(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
起動時には、ボイラ本体に大気を導入して燃料の大気燃焼を行い、起動完了後には、ボイラ本体に高純度酸素製造装置から供給される酸素を導入しつつ排ガスを循環させて燃料の酸素燃焼を行い、二酸化炭素濃度を高めた排ガスの一部を圧縮して回収するようにした酸素燃焼ボイラ設備の排ガス酸素濃度制御方法であって、
起動時には、ボイラ本体の出口酸素濃度が出口酸素濃度設定値と等しくなるよう大気の流量を調節し、起動完了後には、ボイラ本体の出口酸素濃度が出口酸素濃度設定値と等しくなるよう高純度酸素製造装置から供給される酸素の流量を調節し、且つボイラ本体の入口酸素濃度が入口酸素濃度設定値と等しくなるよう排ガス循環流量を調節することを特徴とする酸素燃焼ボイラ設備の排ガス酸素濃度制御方法。
【請求項２】
起動時には、ファンの作動によりボイラ本体に大気を導入して燃料の大気燃焼を行い、起動完了後には、ボイラ本体に高純度酸素製造装置から供給される酸素を酸素導入ダンパの開度調節により導入しつつ排ガスをファンの作動により循環させて燃料の酸素燃焼を行い、二酸化炭素濃度を高めた排ガスの一部を圧縮して回収するようにした酸素燃焼ボイラ設備の排ガス酸素濃度制御装置であって、
ボイラ本体の入口酸素濃度を検出する入口酸素濃度計と、
ボイラ本体の出口酸素濃度を検出する出口酸素濃度計と、
起動時には、出口酸素濃度計で検出されたボイラ本体の出口酸素濃度が出口酸素濃度設定値と等しくなるよう大気の流量を調節するための制御指令をファンへ出力し、起動完了後には、出口酸素濃度計で検出されたボイラ本体の出口酸素濃度が出口酸素濃度設定値と等しくなるよう高純度酸素製造装置から供給される酸素の流量を調節するための制御指令を酸素導入ダンパへ出力し、且つ入口酸素濃度計で検出されたボイラ本体の入口酸素濃度が入口酸素濃度設定値と等しくなるよう排ガス循環流量を調節するための制御指令をファンへ出力する制御器と
を備えたことを特徴とする酸素燃焼ボイラ設備の排ガス酸素濃度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素燃焼ボイラ設備の排ガス酸素濃度制御方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２は発電所等に設けられるボイラの一例を表わすものであって、図２中、１はボイラ本体、２はボイラ本体１内へ燃料を噴射して燃焼させるバーナ、３は一次過熱器、４は二次過熱器、５は三次過熱器、６は最終過熱器、７は一次再熱器、８は二次再熱器、９は節炭器であり、バーナ２からボイラ本体１内へ燃料を噴射して燃焼させることにより、燃焼ガスを生成し、生成された燃焼ガスを流通させ、二次過熱器４、三次過熱器５、最終過熱器６、二次再熱器８、一次過熱器３、一次再熱器７及び節炭器９と熱交換させ、熱交換した後の排ガスを排ガスダクト１０へ流出させ、下流側に設けられた脱硝、脱硫等の排煙処理装置（図示せず）で窒素酸化物や硫黄酸化物等を除去した後、大気へ放出するようになっている。
【０００３】
一方、図３は前述のボイラの給水・蒸気系統を表わすものであり、ボイラ給水は、燃料が燃焼されるボイラ本体１の火炉炉壁に形成される蒸発器１１で加熱され、ノーズ部１２を経て、汽水分離器１３で水と蒸気に分離され、該汽水分離器１３で水と分離された蒸気は、ボイラ本体１の天井並びに後部伝熱部周壁１４を通過し、一次過熱器３、二次過熱器４、三次過熱器５及び最終過熱器６で過熱され、高圧タービン１５へ導かれ、該高圧タービン１５が駆動されて発電が行われると共に、前記高圧タービン１５を駆動した後の蒸気は、一次再熱器７及び二次再熱器８へ導かれ、該一次再熱器７及び二次再熱器８で再熱された後、中・低圧タービン１６へ導入され、該中・低圧タービン１６が駆動されて発電が行われ、前記中・低圧タービン１６を駆動した後の蒸気は、復水器１７へ導かれてボイラ給水に戻され、該ボイラ給水は、復水脱塩装置１８と低圧給水加熱器１９と脱気器２０とを経由し、給水ポンプ２１により高圧給水加熱器２２を介して節炭器９へ圧送され、該節炭器９で加熱され、前記蒸発器１１へ送給され、循環されるようになっている。
【０００４】
ところで、近年、地球温暖化防止のために、二酸化炭素等の温室効果ガス排出量を削減することが望まれており、ボイラ本体１から排出される排ガス中の二酸化炭素を回収して海洋や地中に廃棄処理する技術の開発が進められている。
【０００５】
図４は排ガス中の二酸化炭素を回収して海洋や地中に廃棄処理するために提案されている酸素燃焼ボイラ設備の一例を表わすものであって、３０はボイラ本体１の入側に接続された大気供給ライン、３１は大気供給ライン３０途中に設けられたファン、３２はボイラ本体１の出側に接続された排ガスライン、３３は煙突であり、排ガスライン３２途中から排ガス循環ライン３４を分岐させて大気供給ライン３０のファン３１より上流側に接続し、該排ガス循環ライン３４の分岐部より下流側における排ガスライン３２途中に排ガスダンパ３５を設け、前記排ガス循環ライン３４の接続部より上流側における大気供給ライン３０途中に大気供給ダンパ３６を設け、前記排ガス循環ライン３４途中に排ガス循環ダンパ３７を設けると共に、途中に二酸化炭素回収ダンパ３８が設けられた二酸化炭素回収ライン３９を排ガス循環ライン３４の所要箇所から分岐させ、前記ファン３１より下流側における大気供給ライン３０途中に、高純度酸素製造装置４０から供給される酸素を導入するための酸素導入ライン４１を接続し、該酸素導入ライン４１途中に酸素導入ダンパ４２を設けたものである。
【０００６】
図４に示される酸素燃焼ボイラ設備においては、起動時には、高純度酸素製造装置４０から酸素を供給することができないため、酸素導入ダンパ４２と排ガス循環ダンパ３７と二酸化炭素回収ダンパ３８とを閉じ、大気供給ダンパ３６と排ガスダンパ３５とを開いた状態で、通常のボイラと同様、ファン３１の作動により大気を大気供給ライン３０を介してボイラ本体１へ導入し燃料の大気燃焼を行い、ボイラ本体１から排出される排ガスは、排ガスライン３２を介して煙突３３から大気中へ放出し、起動完了後には、前記排ガス循環ダンパ３７を開き、大気供給ダンパ３６と排ガスダンパ３５とを閉じ、ボイラ本体１から排出される排ガスを排ガス循環ライン３４によって循環させ煙突３３から放出しないようにすると共に、酸素導入ダンパ４２の開度を調節し、ボイラ本体１に高純度酸素製造装置４０から供給される酸素を酸素導入ライン４１を介して導入し、排ガスの循環による酸素濃度の低下を抑えつつ燃料の酸素燃焼を行い、これにより、排ガス中の二酸化炭素濃度を高め、適宜、二酸化炭素回収ダンパ３８を開き、二酸化炭素濃度を高めた排ガスの一部を二酸化炭素回収ライン３９から抜き出し、図示していない圧縮機により圧縮して回収するようにし、海洋や地中に廃棄処理するようにしてある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の如き酸素燃焼ボイラ設備では、具体的な制御方法が確立されていないため、排ガス酸素濃度が不安定となって、ボイラ本体１における燃料の燃焼が安定しなくなり、運転を継続できなくなる虞があった。
【０００８】
本発明は、斯かる実情に鑑み、排ガス酸素濃度が不安定となることを防止し得、ボイラ本体における燃料の燃焼を安定させることができ、運転を円滑に行い得る酸素燃焼ボイラ設備の排ガス酸素濃度制御方法及び装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、起動時には、ボイラ本体に大気を導入して燃料の大気燃焼を行い、起動完了後には、ボイラ本体に高純度酸素製造装置から供給される酸素を導入しつつ排ガスを循環させて燃料の酸素燃焼を行い、二酸化炭素濃度を高めた排ガスの一部を圧縮して回収するようにした酸素燃焼ボイラ設備の排ガス酸素濃度制御方法であって、
起動時には、ボイラ本体の出口酸素濃度が出口酸素濃度設定値と等しくなるよう大気の流量を調節し、起動完了後には、ボイラ本体の出口酸素濃度が出口酸素濃度設定値と等しくなるよう高純度酸素製造装置から供給される酸素の流量を調節し、且つボイラ本体の入口酸素濃度が入口酸素濃度設定値と等しくなるよう排ガス循環流量を調節することを特徴とする酸素燃焼ボイラ設備の排ガス酸素濃度制御方法にかかるものである。
【００１０】
又、本発明は、起動時には、ファンの作動によりボイラ本体に大気を導入して燃料の大気燃焼を行い、起動完了後には、ボイラ本体に高純度酸素製造装置から供給される酸素を酸素導入ダンパの開度調節により導入しつつ排ガスをファンの作動により循環させて燃料の酸素燃焼を行い、二酸化炭素濃度を高めた排ガスの一部を圧縮して回収するようにした酸素燃焼ボイラ設備の排ガス酸素濃度制御装置であって、
ボイラ本体の入口酸素濃度を検出する入口酸素濃度計と、
ボイラ本体の出口酸素濃度を検出する出口酸素濃度計と、
起動時には、出口酸素濃度計で検出されたボイラ本体の出口酸素濃度が出口酸素濃度設定値と等しくなるよう大気の流量を調節するための制御指令をファンへ出力し、起動完了後には、出口酸素濃度計で検出されたボイラ本体の出口酸素濃度が出口酸素濃度設定値と等しくなるよう高純度酸素製造装置から供給される酸素の流量を調節するための制御指令を酸素導入ダンパへ出力し、且つ入口酸素濃度計で検出されたボイラ本体の入口酸素濃度が入口酸素濃度設定値と等しくなるよう排ガス循環流量を調節するための制御指令をファンへ出力する制御器と
を備えたことを特徴とする酸素燃焼ボイラ設備の排ガス酸素濃度制御装置にかかるものである。
【００１１】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１２】
本発明の酸素燃焼ボイラ設備の排ガス酸素濃度制御方法においては、起動時には、ボイラ本体の出口酸素濃度が出口酸素濃度設定値と等しくなるようボイラ本体へ導入される大気の流量が調節され、燃料の大気燃焼が行われ、起動完了後には、ボイラ本体の出口酸素濃度が出口酸素濃度設定値と等しくなるよう高純度酸素製造装置から供給される酸素の流量が調節され、且つボイラ本体の入口酸素濃度が入口酸素濃度設定値と等しくなるよう排ガス循環流量が調節され、これにより、排ガスの循環による酸素濃度の低下が確実に抑えられつつ燃料の酸素燃焼が安定して行われる形となり、排ガス中の二酸化炭素濃度が高められ、二酸化炭素濃度が高められた排ガスの一部が圧縮されて回収され、海洋や地中に廃棄処理される。
【００１３】
又、本発明の酸素燃焼ボイラ設備の排ガス酸素濃度制御装置においては、起動時には、出口酸素濃度計で検出されたボイラ本体の出口酸素濃度が出口酸素濃度設定値と等しくなるよう大気の流量を調節するための制御指令が制御器からファンへ出力され、ファンの作動によりボイラ本体へ導入される大気の流量が調節され、燃料の大気燃焼が行われ、起動完了後には、出口酸素濃度計で検出されたボイラ本体の出口酸素濃度が出口酸素濃度設定値と等しくなるよう高純度酸素製造装置から供給される酸素の流量を調節するための制御指令が制御器から酸素導入ダンパへ出力され、該酸素導入ダンパの開度が調節され、ボイラ本体の出口酸素濃度が出口酸素濃度設定値と等しくなるよう高純度酸素製造装置から供給される酸素の流量が調節され、且つ入口酸素濃度計で検出されたボイラ本体の入口酸素濃度が入口酸素濃度設定値と等しくなるよう排ガス循環流量を調節するための制御指令が制御器からファンへ出力され、該ファンの作動により、ボイラ本体の入口酸素濃度が入口酸素濃度設定値と等しくなるよう排ガス循環流量が調節され、これにより、排ガスの循環による酸素濃度の低下が確実に抑えられつつ燃料の酸素燃焼が安定して行われる形となり、排ガス中の二酸化炭素濃度が高められ、二酸化炭素濃度が高められた排ガスの一部が圧縮されて回収され、海洋や地中に廃棄処理される。
【００１４】
この結果、本発明の酸素燃焼ボイラ設備の排ガス酸素濃度制御方法及び装置においては、排ガス酸素濃度が不安定とならず、ボイラ本体における燃料の燃焼が安定し、円滑な運転を継続することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１６】
図１は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図４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に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１に示す如く、ボイラ本体１の入口酸素濃度４３を検出する入口酸素濃度計４４と、ボイラ本体１の出口酸素濃度４５を検出する出口酸素濃度計４６と、起動時には、出口酸素濃度計４６で検出されたボイラ本体１の出口酸素濃度４５が出口酸素濃度設定値４７と等しくなるよう大気の流量を調節するための制御指令４８をファン３１へ出力し、起動完了後には、出口酸素濃度計４６で検出されたボイラ本体１の出口酸素濃度４５が出口酸素濃度設定値４７と等しくなるよう高純度酸素製造装置４０から供給される酸素の流量を調節するための制御指令４９を酸素導入ダンパ４２へ出力し、且つ入口酸素濃度計４４で検出されたボイラ本体１の入口酸素濃度４３が入口酸素濃度設定値５０と等しくなるよう排ガス循環流量を調節するための制御指令４８をファン３１へ出力する制御器５１とを設けた点にある。
【００１７】
本図示例の場合、前記制御器５１は、
ボイラ本体１の出口酸素濃度設定値４７と出口酸素濃度計４６で検出されたボイラ本体１の出口酸素濃度４５との差を求め出口酸素濃度偏差５２を出力する減算器５３と、
該減算器５３から出力される出口酸素濃度偏差５２を比例積分処理して該出口酸素濃度偏差５２をなくすためのファン３１の動翼開度調節用の大気流量制御指令５４を出力する比例積分調節器５５と、
入口酸素濃度計４４で検出されたボイラ本体１の入口酸素濃度４３とボイラ本体１の入口酸素濃度設定値５０との差を求め入口酸素濃度偏差５６を出力する減算器５７と、
該減算器５７から出力される入口酸素濃度偏差５６を比例積分処理して該入口酸素濃度偏差５６をなくすためのファン３１の動翼開度調節用の排ガス循環流量制御指令５８を出力する比例積分調節器５９と、
起動時には図中ａ側に切り換えられ前記比例積分調節器５５から出力される大気流量制御指令５４を制御指令４８としてファン３１へ出力する一方、起動完了後には図中ｂ側に切り換えられ前記比例積分調節器５９から出力される排ガス循環流量制御指令５８を制御指令４８としてファン３１へ出力する切換器６０と、前記減算器５３から出力される出口酸素濃度偏差５２を比例積分処理して該出口酸素濃度偏差５２をなくすための酸素導入ダンパ４２の開度制御指令６１を出力する比例積分調節器６２と、
起動時には図中ａ側に切り換えられ全閉指令６３を制御指令４９として酸素導入ダンパ４２へ出力する一方、起動完了後には図中ｂ側に切り換えられ前記比例積分調節器６２から出力される開度制御指令６１を制御指令４９として酸素導入ダンパ４２へ出力する切換器６４と
を備えてなる構成を有している。
【００１８】
次に、上記図示例の作動を説明する。
【００１９】
起動時には、切換器６０は図中ａ側に切り換えられ、又、切換器６４も図中ａ側に切り換えられ全閉指令６３が制御指令４９として酸素導入ダンパ４２へ出力され、該酸素導入ダンパ４２は閉じており、更に、排ガス循環ダンパ３７と二酸化炭素回収ダンパ３８とが閉じ、大気供給ダンパ３６と排ガスダンパ３５とが開いた状態で、通常のボイラと同様、ファン３１の作動により大気が大気供給ライン３０を介してボイラ本体１へ導入され燃料の大気燃焼が行われ、ボイラ本体１から排出される排ガスは、排ガスライン３２を介して煙突３３から大気中へ放出されるが、このとき、出口酸素濃度計４６によってボイラ本体１の出口酸素濃度４５が検出され、制御器５１の減算器５３へ入力されており、該制御器５１の減算器５３において、ボイラ本体１の出口酸素濃度設定値４７と前記出口酸素濃度計４６で検出されたボイラ本体１の出口酸素濃度４５との差が求められ出口酸素濃度偏差５２が比例積分調節器５５へ出力され、該比例積分調節器５５において、前記減算器５３から出力される出口酸素濃度偏差５２が比例積分処理されて該出口酸素濃度偏差５２をなくすためのファン３１の動翼開度調節用の大気流量制御指令５４が切換器６０を介し制御指令４８としてファン３１へ出力され、該ファン３１の動翼開度が調節され、ボイラ本体１の出口酸素濃度４５が出口酸素濃度設定値４７と等しくなるよう大気の流量が調節される。尚、大気における酸素濃度は一定であるため、燃料の大気燃焼が行われる起動時には、ボイラ本体１の入口酸素濃度４３を制御する必要はない。
【００２０】
起動完了後には、前記切換器６０と切換器６４は共に図中ｂ側に切り換えられ、又、前記排ガス循環ダンパ３７が開き、大気供給ダンパ３６と排ガスダンパ３５とが閉じ、ボイラ本体１から排出される排ガスが排ガス循環ライン３４によって循環され煙突３３から放出しないようにされるが、このとき、前記出口酸素濃度計４６で検出されたボイラ本体１の出口酸素濃度４５が前記制御器５１の減算器５３へ入力され、該制御器５１の減算器５３において、ボイラ本体１の出口酸素濃度設定値４７と前記出口酸素濃度計４６で検出されたボイラ本体１の出口酸素濃度４５との差が求められ出口酸素濃度偏差５２が比例積分調節器６２へ出力され、該比例積分調節器６２において、前記減算器５３から出力される出口酸素濃度偏差５２が比例積分処理されて該出口酸素濃度偏差５２をなくすための酸素導入ダンパ４２の開度制御指令６１が切換器６４を介し制御指令４９として酸素導入ダンパ４２へ出力され、該酸素導入ダンパ４２の開度が調節され、ボイラ本体１の出口酸素濃度４５が出口酸素濃度設定値４７と等しくなるよう高純度酸素製造装置４０から供給される酸素の流量が調節されると共に、入口酸素濃度計４４によってボイラ本体１の入口酸素濃度４３が検出され、制御器５１の減算器５７へ入力され、該制御器５１の減算器５７において、前記入口酸素濃度計４４で検出されたボイラ本体１の入口酸素濃度４３とボイラ本体１の入口酸素濃度設定値５０との差が求められ入口酸素濃度偏差５６が比例積分調節器５９へ出力され、該比例積分調節器５９において、前記減算器５７から出力される入口酸素濃度偏差５６が比例積分処理されて該入口酸素濃度偏差５６をなくすためのファン３１の動翼開度調節用の排ガス循環流量制御指令５８が切換器６０を介し制御指令４８としてファン３１へ出力され、該ファン３１の動翼開度が調節され、ボイラ本体１の入口酸素濃度４３が入口酸素濃度設定値５０と等しくなるよう排ガス循環流量が調節され、これにより、排ガスの循環による酸素濃度の低下が確実に抑えられつつ燃料の酸素燃焼が安定して行われる形となり、排ガス中の二酸化炭素濃度が高められ、適宜、二酸化炭素回収ダンパ３８を開くことにより、二酸化炭素濃度が高められた排ガスの一部が二酸化炭素回収ライン３９から抜き出され、図示していない圧縮機により圧縮されて回収され、海洋や地中に廃棄処理されることとなる。
【００２１】
この結果、排ガス酸素濃度が不安定とならず、ボイラ本体１における燃料の燃焼が安定し、円滑な運転を継続することが可能となる。
【００２２】
こうして、排ガス酸素濃度が不安定となることを防止し得、ボイラ本体１における燃料の燃焼を安定させることができ、運転を円滑に行い得る。
【００２３】
尚、本発明の酸素燃焼ボイラ設備の排ガス酸素濃度制御方法及び装置は、上述の図示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。
【００２４】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の酸素燃焼ボイラ設備の排ガス酸素濃度制御方法及び装置によれば、排ガス酸素濃度が不安定となることを防止し得、ボイラ本体における燃料の燃焼を安定させることができ、運転を円滑に行い得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例の概要構成図である。
【図２】一般的なボイラの一例を表わす概要構成図である。
【図３】図２に示されるボイラの給水・蒸気系統を表わす概要構成図である。
【図４】開発が進められている酸素燃焼ボイラ設備の一例の概要構成図である。
【符号の説明】
１  ボイラ本体
３１  ファン
３４  排ガス循環ライン
３９  二酸化炭素回収ライン
４０  高純度酸素製造装置
４２  酸素導入ダンパ
４３  入口酸素濃度
４４  入口酸素濃度計
４５  出口酸素濃度
４６  出口酸素濃度計
４７  出口酸素濃度設定値
４８  制御指令
４９  制御指令
５０  入口酸素濃度設定値
５１  制御器
５４  大気流量制御指令
５８  排ガス循環流量制御指令
６１  開度制御指令
【図１】
0004161515.tif 000002
【図２】
0004161515.tif 000003
【図３】
0004161515.tif 000004
【図４】
0004161515.tif 000005