(57)【要約】蒸気発生設備は、燃焼室（８）と、蒸気発生器と、過熱器（９）と、再熱器（１２）と、復水器（１４）と、蒸気で再生加熱される給水加熱器（１６、１９、１９′）とを備えたボイラ（１）、高圧部（４）と中圧部（５）と低圧部（６）とを備えた蒸気タービン装置（２）、燃焼室（８）に続いている燃焼ガス管（２２）、燃焼室（８）の燃焼部に燃焼空気を供給するための空気供給管（２１）および燃焼ガスと燃焼空気により貫流される空気加熱器（３）を有している。この蒸気発生設備において、空気管（２３）が空気供給管（２１）から空気加熱器（３）の下流で分岐され、空気分解装置（２５）に導かれている。空気管（２３）に、ボイラ（１）の復水・給水・回路からの復水ないし給水で貫流される空気冷却器（３４、３５）が配置されている。空気分解装置（２５）の酸素出口は、酸素管（２６）を介して燃焼室（８）の燃焼部に接続されている。
2008545945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  燃焼室（８）と、蒸気発生器と、過熱器（９）と、再熱器（１２）と、復水器（１４）と、蒸気で再生加熱される給水加熱器（１６、１９、１９′）とを備えたボイラ（１）、
−  高圧部（４）と、中圧部（５）と、低圧部（６）とを備えた蒸気タービン装置（２）、
−  燃焼室（８）に続いている燃焼ガス管（２２）、
−  燃焼室（８）の燃焼部に燃焼空気を供給するための空気供給管（２１）、
−  燃焼ガスと燃焼空気により貫流される空気加熱器（３）、
を有する蒸気発生設備において、
−  遮断可能な空気管（２３）が空気加熱器（３）の下流で空気供給管（２１）から分岐され、空気分解装置（２５）に導かれ、
−  空気供給管（２１）に、ボイラ（１）の復水回路／給水回路からの復水ないし給水で貫流される空気冷却器（３４、３５）が配置され、
−  空気分解装置（２５）の酸素出口が、酸素管（２６）を介して燃焼室（８）の燃焼部に接続されている、
ことを特徴とする蒸気発生設備。
【請求項２】
空気管（２３）において空気冷却器（３４、３５）と空気分解装置（２５）との間に空気圧縮機（２４）が配置されてい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３】
空気圧縮機（２４）を介して空気分解装置（２５）に通じ空気冷却器（３４、３５）を有する空気管（２３）および空気分解装置（２５）から出ている酸素管（２６）が、燃焼室（８）に通じている空気供給管（２１）に対して並列接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸気発生設備。
【請求項４】
空気供給管（２１）と空気管（２３）と酸素管（２６）にそれぞれ、止め弁／調整弁（４６）が配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の蒸気発生設備。
【請求項５】
空気圧縮機（２４）が、ボイラ（１）の再熱器（１２）からの蒸気が供給される駆動蒸気タービン（２８）で駆動されることを特徴とする請求項２に記載の蒸気発生設備。
【請求項６】
空気圧縮機（２４）が、蒸気タービン装置（２）の抽気段（ａ′）からの蒸気が供給される駆動蒸気タービン（２８′）で駆動されることを特徴とする請求項２に記載の蒸気発生設備。
【請求項７】
空気圧縮機（２４）が、外部蒸気源（４８）からの蒸気が供給される駆動蒸気タービン（２８″）で駆動されることを特徴とする請求項２に記載の蒸気発生設備。
【請求項８】
空気圧縮機（２４）が電動機（４９）で駆動されることを特徴とする請求項２に記載の蒸気発生設備。
【請求項９】
駆動蒸気タービン（２８、２８′）が復水器（３１）に接続され、該復水器（３１）の復水出口がボイラ（１）の復水回路に接続されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の蒸気発生設備。
【請求項１０】
第１燃焼ガス分岐管（３８）が空気加熱器（３）の下流で燃焼ガス管（２２）から分岐され、該第１燃焼ガス分岐管（３８）がガス混合器（２７）に導かれ、空気分解装置（２５）から来る酸素管（２６）と空気供給管（２１）がガス混合器（２７）に開口し、ガス混合器（２７）が燃焼室（８）の燃焼部に接続されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の蒸気発生設備。
【請求項１１】
第２燃焼ガス分岐管（３９）が空気加熱器（３）の下流で燃焼ガス管（２２）から分岐され、該第２燃焼ガス分岐管（３９）がＣＯ2圧縮機（４０）に導かれていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の蒸気発生設備。
【請求項１２】
第２燃焼ガス分岐管（３９）に、空気分解装置（２５）からの酸素による燃焼室（８）の運転中に生ずる燃焼ガスをその水露点以下に冷却するための熱交換器（４３）が配置され、該熱交換器（４３）が接続管（４４′）を介して膨張タービン（４２）に低い沸騰点の冷媒を利用したライキンサイクル（４４）によって接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の蒸気発生設備。
【請求項１３】
ＣＯ2圧縮機（４０）が膨張タービン（４２）によって駆動されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の蒸気発生設備。
【請求項１４】
ＣＯ2圧縮機（４０）と膨張タービン（４２）との間に電動機／発電機（４１）が配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の蒸気発生設備。
【請求項１５】
空気圧縮機（２４）、膨張タービン（４２）、ＣＯ2圧縮機（４０）および駆動蒸気タービン（２８、２８′、２８″）や電動機（４９）から成る駆動手段が、共通の単軸系（５０）上に配置されていることを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれか１つに記載の蒸気発生設備。
【請求項１６】
既設のあるいは新設の蒸気発生設備のボイラ（１）が、空気冷却器（３４、３５）と、空気圧縮機（２４）と、空気分解装置（２５）と、ランキンサイクル（４４）と、ＣＯ2圧縮機（４０）とを追加装備ができるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の蒸気発生設備。
【請求項１７】
−  燃焼室（８）と、蒸気発生器と、過熱器（９）と、再熱器（１２）と、復水器（１４）と、蒸気で再生加熱される給水加熱器（１６、１９、１９′）とを備えたボイラ（１）、
−  高圧部（４）と、中圧部（５）と、低圧部（６）とを備えた蒸気タービン装置（２）、
−  燃焼室（８）に接続されている燃焼ガス管（２２）、
−  燃焼室（８）の燃焼部に燃焼空気を供給するための空気供給管（２１）、
−  燃焼ガスと燃焼空気により貫流される空気加熱器（３）、
を有する蒸気発生設備の運転方法において、
−  空気流が空気加熱器（３）の下流で空気管（２３）を介して分岐され、空気分解装置（２５）に導かれ、
−  該空気流が空気管（２３）において、ボイラ（１）の復水回路／給水回路からの復水ないし給水で冷却され、
−  冷却済み空気流が、空気分解装置（２５）においてＯ2成分とＮ2成分に分解され、
−  Ｏ2成分が酸素管（２６）を介して燃焼室（８）の燃焼部に導かれる、
ことを特徴とする蒸気発生設備の運転方法。
【請求項１８】
空気分解装置（２５）からの酸素による燃焼室（８）の運転中に生ずる燃焼ガスが、空気加熱器（３）の下流で第２燃焼ガス分岐管（３９）を介して分岐され、その燃焼ガスが熱交換器（４３）において該熱交換器（４３）と膨張タービン（４２）とを有するライキンサイクル（４４）によって低い沸騰点の冷媒を利用してその水露点以下に冷却され、続いてＣＯ2圧縮機（４０）において圧縮されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
空気圧縮機（２４）と、膨張タービン（４２）と、ＣＯ2圧縮機（４０）とから成るタービン機械の遮断後あるいは休止後および止め弁／調整弁（４６）の閉鎖後、ボイラ（１）が空気供給管（２１）を介して生空気で運転されることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
蒸気発生設備の点検時間中にボイラ（１）に並列接続された装置が、組立終了後に閉止されることを特徴とする請求項１７ないし１９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２１】
ＣＯ2圧縮機（４０）において、主にＣＯ2と少量のＨ2Ｏから成る燃焼ガスが、他の使用目的にとって必要な出口圧力にまで圧縮されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
接続管（４４′）と熱交換器（４３）と膨張タービン（４２）とを備えたランキンサイクル（４４）を介して、空気圧縮機（２４）の中間冷却熱および再冷却熱を取り入れることよって、ＣＯ2圧縮機（４０）に対する補助駆動エネルギが発生されることを特徴とする請求項１８ないし２１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２３】
−  燃焼室（８）と、蒸気発生器と、過熱器（９）と、再熱器（１２）と、復水器（１４）と、蒸気で再生加熱される給水加熱器（１６、１９、１９′）とを備えたボイラ（１）、
−  高圧部（４）と、中圧部（５）と、低圧部（６）とを備えた蒸気タービン装置（２）、
−  燃焼室（８）に接続されている燃焼ガス管（２２）、
−  燃焼室（８）の燃焼部に燃焼空気を供給するための空気供給管（２１）、
−  燃焼ガスと燃焼空気により貫流される空気加熱器（３）、
を有する蒸気発生設備の追加装備方法において、
−  空気流が空気加熱器（３）の下流で空気管（２３）を介して分岐され、空気分解装置（２５）に導かれ、
−  該空気流が空気管（２３）において、ボイラ（１）の復水・給水・回路からの復水ないし給水で冷却され、
−  冷却済み空気流が、空気分解装置（２５）においてＯ2成分とＮ2成分に分解され、
−  Ｏ2成分が酸素管（２６）を介して燃焼室（８）の燃焼部に導かれる、
ことを特徴とする蒸気発生設備の追加装備方法。
【請求項２４】
空気分解装置（２５）からの酸素による燃焼室（８）の運転中に生ずる燃焼ガスが、空気加熱器（３）の下流で第２燃焼ガス分岐管（３９）を介して分岐され、その燃焼ガスが熱交換器（４３）において該熱交換器（４３）と膨張タービン（４２）とを有するライキンサイクル（４４）によって低い沸騰点の冷媒を利用してその水露点以下に冷却され、続いてＣＯ2圧縮機（４０）において圧縮されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
空気圧縮機（２４）と、膨張タービン（４２）と、ＣＯ2圧縮機（４０）とから成るタービン機械の遮断後あるいは休止後および止め弁／調整弁（４６）の閉鎖後、ボイラ（１）が空気供給管（２１）を介して生空気で運転されることを特徴とする請求項２３又は２４に記載の方法。
【請求項２６】
蒸気発生設備の点検時間中にボイラ（１）に並列接続された装置が、組立終了後に閉止されることを特徴とする請求項２３ないし２５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２７】
ＣＯ2圧縮機（４０）において、主にＣＯ2と少量のＨ2Ｏから成る燃焼ガスが、他の使用目的にとって必要な出口圧力にまで圧縮されることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
接続管（４４′）と熱交換器（４３）と膨張タービン（４２）とを備えたランキンサイクル（４４）を介して、空気圧縮機（２４）の中間冷却熱および再冷却熱を取り入れることによって、ＣＯ2圧縮機（４０）に対する補助駆動エネルギが発生されることを特徴とする請求項２４ないし２７のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許請求の範囲の請求項１の前文に記載の蒸気発生設備と、請求項１７の前文に記載の蒸気発生設備の運転方法と、請求項２３の前文に記載の蒸気発生設備の追加装備方法に関する。
【０００２】
かかる蒸気発生設備は化石燃料の燃焼によりＣＯ2が発生し、このＣＯ2が大気圏におけるオゾン層を破壊するという問題がある。従って、火力発電分野において燃焼ガスからＣＯ2を除去することについて、産業界と大学との共同開発が始められている。
【０００３】
その共同開発には、ＣＯをＨ2Ｏと反応させ、ＣＯ2とＨ2に変換させ、そのＣＯ2を分離する方法（石炭ガス化複合発電システム：IGCC（integrated gasification combined cycle））と、化石燃料を純酸素で燃焼し、続いてＣＯ2を除去する方法（純酸素燃焼法：Oxy-Fuel-Verfahren）とがある。その純酸素燃焼法を利用した蒸気発生設備の新設は、現時点での判断では約１０年〜２０年後にはじめて実現でき、それでもなお多額の設備投資を伴う。
【０００４】
既存の通常の火力発電所に追加装備する場合、設備投資がかなり安く抑えられるので、状況は非常によくなる。しかし、純酸素燃焼と関連したＣＯ2分離のために、純酸素燃焼法追加装備としては、コトス上の理由および採用すべき圧縮機装置の大きさのために、１００〜３００ＭＷの大きな出力範囲の発電所しか対象とならない。
【０００５】
本発明の課題は、蒸気発生設備が純酸素燃焼法に応じて運転でき且つ通常方式でも運転できるように、上述した蒸気発生設備に純酸素を利用した燃焼法（Oxy-Fuel-Verfahren）を追加装備することにある。
【０００６】
この課題は、本発明に基づいて、請求項１に記載の特徴を有する蒸気発生設備、請求項１７に記載の特徴を有するかかる蒸気発生設備の運転方法、および請求項２３に記載の特徴を有する蒸気発生設備の追加装備方法によって解決される。本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
【０００７】
純酸素燃焼法（Oxy-Fuel-Verfahren）を本発明に基づいて追加装備することによって、本発明に基づく蒸気発生設備において、既存の再生式給水加熱器並びにボイラの燃焼ガス側における既存の空気加熱器が使用され、再熱器が関与させられる。蒸気発生設備の配管敷設は、燃焼空気側において、唯一の酸素キャリヤとしての空気による運転が引き続き制限を受けることなく可能とされるように選定される。これにより、純酸素燃焼装置についての追加装備は、通常の蒸気発生設備における生空気燃焼運転の可能性を害することなしに行われる。大形ユニットの設計も可能である。
【０００８】
図に本発明の複数の実施例が示され、以下、これらの実施例を本発明の利点と共に詳細に説明する。
【０００９】
蒸気発生設備は、水・蒸気・回路を備えたボイラ１と、蒸気タービン装置２と、空気供給装置と、燃焼ガス排出装置と、燃焼ガスで加熱される再生式空気加熱器（燃焼空気予熱器）３とを有している。この蒸気発生設備は、そこまでは通常の構造様式である。この蒸気発生設備において、本発明の理解にとって必要な点だけを以下簡単に説明する。
【００１０】
蒸気タービン装置２は、高圧部４と、中圧部５と、低圧部６とから成り、これらの圧力部４、５、６は共通軸上に配置され、電気エネルギを発生する発電機７を駆動する。
【００１１】
図示されたボイラ１は強制貫流ボイラとして形成されている。以下の説明はドラム式ボイラにも適用できる。ボイラ１は燃焼室８を有し、この燃焼室８は気体燃料で運転される燃焼装置を備えている。基本的には、燃焼ガス浄化を考慮に入れて石炭ベースで運転することもできる。燃焼室８の蒸気発生伝熱面に過熱器９が後置接続されている。この過熱器９に続く高圧蒸気管１０は蒸気タービン装置２の高圧部４に通じている。高圧部４の蒸気出口は接続管１１を介してボイラ１の再熱器１２に接続されている。再熱器１２は出口側が再熱蒸気管１３を介して蒸気タービン装置２の中圧部５に接続されている。中圧部５の蒸気出口に低圧部６が後置接続されている。
【００１２】
低圧部６の蒸気出口は復水器１４に通じている。復水ポンプ１５′が存在する復水管１５が復水器１４に接続されている。この復水管１５に、順次複数の低圧給水加熱器１６と、熱的給水脱気器１７と、高圧給水ポンプ１８と、複数の高圧給水加熱器１９、１９′が配置されている。最終の高圧給水加熱器１９′は、燃焼ガスで加熱される補助給水加熱器あるいはボイラ１の蒸気発生器に接続されている。給水加熱器１６、１９は、蒸気タービン装置２の高圧部４、中圧部５および低圧部６からの抽気蒸気で加熱される。
【００１３】
空気供給管２１に送風機２０が配置されている。空気供給管２１は再生式空気加熱器３の空気入口に接続され、空気加熱器３の出口は、燃焼室８の燃焼装置に燃焼空気を供給するために、その燃焼装置に通じている。ボイラ１の燃焼ガス出口に燃焼ガス管２２が接続され、この燃焼ガス管２２は再生式空気加熱器３のガス入口に通じている。製図上の理由から、燃焼ガス管２２は図において箇所“ｂ”で中断して示されている。燃焼ガス管２２は空気加熱器３に続いて煙突３６に通じている。
【００１４】
今までの説明は通常構造の蒸気発生設備に関する。次いで、蒸気発生設備への純酸素燃焼装置（Oxy-Fuel-Anlage）の追加装備について説明する。この追加装備は既存の蒸気発生設備に後から、あるいは新蒸気発生設備においては最初から行われる。
【００１５】
空気加熱器３の下流で空気供給管２１から空気管２３が分岐され、空気圧縮機２４に通じている。この空気圧縮機２４の出口は空気分解装置２５に通じている。空気分解装置２５の酸素出口は酸素管２６を介してガス混合器２７に接続され、このガス混合器２７は空気供給管２１において空気加熱器３とボイラ１の燃焼室８の燃焼装置との間に配置されている。
【００１６】
空気圧縮機２４は駆動蒸気タービン２８で駆動される。図１において駆動蒸気タービン２８には、ボイラ１の再熱器１２と蒸気タービン装置２の中圧部５との間における再熱蒸気管１３から蒸気管２９を介して取り出された蒸気が供給される。製図上の理由から、蒸気管２９は図において箇所“ａ”で中断して示されている。蒸気管２９の駆動蒸気タービン２８への入口前に調整弁３０が配置されている。駆動蒸気タービン２８の蒸気出口は復水器３１に通じ、この復水器３１はポンプ３３が配置されている復水管３２を介して、低圧給水加熱器群１６の第１低圧給水加熱器の上流で、ボイラ１の復水管１５に接続されている。
【００１７】
復水器１４における構造的事情が許す場合には、駆動蒸気タービン２８の排気蒸気は、ボイラ１の主復水器１４に導かれる。これによって、駆動蒸気タービン２８の復水器３１およびその復水ポンプ３３が不要とされる。
【００１８】
図２には、再熱蒸気でなく抽気蒸気が供給される駆動蒸気タービン２８′が示されている。その抽気蒸気は蒸気タービン装置２の適当な抽気段４７で取り出され、蒸気管２９′を介して駆動蒸気タービン２８′に供給される。
【００１９】
図３に応じて、外部蒸気源４８からの蒸気が蒸気管２９″を介して供給される駆動蒸気タービン２８″も採用できる。その外部蒸気源４８は直焚きボイラとすることができる。
【００２０】
駆動蒸気タービン２８、２８′、２８″の代わりに、図４に示されているように、空気圧縮機２４を駆動するために電動機４９も採用できる。
【００２１】
空気管２３において空気加熱器３と空気圧縮機２４との間に２個の空気冷却器３４、３５が配置されている。これらの空気冷却器３４、３５は、空気圧縮機２４を駆動する駆動蒸気タービン２８のようにボイラ１の水・蒸気回路に組み込まれている。空気加熱器３の下流に位置する空気冷却器３４は、高圧給水加熱器１９の上流で復水管１５から取り出され高圧給水加熱器１９の下流で復水管１５に戻される高圧給水で貫流される。ボイラ１の再熱器１２における蒸気温度の調整が燃焼ガス内部循環によって行われるとき、最終の高圧給水加熱器１９′を補助的に空気冷却器３４に組み込むことができる。空気加熱器３の下流に位置する空気冷却器３５は、低圧給水加熱器群１６の上流で取り出され低圧給水加熱器群１６の下流で復水管１５に戻される低圧給水で貫流される。
【００２２】
燃焼ガス管２２において再生式空気加熱器３および煙突への分岐点の下流に、再循環送風機３７が配置されている。この再循環送風機３７の下流で、燃焼ガス管２２が２つの燃焼ガス分岐管３８、３９に分岐されている。その第１燃焼ガス分岐管３８はガス混合器２７に開口している。
【００２３】
第２燃焼ガス分岐管３９はＣＯ2圧縮機４０に通じている。このＣＯ2圧縮機４０は膨張タービン（Expander）４２および電動／発電機４１によって駆動される。ＣＯ2圧縮機４０と膨張タービン４２は電動／発電機４１と共に共通軸上に配置されている。
【００２４】
電動／発電機４１は、図３と図４に例示されているように省くこともできる。その代わりに、空気圧縮機２４と膨張タービン４２とＣＯ2圧縮機４０は、駆動手段としての駆動蒸気タービン２８″あるいは電動機４９と共に、単軸系５０上に配置されている。図３と図４に示された動力伝達系は、図１と図２における蒸気発生設備にも採用することができ、同様に、図１と図２における動力伝達系は、図３と図４に示された蒸気発生設備に採用できる。
【００２５】
第２燃焼ガス分岐管３９においてそのＣＯ2圧縮機４０への入口前に、燃焼ガスを水露点以下に冷却するための熱交換器４３が配置され、これにより、燃焼ガスからの水の除去が行われる。熱交換器４３は接続管４４′を介して、ランキンサイクル４４によって膨張タービン４２に接続されており、このランキンサイクルの作動媒体としては低い沸騰点の冷媒例えばＮＨ3が利用される。膨張タービン４２の出口に接続されたポンプ４５は、作動媒体を熱交換器４３および膨張タービン４２を通して循環させる。
【００２６】
図示され前述されているように、空気圧縮機２４を介して空気分解装置２５に通じ空気冷却器３４、３５を有する空気管２３および空気分解装置２５から出ている酸素管２６は、燃焼室８に通じている空気供給管２１に対して並列接続されている。止め弁／調整弁４６が空気供給管２１、空気管２３、酸素管２６、第１燃焼ガス分岐管３８および第２燃焼ガス分岐管３９に設置されており、これらの止め弁／調整弁４６はそれらの配管を遮断する働きあるいはそれらの配管を流れる媒体を調整する働きをする。
【００２７】
上述した蒸気発生設備は次のように運転される。純酸素燃焼過程（Oxy-Fuel-Prozess）に対して、即ち、酸素による運転に対して必要な空気が、再生式空気加熱器３の下流で蒸気タービン復水によってできるだけ低温に冷却され、空気圧縮機２４において空気分解装置２５にとって必要な圧力にまで圧縮される。
【００２８】
空気圧縮機２４の駆動は、再熱器１２からの再熱蒸気あるいは蒸気タービン２の中圧部５の抽気段４７からの抽気蒸気が供給される駆動蒸気タービン２８、２８′で行われる。蒸気管の抽気箇所が中圧部あるいは低圧部で閉鎖されているか部分的にしか開かれておらず、再熱蒸気あるいは抽気蒸気の取り出しが、ボイラ１の復水回路への燃焼空気熱の移動によって、量的に部分的に補償されるので、蒸気タービン２の出力低下は僅かである。駆動蒸気タービン２８、２８′で発生する復水はボイラ１の復水回路に組み入れられる。これによって、追加の脱気器および追加の蒸気復水装置は不要である。駆動蒸気タービン２８、２８′を駆動するための再熱蒸気あるいは抽気蒸気の取り出しによる出力低下は、ボイラ１の復水・給水・回路への空気加熱器３からの燃焼空気熱の移動によって十分に補償される。
【００２９】
蒸気タービン装置２の蒸気呑込み容量が十分であり、発電機７がまだ余力を有している場合には、空気圧縮機２４の駆動を、再熱蒸気管１３と蒸気タービン装置２の中圧部５の抽気段４７とから成る再熱蒸気系から切り離すことができる。この場合、その駆動のために、電動機並びに直焚きボイラによる純粋な蒸気タービンを利用することができる。かかる構想の利点は、後者の場合、蒸気パラメータの自由な選定ができること並びに純酸素燃焼過程用の補助タービン機械のトリップ時における蒸気発生設備の純粋な空気燃焼運転への切換過程で良好な動特性が得られることにある。駆動過程の効率向上のために、空気圧縮機２４の中間冷却熱／再冷却熱を、追加装備の設備構想に有効に組み入れることができる。
【００３０】
空気分解装置２５における空気は、空気圧縮機２４によって空気分解装置２５にとって必要な圧力まで圧縮される。蒸気発生設備の出力を高める際、軸流／半径流圧縮機と中間冷却器／再冷却器との組合せが利用される。基本的には、純粋な電動駆動も可能である。
【００３１】
蒸気発生設備の運転開始は１００％負荷の送風機２０で行われ、その場合、空気分解装置２５の約６０％の出力、即ち、空気分解装置２５の最低出力と、ボイラ１の空気量の約４０％、即ち、強制貫流ボイラあるいは自然循環ボイラの最低出力が供給される。上述の値は運転に応じて変化することができる。ボイラ１は、空気分解装置２５で相応したＯ2品質が得られるまで、部分負荷・生空気燃焼運転される。そして、部分負荷・空気燃焼運転から相応した部分負荷・酸素燃焼運転への純酸素燃焼運転（Oxy-Fuel-Betrieb）切換が行われる。一層の出力上昇は、空気分解装置２５の許容値を考慮に入れて行われる。酸素燃焼運転から空気燃焼運転への移行は逆の順序で行われる。
【００３２】
酸素燃焼中には窒素が存在しないので、ボイラ１の燃焼ガス経路における燃焼ガス質量流量は、生空気燃焼運転に比べて、燃焼温度がかなり高い状態で減少する。その燃焼温度の上昇は、ボイラ１の燃焼室８における伝熱管に大きな熱負荷を生じさせるかもしれない。しかし、ガス混合器２７を介してボイラ１の燃焼装置に所定の大きな燃焼ガス帰還流量を注入することによって、質量流量並びに燃焼温度が、生空気燃焼運転時と同じ値に調整される。ガス混合器２７における酸素と再循環燃焼ガスとの合流によって、生空気燃焼運転時に類似したＯ2含有量が得られる。熱力学的理由から、再循環燃焼ガスが空気加熱器３の下流で取り出される。
【００３３】
既に述べたように、純酸素燃焼過程（Oxy-Fuel-Prozess）に属するすべての設備部分は蒸気発生設備に並列接続されている。さらに、止め弁／調整弁４６が空気供給管２１、空気管２３、酸素管２６、第１燃焼ガス分岐管３８および第２燃焼ガス分岐管３９にそれぞれ配置されている。このようにして、純酸素燃焼過程が蒸気発生設備１に、酸素供給を必要としない純粋な生空気燃焼運転がいつでも可能であるように、組み入れられている。そのためには、相応した止め弁／調整弁４６が閉鎖されねばならない。蒸気発生設備１の純粋な生空気燃焼運転は、空気圧縮機２４、膨張タービン４２およびＣＯ2圧縮機４０のようなタービン機械の休止時あるいは遮断時においても可能である。蒸気発生設備の点検時間中に、純酸素燃焼過程に属する並列接続された設備部分の組立終了後の閉止が行われる。
【００３４】
主にＣＯ2とＨ2Ｏから成る残留燃焼ガスは、水分を除去するために、ＮＨ3ベースのランキンサイクル４４を介して、燃焼ガスの水露点よりかなり低く冷却される。水蒸気部分が発散した蒸発熱と燃焼ガスの潜熱とによって、膨張タービン４２を介して付加的な電気エネルギが得られる。
【００３５】
膨張タービン４２は電動機／発電機４１を介してＣＯ2圧縮機４０を駆動し、このＣＯ2圧縮機４０は使用目的に応じて必要な所定のＣＯ2最終圧力を提供する。その場合、ＥＯＲプロセス（Enhanced Oil-Recovering）に対して２００バールまでの圧縮が達成される。圧縮機４０の要求された駆動動力に応じて、電動機／発電機４１は電動機運転されるか、あるいは発電機運転される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】純酸素燃焼方式が追加装備された蒸気発生設備の系統図。
【図２】図１における蒸気発生設備の異なった実施例の系統図。
【図３】図１における蒸気発生設備の異なった実施例の系統図。
【図４】図１における蒸気発生設備の異なった実施例の系統図。
【符号の説明】
【００３７】
１    ボイラ
２    蒸気タービン装置
３    空気加熱器
４    高圧部
５    中圧部
６    低圧部
８    燃焼室
９    過熱器
１２    再熱器
１４    復水器
１６    低圧給水加熱器
１９    高圧給水加熱器
２１    空気供給管
２３    空気管
２５    空気分解装置
２６    酸素管
３４    空気冷却器
３５    空気冷却器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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