特許ウォッチ

公開番号2025095713
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-26
出願番号2023211953
出願日2023-12-15
発明の名称ボイラシステム
出願人株式会社日本サーモエナー
代理人個人,個人
主分類F23L 15/00 20060101AFI20250619BHJP(燃焼装置;燃焼方法)
要約【課題】小型ボイラからの排ガスのCO₂濃度を高めることが可能であり、エネルギー効率が向上したボイラシステムを提供する。
【解決手段】ボイラシステム100は、給水W1を加熱するボイラ10と、冷却水W2を用いてボイラからの排ガスGEを冷却するガスクーラ14と、排ガスを排気する排気ライン16と、排気ラインから分岐する循環ガスライン20であって、酸素供給ライン30および大気供給ライン26が接続され酸素ガスとともに排ガスをボイラに支燃性ガスGSとして供給する循環ガスライン20と、循環ガスラインの支燃性ガスを加熱する支燃性ガス加熱装置42と、ガスクーラと支燃性ガス加熱装置との間に介在し、ガスクーラの冷却水が排ガスから吸収した熱を熱源として用いて支燃性ガス加熱装置で支燃性ガスを加熱するための水冷式ヒートポンプ40とを備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
燃料ガスを燃焼させることによって給水を加熱するボイラと、
冷却水を用いて前記ボイラからの排ガスを冷却するように構成されたガスクーラと、
前記ボイラからの排ガスを排気する排気ラインと、
前記排気ラインから分岐する循環ガスラインであって、酸素供給ラインおよび大気供給ラインが接続され、大気および酸素ガスの少なくともいずれかとともに前記排ガスを前記ボイラに支燃性ガスとして供給することができる循環ガスラインと、
前記循環ガスラインを通る前記支燃性ガスを加熱するように構成された支燃性ガス加熱装置と、
前記ガスクーラと前記支燃性ガス加熱装置との間に介在する水冷式ヒートポンプであって、前記ガスクーラの冷却水が前記排ガスから吸収した熱を熱源として用いて、加熱負荷として設けられた前記支燃性ガス加熱装置において前記支燃性ガスを加熱するように構成された水冷式ヒートポンプと
を備えるボイラシステム。
続きを表示（約 780 文字）【請求項２】
前記ガスクーラにおける排ガスの冷却温度を設定範囲内に制御し、一方で、前記支燃性ガス加熱装置における前記支燃性ガスの加熱温度を制御することがないように構成されている、請求項１に記載のボイラシステム。
【請求項３】
前記水冷式ヒートポンプは、前記冷却水が吸収した熱を用いて、循環する温水を加温するように構成されており、
前記水冷式ヒートポンプにおいて加温された温水が前記支燃性ガス加熱装置に送られて前記支燃性ガスを加熱し、前記支燃性ガスを加熱後に前記水冷式ヒートポンプに戻るように構成されている、請求項１または２に記載のボイラシステム。
【請求項４】
前記支燃性ガス加熱装置とは別個に設けられた追加の加熱負荷であって、前記水冷式ヒートポンプに接続され、前記冷却水が前記排ガスから吸収した熱によって外部で使用される媒体を加熱するように構成された追加の加熱負荷をさらに備える、請求項１または２に記載のボイラシステム。
【請求項５】
前記ボイラからの排ガスの熱によって前記ボイラへの給水を予熱するエコノマイザをさらに備え、前記ガスクーラは、前記エコノマイザの下流側の排ガスを冷却するように配置されている、請求項１または２に記載のボイラシステム。
【請求項６】
前記エコノマイザと前記ガスクーラとの間に介在する空気予熱器であって、前記エコノマイザからの排ガスによって前記循環ガスラインを通る前記支燃性ガスを加熱するように構成された空気予熱器をさらに備える、請求項５に記載のボイラシステム。
【請求項７】
前記燃料ガスは、都市ガスまたはＬＰガスのいずれかであり、前記ボイラは、貫流ボイラまたは温水ボイラのいずれかである、請求項１または２に記載のボイラシステム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラシステムに関し、特に、排ガス中のＣＯ
２
濃度を高めることができるボイラシステムに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の要因とされるＣＯ
２
（二酸化炭素）ガス排出量の大幅な削減が求められている。このために、ボイラなどの燃焼装置から排気される排ガス中のＣＯ
２
を、化学吸着法や固体吸収法などによって分離回収するための各種システムが開発されている。ただし、排ガス中のＣＯ
２
濃度は、通常１０％程度と低いため、ＣＯ
２
分離回収装置の回収効率が低いという問題がある。
【０００３】
これに対して、石炭火力発電プラントにおいて、従来の空気燃焼に代えて酸素燃焼を行うことによって、排ガス中のＣＯ
２
濃度を高める方法が提案されており、酸素燃焼を利用するＣＣＳ（ＣａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅＣａｐｔｕｒｅａｎｄＳｔｏｒａｇｅ）の実証試験も行われている。酸素燃焼は、酸化剤または支燃性ガスとして、空気の代わりに酸素ガスを供給して燃料を燃焼させる方式であり、排ガスの主成分をＣＯ
２
ガスとすることができる。
【０００４】
ただし、高濃度の酸素ガスを用いると、火炎温度が高くなりすぎることから、バーナやボイラが損傷するおそれがある。このため、排ガスの一部を利用して、製造した酸素と再循環排ガス（主としてＣＯ
２
ガス）とを混合し、酸素濃度がより低い支燃性ガスをボイラに供給する技術が知られている。
【０００５】
また、特許文献１には、酸素燃焼と空気燃焼とを切り替えて行う石炭火力発電用のボイラプラントが開示されている。このボイラプラントでは、酸素燃焼に移行する前のボイラ起動時に、酸素ガスおよび循環排ガスの代わりに大気を供給することによって空気燃焼を行うことができる。空気燃焼によって得られた電力を用いて酸素ガスの製造を行えるようになった後は、空気の供給系を閉じて、酸素ガスと循環排ガスとをボイラに供給し、石炭の酸素燃焼に容易に移行することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第５１３０１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、排ガスの一部を再循環させながら酸素燃焼を行うことによって、機器の損傷を防止しながら、排ガス中のＣＯ
２
濃度を高めることができ、効率的にＣＯ
２
を回収・貯留することができる。ただし、ドライな排ガスを再循環させるために、排ガスは、ガスクーラ等で例えば５０℃以下まで冷却し、含まれている水蒸気をドレンとして排出しておくことが好適である。このような排ガスの冷却に用いるガスクーラの冷却水は、例えば、冷却塔などから供給されており、冷却水が吸収した熱は大気中に放出されていた。したがって、既存のボイラシステムにおいて、エネルギー効率を改善させる余地があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、小型ボイラを利用する場合にも、排ガス中のＣＯ
２
濃度を向上させることができ、かつ、エネルギー効率を向上させることができるボイラシステムを提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態によるボイラシステムは、燃料ガスを燃焼させることによって給水を加熱するボイラと、冷却水を用いて前記ボイラからの排ガスを冷却するように構成されたガスクーラと、前記ボイラからの排ガスを排気する排気ラインと、前記排気ラインから分岐する循環ガスラインであって、酸素供給ラインおよび大気供給ラインが接続され、大気および酸素ガスの少なくともいずれかとともに前記排ガスを前記ボイラに支燃性ガスとして供給することができる循環ガスラインと、前記循環ガスラインを通る前記支燃性ガスを加熱するように構成された支燃性ガス加熱装置と、前記ガスクーラと前記支燃性ガス加熱装置との間に介在する水冷式ヒートポンプであって、前記ガスクーラの冷却水が前記排ガスから吸収した熱を熱源として用いて、加熱負荷として設けられた前記支燃性ガス加熱装置において前記支燃性ガスを加熱するように構成された水冷式ヒートポンプとを備える。
【００１０】
ある実施形態において、前記ボイラシステムは、前記ガスクーラにおける排ガスの冷却温度を設定範囲内に制御し、一方で、前記支燃性ガス加熱装置における前記支燃性ガスの加熱温度を制御することがないように構成されている。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許