二酸化炭素の回収システム及び方法
【課題】ボイラやスチームタービンの運転負荷変動があっても、二酸化炭素吸収液の再生を確実に行うことができる二酸化炭素の回収システム及び方法を提供する。
【解決手段】高圧、中圧、低圧タービンと、これらを駆動する蒸気を発生させるボイラ１５と、ボイラからの燃焼排ガス１６中の二酸化炭素を二酸化炭素吸収液により除去する吸収塔１８と、吸収液を再生する再生塔１９とからなる二酸化炭素回収装置と、低圧タービン１３の入口から蒸気１４Ｌを抜出し、抜出蒸気１４Ｌを用いて動力を回収する第１の補助タービン２２Ｌと、第１の補助タービンからの排出蒸気２３Ｌを用いて、再生塔のリボイラ２４に加熱源として供給する第１の蒸気送給ライン２５Ｌと、ボイラの運転負荷変動に対応して、リボイラ２４に供給する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２２Ｌを駆動する制御を行う制御装置とを備える。
【解決手段】高圧、中圧、低圧タービンと、これらを駆動する蒸気を発生させるボイラ１５と、ボイラからの燃焼排ガス１６中の二酸化炭素を二酸化炭素吸収液により除去する吸収塔１８と、吸収液を再生する再生塔１９とからなる二酸化炭素回収装置と、低圧タービン１３の入口から蒸気１４Ｌを抜出し、抜出蒸気１４Ｌを用いて動力を回収する第１の補助タービン２２Ｌと、第１の補助タービンからの排出蒸気２３Ｌを用いて、再生塔のリボイラ２４に加熱源として供給する第１の蒸気送給ライン２５Ｌと、ボイラの運転負荷変動に対応して、リボイラ２４に供給する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２２Ｌを駆動する制御を行う制御装置とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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があった場合においても、二酸化炭素吸収液の再生を確実に行うことができる二酸化炭素の回収システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球の温暖化現象の原因の一つとして、ＣＯ2による温室効果が指摘され、地球環境を守る上で国際的にもその対策が急務となってきた。ＣＯ2の発生源としては化石燃料を燃焼させるあらゆる人間の活動分野に及び、その排出抑制への要求が一層強まる傾向にある。これに伴い大量の化石燃料を使用する火力発電所などの動力発生設備を対象に、ボイラの燃焼排ガスをアミン系ＣＯ2吸収液と接触させ、燃焼排ガス中のＣＯ2を除去、回収する方法及び回収されたＣＯ2を大気へ放出することなく貯蔵する方法が精力的に研究されている。また、前記のようなＣＯ2吸収液を用い、燃焼排ガスからＣＯ2を除去・回収する工程としては、吸収塔において燃焼排ガスとＣＯ2吸収液とを接触させる工程、ＣＯ2を吸収した吸収液を再生塔において加熱し、ＣＯ2を遊離させると共に吸収液を再生して再び吸収塔に循環して再使用する二酸化炭素の回収システムが採用されている。
【０００３】
この二酸化炭素の回収システムにおいては、吸収塔においてガス中に存在する二酸化炭素を吸収液に吸収させ、その後再生塔で加熱することで吸収液から二酸化炭素を分離し、分離した二酸化炭素は別途回収すると共に、再生された吸収液は再度吸収塔で循環利用するものである。
【０００４】
ここで、前記再生塔にて二酸化炭素を分離・回収するためには、リボイラにて吸収液を加熱する必要があり、加熱用の所定圧力の蒸気を供給する必要がある。
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−１９３１１６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「エネルギーと地球環境」 http://www.rist.or.jp/atomica/data/dat_detail.php?Title_No=01-04-01-02
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、化学プラントに併設する二酸化炭素回収設備の場合においては、常に所定の蒸気を取り出すことができるものの、発電所に二酸化炭素回収設備を設置して蒸気を取出す場合には、電力需要に応じて運転負荷が変化するが、このときタービン蒸気の圧力も変動するため、二酸化炭素回収設備のリボイラに安定した圧力条件で蒸気を供給できなくなる、という問題がある。
【０００８】
すなわち、電源を供給力の面からみると、一般に大別して、（１）常にほぼ一定の出力で運転を行うベース供給力、（２）電力需要の変動に対応して稼働し、主としてピーク時に必要な供給を行うピーク供給力、（３）両者の中間の役割をもつミドル供給力の三つのタイプに分類されており、ベース供給力は利用率が高くなるので、長期的な経済性及び燃料調達の安定性の両面において優れた電源を、ピーク供給力は年間の利用率が低く負荷追従性が要求されるため、資本費が安く、負荷追従性に優れた電源を、ミドル供給力は両者の中間的な特性を有する電源をそれぞれ充て効率的運用が行われている（非特許文献１参照）。
【０００９】
このため、ピーク供給力又はミドル供給力用の発電所においては、ボイラの運転負荷変動があった場合においても、負荷変動を加味して二酸化炭素吸収液の再生を確実に行うことができる二酸化炭素の回収システムの提案が切望されている。
【００１０】
本発明は、前記問題に鑑み、ボイラ及びスチームタービンの運転負荷変動があった場合においても、二酸化炭素吸収液の再生を確実に行うことができる二酸化炭素の回収システム及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、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を備えたことを特徴とする二酸化炭素の回収システムにある。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、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を備えたことを特徴とする二酸化炭素の回収システムにある。
【００１３】
第３の発明は、第１又は２の発明において、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にある。
【００１４】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、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にある。
【００１５】
第５の発明は、第１の発明において、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にある。
【００１６】
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、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にある。
【００１７】
第７の発明は、第１乃至６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にある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、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があった場合においても、負荷変動を加味して二酸化炭素吸収液の再生のためのリボイラ用の蒸気を安定して供給することができ、吸収液の再生を確実に行うことができ、この結果、安定した二酸化炭素の回収を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、二酸化炭素の回収システムの概略図である。
【図２】図２は、実施例１における蒸気配管システムの概念図である。
【図３】図３は、実施例２における蒸気配管システムの概念図である。
【図４】図４は、実施例３における蒸気配管システムの概念図である。
【図５】図５は、実施例４における蒸気配管システムの概念図である。
【図６】図６は、実施例５における蒸気配管システムの概念図である。
【図７】図７は、実施例６における蒸気配管システムの概念図である。
【図８】図８は、比較例１における蒸気配管システムの概念図である。
【図９】図９は、比較例２における蒸気配管システムの概念図である。
【図１０】図１０は、負荷変動と低圧タービン蒸気流量比との関係図である。
【図１１】図１１は、負荷変動と低圧タービン入口圧力比との関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２１】
本発明による実施例に係る二酸化炭素の回収システムについて、図面を参照して説明する。図１は、二酸化炭素の回収システムの概略図である。図２は、本実施例における蒸気配管システムの概念図であり、タービンは同軸で同一発電機を駆動するものである。なお、タービンは多軸で異なる発電機を駆動してもよい。
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。
【００２２】
ここで、前記二酸化炭素吸収液１７は、吸収塔１８で二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収液（リッチ溶液）１７Ａと、再生塔１９において二酸化炭素を放出して再生された再生二酸化炭素吸収液（リーン溶液）１７Ｂとから構成されており、吸収塔１８と再生塔１９とを循環再利用するようにしている。
【００２３】
図１において、ボイラ１５よりの二酸化炭素（ＣＯ2）を含んだ燃焼排ガス１６はボイラ燃焼排ガス送風機３１により昇圧された後、燃焼排ガス冷却器３２に送られ、冷却水３３ａにより冷却され、吸収塔１８に送られ、冷却排水３３ｂは系外に放出される。吸収塔１８において、燃焼排ガス１６は例えばアルカノールアミンをベースとする再生された吸収液１７と交流接触し、燃焼排ガス１６中のＣＯ2は化学反応により吸収液に吸収される。ＣＯ2を除去された燃焼排ガス３４は系外へ放出される。
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。
【００２４】
再生塔１９の下部において、 吸収液はリボイラ２４にて供給された排出蒸気（０．３３ＭＰａ）２３Ｌにて加熱される。水蒸気を伴ったＣＯ2は再生塔１９の塔頂部よりオーバーヘッドコンデンサ３８へと導かれる。
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。
【００２５】
一方、ボイラ１５により発生し、加熱された高圧、高温の蒸気１４は高圧タービン１１を駆動した後、高圧タービン排気としてボイラ１５中の再加熱器１５ａにより再加熱され、再加熱された中圧蒸気として中圧タービン１２、続いて低圧タービン１３に送られる。
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。
【００２６】
低圧タービン１３からの排気は復水器４２にて凝縮され、凝縮水はボイラ給水４３としてボイラ給水ポンプ４４によりオーバーヘッドコンデンサ３８に送られる。
【００２７】
なお、ＣＯ2を吸収する二酸化炭素吸収液１７としては、例えばアミン系吸収液を例示することができ、具体的にはアルカノールアミンとしてはモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミンなど、更にはヒンダードアミン類が例示され、これらの各単独水溶液、あるいはこれらの二以上の混合水溶液をあげることができるが、通常モノエタノールアミン水溶液が好んで用いられる。
【００２８】
本実施例に係る二酸化炭素の回収システムについて、実際の負荷に対応して制御する一例の工程について、説明する。
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。
【００２９】
このように、本実施例によれば、発電システムの全負荷帯において、二酸化炭素回収設備を組み込んだ場合においても、最も効率的な発電システムを提供することができる。
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。
【００３０】
このように、本発明によれば、発電システムの蒸気システム構成を変更することなく、二酸化炭素回収設備を組み込むことができると共に、低圧タービン入口蒸気を第１の補助タービン２２Ｌにて動力回収することで、発電システムの出力減を低減できる。
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。
【実施例２】
【００３１】
本発明による実施例に係る二酸化炭素の回収システムについて、図面を参照して説明する。図３は、本実施例における蒸気配管システムの概念図である。
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。
【実施例３】
【００３２】
本発明による実施例に係る二酸化炭素の回収システムについて、図面を参照して説明する。図４は、本実施例における蒸気配管システムの概念図である。
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。
【実施例４】
【００３３】
本発明による実施例に係る二酸化炭素の回収システムについて、図面を参照して説明する。図５は、本実施例における蒸気配管システムの概念図である。
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。
【実施例５】
【００３４】
本発明による実施例に係る二酸化炭素の回収システムについて、図面を参照して説明する。図６は、本実施例における蒸気配管システムの概念図である。
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。
【実施例６】
【００３５】
本発明による実施例に係る二酸化炭素の回収システムについて、図面を参照して説明する。図７は、本実施例における蒸気配管システムの概念図である。
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。
【００３６】
本実施例では、中圧タービン１２の入口から抜出した蒸気１４Ｍを、リボイラ２４に適した蒸気条件(０．３３ＭＰａ)までコンプレッサ用の第２の補助タービン２２Ｍにて動力を回収し、回収した二酸化炭素を液化するコンプレッサに利用することができる。同様に、低圧タービン１３入口から抜出した蒸気１４Ｌを、リボイラ２４に適した蒸気条件(０．３３ＭＰａ)まで第１の補助タービン２２Ｌにて動力を回収することができる。
【００３７】
このとき、発電システム内の蒸気圧力は負荷変動に応じて変化するが、第１及び第２の補助タービン２２Ｌ、２２Ｍを設置することにより、リボイラ２４の供給する蒸気の圧力を一定に保つことができる。
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。
【００３８】
以下、本発明の効果を示す例について、説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
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）。
【００３９】
「例１」は、実施例１に対応する発電システムであり、抜出した蒸気１４Ｌを用いて第１の補助タービン２２Ｌにより動力を回収し、該第１の補助タービン２２Ｌから排出される排出蒸気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。
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。
【００４０】
表１（１００％負荷、７５％負荷）及び表２（５０％負荷）に示すように、例１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、リボイラでは吸収液の再生が可能となる。
【００４１】
「例２」は、実施例３に対応する発電システム（図４参照）であり、第１の補助タービン２２Ｌによりコンプレッサ動力を回収しつつ、該第１の補助タービン２２Ｌから排出される排出蒸気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。
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。
【００４２】
「例３」は、実施例４に対応する発電システム（図５参照）であり、第１の補助タービン２２Ｌを複数台設置し、ブロア及びポンプ動力を回収しつつ、該第１の補助タービン２２Ｌから排出される排出蒸気２３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。
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。
【００４３】
「例４」は、実施例５に対応する発電システム（図６参照）であり、前記低圧タービン１３の出口蒸気の一部を抜き出し、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、合流した蒸気２３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。
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。
【００４４】
「例５」は、実施例６に対応する発電システム（図７参照）であり、中圧タービン１２の入口から抜出した蒸気１４Ｍを、リボイラ２４に適した蒸気条件(０．３３ＭＰａ)までコンプレッサ用の第２の補助タービン２２Ｍにて動力を回収し、回収した二酸化炭素を液化するコンプレッサに利用すると共に、第１の補助タービン２２Ｌにおいても、リボイラ２４に適した蒸気条件(０．３３ＭＰａ)で動力を回収する制御をしている。
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。
【００４５】
【表１】
【００４６】
【表２】
【００４７】
以上の例から明らかなように、本発明の方法を採用することにより、従来プロセスに比較して、発電設備の既存の蒸気ラインから抜き出した蒸気を効率的に用いることにより、動力を回収することができ、消費電力の低減を図ることができると共に、ボイラ及びスチームタービンの負荷変動があった場合においても、リボイラ２４に安定して最適圧力の蒸気を供給でき、ボイラ１５から排出される燃焼排ガス１６中の二酸化炭素を回収する吸収液の再生を常に確実に行うことができることを確認することができた。
【００４８】
図１０及び図１１に示すように、負荷が１００％から５０％に変動することに応じて、蒸気量比や入口圧力比が低下する。例えば表２に示す５０％負荷の場合においても、例１及び５に示すように、対応することができることが確認できた。
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。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明に係る二酸化炭素の回収システム及び方法によれば、ボイラ及びスチームタービンの運転負荷変動があった場合においても、負荷変動を加味して二酸化炭素吸収液の再生のためのリボイラ用の蒸気を安定して供給することができ、発電設備における燃焼排ガス中の二酸化炭素の処理をおこなった吸収液の再生を確実に行うことができる。
【符号の説明】
【００５０】
１１ 高圧タービン
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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があった場合においても、二酸化炭素吸収液の再生を確実に行うことができる二酸化炭素の回収システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球の温暖化現象の原因の一つとして、ＣＯ2による温室効果が指摘され、地球環境を守る上で国際的にもその対策が急務となってきた。ＣＯ2の発生源としては化石燃料を燃焼させるあらゆる人間の活動分野に及び、その排出抑制への要求が一層強まる傾向にある。これに伴い大量の化石燃料を使用する火力発電所などの動力発生設備を対象に、ボイラの燃焼排ガスをアミン系ＣＯ2吸収液と接触させ、燃焼排ガス中のＣＯ2を除去、回収する方法及び回収されたＣＯ2を大気へ放出することなく貯蔵する方法が精力的に研究されている。また、前記のようなＣＯ2吸収液を用い、燃焼排ガスからＣＯ2を除去・回収する工程としては、吸収塔において燃焼排ガスとＣＯ2吸収液とを接触させる工程、ＣＯ2を吸収した吸収液を再生塔において加熱し、ＣＯ2を遊離させると共に吸収液を再生して再び吸収塔に循環して再使用する二酸化炭素の回収システムが採用されている。
【０００３】
この二酸化炭素の回収システムにおいては、吸収塔においてガス中に存在する二酸化炭素を吸収液に吸収させ、その後再生塔で加熱することで吸収液から二酸化炭素を分離し、分離した二酸化炭素は別途回収すると共に、再生された吸収液は再度吸収塔で循環利用するものである。
【０００４】
ここで、前記再生塔にて二酸化炭素を分離・回収するためには、リボイラにて吸収液を加熱する必要があり、加熱用の所定圧力の蒸気を供給する必要がある。
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−１９３１１６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「エネルギーと地球環境」 http://www.rist.or.jp/atomica/data/dat_detail.php?Title_No=01-04-01-02
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、化学プラントに併設する二酸化炭素回収設備の場合においては、常に所定の蒸気を取り出すことができるものの、発電所に二酸化炭素回収設備を設置して蒸気を取出す場合には、電力需要に応じて運転負荷が変化するが、このときタービン蒸気の圧力も変動するため、二酸化炭素回収設備のリボイラに安定した圧力条件で蒸気を供給できなくなる、という問題がある。
【０００８】
すなわち、電源を供給力の面からみると、一般に大別して、（１）常にほぼ一定の出力で運転を行うベース供給力、（２）電力需要の変動に対応して稼働し、主としてピーク時に必要な供給を行うピーク供給力、（３）両者の中間の役割をもつミドル供給力の三つのタイプに分類されており、ベース供給力は利用率が高くなるので、長期的な経済性及び燃料調達の安定性の両面において優れた電源を、ピーク供給力は年間の利用率が低く負荷追従性が要求されるため、資本費が安く、負荷追従性に優れた電源を、ミドル供給力は両者の中間的な特性を有する電源をそれぞれ充て効率的運用が行われている（非特許文献１参照）。
【０００９】
このため、ピーク供給力又はミドル供給力用の発電所においては、ボイラの運転負荷変動があった場合においても、負荷変動を加味して二酸化炭素吸収液の再生を確実に行うことができる二酸化炭素の回収システムの提案が切望されている。
【００１０】
本発明は、前記問題に鑑み、ボイラ及びスチームタービンの運転負荷変動があった場合においても、二酸化炭素吸収液の再生を確実に行うことができる二酸化炭素の回収システム及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、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を備えたことを特徴とする二酸化炭素の回収システムにある。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、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を備えたことを特徴とする二酸化炭素の回収システムにある。
【００１３】
第３の発明は、第１又は２の発明において、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にある。
【００１４】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、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にある。
【００１５】
第５の発明は、第１の発明において、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にある。
【００１６】
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、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にある。
【００１７】
第７の発明は、第１乃至６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にある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、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があった場合においても、負荷変動を加味して二酸化炭素吸収液の再生のためのリボイラ用の蒸気を安定して供給することができ、吸収液の再生を確実に行うことができ、この結果、安定した二酸化炭素の回収を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、二酸化炭素の回収システムの概略図である。
【図２】図２は、実施例１における蒸気配管システムの概念図である。
【図３】図３は、実施例２における蒸気配管システムの概念図である。
【図４】図４は、実施例３における蒸気配管システムの概念図である。
【図５】図５は、実施例４における蒸気配管システムの概念図である。
【図６】図６は、実施例５における蒸気配管システムの概念図である。
【図７】図７は、実施例６における蒸気配管システムの概念図である。
【図８】図８は、比較例１における蒸気配管システムの概念図である。
【図９】図９は、比較例２における蒸気配管システムの概念図である。
【図１０】図１０は、負荷変動と低圧タービン蒸気流量比との関係図である。
【図１１】図１１は、負荷変動と低圧タービン入口圧力比との関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２１】
本発明による実施例に係る二酸化炭素の回収システムについて、図面を参照して説明する。図１は、二酸化炭素の回収システムの概略図である。図２は、本実施例における蒸気配管システムの概念図であり、タービンは同軸で同一発電機を駆動するものである。なお、タービンは多軸で異なる発電機を駆動してもよい。
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。
【００２２】
ここで、前記二酸化炭素吸収液１７は、吸収塔１８で二酸化炭素を吸収した二酸化炭素吸収液（リッチ溶液）１７Ａと、再生塔１９において二酸化炭素を放出して再生された再生二酸化炭素吸収液（リーン溶液）１７Ｂとから構成されており、吸収塔１８と再生塔１９とを循環再利用するようにしている。
【００２３】
図１において、ボイラ１５よりの二酸化炭素（ＣＯ2）を含んだ燃焼排ガス１６はボイラ燃焼排ガス送風機３１により昇圧された後、燃焼排ガス冷却器３２に送られ、冷却水３３ａにより冷却され、吸収塔１８に送られ、冷却排水３３ｂは系外に放出される。吸収塔１８において、燃焼排ガス１６は例えばアルカノールアミンをベースとする再生された吸収液１７と交流接触し、燃焼排ガス１６中のＣＯ2は化学反応により吸収液に吸収される。ＣＯ2を除去された燃焼排ガス３４は系外へ放出される。
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。
【００２４】
再生塔１９の下部において、 吸収液はリボイラ２４にて供給された排出蒸気（０．３３ＭＰａ）２３Ｌにて加熱される。水蒸気を伴ったＣＯ2は再生塔１９の塔頂部よりオーバーヘッドコンデンサ３８へと導かれる。
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。
【００２５】
一方、ボイラ１５により発生し、加熱された高圧、高温の蒸気１４は高圧タービン１１を駆動した後、高圧タービン排気としてボイラ１５中の再加熱器１５ａにより再加熱され、再加熱された中圧蒸気として中圧タービン１２、続いて低圧タービン１３に送られる。
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。
【００２６】
低圧タービン１３からの排気は復水器４２にて凝縮され、凝縮水はボイラ給水４３としてボイラ給水ポンプ４４によりオーバーヘッドコンデンサ３８に送られる。
【００２７】
なお、ＣＯ2を吸収する二酸化炭素吸収液１７としては、例えばアミン系吸収液を例示することができ、具体的にはアルカノールアミンとしてはモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミンなど、更にはヒンダードアミン類が例示され、これらの各単独水溶液、あるいはこれらの二以上の混合水溶液をあげることができるが、通常モノエタノールアミン水溶液が好んで用いられる。
【００２８】
本実施例に係る二酸化炭素の回収システムについて、実際の負荷に対応して制御する一例の工程について、説明する。
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。
【００２９】
このように、本実施例によれば、発電システムの全負荷帯において、二酸化炭素回収設備を組み込んだ場合においても、最も効率的な発電システムを提供することができる。
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。
【００３０】
このように、本発明によれば、発電システムの蒸気システム構成を変更することなく、二酸化炭素回収設備を組み込むことができると共に、低圧タービン入口蒸気を第１の補助タービン２２Ｌにて動力回収することで、発電システムの出力減を低減できる。
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。
【実施例２】
【００３１】
本発明による実施例に係る二酸化炭素の回収システムについて、図面を参照して説明する。図３は、本実施例における蒸気配管システムの概念図である。
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。
【実施例３】
【００３２】
本発明による実施例に係る二酸化炭素の回収システムについて、図面を参照して説明する。図４は、本実施例における蒸気配管システムの概念図である。
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。
【実施例４】
【００３３】
本発明による実施例に係る二酸化炭素の回収システムについて、図面を参照して説明する。図５は、本実施例における蒸気配管システムの概念図である。
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。
【実施例５】
【００３４】
本発明による実施例に係る二酸化炭素の回収システムについて、図面を参照して説明する。図６は、本実施例における蒸気配管システムの概念図である。
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。
【実施例６】
【００３５】
本発明による実施例に係る二酸化炭素の回収システムについて、図面を参照して説明する。図７は、本実施例における蒸気配管システムの概念図である。
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。
【００３６】
本実施例では、中圧タービン１２の入口から抜出した蒸気１４Ｍを、リボイラ２４に適した蒸気条件(０．３３ＭＰａ)までコンプレッサ用の第２の補助タービン２２Ｍにて動力を回収し、回収した二酸化炭素を液化するコンプレッサに利用することができる。同様に、低圧タービン１３入口から抜出した蒸気１４Ｌを、リボイラ２４に適した蒸気条件(０．３３ＭＰａ)まで第１の補助タービン２２Ｌにて動力を回収することができる。
【００３７】
このとき、発電システム内の蒸気圧力は負荷変動に応じて変化するが、第１及び第２の補助タービン２２Ｌ、２２Ｍを設置することにより、リボイラ２４の供給する蒸気の圧力を一定に保つことができる。
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。
【００３８】
以下、本発明の効果を示す例について、説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
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）。
【００３９】
「例１」は、実施例１に対応する発電システムであり、抜出した蒸気１４Ｌを用いて第１の補助タービン２２Ｌにより動力を回収し、該第１の補助タービン２２Ｌから排出される排出蒸気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。
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。
【００４０】
表１（１００％負荷、７５％負荷）及び表２（５０％負荷）に示すように、例１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、リボイラでは吸収液の再生が可能となる。
【００４１】
「例２」は、実施例３に対応する発電システム（図４参照）であり、第１の補助タービン２２Ｌによりコンプレッサ動力を回収しつつ、該第１の補助タービン２２Ｌから排出される排出蒸気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。
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。
【００４２】
「例３」は、実施例４に対応する発電システム（図５参照）であり、第１の補助タービン２２Ｌを複数台設置し、ブロア及びポンプ動力を回収しつつ、該第１の補助タービン２２Ｌから排出される排出蒸気２３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。
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。
【００４３】
「例４」は、実施例５に対応する発電システム（図６参照）であり、前記低圧タービン１３の出口蒸気の一部を抜き出し、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、合流した蒸気２３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。
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。
【００４４】
「例５」は、実施例６に対応する発電システム（図７参照）であり、中圧タービン１２の入口から抜出した蒸気１４Ｍを、リボイラ２４に適した蒸気条件(０．３３ＭＰａ)までコンプレッサ用の第２の補助タービン２２Ｍにて動力を回収し、回収した二酸化炭素を液化するコンプレッサに利用すると共に、第１の補助タービン２２Ｌにおいても、リボイラ２４に適した蒸気条件(０．３３ＭＰａ)で動力を回収する制御をしている。
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。
【００４５】
【表１】
【００４６】
【表２】
【００４７】
以上の例から明らかなように、本発明の方法を採用することにより、従来プロセスに比較して、発電設備の既存の蒸気ラインから抜き出した蒸気を効率的に用いることにより、動力を回収することができ、消費電力の低減を図ることができると共に、ボイラ及びスチームタービンの負荷変動があった場合においても、リボイラ２４に安定して最適圧力の蒸気を供給でき、ボイラ１５から排出される燃焼排ガス１６中の二酸化炭素を回収する吸収液の再生を常に確実に行うことができることを確認することができた。
【００４８】
図１０及び図１１に示すように、負荷が１００％から５０％に変動することに応じて、蒸気量比や入口圧力比が低下する。例えば表２に示す５０％負荷の場合においても、例１及び５に示すように、対応することができることが確認できた。
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。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明に係る二酸化炭素の回収システム及び方法によれば、ボイラ及びスチームタービンの運転負荷変動があった場合においても、負荷変動を加味して二酸化炭素吸収液の再生のためのリボイラ用の蒸気を安定して供給することができ、発電設備における燃焼排ガス中の二酸化炭素の処理をおこなった吸収液の再生を確実に行うことができる。
【符号の説明】
【００５０】
１１ 高圧タービン
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
請求項１において、
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３】
請求項１又は２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４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
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５】
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６】
請求項１乃至５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７】
請求項１乃至６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。
【請求項１】
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２】
請求項１において、
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３】
請求項１又は２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４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
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５】
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６】
請求項１乃至５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７】
請求項１乃至６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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２００９０（Ｐ２０１１−２００９０Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６９３２２（Ｐ２００９−１６９３２２）
【出願日】平成２１年７月１７日（２００９．７．１７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１７日（２００９．７．１７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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