WO2021015260A1 - ガスタービンプラント - Google Patents
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Definitions
- the exhaust gas flowing into the lower part of the absorption tower 31 rises in the absorption tower 31 while contacting the absorption liquid flowing from above. At this time, carbon dioxide contained in the exhaust gas is chemically absorbed by the absorbing liquid. The residual exhaust gas from which carbon dioxide has been removed flows into the exhaust line L1 again from the upper part of the absorption tower 31.
- the temperature and pressure of the generated steam are determined by the performance requirements of the evaporator 23. Therefore, for example, when the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust heat recovery boiler 2 is changed in a higher direction, the temperature of the exhaust gas at the outlet of the heat exchanger 4 is lowered in order to maintain the temperature and pressure. Change. On the other hand, when the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust heat recovery boiler 2 is changed in the direction of decreasing, the temperature of the exhaust gas at the outlet of the heat exchanger tends to increase in order to maintain the above temperature and pressure. Change. Therefore, in the present embodiment, the control device 90 changes the output of the combustion assisting burner based on the temperature of the exhaust gas measured by the temperature sensor T as the outlet temperature measuring unit.
- the temperature and pressure of the generated steam are determined based on the performance requirements of the evaporator 23. Therefore, for example, when the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust heat recovery boiler 2 is changed in a higher direction, the temperature of the exhaust gas at the outlet of the heat exchanger 4 is lowered in order to maintain the temperature and pressure. Change. On the other hand, when the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust heat recovery boiler 2 is changed in the direction of decreasing, the temperature of the exhaust gas at the outlet of the heat exchanger 4 increases in order to maintain the above temperature and pressure. Changes to.
- the exhaust gas temperature described above is higher than the operating temperature of the absorption tower 31, so that the temperature is reduced and impurities in the exhaust gas are contained.
- a configuration in which a quencher is arranged in front of the absorption tower 31 for the purpose of removal is conceivable.
- the quencher can be not provided or the size can be reduced.
Abstract
Description
本願は、2019年7月24日に、日本国に出願された特願2019-136180号に基づき優先権を主張し、この内容をここに援用する。
つまり、排気ガスの温度が高すぎる場合や低すぎる場合に、二酸化炭素の吸収効率が低下してしまう。したがって、上記特許文献2に記載されているプラントのように、排熱回収ボイラーから二酸化炭素回収装置に直接排気ガスを流通させた場合、排気ガスの温度が高すぎるために、二酸化炭素の回収効率が低下してしまう可能性がある。
以下、本開示の実施形態に係るガスタービンプラント100について、図1から図3を参照して説明する。図1に示すように、本実施形態に係るガスタービンプラント100は、ガスタービン1と、排熱回収ボイラー2と、二酸化炭素回収装置3と、熱交換器4と、煙突5と、湿分分離装置6Aと、吸気フィルタ6Bと、二酸化炭素圧縮装置7と、排気ラインL1と、循環ラインL2と、蒸気供給ラインL4と、蒸気回収ラインL5と、助燃バーナBと、制御装置90と、を備えている。
ガスタービン1は、圧縮機11と、燃焼器12と、タービン13と、を有している。圧縮機11は、外部から取り込んだ空気を圧縮して高圧の圧縮空気を生成する。燃焼器12は、この圧縮空気に燃料を混合して燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスを生成する。タービン13は、燃焼ガスによって回転駆動される。タービン13の回転力は、例えば当該タービン13と同軸に接続された発電機Gの駆動に利用される。タービン13からは高温の排気ガスが排出される。この排気ガスは、タービン13の下流側に接続された排気ラインL1によって、当該排気ラインL1上に設けられた排熱回収ボイラー2に送られる。
排熱回収ボイラー2は、ガスタービン1の排気ガスと水とを熱交換させることにより、高温高圧の蒸気を発生させる。排熱回収ボイラーの構成については後述する。排気ラインL1上における排熱回収ボイラー2の下流側には二酸化炭素回収装置3が設けられている。排熱回収ボイラー2で水と熱交換された低温となった排気ガスは、排気ラインL1を通って、この二酸化炭素回収装置3に送られる。
二酸化炭素回収装置3では、アミンを主成分とする吸収液と排気ガスとを気液接触させることにより、排気ガス中に含まれる二酸化炭素が吸収液に化学結合する。(なお、吸収液はアミン以外の成分の化学吸収剤であってもよい。)これにより、排気ガス中の二酸化炭素の大部分、又は全てが除去される。二酸化炭素回収装置3の構成については後述する。二酸化炭素が除去された後の排気ガスは、排気ラインL1を通って煙突5に送られて大気中に放散される。
上記の排気ラインL1上において、排熱回収ボイラー2と二酸化炭素回収装置3との間の位置には、当該排気ラインL1から分岐する循環ラインL2の一端が接続されている。
循環ラインL2の他端はガスタービン1の圧縮機11に接続されている。つまり、この循環ラインL2を通じて、排気ラインL1を流れる排気ガスの一部をガスタービン1(圧縮機11)に還流させることが可能である。また、循環ラインL2上には、出口温度計測部としての温度センサTと、湿分分離装置6Aと、吸気フィルタ6Bとが設けられている。
温度センサTは、排気ガスの温度を計測する。温度センサTが計測した温度の値は、電気信号として制御装置90に送られる。湿分分離装置6Aは、循環ラインL2中を流通する排気ガスに含まれる湿分を取り除く。吸気フィルタ6Bは、大気中から吸気された空気と、循環ラインL2中を流通する排気ガスに含まれるススや塵埃を取り除く。なお、これら湿分分離装置6A備えない構成を採ることも可能である。
排気ラインL1上において、上記の循環ラインL2と排気ラインL1との分岐点よりも上流側であって、排熱回収ボイラー2よりも下流側の位置には、熱交換器4が設けられている。熱交換器4は、排気ラインL1中を流通する排気ガスを予め定められた温度まで冷却する。熱交換器4で冷却された排気ガスは、排気ラインL1を通じて下流側の二酸化炭素回収装置3に送られる。熱交換器4の構成については後述する。
次いで、ガスタービンプラント100における蒸気の配管系統について説明する。排熱回収ボイラー2は、蒸気供給ラインL4によって、二酸化炭素回収装置3に接続されている。排熱回収ボイラー2で生成された蒸気は、この蒸気供給ラインL4を通じて二酸化炭素回収装置3に供給される。詳しくは後述するが、二酸化炭素回収装置3では、蒸気供給ラインL4を通じて供給された蒸気の熱によって、二酸化炭素が結合した状態の吸収液から二酸化炭素を分離させる。二酸化炭素回収装置3で利用されて低温となった蒸気(又は水)は、蒸気回収ラインL5を通じて再び排熱回収ボイラー2に送られる。なお、蒸気回収ラインL5上には、二酸化炭素回収装置3から回収された低温の蒸気を水に戻す復水器61と、この水を圧送する給水ポンプ62とが設けられている(図2参照)。
次に、図2を参照して、排熱回収ボイラー2、及び熱交換器4の構成について説明する。同図に示すように、排熱回収ボイラー2は、煙道21と、この煙道21内に配置された節炭器22、蒸発器23、及び過熱器24と、蒸気タービンSTと、復水器61と、給水ポンプ62と、を有している。煙道21内において、節炭器22、蒸発器23、及び過熱器24は、排気ガスの流れる方向の下流側から上流側に向かってこの順で配列されている。給水の流れる方向において、節炭器22の上流側には、熱交換器4が設けられている。
なお、この熱交換器4の後段に、二酸化炭素回収装置3が接続されていない場合は、図2中の配管L200、循環ポンプ200、配管L201を有する再循環系統を設けることが可能である。当該再循環系統中の循環流量を調整して熱交換器4の出口温度を80℃以上に加熱することで、熱交換器4内部での排ガス中の水分凝縮を抑えることができる。これにより、配管42の腐食を回避するとともに、煙突5の出口温度を高温とすることで、腐食や出口での白煙発生を抑えるようにしている。一方で、本実施形態では、この循環系統をなくすことで、熱交換器4の出口排ガス温度を低下させ、且つコストを低減することができる。熱交換器4を構成する各部のうち、蒸気又は水が流通する配管(熱交換器本体42)は、排熱回収ボイラー2の配管よりも耐腐食性の高い材料で形成されている。このような材料として具体的には、SUSやインコネルが好適に用いられる(なお、排熱回収ボイラー2の配管は、一例として炭素鋼によって形成されることが一般的である。)。
続いて、図3を参照して、二酸化炭素回収装置3の構成について説明する。同図に示すように、二酸化炭素回収装置3は、吸収塔31と、再生塔32と、熱交換器33と、リボイラー34と、冷却器36と、第一ポンプP1と、第二ポンプP2と、を有している。
なお、第二ポンプP2は、熱交換器33と再生塔32の間、又は冷却器36と熱交換器33の間に設けられていてもよい。熱交換器33では、上述のように、再生前の吸収液と再生後の吸収液との間で熱交換が行われる。再生後の吸収液は、熱交換器33及び冷却器36を通過することで低温となる。低温となった再生後の吸収液は、吸収塔31の上部に供給される。
続いて、制御装置90について説明する。図1に示すように、この制御装置90は、入力部91と、判定部92と、バーナ調節部93と、を有している。入力部91には、温度センサTが計測した循環ラインL2中の排気ガスの温度が電気信号として入力される。判定部92は、当該温度センサTが計測した排気ガスの温度が、予め定められた範囲内にあるか否かを判定する。バーナ調節部93は、判定部92から送られた信号に基づいて、助燃バーナBの出力(即ち、燃料供給量)を調節するための信号を送出する。
その結果、煙道21の入口における排気ガスの温度は下がる一方で、熱交換器4の出口温度(排気ガスの温度)は高くなる方向に変化する。なお、上記の「予め定められた温度」とは、二酸化炭素回収装置3の吸収塔31を循環する吸収剤が、最も高く吸収性能を発揮することのできる温度範囲である。このような温度として具体的には、30~50℃の範囲内にあることが望ましい。より望ましくは、この温度の範囲は35~45℃とされる。
最も望ましくは、この温度は40℃とされる。
次に、本実施形態に係るガスタービンプラント100の動作について説明する。ガスタービン1を駆動することによってタービン13からは排気ガスが発生する。この排気ガスは、排熱回収ボイラー2を通過して低温となった後、二酸化炭素回収装置3に流入する。
二酸化炭素回収装置3では、上述のように排気ガスから二酸化炭素が除去される。その後、排気ガスは煙突5から大気中に放散する。排気ガスから除去された二酸化炭素は、二酸化炭素圧縮装置7によって液化・貯留される。
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
各実施形態に記載のガスタービンプラントは、例えば以下のように把握される。
1 ガスタービン
2 排熱回収ボイラー
3 二酸化炭素回収装置
4 熱交換器
5 煙突
6A 湿分分離装置
6B 吸気フィルタ
7 二酸化炭素圧縮装置
11 圧縮機
12 燃焼器
13 タービン
21 煙道
22 節炭器
23 蒸発器
24 過熱器
31 吸収塔
32 再生塔
33 熱交換器
34 リボイラー
36 冷却器
40 クエンチャ
41 筒体
42 熱交換器本体
50 排気ガス冷却器
61 復水器
62 給水ポンプ
90 制御装置
91 入力部
92 判定部
93 バーナ調節部
200 循環ポンプ
B バーナ
G 発電機
T 温度センサ
L1 排気ライン
L2 循環ライン
L4 蒸気供給ライン
L4b タービン排気ライン
L5 蒸気回収ライン
L6 回収ライン
L31 吸収液回収ライン
L32 抽出ライン
L33 吸収液加熱ライン
L200,L201 配管
P1 第一ポンプ
P2 第二ポンプ
ST 蒸気タービン
Claims (6)
- 燃料の燃焼によって生成される燃焼ガスにより駆動するガスタービンと、
前記ガスタービンから排気された排気ガスを外部に導く排気ラインと、
前記排気ライン中に設けられた排熱回収ボイラーであって、前記ガスタービンから排気された排気ガスの熱により蒸気を発生し、前記排熱回収ボイラーの内部を通過した前記排気ガスを前記排気ラインに導く排熱回収ボイラーと、
前記排気ライン中における前記排熱回収ボイラーの下流側に設けられ、前記排気ライン中を流れる前記排気ガス中に含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置と、
前記排気ライン中における前記排熱回収ボイラーと前記二酸化炭素回収装置との間に設けられ、前記排気ガスを予め定められた温度まで冷却する熱交換器と、
前記排気ライン中であって、前記二酸化炭素回収装置と前記熱交換器との間の位置から分岐して、前記ガスタービンの入口に接続されている循環ラインと、を備え、
前記二酸化炭素回収装置は、前記予め定められた温度の前記排気ガスと吸収液とを接触させることで、該排気ガスに含まれる二酸化炭素を吸収する吸収塔を有し、
前記熱交換器は、前記排熱回収ボイラーを形成する材料よりも耐腐食性の高い材料で形成されているガスタービンプラント。 - 前記熱交換器の出口温度を計測する出口温度計測部と、
前記排熱回収ボイラーに流入する前記排気ガスを加熱する助燃バーナと、
前記出口温度に基づいて前記助燃バーナの出力を変化させる制御装置と、をさらに備える請求項1に記載のガスタービンプラント。 - 前記制御装置は、前記出口温度が前記予め定められた温度よりも高い場合には、前記助燃バーナの出力を大きくなる方向に変化させる請求項2に記載のガスタービンプラント。
- 前記制御装置は、前記出口温度が前記予め定められた温度よりも低い場合には、前記助燃バーナの出力を小さくなる方向に変化させる請求項2又は3に記載のガスタービンプラント。
- 前記予め定められた温度は、30~50℃の範囲内にある請求項1から4のいずれか一項に記載のガスタービンプラント。
- 前記二酸化炭素回収装置は、前記吸収塔に流入する前記排気ガスを冷却するクエンチャをさらに有する請求項1から5のいずれか一項に記載のガスタービンプラント。
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