(57)【要約】【課題】本発明の目的は、建屋内の空気及びボイラから排出する排ガスの熱を回収して利用し、効率の向上を図った酸素燃焼ボイラを提供することにある。【解決手段】本発明の酸素燃焼ボイラは、建屋の上部にタービンを内部に備えた排気用空気ダクトを設置すると共に、排気用空気ダクトの空気取入口に開閉部材を設置し、前記建屋内に空気の温度を検出する温度検出器を設置し、ボイラを空気燃焼から酸素燃焼に切り替える操作を行う制御装置を設置して該制御装置によって前記温度検出器で検出された空気の温度に基づいて建屋内の空気を排気用空気ダクトを通じて排気し、この空気の排気で排気用空気ダクト内に設置された発電用タービンで発電することで建屋内の排熱を有効利用できる。【選択図】図１
2011247553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼して生成した燃焼ガスを熱源として蒸気を発生させるボイラであって、ボイラを構成する火炉は燃料と空気を燃焼させる空気燃焼と、火炉から排出した二酸化炭素を主成分とする排ガスと酸素とを混合して形成した支燃ガスで燃料を燃焼させる酸素燃焼との双方が可能な酸素燃焼ボイラにおいて、
ボイラの火炉を内部に収容する建屋内に、ボイラに供給する空気の空気取り入れ口を有する空気ダクトを配設し、
この空気ダクトの下流側に前記火炉から排出する排ガスを熱源として該空気ダクトを通じて供給した空気を昇温してボイラに供給する熱交換器を設け、
前記熱交換器の上流側の空気ダクトに前記火炉から排出する排ガスの一部を導く循環ガスダクトが接続するように配設し、
空気から分離した酸素を製造する酸素製造装置を設置して、ボイラを酸素燃焼させる際に酸素製造装置で製造した酸素と循環ガスダクトで導かれた排ガスとを混合させた支燃ガスを火炉に供給して燃料を燃焼させるように構成し、
建屋の上部にタービンを内部に備えた排気用空気ダクトを設置すると共に、排気用空気ダクトの空気取入口に開閉部材を設置し、
前記建屋内に空気の温度を検出する温度検出器を設置し、
ボイラを空気燃焼から酸素燃焼に切り替える操作を行う制御装置を設置して該制御装置によって前記温度検出器で検出された空気の温度に基づいて建屋内の空気を排気用空気ダクトを通じて排気する空気の流量を調節し、前記空気ダクトを流下して熱交換器に供給される空気の流量及び前記循環ガスダクトを通じて供給される排ガスの流量をそれぞれ調節することを特徴とする酸素燃焼ボイラ。
【請求項２】
燃料を燃焼して生成した燃焼ガスを熱源として蒸気を発生させるボイラであって、ボイラを構成する火炉は燃料と空気を燃焼させる空気燃焼と、火炉から排出した二酸化炭素を主成分とする排ガスと酸素とを混合して形成した支燃ガスで燃料を燃焼させる酸素燃焼との双方が可能な酸素燃焼ボイラにおいて、
ボイラの火炉を内部に収容する建屋内に、ボイラに供給する空気の空気取り入れ口を有する空気ダクトを配設し、
この空気ダクトの下流側に前記火炉から排出する排ガスを熱源として該空気ダクトを通じて供給した空気を昇温してボイラに供給する熱交換器を設け、
前記熱交換器の下流側の空気ダクトに前記火炉から排出する排ガスの一部を導く循環ガスダクトが接続するように配設し、
空気から分離した酸素を製造する酸素製造装置を設置して、ボイラを酸素燃焼させる際に酸素製造装置で製造した酸素と循環ガスダクトで導かれた排ガスとを混合させた支燃ガスを火炉に供給して燃料を燃焼させるように構成し、
熱交換器の下流側の空気ダクトから分岐した分岐配管を通じて導かれた空気を熱源としたヒートポンプを設置し、
前記建屋内に空気の温度を検出する温度検出器を設置し、
ボイラを空気燃焼から酸素燃焼に切り替える操作を行う制御装置を設置して該制御装置によって前記温度検出器で検出された空気の温度に基づいて分岐配管を通じてヒートポンプに供給する空気の流量を調節し、前記空気ダクトを流下して熱交換器に供給される空気の流量及び前記循環ガスダクトを通じて供給される排ガスの流量をそれぞれ調節することを特徴とする酸素燃焼ボイラ。
【請求項３】
燃料を燃焼して生成した燃焼ガスを熱源として蒸気を発生させるボイラであって、ボイラを構成する火炉は燃料と空気を燃焼させる空気燃焼と、火炉から排出した二酸化炭素を主成分とする排ガスと酸素とを混合して形成した支燃ガスで燃料を燃焼させる酸素燃焼との双方が可能な酸素燃焼ボイラにおいて、
ボイラの火炉を内部に収容する建屋内に、ボイラに供給する空気の空気取り入れ口を有する空気ダクトを配設し、
この空気ダクトの下流側に前記火炉から排出する排ガスを熱源として該空気ダクトを通じて供給した空気を昇温してボイラに供給する熱交換器を設け、
前記熱交換器に前記火炉から排出する排ガスの一部を導く循環ガスダクトを接続すると共に、該熱交換器の下流側の空気ダクトに前記循環ガスダクトが接続するように配設し、
空気から分離した酸素を製造する酸素製造装置を設置して、ボイラを酸素燃焼させる際に酸素製造装置で製造した酸素と循環ガスダクトで導かれた排ガスとを混合させた支燃ガスを火炉に供給して燃料を燃焼させるように構成し、
熱交換器の下流側の空気ダクトから分岐した分岐配管を通じて導かれた空気を熱源としたヒートポンプを設置し、
前記建屋内に空気の温度を検出する温度検出器を設置し、
ボイラを空気燃焼から酸素燃焼に切り替える操作を行う制御装置を設置して該制御装置によって前記温度検出器で検出された空気の温度に基づいて分岐配管を通じてヒートポンプに供給する空気の流量を調節し、前記空気ダクトを流下して熱交換器に供給される空気の流量及び前記循環ガスダクトを通じて供給される排ガスの流量をそれぞれ調節することを特徴とする酸素燃焼ボイラ。
【請求項４】
請求項１に記載の酸素燃焼ボイラにおいて、建屋上部に空気中の二酸化炭素の濃度を検出する二酸化炭素検出器を設置し、前記制御装置によって前記二酸化炭素検出器で検出された空気中の二酸化炭素の濃度に基づいて建屋内の空気を排気用空気ダクトを通じて排気する空気の流量を調節し、前記空気ダクトを流下して熱交換器に供給される空気の流量及び前記循環ガスダクトを通じて供給される排ガスの流量をそれぞれ調節するように構成されていることを特徴とする酸素燃焼ボイラ。
【請求項５】
請求項２項又は請求項３に記載の酸素燃焼ボイラにおいて、建屋上部に空気中の二酸化炭素の濃度を検出する二酸化炭素検出器を設置し、前記制御装置によって前記二酸化炭素検出器で検出された二酸化炭素の濃度に基づいて分岐配管を通じてヒートポンプに供給する空気の流量を調節し、前記空気ダクトを流下して熱交換器に供給される空気の流量及び前記循環ガスダクトを通じて供給される排ガスの流量をそれぞれ調節するように構成されていることを特徴とする酸素燃焼ボイラ。
【請求項６】
請求項１に記載の酸素燃焼ボイラにおいて、前記制御装置によって操作される建屋内の空気を排気用空気ダクトを通じて排気する空気の流量を調節は排気用空気ダクトの空気取入口に設置された開閉部材の開閉を制御して行われ、空気ダクトを流下して熱交換器に供給される空気の流量の調節は前記空気ダクトに設置された第１のダンパの開閉及び第１の吸引ファンの運転を制御して行われ、循環ガスダクトを通じて供給される排ガスの流量の調節は前記循環ガスダクトに設置された第２のダンパの開閉を制御して行われることを特徴とする酸素燃焼ボイラ。
【請求項７】
請求項２又は請求項３に記載の酸素燃焼ボイラにおいて、前記制御装置によって操作される分岐配管を通じてヒートポンプに供給する空気の流量を調節は前記分岐配管に設置された第１のダンパの開閉を制御して行われ、空気ダクトを流下して熱交換器に供給される空気の流量の調節は前記空気ダクトに設置された第２のダンパの開閉及び第１の吸引ファンの運転を制御して行われ、循環ガスダクトを通じて供給される排ガスの流量の調節は前記循環ガスダクトに設置された第２の吸引ファンの運転を制御して行われることを特徴とする酸素燃焼ボイラ。
【請求項８】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の酸素燃焼ボイラにおいて、前記酸素燃焼ボイラの火炉の下流側に火炉から排出される排ガスの排ガス処理装置として脱硝装置、脱塵装置、脱硫装置が順次備え付けられており、火炉から出た排ガスは脱硝装置、脱塵装置、脱硫装置の順に導かれて排ガス処理され、前記脱硫装置の下流側にこの排ガス処理された排ガスに含まれるＣＯ２を分離・回収するＣＯ２回収装置が設置されていることを特徴とする酸素燃焼ボイラ。  
【請求項９】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の酸素燃焼ボイラにおいて、前記ボイラの火炉に設置された過熱器及び再熱器から発生させた蒸気で駆動される蒸気タービンが設置されており、排熱利用装置として蒸気タービンに設置されている復水器から火炉に設置された節炭器に復水を供給する給水ポンプとの間にこの復水を加熱するヒートポンプを設置して前記空気ダクトを流入した空気を前記ヒートポンプの加熱媒体として供給するように構成したことを特徴とする酸素燃焼ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラの排熱を効率的に回収する素燃焼ボイラに係り、特に空気燃焼と酸素燃焼が可能でボイラの排熱を効率的に回収する酸素燃焼ボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電システムは現在、世界の電力エネルギーの電力エネルギーの安定供給電として重要な役割を占めている。火力発電用燃料としては、石油、天然ガス、石炭が使用されており、特に石炭は採掘可能埋蔵量が多く、今後も重要が伸びると予想される。
【０００３】
しかし、石炭火力発電には、石油・天然ガスと比較してＣＯ２排出原単価が大きいという重大な問題がある。そのため、石炭火力発電システムから大気中に排出されるＣＯ２排出量を低減することは、地球温暖化を防止するうえで重要な課題である。
【０００４】
そこで、石炭火力発電システムから排出されるＣＯ２の排出量を大幅に削減する手段がすでに複数提案されている。その中でも酸素燃焼ボイラシステムは、燃焼排ガス中に多量に発生するＣＯ２も高効率で分離除去する有望な方法の一つとして世界的に開発が進められている。
通常の石炭燃焼ボイラは燃料の石炭の燃焼に空気を支燃ガスとして利用しており、燃焼排ガスの多くは窒素ガスである。そのため、燃焼排ガス中のＣＯ２濃度は低く、この排ガスからＣＯ２を分離して回収することが難しい。
【０００５】
そこで、特開２００７―１４７１６２号公報に記載されているような酸素燃焼ボイラでは、排ガス処理した燃焼排ガスの一部を酸素製造装置で生成した高純度の酸素と混合し、酸素濃度を調整したものを燃料の石炭を燃焼させる支燃ガスとして用いている。
【０００６】
そのため、排ガス中のＣＯ２濃度が空気燃焼と比べて高くなり、排ガスからＣＯ２を容易に分離して回収することができる。
【０００７】
ところで、空気燃焼ボイラでは、効率向上が環境負荷を低下させるために重要な課題である。そのため、温度の低い媒体からのエネルギーを回収する方法が提案されている。例えば、ボイラを内部に収容した建屋内の排熱を利用するために建屋内の空気を取り込み、ボイラで燃料を燃焼させる支燃ガスとして利用している。
【０００８】
また、特開２００４−２５１１２５号公報に記載されているように、火力発電プラントの蒸気タービン設備では蒸気タービンで仕事をした蒸気は復水器に排気されるが、この復水器にはヒートポンプの冷媒である液体の二酸化炭素が循環しているので、復水器にて排気された蒸気を液体の二酸化炭素と熱交換させて蒸気の排熱を熱回収すると共に、膨張機で膨張して温度が低下した液体の二酸化炭素を復水器に供給して冷却する構成の排熱回収システムも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７―１４７１６２号公報
【特許文献２】特開２００４−２５１１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記した空気燃焼ボイラでは、ボイラで燃料を燃焼させる支燃ガスとして、ボイラを収容した建屋内の上部の空気をファンよって吸引し、火炉から排出する排ガスと熱交換させて昇温させた後に火炉に設けたバーナ部やアフタエアポート部から火炉内に供給している。
【００１１】
ところで、特開２００７―１４７１６２号公報に示されたような排ガス再循環を採用した酸素燃焼ボイラでは、ボイラから排出された排ガスをボイラに再循環させて酸素製造装置で製造された酸素と混合させた混合ガスを燃料の酸素燃焼時に支燃ガスとして使用するため、ボイラを内部に収容した建屋内の空気はボイラに循環されない。
【００１２】
しかしながら、建屋内の空気を循環、あるいは換気するためには、単に空気を排気する換気を行うだけではボイラから大量の排熱を捨てることになり、ボイラ効率（投入した熱量に対する利用した熱量の割合）の低下を招くという課題がある。
【００１３】
本発明の目的は、建屋内の空気及びボイラから排出する排ガスの熱を回収して利用し、効率の向上を図った酸素燃焼ボイラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の酸素燃焼ボイラは、燃料を燃焼して生成した燃焼ガスを熱源として蒸気を発生させるボイラであって、ボイラを構成する火炉は燃料と空気を燃焼させる空気燃焼と、火炉から排出した二酸化炭素を主成分とする排ガスと酸素とを混合して形成した支燃ガスで燃料を燃焼させる酸素燃焼との双方が可能な酸素燃焼ボイラにおいて、ボイラの火炉を内部に収容する建屋内に、ボイラに供給する空気の空気取り入れ口を有する空気ダクトを配設し、この空気ダクトの下流側に前記火炉から排出する排ガスを熱源として該空気ダクトを通じて供給した空気を昇温してボイラに供給する熱交換器を設け、前記熱交換器の上流側の空気ダクトに前記火炉から排出する排ガスの一部を導く循環ガスダクトが接続するように配設し、空気から分離した酸素を製造する酸素製造装置を設置して、ボイラを酸素燃焼させる際に酸素製造装置で製造した酸素と循環ガスダクトで導かれた排ガスとを混合させた支燃ガスを火炉に供給して燃料を燃焼させるように構成し、建屋の上部にタービンを内部に備えた排気用空気ダクトを設置すると共に、排気用空気ダクトの空気取入口に開閉部材を設置し、前記建屋内に空気の温度を検出する温度検出器を設置し、ボイラを空気燃焼から酸素燃焼に切り替える操作を行う制御装置を設置して該制御装置によって前記温度検出器で検出された空気の温度に基づいて建屋内の空気を排気用空気ダクトを通じて排気する空気の流量を調節し、前記空気ダクトを流下して熱交換器に供給される空気の流量及び前記循環ガスダクトを通じて供給される排ガスの流量をそれぞれ調節することを特徴とする。
【００１５】
また本発明の酸素燃焼ボイラは、燃料を燃焼して生成した燃焼ガスを熱源として蒸気を発生させるボイラであって、ボイラを構成する火炉は燃料と空気を燃焼させる空気燃焼と、火炉から排出した二酸化炭素を主成分とする排ガスと酸素とを混合して形成した支燃ガスで燃料を燃焼させる酸素燃焼との双方が可能な酸素燃焼ボイラにおいて、ボイラの火炉を内部に収容する建屋内に、ボイラに供給する空気の空気取り入れ口を有する空気ダクトを配設し、この空気ダクトの下流側に前記火炉から排出する排ガスを熱源として該空気ダクトを通じて供給した空気を昇温してボイラに供給する熱交換器を設け、前記熱交換器の下流側の空気ダクトに前記火炉から排出する排ガスの一部を導く循環ガスダクトが接続するように配設し、空気から分離した酸素を製造する酸素製造装置を設置して、ボイラを酸素燃焼させる際に酸素製造装置で製造した酸素と循環ガスダクトで導かれた排ガスとを混合させた支燃ガスを火炉に供給して燃料を燃焼させるように構成し、熱交換器の下流側の空気ダクトから分岐した分岐配管を通じて導かれた空気を熱源としたヒートポンプを設置し、前記建屋内に空気の温度を検出する温度検出器を設置し、ボイラを空気燃焼から酸素燃焼に切り替える操作を行う制御装置を設置して該制御装置によって前記温度検出器で検出された空気の温度に基づいて分岐配管を通じてヒートポンプに供給する空気の流量を調節し、前記空気ダクトを流下して熱交換器に供給される空気の流量及び前記循環ガスダクトを通じて供給される排ガスの流量をそれぞれ調節することを特徴とする。
【００１６】
また本発明の酸素燃焼ボイラは、燃料を燃焼して生成した燃焼ガスを熱源として蒸気を発生させるボイラであって、ボイラを構成する火炉は燃料と空気を燃焼させる空気燃焼と、火炉から排出した二酸化炭素を主成分とする排ガスと酸素とを混合して形成した支燃ガスで燃料を燃焼させる酸素燃焼との双方が可能な酸素燃焼ボイラにおいて、ボイラの火炉を内部に収容する建屋内に、ボイラに供給する空気の空気取り入れ口を有する空気ダクトを配設し、この空気ダクトの下流側に前記火炉から排出する排ガスを熱源として該空気ダクトを通じて供給した空気を昇温してボイラに供給する熱交換器を設け、前記熱交換器に前記火炉から排出する排ガスの一部を導く循環ガスダクトを接続すると共に、該熱交換器の下流側の空気ダクトに前記循環ガスダクトが接続するように配設し、空気から分離した酸素を製造する酸素製造装置を設置して、ボイラを酸素燃焼させる際に酸素製造装置で製造した酸素と循環ガスダクトで導かれた排ガスとを混合させた支燃ガスを火炉に供給して燃料を燃焼させるように構成し、熱交換器の下流側の空気ダクトから分岐した分岐配管を通じて導かれた空気を熱源としたヒートポンプを設置し、前記建屋内に空気の温度を検出する温度検出器を設置し、ボイラを空気燃焼から酸素燃焼に切り替える操作を行う制御装置を設置して該制御装置によって前記温度検出器で検出された空気の温度に基づいて分岐配管を通じてヒートポンプに供給する空気の流量を調節し、前記空気ダクトを流下して熱交換器に供給される空気の流量及び前記循環ガスダクトを通じて供給される排ガスの流量をそれぞれ調節することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、建屋内の空気及びボイラから排出する排ガスの熱を回収して利用し、効率の向上を図った酸素燃焼ボイラが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施例である酸素燃焼ボイラの概略構成図。
【図２】図１に示した第１実施例の酸素燃焼ボイラの制御に用いられる制御システムの概略図。
【図３】本発明の第２実施例である酸素燃焼ボイラの概略構成図。
【図４】図３に示した第２実施例の酸素燃焼ボイラの制御に用いられる制御システムの概略図。
【図５】本発明の第３実施例である酸素燃焼ボイラの概略構成図。
【図６】図５に示した第３実施例の酸素燃焼ボイラの制御に用いられる制御システムの概略図。
【図７】図１、図３及び図５に示した本発明の各実施例の酸素燃焼ボイラに設置されている蒸気タービンとヒートポンプを備えた発電プラントシステムの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施例である酸素燃焼ボイラについて、図面を参照して以下に説明する。
【実施例１】
【００２０】
本発明を石炭焚ボイラに適用した第１実施例である酸素燃焼ボイラについて、図１及び図２を用いて説明する。図１は本発明の第１実施例である酸素燃焼ボイラの構成を示す概略構成図であり、図２は図１の実施例の酸素燃焼ボイラを制御する制御システムの概略図である。
図１及び図２に示した本実施例の酸素燃焼ボイラは、空気燃焼から酸素燃焼に切り替えて使用することが可能なボイラである。
【００２１】
本実施例の酸素燃焼ボイラは、ボイラを構成する火炉２を内部に収容するボイラ建屋１を備えており、火炉２の壁面には燃料８と酸素１９を火炉２内に吹き込んで燃焼させて燃焼ガス１６を発生させるバーナ部１０２及び二段燃焼用のアフタエアを供給するアフタエアポート部１０１が設置されている。
【００２２】
火炉２には、火炉内で発生させた燃焼ガス１６によって水管内の蒸気を加熱する過熱器１１２、再熱器１１３、及び節炭器１１４が火炉２内を流下する燃焼ガスの流れ方向に沿って順次設置されている。
【００２３】
ボイラ建屋１の周囲には、燃料の石炭を粉砕して火炉に設けたバーナ部１０２に供給する石炭供給装置３と、空気から酸素を分離した燃焼用酸素１９を供給する酸素製造装置１３が設置されている。
【００２４】
火炉２の出口には熱交換によって温度が低下した燃焼ガス１６を排ガス１８として排出する排ガスダクト１１が配設されており、この排ガスダクト１１の上流側には排ガス１８中のＮＯｘを除去する脱硝装置４が、下流側には流下する排ガス１８を熱源とする熱交換器１００がそれぞれ設置されている。
【００２５】
建屋１の内部には、ボイラを空気燃焼方式から酸素燃焼方式に切り替えた際に燃料を燃焼させる支燃ガスとして、火炉２から排出された排ガス１８の一部を導入して前記熱交換器１００に供給する循環用空気ダクト１０が配設されている。
【００２６】
空気燃焼方式で燃焼させるボイラの起動時には、この建屋１内の上部に配設された循環用空気ダクト１０の先端に設けた空気取入れ口１１１ａから建屋１内の空気１４を前記循環用空気ダクト１０の内部に導入し、この導入した空気１４を熱交換器１００によって排ガス１８を熱源として昇温した後に、前記熱交換器１０から循環用空気ダクト１０ａを通じて火炉２に設けたバーナ部１０２とアフタエアポート部１０１とに昇温した空気１４を、ボイラを空気燃焼方式で燃焼させる場合の支燃ガスとしてそれぞれ供給する。また、前記循環用空気ダクト１０には支燃ガスを吸引するためのファン１０３が設置されている。
【００２７】
火炉２から排出された排ガス１８を精製するための機器として、排ガス１８中のＮＯｘを除去する前記脱硝装置４の下流側の排ガスダクト１１には、脱塵装置５と、排ガス１８中のＳＯｘを除去する脱硫装置６とが順次設置されており、脱硫装置６を流下した排ガス１８は煙突７から大気中に放出される。
【００２８】
脱硫装置６を流下した排ガス１８の一部は、排ガスダクト１１から分岐してＣＯ２回収設備９に供給され、このＣＯ２回収設備９にて排ガス１８中のＣＯ２を分離して回収している。
【００２９】
前記脱塵装置５と硫装置６との間に位置する排ガスダクト１１から分岐し、脱塵装置５を経た排ガス１８の一部をボイラを酸素燃焼方式で燃焼する場合の支燃ガスとして使用するために、前記循環用空気ダクト１０に接続してボイラに再循環させる循環ガスダクト１２が配設されている。
【００３０】
前記循環用空気ダクト１０には、循環ガスダクト１２が接続する上流側の位置に燃焼用ガスの組成を調節するための空気調節ダンパ１０４ａが設置されている。また、循環ガスダクト１２にも、燃焼用ガスの組成を調節するための空気調節ダンパ１０４ｂが設置されている。
【００３１】
建屋１の上部には、建屋１内の空気を排気するための排気用空気ダクト１０７が設置され、この排気用空気ダクト１０７の内部には排気される空気のエネルギーを利用して発電する発電用タービン１０６が設置され、排気用空気ダクト１０７の空気取入れ口１１１ｂには該排気用空気ダクト１０７の開閉を制御する開閉板１０８が設置されている。
【００３２】
建屋１内の上部に配設された循環用空気ダクト１０には、循環用空気ダクト１０に導入した建屋１内の空気の温度を検出する温度センサ１１０が設置されており、更に、建屋１内の上部に建屋１内の空気中のＣＯ２の濃度を検出するＣＯ２センサ１０９が設置されている。
【００３３】
本実施例の酸素燃焼ボイラには、酸素燃焼ボイラの各操作機器を操作する制御装置１５が設置されており、前記温度センサ１１０及びＣＯ２センサ１０９で検出した建屋１内の空気の温度及び空気中のＣＯ２の濃度に基づいて前記制御装置１５を制御して空気燃焼方式から酸素燃焼方式に切り替える本実施例の酸素燃焼ボイラの運転を制御する。
【００３４】
前記制御装置１５による制御システムの詳細は図２に示されているが、前記制御装置１５からの操作信号によって循環用空気ダクト１０に設けたダンパ１０４ａの開度、及び循環用ガスダクト１２に設けたダンパ１０４ｂの開度をそれぞれ制御し、循環用空気ダクト１０に設けたファン１０３の吸引力を制御する。
【００３５】
前記制御装置１５は酸素製造設備１３の運転も制御しており、更に排気用空気ダクト１０７の空気取入れ口１１１ｂに設けた開閉板１０８の開度も制御している。
【００３６】
制御装置１１５による制御システムでは、図２に示すように制御装置１１５に各種操作機器に出力する操作信号を演算する制御器１１６を備えており、空気燃焼方式から酸素燃焼方式にボイラの運転を切り替える際に、前記温度センサ１１０で検出した循環用空気ダクト１０に導入された空気温度の検出値、及び前記ＣＯ２センサ１０９で検出した建屋１内のＣＯ２濃度の検出値に基づき、前記制御器１１６にて各種操作機器に対する最適な操作信号を夫々演算して出力し、制御器１１６から各種操作機器であるダンパ１０４ａ、ダンパ１０４ｂの開度の調整、開閉板１０８の開度の調整、酸素製造装置１３の運転、及びファン１０３の運転を制御する各操作信号を出力するように機能している。
【００３７】
即ち、制御装置１１５の制御システムにおいては、排気用空気ダクト１０７の空気取入れ口１１１ｂの近傍に設けた温度センサ１１０で検出した建屋１内の空気の温度の検出値が、通常運転時の空気温度である５０℃〜６０℃よりも上昇して例えば７０℃〜８０℃の高温にまで上昇した場合に、温度センサ１１０の検出温度に基づいて制御装置１１５の制御器１１６で演算して出力される操作信号によって建屋１に設けた排気用空気ダクト１０７の空気取入れ口１１１ｂの開閉板１０８の開度を開き、建屋１内の空気を排気用空気ダクト１０７を通じて建屋１外に排出することで、建屋１内の空気を換気して建屋内の空気の温度を通常の空気温度である５０℃〜６０℃にまで低下させる。
【００３８】
同様に、制御装置１１５の制御システムにおいては、建屋１内の上部に設置された排気用空気ダクト１０７の空気取入れ口１１１ｂの近傍に設けたＣＯ２センサ１０９で検出した建屋１内の空気中のＣＯ２濃度の検出値が、設定値のＣＯ２濃度である約１％のＣＯ２濃度よりも上昇した場合に、ＣＯ２センサ１０９の検出濃度に基づいて制御装置１１５の制御器１１６で演算して出力される操作信号によって排気用空気ダクト１０７の空気取入れ口１１１ｂに設けた開閉板１０８の開度を開き、建屋１内の空気を排気用空気ダクト１０７を通じて建屋１外に排出することで、建屋１内の空気を換気して建屋内の空気中のＣＯ２濃度を操作員に危険の無いＣＯ２濃度である約１％未満のＣＯ２濃度にまで低下させている。
【００３９】
同時に制御装置１１５の制御器１１６から出力される操作信号によって、酸素製造装置１３の運転を停止し、循環用空気ダクト１０に設けたダンパ１０４ａと、循環ガスダクト１２に設けたダンパ１０４ｂをそれぞれ閉じて、火炉２のアフタエアポート部１０１とバーナ部１０２に供給される支燃ガスの供給を止めることで酸素燃焼ボイラの運転を止めることができる。
【００４０】
また、制御装置１１５の制御システムでは、建屋１の上部に配設された循環用空気ダクト１０に設けた温度センサ１１０によって建屋１内の空気の温度を検出しているので、ボイラの運転を空気燃焼方式から酸素燃焼方式へ切り替えて、建屋１内の空気の温度が所定の温度よりも上昇した場合に、制御器１１６で温度設定値と比較演算した偏差温度に基づいて出力される操作信号によってファン１０３の出力を大きくし、循環用空気ダクト１０に導入された空気１４の換気量を増やすことができる。
【００４１】
次に本実施例の酸素燃焼ボイラに設置した制御装置１５による酸素燃焼ボイラの制御方法について以下に詳細に説明する。
【００４２】
図１及び図２に示した酸素燃焼ボイラ及び制御装置１５において、空気燃焼方式によってボイラを運転するボイラの運転開始時は、制御装置１１５の制御システムを構成する制御器１１６で演算され出力された操作信号によって循環用空気ダクト１０のダンパ１０４ａを全開に操作し、循環ガスダクト１２のダンパ１０４ｂと排気用空気ダクト１０７の空気取入れ口１１１ｂに設けた開閉板１０８を全閉にそれぞれ操作して、燃料である石炭を空気ダクト１０から空気ダクト１０ａ、１０ｂを経由して供給した空気によってバーナ部１０２、アフタエアポート部１０１へ搬送し、火炉２内で燃料を空気で燃焼させる空気燃焼方式によってボイラを運転する。
【００４３】
この空気燃焼方式で運転するボイラで火炉２内に供給した空気によって石炭を燃焼させた場合、火炉２の出口から排出される排ガス１８は、ＮＯｘ、ＳＯｘ、ＣＯ２、水蒸気等を含んでいる。この排ガス１８は、前述したように、脱硝装置４、脱塵装置５、脱硫装置６によって排ガス処理され、煙突７から大気中に放出される。
【００４４】
そして、空気燃焼方式でボイラを運転する火炉２の収熱が安定した段階で、ボイラの運転を空気燃焼方式から酸素燃焼方式に移行させて酸素燃焼方式のボイラ運転に切り替えた場合には、制御装置１１５による操作に基づいて酸素製造設備１３で空気から分離させて製造した酸素１９を少しずつ火炉２内に取り込んで燃料の石炭を燃焼させる。
【００４５】
この際に、制御装置１１５の制御器１０６による操作によって、建屋１内の空気を火炉２に供給するために空気を取り込む循環用空気ダクト１０に設けたダンパ１０４ａを閉じ、火炉２から排出された排ガス１８を火炉２に供給するために排ガス１８の一部を取り込む循環ガスダクト１２に設けたダンパ１０４ｂは開け、吸引ファン１０３の運転は大きくして、前記循環ガスダクト１２に取り込んだ排ガス１８と酸素製造設備１３で製造した酸素１９とを混合させて支燃ガス２０を形成し、この支燃ガス２０を火炉２のバーナ部１０２、アフタエアポート部１０１へ搬送して燃料の石炭を火炉２内で燃焼させることによって、ボイラを空気燃焼方式から酸素燃焼方式の運転に切り替える。
【００４６】
酸素燃焼方式で運転される酸素燃焼ボイラに供給される燃料の石炭を燃焼させる支燃ガス２０は次のようにして形成される。
【００４７】
火炉２内で燃料を燃焼して生成した燃焼ガス１６が加熱器１１２、再熱器１１３、節炭器１１３の熱源として使用された後に排ガス１８として火炉２の出口から排ガスダクト１１を通じて排出されるが、熱交換器１００の上流側となる循環用空気ダクト１０に排ガスダクト１１から分岐して排ガス１８を導く循環ガスダクト１２が接続されている。
【００４８】
よって循環ガスダクト１２を通じて流下するＣＯ２を主成分とする排ガス１８は、循環用空気ダクト１０に設けたファン１０３により吸引されて前記循環ガスダクト１２から循環用空気ダクト１０及び循環用空気ダクト１０ａを通じて火炉２のアフタエアポート部１０１とバーナ部１０２に供給して火炉２に再循環させる。
【００４９】
そして、酸素製造装置１３で空気から分離した酸素を循環用空気ダクト１０ａに供給し、この酸素と循環ダクト１２を経由して循環用空気ダクト１０ａを流下するＣＯ２を主成分とする排ガス１８とを前記循環用空気ダクト１０ａ内で混合させて支援ガス２０を形成し、この支援ガス２０を火炉２のバーナ部１０２とアフタエアポート部１０１に供給することによって、酸素燃焼方式にて燃料を燃焼させる酸素燃焼ボイラの支燃ガス２０として使用する。
【００５０】
尚、図示していないが、支燃ガス２０を形成するために使用する排ガス１８には集塵装置５で脱塵処理した後の排ガス、あるいは脱硫装置６で脱硫処理した後の排ガスを利用してもよい。
循環用空気ダクト１０に設けた吸引ファン１０３は熱交換器１００の上流側に設置されており、排ガスダクト１１から分岐した循環ガスダクト１２は、吸引ファン１０３の上流で、且つ、ダンパ１０４ａの下流側の位置で循環用空気ダクト１０と接続されている。
【００５１】
次に、酸素燃焼方式で運転する本実施例の酸素燃焼ボイラにおける建屋内の空気の温度、並びに空気中のＣＯ２の濃度に基づいた制御方法の内容について説明する。
【００５２】
酸素燃焼方式で本実施例の酸素燃焼ボイラを運転している際に、建屋１内の空気温度は５０℃〜６０℃に上昇するが、ボイラの運転を空気燃焼方式から酸素燃焼方式に切り替えた場合には、火炉２に供給する空気の取り込みは行わないので、建屋１内の空気の温度が更に上昇して約７０℃以上に上昇することになる。
【００５３】
そこで、酸素燃焼方式に切り替えてボイラを運転する場合には、温度センサ１１０で検出した建屋１内の空気１４の温度を制御装置１５に入力し、制御装置１５に設けた制御器１１６によって温度設定値（約７０℃）とこの温度センサ１１０の温度検出値とを比較して、建屋１内の空気温度が前記温度設定値よりも上昇した場合に両者の偏差温度に基づいて排気用空気ダクト１０７の空気取入れ口１１１ｂに設けた開閉板１０８を開操作して建屋１内の昇温した空気１４を排気用空気ダクト１０７を通じて外部に排気させて、建屋１内の空気の温度を所定の温度設定値（約７０℃）未満を維持するように制御する。
【００５４】
昇温した建屋１内の空気１４を制御装置１５によって空気取入れ口１１１ｂから排気用空気ダクト１０７内に取り込むことによって、排気用空気ダクト１０７内に設置された発電用タービン１０６を回転させて建屋１内の空気１４のエネルギーを電気エネルギーに変換して回収してボイラの効率を向上させる。試算によれば、ボイラ全体の効率を約０．１％程度向上させることが可能となる。
【００５５】
上記した本実施例の酸素燃焼ボイラでは、詳細な説明は省略したが、
建屋内の空気及びボイラから排出する排ガスの熱を有効に回収して効率を向上させた酸素燃焼ボイラが実現できるだけでなく、排ガスを再循環させる配管から仮にＣＯ２が漏れた場合でもボイラを内部に収容した建屋内にＣＯ２が充満することが回避できる。
【００５６】
即ち上記実施例では、酸素燃焼では燃料の燃焼時に利用されない建屋１内の空気１４及び火炉２から排出する排ガス１８の熱を有効に回収でき、ボイラ効率を向上させることができる。また、建屋１内の空気を換気できるので、ＣＯ２が仮に何らかの要因によって建屋１内に漏れた際の危険を未然に防止することができる。
【００５７】
また、何らかの要因によって建屋１内の空気中のＣＯ２濃度が上昇した場合も、先の建屋１内の空気温度の制御と同様に、ＣＯ２センサ１０９で検出した建屋１内の空気中のＣＯ２濃度に基づいて制御装置１５に設けた制御器１１６によって、ＣＯ２濃度の設定値（ＣＯ２濃度１％）とこのＣＯ２センサ１０９のＣＯ２濃度検出値とを比較して、建屋１内の空気中のＣＯ２濃度がＣＯ２濃度設定値よりも上昇した場合には両者の偏差濃度に基づいて排気用空気ダクト１０７の空気取入れ口１１１ｂに設けた開閉板１０８を開操作して建屋１内の昇温した空気１４を排気用空気ダクト１０７を通じて外部に排気させて、建屋１内の空気の温度を所定のＣＯ２濃度設定値（ＣＯ２濃度１％）未満を維持するように制御する。
【００５８】
次に本実施例の酸素燃焼ボイラで発生させた蒸気によって駆動される蒸気タービンを含めた火力発電システムについて図７を用いて説明する。
【００５９】
図７に示す蒸気タービンプラントとヒートポンプとを備えた火力発電システムは、図１に記載した第１実施例の酸素燃焼ボイラだけでなく、後述する図３及び図５に示した第２及び第３の各実施例の酸素燃焼ボイラに設置されている火力発電システムである。
【００６０】
図７に示した火力発電システムの蒸気タービンプラント１２０は酸素燃焼ボイラ１で発生させた蒸気によって駆動され、ヒートポンプ１５は酸素燃焼ボイラの建屋１から排気される空気を加熱媒体として利用した火力発電システムを示したものである。
【００６１】
図７に示した蒸気タービンプラント１２０とヒートポンプ１５とを備えた火力発電システムにおいて、酸素燃焼ボイラの建屋１の内部に火炉２が設置され、この火炉２に火力発電システムの蒸気タービンに供給する蒸気を発生させる過熱器１１２、再熱器１１３、及び節炭器１１４が備えられている。
【００６２】
前記酸素燃焼ボイラに設置された火力発電システムの蒸気タービンプラント１２０は、火炉２の過熱器１１２で発生した蒸気によって駆動される高圧蒸気タービン１２０ａ、火炉２の再熱器１１３で再加熱された蒸気によって駆動される中・低圧蒸気タービン１２０ｂ、及び前記タービンの回転力を利用して発電する発電機１２１ａ、１２１ｂ、中・低圧蒸気タービン１２０ｂから排出された蒸気を冷却して復水にする復水器１２２、復水器１２２の復水を節炭器１１４に供給する給水ポンプ１２３を備えている。
【００６３】
更に火力発電システムには、蒸気タービンプラント１２０の復水器１２２で復水にした復水を加熱するヒートポンプ１５が設けられている。
【００６４】
前記火力発電システムのヒートポンプ１５は、建屋１から排気された熱源の空気と熱交換して熱媒体２１を加熱する熱交換器１１７ａと、熱交換器１１７ａで加熱された熱媒体を圧縮する圧縮機１１８と、圧縮機１１８で圧縮した熱媒体２１を復水と熱交換して復水を昇温する熱交換器１１７ｂと、熱交換器１１７ｂで熱交換した後の熱媒体２１を膨張させて温度を低下させる膨張弁１１９とから構成されている。
【００６５】
そしてボイラ建屋１から排気された空気１４は熱源としてヒートポンプ１５の熱交換器１１７ａに導かれてヒートポンプ１５の熱媒体２１へ熱を供給する。
【００６６】
熱交換後の熱媒体２１は圧縮器１１８で圧縮されて３００〜４００℃に昇温されるが、この昇温した熱媒体２１の熱を、熱交換器１１７ｂを通じて給水ポンプ１２３から供給される復水と熱交換し、蒸気温度２５０〜３５０℃の蒸気を得て火炉２の節炭器１１４に供給している。
【００６７】
前記熱交換器１１７ｂで熱交換して発生した蒸気温度は、従来のボイラの節炭器１１４を通過した後の蒸気の温度（２５０〜３００℃）に近い温度である。
【００６８】
従って、火炉２からの排熱とヒートポンプ１５を利用して給水ポンプ１２３の下流の復水の温度を上昇させることで、火炉２の節炭器１１４で費やされる熱を少なくできる。即ち、ボイラ全体の熱効率を上げることができる。
【００６９】
以上説明したように、上記した本実施例では建屋内の空気及びボイラから排出する排ガスの熱を有効に回収して効率を向上させた酸素燃焼ボイラが実現できるだけでなく、排ガスを再循環させる配管から仮にＣＯ２が漏れた場合でもボイラを内部に収容した建屋内にＣＯ２が充満することが回避できる。
【００７０】
本実施例によれば、建屋内の空気及びボイラから排出する排ガスの熱を回収して利用し、効率の向上を図った酸素燃焼ボイラが実現できる。
【実施例２】
【００７１】
本発明を石炭焚ボイラに適用した第２実施例である酸素燃焼ボイラについて、図３及び図４を用いて説明する。図３は本発明の第２実施例である酸素燃焼ボイラの構成を示す概略構成図であり、図４は図３の実施例の酸素燃焼ボイラを制御する制御システムの概略図である。
図３及び図４に示した本実施例の酸素燃焼ボイラは、空気燃焼から酸素燃焼に切り替えて使用することが可能なボイラである。
【００７２】
本実施例の酸素燃焼ボイラは図１及び図２に示した第１実施例の酸素燃焼ボイラと基本的な構成は共通しているので、両実施例に共通した構成は省略して相違する部分のみ以下に説明する。
図３及び図４に示した本実施例の酸素燃焼ボイラにおいては、排ガスダクト１１から分岐して排ガス１８を導くファン１０３ｂを備えた循環ガスダクト１２は、熱交換器１００の下流側となる循環用空気ダクト１０に接続されている。
【００７３】
よって循環ガスダクト１２のファン１３ｂによって送給されたＣＯ２を主成分とする排ガス１８は、前記循環ガスダクト１２から循環用空気ダクト１０及び循環用空気ダクト１０ａを通じて火炉２のアフタエアポート部１０１とバーナ部１０２に供給されて火炉２に再循環される。
【００７４】
そして、酸素製造装置１３によって空気から分離して製造した酸素を循環用空気ダクト１０ａに供給して、循環ダクト１２を経由して循環用空気ダクト１０ａを流下するＣＯ２を主成分とする排ガス１８と前記酸素をこの循環用空気ダクト１０ａで混合させた混合ガスによって支援ガス２０を形成して火炉２のバーナ部１０２とアフタエアポート部１０１に供給し、酸素燃焼方式にて燃料を燃焼させる酸素燃焼ボイラの支燃ガス２０として使用している。
【００７５】
尚、本実施例では、建屋１の上部に設置される排気用空気ダクト１０７や、発電用タービン１０６、発電用タービン１０６の空気取入れ口１１１ｂ及び開閉板１０８は設置されていない。
【００７６】
更に本実施例では、前記循環用空気ダクト１０に設置される空気調節ダンパ１０４ａは熱交換器１００の下流側に配設されている。また、建屋１内の空気中のＣＯ２を検出するＣＯ２センサ１０９は循環用空気ダクト１０の先端の空気取入れ口１１１ａの近傍に設置されている。
【００７７】
そして、熱交換器１００の下流側で前記空気調節ダンパ１０４ａの上流側となる循環用空気ダクト１０から分岐配管１０ｅを通じて前記熱交換器１００にてボイラの排ガス１８で昇温された空気を熱媒体として供給されるヒートポンプ１５が設置されており、ヒートポンプ１５によってボイラの排ガスの排熱を再利用している。
【００７８】
本実施例の酸素燃焼ボイラに設置された制御装置１１５による制御システムの詳細は図４に示されているが、酸素燃焼方式に切り替えた酸素燃焼ボイラを制御装置１５によって制御知る際には、前記制御装置１１５によって酸素製造設備１３の運転を制御して製造する酸素の量を調節しているだけでなく、前記制御装置１５の制御器１６によって循環用空気ダクト１０に設けたダンパ１０４ａの開度、及びヒートポンプ１５に至る分岐配管１０ｅに設けたダンパ１０４ｃの開度を制御して供給される空気の量をそれぞれ調節する。
【００７９】
また、前記制御装置１１５の制御器１６によって排気ダクト１１から分岐して排ガスの一部をボイラに循環させる循環用ガスダクト１２に設けられたファン１０３ｂの運転を制御してその吸引力を調節し、循環用空気ダクト１０に設けられたファン１０３ａの運転を制御してその吸引力を調節する。
【００８０】
制御装置１１５の制御器１６による制御システムでも、第１実施例の制御装置１１５の制御器１６による制御と同様に、制御装置１１５には図４に示すように、ダンパ１０４ａ、１０４ｃ、ファン１０３ａ、１０３ｂ、酸素製造装置１３等の各種操作機器に出力する操作信号を演算する制御器１１６を備えており、空気燃焼方式から酸素燃焼方式にボイラの運転を切り替える際に、前記温度センサ１１０で検出した循環用空気ダクト１０に導入された空気温度の検出値、及びＣＯ２センサ１０９で検出した建屋１内の空気中のＣＯ２濃度の検出値に基づき、前記制御器１１６にて前記各種操作機器に対する最適な操作信号を夫々演算して、この制御器１１６から各種操作機器であるダンパ１０４ａ、分岐配管１０４ｅに設けたダンパ１０４ｃの開度、酸素製造装置１３の運転、及びファン１０３ｂの運転を制御する各操作信号を出力する。
【００８１】
酸素燃焼方式で本実施例の酸素燃焼ボイラを運転している際に、建屋１内の空気温度は５０℃〜６０℃に上昇するが、ボイラの運転を空気燃焼方式から酸素燃焼方式に切り替えた場合には、火炉２に供給する空気の取り込みは行わないので、建屋１内の空気の温度が更に上昇して約７０℃以上に上昇することになる。
【００８２】
そこで、酸素燃焼方式に切り替えてボイラを運転する場合には、温度センサ１１０で検出した建屋１内の空気１４の温度を制御装置１５に入力し、制御装置１５に設けた制御器１１６によって温度設定値（約７０℃）とこの温度センサ１１０の温度検出値とを比較して、建屋１内の空気温度が前記温度設定値よりも上昇した場合に両者の偏差温度に基づいて循環用空気ダクト１０に設けたファン１０３ａの出力を大きくし、循環用空気ダクト１０に設けたダンパ１０４ａを閉じ、分岐配管１０４ｅに設けたダンパ１０４ｃを開いて建屋１内の昇温した空気１４を分岐配管１０４ｅを通じてヒートポンプ１５に熱源として供給して、建屋１内の空気の温度を所定の温度設定値（約７０℃）未満を維持するように制御する。
【００８３】
本実施例の酸素燃焼ボイラにおいても、制御装置１１５の制御器１１６によってＣＯ２センサ１０９で検出したＣＯ２濃度の検出値が設定値のＣＯ２濃度である約１％のＣＯ２濃度よりも上昇した場合に、先に説明した温度センサ１１０による制御と同様に、ＣＯ２センサ１０９の検出濃度に基づいて制御装置１１５の制御器１１６で演算された操作信号を出力してダンパ１０４ａ、１０４ｃ、ファン１０３ａ、１０３ｂを夫々操作して建屋１内の空気中のＣＯ２濃度をＣＯ２濃度設定値（約１％）未満を維持するように制御する。
【００８４】
本実施例の酸素燃焼ボイラにおいては、ボイラ運転開始時は空気燃焼方式でボイラが運転できるように、前記制御装置１１５による制御システムによって循環用空気ダクト１０に設けたダンパ１０４ａを全開に、分岐配管１０ｅに設けたダンパ１０４ｃの開度を全閉にそれぞれ操作し、燃料である石炭を支燃ガスとしての空気によって火炉２のバーナ部１０２及びアフタエアポート部１０１へ搬送して燃焼させている。
【００８５】
次に火炉２における収熱が安定すると、前記制御装置１１５の制御器１１６による制御システムの運転指令によって酸素製造設備１３が稼働され、該酸素製造設備１３で製造する酸素１９を少しずつ支燃ガスの中に取り込む。
【００８６】
そして、酸素燃焼方式にボイラの運転が移行すると、前記制御装置１１５の制御器１１６からの操作指令によって循環用空気ダクト１０に設けたダンパ１０４ａを閉じ、循環用ガスダクト１２に設けたファン１０３ｂは開けて排ガス１８の一部をこの循環用ガスダクト１２、循環用空気ダクト１０ａを通じて供給し、前記酸素製造設備１３で製造した酸素１９と混合させて燃料の石炭を燃焼させる支燃ガスを形成させる。
【００８７】
この支燃ガスを火炉２のバーナ部１０２及びアフタエアポート部１０１へ搬送して燃焼させることで、ボイラを空気燃焼方式から酸素燃焼方式の切り替えが完了する。
ボイラを酸素燃焼方式で燃焼させる酸素燃焼時には支燃ガスに空気１４が含まれなくなるので、排ガス１６中のＣＯ２の割合が高くなる。そこで、脱硝装置４、脱塵装置５及び脱硫装置６で排ガス処理された排ガス１８の全部または一部をＣＯ２回収設備９に供給し、このＣＯ２回収設備９で排ガス１８のＣＯ２を分離して圧縮し、ＣＯ２を回収する。
【００８８】
循環ガスダクト１２は、熱交換器１００の下流側で循環用空気ダクト１０と接続される。また、循環ガスダクト１２を流下する循環排ガス１７は、直接、火炉２のアフタエアポート部１０１とバーナ部１０２へ導かれるものと、燃料供給装置３へ導かれるものとに分岐される。
【００８９】
火炉２のアフタエアポート部１０１とバーナ部１０２に供給される循環排ガス１７は、アフタエアポート部１０１とバーナ部１０２に導かれる前に酸素製造装置１３から供給される酸素１９と混合されて燃料を燃焼させる支燃ガスを形成する。
【００９０】
一方、循環用空気ダクト１０の空気取入れ口１１１からファン１０３ａによって吸引された空気は、分岐配管１０ｅを通じて排熱利用装置であるヒートポンプ１５へ導かれ、このヒートポンプ１５によって火炉２から排出される排ガス１８の排熱を有効に利用する。
【００９１】
前記温度センサ１１０で検出した循環用空気ダクト１０に導入された空気温度の検出値、及び前記ＣＯ２センサ１０９で検出した建屋１内のＣＯ２濃度の検出値に基づき、前記制御器１１６にて各種操作機器に対する最適な操作信号を夫々演算して出力し、制御器１１６から各種操作機器であるダンパ１０４ａ、ダンパ１０４ｃの開度の調整、酸素製造装置１３の運転、及びファン１０３a、１０３ｂの運転を制御する各操作信号を出力するように機能している。
【００９２】
即ち、制御装置１１５の制御システムにおいては、排気用空気ダクト１０７の空気取入れ口１１１ｂの近傍に設けた温度センサ１１０で検出した建屋１内の空気の温度の検出値が、通常運転時の空気温度である５０℃〜６０℃よりも上昇して例えば７０℃〜８０℃の高温にまで上昇した場合に、温度センサ１１０の検出温度に基づいて制御装置１１５の制御器１１６で演算して出力される操作信号によって温度設定値（約７０℃）とこの温度センサ１１０の温度検出値とを比較して、建屋１内の空気温度が前記温度設定値よりも上昇した場合に両者の偏差温度に基づいて循環用空気ダクト１０に設けたファン１０３aの運転を大きくし、ダンパ１０４aを全閉し、分岐配管１０eに設けたダンパ１０４ｃを前開させて、昇温した空気１４をヒートポンプ１５に熱源として導入し、空気１４のエネルギーを回収する。
【００９３】
この昇温した空気１４のエネルギーをヒートポンプ１５によって回収することで、本実施例ではボイラ全体の効率を０．１〜０．３％程度向上させることが可能となる。
尚、本実施例では説明を省略したが、図７に示す蒸気タービンプラントとヒートポンプとを備えた火力発電システムが本実施例のボイラに設置されていることは第１実施例の酸素燃焼ボイラと同様である。
【００９４】
上記した本実施例では、建屋内の空気及びボイラから排出する排ガスの熱を有効に回収して効率を向上させた酸素燃焼ボイラが実現できるだけでなく、排ガスを再循環させる配管から仮にＣＯ２が漏れた場合でもボイラを内部に収容した建屋内にＣＯ２が充満することが回避できる。
【００９５】
本実施例によれば、建屋内の空気及びボイラから排出する排ガスの熱を回収して利用し、効率の向上を図った酸素燃焼ボイラが実現できる。
【実施例３】
【００９６】
本発明を石炭焚ボイラに適用した第３実施例である酸素燃焼ボイラについて、図５及び図６を用いて説明する。図５は本発明の第３実施例である酸素燃焼ボイラの構成を示す概略構成図であり、図６は図５の実施例の酸素燃焼ボイラを制御する制御システムの概略図である。
【００９７】
図５及び図６に示した本実施例の酸素燃焼ボイラは、空気燃焼から酸素燃焼に切り替えて使用することが可能なボイラである。
【００９８】
本実施例の酸素燃焼ボイラは図１及び図２に示した第１実施例の酸素燃焼ボイラと基本的な構成は共通しているので、両実施例に共通した構成は省略して相違する部分のみ以下に説明する。
【００９９】
図５及び図６に示した本実施例の酸素燃焼ボイラにおいては、排ガスダクト１１から分岐して排ガス１８を導くファン１０３ｂを備えた循環ガスダクト１２は、熱交換器１００の上流側に前記循環用空気ダクト１０とは独立して接続されている。
【０１００】
この循環ガスダクト１２は熱交換器１００の下流側にて循環用空気ダクト１０ａと接続されているので、循環ガスダクト１２のファン１０３ｂによって送給されたＣＯ２を主成分とする排ガス１８は、前記循環ガスダクト１２から循環用空気ダクト１０ａを通じて火炉２のアフタエアポート部１０１とバーナ部１０２に供給されて火炉２に再循環される。
【０１０１】
そして、酸素製造装置１３によって空気から分離して製造した酸素を循環用空気ダクト１０ａに供給して、循環ダクト１２を経由して循環用空気ダクト１０ａを流下するＣＯ２を主成分とする排ガス１８と前記酸素をこの循環用空気ダクト１０ａで混合させた混合ガスによって支援ガス２０を形成して火炉２のバーナ部１０２とアフタエアポート部１０１に供給し、酸素燃焼方式にて燃料を燃焼させる酸素燃焼ボイラの支燃ガス２０として使用している。
【０１０２】
更に本実施例では、前記循環用空気ダクト１０に設置される空気調節ダンパ１０４ａは熱交換器１００の下流側に配設されている。また、建屋１内の空気温度を検出する温度センサ１１０及び空気中のＣＯ２を検出するＣＯ２センサ１０９は循環用空気ダクト１０の空気取入れ口１１１ａの近傍にそれぞれ設置されている。
【０１０３】
そして、熱交換器１００の下流側で前記空気調節ダンパ１０４ａの上流側となる循環用空気ダクト１０から分岐配管１０ｅを通じて前記熱交換器１００にてボイラの排ガス１８、及び循環ガスダクト１２を通じて供給された循環排ガス１７によってそれぞれ昇温された空気を熱媒体として供給されるヒートポンプ１５が設置されており、ヒートポンプ１５によってボイラの排ガスの排熱及び循環排ガス１７の排熱を再利用している。
【０１０４】
本実施例の酸素燃焼ボイラに設置された制御装置１１５による制御システムの詳細は図６に示されているが、前記制御装置１１５に設けた制御器１１６によって酸素製造設備１３の運転を制御して製造する酸素の量を調節しているだけでなく、前記制御装置１５の制御器１１６によって循環用空気ダクト１０に設けたダンパ１０４ａの開度、及びヒートポンプ１５に至る分岐配管１０ｅに設けたダンパ１０４ｃの開度を制御して供給される空気の量をそれぞれ調節している。
【０１０５】
また、前記制御装置１１５によって排気ダクト１１から分岐して排ガスの一部をボイラに循環させる循環用ガスダクト１２に設けられたファン１０３ｂの運転を制御してその吸引力を調節し、循環用空気ダクト１０に設けられたファン１０３ａの運転を制御してその吸引力を調節している。
【０１０６】
制御装置１１５による制御システムでは、図６に示すように、ダンパ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、ファン１０３ａ、１０３ｂ、酸素製造装置１３等の各種操作機器に出力する操作信号を演算する制御器１１６を備えており、空気燃焼方式から酸素燃焼方式にボイラの運転を切り替える際に、前記温度センサ１１０で検出した循環用空気ダクト１０に導入された空気温度の検出値、及び前記ＣＯ２センサ１０９で検出した建屋１内の空気のＣＯ２濃度の検出値に基づき、前記制御器１１６にて前記各種操作機器に対する最適な操作信号を夫々演算して、この制御器１１６から各種操作機器であるダンパ１０４ａ、１０４ｂ、ダンパ１０４ｃの開度、酸素製造装置１３の運転、及びファン１０３a、１０３ｂの運転を制御する各操作信号を出力するものである。
【０１０７】
酸素燃焼方式で本実施例の酸素燃焼ボイラを運転している際に、建屋１内の空気温度は５０℃〜６０℃に上昇するが、ボイラの運転を空気燃焼方式から酸素燃焼方式に切り替えた場合には、火炉２に供給する空気の取り込みは行わないので、建屋１内の空気の温度が更に上昇して約７０℃以上に上昇することになる。
【０１０８】
そこで、酸素燃焼方式に切り替えてボイラを運転する場合には、温度センサ１１０で検出した建屋１内の空気１４の温度を制御装置１５に入力し、制御装置１５に設けた制御器１１６によって温度設定値（約７０℃）とこの温度センサ１１０の温度検出値とを比較して、建屋１内の空気温度が前記温度設定値よりも上昇した場合に両者の偏差温度に基づいて循環用空気ダクト１０に設けたファン１０３ａの出力を大きくし、循環用空気ダクト１０に設けたダンパ１０４ａを全閉し、分岐配管１０４ｅに設けたダンパ１０４ｃを全開して建屋１内の昇温した空気１４を分岐配管１０４ｅを通じてヒートポンプ１５に熱源として供給して排気することで、建屋１内の空気の温度を所定の温度設定値（約７０℃）未満を維持するように制御する。
【０１０９】
本実施例の酸素燃焼ボイラにおいても、制御装置１１５の制御器１１６によってＣＯ２センサ１０９で検出した空気中のＣＯ２濃度の検出値がＣＯ２濃度の設定値である約１％のＣＯ２濃度よりも上昇した場合に、先に説明した温度センサ１１０による制御の場合と同様に、ＣＯ２センサ１０９の検出濃度に基づいて制御装置１１５の制御器１１６で演算された操作信号を出力してダンパ１０４ａ、１０４ｃ、及びファン１０３ａ、１０３ｂを夫々操作して建屋１内の空気中のＣＯ２濃度をＣＯ２濃度設定値（約１％）未満を維持するように制御する。
【０１１０】
本実施例の酸素燃焼ボイラにおいては、ボイラ運転開始時は空気燃焼方式でボイラが運転できるように、前記制御装置１１５による制御システムによって循環用空気ダクト１０に設けたダンパ１０４ａを全開に、分岐配管１０ｅに設けたダンパ１０４ｃの開度を全閉にそれぞれ操作し、燃料である石炭を支燃ガスとしての空気によって火炉２のバーナ部１０２及びアフタエアポート部１０１へ搬送して燃焼させている。
【０１１１】
次に火炉２における収熱が安定すると、前記制御装置１１５の制御器１１６による制御システムの運転指令によって酸素製造設備１３が稼働され、該酸素製造設備１３で製造する酸素１９を少しずつ支燃ガスの中に取り込む。
【０１１２】
そして、酸素燃焼方式にボイラの運転が移行すると、前記制御装置１１５の制御器１１６からの操作指令によって循環用空気ダクト１０に設けたダンパ１０４ａを閉じ、循環用ガスダクト１２に設けたファン１０３ｂは開けて排ガス１８の一部をこの循環用ガスダクト１２、循環用空気ダクト１０ａを通じて供給し、前記酸素製造設備１３で製造した酸素１９と混合させて燃料の石炭を燃焼させる支燃ガスを形成させる。
【０１１３】
この支燃ガスを火炉２のバーナ部１０２及びアフタエアポート部１０１へ搬送して燃焼させることで、ボイラを空気燃焼方式から酸素燃焼方式の切り替えが完了する。
ボイラを酸素燃焼方式で燃焼させる酸素燃焼時には支燃ガスに空気１４が含まれなくなるので、排ガス１６中のＣＯ２の割合が高くなる。そこで、脱硝装置４、脱塵装置５及び脱硫装置６で排ガス処理された排ガス１８の全部または一部をＣＯ２回収設備９に供給し、このＣＯ２回収設備９で排ガス１８のＣＯ２を分離して圧縮し、ＣＯ２を回収する。
【０１１４】
循環ガスダクト１２は、熱交換器１００の下流側で循環用空気ダクト１０と接続される。
また、循環ガスダクト１２を流下する循環排ガス１７は、直接、火炉２のアフタエアポート部１０１とバーナ部１０２へ導かれるものと、燃料供給装置３へ導かれるものとに分岐される。
【０１１５】
火炉２のアフタエアポート部１０１とバーナ部１０２に供給される循環排ガス１７は、アフタエアポート部１０１とバーナ部１０２に導かれる前に酸素製造装置１３から供給される酸素１９と混合されて燃料を燃焼させる支燃ガスを形成する。
【０１１６】
一方、循環用空気ダクト１０の空気取入れ口１１１からファン１０３ａによって吸引された空気は、分岐配管１０ｅを通じて排熱利用装置であるヒートポンプ１５へ導かれ、このヒートポンプ１５によって火炉２から排出される排ガス１８の排熱を有効に利用する。
【０１１７】
前記温度センサ１１０で検出した循環用空気ダクト１０に導入された空気温度の検出値、及び前記ＣＯ２センサ１０９で検出した建屋１内のＣＯ２濃度の検出値に基づき、前記制御器１１６にて各種操作機器に対する最適な操作信号を夫々演算して出力し、制御器１１６から各種操作機器であるダンパ１０４ａ、ダンパ１０４ｃの開度の調整、酸素製造装置１３の運転、及びファン１０３a、１０３ｂの運転を制御する各操作信号を出力するように機能している。
【０１１８】
即ち、制御装置１１５の制御システムにおいては、排気用空気ダクト１０７の空気取入れ口１１１ｂの近傍に設けた温度センサ１１０で検出した建屋１内の空気の温度の検出値が、通常運転時の空気温度である５０℃〜６０℃よりも上昇して例えば７０℃〜８０℃の高温にまで上昇した場合に、温度センサ１１０の検出温度に基づいて制御装置１１５の制御器１１６で演算して出力される操作信号によって温度設定値（約７０℃）とこの温度センサ１１０の温度検出値とを比較して、建屋１内の空気温度が前記温度設定値よりも上昇した場合に両者の偏差温度に基づいて循環用空気ダクト１０に設けたファン１０３aの吸引力を大きくすると共にダンパ１０４aを全閉し、分岐配管１０eに設けたダンパ１０４ｃを前開させて、昇温した空気１４をヒートポンプ１５に熱源として導入して、昇温した空気１４のエネルギーを回収する。
【０１１９】
この昇温した空気１４のエネルギーをヒートポンプ１５によって回収することで、本実施例ではボイラ全体の効率を０．２〜０．６％程度向上させることが可能となる。
尚、本実施例では説明を省略したが、図７に示す蒸気タービンプラントとヒートポンプとを備えた火力発電システムが本実施例のボイラに設置されていることは第１実施例の酸素燃焼ボイラと同様である。
【０１２０】
上記した本実施例では、建屋内の空気及びボイラから排出する排ガスの熱を有効に回収して効率を向上させた酸素燃焼ボイラが実現できるだけでなく、排ガスを再循環させる配管から仮にＣＯ２が漏れた場合でもボイラを内部に収容した建屋内にＣＯ２が充満することが回避できる。
【０１２１】
尚、本実施例では説明を省略したが、図７に示す蒸気タービンプラントとヒートポンプとを備えた火力発電システムが本実施例のボイラに設置されていることは第１実施例の酸素燃焼ボイラと同様である。
【０１２２】
本実施例によれば、建屋内の空気及びボイラから排出する排ガスの熱を回収して利用し、効率の向上を図った酸素燃焼ボイラが実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明は酸素燃焼ボイラに適用可能であり、特に空気燃焼から酸素燃焼への切り替えが可能な酸素燃焼ボイラに適用可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１：建屋、２：火炉、３：燃料供給装置、４：脱硝装置、５：集塵装置、６：脱硫装置、７：煙突、８：燃料、９：ＣＯ２回収設備、１０：循環用空気ダクト、１０ｅ：分岐配管、１１：排ガスダクト、１２：循環ガスダクト、１３：酸素製造設備、１４：空気、１５：ヒートポンプ、１７：循環排ガス、１８：排ガス、１９：酸素、２１：熱媒体、１００：熱交換器、１０１：ＯＦＡ、１０２：バーナ、１０３、１０３a、１０３ｂ：ファン、１０４a、１０４ｂ、１０４ｃ：ダンパ、１０６：タービン、１０７：排気用空気ダクト、１０８：開閉板、１０９：ＣＯ２センサ、１１０：温度センサ、１１１：空気取入口、１１２：過熱器、１１３：再熱器、１１４：節炭器、１１５：制御装置、１１６：制御器。
【図１】
2011247553.tif 000003
【図２】
2011247553.tif 000004
【図３】
2011247553.tif 000005
【図４】
2011247553.tif 000006
【図５】
2011247553.tif 000007
【図６】
2011247553.tif 000008
【図７】
2011247553.tif 000009