JP5094959B2 - 酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給方法及び二酸化炭素供給設備 - Google Patents

Description

本発明は、酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給方法及び二酸化炭素供給設備に関するものである。

近年、地球温暖化防止のために、二酸化炭素等の温室効果ガス排出量を削減することが望まれており、酸素燃焼ボイラから排出される燃焼排ガス中の二酸化炭素を回収して海洋や地中に貯留する技術の開発が進められている。

このような酸素燃焼ボイラを備えた設備は、燃料である石炭を粉砕して微粉炭とする燃料供給手段のミルと、酸素と他の窒素主体ガスとに分離する酸素分離装置と、外気から内部へ空気を押し込み得る空気供給手段の押込通風機（ＦＤＦ）と、ミルからの燃料と酸素分離装置からの酸素または押込通風機からの空気を導入ラインにより導入して燃焼する燃焼炉（ボイラ）と、燃焼炉で燃焼した燃焼排ガスを外部に導く燃焼排ガスラインと、燃焼排ガスラインの中途位置に配置した空気予熱器と、燃焼排ガスラインで空気予熱器の下流側に位置する燃焼排ガス処理手段の集塵機と、燃焼排ガスラインから分岐し且つ空気予熱器を介して導入ラインに接続される再循環ラインとを備えている。

ここで、燃焼炉は、入側のウインドボックスに、押込通風機からの空気、酸素分離装置からの酸素が導入されると共に、ウインドボックス内に配置されたバーナに、ミルからの微粉炭が導入されるようになっている。

酸素燃焼ボイラを備えた設備を起動する際には、導入ライン等により空気をバーナに供給して通常の空気による燃焼を行い、燃焼排ガスがすべて燃焼排ガスラインに導かれるようにする。この時、空気で燃焼を行うと燃焼排ガスの組成は約７０％が窒素となり、残りは二酸化炭素、ＳＯx、水蒸気等になり、また、この燃焼排ガスは集塵装置等で燃焼排ガス処理されることにより各成分が環境排出基準値以下に保持されて大気中に排出される。続いて、燃焼炉の収熱が所定値に到達した際には、集塵装置等で燃焼排ガス処理された燃焼排ガスの一部を、再循環ラインにより再循環ガスとして再循環させると共に、酸素分離装置から供給される酸素を、再循環ガスと混合させてウインドボックスに供給し、バーナで燃焼を行う。

これにより、空気に含まれていた窒素が供給されなくなり、燃焼炉からの燃焼排ガス中の窒素の濃度は徐々に減少すると共に二酸化炭素の濃度は高まる。その後、二酸化炭素の濃度が略一定になった際に外気への排出を停止し、燃焼排ガスが再循環ラインで再循環される状態で定常運転に入り、適宜、冷却器を介して二酸化炭素を回収するようにしている。

また、ボイラを使用する設備には、細部構造において燃焼炉の天井壁にシール構造を備えて燃焼灰等の浸入を防ぐようにしているものがある（例えば、特許文献１，２）。
特開平１１−１１８１０２号公報 特開２００１−１５３３０３号公報

しかしながら、このようなボイラ設備では、運転時に燃焼炉、集塵機及び再循環ライン等が負圧になるため、ボイラ設備の機器に存在する隙間に対して外部から内部へ空気が流入し、再循環する二酸化炭素の濃度が低下するという問題があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、ボイラ設備の機器に対して外部から内部への空気の流入を抑制する酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給方法及び二酸化炭素供給設備を提供しようとするものである。

本発明は、酸素分離装置により空気を酸素と他の窒素主体ガスとに分離し、前記酸素分離装置で得た酸素と燃料とを燃焼炉のバーナで燃焼し、燃焼炉からの燃焼排ガスを少なくとも脱塵処理した後、燃焼排ガスの一部を再循環ガスとして前記燃焼炉に再循環すると共に、再循環しない残りの燃焼排ガスを排出するようにしている酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給方法であって、前記再循環しない残りの燃焼排ガスから二酸化炭素ガスを取り出し、酸素燃焼ボイラ設備の機器に対し、前記二酸化炭素ガスを導入してパージすると共に、前記再循環する再循環ガスから一部を分岐させて二酸化炭素ガスとし、酸素燃焼ボイラ設備の他の機器に対し、パージよりも低い圧力で二酸化炭素ガスを導入してシールすることからなる酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給方法、にかかるものである。

本発明の酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給方法において、前記再循環しない残りの燃焼排ガスを、冷却により、不純物を含まない高濃度の二酸化炭素ガスと、不純物を含む二酸化炭素ガスとに分離し、不純物を含まない高濃度の二酸化炭素ガスを、燃焼炉の炎感知器へのパージに使用すると共に、不純物を含む二酸化炭素ガスを、電気集塵機の碍子へのパージまたは集塵機のフィルタへの逆洗に使用することが好ましい。

本発明の酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給方法において、前記再循環する再循環ガスから分岐させた二酸化炭素ガスを、燃焼炉の貫通孔、機器の空気流入部の少なくとも１つへ導入することが好ましい。

本発明は、燃料供給手段と、空気を酸素と窒素主体ガスとに分離する酸素分離装置と、空気供給手段と、前記燃料供給手段からの燃料と前記酸素分離装置からの酸素または空気供給手段からの空気を導入ラインにより導入してバーナで燃焼する燃焼炉と、該燃焼炉で燃焼した燃焼排ガスを該燃焼炉の外部に導く燃焼排ガスラインと、該燃焼排ガスラインに備えた燃焼排ガス処理手段と、該燃焼排ガス処理手段で少なくとも脱塵処理した燃焼排ガスの一部を前記バーナに再循環させる再循環ラインとを有する酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給設備であって、
前記再循環しない残りの燃焼排ガスから二酸化炭素ガスを取り出す燃焼排ガス回収手段と、
酸素燃焼ボイラ設備の機器に対して前記二酸化炭素ガスを導入してパージする二酸化炭素ガス供給手段と、
前記再循環する再循環ガスから一部を分岐させて二酸化炭素ガスとし、酸素燃焼ボイラ設備の他の機器に対し、パージよりも低い圧力で二酸化炭素ガスを導入する再循環側の二酸化炭素ガス供給手段と、
を備えたことからなる酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給設備、にかかるものである。

本発明の酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給設備において、前記燃焼排ガス回収手段は、再循環しない残りの燃焼排ガスを、不純物を含まない高濃度の二酸化炭素ガスと、不純物を含む二酸化炭素ガスとに分離する冷却手段を備え、
前記二酸化炭素ガス供給手段は、不純物を含まない高濃度の二酸化炭素ガスを、燃焼炉の炎感知器へのパージに使用するラインと、不純物を含む二酸化炭素ガスを電気集塵機の碍子へのパージまたは集塵機のフィルタへの逆洗に使用するラインとを備えることが好ましい。

本発明の酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給設備において、前記再循環側の二酸化炭素ガス供給手段は、再循環する再循環ガスから分岐させた二酸化炭素ガスを、燃焼炉の貫通孔、機器の空気流入部の少なくとも１つへ導入するラインを備えることが好ましい。

本発明の酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給方法及び二酸化炭素供給設備によれば、再循環しない残りの燃焼排ガスから二酸化炭素を取り出し、酸素燃焼ボイラ設備の機器に対して二酸化炭素を導入するので、ボイラ設備の機器に対して外部から内部への空気の流入を抑制し、再循環する燃焼排ガス中の二酸化炭素の濃度が低下することを防止できるという優れた効果を奏し得る。

本発明を実施する形態例の構成を示すブロック図である。 炎感知器をパージするための構造を示す概念図である。 電気集塵器をパージするための構造を示す概念図である。 集塵機をパージするための構造を示す概念図である。 燃焼炉の貫通孔をシールするための構造を示す概念図である。 機器の空気流入部をシールするための構造を示す概念図である。 本発明を実施する形態例において二酸化炭素ガスの供給の制御を示すフローである。

符号の説明

２ 微粉炭
３ ミル（燃料供給手段）
４ 空気
５ 酸素
６ 酸素分離装置
７ 押込通風機（空気供給手段、機器）
９ バーナ
１０ 炎感知器（機器）
１１ 燃焼炉
１２ 微粉炭側の導入ライン
１３ 酸素側の導入ライン
１４ 燃焼排ガスライン
１５ 再循環ライン
１６ 空気取込ライン（空気供給手段）
１８ 燃焼排ガス回収ライン（燃焼排ガス回収手段）
２０ａ 電気集塵機（燃焼排ガス処理手段、機器）
２０ｂ 集塵機（燃焼排ガス処理手段、機器）
２１ 誘引通風機（機器）
２７ 一次通風機（機器）
２９ 第一冷却器（冷却手段）
３１ 第二冷却器（冷却手段）
３３ 第一の供給ライン（二酸化炭素ガス供給手段）
４０ 第二の供給ライン（二酸化炭素ガス供給手段）
４６ 第三の供給ライン（二酸化炭素ガス供給手段）
４９ 貫通孔
５０ 空気流入部
５１ 再循環側の供給ライン（再循環側の二酸化炭素ガス供給手段）
５８ 支持用碍子（碍子）

以下、本発明を実施する形態例を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例を示すブロック図であり、本発明の酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給設備は、燃料である石炭１を粉砕して微粉炭２とする燃料供給手段のミル３と、空気４を酸素５と他の窒素主体ガスとに分離する酸素分離装置６と、空気４又は再循環ガスを押し込み得る空気供給手段の押込通風機７（ＦＤＦ）と、ウインドボックス８にバーナ９及び炎感知器１０を配置する燃焼炉１１とを備えている。

燃焼炉１１は、入側に、ミル３からバーナ９へ微粉炭２を導入する微粉炭側の導入ライン１２が配置されていると共に、酸素分離装置６からウインドボックス８へ酸素５を導入する酸素側の導入ライン１３が配置されており、また、燃焼炉１１は、出側に、燃焼で生じた燃焼排ガスを外部へ導く燃焼排ガスライン１４が配置されている。更に、酸素側の導入ライン１３には、燃焼排ガスライン１４から分岐して押込通風機７により燃焼排ガスを戻す再循環ライン１５が配置されており、再循環ライン１５には、外気から空気４を取り込む空気取込ライン１６が配置されると共に、ミル３へ接続する分岐ライン１７が配置されている。また、燃焼排ガスライン１４には、燃焼排ガスから二酸化炭素ガスを取り出す燃焼排ガス回収手段の燃焼排ガス回収ライン１８が設置されている。

燃焼排ガスライン１４には、再循環ライン１５の再循環ガスを加熱する空気予熱器１９と、空気予熱器１９の下流側に位置する燃焼排ガス処理手段の電気集塵機２０ａまたは集塵機２０ｂ（バグフィルタ）と、燃焼排ガス処理手段の下流側に位置する誘引通風機２１（ＩＤＦ）と、誘引通風機２１の下流側に位置する燃焼排ガス側の切換器２２とが備えられ、更に下流側には、燃焼排ガスを外気へ排出する煙突２３が設置されている。また、燃焼排ガスライン１４には、誘引通風機２１と切換器２２の間で、燃焼排ガス中の二酸化炭素の濃度を検出する二酸化炭素濃度計２４が配置されると共に、再循環ライン１５の始点となる分岐点が形成されている。ここで、二酸化炭素濃度計２４は、再循環ライン１５への分岐点より上流側に配置されても良く、燃焼排ガス処理手段の下流側に位置するならば配置場所が特に制限されるものではない。また、燃焼排ガス処理手段は、電気集塵機２０ａ等の下流側に脱硝装置、脱硫装置等（図示せず）を備えても良い。

再循環ライン１５には、押込通風機７の上流側に位置する再循環側の切換器２５が備えられると共に、空気取込ライン１６を切換器２５と押込通風機７の間に接続しており、空気取込ライン１６には、空気取込側の切換器２６が備えられている。また、再循環ライン１５には、分岐ライン１７が空気予熱器１９の下流側で分岐しており、分岐ライン１７には、空気４又は再循環ガスを圧送する一次通風機２７（ＰＡＦ）が配置されている。

燃焼排ガスライン１４には、燃焼排ガス回収ライン１８が誘引通風機２１と切換器２２の間から分岐しており、燃焼排ガス回収ライン１８には、回収側の切換器２８と、切換器２８の下流側に位置する冷却手段の第一冷却器２９と、第一冷却器２９の下流側に位置する圧縮器３０と、圧縮器３０の下流側に位置する冷却手段の第二冷却器３１と、第二冷却器３１の下流側に位置する貯蔵容器３２とが備えられている。

貯蔵容器３２には、燃焼炉１１の炎感知器１０へ接続される二酸化炭素ガス供給手段の第一の供給ライン３３が備えられており、第一の供給ライン３３には、貯蔵容器３２の下流側に位置する第一の流量調整器３４と、第一の流量調整器３４の下流側に位置する気化器３５と、気化器３５の下流側に位置する二酸化炭素ガス側の切換器３６とが備えられている。また、第一の供給ライン３３で切換器３６と炎感知器１０との間には、外気から空気４を導入し得る第一の空気導入ライン３７が備えられており、第一の空気導入ライン３７には、外気側に位置するコンプレッサ３８と、コンプレッサ３８の下流側に位置する空気側の切換器３９とが備えられている。なお、図１中、第一の供給ライン３３は、符合Ａを介して気化器３５から切換器３６へ通じることを示している。

燃焼排ガス回収ライン１８の圧縮器３０の出側には、電気集塵機２０ａまたは集塵機２０ｂへ接続される二酸化炭素ガス供給手段の第二の供給ライン４０が備えられており、第二の供給ライン４０には、圧縮器側に位置する第二の流量調整器４１と、第二の流量調整器４１の下流側に位置する集塵機側の切換器４２とが備えられている。また、第二の供給ライン４０で切換器４２と電気集塵機２０ａまたは集塵機２０ｂとの間には、外気から空気４を導入し得る第二の空気導入ライン４３が備えられており、第二の空気導入ライン４３には、外気側に位置するコンプレッサ４４と、コンプレッサ４４の下流側に位置する空気側の切換器４５とが備えられている。なお、図１中、第二の供給ライン４０は、符合Ｂを介して第二の流量調整器４１から切換器４２へ通じることを示している。

燃焼排ガス回収ライン１８で圧縮器３０と第一冷却器２９の間には、第二の供給ライン４０に対して集塵機側の切換器４２の手前で合流する二酸化炭素ガス供給手段の第三の供給ライン４６が備えられており、第三の供給ライン４６には、第一冷却器側に位置する第三の流量調整器４７と、第三の流量調整器４７の下流に位置する小型のコンプレッサ４８とが備えられている。なお、図１中、第三の供給ライン４６は、符合Ｃを介してコンプレッサ４８から集塵機側の切換器４２へ通じることを示している。

再循環ライン１５で押込通風機７と空気予熱器１９の間には、燃焼炉１１の貫通孔４９、機器の空気流入部５０（図６参照）の少なくとも１つへ接続される再循環側の二酸化炭素ガス供給手段の供給ライン５１が備えられており、再循環側の供給ライン５１には、第四の流量調整器５２が備えられている。なお、図１中、再循環側の供給ライン５１は、符合Ｄを介して第四の流量調整器５２から燃焼炉１１の貫通孔４９、機器の空気流入部５０等へ夫々通じることを示している。

また、第一の供給ライン３３、第二の供給ライン４０、第三の供給ライン４６、再循環側の供給ライン５１には、ラインの開閉等を制御し得るように制御器５３が接続されており、制御器５３は、二酸化炭素濃度計２４からの濃度信号２４ａを受けて処理するようになっている。また、制御器５３は、第一の供給ライン３３について、第一の流量調整器３４に調整信号３４ａを、気化器３５に駆動信号３５ａを、炎感知器側の切換器３６に切換信号３６ａを、空気側の切換器３９に切換信号３９ａを夫々送るようになっている。更に、制御器５３は、第二の供給ライン４０及び第三の供給ライン４６について、第二の流量調整器４１に調整信号４１ａを、第三の流量調整器４７に調整信号４７ａを、集塵機側の切換器４２に切換信号４２ａを、空気側の切換器４５に切換信号４５ａを夫々送るようになっている。更にまた、制御器５３は、再循環側の供給ライン５１について、第四の流量調整器５２に調整信号５２ａを送るようになっている。

ここで、第一の供給ライン３３が接続される炎感知器１０は、図２に示す如く、バーナ９の炎に向かって配置される接眼部１０ａと、接眼部１０ａに配置される二酸化炭素ガスの導入部１０ｂと、導入部１０ｂから燃焼炉１１の炉壁１１ａを貫通してバーナ９の先端近傍まで延在する筒状のガイド部１０ｃとを備え、導入部１０ｂには、第一の供給ライン３３及び第一の空気導入ライン３７が接続され、接眼部１０ａの前面からバーナ９の炎までの間を二酸化炭素ガスまたは空気によりパージしており、これにより炎感知器１０の接眼部１０ａでバーナ９の炎を感知するようになっている。

第二の供給ライン４０または第三の供給ライン４６が接続される電気集塵機２０ａは、図３に示す如く、燃焼排ガスを取り込むケーシング５４と、ケーシング５４内部に配置される複数の放電極５５と、ケーシング５４内部で放電極５５と交互に配置される集塵板５６とを備え、放電極５５からのコロナ放電により燃焼排ガスの塵埃に電荷を与え、塵埃を集塵板５６に引き寄せて捕集するようになっている。また、放電極５５は放電極支持板５７により支持されると共に、放電極支持板５７には、絶縁体の支持用碍子５８が配置されており、支持用碍子５８の近傍の側壁５９には、開口６０を介して第二の供給ライン４０及び第二の空気導入ライン４３が接続され、支持用碍子５８に向けて二酸化炭素ガスまたは空気を導入するようになっている。

また、第二の供給ライン４０または第三の供給ライン４６が接続される供給先は、電気集塵機２０ａの代わりに、集塵機２０ｂ（バグフィルタ）でも良く、集塵機２０ｂは、図４に示す如く、排ガスを取り込むケーシング６１と、ケーシング６１内部に配置されて塵埃を捕捉する複数のフィルタ６２と、フィルタ６２の上部に供給口６３を配置する複数のフィルタ逆洗用供給配管６４と、フィルタ逆洗用供給配管６４に配置されて流路を定期的に開閉するパルス弁６５と、複数のフィルタ逆洗用供給配管６４が接続され且つ第二の供給ライン４０または第二の空気導入ライン４３から二酸化炭素または空気が導入される集合配管６６とを備え、フィルタ逆洗用供給配管６４に二酸化炭素ガスまたは空気を導入し、パルス弁６５によって定期的に二酸化炭素ガスまたは空気を噴射し、フィルタ６２を逆洗するようになっている。

再循環側の供給ライン５１が接続される燃焼炉１１の貫通孔４９は、一例として、図５に示す如く、燃焼炉１１の炉壁１１ａとスートブロワ６７との間に形成されるものがあり、貫通孔４９の外方には、炉壁１１ａの外面及びスートブロワ６７に接続されるシール部６８を備え、再循環側の供給ライン５１によりシール部６８内へ二酸化炭素ガスを導入して貫通孔４９をシールするようになっている。ここで、燃焼炉１１の貫通孔４９は、燃焼炉１１の炉壁１１ａとスートブロワ６７との間の貫通孔に限定されるものでなく、燃焼炉１１の天井壁（図示せず）と配管等の挿入物（図示せず）との間に形成される貫通孔でも良く、燃焼炉１１に形成されるものならば特に制限されるものではない。また、再循環側の供給ライン５１が接続される機器の空気流入部５０は、一例として、図６に示す如く、押込通風機７、誘引通風機２１、一次通風機２７等に配置される回転軸６９と側壁７０の間の隙間があり、隙間の外方には、回転軸６９の軸受部６９ａを覆うように側壁７０に配置されるシール構造体７１を備え、再循環側の供給ライン５１によりシール構造体７１内へ二酸化炭素ガスを導入して隙間をシールするようになっている。ここで、機器の空気流入部５０は、押込通風機７、誘引通風機２１、一次通風機２７に限定されるものでなく、燃焼排ガスライン１４、再循環ライン１５、分岐ライン１７等で内部が負圧となる状態で外気から空気を吸い込み得る機器の構成部分ならば特に制限されるものではない。

次に、本発明を実施する形態例の作用を説明する。

酸素燃焼ボイラを備えた設備を起動する際には、再循環側の切換器２５を閉止した状態で空気取込側の切換器２６及び燃焼排ガス側の切換器２２を開放し、空気取込ライン１６から導入ライン１３等を介して空気４をバーナ９に供給し通常の空気４による燃焼を行い、燃焼排ガスをすべて燃焼排ガスライン１４に導き、空気予熱器１９、電気集塵機２０ａ等を介して煙突２３より外部に排出する。この時、燃焼排ガス中の二酸化炭素の濃度は、燃焼排ガスを再循環させることができない所定の濃度未満（例えば燃焼排ガス中５０％未満）になっている。

続いて、燃焼排ガスライン１４の二酸化炭素濃度計２４は、二酸化炭素の濃度を検出して制御器５３に濃度信号２４ａを送り、制御器５３は、二酸化炭素の濃度が再循環可能な濃度か否か判断し（図７のステップＳ１）、二酸化炭素の濃度が所定の濃度未満であることを判断した場合には（図７のステップＳ１のＮＯ）、第一の供給ライン３３及び第一の空気導入ライン３７において、二酸化炭素ガス側の切換器３６を閉止した状態で空気側の切換器３９を開放し、炎感知器１０の導入部１０ｂに空気４を第一の空気導入ライン３７から導入し、炎感知器１０をパージする（図７のステップＳ２）。また、第二の供給ライン４０、第三の供給ライン４６及び第二の空気導入ライン４３において、二酸化炭素ガス側の切換器４２を閉止した状態で空気側の切換器４５を開放し、電気集塵機２０ａに空気４を第二の空気導入ライン４３から導入し、電気集塵機２０ａの支持用碍子５８をパージする（図７のステップＳ２）。ここで、電気集塵機２０ａの代わりに集塵機２０ｂが配置されている場合には、同様に、空気４を第二の空気導入ライン４３から導入し、集塵機２０ｂのフィルタ６２を逆洗する。更に、再循環側の供給ライン５１では、第四の流量調整器５２を閉止し、燃焼炉１１の貫通孔４９、機器の空気流入部５０へ何も導入しない状態にする（図７のステップＳ２）。ここで、燃焼炉１１の貫通孔４９、機器の空気流入部５０には、外気から内部へ空気４が流入するが、燃焼排ガスを再循環させる状態となっていないため、空気４の流入に伴う燃焼排ガス中の二酸化炭素の濃度低下が問題となることはない。

次に、燃焼炉１１の収熱が所定値に到達し、空気燃焼から酸素燃焼（二酸化炭素回収運転）に切り換える際には、再循環側の切換器２５を開放すると共に空気取込側の切換器２６を閉止し、燃焼排ガスの一部を再循環ライン１５により再循環ガスとして導入ラインに再循環させると共に、酸素分離装置６から供給される酸素５を、再循環ガスと混合させてウインドボックス８に供給し、バーナ９で燃焼を行う。更に、酸素５を供給することによって、燃焼炉１１からの燃焼排ガス中の窒素の濃度を徐々に減少させると共に二酸化炭素の濃度を高め、二酸化炭素の濃度が略一定になった時点で、燃焼排ガス側の切換器２２を閉止して外気への排出を停止し、燃焼排ガスを再循環ライン１５で再循環する状態で二酸化炭素回収運転に入る。

酸素燃焼ボイラを備えた設備を二酸化炭素回収運転する際には、回収側の切換器２８を開放して燃焼排ガス回収ライン１８を稼動し、燃焼排ガスを第一冷却器２９により冷却して二酸化炭素ガスとし且つ圧縮器３０で圧縮して水分等の不純物を取り除き、更に第二冷却器３１により冷却して二酸化炭素ガスを液化し、Ｏ_２、ＮＯx、Ａｒ、ＳＯx、Ｎ_２等の不純物を取り除いて貯蔵容器３２に貯留する。

次に、制御器５３は、二酸化炭素濃度計２４を介して、二酸化炭素の濃度が所定の濃度以上（例えば燃焼排ガス中５０％以上）であると判断した場合には（図７のステップＳ１のＹＥＳ）、第一の供給ライン３３及び第一の空気導入ライン３７において、空気側の切換器３９を閉止し且つ二酸化炭素ガス側の切換器３６、第一の流量調整器３４を開放し、第一の空気導入ライン３７から第一の供給ライン３３に切り換え（図７のステップＳ３）、気化器３５の作動により貯蔵容器３２の液化二酸化炭素の一部を気化して、不純物を含まない高濃度の二酸化炭素ガスを発生させ、当該二酸化炭素ガスを第一の供給ライン３３により炎感知器１０に導入して炎感知器１０をパージする（図７のステップＳ４）。ここで、二酸化炭素ガスは、二酸化炭素の濃度が９９％以上であって、水分を全く含むものでなく、また圧力（全圧）が０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ未満、好ましくは０．５ＭＰａ以上０．８ＭＰａ未満となっている。更に、貯蔵容器３２には、燃焼排ガス回収ライン１８の稼動前に液化二酸化炭素を予め充填しても良く、この場合には、燃焼排ガス回収ライン１８の稼動によって二酸化炭素を液化する前であっても、貯蔵容器３２の液化二酸化炭素を気化して二酸化炭素ガスの供給が可能となる。

また、制御器５３は、第二の供給ライン４０、第三の供給ライン４６及び第二の空気導入ライン４３において、圧縮器３０が稼動している場合には、空気側の切換器４５、第三の流量調整器４７を閉止し且つ二酸化炭素ガス側の切換器４２、第二の流量調整器４１を開放し、第二の空気導入ライン４３から第二の供給ライン４０に切り換え（図７のステップＳ３）、圧縮器３０により二酸化炭素ガスを圧送し、不純物を含む二酸化炭素ガスを第二の供給ライン４０により電気集塵機２０ａに導入して電気集塵機２０ａの支持用碍子５８をパージする（図７のステップＳ４）。また、電気集塵機２０ａの代わりに集塵機２０ｂが配置されている場合には、同様に、二酸化炭素ガスを第二の供給ライン４０から集塵機２０ｂに導入し、集塵機２０ｂのフィルタ６２を逆洗する。ここで、第二の供給ライン４０からの二酸化炭素ガスは、二酸化炭素の濃度が９０％以上９９％未満であって、水分を含まず、また圧力（全圧）が０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ未満、好ましくは０．５ＭＰａ以上０．８ＭＰａ未満となっている。また、電気集塵機２０ａまたは集塵機２０ｂには、第一の供給ライン３３から不純物を含まない高濃度の二酸化炭素ガスを供給しても良い。

一方、二酸化炭素ガスの圧縮が不要で圧縮器３０が稼動していない場合には、空気側の切換器４５、第二の流量調整器４１を閉止し且つ二酸化炭素ガス側の切換器４２、第三の流量調整器４７を開放し、第二の空気導入ライン４３から第三の供給ライン４６に切り換え（図７のステップＳ３）、同時に小型のコンプレッサの作動により二酸化炭素ガスを昇圧し、不純物を含む二酸化炭素ガスを第三の供給ライン４６により電気集塵機２０ａに導入して電気集塵機２０ａの支持用碍子５８をパージする（図７のステップＳ４）。また、電気集塵機２０ａの代わりに集塵機２０ｂが配置されている場合には、同様に、二酸化炭素ガスを第三の供給ライン４６から集塵機２０ｂに導入し、集塵機２０ｂのフィルタ６２を逆洗する。ここで、第三の供給ライン４６からの二酸化炭素ガスは、二酸化炭素の濃度が５０％以上９０％未満であって、水分、ＮＯx等の不純物を含み、また圧力（全圧）がコンプレッサの昇圧により０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ未満、好ましくは０．５ＭＰａ以上０．８ＭＰａ未満となっている。また、電気集塵機２０ａまたは集塵機２０ｂには、第二の供給ライン４０の場合と同様に、第一の供給ライン３３から不純物を含まない高濃度の二酸化炭素ガスを供給しても良い。

更に、制御器５３は、再循環側の供給ライン５１において、第四の流量調整器５２を開放し、燃焼炉１１の貫通孔４９、機器の空気流入部５０へ低圧の二酸化炭素ガスを導入してシールする（図７のステップＳ４）。ここで、再循環側の供給ライン５１からの二酸化炭素ガスは、二酸化炭素の濃度が再循環する燃焼排ガスと略同じ５０％以上８０％未満であって、水分、ＮＯx等の不純物を含み、また圧力（全圧）が押込通風機７等により１ｋＰａ以上３０ｋＰａ以下、好ましくは３ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下となっている。また、燃焼炉１１の貫通孔４９、機器の空気流入部５０等には、第一の供給ライン３３から不純物を含まない高濃度の二酸化炭素ガスを供給しても良いし、第二の供給ライン４０、第三の供給ライン４６から不純物を含む高濃度の二酸化炭素ガスを供給しても良い。更に、二酸化炭素ガスを、燃焼炉１１の貫通孔４９、機器の空気流入部５０の全てに導入しも良いし、燃焼炉１１の貫通孔４９、機器の空気流入部５０のいずれか１つに導入しても良いし、少なくとも１つ以上であれば良い。

このように、実施の形態例によれば、二酸化炭素ガスが再循環する定常運転の状態において、燃焼排ガス回収ライン１８により再循環しない残りの燃焼排ガスから二酸化炭素を取り出し、酸素燃焼ボイラ設備の機器に対して第一の供給ライン３３、第二の供給ライン４０、第三の供給ライン４６により二酸化炭素ガスを導入してパージするので、ボイラ設備の機器に対して外部から内部への空気の流入を抑制し、再循環する燃焼排ガス中の二酸化炭素の濃度が低下することを防止できる。

また、実施の形態例によれば、二酸化炭素ガスが再循環する定常運転の状態において、再循環側の供給ライン５１により循環する再循環ガスから一部を分岐させて二酸化炭素ガスとし、酸素燃焼ボイラ設備の機器に対し、二酸化炭素ガスを導入してシールするので、ボイラ設備の機器に対して外部から内部への空気の流入を抑制し、再循環する燃焼排ガス中の二酸化炭素の濃度が低下することを防止できる。

実施の形態例において、燃焼排ガス回収ライン１８により第一冷却器２９、第二冷却器３１及び圧縮器３０を介して、再循環しない残りの燃焼排ガスから、水分を全く含まない高濃度の二酸化炭素ガスを分離し、水分を含まない高濃度の二酸化炭素ガスを燃焼炉１１の炎感知器１０へのパージに使用すると、再循環する燃焼排ガス中の二酸化炭素の濃度が低下することを防止すると共に、水分の非存在により炎感知器１０が腐食することを防止し、同時に炎感知器１０の接眼部１０ａからバーナ９の炎までの間を不純物のない状態に維持し、バーナ９の炎を適切に感知することができる。更に、二酸化炭素ガスは、ガス中に水分を全く含むものでなく、ガス中の二酸化炭素の濃度が９９％以上であるので、不純物による影響がなく、また、二酸化炭素ガスの圧力（全圧）は、０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下、好ましくは０．５ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下であるので、炎感知器１０に対して適切にパージすることができる。ここで、二酸化炭素の濃度が９９％未満の場合には、水分等の不純物により炎感知器１０の腐食等を生じる可能性があり、二酸化炭素の圧力（全圧）が０．１ＭＰａ未満の場合には、圧力が弱く、炎感知器１０をパージできないという問題があり、二酸化炭素の圧力（全圧）が１．０ＭＰａより大きい場合には、炎感知器１０の耐圧限界を超え、炎感知器１０に悪影響を与えるという問題がある。また、二酸化炭素ガスの圧力（全圧）は、０．５ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下の場合に、感知器に対して最も好適にパージすることができる。

実施の形態例において、燃焼排ガス回収ライン１８により第一冷却器２９等を介して、再循環しない残りの燃焼排ガスから、不純物を含む二酸化炭素ガスを分離し、不純物を含む二酸化炭素ガスを電気集塵機２０ａの支持用碍子５８へのパージまたは集塵機２０ｂのフィルタ６２への逆洗に使用すると、電気集塵機２０ａをパージする場合には、支持用碍子５８への塵埃の混入付着による漏電を抑制し、漏電による支持用碍子５８の破損を防止することができる。また、集塵機２０ｂの逆洗に使用する場合には、逆洗に対して空気４の使用を低減し、二酸化炭素の濃度が低下することを防止できる。更に、第二の供給ライン４０と第三の供給ライン４６を切換可能に配置するので、圧縮器３０をコスト低減により使用しない場合であっても、二酸化炭素ガスを電気集塵機２０ａの支持用碍子５８へのパージまたは集塵機２０ｂのフィルタ６２への逆洗に使用することができる。更に、二酸化炭素ガスは、ガス中の二酸化炭素の濃度が、再循環する二酸化炭素ガスの濃度以上の５０％以上であり、二酸化炭素ガスの圧力（全圧）は、０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下、好ましくは０．５ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下であるので、電気集塵機２０ａの碍子へのパージまたは集塵機２０ｂのフィルタ６２への逆洗に適切に使用することができる。ここで、二酸化炭素の濃度が５０％未満の場合には、循環する二酸化炭素の濃度が低下し、定常運転に悪影響を与え、二酸化炭素の圧力（全圧）が０．１ＭＰａ未満の場合には、圧力が弱く、電気集塵機２０ａの碍子へのパージまたは集塵機２０ｂのフィルタ６２への逆洗に使用することができないという問題があり、二酸化炭素の圧力（全圧）が１．０ＭＰａより大きい場合には、電気集塵機２０ａまたは集塵機２０ｂの耐圧限界を超え、悪影響を与えるという問題がある。また、二酸化炭素ガスの圧力（全圧）は、０．５ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下の場合に、電気集塵機２０ａの碍子へのパージまたは集塵機２０ｂのフィルタ６２への逆洗に最も好適に使用することができる。

実施の形態例において、再循環側の供給ライン５１で再循環する再循環ガスから分岐させた二酸化炭素ガスを、スートブロワ等の燃焼炉１１の貫通孔４９や、押込通風機７、誘引通風機２１、一次通風機２７等等の機器の空気流入部５０の少なくとも１つへ導入すると、ボイラ設備の機器に対して外部から内部への空気の流入を抑制し、再循環する燃焼排ガスの二酸化炭素の濃度が低下することを防止できる。また、二酸化炭素ガスは、ガス中の二酸化炭素の濃度が、再循環する二酸化炭素ガスと略同じ濃度であると共に、圧力（全圧）が押込通風機７等により１ｋＰａ以上３０ｋＰａ以下、好ましくは３ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下であるので、再循環する燃焼排ガスの二酸化炭素の濃度が低下することを適切に防止できる。ここで、二酸化炭素の濃度が、再循環する二酸化炭素ガスと略同じ濃度未満である場合には、循環する二酸化炭素の濃度が低下し、定常運転に悪影響を与えるという問題があり、二酸化炭素の圧力（全圧）が１ｋＰａ未満の場合には、圧力が弱く、二酸化炭素ガスを燃焼炉１１の貫通孔４９、機器の空気流入部５０に対してシールすることができないという問題があり、二酸化炭素の圧力（全圧）が３０ｋＰａより大きい場合には、再循環ライン１５等に他のコンプレッサ等が必要になるため、コストが大幅に増加するという問題がある。また、二酸化炭素ガスの圧力（全圧）は、３ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下の場合に、再循環する燃焼排ガスの二酸化炭素の濃度が低下することを好適に防止できる。なお、再循環側の供給ライン５１は、二酸化炭素ガスをパージに使用するものでなく、機器のシールに使用するものであるため、１ｋＰａ以上３０ｋＰａ以下の低圧で十分に適用できる。

実施の形態例において、ボイラ設備の定常運転前は、炎感知器１０に対し、第一の空気導入ライン３７により空気４を導入してパージし、電気集塵機２０ａに対し、第二の空気導入ライン４３により空気４を導入してパージし、集塵機２０ｂに対し、第二の空気導入ライン４３により空気４を導入して逆洗し、更に、二酸化炭素ガスが再循環するボイラ設備の定常運転後は、切換器３６，３９，４２，４５で空気導入ライン３７，４３と供給ライン３３，４０，４６とを切り換えることにより、第一の供給ライン３３により二酸化炭素ガスを導入して炎感知器１０をパージし、または第二の供給ライン４０または第三の供給ライン４６により二酸化炭素ガスを導入して電気集塵機２０ａをパージし、更に第二の供給ライン４０または第三の供給ライン４６により二酸化炭素ガスを導入して集塵機２０ｂを逆洗する。これにより、炎感知器１０及び電気集塵機２０ａでは、ボイラ設備の定常運転前から定常運転後まで連続してパージすることができる。また、集塵機２０ｂでは、ボイラ設備の定常運転前から定常運転後まで連続してフィルタ６２を逆洗することができる。

尚、本発明の酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給方法及び二酸化炭素供給設備は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、制御器の代わりに手動で操作しても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

Claims (6)

1. 酸素分離装置により空気を酸素と他の窒素主体ガスとに分離し、前記酸素分離装置で得た酸素と燃料とを燃焼炉のバーナで燃焼し、燃焼炉からの燃焼排ガスを少なくとも脱塵処理した後、燃焼排ガスの一部を再循環ガスとして前記燃焼炉に再循環すると共に、再循環しない残りの燃焼排ガスを排出するようにしている酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給方法であって、前記再循環しない残りの燃焼排ガスから二酸化炭素ガスを取り出し、酸素燃焼ボイラ設備の機器に対し、前記二酸化炭素ガスを導入してパージすると共に、前記再循環する再循環ガスから一部を分岐させて二酸化炭素ガスとし、酸素燃焼ボイラ設備の他の機器に対し、パージよりも低い圧力で二酸化炭素ガスを導入してシールすることからなる酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給方法。
2. 前記再循環しない残りの燃焼排ガスを、冷却により、不純物を含まない高濃度の二酸化酸素ガスと、不純物を含む二酸化炭素ガスとに分離し、不純物を含まない高濃度の二酸化酸素ガスを、燃焼炉の炎感知器へのパージに使用すると共に、不純物を含む二酸化炭素ガスを、電気集塵機の碍子へのパージまたは集塵機のフィルタへの逆洗に使用することからなる請求項１に記載の酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給方法。
3. 前記再循環する再循環ガスから分岐させた二酸化炭素ガスを、燃焼炉の貫通孔、機器の空気流入部の少なくとも１つへ導入することからなる請求項１に記載の酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給方法。
4. 燃料供給手段と、空気を酸素と窒素主体ガスとに分離する酸素分離装置と、空気供給手段と、前記燃料供給手段からの燃料と前記酸素分離装置からの酸素または空気供給手段からの空気を導入ラインにより導入してバーナで燃焼する燃焼炉と、該燃焼炉で燃焼した燃焼排ガスを該燃焼炉の外部に導く燃焼排ガスラインと、該燃焼排ガスラインに備えた燃焼排ガス処理手段と、該燃焼排ガス処理手段で少なくとも脱塵処理した燃焼排ガスの一部を前記バーナに再循環させる再循環ラインとを有する酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給設備であって、
   前記再循環しない残りの燃焼排ガスから二酸化炭素ガスを取り出す燃焼排ガス回収手段と、
   酸素燃焼ボイラ設備の機器に対して前記二酸化炭素ガスを導入してパージする二酸化炭素ガス供給手段と、
   前記再循環する再循環ガスから一部を分岐させて二酸化炭素ガスとし、酸素燃焼ボイラ設備の他の機器に対し、パージよりも低い圧力で二酸化炭素ガスを導入する再循環側の二酸化炭素ガス供給手段と、
   を備えたことからなる酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給設備。
5. 前記燃焼排ガス回収手段は、再循環しない残りの燃焼排ガスを、不純物を含まない高濃度の二酸化酸素ガスと、不純物を含む二酸化炭素ガスとに分離する冷却手段を備え、
   前記二酸化炭素ガス供給手段は、不純物を含まない高濃度の二酸化酸素ガスを、燃焼炉の炎感知器へのパージに使用するラインと、不純物を含む二酸化炭素ガスを電気集塵機の碍子へのパージまたは集塵機のフィルタへの逆洗に使用するラインとを備えたことからなる請求項４に記載の酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給設備。
6. 前記再循環側の二酸化炭素ガス供給手段は、再循環する再循環ガスから分岐させた二酸化炭素ガスを、燃焼炉の貫通孔、機器の空気流入部の少なくとも１つへ導入するラインを備えたことからなる請求項４に記載の酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給設備。

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