CN103710046B - 碳系燃料的气化系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够实现气化炉的机器以及建设成本减少、气化炉中产生的高温废水的有效利用和废热利用的碳系燃料的气化系统。在使碳系燃料气化的气化炉（3）中，将从气化炉底部的矿渣冷却水存积部（12）抽出的高温水通过水供给系统（c）向气化炉的下游或除尘装置（8）的上游侧供给来使之与生成气体混合，从而冷却生成气体。由此能使生成气体的热回收部（7）小型化或者撤除该热回收部。通过使用从矿渣冷却水存积部抽出的高温水，在与生成气体的混合时容易蒸发，从而能高效地冷却生成气体。从矿渣冷却水存积部抽出的高温水中的固态物与生成气体相伴而被除尘装置回收，再次投入气化炉。由此，能实现高温水的废热利用、碳损失以及废弃物的减少。

Description

碳系燃料的气化系统

技术领域

本发明涉及煤等的碳系燃料的气化系统，尤其涉及兼顾排水以及排热利用和废弃物减少的碳系燃料的气化系统。

背景技术

使煤等的碳系燃料气化而产生的生成气体在气化炉出口达到1000℃以上。为了对生成气体进行除尘、除去氯成分及硫成分等杂质而精制，需要将生成气体冷却至低于400℃。发电用的气化系统中，在生成气体冷却时回收热，从而提高能源效率。

从气化炉出来的生成气体大量伴有由未燃碳、灰成分等构成的固态物。因此，在一边从生成气体回收热一边冷却的过程中，需要防止以下说明的2个问题。

其一个问题是，在1000℃以上的高温环境气中，需要防止熔融的灰成分附着于导热管（渣蚀）。

另外，另一个问题是，在将生成气体冷却至800～900℃左右的过程中，需要防止析出的碱金属盐（Na₂SO₄等）附着于导热管（污垢）。

作为防止以上说明的问题的对策，将从气化炉出来的生成气体分成2个阶段进行冷却。此处，从上游（气化炉）侧开始称作第一热回收部、第二热回收部。在第一热回收部中，将生成气体冷却至800～900℃，并由水冷壁来回收热。在第二热回收部中，将生成气体冷却至低于400℃，并由设于热回收部内以及壁面的导热管来回收热。

但是，第一热回收部以及第二热回收部的高度分别达到气化炉的数倍，从而成为气化系统的机器以及建设成本的上升要因。为了减少这样的机器以及建设成本，在例如日本特开平9-194855号公报中公开了生成气体的冷却方式所相关的技术，即，将在精制过程中清洗生成气体的清洗水的一部分向热回收部内进行喷雾，并且使热回收部小型化。

另外，日本特开昭59-136389号公报中公开了冷却方式所相关的技术，即，将在精制过程中清洗生成气体的清洗水的一部分向生成气体喷雾，并且向生成气体喷雾的上述清洗水在矿渣冷却水存积部的水中流通。在该冷却方式中，能够在矿渣冷却水存积部除去生成气体所伴有的熔融矿渣，并且能够不需要冷却生成气体的热回收部。

专利文献1：日本特开平9-194855号公报

专利文献2：日本特开昭59-136389号公报

在矿渣冷却水存积部，大量流下加热至煤灰的熔点（1200～1500℃左右，根据炭种而不同）以上的熔融矿渣。熔融矿渣在矿渣冷却水存积部内快速冷却，以非晶（玻璃状）的状态成为粒状的水淬矿渣。因此，矿渣冷却水存积部内的矿渣冷却水由于来自熔融矿渣的热而高温化。

为了防止矿渣冷却水存积部内的矿渣冷却水的蒸发，对矿渣冷却水进行循环冷却。这是为了防止由矿渣冷却水的蒸发引起的、矿渣冷却水量的降低和气化炉的温度降低。

在矿渣冷却水存积部内高温化后的矿渣冷却水的温度即使是在常压下也不沸腾的低于100℃，也比常温高几十℃。

另外，对于循环冷却的矿渣冷却水的质量流量而言，当以煤气化炉的情况为例时，达到煤的0.5～2倍左右（因灰成分、熔点等变动）。因此，在矿渣冷却水存积部内高温化后的矿渣冷却水所具有的显热根据情况，而达到向气化炉投入的煤发热量的1%左右。

然而，上述日本特开平9-194855号公报所公开的技术中未提及从矿渣冷却水存积部抽出的高温水的排热利用。

另外，在日本特开昭59-136389号公报所公开的技术中，对于从矿渣冷却水存积部抽出的高温水设置热交换器，将高温水的排热利用为常温的供水加热的热源。该情况下，在热交换器的出口，从矿渣冷却水存积部抽出的高温水比常温高，从而无法高效地利用高温水的排热。

发明内容

本发明的目的在于提供如下碳系燃料的气化系统，即，高效地利用在气化系统中产生的高温水的排热而冷却从气化炉出来的生成气体，并且实现了减少从碳系燃料产生的碳损失以及废弃物。

本发明的碳系燃料的气化系统的特征在于，具备：气化炉，其使固体的碳系燃料气化而生成生成气体；燃料供给系统，其利用气体从煤料斗向上述气化炉搬运固体的碳系燃料；除尘部，其设于上述气化炉的下游侧，并且对从该气化炉的上方取出的生成气体进行除尘；煤渣料斗，其对在上述除尘部被除尘、生成气体所伴有的煤渣进行回收；煤渣供给系统，其利用气体从该煤渣料斗向上述气化炉搬运由上述煤渣料斗回收的煤渣；以及水洗塔，其设于上述除尘部的下游侧，并且对从该除尘部流下的上述生成气体进行清洗，其中，上述气化炉构成为，将使碳系燃料气化而生成的生成气体从该气化炉的上方取出，并且对碳系燃料所含有的无机物进行熔融矿渣化而从该气化炉的下方取出，在上述气化炉的底部，设置利用从外部供给的冷却水冷却熔融矿渣的矿渣冷却水存积部，并且配设有水供给系统，该水供给系统构将在上述矿渣冷却水存积部中因熔融矿渣而升温了的高温水从该矿渣冷却水存积部向上述气化炉的下游侧供给、或者向上述除尘部的上游侧供给，从而对从上述气化炉取出的生成气体进行冷却。

发明的效果如下。

根据本发明，能够实现如下碳系燃料的气化系统，即，能够高效地利用气化系统中产生的高温水的排热来冷却从气化炉出来的生成气体，并且能够实现从碳系燃料产生的碳损失以及废弃物的减少。

附图说明

图1是表示具备本发明的第一实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备的结构的系统图。

图2是表示具备本发明的第二实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备的结构的系统图。

图3是表示具备本发明的第三实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备的结构的系统图。

图4是表示具备本发明的第四实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备的结构的系统图。

图5是表示具备本发明的第五实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备的结构的系统图。

符号的说明 

a—燃料供给系统，b—煤渣供给系统，c—水供给系统，d—固态物供给系统，e—其它的固态物供给系统，f1、f2—升温水供给系统，g—CO₂供给系统，h—蒸气供给系统，i—蒸气供给系统，1—煤，2—煤料斗，3—气化炉，4—空气分离器，5—生成气体，6—矿渣，7—热回收部，8—除尘装置，9—煤渣，10—生成气体的热交换器，11—文丘里管，12—矿渣冷却水存积部，13—水洗塔，14—矿渣冷却水，15—来自矿渣冷却水存积部的高温水，16—泵，17—脱硫装置，18—燃气轮机燃烧器，19—燃气轮机，20—废气蒸发器，21—蒸气涡轮，22—烟囱，23—硫成分燃烧炉，24—压缩机，25—煤渣料斗，26—冷凝器，27—含有固态物的高温水，29—固态物分离部，30—固态物，31—分离了固态物的高温水，32—高温热交换器，33—文丘里管的冷却水，34—低温热交换器，35—水洗塔的冷却水，36—补给水，37—文丘里管的冷却水的一部分，38—水洗塔的冷却水的一部分，39—脱硫后的生成气体，40—变换反应器，41—变换反应用水蒸气，42—脱硫后的生成气体的热交换器，43—脱硫后的生成气体加热器，44—变换反应后的生成气体，45—CO₂吸收塔，46—除去CO₂后的生成气体，47—CO₂吸收液，48—吸收了CO₂的CO₂吸收液，49—CO₂吸收液的热交换器，50—CO₂吸收液的加热器，51—CO₂再生塔，52—回收了的CO₂，53—气化炉再投入用的CO₂，54—再生加热用的CO₂吸收液，55—热交换器，56—CO₂吸收液的加热用蒸气，57—矿渣冷却水的冷却器，58—料浆泵。

具体实施方式

使用附图，以下对本发明的实施例的碳系燃料的气化系统进行说明。

（实施例1）

引用图1，对具备本发明的第一实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备进行说明。

图1所示的本实施例的碳系燃料的气化系统是高效地利用在熔融矿渣的冷却水存积部产生的高温水的显热、使对碳系燃料气化而成的生成气体进行冷却的热回收部小型化的碳系燃料的气化系统。

以燃料使用煤、用生成气体使燃气轮机和蒸气涡轮驱动的情况为例，使用 图1对本发明的第一实施例的碳系燃料的气化系统进行说明。

图1是表示具备本发明的第一实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备的结构的系统图，分别具备：储藏碳系燃料的煤的煤料斗2；从空气制造氧气和氮气的空气分离器4；利用气体从煤料斗2向气化炉3搬运煤的燃料供给系统a；将通过该燃料供给系统a供给的煤和从空气分离器4供给的气化剂的氧气共同燃烧而生成生成气体5的气化炉3；设于气化炉3的下游侧、对从气化炉3出来的生成气体5进行除尘并且回收该生成气体5所包含的煤渣9的除尘装置8；对除尘后的生成气体5进行冷却的热交换器10以及文丘里管11；除去生成气体5所含有的卤素系物质、用除尘装置8无法收集的微小的尘埃成分的水洗塔13；以及除去生成气体5中的硫磺成分的脱硫装置17。

另外，用除尘装置8回收的煤渣9储存于煤渣料斗25，通过煤渣供给系统b而被利用空气分离器4从空气分离出的氮气搬运，从而再次投入气化炉3。

另外，用脱硫装置17脱硫后的生成气体39从脱硫装置17向上述的生成气体的热交换器10供给而再次被加热，之后，作为燃料向燃气轮机装置供给。

该燃气轮机装置由如下部件构成：压缩空气的压缩机24；将作为燃料而供给的生成气体39和利用压缩机24压缩后的空气混合而燃烧、从而生成高温的燃烧气体的燃气轮机燃烧器18；以及利用由燃气轮机燃烧器18生成的燃烧气体而驱动的涡轮19。

另外，从涡轮19排出的废气在向回收废气的排热而产生蒸气的废气蒸发器20供给之后，从烟囱22向大气中排出。

在废气蒸发器20中产生的蒸气向构成蒸气涡轮装置的蒸气涡轮21供给来驱动该蒸气涡轮21。构成为，在蒸气涡轮21流下的蒸气被冷凝器26冷却而成为冷凝水，该冷凝水向废气蒸发器20供给。

当更加详细地对具备具有上述的结构的本实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备进行说明时，煤1由于空气分离器4中制造的氮气而从煤料斗2向气化炉3搬运。在空气分离器4中制造的氧气作为煤1的气化剂而向气化炉3供给。

在气化炉3中，利用空气分离器4中制造的氧气使煤1气化（部分燃烧），产生以CO、H₂为主成分的生成气体5。煤1约包括10wt%的灰成分（无机物）。

在气化炉3中生成的生成气体5用于发电用的气体燃料等，从而需要与灰成分分离。因此，将气化炉3内的燃烧温度至灰成分的熔点以上，使灰成分熔融矿渣化。

在气化炉3中，从气化炉3向上方抽出气体的生成气体5，并从气化炉3向下方抽出液体的熔融矿渣，由此从煤1取出生成气体5。因此，气化炉3的出口的生成气体5的温度达到1000℃以上。

为了将生成气体5用于气体燃料，需要除尘、脱盐、脱硫等的除去杂质的精制工序。为此，需要将生成气体5冷却至低于400℃。从气化炉3出来的生成气体5中也伴有由未燃碳、灰成分构成的粒子状的煤渣。

另外，在冷却1000℃以上的生成气体5的过程中，需要防止熔融的灰成分附着于导热管（渣蚀）、析出的碱金属盐（Na₂SO₄等）附着于导热管（污垢）等问题。

因此，在气化炉3的上部设有冷却生成气体5的热回收部7。在热回收部7的内部不设置导热管，用水冷壁将生成气体5冷却至800～900℃。这是为了防止渣蚀、污垢。

将从上述热回收部7出来的生成气体5向设于气化炉3的下游侧的除尘装置8供给而进行除尘，从而回收煤渣9。将由除尘装置8从生成气体5回收的煤渣9向煤渣料斗25供给，并储存于该煤渣料斗25，与煤1相同，由从空气分离器4供给的氮气进行搬运而从煤渣料斗25通过煤渣供给系统d而再次投入气化炉3。

由除尘装置8除尘后的生成气体5由设于除尘装置8的下游侧的生成气体的热交换器10被冷却至300℃以下，并且，向分别设于生成气体的热交换器10的下游侧的文丘里管11以及水洗塔13供给而被冷却直至100℃左右。

在上述水洗塔13中，除去生成气体5所含有的卤素系物质、无法由除尘装置8收集的微小的尘埃成分。并且，在设于水洗塔13的下游侧的脱硫装置17中，除去生成气体5中的硫成分。利用该脱硫装置17从生成气体5中回收的硫成分在硫成分燃烧炉23中焚烧。

在脱硫装置17中脱硫后的生成气体39被冷却至40℃左右，从上述脱硫装置17向生成气体的热交换器10供给而再次进行加热，并作为燃料向构成燃 气轮机装置的燃气轮机燃烧器18供给。

此处，在脱硫装置17中脱硫后的生成气体39在燃气轮机燃烧器18中和从压缩机24供给的空气混合，燃烧而生成高温的燃烧气体。

在燃气轮机燃烧器18中产生的燃烧气体驱动涡轮19，将从涡轮19排出的燃烧废气向废气蒸发器20供给而由废气蒸发器20回收燃烧废气的排热，并利用在该废气蒸发器20中产生的蒸气来驱动蒸气涡轮21。

另一方面，在气化炉3内所成的熔融矿渣为1200℃以上，从而对其进行冷却而作为固态物的矿渣6从气化炉3回收。在具备本实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备中，表示由矿渣冷却水14快速冷却熔融矿渣、作为非晶（玻璃状）的水淬矿渣而回收的情况。

在气化炉3的正下方，设有存积矿渣冷却水14的矿渣冷却水存积部12。存积于矿渣冷却水存积部12的矿渣冷却水14被高温流下的熔融矿渣加热而成为高温水15，然而该高温水15含有在水中浮游的矿渣、煤渣等固态物。

因此，需要抽出在矿渣冷却水存积部12中加热后的高温水15而处理上述的矿渣、煤渣等固态物30。

在矿渣冷却水存积部12中加热后的高温水15若以即使在常压下也不沸腾的低于100℃（例如80℃）状态运用则比较便利。在该情况下，高温水15的质量流量达到煤的0.5～2倍左右（因灰成分、熔点等变动）。

因此，在图1所示的具备本发明的第一实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备上，配设有对在矿渣冷却水存积部12中加热后的高温水15进行处理的水处理系统c，该矿渣冷却水存积部12对在气化炉3中生成的生成气体5进行冷却。

该处理高温水15的水处理系统c具备料浆泵58，该料浆泵58对在矿渣冷却水存积部12中加热后的高温水15进行压力输送，对于向矿渣冷却水存积部12供给的矿渣冷却水14在上述矿渣冷却水存积部12中被加热而成的高温水15而言，成为如上所述地由于高温流下的熔融矿渣而含有在水中浮游的矿渣、煤渣等固态物的高温水27，从而由料浆泵58加压，通过该水处理系统c将含有固态物的高温水27向气化炉3的下游侧的生成气体5中供给。

上述水处理系统c与设于气化炉3的上部的热回收部7的下游侧连接，其 构成为，将通过上述水处理系统c而被引导的含有固态物的高温水27向气化炉3内供给，或者向从气化炉3出来的生成气体5中供给而流入除尘装置8。

通过具有处理上述的高温水15的水处理系统c，在矿渣冷却水存积部12加热矿渣冷却水14而成的高温水15由于料浆泵58而通过上述水处理系统c进行压力输送，作为含有固态物的高温水27，而向气化炉3或者气化炉3的下游侧的除尘装置8供给，从而用于生成气体5的冷却。

在具备本实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备中，记载了如下结构，即，向设于气化炉3的上部的热回收部7的下游侧，从矿渣冷却水存积部12通过上述水处理系统c供给含有固态物的高温水27，但也可以以向气化炉3的热回收部7内供给含有固态物的高温水27的方式配设上述水处理系统c。

如具备本实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备所示，从矿渣冷却水存积部12通过水处理系统c用料浆泵58压力输送高温水15（含有固态物的高温水27），从而与在气化炉3中生成的生成气体5混合，该情况下能得到以下4点效果。

第一个效果是机器成本和建设成本的减少。利用从矿渣冷却水存积部12通过水处理系统c供给的高温水15的蒸发潜热以及显热来冷却从气化炉3出来的生成气体5，由此能够使气化炉3的热回收部7小型化。

第二个效果是从矿渣冷却水存积部12通过水处理系统c供给的高温水15（含有固态物的高温水27）的基于排热利用的能源效率的提高。并且，从矿渣冷却水存积部12通过水处理系统c供给的高温水15的温度比常温高，相应地，与在气化炉3中生成的生成气体5的混合时容易蒸发，从而对于生成气体5的冷却也有利。

第三个效果是废弃物和碳损失的减少。从矿渣冷却水存积部12通过水处理系统c供给的高温水15（含有固态物的高温水27）所含有的、成为废弃物的矿渣、煤渣等固态物30与从气化炉3出来的生成气体5混合。而且，该高温水15所含有的固态物30被除尘装置8回收，与煤渣9一起从煤渣料斗25再次投入气化炉3，从而能够减少成为废弃物的固态物30的重量。并且，也能够减少固态物30所含有的碳损失。

第四个效果是基于变换反应促进的、在气化炉3中生成的生成气体5中的H₂浓度的增加。变换反应式如式（1）所示。

CO＋H₂O→CO₂＋H₂····（1）

该变换反应公知以超过1000℃的环境气进行。因此，例如在生成气体冷却部7内对生成气体5水喷雾的情况下，对于刚从气化炉3出来之后的生成气体5，期待基于变换反应的生成气体5中的H₂浓度的增加。

如后述的第五实施例所记载那样，若设置针对来自气化炉3中生成的生成气体5的CO₂回收机构，则生成气体5的主成分成为H₂。主成分成为H₂的生成气体5不仅能够用于发电用的气体燃料，也能够用于甲醇、氨气等化学原料。

在上述的结构的本实施例的碳系燃料的气化系统中，使从矿渣冷却水存积部12通过水处理系统c供给的高温水15和气化炉3中生成的生成气体5混合，从而有效地冷却上述生成气体5，由此能期待系统结构的简化、基于排热利用的能源效率提高、废弃物减少、生成气体5的高附加价值化等效果。

根据本实施例，能够实现如下碳系燃料的气化系统，即，能够高效地利用气化系统中产生的高温水的排热来冷却从气化炉出来的生成气体，并且能够减少从碳系燃料产生的碳损失以及废弃物。

（实施例2）

接下来，使用图2对具备本发明的第二实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备进行说明。图2所示的具备本实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备与图1所示的具备第一实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备的基本的结构相同，从而省略两者共通的结构的说明，以下说明不同的结构。

在图2所示的本实施例的碳系燃料的气化系统中，对于在气化炉3的正下方的矿渣冷却水存积部12中因熔融矿渣而升温的高温水15而言，从矿渣冷却水存积部12通过水供给系统c被抽出而向设于该水供给系统c的固态物分离部29供给，利用该固态物分离部29将高温水15所含有的固态物30分离。

利用上述固态物分离部29分离了固态物的高温水31被设于该水供给系统c的泵16压力输送，通过该水供给系统c向生成气体的流路供给，混合于该生成气体5来冷却上述生成气体5，该生成气体的流路作为从上述气化炉3的 下游侧至上述除尘装置8的区域、且供从上述气化炉取出的生成气体流下。

在本实施例的碳系燃料的气化系统中，表示如下情况，即，将利用设于水供给系统c的固态物分离部29分离了固态物的高温水31通过上述水供给系统c向设于气化炉3的热回收部7的下游侧供给，该水供给系统c从矿渣冷却水存积部12抽出升温了的高温水31。

另一方面，对于利用设于水供给系统c的固态物分离部29从高温水31分离出的固态物30而言，从固态物分离部29通过固态物供给系统d而再次投入气化炉3。

此处，固态物30是微小的矿渣、煤渣9。再次投入气化炉3的煤渣9中的可燃成分（基本上是碳）在气化炉3中气化而成为生成气体5。

煤渣9中的灰成分和矿渣被熔融矿渣化而向设于气化炉3的下部的冷却水存积部12流下，并作为矿渣6而被回收。

本实施例的碳系燃料的气化系统在如下情况有效，即，从矿渣冷却水存积部12抽出的高温水15中大量含有固态物30，从而难以直接将该含有较多固态物30的高温水15向上述气化炉3的下游侧、或者上述除尘部8的上游侧供给。

即，有可能存在如下情况，即，从矿渣冷却水存积部12抽出的高温水15所含有的固态物30较多，且无法使用设于水供给系统c而使高温水15升压的料浆泵58、或关闭使通过水供给系统c供给的高温水15向生成气体5喷雾的喷嘴等、或损伤通过水供给系统c供给高温水15的热回收部7及使生成气体5流下的配管。

根据本实施例，能够实现如下碳系燃料的气化系统，即，能够高效地利用气化系统中产生的高温水的排热来冷却从气化炉出来的生成气体，并且能够减少从碳系燃料产生的碳损失以及废弃物。

（实施例3）

接下来，使用图3对具备本发明的第三实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备进行说明。图3所示的具备本实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备与图1所示的具备第一实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备的基本的结构相同，从而省略两者共通的结构的说明， 以下说明不同的结构。

在图3所示的本实施例的碳系燃料的气化系统中，对于在气化炉3的正下方的矿渣冷却水存积部12中因熔融矿渣而升温的高温水15而言，从矿渣冷却水存积部12通过水供给系统c被抽出而向设于该水供给系统c的固态物分离部29供给，利用该固态物分离部29将高温水15所含有的固态物30分离。

对于利用上述固态物分离部29从高温水31分离出的固态物30而言，从固态物分离部29通过固态物供给系统e向煤渣料斗25供给，并在煤渣料斗25中和从除尘装置8回收的煤渣9混合，除尘装置8对从该气化炉3取出的生成气体5进行除尘。 

该固态物30与煤渣9一起被从空气分离器4供给的氮气搬运，从煤渣料斗25通过煤渣供给系统b而再次投入气化炉3。

本实施例的碳系燃料的气化系统的优点在于，由于用现有的煤渣供给系统b向气化炉3供给固态物30，从而能够在气化炉3中适用现有的运用方法。

其中，需要加热固态物30的工序。被除尘装置8回收了的煤渣9对针对煤渣料斗25以及气化炉3的煤渣供给系统b进行保温，从而防止了水分的凝结。因此，固态物30也需要加热至与煤渣9相同程度（200℃左右）。

根据本实施例，能够实现如下碳系燃料的气化系统，即，能够高效地利用气化系统中产生的高温水的排热而冷却从气化炉出来的生成气体，并且能够减少从碳系燃料产生的碳损失以及废弃物。

（实施例4）

接下来，使用图4对具备本发明的第四实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备进行说明。图4所示的具备本实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备和图1所示的具备第一实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备的基本的结构相同，从而省略两者共通的结构的说明，以下说明不同的结构。

在图4所示的本实施例的碳系燃料的气化系统中，由除尘装置8除尘后的生成气体5在设于除尘装置8的下游侧的热交换器10中被经由脱硫装置17的生成气体5冷却至300℃以下，并且依次向设于上述热交换器10的下游侧的文丘里管11以及水洗塔13供给而将其冷却至100℃左右。

在上述文丘里管11以及水洗塔13中，生成气体5通过与作为从外部向文丘里管11以及水洗塔13补给的补供水36的液体的冷却水的气液接触而被冷却。文丘里管11和水洗塔13的冷却水在冷却生成气体5的过程中，被该生成气体5加热至100℃以上。这些冷却水的总流量达到向气化炉3供给的煤1的供给量的约1～2倍左右。

假设，在作为上述冷却水而温度达到100℃、流量与煤1的供给量相同的情况下，由于在上述文丘里管11和水洗塔13中与生成气体5气液接触而高温化了的冷却水的显热成为煤的总发热量的约1%。

因此，在本实施例的碳系燃料的气化系统中，分别设有升温水供给系统f1、f2，它们从文丘里管11以及水洗塔13分别抽出在文丘里管11和水洗塔13中因与生成气体5的气液接触而高温化了的冷却水的一部分，从上述文丘里管11以及水洗塔13将高温化了的冷却水的一部分向气化炉3的出口与除尘装置8之间的区域喷雾，从而对从气化炉3取出的生成气体5进行冷却。

对于从文丘里管11以及水洗塔13通过上述升温水供给系统f1、f2向气化炉3的出口与除尘装置8之间的区域喷雾而冷却生成气体5的冷却水而言，在和生成气体5混合时，结合自身具有的显热而容易蒸发，从而能够高效地冷却生成气体5。

此外，包括供给高温水31的水供给系统c，该高温水31在第一实施例的碳系燃料的气化系统的上述的矿渣冷却水存积部12中升温、并分离出固态物30，将由升温水供给系统f1、f2供给的高温化了的冷却水集中在1个系统也可以，保持多个系统不变地向生成气体5喷雾也可以。

根据冷却水的容易蒸发的观点，推荐如下碳系燃料的气化系统，即，使用上述水供给系统c和上述升温水供给系统f1、f2的多个系统来向生成气体5喷雾而冷却的方式比较优良，其顺序为：通过水供给系统c向生成气体5的温度高的上游侧供给分离了固态物30的高温水31（上述的第一实施例中低于100℃）；通过升温水供给系统f1、f2将在文丘里管11和水洗塔13中高温化了的冷却水（100℃以上）向下游侧供给。

这是考虑如下情况，即，通过水供给系统c将分离了固态物30的高温水31在气化炉3的出口与除尘装置8之间的区域的上游侧向生成气体5喷雾， 使生成气体5的温度降低为400～700℃左右（因煤1的特征、分离了固态物30的高温水31的流量或温度、蒸发比例等而变动）。

为了更进一步用水喷雾冷却生成气体5，将温度高且容易蒸发的在文丘里管11和水洗塔13中高温化了的冷却水33、35用于生成气体5的冷却即可。

因此，以将生成气体5维持为低于400度的规定温度的方式，抽出在文丘里管11和水洗塔13中高温化了的冷却水33、35，并对通过升温水供给系统f1、f2在气化炉3的出口与除尘装置8之间的区域的下游侧向生成气体5喷雾的冷却水33、35的流量进行调整，从而能够构建抑制除尘装置8中的凝结水的产生的碳系燃料的气化系统。

以下，对本实施例的碳系燃料的气化系统的文丘里管11以及水洗塔13的冷却水的系统进行说明。

文丘里管11的冷却水33通过与达到接近300℃的生成气体5的气液接触而高温化，从而在高温热交换器32中被冷却为常温，而再次投入文丘里管11。

文丘里管11中高温化了的文丘里管11的冷却水33的温度达到150℃左右。将高温化了的文丘里管11的冷却水的一部分33从文丘里管11抽出，从文丘里管11通过升温水供给系统f1将冷却水33向气化炉3的下游侧的生成气体5喷雾、并使它们混合，从而能够使用冷却水33的蒸发潜热和显热来有效地冷却生成气体5。

特别是，文丘里管11的冷却水的一部分33的温度是150℃左右，比常温的水容易蒸发，且容易使用。此外，为了确保文丘里管11的冷却水33的流量，构成为在高温热交换器32的下游从外部供给补供水36，并向文丘里管11供给。

水洗塔13的冷却水35也与上述文丘里管11的冷却水33相同，将冷却水35的一部分用于生成气体5的冷却即可。 

即，将高温化了的水洗塔13的冷却水的一部分35从水洗塔13抽出，并从水洗塔13通过升温水供给系统f2将冷却水35向气化炉3的下游侧的生成气体5喷雾、并使它们混合，从而能够使用冷却水35的蒸发潜热和显热来有效地冷却生成气体5。

从水洗塔13出来的水洗塔13的冷却水35的温度是100℃左右，比温度 上述的文丘里管11的冷却水33的温度低，但比常温的水容易蒸发、且容易使用的特征是相同的。此外，为了确保水洗塔13的冷却水35的流量，构成为在低温热交换器34的下游从外部供给补供水36，并向水洗塔13供给。

以上，在本实施例的碳系燃料的气化系统中，配设有供给在气化炉3的矿渣冷却水存积部12中产生的高温水31的水供给系统c、和供给在文丘里管11以及水洗塔13中产生的高温水33、35的升温水供给系统f1、f2，向上述气化炉3的下游侧、或者上述除尘装置8的上游侧供给而用于气化炉3中生成的生成气体5的冷却，通过如上构成，能够兼顾基于设备的排热利用的能源效率的提高、和基于冷却生成气体5的热回收部的小型化的低成本化。

根据本实施例，能够实现如下碳系燃料的气化系统，即，能够高效地利用气化系统中产生的高温水的排热而冷却从气化炉出来的生成气体，并且能够减少从碳系燃料产生的碳损失以及废弃物。

（实施例5）

接下来，使用图5对具备本发明的第五实施例的碳系燃料的气化系统煤气化复合发电设备进行说明。图5所示的具备本实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备与图1所示的具备第一实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备的基本的结构相同，从而省略两者共通的结构的说明，以下说明不同的结构。

就向气化炉3搬运煤1以及煤渣9的搬运介质而言，使用由后述的CO₂回收机构回收了的CO₂52的一部分。将该CO₂定义为气化炉再投入用的CO₂53。

通过将搬运介质从N₂变更为CO₂，来使气化炉3内的CO₂浓度变高，促进（2）式所示的CO₂气化反应。由此，期待作为气化剂的O₂使用量的减少。

C＋CO₂→2CO····（2）

O₂使用量的减少引起基于空气分离器4的小型化的机器成本减少、以及基于O₂制造动力减少的运行成本减少和能源效率提高。

接下来，气化炉3中生成的生成气体5中的主成分是CO、H₂、CO₂。若将水向该生成气体5喷雾而使之蒸发，则不仅能够冷却生成气体5，也能够提高生成气体5中的水蒸气浓度。

由此，不仅能够进行第一实施例的（1）式所示的变换反应，也能够减少在后述的设于气化炉3的下游侧的变换反应器40中添加的水蒸气41的流量。

在本实施例中，为了在1000℃以上的高温环境气下促进变换反应，将利用设于水供给系统c的固态物分离部29分离了固态物的高温水31通过该水供给系统c向设于气化炉3的上部的生成气体冷却部7内供给。

在气化炉3的下游侧向生成气体5喷雾的冷却水与第四实施例的情况相同，使用在煤气化复合发电设备中产生的高温水（在矿渣冷却水存积部12中升温了的高温水15、文丘里管11的冷却水的一部分37、水洗塔13的冷却水的一部分38等）。

这些高温水所具有的显热至今未被有效利用。

另一方面，就在设于脱硫装置17的下游侧、使气化炉5中生成的生成气体5中的一氧化碳和水蒸气反应而变换反应为二氧化碳和氢气的变换反应器40中添加的水蒸气41而言，使用为了变换反应用而制造出的水蒸气。

因此，若能够减少在变换反应机器40中向生成气体5添加的水蒸气41的流量，则能够降低制造减少量的水蒸气41的动力，从而带来运行成本减少和能源效率提高。

对于在设于上述水洗塔13的下游侧、且对生成气体5进行脱硫的脱硫装置17中脱硫了的冷却至40℃左右的生成气体39而言，在加热脱硫后的生成气体39的热交换器42以及生成气体加热器43中再次加热至200℃以上，从而向设于脱硫装置17的下游侧的生成气体5中的变换反应器40供给。

在上述变换反应器40中，向脱硫后的生成气体39添加水蒸气41，进行第一实施例的（1）式所示的变换反应。通过该变换反应，脱硫后的生成气体39中的CO成为CO₂和H₂，从而H₂浓度增加。此外，向变换反应器40投入的脱硫后的生成气体39、以及水蒸气41的投入温度由变换反应催化剂的特性决定。

在上述变换反应器40中，变换反应后的生成气体44的温度在变换反应器40的出口成为200℃以上。因此，变换反应后的生成气体44在脱硫后的生成气体的热交换器42中被冷却至150℃左右，向设于上述变换反应器40的下游侧的CO₂吸收塔45供给。

在上述CO₂吸收塔45中，变换反应后的生成气体44流入CO₂吸收塔45，在该CO₂吸收塔45中与CO₂吸收液47接触。由此，变换反应后的生成气体44中的CO₂被CO₂吸收液47回收而成为除去了CO₂的生成气体46。

此处，向CO₂吸收塔45投入的变换反应后的生成气体44的投入温度由CO₂吸收液47的特性决定。而且，在CO₂吸收塔45中除去CO₂后的生成气体46的主成分成为H₂。

在CO₂吸收塔45中除去CO₂后的生成气体46从CO₂吸收塔45作为燃料向燃气轮机燃烧器18供给，与从压缩机24向燃气轮机燃烧器18供给的燃烧用的空气混合而燃烧，从而产生高温的燃烧气体。

将在上述燃气轮机燃烧器18中产生的燃烧气体向燃气轮机19供给而驱动该燃气轮机19，并且使从燃气轮机19排出的废气向蒸发器20流下而利用该蒸发器20回收废气所具有的排热而产生蒸气，将该产生的蒸气向蒸气涡轮21供给而驱动该蒸气涡轮21。

另外，在上述CO₂吸收塔45中从生成气体44吸收了CO₂的CO₂吸收液48在CO₂吸收液的热交换器49、CO₂吸收液的加热器50中被加热至100℃以上，从而向设于上述CO₂吸收塔45的下游侧的CO₂再生塔51供给。

在上述CO₂再生塔51中，通过使吸收了CO₂的CO₂吸收液48中的CO₂释放，能够进行CO₂吸收液47的再利用。

对于上述CO₂再生塔51中回收了的CO₂52而言，将其一部分作为气化炉3的再投入用的CO₂53而通过CO₂供给系统g从CO₂再生塔51导出，从而再次利用于煤1和煤渣9的搬运介质，但CO₂再生塔51中回收了的CO₂52的大部分向地下等供给而存积。

此处，为了较高地保证CO₂再生塔51中的CO₂回收率，需要对CO₂吸收液48进行保温。因此，将CO₂吸收液48的一部分作为再生加热用的CO₂吸收液54而从CO₂再生塔51抽出，在热交换器55中被加热至100℃以上，之后向上述CO₂再生塔51投入。

该热交换器55所需要的热容量大，其热源使用将蒸发器20中产生的200～300℃左右的低温蒸气56从蒸发器20通过蒸气供给系统i向热交换器55引导即可。将该低温蒸气56称作CO₂吸收液54的加热用蒸气56。

利用CO₂吸收液48的加热用蒸气56所具有的显热，在热交换器55中再次加热再生加热用的CO₂吸收液54。因此，从热交换器55出来的CO₂吸收液54的加热用蒸气56降低至200℃以下。

对于从热交换器55出来的CO₂吸收液54的加热用蒸气56而言，也配设有从上述热交换器55将加热用蒸气56供给至气化炉3的下游侧的蒸气供给系统h，通过该蒸气供给系统h从上述热交换器55将加热用蒸气56向气化炉3的下游侧供给，用于生成气体5的冷却和变换反应器40的变换反应促进即可。

这是由于，若使从热交换器55出来的CO₂吸收液54的加热用蒸气56返回至冷凝器26，则蒸气的显热和潜热成为废热。

在具备本实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备中，是将如下4个系统的4种水、或者蒸气向上述气化炉3的下游侧、或者上述除尘装置8的上游侧供给而用于气化炉3中生成的生成气体5的冷却，但也可以是能够供给这些各系统中的至少1种水或者蒸气的系统，上述4个系统是：向气化炉3的下游供给从热交换器55出来的CO₂吸收液54的加热用蒸气56的蒸气供给系统h；从蒸发器20向热交换器55供给低温蒸气56的蒸气供给系统i；供给来自矿渣冷却水存积部13的高温水15的水供给系统c；以及供给文丘里管11的冷却水的一部分37以及水洗塔13的冷却水的一部分38的升温水供给系统f1、f2。

以上，根据具备本实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备，能够构建不排出CO₂而能源效率高的煤气化复合发电设备。

此外，在具备本实施例的碳系燃料的气化系统的煤气化复合发电设备中，作为CO₂回收机构的一个例子，对使用了利用CO₂吸收液54的CO₂化学吸收方式的系统进行了说明。

另外，CO₂回收机构也可以使用膜分离等的物理吸收方式、吸附剂方式。

根据本实施例，能够实现如下碳系燃料的气化系统，即，能够高效地利用高温水的排热来冷却从气化炉出来的生成气体，并且，用现有的气化炉的除尘设备回收高温水中的固态物且能够再次向气化炉投入而能够减少从碳系燃料的碳损失以及废弃物。

Claims (6)

1.一种碳系燃料的气化系统，其特征在于，

具备：

气化炉，其使固体的碳系燃料气化而生成生成气体；

燃料供给系统，其利用气体从煤料斗向上述气化炉搬运固体的碳系燃料；

除尘部，其设于上述气化炉的下游侧，并且对从该气化炉的上方取出的生成气体进行除尘；

煤渣料斗，其对在上述除尘部被除尘、生成气体所伴有的煤渣进行回收；

煤渣供给系统，其利用气体从该煤渣料斗向上述气化炉搬运由上述煤渣料斗回收的煤渣；以及

水洗塔，其设于上述除尘部的下游侧，并且对从该除尘部流下的上述生成气体进行清洗，

其中，上述气化炉构成为，将使碳系燃料气化而生成的生成气体从该气化炉的上方取出，并且对碳系燃料所含有的无机物进行熔融矿渣化而从该气化炉的下方取出，

在上述气化炉的底部设置利用从外部供给的冷却水冷却熔融矿渣的矿渣冷却水存积部，

并且配设有水供给系统，该水供给系统将在上述矿渣冷却水存积部中因熔融矿渣而升温了的高温水从该矿渣冷却水存积部向上述气化炉的下游侧供给、或者向上述除尘部的上游侧供给，从而对从上述气化炉取出的生成气体进行冷却。

2.根据权利要求1所述的碳系燃料的气化系统，其特征在于，

具备从上述高温水分离固态物的固态物分离部，

具备将在上述固态物分离部中回收的固态物搬运至上述气化炉的固态物供给系统。

3.根据权利要求1所述的碳系燃料的气化系统，其特征在于，

具备从上述高温水分离固态物的固态物分离部，

配设有将在上述固态物分离部中回收的固态物向上述煤渣料斗供给的其它的固态物供给系统，

并且构成为通过该其它的固态物供给系统供给至上述煤渣料斗的固态物通过上述煤渣供给系统投入至上述气化炉。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的碳系燃料的气化系统，其特征在于，

在上述除尘部的下游侧分别设置通过与冷却水的气液接触来对从上述气化炉取出的生成气体进行冷却的文丘里管以及水洗塔，

配设升温水供给系统，该升温水供给系统将在上述文丘里管以及水洗塔中由于与从上述气化炉取出的生成气体的接触而升温的文丘里管的冷却水的一部分以及水洗塔的冷却水的一部分从该文丘里管以及水洗塔向上述气化炉的下游侧、或者上述除尘部的上游侧供给，从而对从上述气化炉取出的生成气体进行冷却。

5.根据权利要求1所述的碳系燃料的气化系统，其特征在于，

具备脱硫装置，其设于上述水洗塔的下游侧，对从该水洗塔流下的上述生成气体进行脱硫，

并且分别具备：CO₂吸收塔，其设于脱硫装置的下游侧，并使吸收液吸收从该脱硫装置流下的上述生成气体中的CO₂；以及CO₂再生塔，其对吸收了该CO₂的CO₂吸收液进行加热而进行分离CO₂，从而再生吸收液，

配设有CO₂供给系统，该CO₂供给系统以利用在上述CO₂再生塔中分离的CO₂将固态物的碳系燃料搬运至气化炉的方式从上述CO₂再生塔向煤料斗供给CO₂。

6.根据权利要求5所述的碳系燃料的气化系统，其特征在于，

配设有蒸气供给系统，该蒸气供给系统将作为从上述CO₂再生塔抽出的再生加热用的CO₂吸收液的热源而使用的蒸气从上述CO₂再生塔向上述气化炉的下游侧、或者上述除尘部的上游侧供给，从而冷却生成气体。