(57)【要約】【課題】集塵機の入口側に配置された熱交換器の伝熱管表面への灰付着を抑制すること。【解決手段】ボイラ１１の蒸気発生用熱交換器１３で発生する蒸気を蒸気タービン１５に供給し、蒸気タービンの排気を冷却して蒸気発生用熱交換器に戻す蒸気循環ライン１７、ボイラの排ガスを処理する排ガス処理ライン１９、排ガスの一部をボイラに戻す排ガス循環ダクト２１を備え、蒸気循環ラインの復水器を出た水と熱媒体ａを熱交換する第１熱交換器２９、排ガス処理ラインの集塵機３７の下流側を流れる排ガスを圧縮して発熱した排ガスと熱媒体ａとを熱交換する第２熱交換器６３、排ガス処理ラインの集塵機の入口側を流れる排ガスと熱媒体ａとを熱交換する第３熱交換器３５を備え、第１熱交換器で冷却された熱媒体を第２熱交換器で加熱し、第３熱交換器でさらに加熱した後に第１熱交換器に戻すこと。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
富酸素ガスと循環排ガスとを混合した燃焼用ガスにより燃料を燃焼させるボイラと、該ボイラに設けられた蒸気発生用熱交換器で発生する蒸気を蒸気タービンに供給して発電させ、該蒸気タービンから排出される蒸気を冷却して前記蒸気発生用熱交換器に戻す蒸気循環ラインと、前記ボイラから発生する排ガスを処理する排ガス処理ラインと、該排ガス処理ラインに設けた集塵機の下流側を流れる排ガスの一部を抜き出して前記ボイラに導く排ガス循環ラインとを備える排ガス処理システムにおいて、
前記蒸気循環ラインの前記蒸気タービンから排出された蒸気を冷却する復水器と前記蒸気発生用熱交換器との間に設けられ、前記復水器を出た水と熱媒体とを熱交換する第１熱交換器と、
前記排ガス処理ラインの前記集塵機の下流側を流れる排ガスを圧縮することで発熱した排ガスと前記熱媒体とを熱交換する第２熱交換器と、
前記排ガス処理ラインの前記集塵機の入口側に設けられ、該入口側を流れる前記排ガスと前記熱媒体とを熱交換する第３熱交換器とを備え、
前記第１熱交換器で冷却された前記熱媒体を前記第２熱交換器に導いて加熱し、この加熱された前記熱媒体を前記第３熱交換器に導いてさらに加熱し、この加熱された前記熱媒体を前記第１熱交換器に戻すことを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項２】
前記第３熱交換器に導入される前記熱媒体の温度が７０℃以上となるように設定されてなる請求項１に記載の排ガス処理システム。
【請求項３】
富酸素ガスと循環排ガスとを混合した燃焼用ガスにより燃料を燃焼させるボイラと、該ボイラに設けられた蒸気発生用熱交換器で発生する蒸気を蒸気タービンに供給して発電させ、該蒸気タービンから排出される蒸気を冷却して前記蒸気発生用熱交換器に戻す蒸気循環ラインと、前記ボイラから発生する排ガスを処理する排ガス処理ラインと、該排ガス処理ラインに設けた集塵機の下流側を流れる排ガスの一部を抜き出して前記ボイラに導く排ガス循環ラインとを備える排ガス処理システムにおいて、
前記蒸気循環ラインの前記蒸気タービンから排出された蒸気を冷却する復水器と前記蒸気発生用熱交換器との間に設けられ、前記復水器を出た水と熱媒体とを熱交換する第１熱交換器と、
前記排ガス処理ラインの前記集塵機の下流側に設けられた湿式脱硫装置の底部に貯留される脱硫液と前記熱媒体とを熱交換する第２熱交換器と、
前記排ガス処理ラインの前記集塵機の入口側に設けられ、該入口側を流れる前記排ガスと前記熱媒体とを熱交換する第３熱交換器とを備え、
前記第１熱交換器で冷却された前記熱媒体を前記第２熱交換器に導いて加熱し、この加熱された前記熱媒体を前記第３熱交換器に導いてさらに加熱し、この加熱された前記熱媒体を前記第１熱交換器に戻すことを特徴とする排ガス処理システム。
【請求項４】
富酸素ガスと循環排ガスとを混合した燃焼用ガスにより燃料を燃焼させるボイラと、該ボイラに設けられた蒸気発生用熱交換器で発生する蒸気を蒸気タービンに供給して発電させ、該蒸気タービンから排出される蒸気を冷却して前記蒸気発生用熱交換器に戻す蒸気循環ラインと、前記ボイラから発生する排ガスを処理する排ガス処理ラインと、該排ガス処理ラインに設けた集塵機の下流側を流れる排ガスの一部を抜き出して前記ボイラに導く排ガス循環ラインとを備える排ガス処理システムにおいて、
前記蒸気循環ラインの前記蒸気タービンから排出された蒸気を冷却する復水器と前記蒸気発生用熱交換器との間に設けられ、前記復水器を出た水と熱媒体とを熱交換する第１熱交換器と、
前記排ガス処理ラインの前記集塵機とその下流側に設けられた湿式脱硫装置との間を流れる前記排ガスと前記熱媒体とを熱交換する第２熱交換器と、
前記排ガス処理ラインの前記集塵機の入口側に設けられ、該入口側を流れる前記排ガスと前記熱媒体とを熱交換する第３熱交換器とを備え、
前記第１熱交換器で冷却された前記熱媒体を前記第２熱交換器に導いて加熱し、この加熱された前記熱媒体を前記第３熱交換器に導いてさらに加熱し、この加熱された前記熱媒体を前記第１熱交換器に戻すことを特徴とする排ガス処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、富酸素ガスと循環排ガスを混合した燃焼用ガスを用いて燃料を燃焼させるボイラを備えた排ガス処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の原因の一つとされる二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量を低減する技術として、酸素燃焼方式のボイラ（以下、ボイラと略す）が注目されている。このボイラは、酸化剤として空気の代わりに高濃度の酸素ガス（以下、酸素と略す。）を用いることから、ボイラから排出される排ガスの主成分は水と二酸化炭素となる。このため、排ガスを圧縮することにより、排ガス中から二酸化炭素（ＣＯ２）を容易に分離することができる。
【０００３】
この種のボイラを備えた酸素燃焼システムは、ボイラと、ボイラの排ガスの熱を回収する熱交換器（以下、Ａ／Ｈという。）と、排ガス中の灰を除去する集塵機と、排ガス中のＳＯｘを除去する脱硫装置と、排ガス中の二酸化炭素を除去するＣＯ２分離手段とから構成される。このような構成において、ボイラから排出された排ガスは、Ａ／Ｈで減温された後、集塵機に導かれて灰が除去される。灰が除去された排ガスは、脱硫装置に導かれ、排ガス中のＳＯｘが吸収液に吸収されて分離された後、ＣＯ２分離手段に導かれる。ＣＯ２分離手段に導入された排ガスは、圧縮機により圧縮され、その際に発生した熱が熱交換器によって除熱されることにより、液状の水分が排ガスから分離される。さらに、排ガスは圧縮機により圧縮された後、熱交換器によって除熱されることで、液状の二酸化炭素が排ガスから分離される。
【０００４】
ところで、この種のボイラには、酸化剤として酸素が導入されるため、空気を酸化剤とする空気燃焼式ボイラと比べて燃焼温度が高くなる。このため、集塵機と脱硫装置との間の煙道に排ガス循環ダクトの一端を接続し、排ガス循環ダクトの他端をボイラに接続することで、集塵機を通過した排ガスの一部を排ガス循環ダクトを経由してボイラに戻し、燃焼温度を下げるようにしている。
【０００５】
しかし、このように脱硫装置の上流側から排ガスの一部を抜き出す場合、排ガス循環ダクトには、脱硫処理がされていない循環排ガスが通流することになるため、排ガス循環ダクトの内部がＳＯｘによって腐食するおそれがある。ここで、脱硫装置の後流側の煙道から排ガス循環ダクトを分岐させた場合、脱硫処理がなされた後の循環排ガスが排ガス循環ダクトを通流するため、排ガス循環ダクトの腐食を抑制することができるが、脱硫装置の排ガス処理量が増えるため、経済性等の点で好ましくない。また、排ガス中に水銀が含まれている場合には、ＣＯ２分離手段に設けられた圧縮機が腐食するおそれがある。
【０００６】
これに対し、本願の出願人は、特願２００９−２６７９１４号の酸素燃焼システムにおいて、Ａ／Ｈと集塵機との間の煙道に熱交換器を配設し、この熱交換器を通過する排ガスを熱媒体と熱交換させることにより、集塵機入口の排ガス温度をＳＯ３の酸露点以下で水露点以上の温度まで減温することを提案している。すなわち、排ガス温度を酸露点以下の温度まで下げることにより、排ガス中のＳＯ３が凝縮して灰に付着する。このため、この灰を集塵機で捕集することにより、排ガス中のＳＯ３濃度を減少させて、腐食を抑制することができる。また、排ガス中の水銀についても、同様の方法で排ガス温度を下げることにより、集塵機で回収することができる。
【０００７】
また、特許文献１の排ガス処理プラントでは、ボイラに設置された蒸気発生用熱交換器で発生する蒸気を蒸気タービンに供給する経路と、蒸気タービンの排気を凝縮させる復水器から出た復水を復水用再加熱器で熱媒体と熱交換させて加熱した後、蒸気発生用熱交換器に戻す経路と、Ａ／Ｈと集塵機の間の煙道に設置した熱交換器と、この熱交換器と復水用再加熱器との間で熱媒体を循環させる循環経路とを備えた構成が開示されている。
【０００８】
このように、復水用再加熱器において、復水と熱交換して常温まで減温された熱媒体を熱交換器に供給して排ガスと熱交換させることにより、排ガス温度を所定温度まで下げることができるため、その後流側の集塵機で灰を捕集することにより、ＳＯ３や水銀等を除去することができる。また、熱交換器で熱媒体が排ガスから回収した熱を復水の加熱用として利用することができるため、熱効率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−３０８２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、集塵機の上流側に設置される熱交換器（Ａ／Ｈを除く）の構造について、図４を用いて説明する。例えば、Ａ／Ｈを通過した排ガスは、約１６０〜２００℃まで減温されており、このような低温場で高効率の熱交換性能を得るためには、図４に示すような伝熱管１の外周に複数のフィン３を取り付けたフィンチューブ５を用いるのが一般的である。
【００１１】
また、フィンチューブ５の上流側には、通常、多数の孔が形成されたスートブロア７が設けられている。このスートブロア７にはボイラの熱で発生した蒸気の一部が導かれ、フィンチューブ５に向けて多数の孔から蒸気９が一時的に噴出するようになっている。このようにスートブロア７から噴出された蒸気がフィンチューブ５のフィン３や伝熱管１に吹き付けられることにより、フィンチューブ５に付着した灰を除去することができる。
【００１２】
ところで、このような構造の熱交換器を特願２００９−２６７９１４号に記載される熱交換器、つまりＡ／Ｈと集塵機との間の煙道に設置された熱交換器に用いた場合、フィンチューブ５に大量の灰が付着し、スートブロア７から蒸気を噴き付けただけでは、灰が除去しきれないことがある。特に米国や中国などで使用されている硫黄分を多く含む石炭を使用する場合は、このような現象が顕著に見られることが判明した。これは、酸素燃焼システムの排ガスに多量に含まれる水分とＳＯｘが原因と考えられる。
【００１３】
表１に、硫黄含有量が２．７％の石炭を空気燃焼又は酸素燃焼した場合の排ガス組成を比較して示す。ＳＯ２濃度とＳＯ３濃度は、空気燃焼に対して酸素燃焼が４〜５倍となり、水分濃度は３倍の３０％まで高濃度化されることがわかる。このように水分濃度が１０％から３０％に上昇すると、排ガスの水露点は５０℃から７０℃に上がり、伝熱管表面で水分が結露しやすくなる。また、排ガス中のＳＯ２、ＳＯ３は水に溶けやすいため、伝熱管表面に発生した水分に溶け込み、酸性の溶液となる。このように伝熱管表面に酸性の液が発生すると、排ガス中の灰が大量に付着して伝熱性能が低下するとともに、灰の除去が難しくなる。
【表１】
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【００１４】
一方、特許文献１の場合、熱交換器の伝熱管には、復水用再加熱器において復水と熱交換することにより、常温に減温された熱媒体が供給されるため、伝熱管の表面温度は約３０℃〜５０℃になる。このため、熱交換器を通過する排ガス中の水分が伝熱管表面で結露し、灰付着の問題が生じるおそれがある。
【００１５】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、集塵機の入口側に配置された熱交換器の伝熱管の表面への灰付着を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の排ガス処理システムは、上記課題を解決するため、富酸素ガスと循環排ガスとを混合した燃焼用ガスにより燃料を燃焼させるボイラと、このボイラに設けられた蒸気発生用熱交換器で発生する蒸気を蒸気タービンに供給して発電させ、蒸気タービンから排出される蒸気を冷却して蒸気発生用熱交換器に戻す蒸気循環ラインと、ボイラから発生する排ガスを処理する排ガス処理ラインと、排ガス処理ラインに設けた集塵機の下流側を流れる排ガスの一部を抜き出してボイラに導く排ガス循環ラインとを備える排ガス処理システムにおいて、蒸気循環ラインの蒸気タービンから排出された蒸気を冷却する復水器と蒸気発生用熱交換器との間に設けられ、復水器を出た水と熱媒体とを熱交換する第１熱交換器と、排ガス処理ラインの集塵機の下流側を流れる排ガスを圧縮することで発熱した排ガスと熱媒体とを熱交換する第２熱交換器と、排ガス処理ラインの集塵機の入口側に設けられ、この入口側を流れる排ガスと熱媒体とを熱交換する第３熱交換器とを備え、第１熱交換器で冷却された熱媒体を第２熱交換器に導いて加熱し、この加熱された熱媒体を第３熱交換器に導いてさらに加熱し、この加熱された熱媒体を第１熱交換器に戻すことを特徴としている。
【００１７】
これによれば、熱媒体は、第１熱交換器で復水器を出た水と熱交換して常温まで冷却された後、第２熱交換器に導入される。第２熱交換器に導入された熱媒体は、圧縮されて発熱（例えば１３０℃）した排ガスと熱交換することにより、例えば５０〜７０℃に加熱される。このようにして加熱された熱媒体が、より高温の排ガスが流入する第３熱交換器に導入されるため、第３熱交換器の伝熱管の表面温度は７０℃よりも高い温度になる。よって、伝熱管の表面温度は、例えば排ガス中の水分濃度が３０％のときの水露点温度である７０℃を下回ることがないため、排ガス中の水分が伝熱管表面で結露することがなく、伝熱管の表面への灰の付着を抑制することができる。
【００１８】
この場合において、第３熱交換器に導入される熱媒体の温度は７０℃以上、好ましくは８０℃以上となるように設定されてなるものとする。なお、このように熱媒体の温度を設定するためには、第３熱交換器以外の熱交換器に対して周知の方法により熱交換量等を調整すればよい。
【００１９】
また、このような排ガス処理システムに代えて、蒸気循環ラインの蒸気タービンから排出された蒸気を冷却する復水器と蒸気発生用熱交換器との間に設けられ、復水器を出た水と熱媒体とを熱交換する第１熱交換器と、排ガス処理ラインの集塵機の下流側に設けられた湿式脱硫装置の底部に貯留される脱硫液と熱媒体とを熱交換する第２熱交換器と、排ガス処理ラインの集塵機の入口側に設けられ、この入口側を流れる排ガスと熱媒体とを熱交換する第３熱交換器とを備え、第１熱交換器で冷却された熱媒体を第２熱交換器に導いて加熱し、この加熱された熱媒体を第３熱交換器に導いてさらに加熱し、この加熱された熱媒体を第１熱交換器に戻すことを特徴とするものとしてもよい。
【００２０】
すなわち、酸素燃焼システムでは、排ガス中に多くの水分を含むことから、湿式脱硝装置内の温度は約７０℃まで上昇する。このため、熱媒体を湿式脱硫装置の底部に貯留された脱硫液と熱交換させることにより、常温の熱媒体を約５０〜７０℃まで昇温することができる。よって、例えば、湿式脱硫装置の底部に貯留される脱硫液内に第２熱交換器を設置し、この第２熱交換器で脱硫液と熱交換して昇温された熱媒体を第３熱交換器に導くことにより、伝熱管の表面温度が約７０〜９０℃になることから、排ガス中の水分が伝熱管表面で結露することがなく、伝熱管の表面への灰の付着を抑制することができる。
【００２１】
また、これらの排ガス処理システムに代えて、蒸気循環ラインの蒸気タービンから排出された蒸気を冷却する復水器と蒸気発生用熱交換器との間に設けられ、復水器を出た水と熱媒体とを熱交換する第１熱交換器と、排ガス処理ラインの集塵機とその下流側に設けられた湿式脱硫装置との間を流れる排ガスと熱媒体とを熱交換する第２熱交換器と、排ガス処理ラインの集塵機の入口側に設けられ、この入口側を流れる排ガスと熱媒体とを熱交換する第３熱交換器とを備え、第１熱交換器で冷却された熱媒体を第２熱交換器に導いて加熱し、この加熱された熱媒体を第３熱交換器に導いてさらに加熱し、この加熱された熱媒体を第１熱交換器に戻すことを特徴とするものとしてもよい。
【００２２】
すなわち、酸素燃焼システムにおける集塵機出口の排ガス温度は、約９０〜１１０℃であるため、集塵機とその下流側の湿式脱硫装置との間を流れる排ガスと熱媒体を熱交換させることにより、常温の熱媒体を約５０〜７０℃まで昇温することができる。よって、排ガス処理ラインの集塵機とその下流側に設けられた湿式脱硫装置との間に第２熱交換器を設置し、この第２熱交換器で排ガスと熱交換して昇温された熱媒体を第３熱交換器に導くことにより、伝熱管の表面温度は約７０〜９０℃となるため、排ガス中の水分が伝熱管表面で結露することがなく、伝熱管の表面への灰の付着を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の排ガス処理システムによれば、集塵機の入口側に配置される熱交換器の伝熱管への灰付着を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を適用してなる排ガス処理システムの第１の実施形態における概略系統図である。
【図２】本発明を適用してなる排ガス処理システムの第２の実施形態における概略系統図である。
【図３】本発明を適用してなる排ガス処理システムの第３の実施形態における概略系統図である。
【図４】集塵機の入口側に配置された熱交換器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
以下、本発明を適用してなる排ガス処理システムの第１の実施形態について、図１を参照して説明する。本実施形態では、酸素燃焼式のボイラを用い、ボイラで燃焼させる化石燃料として微粉炭燃料を用いる例を説明するが、化石燃料であれば微粉炭燃料に限定されるものではない。また、本実施形態では、ボイラに供給する酸化剤として、空気から分離された富酸素ガス（以下、酸素と略す。）を用いるものとする。
【００２６】
本実施形態の排ガス処理システムは、酸素を酸化剤として微粉炭燃料を燃焼させるボイラ１１と、ボイラ１１に設けられた蒸気発生用熱交換器１３から発生する蒸気を蒸気タービン１５に供給して発電させ、この蒸気タービン１５から排出される蒸気を液化させて加熱した後に蒸気発生用熱交換器１３に戻す蒸気循環ライン１７と、ボイラ１１から発生する排ガスを処理する排ガス処理ライン１９と、排ガス処理ライン１９の煙道を流れる排ガスの一部を抜き出してボイラに導く排ガス循環ダクト２１を備えて構成される。
【００２７】
蒸気循環ライン１７は、ボイラ１１の燃焼熱を利用して蒸気を発生する蒸気発生用熱交換器１３と、その蒸気を利用して発電機２３を駆動する蒸気タービン１５と、蒸気タービン１５からの排気を冷却して凝縮する復水器２５と、復水器２５から出た復水を昇圧する昇圧ポンプ２７と、昇圧ポンプ２７から吐出された復水を熱媒体ａと熱交換させて加熱する第１熱交換器２９とから構成される。第１熱交換器２９は、復水が導かれる容器内に熱媒体が通流する伝熱管を収容して構成される。これにより、蒸気発生用熱交換器１３を出た蒸気が蒸気タービン１５、復水器２５を順に経由して復水となり、この復水が昇圧ポンプ２７、第１熱交換器２９を順に経由して蒸気発生用熱交換器１３に戻されるようになっている。
【００２８】
排ガス処理ライン１９は、ボイラ１１から排出された排ガス中のＮＯｘを除去する脱硝装置３１と、排ガスと循環排ガス（後述）とを熱交換して排ガスを減温させるＡ／Ｈ３３と、排ガスを熱媒体aと熱交換させて減温させる第３熱交換器３５と、排ガス中の灰を捕集する集塵機３７と、排ガス中のＳＯｘを除去する湿式の脱硫装置３９と、排ガス中の二酸化炭素を液化させて分離するＣＯ２分離手段４１を、この順に煙道４３で接続して構成される。第３熱交換器３５は、排ガスが導入される容器内に熱媒体が通流する伝熱管、つまりフィンチューブ（図４）を収容して構成され、その上流側にスートブロアが設けられている。
【００２９】
ボイラ１１には、図示しないバーナが設けられており、このバーナには、炉内に微粉炭燃料を供給するための燃料供給経路４５が接続されている。集塵機３７と脱硫装置３９を接続する煙道部分には、分配器４７が設けられており、この分配器４７には、煙道４３を流れる排ガスの一部を抜き出す排ガス循環ダクト２１の一端が接続されている。この排ガス循環ダクト２１は、Ａ／Ｈ３３を経由して延在する他端が、燃料供給経路４５に設けられた排ガス混合器４９に接続されている。
【００３０】
排ガス循環ダクト２１の分配器４７とＡ／Ｈ３３との間には、排ガス循環ダクト２１を流れる循環排ガスの流量を調節する循環用ファン５１が設けられている。この循環用ファン５１のファン回転数を調節して循環排ガスの循環量を例えば排ガス量全体の７〜８割とすることで、ボイラ１１の燃焼温度を空気燃焼運転時と同等程度に調整することができる。なお、排ガス循環ダクト２１は、脱硫装置３９の後流側の煙道４３を分岐させて一端を接続し、脱硫処理後の排ガスを抜き出して循環させるようにしてもよい。
【００３１】
燃料供給経路４５には、図示しない石炭粉砕ミル等によって所定の粒度に粉砕された微粉炭燃料が搬送用ガスに同伴されて供給されるようになっている。燃料供給経路４５の排ガス混合器４９の上流側には、酸素の供給経路が接続される酸素混合器５３が設けられており、酸素混合器５３には、酸素が供給されて微粉炭燃料と酸素が混合されるようになっている。排ガス混合器４９には、排ガス循環ダクト２１を流れる循環排ガスが供給され、ここで微粉炭燃料と酸素及び循環排ガスが混合されるようになっている。
【００３２】
脱硫装置３９は、吸収塔５５の下方の導入口から導入した排ガスを上方の排出口に向けて流し、塔内を流れる排ガスにスプレーノズル５７から脱硫液を噴き付けるようになっている。排ガスの導入口よりも低い位置、つまり吸収塔５５の底部には、スプレーノズル５７から噴き出した吸収液を回収して貯留する底部５９が形成されている。
【００３３】
ＣＯ２分離手段４１は、第１の圧縮機６１と、第２熱交換器６３と、第２の圧縮機６５が順に配管で接続され、排ガスを圧縮する過程で水と二酸化炭素が液化した状態でそれぞれ排ガス中から分離されるようになっている。
【００３４】
第２熱交換器６３は、排ガスが導入される容器内に熱媒体が通流する伝熱管を収容して構成され、この容器内には、排ガスから分離された水分を容器内から抜き出す排水供給用ダクト６７の一端が接続され、その他端は、図示しない排水処理設備に接続されている。これにより、第１の圧縮機６１で圧縮されて発熱した排ガスは、第２熱交換器６３にて熱媒体と熱交換して除熱され、水が分離された後、さらに第２の圧縮機６５で圧縮された後、除熱されることで液化した二酸化炭素が分離されるようになっている。
【００３５】
ここで、本実施形態では、第１熱交換器２９の伝熱管を流れる熱媒体ａの流路と、第２熱交換器６３の伝熱管を流れる熱媒体ａの流路と、第３熱交換器３５の伝熱管を流れる熱媒体ａの流路とを互いに配管６９を介して連通させることにより、熱媒体ａが循環する熱媒体循環ライン７１を形成している。すなわち、第１熱交換器２９の伝熱管を流れた熱媒体ａが第２熱交換器６３の伝熱管に流入し、第２熱交換器６３の伝熱管を流れた熱媒体ａが第３熱交換器３５の伝熱管に流入し、第３熱交換器３５の伝熱管を流れた熱媒体ａが第１熱交換器２９の伝熱管に戻されるようになっている。ここで、第１熱交換器２９の伝熱管を流れた熱媒体ａが第２熱交換器６３の伝熱管に向かって流れる配管６９には、循環ポンプ７３が設けられており、この循環ポンプ７３が駆動することで、熱媒体ａは熱媒体循環ライン７１を循環するようになっている。
【００３６】
次に、このようにして構成される排ガス処理システムの動作を説明する。
【００３７】
蒸気循環ライン１７においては、ボイラ１１内の燃焼反応によって発生した熱により蒸気発生用熱交換器１３から高温高圧の蒸気が発生し、この蒸気が蒸気タービン１５に導入されて蒸気タービン１５が回転することにより、発電機２３が発電する。蒸気タービン１５から排出された低圧の蒸気は、復水器２５において徐冷されて液化され、復水となって昇圧ポンプ２７に吸い込まれる。昇圧ポンプ２７で昇圧された復水は、第１熱交換器２９の容器内に導かれ、伝熱管を流れる熱媒体ａと熱交換して加熱された後、蒸気発生用熱交換器１３に戻される。
【００３８】
排ガス処理ライン１９においては、燃料供給経路４５を介して、微粉炭燃料と酸素と循環排ガスがボイラ１１に供給されることで、微粉炭燃料が燃焼される。この燃焼により、ボイラ１１から排出された排ガスは、煙道４３を通り、脱硝装置３１に導かれ、脱硝触媒と接触することにより、排ガス中のＮＯｘが除去される。続いて、脱硝装置３１を出た排ガスは、Ａ／Ｈ３３に導かれて循環排ガスと熱交換することにより約１６０℃〜２００℃に減温された後、第３熱交換器３５の容器内に導かれる。第３熱交換器３５では、排ガスが伝熱管を流れる熱媒体ａと熱交換することにより、水露点以上で酸露点以下となる、例えば１１０℃〜１６０℃に減温されて排出される。第３熱交換器３５を出た排ガスは、集塵機３７に導かれて排ガスに含まれる灰が除去される。
【００３９】
集塵機３７を出た排ガスは、その一部が循環用ファン５１の駆動により煙道４３から抜き出され、排ガス循環ダクト２１に導かれる。排ガス循環ダクト２１を流れる循環排ガスは、循環用ファン５１を経由してＡ／Ｈ３３に導かれ、脱硝装置３１を出た排ガスと熱交換することにより加熱された後、燃料供給経路４５を介してボイラ１１内に導かれる。
【００４０】
一方、集塵機３７を出た排ガスは、脱硫装置３９の吸収塔５５に導入される。吸収塔５５内を上昇する排ガスはスプレーノズル５７から噴霧された脱硫液と接触し、排ガスに含まれるＳＯ２が脱硫液に吸収される。ＳＯ２を吸収した脱硫液は吸収塔５５の底部５９に貯留され、ここにおいて、例えば、脱硫液の成分と反応したＳＯ２は塩となり底部５９の脱硫液中から分離される。なお、図示していないが、底部５９に貯留された脱硫液はポンプで汲み上げられてスプレーノズル５７に供給され、再び吸収塔５５内に噴霧される。
【００４１】
続いて、脱硫装置７を出た約５０℃の排ガスは、ＣＯ２分離手段４１に導かれる。ここでは、まず、排ガスが第１の圧縮機６１で圧縮される。この圧縮により約１３０℃まで発熱した排ガスは、第２熱交換器６３の容器内に導かれ、伝熱管を流れる熱媒体ａと熱交換することにより常温まで冷却される。これにより、排ガス中の水分のほとんどが液状となり、ドレン水となって排水供給用ダクト６７から排水される。一方、第２熱交換器６３から出た排ガスは、さらに第２の圧縮機６５で圧縮され、その後冷却されることにより液化した二酸化炭素が分離される。ここで分離された二酸化炭素は、図示しない貯蔵器に貯蔵される。ＣＯ２分離手段４１を出た排ガスは、図示しない煙突から大気中へ放出される。
【００４２】
ここで、本発明の特徴構成となる熱媒体循環ライン７１を流れる熱媒体ａの動作について説明する。
【００４３】
まず、第１熱交換器２９の伝熱管に流入した熱媒体ａは、第１熱交換器２９の容器内に流入する水、つまり復水器２５を出た復水と熱交換することにより、常温の約２０〜４０℃まで冷却される。続いて、この熱媒体ａは、循環ポンプ７３を介して第２熱交換器６３に供給される。第２熱交換器６３の伝熱管に流入した熱媒体ａは、第２熱交換器６３の容器内に導入された排ガス、つまり第１の圧縮機６１により圧縮されて発熱（約１３０℃）した排ガスと熱交換することにより、約５０〜７０℃に加熱される。
【００４４】
このようにして第２熱交換器６３で加熱された熱媒体ａは、第３熱交換器３５の伝熱管に流入し、第２熱交換器６３の容器内に導入された排ガス、つまりＡ／Ｈ３３を出て約１６０〜２００℃になった排ガスと熱交換することにより、約９０〜１１０℃に加熱される。そして、第３熱交換器３５で加熱された熱媒体は、第１熱交換器２９の伝熱管に戻されて再び常温まで冷却される。
【００４５】
ここで、第３熱交換器３５の伝熱管には、第２熱交換器６３で約５０〜７０℃に昇温された熱媒体ａが供給され、さらに、第３熱交換器３５の容器内には、約１６０℃〜２００℃の排ガスが流入されるため、第３熱交換器３５の伝熱管表面の温度は、７０℃以上（例えば７０〜９０℃）に保持される。したがって、第３熱交換器３５の伝熱管表面の温度は、酸素燃焼式のボイラ１１から排出される排ガス（水分濃度３０％）の水露点７０℃よりも低くなることがないため、排ガス中の水分が伝熱管の表面で結露することがなく、伝熱管の表面に付着した灰をスートブロアで容易に除去することができ、安定した運転を実現することができる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、第２熱交換器６３と第３熱交換器３５で熱媒体ａが排ガスからそれぞれ回収した熱を復水の加熱用として利用することができるため、熱効率を向上させることができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
以下、本発明を適用してなる排ガス処理システムの第２の実施形態について、図２を参照して説明する。本実施形態では、第１の実施形態と異なる点について説明し、第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【００４８】
本実施形態では、脱硫装置３９の吸収塔５５の底部５９に貯留される脱硫液内に、第４熱交換器７５を設置し、熱媒体循環ライン７１において、第１熱交換器２９の伝熱管を通過した熱媒体ａを第４熱交換器７５の伝熱管に導いて脱硫液と熱交換させた後、第３熱交換器３５の伝熱管に導くようにしている点で、第１の実施形態と異なる。なお、本実施形態では、第２熱交換器６３の伝熱管を流れる熱媒体として、熱媒体ａとは異なる別の熱媒体を用いている。
【００４９】
すなわち、酸素燃焼式のボイラから排出される排ガスは、水分濃度が３０％と高く、脱硫装置３９の吸収塔５５内の温度が上昇して約７０℃になることから、第４熱交換器７５を吸収塔５５内の底部５９に貯留された約７０℃の脱硫液内に設置し、第１熱交換器２９を通過した常温の熱媒体ａを第４熱交換器７５に導くことにより、熱媒体ａを約５０〜７０℃まで昇温させることができる。そして、この第４熱交換器７５で加熱された熱媒体ａを第３熱交換器３５に導くことで、第３熱交換器３５の伝熱管の表面温度は７０℃以上（例えば、７０〜９０℃）に保持される。よって、本実施形態のように構成しても、第３熱交換器３５の伝熱管の表面には、排ガス中の水分が結露することがないため、伝熱管表面に付着する灰をスートブロアで容易に除去することができ、安定した運転を実現することができる。
【００５０】
また、脱硫装置３９の脱硫性能は、一般に吸収塔内の温度が上昇することにより、低下する傾向にあるが、本実施形態によれば、脱硫装置３９の温度を熱媒体ａが回収して下げることができるため、脱硫性能の低下を抑制することができる。
【００５１】
（第３の実施形態）
以下、本発明を適用してなる排ガス処理システムの第３の実施形態について、図３を参照して説明する。本実施形態では、第１及び第２の実施形態と異なる点について説明し、これらの実施形態と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【００５２】
本実施形態では、集塵機３７と脱硫装置３９の間の煙道４３に第５熱交換器７７を設置し、熱媒体循環ライン７１において、第１熱交換器２９の伝熱管を通過した熱媒体ａを第５熱交換器７７の伝熱管に導いて排ガスと熱交換させた後、第３熱交換器３５の伝熱管に導くようにしている点で、第１の実施形態と異なる。
【００５３】
すなわち、集塵機３７を出た排ガスの温度は約９０〜１１０℃であるため、このような排ガスが流れる煙道に第５熱交換器７７を設置し、第１熱交換器２９を通過した常温の熱媒体ａを第５熱交換器７７に導くことにより、熱媒体ａを約５０〜７０℃まで昇温させることができる。そして、この第５熱交換器７７で加熱された熱媒体ａを第３熱交換器３５に導くことで、第３熱交換器３５の伝熱管表面温度は７０℃以上（例えば、７０〜９０℃）に保持される。よって、本実施形態のように構成しても、第３熱交換器３５の伝熱管の表面には、排ガス中の水分が結露することがないため、伝熱管表面に付着する灰をスートブロアで容易に除去することができ、安定した運転を実現することができる。
【００５４】
また、本実施形態によれば、脱硫装置３９に導入される排ガスの温度をより低くすることができるため、脱硫性能の低下を抑制することができる。加えて、本実施形態によれば、第５熱交換器７７と第３熱交換器３５で熱媒体ａがそれぞれ排ガスから回収した熱を復水の加熱用として利用することができるため、熱効率を向上させることができる。
【００５５】
以上述べたように、上記の実施形態によれば、酸素燃焼式のボイラから排出される排ガス、つまり水分濃度やＳＯ２濃度が高い排ガスにおいても、集塵機３７の入口側を流れる排ガスと熱媒体ａとを熱交換する第３熱交換器３５の伝熱管表面温度を、水が結露しない７０℃以上に維持できるため、伝熱管表面への灰の付着を大幅に低減することができ、排ガス処理プラントの安定運転が可能となる。
【００５６】
なお、上記の実施形態は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明はこれらの実施形態の構成にのみ限定されるものではない。例えば、熱媒体循環ライン７１の第１熱交換器２９と第３熱交換器３５以外の熱交換器については、第３熱交換器３５の伝熱管表面に結露が生じない範囲で、上記の実施形態の熱交換器の構成を適宜組み合わせて構成するようにしてもよい。
【００５７】
また、第３熱交換器３５を流れる排ガスの温度変化による影響を受けることなく、伝熱管表面の結露の発生をより確実に防ぐためには、第３熱交換器３５の伝熱管に導入される熱媒体ａの温度が７０℃以上、より好ましくは８０℃以上となるように設定するのが有効である。このように熱媒体ａの温度を設定するためには、第３熱交換器３５以外の他の熱交換器に対して周知の方法により熱交換量等を調整すればよい。
【符号の説明】
【００５８】
１１  ボイラ
１３  蒸気発生用熱交換器
１５  蒸気タービン
１７  蒸気循環ライン
１９  排ガス処理ライン
２１  排ガス循環ダクト
２５  復水器
２７  昇圧ポンプ
２９  第１熱交換器
３５  第３熱交換器
３７  集塵機
３９  脱硫装置
４１  ＣＯ２分離手段
５９  底部
６３  第２熱交換器
７１  熱媒体循環ライン
７５  第４熱交換器
７７  第５熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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