JP2003501583A - 酸素吹込みガス化器に対する改良燃料ガスターボエクスパンダおよびそれに関連した方法 - Google Patents
酸素吹込みガス化器に対する改良燃料ガスターボエクスパンダおよびそれに関連した方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸素吹込みガス化器に対する改良燃料ガスターボエクスパンダ。
【解決手段】 主負荷を駆動する為に予定の圧力で燃焼させる為に、酸素吹込みガス化器からの燃料ガスを利用するガスタービンを含んでいて、燃料ガスから供給される燃料ガスが、予定の圧力より高い圧力であるような発電プラントで、燃料ガスの圧力をガスタービンが要求する一層低い圧力に下げる為の装置を設けた。この装置は、燃焼器及び燃焼器より下流側の膨脹器を含み、燃焼器及び膨脹器がガス化器及びガスタービンの間に配置される。
Description
【０００１】
この発明は全般的にガスタービン、特に統合石炭ガス化複合サイクル・システ
ムに関する。
ムに関する。
【０００２】
統合ガス化複合サイクル・システムは、環境に受入れられるような形で石炭を
燃焼する融通性のある運転方式である。典型的には、このシステムは空気吹込み
又は酸素吹込みガス化器を用いる。酸素吹込みガス化器の場合、ガス化器の最適
圧力は、ガスタービンが要求する燃料圧力よりずっと高い。空気吹込みガス化器
の場合、ガス化器の為の空気を圧縮する為に電動機から動力を供給する場合、こ
の必要動力によって、プラントの全体的な動力出力が低下する。酸素吹込みガス
化器の場合、燃料ガスの流れの中にエネルギ回復タービン又はターボエクスパン
ダを取付け、熱交換器を使って間接的に入口温度を高くすることにより、エネル
ギを回復する。この発明では、膨脹器に燃焼器を追加し、膨脹器の中で圧力を下
げて、膨脹器の動力出力を使って発電機又はその他の負荷を駆動することにより
、追加のエネルギが回収される。
燃焼する融通性のある運転方式である。典型的には、このシステムは空気吹込み
又は酸素吹込みガス化器を用いる。酸素吹込みガス化器の場合、ガス化器の最適
圧力は、ガスタービンが要求する燃料圧力よりずっと高い。空気吹込みガス化器
の場合、ガス化器の為の空気を圧縮する為に電動機から動力を供給する場合、こ
の必要動力によって、プラントの全体的な動力出力が低下する。酸素吹込みガス
化器の場合、燃料ガスの流れの中にエネルギ回復タービン又はターボエクスパン
ダを取付け、熱交換器を使って間接的に入口温度を高くすることにより、エネル
ギを回復する。この発明では、膨脹器に燃焼器を追加し、膨脹器の中で圧力を下
げて、膨脹器の動力出力を使って発電機又はその他の負荷を駆動することにより
、追加のエネルギが回収される。
【０００３】
更に具体的に言うと、ガス化器からの流出ガスは２列ガス冷却器（放射冷却器
に続く対流冷却器）又はクーラに水を噴射する急冷冷却器の何れかで冷却される
。燃料ガスは、粒状物を除去するように更に処理される。ターボエクスパンダを
含めて、ガス圧力をガスタービンの動作圧力まで下げると共に、有用なエネルギ
を回収する。典型的には、膨脹器より前の温度は、粒状物の除去及び有用な熱を
取出す為に、冷却された温度より上げる必要がある。従来、これは熱交換器を使
うことにより、そしてある程度は、温度を上げる為のシフト反応器を含めること
によって達成されている。
に続く対流冷却器）又はクーラに水を噴射する急冷冷却器の何れかで冷却される
。燃料ガスは、粒状物を除去するように更に処理される。ターボエクスパンダを
含めて、ガス圧力をガスタービンの動作圧力まで下げると共に、有用なエネルギ
を回収する。典型的には、膨脹器より前の温度は、粒状物の除去及び有用な熱を
取出す為に、冷却された温度より上げる必要がある。従来、これは熱交換器を使
うことにより、そしてある程度は、温度を上げる為のシフト反応器を含めること
によって達成されている。
【０００４】
この発明では、ターボエクスパンダの上流に燃焼器を追加し、膨脹器のエネル
ギ出力を高める為に、少量の酸素を燃焼器に添加し、こうして有用な仕事の量を
増加するが、装置の複雑さをあまり高めない。減圧した燃料ガスをこの後硫黄除
去装置の中で冷却して通過させ、加熱し、その後ガスタービンに供給する。
ギ出力を高める為に、少量の酸素を燃焼器に添加し、こうして有用な仕事の量を
増加するが、装置の複雑さをあまり高めない。減圧した燃料ガスをこの後硫黄除
去装置の中で冷却して通過させ、加熱し、その後ガスタービンに供給する。
【０００５】
従って、広義に見れば、この発明は、主負荷を駆動する為に予定の圧力で燃焼
させる為に、酸素吹込みガス化器からの燃料ガスを利用するガスタービンを含ん
でいて、ガス化器から供給される燃料ガスが、予定の圧力より高い圧力であるよ
うな発電プラントに用いられ、特に、燃料ガスの圧力をガスタービンが要求する
一層低い圧力に下げる為の装置を含んでおり、この装置が、燃焼器及び燃焼器よ
り下流側の膨脹器を含み、この燃焼器及び膨脹器がガス化器及びガスタービンの
間に配置されている。
させる為に、酸素吹込みガス化器からの燃料ガスを利用するガスタービンを含ん
でいて、ガス化器から供給される燃料ガスが、予定の圧力より高い圧力であるよ
うな発電プラントに用いられ、特に、燃料ガスの圧力をガスタービンが要求する
一層低い圧力に下げる為の装置を含んでおり、この装置が、燃焼器及び燃焼器よ
り下流側の膨脹器を含み、この燃焼器及び膨脹器がガス化器及びガスタービンの
間に配置されている。
【０００６】
別の一面では、この発明はガスタービンで燃料ガスを燃焼させる前に、酸素吹
込みガス化器によって発生された燃料ガスの圧力を下げる方法に関するものであ
り、この方法は、ガスタービンが要求するよりも高い圧力の燃料ガスを、ガス化
器より下流側の燃焼器及び膨脹器に供給し、こうして燃料ガス圧力を下げ、膨脹
器より下流側での燃料ガスの硫黄を除去し、燃料ガスを予定の入口温度まで加熱
し、燃料ガスをガスタービンが要求する圧力でガスタービンに供給する工程を含
む。
込みガス化器によって発生された燃料ガスの圧力を下げる方法に関するものであ
り、この方法は、ガスタービンが要求するよりも高い圧力の燃料ガスを、ガス化
器より下流側の燃焼器及び膨脹器に供給し、こうして燃料ガス圧力を下げ、膨脹
器より下流側での燃料ガスの硫黄を除去し、燃料ガスを予定の入口温度まで加熱
し、燃料ガスをガスタービンが要求する圧力でガスタービンに供給する工程を含
む。
【０００７】
図面について説明すると、統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）システムがガ
スタービン１０を持ち、その廃ガスを使って、蒸気タービンに対する熱回収蒸気
発生器（ＨＲＳＧ）で蒸気を加熱する。ＨＲＳＧ及び蒸気タービンの組合わせが
１２に示されている。蒸気タービンが典型的には、例えば電力を発生する発電機
１４を駆動する。
スタービン１０を持ち、その廃ガスを使って、蒸気タービンに対する熱回収蒸気
発生器（ＨＲＳＧ）で蒸気を加熱する。ＨＲＳＧ及び蒸気タービンの組合わせが
１２に示されている。蒸気タービンが典型的には、例えば電力を発生する発電機
１４を駆動する。
【０００８】
ガスタービン１０には配管１６を介して燃料ガスが供給されると共に、配管１
８を介して空気が供給される。空気はガスタービンの圧縮機から配管２０を介し
て抽出され、空気分離器２２に供給される。Ｎ2が配管２４を介してガスタービ
ンに戻され、高圧酸素が配管２８を介してガス化／固形物除去装置又はガス化器
２６に供給される。ガスタービンに供給されるＮ2はタービン出力を増加する。
８を介して空気が供給される。空気はガスタービンの圧縮機から配管２０を介し
て抽出され、空気分離器２２に供給される。Ｎ2が配管２４を介してガスタービ
ンに戻され、高圧酸素が配管２８を介してガス化／固形物除去装置又はガス化器
２６に供給される。ガスタービンに供給されるＮ2はタービン出力を増加する。
【０００９】
ガス化／固形物除去装置２６が配管３０から石炭を受取ると共に配管３２から
蒸気を受取り、それと共に配管２８を介して高圧力の酸素を受取る。生ガスが配
管３４を介して装置２６を出ていき、ガス冷却／粒状物除去及び燃料ガス加熱装
置３６に供給される。装置３６で、粒状物の除去により、炭素が配管３８を介し
てガス化器にリサイクルされる。
蒸気を受取り、それと共に配管２８を介して高圧力の酸素を受取る。生ガスが配
管３４を介して装置２６を出ていき、ガス冷却／粒状物除去及び燃料ガス加熱装
置３６に供給される。装置３６で、粒状物の除去により、炭素が配管３８を介し
てガス化器にリサイクルされる。
【００１０】
ガス化器の最適圧力は、ガスタービンの燃料圧力に必要な圧力よりもずっと高
いので、燃料ガスが装置３６を出ていき、配管４０を介して燃焼器４２に供給さ
れる。ここで燃料ガスが配管４４からの空気又はＯ2の流れと混合される。この
結果得られる燃焼ガスが配管４６を介してターボエクスパンダ４８に供給され、
そこでガスがガスタービンの動作圧力まで下げられ、有用なエネルギを使って、
随意選択の発電機５０又はその他の負荷を駆動する。燃焼器に供給される空気又
はＯ2の量は、膨脹器から希望するエネルギ出力に応じて変化する。膨脹した燃
料が、配管５２を介してガス冷却／硫黄除去装置５４に供給され、冷却された燃
料ガスが配管５６を介して装置３６の燃料ガス加熱部分に戻され、配管５８によ
って硫黄が回収される。
いので、燃料ガスが装置３６を出ていき、配管４０を介して燃焼器４２に供給さ
れる。ここで燃料ガスが配管４４からの空気又はＯ2の流れと混合される。この
結果得られる燃焼ガスが配管４６を介してターボエクスパンダ４８に供給され、
そこでガスがガスタービンの動作圧力まで下げられ、有用なエネルギを使って、
随意選択の発電機５０又はその他の負荷を駆動する。燃焼器に供給される空気又
はＯ2の量は、膨脹器から希望するエネルギ出力に応じて変化する。膨脹した燃
料が、配管５２を介してガス冷却／硫黄除去装置５４に供給され、冷却された燃
料ガスが配管５６を介して装置３６の燃料ガス加熱部分に戻され、配管５８によ
って硫黄が回収される。
【００１１】
一層低い圧力、即ちガスタービンの動作圧力にある燃料ガスが、所望の入口温
度まで加熱され、その後配管１６を介してガスタービン１０に供給される。
度まで加熱され、その後配管１６を介してガスタービン１０に供給される。
【００１２】
装置３６の燃料ガス加熱部分とガス冷却及び硫黄除去装置５４の間を伸びる線
６０で示すように、普通の（そして随意選択の）統合熱流もある。
６０で示すように、普通の（そして随意選択の）統合熱流もある。
【００１３】
この発明を現在最も実用的で好ましい実施例と考えられるものについて説明し
たが、この発明がここに開示された実施例に制限されず、むしろ、特許請求の範
囲内で、種々の変更及び均等物の配置をカバーするものであることを承知された
い。
たが、この発明がここに開示された実施例に制限されず、むしろ、特許請求の範
囲内で、種々の変更及び均等物の配置をカバーするものであることを承知された
い。
【図１】
複合サイクル・システム内に取入れた酸素吹込むガス化器の簡略流れ図。
─────────────────────────────────────────────────────
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）
Ｆ０１Ｋ 23/10 Ｆ０１Ｋ 23/10 Ｔ
Ｆ０２Ｃ 3/28 Ｆ０２Ｃ 3/28
6/18 6/18 Ａ
Ｈ０２Ｐ 9/04 Ｈ０２Ｐ 9/04 Ｆ
Claims (13)
- 【請求項１】 主負荷を駆動する為に予定の圧力で燃焼させる為、酸素吹込
みガス化器からの燃料ガスを利用するガスタービンを含んでいて、前記ガス化器
から供給される燃料ガスが前記予定の圧力より高い圧力であるような発電プラン
トで、前記燃料ガスの圧力を前記ガスタービンが要求する一層低い圧力に下げる
装置に於て、燃焼器と、該燃焼器の下流側にある膨脹器とを有し、前記燃焼器及
び前記膨脹器が前記ガス化器及び前記ガスタービンの間に配置されている装置。 - 【請求項２】 前記膨脹器が発電機を駆動する請求項１記載の装置。
- 【請求項３】 膨脹器を出ていくガスを前記ガスタービンに供給する手段を
含む請求項１記載の装置。 - 【請求項４】 前記燃焼器に入る燃料ガスが前記酸素吹込みガス化器から供
給され、ガス冷却及び粒状物除去装置が前記ガス化器及び前記燃焼器の間に配置
されている請求項１記載の装置。 - 【請求項５】 更に蒸気タービン、及び熱回収蒸気発生器を有し、前記蒸気
タービンからの使用済み蒸気が前記熱回収蒸気発生器で前記ガスタービンからの
廃熱によって再熱される請求項１記載の装置。 - 【請求項６】 前記ガスタービンとＮ2及び空気を交換する空気分離装置を
有する請求項１記載の装置。 - 【請求項７】 前記空気分離装置からの酸素を前記ガス化器に供給する請求
項６記載の装置。 - 【請求項８】 前記燃焼器に空気又は酸素を供給する手段を含む請求項１記
載の装置。 - 【請求項９】 主負荷を駆動する為に予定の圧力で燃焼させる為に、酸素吹
込みガス化器からの燃料ガスを利用するガスタービンを有し、前記ガス化器から
供給される燃料ガスが前記予定の圧力より高い圧力であり、更に、前記高い圧力
の燃料ガスを前記予定の圧力に下げて該燃料ガスを前記ガスタービンに供給する
手段を有する発電プラント。 - 【請求項１０】 酸素吹込みガス化器によって発生された燃料ガスの圧力を
、ガスタービンに於ける前記燃料ガスの燃焼の前に下げる方法に於て、ａ）前記
ガスタービンが要求するよりも高い圧力の前記燃料ガスを、前記ガス化器より下
流側にある燃焼器及び膨脹器に供給して、燃料ガス圧力を下げ、ｂ）前記膨脹器
より下流側の燃料ガスから硫黄を除去し、ｃ）前記燃料ガスを予定の入口温度ま
で加熱し、そしてｄ）前記燃料ガスを前記ガスタービンが要求する圧力で前記ガ
スタービンに供給する、工程を含む方法。 - 【請求項１１】 前記膨脹器を利用して発電機を駆動することを含む請求項
１０記載の方法。 - 【請求項１２】 前記工程ａ）の前に、前記燃料ガスから粒状物を除去する
請求項１０記載の方法。 - 【請求項１３】 前記燃料ガスと混合する為に、空気又は酸素を前記燃焼器
に供給する請求項１０記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/325,174 US6314715B1 (en) | 1999-06-03 | 1999-06-03 | Modified fuel gas turbo-expander for oxygen blown gasifiers and related method |
| US09/325,174 | 1999-06-03 | ||
| PCT/US2000/013443 WO2000075499A1 (en) | 1999-06-03 | 2000-05-16 | Modified fuel gas turbo-expander for oxygen blown gasifiers and related method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003501583A true JP2003501583A (ja) | 2003-01-14 |
Family
ID=23266761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001501753A Pending JP2003501583A (ja) | 1999-06-03 | 2000-05-16 | 酸素吹込みガス化器に対する改良燃料ガスターボエクスパンダおよびそれに関連した方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6314715B1 (ja) |
| EP (1) | EP1102926B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003501583A (ja) |
| CA (1) | CA2338619C (ja) |
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