JPWO2014024791A1 - 排ガス処理システム - Google Patents

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Abstract

エネルギー効率を更に向上させたＣＯ２回収装置を備える排ガス処理システムを提供する。排ガス処理システム（１）は、ＣＯ２吸収塔（１１）、吸収液再生塔（１６）及びリボイラ（２１）を備えるＣＯ２回収装置（１０）と、ＣＯ２回収装置（１０）のガス上流側に設けられる排ガス熱交換器（５）とを備える。熱交換器（２２）においてＣＯ２吸収塔（１１）から排出されたプロセス凝縮水とリボイラ（２１）から排出されたスチーム凝縮水との間で熱交換される。加熱されたプロセス凝縮水は吸収液再生塔（１６）に供給される。排ガス熱交換器（５）において、冷却されたスチーム凝縮水と排ガスとの間で熱交換されて、スチーム凝縮水が加熱されるとともに排ガスが冷却される。

Description

本発明は、排ガス中からＣＯ２を除去するＣＯ２回収装置が設置された排ガス処理システムに関する。
石炭や重油などの化石燃料を燃焼させて発電する火力発電システムでは、多量のＣＯ２が排出される。近年、地球の温暖化現象の原因の一つとして、ＣＯ２による温室効果が指摘され、地球環境を守る上で国際的にもその対策が急務となってきた。このため、排出抑制への要求が一層強まる傾向にある。
火力発電システムにおいては、ボイラの下流側流通路にＣＯ２回収装置を備える排ガス処理システムが設置される。ＣＯ２回収装置は、例えば特許文献１及び特許文献２に例示されるように、ＣＯ２吸収塔と再生塔とを備える。ＣＯ２吸収塔ではボイラからの燃焼排ガスをアミン系ＣＯ２吸収液と接触させ、燃焼排ガス中のＣＯ２を除去する。ＣＯ２を吸収した吸収液は再生塔に搬送される。再生塔では、ＣＯ２を吸収した吸収液が加熱され、吸収液からＣＯ２を放出されて吸収液が再生される。再生塔で再生された吸収液は、ＣＯ２吸収塔に循環されて再使用される。ＣＯ２回収装置により燃焼排ガスから回収されたＣＯ２は、大気へ放出することなく貯蔵されるか，原油増産等に利用される。
上記ＣＯ２回収装置は燃焼設備に付加して設置されるため、その操業費用もできるだけ低減させなければならない。特に吸収液を再生する工程は多量の熱エネルギーを消費するので、可能な限り省エネルギープロセスとする必要がある。
特許文献１の排ガス処理システムでは、ＣＯ２吸収塔の底部から抜出されてＣＯ２再生塔に送給される吸収液の一部が、再生塔底部から抜き出されてＣＯ２吸収塔に送給される再生吸収液との間で熱交換を行う前に、ＣＯ２再生塔のリボイラの蒸気と熱交換することで予熱させる。このような構成とすることにより、再生塔内の吸収液の顕熱を上昇させ、ＣＯ２除去設備へ供給する蒸気量を低減させている。
特許文献２の火力発電システムでは、ボイラから排出される排ガスを冷却することによって回収した熱量を、ＣＯ２吸収塔から再生塔に送給されるＣＯ２を吸収した吸収液の加熱に用いている。また、タービンから送られる水蒸気を水に戻す復水器からの復水を、ＣＯ２吸収塔内で吸収液の回収に使用される水洗水の冷却に使用するとともに、再生塔で離脱したＣＯ２の冷却に使用している。
特開２０１１−２４０３２１号公報 特開２０１２−３７１８０号公報
本発明は、系内での水蒸気発生量の大幅な低減を図りつつ、エネルギー効率を更に向上させたＣＯ２回収装置を備える排ガス処理システムを提供することを目的とする。
本発明の一態様は、燃料を燃焼させて水を加熱し水蒸気を発生させるボイラの下流側に設けられる排ガス処理システムであって、前記ボイラで発生したＣＯ２を含有する排ガスとＣＯ２吸収液とを接触させて、前記ＣＯ２吸収液に前記ＣＯ２を吸収させて前記排ガス中から前記ＣＯ２を除去するＣＯ２吸収塔と、前記ＣＯ２を吸収した前記ＣＯ２吸収液から前記ＣＯ２を脱離させて再生する吸収液再生塔と、前記吸収液再生塔から排出された前記ＣＯ２吸収液を水蒸気によって加熱し、気化した前記ＣＯ２吸収液を前記吸収液再生塔に供給するリボイラと、を備えるＣＯ２回収装置と、前記ＣＯ２回収装置のガス上流側に設けられる排ガス熱交換器とを備え、前記水蒸気が前記ボイラから前記リボイラに送給され、前記リボイラにおいて前記ＣＯ２吸収液と前記水蒸気との間で熱交換が行われ、前記水蒸気が冷却されてスチーム凝縮水とされ、熱交換器において、前記ＣＯ２吸収塔から排出されたＣＯ２吸収液と前記リボイラから排出されたスチーム凝縮水との間で熱交換が行われ、前記ＣＯ２吸収液が加熱されるとともに、前記スチーム凝縮水が冷却され、前記熱交換器で加熱された前記ＣＯ２吸収液が前記吸収液再生塔に供給され、前記排ガス熱交換器において、前記冷却されたスチーム凝縮水と前記排ガスとの間で熱交換されて、前記スチーム凝縮水が加熱されるとともに前記排ガスが冷却される。
上記排ガス処理システムにおいて、前記ＣＯ２吸収液が、前記ＣＯ２吸収塔内の水洗部から排出されたプロセス凝縮水であることが好ましい。あるいは、上記排ガス処理システムにおいて、前記ＣＯ２吸収液が、前記ＣＯ２吸収塔の底部から排出された溶液であることが好ましい。
このように、本発明の排ガス処理システムは、プロセス凝縮水やＣＯ２吸収塔底部から排出されたＣＯ２吸収液（リッチ溶液）をリボイラから排出されたスチーム凝縮水により加熱して吸収液再生塔に送給し、ＣＯ２吸収液との熱交換により冷却されたスチーム凝縮水を排ガスの熱量を利用して再加熱することによって、システム全体の熱効率を向上させることができる。
上記排ガス処理システムにおいて、前記排ガス熱交換器において前記ＣＯ２吸収液と前記排ガスとの間で熱交換されて、前記ＣＯ２吸収液が加熱されるとともに前記排ガスが冷却され、前記加熱されたＣＯ２吸収液が前記吸収液再生塔に送給されることが好ましい。
このように、排ガスの熱量を利用してＣＯ２吸収液（プロセス凝縮水またはリッチ溶液）を加熱することによって、更に熱効率を向上させることができる。
上記排ガス処理システムにおいて、前記排ガス熱交換器で加熱されたスチーム凝縮水が、前記リボイラに送給されることが好ましい。
排ガスの熱量によって加熱することにより、スチーム凝縮水から水蒸気が発生する。この水蒸気をリボイラに送給すれば、ボイラ等の外部から送給すべき水蒸気量を低減させることができる。
上記排ガス処理システムにおいて、前記排ガス熱交換器で加熱されたスチーム凝縮水が、前記ボイラに送給されることが好ましい。
上記構成とすれば、従来よりも高い温度でボイラ給水をボイラに供給可能となり、ボイラの効率を向上させることができる。
本発明に依れば、排ガスから回収した熱をＣＯ２除去プロセスやボイラに使用するので、排ガス処理システムを含めた発電システム内の熱効率を向上させることができる。同時に，排ガス中の不純物の除去効率も向上させることができる。
排ガス処理システムの概略図である。 第１実施形態に係る排ガス処理システムにおけるＣＯ２回収装置を説明する概略図である。 第２実施形態に係る排ガス処理システムにおけるＣＯ２回収装置を説明する概略図である。 第３実施形態に係る排ガス処理システムにおけるＣＯ２回収装置を説明する概略図である。 第４実施形態に係る排ガス処理システムにおけるＣＯ２回収装置を説明する概略図である。 第５実施形態に係る排ガス処理システムにおけるＣＯ２回収装置を説明する概略図である。 比較例１の排ガス処理システムにおけるＣＯ２回収装置を説明する概略図である。
＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態に係る排ガス処理システムの概略図である。排ガス処理システム１は、ボイラ２などの燃焼設備の下流側に設置される。図中の矢印は、ボイラ２で発生した排ガスの流れを表している。排ガス処理システム１は、ガス上流側から順に、脱硝装置３、エアヒータ４、乾式電気集塵装置６、湿式脱硫装置７、ＣＯ２回収装置１０、及び、煙突８を備える。第１実施形態の排ガス処理システム１では、エアヒータ４と乾式電気集塵装置６との間に排ガス熱交換器５が設置される。排ガス熱交換器５は、乾式電気集塵装置６と湿式脱硫装置７との間に設置されても良い。
図２は、第１実施形態に係る排ガス処理システムにおけるＣＯ２回収装置を説明する概略図である。第１実施形態のＣＯ２回収装置１０は、ＣＯ２吸収塔１１と、吸収液再生塔１６と、リボイラ２１とを備える。ＣＯ２吸収塔１１の上流側には、燃焼設備から排出された排ガスを冷却水によって冷却する排ガス冷却装置（不図示）が設置される。
冷却されたＣＯ２を含む排ガスは、ＣＯ２吸収塔１１の下部からＣＯ２吸収塔１１内に送給される。ＣＯ２吸収塔１１は、ガス上流側から順にＣＯ２回収部１２と水洗部１３とで構成される。
ＣＯ２回収部１２において、排ガス中にＣＯ２吸収液が散布される。ＣＯ２吸収液は、例えばアミン系溶液をベースとする。これにより、排ガスとＣＯ２吸収液とが向流接触して、排ガス中のＣＯ２が化学反応によりＣＯ２吸収液に吸収される。
ＣＯ２が除去された排ガスは、水洗部１３に搬送される。水洗部１３の上方から、排ガス中に循環洗浄水が散布される。これにより、排ガスと循環洗浄水とが気液接触して、排ガス中に含まれる水分が凝縮し、回収される。ＣＯ２及びＣＯ２吸収液が除去された排ガスは、ＣＯ２吸収塔１１上部から系外（図１の煙突８）に排出される。
水洗部１３で凝縮した排ガス中の水分及び循環洗浄水は、水洗部１３の下方に設置されたトレイ１４で回収される。回収された液の一部は、循環洗浄水として水洗部１３に散布される。回収された液の別の一部は、プロセス凝縮水としてＣＯ２吸収塔１１から排出され、凝縮水送給管１５を通じて吸収液再生塔１６の底部に送給される。
ＣＯ２回収部１２でＣＯ２を吸収したＣＯ２吸収液（リッチ溶液）は、ＣＯ２吸収塔１１の下部に貯留される。リッチ溶液は、ポンプ（不図示）によりＣＯ２吸収塔１１から排出され、リッチ溶液送給ライン１７を通じて吸収液再生塔１６の上部に送給される。
吸収液再生塔１６内部に再生部１８が設けられる。再生部１８は複数段設けられても良い。リッチ溶液は、再生部１８の上部から吸収液再生塔１６内部に散布される。再生部１８の下方から吸収液再生塔１６内に蒸気が供給される。再生部１８においてリッチ溶液と蒸気とが気液接触し、吸熱反応によりリッチ溶液からＣＯ２の大部分が放出される。一部または大部分のＣＯ２が放出されたＣＯ２吸収液（セミリーン溶液）は、吸収液再生塔１６の底部に到達するころには、ほぼすべてのＣＯ２が除去されたＣＯ２吸収液（リーン溶液）に再生される。
吸収液再生塔１６の底部には、ＣＯ２吸収液（リーン溶液及び凝縮水）が貯留される。吸収液再生塔１６の底部に貯留されたＣＯ２吸収液の一部は、ポンプ（不図示）によりリーン溶液送給ライン１９を通じてＣＯ２吸収塔１１のＣＯ２回収部１２上部に搬送され、ＣＯ２吸収塔１１内の排ガス中に散布される。リッチ溶液送給ライン１７及びリーン溶液送給ライン１９にリッチ・リーン溶液熱交換器２０が設置される。リッチ・リーン溶液熱交換器２０において、リッチ溶液とリーン溶液との間で熱交換が行われ、リッチ溶液が加熱されるとともにリーン溶液が冷却される。
吸収液再生塔１６の底部に貯留されたＣＯ２吸収液の一部は、リボイラ２１に送給される。ボイラ２からの蒸気がリボイラ２１に送給される。リボイラ２１の再生加熱器において、ＣＯ２吸収液とボイラ２からの蒸気との間で熱交換が行われる。これにより、ＣＯ２吸収液が蒸気となって吸収液再生塔１６に送給される。一方、蒸気は冷却されてスチーム凝縮水となり、リボイラ２１から排出される。
リボイラ２１から排出されたスチーム凝縮水の一部が熱交換器２２に送給される。残りのスチーム凝縮水は、ボイラに循環される。熱交換器２２において、凝縮水送給管１５を流通するプロセス凝縮水と、スチーム凝縮水との間で熱交換が行われる。これにより、プロセス凝縮水が加熱される一方、スチーム凝縮水が冷却される。
熱交換器２２で熱交換されたプロセス凝縮水及びスチーム凝縮水は、排ガス熱交換器５に送給される。排ガス熱交換器５において、ボイラ２から排出され乾式電気集塵装置６に流入する前の排ガスと、プロセス凝縮水及びスチーム凝縮水との間で熱交換が行われる。これにより、排ガスは冷却され、排ガス熱交換器５の下流側に搬送される。プロセス凝縮水は加熱されて、吸収液再生塔１６の底部に送給される。
スチーム凝縮水は上記熱交換により加熱されて気液二相流となり、気液分離器２３により気相と液相とに分離される。気相（水蒸気）はリボイラ２１の蒸気上流側に送給され、ボイラ２からの蒸気と混合されてリボイラ２１に送給される。液相はリボイラ２１の蒸気下流側に送給され、リボイラ２１から排出されたスチーム凝縮水と混合される。このように、第１実施形態の排ガス処理システムでは、蒸気及びスチーム凝縮水の一部がリボイラ２１と排ガス熱交換器５との間で循環する。
第１実施形態の排ガス処理システムにおいて、ＣＯ２回収装置１０のＣＯ２吸収塔１１内でのプロセス凝縮水の温度は約４０〜６０℃に管理される。上記温度でＣＯ２吸収塔から排出されたプロセス凝縮水は、熱交換器２２において７０〜１００℃まで昇温される。リボイラ２１から排出されたスチーム凝縮水は、熱交換器２２において７５〜１０５℃程度に冷却される。
第１実施形態の排ガス処理システムでは、ボイラ２から排出された排ガスは、エアヒータ４を通過することにより１３０〜２００℃程度に冷却されて排ガス熱交換器５に流入する。排ガス熱交換器５での熱交換により、排ガスは８０〜１２０℃まで冷却される。一方、プロセス凝縮水は１２０〜１６０℃に更に昇温されて、スチーム凝縮水が１２０〜１９０℃に昇温される。
熱交換器２２によるプロセス凝縮水の温度上昇幅及びスチーム凝縮水の温度低下幅は、プロセス凝縮水の流量や蒸気の流量により制御される。排ガス熱交換器５によるプロセス凝縮水及びスチーム凝縮水の温度上昇幅、及び、排ガスの温度低下幅は、プロセス凝縮水の流量やスチーム凝縮水の流量により制御される。
吸収液再生塔１６の再生部でＣＯ２吸収液から脱離したＣＯ２は、リッチ溶液及びセミリーン溶液から放出された水蒸気を伴って吸収液再生塔１６の頭頂部から排出され、ＣＯ２分離部２４に搬送される。
ＣＯ２分離部２４は、コンデンサ２５と分離ドラム２６とを備える。吸収液再生塔１６から排出された水蒸気を含むＣＯ２は、コンデンサ２５により水蒸気が凝縮され、分離ドラム２６にて水が分離される。水が分離されたＣＯ２は、系外に放出される。放出されたＣＯ２は、圧縮機（不図示）により圧縮され、回収される。
分離ドラム２６でＣＯ２から分離された水は、ポンプ（不図示）にて吸収液再生塔１６の上部に供給される。
本実施形態の排ガス処理システム１は、系内での熱交換によりプロセス凝縮水及びスチーム凝縮水を加熱しているため、装置全体での熱効率が向上する。装置全体での熱効率が向上したことにより、リボイラで必要とされる熱量を低減させることができる。また、スチーム凝縮水を再加熱して蒸気とし、リボイラ２１に循環させているので、リボイラ２１に外部（ボイラ２）から供給する蒸気量を低減できる。
排ガス熱交換器５を乾式電気集塵装置６のガス上流側に設置した場合は、上述した排ガス熱交換器５により冷却された排ガス温度は、ＳＯ３の露点以下の温度である。従って、排ガスが排ガス熱交換器５を通過すると冷却され、排ガス中のＳＯ３が凝縮する。凝縮したＳＯ３のミストは排ガス中のダストに付着する。ＳＯ３が付着したダストは乾式電気集塵装置６で集塵される。
また、排ガス中には重金属類が蒸気として含まれる。重金属類は冷却されることにより凝縮して固体状態となる。エアヒータ４にて排ガスが１５０℃程度に冷却される際に大部分の重金属類が凝縮するが、一部は蒸気としてガス下流側に搬送される。エアヒータ４のガス下流側に設置される排ガス熱交換器５において更に排ガスが冷却されることにより、ほぼ全ての重金属類が凝縮する。凝縮した重金属類は、主として乾式電気集塵装置６で捕集される。
このように、排ガス熱交換器を乾式電気集塵装置６に流入する前に設置する場合には、ＳＯ３及び重金属類の除去率が向上する。
＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態に係る排ガス処理システムにおけるＣＯ２回収装置を説明する概略図である。図３では、図２と同じ構成に同一の符号を付している。なお、排ガス処理システム全体の構成は、図１と同一である。
ＣＯ２回収装置３０は、リボイラ２１から排出されたスチーム凝縮水の全てが、熱交換器２２及び排ガス熱交換器５で熱交換された後、ボイラ２に循環される点で第１実施形態と異なっている。
第１実施形態と同様に、第２実施形態におけるＣＯ２吸収塔１１内でのプロセス凝縮水の温度は約４０〜６０℃に管理されており、熱交換器２２によりプロセス凝縮水は７０〜９０℃まで昇温される。リボイラ２１から排出されたスチーム凝縮水は、熱交換器２２において７５〜１０５℃程度に冷却される。
また、エアヒータ４により１３０〜２００℃程度に冷却された排ガスは、排ガス熱交換器５での熱交換により、８０〜１２０℃まで冷却される。一方、プロセス凝縮水は１２０〜１６０℃に更に昇温され、スチーム凝縮水が１２０〜１９０℃に昇温される。
このように本実施形態の排ガス処理システム１は、ＣＯ２回収装置１０に流入する前の排ガスの熱量をＣＯ２回収装置１０内のプロセス凝縮水及びスチーム凝縮水の加熱に使用しているため、装置全体での熱効率が向上する。
第２実施形態の構成を採用することにより、気相と液相とが混在したスチーム凝縮水をボイラ給水としてボイラに循環可能となる。本実施形態によれば、従来よりも高い温度でボイラ給水をボイラに供給可能となるので、ボイラの効率を向上させることができる。
本実施形態の排ガス処理システムにおいても、排ガス熱交換器５を乾式電気集塵装置６のガス上流側に設置することによって、排ガス処理システムでのＳＯ３の除去効率及び重金属類の除去率も向上する。
＜第３実施形態＞
図４は、第３実施形態に係る排ガス処理システムにおけるＣＯ２回収装置を説明する概略図である。図４では、図２と同じ構成に同一の符号を付している。排ガス処理システム全体の構成は、図１と同一である。
第３実施形態におけるＣＯ２回収装置４０では、ＣＯ２吸収塔１１の水洗部１３下方のトレイ１４から排出されたプロセス凝縮水が、熱交換器２２でスチーム凝縮水と熱交換された後、排ガス熱交換器４５を経ずに吸収液再生塔１６に供給される構成となっている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。
第３実施形態におけるＣＯ２吸収塔１１内でのプロセス凝縮水の温度は約４０〜６０℃に管理されており、熱交換器２２によりプロセス凝縮水は７０〜１００℃まで昇温される。リボイラ２１から排出されたスチーム凝縮水は、熱交換器２２において７５〜１０５℃程度に冷却される。
エアヒータ４により１３０〜２００℃程度に冷却された排ガスは、排ガス熱交換器４５での熱交換により、８０〜１２０℃まで冷却される。一方、スチーム凝縮水は１２０〜１９０℃に昇温される。
第３実施形態の排ガス処理システム４０は、排ガスの熱量をスチーム凝縮水の加熱に使用しているため、装置全体での熱効率が向上する。
＜第４実施形態＞
図５は、第４実施形態に係る排ガス処理システムにおけるＣＯ２回収装置を説明する概略図である。図５では、図２と同じ構成に同一の符号を付している。排ガス処理システム全体の構成は、図１と同一である。
第４実施形態のＣＯ２回収装置５０では、リッチ・リーン溶液熱交換器２０のリッチ溶液上流側において、リッチ溶液送給ライン（第１のリッチ溶液送給ライン）１７とリッチ溶液送給ライン（第２のリッチ溶液送給ライン）５７とに分岐されている。ＣＯ２吸収塔１１から排出したリッチ溶液の一部は、リッチ溶液送給ライン５７を通じて熱交換器２２及び排ガス熱交換器５に送給された後、吸収液再生塔１６に送給される。
熱交換器２２においてリッチ溶液とスチーム凝縮水との間で熱交換が行われる。第４実施形態のＣＯ２回収装置において、ＣＯ２吸収塔１１の底部に貯留されるリッチ溶液は約４０〜６０℃に管理される。この温度でＣＯ２吸収塔１１から排出されたリッチ溶液は、リッチ溶液送給ライン５７を経由して熱交換器２２に搬送され、熱交換器２２において７０〜１００℃まで昇温される。一方、スチーム凝縮水は、熱交換器２２において７５〜１０５℃程度に冷却される。
熱交換が行われた後のリッチ溶液とスチーム凝縮水とが、排ガス熱交換器５に送給される。排ガス熱交換器５において、リッチ溶液、スチーム凝縮水、及び、排ガスとの間で熱交換が行われ、リッチ溶液及びスチーム凝縮水が加熱されるとともに、排ガスが冷却される。第４実施形態の排ガス処理システムでは、ボイラ２から排出された排ガスは、エアヒータ４を通過することにより１３０〜２００℃程度に冷却されて排ガス熱交換器５に流入する。排ガス熱交換器５での熱交換により、排ガスは８０〜１２０℃まで冷却される。一方、リッチ溶液は１２０〜１６０℃に更に昇温されて、スチーム凝縮水が１２０〜１９０℃に昇温される。
排ガスの熱により加熱されたリッチ溶液は、リッチ溶液送給ライン５７を通じて、吸収液再生塔１６の再生部１８に供給される。排ガスにより加熱されたリッチ溶液の一部が吸収液再生塔１６内にフラッシュされたときの吸収液のＣＯ２ローディングと、吸収液再生塔１６内の吸収液のＣＯ２ローディングとが同程度となる高さにおいて、リッチ溶液が吸収液再生塔１６の再生部１８に供給されることが好ましい。
なお、「ＣＯ２ローディング」とは、吸収液（アミン）濃度に対するＣＯ２濃度の比率（ＣＯ２濃度／吸収液（アミン）濃度）で定義される。
第４実施形態の排ガス処理システム５０では、排ガスの熱量をリッチ溶液及びスチーム凝縮水の加熱に使用しているため、装置全体での熱効率が向上する。気化されたスチーム凝縮水をリボイラ２１に循環させているので、リボイラ２１に外部（ボイラ）から供給する蒸気量を低減できる。また、リッチ溶液を加熱して吸収液再生塔に供給しているので、リボイラ２１に必要な蒸気量を低減できる。
本実施形態の排ガス処理システムにおいても、排ガス熱交換器５を乾式電気集塵装置６のガス上流側に設置することによって、排ガス処理システムでのＳＯ３の除去効率及び重金属類の除去率も向上する。
＜第５実施形態＞
図６は、第５実施形態に係る排ガス処理システムにおけるＣＯ２回収装置を説明する概略図である。図６では、図２と同じ構成に同一の符号を付している。排ガス処理システム全体の構成は、図１と同一である。
第５実施形態におけるＣＯ２回収装置６０では、第４実施形態と同様に、リッチ・リーン溶液熱交換器２０のリッチ溶液上流側において、リッチ溶液送給ライン（第１のリッチ溶液送給ライン）１７とリッチ溶液送給ライン（第２のリッチ溶液送給ライン）６７とに分岐されている。ＣＯ２吸収塔１１から排出したリッチ溶液の一部は、リッチ溶液送給ライン６７を通じて熱交換器２２に送給された後、排ガス熱交換器６５を経由せずに吸収液再生塔１６に送給される。
熱交換器２２において、第４実施形態と同様の熱交換が実施される。
図６に示すように、熱交換器２２を通過したリッチ溶液は、熱交換器２０を通過したリッチ溶液と略同じ高さから吸収液再生塔１６内に流入している。但し、熱交換器２２を通過したリッチ溶液は、加熱されたリッチ溶液の一部が吸収液再生塔１６内にフラッシュされたときの吸収液のＣＯ２ローディングと、吸収液再生塔１６内の吸収液のＣＯ２ローディングとが同程度となる高さで吸収液再生塔１６に供給されることにより，回収した熱を最も有効に活用することができる。そのため，リッチ溶液の供給場所はこれに限定されず、例えば、熱交換器２２を通過したリッチ溶液と熱交換器２０を通過したリッチ溶液との温度差に応じて，熱交換器２０を通過したリッチ溶液の供給ラインの上方又は下方から熱交換器２２を通過したリッチ溶液が吸収液再生塔１６内に供給される構成としても良い。
第５実施形態の排ガス処理システム６０は、排ガスの熱量をスチーム凝縮水及びリッチ溶液の加熱に使用しているので、装置全体の熱効率が向上する。また、加熱されて気化されたスチーム凝縮水をリボイラ２１に循環させているので、リボイラに外部（ボイラ）から供給する蒸気量を低減できる。
[実施例１]
図２に示されるＣＯ２回収装置を備える排ガス処理システムを使用して排ガスの処理を行った場合にリボイラで必要とされる熱量の計算を実施した。計算では、プロセス凝縮水の圧力を６ａｔｍ，温度を、熱交換器入口：４９℃、熱交換器出口：８２℃、排ガス熱交換器出口：１４９℃に設定した。スチーム凝縮水の温度を、熱交換器入口：１００℃に設定した。排ガスの温度を、排ガス熱交換器入口：１７７℃、排ガス熱交換器出口：９０℃に設定した。プロセス凝縮水の流量を１１．２ｔｏｎ／ｈｒ、排ガス熱交換器入口のスチーム凝縮水の流量を２０．３ｔｏｎ／ｈｒに設定した。熱量は、排ガス熱交換器での熱交換によりスチーム凝縮水が気化して発生したスチーム分のエンタルピーを考慮して算出した。
[実施例２]
図３に示されるＣＯ２回収装置を備える排ガス処理システムを使用して排ガスの処理を行った場合にリボイラで必要とされる熱量の計算を実施した。計算では、プロセス凝縮水、スチーム凝縮水及び排ガスの温度を実施例１と同じように設定した。プロセス凝縮水の流量を１１．２ｔｏｎ／ｈｒ、スチーム凝縮水の流量を２０．３ｔｏｎ／ｈｒに設定した。
[実施例３]
図４に示されるＣＯ２回収装置を備える排ガス処理システムを使用して排ガスの処理を行った場合にリボイラで必要とされる熱量の計算を実施した。計算では、プロセス凝縮水の温度を、熱交換器入口：４９℃、熱交換器出口：９６℃に設定した。スチーム凝縮水の温度を、熱交換器入口：１００℃に設定した。排ガスの温度を、排ガス熱交換器入口：１７７℃、排ガス熱交換器出口：９０℃に設定した。プロセス凝縮水の流量を１１．２ｔｏｎ／ｈｒ、排ガス熱交換器入口のスチーム凝縮水の流量を３６．１ｔｏｎ／ｈｒに設定した。熱量は、排ガス熱交換器での熱交換によりスチーム凝縮水が気化して発生したスチーム分のエンタルピーを考慮して算出した。
[実施例４]
図５に示されるＣＯ２回収装置を備える排ガス処理システムを使用して排ガスの処理を行った場合にリボイラで必要とされる熱量の計算を実施した。計算では、リッチ溶液の圧力を１０ａｔｍ，温度を、熱交換器入口：３９℃、熱交換器出口：８２℃、排ガス熱交換器出口：１４９℃に設定した。スチーム凝縮水の温度を、熱交換器入口：１００℃に設定した。排ガスの温度を、排ガス熱交換器入口：１７７℃、排ガス熱交換器出口：９０℃に設定した。リッチ溶液の流量を１２．０ｔｏｎ／ｈｒ、排ガス熱交換器入口のスチーム凝縮水の流量を１８．４ｔｏｎ／ｈｒに設定した。熱量は、排ガス熱交換器での熱交換によりスチーム凝縮水が気化して発生したスチーム分のエンタルピーを考慮して算出した。
[実施例５]
図６に示されるＣＯ２回収装置を備える排ガス処理システムを使用して排ガスの処理を行った場合にリボイラで必要とされる熱量の計算を実施した。計算では、リッチ溶液、スチーム凝縮水及び排ガスの温度を実施例４と同じように設定した。リッチ溶液の流量を２０．６ｔｏｎ／ｈｒ、排ガス熱交換器入口のスチーム凝縮水の流量を３１．６ｔｏｎ／ｈｒに設定した。熱量は、排ガス熱交換器での熱交換によりスチーム凝縮水が気化して発生したスチーム分のエンタルピーを考慮して算出した。
[比較例]
図７に示されるＣＯ２回収装置を備える排ガス処理システムを使用して排ガスの処理を行った場合にリボイラで必要とされる熱量の計算を実施した。
図７には、図２と同じ構成に同一の符号を付している。図７のＣＯ２回収装置７０では、ＣＯ２分離部２４においてコンデンサ２５のガス上流側に熱交換器２７が設置される。冷却後のボイラ給水が、ＣＯ２分離部２４の熱交換器２７及び排ガス熱交換器７５を経由してボイラに循環されるように、ボイラ給水配管７１が設置される。一方、図７のＣＯ２回収装置７０は、プロセス凝縮水やリッチ溶液をリボイラから排出されたスチーム凝縮水と熱交換させてから吸収液再生塔に送給する構成になっていない。また、スチーム凝縮水を排ガス熱交換器で加熱してリボイラに循環させる構成になっていない。
熱交換器２７において、ボイラ給水と吸収液再生塔１６から排出されたＣＯ２との間で熱交換が行われる。これにより、ボイラ給水が加熱され、ＣＯ２が冷却される。ついで、排ガス熱交換器７５において、ボイラ給水と排ガスとの間で熱交換が行われる。これにより、ボイラ給水が加熱され、排ガスが冷却される。
計算では、ボイラ給水の温度を、熱交換器出口：８３℃、排ガス熱交換器出口：１７４℃、及び、排ガスの温度を、排ガス熱交換器入口：１７７℃、排ガス熱交換器出口：９０℃にそれぞれ設定した。ボイラ給水の流量を３１．６ｔｏｎ／ｈｒに設定した。
表１に実施例１〜実施例５について、比較例の計算結果を基準としたときのリボイラで必要とされる熱量比を示す。
Figure 2014024791
表１に示すように、ボイラからの蒸気をリボイラに供給することにより、リボイラでの必要熱量比が低減した。すなわち、実施例のＣＯ２回収装置を備える排ガス処理システムは、比較例のＣＯ２回収装置を備えるシステムに比べて熱効率が上昇することを示された。更に、スチーム凝縮水を排ガス熱交換器で加熱してリボイラに循環させる構成とした実施例１，３〜５では、必要熱量比が大幅に低下しており、熱効率の観点でより有利であると言える。
実施例２は，スチーム凝縮水が排ガス熱交換器で加熱され，ボイラに供給されるので，ボイラの熱効率も向上する。
１ 排ガス処理システム
２ ボイラ
３ 脱硝装置
４ エアヒータ
５，４５，６５ 排ガス熱交換器
６ 乾式電気集塵装置
７ 湿式脱硫装置
８ 煙突
１０，３０，４０，５０，６０ ＣＯ２回収装置
１１ ＣＯ２吸収塔
１２ ＣＯ２回収部
１３ 水洗部
１４ トレイ
１５ 凝縮水送給管
１６ 吸収液再生塔
１７，５７，６７ リッチ溶液送給ライン
１８ 再生部
１９ リーン溶液送給ライン
２０ リッチ・リーン溶液熱交換器
２１ リボイラ
２２ 熱交換器
２３ 気液分離器
２４ ＣＯ２分離部
２５ コンデンサ
２６ 分離ドラム
本発明の一態様は、燃料を燃焼させて水を加熱し水蒸気を発生させるボイラの下流側に設けられる排ガス処理システムであって、ＣＯ ２ 回収装置と、前記ＣＯ ２ 回収装置のガス上流側に設けられる第１の熱交換器とを備え、前記ＣＯ ２ 回収装置が、前記ボイラで発生したＣＯ２を含有する排ガスとＣＯ２吸収液とを接触させて、前記ＣＯ２吸収液に前記ＣＯ２を吸収させて前記排ガス中から前記ＣＯ２を除去するＣＯ２吸収塔と、前記ＣＯ２を吸収した前記ＣＯ２吸収液から前記ＣＯ２を脱離させて再生する吸収液再生塔と、前記ボイラから送給された前記水蒸気と前記吸収液再生塔から排出された前記ＣＯ２吸収液との間で熱交換を行い、気化した前記ＣＯ２吸収液を前記吸収液再生塔に供給し、前記水蒸気を冷却してスチーム凝縮水を生成するリボイラと、前記ＣＯ ２ 吸収塔から排出されたＣＯ ２ 吸収液と前記リボイラから排出されたスチーム凝縮水との間で熱交換を行い、前記ＣＯ ２ 吸収液を加熱するとともに、前記スチーム凝縮水を冷却する第２の熱交換器と、気液分離器と、を備え、前記第２の熱交換器で加熱された前記ＣＯ２吸収液が前記吸収液再生塔に供給され、前記第１の熱交換器において、前記冷却されたスチーム凝縮水と前記排ガスとの間で熱交換されて、前記スチーム凝縮水が加熱されるとともに前記排ガスが冷却され、前記第１の熱交換器で熱交換されたスチーム凝縮水が前記気液分離器で気液分離され、前記気液分離器で分離された気相が前記リボイラの上流に送給される。
上記排ガス処理システムにおいて、前記ＣＯ２吸収液が、前記ＣＯ２吸収塔内の水洗部から排出されたプロセス凝縮水である。あるいは、上記排ガス処理システムにおいて、前記ＣＯ２吸収液が、前記ＣＯ２吸収塔の底部から排出されたＣＯ ２ 吸収液の一部である。
上記排ガス処理システムにおいて、前記第１の熱交換器において前記ＣＯ２吸収液と前記排ガスとの間で熱交換されて、前記ＣＯ２吸収液が加熱されるとともに前記排ガスが冷却され、前記加熱されたＣＯ２吸収液が前記吸収液再生塔に送給されることが好ましい。あるいは、前記第１の熱交換器において前記プロセス凝縮水と前記排ガスとの間で熱交換されて、前記プロセス凝縮水が加熱されるとともに前記排ガスが冷却され、前記加熱されたプロセス凝縮水が前記吸収液再生塔に送給されることが好ましい。
上記排ガス処理システムにおいて、前記第１の熱交換器で加熱されたスチーム凝縮水が、前記リボイラに送給されることが好ましい。
上記排ガス処理システムにおいて、前記第１の熱交換器で加熱されたスチーム凝縮水が、前記ボイラに送給されることが好ましい。
１ 排ガス処理システム
２ ボイラ
３ 脱硝装置
４ エアヒータ
５，４５，６５ 排ガス熱交換器（第１の熱交換器）
６ 乾式電気集塵装置
７ 湿式脱硫装置
８ 煙突
１０，３０，４０，５０，６０ ＣＯ２回収装置
１１ ＣＯ２吸収塔
１２ ＣＯ２回収部
１３ 水洗部
１４ トレイ
１５ 凝縮水送給管
１６ 吸収液再生塔
１７，５７，６７ リッチ溶液送給ライン
１８ 再生部
１９ リーン溶液送給ライン
２０ リッチ・リーン溶液熱交換器
２１ リボイラ
２２ 熱交換器（第２の熱交換器）
２３ 気液分離器
２４ ＣＯ２分離部
２５ コンデンサ
２６ 分離ドラム

Claims (6)

  1. 燃料を燃焼させて水を加熱し水蒸気を発生させるボイラの下流側に設けられる排ガス処理システムであって、
    前記ボイラで発生したＣＯ２を含有する排ガスとＣＯ２吸収液とを接触させて、前記ＣＯ２吸収液に前記ＣＯ２を吸収させて前記排ガス中から前記ＣＯ２を除去するＣＯ２吸収塔と、
    前記ＣＯ２を吸収した前記ＣＯ２吸収液から前記ＣＯ２を脱離させて再生する吸収液再生塔と、
    前記吸収液再生塔から排出された前記ＣＯ２吸収液を水蒸気によって加熱し、気化した前記ＣＯ２吸収液を前記吸収液再生塔に供給するリボイラと、
    を備えるＣＯ２回収装置と、
    前記ＣＯ２回収装置のガス上流側に設けられる排ガス熱交換器とを備え、
    前記水蒸気が前記ボイラから前記リボイラに送給され、前記リボイラにおいて前記ＣＯ２吸収液と前記水蒸気との間で熱交換が行われ、前記水蒸気が冷却されてスチーム凝縮水とされ、
    熱交換器において、前記ＣＯ２吸収塔から排出されたＣＯ２吸収液と前記リボイラから排出されたスチーム凝縮水との間で熱交換が行われ、前記ＣＯ２吸収液が加熱されるとともに、前記スチーム凝縮水が冷却され、
    前記熱交換器で加熱された前記ＣＯ２吸収液が前記吸収液再生塔に供給され、
    前記排ガス熱交換器において、前記冷却されたスチーム凝縮水と前記排ガスとの間で熱交換されて、前記スチーム凝縮水が加熱されるとともに前記排ガスが冷却される排ガス処理システム。
  2. 前記ＣＯ２吸収液が、前記ＣＯ２吸収塔内の水洗部から排出されたプロセス凝縮水である請求項１に記載の排ガス処理システム。
  3. 前記ＣＯ２吸収液が、前記ＣＯ２吸収塔の底部から排出された溶液である請求項１に記載の排ガス処理システム。
  4. 前記排ガス熱交換器において前記ＣＯ２吸収液と前記排ガスとの間で熱交換されて、前記ＣＯ２吸収液が加熱されるとともに前記排ガスが冷却され、前記加熱されたＣＯ２吸収液が前記吸収液再生塔に送給される請求項１に記載の排ガス処理システム。
  5. 前記排ガス熱交換器で加熱されたスチーム凝縮水が、前記リボイラに送給される請求項１に記載の排ガス処理システム。
  6. 前記排ガス熱交換器で加熱されたスチーム凝縮水が、前記ボイラに送給される請求項１に記載の排ガス処理システム。
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