二酸化炭素回収型汽力発電システム及びその運転方法
【課題】タービンの性能低下を防止しつつ、二酸化炭素の分離回収を行う。
【解決手段】二酸化炭素回収型汽力発電システムは、ボイラ６で発生した排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔４０３と、二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素ガスを放出させて排出する再生塔４０５と、再生塔４０５からの吸収液を加熱し、発生させた蒸気を再生塔４０５に供給するリボイラ４１と、ボイラ６から蒸気が供給されて回転駆動するタービンと、前記タービンからの排気蒸気を冷却して復水を生成する復水器２６と、復水を加熱する加熱器３２と、加熱された復水をボイラ６へ給水する給水ポンプ３４と、前記タービンから抽気された蒸気をリボイラ４１及び加熱器３２へ供給するラインと、前記タービンから抽気される蒸気の量を一定に保つ蒸気流量調整手段と、を備える。
【解決手段】二酸化炭素回収型汽力発電システムは、ボイラ６で発生した排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔４０３と、二酸化炭素を吸収した吸収液から二酸化炭素ガスを放出させて排出する再生塔４０５と、再生塔４０５からの吸収液を加熱し、発生させた蒸気を再生塔４０５に供給するリボイラ４１と、ボイラ６から蒸気が供給されて回転駆動するタービンと、前記タービンからの排気蒸気を冷却して復水を生成する復水器２６と、復水を加熱する加熱器３２と、加熱された復水をボイラ６へ給水する給水ポンプ３４と、前記タービンから抽気された蒸気をリボイラ４１及び加熱器３２へ供給するラインと、前記タービンから抽気される蒸気の量を一定に保つ蒸気流量調整手段と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素回収型汽力発電システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料の消費量増大により、その燃焼生成物である二酸化炭素による温室効果が原因と考えられる地球温暖化の問題が大きくなっている。このような中、大量の化石燃料を使用する火力発電所等を対象に、燃焼排ガスとアミン系吸収液を接触させ、燃焼ガス中の二酸化炭素を分離回収する方法、及び回収された二酸化炭素を大気へ放出することなく貯蔵する方法が研究されている。
【０００３】
二酸化炭素を分離回収する具体的なシステムとしては、排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、吸収塔から供給された二酸化炭素吸収後の吸収液（リッチ液）をリボイラにより加熱し、二酸化炭素を放出させるとともに吸収液を二酸化炭素放散後の吸収液（リーン液）に再生し、その後、吸収塔に循環させるシステムが知られている。
【０００４】
このようなシステムにおいて、リボイラの熱源として、ボイラの蒸気により駆動される低圧タービンからの抽気蒸気又は第２中圧タービンの排出蒸気を用いる手法や、二酸化炭素の圧縮または冷却用コンプレッサを駆動するタービンの排気蒸気又は抽気蒸気を用いる手法、タービン中間段からの抽気蒸気を用いる手法などが提案されている（例えば特許文献１〜８参照）。
【０００５】
また、既設の発電プラントに新たなタービンを追設し、出力を増加させる場合に、既設タービンの中間段からの抽気蒸気を追設タービンに供給するシステムが提案されている（例えば特許文献９参照）。
【０００６】
二酸化炭素分離回収システムは、ボイラ、タービン、発電機等からなる発電システムと同時に設置される場合と、既設の発電システムに追設として設置される場合とが考えられる。
【０００７】
二酸化炭素分離回収システムを既設の発電システムへ追設する場合、二酸化炭素分離回収システムのリボイラへの熱源を既設発電システムのどこから供給するかが大きな問題となる。上述した従来技術は、いずれも、リボイラへの熱源供給のために、新たな蒸気ライン、または、新たな第２中圧タービン、または、新たな二酸化炭素圧縮、冷却用コンプレッサ駆動用タービンを用意する必要があり、そのための改造は容易ではない。
【０００８】
また、既設タービンの中間段から蒸気を抽気してリボイラに供給する場合、既設タービンの圧力バランスを崩し、二酸化炭素分離回収システム追設前のタービンの性能を保つことが困難になる。
【０００９】
さらに、一般の発電システムの制御においては、給電指令に対する電気出力を保つことが重要であるが、上述した従来技術では、二酸化炭素分離回収システムのリボイラへの蒸気供給量が変化することによって、発電機を駆動するタービンへの蒸気供給量が変化し、結果として電気出力が変化していた。このように、従来は、タービンの性能低下を防止して給電指令に従った電気出力を保ちつつ、二酸化炭素を分離回収することが困難であるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平３−１９３１１６号公報
【特許文献２】特許第２８０９３８１号公報
【特許文献３】特許第２７９２７７７号公報
【特許文献４】特許第２５４４５５４号公報
【特許文献５】米国特許第６，８８３，３２７号
【特許文献６】特開２００６−２１３５８０号公報
【特許文献７】特開２００８−２３４３８号公報
【特許文献８】特開２００９−２４７９３２号公報
【特許文献９】特開平６−１０６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、タービンの性能低下を防止しつつ、二酸化炭素の分離回収を行う二酸化炭素回収型汽力発電システム及びその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様による二酸化炭素回収型汽力発電システムは、燃料を燃焼して蒸気を生成して排ガスを発生させるボイラと、前記ボイラから前記排ガスが供給され、この排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、前記吸収塔から二酸化炭素を吸収した吸収液が供給され、この吸収液から二酸化炭素ガスを放出させ、この二酸化炭素ガスを排出する再生塔と、前記再生塔からの吸収液を加熱し、発生させた蒸気を前記再生塔に供給するリボイラと、前記ボイラから蒸気が供給されて回転駆動するタービンと、前記タービンからの排気蒸気を冷却して復水を生成する復水器と、前記復水を第１ラインへ送り出す復水ポンプと、前記第１ラインに設けられ、前記復水を加熱する加熱器と、前記加熱器により加熱された前記復水を前記ボイラへ給水する給水ポンプと、前記タービンから抽気された蒸気を前記リボイラ及び前記加熱器へ供給する第２ラインと、前記第２ラインを介して前記タービンから抽気される蒸気の量を一定に保つ蒸気流量調整手段と、を備えるものである。
【００１３】
本発明の一態様による二酸化炭素回収型汽力発電システムの運転方法は、ボイラが、タービンを駆動する蒸気を生成すると共に排ガスを発生させる工程と、吸収塔において、前記ボイラから排出される前記排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる工程と、再生塔において、二酸化炭素を吸収した前記吸収液から二酸化炭素ガスを放出させ、この二酸化炭素ガスを排出する工程と、リボイラが、前記再生塔からの吸収液を加熱し、発生させた蒸気を前記再生塔に供給する工程と、復水器が前記タービンからの排気蒸気を冷却して復水を生成する工程と、加熱器が前記復水を加熱する工程と、ポンプが加熱された前記復水を前記ボイラに給水する工程と、前記タービンから一定量の蒸気を抽気する工程と、前記タービンから抽気した蒸気を前記加熱器及び／又は前記リボイラへ供給する工程と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、タービンの性能低下を防止しつつ、二酸化炭素の分離回収を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る二酸化炭素回収型汽力発電システムの概略構成図である。
【図２】二酸化炭素分離回収装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る二酸化炭素回収型汽力発電システムの概略構成図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る二酸化炭素回収型汽力発電システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）図１に本発明の第１の実施形態に係る二酸化炭素回収型汽力発電システムの全体構成を示す。二酸化炭素回収型汽力発電システム１は、燃料を燃焼してタービン蒸気４を生成し、タービンを回転駆動させて発電を行う汽力発電プラント１ａと、ボイラ６において生成された排ガス５から、この排ガス５に含まれる二酸化炭素を吸収する吸収液を用いて二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収プラント１ｂとから構成されている。
【００１７】
ボイラ６には燃料及び燃焼用空気が供給され、火炉において燃料が燃焼し、タービン蒸気４が生成されるとともに、排ガス５が発生する。ボイラ６は、火炉における燃焼によりタービン蒸気４を加熱し主蒸気を発生させる過熱器９と、過熱器９に隣接して設けられ、過熱器９から後述する高圧蒸気タービン２１を介して供給されるタービン蒸気４を再加熱して再熱蒸気とする再熱器１０とを有する。
【００１８】
汽力発電プラント１ａは、ボイラ６の過熱器９から供給されるタービン蒸気４（主蒸気）により回転駆動する高圧蒸気タービン（高圧タービン）２１と、この高圧タービン２１にタービン軸２０を介して連結され、高圧タービン２１からボイラ６の再熱器１０を介して供給されるタービン蒸気４（再熱蒸気）により回転駆動する中圧蒸気タービン（中圧タービン）２２とを有している。また、この中圧タービン２２にタービン軸２０を介して低圧蒸気タービン（低圧タービン）２３が連結され、この低圧タービン２３は中圧タービン２２から供給されるタービン蒸気４（中圧タービン２２からの排気蒸気）により回転駆動するように構成されている。さらに、タービン軸２０に、タービン軸２０の回転により発電を行う発電機２４が連結されている。
【００１９】
なお、本実施形態では、高圧タービン２１、中圧タービン２２、低圧タービン２３、及び発電機２４の回転軸が連結されて１つのタービン軸２０を構成する形としているが、このような構成に限定されず、それぞれ少なくとも１つの蒸気タービンを備える２軸以上のタービン軸と、各タービン軸に連結された複数の発電機により汽力発電プラント１ａを構成してもよい。
【００２０】
低圧タービン２３の下部に、低圧タービン２３から排出されるタービン蒸気（低圧タービン２３からの排気蒸気）を、海水等の冷却水を用いて冷却し凝縮させて復水２７とする復水器２６が設けられている。
【００２１】
復水器２６から排出された復水２７は、復水ポンプ３１によりライン２８の下流側へ送られ、加熱器３２により加熱されてから、給水ポンプ３４によりライン３３を介してボイラ６へ送られる。加熱器３２は、ボイラ給水の温度をあらかじめ高めることにより、ボイラ６での蒸気発生に使われる燃料の消費量を低減し、汽力発電プラント１ａの熱効率を高める役割を有する。
【００２２】
加熱器３２には、ライン５１及びライン５２を介して、低圧タービン２３から抽気された蒸気（低圧蒸気）が供給される。ライン５２には弁５４が設けられており、加熱器３２への低圧蒸気の供給量を調整できるようになっている。加熱器３２はこの低圧蒸気を熱源として復水２７を加熱する。加熱器３２からのドレンはライン５６を介して復水器２６に供給される。
【００２３】
また、ライン５１はライン５２及びライン５３に分岐しており、低圧タービン２３から抽気された低圧蒸気は、ライン５１及びライン５３を介して、後述するリボイラ４１に供給される。ライン５３には弁５５が設けられており、リボイラ４１への低圧蒸気の供給量を調整できるようになっている。リボイラ４１からのドレンは、ライン５７を介して復水器２６に供給される。
【００２４】
ライン５１には蒸気の流量を測定する流量計６０が設けられている。流量計６０は、測定結果を制御部７０に通知する。制御部７０は、流量計６０の測定結果に基づいて、低圧タービン２３から抽気される蒸気量が一定となるように、弁５４及び弁５５の開度を制御する。流量計６０、制御部７０、弁５４及び弁５５からなる蒸気流量調整手段を用いて、低圧タービン２３からの抽気蒸気量を制御する方法については後述する。
【００２５】
図１に示すように、二酸化炭素回収プラント１ｂには、ボイラ６から排ガス５が供給され、この排ガス５に含まれる二酸化炭素を分離して回収する二酸化炭素分離回収装置４０が設けられている。
【００２６】
図２に二酸化炭素分離回収装置４０の概略構成を示す。二酸化炭素分離回収装置４０は、排ガス５に含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔４０３と、吸収塔４０３から二酸化炭素を吸収した吸収液（以下、リッチ液４０４ａと記す）が供給され、このリッチ液４０４ａを加熱し、吸収液から水蒸気を含む二酸化炭素ガスを放出させて、二酸化炭素ガスと水蒸気とを含む排出ガス４０２ｄを排出し、吸収液を再生する再生塔４０５とを備える。
【００２７】
吸収塔４０３の下部に、排ガス導入ライン４０８を介してボイラ６から排ガス５が供給され、吸収塔４０３の頂部から二酸化炭素が取り除かれた排ガス４０２ｂが排出されるようになっている。
【００２８】
吸収塔４０３は、吸収液が二酸化炭素を吸収することにより生成されたリッチ液４０４ａを貯留する吸収塔スチル（タンク）４０３ａを有する。同様に、再生塔４０５は、リッチ液４０４ａが二酸化炭素ガスを放出することにより再生された吸収液（以下、リーン液４０４ｂと記す）を貯留する再生塔スチル（タンク）４０５ａを有する。
【００２９】
ここで、二酸化炭素を吸収可能な吸収液には、例えばアミン化合物を水に溶かしたアミン化合物水溶液が使用される。
【００３０】
図２に示すように、再生塔４０５にはリボイラ４１が設けられている。リボイラ４１は、低圧タービン２３から抽気された蒸気を熱源として、再生塔スチル４０５ａに貯留されていたリーン液４０４ｂの一部を加熱してその温度を上昇させて蒸気を生成し、再生塔４０５に供給する。
【００３１】
リボイラ４１においてリーン液４０４ｂを加熱する際、リーン液４０４ｂから二酸化炭素ガスが放出され、吸収液蒸気とともに再生塔４０５に供給される。この吸収液蒸気は、充填層４０５ｂを介して再生塔４０５内を上昇し、リッチ液４０４ａを加熱する。これによりリッチ液４０４ａから二酸化炭素ガスが放出される。充填層４０５ｂは、例えば、多孔構造、ハニカム構造等を有するもので構成され、充填層４０５ｂを通過する吸収液を撹乱する作用を有するものであればよい。
【００３２】
再生塔４０５から排出された二酸化炭素ガスと吸収液蒸気とを含む排出ガス４０２ｄは、ガスライン４３５を通り、ガス冷却器４３１によって水分凝縮した後、気液分離器４３２によって二酸化炭素ガスと吸収液成分を含む還流水とに気液分離される。気液分離器４３２からの二酸化炭素ガス４０２ｅは回収二酸化炭素導出ライン４３３を介して排出され、貯蔵設備（図示せず）で貯蔵される。また、気液分離器４３２からの還流水は還流ライン４３４を介して再生塔４０５に戻される。
【００３３】
吸収塔４０３と再生塔４０５との間に、再生塔４０５から吸収塔４０３に供給されるリーン液４０４ｂを熱源として、吸収塔４０３から再生塔４０５に供給されるリッチ液４０４ａを加熱する再生熱交換器４０７が設けられ、リーン液４０４ｂの熱を回収するように構成されている。ここで、上述したように、再生塔４０５においてリッチ液４０４ａから二酸化炭素ガスを放出させる際、リッチ液４０４ａはリボイラ４１からの高温の蒸気を熱源として加熱される。従って、再生熱交換器４０７に供給されるリーン液４０４ｂの温度は比較的高く、このリーン液４０４ｂが熱源として用いられている。
【００３４】
吸収塔４０３と再生熱交換器４０７との間に、吸収塔タンク４０３ａの底部から再生熱交換器４０７にリッチ液４０４ａを供給するリッチ液ライン４１１が連結されている。このリッチ液ライン４１１に、吸収塔４０３からのリッチ液４０４ａを再生熱交換器４０７に送り込むリッチ液ポンプ４１２が設けられている。
【００３５】
再生熱交換器４０７と再生塔４０５との間に、再生熱交換器４０７から再生塔４０５の上部にリッチ液４０４ａを供給するリッチ液ライン４１３が連結されている。
【００３６】
再生塔４０５と再生熱交換器４０７との間に、再生塔タンク４０５ａの底部から再生熱交換器４０７にリーン液４０４ｂを供給するリーン液ライン４１４が連結されている。このリーン液ライン４１４に、再生塔４０５からのリーン液４０４ｂを再生熱交換器４０７に送り込むリーン液ポンプ４１５が設けられている。
【００３７】
再生熱交換器４０７からのリーン液４０４ｂは、吸収塔４０３の上部へ送り込まれる。
【００３８】
吸収塔４０３の上部に供給された吸収液は、吸収塔４０３内において上部から吸収塔タンク４０３ａに向けて下降する。一方、吸収塔４０３に供給された排ガス５は、吸収塔４０３内において下部から頂部に向けて上昇する。そのため、二酸化炭素を含む排ガス５と吸収液とが充填層４０３ｂにおいて向流接触（直接接触）し、吸収液が排ガス５中の二酸化炭素を吸収し、リッチ液４０４ａが生成される。二酸化炭素が取り除かれた燃焼排ガス４０２ｂは、吸収塔４０３の頂部から排出され、リッチ液４０４ａは吸収塔４０３の吸収塔タンク４０３ａに貯留される。充填層４０３ｂは、例えば、多孔構造、ハニカム構造等を有するもので構成され、充填層４０３ｂを通過する吸収液を撹乱する作用を有するものであればよい。
【００３９】
吸収塔４０３の頂部から排出された燃焼排ガス４０２ｂは、ガス冷却器４２１によって冷却されて水分凝縮した後、気液分離器４２２によって排ガスと吸収液成分を含む還流水とに気液分離される。気液分離器４２２からの排ガス４０２ｃは排ガス導出ライン４２３を介して系外に排出され、還流水は還流ライン４２４を介して吸収塔４０３に戻される。
【００４０】
次に、図１を用いて、制御部７０による弁５４及び弁５５の開度の調整方法について説明する。本実施の形態において、制御部７０は、弁５４および弁５５の開度を変化させる際に、当該弁５４および弁５５の開度変化の前後で低圧タービン２３から抽気される蒸気の量が大きく変化しないように弁５４および弁５５の開度を調節する。
【００４１】
制御部７０が、弁５４を開け、弁５５を閉じる場合、低圧タービン２３から抽気される蒸気が全て加熱器３２に供給される。この場合、ボイラ給水の温度は最も高くなり、汽力発電プラント１ａの熱効率を最も高めることができる。
【００４２】
制御部７０が、弁５５の開度を段階的に大きくするとともに、流量計６０の測定結果に基づいて、低圧タービン２３から抽気される蒸気の量が一定となるように弁５４の開度を段階的に小さくすることにより、高圧タービン２１、中圧タービン２２、低圧タービン２３を通過する蒸気量をほぼ一定に保ちながら、二酸化炭素回収プラント１ｂ（二酸化炭素分離回収装置４０）での二酸化炭素回収量を段階的に増やすことが可能である。
【００４３】
弁５４を閉じて、低圧タービン２３から抽気される蒸気をすべてリボイラ４１に導くことで、二酸化炭素分離回収装置４０での二酸化炭素回収量を最も多くすることができる。
【００４４】
なお、低圧タービン２３から抽気される蒸気の温度、圧力条件を推定することは容易に可能であり、弁５４および弁５５の開度と、それぞれの流量との関係を事前に知ることも容易にできる。従って、低圧タービン２３から抽気される蒸気量をほぼ一定に保つための弁５４および弁５５の調整を容易に行うことができるため、流量計６０を省略する構成にしてもよい。
【００４５】
一般に、タービンからの抽気蒸気量が変化すると、蒸気流量に対して最適に設計されたタービン翼との関係が崩れ、結果的にタービンの性能が低下する。しかし、本実施形態では、低圧タービン２３から抽気される蒸気量をほぼ一定に保つことができるため、低圧タービン２３は設計通りの運転が可能となる。従って、低圧タービン２３の性能低下を防止しつつ、低圧タービン２３から二酸化炭素分離回収装置４０のリボイラ４１に蒸気を供給することができる。
【００４６】
このような構成によれば、既設低圧タービンの性能を低下させることなく、給電指令による電気出力を保ちながら、二酸化炭素回収プラント１ｂでの二酸化炭素回収量と、汽力発電プラント１ａの熱効率とを変化させる制御が容易に可能である。
【００４７】
また、復水２７を加熱する加熱器３２は、汽力発電プラントにおいては一般的に設置されるものである。このため、既設の汽力発電プラント１ａへの二酸化炭素回収プラント１ｂの追設は、弁５５を有するライン５３を、ライン５１から分岐設置してリボイラ４１へと接続し、リボイラ４１からのドレンを復水器２６へと導くライン５７を設置するだけで容易に可能である。
【００４８】
（第２の実施形態）図３に本発明の第２の実施形態に係る二酸化炭素回収型汽力発電システムの概略構成を示す。本実施形態は、図１に示す第１の実施形態と比較して、中圧タービン２２から蒸気を抽気する点が異なる。図３において、図１に示す第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００４９】
二酸化炭素分離回収装置４０において吸収液として用いられるアミン化合物水溶液は、二酸化炭素の吸収および放出に関して温度特性を有する。特に、二酸化炭素の放出に関しては、吸収液の温度を高くすることが好ましい。低圧タービン２３から抽気する低圧蒸気よりも中圧タービン２２から抽気する中圧蒸気の方が高温であり、この中圧蒸気をリボイラ４１に供給することにより吸収液の性能が高められる場合には、本実施形態のようにリボイラ４１への供給蒸気を中圧タービン２２から抽気する。
【００５０】
中圧タービン２２から抽気される蒸気の量は、制御部７０による弁５４、弁５５の開度の調整により、一定に保たれている。従って、本実施形態に係る二酸化炭素回収型汽力発電システムにより、タービンの性能低下を防止しつつ、二酸化炭素の分離回収を行うことができる。また、二酸化炭素分離回収装置４０における吸収液の性能を向上させることができる。
【００５１】
なお、二酸化炭素分離回収装置４０における吸収液は熱劣化特性を有するため、リボイラ４１に供給する蒸気の温度は、このような吸収液の二酸化炭素放出特性、熱劣化特性により決定することが好ましい。
【００５２】
上記第１の実施形態では、低圧タービン２３から蒸気を抽気する構成を示し、上記第２の実施形態では、中圧タービン２２から蒸気を抽気する構成を示したが、高圧タービン２３から蒸気を抽気してもよい。
【００５３】
（第３の実施形態）図４に本発明の第３の実施形態に係る二酸化炭素回収型汽力発電システムの概略構成を示す。本実施形態は、図１に示す第１の実施形態と比較して、さらに高圧タービン２１から蒸気を抽気し、抽気した蒸気を、復水２７（ボイラ給水）を加熱する加熱器８０の熱源及びリボイラ４１の熱源とする点が異なる。図４において、図１に示す第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００５４】
図４に示すように、高圧タービン２１から抽気された蒸気（以下、高圧蒸気という）が流れるライン８１は、ライン８２及びライン８３に分岐している。ライン８２は、ライン３３に設けられた加熱器８０に高圧蒸気を供給する。ライン８２には弁８５が設けられており、加熱器８０への高圧蒸気の供給量を調整できるようになっている。加熱器８０から排出されるドレンは、ライン８６を介して復水器２６に供給される。
【００５５】
加熱器８０がボイラ給水を加熱することで、ボイラ６で蒸気発生に使われる燃料を減らし、汽力発電プラント１ａの熱効率を高めることができる。
【００５６】
ライン８３は、ライン５３に接続され、高圧蒸気と低圧蒸気との混合蒸気がリボイラ４１に供給される。ライン８３には弁（減圧弁）８５が設けられており、低圧蒸気と混合される高圧蒸気の量が調整できるようになっている。
【００５７】
制御部７０は、高圧タービン２１から抽気される蒸気の量が一定となるように、弁８４及び弁８５の開度を制御する。ライン８１に、高圧タービン２１から抽気される蒸気の量を測定する流量計（図示せず）を設け、制御部７０が、この流量計の測定結果に基づいて、弁８４及び弁８５の開度を制御するようにしてもよい。
【００５８】
低圧蒸気と、低圧蒸気よりも高温の高圧蒸気との混合蒸気をリボイラ４１に供給することにより、上記第１の実施形態と比較して、二酸化炭素分離回収装置４０における吸収液の二酸化炭素放出性能を高めることができる。
【００５９】
また、複数のタービンからの蒸気の混合比を変えることで、混合蒸気の温度を変えることができる。二酸化炭素分離回収装置４０で使用される吸収液を変更した場合、混合蒸気の温度を吸収液の種類に応じた好適な温度にすることで、吸収液の性能を高めることができる。
【００６０】
本実施形態では、高圧タービン２１から抽気した蒸気と、低圧タービン２３から抽気した蒸気とを混合してリボイラ４１に供給するにあたり、弁５４、弁５５、弁８４、弁８５の開度を調整し、高圧タービン２１及び低圧タービン２３から抽気される蒸気の量を一定にしている。そのため、高圧タービン２１、中圧タービン２２、低圧タービン２３を通過する蒸気量を一定にしつつ、リボイラ４１への供給蒸気流量を変化させることができる。
【００６１】
従って、本実施形態に係る二酸化炭素回収型汽力発電システムにより、タービンの性能低下を防止しつつ、二酸化炭素の分離回収を行うことができる。
【００６２】
上記第３の実施形態では、高圧タービン２１及び低圧タービン２３から蒸気を抽気していたが、中圧タービン２２及び低圧タービン２３から蒸気を抽気してもよいし、高圧タービン２１及び中圧タービン２２から蒸気を抽気してもよい。また、高圧タービン２１、中圧タービン２２、及び低圧タービン２３から蒸気を抽気するようにしてもよい。
【００６３】
上記第１〜第３の実施形態では、高圧タービン２１から排気される蒸気がボイラ６において加熱されてから中圧タービン２２に供給される、いわゆる再熱サイクルになっているが、高圧タービン２１から排気される蒸気を直接中圧タービン２２に供給するようにしてもよい。
【００６４】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１ 二酸化炭素回収型汽力発電システム
１ａ 汽力発電プラント
１ｂ 二酸化炭素回収プラント
４ タービン蒸気
５ 排ガス
６ ボイラ
９ 過熱器
１０ 再熱器
２０ タービン軸
２１ 高圧タービン
２２ 中圧タービン
２３ 低圧タービン
２４ 発電機
２６ 復水器
２７ 復水
３１ 復水ポンプ
３２ 加熱器
３４ 給水ポンプ
４０ 二酸化炭素分離回収装置
４１ リボイラ
５２、５３ 弁
６０ 流量計
７０ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素回収型汽力発電システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料の消費量増大により、その燃焼生成物である二酸化炭素による温室効果が原因と考えられる地球温暖化の問題が大きくなっている。このような中、大量の化石燃料を使用する火力発電所等を対象に、燃焼排ガスとアミン系吸収液を接触させ、燃焼ガス中の二酸化炭素を分離回収する方法、及び回収された二酸化炭素を大気へ放出することなく貯蔵する方法が研究されている。
【０００３】
二酸化炭素を分離回収する具体的なシステムとしては、排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、吸収塔から供給された二酸化炭素吸収後の吸収液（リッチ液）をリボイラにより加熱し、二酸化炭素を放出させるとともに吸収液を二酸化炭素放散後の吸収液（リーン液）に再生し、その後、吸収塔に循環させるシステムが知られている。
【０００４】
このようなシステムにおいて、リボイラの熱源として、ボイラの蒸気により駆動される低圧タービンからの抽気蒸気又は第２中圧タービンの排出蒸気を用いる手法や、二酸化炭素の圧縮または冷却用コンプレッサを駆動するタービンの排気蒸気又は抽気蒸気を用いる手法、タービン中間段からの抽気蒸気を用いる手法などが提案されている（例えば特許文献１〜８参照）。
【０００５】
また、既設の発電プラントに新たなタービンを追設し、出力を増加させる場合に、既設タービンの中間段からの抽気蒸気を追設タービンに供給するシステムが提案されている（例えば特許文献９参照）。
【０００６】
二酸化炭素分離回収システムは、ボイラ、タービン、発電機等からなる発電システムと同時に設置される場合と、既設の発電システムに追設として設置される場合とが考えられる。
【０００７】
二酸化炭素分離回収システムを既設の発電システムへ追設する場合、二酸化炭素分離回収システムのリボイラへの熱源を既設発電システムのどこから供給するかが大きな問題となる。上述した従来技術は、いずれも、リボイラへの熱源供給のために、新たな蒸気ライン、または、新たな第２中圧タービン、または、新たな二酸化炭素圧縮、冷却用コンプレッサ駆動用タービンを用意する必要があり、そのための改造は容易ではない。
【０００８】
また、既設タービンの中間段から蒸気を抽気してリボイラに供給する場合、既設タービンの圧力バランスを崩し、二酸化炭素分離回収システム追設前のタービンの性能を保つことが困難になる。
【０００９】
さらに、一般の発電システムの制御においては、給電指令に対する電気出力を保つことが重要であるが、上述した従来技術では、二酸化炭素分離回収システムのリボイラへの蒸気供給量が変化することによって、発電機を駆動するタービンへの蒸気供給量が変化し、結果として電気出力が変化していた。このように、従来は、タービンの性能低下を防止して給電指令に従った電気出力を保ちつつ、二酸化炭素を分離回収することが困難であるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平３−１９３１１６号公報
【特許文献２】特許第２８０９３８１号公報
【特許文献３】特許第２７９２７７７号公報
【特許文献４】特許第２５４４５５４号公報
【特許文献５】米国特許第６，８８３，３２７号
【特許文献６】特開２００６−２１３５８０号公報
【特許文献７】特開２００８−２３４３８号公報
【特許文献８】特開２００９−２４７９３２号公報
【特許文献９】特開平６−１０６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、タービンの性能低下を防止しつつ、二酸化炭素の分離回収を行う二酸化炭素回収型汽力発電システム及びその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様による二酸化炭素回収型汽力発電システムは、燃料を燃焼して蒸気を生成して排ガスを発生させるボイラと、前記ボイラから前記排ガスが供給され、この排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、前記吸収塔から二酸化炭素を吸収した吸収液が供給され、この吸収液から二酸化炭素ガスを放出させ、この二酸化炭素ガスを排出する再生塔と、前記再生塔からの吸収液を加熱し、発生させた蒸気を前記再生塔に供給するリボイラと、前記ボイラから蒸気が供給されて回転駆動するタービンと、前記タービンからの排気蒸気を冷却して復水を生成する復水器と、前記復水を第１ラインへ送り出す復水ポンプと、前記第１ラインに設けられ、前記復水を加熱する加熱器と、前記加熱器により加熱された前記復水を前記ボイラへ給水する給水ポンプと、前記タービンから抽気された蒸気を前記リボイラ及び前記加熱器へ供給する第２ラインと、前記第２ラインを介して前記タービンから抽気される蒸気の量を一定に保つ蒸気流量調整手段と、を備えるものである。
【００１３】
本発明の一態様による二酸化炭素回収型汽力発電システムの運転方法は、ボイラが、タービンを駆動する蒸気を生成すると共に排ガスを発生させる工程と、吸収塔において、前記ボイラから排出される前記排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる工程と、再生塔において、二酸化炭素を吸収した前記吸収液から二酸化炭素ガスを放出させ、この二酸化炭素ガスを排出する工程と、リボイラが、前記再生塔からの吸収液を加熱し、発生させた蒸気を前記再生塔に供給する工程と、復水器が前記タービンからの排気蒸気を冷却して復水を生成する工程と、加熱器が前記復水を加熱する工程と、ポンプが加熱された前記復水を前記ボイラに給水する工程と、前記タービンから一定量の蒸気を抽気する工程と、前記タービンから抽気した蒸気を前記加熱器及び／又は前記リボイラへ供給する工程と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、タービンの性能低下を防止しつつ、二酸化炭素の分離回収を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る二酸化炭素回収型汽力発電システムの概略構成図である。
【図２】二酸化炭素分離回収装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る二酸化炭素回収型汽力発電システムの概略構成図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る二酸化炭素回収型汽力発電システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）図１に本発明の第１の実施形態に係る二酸化炭素回収型汽力発電システムの全体構成を示す。二酸化炭素回収型汽力発電システム１は、燃料を燃焼してタービン蒸気４を生成し、タービンを回転駆動させて発電を行う汽力発電プラント１ａと、ボイラ６において生成された排ガス５から、この排ガス５に含まれる二酸化炭素を吸収する吸収液を用いて二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収プラント１ｂとから構成されている。
【００１７】
ボイラ６には燃料及び燃焼用空気が供給され、火炉において燃料が燃焼し、タービン蒸気４が生成されるとともに、排ガス５が発生する。ボイラ６は、火炉における燃焼によりタービン蒸気４を加熱し主蒸気を発生させる過熱器９と、過熱器９に隣接して設けられ、過熱器９から後述する高圧蒸気タービン２１を介して供給されるタービン蒸気４を再加熱して再熱蒸気とする再熱器１０とを有する。
【００１８】
汽力発電プラント１ａは、ボイラ６の過熱器９から供給されるタービン蒸気４（主蒸気）により回転駆動する高圧蒸気タービン（高圧タービン）２１と、この高圧タービン２１にタービン軸２０を介して連結され、高圧タービン２１からボイラ６の再熱器１０を介して供給されるタービン蒸気４（再熱蒸気）により回転駆動する中圧蒸気タービン（中圧タービン）２２とを有している。また、この中圧タービン２２にタービン軸２０を介して低圧蒸気タービン（低圧タービン）２３が連結され、この低圧タービン２３は中圧タービン２２から供給されるタービン蒸気４（中圧タービン２２からの排気蒸気）により回転駆動するように構成されている。さらに、タービン軸２０に、タービン軸２０の回転により発電を行う発電機２４が連結されている。
【００１９】
なお、本実施形態では、高圧タービン２１、中圧タービン２２、低圧タービン２３、及び発電機２４の回転軸が連結されて１つのタービン軸２０を構成する形としているが、このような構成に限定されず、それぞれ少なくとも１つの蒸気タービンを備える２軸以上のタービン軸と、各タービン軸に連結された複数の発電機により汽力発電プラント１ａを構成してもよい。
【００２０】
低圧タービン２３の下部に、低圧タービン２３から排出されるタービン蒸気（低圧タービン２３からの排気蒸気）を、海水等の冷却水を用いて冷却し凝縮させて復水２７とする復水器２６が設けられている。
【００２１】
復水器２６から排出された復水２７は、復水ポンプ３１によりライン２８の下流側へ送られ、加熱器３２により加熱されてから、給水ポンプ３４によりライン３３を介してボイラ６へ送られる。加熱器３２は、ボイラ給水の温度をあらかじめ高めることにより、ボイラ６での蒸気発生に使われる燃料の消費量を低減し、汽力発電プラント１ａの熱効率を高める役割を有する。
【００２２】
加熱器３２には、ライン５１及びライン５２を介して、低圧タービン２３から抽気された蒸気（低圧蒸気）が供給される。ライン５２には弁５４が設けられており、加熱器３２への低圧蒸気の供給量を調整できるようになっている。加熱器３２はこの低圧蒸気を熱源として復水２７を加熱する。加熱器３２からのドレンはライン５６を介して復水器２６に供給される。
【００２３】
また、ライン５１はライン５２及びライン５３に分岐しており、低圧タービン２３から抽気された低圧蒸気は、ライン５１及びライン５３を介して、後述するリボイラ４１に供給される。ライン５３には弁５５が設けられており、リボイラ４１への低圧蒸気の供給量を調整できるようになっている。リボイラ４１からのドレンは、ライン５７を介して復水器２６に供給される。
【００２４】
ライン５１には蒸気の流量を測定する流量計６０が設けられている。流量計６０は、測定結果を制御部７０に通知する。制御部７０は、流量計６０の測定結果に基づいて、低圧タービン２３から抽気される蒸気量が一定となるように、弁５４及び弁５５の開度を制御する。流量計６０、制御部７０、弁５４及び弁５５からなる蒸気流量調整手段を用いて、低圧タービン２３からの抽気蒸気量を制御する方法については後述する。
【００２５】
図１に示すように、二酸化炭素回収プラント１ｂには、ボイラ６から排ガス５が供給され、この排ガス５に含まれる二酸化炭素を分離して回収する二酸化炭素分離回収装置４０が設けられている。
【００２６】
図２に二酸化炭素分離回収装置４０の概略構成を示す。二酸化炭素分離回収装置４０は、排ガス５に含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔４０３と、吸収塔４０３から二酸化炭素を吸収した吸収液（以下、リッチ液４０４ａと記す）が供給され、このリッチ液４０４ａを加熱し、吸収液から水蒸気を含む二酸化炭素ガスを放出させて、二酸化炭素ガスと水蒸気とを含む排出ガス４０２ｄを排出し、吸収液を再生する再生塔４０５とを備える。
【００２７】
吸収塔４０３の下部に、排ガス導入ライン４０８を介してボイラ６から排ガス５が供給され、吸収塔４０３の頂部から二酸化炭素が取り除かれた排ガス４０２ｂが排出されるようになっている。
【００２８】
吸収塔４０３は、吸収液が二酸化炭素を吸収することにより生成されたリッチ液４０４ａを貯留する吸収塔スチル（タンク）４０３ａを有する。同様に、再生塔４０５は、リッチ液４０４ａが二酸化炭素ガスを放出することにより再生された吸収液（以下、リーン液４０４ｂと記す）を貯留する再生塔スチル（タンク）４０５ａを有する。
【００２９】
ここで、二酸化炭素を吸収可能な吸収液には、例えばアミン化合物を水に溶かしたアミン化合物水溶液が使用される。
【００３０】
図２に示すように、再生塔４０５にはリボイラ４１が設けられている。リボイラ４１は、低圧タービン２３から抽気された蒸気を熱源として、再生塔スチル４０５ａに貯留されていたリーン液４０４ｂの一部を加熱してその温度を上昇させて蒸気を生成し、再生塔４０５に供給する。
【００３１】
リボイラ４１においてリーン液４０４ｂを加熱する際、リーン液４０４ｂから二酸化炭素ガスが放出され、吸収液蒸気とともに再生塔４０５に供給される。この吸収液蒸気は、充填層４０５ｂを介して再生塔４０５内を上昇し、リッチ液４０４ａを加熱する。これによりリッチ液４０４ａから二酸化炭素ガスが放出される。充填層４０５ｂは、例えば、多孔構造、ハニカム構造等を有するもので構成され、充填層４０５ｂを通過する吸収液を撹乱する作用を有するものであればよい。
【００３２】
再生塔４０５から排出された二酸化炭素ガスと吸収液蒸気とを含む排出ガス４０２ｄは、ガスライン４３５を通り、ガス冷却器４３１によって水分凝縮した後、気液分離器４３２によって二酸化炭素ガスと吸収液成分を含む還流水とに気液分離される。気液分離器４３２からの二酸化炭素ガス４０２ｅは回収二酸化炭素導出ライン４３３を介して排出され、貯蔵設備（図示せず）で貯蔵される。また、気液分離器４３２からの還流水は還流ライン４３４を介して再生塔４０５に戻される。
【００３３】
吸収塔４０３と再生塔４０５との間に、再生塔４０５から吸収塔４０３に供給されるリーン液４０４ｂを熱源として、吸収塔４０３から再生塔４０５に供給されるリッチ液４０４ａを加熱する再生熱交換器４０７が設けられ、リーン液４０４ｂの熱を回収するように構成されている。ここで、上述したように、再生塔４０５においてリッチ液４０４ａから二酸化炭素ガスを放出させる際、リッチ液４０４ａはリボイラ４１からの高温の蒸気を熱源として加熱される。従って、再生熱交換器４０７に供給されるリーン液４０４ｂの温度は比較的高く、このリーン液４０４ｂが熱源として用いられている。
【００３４】
吸収塔４０３と再生熱交換器４０７との間に、吸収塔タンク４０３ａの底部から再生熱交換器４０７にリッチ液４０４ａを供給するリッチ液ライン４１１が連結されている。このリッチ液ライン４１１に、吸収塔４０３からのリッチ液４０４ａを再生熱交換器４０７に送り込むリッチ液ポンプ４１２が設けられている。
【００３５】
再生熱交換器４０７と再生塔４０５との間に、再生熱交換器４０７から再生塔４０５の上部にリッチ液４０４ａを供給するリッチ液ライン４１３が連結されている。
【００３６】
再生塔４０５と再生熱交換器４０７との間に、再生塔タンク４０５ａの底部から再生熱交換器４０７にリーン液４０４ｂを供給するリーン液ライン４１４が連結されている。このリーン液ライン４１４に、再生塔４０５からのリーン液４０４ｂを再生熱交換器４０７に送り込むリーン液ポンプ４１５が設けられている。
【００３７】
再生熱交換器４０７からのリーン液４０４ｂは、吸収塔４０３の上部へ送り込まれる。
【００３８】
吸収塔４０３の上部に供給された吸収液は、吸収塔４０３内において上部から吸収塔タンク４０３ａに向けて下降する。一方、吸収塔４０３に供給された排ガス５は、吸収塔４０３内において下部から頂部に向けて上昇する。そのため、二酸化炭素を含む排ガス５と吸収液とが充填層４０３ｂにおいて向流接触（直接接触）し、吸収液が排ガス５中の二酸化炭素を吸収し、リッチ液４０４ａが生成される。二酸化炭素が取り除かれた燃焼排ガス４０２ｂは、吸収塔４０３の頂部から排出され、リッチ液４０４ａは吸収塔４０３の吸収塔タンク４０３ａに貯留される。充填層４０３ｂは、例えば、多孔構造、ハニカム構造等を有するもので構成され、充填層４０３ｂを通過する吸収液を撹乱する作用を有するものであればよい。
【００３９】
吸収塔４０３の頂部から排出された燃焼排ガス４０２ｂは、ガス冷却器４２１によって冷却されて水分凝縮した後、気液分離器４２２によって排ガスと吸収液成分を含む還流水とに気液分離される。気液分離器４２２からの排ガス４０２ｃは排ガス導出ライン４２３を介して系外に排出され、還流水は還流ライン４２４を介して吸収塔４０３に戻される。
【００４０】
次に、図１を用いて、制御部７０による弁５４及び弁５５の開度の調整方法について説明する。本実施の形態において、制御部７０は、弁５４および弁５５の開度を変化させる際に、当該弁５４および弁５５の開度変化の前後で低圧タービン２３から抽気される蒸気の量が大きく変化しないように弁５４および弁５５の開度を調節する。
【００４１】
制御部７０が、弁５４を開け、弁５５を閉じる場合、低圧タービン２３から抽気される蒸気が全て加熱器３２に供給される。この場合、ボイラ給水の温度は最も高くなり、汽力発電プラント１ａの熱効率を最も高めることができる。
【００４２】
制御部７０が、弁５５の開度を段階的に大きくするとともに、流量計６０の測定結果に基づいて、低圧タービン２３から抽気される蒸気の量が一定となるように弁５４の開度を段階的に小さくすることにより、高圧タービン２１、中圧タービン２２、低圧タービン２３を通過する蒸気量をほぼ一定に保ちながら、二酸化炭素回収プラント１ｂ（二酸化炭素分離回収装置４０）での二酸化炭素回収量を段階的に増やすことが可能である。
【００４３】
弁５４を閉じて、低圧タービン２３から抽気される蒸気をすべてリボイラ４１に導くことで、二酸化炭素分離回収装置４０での二酸化炭素回収量を最も多くすることができる。
【００４４】
なお、低圧タービン２３から抽気される蒸気の温度、圧力条件を推定することは容易に可能であり、弁５４および弁５５の開度と、それぞれの流量との関係を事前に知ることも容易にできる。従って、低圧タービン２３から抽気される蒸気量をほぼ一定に保つための弁５４および弁５５の調整を容易に行うことができるため、流量計６０を省略する構成にしてもよい。
【００４５】
一般に、タービンからの抽気蒸気量が変化すると、蒸気流量に対して最適に設計されたタービン翼との関係が崩れ、結果的にタービンの性能が低下する。しかし、本実施形態では、低圧タービン２３から抽気される蒸気量をほぼ一定に保つことができるため、低圧タービン２３は設計通りの運転が可能となる。従って、低圧タービン２３の性能低下を防止しつつ、低圧タービン２３から二酸化炭素分離回収装置４０のリボイラ４１に蒸気を供給することができる。
【００４６】
このような構成によれば、既設低圧タービンの性能を低下させることなく、給電指令による電気出力を保ちながら、二酸化炭素回収プラント１ｂでの二酸化炭素回収量と、汽力発電プラント１ａの熱効率とを変化させる制御が容易に可能である。
【００４７】
また、復水２７を加熱する加熱器３２は、汽力発電プラントにおいては一般的に設置されるものである。このため、既設の汽力発電プラント１ａへの二酸化炭素回収プラント１ｂの追設は、弁５５を有するライン５３を、ライン５１から分岐設置してリボイラ４１へと接続し、リボイラ４１からのドレンを復水器２６へと導くライン５７を設置するだけで容易に可能である。
【００４８】
（第２の実施形態）図３に本発明の第２の実施形態に係る二酸化炭素回収型汽力発電システムの概略構成を示す。本実施形態は、図１に示す第１の実施形態と比較して、中圧タービン２２から蒸気を抽気する点が異なる。図３において、図１に示す第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００４９】
二酸化炭素分離回収装置４０において吸収液として用いられるアミン化合物水溶液は、二酸化炭素の吸収および放出に関して温度特性を有する。特に、二酸化炭素の放出に関しては、吸収液の温度を高くすることが好ましい。低圧タービン２３から抽気する低圧蒸気よりも中圧タービン２２から抽気する中圧蒸気の方が高温であり、この中圧蒸気をリボイラ４１に供給することにより吸収液の性能が高められる場合には、本実施形態のようにリボイラ４１への供給蒸気を中圧タービン２２から抽気する。
【００５０】
中圧タービン２２から抽気される蒸気の量は、制御部７０による弁５４、弁５５の開度の調整により、一定に保たれている。従って、本実施形態に係る二酸化炭素回収型汽力発電システムにより、タービンの性能低下を防止しつつ、二酸化炭素の分離回収を行うことができる。また、二酸化炭素分離回収装置４０における吸収液の性能を向上させることができる。
【００５１】
なお、二酸化炭素分離回収装置４０における吸収液は熱劣化特性を有するため、リボイラ４１に供給する蒸気の温度は、このような吸収液の二酸化炭素放出特性、熱劣化特性により決定することが好ましい。
【００５２】
上記第１の実施形態では、低圧タービン２３から蒸気を抽気する構成を示し、上記第２の実施形態では、中圧タービン２２から蒸気を抽気する構成を示したが、高圧タービン２３から蒸気を抽気してもよい。
【００５３】
（第３の実施形態）図４に本発明の第３の実施形態に係る二酸化炭素回収型汽力発電システムの概略構成を示す。本実施形態は、図１に示す第１の実施形態と比較して、さらに高圧タービン２１から蒸気を抽気し、抽気した蒸気を、復水２７（ボイラ給水）を加熱する加熱器８０の熱源及びリボイラ４１の熱源とする点が異なる。図４において、図１に示す第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００５４】
図４に示すように、高圧タービン２１から抽気された蒸気（以下、高圧蒸気という）が流れるライン８１は、ライン８２及びライン８３に分岐している。ライン８２は、ライン３３に設けられた加熱器８０に高圧蒸気を供給する。ライン８２には弁８５が設けられており、加熱器８０への高圧蒸気の供給量を調整できるようになっている。加熱器８０から排出されるドレンは、ライン８６を介して復水器２６に供給される。
【００５５】
加熱器８０がボイラ給水を加熱することで、ボイラ６で蒸気発生に使われる燃料を減らし、汽力発電プラント１ａの熱効率を高めることができる。
【００５６】
ライン８３は、ライン５３に接続され、高圧蒸気と低圧蒸気との混合蒸気がリボイラ４１に供給される。ライン８３には弁（減圧弁）８５が設けられており、低圧蒸気と混合される高圧蒸気の量が調整できるようになっている。
【００５７】
制御部７０は、高圧タービン２１から抽気される蒸気の量が一定となるように、弁８４及び弁８５の開度を制御する。ライン８１に、高圧タービン２１から抽気される蒸気の量を測定する流量計（図示せず）を設け、制御部７０が、この流量計の測定結果に基づいて、弁８４及び弁８５の開度を制御するようにしてもよい。
【００５８】
低圧蒸気と、低圧蒸気よりも高温の高圧蒸気との混合蒸気をリボイラ４１に供給することにより、上記第１の実施形態と比較して、二酸化炭素分離回収装置４０における吸収液の二酸化炭素放出性能を高めることができる。
【００５９】
また、複数のタービンからの蒸気の混合比を変えることで、混合蒸気の温度を変えることができる。二酸化炭素分離回収装置４０で使用される吸収液を変更した場合、混合蒸気の温度を吸収液の種類に応じた好適な温度にすることで、吸収液の性能を高めることができる。
【００６０】
本実施形態では、高圧タービン２１から抽気した蒸気と、低圧タービン２３から抽気した蒸気とを混合してリボイラ４１に供給するにあたり、弁５４、弁５５、弁８４、弁８５の開度を調整し、高圧タービン２１及び低圧タービン２３から抽気される蒸気の量を一定にしている。そのため、高圧タービン２１、中圧タービン２２、低圧タービン２３を通過する蒸気量を一定にしつつ、リボイラ４１への供給蒸気流量を変化させることができる。
【００６１】
従って、本実施形態に係る二酸化炭素回収型汽力発電システムにより、タービンの性能低下を防止しつつ、二酸化炭素の分離回収を行うことができる。
【００６２】
上記第３の実施形態では、高圧タービン２１及び低圧タービン２３から蒸気を抽気していたが、中圧タービン２２及び低圧タービン２３から蒸気を抽気してもよいし、高圧タービン２１及び中圧タービン２２から蒸気を抽気してもよい。また、高圧タービン２１、中圧タービン２２、及び低圧タービン２３から蒸気を抽気するようにしてもよい。
【００６３】
上記第１〜第３の実施形態では、高圧タービン２１から排気される蒸気がボイラ６において加熱されてから中圧タービン２２に供給される、いわゆる再熱サイクルになっているが、高圧タービン２１から排気される蒸気を直接中圧タービン２２に供給するようにしてもよい。
【００６４】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１ 二酸化炭素回収型汽力発電システム
１ａ 汽力発電プラント
１ｂ 二酸化炭素回収プラント
４ タービン蒸気
５ 排ガス
６ ボイラ
９ 過熱器
１０ 再熱器
２０ タービン軸
２１ 高圧タービン
２２ 中圧タービン
２３ 低圧タービン
２４ 発電機
２６ 復水器
２７ 復水
３１ 復水ポンプ
３２ 加熱器
３４ 給水ポンプ
４０ 二酸化炭素分離回収装置
４１ リボイラ
５２、５３ 弁
６０ 流量計
７０ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼して蒸気を生成して排ガスを発生させるボイラと、
前記ボイラから前記排ガスが供給され、この排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、
前記吸収塔から二酸化炭素を吸収した吸収液が供給され、この吸収液から二酸化炭素ガスを放出させ、この二酸化炭素ガスを排出する再生塔と、
前記再生塔からの吸収液を加熱し、発生させた蒸気を前記再生塔に供給するリボイラと、
前記ボイラから蒸気が供給されて回転駆動するタービンと、
前記タービンからの排気蒸気を冷却して復水を生成する復水器と、
前記復水を第１ラインへ送り出す復水ポンプと、
前記第１ラインに設けられ、前記復水を加熱する加熱器と、
前記加熱器により加熱された前記復水を前記ボイラへ給水する給水ポンプと、
前記タービンから抽気された蒸気を前記リボイラ及び前記加熱器へ供給する第２ラインと、
前記第２ラインを介して前記タービンから抽気される蒸気の量を一定に保つ蒸気流量調整手段と、
を備える二酸化炭素回収型汽力発電システム。
【請求項２】
前記ボイラは主蒸気を発生させる過熱器及び再熱蒸気を発生させる再熱器を有し、
前記タービンは、前記主蒸気が供給されて回転駆動する高圧タービン、前記再熱蒸気が供給されて回転駆動する中圧タービン、及び前記中圧タービンからの排気蒸気が供給されて回転駆動する低圧タービンを有し、
前記リボイラ及び前記加熱器には、前記高圧タービン、前記中圧タービン、及び前記低圧タービンの少なくともいずれか１つから抽気された蒸気が供給されることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システム。
【請求項３】
前記タービンは、前記ボイラが発生させる蒸気が供給されて回転駆動する高圧タービン、前記高圧タービンからの排気蒸気が供給されて回転駆動する中圧タービン、及び前記中圧タービンからの排気蒸気が供給されて回転駆動する低圧タービンを有し、
前記リボイラ及び前記加熱器には、前記高圧タービン、前記中圧タービン、及び前記低圧タービンの少なくともいずれか１つから抽気された蒸気が供給されることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システム。
【請求項４】
前記蒸気流量調整手段は、
前記第２ラインに設けられ、開度に応じて前記第２ラインの蒸気流量を調整する弁と、
前記弁の開度を制御する制御部と、
を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システム。
【請求項５】
前記蒸気流量調整手段は、前記第２ラインに設けられ、蒸気の流量を測定する流量計をさらに有し、前記制御部は、前記流量計の測定結果に基づいて前記弁の開度を制御することを特徴とする請求項４に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システム。
【請求項６】
ボイラが、タービンを駆動する蒸気を生成すると共に排ガスを発生させる工程と、
吸収塔において、前記ボイラから排出される前記排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる工程と、
再生塔において、二酸化炭素を吸収した前記吸収液から二酸化炭素ガスを放出させ、この二酸化炭素ガスを排出する工程と、
リボイラが、前記再生塔からの吸収液を加熱し、発生させた蒸気を前記再生塔に供給する工程と、
復水器が前記タービンからの排気蒸気を冷却して復水を生成する工程と、
加熱器が前記復水を加熱する工程と、
ポンプが加熱された前記復水を前記ボイラに給水する工程と、
前記タービンから一定量の蒸気を抽気する工程と、
前記タービンから抽気した蒸気を前記加熱器及び／又は前記リボイラへ供給する工程と、
を備える二酸化炭素回収型汽力発電システムの運転方法。
【請求項７】
前記タービンを構成する高圧タービン、中圧タービン、及び低圧タービンの少なくともいずれか１つから一定量の蒸気を抽気することを特徴とする請求項６に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システムの運転方法。
【請求項８】
前記タービンから抽気された蒸気の流量を測定する工程と、
前記流量の測定結果に基づいて、前記タービンと前記加熱器及び前記リボイラとの間で蒸気を流す配管に設けられた弁の開度を制御する工程と、
をさらに備えることを特徴とする請求項６又は７に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システムの運転方法。
【請求項１】
燃料を燃焼して蒸気を生成して排ガスを発生させるボイラと、
前記ボイラから前記排ガスが供給され、この排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる吸収塔と、
前記吸収塔から二酸化炭素を吸収した吸収液が供給され、この吸収液から二酸化炭素ガスを放出させ、この二酸化炭素ガスを排出する再生塔と、
前記再生塔からの吸収液を加熱し、発生させた蒸気を前記再生塔に供給するリボイラと、
前記ボイラから蒸気が供給されて回転駆動するタービンと、
前記タービンからの排気蒸気を冷却して復水を生成する復水器と、
前記復水を第１ラインへ送り出す復水ポンプと、
前記第１ラインに設けられ、前記復水を加熱する加熱器と、
前記加熱器により加熱された前記復水を前記ボイラへ給水する給水ポンプと、
前記タービンから抽気された蒸気を前記リボイラ及び前記加熱器へ供給する第２ラインと、
前記第２ラインを介して前記タービンから抽気される蒸気の量を一定に保つ蒸気流量調整手段と、
を備える二酸化炭素回収型汽力発電システム。
【請求項２】
前記ボイラは主蒸気を発生させる過熱器及び再熱蒸気を発生させる再熱器を有し、
前記タービンは、前記主蒸気が供給されて回転駆動する高圧タービン、前記再熱蒸気が供給されて回転駆動する中圧タービン、及び前記中圧タービンからの排気蒸気が供給されて回転駆動する低圧タービンを有し、
前記リボイラ及び前記加熱器には、前記高圧タービン、前記中圧タービン、及び前記低圧タービンの少なくともいずれか１つから抽気された蒸気が供給されることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システム。
【請求項３】
前記タービンは、前記ボイラが発生させる蒸気が供給されて回転駆動する高圧タービン、前記高圧タービンからの排気蒸気が供給されて回転駆動する中圧タービン、及び前記中圧タービンからの排気蒸気が供給されて回転駆動する低圧タービンを有し、
前記リボイラ及び前記加熱器には、前記高圧タービン、前記中圧タービン、及び前記低圧タービンの少なくともいずれか１つから抽気された蒸気が供給されることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システム。
【請求項４】
前記蒸気流量調整手段は、
前記第２ラインに設けられ、開度に応じて前記第２ラインの蒸気流量を調整する弁と、
前記弁の開度を制御する制御部と、
を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システム。
【請求項５】
前記蒸気流量調整手段は、前記第２ラインに設けられ、蒸気の流量を測定する流量計をさらに有し、前記制御部は、前記流量計の測定結果に基づいて前記弁の開度を制御することを特徴とする請求項４に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システム。
【請求項６】
ボイラが、タービンを駆動する蒸気を生成すると共に排ガスを発生させる工程と、
吸収塔において、前記ボイラから排出される前記排ガスに含まれる二酸化炭素を吸収液に吸収させる工程と、
再生塔において、二酸化炭素を吸収した前記吸収液から二酸化炭素ガスを放出させ、この二酸化炭素ガスを排出する工程と、
リボイラが、前記再生塔からの吸収液を加熱し、発生させた蒸気を前記再生塔に供給する工程と、
復水器が前記タービンからの排気蒸気を冷却して復水を生成する工程と、
加熱器が前記復水を加熱する工程と、
ポンプが加熱された前記復水を前記ボイラに給水する工程と、
前記タービンから一定量の蒸気を抽気する工程と、
前記タービンから抽気した蒸気を前記加熱器及び／又は前記リボイラへ供給する工程と、
を備える二酸化炭素回収型汽力発電システムの運転方法。
【請求項７】
前記タービンを構成する高圧タービン、中圧タービン、及び低圧タービンの少なくともいずれか１つから一定量の蒸気を抽気することを特徴とする請求項６に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システムの運転方法。
【請求項８】
前記タービンから抽気された蒸気の流量を測定する工程と、
前記流量の測定結果に基づいて、前記タービンと前記加熱器及び前記リボイラとの間で蒸気を流す配管に設けられた弁の開度を制御する工程と、
をさらに備えることを特徴とする請求項６又は７に記載の二酸化炭素回収型汽力発電システムの運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２０２２１７（Ｐ２０１２−２０２２１７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６４４９９（Ｐ２０１１−６４４９９）
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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