JP-2026077902-A - 燃焼システム

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Abstract

【課題】エネルギ効率を向上することができる燃焼システムを提供すること。【解決手段】燃焼システム１００は、熱媒体によって液体アンモニアを加熱する気化器２と、気化器２に接続され、気化器２からのアンモニアを含む燃料を燃焼するボイラ３と、ボイラ３に接続された煙道Ｌ４に配置され、ボイラ３からの排ガスで空気を加熱する空気予熱器４と、煙道Ｌ４において空気予熱器４の下流に配置され、排ガスを誘導する誘引通風機８と、煙道Ｌ４において空気予熱器４の下流かつ誘引通風機８の上流に配置される第１熱交換器５であって、当該第１熱交換器５は、循環流路Ｌ５によって気化器２に循環的に接続され、当該第１熱交換器５は、排ガスによって熱媒体を加熱し、加熱された熱媒体を気化器２に供給する、第１熱交換器５と、を備える。【選択図】図１

Inventors

花岡亮
内藤俊之
正木慎二
長谷玄一郎

Assignees

株式会社IHI

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20260304
Priority Date: 20220705

Claims (11)

熱媒体によって液体アンモニアを加熱する気化器と、前記気化器に接続され、前記気化器からのアンモニアを含む燃料を燃焼するボイラと、前記ボイラに接続された煙道に配置され、前記ボイラからの排ガスで空気を加熱する空気予熱器と、前記煙道において前記空気予熱器の下流に配置され、前記排ガスを誘導する誘引通風機と、前記煙道において前記空気予熱器の下流かつ前記誘引通風機の上流に配置され、前記排ガスから粒子を除去する電気集じん機と、前記煙道において前記空気予熱器の下流かつ前記電気集じん機の上流に配置される熱回収器と、前記誘引通風機の下流に配置される再加熱器と、を含むガスガスヒータと、前記煙道において前記空気予熱器の下流かつ前記熱回収器の上流に配置される第１熱交換器であって、当該第１熱交換器は、循環流路によって前記気化器に循環的に接続され、当該第１熱交換器は、前記排ガスによって前記熱媒体を加熱し、前記加熱された熱媒体を前記気化器に供給する、第１熱交換器と、を備える、燃焼システム。
前記煙道において前記誘引通風機の下流かつ前記再加熱器の上流に配置される第２熱交換器であって、当該第２熱交換器は、前記循環流路において前記気化器の下流かつ前記第１熱交換器の上流に配置され、当該第２熱交換器は、前記排ガスによって前記熱媒体を加熱し、前記加熱された熱媒体を前記第１熱交換器に供給する、第２熱交換器、を備える、請求項１に記載の燃焼システム。
前記煙道において前記第２熱交換器の下流かつ前記再加熱器の上流に配置され、前記排ガスから硫黄酸化物を除去する排煙脱硫装置、を備える、請求項２に記載の燃焼システム。
前記循環流路において、前記第１熱交換器の下流かつ前記気化器の上流の第１位置と、前記気化器の下流かつ前記第２熱交換器の上流の第２位置と、を接続するバイパス流路、を備える、請求項２または３に記載の燃焼システム。
前記バイパス流路に設けられるバルブと、前記循環流路において前記第２位置の下流かつ前記第２熱交換器の上流に配置され、前記熱媒体の温度を測定する第１温度センサと、前記バルブおよび前記第１温度センサと通信可能に接続される制御装置であって、当該制御装置は、前記第１温度センサによって測定された温度が、ある第１閾値よりも低い場合には、前記バルブを開いて、前記熱媒体の少なくとも一部を、前記バイパス流路を介して前記気化器を迂回して、前記第１熱交換器から前記第２熱交換器に送るように構成される、制御装置と、を備える、請求項４に記載の燃焼システム。
前記循環流路において、前記第１熱交換器の下流かつ前記気化器の上流に配置される加熱器を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼システム。
前記循環流路において、前記第１熱交換器の下流かつ前記気化器の上流に配置される加熱器を備える、請求項４に記載の燃焼システム。
前記循環流路において、前記第１熱交換器の下流かつ前記気化器の上流に配置される加熱器を備える、請求項５に記載の燃焼システム。
前記循環流路において前記気化器の下流に配置され、前記熱媒体の温度を測定する第２温度センサと、前記加熱器および前記第２温度センサと通信可能に接続される制御装置であって、当該制御装置は、前記第２温度センサによって測定された温度が、ある第２閾値よりも低い場合には、前記第１熱交換器において加熱された熱媒体を、前記加熱器によってさらに加熱するように構成される、制御装置と、を備える、請求項６に記載の燃焼システム。
前記循環流路において前記気化器の下流に配置され、前記熱媒体の温度を測定する第２温度センサと、前記加熱器および前記第２温度センサと通信可能に接続される制御装置であって、当該制御装置は、前記第２温度センサによって測定された温度が、ある第２閾値よりも低い場合には、前記第１熱交換器において加熱された熱媒体を、前記加熱器によってさらに加熱するように構成される、制御装置と、を備える、請求項７に記載の燃焼システム。
前記循環流路において前記気化器の下流に配置され、前記熱媒体の温度を測定する第２温度センサ、を備え、前記制御装置は、前記加熱器および前記第２温度センサと通信可能に接続され、前記第２温度センサによって測定された温度が、ある第２閾値よりも低い場合には、前記第１熱交換器において加熱された熱媒体を、前記加熱器によってさらに加熱するように構成される、請求項８に記載の燃焼システム。

Description

本開示は、燃焼システムに関する。本出願は２０２２年７月５日に提出された日本特許出願第２０２２－１０８３４１号に基づく優先権の利益を主張するものであり、その内容は本出願に援用される。アンモニアは、ＣＯ２を放出しない燃料として知られている。例えば、特許文献１から４は、アンモニアを燃料として使用する発電設備を開示する。これらの文献では、アンモニアは、液体状態で貯蔵される。液体アンモニアは、燃焼される前に気化され、気体状態で燃焼される。これらの文献では、アンモニアを気化するために、燃焼後の排熱が使用される。国際公開第２０１７／１８７６１９号特開２０１５－１９０４６６号公報特開２０２１－１８５３１３号公報特開２０１９－１９６８８２号公報図１は、実施形態に係る燃焼システムを示す概略図である。以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す具体的な寸法、材料および数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。図１は、実施形態に係る燃焼システム１００を示す概略図である。以下、燃焼システム１００は、単に「システム」とも称され得る。例えば、システム１００は、タンク１と、気化器（ＥＶＡ）２と、ボイラ３と、空気予熱器（ＧＡＨ）４と、第１熱交換器（ＨＥＸ）５と、ガスガスヒータ（ＧＧＨ）６と、電気集じん機（ＥＳＰ）７と、誘引通風機（ＩＤＦ）８と、第２熱交換器（ＨＥＸ）９と、排煙脱硫装置（ＦＧＤ）１０と、昇圧通風機（ＢＵＦ）１１と、煙突１２と、蒸気タービン１３と、発電機１４と、制御装置９０と、を備える。また、ガスガスヒータ６は、熱回収器６１と、再加熱器６２と、を含む。システム１００の構成要素はこれらに限定されず、システム１００は、その他の構成要素をさらに備えてもよい。また、システム１００は、上記の構成要素のうちの少なくとも１つを含んでなくともよい。タンク１は、アンモニアを貯蔵する。具体的には、タンク１は、液体アンモニアを貯蔵する。タンク１は、流路Ｌ１によって気化器２に接続される。タンク１内の液体アンモニアは、気化器２に供給される。例えば、流路Ｌ１には、液体アンモニアを送るためのポンプＰ１が設けられる。ポンプＰ１は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続されてもよく、制御装置９０は、ポンプＰ１の動作を制御してもよい。気化器２は、第１熱交換器５および第２熱交換器９によって加熱される熱媒体によって、タンク１からの液体アンモニアを加熱する。言い換えると、気化器２において、熱媒体は、液体アンモニアによって冷却される。加熱された液体アンモニアは、気体アンモニアへと気化する。気化器２は、流路Ｌ２によってボイラ３に接続される。ボイラ３は、気化器２からの気体アンモニアを含む燃料を燃焼する燃焼器３１を含む。例えば、燃焼器３１は、アンモニアと、例えば微粉炭等の他の燃料と、を含む混合燃料を燃焼してもよい。また、例えば、燃焼器３１は、アンモニアのみを燃焼してもよい。また、例えば、燃焼器３１は、必要に応じて、アンモニア以外の他の燃料のみを燃焼してもよい。ボイラ３は、燃焼による熱によって水を加熱し、水蒸気を生成する。燃焼器３１では、燃焼によって排ガスが発生する。蒸気タービン１３は、流路Ｌ３によってボイラ３に接続される。ボイラ３で生成された水蒸気は、流路Ｌ３を介して蒸気タービン１３に供給される。蒸気タービン１３は、ボイラ３からの水蒸気によって回転させられる。発電機１４は、蒸気タービン１３と共に回転し、発電する。本実施形態では、ボイラ３と煙突１２とを結ぶ煙道Ｌ４に、空気予熱器４、第１熱交換器５、熱回収器６１、電気集じん機７、誘引通風機８、第２熱交換器９、排煙脱硫装置１０、昇圧通風機１１、および、再加熱器６２が、ボイラ３からこの順番で配置される。煙道Ｌ４には、ボイラ３から煙突１２に向かって、ボイラ３で発生した排ガスが流れる。空気予熱器４は、ボイラ３に接続される。空気予熱器４は、煙道Ｌ４において、ボイラ３の下流に配置される。空気予熱器４は、ボイラ３からの排ガスで空気を加熱する。加熱された空気は、不図示の流路によってボイラ３に供給され、燃焼に使用される。第１熱交換器５は、空気予熱器４に接続される。第１熱交換器５は、煙道Ｌ４において、空気予熱器４の下流に配置される。第１熱交換器５は、循環流路Ｌ５によって、気化器２と循環的に接続される。循環流路Ｌ５には、熱媒体（第１熱媒体）が流れる。第１熱交換器５は、煙道Ｌ４を流れる排ガスによって、循環流路Ｌ５を流れる熱媒体を加熱する。言い換えると、第１熱交換器５において、排ガスは、熱媒体によって冷却される。第１熱媒体は、様々な流体であることができ、例えば、水であってもよい。ボイラ３で燃焼されるアンモニアの量が増加すると、空気予熱器４の出口における排ガスの温度が上昇する。本実施形態では、空気予熱器４のすぐ下流に第１熱交換器５が配置される。このため、アンモニアが燃料として使用される場合には、第１熱交換器５は、より高温の排ガスによって効率よく熱媒体を加熱することができる。また、第１熱交換器５からの熱媒体を受ける気化器２は、効率よくアンモニアを気化することができる。熱回収器６１は、第１熱交換器５に接続される。熱回収器６１は、煙道Ｌ４において、第１熱交換器５の下流に配置される。熱回収器６１は、循環流路Ｌ６によって、再加熱器６２と循環的に接続される。循環流路Ｌ６には、熱媒体（第２熱媒体）としての気体が流れる。第２熱媒体は、例えば、空気であってもよい。熱回収器６１は、煙道Ｌ４を流れる排ガスによって、循環流路Ｌ６を流れる熱媒体を加熱する。言い換えると、熱回収器６１において、排ガスは、熱媒体によって冷却される。熱回収器６１で加熱された熱媒体は、循環流路Ｌ６を介して、再加熱器６２へと送られる。電気集じん機７は、熱回収器６１に接続される。電気集じん機７は、煙道Ｌ４において、熱回収器６１の下流に配置される。電気集じん機７は、排ガスから粒子（煤塵）を除去する。具体的には、電気集じん機７は、放電極と集じん極との間に高電圧をかけ、コロナ放電を生成する。コロナ放電によって、イオンが発生する。イオンによって帯電した排ガス中の粒子は、静電気引力によって集じん極へ引き付けられる。集じん極へ集められた粒子は、除去される。電気集じん機７では、排ガス中の液体の水の量が増加すると、電気伝導率が増加し、集じん効率が向上する。本実施形態では、上記のように、排ガスは、電気集じん機７に入る前に、第１熱交換器５および熱回収器６１において冷却される。したがって、電気集じん機７に入る前に、排ガス中の水蒸気の一部が液体へと凝縮される。このため、排ガス中の液体の水の量が増加し、電気集じん機７における集じん効率が向上する。誘引通風機８は、電気集じん機７に接続される。誘引通風機８は、煙道Ｌ４において、電気集じん機７の下流に配置される。誘引通風機８は、ボイラ３からの排ガスを煙突１２に誘導する。誘引通風機８は、ボイラ３を負圧に維持する。誘引通風機８では、排ガスが加圧される。誘引通風機８では、加圧に伴って排ガスの温度も上昇する。誘引通風機８に流入する排ガスの体積が減少すると、誘引通風機８におけるエネルギ効率が向上する。本実施形態では、上記のように、排ガスは、誘引通風機８に入る前に、第１熱交換器５および熱回収器６１において冷却される。したがって、誘引通風機８に入る前に、排ガスの体積が減少する。また、排ガスの体積の減少に伴って、ボイラ３が負圧に維持され易くなる。よって、誘引通風機８の負荷を低減することができ、エネルギ効率をさらに向上することができる。第２熱交換器９は、誘引通風機８に接続される。第２熱交換器９は、煙道Ｌ４において、誘引通風機８の下流に配置される。第２熱交換器９は、循環流路Ｌ５によって、気化器２および第１熱交換器５に循環的に接続される。熱媒体は、第２熱交換器９、第１熱交換器５および気化器２の順番に循環流路Ｌ５を流れる（図１において反時計回り）。第２熱交換器９は、煙道Ｌ４を流れる排ガスによって、循環流路Ｌ５を流れる熱媒体を加熱する。言い換えると、第２熱交換器９において、排ガスは、熱媒体によって冷却される。排煙脱硫装置１０は、第２熱交換器９に接続される。排煙脱硫装置１０は、煙道Ｌ４において、第２熱交換器９の下流に配置される。排煙脱硫装置１０は、排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去する。排煙脱硫装置１０は、例えば、湿式脱硫装置であってもよい。具体的には、排煙脱硫装置１０は、例えば石灰または水酸化マグネシウム等を含む液体を吸着剤として使用してもよい。排煙脱硫装置１０は、排ガス中に吸着剤を滴下する。排ガス中のＳＯｘは、吸着剤に取り込まれ、排ガスから除去される。他の実施形態では、排煙脱硫装置１０は、乾式脱硫装置であってもよい。排煙脱硫装置１０では、排ガスの温度が高いと、吸着材が蒸発しやすく、より多くの吸着材が必要とされる。本実施形態では、上記のように、誘引通風機８で加圧および加熱された排ガスは、排煙脱硫装置１０に入る前に、第２熱交換器９において冷却される。したがって、排煙脱硫装置１０において、吸着材の蒸発を低減することができる。よって、排煙脱硫装置１０における脱硫効率を向上することができる。昇圧通風機１１は、排煙脱硫装置１０に接続される。昇圧通風機１１は、煙道Ｌ４において、排煙脱硫装置１０の下流に配置される。昇圧通風機１１は、排煙脱硫装置１０を通過した後の排ガスを加圧する。再加熱器６２は、昇圧通風機１１に接続される。再加熱器６２は、煙道Ｌ４において、昇圧通風機１１の下流に配置される。再加熱器６２は、煙道Ｌ４を流れる排ガスを、循環流路Ｌ６を流れる熱媒体によって加熱する。これによって、煙突１２に向かう排ガス中の液体の水が気化される（白煙が防止される）。したがって、煙突１２の腐食を防止することができる。煙突１２は、再加熱器６２に接続される。煙突１２は、煙道Ｌ４において、再加熱器６２の下流に配置される。煙突１２は、排ガスを外部に放出する。循環流路Ｌ５には、熱媒体を循環させるためのポンプＰ２が設けられる。ポンプＰ２は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続される。制御装置９０は、ポンプＰ２の動作を制御する。循環流路Ｌ５には、バルブＶ１が設けられる。バルブＶ１は、気化器２の下流かつ後述する第２位置Ｃ２の上流に配置される。例えば、バルブＶ１は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続される。制御装置９０は、バルブＶ１の開度を制御することによって、循環流路Ｌ５を流れる熱媒体の流量を調整する。循環流路Ｌ５には、バイパス流路Ｌ７が接続される。バイパス流路Ｌ７は、気化器２を迂回するように配置される。具体的には、バイパス流路Ｌ７は、循環流路Ｌ５において、第１熱交換器５の下流かつ気化器２の上流の第１位置Ｃ１と、気化器２の下流かつ第２熱交換器９の上流の第２位置Ｃ２と、を接続する。バイパス流路Ｌ７には、バルブＶ２が設けられる。例えば、バルブＶ２は、制御装置９０と有線または無線で通信可能に接続される。制御装置９０は、バルブＶ２の開度を制御することによって、バイパス流路Ｌ７を流れる熱媒体の流量を調整する。具体的には、制御装置９０は、バルブＶ２を完全にまたは部分的に開くことによって、第１熱交換器５からの熱媒体の全部または一部を、気化器２を迂回して直接的に第２熱交換器９に送ることができる。システム１００は、循環流路Ｌ５に温度センサ（第１温度センサ）Ｓ１を備える。温度センサＳ１は、第２熱交換器９に入る熱媒体の温度を測定するよう