酸素燃焼ボイラシステム及び酸素燃焼ボイラシステムの制御方法
【課題】
本発明はフューエルＮＯｘの生成量をさらに低減できる酸素燃焼ボイラシステム及び酸素燃焼ボイラシステムの制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明は、煙道に設置された乾式脱塵装置の下流側に排ガス取入口が設置され、アフターガスポートに供給する酸素の濃度をバーナに供給する酸素の濃度より低下させる再循環ガス性状調整装置を有することを特徴とする。
【効果】
本発明によれば、フューエルＮＯｘの生成量をさらに低減できる酸素燃焼ボイラシステム及び酸素燃焼ボイラシステムの制御方法を提供することが可能となる。
本発明はフューエルＮＯｘの生成量をさらに低減できる酸素燃焼ボイラシステム及び酸素燃焼ボイラシステムの制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明は、煙道に設置された乾式脱塵装置の下流側に排ガス取入口が設置され、アフターガスポートに供給する酸素の濃度をバーナに供給する酸素の濃度より低下させる再循環ガス性状調整装置を有することを特徴とする。
【効果】
本発明によれば、フューエルＮＯｘの生成量をさらに低減できる酸素燃焼ボイラシステム及び酸素燃焼ボイラシステムの制御方法を提供することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素燃焼ボイラシステム及び酸素燃焼ボイラシステムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の石油需給の逼迫や天然ガス需要の増大に伴う天然ガスの価格高騰などの情勢を反映して、微粉炭燃焼ボイラと蒸気タービン発電設備で構成される石炭火力発電システムは重要な役割を占めている。
【０００３】
この石炭火力発電システムが大気中に排出するＣＯ2を大幅に削減する手段として、酸素燃焼ボイラシステムが提案されている。
【０００４】
特許文献１は、ボイラ本体の収熱量が目標の収熱量となるように、燃焼排ガスの再循環流量を制御して、ボイラ本体に導入される全ガス中の酸素濃度を調節する技術を開示する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４７１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１では、フューエルＮＯｘの低減について何ら考慮されていない。
【０００７】
そこで、本発明はフューエルＮＯｘの生成量をさらに低減できる酸素燃焼ボイラシステム及び酸素燃焼ボイラシステムの制御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】
【０００８】
本発明は、煙道に設置された乾式脱塵装置の下流側に排ガス取入口が設置され、アフターガスポートに供給する酸素の濃度をバーナに供給する酸素の濃度より低下させる再循環ガス性状調整装置を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、フューエルＮＯｘの生成量をさらに低減できる酸素燃焼ボイラシステム及び酸素燃焼ボイラシステムの制御方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を用いて、各実施例の酸素燃焼ボイラシステムについて説明する。ただし、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１１】
図１は酸素燃焼ボイラシステムの構成を示す。燃料の石炭は、石炭搬送装置によって石炭粉砕ミル１１に供給され、微粉炭燃焼に適した粒度に粉砕される。粉砕された石炭（微粉炭）は、石炭供給配管１９を通ってバーナ１２に供給される。石炭粉砕ミル１１には１次ガス配管１４ａが接続されており、１次ガス配管１４ａは石炭粉砕ミル１１に再循環排ガスを供給する。石炭供給配管１９の中途には酸素供給配管１６が接続され、必要に応じて酸素が混合される。石炭供給配管１９中における再循環排ガスに適当量の酸素を混合することで、バーナ１２における石炭の着火性能を高めることができる。
【００１２】
酸素製造装置１０は空気から酸素を分離し、酸素供給配管１６を通じて酸素を石炭供給配管１９などに供給する。なお、酸素を分離する際に生成する多量の窒素ガスは、窒素ガス搬送配管１５によって煙突９より放散される。
【００１３】
バーナ１２は、再循環ガス供給配管である２次ガス配管１４ｂを備えており、２次ガス配管１４ｂに酸素供給配管１６が接続されている。そして、バーナ１２は、酸素供給配管１６から供給された酸素と再循環排ガスの混合ガスを火炉に噴出する。また、バーナ１２は、石炭供給配管１９から供給される微粉炭も火炉に噴出し、微粉炭と混合ガスによって火炎を形成する。
【００１４】
バーナ１２の下流側にはアフターガスポート１３が配置され、再循環ガス供給配管１４はアフターガス配管１４ｃによってアフターガスポート１３にも接続されている。また、アフターガス配管１４ｃにも、酸素供給配管１６が接続されている。そして、バーナ１２とは別に、アフターガスポート１３も酸素と再循環ガスの混合ガスをボイラ１に供給する。
【００１５】
アフターガスポート１３は、空気燃焼ボイラにおけるアフターエアーポートと同様の機能を担う。すなわち、バーナ１２とアフターガスポート１３に供給される混合ガス流量と酸素濃度を適度に調整することで、ボイラ１内部に還元雰囲気の燃焼領域を形成し、石炭中の窒素分がＮＯｘに転換する割合を減じている。また、アフターガスポート１３から供給するガス中に含まれる酸素によって、ボイラ上部に酸化雰囲気の燃焼領域を形成する。さらに、アフターガスポート１３からの噴流によってボイラ内のガス混合を促進して、ボイラの排ガス中に残存する未燃分を低減する。
【００１６】
石炭粉砕ミル１１，バーナ１２，アフターガスポート１３に供給される再循環排ガスは、１次ガス配管１４ａ，２次ガス配管１４ｂ，アフターガス配管１４ｃに各々取り付けられた流量調整手段により、別個に流量配分が調整可能である。また、酸素供給配管１６も、その分岐先に別個の流量調整手段を有し、分岐先への供給量が調整される。これら３本の再循環ガス供給配管１４は、各々酸素濃度測定のためのガス採取配管が接続されている。再循環ガス性状調整装置２５は、酸素／再循環ガス流量調整装置２３及び酸素濃度測定装置２４を備える。そして、酸素濃度測定装置２４は、ガス採取配管によって採取された、各配管中の混合ガスにおける酸素濃度を常時測定することができる。また、酸素／再循環ガス流量調整装置２３は、前記３本の再循環ガス供給配管１４の再循環ガス流量と酸素流量を別個に調整することができる。さらに、酸素／再循環ガス流量調整装置２３は、酸素濃度測定装置２４からの酸素濃度測定値を入力信号として、酸素濃度の自動制御も可能である。すなわち、本装置によれば、石炭供給配管１９，２次ガス配管１４ｂ，アフターガス配管１４ｃからボイラ１に供給される混合ガスについて、別個に酸素供給量の分配比および酸素濃度を設定／調整をすることができる。
【００１７】
ボイラ１内で発生した高温高圧の蒸気は、蒸気タービン発電設備に供給され、電力に変換される。
【００１８】
ボイラ１で生成した排ガスは、煙道２０に導かれて脱硝装置２に供給され、排ガス中のＮＯｘ成分が低減される。煙道２０には、脱硝装置２のほか、排ガスを処理する複数の装置からなる排ガス処理設備を備える。ただし、燃焼方法の改善などでＮＯｘの生成量が十分に低減できる場合、脱硝装置２は省略しても良い。脱硝装置２を出た排ガスは、熱交換設備３に供給されて減温される。熱交換設備３で排ガスから回収された熱は、同じく熱交換設備３に供給された再循環排ガスに与えられてボイラ１に循環され、プラントの熱効率低下を抑止する。熱交換設備３を出た排ガスは、乾式脱塵装置４に導かれて９５％以上の煤塵成分を除去される。
【００１９】
排ガス取入口２２は、乾式脱塵装置４の下流側に配置されている。そして、排ガス取入口２２から取り入れられた排ガスの一部は、再循環ファン２１によって再循環ガス供給配管１４に誘引されて、熱交換設備３で加熱される。その後、排ガスは、前記の通り石炭粉砕ミル１１，バーナ１２およびアフターガスポート１３に供給される。
【００２０】
再循環に供されない排ガスは、湿式脱硫装置５で９５％以上のＳＯ2が除去される。その後、排ガスは、湿式脱塵装置６で９８％以上のＳＯ3成分が除去され、冷却脱水塔７で排ガス中の水分率が大幅に低減される。なお本実施例において、乾式脱塵装置，湿式脱硫装置および湿式脱塵装置のような排ガス中の煤塵や硫黄化合物の除去装置は、設計者の裁量により設置の要否や除去率の仕様を変更してもかまわない。また、乾式脱硫装置のような類似の機能を有する装置を代替として設置してもよい。
【００２１】
冷却脱水塔７を出た排ガスのＣＯ2濃度は、おおよそ９０％以上となる。そのため、ＣＯ2分離液化設備８は、容易に排ガス中のＣＯ2を分離液化できる。また、分離したＣＯ2は高圧気体のままで、パイプライン等で需要元へ供給しても良い。ＣＯ2分離液化設備８で液化されない残部は、オフガスとして排出する。オフガスの主たる成分は、窒素，酸素であり、ＮＯｘ等の微量成分と若干のＣＯ2が含まれる。オフガスは酸素製造設備１０で発生する多量の窒素と混合され、煙突９から大気中に放散される。
【００２２】
ここで、酸素燃焼ボイラシステムの基本原理を説明する。通常の石炭燃焼ボイラは空気を支燃ガスとしているのに対し、酸素燃焼ボイラは、燃焼排ガスの大半を煙道の中途から抜き出した後に、酸素製造装置で生成した高純度の酸素を燃焼排ガスと混合し、酸素濃度を調整した混合ガスを支燃ガスとして用いる。これにより、プラントから排出される最終的な排ガス流量が通常の１／４程度に減少する。また、排ガスのＣＯ2濃度が飛躍的に高まるため、排ガスからＣＯ2を容易に分離回収することができる。
【００２３】
石炭を主燃料としたＣＯ2回収型の酸素燃焼ボイラシステムにおいて、主要な開発課題は以下の４点に集約される。
１）酸素製造設備とＣＯ2回収設備での動力消費に起因する送電端効率低下の抑止。
２）起動停止や負荷変化に対応し、付帯設備（酸素製造設備，ＣＯ2回収設備）と協調し て安定な運転を実現するプラント制御方法の確立。
３）再循環排ガスと酸素の混合ガスを支燃ガスとした燃焼場における、安定した燃焼性能 の確保と微量有害物質の生成量抑制。
４）大規模な排ガス再循環機構の導入に起因する各種排ガス含有成分の濃縮によって発生 する障害の回避。
【００２４】
本実施例は、主として上記３）に関連し、微量有害物質であるＮＯｘの生成量抑制に関する課題を解決することを目的としている。以下は、酸素燃焼ボイラシステムの特徴と、ＮＯｘ低減に関する課題について述べる。
【００２５】
排ガスからのＣＯ2回収のみが目的であれば、酸素のみで石炭を燃焼するのが有効である。酸素のみで石炭を燃焼した場合、排ガスの主要組成はＣＯ2とＨ2Ｏとなる。そのため、排ガス冷却手段等により排ガスからＨ2Ｏを分離除去すれば容易にＣＯ2を高濃度で回収できる。しかし、酸素のみで石炭を燃焼した場合、燃焼火炎の温度が空気燃焼の場合に比較して５００℃以上も上昇する。この燃焼手段を石炭火力プラントに適用する場合、ボイラを構成する金属材料は高価な耐熱鋼を使用しなければならない。また、バーナ部分における支燃ガスの吹き出し流速が低下するため、安定した火炎形成は困難になる。そして、生成する排ガス量が空気燃焼時に比較して１／４以下となるため、ボイラの伝熱管部分を通過する排ガスの流速が極端に低下する。従って、熱伝達効率が低下し熱回収が困難になる。
【００２６】
以上より、酸素燃焼ボイラシステムは、多量の排ガスを再循環させ酸素と混合した後に、ボイラに供給する排ガス再循環設備が設けられている。具体的には、バーナに供給される支燃ガスの流量およびボイラ内を通過する排ガスの流量が、空気燃焼ボイラと比較しておおよそ７０％を下回らないような設計が為される。このような手段により、空気燃焼ボイラの設備を大幅に変更することなく、高効率な熱回収／発電を安定して実現できる。
【００２７】
このような基本構成を有する酸素燃焼ボイラシステムにおいて、ＮＯｘ低減に関する課題は以下のものが挙げられる。
【００２８】
酸素燃焼ボイラシステムは、排ガス中の窒素（Ｎ2）濃度が非常に低く維持される。そのため、ボイラ上部の高温領域において、Ｎ2と酸素（Ｏ2）が反応して生成するサーマルＮＯｘが大幅に抑制される。その結果、供給熱量当たりのＮＯｘ生成量は、空気燃焼ボイラに比べて低減できる。したがって、酸素燃焼ボイラシステムにおいてＮＯｘ生成量のさらなる低減を達成するには、石炭中のＮ分の酸化によって生ずるフューエルＮＯｘの生成量を抑制する必要がある。
【００２９】
石炭中のＮ分からフューエルＮＯｘが生成する反応経路は、石炭から発生したアンモニア（ＮＨ3）やシアン（ＨＣＮ）の酸化反応と考えられている。ＮＨ3，ＨＣＮの酸化反応は、Ｏ2濃度の極端に低い還元燃焼域と、Ｏ2濃度の高い酸化燃焼域において、その機構が異なる。還元燃焼域は、ＯＨラジカルが主として酸化に寄与し、酸化燃焼域はＯ2が酸化を担う。このため、燃焼領域の雰囲気に応じてこれらの酸化反応速度をいかに抑制するかが、フューエルＮＯｘ低減のための重要な課題である。
【００３０】
また、ＮＨ3，ＨＣＮからのＮＯｘ生成に影響する要因として、上記したＯ2濃度およびＯＨラジカル濃度の他に、燃焼領域の温度も重要である。還元燃焼域は、燃焼温度がより高くなるほど、フューエルＮＯｘの生成率は低下する。その理由は、還元燃焼域において生成したＮＯｘが石炭，ＮＨ3，ＨＣＮ等と再度反応してＮ2に還元される反応は、より高温の場で促進されるためと考えられている。一方、酸化燃焼域は、燃焼温度がより低くなるほど、フューエルＮＯｘの生成率が低下する。ボイラ下部の還元燃焼域で生成したＮＨ3，ＨＣＮの内、ボイラ上部の酸化燃焼域まで残存したものはこの領域で酸化され、その含有Ｎ分はＮＯｘもしくはＮ2に転換される。ここで、酸化燃焼域の燃焼温度がより高い場合にはＮＯｘへの転換率が増加し、燃焼温度がより低い場合にはＮ2への転換率が増加するためである。
【００３１】
以上まとめると、酸素燃焼ボイラシステムにおいてフューエルＮＯｘの生成を抑制するためには、還元燃焼域におけるＯＨラジカルの濃度を極力低下させると共に、燃焼温度を高める必要がある。また、酸化燃焼域におけるＯ2濃度を低下させると同時に、燃焼温度を低めに抑制することが必要である。
【００３２】
そこで、本実施例において、再循環ガス性状調整装置２５は、石炭供給設備である石炭粉砕ミル１１，バーナ１２、及びアフターガスポート１３に供給する再循環ガス量を調整し、支燃ガスのＯ2濃度を別々に設定する機能を有する。
【００３３】
空気燃焼式の石炭燃焼ボイラは、ボイラ出口における空気過剰率を１.１５程度とし、バーナに供給する燃焼空気量とアフターエアーポートに供給する燃焼空気量の分配比をおおよそ０.８：０.３５程度とする。そのため、ＮＯｘと未燃分をバランス良く低減できる。燃焼空気量の空気過剰率／分配比は、空気中に含有される酸素の酸素過剰率／分配比を調整していることと等しい。そこで、酸素燃焼ボイラも、バーナに供給する酸素量とアフターガスポートに供給する酸素量、および炉出口の酸素過剰率の設定は、空気燃焼における上記条件を用いることが望ましい。すなわち、本実施例において、ボイラに供給する全酸素量は、石炭の完全燃焼に必要な酸素量のおおよそ１.１５倍に設定する。また、バーナ１２に供給する酸素量とアフターガスポート１３に供給する酸素量の分配比は、おおよそ０.８：０.３５とする。
【００３４】
その上で、再循環ガス性状調整装置２５は、バーナ１２とアフターガスポート１３に供給する再循環ガス量を調整する機能も有する。そして、再循環ガス性状調整装置２５は、支燃ガスのＯ2濃度を別々に設定する。具体的には、再循環ガス性状調整装置２５が、アフターガスポートに供給する酸素の濃度をバーナに供給する酸素の濃度より低下させている。Ｏ2濃度の調整目標は、以下の値が好適である。
【００３５】
バーナに接続された石炭供給配管１９および２次ガス配管１４ｂ中における支燃ガスのＯ2濃度は、３２％から３６％の間に設定するのが望ましい。図５は、本実施例のボイラ１において、還元燃焼域の燃焼温度を計算した結果を示した図である。空気燃焼と同等の燃焼温度を得る為には、おおよそ３０％のＯ2濃度が必要である。また、支燃ガスのＯ2濃度増加と共に燃焼温度も上昇することが分かった。前述のように、還元燃焼域は、燃焼温度の上昇と共にフューエルＮＯｘの生成率が低下する。したがって、安定した高温火炎を得る為には、Ｏ2濃度を３２％以上とすれば良い。
【００３６】
一方、空気燃焼時と比較して、燃焼温度が１５０℃以上上昇した場合、バーナやボイラ水管材料の耐熱性に問題が生じる。したがって、この観点からはＯ2濃度を３６％以下とすべきである。以上の検討から、フューエルＮＯｘの生成量を低減する為には、バーナに供給する支燃ガスのＯ2濃度をおおよそ３２％から３６％の範囲に設定すれば良い。
【００３７】
次に、アフターガスポートに接続されたアフターガス配管１４ｃ中における支燃ガスのＯ2濃度は、２６％から２８％の間に設定するのが良い。図６は、本実施例のボイラ１において、酸化燃焼域の燃焼温度を計算した結果を示した図である。Ｏ2濃度を３０％とすることで、おおよそ空気燃焼時と同等の燃焼温度を得られる。前述のとおり、酸化燃焼域は、燃焼温度の低下とともにフューエルＮＯｘの生成率が低下する。したがって、安定した温度低下の効果を得る為には、Ｏ2濃度を２８％以下にすれば良い。
【００３８】
一方、燃焼温度が１００℃以上低下した場合、ボイラ出口の未燃分濃度が許容範囲を超えて上昇する懸念がある。したがって、Ｏ2濃度は２６％以上とされなければならない。以上の検討から、フューエルＮＯｘの生成量を低減する為には、アフターガスポートに供給する支燃ガスのＯ2濃度を２６％から２８％の範囲に設定すれば良い。
【００３９】
本実施例におけるＣＯ2回収型の酸素燃焼ボイラシステムは、燃焼によるフューエルＮＯｘの生成量を減じることができるため、ＮＯｘ低減効果をさらに高めることができる。そして、大気中に放出される有害成分を大幅に低減することができる。これにより、排ガス処理設備におけるＮＯｘ除去に関する装置を大幅に小型簡略化でき、それらの運転に必要なアンモニア溶液等の用役費も削減が可能となる。
【００４０】
なお、適当なＯ2濃度の設定値は、酸素の分配比，酸素の過剰率，ボイラの構造，石炭の種類等によっても変化する。そのため、その都度評価して決定すべき事柄であり、上記した好適なＯ2濃度設定範囲の値は、本実施例の範囲を限定するものではない。
【実施例２】
【００４１】
図２は、本実施例における酸素燃焼ボイラシステムの系統図である。
【００４２】
本実施例は、実施例１と同様の作用を有する装置で構成される部分が多いため、以下では実施例１との相違点のみを述べる。以下に記述されない装置に関しては、実施例１におけるのと同様の作用効果を有するものとする。
【００４３】
本実施例が実施例１と異なる点は、排ガス取入口２２が冷却脱水塔７の下流側に設置され、除塵と除湿がなされた再循環排ガスをボイラに供給できることにある。冷却脱水塔７は、水分除去装置に相当する。実施例１の構成では、再循環排ガス中の水分濃度が３０％程度となる。一方、本実施例の構成では、再循環排ガス中の水分濃度を５％以下とすることができる。再循環排ガス中の水分濃度が低下したことにより、バーナから供給される水分量も減少する。そのため、還元燃焼域の水分に由来するＯＨラジカル濃度が大幅に低下する。還元燃焼域におけるＯＨラジカル濃度の低減がフューエルＮＯｘ低減に効果的であることは前述した通りである。
【００４４】
したがって、本実施例の構成とすることにより、実施例１よりさらに大きいＮＯｘ低減効果を得ることができる。
【実施例３】
【００４５】
図３は、実施例３における酸素燃焼ボイラシステム系統図である。
【００４６】
本実施例は、実施例１，実施例２と同様の作用を有する装置で構成される部分が多いため、以下では実施例１，実施例２との相違点のみを述べる。以下に記述されない装置に関しては、前記実施例におけるのと同様の作用効果を有するものとする。
【００４７】
本実施例は、排ガス取入口２２が乾式脱塵装置４の下流側に配置され、その他の排ガス処理装置よりも上流側に設置されることは実施例１と同様である。しかし、再循環ガス供給配管１４が熱交換設備３に入る前に、２系統に分岐している点で異なっている。分岐した再循環ガス供給配管のうち、第一の系統は、再循環排ガス用冷却脱水塔１７を経由してガス中の水分が除去された後に、熱交換設備３を経由して１次ガス配管１４ａと２次ガス配管１４ｂに接続される。分岐した再循環排ガスのうち、第２の系統は、除湿しないまま熱交換設備３を経由してアフターガス配管１４ｃに接続される。
【００４８】
本実施例の構成とすることにより、実施例２と同様、還元燃焼域におけるＯＨラジカル濃度の大幅低減が達成される。また、ＮＯｘ低減に影響の無いアフターガスポートへ供給する再循環排ガス中の水分は除去していない。そのため、アフターガスポートへ供給する再循環排ガスの熱損失が減少し、冷却脱水塔７と再循環排ガス用冷却脱水塔１７の合計容量も小さくすることができる。また、本実施例のように湿式脱硫装置や湿式脱塵装置を設置する場合、実施例２と比較して、これらの装置を通過するガス量が１／４以下となるため、設備を小型化することができる。
【００４９】
以上のことから、本実施例により、実施例１よりもＮＯｘ低減効果が大きく、また実施例２よりも熱効率を改善し設備を小型化した酸素燃焼システムを実現できる。
【実施例４】
【００５０】
図４は、実施例４における酸素燃焼ボイラシステムの系統図である。
【００５１】
本実施例は、実施例３と同様の作用を有する装置で構成される部分が多いため、以下では実施例３との相違点のみを述べる。以下に記述されない装置に関しては、実施例３におけるのと同様の作用効果を有するものとする。
【００５２】
本実施例が実施例３と異なる点は、再循環ガスの排ガス取入口が排ガス取入口２２ａと排ガス取入口２２ｂの２ヶ所に設置されることである。排ガス取入口２２ａは、実施例３と同じく乾式脱塵装置の直後に設置される。そして、排ガス取入口２２ａから取り入れた排ガスは、再循環ファン２１ａによって熱交設備３を経由してボイラ側に送出され、アフターガス配管１４ｃにのみ供給される。また、排ガス取入口２２ｂは、実施例２と同じく冷却脱水塔７の直後に設置される。そして、排ガス取入口２２ｂから取り入れた排ガスは、再循環ファン２１ｂによって熱交設備３を経由してボイラ側に供給され、１次ガス配管１４ａと２次ガス配管１４ｂにのみ供給される。
【００５３】
これらの構成により、再循環排ガス用冷却脱水塔を設置することなしに、実施例３と同様、還元燃焼域のＯＨラジカル低減効果を得ることができる。すなわち、水分除去装置を２ヶ所に分けて設置する必要が無いため、機器配置や配管取り回しが容易になる点で、装置をより簡便で安価とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明に基づいてＣＯ2回収型の酸素燃焼ボイラシステムを構成することにより、大幅なＮＯｘ排出量の低減がより簡便な設備で実現可能となるため、ＣＯ2回収型火力発電の普及が促進され、地球温暖化抑止に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施例１による酸素燃焼ボイラシステムの構成である。
【図２】実施例２による酸素燃焼ボイラシステムの構成である。
【図３】実施例３による酸素燃焼ボイラシステムの構成である。
【図４】実施例４による酸素燃焼ボイラシステムの構成である。
【図５】実施例１におけるボイラの還元燃焼域温度の計算結果の一例である。
【図６】実施例１におけるボイラの酸化燃焼域温度の計算結果の一例である。
【符号の説明】
【００５６】
１ ボイラ
２ 脱硝装置
３ 熱交換設備
４ 乾式脱塵装置
５ 湿式脱硫装置
６ 湿式脱塵装置
７ 冷却脱水塔
８ ＣＯ2分離液化設備
９ 煙突
１０ 酸素製造設備
１１ 石炭粉砕ミル
１２ バーナ
１３ アフターガスポート
１４ 再循環ガス供給配管
１４ａ １次ガス配管
１４ｂ ２次ガス配管
１４ｃ アフターガス配管
１５ 窒素ガス搬送配管
１６ 酸素供給配管
１７ 再循環排ガス用冷却脱水塔
１９ 石炭供給配管
２０ 煙道
２１ 再循環ファン
２２ 排ガス取入口
２３ 酸素／再循環ガス流量調整装置
２４ 酸素濃度測定装置
２５ 再循環ガス性状調整装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素燃焼ボイラシステム及び酸素燃焼ボイラシステムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の石油需給の逼迫や天然ガス需要の増大に伴う天然ガスの価格高騰などの情勢を反映して、微粉炭燃焼ボイラと蒸気タービン発電設備で構成される石炭火力発電システムは重要な役割を占めている。
【０００３】
この石炭火力発電システムが大気中に排出するＣＯ2を大幅に削減する手段として、酸素燃焼ボイラシステムが提案されている。
【０００４】
特許文献１は、ボイラ本体の収熱量が目標の収熱量となるように、燃焼排ガスの再循環流量を制御して、ボイラ本体に導入される全ガス中の酸素濃度を調節する技術を開示する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４７１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１では、フューエルＮＯｘの低減について何ら考慮されていない。
【０００７】
そこで、本発明はフューエルＮＯｘの生成量をさらに低減できる酸素燃焼ボイラシステム及び酸素燃焼ボイラシステムの制御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】
【０００８】
本発明は、煙道に設置された乾式脱塵装置の下流側に排ガス取入口が設置され、アフターガスポートに供給する酸素の濃度をバーナに供給する酸素の濃度より低下させる再循環ガス性状調整装置を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、フューエルＮＯｘの生成量をさらに低減できる酸素燃焼ボイラシステム及び酸素燃焼ボイラシステムの制御方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を用いて、各実施例の酸素燃焼ボイラシステムについて説明する。ただし、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１１】
図１は酸素燃焼ボイラシステムの構成を示す。燃料の石炭は、石炭搬送装置によって石炭粉砕ミル１１に供給され、微粉炭燃焼に適した粒度に粉砕される。粉砕された石炭（微粉炭）は、石炭供給配管１９を通ってバーナ１２に供給される。石炭粉砕ミル１１には１次ガス配管１４ａが接続されており、１次ガス配管１４ａは石炭粉砕ミル１１に再循環排ガスを供給する。石炭供給配管１９の中途には酸素供給配管１６が接続され、必要に応じて酸素が混合される。石炭供給配管１９中における再循環排ガスに適当量の酸素を混合することで、バーナ１２における石炭の着火性能を高めることができる。
【００１２】
酸素製造装置１０は空気から酸素を分離し、酸素供給配管１６を通じて酸素を石炭供給配管１９などに供給する。なお、酸素を分離する際に生成する多量の窒素ガスは、窒素ガス搬送配管１５によって煙突９より放散される。
【００１３】
バーナ１２は、再循環ガス供給配管である２次ガス配管１４ｂを備えており、２次ガス配管１４ｂに酸素供給配管１６が接続されている。そして、バーナ１２は、酸素供給配管１６から供給された酸素と再循環排ガスの混合ガスを火炉に噴出する。また、バーナ１２は、石炭供給配管１９から供給される微粉炭も火炉に噴出し、微粉炭と混合ガスによって火炎を形成する。
【００１４】
バーナ１２の下流側にはアフターガスポート１３が配置され、再循環ガス供給配管１４はアフターガス配管１４ｃによってアフターガスポート１３にも接続されている。また、アフターガス配管１４ｃにも、酸素供給配管１６が接続されている。そして、バーナ１２とは別に、アフターガスポート１３も酸素と再循環ガスの混合ガスをボイラ１に供給する。
【００１５】
アフターガスポート１３は、空気燃焼ボイラにおけるアフターエアーポートと同様の機能を担う。すなわち、バーナ１２とアフターガスポート１３に供給される混合ガス流量と酸素濃度を適度に調整することで、ボイラ１内部に還元雰囲気の燃焼領域を形成し、石炭中の窒素分がＮＯｘに転換する割合を減じている。また、アフターガスポート１３から供給するガス中に含まれる酸素によって、ボイラ上部に酸化雰囲気の燃焼領域を形成する。さらに、アフターガスポート１３からの噴流によってボイラ内のガス混合を促進して、ボイラの排ガス中に残存する未燃分を低減する。
【００１６】
石炭粉砕ミル１１，バーナ１２，アフターガスポート１３に供給される再循環排ガスは、１次ガス配管１４ａ，２次ガス配管１４ｂ，アフターガス配管１４ｃに各々取り付けられた流量調整手段により、別個に流量配分が調整可能である。また、酸素供給配管１６も、その分岐先に別個の流量調整手段を有し、分岐先への供給量が調整される。これら３本の再循環ガス供給配管１４は、各々酸素濃度測定のためのガス採取配管が接続されている。再循環ガス性状調整装置２５は、酸素／再循環ガス流量調整装置２３及び酸素濃度測定装置２４を備える。そして、酸素濃度測定装置２４は、ガス採取配管によって採取された、各配管中の混合ガスにおける酸素濃度を常時測定することができる。また、酸素／再循環ガス流量調整装置２３は、前記３本の再循環ガス供給配管１４の再循環ガス流量と酸素流量を別個に調整することができる。さらに、酸素／再循環ガス流量調整装置２３は、酸素濃度測定装置２４からの酸素濃度測定値を入力信号として、酸素濃度の自動制御も可能である。すなわち、本装置によれば、石炭供給配管１９，２次ガス配管１４ｂ，アフターガス配管１４ｃからボイラ１に供給される混合ガスについて、別個に酸素供給量の分配比および酸素濃度を設定／調整をすることができる。
【００１７】
ボイラ１内で発生した高温高圧の蒸気は、蒸気タービン発電設備に供給され、電力に変換される。
【００１８】
ボイラ１で生成した排ガスは、煙道２０に導かれて脱硝装置２に供給され、排ガス中のＮＯｘ成分が低減される。煙道２０には、脱硝装置２のほか、排ガスを処理する複数の装置からなる排ガス処理設備を備える。ただし、燃焼方法の改善などでＮＯｘの生成量が十分に低減できる場合、脱硝装置２は省略しても良い。脱硝装置２を出た排ガスは、熱交換設備３に供給されて減温される。熱交換設備３で排ガスから回収された熱は、同じく熱交換設備３に供給された再循環排ガスに与えられてボイラ１に循環され、プラントの熱効率低下を抑止する。熱交換設備３を出た排ガスは、乾式脱塵装置４に導かれて９５％以上の煤塵成分を除去される。
【００１９】
排ガス取入口２２は、乾式脱塵装置４の下流側に配置されている。そして、排ガス取入口２２から取り入れられた排ガスの一部は、再循環ファン２１によって再循環ガス供給配管１４に誘引されて、熱交換設備３で加熱される。その後、排ガスは、前記の通り石炭粉砕ミル１１，バーナ１２およびアフターガスポート１３に供給される。
【００２０】
再循環に供されない排ガスは、湿式脱硫装置５で９５％以上のＳＯ2が除去される。その後、排ガスは、湿式脱塵装置６で９８％以上のＳＯ3成分が除去され、冷却脱水塔７で排ガス中の水分率が大幅に低減される。なお本実施例において、乾式脱塵装置，湿式脱硫装置および湿式脱塵装置のような排ガス中の煤塵や硫黄化合物の除去装置は、設計者の裁量により設置の要否や除去率の仕様を変更してもかまわない。また、乾式脱硫装置のような類似の機能を有する装置を代替として設置してもよい。
【００２１】
冷却脱水塔７を出た排ガスのＣＯ2濃度は、おおよそ９０％以上となる。そのため、ＣＯ2分離液化設備８は、容易に排ガス中のＣＯ2を分離液化できる。また、分離したＣＯ2は高圧気体のままで、パイプライン等で需要元へ供給しても良い。ＣＯ2分離液化設備８で液化されない残部は、オフガスとして排出する。オフガスの主たる成分は、窒素，酸素であり、ＮＯｘ等の微量成分と若干のＣＯ2が含まれる。オフガスは酸素製造設備１０で発生する多量の窒素と混合され、煙突９から大気中に放散される。
【００２２】
ここで、酸素燃焼ボイラシステムの基本原理を説明する。通常の石炭燃焼ボイラは空気を支燃ガスとしているのに対し、酸素燃焼ボイラは、燃焼排ガスの大半を煙道の中途から抜き出した後に、酸素製造装置で生成した高純度の酸素を燃焼排ガスと混合し、酸素濃度を調整した混合ガスを支燃ガスとして用いる。これにより、プラントから排出される最終的な排ガス流量が通常の１／４程度に減少する。また、排ガスのＣＯ2濃度が飛躍的に高まるため、排ガスからＣＯ2を容易に分離回収することができる。
【００２３】
石炭を主燃料としたＣＯ2回収型の酸素燃焼ボイラシステムにおいて、主要な開発課題は以下の４点に集約される。
１）酸素製造設備とＣＯ2回収設備での動力消費に起因する送電端効率低下の抑止。
２）起動停止や負荷変化に対応し、付帯設備（酸素製造設備，ＣＯ2回収設備）と協調し て安定な運転を実現するプラント制御方法の確立。
３）再循環排ガスと酸素の混合ガスを支燃ガスとした燃焼場における、安定した燃焼性能 の確保と微量有害物質の生成量抑制。
４）大規模な排ガス再循環機構の導入に起因する各種排ガス含有成分の濃縮によって発生 する障害の回避。
【００２４】
本実施例は、主として上記３）に関連し、微量有害物質であるＮＯｘの生成量抑制に関する課題を解決することを目的としている。以下は、酸素燃焼ボイラシステムの特徴と、ＮＯｘ低減に関する課題について述べる。
【００２５】
排ガスからのＣＯ2回収のみが目的であれば、酸素のみで石炭を燃焼するのが有効である。酸素のみで石炭を燃焼した場合、排ガスの主要組成はＣＯ2とＨ2Ｏとなる。そのため、排ガス冷却手段等により排ガスからＨ2Ｏを分離除去すれば容易にＣＯ2を高濃度で回収できる。しかし、酸素のみで石炭を燃焼した場合、燃焼火炎の温度が空気燃焼の場合に比較して５００℃以上も上昇する。この燃焼手段を石炭火力プラントに適用する場合、ボイラを構成する金属材料は高価な耐熱鋼を使用しなければならない。また、バーナ部分における支燃ガスの吹き出し流速が低下するため、安定した火炎形成は困難になる。そして、生成する排ガス量が空気燃焼時に比較して１／４以下となるため、ボイラの伝熱管部分を通過する排ガスの流速が極端に低下する。従って、熱伝達効率が低下し熱回収が困難になる。
【００２６】
以上より、酸素燃焼ボイラシステムは、多量の排ガスを再循環させ酸素と混合した後に、ボイラに供給する排ガス再循環設備が設けられている。具体的には、バーナに供給される支燃ガスの流量およびボイラ内を通過する排ガスの流量が、空気燃焼ボイラと比較しておおよそ７０％を下回らないような設計が為される。このような手段により、空気燃焼ボイラの設備を大幅に変更することなく、高効率な熱回収／発電を安定して実現できる。
【００２７】
このような基本構成を有する酸素燃焼ボイラシステムにおいて、ＮＯｘ低減に関する課題は以下のものが挙げられる。
【００２８】
酸素燃焼ボイラシステムは、排ガス中の窒素（Ｎ2）濃度が非常に低く維持される。そのため、ボイラ上部の高温領域において、Ｎ2と酸素（Ｏ2）が反応して生成するサーマルＮＯｘが大幅に抑制される。その結果、供給熱量当たりのＮＯｘ生成量は、空気燃焼ボイラに比べて低減できる。したがって、酸素燃焼ボイラシステムにおいてＮＯｘ生成量のさらなる低減を達成するには、石炭中のＮ分の酸化によって生ずるフューエルＮＯｘの生成量を抑制する必要がある。
【００２９】
石炭中のＮ分からフューエルＮＯｘが生成する反応経路は、石炭から発生したアンモニア（ＮＨ3）やシアン（ＨＣＮ）の酸化反応と考えられている。ＮＨ3，ＨＣＮの酸化反応は、Ｏ2濃度の極端に低い還元燃焼域と、Ｏ2濃度の高い酸化燃焼域において、その機構が異なる。還元燃焼域は、ＯＨラジカルが主として酸化に寄与し、酸化燃焼域はＯ2が酸化を担う。このため、燃焼領域の雰囲気に応じてこれらの酸化反応速度をいかに抑制するかが、フューエルＮＯｘ低減のための重要な課題である。
【００３０】
また、ＮＨ3，ＨＣＮからのＮＯｘ生成に影響する要因として、上記したＯ2濃度およびＯＨラジカル濃度の他に、燃焼領域の温度も重要である。還元燃焼域は、燃焼温度がより高くなるほど、フューエルＮＯｘの生成率は低下する。その理由は、還元燃焼域において生成したＮＯｘが石炭，ＮＨ3，ＨＣＮ等と再度反応してＮ2に還元される反応は、より高温の場で促進されるためと考えられている。一方、酸化燃焼域は、燃焼温度がより低くなるほど、フューエルＮＯｘの生成率が低下する。ボイラ下部の還元燃焼域で生成したＮＨ3，ＨＣＮの内、ボイラ上部の酸化燃焼域まで残存したものはこの領域で酸化され、その含有Ｎ分はＮＯｘもしくはＮ2に転換される。ここで、酸化燃焼域の燃焼温度がより高い場合にはＮＯｘへの転換率が増加し、燃焼温度がより低い場合にはＮ2への転換率が増加するためである。
【００３１】
以上まとめると、酸素燃焼ボイラシステムにおいてフューエルＮＯｘの生成を抑制するためには、還元燃焼域におけるＯＨラジカルの濃度を極力低下させると共に、燃焼温度を高める必要がある。また、酸化燃焼域におけるＯ2濃度を低下させると同時に、燃焼温度を低めに抑制することが必要である。
【００３２】
そこで、本実施例において、再循環ガス性状調整装置２５は、石炭供給設備である石炭粉砕ミル１１，バーナ１２、及びアフターガスポート１３に供給する再循環ガス量を調整し、支燃ガスのＯ2濃度を別々に設定する機能を有する。
【００３３】
空気燃焼式の石炭燃焼ボイラは、ボイラ出口における空気過剰率を１.１５程度とし、バーナに供給する燃焼空気量とアフターエアーポートに供給する燃焼空気量の分配比をおおよそ０.８：０.３５程度とする。そのため、ＮＯｘと未燃分をバランス良く低減できる。燃焼空気量の空気過剰率／分配比は、空気中に含有される酸素の酸素過剰率／分配比を調整していることと等しい。そこで、酸素燃焼ボイラも、バーナに供給する酸素量とアフターガスポートに供給する酸素量、および炉出口の酸素過剰率の設定は、空気燃焼における上記条件を用いることが望ましい。すなわち、本実施例において、ボイラに供給する全酸素量は、石炭の完全燃焼に必要な酸素量のおおよそ１.１５倍に設定する。また、バーナ１２に供給する酸素量とアフターガスポート１３に供給する酸素量の分配比は、おおよそ０.８：０.３５とする。
【００３４】
その上で、再循環ガス性状調整装置２５は、バーナ１２とアフターガスポート１３に供給する再循環ガス量を調整する機能も有する。そして、再循環ガス性状調整装置２５は、支燃ガスのＯ2濃度を別々に設定する。具体的には、再循環ガス性状調整装置２５が、アフターガスポートに供給する酸素の濃度をバーナに供給する酸素の濃度より低下させている。Ｏ2濃度の調整目標は、以下の値が好適である。
【００３５】
バーナに接続された石炭供給配管１９および２次ガス配管１４ｂ中における支燃ガスのＯ2濃度は、３２％から３６％の間に設定するのが望ましい。図５は、本実施例のボイラ１において、還元燃焼域の燃焼温度を計算した結果を示した図である。空気燃焼と同等の燃焼温度を得る為には、おおよそ３０％のＯ2濃度が必要である。また、支燃ガスのＯ2濃度増加と共に燃焼温度も上昇することが分かった。前述のように、還元燃焼域は、燃焼温度の上昇と共にフューエルＮＯｘの生成率が低下する。したがって、安定した高温火炎を得る為には、Ｏ2濃度を３２％以上とすれば良い。
【００３６】
一方、空気燃焼時と比較して、燃焼温度が１５０℃以上上昇した場合、バーナやボイラ水管材料の耐熱性に問題が生じる。したがって、この観点からはＯ2濃度を３６％以下とすべきである。以上の検討から、フューエルＮＯｘの生成量を低減する為には、バーナに供給する支燃ガスのＯ2濃度をおおよそ３２％から３６％の範囲に設定すれば良い。
【００３７】
次に、アフターガスポートに接続されたアフターガス配管１４ｃ中における支燃ガスのＯ2濃度は、２６％から２８％の間に設定するのが良い。図６は、本実施例のボイラ１において、酸化燃焼域の燃焼温度を計算した結果を示した図である。Ｏ2濃度を３０％とすることで、おおよそ空気燃焼時と同等の燃焼温度を得られる。前述のとおり、酸化燃焼域は、燃焼温度の低下とともにフューエルＮＯｘの生成率が低下する。したがって、安定した温度低下の効果を得る為には、Ｏ2濃度を２８％以下にすれば良い。
【００３８】
一方、燃焼温度が１００℃以上低下した場合、ボイラ出口の未燃分濃度が許容範囲を超えて上昇する懸念がある。したがって、Ｏ2濃度は２６％以上とされなければならない。以上の検討から、フューエルＮＯｘの生成量を低減する為には、アフターガスポートに供給する支燃ガスのＯ2濃度を２６％から２８％の範囲に設定すれば良い。
【００３９】
本実施例におけるＣＯ2回収型の酸素燃焼ボイラシステムは、燃焼によるフューエルＮＯｘの生成量を減じることができるため、ＮＯｘ低減効果をさらに高めることができる。そして、大気中に放出される有害成分を大幅に低減することができる。これにより、排ガス処理設備におけるＮＯｘ除去に関する装置を大幅に小型簡略化でき、それらの運転に必要なアンモニア溶液等の用役費も削減が可能となる。
【００４０】
なお、適当なＯ2濃度の設定値は、酸素の分配比，酸素の過剰率，ボイラの構造，石炭の種類等によっても変化する。そのため、その都度評価して決定すべき事柄であり、上記した好適なＯ2濃度設定範囲の値は、本実施例の範囲を限定するものではない。
【実施例２】
【００４１】
図２は、本実施例における酸素燃焼ボイラシステムの系統図である。
【００４２】
本実施例は、実施例１と同様の作用を有する装置で構成される部分が多いため、以下では実施例１との相違点のみを述べる。以下に記述されない装置に関しては、実施例１におけるのと同様の作用効果を有するものとする。
【００４３】
本実施例が実施例１と異なる点は、排ガス取入口２２が冷却脱水塔７の下流側に設置され、除塵と除湿がなされた再循環排ガスをボイラに供給できることにある。冷却脱水塔７は、水分除去装置に相当する。実施例１の構成では、再循環排ガス中の水分濃度が３０％程度となる。一方、本実施例の構成では、再循環排ガス中の水分濃度を５％以下とすることができる。再循環排ガス中の水分濃度が低下したことにより、バーナから供給される水分量も減少する。そのため、還元燃焼域の水分に由来するＯＨラジカル濃度が大幅に低下する。還元燃焼域におけるＯＨラジカル濃度の低減がフューエルＮＯｘ低減に効果的であることは前述した通りである。
【００４４】
したがって、本実施例の構成とすることにより、実施例１よりさらに大きいＮＯｘ低減効果を得ることができる。
【実施例３】
【００４５】
図３は、実施例３における酸素燃焼ボイラシステム系統図である。
【００４６】
本実施例は、実施例１，実施例２と同様の作用を有する装置で構成される部分が多いため、以下では実施例１，実施例２との相違点のみを述べる。以下に記述されない装置に関しては、前記実施例におけるのと同様の作用効果を有するものとする。
【００４７】
本実施例は、排ガス取入口２２が乾式脱塵装置４の下流側に配置され、その他の排ガス処理装置よりも上流側に設置されることは実施例１と同様である。しかし、再循環ガス供給配管１４が熱交換設備３に入る前に、２系統に分岐している点で異なっている。分岐した再循環ガス供給配管のうち、第一の系統は、再循環排ガス用冷却脱水塔１７を経由してガス中の水分が除去された後に、熱交換設備３を経由して１次ガス配管１４ａと２次ガス配管１４ｂに接続される。分岐した再循環排ガスのうち、第２の系統は、除湿しないまま熱交換設備３を経由してアフターガス配管１４ｃに接続される。
【００４８】
本実施例の構成とすることにより、実施例２と同様、還元燃焼域におけるＯＨラジカル濃度の大幅低減が達成される。また、ＮＯｘ低減に影響の無いアフターガスポートへ供給する再循環排ガス中の水分は除去していない。そのため、アフターガスポートへ供給する再循環排ガスの熱損失が減少し、冷却脱水塔７と再循環排ガス用冷却脱水塔１７の合計容量も小さくすることができる。また、本実施例のように湿式脱硫装置や湿式脱塵装置を設置する場合、実施例２と比較して、これらの装置を通過するガス量が１／４以下となるため、設備を小型化することができる。
【００４９】
以上のことから、本実施例により、実施例１よりもＮＯｘ低減効果が大きく、また実施例２よりも熱効率を改善し設備を小型化した酸素燃焼システムを実現できる。
【実施例４】
【００５０】
図４は、実施例４における酸素燃焼ボイラシステムの系統図である。
【００５１】
本実施例は、実施例３と同様の作用を有する装置で構成される部分が多いため、以下では実施例３との相違点のみを述べる。以下に記述されない装置に関しては、実施例３におけるのと同様の作用効果を有するものとする。
【００５２】
本実施例が実施例３と異なる点は、再循環ガスの排ガス取入口が排ガス取入口２２ａと排ガス取入口２２ｂの２ヶ所に設置されることである。排ガス取入口２２ａは、実施例３と同じく乾式脱塵装置の直後に設置される。そして、排ガス取入口２２ａから取り入れた排ガスは、再循環ファン２１ａによって熱交設備３を経由してボイラ側に送出され、アフターガス配管１４ｃにのみ供給される。また、排ガス取入口２２ｂは、実施例２と同じく冷却脱水塔７の直後に設置される。そして、排ガス取入口２２ｂから取り入れた排ガスは、再循環ファン２１ｂによって熱交設備３を経由してボイラ側に供給され、１次ガス配管１４ａと２次ガス配管１４ｂにのみ供給される。
【００５３】
これらの構成により、再循環排ガス用冷却脱水塔を設置することなしに、実施例３と同様、還元燃焼域のＯＨラジカル低減効果を得ることができる。すなわち、水分除去装置を２ヶ所に分けて設置する必要が無いため、機器配置や配管取り回しが容易になる点で、装置をより簡便で安価とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明に基づいてＣＯ2回収型の酸素燃焼ボイラシステムを構成することにより、大幅なＮＯｘ排出量の低減がより簡便な設備で実現可能となるため、ＣＯ2回収型火力発電の普及が促進され、地球温暖化抑止に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施例１による酸素燃焼ボイラシステムの構成である。
【図２】実施例２による酸素燃焼ボイラシステムの構成である。
【図３】実施例３による酸素燃焼ボイラシステムの構成である。
【図４】実施例４による酸素燃焼ボイラシステムの構成である。
【図５】実施例１におけるボイラの還元燃焼域温度の計算結果の一例である。
【図６】実施例１におけるボイラの酸化燃焼域温度の計算結果の一例である。
【符号の説明】
【００５６】
１ ボイラ
２ 脱硝装置
３ 熱交換設備
４ 乾式脱塵装置
５ 湿式脱硫装置
６ 湿式脱塵装置
７ 冷却脱水塔
８ ＣＯ2分離液化設備
９ 煙突
１０ 酸素製造設備
１１ 石炭粉砕ミル
１２ バーナ
１３ アフターガスポート
１４ 再循環ガス供給配管
１４ａ １次ガス配管
１４ｂ ２次ガス配管
１４ｃ アフターガス配管
１５ 窒素ガス搬送配管
１６ 酸素供給配管
１７ 再循環排ガス用冷却脱水塔
１９ 石炭供給配管
２０ 煙道
２１ 再循環ファン
２２ 排ガス取入口
２３ 酸素／再循環ガス流量調整装置
２４ 酸素濃度測定装置
２５ 再循環ガス性状調整装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気から酸素を分離する酸素製造設備と、
石炭を乾燥粉砕する石炭粉砕ミルと、
前記酸素製造設備で製造された酸素により乾燥粉砕された石炭を燃焼するバーナと、
前記酸素製造設備で製造された酸素が供給されるアフターガスポートと、
前記バーナと前記アフターガスポートとを壁面に備えたボイラと、
前記ボイラからの燃焼排ガスを外部に導く煙道と、
前記煙道の中途に排ガス取入口を有し、再循環排ガスを前記石炭粉砕ミルと前記バーナと前記アフターガスポートに供給する再循環ガス供給配管と、
前記酸素製造設備からの酸素を前記バーナと前記アフターガスポートに供給する酸素供給配管とを有した酸素燃焼ボイラシステムであって、
前記煙道に設置された乾式脱塵装置の下流側に前記排ガス取入口が設置され、
前記アフターガスポートに供給する酸素の濃度を前記バーナに供給する酸素の濃度より低下させる再循環ガス性状調整装置を有することを特徴とする酸素燃焼ボイラシステム。
【請求項２】
請求項１記載の酸素燃焼ボイラシステムであって、
前記排ガス取入口が前記乾式脱塵装置の下流側、且つ、水分除去装置の下流側に設置されることを特徴とする酸素燃焼ボイラシステム。
【請求項３】
請求項１記載の酸素燃焼ボイラシステムであって、
前記排ガス取入口が前記乾式脱塵装置の下流側、且つ、第１の水分除去装置の上流側に設置され、
前記再循環ガス供給配管の配管中途に、第２の水分除去装置を有することを特徴とする酸素燃焼ボイラシステム。
【請求項４】
空気から酸素を分離する酸素製造設備と、
石炭を乾燥粉砕する石炭粉砕ミルと、
前記酸素製造設備で製造された酸素により乾燥粉砕された石炭を燃焼するバーナと、
前記酸素製造設備で製造された酸素が供給されるアフターガスポートと、
前記バーナと前記アフターガスポートとを壁面に備えたボイラと、
前記ボイラからの燃焼排ガスを外部に導く煙道と、
前記煙道の中途に２つの排ガス取入口を有し、それぞれの前記排ガス取入口から取り入れた再循環排ガスを前記ボイラに供給する再循環ガス供給配管と、
前記酸素製造設備からの酸素を前記バーナと前記アフターガスポートに供給する酸素供給配管とを有した酸素燃焼ボイラシステムであって、
前記煙道に設置され、乾式脱塵装置の下流側に配置された第１の前記排ガス取入口と、冷却脱水塔の下流側に配置された第２の前記排ガス取入口と、
前記再循環ガス供給配管は、前記第１の排ガス取入口から取り入れた排ガスを前記アフターガスポートに供給する第１の系統、及び前記第２の排ガス取入口から取り入れた排ガスを前記バーナに供給する第２の系統を備えると共に、
前記アフターガスポートに供給する酸素の濃度を前記バーナに供給する酸素の濃度より低下させる再循環ガス性状調整装置を有することを特徴とする酸素燃焼ボイラシステム。
【請求項５】
空気から酸素を分離する酸素製造設備と、
石炭を乾燥粉砕する石炭粉砕ミルと、
前記酸素製造設備で製造された酸素により乾燥粉砕された石炭を燃焼するバーナと、
前記酸素製造設備で製造された酸素が供給されるアフターガスポートと、
前記バーナと前記アフターガスポートとを壁面に備えたボイラと、
前記ボイラからの燃焼排ガスを外部に導く煙道と、
前記煙道の中途に排ガス取入口を有し、再循環排ガスを前記石炭粉砕ミルと前記バーナと前記アフターガスポートに供給する再循環ガス供給配管と、
前記再循環ガス供給配管によって前記石炭粉砕ミル，前記バーナ、及び前記アフターガスポートに排ガスを供給する配管に、前記酸素製造設備からの酸素を供給する酸素供給配管とを有した酸素燃焼ボイラシステムの制御方法であって、
前記煙道に設置された乾式脱塵装置の下流側から排ガスを取り入れ、
前記アフターガスポートに供給する酸素の濃度を前記バーナに供給する酸素の濃度より低下させることを特徴とする酸素燃焼ボイラシステムの制御方法。
【請求項１】
空気から酸素を分離する酸素製造設備と、
石炭を乾燥粉砕する石炭粉砕ミルと、
前記酸素製造設備で製造された酸素により乾燥粉砕された石炭を燃焼するバーナと、
前記酸素製造設備で製造された酸素が供給されるアフターガスポートと、
前記バーナと前記アフターガスポートとを壁面に備えたボイラと、
前記ボイラからの燃焼排ガスを外部に導く煙道と、
前記煙道の中途に排ガス取入口を有し、再循環排ガスを前記石炭粉砕ミルと前記バーナと前記アフターガスポートに供給する再循環ガス供給配管と、
前記酸素製造設備からの酸素を前記バーナと前記アフターガスポートに供給する酸素供給配管とを有した酸素燃焼ボイラシステムであって、
前記煙道に設置された乾式脱塵装置の下流側に前記排ガス取入口が設置され、
前記アフターガスポートに供給する酸素の濃度を前記バーナに供給する酸素の濃度より低下させる再循環ガス性状調整装置を有することを特徴とする酸素燃焼ボイラシステム。
【請求項２】
請求項１記載の酸素燃焼ボイラシステムであって、
前記排ガス取入口が前記乾式脱塵装置の下流側、且つ、水分除去装置の下流側に設置されることを特徴とする酸素燃焼ボイラシステム。
【請求項３】
請求項１記載の酸素燃焼ボイラシステムであって、
前記排ガス取入口が前記乾式脱塵装置の下流側、且つ、第１の水分除去装置の上流側に設置され、
前記再循環ガス供給配管の配管中途に、第２の水分除去装置を有することを特徴とする酸素燃焼ボイラシステム。
【請求項４】
空気から酸素を分離する酸素製造設備と、
石炭を乾燥粉砕する石炭粉砕ミルと、
前記酸素製造設備で製造された酸素により乾燥粉砕された石炭を燃焼するバーナと、
前記酸素製造設備で製造された酸素が供給されるアフターガスポートと、
前記バーナと前記アフターガスポートとを壁面に備えたボイラと、
前記ボイラからの燃焼排ガスを外部に導く煙道と、
前記煙道の中途に２つの排ガス取入口を有し、それぞれの前記排ガス取入口から取り入れた再循環排ガスを前記ボイラに供給する再循環ガス供給配管と、
前記酸素製造設備からの酸素を前記バーナと前記アフターガスポートに供給する酸素供給配管とを有した酸素燃焼ボイラシステムであって、
前記煙道に設置され、乾式脱塵装置の下流側に配置された第１の前記排ガス取入口と、冷却脱水塔の下流側に配置された第２の前記排ガス取入口と、
前記再循環ガス供給配管は、前記第１の排ガス取入口から取り入れた排ガスを前記アフターガスポートに供給する第１の系統、及び前記第２の排ガス取入口から取り入れた排ガスを前記バーナに供給する第２の系統を備えると共に、
前記アフターガスポートに供給する酸素の濃度を前記バーナに供給する酸素の濃度より低下させる再循環ガス性状調整装置を有することを特徴とする酸素燃焼ボイラシステム。
【請求項５】
空気から酸素を分離する酸素製造設備と、
石炭を乾燥粉砕する石炭粉砕ミルと、
前記酸素製造設備で製造された酸素により乾燥粉砕された石炭を燃焼するバーナと、
前記酸素製造設備で製造された酸素が供給されるアフターガスポートと、
前記バーナと前記アフターガスポートとを壁面に備えたボイラと、
前記ボイラからの燃焼排ガスを外部に導く煙道と、
前記煙道の中途に排ガス取入口を有し、再循環排ガスを前記石炭粉砕ミルと前記バーナと前記アフターガスポートに供給する再循環ガス供給配管と、
前記再循環ガス供給配管によって前記石炭粉砕ミル，前記バーナ、及び前記アフターガスポートに排ガスを供給する配管に、前記酸素製造設備からの酸素を供給する酸素供給配管とを有した酸素燃焼ボイラシステムの制御方法であって、
前記煙道に設置された乾式脱塵装置の下流側から排ガスを取り入れ、
前記アフターガスポートに供給する酸素の濃度を前記バーナに供給する酸素の濃度より低下させることを特徴とする酸素燃焼ボイラシステムの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１０７１２９（Ｐ２０１０−１０７１２９Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８０６７５（Ｐ２００８−２８０６７５）
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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