JP2007091785A - Fluidized bed gasification apparatus and coal gasification hybrid power system - Google Patents

Fluidized bed gasification apparatus and coal gasification hybrid power system Download PDF

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克哉 伊藤
Yoshihiko Tsuchiyama
佳彦 土山
Isao Torii
鳥居　　功
Keiji Usami
圭二 宇佐美
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluidized bed gasification apparatus in which a gasification furnace and a desulfurization equipment can be operated at optimal temperatures, respectively, and to provide a coal gasification hybrid power system. <P>SOLUTION: This fluidized bed gasification apparatus 6 comprising a gasification furnace 2 to which a solid fuel and a gas containing oxygen are supplied to gasify the solid fuel into a fuel gas, a desulfurization equipment 3 to which the fuel gas produced in the gasification furnace 2 and a desulfurizing agent containing calcium carbonate are supplied to contact-react the fuel gas with the calcium carbonate in the desulfurizing agent, thereby removing hydrogen sulfide contained in the fuel gas as calcium sulfide, and an oxidation furnace 4 to which the gasification residues discharged from the gasification furnace 2, the desulfurizing agent discharged from the desulfurization equipment 3, and a gas containing oxygen are supplied to burn the gasification residues with the gas containing oxygen and simultaneously react the calcium sulfide in the desulfurizing agent with oxygen into calcium sulfate, is characterized by disposing a fuel gas cooler 5 between the gasification furnace 2 and the desulfurization equipment 3. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、火力発電設備や燃料ガス製造設備等において石炭のガス化に使用される流動床ガス化装置およびこれを備えた石炭ガス化複合発電システムに関するものである。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fluidized bed gasifier used for coal gasification in a thermal power generation facility, a fuel gas production facility, and the like, and a coal gasification combined power generation system including the same.

従来から石炭火力プラントの発電効率向上のために、石炭ガス化複合発電システムの開発が進められており、たとえば、そのシステムの一例として、ガス化炉、脱硫炉、酸化炉、脱塵装置、ガスタービン、蒸気タービン、脱硝装置などから構成されたシステムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２０００−２２７２０５号公報（図２） In order to improve the power generation efficiency of coal-fired power plants, coal gasification combined power generation systems have been developed. For example, gasification furnaces, desulfurization furnaces, oxidation furnaces, dedusting equipment, gas A system including a turbine, a steam turbine, a denitration device, and the like is known (for example, see Patent Document 1).
JP 2000-227205 A (FIG. 2)

しかしながら、このような従来の石炭ガス化複合発電システムでは、反応面から脱硫炉の温度を９３０℃〜９８０℃に維持しなければならず、そのため、ガス化炉から脱硫炉までの配管における放散熱を考慮したとしても、ガス化炉の温度を９４０℃〜９９０℃に維持しなければならなかった。
ガス化炉におけるガス化の最適温度は１０００℃〜１０５０℃である。したがって、９４０℃〜９９０℃という温度は、石炭をガス化させるには低温となってしまうため、タールが発生したり、ガス化の反応速度が遅くなり、ガス化させるための反応時間が長くなってしまうといった問題点があった。
所定のガス発生量を確保するには反応容積を大きくすればよいが、これはガス化炉の大型化を招いてしまうので好ましくない（実用的でない）。 However, in such a conventional coal gasification combined power generation system, the temperature of the desulfurization furnace must be maintained at 930 ° C. to 980 ° C. from the reaction surface. Therefore, the heat dissipated in the pipes from the gasification furnace to the desulfurization furnace However, the temperature of the gasifier had to be maintained at 940 ° C. to 990 ° C.
The optimum gasification temperature in the gasification furnace is 1000 ° C to 1050 ° C. Accordingly, since the temperature of 940 ° C. to 990 ° C. is low for gasifying coal, tar is generated, the gasification reaction rate is slow, and the reaction time for gasification is long. There was a problem such as.
In order to secure a predetermined gas generation amount, the reaction volume may be increased, but this is not preferable (not practical) because it leads to an increase in the size of the gasification furnace.

また、従来の石炭ガス化複合発電システムでは、たとえば起動時など、ガス量の少ない低負荷時に、脱硫炉の温度が低下して、脱硫炉の温度がカルシネーション反応開始温度を下回り、脱硫反応を生じさせることができないといった問題点があった。
さらに、灰融点の低い石炭種を使用しようとした場合には、ガス化炉の温度を高くすることができないため、脱硫炉の温度をカルシネーション反応開始温度以上に設定することができず、脱硫反応を生じさせることができないといった問題点もあった。 Also, in a conventional coal gasification combined cycle system, the temperature of the desulfurization furnace decreases at a low load with a small amount of gas, for example, at startup, and the temperature of the desulfurization furnace falls below the calcination reaction start temperature, and the desulfurization reaction is performed. There was a problem that it could not be generated.
Furthermore, when trying to use a coal type with a low ash melting point, the temperature of the gasifier cannot be increased, so the temperature of the desulfurization furnace cannot be set higher than the calcination reaction start temperature, and desulfurization is not possible. There was also a problem that the reaction could not be caused.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ガス化炉および脱硫炉をそれぞれ最適な温度で運転させることのできる流動床ガス化装置および石炭ガス化複合発電システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a fluidized bed gasifier and a coal gasification combined power generation system capable of operating a gasification furnace and a desulfurization furnace at optimum temperatures, respectively. And

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の流動床ガス化装置は、固体燃料と酸素を含むガスが供給され、前記固体燃料をガス化し燃料ガスを発生させるガス化炉と、前記ガス化炉で発生した燃料ガスおよび炭酸カルシウムを含有する脱硫剤が供給され、燃料ガスと脱硫剤中の炭酸カルシウムの接触反応により燃料ガス中に含まれる硫化水素を硫化カルシウムとして除去する脱硫炉と、前記ガス化炉から排出されたガス化残渣、前記脱硫炉から排出された脱硫剤、および酸素を含むガスとが供給され、酸素を含むガスによりガス化残渣を燃焼させるとともに脱硫剤中の硫化カルシウムを酸素との反応により硫酸カルシウムに転換させる酸化炉とを具備する流動床ガス化装置であって、前記ガス化炉と前記脱硫炉との間に、燃料ガス冷却器が設けられていることを特徴とする。
このような流動床ガス化装置によれば、ガス化炉から脱硫炉に送られる燃料ガスの温度が燃料ガス冷却器により下げられるようになっている。
すなわち、ガス化炉の温度がガス化に最適な温度（たとえば、１０００℃〜１０５０℃）に設定され、かつ脱硫炉の温度が脱硫に最適な温度（たとえば、９1０℃〜９８０℃）に設定され得ることとなる。「固体燃料」としては、石炭が好適である。 The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The fluidized bed gasifier according to claim 1 is supplied with a gas containing solid fuel and oxygen, gasifies the solid fuel to generate fuel gas, fuel gas generated in the gasifier, and A desulfurization agent containing calcium carbonate was supplied, and the desulfurization furnace for removing hydrogen sulfide contained in the fuel gas as calcium sulfide by the catalytic reaction between the fuel gas and calcium carbonate in the desulfurization agent was discharged from the gasification furnace. A gasification residue, a desulfurization agent discharged from the desulfurization furnace, and a gas containing oxygen are supplied, the gasification residue is burned by the gas containing oxygen, and calcium sulfate in the desulfurization agent is reacted with oxygen to produce calcium sulfate. A fluidized bed gasification apparatus comprising an oxidation furnace to be converted into a fuel gas cooler, wherein a fuel gas cooler is provided between the gasification furnace and the desulfurization furnace. That.
According to such a fluidized bed gasifier, the temperature of the fuel gas sent from the gasification furnace to the desulfurization furnace is lowered by the fuel gas cooler.
That is, the temperature of the gasification furnace is set to an optimum temperature for gasification (for example, 1000 ° C. to 1050 ° C.), and the temperature of the desulfurization furnace is set to an optimum temperature for desulfurization (for example, 910 ° C. to 980 ° C.). Will get. As the “solid fuel”, coal is suitable.

請求項２に記載の流動床ガス化装置は、前記燃料ガス冷却器に蒸気が供給されるとともに、当該蒸気と前記燃料ガスとの間で熱交換が行われるように構成されていることを特徴とする。

このような流動床ガス化装置によれば、燃料ガス冷却器に供給される蒸気に、燃料ガスの熱エネルギーが回収されるようになっている。この蒸気を蒸気タービンの駆動に用いれば、蒸気タービンの効率を向上させることができる。 The fluidized bed gasifier according to claim 2 is configured such that steam is supplied to the fuel gas cooler and heat exchange is performed between the steam and the fuel gas. And

According to such a fluidized bed gasifier, the thermal energy of the fuel gas is recovered by the steam supplied to the fuel gas cooler. If this steam is used for driving the steam turbine, the efficiency of the steam turbine can be improved.

請求項３に記載の流動床ガス化装置は、固体燃料と酸素を含むガスが供給され、前記固体燃料をガス化し燃料ガスを発生させるガス化炉と、前記ガス化炉で発生した燃料ガスおよび炭酸カルシウムを含有する脱硫剤が供給され、燃料ガスと脱硫剤中の炭酸カルシウムの接触反応により燃料ガス中に含まれる硫化水素を硫化カルシウムとして除去する脱硫炉と、前記ガス化炉から排出されたガス化残渣、前記脱硫炉から排出された脱硫剤、および酸素を含むガスとが供給され、酸素を含むガスによりガス化残渣を燃焼させるとともに脱硫剤中の硫化カルシウムを酸素との反応により硫酸カルシウムに転換させる酸化炉とを具備する流動床ガス化装置であって、前記脱硫炉に、当該脱硫炉の内部に酸素を含むガスを供給するガス供給手段が設けられていることを特徴とする。
このような流動床ガス化装置によれば、ガス供給手段を介して脱硫炉内に酸素を含むガスが供給されると、燃料ガスが燃焼させられて、脱硫炉内の温度が上昇するとともに、カルシネーション反応開始温度以上に保たれることとなる。 The fluidized bed gasifier according to claim 3 is supplied with a gas containing solid fuel and oxygen, gasifies the solid fuel to generate fuel gas, fuel gas generated in the gasifier, and A desulfurization agent containing calcium carbonate was supplied, and the desulfurization furnace for removing hydrogen sulfide contained in the fuel gas as calcium sulfide by the catalytic reaction between the fuel gas and calcium carbonate in the desulfurization agent was discharged from the gasification furnace. A gasification residue, a desulfurization agent discharged from the desulfurization furnace, and a gas containing oxygen are supplied, and the gasification residue is burned by the gas containing oxygen, and calcium sulfide in the desulfurization agent is reacted with oxygen to produce calcium sulfate. A fluidized bed gasification apparatus comprising an oxidation furnace for conversion into a gas supply means for supplying a gas containing oxygen into the desulfurization furnace. And wherein the are.
According to such a fluidized bed gasifier, when a gas containing oxygen is supplied into the desulfurization furnace via the gas supply means, the fuel gas is burned, and the temperature in the desulfurization furnace rises. It will be kept above the calcination reaction start temperature.

請求項４に記載の流動床ガス化装置は、前記ガス供給手段に、酸素を含むガスを気泡部に導入するガス気泡投入装置が設けられていることを特徴とする。
このような流動床ガス化装置によれば、脱硫炉内に供給される酸素を含むガスがガス気泡投入装置により流動床の気泡部に投入され、酸素と脱硫剤との接触が抑制され、酸化によるＣａＳＯ４の発生が抑制されて、脱硫効果の低減が防止されることとなる。 The fluidized bed gasifier according to claim 4 is characterized in that the gas supply means is provided with a gas bubble injection device for introducing a gas containing oxygen into the bubble portion.
According to such a fluidized bed gasifier, a gas containing oxygen supplied into the desulfurization furnace is introduced into the bubble portion of the fluidized bed by the gas bubble introduction device, the contact between oxygen and the desulfurizing agent is suppressed, and oxidation is performed. generation of CaSO 4 due to is suppressed, so that the reduction of the desulfurizing effect is prevented.

請求項５に記載の石炭ガス化複合発電システムは、請求項１から４のいずれか一項に記載の流動床ガス化装置を具備してなることを特徴とする。
このような石炭ガス化複合発電システムによれば、ガス化炉および脱硫炉をそれぞれ最適な温度で運転させることのできる流動床ガス化装置を具備しているので、石炭ガス化複合発電システム全体の高効率化が図られるとともに、常に安定した脱硫反応が生じさせられることとなる。 A combined coal gasification combined cycle power generation system according to a fifth aspect includes the fluidized bed gasification apparatus according to any one of the first to fourth aspects.
According to such a coal gasification combined power generation system, since the gasification furnace and the desulfurization furnace are each provided with a fluidized bed gasification device capable of operating at an optimum temperature, High efficiency is achieved, and a stable desulfurization reaction is always generated.

本発明によれば、以下の効果を奏する。
ガス化炉の温度をガス化に最適な温度に設定することができることにより、タールの発生を抑制することができる。
また、ガス化炉の温度をガス化に最適な温度に設定することができることにより、ガス化の反応速度を速めることができ、ガス化させるための反応時間を短くすることができるので、反応容積を小さくすることができて、ガス化炉の小型化を図ることができる。
さらに、燃料ガス冷却器により燃料ガスと蒸気とが熱交換され、燃料ガスの熱エネルギーが蒸気により回収されるようになっているので、この蒸気を蒸気タービンに用いた場合、蒸気タービンの効率を向上させることができるとともに、石炭ガス化複合発電システム全体の効率を向上させることができる。
さらにまた、ガス量の少ない低負荷時（たとえば起動時など）でも、ガス量に関係なく脱硫炉の温度を上昇させることができて、脱硫炉の温度を常にカルシネーション反応開始温度以上に保つことができるので、常に安定した脱硫反応を生じさせることができる。
さらにまた、灰融点の低い石炭種を使用しようとした場合でも、ガス化炉の温度を高くする必要がなく、ガス化炉の温度に関係なく脱硫炉の温度を上昇させることができて、脱硫炉の温度を常にカルシネーション温度以上に保つことができるので、常に安定した脱硫反応を生じさせることができる。 The present invention has the following effects.
The generation of tar can be suppressed by setting the temperature of the gasification furnace to an optimum temperature for gasification.
Further, since the temperature of the gasification furnace can be set to an optimum temperature for gasification, the reaction rate of gasification can be increased and the reaction time for gasification can be shortened. The gasification furnace can be reduced in size.
In addition, the fuel gas and steam are heat-exchanged by the fuel gas cooler, and the thermal energy of the fuel gas is recovered by the steam. When this steam is used in the steam turbine, the efficiency of the steam turbine is reduced. It is possible to improve the efficiency of the combined coal gasification combined power generation system.
Furthermore, the temperature of the desulfurization furnace can be increased regardless of the amount of gas even when the gas load is low and the load is low (for example, at startup), and the desulfurization furnace temperature is always kept above the calcination reaction start temperature. Therefore, a stable desulfurization reaction can always be generated.
Furthermore, even when trying to use a coal type with a low ash melting point, there is no need to increase the temperature of the gasifier, and the temperature of the desulfurization furnace can be increased regardless of the temperature of the gasifier, Since the furnace temperature can always be kept above the calcination temperature, a stable desulfurization reaction can always be caused.

以下、本発明による流動床ガス化装置およびこれを備えた石炭ガス化複合発電システムの一実施形態について、図１を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る石炭ガス化複合発電システム１は、ガス化炉（「部分ガス化炉」とも呼ばれる）２、脱硫炉３、酸化炉４、および燃料ガス冷却器５からなる流動床ガス化装置６と、生成ガス冷却器７と、第１のサイクロン８と、精密脱塵装置９と、空気圧縮機１０と、ガスタービン燃焼器１１と、ガスタービン１２と、ガスタービン付き発電機１２ａと、排熱回収ボイラ１３と、煙突１４と、復水器１５と、蒸気タービン１６と、蒸気タービン付き発電機１６ａと、第２のサイクロン１７とを主たる要素として構成されたものである。 Hereinafter, an embodiment of a fluidized bed gasifier according to the present invention and a combined coal gasification combined power generation system including the same will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, a combined coal gasification combined power generation system 1 according to this embodiment includes a gasification furnace (also referred to as “partial gasification furnace”) 2, a desulfurization furnace 3, an oxidation furnace 4, and a fuel gas cooler 5. Fluidized bed gasifier 6, product gas cooler 7, first cyclone 8, precision dust remover 9, air compressor 10, gas turbine combustor 11, gas turbine 12, and gas A generator 12a with a turbine, an exhaust heat recovery boiler 13, a chimney 14, a condenser 15, a steam turbine 16, a generator 16a with a steam turbine, and a second cyclone 17 are configured as main elements. Is.

まず、本実施形態に含まれる主要な構成要素について概説する。
ガス化炉２は、石炭を石炭ガス化ガス（以下、「燃料ガス」という）に転換するためのものであって、このガス化炉２では、石炭と空気および酸化炉４からの燃焼ガスが供給され、石炭のガス化により、ＣＯやＣＨ４およびＨ２を可燃成分とする燃料ガスとチャーが生成される。なお、チャーとは石炭をガス化した際に残存する炭素質多孔材（未燃炭素および灰分を含む）のことである。
脱硫炉３は、燃料ガス中の硫黄分を石灰石中にＣａＳとして固定・脱硫するための炉であって、この脱硫炉３では、石灰石を用いて、ガス化炉２で生成した燃料ガス中に含まれるＨ２Ｓの脱硫が行われる。次式に高温乾式石灰石脱硫の反応式を示す。
１）ＣａＣＯ３→ＣａＯ＋ＣＯ２（カルシネーション反応）
２）ＣａＯ＋Ｈ２Ｓ→ＣａＳ＋Ｈ２Ｏ
また、ＣａＳはそのまま排出すると大気中では吸湿しＨ２Ｓを発生するため、酸化炉４で処理される。
酸化炉４はチャーを燃焼させるとともに、ＣａＳを酸化させるものであって、酸化炉４では、ガス化炉２から供給されるチャーの燃焼および脱硫炉３から供給されるＣａＳの酸化（石膏化（ＣａＣＯ４化））が行われる。燃焼ガスはガス化炉２へ供給され、石炭灰および石膏は酸化炉４から排出される。 First, the main components included in this embodiment will be outlined.
The gasification furnace 2 is for converting coal into coal gasification gas (hereinafter referred to as “fuel gas”). In the gasification furnace 2, the combustion gas from the coal and air and the oxidation furnace 4 is used. Fuel gas and char containing CO, CH 4, and H 2 as combustible components are generated by gasification of coal. Char is a porous carbonaceous material (including unburned carbon and ash) remaining when coal is gasified.
The desulfurization furnace 3 is a furnace for fixing and desulfurizing sulfur in the fuel gas as CaS in the limestone. In the desulfurization furnace 3, the limestone is used for the fuel gas generated in the gasification furnace 2. The contained H 2 S is desulfurized. The following equation shows the reaction formula for high temperature dry limestone desulfurization.
1) CaCO 3 → CaO + CO 2 (calcination reaction)
2) CaO + H 2 S → CaS + H 2 O
Further, if CaS is discharged as it is, it absorbs moisture in the atmosphere and generates H 2 S, so that it is treated in the oxidation furnace 4.
The oxidation furnace 4 burns char and oxidizes CaS. In the oxidation furnace 4, combustion of char supplied from the gasification furnace 2 and oxidation of CaS supplied from the desulfurization furnace 3 (gypsumization ( CaCO 4 )) is performed. Combustion gas is supplied to the gasification furnace 2, and coal ash and gypsum are discharged from the oxidation furnace 4.

燃料ガス冷却器５は、ガス化炉２で生成した燃料ガスの温度を低下させるためのものであって、酸化炉４近傍に配置された蒸気ドラム４ａから導かれた蒸気との熱交換により燃料ガスの温度を低下させる、いわゆる熱交換器である。これにより、ガス化炉２の温度をガス化に最適な温度（１０００℃〜１０５０℃）に設定することができるとともに、ガス化炉２から送られてくる燃料ガスの温度を低減させることができて、脱硫炉３の温度を脱硫に最適な温度（９１０℃〜９８０℃）に設定することができるようになっている。   The fuel gas cooler 5 is for lowering the temperature of the fuel gas generated in the gasification furnace 2, and fuel is exchanged by heat exchange with steam introduced from a steam drum 4 a disposed near the oxidation furnace 4. This is a so-called heat exchanger that lowers the temperature of the gas. Thereby, while being able to set the temperature of the gasification furnace 2 to the optimal temperature (1000 degreeC-1050 degreeC) for gasification, the temperature of the fuel gas sent from the gasification furnace 2 can be reduced. Thus, the temperature of the desulfurization furnace 3 can be set to an optimum temperature (910 ° C. to 980 ° C.) for desulfurization.

次に、本実施形態に係る石炭ガス化複合発電システムの作用を説明する。
まず、ガス化炉２に石炭と酸化ガス（空気）を供給すると、ガス化炉２において、石炭が酸化ガス中の酸素と、酸化炉４からの燃焼ガスによりガス化される。これによって、石炭が燃料ガスとチャーとに転換される。生成したチャーは酸化炉４に送られる。次いで、燃料ガスは、脱硫炉３に送られる。脱硫炉３においては、石灰石が供給されて石灰石の流動層が形成され、燃料ガスは、その流動層の流動化ガスの役割を果たす。ここで、燃料ガス中の硫黄分（Ｈ２Ｓ及びＣＯＳ）が石灰石中にＣａＳとして固定され脱硫が行われる。残存する脱硫剤であるＣａＳを含む石灰石は、酸化炉４に送られる。石灰石の抜き出し量は、図示しない脱硫剤移送装置により調整することができる。 Next, an operation of the coal gasification combined power generation system according to the present embodiment will be described.
First, when coal and oxidizing gas (air) are supplied to the gasification furnace 2, the coal is gasified with oxygen in the oxidation gas and combustion gas from the oxidation furnace 4 in the gasification furnace 2. As a result, coal is converted into fuel gas and char. The generated char is sent to the oxidation furnace 4. Next, the fuel gas is sent to the desulfurization furnace 3. In the desulfurization furnace 3, limestone is supplied to form a fluidized bed of limestone, and the fuel gas serves as a fluidized gas for the fluidized bed. Here, the sulfur content (H 2 S and COS) in the fuel gas is fixed as CaS in the limestone, and desulfurization is performed. The remaining limestone containing CaS, which is a desulfurizing agent, is sent to the oxidation furnace 4. The amount of limestone extracted can be adjusted by a desulfurization agent transfer device (not shown).

脱硫後の燃料ガスは、生成ガス冷却器７で冷却された後、第１のサイクロン８に送られる。第１のサイクロン８では、ＣａＳ及び残存するチャーが分離されて酸化炉４に送られる。酸化炉４では、主として石灰石（脱硫剤）により流動層が形成される。この流動層にはチャーと石灰石等が供給される。流動層は、炉底から供給される空気と水蒸気とによって流動化される。流動層内では、チャーは燃焼反応によって速やかにガスと灰分に転換されるのに対して、石灰石中のＣａＳはゆっくりとＣａＳＯ４に転換されるので、流動層の流動化粒子は石灰石が主体となる。酸化炉４の流動層には熱交換器４ｂが設置されており、流動層の熱を吸収することにより、流動層の温度が適正な温度（８５０℃〜１０５０℃）に維持される。この温度範囲では、ＣａＳをＣａＳＯ４とする反応が生じるとともに、副反応で生じたＳＯ２をＣａＯと反応させてＣａＳＯ４とする反応が進行し、しかも灰や脱硫剤が軟化することがない。 The desulfurized fuel gas is cooled by the product gas cooler 7 and then sent to the first cyclone 8. In the first cyclone 8, CaS and remaining char are separated and sent to the oxidation furnace 4. In the oxidation furnace 4, a fluidized bed is formed mainly from limestone (desulfurizing agent). Char and limestone are supplied to the fluidized bed. The fluidized bed is fluidized by air and water vapor supplied from the furnace bottom. The fluidized bed, whereas the char is converted to promptly gas and ash by the combustion reaction, since CaS in limestone is converted slowly to CaSO 4, fluidizing particles in the fluidized bed and the principal limestone Become. A heat exchanger 4b is installed in the fluidized bed of the oxidation furnace 4, and the temperature of the fluidized bed is maintained at an appropriate temperature (850 ° C. to 1050 ° C.) by absorbing the heat of the fluidized bed. In this temperature range, the reaction of converting CaS to CaSO 4 occurs, the reaction of SO 2 generated by the side reaction to react with CaO to generate CaSO 4 , and the ash and desulfurization agent do not soften.

酸化炉４から排出される燃焼ガスは、第２のサイクロン１７を経てガス化炉２に送られる。第２のサイクロン１７では、燃焼ガスから石膏及び灰分が除去される。一方、燃料ガスは、生成ガス冷却器７及び第１のサイクロン８を経て精密脱塵装置（「セラミックフィルタ」とも呼ばれる）９に送られ、この精密脱塵装置９で脱塵（除塵）される。そして、このガスは、ガスタービン１２のガスタービン燃焼器１１に送られる。ガスタービン燃焼器１１は、空気圧縮機１０からの空気で燃料ガスを燃焼させ、膨張側のタービンを回転させるとともにガスタービン付き発電機１２ａを回転させて発電を行う。タービンを回転させた後の排ガスは、排熱回収ボイラ１３へ送られて排熱回収が行われた後、煙突１４から大気中に放出される。   The combustion gas discharged from the oxidation furnace 4 is sent to the gasification furnace 2 through the second cyclone 17. In the second cyclone 17, gypsum and ash are removed from the combustion gas. On the other hand, the fuel gas passes through the product gas cooler 7 and the first cyclone 8 and is sent to a precision dust removing device (also called “ceramic filter”) 9, and dust is removed (dust removed) by the precision dust removing device 9. . This gas is then sent to the gas turbine combustor 11 of the gas turbine 12. The gas turbine combustor 11 generates power by burning fuel gas with air from the air compressor 10, rotating an expansion-side turbine and rotating a generator 12 a with a gas turbine. The exhaust gas after rotating the turbine is sent to the exhaust heat recovery boiler 13 for exhaust heat recovery, and then discharged from the chimney 14 into the atmosphere.

排熱回収ボイラ１３では排熱回収により蒸気が発生する。排熱回収ボイラ１３で発生した蒸気の一部は、図１において破線矢印で示すように、酸化炉４の蒸気ドラム４ａ→燃料ガス冷却器５→酸化炉４の熱交換器４ｂ→生成ガス冷却器７→蒸気タービン１６→復水器１５→排熱回収ボイラ１３の経路を循環するようになっている。また、蒸気が蒸気タービン１６を通過する際には、上述したガスタービン１２と同様、タービンを回転させるとともに蒸気タービン付き発電機１６ａを回転させて発電を行うようになっている。   In the exhaust heat recovery boiler 13, steam is generated by exhaust heat recovery. A part of the steam generated in the exhaust heat recovery boiler 13 is, as indicated by a broken line arrow in FIG. It circulates through the path of the unit 7 → the steam turbine 16 → the condenser 15 → the exhaust heat recovery boiler 13. Further, when the steam passes through the steam turbine 16, as in the gas turbine 12, the turbine is rotated and the generator 16a with the steam turbine is rotated to generate power.

このように、本実施形態では、ガス化炉２と脱硫炉３との間、すなわち、ガス化炉２の下流側でかつ脱硫炉３の上流側に燃料ガス冷却器５が設けられているので、ガス化炉２から脱硫炉３に送られてくる燃料ガスの温度を下げることができるようになっている。
すなわち、従来よりもガス化炉２の温度と脱硫炉３の温度との差を、ガス化炉２及び脱硫炉３を連通する管路長を長くすることなく、大きくすることができる。言い換えれば、ガス化炉２の温度をガス化に最適な温度（１０００℃〜１０５０℃）に設定することができ、かつ脱硫炉３の温度を脱硫に最適な温度（９１０℃〜９８０℃）に設定することができる。
ガス化炉２の温度をガス化に最適な温度に設定することができることにより、タールの発生を抑制することができる。
また、ガス化炉２の温度をガス化に最適な温度に設定することができることにより、ガス化の反応速度を速めることができ、ガス化させるための反応時間を短くすることができるので、反応容積を小さくすることができて、ガス化炉２の小型化を図ることができる。
さらに、燃料ガス冷却器５により燃料ガスと蒸気とが熱交換され、燃料ガスの熱エネルギーが蒸気により回収されるようになっているので、蒸気タービン１６の効率を向上させることができるとともに、石炭ガス化複合発電システム１全体の効率を向上させることができる。 Thus, in this embodiment, since the fuel gas cooler 5 is provided between the gasification furnace 2 and the desulfurization furnace 3, that is, downstream of the gasification furnace 2 and upstream of the desulfurization furnace 3. The temperature of the fuel gas sent from the gasification furnace 2 to the desulfurization furnace 3 can be lowered.
That is, it is possible to increase the difference between the temperature of the gasification furnace 2 and the temperature of the desulfurization furnace 3 without increasing the length of the pipe connecting the gasification furnace 2 and the desulfurization furnace 3 as compared with the conventional case. In other words, the temperature of the gasification furnace 2 can be set to an optimum temperature for gasification (1000 ° C. to 1050 ° C.), and the temperature of the desulfurization furnace 3 can be set to an optimum temperature for desulfurization (910 ° C. to 980 ° C.). Can be set.
Since the temperature of the gasification furnace 2 can be set to an optimum temperature for gasification, generation of tar can be suppressed.
Further, since the temperature of the gasification furnace 2 can be set to an optimum temperature for gasification, the reaction rate of gasification can be increased and the reaction time for gasification can be shortened. The volume can be reduced, and the gasification furnace 2 can be downsized.
Furthermore, since the fuel gas and the steam are heat-exchanged by the fuel gas cooler 5 and the thermal energy of the fuel gas is recovered by the steam, the efficiency of the steam turbine 16 can be improved, and the coal The efficiency of the combined gasification combined power generation system 1 can be improved.

本発明による流動床ガス化装置およびこれを備えた石炭ガス化複合発電システムの他の実施形態について、図２及び図３を参照しながら説明する。
本実施形態における流動床ガス化装置２６およびこれを備えた石炭ガス化複合発電システム２１は、図１を用いて説明した実施形態の脱硫炉３および燃料ガス冷却器５の代わりに、脱硫炉２３が設けられている点で前述した実施形態のものと異なる。また、蒸気の経路も前述した実施形態と異なる経路となっている。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。 Other embodiments of the fluidized bed gasifier according to the present invention and the combined coal gasification combined power generation system including the same will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
The fluidized bed gasifier 26 and the coal gasification combined cycle system 21 having the same in this embodiment are replaced with a desulfurization furnace 23 instead of the desulfurization furnace 3 and the fuel gas cooler 5 of the embodiment described with reference to FIG. Is different from that of the above-described embodiment. Also, the steam path is different from the above-described embodiment. Since other components are the same as those in the above-described embodiment, description of these components is omitted here.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member same as embodiment mentioned above.

図３に示すように、本実施形態における脱硫炉２３には、酸素を含むガス（たとえば、酸素と窒素の混合ガス）を炉内に供給するノズル（ガス供給手段）２３ａが設けられている。このノズル２３ａを介して炉内の流動床層内に酸素を含むガスが供給されることにより、燃料ガスが燃焼し、脱硫炉２３の温度が上昇するようになっている。
また、排熱回収ボイラ１３で発生した蒸気の一部は、図２において破線矢印で示すように、生成ガス冷却器７→酸化炉４の熱交換器４ｂ→蒸気タービン１６→復水器１５→排熱回収ボイラ１３の経路を循環するようになっている。また、蒸気が蒸気タービン１６を通過する際には、上述したガスタービン１２と同様、タービンを回転させるとともに蒸気タービン付き発電機１６ａを回転させて発電を行うようになっている。 As shown in FIG. 3, the desulfurization furnace 23 in the present embodiment is provided with a nozzle (gas supply means) 23a for supplying a gas containing oxygen (for example, a mixed gas of oxygen and nitrogen) into the furnace. By supplying oxygen-containing gas into the fluidized bed layer in the furnace through the nozzle 23a, the fuel gas is combusted and the temperature of the desulfurization furnace 23 is increased.
A part of the steam generated in the exhaust heat recovery boiler 13 is generated gas cooler 7 → heat exchanger 4b of the oxidation furnace 4 → steam turbine 16 → condenser 15 → It circulates through the path of the exhaust heat recovery boiler 13. Further, when the steam passes through the steam turbine 16, as in the gas turbine 12, the turbine is rotated and the generator 16a with the steam turbine is rotated to generate power.

このように、本実施形態では、ノズル２３ａを介して脱硫炉２３内に酸素を含むガスを供給することができ、これにより燃料ガスを燃焼させることができて、炉内の温度を上昇させることができる。
したがって、たとえば起動時など、ガス量の少ない低負荷時でも、ガス量に関係なく脱硫炉２３の温度を上昇させることができて、脱硫炉２３の温度を常にカルシネーション反応開始温度以上に保つことができるので、常に安定した脱硫反応を生じさせることができる。
また、灰融点の低い石炭種を使用しようとした場合でも、ガス化炉２の温度を高くする必要がなく、ガス化炉２の温度に関係なく脱硫炉２３の温度を上昇させることができて、脱硫炉２３の温度を常にカルシネーション反応開始温度以上に保つことができるので、常に安定した脱硫反応を生じさせることができる。 As described above, in this embodiment, the gas containing oxygen can be supplied into the desulfurization furnace 23 through the nozzle 23a, whereby the fuel gas can be burned and the temperature in the furnace can be increased. Can do.
Accordingly, the temperature of the desulfurization furnace 23 can be increased regardless of the gas amount even at a low load with a small gas amount, such as at the time of start-up, and the temperature of the desulfurization furnace 23 is always kept above the calcination reaction start temperature. Therefore, a stable desulfurization reaction can always be generated.
Further, even when trying to use a coal type having a low ash melting point, it is not necessary to increase the temperature of the gasification furnace 2, and the temperature of the desulfurization furnace 23 can be increased regardless of the temperature of the gasification furnace 2. In addition, since the temperature of the desulfurization furnace 23 can always be maintained at the calcination reaction start temperature or higher, a stable desulfurization reaction can always be generated.

本実施形態において、ノズル２３ａ（あるいはノズル２３ａの上流側）に、脱硫炉２３内に供給される酸素を含むガスを気泡部に導入するガス気泡投入装置（図示せず）が設けられていればさらに好適である。
このようなガス気泡化装置を設けることにより、脱硫炉内に供給される酸素を含むガスが気泡部に供給されることとなるので、酸素と脱硫剤との接触が抑制され、酸化によるＣａＳＯ４の発生を抑制することができて、脱硫効果の低減を防止することができる。 In this embodiment, if a gas bubble injection device (not shown) for introducing a gas containing oxygen supplied into the desulfurization furnace 23 into the bubble portion is provided on the nozzle 23a (or upstream of the nozzle 23a). Further preferred.
By providing such a gas bubbling device, a gas containing oxygen supplied into the desulfurization furnace is supplied to the bubble portion, so that contact between oxygen and the desulfurization agent is suppressed, and CaSO 4 due to oxidation is produced. Generation can be suppressed, and reduction of the desulfurization effect can be prevented.

また、図１および図２に示すように、ガス化炉２の下流側に脱硫炉３，２３を配置することにより、ガス中の微量元素（たとえば、Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｓ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｅなど）が脱硫剤に捕捉される（灰中に固定化される）こととなるので、これら微量元素が排ガス（表中において「煙突ガス」）と一緒に大気中に放出されるのを防止することができるとともに、生成ガス中のタールを低減させることができる。
これら微量元素は、表１に示すように、脱硫炉３，２３の脱硫剤により捕捉されることにより、大気中には極僅かな量しか放出されないこととなる。 Further, as shown in FIGS. 1 and 2, by arranging the desulfurization furnaces 3 and 23 on the downstream side of the gasification furnace 2, trace elements in the gas (for example, Cd, Hg, As, Co, Ni, Se, etc.). Etc.) will be trapped by the desulfurization agent (immobilized in the ash), so that these trace elements are prevented from being released into the atmosphere together with the exhaust gas (“chimney gas” in the table). And tar in the generated gas can be reduced.
As shown in Table 1, these trace elements are trapped by the desulfurization agent in the desulfurization furnaces 3 and 23, so that only a very small amount is released into the atmosphere.

Figure 2007091785
Figure 2007091785

なお、脱硫炉３，２３がガス化炉２の下流側に配置されていない場合には、微量元素が排ガスとともに大気中に放出されることとなり、大気汚染の原因となるばかりでなく、ガス化時に発生したタールが下流側に位置する配管やフィルタに付着して、装置自体の運転に支障をきたすおそれもある。   If the desulfurization furnaces 3 and 23 are not arranged on the downstream side of the gasification furnace 2, trace elements are released into the atmosphere together with the exhaust gas, which not only causes air pollution but also gasification. Sometimes tar generated sometimes adheres to a pipe or filter located on the downstream side, which may hinder the operation of the apparatus itself.

本発明による流動床ガス化装置の一実施形態を具備した石炭ガス化複合発電システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the coal gasification combined cycle system provided with one embodiment of the fluidized bed gasifier by the present invention. 本発明による流動床ガス化装置の他の実施形態を具備した石炭ガス化複合発電システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the coal gasification combined cycle system provided with other embodiments of the fluidized bed gasifier by the present invention. 図２に示す脱硫炉の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of the desulfurization furnace shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ 石炭ガス化複合発電システム
２ ガス化炉
３ 脱硫炉
４ 酸化炉
５ 燃料ガス冷却器
６ 流動床ガス化装置
２１ 石炭ガス化複合発電システム
２３ 脱硫炉
２３ａ ノズル（ガス供給手段）
２６ 流動床ガス化装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Coal gasification combined cycle system 2 Gasification furnace 3 Desulfurization furnace 4 Oxidation furnace 5 Fuel gas cooler 6 Fluidized bed gasifier 21 Coal gasification combined cycle system 23 Desulfurization furnace 23a Nozzle (gas supply means)
26 Fluidized bed gasifier

Claims (5)

固体燃料と酸素を含むガスが供給され、前記固体燃料をガス化し燃料ガスを発生させるガス化炉と、
前記ガス化炉で発生した燃料ガスおよび炭酸カルシウムを含有する脱硫剤が供給され、燃料ガスと脱硫剤中の炭酸カルシウムの接触反応により燃料ガス中に含まれる硫化水素を硫化カルシウムとして除去する脱硫炉と、
前記ガス化炉から排出されたガス化残渣、前記脱硫炉から排出された脱硫剤、および酸素を含むガスとが供給され、酸素を含むガスによりガス化残渣を燃焼させるとともに脱硫剤中の硫化カルシウムを酸素との反応により硫酸カルシウムに転換させる酸化炉と、を具備する流動床ガス化装置であって、
前記ガス化炉と前記脱硫炉との間に、燃料ガス冷却器が設けられていることを特徴とする流動床ガス化装置。 A gasification furnace that is supplied with a gas containing solid fuel and oxygen, gasifies the solid fuel, and generates fuel gas;
A desulfurization furnace which is supplied with a desulfurization agent containing fuel gas and calcium carbonate generated in the gasification furnace and removes hydrogen sulfide contained in the fuel gas as calcium sulfide by a contact reaction between the fuel gas and calcium carbonate in the desulfurization agent. When,
A gasification residue discharged from the gasification furnace, a desulfurization agent discharged from the desulfurization furnace, and a gas containing oxygen are supplied, and the gasification residue is combusted by the gas containing oxygen and calcium sulfide in the desulfurization agent A fluidized bed gasifier comprising: an oxidation furnace that converts calcium sulfate to calcium sulfate by reaction with oxygen,
A fluidized bed gasification apparatus, wherein a fuel gas cooler is provided between the gasification furnace and the desulfurization furnace. 前記燃料ガス冷却器に蒸気が供給されるとともに、当該蒸気と前記燃料ガスとの間で熱交換が行われるように構成されていることを特徴とする流動床ガス化装置。   A fluidized bed gasification apparatus, wherein steam is supplied to the fuel gas cooler and heat exchange is performed between the steam and the fuel gas. 固体燃料と酸素を含むガスが供給され、前記固体燃料をガス化し燃料ガスを発生させるガス化炉と、
前記ガス化炉で発生した燃料ガスおよび炭酸カルシウムを含有する脱硫剤が供給され、燃料ガスと脱硫剤中の炭酸カルシウムの接触反応により燃料ガス中に含まれる硫化水素を硫化カルシウムとして除去する脱硫炉と、
前記ガス化炉から排出されたガス化残渣、前記脱硫炉から排出された脱硫剤、および酸素を含むガスとが供給され、酸素を含むガスによりガス化残渣を燃焼させるとともに脱硫剤中の硫化カルシウムを酸素との反応により硫酸カルシウムに転換させる酸化炉と、を具備する流動床ガス化装置であって、
前記脱硫炉に、当該脱硫炉の内部に酸素を含むガスを供給するガス供給手段が設けられていることを特徴とする流動床ガス化装置。 A gasification furnace that is supplied with a gas containing solid fuel and oxygen, gasifies the solid fuel, and generates fuel gas;
A desulfurization furnace which is supplied with a desulfurization agent containing fuel gas and calcium carbonate generated in the gasification furnace and removes hydrogen sulfide contained in the fuel gas as calcium sulfide by a contact reaction between the fuel gas and calcium carbonate in the desulfurization agent. When,
A gasification residue discharged from the gasification furnace, a desulfurization agent discharged from the desulfurization furnace, and a gas containing oxygen are supplied, and the gasification residue is combusted by the gas containing oxygen and calcium sulfide in the desulfurization agent A fluidized bed gasifier comprising: an oxidation furnace that converts calcium sulfate to calcium sulfate by reaction with oxygen,
A fluidized bed gasification apparatus, wherein the desulfurization furnace is provided with gas supply means for supplying a gas containing oxygen into the desulfurization furnace. 前記ガス供給手段に、酸素を含むガスを気泡部に導入するガス気泡投入装置が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の流動床ガス化装置。   The fluidized bed gasifier according to claim 3, wherein the gas supply means is provided with a gas bubble injection device for introducing a gas containing oxygen into the bubble portion. 請求項１から４のいずれか一項に記載の流動床ガス化装置を具備してなることを特徴とする石炭ガス化複合発電システム。   A coal gasification combined cycle system comprising the fluidized bed gasifier according to any one of claims 1 to 4.
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