給水加熱器２４，第２低圧給水加熱器２５，第３低圧給水加熱器２６，第４低圧給水加熱器２７，脱気器８，ボイラ給水ポンプ入口昇圧ポンプ９，ボイラ給水ポンプ１０，高圧給水加熱器１１を備える。
第１低圧給水加熱器２４，第２低圧給水加熱器２５，第３低圧給水加熱器２６、および第４低圧給水加熱器２７には、低圧タービン４からそれぞれ第１抽気管４４，第２抽気管４３，第３抽気管４２，第４抽気管４１を経て抽気蒸気が加熱源として送られる。
復水器２０で復水した給水は、復水ポンプ２１に送られて昇圧され、グランド復水器２２に送られる。グランド復水器２２を通過した給水は、順次、第１低圧給水加熱器２４，第２低圧給水加熱器２５，第３低圧給水加熱器２６、および第４低圧給水加熱器２７を流下しつつ、各給水加熱器で抽気蒸気と熱交換して加熱される。
第２低圧給水加熱器２５のドレンは、第２低圧給水加熱器ドレン管３５を流下して第１低圧給水加熱器２４に送られる。第１低圧給水加熱器２４のドレンは第１低圧給水加熱器ドレン管３６を流下して復水器２０に回収される。一方、第４低圧給水加熱器２７のドレンは、第４低圧給水加熱器ドレン管３３を流下して第３低圧給水加熱器２６に送られる。第３低圧給水加熱器２６のドレンは、第３低圧給水加熱器ドレンポンプ３７に送られて昇圧され、第３低圧給水加熱器ドレン管３４を流下して給水系統１０１を構成する第３低圧給水加熱器ドレンポンプ出口復水管３８内に戻される。なお、第３低圧給水加熱器ドレンポンプ出口復水管３８は、第３低圧給水加熱器２６と第４低圧給水加熱器２７とに接続する配管である。
次に、二酸化炭素分離回収装置２００について説明する。図２に示したように、二酸化炭素分離回収装置２００は、蒸気タービン設備１００のボイラ１から排出されたボイラ排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液で吸収する吸収塔６５と、吸収塔６５で二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を分離する再生塔７２と、蒸気を生成し、蒸気を吸収液から二酸化炭素を分離するための熱源として再生塔７２に供給するリボイラ１７とを備える。
ボイラ１は、化石燃料を燃焼させた際に、二酸化炭素を含んだボイラ排ガスを発生させる。ボイラ１で発生したボイラ排ガスは、ボイラ１からボイラ排ガス管６０を流下してボイラ排ガス昇圧ファン６１に送られ、昇圧される。ボイラ排ガス昇圧ファン６１で昇圧したボイラ排ガスは、ボイラ排ガス冷却器６２に送られて冷却された後、吸収塔６５に送られる。
吸収塔６５に送られたボイラ排ガスは、吸収塔６５内で二酸化炭素ガスを吸収液に吸収され、二酸化炭素を含まない処理ガスとなる。処理ガスは、吸収塔６５から吸収塔出口ボイラ排ガス管６６を流下して煙突６７に送られ、煙突６７から大気に排出される。
一方、ボイラ１から送られたボイラ排ガスのうち、二酸化炭素分離回収過程を経ないボイラ排ガスは、ボイラ排ガス昇圧ファン６１の上流でボイラ排ガス管６０から分岐したバイパスガス管６４を流下し、吸収塔出口ボイラ排ガス管６６に合流し、煙突６７に導かれる。バイパスガス管６４には、バイパスガス管６４の流量を制御するバイパスバタフライ弁６３が設けられている。バイパスバタフライ弁６３の開度を制御することにより、二酸化炭素分離回収装置２００をバイパスするボイラ排ガスの流量を制御する。
吸収塔６５内でボイラ排ガスに含まれた二酸化炭素ガスを吸収して、二酸化炭素を多く含んだリッチ吸収液は、リッチ吸収液移送ポンプ６８に送られ昇圧された後、吸収液熱交換器６９に送られ、約１００℃程度まで加熱される。吸収液熱交換器６９で加熱されたリッチ吸収液は、再生塔７２に送られ、再生塔７２内でさらに１２０℃〜１３０℃程度まで加熱され、ボイラ排ガスから吸収した二酸化炭素ガスを分離する。
リッチ吸収液から分離された二酸化炭素ガスは、再生塔７２から出口ガス冷却器７３に送られ、冷却される。出口ガス冷却器７３で冷却された二酸化炭素ガスは、リフラックスドラム７７に送られ、ガス中に含まれる水分が分離される。リフラックスドラム７７内で水分が分離された二酸化炭素ガスは、二酸化炭素排気管７８を流下して二酸化炭素の液化貯留設備（図示せず）に供給される。
リフラックスドラム７７内で二酸化炭素分離回収装置から分離された水分は、リフラックスドラム７７からリフラックスドラムポンプ７６に送られて昇圧され、再生塔７２に戻される。
再生塔７２内の吸収液の一部は、再生塔内吸収液抜き出し管７４を通じて抜き出され、リボイラ１７に送られる。リボイラ１７に送られた吸収液は、リボイラ１７内で加熱されて蒸気となる。リボイラ１７内で蒸気となった吸収液は、リボイラ出口蒸気配管７５を流下して再生塔７２に戻される。
後述するように、リボイラ１７には、抽気蒸気送気系統１０２を介して中圧タービン３から抽気された抽気蒸気が加熱源として供給されている。リボイラ１７内において、供給された抽気蒸気で吸収液を加熱し、蒸気を発生させる。
再生塔７２内で二酸化炭素ガスを分離した吸収液は、再生塔７２から吸収液熱交換器６９に送られ、吸収液熱交換器６９内でリッチ吸収液と熱交換して冷却される。吸収液熱交換器６９内で冷却された吸収液は、リーン吸収液移送ポンプ７１に送られて昇圧され、リーン吸収液冷却器７０に送られる。リーン吸収液冷却器７０に送られた吸収液は、冷却された後、吸収塔６５に戻される。以上説明したように、吸収液は、吸収塔６５と再生塔７２との間を循環するように構成されている。
蒸気タービン設備１００の説明に戻る。図１に示したように、本実施例の火力発電システムに係る蒸気タービン設備１００は、中圧タービン３から抽気した抽気蒸気を二酸化炭素分離回収装置２００のリボイラ１７に供給する抽気蒸気送気系統１０２を備える。
抽気蒸気送気系統１０２は、中圧タービン３の中間段落に設けられた抽気機構（図示せず）とリボイラ１７とに接続している。
抽気蒸気送気系統１０２は、中圧タービン３からリボイラ１７に向かって、順に抽気蒸気の逆流を防止する抽気逆止弁１２，抽気蒸気過熱低減器入口弁５４，抽気蒸気の過熱低減処理を行う抽気蒸気過熱低減器１４，抽気蒸気過熱低減器出口弁１５，リボイラ１７へ供給する抽気蒸気量および圧力を制御するリボイラ加熱蒸気入口出力制御弁１６、およびリボイラ１７へ供給する蒸気の圧力を検出するリボイラ加熱蒸気圧力検出器５８を備える。
中圧タービン３を流下する蒸気の一部は、中間段落に設けられた抽気機構によって抽気され、抽気蒸気として抽気蒸気送気系統１０２を流下して、抽気蒸気過熱低減器１４に送られる。抽気蒸気過熱低減器１４に送られた抽気蒸気は、抽気蒸気過熱低減器１４内で給水系統１０１から送られてきた給水と熱交換して、送気系統の圧力の飽和温度近くまで冷却される。
抽気蒸気過熱低減器１４内で冷却され減温した抽気蒸気は、リボイラ加熱蒸気入口出力制御弁１６を通過し、リボイラ１７へ送られる。
リボイラ加熱蒸気入口出力制御弁１６は、リボイラ１７の入口に設置されたリボイラ加熱蒸気圧力検出器５８の検出信号に基づき開閉制御される。リボイラ加熱蒸気入口出力制御弁１６の開閉制御によって、リボイラへ供給する抽気蒸気の圧力と蒸気流量が制御される。
リボイラ１７へ送られた抽気蒸気は、リボイラ１７内で再生塔７２から送られてきた吸収液と熱交換し、冷却されてドレン化する。一方、吸収液は加熱され、蒸気となる。リボイラ１７への供給熱量によって再生塔７２の吸収液が１２０℃〜１３０℃程度に加温されるので、吸収液から二酸化炭素が分離され、二酸化炭素が回収されると同時に吸収液は再生され再び吸収塔６５に送水される。
リボイラ１７で冷却されドレン化した抽気蒸気は、温水ドレンとしてリボイラドレンポンプ１８に送られて昇圧される。リボイラドレンポンプ１８で昇圧された温水ドレンは、リボイラドレンポンプ出口送水管１９を流下して第３低圧給水加熱器２６に送られる。第３低圧給水加熱器２６に送られた温水ドレンは、給水と熱交換して熱回収され、第３低圧給水加熱器ドレン管３４を流下して給水系統１０１に戻される。
給水系統１０１は、給水の一部を抽気蒸気過熱低減器１４に導き、抽気蒸気過熱低減器１４で抽気蒸気と熱交換させた後、脱気器８に戻す給水分岐系統１０３を備える。
給水分岐系統１０３は、第４低圧給水加熱器２７と脱気器８との間で給水系統１０１から分岐し、給水の流れ方向上流側から下流側に向かって、前記給水の分配量を調節する復水流量分配弁２９と、復水流量分配弁２９から抽気蒸気過熱低減器１４に接続する抽気蒸気過熱低減器入口復水管３０と、抽気蒸気加熱低減器１４から脱気器８に接続する抽気蒸気過熱低減器出口復水管３１とを有する。
また、給水系統１０１は、復水流量分配弁２９から脱気器８に接続し、給水の一部を抽気蒸気過熱低減器１４をバイパスさせる過熱低減器バイパス給水系統１０４を備える。この過熱低減器バイパス給水系統１０４は、抽気蒸気過熱低減器バイパス復水管３２で構成される。
給水系統１０１の第１乃至４低圧給水加熱器を順次流下して加熱され、昇温した給水は、復水流量分配弁２９で、抽気蒸気過熱低減器１４側と脱気器８側とに分流される。
復水流量分配弁２９で抽気蒸気過熱低減器１４側に分配された給水は、抽気蒸気過熱低減器入口復水管３０を流下して抽気蒸気過熱低減器１４に供給される。抽気蒸気過熱低減器に供給された給水は、抽気蒸気と熱交換し、抽気蒸気が有する余分な過熱エネルギーを回収して昇温する。抽気蒸気過熱低減器１４で抽気蒸気の過熱エネルギーを回収した給水は、抽気蒸気過熱低減器出口復水管３１を流下して脱気器８へ送られる。
一方、復水流量分配弁２９で脱気器８側に分配された給水は、抽気蒸気過熱低減器バイパス復水管３２を流下し、抽気蒸気過熱低減器１４をバイパスして直接脱気器８に送られる。
抽気蒸気過熱低減器１４側と脱気器８側とに分流された給水は、脱気器８で再び合流し、給水系統１０１を流下してボイラ１に送られる。
一方、抽気蒸気送気系統１０２は、抽気蒸気過熱低減器入口弁５４の上流で、抽気蒸気送気系統１０２から分岐し、脱気器８に接続する過熱低減器バイパス抽気蒸気系統１０５を備える。
過熱低減器バイパス抽気蒸気系統１０５は、抽気蒸気送気系統１０２を流下する抽気蒸気の一部を二酸化炭素分離回収装置２００のリボイラ１７をバイパスして直接蒸気タービン設備の給水系統１０１に導く。
脱気器８に導かれた抽気蒸気は、脱気器内で給水の加熱源として用いられる。脱気器入口、即ち、第４低圧給水加熱器出口の給水温度は、抽気蒸気と熱交換する上で最適な温度であり、抽気蒸気を脱気器８に導く。
二酸化炭素分離回収装置２００は、バイパスガス管６４に設けられたバイパスバタフライ弁６３の開閉制御によって、ボイラ排ガスから回収する二酸化炭素量を調節する。ボイラ排ガスから回収する二酸化炭素量の変動により、リボイラ１７が要求する抽気蒸気量も変動する。リボイラ１７が要求する抽気蒸気量の変動に合わせて抽気蒸気の一部が余剰となる場合がある。
本実施例では、リボイラ１７が要求する抽気蒸気量の変動に合わせて、余剰な抽気蒸気を過熱低減器バイパス抽気蒸気系統１０５に流し、給水系統１０１に戻す。
一方、リボイラ１７が要求する抽気蒸気量の変動に合わせて、抽気蒸気過熱低減器１４へ供給する給水量も変動させる必要がある。
本実施例では、リボイラ１７が要求する抽気蒸気量の変動に合わせて、復水流量分配弁２９で給水分岐系統１０３と過熱低減器バイパス給水系統１０４への給水分配量を調節する。
この構成によれば、タービン等の主要構成機器への影響を抑えながら、リボイラ１７の要求量の変動にも柔軟に対応して運用することができる。また、余剰な抽気蒸気は、給水系統１０１に戻すので、熱効率の低下を抑制できる。
次に、本発明の作用効果について説明する。
二酸化炭素分離回収装置２００のリボイラ１７が要求する蒸気は、過熱蒸気ではなく約３atg程度の飽和蒸気であり、その飽和温度は１４３℃である。一方、中圧タービン３から抽気する抽気蒸気の圧力／温度は、９atg／３７０℃程度である。従って、抽気蒸気が持っている過熱度が高く、リボイラ１７の必要温度１４３℃との温度差が２２７℃と大きいため、抽気蒸気をそのままリボイラ１７に送気すると両者の温度の整合が取れない。
一方、抽気蒸気をスプレーで減温すると、温度は下がるが抽気蒸気が持っている過熱エネルギーが有効に活用されなくなる。
本実施例では、蒸気タービンから抽気した蒸気を、蒸気タービンの給水と熱交換させて冷却し、冷却した蒸気をリボイラに送気するので、スプレーで減温，減圧せず、抽気蒸気が持っている過熱エネルギーを蒸気タービンの熱サイクルに戻すことができ、抽気による効率の低下を抑制できる。
本実施例では、中圧タービン３の抽気蒸気と脱気器８に入る前の給水とを熱交換させる抽気蒸気過熱低減器１４を設けて、抽気蒸気が持っている熱の有効回収を図っている。抽気した蒸気の過熱エネルギーを再び蒸気タービンサイクルに回収する手段により、蒸気タービンの出力や効率の低下を押える事が可能となる。
また、抽気した蒸気の過熱エネルギーをボイラ供給前の給水で回収することにより、給水温度が上がるので、ボイラの燃料を減らすことができ、ボイラを含めた効率も向上できる。
本実施例のシステム構成によれば、抽気蒸気で背圧タービンを駆動して動力回収後にリボイラに送気するシステムと比較して、蒸気タービン効率が２％〜３％（絶対値）向上する試算例がある。この効果により、ボイラの燃料使用量が大幅に下がり、ボイラの排ガス量が低減され経済効果のみならずボイラからの二酸化炭素の排出量を下げられる効果も得られる。
なお、本実施例において、リボイラへ供給する蒸気自体は、３atg以上の過熱蒸気であればよい。従って、圧力と温度の条件を満たせば、必ずしも、中圧タービンから抽気する必要はない。
しかしながら、タービンは、部分負荷運用すると、タービン全ての抽気圧力がほぼ比例して下がる特徴を有している。したがって、タービンが部分負荷運用された場合、低圧タービンから抽気すると、リボイラが要求する最低抽気圧力約３atg以上の必要圧力が確保できなくなる。そこで、タービンが部分負荷運用されても、リボイラが要求する最低抽気圧力約３atg以上を確保するために、低圧タービンよりも抽気圧力が高い中圧タービン排気部から抽気する。なお、高圧タービンから抽気すると必要圧力より高すぎるために抽気蒸気圧力の絞り減圧幅が増加し、タービン効率の低下をもたらす。
よって、部分負荷運転時においても最低抽気圧力を確保し、タービン効率の低下を抑えるため中圧タービンから抽気するのが望ましい。
本発明の第２実施例を図３を引用して説明する。図３は、本発明の第２の実施例に係る火力発電システムの蒸気タービン設備側システムの概略構成図である。なお、第１の実施例と同等の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。また、二酸化炭素分離回収装置についても、第１の実施例と同じであり、説明を省略する。
本実施例が、図１に示した実施例と異なるのは、抽気蒸気送気系統１０２が、過熱低減器バイパス抽気蒸気系統１０５の下流側であって、抽気蒸気過熱低減器入口弁５４の上流側に、抽気蒸気送気系統１０２から分岐し、復水器２０に接続する抽気蒸気逃がし系統１０６を備える点である。
抽気蒸気逃がし系統１０６は、上流側から復水器２０のある下流側に向かって、非常用圧力逃がし用抽気圧力検出器５７，非常用圧力逃がし止弁５２，非常用圧力逃がし調整弁５５を有する。
何らかの原因によって二酸化炭素分離回収装置２００が緊急停止した場合、リボイラ１７へ供給する抽気蒸気量および圧力を制御するリボイラ加熱蒸気入口出力制御弁１６を閉めて中圧タービン３からリボイラ１７への送気を停止し、抽気蒸気過熱低減器入口弁５４，抽気蒸気過熱低減器出口弁１５を閉めて抽気蒸気過熱低減器１４を抽気蒸気送気系統１０２から隔離する。送気停止ととも、復水流量分配弁２９を用いて本弁を通過する給水量を抽気蒸気過熱低減器バイパス復水管３２を通じて全量過熱低減器バイパス給水系統１０４側に切り替える操作を行う。
また、リボイラ１７への送気停止により余剰となった抽気蒸気は、非常用圧力逃がし止弁５２を開弁操作し、非常用圧力逃がし調整弁５５の開度を調整して圧力を調整しつつ、復水器２０へ逃す。
なお、抽気蒸気の異常圧力上昇は非常用圧力逃がし用抽気圧力検出器５７にて検出され、非常用圧力逃がし調整弁５５の開弁操作を行う。
本実施例によれば、実施例１と同様の効果を奏するとともに、火力発電システムの信頼性を向上できる。即ち、何らかの原因により二酸化炭素分離回収装置２００が緊急停止した時、すみやかに、抽気蒸気過熱低減器１４側への不必要な復水の流入を防ぐ事ができる。また、リボイラ１７への送気停止により、余剰となった抽気蒸気を抽気蒸気逃がし系統１０６を介して復水器２０に逃すことにより、低圧タービン４への流入蒸気流量の急激増大を防いで、低圧タービン４の急激な負荷増大を抑制でき、システムの信頼性を向上できる。
本発明の第３実施例を図４を引用して説明する。図４は、本発明の第３の実施例に係る火力発電システムの蒸気タービン設備側システムの概略構成図である。なお、第１および第２実施例と同等の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。また、二酸化炭素分離回収装置についても、第１の実施例と同じであり、説明を省略する。
本実施例は、既設の蒸気タービン設備に新たに二酸化炭素分離回収装置を新設した場合を示すものである。
既設の蒸気タービン設備１００に二酸化炭素分離回収装置２００を追設する場合、抽気蒸気送気系統１０２，給水分岐系統１０３，過熱低減器バイパス給水系統１０４，過熱低減器バイパス抽気蒸気系統１０５を併せて追設する。また、抽気蒸気逃がし系統１０６も設置しても良い。
リボイラ１７に送気される抽気蒸気とボイラ１に送られる前記給水とを熱交換させる抽気蒸気過熱低減器１４を、抽気蒸気送気系統１０２に設ける。
また、抽気蒸気送気系統１０２を追設するとともに、リボイラ１７で冷却されドレン化した抽気蒸気を、第３低圧給水加熱器２６で回収するため、リボイラドレンポンプ出口送水管１９を追設し、リボイラドレンポンプ出口送水管１９にリボイラドレンポンプ１８を設置する。
また必要に応じて、ドレン化した抽気蒸気を回収するため、第３低圧給水加熱器２６，第３低圧給水加熱器ドレンポンプ３７も置換する等して容量増大させる。
給水系統１０１のうち、第４低圧給水加熱器２７と脱気器８との間の配管を、第３低圧給水加熱器出口復水管２８，復水流量分配弁２９に置き換え、給水分岐系統１０３，過熱低減器バイパス給水系統１０４を追設する。
必要に応じて、脱気器８は、給水分岐系統１０３，過熱低減器バイパス給水系統１０４，過熱低減器バイパス抽気蒸気系統１０５と接続するため、置換する等して容量増大させる。
また、抽気蒸気逃がし系統１０６を設置する場合には、必要に応じて復水器２０を取替え容量を増大させる。もしくは、抽気蒸気逃がし系統１０６に、簡単な熱交換器７９を設置し、給水系統１０１の給水の一部を冷熱源として用いれば、復水器２０は取り替えずに済み、改造コストを低減できる。
また、本実施例は、図１または図３に示した実施例と異なり、クロスオーバ管４５に既設改造用の中圧タービン排気圧力調整弁４０と、クロスオーバ管圧力検出器５９を追設する点に特徴がある。
既設の蒸気タービン設備に、二酸化炭素回収装置を設け、中圧タービンの抽気蒸気をリボイラに供給するようにした場合、中圧タービンからリボイラ１７への蒸気送気圧力の確保が問題となる。
そこで、二酸化炭素回収装置非設置時の中圧タービン３排気部の圧力と、設置後の中圧タービン３排気部の圧力とが同一圧力となる様に、クロスオーバ管圧力検出器５９の検出値に基づき、図示しない制御装置を介して中圧タービン排気圧力調整弁４０を絞る。
中圧タービン排気圧力調製弁の上流側の圧力を上げて低圧タービン４への蒸気量を減らし、既設中圧タービンの排気圧力の過度な低下を防ぐ制御を行う。
本実施例によれば、既設の蒸気タービン設備に二酸化炭素分離回収装置を新設した場合においても、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、二酸化炭素分離回収装置を新設し、新設のリボイラ用に送気蒸気を抽気した場合においても、既設の中圧タービンの排気圧力の大幅な低下を防ぎ、抽気蒸気送気系統１０２への抽気蒸気送気に必要な圧力を確保できる。
１ ボイラ
２ 高圧タービン
３ 中圧タービン
４ 低圧タービン
５ 発電機
８ 脱気器
９ ボイラ給水ポンプ入口昇圧ポンプ
１０ ボイラ給水ポンプ
１１ 高圧給水加熱器
１２ 抽気逆止弁
１３ 抽気蒸気過熱低減器入口管
１４ 抽気蒸気過熱低減器
１５ 抽気蒸気過熱低減器出口弁
１６ リボイラ加熱蒸気入口出力制御弁
１７ リボイラ
１８ リボイラドレンポンプ
１９ リボイラドレンポンプ出口送水管
２０ 復水器
２１ 復水ポンプ
２２ グランド復水器
２３ 低圧第１給水加熱器入口復水管
２４ 第１低圧給水加熱器
２５ 第２低圧給水加熱器
２６ 第３低圧給水加熱器
２７ 第４低圧給水加熱器
２８ 第３低圧給水加熱器出口復水管
２９ 復水流量分配弁
３０ 抽気蒸気過熱低減器入口復水管
３１ 抽気蒸気過熱低減器出口復水管
３２ 抽気蒸気過熱低減器バイパス復水管
３３ 第４低圧給水加熱器ドレン管
３４ 第３低圧給水加熱器ドレン管
３５ 第２低圧給水加熱器ドレン管
３６ 第１低圧給水加熱器ドレン管
３７ 第３低圧給水加熱器ドレンポンプ
３８ 第３低圧給水加熱器ドレンポンプ出口復水管
４０ 中圧タービン排気圧力調整弁
４１ 第４抽気管
４２ 第３抽気管
４３ 第２抽気管
４４ 第１抽気管
４８ クロスオーバ管
５１ 非常用圧力逃がし管
５２ 非常用圧力逃がし止弁
５３ 抽気分岐第２配管
５４ 抽気蒸気過熱低減器入口弁
５５ 非常用圧力逃がし調整弁
５６ 非常用圧力逃がし復水器入口管
５７ 非常用圧力逃がし用抽気圧力検出器
５８ リボイラ加熱蒸気圧力検出器
５９ クロスオーバ管圧力検出器
６０ ボイラ排ガス管
６１ ボイラ排ガス昇圧ファン
６２ ボイラ排ガス冷却器
６３ バイパスバタフライ弁
６４ バイパスガス管
６５ 吸収塔
６６ 吸収塔出口ボイラ排ガス管
６７ 煙突
６８ リッチ吸収液移送ポンプ
６９ 吸収液熱交換器
７０ リーン吸収液冷却器
７１ リーン吸収液移送ポンプ
７２ 再生塔
７３ 出口ガス冷却器
７４ 再生塔内吸収液抜き出し管
７５ リボイラ出口蒸気配管
７６ リフラックスドラムポンプ
７７ リフラックスドラム
７８ 二酸化炭素排気管
１００ 蒸気タービン設備
１０１ 給水系統
１０２ 抽気蒸気送気系統
１０３ 給水分岐系統
１０４ 過熱低減器バイパス給水系統
１０５ 過熱低減器バイパス抽気蒸気系統
１０６ 抽気蒸気逃がし系統
２００ 二酸化炭素分離回収装置
２ 高圧タービン
３ 中圧タービン
４ 低圧タービン
５ 発電機
８ 脱気器
９ ボイラ給水ポンプ入口昇圧ポンプ
１０ ボイラ給水ポンプ
１１ 高圧給水加熱器
１２ 抽気逆止弁
１３ 抽気蒸気過熱低減器入口管
１４ 抽気蒸気過熱低減器
１５ 抽気蒸気過熱低減器出口弁
１６ リボイラ加熱蒸気入口出力制御弁
１７ リボイラ
１８ リボイラドレンポンプ
１９ リボイラドレンポンプ出口送水管
２０ 復水器
２１ 復水ポンプ
２２ グランド復水器
２３ 低圧第１給水加熱器入口復水管
２４ 第１低圧給水加熱器
２５ 第２低圧給水加熱器
２６ 第３低圧給水加熱器
２７ 第４低圧給水加熱器
２８ 第３低圧給水加熱器出口復水管
２９ 復水流量分配弁
３０ 抽気蒸気過熱低減器入口復水管
３１ 抽気蒸気過熱低減器出口復水管
３２ 抽気蒸気過熱低減器バイパス復水管
３３ 第４低圧給水加熱器ドレン管
３４ 第３低圧給水加熱器ドレン管
３５ 第２低圧給水加熱器ドレン管
３６ 第１低圧給水加熱器ドレン管
３７ 第３低圧給水加熱器ドレンポンプ
３８ 第３低圧給水加熱器ドレンポンプ出口復水管
４０ 中圧タービン排気圧力調整弁
４１ 第４抽気管
４２ 第３抽気管
４３ 第２抽気管
４４ 第１抽気管
４８ クロスオーバ管
５１ 非常用圧力逃がし管
５２ 非常用圧力逃がし止弁
５３ 抽気分岐第２配管
５４ 抽気蒸気過熱低減器入口弁
５５ 非常用圧力逃がし調整弁
５６ 非常用圧力逃がし復水器入口管
５７ 非常用圧力逃がし用抽気圧力検出器
５８ リボイラ加熱蒸気圧力検出器
５９ クロスオーバ管圧力検出器
６０ ボイラ排ガス管
６１ ボイラ排ガス昇圧ファン
６２ ボイラ排ガス冷却器
６３ バイパスバタフライ弁
６４ バイパスガス管
６５ 吸収塔
６６ 吸収塔出口ボイラ排ガス管
６７ 煙突
６８ リッチ吸収液移送ポンプ
６９ 吸収液熱交換器
７０ リーン吸収液冷却器
７１ リーン吸収液移送ポンプ
７２ 再生塔
７３ 出口ガス冷却器
７４ 再生塔内吸収液抜き出し管
７５ リボイラ出口蒸気配管
７６ リフラックスドラムポンプ
７７ リフラックスドラム
７８ 二酸化炭素排気管
１００ 蒸気タービン設備
１０１ 給水系統
１０２ 抽気蒸気送気系統
１０３ 給水分岐系統
１０４ 過熱低減器バイパス給水系統
１０５ 過熱低減器バイパス抽気蒸気系統
１０６ 抽気蒸気逃がし系統
２００ 二酸化炭素分離回収装置
Claims (23)
- ボイラと、該ボイラで生成した蒸気で駆動する蒸気タービンと、該蒸気タービンを駆動した蒸気を冷却して復水する復水器と、該復水器で復水した給水を前記ボイラに送る給水系統と、前記ボイラで発生したボイラ排ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離回収装置と、前記蒸気タービンから抽気された抽気蒸気を、前記二酸化炭素分離回収装置のリボイラへ送気する抽気蒸気送気系統と、を備えた火力発電システムにおいて、
前記抽気蒸気送気系統に設けられ、前記リボイラに送気される抽気蒸気と前記ボイラに送られる前記給水とを熱交換させる過熱低減器を備えることを特徴とする火力発電システム。 - 前記給水系統は、前記給水を前記過熱低減器に導き、前記過熱低減器で前記抽気蒸気と熱交換した前記給水を前記給水系統に戻す給水分岐系統と、前記給水を前記過熱低減器をバイパスさせて前記ボイラに送る過熱低減器バイパス給水系統と、前記給水分岐系統と前記過熱低減器バイパス給水系統とに流下させる前記給水の分配量を調節する第１の弁とを備え、
前記抽気蒸気送気系統は、前記抽気蒸気送気系統を流下する抽気蒸気を前記過熱低減器をバイパスして前記給水系統に導く過熱低減器バイパス抽気蒸気系統と、前記過熱低減器と、前記過熱低減器バイパス抽気蒸気系統とに送気する抽気蒸気の分配量を調節する第２の弁とを備えることを特徴とする請求項１記載の火力発電システム。 - 前記抽気蒸気送気系統は、
前記第２の弁の上流側であって、かつ前記過熱低減器バイパス抽気蒸気系統の下流側に、前記抽気蒸気を前記復水器に導く抽気蒸気逃がし系統を備え、
前記抽気蒸気逃がし系統は、前記抽気蒸気逃がし系統を流下する抽気蒸気量を調節する第３の弁と、前記抽気蒸気逃がし系統を流下する抽気蒸気の圧力を調節する第４の弁とを備えることを特徴とする請求項２記載の火力発電システム。 - 前記蒸気タービンから抽気する蒸気は、３atg以上、かつ過熱蒸気であることを特徴とする請求項１記載の火力発電システム。
- 前記抽気蒸気を抽気する蒸気タービンは中圧タービンであることを特徴とする請求項１記載の火力発電システム。
- ボイラと、該ボイラで生成した蒸気で駆動する蒸気タービンと、該蒸気タービンを駆動した蒸気を冷却して復水する復水器と、該復水器で復水した給水を前記ボイラに送る給水系統とを備え、前記蒸気タービンから抽気した抽気蒸気を、前記ボイラで発生したボイラ排ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離回収装置のリボイラに送気する蒸気タービン設備であって、
前記リボイラに送気される前記抽気蒸気を熱源とする前記過熱低減器に前記給水を送水し、前記過熱低減器で前記抽気蒸気と熱交換して加熱された前記給水を取水する前記給水系統を備えることを特徴とする蒸気タービン設備。 - 前記給水系統は、前記給水を前記過熱低減器をバイパスして前記ボイラに送水する過熱低減器バイパス給水系統と、前記過熱低減器に送水する給水量と前記過熱低減器バイパス給水系統に流下させる給水量とを調節する第１の弁と、前記過熱低減器をバイパスした前記抽気蒸気を前記給水で冷却し復水する熱交換器とを備えることを特徴とする請求項６記載の蒸気タービン設備。
- 前記復水器は、前記過熱低減器および前記リボイラをバイパスした前記抽気蒸気を取水し、復水して前記給水系統に戻すことを特徴とする請求項７記載の蒸気タービン設備。
- 前記蒸気タービンから抽気する蒸気は、３atg以上、かつ過熱蒸気であることを特徴とする請求項６記載の蒸気タービン設備。
- 前記抽気蒸気を抽気する蒸気タービンは中圧タービンであることを特徴とする請求項６記載の蒸気タービン設備。
- 蒸気タービン設備のボイラから排出されたボイラ排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液で吸収する吸収塔と、該吸収塔で前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液から前記二酸化炭素を分離する再生塔と、蒸気を生成し、該蒸気を前記吸収液から前記二酸化炭素を分離するための熱源として前記再生塔に供給するリボイラとを備える蒸気タービン設備の二酸化炭素分離回収装置であって、
前記蒸気タービン設備を構成するタービンから抽気された抽気蒸気を熱源とする前記リボイラを備え、
前記リボイラに供給される前記抽気蒸気は、前記蒸気タービン設備を構成する復水器から前記ボイラに送水される給水と熱交換することにより過熱低減処理が施されていることを特徴とする蒸気タービン設備の二酸化炭素分離回収装置。 - 前記タービンから抽気された抽気蒸気を前記リボイラに送気する抽気蒸気送気系統と、
前記抽気蒸気送気系統に設けられ、前記リボイラに供給される前記抽気蒸気と前記給水とを熱交換させて過熱低減処理を行う過熱低減器と、
前記抽気蒸気送気系統を流下する抽気蒸気を前記過熱低減器をバイパスして前記蒸気タービン設備の給水系統に送る過熱低減器バイパス抽気蒸気系統と、
前記給水系統から分岐して、前記給水を前記過熱低減器に導き、前記過熱低減器で前記抽気蒸気と熱交換した前記給水を前記給水系統に戻す給水分岐系統と、
前記給水系統または給水分岐系統に設けられ、前記過熱低減器をバイパスして前記ボイラに送水される給水量と、前記給水分岐系統を流下させる給水量の分配量を調節する第１の弁と、
前記過熱低減器と、前記過熱低減器バイパス抽気蒸気系統とに送気する抽気蒸気の分配量を調節する第２の弁とを備えることを特徴とする請求項１１記載の蒸気タービン設備の二酸化炭素分離回収装置。 - 前記抽気蒸気送気系統は、前記第２の弁の上流側であって、かつ前記過熱低減器バイパス抽気蒸気系統の下流側に、前記抽気蒸気を前記復水器に導く抽気蒸気逃がし系統を備え、
前記抽気蒸気逃がし系統は、前記抽気蒸気逃がし系統を流下する抽気蒸気量を調節する第３の弁と、前記抽気蒸気逃がし系統を流下する抽気蒸気の圧力を調節する第４の弁とを備えることを特徴とする請求項１２記載の蒸気タービン設備の二酸化炭素分離回収装置。 - 前記タービンから抽気する蒸気は、３atg以上、かつ過熱蒸気であることを特徴とする請求項１１記載の蒸気タービン設備の二酸化炭素分離回収装置。
- 前記抽気蒸気を抽気するタービンは中圧タービンであることを特徴とする請求項１１記載の蒸気タービン設備の二酸化炭素分離回収装置。
- ボイラで生成した蒸気で駆動する蒸気タービンから抽気した抽気蒸気を、前記ボイラで発生したボイラ排ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離回収装置のリボイラに送気する抽気蒸気送気系統に設けられ、前記リボイラに送気される抽気蒸気を前記蒸気タービンの給水と熱交換させて過熱低減することを特徴とする火力発電システムの過熱低減器。
- 前記蒸気タービンから抽気する蒸気は、３atg以上、かつ過熱蒸気であることを特徴とする請求項１６記載の火力発電システムの過熱低減器。
- ボイラで生成した蒸気で駆動する蒸気タービンから蒸気を抽気し、抽気した蒸気を、前記蒸気タービンの給水と熱交換させて冷却し、冷却した蒸気を、前記ボイラで発生したボイラ排ガスから二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離回収装置のリボイラに送気する火力発電システムの運転方法。
- 前記蒸気タービンから抽気する蒸気は、３atg以上、かつ過熱蒸気であることを特徴とする請求項１８記載の火力発電システムの運転方法。
- ボイラと、該ボイラで生成した蒸気で駆動する蒸気タービンと、該蒸気タービンを駆動した蒸気を冷却して復水する復水器と、該復水器で復水した給水を前記ボイラに送る給水系統とを備える火力発電システムの改造方法であって、
前記ボイラから排出されたボイラ排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液で吸収する吸収塔と、該吸収塔で前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液から前記二酸化炭素を分離する再生塔と、蒸気を生成し、該蒸気を前記吸収液から前記二酸化炭素を分離するための熱源として前記再生塔に供給するリボイラとを備えた二酸化炭素分離回収装置と、
前記蒸気タービンを構成する中圧タービンから抽気された抽気蒸気を、前記二酸化炭素分離回収装置のリボイラへ送気する抽気蒸気送気系統とを追設し、
前記蒸気タービンを構成する低圧タービンに前記中圧タービンから排出された蒸気を送気するクロスオーバ管に蒸気圧力を調節する圧力調節弁を設けることを特徴とする火力発電システムの改造方法。 - ボイラと、該ボイラで生成した蒸気で駆動する蒸気タービンと、該蒸気タービンを駆動した蒸気を冷却して復水する復水器と、該復水器で復水した給水を前記ボイラに送る給水系統とを備える火力発電システムの改造方法であって、
前記ボイラから排出されたボイラ排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液で吸収する吸収塔と、該吸収塔で前記二酸化炭素を吸収した前記吸収液から前記二酸化炭素を分離する再生塔と、蒸気を生成し、該蒸気を前記吸収液から前記二酸化炭素を分離するための熱源として前記再生塔に供給するリボイラとを備えた二酸化炭素分離回収装置と、
前記蒸気タービンを構成する中圧タービンから抽気された抽気蒸気を、前記二酸化炭素分離回収装置のリボイラへ送気する抽気蒸気送気系統とを追設し、
前記リボイラに送気される抽気蒸気と前記ボイラに送られる前記給水とを熱交換させる過熱低減器を、前記抽気蒸気送気系統に設け、
前記蒸気タービンを構成する低圧タービンに前記中圧タービンから排出された主蒸気を送気するクロスオーバ管に主蒸気圧力を調節する圧力調節弁を設けることを特徴とする火力発電システムの改造方法。 - 前記給水系統に、前記給水を前記過熱低減器に導き、前記過熱低減器で前記抽気蒸気と熱交換した前記給水を前記給水系統に戻す給水分岐系統と、前記給水を前記過熱低減器をバイパスさせて前記ボイラに送る過熱低減器バイパス給水系統と、前記給水分岐系統と過熱低減器バイパス給水系統とに流下させる給水の分配量を調節する第１の弁とを追設し、
前記抽気蒸気送気系統に、前記抽気蒸気送気系統を流下する抽気蒸気を前記過熱低減器をバイパスして前記給水系統に導く過熱低減器バイパス抽気蒸気系統と、前記過熱低減器と前記過熱低減器バイパス抽気蒸気系統とに送気する抽気蒸気の分配量を調節する第２の弁とを追設することを特徴とする請求項２１記載の火力発電システムの改造方法。 - 前記抽気蒸気送気系統に、
前記第２の弁の上流側であって、かつ前記過熱低減器バイパス抽気蒸気系統の下流側に、前記抽気蒸気を前記復水器に導く抽気蒸気逃がし系統を追設し、
前記抽気蒸気逃がし系統に、前記抽気蒸気逃がし系統を流下する抽気蒸気量を調節する第３の弁と、前記抽気蒸気逃がし系統を流下する抽気蒸気の圧力を調節する第４の弁とを設けることを特徴とする請求項２２記載の火力発電システムの改造方法。
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