JP7330718B2 - ガスタービンプラント、及びその排出二酸化炭素回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンを備えるガスタービンプラント、及びその排出二酸化炭素回収方法に関する。

化石燃料を用いる発電プラント、例えばガスタービンを備えるプラント（ガスタービンプラント）では、ガスタービンの運転に伴って二酸化炭素を含む排気ガスが発生する。環境保全の観点から、二酸化炭素を可能な限り排気ガスから除去する技術が求められている。このような技術として、例えば下記特許文献１に記載されたプラントが知られている。特許文献１に記載されたプラントは、ガスタービンと、ガスタービンの排気ガスが流通する煙道ガス路に沿って設けられた排熱回収ボイラー、及びＣＯ_２吸収装置と、を備えている。排気ガス中に含まれる二酸化炭素は、ＣＯ_２吸収装置内の吸収液に吸収された後、圧縮・液化の処理を経て貯留される。

特表２０１５－５１９４９９号公報

ガスタービンプラントでは、排気ガス中に含まれる二酸化炭素濃度が従来の石炭焚火力発電プラントに対して大幅に低い為に、石炭焚火力発電プラント用の二酸化炭素吸収装置を用いた場合、二酸化炭素の回収を行う上で設備大型化によるコストアップや、運用が非効率的になるという課題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、二酸化炭素の回収をより一層効率的に行うことが可能なガスタービンプラント、及びその排出二酸化炭素回収方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るガスタービンプラントは、要求出力に応じた燃料を受け入れて、燃料を燃焼させ、燃料の燃焼で生成される燃焼ガスにより駆動するガスタービンと、前記ガスタービンから排気された排気ガスを外部に導く排気ラインと、前記排気ライン中に設けられ、前記排気ライン中を流れる前記排気ガス中に含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置と、前記排気ライン中であって、前記二酸化炭素回収装置を基準にして、前記排気ガスの流れ方向における上流側の位置から分岐して、前記ガスタービンに接続されている循環ラインと、前記循環ライン上に設けられた第一弁装置と、前記排気ライン中であって、前記循環ラインよりも前記流れ方向における下流側、かつ前記二酸化炭素回収装置の上流側の位置から分岐して、前記二酸化炭素回収装置を迂回して、前記排気ライン中における前記二酸化炭素回収装置の下流側の位置に接続されているバイパスラインと、前記バイパスライン上に設けられた第二弁装置と、前記排気ライン上であって、前記バイパスラインと前記二酸化炭素回収装置との間の位置に設けられた第三弁装置と、前記排気ライン上に設けられ、前記排気ガス中の二酸化炭素濃度を検知する濃度計と、前記ガスタービンの運転状態、及び前記二酸化炭素濃度の少なくとも一方に基づいて、前記第一弁装置、前記第二弁装置、及び前記第三弁装置の開度を調節する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記ガスタービンの起動から所定の時間が経過するまで、前記第一弁装置、及び前記第三弁装置を閉止し、前記第二弁装置を開放する。

なお、ここで“弁”及び“弁装置“とは技術的に密閉できるものに限定せず、例えばダンパ等流量調整が可能なものも含む。上記構成によれば、制御装置は、ガスタービンの運転状態、及び排気ガス中の二酸化炭素濃度の少なくとも一方に基づいて、第一弁装置、第二弁装置、及び第三弁装置の開度を調節する。これにより、例えばガスタービンの起動直後には、第一弁装置、及び第三弁装置を閉止し、第二弁装置を開放することで、排気ガスは排気ライン、及びバイパスラインを通って、二酸化炭素回収装置を迂回して下流側に流れる。したがって、起動直後のＮＯｘや未燃炭化水素が多く含まれている排気ガスが二酸化炭素回収装置に流入することがない。その結果、二酸化炭素回収装置の性能が劣化する可能性を低減することができる。さらに、例えばガスタービンの起動から所定の時間が経過した後では、上記の状態から制御装置が第一弁装置の開度を大きくなる方向に調節することで、排気ガスの一部が循環ラインを通じて、ガスタービンに再び供給される。これにより、排気ガス中の二酸化炭素が濃縮される。つまり、排気ガスの単位流量当たりの二酸化炭素濃度が上がるため、二酸化炭素回収装置では、より効率的に二酸化炭素を回収することができる。

上記ガスタービンプラントでは、前記制御装置は、前記ガスタービンの起動から所定の時間が経過した後に、前記第二弁装置が開放されるとともに、前記第三弁装置が閉止された状態で、前記第一弁装置の開度を大きくなる方向に調節してもよい。

上記構成によれば、ガスタービンの起動から所定の時間が経過した後では、上記の状態から制御装置が第一弁装置の開度を大きくなる方向に調節することで、排気ガスの一部が循環ラインを通じて、ガスタービンに再び供給される。これにより、排気ガス中の二酸化炭素が濃縮される。つまり、排気ガスの単位流量当たりの二酸化炭素濃度が上がるため、二酸化炭素回収装置では、より効率的に二酸化炭素を回収することができる。その結果、二酸化炭素回収装置に要求される処理容量を削減することができる。

上記ガスタービンプラントでは、前記制御装置は、前記ガスタービンの起動から所定の時間が経過した後で、前記二酸化炭素濃度が予め定められた閾値よりも大きくなった場合に、前記第二弁装置を閉止し、前記第三弁装置を開放してもよい。

上記構成によれば、排気ガス中の二酸化炭素濃度が閾値よりも大きくなった場合に、制御装置は、第二弁装置を閉止し、第三弁装置を開放する。これにより、高濃度の二酸化炭素を含む排気ガスが二酸化炭素回収装置に供給される。排気ガスの単位流量当たりの二酸化炭素濃度が高いため、二酸化炭素回収装置では、より効率的に二酸化炭素を回収することができる。その結果、二酸化炭素回収装置に要求される処理容量をさらに削減することができる。なお、ここに記載しない条件の下、前記二酸化炭素濃度が閾値より低くても前記第二弁装置を閉止し、前記第三弁装置を開放してもよい。

上記ガスタービンプラントは、前記循環ライン中に設けられ、前記循環ライン中を流れてきた前記排気ガスを昇圧する排気ガス圧縮機を備えてもよい。

上記構成によれば、循環ライン中の排気ガスが排気ガス圧縮機によって圧縮された状態でガスタービンに供給される。これにより、ガスタービンに排気ガスが流入する際の圧力損失を低減することができる。その結果、ガスタービンをより安定的かつ効率的に運転することができる。

上記ガスタービンプラントは、前記ガスタービンから排気された排気ガスの熱により蒸気を発生し、自身の内部を通過した前記排気ガスを前記排気ラインに導く排熱回収ボイラーを備え、前記二酸化炭素回収装置は、前記排熱回収ボイラーで加熱された水又は生成された蒸気によって、該二酸化炭素回収装置内で二酸化炭素を吸収する吸収液を再生する再生塔を有してもよい。

上記構成によれば、排熱回収ボイラーによってガスタービンの排気ガスの熱によって蒸気が発生する。この蒸気によって、二酸化炭素回収装置内の再生塔では、吸収液に化学結合している二酸化炭素が除去（回収）される。つまり、上記の構成によれば、他の熱源を用いることなく、ガスタービンプラントの内部で発生した熱、即ち排気ガスから回収された熱によって吸収液の再生を行うことができる。

上記ガスタービンプラントは、前記ガスタービンから排気された排気ガスの熱により蒸気を発生し、自身の内部を通過した前記排気ガスを前記排気ラインに導く排熱回収ボイラーと、前記排気ライン中であって、前記二酸化炭素回収装置よりも前記排気ガスの流れの下流側に配置されている排気ガス加熱器と、を備え、前記排気ガス加熱器は、前記排熱回収ボイラーで加熱された水又は生成された蒸気と前記排気ライン中を流れる排気ガスとを熱交換させて、前記排気ガスを加熱する熱交換器であってもよい。

上記構成によれば、排気ガス加熱器によって、高温の水又は蒸気と排気ガスとが熱交換を行うことで、排気ガスの温度が上昇する。これにより、排気ガスに含まれる水分が凝縮して結露を生じる可能性を低減することができる。また、排気ガスと熱交換する水又は蒸気は、排熱回収ボイラーから供給されているため、他の熱源を用いることなく、排気ガスを加熱することができる。

本発明の一態様に係るガスタービンプラントの排出二酸化炭素回収方法は、要求出力に応じた燃料を受け入れて、燃料を燃焼させ、燃料の燃焼で生成される燃焼ガスにより駆動するガスタービンと、前記ガスタービンから排気された排気ガスを外部に導く排気ラインと、前記排気ライン中に設けられ、前記排気ライン中を流れる前記排気ガス中に含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置と、前記排気ライン中であって、前記二酸化炭素回収装置を基準にして、前記排気ガスの流れ方向における上流側の位置から分岐して、前記ガスタービンに接続されている循環ラインと、前記循環ライン上に設けられた第一弁装置と、前記排気ライン中であって、前記循環ラインよりも前記流れ方向における下流側、かつ前記二酸化炭素回収装置の上流側の位置から分岐して、前記二酸化炭素回収装置を迂回して、前記排気ライン中における前記二酸化炭素回収装置の下流側の位置に接続されているバイパスラインと、前記バイパスライン上に設けられた第二弁装置と、前記排気ライン上であって、前記バイパスラインと前記二酸化炭素回収装置との間の位置に設けられた第三弁装置と、前記排気ライン上に設けられ、前記排気ガス中の二酸化炭素濃度を検知する濃度計と、を備えるガスタービンプラントの排出二酸化炭素回収方法において、前記ガスタービンの運転状態、及び前記二酸化炭素濃度の少なくとも一方に基づいて、前記第一弁装置、第二弁装置、及び前記第三弁装置の開度を調節する。前記第一弁装置、第二弁装置、及び前記第三弁装置の開度の調整では、前記ガスタービンの起動から所定の時間が経過するまで、前記第一弁装置、及び前記第三弁装置を閉止し、前記第二弁装置を開放する。

上記方法によれば、ガスタービンの運転状態、及び排気ガス中の二酸化炭素濃度の少なくとも一方に基づいて、第一弁装置、第二弁装置、及び第三弁装置の開度を調節する。これにより、例えばガスタービンの起動直後には、第一弁装置、及び第三弁装置を閉止し、第二弁装置を開放することで、排気ガスは排気ライン、及びバイパスラインを通って、二酸化炭素回収装置を迂回して下流側に流れる。したがって、起動直後のＮＯｘや未燃炭化水素が多く含まれている排気ガスが二酸化炭素回収装置に流入することがない。その結果、二酸化炭素回収装置の性能が劣化する可能性を低減することができる。さらに、例えばガスタービンの起動から所定の時間が経過した後では、上記の状態から第一弁装置の開度を大きくなる方向に調節することで、排気ガスの一部が循環ラインを通じて、ガスタービンに再び供給される。これにより、排気ガス中の二酸化炭素が濃縮される。つまり、排気ガスの単位流量当たりの二酸化炭素濃度が上がるため、二酸化炭素回収装置では、より効率的に二酸化炭素を回収することができる。

本発明によれば、二酸化炭素の回収をより一層効率的に行うことが可能なガスタービンプラント、及びその排出二酸化炭素回収方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係るガスタービンプラントの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る排熱回収ボイラーの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る二酸化炭素回収装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るガスタービンプラントの変形例を示す図である。

本発明の実施形態について、図１から図３を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係るガスタービンプラント１００は、ガスタービン１と、排熱回収ボイラー２と、二酸化炭素回収装置３と、排気ガス加熱器４と、煙突５と、排気ガス圧縮機６と、二酸化炭素圧縮装置７と、排気ラインＬ１と、循環ラインＬ２と、バイパスラインＬ３と、第一弁装置Ｖ１と、第二弁装置Ｖ２と、第三弁装置Ｖ３と、制御装置９０と、を備えている。なおここで“弁”及び“弁装置“とは流路を密閉できるものに限定されず、ダンパ等流量の調整が可能なものも含む。

ガスタービン１は、圧縮機１１と、燃焼器１２と、タービン１３と、を有している。圧縮機１１は、外部から取り込んだ空気を圧縮して高圧の圧縮空気を生成する。燃焼器１２は、この圧縮空気に燃料を混合して燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスを生成する。タービン１３は、燃焼ガスによって回転駆動される。タービン１３の回転力は、例えば当該タービン１３と同軸に接続された発電機Ｇの駆動に利用される。タービン１３からは高温の排気ガスが排出される。この排気ガスは、タービン１３の下流側に接続された排気ラインＬ１によって、当該排気ラインＬ１上に設けられた排熱回収ボイラー２に送られる。

排熱回収ボイラー２は、ガスタービン１の排気ガスと水とを熱交換させることにより、高温高圧の蒸気を発生させる。排熱回収ボイラーの構成については後述する。排気ラインＬ１上における排熱回収ボイラー２の下流側には二酸化炭素回収装置３が設けられている。排熱回収ボイラー２で水と熱交換された低温となった排気ガスは、排気ラインＬ１を通って、この二酸化炭素回収装置３に送られる。

二酸化炭素回収装置３では、アミンを主成分とする吸収液と排気ガスとを気液接触させることにより、排気ガス中に含まれる二酸化炭素が吸収液に化学結合する。これにより、排気ガス中の二酸化炭素の少なくとも一部の成分が除去される。二酸化炭素回収装置３の構成については後述する。排気ラインＬ１上における二酸化炭素回収装置３の下流側には、排気ガス加熱器４が設けられている。二酸化炭素が除去された後の排気ガスは、排気ラインＬ１を通って排気ガス加熱器４に送られる。なお、吸収液はアミン以外の成分の化学吸収剤であってもよい。

一方で、排気ガスから分離された二酸化炭素は、回収ラインＬ６を通じて二酸化炭素圧縮装置７に送られる。二酸化炭素圧縮装置７は、圧縮機本体７１と、駆動部７２と、貯留部７３と、を有している。圧縮機本体７１は、駆動部７２によって駆動されることで、二酸化炭素を圧縮する。圧縮された二酸化炭素は、貯留部７３へ搬送される。

排気ガス加熱器４は、上述の排熱回収ボイラー２で発生した蒸気と排気ガスとを熱交換させることによって、排気ガスを加熱する。これにより、排気ガス中に含まれる水分が蒸発し、排気ラインＬ１内で結露が発生する可能性が低減される。排気ラインＬ１における排気ガス加熱器４の下流側には煙突５が設けられている。排気ガス加熱器４から排出された排気ガスは、煙突５によって大気中に放散される。

さらに、上記の排気ラインＬ１上において、排熱回収ボイラー２と二酸化炭素回収装置３との間の位置には、当該排気ラインＬ１から分岐する循環ラインＬ２の一端が接続されている。循環ラインＬ２の他端はガスタービン１の圧縮機１１に接続されている。つまり、この循環ラインＬ２を通じて、排気ラインＬ１を流れる排気ガスの一部をガスタービン１（圧縮機１１）に還流させることが可能である。循環ラインＬ２上には、第一弁装置Ｖ１と、排気ガス圧縮機６とが設けられている。第一弁装置Ｖ１の開度を調節することによって、循環ラインＬ２を流れる排気ガスの流量を変化させることが可能である。なお、詳しくは後述するが、第一弁装置Ｖ１の開度は、制御装置９０からの指令によって調節される。排気ガス圧縮機６は、循環ラインＬ２を流れる排気ガスを昇圧して圧縮機１１に圧送するために設けられている。

排気ラインＬ１上において、上記の循環ラインＬ２と排気ラインＬ１との分岐点よりも下流側であって、二酸化炭素回収装置３よりも上流側の位置には、排気ラインＬ１から分岐するバイパスラインＬ３の一端が接続されている。バイパスラインＬ３の他端は、排気ラインＬ１における排気ガス加熱器４の下流側の位置に接続されている。バイパスラインＬ３上には、第二弁装置Ｖ２が設けられている。第二弁装置Ｖ２の開度を調節することによって、バイパスラインＬ３を流れる排気ガスの流量を変化させることが可能である。なお、詳しくは後述するが、第二弁装置Ｖ２の開度は、制御装置９０からの指令によって調節される。

排気ラインＬ１上において、バイパスラインＬ３と排気ラインＬ１との分岐点よりも下流側であって、二酸化炭素回収装置３よりも上流側の位置には、第三弁装置Ｖ３が設けられている。第三弁装置Ｖ３の開度を調節することによって、排気ラインＬ１から二酸化炭素回収装置３に流入する排気ガスの流量を調節することが可能である。この第三弁装置Ｖ３も、制御装置９０からの指令によってその開度が調節される。また、この第三弁装置Ｖ３の上流側には、排気ラインＬ１中を流れる排気ガスの二酸化炭素濃度を検知する濃度計Ｄが設けられている。濃度計Ｄは、排気ガスの二酸化炭素濃度を数値化して、電気信号として制御装置９０に送信する。

排熱回収ボイラー２は、蒸気供給ラインＬ４によって、二酸化炭素回収装置３、及び排気ガス加熱器４に接続されている。排熱回収ボイラー２で生成された蒸気は、この蒸気供給ラインＬ４を通じて二酸化炭素回収装置３、及び排気ガス加熱器４に供給される。詳しくは後述するが、二酸化炭素回収装置３では、蒸気供給ラインＬ４を通じて供給された蒸気の熱によって、二酸化炭素が結合した状態の吸収液から二酸化炭素を分離させる。排気ガス加熱器４では、蒸気供給ラインＬ４を通じて供給された蒸気と排気ガスとを熱交換させることで、排気ガスを加熱する。これら二酸化炭素回収装置３、及び排気ガス加熱器４で利用されて低温となった蒸気（又は水）は、蒸気回収ラインＬ５を通じて再び排熱回収ボイラー２に送られる。

次に、図２を参照して、排熱回収ボイラー２の構成について説明する。同図に示すように、排熱回収ボイラー２は、煙道２１と、この煙道２１内に配置された節炭器２２、蒸発器２３、及び過熱器２４と、蒸気タービンＳＴと、復水器６１と、給水ポンプ６２と、を有している。煙道２１内において、節炭器２２、蒸発器２３、及び過熱器２４は、排気ガスの流れる方向の下流側から上流側に向かってこの順で配列されている。

節炭器２２は、蒸気回収ラインＬ５の下流側に接続されている。蒸気回収ラインＬ５上には、二酸化炭素回収装置３、及び排気ガス加熱器４から回収された低温の蒸気を水に戻す復水器６１と、この水を圧送する給水ポンプ６２とが設けられている。節炭器２２は、この蒸気回収ラインＬ５を通じて送られてきた水を加熱する。蒸発器２３は、節炭器２２で加熱されて高温となった水をさらに加熱して蒸気を生成する。この蒸気は過熱器２４に送られる。過熱器２４は、蒸気を過熱させることで過熱蒸気を生成する。

過熱器２４で生成された過熱蒸気は、蒸気タービンＳＴに送られる。蒸気タービンＳＴは、蒸気によって回転駆動されることで、同軸に接続された発電機等（不図示）に動力を供給する。また、蒸発器２３で生成された蒸気の少なくとも一部は、上述の蒸気供給ラインＬ４を通じて、二酸化炭素回収装置３、及び排気ガス加熱器４に送られて熱源として利用される。また、蒸気タービンＳＴの排気は、タービン排気ラインＬ４ｂを通じて、復水器６１に送られる。なお、蒸気タービンＳＴを備えない構成を採ることも可能である。

続いて、図３を参照して、二酸化炭素回収装置３の構成について説明する。同図に示すように、二酸化炭素回収装置３は、吸収塔３１と、再生塔３２と、熱交換器３３と、リボイラー３４と、冷却器３６と、第一ポンプＰ１と、第二ポンプＰ２と、を有している。

吸収塔３１は上下方向に延びる筒状をなしており、その下部には、排気ラインＬ１が接続されている。吸収塔３１の内部では、二酸化炭素と化学結合することが可能な吸収液が上方から下方に向かって流れている。なお、このような吸収液として具体的には、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、トリエタノールアミン（ＴＥＡ）、ジイソプロパノールアミン（ＤＩＰＡ）、メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）を含むアミンの水溶液や水を含まない有機溶媒、その混合物、アミノ酸系の水溶液が好適に用いられる。また吸収液はアミン以外を用いてもよい。

吸収塔３１内の下部に流入した排気ガスは、上方から流れる吸収液に対して接触しながら吸収塔３１内を上昇する。この時、排気ガスに含まれる二酸化炭素が吸収液に化学吸収される。二酸化炭素が除去された残余の排気ガスは、吸収塔３１の上部から再び排気ラインＬ１中に流入する。

二酸化炭素を吸収した吸収液は、吸収塔３１の下部に接続された吸収液回収ラインＬ３１を通じて、熱交換器３３に送られる。なお、吸収液回収ラインＬ３１上には、吸収液を圧送するための第一ポンプＰ１が設けられている。詳しくは後述するが、熱交換器３３では、再生塔３２で加熱されることで再生された吸収液と、再生する前の吸収液との熱交換が行われる。これにより、再生前の吸収液は一定程度温度が下がった状態となる。熱交換器３３を通過した後、再生前の吸収液は、吸収液回収ラインＬ３１を通じて再生塔３２の上部に送られる。

再生塔３２は、二酸化炭素を吸収した状態の吸収液を再生する（二酸化炭素を分離する）ための装置である。再生塔３２の下部から上部にかけては、吸収液加熱ラインＬ３３が設けられている。吸収液加熱ラインＬ３３上には、リボイラー３４が設けられている。リボイラー３４には、上述の蒸気供給ラインＬ４から高温の蒸気が供給される。リボイラー３４では、この蒸気との熱交換によって、吸収液に含まれる水の一部が加熱されてストリッピングスチームとなる。ストリッピングスチームは、再生塔３２内で、吸収液回収ラインから供給された再生前の吸収液と接触する。これにより、再生前の吸収液から二酸化炭素が放散し、吸収液が再生される（二酸化炭素を含まない状態となる）。再生前の吸収液から放散された二酸化炭素は、再生塔３２の上部に接続された回収ラインＬ６を通じて、上述の二酸化炭素圧縮装置７に送られる。

再生後の吸収液の一部（即ち、ストリッピングスチームとならなかった成分）は、再生塔３２の下部に接続された抽出ラインＬ３２に送られる。抽出ラインＬ３２上には、熱交換器３３、冷却器３６、及び第二ポンプＰ２がこの順で設けられている。第二ポンプＰ２を駆動することにより、再生塔３２から熱交換器３３に、再生後の吸収液が供給される。なお、第二ポンプＰ２は、熱交換器３３と再生塔３２の間、又は冷却器３６と熱交換器３３の間に設けられていてもよい。熱交換器３３では、上述のように、再生前の吸収液と再生後の吸収液との間で熱交換が行われる。再生後の吸収液は、熱交換器３３及び冷却器３６を通過することで低温となる。低温となった再生後の吸収液は、吸収塔３１の上部に供給される。

続いて、制御装置９０について説明する。図１に示すように、この制御装置９０は、入力部９１と、タイマー９２と、判定部９３と、弁調節部９４と、を有している。入力部９１には、上述の濃度計Ｄから、排気ガス中の二酸化炭素濃度が数値化された状態で電気信号として入力される。タイマー９２は、ガスタービン１の起動と同時に時間をカウントし始め、所定の時間が経過した際にその旨の信号を、後述の判定部９３に送信する。なお、ここで言う「所定の時間」は、目的に応じて適宜設定することが可能である。本実施形態では、当該「所定の時間」は、ガスタービン１を起動したのち、回転が安定し、かつ無負荷の状態となるまでに要する時間を指す。判定部９３は、二酸化炭素濃度が予め定められた閾値にあるか否か、及び上記の所定の時間が経過したか否かを判定する。弁調節部９４は、判定部９３から送られた信号に基づいて、第一弁装置Ｖ１、第二弁装置Ｖ２、及び第三弁装置Ｖ３の開度を調節するための信号を送出する。

次に、本実施形態に係るガスタービンプラント１００の動作について説明する。ガスタービン１を駆動することによってタービン１３からは排気ガスが発生する。この排気ガスは、排熱回収ボイラー２を通過して低温となった後、二酸化炭素回収装置３に流入する。二酸化炭素回収装置３では、上述のように排気ガスから二酸化炭素が除去される。その後、排気ガスは、排気ガス加熱器４によって加熱された後、煙突５から大気中に放散する。排気ガスから除去された二酸化炭素は、二酸化炭素圧縮装置７によって液化・貯留される。

ここで、ガスタービン１の排気ガスの性状は、当該ガスタービン１の運転状態によって異なる。例えば、ガスタービン１の起動直後では、排気ガス中にＮＯｘや、未燃炭化水素が多量に含まれた状態となる。これらの物質が含まれた状態で二酸化炭素回収装置３に排気ガスが供給されると、吸収液の変性・劣化を招く虞がある。また、ガスタービン１の起動直後では、排気ガス中の二酸化炭素濃度が定格運転時よりも低いため、二酸化炭素の回収を行う上で効率が低下してしまう虞もある。

そこで、本実施形態では、制御装置９０によって、第一弁装置Ｖ１、第二弁装置Ｖ２、及び第三弁装置Ｖ３の開度を調節し、これにより、循環ラインＬ２、及びバイパスラインＬ３の流通状態を調節している。

具体的には、制御装置９０は、ガスタービン１の運転状態、及び排気ガス中の二酸化炭素濃度の少なくとも一方に基づいて、第一弁装置Ｖ１、第二弁装置Ｖ２、及び第三弁装置Ｖ３の開度を調節する。ガスタービン１の起動直後には、制御装置９０は、第一弁装置Ｖ１、及び第三弁装置Ｖ３を閉止し、第二弁装置Ｖ２を開放する。これにより、排気ガスは排気ラインＬ１、及びバイパスラインＬ３を通って、二酸化炭素回収装置３を迂回して下流側の煙突５に流れる。したがって、起動直後のＮＯｘや未燃炭化水素が多く含まれている排気ガスが二酸化炭素回収装置３に流入することがない。その結果、二酸化炭素回収装置３の性能（吸収液の性質）が劣化する可能性を低減することができる。

さらに、上記の状態から、制御装置９０は、ガスタービン１の起動から所定の時間が経過した後に、第一弁装置Ｖ１の開度を大きくなる方向に調節する。これにより、ガスタービン１の起動から所定の時間が経過した後では、排気ガスの一部が循環ラインＬ２を通じて、ガスタービン１の圧縮機１１に再び供給される。これにより、排気ガス中の二酸化炭素が濃縮される。つまり、排気ガスの単位流量当たりの二酸化炭素濃度を上げることができる。

加えて、上記の状態から、制御装置９０は、ガスタービン１の起動から所定の時間が経過した後で、二酸化炭素濃度が予め定められた閾値よりも大きくなった場合に、第二弁装置Ｖ２を閉止し、第三弁装置Ｖ３を開放する。これにより、高濃度の二酸化炭素を含む排気ガスが二酸化炭素回収装置３に供給される。排気ガスの単位流量当たりの二酸化炭素濃度が高いため、二酸化炭素回収装置３では、より効率的に二酸化炭素を回収することができる。その結果、二酸化炭素回収装置３に要求される処理容量をさらに削減することができる。なお、ここに記載しない条件の下、二酸化炭素濃度が閾値より低くても第二弁装置Ｖ２を閉止し、第三弁装置Ｖ３を開放してもよい。

また、上記構成によれば、循環ラインＬ２中の排気ガスが排気ガス圧縮機６によって圧縮された状態でガスタービン１に供給される。これにより、ガスタービン１に排気ガスが流入する際の圧力損失を低減することができる。その結果、ガスタービン１をより安定的かつ効率的に運転することができる。

さらに、上記構成によれば、排熱回収ボイラー２によってガスタービン１の排気ガスの熱によって蒸気が発生する。この蒸気によって、二酸化炭素回収装置３内の再生塔３２では、吸収液に化学結合している二酸化炭素が除去（回収）される。つまり、上記の構成によれば、他の熱源を用いることなく、排気ガスから回収された熱によって吸収液の再生を行うことができる。

加えて、上記構成によれば、排気ガス加熱器４によって、高温の水又は蒸気と排気ガスとが熱交換を行うことで、排気ガスの温度が上昇する。これにより、排気ガスに含まれる水分が凝縮して結露を生じる可能性を低減することができる。また、排気ガスと熱交換する水又は蒸気は、排熱回収ボイラー２から供給されているため、他の熱源を用いることなく、排気ガスを加熱することができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記実施形態では、ガスタービンプラント１００が、それぞれ１つずつのガスタービン１、排熱回収ボイラー２、及び排気ガス圧縮機６を備える構成について説明した。一方で、上記実施形態の構成を採ることによって、二酸化炭素回収装置３に要求される処理容量を下げることが可能である。言い換えると、二酸化炭素回収装置３の処理容量に余裕度を持たせることが可能となっている。したがって、例えば図４に示すように、１つの二酸化炭素回収装置３に対して、２系統のガスタービン１（即ち、それぞれ２つずつのガスタービン１、排熱回収ボイラー２、及び排気ガス圧縮機６）を設けることも可能である。これにより、二酸化炭素回収装置３をより一層効率的に運用することができるとともに、プラント建造やメンテナンスに要するコスト・時間を削減することができる。

１００ ガスタービンプラント
１ ガスタービン
２ 排熱回収ボイラー
３ 二酸化炭素回収装置
４ 排気ガス加熱器
５ 煙突
６ 排気ガス圧縮機
７ 二酸化炭素圧縮装置
１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
２１ 煙道
２２ 節炭器
２３ 蒸発器
２４ 過熱器
３１ 吸収塔
３２ 再生塔
３３ 熱交換器
３４ リボイラー
３６ 冷却器
６１ 復水器
６２ 給水ポンプ
９０ 制御装置
９１ 入力部
９２ タイマー
９３ 判定部
９４ 弁調節部
Ｄ 濃度計
Ｇ 発電機
Ｌ１ 排気ライン
Ｌ２ 循環ライン
Ｌ３ バイパスライン
Ｌ４ 蒸気供給ライン
Ｌ４ｂ タービン排気ライン
Ｌ５ 蒸気回収ライン
Ｌ６ 回収ライン
Ｌ３１ 吸収液回収ライン
Ｌ３２ 抽出ライン
Ｌ３３ 吸収液加熱ライン
Ｐ１ 第一ポンプ
Ｐ２ 第二ポンプ
ＳＴ 蒸気タービン
Ｖ１ 第一弁装置
Ｖ２ 第二弁装置
Ｖ３ 第三弁装置

Claims (7)

1. 要求出力に応じた燃料を受け入れて、燃料を燃焼させ、燃料の燃焼で生成される燃焼ガスにより駆動するガスタービンと、
   前記ガスタービンから排気された排気ガスを外部に導く排気ラインと、
   前記排気ライン中に設けられ、前記排気ライン中を流れる前記排気ガス中に含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置と、
   前記排気ライン中であって、前記二酸化炭素回収装置を基準にして、前記排気ガスの流れ方向における上流側の位置から分岐して、前記ガスタービンに接続されている循環ラインと、
   前記循環ライン上に設けられた第一弁装置と、
   前記排気ライン中であって、前記循環ラインよりも前記流れ方向における下流側、かつ前記二酸化炭素回収装置の上流側の位置から分岐して、前記二酸化炭素回収装置を迂回して、前記排気ライン中における前記二酸化炭素回収装置の下流側の位置に接続されているバイパスラインと、
   前記バイパスライン上に設けられた第二弁装置と、
   前記排気ライン上であって、前記バイパスラインと前記二酸化炭素回収装置との間の位置に設けられた第三弁装置と、
   前記排気ライン上に設けられ、前記排気ガス中の二酸化炭素濃度を検知する濃度計と、
   前記ガスタービンの運転状態、及び前記二酸化炭素濃度の少なくとも一方に基づいて、前記第一弁装置、前記第二弁装置、及び前記第三弁装置の開度を調節する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記ガスタービンの起動から所定の時間が経過するまで、前記第一弁装置、及び前記第三弁装置を閉止し、前記第二弁装置を開放する、
   ガスタービンプラント。
2. 前記制御装置は、前記ガスタービンの起動から所定の時間が経過した後に、前記第二弁装置が開放されるとともに、前記第三弁装置が閉止された状態で、前記第一弁装置の開度を大きくなる方向に調節する、
   請求項１に記載のガスタービンプラント。
3. 前記制御装置は、前記ガスタービンの起動から所定の時間が経過した後で、前記二酸化炭素濃度が予め定められた閾値よりも大きくなった場合に、前記第二弁装置を閉止し、前記第三弁装置を開放する、
   請求項１又は２に記載のガスタービンプラント。
4. 前記循環ライン中に設けられ、前記循環ライン中を流れてきた前記排気ガスを昇圧する排気ガス圧縮機を備える、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のガスタービンプラント。
5. 前記ガスタービンから排気された排気ガスの熱により蒸気を発生し、自身の内部を通過した前記排気ガスを前記排気ラインに導く排熱回収ボイラーを備え、
   前記二酸化炭素回収装置は、前記排熱回収ボイラーで加熱された水又は生成された蒸気によって、該二酸化炭素回収装置内で二酸化炭素を吸収する吸収液を再生する再生塔を有する、
   請求項１から４のいずれか一項に記載のガスタービンプラント。
6. 前記ガスタービンから排気された排気ガスの熱により蒸気を発生し、自身の内部を通過した前記排気ガスを前記排気ラインに導く排熱回収ボイラーと、
   前記排気ライン中であって、前記二酸化炭素回収装置よりも前記排気ガスの流れの下流側に配置されている排気ガス加熱器と、
   を備え、
   前記排気ガス加熱器は、前記排熱回収ボイラーで加熱された水又は生成された蒸気と前記排気ライン中を流れる排気ガスとを熱交換させて、前記排気ガスを加熱する熱交換器である、
   請求項１から５のいずれか一項に記載のガスタービンプラント。
7. 要求出力に応じた燃料を受け入れて、燃料を燃焼させ、燃料の燃焼で生成される燃焼ガスにより駆動するガスタービンと、
   前記ガスタービンから排気された排気ガスを外部に導く排気ラインと、
   前記排気ライン中に設けられ、前記排気ライン中を流れる前記排気ガス中に含まれる二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置と、
   前記排気ライン中であって、前記二酸化炭素回収装置を基準にして、前記排気ガスの流れ方向における上流側の位置から分岐して、前記ガスタービンに接続されている循環ラインと、
   前記循環ライン上に設けられた第一弁装置と、
   前記排気ライン中であって、前記循環ラインよりも前記流れ方向における下流側、かつ前記二酸化炭素回収装置の上流側の位置から分岐して、前記二酸化炭素回収装置を迂回して、前記排気ライン中における前記二酸化炭素回収装置の下流側の位置に接続されているバイパスラインと、
   前記バイパスライン上に設けられた第二弁装置と、
   前記排気ライン上であって、前記バイパスラインと前記二酸化炭素回収装置との間の位置に設けられた第三弁装置と、
   前記排気ライン上に設けられ、前記排気ガス中の二酸化炭素濃度を検知する濃度計と、を備えるガスタービンプラントの排出二酸化炭素回収方法において、
   前記ガスタービンの運転状態、及び前記二酸化炭素濃度の少なくとも一方に基づいて、前記第一弁装置、第二弁装置、及び前記第三弁装置の開度を調節し、
   前記第一弁装置、第二弁装置、及び前記第三弁装置の開度の調整では、前記ガスタービンの起動から所定の時間が経過するまで、前記第一弁装置、及び前記第三弁装置を閉止し、前記第二弁装置を開放する、
   ガスタービンプラントの排出二酸化炭素回収方法。

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