JP5484811B2 - 二酸化炭素の回収システム及び方法 - Google Patents
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Description
従来においては、この蒸気を発電所における蒸気の一部を利用して、再生することが提案されている(特許文献1参照)。
図1及び図2に示すように、本実施例に係る二酸化炭素の回収システムは、高圧タービン11、中圧タービン12及び低圧タービン13と、これらを駆動する蒸気14を発生させるためのボイラ15と、該ボイラ15から排出される燃焼排ガス16中の二酸化炭素を二酸化炭素吸収液17により吸収除去する二酸化炭素吸収塔(吸収塔)18と、二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収液17Aから二酸化炭素を放出して再生し、再生二酸化炭素吸収液17Bとする二酸化炭素再生塔(再生塔)19とからなる二酸化炭素回収装置20と、前記低圧タービン13の入口から蒸気14Lを抜出す第1の蒸気抜出しライン21Lと、該第1の蒸気抜出しライン21Lと連結し、抜出した蒸気14Lを用いて動力を回収する第1の補助タービン22Lと、該第1の補助タービン22Lから排出される排出蒸気23を用いて、前記二酸化炭素再生塔19において二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収液17Aを再生する際に用いるリボイラ24に加熱源として供給する第1の蒸気送給ライン25Lと、ボイラ15やタービン(高圧タービン11、中圧タービン12、低圧タービン13)の運転負荷変動に対応して、前記リボイラ24に供給する前記排出蒸気23の圧力をリボイラ最適圧力の許容値(0.33MPa±0.05MPa程度)となるように維持しつつ第1の補助タービン22Lを駆動する制御を行う制御装置とを備えている。
一方、CO2を吸収した吸収液(リッチ溶液)17Aはリッチソルベントポンプ35aにより昇圧され、リッチ/リーンソルベント熱交換器36にて再生された吸収液(リーン溶液)17Bにて加熱され、再生塔19に供給される。
リボイラ24にて凝縮された低圧蒸気の凝縮水はリボイラ復水ポンプ45にて昇圧され、予熱されたボイラ給水43と混合され、ボイラ給水を昇温する。そして、昇温されたボイラ給水43はボイラ15へ供給される。
再生塔19より放出された水蒸気を伴ったCO2は、ボイラ給水ポンプ44により昇圧されたボイラ給水43をオーバーヘッドコンデンサ38により予熱した後、オーバーヘッドクーラ39により冷され、分離器40で水を分離され、CO2は別工程へ導かれて、図示しないコンプレッサにより圧縮され、液化回収される。
分離器40により分離された水は凝縮水循環ポンプ41により再生塔19に供給される。吸収液(リーン溶液)17Bはリーンソルベントポンプ35bにて昇圧され、リッチ/リーンソルベント熱交換器36にてCO2を吸収したCO2吸収液(リッチ溶液)17Aにて冷却され、リーンソルベントクーラ37にてさらに冷却されて吸収塔18に供給される。
前記低圧タービン13の入口から蒸気14Lを第1の蒸気抜出しライン21Lから抜きだし、抜出した蒸気14Lを用いて第1の補助タービン22Lで動力を回収する。その後該第1の補助タービン22Lから排出される排出蒸気23Lを用いて、前記二酸化炭素再生塔19において二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収液17Aを再生する際に用いるリボイラ24に加熱源として第1の蒸気送給ライン25を介して供給する。
この第1の補助タービン22Lでは、発電システムのボイラ15やスチームタービン(高圧タービン11、中圧タービン12、低圧タービン13)の運転負荷変動に対応して、前記リボイラ24に供給する前記排出蒸気23Lの圧力をリボイラ最適許容値(例えば0.33MPa±0.05MPa程度)となるように維持しつつ、発電機51を備えた第1の補助タービン22Lの駆動制御を図示しない制御装置により行うようにしている。なお、前記リボイラ最適許容値は一例であり、吸収液組成や再生塔設備等の諸条件により適宜変動する。
1) 先ず、図示しない制御装置に、現在の発電の運転負荷情報が入力される。
2) 次に、この負荷情報に基づき、図示しない制御装置により第1の補助タービン22Lに供給される低圧タービン13の入口に供給される蒸気14Lの流量情報が入力される。
3) 次に、蒸気14Lにより第1の補助タービン22Lが駆動され、電力を得る。この際、リボイラ24に供給する排出蒸気23Lの圧力をリボイラ最適圧力の許容値(例えば0.33MPa程度)となるように維持しつつ第1の補助タービン22Lを駆動する制御を制御装置により行う。
4) その後、ボイラ負荷変動の情報が制御装置に入力された時点において、例えば負荷が75%となった場合には、吸収液の再生に必要な蒸気量から低圧タービン13の入口に供給される蒸気14Lの流量情報が入力される。この情報をもとに、リボイラ24に供給する排出蒸気23Lの圧力をリボイラ最適圧力の許容値(例えば0.33MPa程度)となるように維持しつつ第1の補助タービン22Lを駆動する制御を制御装置により行う。この結果、第1の補助タービン22Lにおいては、発電出力が負荷100%の場合に33MWであったものが、負荷75%の場合に18MWに低下するが、リボイラ24に供給する排出蒸気23Lの圧力をリボイラ最適圧力の許容値(例えば0.33MPa程度)となるように維持することが出来る結果、安定した吸収液の再生が可能となる。
すなわち、低圧タービン13の入口から抜出した蒸気14Lを、再生塔19のリボイラ24に適した蒸気条件(0.33MPa程度)まで第1の補助タービン22Lにて動力を回収する際、低圧タービン13の入口の蒸気14Lの蒸気圧力は、発電システムの負荷変動に応じて変化するが、補助タービンを設置すると共に、その駆動制御をリボイラ24に供給する蒸気の圧力を一定に保つようにすることで、吸収液再生のためのリボイラ24用の蒸気を安定して供給することができる。この結果、吸収液の再生を確実に行うことができる。この結果、二酸化炭素回収設備において、常に安定した二酸化炭素の回収を行うことができる。
また、ボイラ15及びスチームタービン(高圧タービン11、中圧タービン12、低圧タービン13)の負荷変動(100%〜50%)があった場合においても、第1の補助タービン22Lを定格で駆動するのではなく、蒸気の圧力と流量に追従して駆動を制御し、第1の補助タービン22Lからの蒸気23Lの出口圧力を一定に保つように制御することで、プラントの全負荷帯において、二酸化炭素回収設備のリボイラ24に対する最適圧力の許容値(例えば0.33MPa±0.05MPa程度)とすることで、常に安定した吸収液の再生が可能となる。
また、図3に示すように、前記第1の蒸気抜出しライン21Lから第1の補助タービン22Lを迂回して、直接リボイラ24に蒸気14Lを供給するバイパスライン26を設け、第1の補助タービン22Lにて発電できない運転負荷の場合は、バイパスライン26とバルブV1、V2にてリボイラ24に供給する蒸気圧力を許容値に保つようにしている。なお、このバイパスライン26は後述する実施例3乃至6のいずれに対しても適用することができる。
また、図4に示すように、第1の補助タービン22Lにコンプレッサ52を設け、該コンプレッサ52を駆動させ、電力不足分は、モータ53でその一部を賄うようにしてもよい。
また、図5に示すように、第1の補助タービン22Lを複数台設け、各々の第1の補助タービン22Lにブロア54、ポンプ55を設け、これらを駆動させ、電力不足分は、モータ53でその一部を賄うようにしてもよい。この際、排出蒸気23Lをリボイラ最適圧力の許容値(0.33MPa±0.05MPa程度)となるように第1の補助タービン22Lの運転を制御している。
また、図6に示すように、前記低圧タービン13の出口蒸気の一部60を抜き出し、リボイラ24の加熱源として供給する出口蒸気抜出しライン61を設け、第1の補助タービン22Lからの排出蒸気23Lと合流させて、リボイラ24に供給するようにしている。この際、合流した蒸気をリボイラ最適圧力の許容値(0.33MPa±0.05MPa程度)となるように第1の補助タービン22Lの運転を制御している。
また、図7に示すように、本実施例では、実施例1において、さらに、前記中圧タービン12の入口から蒸気14Mを抜出す第2の蒸気抜出しライン21Mと、該第2の蒸気抜出しライン21Mと連結し、抜出した蒸気14Mを用いて動力を回収する第2の補助タービン22Mと、該第2の補助タービン22Mから排出される排出蒸気23Mをリボイラ24の加熱源として供給する第2の蒸気送給ライン25Mとを備えるものである。
第2の補助タービン22Mにコンプレッサ52を設け、該コンプレッサ52を駆動させている。なお、負荷変動により抽出した蒸気14Mの圧力が低下した場合には、モータ53でその不足の電力の一部を賄うようにしてもよい。
なお、第1の補助タービン22Lにて発電できない運転負荷の場合は、併設したバイパスライン26とバルブVにてリボイラ24に供給する蒸気圧力を一定に保つように制御する。
発電能力900MWの石炭焚き火力発電設備に、図1のプロセスを適用した本発明の方法を適用したプロセスの送電量低減率を「表1」に示す。
比較として、蒸気を供給しない場合(主機タービン発電出力:900MW)を比較例1として基準とし(図8参照)、低圧タービン入口から直接抽気した従来技術を比較例2とした(図9参照)。
この際、発電システム負荷100%、75%及び50%について、送電出力の減少を確認した。なお、図10に負荷変動と低圧タービン蒸気流量比との関係図、図11に負荷変動と低圧タービン入口圧力比との関係図を示す。負荷変動によりこれらの値は減少している。
表1及び2に示すように、例2の場合には、送電出力の減少が比較例2に較べて低く、19.6%の減少であった。なお、補助タービン22Lでは、出力が33MWしかないので、主機タービン発電出力から24MWはコンプレッサ用に供給している。
表1に示すように、例3の場合には、送電出力の減少が比較例2に較べて低く、20.2%の減少であった。
表1に示すように、例4の場合には、送電出力の減少が比較例2に較べて低く、19.8%の減少であった。
表1に示すように、例5の場合には、送電出力の減少が比較例2に較べて低く、19.4%の減少であった。
例2と異なり、コンプレッサ用の第2の補助タービン22Mでは、出力が57MWであるので、主機タービン発電出力から別途供給することなく、コンプレッサを駆動することができる。
また、例5の場合においては、中圧タービン12への入口の蒸気14Mを用いているので、補助タービン22Mからの排出蒸気23Mは、リボイラ24に適した蒸気条件(0.33MPa)とすることができる。この際、第2の補助タービン22Lへの蒸気抜出しライン21Lとバイパスライン26とにおいては、バルブV1、V2で閉塞し、その蒸気流れを停止しておく。
この結果、例5においては、負荷が50%以下となった場合においても、吸収液の再生のためのリボイラ24に適した蒸気条件(0.33MPa)とする制御が可能となる。
12 中圧タービン
13 低圧タービン
14、14L、14M 蒸気
15 ボイラ
16 燃焼排ガス
17 二酸化炭素吸収液
17A 二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収液(リッチ溶液)
17B 再生二酸化炭素吸収液(リーン溶液)
18 二酸化炭素吸収塔(吸収塔)
19 二酸化炭素再生塔(再生塔)
20 二酸化炭素回収装置
21L 第1の蒸気抜出しライン
21M 第2の蒸気抜出しライン
22L 第1の補助タービン
22M 第2の補助タービン
23 排出蒸気
24 リボイラ
25L 第1の蒸気送給ライン
25M 第2の蒸気送給ライン
Claims (6)
- 高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンと、
これらを駆動する蒸気を発生させるためのボイラと、
該ボイラから排出される燃焼排ガス中の二酸化炭素を二酸化炭素吸収液により吸収除去する二酸化炭素吸収塔と、二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収液を再生し、再生二酸化炭素吸収液とする二酸化炭素再生塔とからなる二酸化炭素回収装置と、
前記低圧タービンの入口から蒸気を抜出す第1の蒸気抜出しラインと、
該第1の蒸気抜出しラインと連結し、抜出した蒸気を用いて動力を回収する第1の補助タービンと、
該第1の補助タービンから排出される排出蒸気を用いて、前記二酸化炭素再生塔において二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収液を再生する際に用いるリボイラに加熱源として供給する第1の蒸気送給ラインと、
発電システムのボイラやスチームタービンの運転負荷変動に対応して、前記リボイラに供給する前記排出蒸気の圧力をリボイラ最適圧力の許容値となるように維持しつつ第1の補助タービンを駆動する制御を行う制御装置と、
前記第1の蒸気抜出しラインから第1の補助タービンを迂回して、直接リボイラに蒸気を供給するバイパスラインとを備えたことを特徴とする二酸化炭素の回収システム。 - 請求項1において、
前記低圧タービンの出口蒸気の一部を抜き出し、リボイラの加熱源として供給する出口蒸気抜出しラインを備えたことを特徴とする二酸化炭素の回収システム。 - 請求項1又は2において、
該第1の蒸気抜出しラインと連結し、抜出した蒸気を用いて動力を回収する第1の補助タービンを複数台備えたことを特徴とする二酸化炭素の回収システム。 - 請求項1において、
前記中圧タービンの入口から蒸気を抜出す第2の蒸気抜出しラインと、
該第2の蒸気抜出しラインと連結し、抜出した蒸気を用いて動力を回収する第2の補助タービンと、
該第2の補助タービンから排出される排出蒸気をリボイラの加熱源として供給する第2の蒸気送給ラインとを備えたことを特徴とする二酸化炭素の回収システム。 - 請求項1乃至4のいずれか一つにおいて、
該第1の補助タービン又は第2の補助タービンにより、二酸化炭素の回収システムで使用するポンプ、ブロア及びコンプレッサ用のいずれかの動力を回収することを特徴とする二酸化炭素の回収システム。 - 請求項1乃至5のいずれか一つの二酸化炭素の回収システムを用いて前記二酸化炭素吸収液中に吸収された二酸化炭素を回収することを特徴とする二酸化炭素の回収方法。
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