JP2544088B2 - 石炭ガス化複合発電プラント - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は石炭ガス化ガスなどガ
ス中に灰分など煤塵を含んだ場合のガスの有効利用技術
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来技術の例を示す図で、特開昭
６２−１４２８２８号公報に開示された再熱再生サイク
ルガスタービンの系統図である。図２において、１０１
は第１ガスタービン、１０２は第２ガスタービン、１０
３は発電機、１０４は圧縮機、１０５は再生熱交換器、
１０６は燃焼器、１０７は再熱器である。

【０００３】該従来の技術においては、第１ガスタービ
ン１０１、第２ガスタービン１０２、圧縮機１０４及び
発電機を同軸に連結し、天然ガス、水素等の燃料ガスと
圧縮機１０４により圧縮され更に再生熱交換器１０５に
おいて第２ガスタービン１０２からの排ガスによって予
熱された燃焼空気とを燃焼器１０７内に送入して燃焼さ
せ、発生させた高圧高温燃焼ガスにより第１ガスタービ
ン１０１を駆動し、第１ガスタービンから排出された燃
焼ガスに天然ガス、水素等の燃料を加えて再熱器１０７
において再び燃焼して発生させた１０００〜１１００℃
の高圧高温ガスを第２ガスタービン１０２に送って駆動
することにより、２つのガスタービン１０１，１０２に
よって発電機１０３を駆動している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように上記従来の
技術においても燃料を燃焼して発生させた高温高圧のガ
スを直接ガスタービンに送入して駆動し、同軸に連結さ
れた発電機によって発電し、更にガスタービンの排ガス
を蒸気で熱回収し、その蒸気で蒸気タービン発電する複
合発電することにより、それまでのボイラで燃料を燃焼
して蒸気を発生させた蒸気によって蒸気タービンを駆動
する発電プラントに比して、高いプラント効率を得るこ
とが可能であった。

【０００５】しかしながら上記発電プラントにおいて
は、プラント効率を上昇させるために第１ガスタービン
にガスを供給する燃焼器と第２ガスタービンにガスを供
給する再熱器における燃焼量を増加し、各ガスタービン
に供給するガスの温度を上昇しようとした場合、燃料が
上記公報に開示された水素ではなく、近年石油代替燃料
として研究されている石炭を使用した石炭ガス化ガスで
ある場合には、燃料の供給系統が一つであることから、
燃料中に含まれる灰分が高温のために溶融してガスター
ビンブレードに付着する虞れがある等の課題を有するも
のであった。

【０００６】本願発明はこのような現状に鑑みてなされ
たもので、簡潔な構成によって１段目ガスタービン入口
のガスの温度を上昇させてプラント効率を上昇させる一
方、２段目ガスタービン入り口のガスの温度を灰分の融
点以下の温度に制御して燃焼ガス中の灰分がタービンブ
レードに付着する等の不具合が生ずるのを防止し得る石
炭ガス化複合発電プラントを提供することを目的として
いる。

【０００７】上記の目的は、前記特許請求の範囲に記載
された石炭ガス化複合発電プラントによって達成され
る。すなわち、 石炭をガス化するガス化炉と、ガス化炉で生成した
ガスを冷却するガスクーラと、生成ガスを精製するガス
精製装置と、２段ガスタービンとを有する石炭ガス化複
合発電プラントにおいて、１段目ガスタービンにガスを
供給する灰分を含まない燃料を燃焼する燃焼器（第１燃
焼器）と、石炭ガス化ガスを燃焼する燃焼器（第２燃焼
器）と、前記第１燃焼器に供給する圧縮空気と前記第２
燃焼器から排出された石炭ガス化ガス燃焼ガスとを熱交
換する熱交換器と、１段目ガスタービンの排ガスと上記
熱交換器から排出された石炭ガス化ガス燃焼ガスとを２
段目ガスタービンに供給する手段を設けた石炭ガス化複
合発電プラント。 １段目ガスタービンの排ガスと熱交換器から排出さ
れた石炭ガス化ガス燃焼ガスとを２段目ガスタービンに
供給する手段が、各ガスを混合するガス混合装置である
記載の石炭ガス化複合発電プラントである。

【０００８】

【作用】ガスタービンの効率、更にはその排ガスを利用
する複合発電の効率を高める方法としてガスタービンの
タービン入口ガス温度を高くすることが知られている。
しかし石炭ガス化ガスのように灰分を含んだガスの場合
には、灰分の融点以上にガスの温度を上げると、灰分が
溶融して燃焼室やタービンブレードに付着して効率の低
下や運転不能となる。

【０００９】一般に石炭の灰の融点は１２００〜１３０
０℃以上で、現在の高効率のガスタービンのタービン入
口ガス温度の１２００〜１３００℃と非常に近い値とな
っている。そのため灰分を含んだ石炭ガス化ガスを利用
することは危険を伴う。

【００１０】一方ガスタービン内の温度は、膨張するこ
とにより温度が下がり、入口温度が１２００℃〜１３０
０℃の場合、タービン出口では５００〜５５０℃位とな
っている。また、この膨張過程で温度の下がったガスに
更に燃料を送り温度を上昇させた後にタービンで膨張さ
せることにより、効率の改善や出力の上昇が可能となる
（再熱タービン）。

【００１１】つまり、例えばタービン内で１０００℃位
に下がった温度のガスに、灰分を含んだ石炭ガス化ガス
を吹き込み、灰の融点以下の例えば１２００℃位までガ
ス温度を上げて膨張させることにより、灰の融点に基づ
くトラブルを生ずることなく効率及び出力の改善が図れ
る。

【００１２】また、今後ガスタービン入口温度を高くす
る技術が開発されることにより、１段目のガスタービン
の入口温度が高くなるが、灰分の融点に基づくトラブル
の点からガスタービンにおける灰分を含んだ石炭ガス化
ガスの使用がますます難しくなる。この場合、２段目の
再熱に使用する燃料の比率が少なくなり、石炭ガス化ガ
スを利用する割合が減少する。

【００１３】その場合に、本願発明に基づく石炭ガス化
複合発電プラントの方法により、灰分を含んだ石炭ガス
化ガスを燃焼器（第２燃焼器）において燃焼し、該石炭
ガス化ガス燃焼ガスとガスタービンの圧縮機から送出さ
れる空気とを熱交換器において熱交換させ、該圧縮空気
を昇温して第１燃焼器に送入し、一方温度を低下して熱
交換器から排出される石炭ガス化ガス燃焼ガスを２段目
ガスタービンに供給することにより、２段目ガスタービ
ンに溶融灰によるトラブルを発生させることなく、第２
燃焼器にオイルまたはＬＮＧを燃焼してガス温度を上昇
させるシステムの場合でも、石炭ガス化ガスを使用して
ガス温度を抑制して燃焼させた時と同じような効果を得
ることができるので、石炭ガス化ガスの利用比率を高め
得る。

【００１４】

【実施例】図１は本願発明に基づく実施例を示す石炭ガ
ス化複合発電プラントの系統図である。図１において、
１は２段ガスタービン、２は発電機、３は第１燃焼器、
４は第２燃焼器、５は熱交換器、６は圧縮機、７はガス
混合器、８は空気、９はガス化炉、１０はガスクーラ、
１１はガス精製装置、１２は廃熱ボイラ、１３は灰分を
含まない燃料、１４は石炭、１５は蒸気、１６は空気圧
縮機である。

【００１５】ガス化炉９炉内に投入された石炭１４は、
圧縮機６から送出され空気圧縮機１６によって更にプラ
ントの圧力損失分だけ昇圧された理論空気量よりも少な
い空気８によって石炭１４の灰分の融点よりも高い温度
（一般には約１５００℃以上）で一部を燃焼され、その
時の熱によって残りの石炭１４をガス化される。

【００１６】ガス化炉９内で生成されたガス中には残留
灰分、窒素酸化物、硫黄化合物のガス、ＮａやＫのアル
カリ金属等種々の不純物を含んでおり、それを除去する
ために、まずガスクーラ１０において所定の温度まで冷
却したのちガス精製装置１１に送入して清浄化する。精
製された石炭ガス化ガスは第２燃焼器４内に送入され、
圧縮機６から送出される空気８の一部と混合されて燃焼
される。

【００１７】第２燃焼器４から排出された石炭ガス化ガ
ス燃焼ガスは熱交換器５内に導入され、圧縮機６から排
出される空気８の内、第１燃焼器３において灰分を含ま
ない燃料１３を燃焼するのに必要な空気８と熱交換され
て石炭１４の灰分の融点よりも低い温度まで冷却された
のちガス混合器７に送られる。

【００１８】一方熱交換器５において石炭ガス化ガス燃
焼ガスと熱交換を行って昇温した空気８は第１燃焼器３
に送られる。第１燃焼器３においては、オイル或いは天
然ガス等灰分を含有しない燃料が供給され、先に述べた
圧縮機６から送出され熱交換器５において昇温された空
気８と混合されて燃焼し、燃焼したガスは石炭１４中の
灰分の溶融温度よりも高い温度で１段目ガスタービンに
送入され、高い効率でガスタービンを駆動させる。

【００１９】１段目タービンを駆動し、膨張して温度を
低下させた燃焼ガスはガス混合器７に送入され、石炭ガ
ス化ガス燃焼ガスと混合されて再び昇温したのち２段目
ガスタービンに送入され、１段目ガスタービンと同軸に
設けられた２段目ガスタービンを駆動する。ガスタービ
ンを駆動し膨張して圧力と温度を低下させた混合ガスは
下流側に配設された廃熱ボイラ１２内に流入し、蒸気１
５を発生させる。発生した蒸気１５は図示しない蒸気タ
ービン等を駆動して有効利用される。

【００２０】

【発明の効果】本願発明によれば前記作用及び実施例に
おいて述べたように、下記に示す効果を奏する。 石炭ガス化ガスを燃焼したガスによって１段目ガス
タービン用燃焼器の燃焼用空気を予熱し、１段目ガスタ
ービンに供給するガスの温度を石炭ガス化ガス中に含有
される灰分の融点以上になし得ることから、プラント効
率の向上が図れる。 石炭ガス化ガスを燃焼したガスによって１段目ガス
タービン用燃焼器の燃焼用空気を予熱することにより、
１段目ガスタービン用燃焼器に石炭ガス化ガスを使用し
たのと同じ効果が得られることから、石炭ガス化ガスの
使用比率を高め得る。 燃焼として石炭の使用比率が高いことから、ＣＯ₂
ガスの増加を抑止して地球温暖化という公害の防止に寄
与し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に基づく実施例を示す石炭ガス化複合
発電プラントの系統図である。

【図２】従来の技術の例を示す系統図である。

【符号の説明】

１ ２段ガスタービン ２ 発電機 ３ 第１燃焼器 ４ 第２燃焼器 ５ 熱交換器 ６ 圧縮機 ７ ガス混合器 ８ 空気 ９ ガス化炉 １０ ガスクーラ １１ ガス精製装置 １２ 廃熱ボイラ １３ 灰分を含まない燃料 １４ 石炭 １５ 蒸気 １６ 空気圧縮機 １０１ 第１ガスタービン １０２ 第２ガスタービン １０３ 発電機 １０４ 圧縮機 １０５ 再生熱交換器 １０６ 燃焼器 １０７ 再熱器

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石炭をガス化するガス化炉と、ガス化炉
   で生成したガスを冷却するガスクーラと、生成ガスを精
   製するガス精製装置と、２段ガスタービンとを有する石
   炭ガス化複合発電プラントにおいて、 １段目ガスタービンにガスを供給する灰分を含まない燃
   料を燃焼する燃焼器（第１燃焼器）と、 石炭ガス化ガスを燃焼する燃焼器（第２燃焼器）と、 前記第１燃焼器に供給する圧縮空気と前記第２燃焼器か
   ら排出された石炭ガス化ガス燃焼ガスとを熱交換する熱
   交換器と、 １段目ガスタービンの排ガスと上記熱交換器から排出さ
   れた石炭ガス化ガス燃焼ガスとを２段目ガスタービンに
   供給する手段を設けたことを特徴とする石炭ガス化複合
   発電プラント。
2. 【請求項２】 １段目ガスタービンの排ガスと熱交換器
   から排出された石炭ガス化ガス燃焼ガスとを２段目ガス
   タービンに供給する手段が、各ガスを混合する混合装置
   である請求項１記載の石炭ガス化複合発電プラント。