JP3053914B2 - Ｃｏ２回収型ボイラ - Google Patents
Ｃｏ２回収型ボイラInfo
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- JP3053914B2 JP3053914B2 JP3199813A JP19981391A JP3053914B2 JP 3053914 B2 JP3053914 B2 JP 3053914B2 JP 3199813 A JP3199813 A JP 3199813A JP 19981391 A JP19981391 A JP 19981391A JP 3053914 B2 JP3053914 B2 JP 3053914B2
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- oxygen
- exhaust gas
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- gas
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はボイラ装置に係わり、特
に、酸素により燃料を燃焼させることにより、排気ガス
として高濃度の炭酸ガスを得て、直接液化回収するＣＯ
2 回収型ボイラに関する。
に、酸素により燃料を燃焼させることにより、排気ガス
として高濃度の炭酸ガスを得て、直接液化回収するＣＯ
2 回収型ボイラに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の火力発電用ボイラシステムは、酸
化剤として空気を用いる燃焼法であつたが、ＣＯ2 の温
室効果による地球規模の気候変化が懸念されるに至り、
先進国を中心としてＣＯ2 排出削減、回収技術の開発が
行われている。
化剤として空気を用いる燃焼法であつたが、ＣＯ2 の温
室効果による地球規模の気候変化が懸念されるに至り、
先進国を中心としてＣＯ2 排出削減、回収技術の開発が
行われている。
【０００３】発電システムにおけるＣＯ2 削減技術とし
ては、原子力発電やＣＯ2 発生量の少ない燃料を用いた
火力発電、あるいは地熱、風力、潮力等の自然エネルギ
ー利用も考えられてはいるが何れも問題があり、現状の
確立した火力発電システムにおいて、ＣＯ2 排出の制御
が可能になれば最も望ましい。
ては、原子力発電やＣＯ2 発生量の少ない燃料を用いた
火力発電、あるいは地熱、風力、潮力等の自然エネルギ
ー利用も考えられてはいるが何れも問題があり、現状の
確立した火力発電システムにおいて、ＣＯ2 排出の制御
が可能になれば最も望ましい。
【０００４】しかし、ＣＯ2 は窒素酸化物等の大気汚染
物質とは異なり、排出量が桁違いに多量であるにもかか
わらず直接回収するには濃度が低く、（１）吸収剤や吸
着剤で分離回収する固定化技術を適用するか、（２）酸
素のみを酸化剤として用いることによつて、高濃度のＣ
Ｏ2 を得るようにする必要がある。これら二つの方法は
システムとして考えると排気ガス中からＣＯ2 を分離す
る場合と、空気中から酸素を分離する場合とどちらが経
済的であるかということになる。この点については立地
条件他によつて経済性が異なるために断定することはで
きないが、後者の方が効率がよいという報告もある（電
気学論Ｂ、１１０巻２号、平成２年）。
物質とは異なり、排出量が桁違いに多量であるにもかか
わらず直接回収するには濃度が低く、（１）吸収剤や吸
着剤で分離回収する固定化技術を適用するか、（２）酸
素のみを酸化剤として用いることによつて、高濃度のＣ
Ｏ2 を得るようにする必要がある。これら二つの方法は
システムとして考えると排気ガス中からＣＯ2 を分離す
る場合と、空気中から酸素を分離する場合とどちらが経
済的であるかということになる。この点については立地
条件他によつて経済性が異なるために断定することはで
きないが、後者の方が効率がよいという報告もある（電
気学論Ｂ、１１０巻２号、平成２年）。
【０００５】従来の酸素燃焼ボイラシステムの基本的な
構成を図６に示す。同図において空気はライン５によつ
て例えば深冷分離法等で構成される公知の酸素製造装置
１０に供給され、純酸素として分離された後、ボイラ２
０におけるウインドボツクス１８に供給される。燃料は
ライン１５によつてボイラ２０におけるウインドボツク
ス１８内に設けられた図示していないバーナに供給さ
れ、酸素により燃焼される。ボイラ火炉および対流熱交
換器２３で伝熱を行い排出されたガスは必要に応じて、
ボイラ２０への再循環ライン２５へ分岐した後、精製部
３０へ送られる。この排ガスの大部分は、ＣＯ2 と水分
（Ｈ2 Ｏ）および過剰酸素であり、若干の窒素化合物あ
るいは硫黄化合物を含んでいる。
構成を図６に示す。同図において空気はライン５によつ
て例えば深冷分離法等で構成される公知の酸素製造装置
１０に供給され、純酸素として分離された後、ボイラ２
０におけるウインドボツクス１８に供給される。燃料は
ライン１５によつてボイラ２０におけるウインドボツク
ス１８内に設けられた図示していないバーナに供給さ
れ、酸素により燃焼される。ボイラ火炉および対流熱交
換器２３で伝熱を行い排出されたガスは必要に応じて、
ボイラ２０への再循環ライン２５へ分岐した後、精製部
３０へ送られる。この排ガスの大部分は、ＣＯ2 と水分
（Ｈ2 Ｏ）および過剰酸素であり、若干の窒素化合物あ
るいは硫黄化合物を含んでいる。
【０００６】精製部３０では冷却熱回収、水回収、脱
塵、脱硫、脱硝等必要に応じて排ガスを精製した後、Ｃ
Ｏ2 回収部４０へのライン３５によつて送られる。再循
環ガスライン２５にはボイラにおける圧力損失を補償す
るため、加圧用のブロア２２が設置される。
塵、脱硫、脱硝等必要に応じて排ガスを精製した後、Ｃ
Ｏ2 回収部４０へのライン３５によつて送られる。再循
環ガスライン２５にはボイラにおける圧力損失を補償す
るため、加圧用のブロア２２が設置される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、排出
ガス中のＣＯ2 を濃縮し、ＣＯ2 回収効率を上げること
で効率よくＣＯ2 回収型ボイラが運用できるが、既存の
ボイラおよび燃焼システムを活用する場合には大きな問
題が生じる。その問題点を列挙すると、 １）酸素による燃焼は理論燃焼温度が高く、バーナ近傍
での焼損が激しい。 ２）空気流路は約１／５の流量となり、バーナ部での流
速低下によつて、燃料との混合か不良になるので未燃カ
ーボンが生成しやすく、これを抑制するためには過剰Ｏ
2 比率を高くする必要があるが、ＣＯ2 回収効率は悪化
する。 ３）火炉より下流の伝熱管群においては、対流伝熱によ
り熱回収しているが、酸素による燃焼排ガス量は、空気
で燃焼する場合に比べて約１／５になるため、流速の
０．６乗に比例し熱伝達率が減少することから、特に高
温部で熱回収できなくなり、タービンで要求する上記条
件を満足できなくなる（伝熱面積が不足する）。
ガス中のＣＯ2 を濃縮し、ＣＯ2 回収効率を上げること
で効率よくＣＯ2 回収型ボイラが運用できるが、既存の
ボイラおよび燃焼システムを活用する場合には大きな問
題が生じる。その問題点を列挙すると、 １）酸素による燃焼は理論燃焼温度が高く、バーナ近傍
での焼損が激しい。 ２）空気流路は約１／５の流量となり、バーナ部での流
速低下によつて、燃料との混合か不良になるので未燃カ
ーボンが生成しやすく、これを抑制するためには過剰Ｏ
2 比率を高くする必要があるが、ＣＯ2 回収効率は悪化
する。 ３）火炉より下流の伝熱管群においては、対流伝熱によ
り熱回収しているが、酸素による燃焼排ガス量は、空気
で燃焼する場合に比べて約１／５になるため、流速の
０．６乗に比例し熱伝達率が減少することから、特に高
温部で熱回収できなくなり、タービンで要求する上記条
件を満足できなくなる（伝熱面積が不足する）。
【０００８】またＣＯ2 を回収する以外の目的の下に、
排ガスを再循環させる従来の酸素燃焼の技術の一つとし
て、実開昭５８−３２２０７号もあるが、この燃焼では
高濃度のＣＯ2 を得る目的ではないために、過剰酸素に
対する考慮がなされておらず、回収しようとするＣＯ2
の濃度が低くなり、ＣＯ2 回収効率に関しては従来法と
変わらない。
排ガスを再循環させる従来の酸素燃焼の技術の一つとし
て、実開昭５８−３２２０７号もあるが、この燃焼では
高濃度のＣＯ2 を得る目的ではないために、過剰酸素に
対する考慮がなされておらず、回収しようとするＣＯ2
の濃度が低くなり、ＣＯ2 回収効率に関しては従来法と
変わらない。
【０００９】また上述のように、ボイラにおいて酸素燃
焼させたときには高濃度ＣＯ2 が回収できる。しかし、
通常のボイラでは、排ガスを再循環するラインとして
は、バーナ部、アフターエアポート部およびボイラ下部
のホツパー部等があるが、これらに空気燃焼の場合と同
様にして、排ガスを再循環すると、酸素燃焼ボイラでは
空気燃焼ボイラに比べて伝熱上の問題等から、多量の排
ガスを再循環しなければならない。
焼させたときには高濃度ＣＯ2 が回収できる。しかし、
通常のボイラでは、排ガスを再循環するラインとして
は、バーナ部、アフターエアポート部およびボイラ下部
のホツパー部等があるが、これらに空気燃焼の場合と同
様にして、排ガスを再循環すると、酸素燃焼ボイラでは
空気燃焼ボイラに比べて伝熱上の問題等から、多量の排
ガスを再循環しなければならない。
【００１０】このため、排ガス中に含まれる窒素酸化物
が問題となり、バーナ部およびホツパー部から供給した
再循環ガス中に含まれる窒素酸化物は、バーナ部の（供
給酸素量）／（燃料が完全燃焼するのに必要な最小の酸
素量）比（以下、酸素比と称す）を１．０以下にすれ
ば、バーナゾーンで還元雰囲気が形成されるために、還
元することができる。
が問題となり、バーナ部およびホツパー部から供給した
再循環ガス中に含まれる窒素酸化物は、バーナ部の（供
給酸素量）／（燃料が完全燃焼するのに必要な最小の酸
素量）比（以下、酸素比と称す）を１．０以下にすれ
ば、バーナゾーンで還元雰囲気が形成されるために、還
元することができる。
【００１１】しかし、アフターエアポートから供給した
再循環ガス中に含まれる窒素酸化物は、還元されること
なくそのまま排出されるため、排ガス中の窒素酸化物の
濃度が高くなつてしまう。このように、窒素酸化物低減
のためには、アフターエアポートからの再循環排ガス量
をできるだけ少なくする方がよい。
再循環ガス中に含まれる窒素酸化物は、還元されること
なくそのまま排出されるため、排ガス中の窒素酸化物の
濃度が高くなつてしまう。このように、窒素酸化物低減
のためには、アフターエアポートからの再循環排ガス量
をできるだけ少なくする方がよい。
【００１２】一方、未燃分に関しては、アフターエアポ
ートからの排ガス量を少なくすると、上記エアポートか
らの流速や運動量が小さくなり、上流のバーナからの排
気ガスと混合することができなくなり、未燃分が多くな
つてしまうという問題が生じてしまう。
ートからの排ガス量を少なくすると、上記エアポートか
らの流速や運動量が小さくなり、上流のバーナからの排
気ガスと混合することができなくなり、未燃分が多くな
つてしまうという問題が生じてしまう。
【００１３】また上述の如く、ボイラにおいて酸素燃焼
させたときには高濃度ＣＯ2 が回収できる。しかし、ボ
イラには、ペントハウス、覗窓、炉内監視ＴＶカメラ、
フレームデテクタ、スートブロア等、 ａ）大気との気密（シール）用 ｂ）窓曇り防止用、 ｃ）冷却用 の空気流路が多くあるが、これらに空気燃焼の場合と同
様にして純酸素を流すと材料の酸化が生じることと、バ
ーナ部での酸化剤の流量が少なくなるため、燃料との混
合不良が生じて未燃分が多くなるという問題がある。
させたときには高濃度ＣＯ2 が回収できる。しかし、ボ
イラには、ペントハウス、覗窓、炉内監視ＴＶカメラ、
フレームデテクタ、スートブロア等、 ａ）大気との気密（シール）用 ｂ）窓曇り防止用、 ｃ）冷却用 の空気流路が多くあるが、これらに空気燃焼の場合と同
様にして純酸素を流すと材料の酸化が生じることと、バ
ーナ部での酸化剤の流量が少なくなるため、燃料との混
合不良が生じて未燃分が多くなるという問題がある。
【００１４】また、未燃分を少なくするためには過剰酸
素量を多くする必要があり、ＣＯ2の濃度が低下するた
め直接回収の際のエネルギ効率が悪くなる。
素量を多くする必要があり、ＣＯ2の濃度が低下するた
め直接回収の際のエネルギ効率が悪くなる。
【００１５】これを防止するため排気ガスを直接各シー
ル部分に回すと、水蒸気分圧が高いため結露して各部の
腐食、窓曇り等を引き起こし、問題である。
ル部分に回すと、水蒸気分圧が高いため結露して各部の
腐食、窓曇り等を引き起こし、問題である。
【００１６】本発明の目的は、上記の問題点を解決する
ことにあり、既存の火力発電システムを大幅に改造する
ことなく、酸素によるボイラ燃焼システムを構成し、排
ガス中のＣＯ2 を効率よく濃縮回収することにある。
ことにあり、既存の火力発電システムを大幅に改造する
ことなく、酸素によるボイラ燃焼システムを構成し、排
ガス中のＣＯ2 を効率よく濃縮回収することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、酸素を含むガスを酸化剤としてボイラ火
炉に供給して燃料を燃焼させるボイラと、空気中より酸
素を分離する酸素製造装置と、ボイラ火炉より発生する
燃焼排ガスより炭酸ガスを吸収、分離するＣＯ２回収装
置とを備えたＣＯ２回収型ボイラにおいて、前記酸素製
造装置からの酸素は、前記ボイラのバーナ部とアフター
エアポート部に供給されるとともに、前記ボイラ出口か
ら取り出した燃焼排ガスは、前記バーナ部と前記アフタ
ーエアポート部に循環されて前記酸素製造装置からの酸
素と混合され、且つボイラ下方のホッパー部にも循環供
給されることを特徴とするものである。
め、本発明は、酸素を含むガスを酸化剤としてボイラ火
炉に供給して燃料を燃焼させるボイラと、空気中より酸
素を分離する酸素製造装置と、ボイラ火炉より発生する
燃焼排ガスより炭酸ガスを吸収、分離するＣＯ２回収装
置とを備えたＣＯ２回収型ボイラにおいて、前記酸素製
造装置からの酸素は、前記ボイラのバーナ部とアフター
エアポート部に供給されるとともに、前記ボイラ出口か
ら取り出した燃焼排ガスは、前記バーナ部と前記アフタ
ーエアポート部に循環されて前記酸素製造装置からの酸
素と混合され、且つボイラ下方のホッパー部にも循環供
給されることを特徴とするものである。
【００１８】
【００１９】前記目的を達成するため、さらに本発明
は、酸素を含むガスを酸化剤としてボイラ火炉に供給し
て燃料を燃焼させるボイラと、空気中より酸素を分離す
る酸素製造装置と、ボイラ火炉より発生する燃焼排ガス
より炭酸ガスを吸収、分離するＣＯ 2 回収装置とを備え
たＣＯ 2 回収型ボイラにおいて、 前記ＣＯ 2 回収装置の上
流側に前記ボイラからの燃焼排ガスを精製するガス精製
装置を設け、該精製装置と前記ＣＯ 2 回収装置の間から
ボイラのシール部への配管を設けたことを特徴とするも
のである。
は、酸素を含むガスを酸化剤としてボイラ火炉に供給し
て燃料を燃焼させるボイラと、空気中より酸素を分離す
る酸素製造装置と、ボイラ火炉より発生する燃焼排ガス
より炭酸ガスを吸収、分離するＣＯ 2 回収装置とを備え
たＣＯ 2 回収型ボイラにおいて、 前記ＣＯ 2 回収装置の上
流側に前記ボイラからの燃焼排ガスを精製するガス精製
装置を設け、該精製装置と前記ＣＯ 2 回収装置の間から
ボイラのシール部への配管を設けたことを特徴とするも
のである。
【００２０】
【作用】燃焼排ガスは適量の酸素と混合した後、酸化剤
としてバーナ部から供給する。この際、燃焼排ガスと酸
素の混合比を、酸素の濃度が空気中の酸素の濃度と同等
になるように、すなわち、１５〜２５％になるようにす
ることによつて、理論燃焼温度は空気燃焼の場合と変わ
らなくなり、バーナ近傍での著しい焼損のおそれをなく
すことができる。燃料は供給されてくる混合気中の酸素
で燃焼するので、ボイラから排出されるガスの組成は、
一部窒素化合物や硫黄化合物等を含むものの、ほとんど
は二酸化炭素、水分および過剰酸素になる。これらのう
ち過剰酸素は再循環させるので、製造した酸素を全て消
費することになつて無駄がなく、さらに高濃度でＣＯ2
が排出されるために効率よくＣＯ2の液化回収ができ
る。
としてバーナ部から供給する。この際、燃焼排ガスと酸
素の混合比を、酸素の濃度が空気中の酸素の濃度と同等
になるように、すなわち、１５〜２５％になるようにす
ることによつて、理論燃焼温度は空気燃焼の場合と変わ
らなくなり、バーナ近傍での著しい焼損のおそれをなく
すことができる。燃料は供給されてくる混合気中の酸素
で燃焼するので、ボイラから排出されるガスの組成は、
一部窒素化合物や硫黄化合物等を含むものの、ほとんど
は二酸化炭素、水分および過剰酸素になる。これらのう
ち過剰酸素は再循環させるので、製造した酸素を全て消
費することになつて無駄がなく、さらに高濃度でＣＯ2
が排出されるために効率よくＣＯ2の液化回収ができ
る。
【００２１】また、燃焼排ガス量を十分に確保すること
ができるので、 １）バーナ部で流速が低下することなく、燃料との混合
状態もよくなり、未燃カーボンが生成しにくくなる。 ２）熱伝達率も従来通り保つことができるので、火炉よ
り下流の伝熱管群における対流伝熱による熱回収も従来
通り行うことができ、タービンの要求する蒸気条件を損
なうことがない。また伝熱面積も従来のシステムで運用
することができる。
ができるので、 １）バーナ部で流速が低下することなく、燃料との混合
状態もよくなり、未燃カーボンが生成しにくくなる。 ２）熱伝達率も従来通り保つことができるので、火炉よ
り下流の伝熱管群における対流伝熱による熱回収も従来
通り行うことができ、タービンの要求する蒸気条件を損
なうことがない。また伝熱面積も従来のシステムで運用
することができる。
【００２２】ボイラからの排ガスは、好ましくは再加熱
して水蒸気が凝縮しないようにして、バーナ部、アフタ
ーエアポート部およびホツパー部へ流量を調節して供給
される。バーナ部およびアフターエアポート部に供給す
る再循環排ガスは、主にそれぞれのスロートからの流速
および運動量確保のためとバーナ部下流での火炉内上昇
流確保等のために用いられる。一方、ホツパー部からの
排ガスは、通常の空気燃焼ボイラでの作用と同様、主に
伝熱上の問題のために用いられる。
して水蒸気が凝縮しないようにして、バーナ部、アフタ
ーエアポート部およびホツパー部へ流量を調節して供給
される。バーナ部およびアフターエアポート部に供給す
る再循環排ガスは、主にそれぞれのスロートからの流速
および運動量確保のためとバーナ部下流での火炉内上昇
流確保等のために用いられる。一方、ホツパー部からの
排ガスは、通常の空気燃焼ボイラでの作用と同様、主に
伝熱上の問題のために用いられる。
【００２３】従つて、バーナ部およびアフターエアポー
ト部に供給する排ガス量は、空気中の窒素ガスに見合つ
た量、すなわち酸素量の約４倍（体積換算）供給しなけ
ればならない。そこで、アフターエアポート部からの排
ガス量は、窒素酸化物低減のためにはアフターエアポー
トから供給する酸素量の４倍以下とし、その減少分をバ
ーナ部あるいはホツパー部に供給しなければならない。
この場合、好ましくは窒素酸化物の還元がバーナゾーン
の高温還元雰囲気中で起こるので、アフターエアポート
部からの排ガス減少分はバーナ部に供給するのが望まし
い。また、アフターエアポート部からの排ガス量の減少
は、炉内におけるアフターエアポート部での混合不完全
を招き、未燃分増加につながる可能性があるので、少な
くとも酸素量と当量（１倍）以上は供給する必要があ
る。
ト部に供給する排ガス量は、空気中の窒素ガスに見合つ
た量、すなわち酸素量の約４倍（体積換算）供給しなけ
ればならない。そこで、アフターエアポート部からの排
ガス量は、窒素酸化物低減のためにはアフターエアポー
トから供給する酸素量の４倍以下とし、その減少分をバ
ーナ部あるいはホツパー部に供給しなければならない。
この場合、好ましくは窒素酸化物の還元がバーナゾーン
の高温還元雰囲気中で起こるので、アフターエアポート
部からの排ガス減少分はバーナ部に供給するのが望まし
い。また、アフターエアポート部からの排ガス量の減少
は、炉内におけるアフターエアポート部での混合不完全
を招き、未燃分増加につながる可能性があるので、少な
くとも酸素量と当量（１倍）以上は供給する必要があ
る。
【００２４】このようにすることにより、窒素酸化物や
未燃分を増加することなく、従来のボイラ設備を酸素燃
焼ボイラとして運用することができる。
未燃分を増加することなく、従来のボイラ設備を酸素燃
焼ボイラとして運用することができる。
【００２５】ボイラ排気ガスは増湿冷却、脱硝、脱硫、
脱塵等のガス精製した後、好ましくは再加熱して水蒸気
が凝縮しないようにして、ボイラ各部のシール部へ送気
される。 ａ）ボイラペントハウスでは、蒸気加熱器、蒸気再加熱
器等のコイル型ヒータが天井壁を貫通して吊下げられて
いるが、天井壁を構成する伝熱管群との温度差が大きい
ため、完全にシール溶接構造にしないで、シール用のガ
スで炉内側より若干高圧に保ち、全ガス量の１〜３％程
度を炉内側に流すようにする。
脱塵等のガス精製した後、好ましくは再加熱して水蒸気
が凝縮しないようにして、ボイラ各部のシール部へ送気
される。 ａ）ボイラペントハウスでは、蒸気加熱器、蒸気再加熱
器等のコイル型ヒータが天井壁を貫通して吊下げられて
いるが、天井壁を構成する伝熱管群との温度差が大きい
ため、完全にシール溶接構造にしないで、シール用のガ
スで炉内側より若干高圧に保ち、全ガス量の１〜３％程
度を炉内側に流すようにする。
【００２６】このように加熱器の通気抵抗以上の差圧を
掛けることにより、ペントハウスに燃焼ガスが侵入しな
いので、天井壁における貫通部での熱応力による損傷を
防止できると同時に、熱効率の低下、腐食、未燃分の蓄
積による火災等の問題もなくなる。
掛けることにより、ペントハウスに燃焼ガスが侵入しな
いので、天井壁における貫通部での熱応力による損傷を
防止できると同時に、熱効率の低下、腐食、未燃分の蓄
積による火災等の問題もなくなる。
【００２７】ｂ）重油焚き、石炭焚き等のボイラでは火
炉および対流熱交換部にスートブロアを設置し、蒸気に
より伝熱管に付着したスス、灰等を清掃している。この
装置は、ボイラの外部から水壁を貫通して挿入し、メカ
ニカルシールによつて燃焼ガスあるいは大気がリークし
ないようにしている。しかし、この貫通部にシールボツ
クスを設け、精製ガスを供給することによつて、炉内側
および大気中に対して、より確実にリーク防止すること
ができる。大気の漏れ込みがなくなることによつて排気
ガスのＣＯ2 濃度が高まり、回収時の効率が高くでき
る。
炉および対流熱交換部にスートブロアを設置し、蒸気に
より伝熱管に付着したスス、灰等を清掃している。この
装置は、ボイラの外部から水壁を貫通して挿入し、メカ
ニカルシールによつて燃焼ガスあるいは大気がリークし
ないようにしている。しかし、この貫通部にシールボツ
クスを設け、精製ガスを供給することによつて、炉内側
および大気中に対して、より確実にリーク防止すること
ができる。大気の漏れ込みがなくなることによつて排気
ガスのＣＯ2 濃度が高まり、回収時の効率が高くでき
る。
【００２８】ｃ）ボイラのバーナ部に設置された火炎検
出器あるいは炉内監視用の各種覗窓、炉内監視用ＴＶカ
メラ等で、スス、灰による曇り防止および冷却用の配管
系に精製されたガスを供給して炉内側に流す。精製ガス
は清浄であり、しかもＣＯ2 リツチであるため所期の目
的を果たすことはもちろん燃焼効率の向上および回収部
における効率向上にも役立つ。
出器あるいは炉内監視用の各種覗窓、炉内監視用ＴＶカ
メラ等で、スス、灰による曇り防止および冷却用の配管
系に精製されたガスを供給して炉内側に流す。精製ガス
は清浄であり、しかもＣＯ2 リツチであるため所期の目
的を果たすことはもちろん燃焼効率の向上および回収部
における効率向上にも役立つ。
【００２９】
【実施例】図１に、本発明の実施例に係るＣＯ2 回収型
ボイラの構造図を示す。同図に示すように、ボイラ２０
から排出されたガスのうち再循環ガス配管２５に分岐し
てきたものは、ホツパー部への再循環排ガスと、ガス混
合器２８に供給されるものとに分ける。
ボイラの構造図を示す。同図に示すように、ボイラ２０
から排出されたガスのうち再循環ガス配管２５に分岐し
てきたものは、ホツパー部への再循環排ガスと、ガス混
合器２８に供給されるものとに分ける。
【００３０】ガス混合器２８に分岐してきた排ガスは、
酸素製造器１０で生成された酸素と混合され、混合ガス
配管２９を通つてウインドボツクス１８から供給する。
このことによりボイラから排出されるガスは、一部窒素
酸化物や硫黄酸化物等を含むものの、ほとんどは二酸化
炭素、水分および過剰酸素になる。望ましくは過剰酸素
を抑制するため供給酸素量を調整し（過剰酸素量３％以
下）、精製部３０で水分を除去した後に排出される高濃
度のＣＯ2を、ＣＯ2回収部４０で直接液化回収する。Ｃ
Ｏ2除去後の過剰酸素を含んだ排ガスは、再循環ライン
５５を通つて排気ガス再循環フアン２２に送られ、燃焼
排ガスと共に再循環される。なお、５０はダンパであ
る。
酸素製造器１０で生成された酸素と混合され、混合ガス
配管２９を通つてウインドボツクス１８から供給する。
このことによりボイラから排出されるガスは、一部窒素
酸化物や硫黄酸化物等を含むものの、ほとんどは二酸化
炭素、水分および過剰酸素になる。望ましくは過剰酸素
を抑制するため供給酸素量を調整し（過剰酸素量３％以
下）、精製部３０で水分を除去した後に排出される高濃
度のＣＯ2を、ＣＯ2回収部４０で直接液化回収する。Ｃ
Ｏ2除去後の過剰酸素を含んだ排ガスは、再循環ライン
５５を通つて排気ガス再循環フアン２２に送られ、燃焼
排ガスと共に再循環される。なお、５０はダンパであ
る。
【００３１】図には示していないが、ガスタービン排気
をボイラ燃焼用空気としてウインドボツクス１８に供給
する排気再燃型コンバインドサイクルプラントにするこ
とも可能である。この場合には、ボイラにガスタービン
を付加し、該ガスタービンの燃焼器に、酸素に燃焼排ガ
スを加えて調整した酸化剤の９０％以上と１０〜４０％
の燃料を供給して燃焼させ、ガスタービン排ガスの酸素
濃度を１３〜１８％とし、ボイラの燃焼用酸化剤として
６０〜９０％の燃料を燃焼させて排気再燃式複合発電を
行うように構成する。この排気再燃型コンバインドサイ
クルプラントには次のようなメリツトがある。 １）ガスタービンの設置に多くのスペースを必要としな
い。 ２）既設設備を最大限活用できる。 ３）環境申請値を現状に抑えつつ電力の供給力の増大が
図れ、加えて、高効率化による省エネルギーと、それに
伴うＣＯ2絶対排出量の削減に大いに寄与できる。 ４）比較的短工期で改造できる。上述のメリツトを踏ま
えて、ＣＯ2の直接液化回収を効率よく行うことができ
る。
をボイラ燃焼用空気としてウインドボツクス１８に供給
する排気再燃型コンバインドサイクルプラントにするこ
とも可能である。この場合には、ボイラにガスタービン
を付加し、該ガスタービンの燃焼器に、酸素に燃焼排ガ
スを加えて調整した酸化剤の９０％以上と１０〜４０％
の燃料を供給して燃焼させ、ガスタービン排ガスの酸素
濃度を１３〜１８％とし、ボイラの燃焼用酸化剤として
６０〜９０％の燃料を燃焼させて排気再燃式複合発電を
行うように構成する。この排気再燃型コンバインドサイ
クルプラントには次のようなメリツトがある。 １）ガスタービンの設置に多くのスペースを必要としな
い。 ２）既設設備を最大限活用できる。 ３）環境申請値を現状に抑えつつ電力の供給力の増大が
図れ、加えて、高効率化による省エネルギーと、それに
伴うＣＯ2絶対排出量の削減に大いに寄与できる。 ４）比較的短工期で改造できる。上述のメリツトを踏ま
えて、ＣＯ2の直接液化回収を効率よく行うことができ
る。
【００３２】図２は、本発明の他の実施例を示す図面で
ある。同図に示すように、燃料石炭は石炭ホツパー８０
から計量供給器９０を通つて石炭ミル１００に供給さ
れ、粉砕された後、固気分離器９１で搬送空気を取り除
き、微粉炭のみ微粉炭ホツパー９２に供給される。微粉
炭計量供給器９４で供給量を調整した後、酸素製造装置
１０で製造された酸素によつてウインドボツクス１８に
搬送される。
ある。同図に示すように、燃料石炭は石炭ホツパー８０
から計量供給器９０を通つて石炭ミル１００に供給さ
れ、粉砕された後、固気分離器９１で搬送空気を取り除
き、微粉炭のみ微粉炭ホツパー９２に供給される。微粉
炭計量供給器９４で供給量を調整した後、酸素製造装置
１０で製造された酸素によつてウインドボツクス１８に
搬送される。
【００３３】ミル１００からの搬送空気を取り除き、酸
素で燃焼器まで搬送することにより、より濃縮された微
粉炭を供給することが可能になり、配管系統も縮小でき
る。また、空気で搬送する場合よりも酸素濃度が高いの
で、着火性がよくなる。場合によつては、再循環ガス配
管２５を燃料配管１５に繋いで酸素濃度を調整すること
も可能である。なお、図中の７はフアン、９は空気加熱
器、１１は酸素配管、２１は排ガスダクト、９５は給炭
管である。
素で燃焼器まで搬送することにより、より濃縮された微
粉炭を供給することが可能になり、配管系統も縮小でき
る。また、空気で搬送する場合よりも酸素濃度が高いの
で、着火性がよくなる。場合によつては、再循環ガス配
管２５を燃料配管１５に繋いで酸素濃度を調整すること
も可能である。なお、図中の７はフアン、９は空気加熱
器、１１は酸素配管、２１は排ガスダクト、９５は給炭
管である。
【００３４】図３は、さらに他の実施例を示す図面であ
る。同図に示すように、ボイラ出口から取り出した排ガ
スは、再循環排ガスライン２３の流量調整用ダンパ４９
を通過した後、排ガス再循環フアン２２に供給される。
このフアン２２から排出された排ガスの一部はホツパー
部１９に、残りはウインドボツクス１８内のバーナ部お
よびウインドボツクス６０内のアフターエアポート部に
分岐される。
る。同図に示すように、ボイラ出口から取り出した排ガ
スは、再循環排ガスライン２３の流量調整用ダンパ４９
を通過した後、排ガス再循環フアン２２に供給される。
このフアン２２から排出された排ガスの一部はホツパー
部１９に、残りはウインドボツクス１８内のバーナ部お
よびウインドボツクス６０内のアフターエアポート部に
分岐される。
【００３５】そして、ホツパー部１９への供給ライン２
４とウインドボツクス１８内のバーナ部およびウインド
ボツクス６０内のアフターエアポート部への供給ライン
２５とにはそれぞれ流量調整用ダンパ５０と５１とを設
置する。さらに、供給ライン２５はウインドボツクス１
８内のバーナ部とウインドボツクス６０内のアフターエ
アポート部とに分岐され、それぞれの分岐ライン２６と
２７とにそれぞれ流量調整用ダンパ５２と５３とを設置
する。なお、両ウインドボツクス１８と６０は仕切板等
によつて完全に仕切られている。このようにして、各部
への再循環排ガス量を独自に調整することができる。な
お、図中の４５，４６，４７はダンパである。
４とウインドボツクス１８内のバーナ部およびウインド
ボツクス６０内のアフターエアポート部への供給ライン
２５とにはそれぞれ流量調整用ダンパ５０と５１とを設
置する。さらに、供給ライン２５はウインドボツクス１
８内のバーナ部とウインドボツクス６０内のアフターエ
アポート部とに分岐され、それぞれの分岐ライン２６と
２７とにそれぞれ流量調整用ダンパ５２と５３とを設置
する。なお、両ウインドボツクス１８と６０は仕切板等
によつて完全に仕切られている。このようにして、各部
への再循環排ガス量を独自に調整することができる。な
お、図中の４５，４６，４７はダンパである。
【００３６】図４に、窒素酸化物（ＮＯｘ）と未燃分と
に対するアフターエアポート部からの排ガス／酸素量比
の影響を示す。この図から、排ガス量を増加するに従い
未燃分は減少するものの、ＮＯｘは増加してしまう。な
お、この図では、バーナ部およびアフターエアポート部
からの排ガス量のトータルは両者から供給する酸素量の
トータルの４倍（一定）としてまとめたものであり、ア
フターエアポート部からの排ガス量の変化量はバーナ部
からの排ガス量を変化して調整した。また、バーナ部で
の酸素比は０．９（一定）とし、火炉出口Ｏ2 濃度は３
％（一定）、燃料は石炭を用いた。
に対するアフターエアポート部からの排ガス／酸素量比
の影響を示す。この図から、排ガス量を増加するに従い
未燃分は減少するものの、ＮＯｘは増加してしまう。な
お、この図では、バーナ部およびアフターエアポート部
からの排ガス量のトータルは両者から供給する酸素量の
トータルの４倍（一定）としてまとめたものであり、ア
フターエアポート部からの排ガス量の変化量はバーナ部
からの排ガス量を変化して調整した。また、バーナ部で
の酸素比は０．９（一定）とし、火炉出口Ｏ2 濃度は３
％（一定）、燃料は石炭を用いた。
【００３７】この結果、ＮＯｘおよび未燃分抑制の最適
値は、アフターエアポート部からの排ガス／酸素量比で
１〜３付近にあることが分かる。しかし、ＮＯｘに余裕
があり、もつと未燃分を下げたいとの要請があれば、さ
らにアフターエアポート部からの排ガス量を増加するこ
ともできる。また、逆に未燃分に余裕があり、ＮＯｘを
さらに下げたいとの要請に対しては、アフターエアポー
トからの排ガス量を極力下げて、強いては排ガス／酸素
量比≒０にすることもできる。
値は、アフターエアポート部からの排ガス／酸素量比で
１〜３付近にあることが分かる。しかし、ＮＯｘに余裕
があり、もつと未燃分を下げたいとの要請があれば、さ
らにアフターエアポート部からの排ガス量を増加するこ
ともできる。また、逆に未燃分に余裕があり、ＮＯｘを
さらに下げたいとの要請に対しては、アフターエアポー
トからの排ガス量を極力下げて、強いては排ガス／酸素
量比≒０にすることもできる。
【００３８】ここでは、図示していないが、再循環する
排ガスを図３のガス精製設備（脱硝装置等を含む）３０
下流のライン３５から取り出してもよい。この場合に
は、再循環排ガスを昇温するための加熱器あるいは熱交
換器が必要である。また、図３において、ホツパー部か
らの排ガス量を０にすることがなく、あるいはバーナ部
からの排ガス量を０にすることがないならば、流量調整
ダンパ５０あるいは５２は省略することができる。
排ガスを図３のガス精製設備（脱硝装置等を含む）３０
下流のライン３５から取り出してもよい。この場合に
は、再循環排ガスを昇温するための加熱器あるいは熱交
換器が必要である。また、図３において、ホツパー部か
らの排ガス量を０にすることがなく、あるいはバーナ部
からの排ガス量を０にすることがないならば、流量調整
ダンパ５０あるいは５２は省略することができる。
【００３９】図５は、さらに他の実施例を示す図面であ
る。同図に示すように、ボイラ排気ガスを精製設備３０
によつて精製し、ライン３５によつてＣＯ2回収部４０
に送る途中から、ボイラ各シール部へのガス循環ライン
１０１を取り出す。そしてブロア３７によつて昇圧し、
スートブロア２００へはライン１１０、ペントハウス２
８へはライン１２０、覗窓１５０へはライン１３０、フ
レームデテクタ等バーナ回りへはライン１４０にて各々
供給する。
る。同図に示すように、ボイラ排気ガスを精製設備３０
によつて精製し、ライン３５によつてＣＯ2回収部４０
に送る途中から、ボイラ各シール部へのガス循環ライン
１０１を取り出す。そしてブロア３７によつて昇圧し、
スートブロア２００へはライン１１０、ペントハウス２
８へはライン１２０、覗窓１５０へはライン１３０、フ
レームデテクタ等バーナ回りへはライン１４０にて各々
供給する。
【００４０】図示していないが、排気ガス再循環ライン
１０１から、各々のシール部へのガス流量、供給圧力の
計測および制御を行なうことや、精製ガスの取り出しに
際してＣＯ2回収部４０の加圧系統から取り出すことに
よつてブロア３７を省略することもできる。
１０１から、各々のシール部へのガス流量、供給圧力の
計測および制御を行なうことや、精製ガスの取り出しに
際してＣＯ2回収部４０の加圧系統から取り出すことに
よつてブロア３７を省略することもできる。
【００４１】
【発明の効果】本発明によれば、高濃度ＣＯ2 回収型ボ
イラにおいても排出されるガス流量が一般的なボイラに
比べて大幅に減少するようなことがなく、ガス流量を十
分に確保することができるので、新たにＣＯ2回収型ボ
イラシステムを建設するまでもなく、既存のボイラシス
テムに排ガス再循環路、およびＣＯ2回収部を追設する
だけで、バーナ近傍での焼損、未燃カーボンの生成、火
炉下流の電熱管群での熱伝達率の減少等の問題を殆ど生
じさせずにＣＯ2回収型ボイラに転換することができ
る。
イラにおいても排出されるガス流量が一般的なボイラに
比べて大幅に減少するようなことがなく、ガス流量を十
分に確保することができるので、新たにＣＯ2回収型ボ
イラシステムを建設するまでもなく、既存のボイラシス
テムに排ガス再循環路、およびＣＯ2回収部を追設する
だけで、バーナ近傍での焼損、未燃カーボンの生成、火
炉下流の電熱管群での熱伝達率の減少等の問題を殆ど生
じさせずにＣＯ2回収型ボイラに転換することができ
る。
【００４２】また、本発明によれば、酸素燃焼ＣＯ2 回
収型ボイラにおいて、排ガス再循環によるＮＯｘあるい
は未燃分の増加を未然に防ぐことができるので、高効率
に高濃度ＣＯ2 ガスを回収することができる。
収型ボイラにおいて、排ガス再循環によるＮＯｘあるい
は未燃分の増加を未然に防ぐことができるので、高効率
に高濃度ＣＯ2 ガスを回収することができる。
【００４３】さらに本発明によれば、ＣＯ2 回収型ボイ
ラにおいて必要な各部のシール個所に対して、燃焼効率
の低下、結露、腐食および窓曇りなくシールができるた
め、高効率に高濃度ＣＯ2 ガスを回収することができ
る。
ラにおいて必要な各部のシール個所に対して、燃焼効率
の低下、結露、腐食および窓曇りなくシールができるた
め、高効率に高濃度ＣＯ2 ガスを回収することができ
る。
【図１】本発明の実施例に係るＣＯ2 回収型ボイラの系
統図である。
統図である。
【図２】本発明の他の実施例に係るＣＯ2 回収型ボイラ
の系統図である。
の系統図である。
【図３】本発明のさらに他の実施例に係るＣＯ2 回収型
ボイラの系統図である。
ボイラの系統図である。
【図４】排ガス／酸素量比とＮＯｘ、未燃分との関係を
示す特性図である。
示す特性図である。
【図５】本発明のさらに他の実施例に係るＣＯ2 回収型
ボイラの系統図である。
ボイラの系統図である。
【図６】従来のＣＯ2 回収型ボイラの系統図である。
５ 空気ライン １０ 酸素製造装置 １５ 燃料ライン １８ ウインドボツクス ２０ ボイラ本体 ２２ 排気ガス再循環フアン ２３ 熱交換器 ２８ ガス混合器 ３０ ガス精製部 ４０ ＣＯ2回収部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 伸一郎 広島県呉市宝町３番36号 バブコツク日 立株式会社呉研究所内 (72)発明者 馬場 彰 広島県呉市宝町３番36号 バブコツク日 立株式会社呉研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−161605（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−32207（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23C 9/00 F23C 11/00 310
Claims (8)
- 【請求項１】 酸素を含むガスを酸化剤としてボイラ火
炉に供給して燃料を燃焼させるボイラと、空気中より酸
素を分離する酸素製造装置と、ボイラ火炉より発生する
燃焼排ガスより炭酸ガスを吸収、分離するＣＯ２回収装
置とを備えたＣＯ２回収型ボイラにおいて、前記酸素製造装置からの酸素は、前記ボイラのバーナ部
とアフターエアポート部に供給されるとともに、 前記ボイラ出口から取り出した燃焼排ガスは、前記バー
ナ部と前記アフターエアポート部に循環されて前記酸素
製造装置からの酸素と混合され、且つボイラ下方のホッ
パー部にも循環供給される ことを特徴とするＣＯ２回収
型ボイラ。 - 【請求項２】 請求項１に記載のＣＯ２回収型ボイラに
おいて、 前記バーナ部と前記アフターエアポート部と前記ホッパ
ー部への前記燃焼排ガスの再循環量を各再循環経路に設
けた各流量調整ダンパによつてそれぞれ独自に制御でき
るように 構成したことを特徴としたＣＯ２回収型ボイ
ラ。 - 【請求項３】 請求項１に記載のＣＯ２回収型ボイラに
おいて、 前記燃焼排ガスの再循環経路 に昇温用設備を設けたこと
を特徴とするＣＯ２回収型ボイラ。 - 【請求項４】 請求項１に記載のＣＯ２回収型ボイラに
おいて、 前記アフターエアポート部からの燃焼排ガス／酸素量比
を４以下にしたことを特徴とするＣＯ２回収型ボイラ。 - 【請求項５】 酸素を含むガスを酸化剤としてボイラ火
炉に供給して燃料を燃焼させるボイラと、空気中より酸
素を分離する酸素製造装置と、ボイラ火炉より発生する
燃焼排ガスより炭酸ガスを吸収、分離するＣＯ２回収装
置を備えたＣＯ２回収型ボイラにおいて、 前記ＣＯ２回収装置の上流側に前記ボイラからの燃焼排
ガスを精製するガス精製装置を設け、 前記精製装置と前記ＣＯ２回収装置の間からボイラのシ
ール部への配管を設けたことを特徴とするＣＯ２回収型
ボイラ。 - 【請求項６】 請求項５に記載のＣＯ２回収型ボイラに
おいて、 前記シール部がボイラペントハウスであつて、精製され
たガスによつて炉内より高圧の状態にし、ペントハウス
より炉内側に前記ガスを流すように構成したことを特徴
とするＣＯ２回収型ボイラ。 - 【請求項７】 請求項５に記載のＣＯ２回収型ボイラに
おいて、 前記シール部がボイラ火炉および熱交換器群に設けられ
たスートブロア装置の挿入部であることを特徴とするＣ
Ｏ２回収型ボイラ。 - 【請求項８】 請求項５に記載のＣＯ２回収型ボイラに
おいて、 前記シール部がボイラ火炎検出器、覗窓であり、前記配
管がこれらに対する曇り防止および冷却用の配管である
ことを特徴とするＣＯ２回収型ボイラ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3199813A JP3053914B2 (ja) | 1991-07-16 | 1991-07-16 | Ｃｏ２回収型ボイラ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3199813A JP3053914B2 (ja) | 1991-07-16 | 1991-07-16 | Ｃｏ２回収型ボイラ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0526409A JPH0526409A (ja) | 1993-02-02 |
| JP3053914B2 true JP3053914B2 (ja) | 2000-06-19 |
Family
ID=16414072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3199813A Expired - Fee Related JP3053914B2 (ja) | 1991-07-16 | 1991-07-16 | Ｃｏ２回収型ボイラ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3053914B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| WO2009110033A1 (ja) | 2008-03-06 | 2009-09-11 | 株式会社Ihi | 酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法及び装置 |
| US9429315B2 (en) | 2008-03-06 | 2016-08-30 | Ihi Corporation | Method and apparatus of controlling oxygen supply in oxyfuel combustion boiler |
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| US8196532B2 (en) * | 2008-02-27 | 2012-06-12 | Andrus Jr Herbert E | Air-fired CO2 capture ready circulating fluidized bed heat generation with a reactor subsystem |
| EP2251596B1 (en) * | 2008-03-06 | 2016-08-03 | IHI Corporation | Method and facility for feeding carbon dioxide to oxyfuel combustion boiler |
| EP2251598B1 (en) | 2008-03-06 | 2013-06-05 | IHI Corporation | Method and apparatus of controlling flow rate of primary recirculating exhaust gas in oxyfuel combustion boiler |
| WO2009110037A1 (ja) * | 2008-03-06 | 2009-09-11 | 株式会社Ihi | 酸素燃焼ボイラの排ガス制御方法及び装置 |
| JP5208196B2 (ja) | 2008-03-06 | 2013-06-12 | 株式会社Ｉｈｉ | 酸素燃焼ボイラの微粉炭バーナ |
| ES2420558T3 (es) | 2008-03-06 | 2013-08-23 | Ihi Corporation | Metodo y aparato de control del suministro de oxígeno en una caldera |
| US8453585B2 (en) * | 2008-04-14 | 2013-06-04 | Babcock & Wilcox Power Generation Group, Inc. | Oxy-combustion coal fired boiler and method of transitioning between air and oxygen firing |
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| WO2012035777A1 (ja) * | 2010-09-16 | 2012-03-22 | バブコック日立株式会社 | 燃焼プラント |
| CA2811446A1 (en) * | 2010-09-29 | 2012-04-05 | Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha | Oxygen combustion system and method for operating same |
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| CN112413571B (zh) * | 2020-11-19 | 2023-07-18 | 西安西热锅炉环保工程有限公司 | 一种天然气锅炉综合利用***及其运行方法 |
| FI20225751A1 (fi) * | 2022-08-25 | 2024-02-26 | Aliceco Energy Ab Oy | Järjestelmä ja menetelmä polttolaitoksen päivittämiseksi happipolttoa varten |
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1991
- 1991-07-16 JP JP3199813A patent/JP3053914B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0526409A (ja) | 1993-02-02 |
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