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公開番号2024121241
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-06
出願番号2023028226
出願日2023-02-27
発明の名称火力発電システム、及び制御装置
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類B01D 53/62 20060101AFI20240830BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】燃焼排ガスから二酸化炭素を回収可能な火力発電システムにおいて、電力が余剰状態の時の発電電力を用いて、電力が余剰状態でない時の発電量の低下を抑制可能な火力発電システムを提供することや、蒸気の熱を利用している場合は熱利用先の熱利用量の低下を抑制可能な火力発電システムを提供する。
【解決手段】
本実施形態に係る火力発電システムにおいて、燃焼ボイラは、炭素原子を含む燃料を用いて燃焼することにより加熱して蒸気を生成する。蒸気タービンは、燃焼ボイラから流出した蒸気を用いて回転駆動する。発電機は、蒸気タービンの駆動力を用いて発電する。復水器は、蒸気タービンの排気を冷却し、水に凝縮させる。ポンプは水を循環させる。二酸化炭素回収装置は、燃焼ボイラが排出する燃焼排ガスから二酸化炭素を回収する。電気ヒータは、電力を用いて発熱可能である。蓄熱槽は、電気ヒータの生成した熱の全部あるいは一部を蓄熱し、二酸化炭素回収装置の熱源として用いる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
搬送された水を、炭素原子を含む燃料を燃焼することにより加熱して蒸気を生成する燃焼ボイラと、
前記燃焼ボイラから流出した蒸気を用いて回転駆動する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの駆動力を用いて発電する発電機と、
前記蒸気タービンの排気を冷却し、水に凝縮させる復水器と、
前記水を循環させるポンプと、
熱源から供給される熱を用いて、前記燃焼ボイラが排出する燃焼排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置と、
電力を用いて発熱可能である電気ヒータと、
前記電気ヒータの生成した熱の全部あるいは一部を蓄熱し、前記二酸化炭素回収装置の前記熱源として用いる蓄熱槽と、
を備える、火力発電システム。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
炭素原子を含む燃料を用いた燃焼器の燃焼排ガスを流通する事で回転駆動力を生成するガスタービンと、
前記ガスタービンから流出した前記燃焼排ガスを用いて、搬送された水を加熱することにより蒸気を生成し、排ガスを排出するボイラと、
前記ボイラから流出した蒸気を用いて回転駆動する蒸気タービンと、
前記ガスタービン、及び前記蒸気タービンの少なくとも一方の駆動力を用いて発電する発電機と、
前記蒸気タービンの排気を冷却し、水に凝縮させる復水器と、
前記水を循環させるポンプと、
熱源から供給される熱を用いて、前記ボイラが排出する前記排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置と、
電力を用いて発熱可能である電気ヒータと、
前記電気ヒータの生成した熱の全部あるいは一部を蓄熱し、前記二酸化炭素回収装置の前記熱源として用いる蓄熱槽と、
を備える、火力発電システム。
【請求項３】
炭素原子を含む燃料を燃焼することにより、回転駆動力を生成し、排ガスを排出する内燃機関と、
前記内燃機関の駆動力を用いて発電する発電機と、
熱源から供給される熱を用いて、前記内燃機関が排出する前記排ガスから二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置と、
電力を用いて発熱可能である電気ヒータと、
前記電気ヒータの生成した熱の全部あるいは一部を蓄熱し、前記二酸化炭素回収装置の前記熱源として用いる蓄熱槽と、
を備える、火力発電システム。
【請求項４】
電力が余剰状態である時に蓄熱運転を実施し、余剰電力を前記電気ヒータに通電させて発生させた熱の全部あるいは一部を前記蓄熱槽に蓄熱させる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の火力発電システム。
【請求項５】
前記電力が余剰状態でない時に放熱運転を実施し、前記蓄熱槽から放熱された熱を前記二酸化炭素回収装置に供給させる、請求項４に記載の火力発電システム。
【請求項６】
前記電力が余剰状態である時に、前記電気ヒータに通電させて発生させた熱の一部を前記二酸化炭素回収装置に供給し、かつ前記熱の一部を蓄熱槽に蓄熱させる、請求項４に記載の火力発電システム。
【請求項７】
前記電力が余剰状態である時は前記ボイラを、前記電力が余剰状態でない時と比べて、より低負荷運転にする、請求項５に記載の火力発電システム。
【請求項８】
前記蓄熱運転を実施する際は、前記電気ヒータと前記蓄熱槽の間で熱媒体を循環させることにより、前記蓄熱槽内に蓄熱させる、請求項４に記載の火力発電システム。
【請求項９】
前記放熱運転を実施する際は、前記蓄熱槽と前記二酸化炭素回収装置の間で熱媒体を循環させることにより、前記二酸化炭素回収装置に対して熱を供給させる、請求項５に記載の火力発電システム。
【請求項１０】
前記電気ヒータに通電させて発生させた熱の一部を前記二酸化炭素回収装置に供給する場合には、前記電気ヒータと前記二酸化炭素回収装置の間で熱媒体を循環させることにより、前記二酸化炭素回収装置に熱を供給させる、請求項５に記載の火力発電システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、火力発電システム、及び制御装置に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策は世界的な課題であり、温室効果ガスである二酸化炭素を回収して貯留する技術の適用が進められている。この技術では、石炭や天然ガスといった炭素原子を含む化石燃料を燃焼する火力発電所など二酸化炭素を大量に排出する施設から排出される排気を大気に放散する前に、排気の中から二酸化炭素だけを分離回収し、地中深くの安定した地層に圧入し、長期間にわたって貯留する。また、回収した二酸化炭素を有効利用する技術の適用も進められている。この技術では、例えば二酸化炭素を古い油田に注入することで、油田に残った原油を圧力で押し出しつつ、二酸化炭素を地中に貯留する。この場合、石油の増産にもつながっている。さらに、二酸化炭素を資源として化学品や燃料などの原料に使用して有価物を製造する取り組みも進んでいる。
【０００３】
二酸化炭素回収方法として、二酸化炭素回収装置を用いる例が知られている（特許文献１参照）。この二酸化炭素回収装置は、水分を含有する吸収液に二酸化炭素を吸収させる吸収塔と、吸収塔から供給される吸収液から二酸化炭素を放出させる再生塔と、再生塔の吸収液を加熱するリボイラを有している。吸収液は例えばアミン水溶液である。なお、二酸化炭素回収方法は他に一般に知られている。
【０００４】
従来技術１に係る火力発電システム２００を、図１１を用いて説明する。図１１は、従来技術１に係る火力発電システム２００の構成例を示す図である。火力発電システム２００は、石炭火力発電所に二酸化炭素回収装置３４を組み込んだ例である。図１１に示すように、火力発電システム２００は、燃焼ボイラ１と、復水ポンプ９と、蒸気タービン１０と、二酸化炭素回収装置３４と、復水器３５と、発電機４０とを備えて構成される。
【０００５】
ここで、燃焼ボイラ１は、例えば石炭ボイラであり、燃料２は石炭とする。燃焼ボイラ１（石炭ボイラ）に燃料２（石炭）と燃焼用空気３を入れ、石炭２を燃焼させ燃焼排ガス４を発生する。二酸化炭素回収装置３４は主に吸収塔５と再生塔６と、再生塔６に内蔵されているリボイラと、吸収液ポンプと吸収液から構成される。なお、リボイラ、吸収液ポンプ、吸収液は図示を省略している。
【０００６】
燃焼排ガス４は、吸収塔５内に導かれる。吸収塔には、二酸化炭素を吸収する吸収液が供給され、この供給された吸収液は、導入された燃焼排ガス４と気液接触して、燃焼排ガス４中の二酸化炭素を吸収する。これにより、吸収後の吸収液は再生塔６へ流入するが、その際、吸収液内の二酸化炭素７も再生塔６へ移動する。一方で、吸収液に二酸化炭素を吸収された残りの燃焼排ガスは、大気へ放出される。再生塔６は、吸収後の吸収液をリボイラにより加熱し、吸収液から二酸化炭素８を放出させる。二酸化炭素８を放出し元に戻った吸収液は吸収塔５へ流入する。この吸収液は、吸収液ポンプにより、吸収塔５と再生塔６の間を循環する。なお、二酸化炭素８の吸収塔５における吸収や、再生塔６における放出や、吸収塔５から再生塔６への移動は、詳細には描かず模式的に描いている。
【０００７】
二酸化炭素８が回収された燃焼排ガス４は大気へ放出される。図示していないが、吸収液から放出させた二酸化炭素８は貯留先あるいは有価物製造先に搬送される。燃焼ボイラ１では、復水ポンプ９により搬入された水２３を、燃焼排ガス４の熱により加熱し、蒸気２４を製造する。蒸気２４は、蒸気タービン１０内を低温低圧になりながら流通することで、羽根車である蒸気タービン１０を回転駆動させ、蒸気タービン１０に機械的に接続させた発電機４０が発電する。
【０００８】
蒸気タービン１０から排出された蒸気２４は、復水器３５により冷却水、例えば海水により冷却され、水２３に変化して、復水ポンプ９により循環する。蒸気タービン１０の途中から抽気された抽気蒸気１１は、再生塔６に内蔵されたリボイラに流入し、吸収後の吸収液を加熱した後、復水器３５に流入し水２３に変化する。また、バイオマス火力発電所や廃棄物燃焼発電所に二酸化炭素回収装置３４を組み込むことも可能である。この場合には、前記例における石炭ボイラをそれぞれバイオマスボイラや廃棄物燃焼ボイラに置き換えた状態とすることが可能である。また、バイオマス火力発電所や廃棄物燃焼発電所に二酸化炭素回収装置３４を組み込む場合は、前記例における石炭ボイラをそれぞれバイオマスボイラや廃棄物燃焼ボイラに置き換えた状態である。
【０００９】
従来技術２に係る火力発電システム２０２を、図１２を用いて説明する。図１２は、従来技術２に係る火力発電システム２０２の構成例を示す図である。火力発電システム２０２は、天然ガス１２を燃料としたコンバインド火力発電所に二酸化炭素回収装置３４を組み込んだ例である。図１２に示すように、この火力発電システム２０２は、ガスタービン１３と、復水ポンプ９と、蒸気タービン１０と、二酸化炭素回収装置３４と、復水器３５と、発電機４０、４２とを、備えて構成される。また、ガスタービン１３は圧縮機１４、燃焼器１５、膨張機１６から構成される。
【００１０】
羽根車である圧縮機１４は、大気３を圧縮し燃焼用空気として燃焼器１５に流入させる。燃焼器１５は、流入した天然ガス１２を燃焼用空気により燃焼させ高温高圧の燃焼排ガスが発生する。燃焼排ガスは、膨張機１６内を低温低圧になりながら流通する事で、羽根車である膨張機１６を回転駆動させ、膨張機１６に機械的に接続させた圧縮機１４を回転駆動させる。
（【００１１】以降は省略されています）

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