(57)【要約】  炭素質燃料と実質的に純粋な酸素とを燃焼させて主として二酸化炭素と水とを含んでいる排ガスを生成するための炉を含んでいる動力を発生するための酸素燃焼装置。排ガス通路装置が炉から排ガスを排出する。該排ガス通路装置は、上流通路、出口通路及びガス再循環通路を備えている。上流通路は、排ガスの再循環部分を再循環通路を介して炉へと再循環させ且つ排ガスの最終部分を最終処理のために出口通路を介して搬送する。上流通路は、第一の分割器部品と結合部品との間で第一の排ガス通路部分と第二の排ガス通路部分とに分けられる。第一の排ガス通路部分内に配置されているガス−ガス間熱交換器は、第一の排ガス通路部分内の排ガスからの熱を、ガス再循環通路内のガスに伝える。第二の排ガス通路部分内に配置されている第一の節炭器が、第二の排ガス通路部分内の排ガスからの熱を給水ライン内の給水の流れに伝え、結合部品の下流で排ガス通路装置内に配置されている第二の節炭器が、前記排ガス通路装置内のガスからの熱を給水ライン内の給送水の流れに伝える。
2011523997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素燃焼によって動力を発生するための方法であり、
（ａ）炭素質燃料を炉内に供給するステップと、
（ｂ）第一の動作モードにおいて、燃料を酸素によって燃焼させて主として二酸化炭素と水とを含む排ガスを生成するために酸素供給源から運ばれた実質的に純粋な酸素の流れを含むオキシダントガスを炉内に供給するステップと、
（ｃ）前記炉から排ガスの流れを排出させるステップと、
（ｄ）前記排ガスの流れを最終の分割器部材内で再循環部分と最終部分とに分けるステップと、
（ｅ）前記再循環部分をガス再循環通路を介して前記炉内へと再循環させるステップと、
（ｆ）前記最終部分を出口通路を介して最終処理へと運ぶステップとを含み、更に、
（ｇ）前記最終の分割器部材の上流に配置されている第一の分割器部材内の前記排ガスの流れを第一の排ガスの流れと第二の排ガスの流れとに分けるステップと、
（ｈ）前記第一の排ガスの流れからの熱をガス−ガス間熱交換器によって前記ガス再循環通路内のガスに伝えて冷却された第一の排ガスの流れを形成するステップと、
（ｉ）前記第二の排ガスの流れからの熱を第一の節炭器によって給水ライン内の給水の流れに伝えて冷却された第二の排ガスの流れを形成するステップと、
（ｊ）前記冷却された第一の排ガスの流れと前記冷却された第二の排ガスの流れとを前記最終の分割器部材の上流に配置されている結合部材内で結合して結合された排ガスの流れを形成するステップと、
（ｋ）前記結合された排ガスの流れの少なくとも一部分を運んで該結合された排ガスの流れからの熱を伝えるように調整された第二の節炭器を介して前記給水ライン内の給水の流れに運ぶステップと、を含んでいる方法。
【請求項２】
前記第二の節炭器が前記最終の分割器部材の上流の前記排ガス通路内に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記排ガスの最終部分からの熱を前記実質的に純粋な酸素の流れに伝えるステップを更に含んでいる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記実質的に純粋な酸素の流れと前記再循環部分とを結合されたオキシダントガスとして混合機内で混合し且つ該結合されたオキシダントガスを前記炉内へ供給するステップを更に含んでいる、ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記排ガスの再循環部分からの熱を伝えるために、前記第二の節炭器が前記再循環通路内に配置されている、ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記第一の節炭器が前記第二の節炭器の直ぐ下流の給水ライン内に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第一の排ガスの流れと前記第二の排ガスの流れとの分割比率を制御するステップを更に含んでいる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第一の動作モードにおいて、前記排ガスの温度が前記第二の節炭器内で少なくとも３０℃低下する、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記第一の動作モードを、前記再循環部分が最少にされる第二の動作モードと交互に行うステップを更に含み、前記オキシダントガスが前記ガス−ガス間熱交換器の上流のガス再循環ラインへと導入される空気の流れを含んでいる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第二の動作モードにおいて、前記排ガスの温度が第二の節炭器内で１０℃未満の温度だけ変化する、ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
酸素燃焼によって動力を発生するための装置であり、
炭素質燃料を燃焼させるための炉と、
燃料を酸素によって燃焼させて主として二酸化炭素と水とを含む排ガスを生成するために、酸素供給源から炉内へ実質的に純粋な酸素を供給するための酸素通路と、
前記炉から前記排ガスを排出するために前記炉に結合された排ガス通路装置であって、上流装置通路と出口通路とガス再循環通路とを備えており、前記排ガスの再循環部分を前記再循環通路を介して前記炉に再循環させ且つ最終処理のために前記排ガスの最終部分を前記出口通路を介して運ぶために、前記上流通路が最終の分割器部材によって前記ガス再循環通路と前記出口通路とに結合されており、前記上流通路が、第一の分割器部材と結合部材との間で、第一のガス通路部分と第二の排ガス通路部分とに分割されるようになされた前記排ガス通路装置と、
前記第一の排ガス通路部分内の排ガスからの熱を前記ガス再循環通路内のガスに伝えるために前記第一の排ガス通路部分内に配置されているガス−ガス間熱交換器と、
前記第二の排ガス通路部分内の排ガスからの熱を給水ライン内の給水の流れに伝えるために前記第二の排ガス通路部分内に配置されている第一の節炭器と、
前記排ガス通路装置内のガスからの熱を給水ライン内の給水の流れに伝えるために前記結合部材の下流において前記排ガス通路装置内に配置されている第二の節炭器と、を含む装置。
【請求項１２】
前記第二の節炭器が前記上流通路内に配置されている、ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記酸素通路内に配置されており且つ前記排ガスの最終部分から得られた熱によって前記実質的に純粋な酸素を加熱するために前記出口通路内に配置されているガス冷却器に接続されている酸素加熱器を更に備えている、ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記実質的に純粋な酸素と前記再循環部分とを結合されたオキシダントガスとして混合する混合機と、前記結合されたオキシダントガスを前記炉内へ供給するための通路とを更に備えている、ことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第二の節炭器が前記ガス再循環通路内に配置されている、ことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記第一の節炭器が前記第二の節炭器の直ぐ下流の前記給水ライン内に配置されている、ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
前記排ガスの分割比率を制御するために前記第一の排ガス通路部分と前記第二の排ガス通路部分とのうちの一方内にダンパーを更に備えている、ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
前記再循環部分を制御するために前記ガス再循環通路内に配置されたダンパーと、
空気の流れを前記オキシダントガスとして導入するために前記ガス再循環通路内に配置されている空気取り込み口であって、前記排ガスからの熱を前記ガス−ガス間熱交換器内の前記空気の流れに伝えるために前記ガス−ガス間熱交換器の上流に配置されている前記空気取り込み口と、を更に備えていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素燃焼によって動力を発生させるための方法及び装置に関する。本発明は特に、複式燃焼又は順応性燃焼装置、すなわち、酸素燃焼モードと空気による燃焼モードとの間で容易に切り換えることができる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素燃焼は、微粉炭（ＰＣ）ボイラー又は循環流動層（ＣＦＢ）ボイラーのような動力発生ボイラーの燃焼ガスからＣＯ２を除去するように示唆されている方法のうちの一つである。酸素燃焼は、ボイラーから排出された排ガスの主成分として二酸化炭素と水とを含むように、炭素質燃料を典型的には約９５％の純度の実質的に純粋な酸素によって燃焼させることに基づいている。この方法によれば、二酸化炭素は、燃料を空気によって燃焼させる場合のように主成分として窒素を含むガスの流れから二酸化炭素を分離する必要なく比較的容易に捕獲することができる。
【０００３】
酸素燃焼によって動力を発生する方法は、一般的な空気による燃焼より複雑である。なぜならば、酸素供給源、例えば、酸素が空気中の他の成分から分離される極低温型又は膜式の空気分離ユニット(ＡＳＵ)が必要とされるからである。生成された排ガスは、次いで、オキシダント、燃料及び漏れ空気から水が除去される際にＣＯ２の選択的排除の準備がされ、おそらくは、排ガスはオキシダント、燃料及び漏れ空気から発生する不活性ガスを減らすために精製される。この精製は、典型的には、低温高圧下でのＣＯ２濃縮によってなされる。ＣＯ２は、例えば、１１０バール（１１メガパスカル）より高い圧力まで圧縮しながら比較的低温まで冷却することによって排ガスから分離することができる。
【０００４】
純粋酸素による燃焼によってもたらされる極めて高い燃焼温度を避けるためには、燃焼条件が空気燃焼の条件に近くなるように調整されている酸素燃焼ボイラーを使用することが有利である。これは、排ガスを再循環させて炉へと戻すことによって、例えば、約２０％〜２８％のオキシダントガスの平均Ｏ2成分を提供することによって行うことができる。このような酸素燃焼ボイラーは、現存の空気燃焼ボイラーを改造することによって有利に構築することができる。二酸化炭素の捕獲及び貯蔵による酸素燃焼に関する多くの不確実性により、複式燃焼ボイラー、即ち、出来るだけ容易に好ましくは構造の変更を行うことなく酸素燃焼から空気燃焼へと変更できるボイラーも必要とされている。このような複式燃焼ボイラーにおいては、夏期又は昼間のような高い負荷需要中に空気燃焼を使用し且つ他の状況下ではＣＯ２除去による酸素燃焼を適用することによって、最大動力を得ることができる。更に、例えば、分離ユニット又はＣＯ２分離ユニットが故障しているときには、複式燃焼ボイラーを空気燃焼モードで使用することも可能である。
【０００５】
炭素質燃料を空気によって燃焼させることに基づく一般的なボイラーは、通常は、炉内に連続的に配置されている蒸発器、過熱器、再加熱器、節炭器及び空気加熱器のような一組の熱伝導面と、静電集塵装置（ＥＳＰ）又は繊維質フィルタの上流に設けられる排ガス通路とを備えている。過熱器、再加熱器及び平行排ガス通路部分に平行な節炭器又は空気加熱器に平行な低圧節炭器を配置することもまた知られている。
【０００６】
米国特許第６，２０２，５７４号には、過熱器、再加熱器及び節炭器の下流の排ガス通路内に、再循環された煙道ガス加熱器、純粋酸素加熱器及び給水加熱器からなる更に別の一連の組の煙道ガス冷却器を有している酸素燃焼ボイラーが示されている。ドイツ特許公開ＤＥ１０３  ５６  ７０１  Ａ１には、排ガス通路内に直列又は並列に配置された酸素加熱器と再循環された煙道ガス加熱器とを備えている酸素燃焼ボイラー装置が示されている。
【０００７】
国際特許公開の２００６／１３１２８３号には、空気加熱器の下流に一連の熱交換器を有している複式燃焼酸素燃焼ボイラーが示されており、前記一連の熱交換器は、酸素燃焼モードにおいては、熱エネルギーを補うために給水供給ラインに接続され、前記給水供給ラインは、酸素燃焼モードにおいては、空気の分離又はＣＯ２の液化のために使用される。この装置は、酸素燃焼モードにおいて給水の流れを制御するのに必要とされる弁及びコントローラにより、極めて複雑にされている。
【０００８】
二酸化炭素の放出を最少にするときに動力を更に経済的に発生するために、特に、複式燃焼装置を使用することによる酸素燃焼のための改良された方法及び装置が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，２０２，５７４号
【特許文献２】ドイツ特許公開ＤＥ  １０３  ５６  ７０１  Ａ１
【特許文献３】国際特許公開２００６／１３１２８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、酸素燃焼のための新しい方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一つの特徴に従って、酸素燃焼によって動力を発生させる方法が提供されている。この方法は、炭素質燃料を炉内へ供給するステップと、オキシダントガスを炉内へ供給するステップと、排ガスを炉から排出させるステップと、最終的な分割器内の前記排ガスの流れを再循環部分と最終部分とに分けるステップと、前記再循環部分を再循環通路を介して炉へと再循環させるステップと、前記最終部分を出口通路を介して最終的な処理へと運ぶステップとを含んでおり、前記炉内では、第一の動作モードにおいて、前記オキシダントガスは、燃料を酸素によって燃焼させて主として二酸化炭素と水とを含む排ガスを生成するために酸素供給源から運ばれた実質的に純粋な酸素の流れを含んでいる。該方法はまた、最終的な分割器部材の上流に配置されている第一の分割器部材内の排ガスの流れを第一の排ガスの流れと第二の排ガスの流れとに分けるステップと、前記第一の排ガスの流れからの熱をガス−ガス間熱交換器によって前記ガス再循環通路内のガスに伝えて冷却された第一の排ガスの流れを形成するステップと、前記第二の排ガスの流れからの熱を第一の節炭器によって給水ライン内の給水の流れに伝えて冷却された第二の排ガスの流れを形成するステップと、前記冷却された第一の排ガスの流れと冷却された第二の排ガスの流れとを、前記最終の分割器部材の上流に配置された結合部材内で結合して結合された排ガスの流れを形成するステップと、前記結合された排ガスの少なくとも一部分を、前記結合された排ガスの流れから熱を伝えるように配置された第二の節炭器を介して前記給水ライン内の給水の流れへと搬送するステップとを含んでいる。
【００１２】
別の特徴によれば、本発明は、酸素燃焼によって動力を発生するための装置を提供する。該装置は、炭素質燃料を燃焼させるための炉と、燃料を酸素によって燃焼させて主として二酸化炭素と水とからなる排ガスを生成するために、実質的に純粋な酸素を酸素供給源から炉へと供給するための酸素通路と、炉から排ガスを排出するために炉に接続されている排ガス通路とを備えており、前記排ガス通路装置は、上流通路と、出口通路と、ガス再循環通路とを備えており、前記上流通路は、最終分割器部材によって前記ガス再循環通路と出口通路とに接続されていて、排ガスの第一の部分である所謂再循環部分を再循環通路を介して炉へと再循環させ、排ガスの第二の部分である排ガスの所謂最終部分を最終処理のために出口通路を介して搬送するようになされ、該装置は更に、第一の分割器部材と結合部材との間の上流通路を第一の排ガス通路部分と第二の排ガス通路部分とに分けることを含み、更に、前記第一の排ガス通路部分内の排ガスからの熱を前記ガス再循環通路内のガスに伝えるために前記第一の排ガス通路部分内に配置されているガス−ガス間熱交換器と、前記第二の排ガス通路部分内の排ガスからの熱を給水ライン内の給水の流れに伝えるために前記第二の排ガス通路内に配置されている第一の節炭器と、前記排ガス通路装置内のガスからの熱を前記給水ライン内の給水の流れに伝えるために前記結合部材の下流の排ガス通路装置内に配置されている第二の節炭器と、を備えている。
【００１３】
本発明による動力発生装置は、前記酸素通路に対して配置された酸素加熱器を備えているのが好ましく、該酸素加熱器は、排ガスの最終部分から得られた熱によって実質的に純粋な酸素を加熱するために前記出口通路内に配置されているガス冷却器に接続されるのが有利である。この酸素の加熱装置は、ガス−ガス間熱交換器によって構成されている。該ガス−ガス間熱交換器おいては、熱は、排ガスの最終部分から実質的に純粋な酸素へ直に伝えられるが、これは、循環パイプ装置内で別個に配置されているガス冷却器と酸素加熱器との間に設けられているポンプによって熱伝導媒体典型的には水を循環させることに基づいている。本発明を使用する際に、比較的純粋な酸素の供給速度は、燃料の十分な燃焼を提供するために、燃料供給速度に基づいて決定されるのが有利である。通常は、酸素供給速度は、排ガスの残留酸素の含量を監視することによって制御され、この残留酸素の含量は、典型的には約３％である適切なレベルに維持されるべきである。
【００１４】
排ガスの再循環部分と実質的に純粋な酸素の流れとは別個に炉へ導かれても良いが、本発明の好ましい実施例によれば、実質的に純粋な酸素の流れは、混合機内で排ガスの再循環部分と混合される。前記混合機は、ガス−ガス間熱交換器の下流のガス再循環通路と酸素加熱器の下流の酸素通路とを結合させるように配置されている。このようにして、結合された酸素ガスの流れは、通路を介して炉内へ給送されるように形成されている。再循環ガスと混合する前に酸素の流れを加熱することによってもたらされる利点は、Ｏ２の流れの温度が低すぎる場合に生じる。噴射パイプ上の再循環ガスからの水分又は酸性ガスの凝縮を避けることができることである。一般的に、加熱された純粋な酸素の流れを排ガスの加熱された再循環部分と混合することによって、結合されたオキシダントガスの温度、流量及び酸素含量を効率良く制御できるようになる。
【００１５】
ガス再循環通路及び酸素通路は多数の平行ラインに分割されるのが有利である。これらの多数の平行ラインは、多数の混合機内で別個に接続されて、例えば、第一及び第二のオキシダントガスとして別個に炉へ給送される混合ガスの多数の流れを形成する。互いに平行な再循環ガスのライン及び酸素のライン内のガスの流れを別個に制御することによって、オキシダントガスの流れの流量と酸素含量とを別個に制御することができる。
【００１６】
本発明が、空気燃焼ボイラーから改良された酸素燃焼ボイラーに対して使用される場合には、排ガスの再循環部分の流速は、炉内の所望のガスの流速を維持するように調整するのが有利であり、この炉内では、オキシダントガスの酸素含量が空気の酸素含量典型的には約１８％〜約２８％に近くなるように調整されるのが有利である。改良されたボイラーの炉温度又は熱流束は、例えば炉壁の腐食又は材料強度の問題を避けるためにほぼその元のレベルに維持されるのが有利である。
【００１７】
主成分として窒素を含む一般的な排ガスと比較したとき、主成分として二酸化炭素を含む酸素燃焼プロセスにおいて生成される排ガスの高い熱容量により、同じ温度での同じ排ガスの流量によって、空気燃焼の場合よりも酸素燃焼の場合の方が多量の熱が運ばれる。従って、空気燃焼蒸気発生プロセスを酸素燃焼に変更したときに、燃料供給速度は少なくとも１０％増大して、元の炉温度又は熱流束はそのまま維持することができるので有利である。増大した燃焼の結果として、例えば蒸気の発生及びオキシダントガスの加熱のために多量の熱を利用することができる。
【００１８】
一般的な、空気燃焼ボイラーにおいては、蒸気タービンから取り出された蒸気の大部分が給水を予熱するために使用される。酸素燃焼ボイラーにおいては、蒸気タービンから取り出された蒸気の少なくとも一部分が、空気分離ユニット（ＡＳＵ）又は二酸化炭素精製及び圧縮ユニット(ＣＣＵ)においてコンプレッサを駆動するために使用され、これに応じて、大量の給水の予熱が排ガス通路内に配置されている節炭器内で行なわれる。この構造により且つ上記した大量の燃焼に基づく多量の蒸気の発生により、酸素燃焼において特に効率の良い節炭器の装置が必要とされている。
【００１９】
第一の節炭器は、第二の節炭器のすぐ下流の給水内に配置されるのが有利である。このような配置によって、第一及び第二の節炭器は直接的な給水流接続状態にある。即ち、給水の同じ流れが常に両方の節炭器内を流れ、２つの節炭器間での給水の流れを制御するために制御弁を備えた分岐パイプが存在しない。このようにして、本発明による節炭器は、給水の最適な加熱のために調整することができる簡単な装置を提供している。この調整は、第一の排ガス通路部分と第二の排ガス通路部分とのうちの一方に設けられたダンパーを制御して２つの排ガス通路部分間での排ガスの分割比率を変えることによってなされるのが好ましい。
【００２０】
本発明の好ましい実施例によると、第二の節炭器は、上流通路内即ち最終の分割器部材の上流の排ガス通路に配置されている。通常は、上流通路は、静電集塵装置（ＥＳＰ）又は繊維質フィルタのような集塵装置を備えている。第二の節炭器は、集塵装置の上流に配置されて、排ガスの温度が集塵装置の作動範囲に適するように調整することができるようにされるのが有利である。
【００２１】
典型的には、排ガスの大部分例えば約８０％が第一の排ガス通路部分内を流れ、小部分例えば約２０％が第二の排ガス通路部分内を流れる。従って、第一の排ガスの流れがガス−ガス間熱交換器内で例えば約３１０℃〜約２１０℃まで冷却され、第二の排ガスの流れが第一の節炭器内で例えば約１７０℃まで冷却されると、結合された排ガスは、結合部材の下流で約２００℃の温度を有する。このことにより、結合された排ガスの流れは、上流通路に配置された第二の節炭器内で、約２００℃〜例えば約１５０℃まで有利に冷却される。節炭器のこの構造によって、ガス−ガス間熱交換器内の再循環ガスと節炭器内の給水との両方を、節炭器上又は下流の集塵装置上に酸が凝縮する恐れが無い状態で、それらの最適な温度まで同時に加熱できる可能性が提供される。
【００２２】
出口通路が酸素加熱器に結合されている排ガス冷却器を備えている場合に特に有利である本発明のもう一つの別の好ましい実施例によれば、第二の節炭器は、上流通路の代わりにガス再循環通路内に配置される。このことにより、第二の節炭器は、排ガスの再循環部分のみからの熱を給水へと伝える。この構造により、排ガスが排ガス冷却器内へ入るときに排ガスの温度が比較的高い温度典型的には約２００℃にとどまり、これに応じて、酸素の流れは酸素加熱器によって比較的高い温度まで加熱することができるという利点が提供される。本来的には、一部分が上流通路内に配置され且つ別の部分がガス再循環通路内に配置される分割された第二の節炭器を備えることも可能である。
【００２３】
本発明の特に有利な実施例によれば、該装置は、空気の流れをオキシダンガスとして導入するためにガス再循環通路内に配置されている空気取り込み口と、再循環部分を制御するためにガス再循環通路内に配置されているダンパーとを備えている。空気取り込み口の目的は、第二の動作モードすなわち第一の動作モードと交互に使用することができる空気燃焼モードを可能にすることである。第二の動作モードにおいては、再循環部分は最少とされ且つ実質的に純粋な酸素又は酸素と排ガスの再循環部分とからなる結合された流れの代わりに空気がオキシダントガスとして使用される。空気取り込み口は、熱を排ガスからガス−ガス間熱交換器内の空気の流れへ伝えるために、ガス−ガス間熱交換器の上流に配置されることが有利である。
【００２４】
第二の動作モードにおいては、燃焼装置は酸素供給源から切り離され、排ガスは、窒素、二酸化炭素及び水をその主成分として含んでいる。排ガスの大部分が窒素であることにより、該装置もまた二酸化炭素精製及び圧縮ユニット（ＣＣＵ）から分離されており、排ガスは通風管を介して外部環境へと放出される。本発明の主要な着想のうちの一つは、構造に如何なる改造を施すことなく且つオンラインで且つ切り換え中に動力の発生を停止させることなく、酸素燃焼から空気燃焼へと容易に切り換えたり元に戻したりすることができる複式燃焼酸素燃焼のための装置及び方法を提供することである。
【００２５】
第二の動作モードにおいては、酸素供給源は使用されず且つ排ガス中の二酸化炭素は精製されず且つ分離されないので、これらのプロセスの補助的な動力消費が最少にされ、該装置は、外部環境への二酸化炭素の放出のコストに関して酸素燃焼における場合より高い全体効率を提供することができる。空気燃焼動作モードは、動力需要が特に高いとき例えば夏期又は昼間に使用されることが有利である。別の方法として、空気燃焼モードは、例えば変動する経済状況に基づいて、又は酸素素供給源、二酸化炭素精製及び圧縮ユニット若しくは二酸化炭素貯蔵装置が何らかの理由で利用できない場合に一時的に使用することができる。
【００２６】
第一の動作モードを使用する場合には、ガス−ガス間熱交換器内の低温ガスの初期温度すなわち再循環ガスの温度は比較的高く、従って、排ガスは、ガス−ガス間熱交換器内でほんの約１００℃だけ典型的には約２００℃まで冷える。従って、ガス−ガス間熱交換器の下流の排ガス搬送器が多量の熱エネルギを運び出し、そのかなりの部分が第二の節炭器内の給水を加熱するために有利に利用される。従って、第二の節炭器は、排ガスが第一の動作モードで好ましくは少なくとも約３０℃更に好ましくは少なくとも約４０℃だけ冷えるような配置とされている。典型的には、煙道ガスは、第一の動作モードにおいて第二の節炭器内で約１７０℃〜約２２０℃の温度から約１２０℃〜約１７０℃の温度まで冷えて酸性ガスの露点より高い温度にとどまる。所望の排ガス温度を得るために、第一及び第二の節炭器は、空気分離器の上流に配置されたＬＰ節炭器であるのが好ましい。低圧力の通気装置が使用される場合には、第一及び第二の節炭器は空気分離器の上流にも配置することもできる。
【００２７】
第二の動作モードにおいては、再循環排ガスの流れは空気の流れとほぼ同じ量だけ置き換えられることが有利であるが、この空気の流れは再循環ガスよりも遙かに低い温度である。従って、排ガスは次いでガス−ガス間熱交換器内で遙かに低い温度典型的には約１２０℃まで冷える。これらの条件下では、ガス−ガス間熱交換器の下流の排ガス温度は、既に典型的には第二の熱交換器内に入る給水の温度に近く、第二の節炭器内には存在するとしても極めて少ない熱伝導があるだけである。排ガスの温度は第二の動作モードにおいて第二の節炭器内で約１０℃未満の温度だけ変化するので有利である。
【００２８】
上記したように、酸素燃焼モードにおいては、蒸気タービンから取り出される蒸気の大部分は、ＡＳＵ又はＣＣＵ内のコンプレッサを駆動するために使用される。空気燃焼モードにおいては、ＡＳＵ及びＣＣＵが使用されていないときは蒸気は給水を予熱するために貯えられ、節炭器内で給水を予熱する必要性は著しく減少する。上記したように、この構造によれば、空気燃焼モードにおいては節炭器の熱伝導率は自動的に低下する。空気燃焼モードでは、第一及び第二の排ガス通路部分のうちの一方にダンパーを使用することによって、給水の予熱も減少し、第二の排ガス通路部分内を流れる排ガスの割合が減少するので有利である。
【００２９】
本発明の上記の簡単な説明並びに更なる目的、特徴及び利点は、添付図面と関連させてなされる現在のところ好ましいが例示的である本発明の実施例の以下の詳細な説明を参考にすることによって更に詳しく理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施例による酸素燃焼動力装置の概略図である。
【図２】図２は、本発明のもう一つ別の好ましい実施例による酸素燃焼動力装置の概略図である。
【実施例】
【００３１】
図１は、本発明の好ましい実施例による動力装置１０の概略図である。動力装置１０はボイラー１２を備えており、該ボイラーは、例えば、微粉炭（ＰＣ）ボイラー又は循環流動層（ＣＦＢ）ボイラーとすることができる。ボイラーの炉１４は、一般的な燃料供給手段１６、オキシダントガスを炉内へ供給する手段１８と、燃料をオキシダントガスの酸素によって燃焼させることによって生成される排ガスを排出するための排ガス通路２０とを備えている。燃料供給手段１６及びオキシダントガス供給手段１８のようなボイラー１２の幾つかの構成要素の細部及び形式は、本来的にボイラーのタイプに依存する。しかしながら、このような細部、例えばバーナー、微粉炭機、第一及び第二の入口ガスを個々に供給するための装置は、本発明にとっては重要ではなく、従って図１には示されていない。
【００３２】
排ガス通路装置２０は、上流通路部分５４と再循環通路２８と出口通路５８とを備えており、排ガスの流れが最終の分割器部材２６内で再循環部分と最終部分とに分けられ、前記再循環部分は再循環ガス通路２８を介して炉１４へ戻され、前記最終部分は最終的な処理のために出口通路５８を介して運ばれる。
【００３３】
オキシダントガスは、空気分離ユニット（ＡＳＵ）２４内の空気の流れ２２から生成された実質的に純粋な酸素と排ガスの再循環部分の少なくとも一部分との混合物であるのが好ましい。再循環部分の別の部分（図１には図示されていない）は、例えばボイラー１２のための密封ガス又は搬送ガスとして導かれる。排ガス再循環通路２８は、ファン３０のような装置と、排ガス再循環速度を制御するためのダンパー３２とを備えているのが有利である。排ガスの再循環速度は、炉１４内でもたらされるガスの流量が所望の値となってオキシダントガスのＯ２含量が典型的には空気のＯ２の含量に近い好ましくは約１８％〜約２８％となるように調整されるのが有利である。本発明の幾つかの用途においては、再循環された排ガスの流れと実質的に純粋な酸素の流れとを別個に又は異なるＯ２含量を有する多数の流れとして例えば炉１４の異なる部分へ導入することもできる。
【００３４】
一般的であるように、炉１４は、通常は、図１に図示されていない蒸発面を備えており、排ガス通路装置２０の上流通路部分５４は更に、例えば過熱器、再加熱器及びＨＰ節炭器のような熱交換面３４を備えている。簡素化のために、図１には、１つの熱交換面３４のみが示されているが、実際には、排ガス通路装置の上流部分は、通常は排ガスから熱を回収するための多数の過熱面、再加熱面及びＨＰ節炭器面を備えている。
【００３５】
排ガス通路装置２０の上流部分５４内にはまた、蒸気発生熱交換面３４の下流に、ガス−ガス間熱交換器３６例えば排ガスからの熱を排ガスの再循環部分に直接伝えるための再生式熱交換器と、熱を給水ライン４０内を流れる給水に伝えるための第一の節炭器３８とが配置されている。本発明によれば、ガス−ガス間熱交換器３６は第一の排ガス通路部分４２内に配置されるのが有利であり、第一の節炭器３８は第二の排ガス通路部分４４内に配置され、これらの通路部分は最初の分割器部材４６と結合部材４８との間に平行に結合されるのが有利である。第一の排ガス通路部分４２と第二の排ガス通路部分４４とのうちの一方は、排ガスの分割を平行な通路部分に適合させるためのダンパー５０を備えているのが有利である。
【００３６】
結合部材４８の下流は、排ガスの結合された流れからの熱を給水ライン４０内を流れる給水に伝えるための第二の節炭器５２に接続されるのが有利である。このような節炭器の組み合わせを使用することによって、ガス−ガス間熱交換器３６による再循環通路２８内のガスと節炭器３８，５２による給水との両方を節炭器上に酸凝縮が生じる恐れが無い状態でそれらの最適温度まで同時に加熱することができる。
【００３７】
排ガス通路装置２０の上流部分５４はまた、通常は、排ガスから粒子状及びガス状の汚染物質を除去して清浄にするための一般的なユニットをも備えており、該ユニットは、図１においては、集塵装置５６によってのみ図示されている。
【００３８】
酸素燃焼の主たる目的に従って、すなわち排ガスから二酸化炭素を回収するために、出口通路５８には二酸化炭素処理ユニット６０によって図示されている二酸化炭素を冷却し清浄にし圧縮するための装置が設けられている。ユニット６０は、通常は、排ガスからの全ての水を完全に乾燥させる乾燥器と、二酸化炭素から酸素６２及び存在し得る他の不純物のような非凝縮性のガスの流れを分離するセパレータとを備えている。二酸化炭素の流れ６４は、典型的には、例えば約１１０バール（１１メガパスカル）の圧力では液体状態又は超臨界状態で捕獲され、更に使用するために又は適当な場所に貯蔵するために搬送することができる。図１には、排ガスから水分を最初に除去するために、二酸化炭素捕獲ユニット６０の上流に配置されている凝縮ガス冷却器６６が別個に示されている。
【００３９】
エネルギを排ガスの最終部分から実質的に純粋な酸素の流れへと伝えるために、出口通路５８にはガス冷却器６８が備えられており、このガス冷却器６８は、液体熱伝導媒体による循環によって酸素供給源２４の下流の酸素通路７２内に配置されている酸素加熱器７０に接続されている。通常は水である熱伝導媒体は、ガス冷却器６８と酸素加熱器７０との間に延びている管７６内をポンプ７４によって循環せしめられるのが好ましく、ガス冷却器６８と酸素加熱器７０とは、実際には動力装置１０の遠く離れた部分に配置される。
【００４０】
酸素通路７２は、炉１４に直接接続されても良いが、本発明の好ましい実施例によれば、酸素通路７２と排ガス再循環通路２８とは両方とも混合機７８に接続されており、混合されたガスの流れがオキシダントガスとしてオキシダントガス供給手段１８を介して炉へと導かれる。この装置によってオキシダントガスの温度、流量及び酸素含量を別個に制御することが可能になる。
【００４１】
本発明の好ましい実施例によれば、装置はまた、空気を炉１４へ送るための空気取り込み口８０をも備えている。空気の流れは、ガス−ガス熱交換器３６の上流で排ガス再循環通路２８内へ導入されるのが好ましい。これによって、排ガスから空気の流れへと直に熱を伝えることができる。空気取り込み口８０の目的は、酸素燃焼から空気燃焼へと切り換えることを可能にすることである。従って、空気をガス再循環通路２８へ導入するときには、酸素の供給は停止され、排ガスの再循環がダンパー３２によって最少にされ好ましくは完全に停止される。空気燃焼モードにおいては、排ガスは大量の窒素と混合された二酸化炭素と水とを含んでいる。これによって、排ガスから二酸化炭素を容易に捕獲することができず、従ってこの場合には、排ガスは送風管８２を介して外部環境へ放出される。
【００４２】
空気燃焼モードにおいては、ガス再循環通路２８内を流れる空気流は、ガス加熱器８６によってガス−ガス間熱交換器３６の上流で既に予熱されるのが有利である。ガス再循環通路２８内のファン３０の下流に配置されるのが有利であるガス加熱器８６は、管７６の側方ループによってガス冷却器６８に接続されており、前記管７６の側方ループは、次いで、空気燃焼モードにおいては、排ガスの最終的部分から得られた熱を酸素加熱器７０の代わりにガス加熱器８６に伝えるように接続される。別の方法として、ガス加熱器８６は、ガス再循環通路２８内に配置される一般的な蒸気コイル加熱器としても良く、該蒸気コイル加熱器は空気燃焼モードにおいてのみ使用されるのが好ましい。
【００４３】
図２は、本発明の別の好ましい実施例による動力装置１０Ｎの概略図である。図１に示されている動力装置１０内の同様の部材に対応する動力装置１０Ｎの部材は、図１と同じ参照符号によって示されている。
【００４４】
動力装置１０Ｎは、図１に示されている動力装置１０とは、主として第二の節炭器５２Ｎがガス再循環通路２８内において排ガス通路装置２０の上流部分５４の代わりに配置されている点において異なっている。従って、排ガスの最終部分は高温のままであり、酸素の流れは図１に示されている実施例の加熱器７０によるよりも高い温度まで酸素加熱器８４によって加熱することができる。ここでは、酸素加熱器８４は直接的なガス−ガス間加熱器として示されているが、代替的に、図１に示されているように熱伝導媒体を別個の排ガス冷却器と酸素加熱器との間で循環させることに基づく酸素加熱装置を備えていても良い。２つの連続した加熱器内で加熱することができ、例えば図１に示されているタイプの加熱装置内で最初に加熱し、次いで図２に示されている直接的なガス−ガス間熱交換器内で加熱することもまた可能である。
【００４５】
本発明の好ましい実施例によれば、装置は図１に示されている装置のように、空気燃焼モードにおいて空気をオキシダントとして炉１４に供給するための空気取り込み口８０を備えている。しかしながら図２に示されているように、空気流は、ガス再循環通路２８内に配置されている一般的な蒸気コイル加熱器８６Ｎによって予熱されても良い。しかしながら、該装置が図１に示されているように流体伝導媒体を循環させるための管を使用することにより酸素通路７２内の酸素加熱器７０に接続されている別個の排ガス冷却器６８を備えている場合には、管は、空気燃焼モードにおいてガス再循環通路２８内に配置されているガス加熱器によって空気を加熱するために使用される側方ループを備えることもできる。
【００４６】
以上、本明細書においては、本発明を現在のところ最も好ましい実施例であると考えられているものと関連して例示的に説明したが、本発明はここに開示された実施例に限定されず、特許請求の範囲に規定されている本発明の範囲に含まれる本発明の特徴の種々の組み合わせ又は改造及び幾つかの他の用途を包含することが意図されている。
【符号の説明】
【００４７】
１０  動力装置
１２  ボイラー
１４  炉
１６  燃料供給手段
１８  オキシダントガス供給手段
２０  排ガス通路
２２  空気の流れ
２４  空気分離ユニット（ＡＳＵ）
２６  最終の分割器部材
２８  再循環通路
３０  ファン
３２  ダンパー
３４  熱交換面
３６  ガス−ガス間熱交換器
３８  第一の節炭器
４０  給水ライン
４２  第一の排ガス通路部分
４４  第二の排ガス通路部分
４６  最初の分割器部材
４８  結合部材
５０  ダンパー
５２  第二の節炭器
５４  上流通路部分
５６  集塵装置
５８  出口通路
６０  二酸化炭素処理ユニット
６２  酸素
６４  二酸化炭素の流れ
６６  凝縮ガス冷却器
６８  ガス冷却器
７０  酸素加熱器
７２  酸素通路
７４  ポンプ
７６  管
７８  混合機
８０  空気取り込み口
８２  送風管
８４  酸素加熱器
８６  ガス加熱器
１０Ｎ  動力装置
５２Ｎ  第二の節炭器
８６Ｎ  蒸気コイル加熱器
【図１】
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【図２】
2011523997.tif 000004
【国際調査報告】
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