JP7356344B2 - ボイラープラント、及び二酸化炭素除去方法 - Google Patents
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Description
化石燃料の燃焼で生じた燃焼ガスの熱で蒸気を発生させるボイラーと、前記ボイラーから排気された排気ガス中に含まれる二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去設備と、を備える。前記二酸化炭素除去設備は、二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を乖離させる吸収液再生装置と、前記ボイラーからの排気ガスが流入し、前記排気ガス中の二酸化炭素を前記吸収液再生装置からの吸収液に吸収させ、二酸化炭素が除去された排気ガスを排出する吸収装置と、を有する。前記吸収液再生装置は、前記吸収装置で二酸化炭素を吸収した吸収液が流入し、高温環境下で吸収液から二酸化炭素を乖離させて、二酸化炭素を排出すると共に、二酸化炭素が乖離した吸収液を前記吸収装置に戻す再生塔と、前記再生塔内から吸収液を取り出してから前記再生塔内に戻す第一循環ラインと、前記再生塔内から吸収液を取り出してから前記再生塔内に戻す第二循環ラインと、前記第一循環ライン中に設けられ、前記第一循環ラインを流れる吸収液と、前記ボイラーからの蒸気とを熱交換させて吸収液を加熱する熱交換器と、前記第二循環ライン中に設けられ、前記第二循環ラインを流れる吸収液を加熱する加熱器と、前記第一循環ラインに吸収液を流す第一加熱状態と、前記第二循環ラインに吸収液を流す第二加熱状態とに切り替える切替器と、を有する。
二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を乖離させることが可能な吸収液再生工程と、ボイラーからの排気ガスが流入し、前記排気ガス中の二酸化炭素を前記吸収液再生工程で処理された吸収液に吸収させ、二酸化炭素が除去された排気ガスを排出することが可能な吸収工程と、を実行する。前記吸収液再生工程は、吸収液再生装置により実行される。前記吸収液再生装置は、前記吸収工程の実行で二酸化炭素を吸収した吸収液が流入し、高温環境下で吸収液から二酸化炭素を乖離させて、二酸化炭素を排出すると共に、二酸化炭素が乖離した吸収液を前記吸収工程で使用させる再生塔と、前記再生塔内から吸収液を取り出してから前記再生塔内に戻す第一循環ラインと、前記再生塔内から吸収液を取り出してから前記再生塔内に戻す第二循環ラインと、前記第一循環ライン中に設けられ、前記第一循環ラインを流れる吸収液と、前記ボイラーからの蒸気とを熱交換させて吸収液を加熱する熱交換器と、前記第二循環ライン中に設けられ、前記第二循環ラインを流れる吸収液を加熱する加熱器と、を有する。前記吸収液再生工程は、前記熱交換器で吸収液を加熱させることが可能に、前記第一循環ラインに吸収液を流す第一加熱工程と、前記加熱器で吸収液を加熱させることが可能に、前記第二循環ラインに吸収液を流す第二加熱工程と、を含む。
本実施形態のボイラープラントについて、図1~図3を参照して説明する。
本実施形態のボイラーは、ガスタービン11からの排気ガスの熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラー20である。しかしながら、ボイラーは、化石燃料を燃焼させる燃焼室を有する一般的なボイラーでもよい。
以上の実施形態におけるボイラープラントは、例えば、以下のように把握される。
(1) 第一態様におけるボイラープラントは、
化石燃料Fの燃焼で生じた燃焼ガスの熱で蒸気を発生させるボイラー20と、前記ボイラー20から排気された排気ガス中に含まれる二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去設備50と、を備える。前記二酸化炭素除去設備50は、二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を乖離させる吸収液再生装置80と、前記ボイラー20からの排気ガスが流入し、前記排気ガス中の二酸化炭素を前記吸収液再生装置からの吸収液に吸収させ、二酸化炭素が除去された排気ガスを排出する吸収装置70と、を有する。前記吸収液再生装置80は、前記吸収装置70で二酸化炭素を吸収した吸収液が流入し、高温環境下で吸収液から二酸化炭素を乖離させて、二酸化炭素を排出すると共に、二酸化炭素が乖離した吸収液を前記吸収装置70に戻す再生塔81と、前記再生塔81内から吸収液を取り出してから前記再生塔81内に戻す第一循環ライン86と、前記再生塔81内から吸収液を取り出してから前記再生塔81内に戻す第二循環ライン87と、前記第一循環ライン86中に設けられ、前記第一循環ライン86を流れる吸収液と、前記ボイラー20からの蒸気とを熱交換させて吸収液を加熱する熱交換器89と、前記第二循環ライン87中に設けられ、前記第二循環ライン87を流れる吸収液を加熱する加熱器90と、前記第一循環ライン86に吸収液を流す第一加熱状態と、前記第二循環ライン87に吸収液を流す第二加熱状態とに切り替える切替器92と、を有する。
前記第一態様のボイラープラントにおいて、前記吸収液再生装置80は、前記ボイラー20から前記熱交換器89に送られる蒸気の温度が予め定められた温度以上で且つ前記蒸気の圧力が予め定められた圧力以上である蒸気条件を満たしているときに、前記切替器92に対して前記第一加熱状態にするよう指示すると共に、前記蒸気条件を満たしていないときに、前記切替器92に対して、前記第二加熱状態にするよう指示する切替制御器93を有する。
前記第二態様のボイラープラントにおいて、前記吸収液再生装置80は、前記再生塔81内に溜まった吸収液の温度を検知する温度計94と、前記第二加熱状態のときに、前記温度計94で検知された温度が予め定められた温度よりも低くなると、前記加熱器90により吸収液を加熱させる第二加熱制御器95と、を有する。
前記第二態様又は前記第三態様のボイラープラントにおいて、前記吸収液再生装置80は、二次電池96と、前記二次電池96の充放電を制御する充放電制御器97と、を有する。前記加熱器90は、前記二次電池96からの電力供給で発熱する電気ヒータ91を有する。
前記第四態様のボイラープラントにおいて、前記充放電制御器97は、発電設備が発電中のときに前記発電設備から前記二次電池96に電力を充電可能に、前記発電設備と前記二次電池96とを電気的に接続させる充電可能状態にし、前記蒸気条件を満たしていないときに前記二次電池96から前記電気ヒータ91に電力を放電可能に、前記二次電池96と前記電気ヒータ91とを電気的に接続させる放電可能状態にする。
前記第五態様のボイラープラントにおいて、前記ボイラー20からの蒸気で駆動する蒸気タービン31と、前記蒸気タービン31の駆動で発電する発電機39と、をさらに備える。前記発電設備は、前記発電機39を含む。
前記第五態様又は前記第六態様のボイラープラントにおいて、前記発電設備は、カーボンフリー発電設備を含み、前記カーボンフリー発電設備は、化石燃料の燃焼で生じた燃焼ガスを利用して電力を発生させる設備からの排気ガス中の二酸化炭素濃度よりも低い濃度の二酸化炭素を排出する設備、又は発電時に二酸化炭素を排出しない設備である。
前記第一態様から前記第七態様のうちのいずれか一のボイラープラントにおいて、化石燃料Fの燃焼で生じた燃焼ガスで駆動するガスタービン11をさらに備える。前記ボイラー20は、前記ガスタービン11から排気された燃焼ガスの熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラーである。
(9) 第九態様における二酸化炭素除去方法は、
二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を乖離させることが可能な吸収液再生工程Sreと、ボイラー20からの排気ガスが流入し、前記排気ガス中の二酸化炭素を前記吸収液再生工程Sreで処理された吸収液に吸収させ、二酸化炭素が除去された排気ガスを排出することが可能な吸収工程Sabと、を実行する。前記吸収液再生工程Sreは、吸収液再生装置80により実行される。前記吸収液再生装置80は、前記吸収工程Sabの実行で二酸化炭素を吸収した吸収液が流入し、高温環境下で吸収液から二酸化炭素を乖離させて、二酸化炭素を排出すると共に、二酸化炭素が乖離した吸収液を前記吸収工程Sabで使用させる再生塔81と、前記再生塔81内から吸収液を取り出してから前記再生塔81内に戻す第一循環ライン86と、前記再生塔81内から吸収液を取り出してから前記再生塔81内に戻す第二循環ライン87と、前記第一循環ライン86中に設けられ、前記第一循環ライン86を流れる吸収液と、前記ボイラー20からの蒸気とを熱交換させて吸収液を加熱する熱交換器89と、前記第二循環ライン87中に設けられ、前記第二循環ライン87を流れる吸収液を加熱する加熱器90と、を有する。前記吸収液再生工程Sreは、前記熱交換器89で吸収液を加熱させることが可能に、前記第一循環ライン86に吸収液を流す第一加熱工程Sh1と、前記加熱器90で吸収液を加熱させることが可能に、前記第二循環ライン87に吸収液を流す第二加熱工程Sh2と、を含む。
前記第九態様の二酸化炭素除去方法において、前記吸収液再生工程Sreでは、前記ボイラー20から前記熱交換器89に送られる蒸気の温度が予め定められた温度以上で且つ前記蒸気の圧力が予め定められた圧力以上である蒸気条件を満たしているときに、前記第一加熱工程Sh1を実行し、前記蒸気条件を満たしていないときに、前記第二加熱工程Sh2を実行する。
前記第十態様の二酸化炭素除去方法において、前記第二加熱工程Sh2は、前記再生塔81内に溜まった吸収液の温度が予め定められた温度よりも低くなると、前記加熱器90により吸収液を加熱させる第二加熱制御工程Sh2cを含む。
前記第十態様又は前記第十一態様の二酸化炭素除去方法において、前記吸収液再生装置80は、二次電池96を有し、前記加熱器90は、前記二次電池96からの電力供給で発熱する電気ヒータ91を有する。前記吸収液再生工程Sreは、前記二次電池96に充電できる充電可能工程Schと、前記二次電池96から前記電気ヒータ91に放電できる放電可能工程Sdchと、を含む。
前記第十二態様の二酸化炭素除去方法において、前記充電可能工程Schでは、発電設備が発電中のときに前記発電設備から前記二次電池96に電力を充電可能に、前記発電設備と前記二次電池96とを電気的に接続させる。また、前記放電可能工程Sdchでは、前記蒸気条件を満たしていないときに前記二次電池96から前記電気ヒータ91に電力を放電可能に、前記二次電池96と前記電気ヒータ91とを電気的に接続させる。
前記第十三態様の二酸化炭素除去方法において、前記発電設備は、カーボンフリー発電設備を含む。前記カーボンフリー発電設備は、化石燃料の燃焼で生じた燃焼ガスを利用して電力を発生させる設備からの排気ガス中の二酸化炭素濃度よりも低い濃度の二酸化炭素を排出する設備、又は発電時に二酸化炭素を排出しない設備である。
前記第十四態様の二酸化炭素除去方法において、前記カーボンフリー発電設備は、再生可能エネルギーを用いて発電する設備を含む。
11:ガスタービン
12:空気圧縮機
13:燃焼器
14:タービン
15:ガスタービンロータ
16:燃料ライン
17:燃料調節弁
19;GT発電機
20:排熱回収ボイラー(又はボイラー)
30:蒸気タービン設備(又は蒸気タービン発電設備)
31:蒸気タービン
32:主蒸気ライン
33:蒸気調節弁
34:温度計
35:圧力計
36:復水器
37:給水ライン
38:加熱用蒸気ライン
39:ST発電機
40:電力系統設備
41a:GT電力系統
41b:ST電力系統
42a:GT遮断器
42b:ST遮断器
43a:GT変圧器
43b:ST変圧器
44:AC/DC変換器
45:直流電力系統
46:太陽光発電設備
48:外部電力系統
49:風力発電設備
50:二酸化炭素除去設備
51:ガス昇圧機
52:排気ガス再循環ライン
60:排気ガス冷却装置
61:冷却塔
61v:冷却塔容器
61p:充填物
62:水循環ライン
63:水循環ポンプ
64:水冷却器
65:低温排気ガスライン
70:吸収装置
71:吸収塔
71v:吸収塔容器
71pa:下充填物
71pb:上充填物
71da:下デミスタ
71db:上デミスタ
71t:トレー
71s:水溜まり部
72:排気ライン
73:リーン吸収液ライン
74:リーン-リッチ熱交換器
75:リーン吸収液ポンプ
76:リーン吸収液冷却器
77:リーン吸収液調節弁
78:水洗水循環ライン
79p:水洗水循環ポンプ
79r:水洗水冷却器
80:吸収液再生装置
81:再生塔
81v:再生塔容器
81p:充填物
81t:トレー
81s:液溜まり部
82:二酸化炭素回収ライン
82r:冷却器
82t:水分分離タンク
82c:二酸化炭素圧縮機
82p:水ポンプ
82w:水分回収ライン
83:リッチ吸収液ライン
84:リッチ吸収液ポンプ
85:リッチ吸収液調節弁
86:第一循環ライン
86a:流入側共有部
86b:流出側共有部
86c:中間部
87:第二循環ライン
87c:中間部
89:リボイラー(熱交換器)
90:加熱器
90v:加熱容器
91:電気ヒータ
91a:電気ヒータ本体
91b:ヒータ駆動回路
92:切替器
92a:第一遮断弁
92b:第二遮断弁
93:切替制御器
94:温度計
95:第二加熱制御器
96:二次電池
97:充放電制御器
98:放電系統
100:プラント制御装置
Claims (15)
- 化石燃料の燃焼で生じた燃焼ガスの熱で蒸気を発生させるボイラーと、
前記ボイラーから排気された排気ガス中に含まれる二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去設備と、
を備え、
前記二酸化炭素除去設備は、
二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を乖離させる吸収液再生装置と、
前記ボイラーからの排気ガスが流入し、前記排気ガス中の二酸化炭素を前記吸収液再生装置からの吸収液に吸収させ、二酸化炭素が除去された排気ガスを排出する吸収装置と、
を有し、
前記吸収液再生装置は、
前記吸収装置で二酸化炭素を吸収した吸収液が流入し、高温環境下で吸収液から二酸化炭素を乖離させて、二酸化炭素を排出すると共に、二酸化炭素が乖離した吸収液を前記吸収装置に戻す再生塔と、
前記再生塔内から吸収液を取り出してから前記再生塔内に戻す第一循環ラインと、
前記再生塔内から吸収液を取り出してから前記再生塔内に戻す第二循環ラインと、
前記第一循環ライン中に設けられ、前記第一循環ラインを流れる吸収液と、前記ボイラーからの蒸気とを熱交換させて吸収液を加熱する熱交換器と、
前記第二循環ライン中に設けられ、前記第二循環ラインを流れる吸収液を加熱する加熱器と、
前記第一循環ラインに吸収液を流す第一加熱状態と、前記第二循環ラインに吸収液を流す第二加熱状態との間で加熱状態を切り替える切替器と、
を有する、
ボイラープラント。 - 請求項1に記載のボイラープラントにおいて、
前記吸収液再生装置は、
前記ボイラーから前記熱交換器に送られる蒸気の温度が予め定められた温度以上で且つ前記蒸気の圧力が予め定められた圧力以上である蒸気条件を満たしているときに、前記切替器に対して前記第一加熱状態にするよう指示すると共に、前記蒸気条件を満たしていないときに、前記切替器に対して、前記第二加熱状態にするよう指示する切替制御器を有する、
ボイラープラント。 - 請求項2に記載のボイラープラントにおいて、
前記吸収液再生装置は、
前記再生塔内に溜まった吸収液の温度を検知する温度計と、
前記第二加熱状態のときに、前記温度計で検知された温度が予め定められた温度よりも低くなると、前記加熱器により吸収液を加熱させる第二加熱制御器と、
を有する、
ボイラープラント。 - 請求項2又は3に記載のボイラープラントにおいて、
前記吸収液再生装置は、二次電池と、前記二次電池の充放電を制御する充放電制御器と、を有し、
前記加熱器は、前記二次電池からの電力供給で発熱する電気ヒータを有する、
ボイラープラント。 - 請求項4に記載のボイラープラントにおいて、
前記充放電制御器は、発電設備が発電中のときに前記発電設備から前記二次電池に電力を充電可能に、前記発電設備と前記二次電池とを電気的に接続させる充電可能状態にし、前記蒸気条件を満たしていないときに前記二次電池から前記電気ヒータに電力を放電可能に、前記二次電池と前記電気ヒータとを電気的に接続させる放電可能状態にする、
ボイラープラント。 - 請求項5に記載のボイラープラントにおいて、
前記ボイラーからの蒸気で駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの駆動で発電する発電機と、
をさらに備え、
前記発電設備は、前記発電機を含む、
ボイラープラント。 - 請求項5又は6に記載のボイラープラントにおいて、
前記発電設備は、カーボンフリー発電設備を含み、
前記カーボンフリー発電設備は、化石燃料の燃焼で生じた燃焼ガスを利用して電力を発生させる設備からの排気ガス中の二酸化炭素濃度よりも低い濃度の二酸化炭素を排出する設備、又は発電時に二酸化炭素を排出しない設備である、
ボイラープラント。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載のボイラープラントにおいて、
化石燃料の燃焼で生じた燃焼ガスで駆動するガスタービンをさらに備え、
前記ボイラーは、前記ガスタービンから排気された燃焼ガスの熱で蒸気を発生させる排熱回収ボイラーである、
ボイラープラント。 - 二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を乖離させることが可能な吸収液再生工程と、
ボイラーからの排気ガスが流入し、前記排気ガス中の二酸化炭素を前記吸収液再生工程で処理された吸収液に吸収させ、二酸化炭素が除去された排気ガスを排出することが可能な吸収工程と、
を実行し、
前記吸収液再生工程は、吸収液再生装置により実行され、
前記吸収液再生装置は、
前記吸収工程の実行で二酸化炭素を吸収した吸収液が流入し、高温環境下で吸収液から二酸化炭素を乖離させて、二酸化炭素を排出すると共に、二酸化炭素が乖離した吸収液を前記吸収工程で使用させる再生塔と、
前記再生塔内から吸収液を取り出してから前記再生塔内に戻す第一循環ラインと、
前記再生塔内から吸収液を取り出してから前記再生塔内に戻す第二循環ラインと、
前記第一循環ライン中に設けられ、前記第一循環ラインを流れる吸収液と、前記ボイラーからの蒸気とを熱交換させて吸収液を加熱する熱交換器と、
前記第二循環ライン中に設けられ、前記第二循環ラインを流れる吸収液を加熱する加熱器と、
を有し、
前記吸収液再生工程は、
前記熱交換器で吸収液を加熱させることが可能に、前記第一循環ラインに吸収液を流す第一加熱工程と、
前記加熱器で吸収液を加熱させることが可能に、前記第二循環ラインに吸収液を流す第二加熱工程と、
を含み、
前記吸収液再生工程では、前記第一循環ラインに吸収液を流す第一加熱状態と、前記第二循環ラインに吸収液を流す第二加熱状態との間で加熱状態を切り替えて、前記第一加熱工程及び前記第二加熱工程を実現する、
二酸化炭素除去方法。 - 二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素を乖離させることが可能な吸収液再生工程と、
ボイラーからの排気ガスが流入し、前記排気ガス中の二酸化炭素を前記吸収液再生工程で処理された吸収液に吸収させ、二酸化炭素が除去された排気ガスを排出することが可能な吸収工程と、
を実行し、
前記吸収液再生工程は、吸収液再生装置により実行され、
前記吸収液再生装置は、
前記吸収工程の実行で二酸化炭素を吸収した吸収液が流入し、高温環境下で吸収液から二酸化炭素を乖離させて、二酸化炭素を排出すると共に、二酸化炭素が乖離した吸収液を前記吸収工程で使用させる再生塔と、
前記再生塔内から吸収液を取り出してから前記再生塔内に戻す第一循環ラインと、
前記再生塔内から吸収液を取り出してから前記再生塔内に戻す第二循環ラインと、
前記第一循環ライン中に設けられ、前記第一循環ラインを流れる吸収液と、前記ボイラーからの蒸気とを熱交換させて吸収液を加熱する熱交換器と、
前記第二循環ライン中に設けられ、前記第二循環ラインを流れる吸収液を加熱する加熱器と、
を有し、
前記吸収液再生工程は、
前記熱交換器で吸収液を加熱させることが可能に、前記第一循環ラインに吸収液を流す第一加熱工程と、
前記加熱器で吸収液を加熱させることが可能に、前記第二循環ラインに吸収液を流す第二加熱工程と、
を含み、
前記吸収液再生工程では、
前記ボイラーから前記熱交換器に送られる蒸気の温度が予め定められた温度以上で且つ前記蒸気の圧力が予め定められた圧力以上である蒸気条件を満たしているときに、前記第一加熱工程を実行し、前記蒸気条件を満たしていないときに、前記第二加熱工程を実行する、
二酸化炭素除去方法。 - 請求項10に記載の二酸化炭素除去方法において、
前記第二加熱工程は、前記再生塔内に溜まった吸収液の温度が予め定められた温度よりも低くなると、前記加熱器により吸収液を加熱させる第二加熱制御工程を含む、
二酸化炭素除去方法。 - 請求項10又は11に記載の二酸化炭素除去方法において、
前記吸収液再生装置は、二次電池を有し、
前記加熱器は、前記二次電池からの電力供給で発熱する電気ヒータを有し、
前記吸収液再生工程は、
前記二次電池に充電できる充電可能工程と、
前記二次電池から前記電気ヒータに放電できる放電可能工程と、
を含む、
二酸化炭素除去方法。 - 請求項12に記載の二酸化炭素除去方法において、
前記充電可能工程では、発電設備が発電中のときに前記発電設備から前記二次電池に電力を充電可能に、前記発電設備と前記二次電池とを電気的に接続させ、
前記放電可能工程では、前記蒸気条件を満たしていないときに前記二次電池から前記電気ヒータに電力を放電可能に、前記二次電池と前記電気ヒータとを電気的に接続させる、
二酸化炭素除去方法。 - 請求項13に記載の二酸化炭素除去方法において、
前記発電設備は、カーボンフリー発電設備を含み、
前記カーボンフリー発電設備は、化石燃料の燃焼で生じた燃焼ガスを利用して電力を発生させる設備からの排気ガス中の二酸化炭素濃度よりも低い濃度の二酸化炭素を排出する設備、又は発電時に二酸化炭素を排出しない設備である、
二酸化炭素除去方法。 - 請求項14に記載の二酸化炭素除去方法において、
前記カーボンフリー発電設備は、再生可能エネルギーを用いて発電する設備を含む、
二酸化炭素除去方法。
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