JP2011032926A - ガスタービンプラント及びこれを備えたガス化燃料発電設備 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料ガスへ水分を効果的に投入し機器の健全性を維持しつつ、ＮＯｘの低減を図ることができるガスタービンプラント及びこれを備えたガス化燃料発電設備を提供することを目的とする。
【解決手段】燃料ガスを燃焼する燃焼器５ａを備えるガスタービン５と、燃焼器５ａに接続されて燃料ガスを希釈する希釈剤を供給する希釈剤供給装置３１と、を備えているガスタービンプラント４において、希釈剤供給装置３１は、希釈剤を圧縮する希釈剤圧縮機３３と水分供給手段３４とを備え、水分供給手段３４は、希釈剤圧縮機３３によって圧縮された希釈剤に水分を供給することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ガスタービンプラント及びこれを備えたガス化燃料発電設備に関し、特に、燃料ガスへの水分の投入手段に関するものである。

ガスタービンの燃焼器から排出されるＮＯｘの抑制方法として、燃焼器への蒸気の投入、燃焼器への直接水噴射、窒素や水や蒸気等を予め投入して希釈した燃料ガスの使用、特許文献１に開示されているように窒素を希釈剤として燃焼器に投入すること等が行われている。また、燃料ガスを燃焼させた後に発生する二酸化炭素を削減するために、燃料ガスに含まれている一酸化炭素を予め蒸気と反応させて二酸化炭素を生成し、生成された二酸化炭素を取除くことが行われている。

特許第３９７３７７２号公報

しかしながら、二酸化炭素を削減するために燃料ガス中の一酸化炭素に蒸気を供給し反応させて二酸化炭素を生成する場合には、多量の水素分が生成される。そのため、燃料ガス中の水素濃度が上昇しＮＯｘが発生し易くなるという問題があった。また、燃焼器内に直接水噴射をする場合には、水分による機器の腐食、高温耐熱性、性能劣化等の問題があった。
特許文献１には、発電設備において熱交換により発生する蒸気や高圧空気を用いて機器を冷却する方法が開示されているが、水分を投入して効果的に二酸化炭素やＮＯｘを低減することについては開示されていない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、燃料ガスへ水分を効果的に投入し機器の健全性を維持しつつ、効果的にＮＯｘの低減を図ることができるガスタービンプラント及びこれを備えたガス化燃料発電設備を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のガスタービンプラント及びこれを備えたガス化燃料発電設備は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるガスタービンプラントは、燃料ガスを燃焼する燃焼器を備えるガスタービンと、前記燃焼器に接続されて燃料ガスを希釈する希釈剤を供給する希釈剤供給装置と、を備えているガスタービンプラントにおいて、前記希釈剤供給装置は、希釈剤を圧縮する希釈剤圧縮機と水分供給手段とを備え、該水分供給手段は、前記希釈剤圧縮機によって圧縮された希釈剤に水分を供給することを特徴とする。

圧縮された希釈剤に水分を供給することとしたので、希釈剤圧縮機によって圧縮されて高温となった希釈剤の顕熱により水分がガス化される。燃焼器では、希釈剤及びガス化した水分と、燃料ガスとが混合されて燃焼される。そのため、燃料ガスの直接加湿や燃焼器へ直接水噴射する場合と比較して、機器の耐食性、高温耐熱性、機能劣化を防止することができると共に、効果的にＮＯｘの発生を抑制することができる。

また、本発明にかかるガスタービンプラントによれば、前記希釈剤圧縮機は、多段式圧縮機であって、前記希釈剤圧縮機の中間段には、前記水分供給手段が設けられていることを特徴とする。

希釈剤圧縮機の中間段に水分が供給されるので、水分供給手段の後段に設けられている希釈剤圧縮機に導かれる希釈剤の温度を下げることができる。そのため、後段の希釈剤圧縮機の動力を減らすことができる。従って、ＮＯｘの発生を抑制することができると共に、消費される動力を削減することができる。

また、本発明にかかるガスタービンプラントによれば、前記希釈剤圧縮機は、多段式圧縮機であって、前記希釈剤圧縮機の中間段には、希釈剤を冷却する熱交換器を備え、前記水分供給手段は、前記希釈剤圧縮機の後流に設けられている希釈剤流路に接続されていることを特徴とする。

希釈剤圧縮機の中間段に希釈剤を冷却する熱交換器が設けられることによって、後段の希釈剤圧縮機を駆動する動力を低減することができる。また、燃料ガスを移送する管や燃焼器などは、水分が直接接触した場合には高温表面が熱衝撃で損傷することがある。希釈剤圧縮機の後流に設けられている希釈剤流路に水分供給手段を設けて燃料ガスと水分とが直接混合されないようにしたので、燃料ガスに水分を混合させる場合や燃焼器内に燃料ガスと水分とを噴射させる場合と比較して、より安全に燃料ガスと水分を含んだ希釈剤とを燃焼させ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。

また、本発明にかかるガスタービンプラントによれば、前記希釈剤圧縮機は、多段式圧縮機であって、前記希釈剤圧縮機の中間段には、希釈剤を冷却する熱交換器を備え、前記水分供給手段は、前記熱交換器の希釈剤の後流でかつ前記希釈剤圧縮機の後段の圧縮機の上流に接続されていることを特徴とする。

希釈剤圧縮機の中間段には希釈剤を冷却する熱交換器と水分供給手段とが設けられている。そのため、熱交換器によって温度を十分に下げることができなかった希釈剤の温度を下げることができる。また、希釈剤圧縮機により圧縮されて温度が高くなった希釈剤の顕熱により、供給された水分をガス化できる。従って、水分供給手段を設けなかった場合に比べて、熱交換器の容量を小さくすることができ、かつ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。
また、従来の一般的な設備構造に水分供給手段を追設することで済むため、設備設置コストを削減することができる。

また、本発明にかかるガス化燃料発電設備は、上記のいずれかに記載の前記ガスタービンプラントと、前記ガスタービンの前記燃焼器に供給される燃料ガスを生成するガス化設備と、前記ガスタービンプラントから排出された排ガスが導入される排ガスボイラにより生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記ガスタービンと前記蒸気タービンとによって発電を行う発電機と、を備えたことを特徴とする。

燃料ガスの直接加湿や燃焼器へ直接水噴射する場合と比較して、機器の耐食性、高温耐熱性、機能劣化を防止することができるので、ガス化燃料発電設備の健全性の維持を図ると共に、効果的にＮＯｘの発生を抑制することができる。
なお、ガス化設備としては、典型的には、石炭をガス化する石炭ガス化設備が挙げられる。

本発明によると、圧縮された希釈剤に水分を供給することとしたので、希釈剤圧縮機によって圧縮されて高温になった希釈剤の顕熱により水分がガス化される。燃焼器では、希釈剤及びガス化した水分と、燃料ガスとが混合されて燃焼される。そのため、燃料ガスの直接加湿や燃焼器へ直接水噴射する場合と比較して、機器の耐食性、高温耐熱性、機能劣化を防止することができると共に、効果的にＮＯｘの発生を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係るガス化燃料発電設備の概略構成図である。 図１に示したガス化燃料発電設備のガスタービンプラントの要部を示す概略構成図である。 第２実施形態に係る図１に示したガス化燃料発電設備のガスタービンプラントの要部を示す概略構成図である。 第３実施形態に係る図１に示したガス化燃料発電設備のガスタービンプラントの要部を示す概略構成図である。 第４実施形態に係る図１に示したガス化燃料発電設備のガスタービンプラントの要部を示す概略構成図である。

[第１実施形態]
以下、本発明に係る石炭ガス化複合発電設備（ガス化燃料発電設備）の第１実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１に示されているように、石炭を燃料とする石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ；Integrated Coal Gasification Combined Cycle）１は、主として、石炭ガス化炉（ガス化設備）３と、ガスタービンプラント４と、蒸気タービン設備７とを備えている。
石炭ガス化炉３の上流側には、石炭ガス化炉３へと微粉炭を供給する石炭供給設備１０が設けられている。この石炭供給設備１０は、原料炭を粉砕して数μｍ〜数百μｍの微粉炭とする粉砕機（図示せず）を備えており、この粉砕機によって粉砕された微粉炭が複数のホッパ１１，１１…に貯留されるようになっている。

各ホッパ１１に貯留された微粉炭は、一定流量ずつ空気分離装置１５から供給される窒素とともに石炭ガス化炉３へと搬送される。
石炭ガス化炉３は、下方から上方へとガスが流されるように形成された石炭ガス化部３ａと、石炭ガス化部３ａの下流側に接続されて、上方から下方へとガスが流されるように形成された熱交換部３ｂとを備えている。
石炭ガス化部３ａには、下方から、コンバスタ１３及びリダクタ１４が設けられている。コンバスタ１３は、微粉炭及びチャーの一部分を燃焼させ、残りは熱分解により揮発分（一酸化炭素，水素，低級炭化水素）として放出させる部分である。コンバスタ１３には噴流床が採用されている。しかし、流動床式や固定床式であっても構わない。

コンバスタ１３及びリダクタ１４には、それぞれ、コンバスタバーナー１３ａ及びリダクタバーナー１４ａが設けられており、これらバーナー１３ａ，１４ａに対して石炭供給設備１０から微粉炭が供給される。
コンバスタバーナー１３ａには、空気昇圧機１７からの空気が、空気分離装置１５において分離された酸素とともに供給されるようになっている。このようにコンバスタバーナー１３ａには酸素濃度が調整された空気が供給されるようになっている。
リダクタ１４では、コンバスタ１３からの高温ガスによって微粉炭がガス化される。これにより、石炭から一酸化炭素や水素等の可燃性ガス（燃料ガス）が生成される。石炭ガス化反応は、微粉炭及びチャー中の炭素が高温ガス中の二酸化炭素及び水分と反応して一酸化炭素や水素を生成する吸熱反応である。

石炭ガス化炉３の熱交換部３ｂには、複数の熱交換器が設置されており、リダクタ１４から導かれる燃料ガスから顕熱を得て蒸気を発生させるようになっている。熱交換器において発生した蒸気は、主として、蒸気タービン７ｂの駆動用蒸気として用いられる。
熱交換部３ｂを通過した燃料ガスは、チャー回収装置２０へと導かれる。このチャー回収装置２０は、ポーラスフィルタを備えており、ポーラスフィルタを通過させることによって燃料ガスに混在するチャーを捕捉して回収する。このように回収されたチャーは、空気分離装置１５において分離された窒素とともに石炭ガス化炉３のコンバスタバーナー１３ａへと返送されてリサイクルされる。

チャー回収装置２０を通過した燃料ガスは、配管２５によってガスタービン５の燃焼器５ａへと送られる。
チャー回収装置２０とガスタービン５の燃焼器５ａとの間を接続している配管２５には、分岐路２２が設けられており、この分岐路２２の下流には、開閉弁２３を介してグランドフレア２４が設けられている。グランドフレア２４は、ガスタービン５に導入しない燃料ガスを完全燃焼し、無害なクリーンガスとして大気中に放出する設備である。

ガスタービンプラント４は、ガスタービン５と、希釈剤供給装置３１とを備えている。
ガスタービン５は、燃焼器５ａと、燃料ガスによって駆動されるガスタービン５ｂと、燃焼器５ａへと高圧空気を送り出すターボ圧縮機５ｃとを備えている。燃焼器５ａでは、配管２５によって導かれる燃料ガスと、希釈剤供給装置３１から供給される希釈剤である窒素及びガス化した水分とが燃焼させられる。ガスタービン５ｂとターボ圧縮機５ｃとは同一の回転軸５ｄによって接続されている。ターボ圧縮機５ｃにおいて圧縮された空気は、燃焼器５ａとは別に、空気昇圧機１７へも導かれるようになっている。ガスタービン５ｂを通過した排ガスは、排ガスボイラ３０へと導かれる。

蒸気タービン設備７の蒸気タービン７ｂは、ガスタービン５と同じ回転軸５ｄに接続されており、いわゆる一軸式のコンバインドシステムとなっている。蒸気タービン７ｂには、石炭ガス化炉３及び排ガスボイラ３０から高圧蒸気が供給される。なお、一軸式のコンバインドシステムに限らず、別軸式のコンバインドシステムであっても構わない。
ガスタービン５ｂ及び蒸気タービン７ｂによって駆動される回転軸５ｄから電気を出力する発電機Ｇが、蒸気タービン７ｂを介してガスタービン５ｂの反対側に設けられている。なお、発電機Ｇの配置位置については、この位置に限られず、回転軸５ｄから電力が得られるようであればどの位置であっても構わない。

排ガスボイラ３０は、ガスタービン５ｂからの排ガスによって蒸気を発生するものである。この排ガスボイラ３０で発生された蒸気は、蒸気タービン７ｂに供給される。

図２には、ガスタービンプラント４の構成が示されている。
ガスタービンプラント４は、ガスタービン５と、希釈剤供給装置３１とを備えている。
ガスタービン５は、燃焼器５ａと、燃料ガスによって駆動されるガスタービン５ｂと、燃焼器５ａへと高圧空気を送り出すターボ圧縮機５ｃとを備えている。燃焼器５ａでは、配管２５によって導かれる燃料ガスと、希釈剤供給装置３１から配管３５によって供給される希釈剤である窒素及びガス化した水分とが燃焼させられる。ガスタービン５ｂとターボ圧縮機５ｃとは同一の回転軸５ｄによって接続されている。ターボ圧縮機５ｃにおいて圧縮された空気は、燃焼器５ａとは別に、空気昇圧機１７（図１参照）へも導かれるようになっている。ガスタービン５ｂを通過した排ガスは、排ガスボイラ３０（図１参照）へと導かれる。

希釈剤供給装置３１は、希釈剤圧縮機３２と、水分供給手段３４とを備えている。
希釈剤圧縮機３２は、単段式圧縮機３２ａである。希釈剤圧縮機３２は、圧縮機３２ａと、モーターＭと、モーターＭによって駆動される回転軸３２ｂとを備えている。希釈剤圧縮機３２には、空気分離装置１５（図１参照）から希釈剤である窒素が供給される。モーターＭによって回転軸３２ｂが駆動されることによって、回転軸３２ｂに設けられている圧縮機３２ａが回転駆動され、窒素を圧縮する。
水分供給手段３４は、希釈剤圧縮機３２の後流に接続されている配管３５（希釈剤流路）上に設けられている。水分供給手段３４は、配管３５に導出された窒素に水分を供給する。
配管３５は、希釈剤圧縮機３２と配管２５との間に設けられている。

次に、石炭ガス化複合発電設備１及びガスタービンプラント４の運転方法について図１および図２に基づいて説明する。
原料炭は粉砕機で粉砕された後、ホッパ１１へと導かれて貯留される。ホッパ１１に貯留された微粉炭は、空気分離装置１５において分離された窒素とともに、リダクタバーナー１４ａ及びコンバスタバーナー１３ａへと供給される。さらに、コンバスタバーナー１３ａには、微粉炭だけでなく、チャー回収装置２０において回収されたチャーが供給される。
コンバスタバーナー１３ａの燃焼用空気としては、ターボ圧縮機５ｃから抽気した圧縮空気をさらに空気昇圧機１７によって昇圧した圧縮空気に、空気分離装置１５により分離された酸素が添加された空気が使用される。コンバスタ１３では、微粉炭及びチャーが燃焼用空気によって部分燃焼させられ、残部は揮発分（一酸化炭素，水素，低級炭化水素）へと熱分解させられる。

リダクタ１４では、リダクタバーナー１４ａから供給された微粉炭及びコンバスタ１３内で揮発分を放出したチャーが、コンバスタ１３から上昇してきた高温ガスによりガス化され、一酸化炭素や水素等の可燃性ガス（燃料ガス）が生成される。
リダクタ１４を通過した燃料ガスは、石炭ガス化炉３の熱交換部３ｂを通過しつつ各熱交換器にその顕熱を与え、蒸気を発生させる。熱交換部３ｂで発生させた蒸気は、主として、蒸気タービン７ｂの駆動のために用いられる。
熱交換部３ｂを通過した燃料ガスは、チャー回収装置２０へと導かれ、チャーが回収される。回収されたチャーは、石炭ガス化炉３へと返送される。
チャー回収装置２０を通過した燃料ガスは、流量調節弁２３により流量が調節され、一部がグランドフレア２４へと導かれグランドフレア２４により完全燃焼される。チャー回収装置２０を通過した燃料ガスの残りは、配管２５からガスタービン５の燃焼器５ａに供給される。

空気分離装置１５により分離された窒素の一部は、希釈剤圧縮機３２に導入される。希釈剤圧縮機３２に導入された窒素は、モーターＭによって駆動される圧縮機３２ａによって圧縮される。圧縮されて高温になった窒素は、配管３５に導出される。導出された窒素には、配管３５上に設けられている水分供給手段３４より水分が供給される。供給された水分は、高温になった圧縮窒素の顕熱によってガス化される。また、配管３５へ導出された高温の圧縮窒素は、供給された水分によって冷却される。冷却された圧縮窒素と、ガス化した水分とは、配管３５を経て配管２５へと導かれる。

流量調節弁２３によって流量が調節され配管２５へと導かれた燃料ガスと、配管３５から導出された圧縮窒素およびガス化した水分と、ターボ圧縮機５ｃから供給される圧縮空気とが、ガスタービン５の燃焼器５ａへと導かれ燃焼させられる。これらを燃料することによって発生する排ガスによりガスタービン５ｂが回転させられ、回転軸５ｄが駆動させられる。

ガスタービン５ｂを通過した排ガスは、排ガスボイラ３０へと導かれ、この排ガスの顕熱を利用することによって蒸気が発生させられる。排ガスボイラ３０において発生した蒸気は、主として、蒸気タービン７ｂの駆動のために用いられる。

蒸気タービン７ｂは、石炭ガス化炉３からの蒸気及び排ガスボイラ３０からの蒸気によって回転させられ、ガスタービン５と同一の回転軸５ｄを駆動させる。回転軸５ｄの回転力は、発電機Ｇによって電力へと変換される。
排ガスボイラ３０を通過した排ガスは、煙突３８から大気へと放出される。

以上の通り、本実施形態に係るガスタービンプラント４によれば、以下の作用効果を奏する。
圧縮された窒素に水分を供給することとしたので、希釈剤圧縮機３２（３２ａ）によって圧縮されて高温となった窒素の顕熱により水分がガス化される。燃焼器５ａでは、圧縮窒素及びガス化した水分と、燃料ガスとが混合されて燃焼される。そのため、燃料ガスの直接加湿や燃焼器５ａへ直接水噴射する場合と比較して、機器の耐食性、高温耐熱性、機能劣化を防止することができると共に、効果的にＮＯｘの発生を抑制することができる。

また、燃料ガスの直接加湿や燃焼器５ａへ直接水噴射する場合と比較して、機器の耐食性、高温耐熱性、機能劣化を防止することができるので、石炭ガス化複合発電設備１の健全性の維持を図ると共に、効果的にＮＯｘの発生を抑制することができる。

なお、本実施形態において、燃料ガスとして石炭ガス化ガスを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、重質油ガス化ガスなどであっても良い。
また、本実施形態において、石炭ガス化複合発電設備１を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、燃料ガスとして一酸化炭素や水素を燃焼する燃焼器５ａを有するガスタービン５を用いて発電を行う設備であれば良い。

[第２実施形態]
以下、本発明の第２実施形態について図３に基づいて説明する。本実施形態の石炭ガス化複合発電設備及びガスタービンプラントの構成は、希釈剤圧縮機として２段式圧縮機が用いられ、水分供給手段が２段式圧縮機の中間段に設けられている点において第１実施形態と相違し、その他は同様である。
また、石炭ガス化複合発電設備及びガスタービンプラントの運転方法は、希釈剤圧縮機が窒素を２段階にわたって圧縮する点において相違し、その他は同様である。
したがって、同一の構成及び運転方法については、同一の符号を付してその説明を省略する。

希釈剤圧縮機３３は、２段式圧縮機３３ａ，３３ｂである。希釈剤圧縮機３３は、前段の圧縮機３３ａと、後段の圧縮機３３ｂと、モーターＭと、モーターＭによって駆動される回転軸３３ｃとを備えている。希釈剤圧縮機３３には、空気分離装置１５（図１参照）から希釈剤である窒素が供給される。モーターＭによって回転軸３３ｃが駆動されることによって、回転軸３３ｃに設けられている圧縮機３３ａ，３３ｂが回転駆動され、窒素を２段階にわたって圧縮する。
水分供給手段３４は、希釈剤圧縮機３３の前段の圧縮機３３ａと後段の圧縮機３３ｂとの間の中間段に設けられている。
水分供給手段３４と前段の圧縮機３３ａとの間には、配管３６が接続されている。また、水分供給手段３４と後段の圧縮機３３ｂとの間には、水分をガス化させるために十分な配管長を有している配管３７が接続されている。希釈剤圧縮機３３と配管２５との間には、配管３５が設けられている。

空気分離装置１５（図１参照）によって分離された窒素の一部は、希釈剤圧縮機３３に導入される。希釈剤圧縮機３３に導入された窒素は、モーターＭによって駆動されている前段の圧縮機３３ａによって圧縮される。圧縮されて高温になった窒素は、配管３６に導出される。配管３６に導出された圧縮窒素には、水分供給手段３４より水分が供給される。水分供給手段３４から供給される水分は、配管２５から燃焼器５ａに供給される燃料ガスの成分や希釈剤圧縮機３３の後流における窒素の温度によって供給量が制御される。供給された水分は、圧縮されて高温になった窒素の顕熱および水分をガス化させるために十分な配管長を有している配管３７を通過することによってガス化される。また、前段の圧縮機３３ａによって圧縮されて高温になった窒素は、供給された水分によって冷却される。冷却された圧縮窒素と、ガス化した水分とは、配管３７から後段の圧縮機３３ｂへと導入される。導入された窒素は、後段の圧縮機３３ｂにより更に高圧に圧縮される。後段の圧縮機３３ｂによって圧縮された窒素と、ガス化した水分とは、配管３５を経て配管２５に導かれる。

以上の通り、本実施形態に係るガスタービンプラント４によれば、以下の作用効果を奏する。
希釈剤圧縮機３３の中間段に水分が供給されるので、水分供給手段３４の後段に設けられている圧縮機３３ｂに導かれる窒素の温度を下げることができる。そのため、後段の圧縮機３３ｂの動力を減らすことができる。従って、ＮＯｘの発生を抑制することができると共に、消費される動力を削減することができる。

なお、本実施形態では、希釈剤圧縮機３３を２段式圧縮機３３ａ，３３ｂとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく３段以上の多段式圧縮機であっても良い。
また、希釈剤供給手段３４の後流に設けられている配管３７は、水分をガス化させるために十分な管路長を有するものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、配管３７上に気水分離器を設け配管３７の配管長を短くしても良い。

[第３実施形態]
以下、本発明の第３実施形態について図４に基づいて説明する。本実施形態の石炭ガス化複合発電設備及びガスタービンプラントの構成は、希釈剤圧縮機として２段式圧縮機が用いられ、窒素を冷却する熱交換器が２段式圧縮機の中間段に設けられている点において第１実施形態と相違し、その他は同様である。
また、石炭ガス化複合発電設備及びガスタービンプラントの運転方法は、希釈剤圧縮機が窒素を２段階にわたって圧縮し、圧縮されて高温になった窒素が熱交換器により冷却される点において相違し、その他は同様である。
したがって、同一の構成及び運転方法については、同一の符号を付してその説明を省略する。

希釈剤圧縮機３３は、２段式圧縮機３３ａ，３３ｂである。希釈剤圧縮機３３は、前段の圧縮機３３ａと、後段の圧縮機３３ｂと、モーターＭと、モーターＭによって駆動される回転軸３３ｃとを備えている。希釈剤圧縮機３３には、空気分離装置１５（図１参照）から希釈剤である窒素が供給される。モーターＭによって回転軸３３ｃが駆動されることによって、回転軸３３ｃに設けられている圧縮機３３ａ，３３ｂが回転駆動され、窒素を２段階にわたって圧縮する。
熱交換器３８は、冷媒として水が用いられ導入される窒素を冷却する。熱交換器３８は、希釈剤圧縮機３３の前段の圧縮機３３ａと後段の圧縮機３３ｂとの間の中間段に設けられている。
熱交換器３８と前段の圧縮機３３ａとの間には、配管３６が接続されている。また、熱交換器３８と後段の圧縮機３３ｂとの間には、配管３９が接続されている。希釈剤圧縮機３３と配管２５との間には、配管３５が設けられている。

空気分離装置１５（図１参照）によって分離された窒素の一部は、希釈剤圧縮機３３に導入される。希釈剤圧縮機３３に導入された窒素は、モーターＭによって駆動されている前段の圧縮機３３ａによって圧縮される。圧縮されて高温になった窒素は、配管３６に導出される。配管３６に導出された圧縮窒素は、熱交換器３８へと導入される。熱交換器３８に導入された高温の窒素は、水と熱交換し冷却される。冷却された圧縮窒素は、熱交換器３８から配管３９へと導出され後段の圧縮機３３ｂへと導入される。後段の圧縮機３３ｂによって更に高圧に圧縮された窒素は、配管３５に導出される。配管３５へ導出された高圧の窒素には、配管３５上に設けられている水分供給手段３４より水分が供給される。供給された水分は、圧縮されて高温になった窒素の顕熱によってガス化される。また、希釈剤圧縮機３３によって圧縮されて高温になった窒素は、供給された水分によって冷却される。冷却された圧縮窒素と、ガス化した水分とは、配管３５を経て配管２５へと導かれる。

以上の通り、本実施形態に係るガスタービンプラント４によれば、以下の作用効果を奏する。
希釈剤圧縮機３３の中間段に窒素を冷却する熱交換器３８が設けられることによって、後段の圧縮機３３ｂを駆動する動力を低減することができる。また、燃料ガスを移送する管２５や燃焼器５ａなどは、水分が直接接触した場合には高温表面が熱衝撃で損傷することがある。希釈剤圧縮機３３の後流に設けられている配管（希釈剤流路）３５に水分供給手段３４を設けて燃料ガスと水分とが直接混合されないようにしたので、燃料ガスに水分を混合させる場合や燃焼器５ａ内に燃料ガスと水分とを噴射させる場合と比較して、より安全に燃料ガスと水分を含んだ窒素とを燃焼させ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。

なお、本実施形態において、水分供給手段３４を希釈剤圧縮機３３と配管２５との間に接続されている配管３５上に設けることとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、希釈剤圧縮機３３と配管２５との間に接続されている配管３５上に後段の圧縮機３３ｂによって圧縮された窒素と熱交換する冷媒を有する熱交換器と、水分供給手段３４とをこの順に設けてもよい。この場合には、希釈剤圧縮機３３と配管２５との間に接続されている配管３５上に設けられる熱交換器から導出される窒素と同じ温度を有する水分（例えば、蒸気）を水分供給手段３４から供給することによって、石炭ガス化複合発電設備１の冷態状態における起動運転を容易にすることができる。

また、本実施形態では、希釈剤圧縮機３３を２段式圧縮機３３ａ、３３ｂとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく３段以上の多段式圧縮器であっても良い。

[第４実施形態]
以下、本発明の第４実施形態について図５に基づいて説明する。本実施形態の石炭ガス化複合発電設備及びガスタービンプラントの構成は、希釈剤圧縮機として２段式圧縮機が用いられ、２段式圧縮機の中間段には窒素を冷却する熱交換器と水分供給手段とが設けられている点において第１実施形態と相違し、その他は同様である。
また、石炭ガス化複合発電設備及びガスタービンプラントの運転方法は、希釈剤圧縮機が窒素を２段階にわたって圧縮し、圧縮されて高温になった窒素が熱交換器によって冷却され、熱交換器から導出された窒素に水分供給装置から水分が供給される点において相違し、その他は同様である。
したがって、同一の構成及び運転方法については、同一の符号を付してその説明を省略する。

希釈剤圧縮機３３は、２段式圧縮機３３ａ，３３ｂである。希釈剤圧縮機３３は、前段の圧縮機３３ａと、後段の圧縮機３３ｂと、モーターＭと、モーターＭによって駆動される回転軸３３ｃとを備えている。希釈剤圧縮機３３には、空気分離装置１５（図１参照）から窒素が供給される。モーターＭによって回転軸３３ｃが駆動されることによって、回転軸３３ｃに設けられている圧縮機３３ａ，３３ｂが回転駆動され、窒素を２段階にわたって圧縮する。
熱交換器３８は、冷媒として水が用いられ、導入される窒素を冷却する。熱交換器３８は、希釈剤圧縮機３３の前段の圧縮機３３ａと後段の圧縮機３３ｂとの間の中間段に設けられている。
水分供給手段３４は、希釈剤圧縮機３３の前段の圧縮機３３ａと後段の圧縮機３３ｂとの間の中間段であり、かつ、熱交換器３８の後流に設けられている。
前段の圧縮機３３ａと熱交換器３８との間には、配管３６が接続されている。また、熱交換器３８と後段の圧縮機３３ｂとの間には、水分をガス化させるために十分な管路長を有している配管３７が接続されている。水分供給手段３４は、配管３７の上流に設けられている。希釈剤圧縮機３３と配管２５との間には、配管３５が設けられている。

空気分離装置１５（図１参照）によって分離された希釈剤である窒素の一部は、希釈剤圧縮機３３に導入される。希釈剤圧縮機３３に導入された窒素は、モーターＭによって駆動されている前段の圧縮機３３ａによって圧縮される。圧縮されて高温になった窒素は、配管３６に導出される。配管３６に導出された圧縮窒素は、熱交換器３８に導入される。熱交換器３８に導入された高温の窒素は、水と熱交換し冷却される。冷却された圧縮窒素は、熱交換器３８から配管３７に導出される。配管３７に導出された窒素には、配管３７に設けられている水分冷却手段３４より水分が供給される。供給された水分は、圧縮されて高温になった窒素の顕熱および供給された水分をガス化させるために十分な管路長を有している配管３７を通過することによってガス化される。また、前段の圧縮機３３ａによって圧縮されて高温になった窒素は、熱交換器３８と水分供給手段３４から供給される水分とによって温度が更に下げられる。温度が下げられた圧縮窒素とガス化された水分とは、配管３７から後段の圧縮機３３ｂへと導入される。後段の圧縮機３３ｂによって更に圧縮された窒素とガス化した水分とは、配管３５を経て配管２５に導かれる。

以上の通り、本実施形態に係るガスタービンプラント４によれば、以下の作用効果を奏する。
希釈剤圧縮機３３の中間段には、窒素を冷却する熱交換器３８と水分供給手段３４とが設けられている。そのため、熱交換器３８によって温度を十分に下げることできなかった窒素の温度を下げることができる。また、希釈剤圧縮機３３により圧縮されて温度が高くなった窒素の顕熱により、供給された水分をガス化することができる。従って、水分供給手段３４を設けなかった場合と比べて、熱交換器３８の容量を小さくすることができ、かつ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。
また、従来の一般的な設備構造に水分供給手段３４を追設することで済むため、設備設置コストを削減することができる。

なお、本実施形態では、希釈剤圧縮機３３を２段式圧縮機３３ａ、３３ｂとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく３段以上の多段式圧縮器であっても良い。

４ ガスタービンプラント
５ ガスタービン
５ａ 燃焼器
３１ 希釈剤供給装置
３２，３３ 希釈剤圧縮機
３４ 水分供給手段

Claims (5)

1. 燃料ガスを燃焼する燃焼器を備えているガスタービンと、
   前記燃焼器に接続されて燃料ガスを希釈する希釈剤を供給する希釈剤供給装置と、を備えるガスタービンプラントにおいて、
   前記希釈剤供給装置は、希釈剤を圧縮する希釈剤圧縮機と水分供給手段とを備え、
   該水分供給手段は、前記希釈剤圧縮機によって圧縮された希釈剤に水分を供給することを特徴とするガスタービンプラント。
2. 前記希釈剤圧縮機は、多段式圧縮機であって、
   前記希釈剤圧縮機の中間段には、前記水分供給手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンプラント。
3. 前記希釈剤圧縮機は、多段式圧縮機であって、
   前記希釈剤圧縮機の中間段には、希釈剤を冷却する熱交換器を備え、
   前記水分供給手段は、前記希釈剤圧縮機の後流に設けられている希釈剤流路に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンプラント。
4. 前記希釈剤圧縮機は、多段式圧縮機であって、
   前記希釈剤圧縮機の中間段には、希釈剤を冷却する熱交換器を備え、
   前記水分供給手段は、前記熱交換器の希釈剤の後流でかつ前記希釈剤圧縮機の後段の圧縮機の上流に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンプラント。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のガスタービンプラントと、
   前記ガスタービンの前記燃焼器に供給される燃料ガスを生成するガス化設備と、
   前記ガスタービンプラントから排出された排ガスが導入される排ガスボイラにより生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
   前記ガスタービンと前記蒸気タービンとによって発電を行う発電機と、を備えたことを特徴とするガス化燃料発電設備。
   

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