特許 6702655 石炭燃焼酸素ボイラ電力プラント

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6702655

(24)【登録日】2020年5月11日

(45)【発行日】2020年6月3日

(54)【発明の名称】石炭燃焼酸素ボイラ電力プラント

(51)【国際特許分類】

   F01K 17/06 20060101AFI20200525BHJP

   F01K 7/38 20060101ALI20200525BHJP

   F01K 7/40 20060101ALI20200525BHJP

   F22B 35/00 20060101ALI20200525BHJP

【ＦＩ】

   F01K17/06

   F01K7/38 102Z

   F01K7/40 Z

   F22B35/00 A

【請求項の数】12

【外国語出願】

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2015-95700(P2015-95700)

(22)【出願日】2015年5月8日

(65)【公開番号】特開2015-227658(P2015-227658A)

(43)【公開日】2015年12月17日

【審査請求日】2018年4月23日

(31)【優先権主張番号】14290141.2

(32)【優先日】2014年5月8日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】515322297

【氏名又は名称】ゼネラル エレクトリック テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100137545

【弁理士】

【氏名又は名称】荒川 聡志

(72)【発明者】

【氏名】ティエリ プルショ

(72)【発明者】

【氏名】フランソワ グラニエ

(72)【発明者】

【氏名】フレデリック ジェジェ

【審査官】 小林 勝広

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０３３７４６２１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２９０１６３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１３−５２２５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２５５７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１０２５４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２９８５５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０２９２１４４１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｋ １７／０６

Ｆ０１Ｋ ７／３８

Ｆ０１Ｋ ７／４０

Ｆ２２Ｂ ３５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蒸気サイクルと、凝縮液システムとを有する石炭燃焼酸素ボイラ電力プラントであって、
前記蒸気サイクルは、
蒸気を膨張させるよう適合された高圧蒸気タービンＨＰと、
蒸気抽出ポートを備え、前記高圧蒸気タービンＨＰからの蒸気を膨張させるよう適合された中圧蒸気タービンと、
前記中圧蒸気タービンからの蒸気を膨張させるよう適合された低圧蒸気タービンＬＰと、を有しており、
前記凝縮液システムは、
前記低圧蒸気タービンＬＰから排出された蒸気を凝縮させるよう適合された凝縮器と、
凝縮液の流れ方向に基づいて順に配列されかつ番号付けされた、前記凝縮器からの凝縮液を受け取り、かつ、連続して加熱するよう適合された複数の一連の低圧ヒータと、
前記一連の低圧ヒータからの凝縮液を受け取るよう構成されかつ配置された給水タンクと、を有しており、
前記石炭燃焼酸素ボイラ電力プラントは、蒸気コイル酸素予熱器を備えた酸素供給ラインと、前記蒸気抽出ポートを前記蒸気コイル酸素予熱器に接続する抽出ラインと、前記蒸気コイル酸素予熱器を前記凝縮液システムに流体的に接続するドレーンラインと、を有しており、
前記ドレーンラインは、凝縮液タンクと、ドレーン制御バルブと、前記凝縮液タンクと前記ドレーン制御バルブとの間に接続された凝縮液ポンプとを有し、
前記石炭燃焼酸素ボイラ電力プラントは、前記ドレーンラインを前記凝縮器の下流に接続する非常時ラインを有し、
前記非常時ラインは、通常閉鎖され、
前記ドレーンラインは、前記蒸気コイル酸素予熱器で生成した凝縮液を前記が凝縮液タンクに方向付け、
前記凝縮液ポンプが凝縮液を前記ドレーン制御バルブを介してポンピングして前記凝縮液システムに戻し、
前記ドレーン制御バルブが、前記凝縮液タンクの液面レベルの制御を提供する、石炭燃焼酸素ボイラ電力プラント。

【請求項2】

前記ドレーンラインは、５番目の前記一連の低圧ヒータと、前記給水タンクとの間の点において前記凝縮液システムに接続している、請求項１記載の石炭燃焼酸素ボイラ電力プラント。

【請求項3】

前記ドレーンラインは、前記給水タンクにおいて前記凝縮液システムに接続している、請求項１または２に記載の石炭燃焼酸素ボイラ電力プラント。

【請求項4】

前記ドレーンラインは、前記凝縮液システムにおいて、４番目の前記一連の低圧ヒータと、５番目の前記一連の低圧ヒータとの間の点に接続している、請求項１乃至３のいずれかに記載の石炭燃焼酸素ボイラ電力プラント。

【請求項5】

前記抽出ラインに設けられた抽出制御バルブを有している、請求項１乃至４のいずれかに記載の石炭燃焼酸素ボイラ電力プラント。

【請求項6】

前記抽出ラインに、当該抽出ラインの蒸気から過熱を除去するよう適合された過熱低減器を有している、請求項１乃至５のいずれかに記載の石炭燃焼酸素ボイラ電力プラント。

【請求項7】

前記中圧蒸気タービンは多段中圧蒸気タービンであり、前記蒸気抽出ポートは、前記中圧蒸気タービンの中間段からの蒸気を抽出するよう構成されかつ配置されている、請求項１乃至６のいずれかに記載の石炭燃焼酸素ボイラ電力プラント。

【請求項8】

酸素を生成する空気分離ユニットであって、生成された前記酸素を前記蒸気コイル酸素予熱器が受ける、前記空気分離ユニットと、
石炭燃焼を受け、蒸気を生成するボイラと、
を備える、請求項５に記載の石炭燃焼酸素ボイラ電力プラント。

【請求項9】

前記空気分離ユニットが生成した前記酸素が再循環煙道ガスと混合されて前記ボイラに供給される、請求項８に記載の石炭燃焼酸素ボイラ電力プラント。

【請求項10】

前記ボイラから燃焼後の煙道ガスを受け、ＣＯ２を回収するＣＯ２回収システムを有する、請求項９に記載の石炭燃焼酸素ボイラ電力プラント。

【請求項11】

前記蒸気コイル酸素予熱器に送られる蒸気の蒸気圧は、前記抽出ラインに設けられた前記抽出制御バルブによって、制御され、前記ボイラに供給される酸素が所定の温度に加熱されて、煙道ガスの注入部分または前記ボイラのバーナにおける凝縮の危険が避けられる、請求項８に記載の石炭燃焼酸素ボイラ電力プラント。

【請求項12】

蒸気サイクルと、凝縮液システムとを有する石炭燃焼酸素ボイラ電力プラントであって、
前記蒸気サイクルは、
蒸気を膨張させるよう適合された高圧蒸気タービンＨＰと、
蒸気抽出ポートを備え、前記高圧蒸気タービンＨＰからの蒸気を膨張させるよう適合された中圧蒸気タービンと、
前記中圧蒸気タービンからの蒸気を膨張させるよう適合された低圧蒸気タービンＬＰと、を有しており、
前記凝縮液システムは、
前記低圧蒸気タービンＬＰから排出された蒸気を凝縮させるよう適合された凝縮器と、
凝縮液の流れ方向に基づいて順に配列されかつ番号付けされた、前記凝縮器からの凝縮液を受け取り、かつ、連続して加熱するよう適合された複数の一連の低圧ヒータと、
前記一連の低圧ヒータからの凝縮液を受け取るよう構成されかつ配置された給水タンクと、を有しており、
前記石炭燃焼酸素ボイラ電力プラントは、蒸気コイル酸素予熱器を備えた酸素供給ラインと、前記蒸気抽出ポートを前記蒸気コイル酸素予熱器に接続する抽出ラインと、前記抽出ラインの蒸気から過熱を除去するよう適合された過熱低減器と、前記蒸気コイル酸素予熱器を前記凝縮液システムに流体的に接続するドレーンラインと、を有しており、
前記ドレーンラインは、凝縮液タンクと、ドレーン制御バルブと、前記凝縮液タンクと前記ドレーン制御バルブとの間に接続された凝縮液ポンプとを有し、
前記石炭燃焼酸素ボイラ電力プラントは、前記ドレーンラインを前記凝縮器の下流に接続する非常時ラインを有し、
前記非常時ラインは、通常閉鎖され、
前記ドレーンラインは、前記蒸気コイル酸素予熱器で生成した凝縮液を前記が凝縮液タンクに方向付け、
前記中圧蒸気タービンは多段中圧蒸気タービンであり、前記蒸気抽出ポートは、前記中圧蒸気タービンの中間段からの蒸気を抽出し、
前記凝縮液ポンプが凝縮液を前記ドレーン制御バルブを介してポンピングして前記凝縮液システムに戻し、
前記ドレーン制御バルブが、前記凝縮液タンクの液面レベルの制御を提供する、石炭燃焼酸素ボイラ電力プラント。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して、石炭燃焼酸素ボイラ電力プラントに用いられる熱統合スキームに関し、より詳細には、酸素供給システムのこのようなプラントへの熱統合に関する。

【背景技術】

【0002】

石炭は、こんにち世界中の発電の大きな割合に寄与しており、今後その支配的な割合を維持すると予想される。それにもかかわらず、大きな環境的な圧力から、高い効率だけでなく、ＣＯ２、ＳＯ２、ＮＯｘおよび水銀のレベルの超低レベルへの低減を要する高い環境的な要求がある。

【0003】

特に有利なプラント装置は、ＣＯ２回収を含む酸素燃焼蒸気プラントの使用である。酸素燃焼システムは、一次燃料の燃焼のために、空気ではなく、通常空気分離ユニットにおいて生成された酸素を用いる。酸素は、多くの場合、適切なレベルに燃焼温度を維持するために、不活性ガスたとえば再循環煙道ガスと混合される。さらに、蒸気コイル酸素予熱器において空気分離ユニットからの酸素を別個にまたは付加的に予熱することが好ましい場合がある。

【0004】

酸素燃焼プロセスは、主成分としてＣＯ２、水およびＯ２を含む煙道ガスを生成し、ＣＯ２濃度は典型的には約７０体積％を超える。したがって、酸素燃焼プロセスの煙道ガスからのＣＯ２回収は、ガス処理ユニットにおいて比較的簡単に行うことができる。

【0005】

高効率の酸素燃焼蒸気プラントの典型的な水蒸気サイクルの例を図１に示す。プラントは、ボイラ１４２からの蒸気が供給される、３段圧力の一連の再加熱蒸気タービンＨＰ、ＩＰ、ＬＰを有している。最後の低圧蒸気タービンＬＰからの排出蒸気は、凝縮器１０２において凝縮され、その後、連続的に、ポリッシングされ１０４、凝縮器ポンプ１０３によってポンピングされ、一連の低圧ヒータ１０６、１０７、１０８、１０９、１３１、給水タンク１３６および高圧ヒータ１３２を通り、その後、閉ループでボイラ１４２に戻る。低圧ヒータおよび高圧ヒータの熱源は、典型的には、低／中圧および高圧蒸気タービンから抽出された蒸気である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

最高効率のサイクルを確実にできるという大きなメリットのため、蒸気電力プラント内の酸素燃焼回収システムの熱的要求およびシンクをよりよく統合する方法を見いだす継続した要求が存在する。これには、エネルギーが確実に無駄にならないようにするためのプラントサイクルを有する回収システムの熱的要求およびヒートシンクの最適化が必要である。特に、これは、蒸気コイル酸素予熱器をどのように熱サイクルに統合するかの考慮を必要とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

柔軟なプラント動作および高い全体的プラント熱効率を提供するための、システムの主要な熱生成源を統合する、燃焼後の煙道ガスＣＯ２回収システムを有する石炭燃焼酸素ボイラおよび蒸気サイクル電力プラントスキームが提供される。

【0008】

本発明は、空気分離ユニットを石炭燃焼酸素ボイラ電力プラントの凝縮液システムに熱的に組み入れるための新規なスキームの着想に基づいている。

【0009】

一態様では、ランキン蒸気サイクルを有する石炭燃焼酸素ボイラ電力プラントが提供され、このサイクルは、出口を備えた蒸気を膨張させるよう適合された高圧蒸気タービンと、高圧蒸気タービンからの蒸気を膨張させるよう適合された中圧蒸気タービンと、蒸気抽出ポートを備えた中圧蒸気タービンからの蒸気を膨張させるよう適合された低圧蒸気タービンとを有している。このサイクルの凝縮液システムは、低圧蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮させるよう適合された凝縮器と、凝縮液の流れ方向に基づいて順に配列されかつ番号付けされた、凝縮器からの凝縮液を受け取り、かつ、連続して加熱するよう適合された一連の低圧ヒータと、一連の低圧ヒータからの凝縮液を受け取るよう構成されかつ配置された給水タンクと、をさらに有している。

【0010】

石炭燃焼酸素ボイラ電力プラントは、蒸気コイル酸素予熱器を備えた酸素供給ラインをさらに有しており、抽出ラインが蒸気抽出ポートを蒸気コイル酸素予熱器に接続している。ドレーンラインが、蒸気コイル酸素予熱器を、一連の低圧ヒータと給水タンクとの間のランキン蒸気サイクルの点に流体的に接続している。

【0011】

一態様では、中圧蒸気タービンは多段中圧蒸気タービンであり、蒸気抽出ポートは、中圧蒸気タービンの中間段からの蒸気を抽出するよう構成されかつ配置されている。

【0012】

一態様では、非常時ラインがドレーンラインおよび凝縮器に接続されている。

【0013】

本発明の別の目的は、従来技術の問題および欠点を解決または少なくとも緩和することまたは有用な代替物を提供することである。

【0014】

本発明の他の態様および利点は、例として本発明の例示的実施形態を示す添付図面に関連して、以下の詳細な説明から明らかとなる。

【0015】

例として、本発明の実施形態が、添付図面を参照して以下により詳細に記載されている。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】例示的実施形態が適用可能な、従来の石炭燃焼酸素ボイラ電力プラントの概略である。

【図2】空気分離ユニットの蒸気コイル酸素予熱器の石炭燃焼酸素ボイラ電力プラントへの統合の概略である。

【図3】図２の熱統合システムの概略であり、凝縮液システムに通される代替的なドレーンラインが示されている。

【図4】図２の別の熱統合システムの概略であり、凝縮液システムに通される別の代替的ドレーンラインが示されている。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の例示的実施形態が、図面を参照してここに記載されており、同様の参照番号は全体を通して同様の要素を指すために用いられている。以下の詳細な説明では、説明を目的として、多くの詳細事項が発明の完全な理解を提供するために記載されている。しかし、本発明は、これらの詳細事項無しに実施可能であり、本明細書中に記載された例示的実施形態に限定されない。

【0018】

発明の詳細な説明の全体を通して、連続した（serial）ユニットが参照されている。この文脈において、「連続」とは、通常動作中にユニットを通る作用流体の基準の流れによって定められるような、上流端から出発して直列に（in a series）配置されていることを意味する。

【0019】

図１に示される石炭燃焼酸素ボイラ電力プラントに適用可能な、図２に示される例示的実施形態では、空気分離ユニットから始まる酸素供給ライン３への熱供給のための凝縮液帰還スキームおよび蒸気抽出装置が提供される。図２に示されるように、石炭燃焼酸素ボイラ電力プラントは、ランキン蒸気サイクルを有しており、ランキン蒸気サイクルは、蒸気を膨張させるよう適合された高圧蒸気タービンＨＰと、高圧蒸気タービンＨＰからの蒸気を膨張させるよう適合された中圧蒸気タービン１と、抽出ポート２を備える中圧蒸気タービン１からの蒸気を膨張させるよう適合された低圧蒸気タービンＬＰとを有している。低圧蒸気タービンＬＰの排気に接続された凝縮器１５は、凝縮液システムの最初の要素として、排出された蒸気を凝縮する。凝縮器１５から、凝縮液は一連の低圧ヒータ２４、２５、１１、１２、２０を連続的に通過し、この際、凝縮液は連続的に加熱される。低圧ヒータ２４、２５、１１、１２、２０から、凝縮液は、凝縮液システムの次の要素を構成する給水タンク２３に流れる。給水タンク２３からの凝縮液は、凝縮液システムの最後の要素である、一連の高圧ヒータ２２へと導かれる。

【0020】

酸素ボイラ電力プラントは、さらに、空気分離ユニットと、空気分離ユニット内で生成された酸素の予熱のための、空気分離ユニットの下流の蒸気コイル酸素予熱器５とを有している。抽出ライン４は、蒸気抽出ポート２を蒸気コイル酸素予熱器５に接続する。ドレーンライン８は、蒸気コイル酸素予熱器５を凝縮液システムに接続する。

【0021】

図２に示される例示的実施形態では、蒸気は中圧蒸気タービン１、好ましくは、多段中圧蒸気タービンから取られる抽出ポート２から抽出され、蒸気は、典型的には一連の低圧ヒータ１１、１２、２０の少なくとも１つまたは給水タンク２３のための熱源として用いられる。図２に示される例示的実施形態では、抽出蒸気は、抽出ライン４を介して、空気分離ユニットの酸素供給ライン３の蒸気コイル酸素予熱器５に送られる。蒸気圧は、抽出ラインに設けられた抽出制御バルブ６によって、典型的には約１０ｂａｒに制御される。酸素が約１４０℃に確実に加熱されて全体の加熱速度が向上し、煙道ガスの注入部分またはバーナにおける凝縮の危険が避けられるように、抽出蒸気の温度に依存して、過熱低減器７を蒸気コイル酸素予熱器５の上流の抽出ライン４に付加的に設けてよい。

【0022】

蒸気コイル酸素予熱器５から、ドレーンライン８によって蒸気コイル酸素予熱器５で生成した凝縮液が凝縮液タンク９に方向付けられ、凝縮液タンク９から、凝縮液が凝縮液ポンプ１０によってポンピングされて凝縮液ラインに戻され、この際、ドレーンバルブ１３が凝縮液タンク９を液面制御する。図２に示される例示的実施形態では、凝縮液は、４番目の連続低圧ヒータ１２と５番目の低圧ヒータ２０との間で凝縮液システムにポンピングされて戻される。図３に示される例示的実施形態では、凝縮液は、５番目の低圧ヒータ２０と給水タンク２３との間の点において凝縮液システムにポンピングされて戻される。図４に示される例示的実施形態では、凝縮液は、給水タンク２３にポンピングされて戻される。

【0023】

図２に示される例示的実施形態では、非常時ライン１４が凝縮器１５の下流でドレーンライン８に接続している。このラインは、通常閉鎖されている。

【0024】

本発明について、最も実用的な例示的実施形態と考えられるものにおいて本明細書中に示し、記載したが、当業者は、本発明がその本質および基本的な特徴から離れることなく、他の特定の形態で具体化可能であることを理解するであろう。ここに記載された実施形態は、したがって、全ての態様において、例示的なものであり、限定するものではないとみなされる。本発明の範囲は、上記の詳細な説明ではなく特許請求の範囲によって示され、その意味および範囲および均等物に該当する全ての変更は、これに含まれる。

【符号の説明】

【0025】

１ 中圧タービン
２ 抽出ポート
３ 酸素供給ライン
４ 抽出ライン
５ 蒸気コイル酸素予熱器
６ 制御バルブ
７ 過熱低減器
８ ドレーンライン
９ 凝縮液タンク
１０ 凝縮液ポンプ
１１ 低圧ヒータ＃３
１２ 低圧ヒータ＃４
１３ ドレーン制御バルブ
１４ 非常時ライン
１５ 凝縮器
２０ 低圧ヒータ＃５
２２ 連続高圧ヒータ
２３ 給水タンク
２４ 低圧ヒータ＃１
２５ 低圧ヒータ＃２
４２ ボイラ
１０１ 凝縮器抽出ポンプ第１段
１０２ 凝縮器
１０３ ポンプ
１０４ 凝縮液ポリッシングプラント
１０６ 連続低圧ヒータ＃１
１０７ 連続低圧ヒータ＃２
１０８ 連続低圧ヒータ＃３
１０９ 連続低圧ヒータ＃４
１３１ 連続低圧ヒータ＃５
１３２ 連続高圧ヒータ
１３６ 給水タンク
１４２ ボイラ
ＨＰ 高圧蒸気タービン
ＩＰ 中圧蒸気タービン
ＬＰ 低圧蒸気タービン
ＡＳＵ 空気分離ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】