JP2001348578A

JP2001348578A - 炭素系化石燃料とバイオマスのガス化装置およびガス化方法

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Publication number: JP2001348578A
Application number: JP2000175562A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Kiso; 文彦木曽; Toru Akiyama; 穐山　　徹; Atsushi Morihara; 森原　　淳; Fumihiko Hanayama; 文彦花山
Original assignee: Babcock Hitachi KK; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2000-06-07
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2001-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】発電プラントの燃料として用いることができる
炭素系化石燃料とバイオマスのガス化装置の提供。【解決手段】炭素系化石燃料とバイオマスをガス化する
ガス化装置において、炭素系化石燃料のガス化装置の下
流にバイオマスのガス化装置を配置したことを特徴とす
る炭素系化石燃料とバイオマスのガス化装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石炭等の炭素系化
石燃料とバイオマスのガス化装置およびガス化方法、並
びに、該生成ガスによりガスタービンを駆動して発電す
る発電プラントに関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭，石油，天然ガス等の有機燃料物質
を水の臨界条件を越えた条件下で酸化反応させて発電す
る方法は、周囲環境に対する影響が少ないと云う利点が
ある（特開平１０−１３２２０１号公報）。

【０００３】また、炭素系化石燃料を用いた発電プラン
トの二酸化炭素の排出量を低減するためには、バイオマ
スなどのクリーンな燃料を加える方法が有効である。

【０００４】従来の石炭などの炭素系化石燃料とバイオ
マスを用いて発電するプラントでは、炭素系化石燃料と
バイオマスを混合し、ガス化装置へ投入する方式が用い
られてきた。

【０００５】ここで、炭素系化石燃料とは、歴青炭，褐
炭，泥炭などの石炭、重質油、石油残渣、タール、天然
ガス等のことを云う。バイオマスは、量的にある程度ま
とまって存在する生物由来の有機資源のことを云い、例
えば、木材や農作物、海藻や、これらを利用したあとの
有機廃棄物の総称で、具体的にはもみ殻、藁、さとうき
び殻、バカス、材木工場残渣、間伐材、落ち葉などがあ
る。

【０００６】これまでの石炭・バイオマス発電プラント
は、発電燃料として石炭にバイオマスを重量比で１０〜
２０％（上限）加えた点を除けば、基本的に石炭ガス化
発電プラントと同系統のものであり、石炭ガス化装置、
ガス精製装置、ガスタービン発電装置等で構成される。

【０００７】石炭に対するバイオマスの添加比率が２０
％を超える場合は、発電プラントの機器の改造が必要と
なる。しかし、石炭にバイオマスを添加してガス化する
場合には、バイオマスも石炭灰の溶融温度まで上げなけ
ればならず、バイオマス割合が高い場合には不経済とな
る。

【０００８】これを回避する方法として、ガス化炉内に
石炭ガス化領域とバイオマス領域とを形成する方法（特
開平１１−３０２６６５号公報）があるが、この方法で
は純酸素の使用が必須であった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、炭素
系化石燃料とバイオマスのガス化装置の提供にある。

【００１０】また、本発明の他の目的は、ガスタービン
を駆動して発電する発電プラントにおいて、炭素系化石
燃料に対するバイオマスの割合が多い場合（例えば、バ
イオマスが重量で４０〜６０％）でも低コスト・高効率
の発電プラントを提供することにある。

【００１１】また、本発明の他の目的は、上記発電プラ
ントの運転方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の要旨は次のとおりである。

【００１３】〔１〕炭素系化石燃料とバイオマスをガ
ス化するガス化装置において、炭素系化石燃料のガス化
装置の下流にバイオマスのガス化装置を配置したことを
特徴とする炭素系化石燃料とバイオマスのガス化装置。

【００１４】〔２〕炭素系化石燃料とバイオマスをガ
ス化するガス化装置において、炭素系化石燃料ガス化装
置の下流に熱回収装置を設置し、該熱回収装置により炭
素系化石燃料のガス化に伴なう発生熱を水蒸気として回
収し、該水蒸気をバイオマスガス化装置に供給してバイ
オマスをガス化するよう構成したことを特徴とする炭素
系化石燃料とバイオマスのガス化装置。

【００１５】〔１〕あるいは〔２〕によって、炭素系化
石燃料の反応領域とバイオマスの反応領域を分けること
により、上記両者を同一領域で反応させる場合よりもバ
イオマス量の割合を増すことが可能となる。

【００１６】炭素系化石燃料は、酸素を含む酸化剤でガ
ス化する。石炭ガス化装置の運転圧力は常圧〜約３ＭＰ
ａで運転することが可能である。

【００１７】炭素系化石燃料のガス化装置は、反応炉内
で生成する灰を溶融し、スラグとして排出するために十
分な温度領域を確保することができる。炭素系化石燃料
の種類によって異なるが、灰の融点は１３００℃前後で
ある。ガス化装置を安定に運転するためには灰の融点よ
り１５０〜２００℃高い温度に維持することが望まし
い。この炭素系化石燃料ガス化時の熱によってバイオマ
スをガス化する。

【００１８】炭素系化石燃料ガス化時の熱をバイオマス
のガス化に利用する方法には、直接法と間接法がある。

【００１９】直接法は、炭素系化石燃料ガス化装置の下
流にバイオマス反応装置を設置し、この部分に炭素系化
石燃料ガス化ガスを直接導入して、炭素系化石燃料ガス
化ガスとバイオマス、および、ガス化するのに必要な酸
素を含む酸化剤を直接接触させる。

【００２０】バイオマスをガス化したガスの主成分はメ
タンであり高カロリーガスである。炭素系化石燃料をガ
ス化して得られたガスが低カロリーであっても、上記の
高カロリーのバイオマスガス化ガスと混合することによ
り、ガスタービンを安定運転するために十分なカロリー
が得られる。従って、炭素系化石燃料ガス化装置の酸化
剤としては空気で十分である。

【００２１】一方、間接法は、炭素系化石燃料ガス化装
置の下流に熱回収装置を設置し、炭素系化石燃料ガス化
時の熱を水蒸気として回収する。この水蒸気と燃料バイ
オマスとをバイオマスガス化装置に導入する。

【００２２】バイオマスのガス化装置内は２５〜３５Ｍ
Ｐａ、４００〜６００℃の条件とする。この条件では水
蒸気は超臨界状態となり、バイオマスのガス化反応が進
行する。さらに、脱硫装置は炭素系化石燃料ガス化装置
の下流にのみ設置する。バイオマスは酸素分を多く含む
ので、酸化剤としては水蒸気があればよく、酸素を別途
添加する必要はない。

【００２３】また、バイオマスをガス化したガスの主成
分はメタンであり高カロリーである。このため、炭素系
化石燃料の生成ガスが低カロリーであっても、高カロリ
ーのバイオマスの生成ガスと混合することにより、ガス
タービンの安定運転に十分なカロリーが得られる。従っ
て、炭素系化石燃料ガス化装置の酸化剤として空気を用
いることが可能となる。なお、炭素系化石燃料を部分酸
化する酸素を含む酸化剤としては、ガスタービン圧縮機
からの抽気空気を用いることができる。

【００２４】本発明のガス化装置を用いた発電プラント
において、制御が必要ものには発電出力、炭素系化石燃
料ガス化装置の圧力、バイオマスガス化装置の圧力、ガ
スタービンの入口圧力がある。

【００２５】発電出力はガスタービン入口に設けた流量
調節弁で制御する。炭素系化石燃料ガス化装置の圧力は
炭素系化石燃料の供給量で制御し、バイオマスガス化装
置の圧力はバイオマスの供給量で制御する。また、ガス
タービン入口の圧力はバイオマスガス化装置出口に設け
た流量調節弁で制御する。

【００２６】バイオマスを予熱するためには、ガスター
ビンの排ガスをバイオマス予熱装置に導き、間接熱交換
によりバイオマスを予熱する。

【００２７】図４において、バイオマスのガス化に、ガ
スタービンへの供給ガス圧力よりも高い圧力が必要な場
合は、バイオマスガス化装置３００で得られた生成ガス
４３を膨張タービンと同軸に接続された圧縮機３８０を
駆動して、炭素系化石燃料ガス化装置で得られた生成ガ
スを加圧し、ガスタービン発電装置４００に供給する。

【００２８】圧力調整装置出口の炭素系化石燃料の生成
ガスの圧力制御には、バイオマスの生成ガスを圧力調整
装置の膨張タービンを通さず、膨張タービン入口から出
口へとバイパスする配管を設け、この配管に設置した流
量調節弁で炭素系化石燃料の生成ガスの圧縮機出口圧力
を制御する。

【００２９】なお、本発明の炭素系化石燃料の代表的な
ものとしては、歴青炭、褐炭、泥炭などの石炭、重質油
等がある。また、バイオマスとしては、木材、植物、農
耕副産物等があり、これらの粉末、チップ等が用いられ
る。

【００３０】

【発明の実施の形態】図６を例に炭素系化石燃料として
石炭を用いた場合を説明する。なお、化石燃料としては
歴青炭、バイオマスとしては落ち葉を用いて説明する。
表１は、その代表的な組成の一例を示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】従来の石炭・バイオマス発電プラントは、
発電燃料として石炭に加えるバイオマスは１０〜２０％
（重量比）である点を除けば、基本的に石炭ガス化発電
プラントと同系統のものである。図６において石炭ガス
化装置１００は、石炭ホッパ１１０、ロータリーバルブ
１１１、エジェクタ１１２、石炭ガス化炉１２０、生成
ガス冷却部１３１、熱回収装置１３２を備えている。

【００３３】石炭ホッパ１１０は、微粉砕した石炭１を
加圧して保管するものである。石炭に対して添加できる
バイオマスの比率は最大１０〜２０％で、これ以上の添
加は、発電プラントの改造が必要となる。

【００３４】微粉石炭および微粉バイオマスは、ロータ
リーバルブ１１１により必要量が取り出され、エジェク
タ１１２で石炭搬送用空気３１の流れに乗り、石炭ガス
化炉１２０に供給される。搬送用空気３１は、ガスター
ビン圧縮機４２０からの加圧空気４９を利用する。

【００３５】石炭１は、石炭ガス化炉１２０で加圧空気
４９中に含まれる酸素と反応してガス化され、一酸化炭
素と水素を主成分とする生成ガス３４となる。

【００３６】石炭ガス化炉１２０に供給する空気量は、
石炭中に含まれる灰分を溶融するのに十分な温度の領域
が、ガス化炉１２０内に形成されるように調整する。石
炭灰の溶融温度は石炭の種類によっても異なるが、一般
に１３００℃前後のものが多い。溶融した灰分は生成ガ
スと分離され、スラグ２１として炉外へ排出される。

【００３７】ガス化炉１２０の出口のガス温度は１３０
０℃以上の高温なので、この熱は石炭ガス化炉上部に設
けた生成ガス冷却部１３１と、熱回収装置１３２とで水
蒸気として回収する。これにより冷却された生成ガス３
５は、ガス精製装置２００に送られる。

【００３８】ガス精製装置２００は、脱塵機能、脱硫機
能、微量成分除去機能を有する。脱塵方法としては、本
例ではサイクロン２１０とフィルタ２２０とを組合わせ
ている。

【００３９】脱塵された生成ガス３６から、さらに硫黄
分、微量有害成分を除去するために、水洗塔２３０と化
学吸収塔２４０とを用いる。水洗塔２３０へは洗浄水６
が供給され、塩化水素などの微量成分が除去され、化学
吸収塔２４０へはメチルジエタノールアミンなどの吸収
液７が供給され、硫化水素が吸収されるようになってい
る。

【００４０】ガスタービン発電装置４００は、燃焼器４
１０、圧縮機４２０、タービン４３０、発電機４４０を
備え、外部の空気３を圧縮機４２０で圧縮し、この圧縮
空気４７により石炭ガス化ガス３８を燃焼器４１０中で
燃焼する。この高温高圧の燃焼ガス４８をタービン４３
０に導き、該燃焼ガスが膨張する時に放出するエネルギ
ーをタービン４３０により運動エネルギーに変換し、発
電機４４０を駆動して電力１１を得る。

【００４１】図６には示さなかったが、発電効率を上げ
るために、石炭ガス化装置３００の熱回収部１３１，熱
回収装置１３２で得られた蒸気、および、ガスタービン
発電装置４００の排ガス６７の熱を回収した蒸気とを、
スチームタービンに供給して発電する複合発電が一般的
に行われている。

【００４２】上記の従来技術による発電方法は、炭素系
化石燃料比率が高い場合には、これまで一般的に用いら
れていたガス化装置を、大きく変更する必要はなく有効
である。即ち、バイオマスは、石炭に比べて微粒子化が
困難であり、石炭よりも気流搬送に必要なガス量を増や
す必要がある。

【００４３】上記の場合、生成ガスの発熱量が低下する
ので、ガスタービンの燃焼に十分なカロリーのガスを製
造するためには、酸化剤として酸素を用いることが必須
となる。酸化剤が空気の場合と酸素の場合とを比較する
と、後者がプラントの熱効率は上昇するが、酸素製造装
置が必要となり、プラントコストが増加する。

【００４４】次に、バイオマスは硫黄分が少ないので、
バイオマスをガス化したガスに対する脱硫は不要となる
が、炭素系化石燃料と同時にガス化装置へ供給すると、
それだけ多くの生成ガスを脱硫装置に通す必要が生じ
る。即ち、バイオマス割合の増加に伴い、脱硫装置を大
きくする必要が生じるために不経済となる。

【００４５】また、バイオマスは灰分が少ないので、ガ
ス化装置で灰分を溶融させてスラグとして取り出す必要
がない。さらにまた、バイオマスのガス化時には、石炭
などの炭素系化石燃料をガス化する場合のように、ガス
化炉内に灰分が溶融する高温領域を形成する必要がな
い。従って、バイオマスは石炭よりも低温でガス化が可
能であり、バイオマスのガス化は、石炭のガス化よりも
高効率となる。

【００４６】しかし、石炭にバイオマスを添加してガス
化する場合には、バイオマスも石炭灰の溶融温度まで上
げなければならず、バイオマス割合が高い場合には不経
済となる。

【００４７】そこで、炭素系化石燃料に対するバイオマ
スの割合が高い場合、バイオマスのためにガス化装置を
新たに設ける方法がある。この従来方式を図７を用いて
示す。

【００４８】炭素系化石燃料ガス化装置１００に加え、
同様の仕様のバイオマスガス化装置３００が設置され
る。この場合、バイオマスの添加割合が２割を超えても
運転可能であるが、炭素系化石燃料ガス化装置とバイオ
マスガス化装置とが独立しており、炭素系化石燃料のガ
ス化装置、バイオマスのガス化装置共に高温状態でガス
化する必要があり、燃料の一部を高温に維持するために
バイオマスが消費する。従って、炭素系化石燃料とバイ
オマスとを同時に用いることによる相乗効果がなく、効
率向上は望めない。また、それぞれの装置に熱回収装置
の設置が必要であるなど、コストアップにつながる。

【００４９】次に、本発明のガス化装置並びにそのガス
化方法について実施例に基づき説明する。

【００５０】〔実施例１〕本実施例では炭素系化石燃
料として石炭（歴青炭）を用い、炭素系化石燃料のガス
化圧力を２.５〜３ＭＰａとした場合の例を図１に示
す。

【００５１】石炭ガス化装置１００は、石炭ホッパ１１
０、ロータリーバルブ１１１、エジェクタ１１２、ガス
化炉１２０、生成ガス冷却部１３１、熱回収装置１３２
を備えている。

【００５２】石炭ホッパ１１０は、微粉砕した石炭１を
加圧して保管するものであり、ロータリーバルブ１１１
により必要量が取り出され、エジェクタ１１２で石炭搬
送用空気３１の流れに乗り、石炭ガス化炉１２０へ供給
される。搬送用のガスとしては空気の他に、窒素や二酸
化炭素が利用可能である。

【００５３】ガス化のための酸化剤としては、酸素を利
用してもよい。本実施例では、低コスト化のためにガス
タービン圧縮機４２０から抽気した加圧空気４９を利用
した。石炭１は、石炭ガス化装置１２１で空気中に含ま
れる酸素と反応してガス化され、一酸化炭素と水素を主
成分とする生成ガス３４となる。

【００５４】石炭ガス化炉１２０へ供給する空気量は、
石炭中に含まれる灰分を溶融するのに十分な温度の領域
が、ガス化炉内に確保されるように調整する。石炭灰の
溶融温度は石炭の種類によって異なるが、１３００℃前
後のものが多い。溶融した灰分は生成ガスと分離され、
スラグ２１として炉外へ排出される。

【００５５】ガス化炉出口のガス温度は１３００℃以上
の高温である。この高温ガスはバイオマスガス化装置１
２２に供給される。バイオマス２は以下のように供給さ
れる。なお、本実施例では、バイオマスとして木材、植
物、農耕副産物の混合物（重量比１：１：１）のチップ
を用いた。

【００５６】バイオマス供給ホッパ１１０ｂは、微粉砕
したバイオマス２を加圧して保管するものであり、ロー
タリーバルブ１１１ｂにより必要量が取り出され、エジ
ェクタ１１２ｂで石炭搬送用空気３３ｂの流れに乗り、
石炭ガス化炉１２０へ供給される。

【００５７】生成ガスの顕熱は熱回収装置１３２で水蒸
気として回収する。冷却された生成ガス３５は、ガス精
製装置２００へ供給される。

【００５８】ガス精製装置２００は脱塵機能、脱硫機
能、微量成分除去機能を有する。脱塵方法としては、本
実施例では、サイクロン２１０とフィルタ２２０を組合
わせた方式を採用した。また、本実施例では系統を図示
していないが、サイクロン２１０で回収されたダスト２
２およびフィルタで回収されたダスト２３は、未燃の炭
素分を含むので、これらは石炭ガス化炉１２０へリサイ
クルして、石炭中の炭素分の全量がガスに転換されるよ
うにした。

【００５９】このリサイクルは、一般的に実施されてい
る方式で、脱塵装置としては、この他にも、例えば、流
動層を用いてダストを回収する方式などが利用可能であ
る。

【００６０】脱塵された生成ガス３６から、さらに硫黄
分、微量有害成分を除去するために、本実施例では水洗
浄塔２３０と化学吸収塔２４０を用いた。水洗浄塔２３
０へは洗浄水６が供給され、塩化水素などの微量成分が
除去される。化学吸収塔２４０へは、メチルジエタノー
ルアミンなどの吸収液７が供給されており、硫化水素が
吸収される。

【００６１】また、脱硫方式には、物理吸収あるいは化
学吸収を用いる湿式ガス精製方式、酸化鉄などを用いる
乾式脱硫方式がある。

【００６２】精製された石炭ガス化ガス３８は、ガスタ
ービン発電装置４００に送られる。ガスタービン発電装
置４００は、燃焼器４１０、圧縮機４２０、タービン４
３０、発電機４４０から構成される。

【００６３】ガスタービン発電装置４００では、空気３
を圧縮機４２０で圧縮し、この圧縮空気４７によりガス
化ガス４８を燃焼器４１０にて燃焼する。この高温高圧
の燃焼ガス４８をタービン４３０に導き、燃焼ガス４８
が膨張する時に放出するエネルギーをタービン４３０に
より運動エネルギーに変換し、発電機４４０を駆動して
電力１１を得る。

【００６４】図１には示していないが、発電効率を上げ
るために、石炭ガス化装置の熱回収装置で得られた蒸気
およびガスタービン発電装置の排ガス６７の熱を回収し
た蒸気を、スチームタービンに供給して発電する複合発
電が一般的に行われている。

【００６５】〔実施例２〕本実施例では炭素系化石燃
料として石炭（歴青炭）を用い、炭素系化石燃料のガス
化圧力を２.５〜３ＭＰａとする場合の例を図２に示
す。

【００６６】石炭ガス化装置１００は石炭ホッパ１１
０、ロータリーバルブ１１１、エジェクタ１１２、石炭
ガス化炉１２０、生成ガス冷却部１３１、熱回収装置１
３２からなる。

【００６７】石炭ホッパ１１０に保管された微粉砕され
た石炭１は、ロータリーバルブ１１１により必要量が取
り出され、エジェクタ１１２で石炭搬送用空気３１の流
れに乗り、石炭ガス化炉１２０へ供給される。搬送用の
ガスとしては空気の他に、窒素や二酸化炭素が利用可能
である。

【００６８】ガス化のための酸化剤としては、純酸素を
利用することもできるが、本実施例では、ガスタービン
圧縮機４２０から抽気した加圧空気４９を利用した。石
炭は石炭ガス化炉１２０で空気中に含まれる酸素と反応
してガス化され、一酸化炭素と水素を主成分とする生成
ガス３４となる。

【００６９】石炭ガス化炉１２０へ供給する空気量は、
石炭中に含まれる灰分を溶融するのに十分な温度の領域
がガス化炉内に確保されるように調整する。石炭灰の溶
融温度は石炭の種類によって異なるが、１３００℃前後
のものが多い。溶融した灰分は生成ガスと分離され、ス
ラグ２１として炉外へ排出される。

【００７０】ガス化炉出口のガス温度は１３００℃以上
の高温なので、この熱は石炭ガス化炉１２０の上部に設
けた生成ガス冷却部１３１および熱回収装置１３２で蒸
気として回収する。冷却された生成ガス３５は、ガス精
製装置２００へ供給される。

【００７１】生成ガス３５は、サイクロン２１０とフィ
ルタ２２０の組合わせで構成される脱塵装置で脱塵し
た。本実施例では系統を示していないが、サイクロン２
１０で回収されたダスト２２およびフィルタ２２０で回
収されたダスト２２，２３は未燃の炭素分を含むので、
これらは石炭ガス化炉へリサイクルして、石炭中の炭素
分の全量がガスに転換されるようにした。

【００７２】脱塵された生成ガス３６は、水洗浄塔２３
０と化学吸収塔２４０とにより硫黄分、微量有害成分を
除去した。水洗浄塔２３０へは洗浄水６が供給されてお
り、塩化水素などの微量成分が除去される。化学吸収塔
へはメチルジエタノールアミンなどの吸収液７が供給さ
れており、硫化水素が吸収される。

【００７３】バイオマスガス化装置３００は、バイオマ
スホッパ３１０、バイオマススラリー調整装置３２０、
バイオマス供給ポンプ３３０、バイオマス予熱装置３４
０、バイオマスガス化炉３５０、減圧装置３６０、気液
分離装置３７０を備える。

【００７４】微粉砕されたバイオマスはバイオマスホッ
パ３１０に貯蔵される。バイオマス２は、バイオマスホ
ッパ３１０からバイオマススラリー調整装置３２０へ送
られ、ここで水５と混合されてバイオマススラリー４０
となる。

【００７５】バイオマス供給ポンプ３３０により加圧さ
れたバイオマススラリー４１は、バイオマス予熱装置３
４０に送出される。該予熱装置にはガスタービン発電装
置４００の燃焼排ガス６７が導かれ、バイオマススラリ
ー４１を間接的に予熱する。予熱されたバイオマススラ
リー４２はバイオマスガス化炉３５０へ供給される。

【００７６】バイオマスガス化炉３５０へは水蒸気３９
が供給されており、バイオマスは２５〜３５ＭＰａ、４
００〜６００℃の超臨界状態の水蒸気と反応し、ガス化
される。この反応により、生成ガスの主成分はメタンと
水蒸気となる。

【００７７】メタンと水蒸気を主成分とする生成ガス４
３は減圧装置３６０に導かれて減圧される。減圧された
生成ガス４４は気液分離装置３７０に導かれる。減圧が
必要なのは、バイオマスのガス化圧力に比べ、下流に設
置するガスタービンの運転圧力が低いためである。

【００７８】バイオマスガス化ガスを減圧すると水蒸気
の大部分は液体２７として分離される。バイオマス中の
灰分、硫黄分もこの液体に溶け込み、メタンなどの成分
から分離される。

【００７９】バイオマスガス化装置で得られた生成４５
ガスは、ガス混合器５００に供給される。ガス混合器５
００では、精製された石炭ガス化ガス３８とバイオマス
ガス化ガス４５が混合され、ガスタービン発電装置４０
０に送られる。

【００８０】ガスタービン発電装置４００は、燃焼器４
１０、圧縮機４２０、タービン４３０、発電機４４０か
ら構成される。ガスタービン発電装置４００では、空気
３を圧縮機４２０で圧縮し、圧縮空気４７によりガス化
ガス４６を燃焼器４１０にて燃焼する。この高温高圧の
燃焼ガス４８をタービン４３０に導き、この燃焼ガスが
膨張する時に放出するエネルギーによりタービン４３０
で運動エネルギーに変換し、発電機４４０を駆動して電
力１１を得る。図２には記載されていないが、発電効率
を上げるために、石炭ガス化装置の熱回収装置で得られ
た蒸気、および、ガスタービン発電装置の排ガス６７の
熱を回収した蒸気を、スチームタービンに供給して発電
する複合発電が一般に行われている。

【００８１】〔実施例３〕本実施例では図３を用いて
実施例１で示した発電プラントの運転制御方法を示す。

【００８２】このプラントの主要な制御としては、ガス
タービンでの発電出力、石炭ガス化炉圧力、バイオマス
ガス化炉圧力、ガスタービン入口圧力がある。

【００８３】発電出力の制御は、発電機４４０の発電出
力信号と、負荷指令６１２をコントローラ６１３に入力
し、発電出力が負荷指令と等しくなるように、ガスター
ビン入口の燃料流量調整弁６１４を操作することによっ
て行われる。

【００８４】石炭ガス化炉１２０の圧力の制御は、石炭
ガス化炉出口の圧力を圧力計６２１により計測し、この
値と設定圧力６２２をコントローラ６２３に入力し、石
炭ガス化炉出口圧力が設定圧力に等しくなるように、ロ
ータリーバルブ１１１を操作することによって行われ
る。

【００８５】バイオマスガス化炉３５０の圧力の制御
は、バイオマスガス化炉の出口圧力を圧力計６３１によ
り計測し、この値と設定圧力６３２をコントローラ６３
３へ入力し、これらの値が等しくなるようにバイオマス
供給ポンプ（スラリーボンプ）３３０を操作することに
よって行われる。

【００８６】ガスタービン入口圧力の制御は、ガスター
ビン入口圧力を圧力計６４１により計測し、この値と設
定圧力６４２をコントローラ６４３へ入力し、これらの
値が等しくなるように、バイオマスガス化装置に設けら
れた流量調節弁６４４を操作することによって行われ
る。

【００８７】各コントローラにおいて、制御信号を作成
する方式としては、一般的に用いられている比例積分制
御方式などが利用できる。

【００８８】〔実施例４〕石炭ガス化反応の圧力に対
する依存性は小さく、常圧でも運転可能である。ガス化
炉を加圧することによる利点は機器容積の低減および熱
損失の低減である。そこで、従来の石炭ガス化装置とガ
スタービンを用いる石炭ガス化発電プラントでは、石炭
ガス化装置の運用圧力は、もっぱらガスタービンの運用
圧力に規定されていた。

【００８９】これに対し、本発明のバイオマスガス化装
置の運用圧力は２５〜３５ＭＰａであり、ガスタービン
の運用圧力の約１０倍である。バイオマスをガス化した
ガスをガスタービンの燃料とする場合には、生成ガスの
減圧が必要であり、プラント全体の効率を向上するため
には、この減圧に伴う放出エネルギーを有効に回収する
ことが必要である。

【００９０】本実施例では、石炭ガス化炉の運転圧力を
ガスタービンの運用圧力以下とし、石炭ガス化ガスの圧
力上昇にバイオマスガス化ガス減圧時に放出されるエネ
ルギーを利用することで、エネルギー損失を低減する方
式である。

【００９１】ここでは本方式を実施例１のプラントに適
用した例を示す。即ち、炭素系化石燃料として石炭（歴
青炭）を用いており、バイオマスガス化装置に供給する
蒸気は石炭ガス化装置から得る構成を基本としている。

【００９２】基本構成は実施例１と同様なので、ここで
は実施例１と異なる部分を中心に図４を用いて説明す
る。

【００９３】実施例１と異なるのは石炭ガス化装置１０
０の部分とバイオマスガス化装置３００の部分である。

【００９４】まず、石炭ガス化装置１００は石炭ホッパ
１１０、ロータリーバルブ１１１、エジェクタ１１２、
石炭ガス化炉１２０、生成ガス冷却部１３１、熱回収装
置１３２から構成される。この構成は実施例１と同様で
あるが、石炭ガス化炉を常圧で運転する場合には、石炭
ホッパをロックホッパ形式とする必要がなく、この部分
のコストは低減できる。しかし、ガス化炉運転圧力を常
圧とすると、単位容積あたりの石炭処理量が低下するの
で、加圧の場合に比べて石炭ガス化炉、下流のガス生成
装置などの装置容積は大きくなり、この部分のコストは
上昇する。

【００９５】次に、バイオマスガス化装置３００は、バ
イオマスホッパ３１０、バイオマススラリー調整装置３
２０、バイオマス供給ポンプ３３０、バイオマス予熱装
置３４０、バイオマスガス化炉３５０、圧力調整装置３
８０、減圧装置３６０、気液分離装置３７０を備えてい
る。

【００９６】実施例１と異なるのは圧力調整装置３８０
が設置された点である。バイオマスガス化ガス４３は、
圧力調整装置３８０に供給され、減圧される。一方、石
炭ガス化ガス３８は、バイオマスガス化ガスが減圧され
る際のエネルギーにより加圧される。減圧されたバイオ
マスガス化ガス４４は、さらに減圧装置３６０に供給さ
れ、ガスタービンの運用圧力に適合する圧力まで減圧さ
れる。

【００９７】〔実施例５〕本実施例では実施例４で示
した方式の運転制御方式を図５を用いて説明する。

【００９８】このプラントの主要な制御としては、実施
例２で示したガスタービンでの発電出力、石炭ガス化炉
圧力、バイオマスガス化炉圧力、ガスタービン入口圧力
に加えて、石炭ガス化ガスの圧力調整装置３８０による
出口における圧力がある。

【００９９】この制御には、バイオマスガス化ガス３５
０の圧力調整装置３８０のバイパス配管、即ち、バイオ
マスガス化ガスの圧力調整装置入口から、圧力調整装置
出口を繋ぐ配管に設置された流量調節弁を用いる。

【０１００】石炭ガス化ガスの圧力調整装置３８０によ
る出口の炭素系化石燃料ガス化ガス圧力は圧力計６５１
で計測し、この値と設定圧力６５２をコントローラ６５
３に入力し、これら値が等しくなるように流量調整弁６
５４を操作する。

【０１０１】ガスタービン入口の圧力を調節するための
流量調節弁６４４は、実施例２では気液分離装置の下流
に設置したが、本実施例では石炭ガス化ガスの圧力調整
装置３８０出口圧力を制御するための流量調節弁６５４
の設置が必要なので、この流量調節弁よりも上流に設置
している。なお、その他の制御方法は実施例２と同様で
ある。

【０１０２】バイオマスを約１,１００℃で熱分解した
ガスは、水素１０％，一酸化炭素５８％，メタン２９％
を含み、発熱量は約２０,０００ｋＪ／Ｎｍ³である。空
気で石炭をガス化して得られたガスの発熱量は４,００
０ｋＪ／Ｎｍ³であるが、バイオマスをガス化したガス
を混合することにより、酸素でガス化した場合のガスの
発熱量（１０,０００ｋＪ／Ｎｍ³）と同等の発熱量のガ
スを得ることができる。

【０１０３】従って、従来より高温で駆動するガスター
ビンを発電装置として用いることが可能であり、発電効
率を向上することができる。

【０１０４】また、炭素系化石燃料をガス化するための
ガス化剤としてガスタービン抽気空気を利用すること
で、酸素製造装置が不要となる。

【０１０５】バイオマスを水蒸気を用いてガス化する方
式では、バイオマスガス化装置の下流に脱硫装置を設け
る必要ないので、コスト低減が可能である。

【０１０６】また、炭素系化石燃料とバイオマスをガス
化前に混合した場合は、炭素系化石燃料ガス化ガスだけ
でなく、バイオマスガス化ガスも灰の溶融温度まで上げ
る必要があったが、両者を個別にガス化する場合は、バ
イオマスガス化ガスの温度は、ガス化が進行するのに十
分な温度を維持すればよく、この温度は灰の溶融温度よ
りも低いので、炭素系化石燃料とバイオマスを混合して
からガス化する場合よりも高効率化が可能である。

【０１０７】例えば、バイオマスを石炭に対する質量比
で５０％混合する場合、本発明のバイオマスを石炭ガス
化炉下流（１,１００℃）に供給する方法と、従来のバ
イオマスを石炭ガス化炉内（１,３００℃）に供給する
方法とを比較すると、本発明の方法は従来方法に比べ
て、ガス化に必要な発熱量が投入された燃料の発熱量に
対する割合で５％低減できる。顕熱は蒸気として回収
し、蒸気タービンで電力に変換されるが、変換効率は約
３０％なので、本発明の方法は従来方法よりも約３.５
％高効率である。

【０１０８】また、バイオマスのガス化に、炭素系化石
燃料ガス化時の発生熱を用いるので、炭素系化石燃料と
バイオマスとをそれぞれガス化する場合に比べて酸素消
費量が低減できるため、高効率の発電システムを構成す
ることができる。

【０１０９】

【発明の効果】本発明によれば、バイオマスをガス化し
たガスは、メタンを多く含む高カロリーガスなので、炭
素系化石燃料ガス化ガスが低カロリーの場合でも、バイ
オマスガス化ガスと混合することで、ガスタービンの安
定燃焼に十分なカロリーの生成ガスを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の炭素系化石燃料とバイオマスをガス化
して得られたガスを燃料とする発電プラントの一例を示
す構成図である。

【図２】本発明の炭素系化石燃料とバイオマスをガス化
して得られたガスを燃料とする発電プラントの一例を示
す構成図である。

【図３】炭素系化石燃料とバイオマスを燃料とし、炭素
系化石燃料ガス化炉から得られた水蒸気をバイオマスガ
ス化に用いた発電プラントの運転制御の一例を示す構成
図である。

【図４】炭素系化石燃料ガス化炉の運転圧力を常圧と
し、バイオマスガス化ガスの減圧時の放出エネルギーで
炭素系化石燃料ガス化ガスを加圧する発電プラントの一
例を示す構成図である。

【図５】図４の発電プラントの制御方法の一例を示す構
成図である。

【図６】炭素系化石燃料とバイオマスをガス化する前に
混合して燃料とする従来の発電プラントの一例を示した
図である。

【図７】炭素系化石燃料とバイオマスを個別に空気を用
いてガス化し発電する従来の発電プラントの一例を示す
構成図である。

【符号の説明】

１…石炭、２…バイオマス、３，３１…空気、４，５…
水、６…洗浄水、７…吸収液、１１…電力、２１…スラ
グ、２２，２３…ダスト、２７…液体、３４，３５，３
６，３８，４３，４４，４５…生成ガス、３９…水蒸
気、４０，４１，４２…バイオマススラリー、４７…圧
縮空気、４８…燃焼ガス、６７…排ガス、１００…石炭
ガス化装置、１１０ａ…石炭ホッパ、１１０ｂ…バイオ
マスホッパ、１１１…ロータリーバルブ、１１２…エジ
ェクタ、１２０…石炭ガス化炉、１２２…バイオマスガ
ス化装置、１３１…生成ガス冷却部、１３２…熱回収装
置、２００…ガス精製装置、２１０…サイクロン、２２
０…フィルタ、２３０…水洗浄塔、２４０…化学吸収
塔、３００…バイオマスガス化装置、３１０…バイオマ
スホッパ、３２０…バイオマススラリー調整装置、３３
０…バイオマス供給ポンプ、３４０…バイオマス予熱装
置、３５０…バイオマスガス化炉、３６０…減圧装置、
３７０…気液分離装置、３８０…圧力調整装置、４００
…ガスタービン発電装置、４１０…燃焼器、４２０…圧
縮機、４３０…タービン、４４０…発電機、５００…混
合器、６１２…負荷指令、６１３…コントローラ、６１
４…ガスタービン入口流量調節弁、６２１…出口圧力
計、６２２…設定圧力、６２３…コントローラ、６４１
…ＧＴ入口圧力計、６４２…ＧＴ入口設定圧力、６４３
…コントローラ、６４５…バイオマスガス化装置出口流
量調節弁、６５１…圧力計、６５２…設定圧力、６５３
…コントローラ、６５４…バイオマスガス化ガスバイパ
ス流量調節弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ１０Ｊ 3/48 Ｃ１０Ｊ 3/48 Ｆ０２Ｃ 3/28 Ｆ０２Ｃ 3/28 7/22 7/22 ＡＦ２３Ｇ 5/00 ＺＡＢＦ２３Ｇ 5/00 ＺＡＢＥ 5/46 ＺＡＢ 5/46 ＺＡＢＺ 7/00 ＺＡＢ 7/00 ＺＡＢＡ (72)発明者穐山徹茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者森原淳茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者花山文彦広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内Ｆターム(参考） 3K065 AA18 AB02 AC20 BA06 JA03 JA13 4D004 AA02 AA04 AA12 BA03 CA27 CA36 CC01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素系化石燃料とバイオマスをガス化す
るガス化装置において、炭素系化石燃料のガス化装置の
下流にバイオマスのガス化装置を配置したことを特徴と
する炭素系化石燃料とバイオマスのガス化装置。
【請求項２】炭素系化石燃料とバイオマスをガス化す
るガス化装置において、炭素系化石燃料のガス化装置の
下流に熱回収装置を設置し、該熱回収装置により炭素系
化石燃料のガス化に伴なう発生熱を水蒸気として回収
し、該水蒸気をバイオマスのガス化装置に供給してバイ
オマスをガス化するよう構成したことを特徴とする炭素
系化石燃料とバイオマスのガス化装置。
【請求項３】炭素系化石燃料とバイオマスのガス化方
法において、炭素系化石燃料のガス化装置の下流にバイ
オマスのガス化装置を設置し、炭素系化石燃料を酸素を
含む酸化剤雰囲気中でガス化し、該ガス化の熱によりバ
イオマスのガス化装置内のバイオマスをガス化すること
を特徴とする炭素系化石燃料とバイオマスのガス化方
法。
【請求項４】炭素系化石燃料とバイオマスのガス化方
法において、炭素系化石燃料のガス化装置の下流に熱回
収装置を設け、炭素系化石燃料を酸素を含む酸化剤雰囲
気中でガス化する際の発生熱を前記熱回収装置により水
蒸気として回収し、該水蒸気をバイオマスのガス化装置
に供給してバイオマスをガス化することを特徴とする炭
素系化石燃料とバイオマスのガス化方法。
【請求項５】炭素系化石燃料とバイオマスをガス化
し、得られた生成ガスをガスタービン発電装置の燃料と
した発電プラントであって、前記炭素系化石燃料とバイオマスをガス化するガス化装
置を備え、該ガス化装置は、炭素系化石燃料のガス化装置の下流に
バイオマスのガス化装置が配置されており、前記炭素系化石燃料のガス化装置による生成ガスと、バ
イオマスのガス化装置による生成ガスとをガスタービン
発電装置の燃料としたことを特徴とする発電プラント。
【請求項６】炭素系化石燃料とバイオマスをガス化
し、得られた生成ガスをガスタービン発電装置の燃料と
した発電プラントであって、前記炭素系化石燃料とバイオマスをガス化するガス化装
置を備え、炭素系化石燃料のガス化装置の下流に熱回収
装置を設け、該熱回収装置により炭素系化石燃料のガス
化に伴なう発生熱を水蒸気として回収し、該水蒸気をバ
イオマスのガス化装置に供給してバイオマスをガス化す
るよう構成し、炭素系化石燃料の生成ガスとバイオマス
の生成ガスとをガスタービン発電装置の燃料としたこと
を特徴とする発電プラント。
【請求項７】バイオマスのガス化装置の上流にバイオ
マス予熱装置を設け、該予熱装置にガスタービンの排ガ
スを導き、該排ガスによりバイオマスを予熱するよう構
成した請求項６に記載の発電プラント。
【請求項８】炭素系化石燃料をガス化するための酸素
を含む酸化剤に、ガスタービンの圧縮機の抽気空気を用
いた請求項６に記載の発電プラント。
【請求項９】炭素系化石燃料とバイオマスをガス化
し、得られた生成ガスをガスタービン発電装置の燃料と
し発電する発電プラントの運転方法において、炭素系化
石燃料を酸素を含む酸化剤でガス化し、該ガス化時の発
熱を熱回収装置により水蒸気として回収し、該水蒸気を
バイオマスのガス化装置に導いてバイオマスをガス化
し、該生成ガスを膨張タービンと圧縮機が同軸で接続さ
れた圧力調整装置に導き、前記炭素系化石燃料のガス化
装置で得られた生成ガスを前記圧縮機に供給し、バイオ
マスの生成ガスを減圧すると同時に炭素系化石燃料の生
成ガスを加圧してガスタービン発電装置に供給すること
を特徴とする発電プラントの運転方法。
【請求項１０】バイオマスの生成ガスを圧力調整装置
である膨張タービンに通さずに、膨張タービン入口から
出口へとバイパスするバイパス配管を設けて、これに流
量調節弁を設け炭素系化石燃料の生成ガスの圧縮機出口
圧力を制御する請求項９に記載の発電プラントの運転方
法。
【請求項１１】炭素系化石燃料とバイオマスをガス化
し、得られた生成ガスを燃料として発電する発電プラン
トの運転方法において、炭素系化石燃料のガス化時の発熱を水蒸気として回収
し、この水蒸気でバイオマスをガス化し、該生成ガスを
ガスタービン発電装置に導き、該発電装置の出力をガス
タービン入口に設けた流量調節弁で制御し、前記炭素系
化石燃料のガス化装置の圧力を炭素系化石燃料の供給量
で制御し、バイオマスのガス化装置の圧力をバイオマス
の供給量で制御し、ガスタービン入口の圧力をバイオマ
スのガス化装置出口に設けた流量調節弁で制御すること
を特徴とする発電プラントの運転方法。