(57)【要約】【課題】アンモニアを燃焼させてエネルギを取得する際のエネルギ取得効率を従来よりも向上させる。【解決手段】燃料の一部として気体アンモニアを燃焼させて蒸気を発生させる本体と、液体アンモニアを貯留するタンクと、液体アンモニアを気化させて気体アンモニアを生成する気化器とを備え、気化器は、煙道を通過する燃焼ガスを熱源として液体アンモニアを気化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料として気体アンモニアを燃焼させて蒸気を発生させる本体と、
液体アンモニアを貯留するタンクと、
液体アンモニアを気化させて前記気体アンモニアを生成する気化器とを備え、
前記気化器は、煙道を通過する燃焼ガスを熱源として前記液体アンモニアを気化させることを特徴とする蒸気発生設備。
【請求項２】
前記気化器は、前記煙道において大気放出の直前の前記燃焼ガスを熱源として前記液体アンモニアを気化させることを特徴とする請求項１記載の蒸気発生設備。
【請求項３】
前記燃焼ガスと所定の熱媒とを熱交換させる熱交換器をさらに備え、
前記気化器は、前記熱媒を熱源として前記液体アンモニアを気化させることを特徴とする請求項１または２記載の蒸気発生設備。
【請求項４】
前記熱媒は、水であることを特徴とする請求項３に記載の蒸気発生設備。
【請求項５】
前記気化器は、前記液体アンモニアと前記燃焼ガスとを熱交換させて前記液体アンモニアを気化させることを特徴とする請求項１に記載の蒸気発生設備。
【請求項６】
前記気化器は、前記煙道に設けられた脱硫装置の後段における前記燃焼ガスと前記液体アンモニアとを熱交換させることを特徴とする請求項５に記載の蒸気発生設備。
【請求項７】
前記本体は、微粉炭に前記気体アンモニアを混焼させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の蒸気発生設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気発生設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、アンモニアを燃料とするボイラあるいはガスタービン等の燃焼装置及びそれを用いた発電設備（先行発明）が開示されている。この先行発明は、ガスタービンの排熱で運転される排熱回収ボイラで生成した蒸気で蒸気タービンを駆動することによって発電するものであり、排熱回収ボイラで生成した温水を用いて上記ガスタービンの燃料であるアンモニア（液体）を気化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１７／１８７６１９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記先行発明では、排熱回収ボイラで生成した蒸気タービンに供給する蒸気を発生させる排熱回収ボイラでアンモニアを気化させる温水を生成するので、発電設備としての全体的な発電効率が低下する。すなわち、上記先行発明では、排熱回収ボイラで回収する熱エネルギの一部を上記温水の生成に消費するので、このエネルギ消費分だけ発電効率が低下する。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、アンモニアを燃焼させてエネルギを取得する際のエネルギ取得効率を従来よりも向上させることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、蒸気発生設備に係る第１の解決手段として、燃料の一部として気体アンモニアを燃焼させて蒸気を発生させる本体と、液体アンモニアを貯留するタンクと、液体アンモニアを気化させて前記気体アンモニアを生成する気化器とを備え、前記気化器は、煙道を通過する燃焼ガスを熱源として前記液体アンモニアを気化させる、という手段を採用する。
【０００７】
本発明では、蒸気発生設備に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記気化器は、前記煙道において大気放出の直前の前記燃焼ガスを熱源として前記液体アンモニアを気化させる、という手段を採用する。
【０００８】
本発明では、蒸気発生設備に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記燃焼ガスと所定の熱媒とを熱交換させる熱交換器をさらに備え、
前記気化器は、前記熱媒を熱源として前記液体アンモニアを気化させる、という手段を採用する。
【０００９】
本発明では、蒸気発生設備に係る第４の解決手段として、上記第３の解決手段において、前記熱媒は水である、という手段を採用する。
【００１０】
本発明では、蒸気発生設備に係る第５の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記気化器は、前記液体アンモニアと前記燃焼ガスとを熱交換させて前記液体アンモニアを気化させる、という手段を採用する。
【００１１】
本発明では、蒸気発生設備に係る第６の解決手段として、上記第５の解決手段において、前記気化器は、前記煙道に設けられた脱硫装置の後段における前記燃焼ガスと前記液体アンモニアとを熱交換させる、という手段を採用する。
【００１２】
本発明では、蒸気発生設備に係る第７の解決手段として、上記第１〜第６の何れかの解決手段において、前記本体は、微粉炭に前記気体アンモニアを混焼させる、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、アンモニアを燃焼させてエネルギを取得する際のエネルギ取得効率を従来よりも向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る発電設備のシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施形態の第１変形例に係る発電設備のシステム構成図である。
【図３】本発明の一実施形態の第２変形例に係る発電設備のシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る発電設備は、微粉炭とアンモニアとを燃焼させて得られる水蒸気を用いて発電するものであり、より詳細には液体であるアンモニア（液体アンモニア）を気化させて得られる気体アンモニアを微粉炭と混焼させて発電するものである。
【００１６】
この発電設備は、図１に示すように微粉炭供給装置１、アンモニア供給装置２、ボイラ３（本体）、排ガス処理設備４、煙突５、蒸気タービン６、発電機７、復水器８及び給水ポンプ９等を備えている。なお、発電設備における微粉炭供給装置１、アンモニア供給装置２、ボイラ３（本体）、排ガス処理設備４、煙突５は、本発明における蒸気発生設備を構成している。
【００１７】
また、上記アンモニア供給装置２は、本実施形態において最も特徴的な構成要素であり、アンモニアタンク２ａ、第１ポンプ２ｂ、アンモニア気化器２ｃ、循環配管２ｄ、第２ポンプ２ｅ及び熱交換器２ｆを備えている。
【００１８】
微粉炭供給装置１は、微粉炭を製造し、当該微粉炭をボイラ３に一方の燃料として供給する装置である。この微粉炭供給装置１は、石炭をミルで磨り潰すことにより所定粒径の微粉炭を製造し、当該微粉炭をボイラ３に順次連続的に供給する。
【００１９】
アンモニア供給装置２は、気体アンモニアを製造し、当該気体アンモニアをボイラ３に他方の燃料として供給する装置である。すなわち、このアンモニア供給装置２は、液体アンモニアを気化させることによって気体アンモニアを製造し、当該気体アンモニアをボイラ３に順次連続的に供給する。ここで、上記微粉炭は、発電設備における主燃料であり、これに対して気体アンモニアは、微粉炭（主燃料）に対して補助的にボイラ３に供給される補助燃料である。
【００２０】
このようなアンモニア供給装置２において、アンモニアタンク２ａは、液体アンモニアを一時的に貯留する所定容量の容器である。第１ポンプ２ｂは、アンモニアタンク２ａから所定流量の液体アンモニアを汲み出してアンモニア気化器２ｃに供給する。アンモニア気化器２ｃは、液体アンモニアを加熱することにより気化させて気体アンモニアを生成する装置である。このアンモニア気化器２ｃは、液体アンモニアを熱媒と熱交換させることにより気化温度以上に加熱する。
【００２１】
循環配管２ｄは、アンモニア気化器２ｃと熱交換器２ｆとを接続する配管であり、所定の熱媒がアンモニア気化器２ｃと熱交換器２ｆとの間で循環するための経路（循環経路）を構成する。第２ポンプ２ｅは、このような循環配管２ｄの途中部位に設けられており、循環配管２ｄにおいて上記熱媒を所定方向に循環（流動化）させるための動力源である。この第２ポンプ２ｅは、図示するように、熱媒をアンモニア気化器２ｃから熱交換器２ｆに向けて循環（流動化）させる。なお、上記熱媒は、例えば水あるいは海水である。
【００２２】
熱交換器２ｆは、排ガス処理設備４から煙突５に供給される燃焼ガスと上記熱媒とを熱交換させる。すなわち、この熱交換器２ｆは、第２ポンプ２ｅから供給される熱媒を燃焼ガスの熱エネルギを用いて液体アンモニアの気化温度を越える所定温度まで加熱し、当該加熱後の熱媒をアンモニア気化器２ｃに向けて出力する。
【００２３】
ボイラ３は、上述した微粉炭と気体アンモニアとを混焼させる炉体を備え、当該炉体に設けられた水熱管内を流通する水を燃焼熱で加熱することにより水蒸気を発生させる。上記炉体において、微粉炭を内部に噴射するノズル、気体アンモニアを内部に噴射するノズル、また燃焼用空気を内部に供給するノズル等が設けられる下部は、微粉炭と気体アンモニアとを混焼させる燃焼空間である。また、上記炉体において、炉壁等に複数の水熱管が設けられた上部は、燃焼によって発生した燃焼ガスが水熱管内の水と熱交換する熱交換領域である。このようなボイラ３は、本発明における本体に相当する。
【００２４】
排ガス処理設備４は、上記ボイラ３から煙突５に向けて排出される燃焼ガス（排ガス）を処理する設備であり、ボイラ３と煙突５とを結ぶ煙道に備えられている。上記排ガスには環境保全上問題となる窒素酸化物や硫化物等の要除去成分が含まれているので、排ガス処理設備４は、このような要除去成分を排ガスから分離除去する。
【００２５】
このような排ガス処理設備４は、図示するように脱硝装置４ａ、ＧＡＨ（Gas Air Heater）４ｂ、ＥＰ（Electrostatic Precipitator）４ｃ、ＩＤＦ（Induced Draft Fan）４ｄ及び湿式脱硫装置４ｅを備えている。すなわち、排ガス処理設備４は、煙道における上流側（ボイラ３側）から下流側（煙突５側）にかけて、脱硝装置４ａ→ＧＡＨ４ｂ→ＥＰ４ｃ→ＩＤＦ４ｄ→湿式脱硫装置４ｅの順で設けられている。
【００２６】
脱硝装置４ａは、上記排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去してするものである。この脱硝装置２は、例えば触媒の存在下で排ガスに所定の還元剤を作用させることにより窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）に分解する。ＧＡＨ４ｂは、ボイラ３に供給される燃焼用空気を排ガスの熱を利用して予熱する空気予熱器である。このＧＡＨ４ｂは、一種の熱交換器であり、外気から取り込んだ燃焼用空気と排ガスとを熱交換させることにより燃焼用空気を加熱（予熱）してボイラ３に供給する。
【００２７】
ＥＰ４ｃは、排ガス中に含まれる粉塵を吸着して除去する電気集塵機である。このＥＰ４ｃは、複数の放電極（電極）と集塵極（電極）とを備え、排ガスに含まれる粉塵を放電極周りに発生するコロナ放電によって帯電させ、帯電した粉塵を集塵極が発生する電界によって集塵極に付着させる。ＩＤＦ４ｄは、排ガスを煙突５に向けて通風させる誘引通風機である。
【００２８】
湿式脱硫装置４ｅは、排ガス中に含まれる硫黄酸化物ＳＯｘを湿式脱硫法に基づいて分離除去する。すなわち、この湿式脱硫装置４ｅは、例えば石灰や水酸化マグネシウムの懸濁液を吸着剤として用いるものであり、排ガス中に吸着剤を滴下させることによって硫黄酸化物ＳＯｘを吸着剤内に取り込んで排ガスから分離除去する。なお、排煙脱硫技術には、このような湿式脱硫法の他に乾式脱硫法が知られている。したがって、必要に応じて湿式脱硫装置４ｅに代えて乾式脱硫法に基づく乾式脱硫装置を採用してもよい。
【００２９】
煙突５は、所定長を有する鉛直姿勢の筒状構造物であり、煙道から下端に供給された排ガスを上端（高所）から大気に放出する。この煙突には必要に応じて排ガス加熱装置が設けられている。蒸気タービン６は、ボイラ３から供給される水蒸気を作動流体として回転する回転機械であり、発電機７と軸結合されている。すなわち、この蒸気タービン６は、発電機７を回転駆動する動力源として機能する。
【００３０】
発電機７は、蒸気タービン６によって回転駆動されることによって交流電力を発生させる電気機械である。この発電機７が発生させた電力は、所定の配電線を介して需要者に供給される。復水器８は、蒸気タービン６から排気される水蒸気、つまり蒸気タービン６で動力回収された後の水蒸気（気体）を凝縮させて凝縮水にする。給水ポンプ９は、この凝縮水をボイラ３に供給する。この凝縮水は、ボイラ３の水熱管に供給されて水蒸気となる。
【００３１】
次に、このような発電設備の動作について詳しく説明する。
この発電設備では、微粉炭と気体アンモニアとがボイラ３で混焼することによって高温の燃焼ガスが発生し、当該燃焼ガスの熱を利用して蒸気タービン６の作動流体である水蒸気が発生する。
【００３２】
そして、水蒸気の運動エネルギによって蒸気タービン６が回転動力を発生させ、この回転動力によって発電機７が駆動されることによって発電が行われる。そして、蒸気タービン６で動力回収された後の水蒸気は、復水器８で凝縮水に復水され、給水ポンプ９を介してボイラ３に還流される。
【００３３】
一方、ボイラ３で発生した燃焼ガスは、煙道を介して煙突５から大気中に排ガスとして放出されるが、煙道を通過する間に排ガス処理設備４によって各種の浄化処理が施される。すなわち、燃焼ガス（排ガス）に含まれる窒素酸化物ＮＯｘ、粉塵及び硫化物ＳＯｘは、煙道を通過する間に排ガス処理設備４によって燃焼ガス（排ガス）から分離除去される。そして、十分に浄化された排ガスが、煙突５から大気中に放出される。
【００３４】
ここで、煙道から煙突５に供給される排ガスの温度は、概ね１００以上である。すなわち、アンモニア供給装置２を構成する熱交換器２ｆに入力される排ガスの温度は、概ね１００以上となる。このような排ガスの温度に対して、アンモニア気化器２ｃに入力される液体アンモニアの気化温度は概ね５０℃である。
【００３５】
本実施形態におけるアンモニア供給装置２は、このような排ガスの温度と液体アンモニアの気化温度との関係を利用して液体アンモニアを気化させて気体アンモニア（燃料）を生成する。すなわち、熱交換器２ｆにおいて１００以上の排ガスと熱媒とを熱交換させることにより、熱媒を１００℃程度まで加熱してアンモニア気化器２ｃに供給する。
【００３６】
そして、アンモニア気化器２ｃにおいて、１００℃程度の熱媒を液体アンモニアと熱交換することにより、液体アンモニアを気化温度を越える温度まで加熱する。すなわち、アンモニア気化器２ｃは、熱交換器２ｆに流入する１００以上の排ガスを熱源として液体アンモニアを気化させる。この結果、アンモニア気化器２ｃでは、液体アンモニアが十分に気化して気体アンモニア（燃料）となる。
【００３７】
このような発電設備によれば、アンモニア気化器２ｃは、ボイラ３内の燃焼ガスを熱源とするのではなく、煙道を通過する排ガス（燃焼ガス）を熱源として液体アンモニアを気化させるので、気体アンモニアを燃焼させて電力（エネルギ）を取得する際の発電効率（エネルギ取得効率）を従来よりも向上させることができる。
【００３８】
また、煙道における排ガスの温度（ガス温度）は、上流側に行く程に高くなるので、熱交換器２ｆを煙道のさらに上流側に設けてもよいが、図１に示す湿式脱硫装置４ｅの下流側の排ガスは、初期的に排ガスに含まれる窒素酸化物ＮＯｘ、粉塵及び硫化物ＳＯｘが除去されたものなので、つまり煙道において大気放出の直前（湿式脱硫装置４ｅの後段）の燃焼ガスなので、窒素酸化物ＮＯｘ、粉塵あるいは／及び硫化物ＳＯｘによって熱交換器２ｆが劣化することを防止できる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、気体アンモニアを燃焼させてエネルギを取得する設備の一例である発電設備、つまり気体アンモニアを燃焼させて電力を取得する設備に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、他のエネルギ取得設備にも適用可能である。
【００４０】
本発明は、例えばボイラ３で発生させた水蒸気を熱エネルギとして取得する設備、つまり図２に示すように、図１のシステム構成から蒸気タービン６、発電機７、復水器８及び給水ポンプ９を削除した蒸気発生設備に適用することが可能である。
【００４１】
（２）上記実施形態では、液体アンモニアと排ガス（燃焼ガス）とを熱交換させるのではなく、熱媒を介して両者を熱交換させているが、これは液体アンモニアを気化させるために必要な熱エネルギの量や煙道と液体アンモニアの通過経路との配置関係等を考慮した結果、最も合理的な形態として採用したものである。
【００４２】
しかしながら、熱媒を介在させることなく液体アンモニアと排ガス（燃焼ガス）とを熱交換させてもよい。すなわち、上述したアンモニア供給装置２に代えて、図３に示すように、アンモニアタンク２ａ、第１ポンプ２ｂ及びアンモニア気化器２ｃを備えたアンモニア供給装置２Ａを採用してもよい。
【００４３】
（３）上記実施形態では、微粉炭と気体アンモニアとをボイラ３で混焼させたが、本発明はこれに限定されない。気体アンモニアのみを単独の燃料として燃焼させてもよい。また、に必要に応じて、微粉炭に代えてあるいは微粉炭に加えてバイオマス燃料を気体アンモニアと混焼させてもよい。
【００４４】
（４）上記実施形態では、脱硝装置４ａ、ＧＡＨ４ｂ、ＥＰ４ｃ、ＩＤＦ４ｄ及び湿式脱硫装置４ｅを備える排ガス処理設備４を採用したが、本発明はこれに限定されない。例えば気体アンモニアのみを燃料とする場合、つまり微粉炭を燃料として採用しない場合には、粉塵や硫化物が発生しないので、ＥＰ４ｃ及び湿式脱硫装置４ｅを削除することができる。
【００４５】
また、排ガス処理設備４を構成する各設備の煙道における順番も図１に示す順番に限定されない。各設備の煙道における順番は、必要に応じて適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１  微粉炭供給装置
２、２Ａ  アンモニア供給装置
２ａ  アンモニアタンク
２ｂ  第１ポンプ
２ｃ  アンモニア気化器
２ｄ  循環配管
２ｅ  第２ポンプ
２ｆ  熱交換器
３  ボイラ（本体）
４  排ガス処理設備
４ａ  脱硝装置
４ｂ  ＧＡＨ
４ｃ  ＥＰ
４ｄ  ＩＤＥ
４ｅ  湿式脱硫装置
５  煙突
６  蒸気タービン
７  発電機
８  復水器
９  給水ポンプ
【図１】
2019196882.tif 000003
【図２】
2019196882.tif 000004
【図３】
2019196882.tif 000005