(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラから排出される排ガスを燃料の燃焼用ガスとして再循環させる排ガス再循環ラインに押込通風機が設けられた酸素燃焼ボイラ設備であって、
前記排ガスを前記押込通風機と並列に設けられる一次通風機の作動により燃料の搬送用ガスとして再循環させる分岐排ガス再循環ラインを備え、
脱水装置は、前記一次通風機の入側の分岐排ガス再循環ラインに設けられ、
前記一次通風機の入側の分岐排ガス再循環ラインに、前記脱水装置の入側の排ガスによって前記脱水装置の出側の排ガスを加熱する加熱器が設けられる酸素燃焼ボイラ設備。
【請求項２】
前記排ガス再循環ラインにより再循環される燃焼用ガスに酸素を供給する酸素製造装置を備え、該酸素製造装置からの酸素を、再循環される排ガスに対し前記押込通風機の入側で混合するよう構成した請求項１記載の酸素燃焼ボイラ設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素燃焼ボイラ設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の石油及び天然ガスの需要の増大に伴う価格高騰等の情勢から、微粉炭焚ボイラを用いた石炭火力発電設備が重要な役割を占めるようになってきている。従来の微粉炭焚ボイラには、空気を燃焼用ガスとした空気燃焼ボイラが一般に使用されてきた。
【０００３】
石炭燃焼それ自体には、石油・天然ガス燃焼と比較してＣＯ2排出量が多いという問題点があるため、石炭火力への依存比率の上昇に伴うＣＯ2排出量増大は、地球温暖化防止の観点から、回避しなければならない重要な課題である。
【０００４】
又、空気燃焼ボイラでは、燃料である微粉炭の搬送用ガス及び燃焼用ガスとして空気が用いられるが、その組成は約八割が窒素、約二割が酸素である。これにより、排ガス中に多量の窒素が含まれることになるため、排ガスから窒素及びＣＯ2を分離回収する作業が面倒になるという問題がある。
【０００５】
そこで、大気中へのＣＯ2排出量を大幅に削減できる手法として、酸素燃焼ボイラが注目され、その開発が進められている。
【０００６】
前記酸素燃焼ボイラでは、微粉炭を燃やす酸素燃焼ボイラから排出される排ガスの大半を煙道の中途から抜き出し、この抜き出した排ガスと酸素製造装置で製造した酸素とを混合して酸素濃度を調整した燃焼用ガスを前記酸素燃焼ボイラに供給するようにした排ガス再循環方式が採用されている。この排ガス再循環方式の酸素燃焼ボイラによれば、排ガス中に窒素が含まれず、排出される最終的な排ガスのＣＯ2濃度が飛躍的に高まり、よって、排ガスからのＣＯ2の分離回収作業が容易になる。
【０００７】
尚、酸素燃焼ボイラと関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−５９１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、前記酸素燃焼ボイラにおける酸素燃焼運転時には、前記排ガスを微粉炭の搬送用ガスとしても再循環させるようになっている。このため、石炭を微粉砕するミルに接続される微粉炭管中の水分が高くなり、酸露点（亜硫酸ガスが硫酸となって結露する温度）が下がって腐食の可能性が高まる。又、前記微粉炭管中の水分が高くなると、微粉炭の充分な乾燥ができなくなり、搬送や燃焼にも悪影響が出るため、前記微粉炭の搬送用ガスの再循環ライン途中に脱水装置が設けられ、ミルでの微粉炭の乾燥性を高めるようになっている。
【００１０】
一方、前記酸素燃焼ボイラにおける空気燃焼運転時には、前記微粉炭の搬送用ガスとして空気が用いられるため、該空気は前記脱水装置を通過させずに迂回させるようになっている。ここで、前記脱水装置は非常に圧力損失の高い機器であるため、空気燃焼運転時と酸素燃焼運転時とで、搬送用ガスの流通系統における圧力損失の合計が大きく変わってくる。これにより、押込通風機を容量の大きいものにしなければならなくなると共に、酸素燃焼運転時に再循環させる排ガスが燃焼用ガスの流通系統にばかり流れることを防止すべく、前記脱水装置と同等の流通抵抗を付与するためのダンパ等の追加機器を燃焼用ガスの流通系統に設けることが必要となっていた。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、押込通風機の大容量化を阻止して、流通抵抗を付与するための追加機器を不要とし得る酸素燃焼ボイラ設備を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、ボイラから排出される排ガスを燃料の燃焼用ガスとして再循環させる排ガス再循環ラインに押込通風機が設けられた酸素燃焼ボイラ設備であって、
前記排ガスを前記押込通風機と並列に設けられる一次通風機の作動により燃料の搬送用ガスとして再循環させる分岐排ガス再循環ラインを備え、
脱水装置は、前記一次通風機の入側の分岐排ガス再循環ラインに設けられ、
前記一次通風機の入側の分岐排ガス再循環ラインに、前記脱水装置の入側の排ガスによって前記脱水装置の出側の排ガスを加熱する加熱器が設けられる酸素燃焼ボイラ設備にかかるものである。
【００１７】
前記酸素燃焼ボイラ設備においては、前記排ガス再循環ラインにより再循環される燃焼用ガスに酸素を供給する酸素製造装置を備え、該酸素製造装置からの酸素を、再循環される排ガスに対し前記押込通風機の入側で混合するよう構成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の酸素燃焼ボイラ設備によれば、押込通風機の大容量化を阻止して、流通抵抗を付与するための追加機器を不要とし得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の酸素燃焼ボイラ設備の参考例を示す全体概要構成図であって、酸素燃焼運転時の状態を示す図である。
【図２】本発明の酸素燃焼ボイラ設備の参考例における空気燃焼運転時の状態を示す全体概要構成図である。
【図３】本発明の酸素燃焼ボイラ設備の参考例の変形例を示す全体概要構成図であって、酸素燃焼運転時の状態を示す図である。
【図４】本発明の酸素燃焼ボイラ設備の実施例を示す全体概要構成図であって、酸素燃焼運転時の状態を示す図である。
【図５】本発明の酸素燃焼ボイラ設備の実施例における空気燃焼運転時の状態を示す全体概要構成図である。
【図６】本発明の酸素燃焼ボイラ設備の実施例の変形例を示す全体概要構成図であって、酸素燃焼運転時の状態を示す図である。
【図７】一般的な酸素燃焼ボイラ設備の一例を示す全体概要構成図であって、酸素燃焼運転時の状態を示す図である。
【図８】一般的な酸素燃焼ボイラ設備の一例における空気燃焼運転時の状態を示す全体概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２１】
図１及び図２は本発明の酸素燃焼ボイラ設備の参考例である。
【００２２】
図１及び図２に示す酸素燃焼ボイラ設備は、ボイラ１と、ミル２と、予熱器３，４と、排ガスクーラ５と、脱塵装置６と、誘引通風機７（ＩＤＦ）と、排ガスライン８と、排ガス再循環ライン８Ｒと、押込通風機９（ＦＤＦ）と、酸素製造装置１０とを備えている。
【００２３】
前記ボイラ１は、燃料を燃焼用ガスにより燃焼させて蒸気を発生し、排ガスを排ガスライン８へ排出するようになっている。前記ミル２は、前記燃料としての石炭を微粉砕するようになっている。前記予熱器３は、前記ミル２へ導入される搬送用ガスを前記ボイラ１から排出される排ガスによって予熱するようになっている。前記予熱器４は、前記ボイラ１から排出される排ガスによって前記燃焼用ガスを予熱するようになっている。前記排ガスクーラ５は、前記予熱器４を通過した排ガスを冷却するようになっている。前記脱塵装置６は、バグフィルタ或いは電気集塵機であって、前記排ガスクーラ５で冷却された排ガス中の煤塵を捕集するようになっている。前記排ガス再循環ライン８Ｒは、前記脱塵装置６で煤塵が捕集された排ガスを前記誘引通風機７と押込通風機９の作動により前記ボイラ１の燃焼用ガス及び微粉炭の搬送用ガスとして再循環させるようになっている。前記酸素製造装置１０は、図１に示す如く、前記ボイラ１の燃焼用ガスとして再循環される排ガスに酸素を供給するようになっている。
【００２４】
本参考例の場合、前記排ガス再循環ライン８Ｒにおける押込通風機９の入側に、再循環される排ガスから水分を除去する脱水装置１１を設けると共に、該脱水装置１１の入側の排ガスによって前記脱水装置１１の出側の排ガスを加熱する加熱器としてのガスガスヒータ１２を設けてある。尚、前記脱水装置１１は、空気燃焼運転時における空気取入口１４（図２参照）より上流位置に設けられている。
【００２５】
尚、前記誘引通風機７の出側の排ガスライン８からは抜出ライン８Ｄを分岐させ、該抜出ライン８Ｄから排ガスの一部をＣＯ２濃縮ユニットへ送出するようになっている。
【００２６】
又、図１には酸素燃焼運転時の状態を示しているが、図２には空気燃焼運転時の状態を示している。図２に示す空気燃焼運転時の場合、仮想線で示す如く、前記酸素製造装置１０、脱水装置１１、及びガスガスヒータ１２は使用されず、空気取入口１４から空気が取り入れられると共に、前記ボイラ１から排出される排ガスは、前記誘引通風機７の出側の排ガスライン８から抜出ライン８Ｄを経てＣＯ２濃縮ユニットではなく、煙突へ送出されるようになっている。因みに、前記脱水装置１１及びガスガスヒータ１２は、前記抜出ライン８Ｄの分岐点より下流側における排ガス再循環ライン８Ｒに設けられている。
【００２７】
次に、上記参考例の作用を説明する。
【００２８】
ミル２で石炭を微粉砕した燃料としての微粉炭は、予熱器３で予熱された搬送用ガスにより乾燥されつつボイラ１へ供給され、該ボイラ１において予熱器４で予熱された燃焼用ガスにより燃焼し、その燃焼熱によって蒸気が発生される。
【００２９】
前記ボイラ１から排ガスライン８へ排出される排ガスは、予熱器３を通過する際に前記搬送用ガスに熱を与え、更に予熱器４を通過する際に前記燃焼用ガスに熱を与える。
【００３０】
酸素燃焼ボイラ設備の酸素燃焼運転時には、前記予熱器４を通過した排ガスは、排ガスクーラ５で冷却され、脱塵装置６で煤塵が捕集され、誘引通風機７で昇圧された後、図１に示す如く、脱水装置１１で水分が除去される。該脱水装置１１で水分が除去された排ガスは、ガスガスヒータ１２を通過する際に前記脱水装置１１の入側の排ガスによって加熱された後、押込通風機９へ導かれ、該押込通風機９の作動により排ガス再循環ライン８Ｒから前記ボイラ１の燃焼用ガス及び微粉炭の搬送用ガスとして再循環される。前記燃焼用ガスは、前記予熱器４で予熱された後、酸素製造装置１０から酸素が供給され、ボイラ１へ導入される。前記ボイラ１から排出される排ガスの一部は、前記誘引通風機７の出側の排ガスライン８から抜出ライン８Ｄを経てＣＯ２濃縮ユニットへ送出され、排ガスからのＣＯ2の分離回収作業が行われる。
【００３１】
一方、前記酸素燃焼ボイラ設備の空気燃焼運転時には、図２に示す如く、前記脱水装置１１及びガスガスヒータ１２は使用されず、前記押込通風機９の入側から空気が導入され、該空気が前記ボイラ１の燃焼用ガス及び微粉炭の搬送用ガスとして使用される。前記燃焼用ガスとして使用される空気は、前記予熱器４で予熱された後、酸素製造装置１０から酸素が供給されずに、そのままボイラ１へ導入される。前記ボイラ１から排出される排ガスは、前記誘引通風機７の出側の排ガスライン８から抜出ライン８Ｄを経てＣＯ２濃縮ユニットではなく、煙突へ送出され、大気放出される。
【００３２】
因みに、一般的な酸素燃焼ボイラ設備の場合、図７に示す如く、脱水装置１１は、押込通風機９の出側における排ガス再循環ライン８Ｒから分岐して予熱器３へ通じる排ガス再循環ライン８Ｒ−１に設置されていた。つまり、非常に圧力損失の高い機器である脱水装置１１が押込通風機９の出側に存在していたため、押込通風機９を容量の大きいものにしなければならなくなると共に、酸素燃焼運転時に再循環させる排ガスが燃焼用ガスの流通系統にばかり流れることを防止すべく、前記脱水装置１１と同等の流通抵抗を付与するためのダンパ１５（図７の仮想線参照）等の追加機器を燃焼用ガスの流通系統に設けることが必要となっていたわけである。更に、酸素燃焼運転時の押込通風機９の入口ガス温度は、１３０〜１５０℃程度であるのに対し、空気燃焼運転時（図８参照）の押込通風機９の入口ガス（空気）温度は、大気温度と略等しく、３０℃程度である。このため、押込通風機９の入口ガス温度に関し、空気燃焼運転時と酸素燃焼運転時の温度差が大きくなり、空気燃焼運転と酸素燃焼運転の切替時間も長くなっていたのである。
【００３３】
しかし、本参考例のように、前記脱水装置１１を押込通風機９の入側に設置すると、押込通風機９の下流側の搬送用ガスと燃焼用ガスの圧力損失バランスが、空気燃焼運転時と酸素燃焼運転時で変わらなくなる。これにより、押込通風機９を容量の大きいものにしなくて済むと共に、酸素燃焼運転時に再循環させる排ガスが燃焼用ガスの流通系統にばかり流れることを防止すべく、前記脱水装置１１と同等の流通抵抗を付与するためのダンパ１５（図７の仮想線参照）等の追加機器を燃焼用ガスの流通系統に設けることが不要となる。この結果、酸素燃焼ボイラ設備の運用が制限されることもなくなる。
【００３４】
更に、前記押込通風機９の入側の排ガス再循環ライン８Ｒに、前記脱水装置１１の入側の排ガスによって前記脱水装置１１の出側の排ガスを加熱する加熱器としてのガスガスヒータ１２を設置することで、熱損失が最小限に抑えられると同時に、脱水装置１１をコンパクトにし、押込通風機９に流入するガスの乾き度を確保することが可能となる。しかも、前記押込通風機９の入側に脱水装置１１及びガスガスヒータ１２を設置していない場合、酸素燃焼運転時の押込通風機９の入口ガス温度は、１３０〜１５０℃程度となるが、脱水装置１１及びガスガスヒータ１２の設置により７０〜９０℃程度に低下するため、空気燃焼運転時の押込通風機９の入口ガス（空気）温度（即ち、大気温度＝約３０℃）に近づくことになる。これによって、押込通風機９の入口ガス温度に関し、空気燃焼運転時と酸素燃焼運転時の温度差が小さくなり、空気燃焼運転と酸素燃焼運転の切替時間も短縮できる。
【００３５】
こうして、押込通風機９の大容量化を阻止して、流通抵抗を付与するための追加機器を不要とし得る。
【００３６】
図３は本発明の酸素燃焼ボイラ設備の参考例の変形例であって、図中、図１及び図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１及び図２に示す参考例と同様である。本変形例の特徴とするところは、図３に示す如く、前記脱水装置１１及び加熱器としてのガスガスヒータ１２による排ガスの圧力損失を補うよう前記押込通風機９の入側で且つ前記ガスガスヒータ１２の出側に補助通風機９´を設けた点にある。
【００３７】
図３に示す変形例のように補助通風機９´を設けると、前記脱水装置１１及び加熱器としてのガスガスヒータ１２による排ガスの圧力損失を補うことが可能となり、押込通風機９や誘引通風機７に対して容量的に更に余裕を持たせることができ、好ましい。
【００３８】
図４及び図５は本発明の酸素燃焼ボイラ設備の実施例であって、図中、図１及び図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１及び図２に示す参考例と同様である。
【００３９】
本実施例では、図４及び図５に示す如く、前記排ガス再循環ライン８Ｒにおける押込通風機９の入側（前記抜出ライン８Ｄの分岐点より下流側）から分岐して排ガスの一部を予熱器３へ導く分岐排ガス再循環ライン８Ｒ´を設け、該分岐排ガス再循環ライン８Ｒ´には、前記押込通風機９と並列に配置される一次通風機１３を設けてある。前記分岐排ガス再循環ライン８Ｒ´における一次通風機１３の入側、即ち押込通風機９より少なくとも上流位置で且つ空気燃焼運転時における空気取入口１４（図５参照）より上流位置には、再循環される排ガスから水分を除去する脱水装置１１を設けると共に、該脱水装置１１の入側の排ガスによって前記脱水装置１１の出側の排ガスを加熱する加熱器としてのガスガスヒータ１２を設けてある。
【００４０】
尚、図４には酸素燃焼運転時の状態を示しているが、図５には空気燃焼運転時の状態を示している。図５に示す空気燃焼運転時の場合、仮想線で示す如く、前記酸素製造装置１０、脱水装置１１、及びガスガスヒータ１２は使用されず、空気取入口１４から空気が取り入れられて押込通風機９及び一次通風機１３により圧送されると共に、前記ボイラ１から排出される排ガスは、前記誘引通風機７の出側の排ガスライン８から抜出ライン８Ｄを経てＣＯ２濃縮ユニットではなく、煙突へ送出されるようになっている。
【００４１】
次に、上記実施例の作用を説明する。
【００４２】
酸素燃焼ボイラ設備の酸素燃焼運転時には、予熱器４を通過した排ガスは、排ガスクーラ５で冷却され、脱塵装置６で煤塵が捕集され、誘引通風機７で昇圧された後、図４に示す如く、押込通風機９の作動により排ガス再循環ライン８Ｒから前記ボイラ１の燃焼用ガスとして再循環される。前記燃焼用ガスは、前記予熱器４で予熱された後、酸素製造装置１０から酸素が供給され、ボイラ１へ導入される。前記誘引通風機７で昇圧された排ガスの一部は分岐排ガス再循環ライン８Ｒ´へ導かれ、脱水装置１１で水分が除去される。該脱水装置１１で水分が除去された排ガスは、ガスガスヒータ１２を通過する際に前記脱水装置１１の入側の排ガスによって加熱された後、一次通風機１３へ導かれ、該一次通風機１３の作動により分岐排ガス再循環ライン８Ｒ´から予熱器３を経由し前記ミル２の微粉炭の搬送用ガスとして再循環される。前記ボイラ１から排出される排ガスの一部は、前記誘引通風機７の出側の排ガスライン８から抜出ライン８Ｄを経てＣＯ２濃縮ユニットへ送出され、排ガスからのＣＯ2の分離回収作業が行われる。
【００４３】
一方、前記酸素燃焼ボイラ設備の空気燃焼運転時には、図５に示す如く、前記脱水装置１１及びガスガスヒータ１２は使用されず、前記押込通風機９及び一次通風機１３の入側から空気が導入され、該空気が前記ボイラ１の燃焼用ガス及び微粉炭の搬送用ガスとして使用される。前記燃焼用ガスとして使用される空気は、前記予熱器４で予熱された後、酸素製造装置１０から酸素が供給されずに、そのままボイラ１へ導入される。前記ボイラ１から排出される排ガスは、前記誘引通風機７の出側の排ガスライン８から抜出ライン８Ｄを経てＣＯ２濃縮ユニットではなく、煙突へ送出され、大気放出される。
【００４４】
本実施例のように、前記排ガスを前記押込通風機９と並列に設けられる一次通風機１３の作動により前記搬送用ガスとして再循環させる分岐排ガス再循環ライン８Ｒ´を備え、前記脱水装置１１を、前記一次通風機１３の入側の分岐排ガス再循環ライン８Ｒ´に設けると、一次通風機１３が単独で搬送用ガスの圧送を担い、押込通風機９が単独で燃焼用ガスの圧送を担う形となる。このことから、押込通風機９の下流側において、搬送用ガスと燃焼用ガスの圧力損失バランスが、空気燃焼運転時と酸素燃焼運転時で変わってしまうようなことがなくなる。これにより、押込通風機９を容量の大きいものにしなくて済むと共に、酸素燃焼運転時に再循環させる排ガスが燃焼用ガスの流通系統にばかり流れることを防止すべく、前記脱水装置１１と同等の流通抵抗を付与するためのダンパ１５（図７の仮想線参照）等の追加機器を燃焼用ガスの流通系統に設けることが不要となる。この結果、酸素燃焼ボイラ設備の運用が制限されることもなくなる。
【００４５】
更に、前記一次通風機１３の入側の分岐排ガス再循環ライン８Ｒ´に、前記脱水装置１１の入側の排ガスによって前記脱水装置１１の出側の排ガスを加熱する加熱器としてのガスガスヒータ１２を設置することで、熱損失が最小限に抑えられると同時に、脱水装置１１をコンパクトにし、一次通風機１３に流入するガスの乾き度を確保することが可能となる。
【００４６】
こうして、前記押込通風機９と並列に設けられる一次通風機１３を備えた酸素燃焼ボイラ設備の実施例においても、参考例と同様、押込通風機９の大容量化を阻止して、流通抵抗を付与するための追加機器を不要とし得る。
【００４７】
図６は本発明の酸素燃焼ボイラ設備の実施例の変形例であって、図中、図４及び図５と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図４及び図５に示す実施例と同様である。本変形例の特徴とするところは、図６に示す如く、前記酸素製造装置１０からの酸素を、再循環される排ガスに対し前記押込通風機９の入側（前記抜出ライン８Ｄの分岐点より下流側）で混合するよう構成した点にある。
【００４８】
図６に示す変形例のように、前記酸素製造装置１０からの酸素を、再循環される排ガスに対し前記押込通風機９の入側で混合するよう構成すると、前記酸素と排ガスが押込通風機９で撹拌されるため、特別な混合器等を設置しなくても前記酸素と排ガスの混合が促進され、均一なガス分布となる。
【００４９】
前記押込通風機９で混合された酸素と排ガスは、予熱器４にて予熱され昇温される。これは、予熱器４で予熱された排ガスに対して常温の酸素を注入するのに比べ、再循環される排ガスの温度がボイラ１に至るまでに低下しないことを意味する。即ち、前記予熱器４で予熱された酸素と排ガスの混合ガスは、そのままの温度でボイラ１に供給されるため、燃焼性の向上も期待できる。
【００５０】
又、前記押込通風機９の入側への酸素の混合により、前記予熱器４の高温側（排ガス側）と低温側（再循環される排ガス側）の流量バランスが改善され、予熱器４のガス側温度効率が上がり、予熱器４の出口ガス温度が下げられ、ひいてはその下流側に設置される排ガスクーラ５を小さくできる。
【００５１】
更に又、前記押込通風機９の入側への酸素の混合により、前記押込通風機９の入口ガス温度に関し、空気燃焼運転時と酸素燃焼運転時の温度差が小さくなるため、空気燃焼運転と酸素燃焼運転の切替時間も短縮できる。
【００５２】
尚、本発明の酸素燃焼ボイラ設備は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５３】
１      ボイラ
２      ミル
３      予熱器
４      予熱器
８Ｒ    排ガス再循環ライン
８Ｒ´  分岐排ガス再循環ライン
９      押込通風機
９´    補助通風機
１０      酸素製造装置
１１      脱水装置
１２      ガスガスヒータ（加熱器）
１３      一次通風機
１４      空気取入口
【図１】
0006709523.tif 000002
【図２】
0006709523.tif 000003
【図３】
0006709523.tif 000004
【図４】
0006709523.tif 000005
【図５】
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【図６】
0006709523.tif 000007
【図７】
0006709523.tif 000008
【図８】
0006709523.tif 000009