(57)【要約】      （修正有）【課題】液体アンモニアの気化に要するエネルギを従来よりも削減させる。【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３と、液体アンモニアを貯留するタンク２ａ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２ｄと、タンク２ａと気化器２ｄとの間に設けられ、液体アンモニアの水分を低減させる脱水設備２ｃとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記タンクと前記気化器との間に設けられ、前記液体アンモニアの水分を低減させる脱水設備と
を備えることを特徴とする蒸気発生設備。
【請求項２】
前記脱水設備の脱水性能を再生させる再生設備をさらに備え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】
前記再生設備は、前記気体アンモニアを再生用ガスとして前記脱水設備に供給することにより脱水性能を再生させることを特徴とする請求項２記載の蒸気発生設備。
【請求項４】
前記再生設備は、前記気体アンモニアを加熱することにより前記再生用ガスを生成す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】
前記脱水設備から排出される前記再生用ガスは、前記気化器から前記本体に供給される前記気体アンモニアとは別に前記本体に供給されることを特徴とする請求項３または４に記載の蒸気発生設備。
【請求項６】
前記再生設備は、計装用空気を再生用ガスとして前記脱水設備に供給することにより脱水性能を再生させることを特徴とする請求項２記載の蒸気発生設備。
【請求項７】
前記脱水設備は並列に複数設けられ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。
【請求項８】
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１〜７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
【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、アンモニアタンクに貯留される液体のアンモニアを排熱回収ボイラで加熱して生成した温水を用いて気化させ、気体のアンモニアを燃料としてガスタービンで燃焼させるので、液体アンモニアの気化に多大なエネルギを投入する必要がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、液体アンモニアの気化に要するエネルギを従来よりも削減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、前記タンクと前記気化器との間に設けられ、前記液体アンモニアの水分を低減させる脱水設備とを備える、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、前記脱水設備の脱水性能を再生させる再生設備をさらに備える、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２の解決手段において、前記再生設備は、前記気体アンモニアを再生用ガスとして前記脱水設備に供給することにより脱水性能を再生させる、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、前記再生設備は、前記気体アンモニアを加熱することにより前記再生用ガスを生成する、という手段を採用する。
【００１０】
本発明では、に係る第５の解決手段として、上記第３または第４の解決手段において、前記脱水設備から排出される前記再生用ガスは、前記気化器から前記本体に供給される前記気体アンモニアとは別に前記本体に供給される、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２の解決手段において、前記再生設備は、計装用空気を再生用ガスとして前記脱水設備に供給することにより脱水性能を再生させる、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、前記脱水設備は並列に複数設けられる、という手段を採用する。
【００１３】
本発明では、蒸気発生設備に係る第８の解決手段として、上記第１〜第７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】
【００１４】
本発明によれば、液体アンモニアの気化に要するエネルギを従来よりも削減させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発電設備のシステム構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態における再生処理の手順１を示すシステム構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態における再生処理の手順２を示すシステム構成図である。
【図４】本発明の第１実施形態における再生処理の手順３を示すシステム構成図である。
【図５】本発明の第１実施形態における再生処理の手順４を示すシステム構成図である。
【図６】本発明の第２実施形態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】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の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設備であり、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。
【００１７】
〔第１実施形態〕
最初に第１実施形態について説明する。この第１実施形態に係る発電設備は、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）、蒸気タービン４、発電機５、復水器６及び給水ポンプ７等を備えている。なお、この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）は、本発明における蒸気発生設備を構成している。
【００１８】
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、脱水塔２ｃ（脱水設備）、アンモニア気化器２ｄ、第２ポンプ２ｅ、再生ガス配管２ｆ、再生ガスブロワ２ｇ及び熱交換器２ｈを備えている。なお、これら構成要素のうち、再生ガス配管２ｆ、再生ガスブロワ２ｇ及び熱交換器２ｈは、本発明における再生設備を構成している。
【００１９】
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。
【００２０】
アンモニア供給装置２は、気体アンモニアを生成し、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生成し、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。
【００２１】
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。上記液体アンモニアは、ある程度の水分を含んでおり、この水分に起因して気化温度が純粋な液体アンモニアよりも高くなっている。第１ポンプ２ｂは、このような液体アンモニアをアンモニアタンク２ａから汲み出して脱水塔２ｃに供給する。
【００２２】
脱水塔２ｃは、液体アンモニアに含まれる水分を所定量まで低減する設備である。この脱水塔２ｃは、内部に所定の吸着剤を収納しており、入力口ｐ１から入流する液体アンモニアの水分を吸着剤に吸着させることにより低水分アンモニアを生成し、当該低水分アンモニアを出力口ｐ２からアンモニア気化器２ｄに向けて出力する。
【００２３】
すなわち、この脱水塔２ｃは、アンモニアタンク２ａとアンモニア気化器２ｄとの間に設けられ、液体アンモニアの水分を低減させる脱水設備である。上記低水分アンモニアは、含水量が例えば０．０１ｍｏｌ％以下であり、また気化温度が５℃程度である。なお、このような脱水塔２ｃの出力口ｐ２には、低水分アンモニアの含水量を検出する水分センサが設けられている。
【００２４】
また、脱水塔２ｃは、図示するように並列に複数設けられており、運転に供されている塔の脱水性能が低下すると、他の塔に運転を切り替えて運用される。脱水性能が低下した脱水塔２ｃについては、再生用ガス（気体アンモニア）が第１入出力口ｐ３あるいは第２入出力口ｐ４から別途入力されることにより脱水性能が回復する。すなわち、このような脱水塔２ｃは、脱水と再生とを交互に繰り返しながら連続運転される。
【００２５】
アンモニア気化器２ｄは、上記低水分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２ｄは、低水分アンモニアを海水と熱交換させることにより気化温度以上に加熱することにより気体アンモニアを生成し、当該気体アンモニアを燃料としてボイラ３に供給する。第２ポンプ２ｅは、上記アンモニア気化器２ｄに熱媒としての海水を供給する。
【００２６】
再生ガス配管２ｆは、脱水塔２ｃの脱水性能を再生させるための再生用ガス（気体アンモニア）が流通する配管である。この再生ガス配管２ｆは、アンモニア気化器２ｄからボイラ３に供給される気体アンモニアの一部を取り込んでアンモニアタンク２ａ及び脱水塔２ｃに供給する。なお、図１では紙面の都合により省略しているが、再生ガス配管２ｆの各所には、再生用ガスの流れ方向を設定する複数の開閉弁が設けられている。
【００２７】
再生ガスブロワ２ｇは、上記再生ガス配管２ｆの途中部位に設けられており、上記再生用ガスをアンモニアタンク２ａ及び脱水塔２ｃに向けて供給する。なお、この再生ガスブロワ２ｇの動作タイミングについては、動作説明として後述する。
【００２８】
熱交換器２ｈは、上記再生ガス配管２ｆにおいて再生ガスブロワ２ｇの下流側に設けられている。この熱交換器２ｈは、再生用ガスを水蒸気と熱交換させることにより加熱あるいは冷却してアンモニアタンク２ａ及び脱水塔２ｃに供給する。
【００２９】
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。
【００３０】
蒸気タービン４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５と軸結合されている。すなわち、この蒸気タービン４は、発電機５を回転駆動する動力源として機能する。
【００３１】
発電機５は、蒸気タービン４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５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６は、蒸気タービン４から排気される水蒸気、つまり蒸気タービン４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７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。
【００３２】
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４の作動流体である水蒸気が発生する。
【００３３】
そして、水蒸気の運動エネルギによって蒸気タービン４が回転動力を発生させ、この回転動力によって発電機５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４で動力回収された後の水蒸気は、復水器６で凝縮水に復水され、給水ポンプ７を介してボイラ３に還流される。
【００３４】
ここで、補助燃料としてボイラ３に供給される気体アンモニアは、液体アンモニアを脱水塔２ｃで脱水処理し、その後にアンモニア気化器２ｄで加熱されることにより生成される。すなわち、脱水塔２ｃからアンモニア気化器２ｄに供給される低水分アンモニアは、含水量が０．０１ｍｏｌ％以下であり、また気化温度が５℃程度なので、海水との熱交換によって確実に気化して気体アンモニアとなる。
【００３５】
このような発電設備によれば、脱水塔２ｃを設けることによって液体アンモニアの気化温度を低下させることができるので、アンモニアタンク２ａから供給される液体アンモニアを脱水することなく加熱して気化させる場合に比較して、液体アンモニアの気化に要するエネルギを削減することが可能である。
【００３６】
また、予め定められた時間の経過により脱水塔２ｃの再生設備が作動を開始する。また、脱水塔２ｃに設けられた水分センサの検出値が所定のしきい値を上回ると、再生設備が作動を開始する形態でもよい。再生設備が作動を開始すると、運転中の脱水塔２ｃに代えて運転停止中の脱水塔２ｃに液体アンモニアが供給され、この脱水塔２ｃからアンモニア気化器２ｃに低水分アンモニアが供給される。したがって、脱水塔２ｃからアンモニア気化器２ｃへの低水分アンモニアの供給は連続的に継続される。
【００３７】
そして、脱水性能が低下して運転を停止した脱水塔２ｃについては、再生ガスブロワ２ｇが運転を開始すると共に再生ガス配管２ｆに設けられた各開閉弁が操作されることにより、以下の手順１〜４によって脱水性能の回復処理（再生処理）が行われる。
【００３８】
すなわち、手順１では、図２に破線矢印で示すように、再生ガスブロワ２ｇから吐出する再生用ガスを第２入出力口ｐ４から脱水塔２ｃに供給することにより、脱水塔２ｃ内の液体アンモニアを第１入出力口ｐ３及び再生ガス配管２ｆを介してアンモニアタンク２ａに回収させる。このような手順１は、脱水塔２ｃにおける液抜き処理（液体アンモニアの排液処理）である。
【００３９】
続いて手順２では、図３に破線矢印で示すように、再生ガスブロワ２ｇから吐出する再生用ガスを熱交換器２ｈに供給して加熱し、当該加熱後の再生用ガスを第１入出力口ｐ３から脱水塔２ｃ内に流入させることにより、脱水塔２ｃ内の吸着剤に付着した水分を気化させて水蒸気とし、再生用ガスと共に第２入出力口ｐ４からボイラ３に供給する。このような手順２は、脱水塔２ｃにおける吸着剤の再生処理である。
【００４０】
ここで、第２入出力口ｐ４から排出される再生用ガスと水蒸気との混合ガスは、アンモニア気化器２ｃから出力される気体アンモニアとは別系統でボイラ３に供給される。すなわち、上記水蒸気は、気体アンモニアよりも液化温度が高いので、気体アンモニアと混合させた場合に配管の内壁で結露する虞がある。このような水蒸気の結露を防止するために、混合ガスは、アンモニア気化器２ｄから出力される気体アンモニアとは個別にボイラ３に供給される。
【００４１】
続いて手順３では、図４に破線矢印で示すように、再生ガスブロワ２ｇから吐出する再生用ガスを第２入出力口ｐ４から脱水塔２ｃ内に流入させると共に第１入出力口ｐ４から流出させてボイラ３に供給する。すなわち、この手順３では、熱交換器２ｈを経由しない再生用ガスを脱水塔２ｃに流入させることにより脱水塔２ｃを冷却する。このような手順３は、脱水塔２ｃの冷却処理である。
【００４２】
最後に手順４では、図５に破線矢印で示すように、手順１〜３が完了した脱水塔２ｃに第１ポンプから吐出する液体アンモニアの一部を流入させることにより液張りを行う。この液張り処理により、手順１〜３が完了した脱水塔２ｃは、次の運転に対する準備が完了した状態となる。このような手順４は、脱水塔２ｃの再稼働準備処理である。なお、この手順４では、再生ガスブロワ２ｇが作動を停止している。
【００４３】
このような脱水塔２ｃの再生処理によれば、液体アンモニアの連続的な脱水処理を実現することができるので、液体アンモニアの気化に要するエネルギを削減を連続的に実現することが可能である。
【００４４】
〔第２実施形態〕
次に第２実施形態について説明する。第１実施形態では再生用ガスを用いて脱水塔２ｃの再生処理を行ったが、この第２実施形態では、図６に示すように再生用ガスに変えて計装用空気を用いて脱水塔２ｃの再生処理を行う。すなわち、第２実施形態に係る発電設備は、アンモニア供給装置２に代えてアンモニア供給装置２Ａを備え、他の構成要素は第１実施形態と同様である。  
【００４５】
上記アンモニア供給装置２Ａは、アンモニアタンク２ａ、第１ポンプ２ｂ、脱水塔２ｃ、アンモニア気化器２ｄ、第２ポンプ２ｅ、再生ガス配管２ｆ及び熱交換器２ｈ（第１熱交換器）に加え、第２熱交換器２ｉを備えている。これら構成要素のうち、再生ガス配管２ｆ、熱交換器２ｈ及び第２熱交換器２ｉは、本発明における再生設備を構成している。
【００４６】
この第２実施形態では、再生ガス配管２ｆに外部から供給される計装用空気（圧縮空気）を供給する。第２熱交換器２ｉは、脱水塔２ｃの第２入出力口ｐ４からボイラ３に供給される計装用空気を海水を用いて冷却する。
【００４７】
このようなアンモニア供給装置２Ａでは、気体アンモニアのボイラ３への供給は第１実施形態のアンモニア供給装置２と同様に行うものの、脱水塔２ｃの再生処理を以下の手順で行う。
【００４８】
すなわち、最初の手順として、外部から取り込んだ計装用空気を第２入出力口ｐ４から脱水塔２ｃに供給することにより、脱水塔２ｃ内の液体アンモニアを第１入出力口ｐ３及び再生ガス配管２ｆを介してアンモニアタンク２ａに回収させる。
【００４９】
そして、第２の手順として、計装用空気を熱交換器２ｈに供給して加熱し、当該加熱後の計装用空気を第１入出力口ｐ３から脱水塔２ｃ内に流入させることにより、脱水塔２ｃ内の吸着剤に付着した水分を気化させて水蒸気とし、計装用空気と共に第２入出力口ｐ４からボイラ３に供給する。
【００５０】
そして、第３の手順として、計装用空気を第２入出力口ｐ４から脱水塔２ｃ内に流入させる。すなわち、この第３の手順では、熱交換器２ｈを経由しない計装用空気を脱水塔２ｃに流入させることにより脱水塔２ｃを冷却する。そして、この第３の手順では、脱水塔２ｃのと共に第１入出力口ｐ３から流出した計装用空気を第２熱交換器２ｉで冷却した後にボイラ３に供給する。
【００５１】
最後に第４の手順では、第１〜第３の手順が完了した脱水塔２ｃに第１ポンプから吐出する液体アンモニアの一部を流入させることにより液張りを行う。この液張り処理により、第１〜第３の手順が完了した脱水塔２ｃは、次の運転に対する準備が完了した状態となる。
【００５２】
このような脱水塔２ｃの再生処理によれば、液体アンモニアの連続的な脱水処理を実現することができるので、液体アンモニアの気化に要するエネルギを削減を連続的に実現することが可能である。
【００５３】
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）上記第１、第２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。
【００５４】
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及び図６のシステム構成から蒸気タービン４、発電機５、復水器６及び給水ポンプ７を削除した蒸気発生設備に適用することが可能である。
【００５５】
（２）上記第１実施形態では、脱水塔２ｃの再生処理で発生した混合ガスをアンモニア気化器２ｄから出力される気体アンモニアとは個別にボイラ３に供給したが、本発明はこれに限定されない。水蒸気の結露が問題とならない場合あるいは結露が無視できる場合には、混合ガスと気体アンモニアとを予混合してボイラ３に供給してもよい。
【００５６】
（３）上記第２実施形態では、脱水塔２ｃの再生処理で発生した水蒸気と計装用空気との混合ガスをボイラ３に供給したが、本発明はこれに限定されない。この混合ガスは、気体アンモニアのような周囲環境に影響を及ぼす成分を含んでいないので、大気に放出してもよい。
【００５７】
（４）上記第１、第２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。
【符号の説明】
【００５８】
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  脱水塔（脱水設備）
２ｄ  アンモニア気化器
２ｅ  第２ポンプ
２ｆ  再生ガス配管（再生設備）
２ｇ  再生ガスブロワ（再生設備）
２ｈ  熱交換器（再生設備）
２ｉ  第２熱交換器（再生設備）
３  ボイラ（本体）
４  蒸気タービン
５  発電機
６  復水器
７  給水ポンプ
【図１】
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【図２】
2019203637.tif 000004
【図３】
2019203637.tif 000005
【図４】
2019203637.tif 000006
【図５】
2019203637.tif 000007
【図６】
2019203637.tif 000008