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技術 酸素ボイラ電力プラントの酸素供給システムの熱統合

出願人 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
発明者 ティエリプルショフランソワグラニエフレデリックジェジェ
出願日 2015年5月8日 (5年6ヶ月経過) 出願番号 2015-095700
公開日 2015年12月17日 (4年11ヶ月経過) 公開番号 2015-227658
状態 特許登録済
技術分野 廃ガスボイラ・燃焼式ボイラの制御 蒸気機関設備
主要キーワード 熱的要求 ドレーンバルブ 抽出ポート 抽出ポンプ 水蒸気サイクル 凝縮液ポンプ 作用流体 抽出ライン
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この項目の情報は公開日時点(2015年12月17日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

改善された石炭燃焼酸素ボイラ電力プラントを提供する。

解決手段

空気分離ユニット酸素ラインに設けられた蒸気コイル酸素予熱器(5)が凝縮器と熱統合された石炭燃焼酸素ボイラ電力プラントのためのスキームが提供される。蒸気コイル酸素予熱器(5)のための熱エネルギー中圧蒸気タービン(1)の蒸気抽出ポート(2)に接続された抽出ライン(4)を介して供給される。蒸気コイル酸素予熱器(5)のドレーンライン(8)が蒸気コイル酸素予熱器を凝縮液ステム内のランキン蒸気サイクルの点に流体的に接続している。

概要

背景

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。

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。

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。

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段圧力一連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。

概要

改善された石炭燃焼酸素ボイラ電力プラントを提供する。空気分離ユニットの酸素ラインに設けられた蒸気コイル酸素予熱器(5)が凝縮器と熱統合された石炭燃焼酸素ボイラ電力プラントのためのスキームが提供される。蒸気コイル酸素予熱器(5)のための熱エネルギー中圧蒸気タービン(1)の蒸気抽出ポート(2)に接続された抽出ライン(4)を介して供給される。蒸気コイル酸素予熱器(5)のドレーンライン(8)が蒸気コイル酸素予熱器を凝縮液ステム内のランキン蒸気サイクルの点に流体的に接続している。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

蒸気サイクルと、凝縮液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をさらに有しており、抽出ラインが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しており、ドレーンラインが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している、ことを特徴とする、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記載の石炭燃焼酸素ボイラ電力プラント。

請求項5

前記ドレーンライン内の凝縮液ポンプをさらに有している、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6

前記ドレーンラインは、凝縮液タンクを有している、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7

前記ドレーンラインは、前記凝縮液タンクの下流に凝縮液ポンプをさらに有している、請求項6記載の石炭燃焼酸素ボイラ電力プラント。

請求項8

前記ドレーンラインは、前記凝縮液タンクを液面制御するよう構成された、前記凝縮液ポンプの下流に凝縮液制御バルブをさらに有している、請求項7記載の石炭燃焼酸素ボイラ電力プラント。

請求項9

前記抽出ラインに設けられた抽出制御バルブをさらに有している、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10

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さらに有している、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11

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記載の石炭燃焼酸素ボイラ電力プラント。

請求項12

前記ドレーンラインおよび前記凝縮器に接続された非常時ラインをさらに有している、請求項1記載の石炭燃焼酸素ボイラ電力プラント。

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段圧力一連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。

発明が解決しようとする課題

0006

最高効率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

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。
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2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。

実施例

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。

0025

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
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

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