JP2601631B2 - 空気分離とガスタービン発電の統合方法 - Google Patents

空気分離とガスタービン発電の統合方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低温（cryogenic ）空
気分離装置を、統合ガス化湿り空気タービン（integrat
ed gasification humid air turbine (IGHAT))又は統合
ガス化結合タービン（integrated gasification combin
ed cycle (IGCC))を使って電力を生産するための装置と
統合するための方法に関する。もっと具体的に言えば、
本発明は、プラントの資本費を低減し、電力出力を増大
させ、及び／又は固定した電力出力で効率を上昇させ、
そしてそのような発電プロセスの運転の融通性を向上さ
せる統合に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】この明
細書の目的のためには、湿り空気タービンサイクルと
は、エキスパンダーの排気から及び／又は任意の酸化剤
（oxidant)圧縮機の中間／後段冷却器からの廃熱を使用
して、酸化剤の流れを燃焼器へ供給する前にそれを水で
飽和し且つ加熱する燃焼タービン発電サイクルであると
定義される。
【０００３】統合ガス化湿り空気タービン及び統合ガス
化結合サイクル発電プロセスに関する既存の技術は、多
数の科学文献や特許文献に開示されている。
【０００４】背景技術（従来技術）は、ガスタービン空
気圧縮機からの圧縮された空気の一部を取り出して、結
合した空気分離装置へ原料を供給する一般的概念を開示
している。米国特許第3731495 号明細書は、空気分離装
置原料を高圧のガスタービン空気圧縮機の吐出から得
て、次いで冷却し、更に150 〜400 psia（1.03〜2.76 M
Pa（絶対圧））に圧縮して空気分離装置へ供給する方法
を開示している。同様に、米国特許第4224045 号明細書
は、空気分離装置への圧縮原料空気の一部あるいは全部
を高圧のガスタービン空気圧縮機の吐出から得て、次い
でこれを任意的に冷却し、そして85psia（0.59 MPa（絶
対圧））より高い圧力で空気分離装置への原料を提供す
るよう膨張させあるいは圧縮する方法を開示している。
このほかの参考文献がガスタービン空気圧縮機の吐出か
ら別の空気分離装置サイクルへの同様の高圧空気の抜き
出しを開示しており、これらの参考文献には、米国特許
第5081845 号明細書及び米国特許出願第07/837786 号明
細書が含まれる。最後に、米国特許第4631914 号明細書
は、燃焼発電サイクルのガスタービン圧縮機の中間段か
ら中間の圧力の空気を抜き出すことを開示しているが、
しかしこの抜き出された空気は、膨張タービンの中間段
へ供給されて仕事を発生するものであって、空気分離系
とのどのような統合も伴わない。
【０００５】背景技術は、関連する空気分離装置から中
間圧力の廃窒素をガスタービン空気圧縮機へ戻すという
一般概念を開示している。英国特許第2067668 号明細書
及び米国特許第4297842 号明細書は、大気圧空気分離装
置の廃窒素をガスタービン圧縮機への酸化剤に対する希
釈剤として使用してガスタービン燃焼器の下流のNOxの
発生を減らす方法を開示している。
【０００６】湿り空気タービン及び湿り空気タービン様
のサイクルに関する背景技術は、本発明が特に適用可能
であるタイプの発電所を開示している。米国特許第5181
376号明細書は、酸化剤空気飽和器を使用して、主燃焼
器／膨張タービンと別の湿潤空気エキスパンダー又は追
加の燃焼器／膨張タービンの両方へ湿り空気を提供する
方法を開示している。米国特許第4829763 号明細書と英
国特許第2153912 号明細書は、酸化剤空気の圧縮の熱を
ガスタービン空気圧縮機と組み合わせた中間冷却器と後
段冷却器とで回収するもっと限定的な湿り空気タービン
サイクルを開示している。米国特許第4653268 号明細書
及び同第4537023 号明細書も、圧縮の熱を、燃焼器／膨
張タービンへ湿り空気を供給するための酸化剤空気飽和
器へ送る前に中間冷却器と後段冷却器で水により回収す
るプロセス系を開示している。
【０００７】背景技術は、ガスタービン燃焼器、途中部
分、そしてエキスパンダーを冷却するのにも、廃窒素を
空気分離装置から燃焼器へ導入しあるいはガスタービン
エキスパンダーの上流の急冷ガスとして導入するのにも
関連する一般概念を開示している。
【０００８】次に掲げる背景技術は、空気分離装置の廃
窒素をガスタービン燃焼器とその下流とで使用すること
を開示している。米国特許第5081845 号明細書は、「空
気分離装置から窒素ガスを取り出して、少なくともその
うちの一部分の圧力を、その〔ガスタービン空気の〕圧
縮機吐出とエキスパンダー入口との間のガスタービンへ
導入するための燃料流のそれに実質的に等しい圧力まで
昇圧する」ことを開示している。Rathboneの米国特許第
4962646 号明細書は、「〔空気分離装置の〕高圧精留塔
からの窒素の流れを燃焼室とタービンの上流の領域の燃
焼生成物のうちの一方へ供給する」系を開示している。
米国特許第4707994 号明細書は、「〔空気分離装置から
の〕窒素生成物を燃焼器の急冷のための二次冷却ガスと
して」使用することを開示している。米国特許第455773
5 号明細書は、「燃焼域に送られる廃窒素」と「ガスタ
ービンによる膨張の前に燃焼ガスへ送られる廃窒素」を
開示している。米国特許第4019314 号明細書は、「空気
分離の際に製造された窒素を廃ガス〔燃焼器排気流〕と
混ぜてから後者を膨張させ」、「窒素を二つの膨張工程
……の間で廃ガスに混ぜ合わせ」、そして「廃ガスを空
気分離プラントを出てゆく窒素の圧力まで第一の膨張工
程で膨張させる改良」を開示している。廃窒素を同じよ
うに使用することを記載しているこのほかの背景技術に
は、米国特許第5080703 号、同第5036672 号、同第4697
415 号及び同第4697413 号各明細書が含まれる。
【０００９】空気分離装置の廃窒素と高温燃焼排気ガス
とを膨張の前で統合することをを開示している重要な背
景技術は、米国特許第4224045 号明細書と米国特許第37
31495 号明細書である。米国特許第4224045 号明細書
は、「窒素に富むガスの少なくとも一部を……発火圧力
に少なくとも等しい圧力まで圧縮し、その圧縮した窒素
に富む流れを当該パワータービン〔ガスタービンエキス
パンダー〕の上流の燃焼流へ流入させ」て、そして「こ
の圧縮した窒素に富む流れの少なくとも一部を……発火
の後に燃焼流に導入する」ことを開示している。米国特
許第3731495 号明細書は、「金属〔燃焼室〕を窒素に富
む急冷ガスで適当に覆い、エキスパンダーに入ってくる
窒素に富んだガスの温度は1650°Ｆ（約 900℃）ほどの
高温でよく」、そして「相対的に冷たい窒素に富むガス
を別の急冷域で上記の高温燃焼ガスに導入して、大気圧
を超える圧力で中間温度の窒素に富むガス混合物を作
る」ことで、空気分離装置の廃窒素を加熱することを開
示している。
【００１０】次に説明する背景技術は、ガスタービン燃
焼器、途中部分及びエキスパンダーの冷却に関連してい
る。一般に実用されているガスタービンエキスパンダー
を冷却する一番簡単な標準的方法は、ガスタービン空気
圧縮機からの圧縮空気の一部分を装置系のための貫流
（flow-through）冷却剤として燃焼器、途中部分、及び
ガスタービンエキスパンダーの最初の数段に振り向ける
ことである、ということに注目すべきである。米国特許
第5160096 号明細書は、湿らせた空気をガスタービンエ
キスパンダーの最初の固定翼のための貫流冷却剤として
使用する一方で、湿らす前の圧縮空気を更に膨張させる
ため高温の排ガスと混合する前に最初の段のローターブ
レードのための貫流冷却剤として使用する湿り空気ター
ビンサイクルを開示している。米国特許第5095693 号明
細書は、ガスタービン圧縮機の出口からの側流を振り向
け、その熱エネルギーの一部を燃料流との間接熱交換で
取り去り、次いでそれをガスタービンエキスパンダーの
ために降温した冷却剤として供給することを開示してい
る。米国特許第4571935 号明細書は、高圧スチームター
ビン〔通常は結合サイクル操作と結び付けられる〕から
スチームを抜き出してエキスパンダーの外殻と固定翼を
冷却することを開示している。米国特許第4571935 号明
細書はまた、装置系の始動とガスタービン冷却剤流の独
立した制御の利益とを開示している。米国特許第433878
0 号明細書は、ガスタービン圧縮機の排気の一部へ水の
スプレーを導入してガスタービンエキスパンダーの回転
ブレードのための優れた貫流冷却剤を作ることを開示し
ている。米国特許第4314442 号明細書は、貫流の構成に
おいてエキスパンダーの固定翼と回転ブレードを保護す
るスチームの熱バリヤフィルムでエキスパンダーをスチ
ーム冷却することを開示している。米国特許第3973396
号明細書は、エジェクターの構成を使用する前にヒルシ
ュ(Hilsch)チューブエキスパンダーを使ってガスタービ
ン空気圧縮機の吐出の一部を冷却して、このガスを主空
気冷却流へ供給してその平均温度を下げ、そして優れた
貫流冷却剤を提供することを開示している。米国特許第
3783614 号明細書はフルオロカーボン冷媒を使用する複
雑な閉ループガスタービンエキスパンダー冷却系を開示
している。
【００１１】最後に、 A.D.Raoらにより作成されたEPRI
レポート、A Comparison of HumidAir Turbine (HAT) C
ycle and Combined Cycle Power Plants(1991年３月）
は、独立した空気分離装置の後段冷却器から回収した圧
縮の熱を使って水を加熱して、ガスタービン燃焼器へ供
給される冷却剤流を飽和させることを開示している。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、電力を発生す
るための方法の改良に関し、この方法においては、低温
空気分離装置において圧縮空気を蒸留して酸素生成物と
廃窒素生成物にし、酸素生成物の少なくとも一部を圧縮
してガス化装置又は部分酸化装置で炭素質燃料と反応さ
せて、一酸化炭素と水素を含む合成（燃料）ガスを製造
し、供給空気をガスタービン供給空気圧縮機で圧縮しそ
して続いて少なくとも部分的に飽和させ、上記の合成ガ
スをこの飽和した圧縮されたガスタービン供給空気とと
もに燃焼器で燃焼させて燃焼ガスを生成させ、これは途
中部分を通過して次にガスタービンで膨張させられて仕
事を発生させ、この発生した仕事のうちの少なくとも一
部分を使ってガスタービン供給空気圧縮機を駆動し、ま
た上記の発生した仕事のうちの少なくとももう一つの部
分を使って電気を発生させる。
【００１３】上記の改良というのは、 (a)上記のガスタ
ービン供給空気圧縮機からの圧縮したガスタービン供給
空気のうちの一部分を抜き出して上記の低温空気分離装
置へ当該圧縮空気のうちの少なくとも一部を供給し、そ
して (b)上記の酸素生成物の圧縮の熱の少なくとも一部
を利用して水を加熱し、圧縮したガスタービン供給空気
を飽和させることを特徴とする。
【００１４】この改良は更に、上記の廃窒素生成物のう
ちの少なくとも一部をガスタービン供給空気圧縮機の中
間段へ供給すること、あるいは上記の廃窒素生成物のう
ちの少なくとも一部を、上記の燃焼器、途中部分及びガ
スタービンからなる群より選ばれた少なくとも一つの機
器設備へ調節可能な不活性ガス冷却剤、希釈剤又は質量
流量増加成分として導入すること、あるいは上記の低温
空気分離装置へ供給されるガスタービン供給空気圧縮機
からの圧縮したガスタービン供給空気のうちの抜き出し
た分に固有の熱のうちの少なくとも一部を利用して、上
記のガス化装置又は部分酸化装置へ供給される酸素生成
物の一部分を温めることを特徴とすることができる。
【００１５】任意的に、上記のガスタービン供給空気圧
縮機からの圧縮したガスタービン供給空気のうちの抜き
出した分を、蒸留のため空気分離装置に供給する前に空
気分離装置で更に圧縮してもよく、この更に圧縮するこ
とによる圧縮の熱を使って水を加熱して、当該圧縮した
ガスタービン供給空気を飽和させる。
【００１６】
【実施例及び作用効果】次に、本発明を詳しく説明す
る。本発明の方法は、空気分離装置と、統合されたガス
化湿り空気タービン又は統合されたガス化結合サイクル
の発電所とのいくつかの統合の改良の種々の組み合わせ
を体現するものである。第一の改良は、ガスタービン空
気圧縮機の中間部又は中間冷却部から圧縮空気の一部分
を取り出すことで、圧縮した供給空気のうちの少なくと
も一部分を空気分離装置へ供給することを含む。第二の
改良は、空気分離装置からの廃窒素をガスタービン空気
圧縮機の高圧部の入口へ戻すことを含む。第三の改良
は、空気分離装置からの廃窒素を、ガスタービン燃焼
器、途中部分及び／又はエキスパンダーへ調節可能な不
活性冷却剤、希釈剤として、あるいはガスタービンの発
電部を貫流する質量を増すために戻すことを含む。第四
の改良は、統合した空気分離装置の原料空気の圧縮の熱
の少なくとも一部をガス化装置へ移すことを含む。第五
の改良は、酸素生成物、戻りの窒素、又は空気分離装置
の追加の空気の圧縮の熱の一部を使って水を加熱し、ガ
スタービン燃焼器へ供給される酸化剤空気又は燃料の流
れを飽和させることを含む。各統合ガス化発電所の特色
に応じて、これらの改良のいろいろな組み合わせが実施
のために最も適したものになる。次に説明する五つの態
様は、将来建設されそうな統合ガス化発電所のタイプに
ついてこれらの概念の最も有益な組み合わせのいくつか
を代表するものである。
【００１７】図１は、通常の統合ガス化湿り空気タービ
ン発電所を独立した空気分離装置とともに示している。
図１のプロセスは本発明にとっての湿り空気タービンの
基準線である。
【００１８】図１を参照すれば、空気分離装置１と統合
湿り空気タービンサイクル100 が示されている。上述の
ように、空気分離装置１と統合湿り空気タービンサイク
ル100 は互いに統合されておらず、それらは独立して運
転される。
【００１９】図１の空気分離装置１に関して述べると、
管路10の原料空気を主圧縮機12で圧縮する。この圧縮し
た原料空気は、水、二酸化炭素及び炭化水素類といった
ような汚染物を除去して、少なくとも酸素生成物と窒素
生成物を製造するため低温蒸留塔装置系14へ供給され
る。この低温蒸留塔装置系はいずれのタイプのものでも
よく、すなわち単一塔でも複数塔でもよく、常圧でも高
圧でもよい。更に、この低温蒸留塔装置系はアルゴン生
成物を生産することができる。本用途では、図示したよ
うに、窒素生成物は管路16で取り出されて廃棄物として
放出される。酸素生成物は管路18で取り出され、ガス化
装置で使用するのに必要とされる圧力まで圧縮機20で圧
縮される。圧縮の熱を取り除くために、圧縮機20の中間
冷却器又は後段冷却器へ管路24で冷却水が供給される。
温められた冷却水は管路26で取り出される。
【００２０】統合湿り空気タービンサイクル100 に関し
て述べると、管路110 の供給空気を低圧空気圧縮機112
で圧縮し、中間冷却器114 で冷却し、高圧空気圧縮機11
6 で更に圧縮して、二つの部分、つまり管路120 の第一
の分の圧縮空気と管路118 の第二の分の圧縮空気に分け
る。管路120 の第一の圧縮空気部分は、後段冷却器122
で後段冷却されてから、飽和器126 において水で飽和さ
れる。飽和した管路128 の第一の圧縮供給空気部分は、
換熱器130 で冷却するスタックガスとの熱交換で更に加
熱される。次に、この加熱された、管路132 の飽和した
第一の供給空気部分は、管路150 を経由し、やはり換熱
器130 で加熱されてきた燃料ガスとともに燃焼器134 で
燃焼される。管路136 の燃焼生成物は、エキスパンダー
138 で膨張させられて軸仕事を発生させ、これは圧縮機
112 と116 を駆動するためと、発電機160 を使って電気
を生産するために使用される。管路118 の第二の圧縮空
気部分はタービン冷却空気として使用される。このター
ビン冷却空気はいろいろな入口箇所へ、例えば管路133
を経て燃焼器134 へ、管路135 を経て途中部分へ、管路
137 を経てエキスパンダー138 へ、あるいはそれらの任
意の組み合わせへ供給することができる。エキスパンダ
ー138 からの管路140 の排気ガスは、管路144 によりス
タックガスとして放出される前に換熱器130 とエコノマ
イザー（熱交換器）142 で冷却される。
【００２１】更に、統合湿り空気タービンサイクル100
に関しては、管路40を経て補給水を中間冷却器のうちの
後のものに供給し、次いで管路50のガス化装置脱気器か
らの水と一緒にする。この一緒にした水の流れは、エコ
ノマイザー142 で温めてから飽和器126 の上部に供給す
る。飽和器126 では、温水を管路124 の乾燥空気と接触
させて、後に燃焼器134 へ導入するため管路128 の飽和
空気を製造する。飽和器126 からの過剰の水のうちの一
部は、管路110 の空気を源とする圧縮供給空気流から圧
縮の熱を回収するのに利用される。この圧縮の熱は中間
冷却器114 と後段冷却器122 で回収される。更に、管路
124 の乾燥圧縮空気の飽和のために必要とされる追加の
熱を石炭ガス化装置の水加熱器70において得る。図示し
たように、管路54により飽和器126 の底部から水を取り
出して三つの分割流に分ける。管路56の第一の分割流は
後段冷却器122 の二番目のものに供給して加温する。管
路74の第二の分割流は中間冷却器114 の第一のものに供
給して加温し、次いで管路76を経由して管路58の二番目
の後段冷却器122 からの加温された水と一緒にする。こ
の一緒にされた管路60の加温水の流れは一番目の後段冷
却器122 に供給して加温される。管路68の第三の分割流
は、管路78及び80の中間の水の流れの少なくとも一部分
と一緒に加熱器70で加熱される。管路72の加熱された水
は管路62の加熱された水と一緒にされて、管路64により
飽和器126 の上部に供給される。最後に、管路80の下方
の中間の水の流れの一部分は管路82を経由して管路50の
ガス化装置脱気器からの水と一緒にされる。
【００２２】第２図は、ガスタービン空気圧縮機の中間
冷却部から低圧空気分離装置への圧縮原料空気の一部又
は全部を抜き出し、そして酸素生成物の圧縮からの廃熱
の一部を飽和器へ戻す概念を使用する本発明の態様を例
示するものである。図２を参照すると、圧縮機112 から
出で来る圧縮空気の一部分を管路210 により取り出す。
この一部分は、三つの箇所のうちの一つから、すなわち
中間冷却器114 の前から、中間冷却器114 から、あるい
は中間冷却器114 の後から取り出すことができる。好ま
しい位置は、実線で示されたように、中間冷却器114 の
後である。実際の場所は特定の装置系にとって統合を最
適にするようなものになろう。
【００２３】更に、管路24と224 の脱塩した補給水を、
管路22で送り出される圧縮酸素流を含めた、空気分離装
置１のいろいろな流れとの熱交換で加温し、こうしてそ
の圧縮酸素流を中間冷却し、また任意的に後段冷却し
て、圧縮の熱を取り除く。加温した補給水は、管路226
を経て飽和器126 へ、タービン空気を湿らすための補給
水の一部として供給される。空気分離装置１からの温水
を統合するのにこのほかの場所が可能であり、実際の場
所は統合を最適なものにするようなものになろう。図２
の残りは図１と変わらないでそのままである。これらの
図において同様の流れとプロセス機器は同じ識別参照番
号を使用している。
【００２４】図２において明らかなように、この図は、
低圧空気分離装置への圧縮原料空気の全部をガスタービ
ン圧縮機の中間部から抜き出すものとして示している
が、ガスタービンの負荷能力に最もよく合わせるため
に、この源から空気分離装置圧縮原料空気の一部分だけ
を供給することも可能である。管路210 の空気統合流の
好ましい条件は、圧力が50〜150 psia（0.34〜1.03MPa
(絶対圧))の範囲、そして温度がおよそ補給水又は供給
冷却水の温度である。
【００２５】図２は、飽和器126 へ導かれる脱塩補給水
を用いて酸素生成物の圧縮の中間冷却の全てがなされる
ことを示している。過剰の補給水加熱能力が必要とされ
る場合には、酸素生成物の圧縮の熱の一部だけをより費
用のかかる脱塩補給水へ向けて、残りの熱は正規の冷却
水に与えることが可能である。オプションとして、この
温水の統合は、酸化剤空気飽和器へ入る前に更に加熱す
るために、エコノマイザー142 又は石炭ガス化装置の水
の加熱装置70へ向かわせることができる。
【００２６】この態様についての別の構成を図３に示
す。この態様は、管路210 の空気統合流と管路22のガス
化装置への高圧供給酸素との熱交換器212 を追加するこ
とを示している。このオプションは、統合した空気分離
装置の原料空気の圧縮の熱の一部をガス化装置への高圧
供給酸素へ移動させる概念を使用する。上記のように、
装置系における冷却と加熱を最もよく最適化するよう、
管路210 の空気統合流をガスタービン空気圧縮機の中間
部又は中間冷却部の任意の箇所で抜き出すことができる
（図中に破線で示したように）。
【００２７】図４は、主ガスタービン空気圧縮機の中間
冷却部から低圧空気分離装置への低圧圧縮原料空気の一
部又は全部を抜き出して、酸素生成物の圧縮からの廃熱
の一部を酸化剤飽和器へ戻すという概念をやはり使用す
る、本発明の第二の態様を示している。とは言うもの
の、図２と３に示した装置系とは違って、この態様は、
空気分離装置への供給原料のうちの一部分が約100 psia
（0.69MPa(絶対圧))より高い圧力であることを必要とす
るポンプ送りされる液体酸素(LOX）のサイクルを使用す
る。
【００２８】図４は、空気分離装置１への低圧圧縮原料
空気の全部が管路210 によりガスタービン圧縮機中間冷
却器から抜き出せれ、空気分離装置への高圧原料空気の
全部が管路310 により後段冷却器122 の出口から抜き出
されることを示している。ガスタービンの負荷能力に最
もよく合わせるために、これらの源から空気分離装置の
圧縮原料空気の一部分だけを供給することも可能である
ことに言及することが重要である。管路210 の低圧の方
の空気統合流の好ましい条件は、圧力が50〜150 psia
（0.34〜1.03MPa(絶対圧))の範囲、そして温度がおよそ
補給水又は供給冷却水の温度である。第一の態様の場合
と同じように、装置系における中間冷却を最もよく最適
化するよう、低圧の空気統合流をガスタービン空気圧縮
機の中間部又は中間冷却部の任意の箇所で抜き出す（図
中に破線で示したように）ことが可能である。管路310
の高圧の方の空気統合流の好ましい条件は、圧力が約10
0 psia（0.69MPa(絶対圧))より高く、そして温度がおよ
そ補給水又は供給冷却水の温度である。同様に、この態
様にあっては、装置系における後段冷却を最もよく最適
化するよう、高圧の空気統合流をガスタービン空気圧縮
機の後段冷却部の任意の箇所で抜き出す（図中に破線で
示したように）ことが可能である。給水冷却器312 を高
圧空気統合流とともに、エキスパンダー314 の直ぐ下流
の箇所へ移すこと、あるいはそれを、必要に応じて任意
的に追加の電力を発生させるように又は高圧空気統合流
により多くの寒冷を供給するように、全体的に移すこと
も可能である。エキスパンダー314 の必要性は、管路12
0 の圧縮したガスタービン供給空気と管路316 の空気分
離原料空気のために選ばれた最適化した圧力によって決
められよう。この最適化した圧力は、統合ガス化湿り空
気タービン（IGHAT)又は統合ガス化結合タービン（IGC
C）プロセスに特有のものである。
【００２９】図４はまた、酸素生成物の圧縮の中間冷却
の全てが飽和器126 へ導かれる脱塩補給水を用いてなさ
れることを示している。過剰の補給水加熱能力が必要と
される場合には、酸素生成物の圧縮の熱の一部だけをよ
り費用のかかる脱塩補給水に与えて、残りの熱を正規の
冷却水へ与えることが可能である。オプションとして、
この温水の統合は、飽和器126 へ入る前に更に加熱する
ために、エコノマイザー142 又は石炭ガス化装置の水の
加熱装置70へ向かわせることができる。
【００３０】図４は、空気分離装置の統合のための二つ
の別個の空気圧力レベルを示している。より進んだ低温
空気分離サイクルは、最適な統合のために三つ又はそれ
以上の別個の空気圧力レベルを必要とすることがあろ
う。
【００３１】この第二の態様のもう一つの構成を図５に
示す。図３と同じように、図５は、高圧空気の統合流と
ガス化装置への高圧供給酸素との熱交換を追加（熱交換
器311 ）することを示している。このオプションは、統
合した空気分離装置の原料空気の圧縮の熱の一部をガス
化装置への高圧供給酸素へ移動させるという概念を使用
する。
【００３２】図６は、主ガスタービン空気圧縮機の中間
冷却部から高圧空気分離装置（EP ASU）への圧縮原料空
気の一部又は全部を抜き出し、この空気分離装置からの
廃熱の一部又は全部をガスタービン空気圧縮機の高圧部
の供給空気へ戻し、そして酸素生成物の圧縮と空気分離
装置の空気の追加の圧縮の廃熱の一部を酸化剤飽和器へ
戻すという概念を使用する本発明の第三の態様を示して
いる。図２〜５に示した装置系とは違って、この態様に
おける空気分離装置１は、中間冷却部の圧力より高い圧
力で空気分離装置へ供給することを必要とすることがあ
る高圧サイクルを使用する。
【００３３】図６に関して述べれば、このより高い圧力
の原料空気は、管路410 のガスタービン中間冷却部から
の空気統合流をブースター圧縮機412 で更に圧縮して用
意される。この図は空気分離装置への原料空気の全部を
ガスタービン圧縮機の中間冷却器から抜き出すことを示
してはいるが、ガスタービン空気圧縮機の負荷能力に最
もよく合わせるように、この源から空気分離装置原料空
気の一部分だけを供給することが可能である。第一及び
第二の態様の場合と同じように、装置系における中間冷
却を最もよく最適化するよう、ガスタービン空気圧縮機
の中間部又は中間冷却部の任意の箇所で低圧空気統合流
を抜き出すことが可能である。図６は、空気分離装置か
らの管路16の廃窒素の全部がガスタービン圧縮機の中間
冷却部に戻ることを示している。ガスタービンの負荷能
力に最もよく合わせるため、空気分離装置の廃窒素の一
部分だけをガスタービン空気圧縮機に戻すことも可能で
ある。空気分離装置原料空気中の酸素濃度を維持するよ
うに、低圧空気統合流を抜き出した下流の主圧縮空気流
に窒素を戻すことが好ましい、ということに言及すべき
である。管路16の廃窒素の戻りの流れの好ましい条件
は、最後のガスタービン中間冷却器をから出てくる中間
冷却された空気の圧力と温度に等しい圧力と温度であ
る。
【００３４】更に、図６は、酸素生成物の圧縮の中間冷
却とブースター空気圧縮機の後段冷却の全てが飽和器12
6 へ導かれる脱塩補給水を用いてなされることを示して
いる。過剰の補給水加熱能力が必要とされる場合には、
酸素生成物の圧縮の熱の一部だけをより費用のかかる脱
塩補給水へ向けて、残りの熱を正規の冷却水に与えるこ
とが可能である。オプションとして、この温水の統合
は、酸化剤飽和器へ入る前に更に加熱するために、エコ
ノマイザー又は石炭ガス化装置の水の加熱装置へ向かわ
せることができる。
【００３５】前の態様と同じように、この第三の態様に
ついてのオプションは、統合された空気分離装置原料空
気の圧縮の熱の一部をガス化装置への高圧供給酸素へ移
動させるという概念を含む。この態様においては、この
オプションは好ましくは、任意の空気統合流ブースター
圧縮機の直ぐ下流で、又は空気統合流が中間冷却の前に
ガスタービン部から抜き出される場合にはブースター圧
縮機の上流で、追加の酸素熱交換器（図には示していな
い）を使用する。
【００３６】図７は、空気分離装置からの廃窒素のうち
の一部又は全部をガスタービンの燃焼器、途中部分、及
び／又はエキスパンダーへ調節可能な不活性冷却剤とし
て戻し、そして酸素生成物の圧縮からの廃熱の一部を酸
化剤空気飽和器へ戻すという概念を使用する本発明の第
四の態様を示している。この態様も、ガスタービン空気
圧縮機の一番高圧の部分の吐出から高圧空気分離装置へ
の圧縮原料空気の一部又は全部を抜き出す技術を使用す
る。図６に示した装置系と同じように、空気分離装置１
は高圧サイクルを使用する。ガスタービン空気圧縮機の
実際の設計に応じて、空気分離装置はガスタービン圧縮
機116 の吐出圧力より低い圧力の原料空気を必要とする
ことがある。
【００３７】必要ならば、このより低い圧力の原料空気
流は、ガスタービン後段冷却部からの管路510 の空気統
合流をエキスパンダー314 で膨張させることで得られ
る。図７は、空気分離装置へのこの圧縮原料空気の全て
をガスタービン圧縮機の後段冷却器から抜き出すことを
示している。しかしながら、空気分離装置への圧縮原料
空気の一部分だけをこの源から供給することも可能であ
る。第二の態様の場合と同じように、装置系における後
段冷却を最もよく最適化するよう、高圧空気統合流をガ
スタービン空気圧縮機の後段冷却部の任意の箇所で抜き
出す（図中には破線で示されている）ことが可能であ
る。給水冷却器を高圧空気統合流とともに、エキスパン
ダーの直ぐ下流の箇所へ移すこと、あるいはそれを、必
要に応じて任意的に追加の電力を発生させるように又は
高圧空気統合流により多くの寒冷を供給するように、全
体的に移すことも可能である。
【００３８】図８に示したように、ガスタービン圧縮機
の中間部又は中間冷却部から圧縮供給空気を抜き出して
圧縮機412 により補助の昇圧圧縮を行って、空気分離装
置の統合をガスタービンの負荷能力に最もよく合わせる
という概念を使用することが更に可能である。空気統合
流の好ましい条件は、第三の態様について検討したのと
同じである。この態様と同様に、装置系における中間冷
却を最もよく最適化するように、ガスタービン空気圧縮
機の中間部又は中間冷却部の任意の箇所で低圧空気統合
流を抜き出す（図には破線で示されている）ことが可能
である。
【００３９】図７も図８も更に、空気分離装置からの管
路16の廃窒素の全部をガスタービンの燃焼器、途中部分
及び／又はエキスパンダーの冷却流へ、それぞれ管路42
0 、422 、424 を経由して戻すことを示している。ガス
タービンの燃焼器、途中部分及びエキスパンダーの冷却
の必要条件に最もよく合わせるために、それらに空気分
離装置の廃窒素の一部だけを（適当な圧力で）戻すこと
も可能である。冷却のために窒素を使用することが必要
とされずあるいは好ましくない場合には、窒素をこれら
の場所のいずれかへ戻してガスタービンの発電系を通過
する追加の質量流量を提供すること、及び／又は、燃焼
器又は燃料供給系へ戻して、火炎温度を下げてNOX の生
成を抑制するための希釈剤として働かせることができ
る。
【００４０】更に、図７及び図８は、酸素生成物圧縮機
20の中間冷却及び／又はブースター圧縮機412 の後段冷
却の全てを、飽和器126 及び／又はエコノマイザー142
へ送られる脱塩補給水で行うことを示している。過剰の
補給水加熱能力が必要とされる場合には、酸素生成物の
圧縮の熱の一部だけをより費用のかかる脱塩補給水へ向
けて、残りの熱を正規の冷却水に与えることが可能であ
る。その上に、戻りの窒素流の圧縮の熱の一部又は全部
を脱塩補給水へ送ることが可能である。オプションとし
て、この温水の統合は、飽和器126 へ入る前に更に加熱
するために、石炭ガス化装置の水の加熱装置70へ向かわ
せることができる。
【００４１】前の態様におけるように、この態様につい
てのオプションは、統合した空気分離装置の原料空気の
圧縮の熱の一部分をガス化装置への高圧の供給酸素に移
動させるという概念を含む。図７に示した態様では、こ
のオプションは好ましくは、ガスタービン圧縮機からの
高圧統合空気の抜き出し箇所の直ぐ下流の追加の酸素熱
交換器（図示せず）を使用しよう。図８に示した態様で
は、このオプションは好ましくは、任意の空気統合流ブ
ースター圧縮機の直ぐ下流、又は空気統合流を中間冷却
前にガスタービン部から抜き出す場合にはこのユニット
の上流の追加の酸素熱交換器（図示せず）を使用しよ
う。更に別のオプションは、タービン冷却窒素からいく
らかの追加の圧縮熱を酸素流へ移動させるのを可能にす
る。これは、酸素圧縮機と窒素圧縮機の両方の下流に熱
交換器を配置することでなされよう。
【００４２】上述の四つの態様でもって検討した本発明
は、資本費を低下させ、出力を増加させ、及び／又は固
定した出力において効率がより高くなるために、当該技
術を有意に前進させるものである。本発明は、統合され
たガス化湿り空気タービン（統合ガス化湿り空気タービ
ン）又は結合されたサイクル（統合ガス化結合サイク
ル）の発電所の運転の融通性を改善する。本発明は、空
気分離装置と統合ガス化湿り空気タービン又は統合ガス
化結合サイクルの発電所との統合という四つの重要な概
念のいろいろな組み合わせを体現する点で、背景技術で
開示された前述の方法と異なるものである。第一の概念
は、空気分離装置への圧縮した原料空気の一部又は全部
をガスタービン空気圧縮機の中間部又は中間冷却部から
抜き出すことである。第二の概念は、中間圧力の空気分
離装置からの廃窒素をガスタービン空気圧縮機の高圧段
の供給空気に戻すことである。第三の概念は、空気分離
装置からの廃窒素をガスタービンの燃焼器、途中部分及
び／又はエキスパンダーへ調節可能な不活性冷却剤とし
て戻すことである。第四の概念は、統合空気分離装置の
原料空気の圧縮の熱の一部をガス化装置への高圧の供給
酸素へ移動させることである。第五の概念は、酸素生成
物、戻りの窒素、又はいずれかの補助の空気分離装置の
空気の圧縮の熱の一部を使って水を温めて、ガスタービ
ン燃焼器へ供給される酸化剤空気又は燃料の流れを飽和
させることである。それぞれの統合ガス化発電所の特性
に応じて、これらの概念のいろいろな組み合わせから背
景技術に比べて最大の改良がなされる。
【００４３】先に説明した低温空気分離装置は全てが酸
素圧縮機を使用することを示してはいるが、酸素をその
最終の送り出し圧力までポンプで液体昇圧するのを利用
するサイクルを使用することも可能である。これらの場
合には、空気あるいは窒素のような圧縮した流体がポン
プで送られた酸素を気化させるのに使用されよう。これ
らの流体のための圧縮機は、酸素圧縮機あるいはブース
ター空気圧縮機について説明したようにガスタービンサ
イクルに統合されよう。
【００４４】先の本発明の詳しい説明で示した統合ガス
化湿り空気タービンと空気分離装置との統合についての
四つの態様を、コンピューターを利用したプロセスシミ
ュレーションで評価して、既存の技術と比較したそれら
の利益を定量した。この評価のため使用したプラントの
規模は、1991年と1992年のガス化発電所についての第10
回及び第11回年次EPRI会議（10th and 11th Annual EPR
I Conferences on Gasification Power Plants）でA.D.
RaoとW.H. Dayにより開示された統合ガス化湿り空気タ
ービンシステムのそれであって、90°Ｆ（32℃）の周囲
温度で230 MWの公称出力であった。対応する酸素プラン
トの規模は1400トン／日（純粋O2基準）で、95％純粋酸
素を生産するものである。表１は、基礎事例の既存の湿
り空気タービン技術についてのコンピューターシミュレ
ーションの結果（第１欄と第３欄）、及び提案された統
合ガス化湿り空気タービンと空気分離装置との統合につ
いてのコンピューターシミュレーションの結果（第２欄
と第４〜６欄）を要約したものである。
【００４５】
【表１】
【００４６】
【表２】
【００４７】第一の態様（第２欄）は、低圧空気分離装
置への圧縮原料空気の全部又は一部を主ガスタービン空
気圧縮機の中間冷却部から抜き出して、酸素生成物の圧
縮からの廃熱の一部を酸化剤飽和器へ戻すという概念を
使用している。先に図２で示したこの態様は、低圧空気
分離装置が独立している統合ガス化湿り空気タービンの
既存の技術（第１欄）と最もよく比較される。本発明に
は、空気分離装置の主空気圧縮機を小さくしあるいはな
くしてそれにつれて資本費を7,000,000 ドルほど節約
し、そしてプラントの能力を本質的に同じ熱量で3.1 MW
程度だけ増大させるという利益がある。更に、本発明
は、背景技術により開示されたガスタービン空気圧縮機
の高圧の吐出から空気分離装置の原料空気を抜き出すと
いう以前の技術よりももっと最適な50〜150 psia（0.34
〜1.03MPa(絶対圧))の原料空気圧力で、補助的な膨張あ
るいは圧縮を行わずに、空気分離プラントを運転するの
を可能にする。その上、中間冷却系の特性に応じて、中
間冷却器に関して空気分離装置原料空気の抜き出しの箇
所を調整して設計又は運転の融通性を追加することによ
り冷却の負荷を空気分離装置へ移してもよい。これらの
改良のための費用は比較的少なくて、すなわちガスター
ビン空気圧縮機のより低圧の圧縮段が能力の増加を必要
とすることがあるかもしれず、ガスタービン圧縮機の中
間冷却器がもっと多くの面積を必要とするかもしれず、
そして燃料流量は基礎事例に比べて1.6 ％だけ増加す
る。統合された空気分離装置の原料空気の圧縮の熱の一
部をガス化装置への高圧供給酸素に与えるという図３に
示したオプションの場合には、酸素はガス化装置の性能
を改善するより高い温度でガス化装置へ供給することが
できる。ガス化装置の運転上のこの改良は、酸化剤空気
飽和器へ移すことができる圧縮の熱がより少なくなるこ
とを交換条件とするが、この改良は熱をプロセスへより
直接的に移動させるので、このオプションは更に正味の
利益をもたらすことができる。
【００４８】第二の態様（第４欄）も、低圧空気分離装
置への低圧圧縮原料空気の全部又は一部を主ガスタービ
ン空気圧縮機の中間冷却部から抜き出して、酸素生成物
の圧縮からの廃熱の一部を酸化剤飽和器へ戻すという概
念を使用している。先に図４で示したこの態様はまた、
高圧原料空気の全部を、ガスタービン空気圧縮機の高圧
部の排気から、サイクルのポンプ送りされる液体酸素分
ととも抜き出すものであって、独立の低圧ポンプ送りさ
れる液体酸素の空気分離装置を用いた統合ガス化湿り空
気タービンの既存の技術（第３欄）と最もよく比較され
る。本発明には、空気分離装置の主空気圧縮機を小さく
しあるいはなくしてそれにつれて資本費を8,000,000 ド
ルほど節約し、そしてプラントの能力をわずかにより高
い熱量で1.7 MWだけ増大させるという利益がある。更
に、第一の態様におけるように、本発明は、背景技術に
より開示されたガスタービン空気圧縮機の高圧の吐出か
ら空気分離装置の原料空気を抜き出すという以前の技術
よりももっと最適な50〜150psia（0.34〜1.03MPa(絶対
圧))の原料空気圧力で、補助的な膨張あるいは圧縮を行
わずに、空気分離プラントを運転するのを可能にする。
その上、中間冷却系と後段冷却系の特性に応じて、中間
冷却器及び後段冷却器に関して空気分離装置原料空気の
抜き出しの箇所を調整して設計又は運転の融通性を追加
することにより冷却の負荷を空気分離装置へ移してもよ
い。これらの改良のための費用は、ガスタービン空気圧
縮機が能力の増加を必要とすることがあるかもしれず、
ガスタービン圧縮機の中間冷却器及び後段冷却器がもっ
と多くの面積を必要とするかもしれず、高圧ガスタービ
ン空気圧縮機の吐出圧力が空気分離装置の高圧原料空気
よりも有意に高い場合には追加の空気エキスパンダーが
必要になるかもしれず、そして燃料流量は基礎事例に比
べて2.3 ％だけ増加するという点で、比較的少ない。統
合された空気分離装置の原料空気の圧縮の熱の一部をガ
ス化装置への高圧供給酸素に与えるという図５に示した
オプションの場合には、酸素はガス化装置の性能を改善
するより高い温度でガス化装置へ供給することができ
る。前と同じように、ガス化装置の運転上のこの改良
は、酸化剤空気飽和器へ移すことができる圧縮の熱がよ
り少なくなることを交換条件とするが、この改良は熱を
プロセスへより直接的に移動させるので、このオプショ
ンは更に正味の利益をもたらすことができる。
【００４９】第三の態様（第５欄）は、高圧空気分離装
置への圧縮した原料空気のうちの全部又は一部を主ガス
タービン空気圧縮機の中間冷却部から抜き出し、空気分
離装置からの廃窒素のうちの一部又は全部をガスタービ
ン空気圧縮機の高圧部の供給空気へ戻し、そして酸素生
成物の圧縮からの廃熱の一部を酸化剤空気飽和器へ戻す
という概念を使用している。先に図６でもって示したこ
の態様は、低圧空気分離装置が独立している統合ガス化
湿り空気タービンの既存の技術（第１欄）と最もよく比
べられる。本発明には、空気分離装置の主空気圧縮機を
小さくし又はなくしてそれに伴い資本費をほぼ7,000,00
0 ドル節約し、酸素圧縮機の大きさを有意に小さくし、
そしてプラントの能力をわずかにより良好な熱量で3.5
MWだけ増大させるという利益がある。この態様には、背
景技術で開示されたように高圧サイクルの空気分離装置
からの窒素を燃料流へ、あるいは直接燃焼室へ戻すとい
う以前の技術とは違い、空気分離装置からの中間圧力の
窒素生成物の圧縮のエネルギーを、どのような補助の圧
縮装置もなしに、ガスタービン系へ戻すという利点があ
る。その上に、窒素は、それが加えられる空気流の温度
より低いあるいは高い温度で戻すことができる。これ
は、次のガスタービン圧縮工程への入口条件をよりよく
調節するという追加の利益をもたらすことができる。例
えば、周囲温度が高い場合には窒素を空気流の温度未満
で戻してガスタービンの高圧部に過供給して、圧縮効率
を向上させることができる。その上、中間冷却系の特性
に応じて、中間冷却器に関して空気分離装置原料空気の
抜き出しの箇所と窒素の戻しの箇所を調整して設計又は
運転の融通性を追加することにより、冷却の負荷を空気
分離装置へ移してもよい。これらの改良のための費用は
比較的少なく、すなわち、ガスタービン空気圧縮機のよ
り低圧の圧縮段が能力の非常にわずかな増加を必要とす
ることがあるかもしれず、ガスタービン圧縮機の中間冷
却器がわずかにより多くの面積を必要とするかもしれ
ず、空気分離装置のために追加のブースター空気圧縮機
が必要とされ、そして燃料流量は基礎事例に比べて0.8
％だけ増加する。統合された空気分離装置の原料空気の
圧縮の熱の一部をガス化装置への高圧供給酸素に与える
というオプションの場合には、酸素はガス化装置の性能
を改善するより高い温度でガス化装置へ供給することが
できる。前と同じように、ガス化装置の運転上のこの改
良は、酸化剤空気飽和器へ移すことができる圧縮の熱が
より少なくなることを交換条件とするが、この改良は熱
をプロセスへより直接的に移動させるので、このオプシ
ョンは更に正味の利益をもたらすことができる。同様
に、酸化剤空気の酸素含有量はこの態様においてはおお
よそ20％過剰からおおよそ10％過剰まで低下し、燃焼器
の設計に影響を及ぼすことがある。
【００５０】第四の態様（第６欄）は、空気分離装置か
らの廃窒素の全部又は一部を途中部分及び／又はガスタ
ービンエキスパンダーへ調節可能な不活性冷却剤として
戻し、そして酸素生成物圧縮機からの廃熱の一部を酸化
剤空気飽和器へ戻すという概念を使用している。この態
様も、高圧空気分離装置への圧縮原料空気の全部又は一
部を主ガスタービン空気圧縮機の高圧の吐出から抜き出
すが、必ずしもその圧力の一番高いところからであると
は限らない。先に図７でもって示したこの態様は、低圧
空気分離装置が独立している統合ガス化湿り空気タービ
ンの既存の技術（第１欄）と最もよく比べられる。本発
明には、空気分離装置の主空気圧縮機を小さくし又はな
くしてそれに伴い資本費をほぼ7,000,000 ドル節約し、
酸素圧縮機の大きさを有意に小さくし、そしてプラント
の能力をわずかにより大きな熱量で7.0 MWだけ増大させ
るという利益がある。そしてまた、ガスタービンの途中
部分及び／又はエキスパンダーの冷却は、大抵の既存の
技術で使用されている空気流の代わりに独立して制御さ
れる不活性の冷却剤流でなされよう。これは、運転の融
通性をより大きくするのを可能にしよう。そしてこれは
また、燃焼温度の有意の上昇を可能にするはずである。
この上昇した燃焼温度で実現される上昇した効率は、プ
ラントの効率と能力をモデル計算する際に考慮に入れな
かったので、実際の利益は表１のデータに示されたもの
より大きくなるであろう。その上、背景技術で開示され
た窒素を燃料流へ又は燃焼器へ戻すという以前の技術と
は違って、窒素冷却剤をガスタービン空気圧縮機の出口
より低い圧力でタービン段へ送りだすことができるとい
う可能性を考慮に入れなかった。従って、表１に示され
た利益はより一層控え目なものである。先に図８で示し
たこの態様の変形も、空気分離装置への原料空気をガス
タービン空気圧縮機の中間部又は中間冷却部から抜き出
す概念を使用しており、空気分離装置への供給圧力を適
当なものにするためブースター圧縮機の追加の可能性が
あるものである。この変形においては、追加の利益は、
中間冷却系の特性に応じて、中間冷却器に関して空気分
離装置原料空気の抜き出しの箇所を調整して設計又は運
転の融通性を追加することにより、冷却の負荷を空気分
離装置へ移してもよいということである。これらの改良
のための費用は比較的少なく、すなわち、ガスタービン
空気圧縮機が能力の増加を必要とすることがあるかもし
れず、ガスタービン圧縮機の中間冷却器と後段冷却器が
より多くの面積を必要とするかもしれず、高圧ガスター
ビン空気圧縮機の吐出圧力が空気分離装置の高圧原料空
気より有意に高い場合には図７の態様のために追加の空
気エキスパンダーが必要になるかもしれず、追加の窒素
圧縮機が必要とされ、そして燃料流量は基礎事例に比べ
て4.2 ％だけ増加する。統合された空気分離装置の原料
空気の圧縮の熱の一部をガス化装置への高圧供給酸素に
与えるというオプションの場合には、酸素はガス化装置
の性能を改善するより高い温度でガス化装置へ供給する
ことができる。前と同じように、ガス化装置の運転上の
この改良は、酸化剤空気飽和器へ移すことができる圧縮
の熱がより少なくなることを交換条件とするが、この改
良は熱をプロセスへより直接的に移動させるので、この
オプションは更に正味の利益をもたらすことができる。
タービン冷却窒素から追加の圧縮熱を酸素流へ移動させ
るというオプションの場合には、更に別の利益を得るこ
とができる。第一に、酸素をより高い温度でガス化装置
へ供給してその性能を向上させることができる。その上
に、タービン冷却窒素の一部又は全部をより低い温度
で、ガスタービンの燃焼器、途中部分又はエキスパンダ
ーのどれかへ供給することができ、これもやはりその性
能を向上させることができる。
【００５１】五番目の態様は、前の態様とは違って、統
合ガス化結合サイクル流に関連するものであり、空気分
離装置からの廃窒素の一部又は全部を調節可能な不活性
冷却剤として、途中部分及び／又はガスタービンエキス
パンダーへ戻すという概念を使用している。この態様
も、高圧空気分離装置への圧縮原料空気の全部又は一部
を主ガスタービン空気圧縮機の高圧部分の吐出から抜き
出すが、必ずしもその圧力の一番高い部分からであると
は限らない。表には示されていないこの態様は、窒素が
燃焼器燃料流へ戻される統合された高圧空気分離装置を
備えたと統合ガス化結合サイクルの既存の技術と最もよ
く比較される。主要な利益と利点は、定量的にモデル計
算しなかったが、ガスタービンの途中部分及び／又はエ
キスパンダーの冷却が既存の技術で使用されている空気
流の代わりに独立して調節の可能な不活性の冷却剤流を
用いてなされることに由来している。この独立して調節
できることは、運転の融通性がより大きくなるのを可能
にするであろうし、恐らく燃焼温度の有意の上昇をも可
能にしよう。この上昇した燃焼温度は、プラントの効率
と能力の両方を有意に増大させよう。その上に、窒素冷
却剤をガスタービン燃焼器の燃料圧力よりはるかに低い
圧力でタービン段へ送りだすことができ、そのため窒素
圧縮の資本費と運転費も有意に低下することになろう。
既存の技術と比べたこれらの改良のための費用は比較的
少なく、すなわち、NOx の抑制を燃焼器へ導入される熱
回収流発生器からの流れで補うことが必要かもしれな
い。タービン冷却窒素からいくらかの追加の圧縮熱を酸
素流へ移動させるというオプションの場合には、更に別
の利益を得ることができる。第一に、酸素をより高い温
度でガス化装置へ供給してその性能を向上させることが
できる。その上に、タービン冷却窒素の一部又は全部を
より低い温度で、ガスタービンの燃焼器、途中部分又は
エキスパンダーのどれかへ供給することができ、これも
やはりその性能を向上させることができる。
【００５２】要約すると、この発明で提案される新しい
概念の適当な組み合わせを適用することの具体的な利益
は、検討中の特定の発電装置系に依存する。とは言うも
のの、先に開示した発明の最も適当な態様から、プラン
トの能力、効率、運転の融通性及び資本費に、既存の技
術と比べて有意の改善が見られることは明らかである。
【００５３】最後に、統合された設備の実際の最適な設
計では、空気流又は窒素流の統合箇所の一部又は全部が
実際のところ主要な機器の範囲内にあってもよく、例え
ば、ガスタービン空気圧縮機からの空気の抜き出しを、
圧縮機ユニットの吐出圧力の最終圧力より低い圧力で圧
縮機内の中間の箇所から行うことができる。
【００５４】ここまで、いくつかの具体的な態様を参照
して本発明を説明してきた。これらの態様は、本発明を
限定するものと見なされるべきではない。本発明の範囲
と精神は特許請求の範囲の記載から確認されるべきもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】統合のなされていない従来技術の方法の概略フ
ローシートである。
【図２】本発明の方法の第一の態様の概略フローシート
である。
【図３】本発明の方法の第一の態様の別の構成を示す概
略フローシートである。
【図４】本発明の方法の第二の態様の概略フローシート
である。
【図５】本発明の方法の第二の態様の別の構成を示す概
略フローシートである。
【図６】本発明の方法の第三の態様の概略フローシート
である。
【図７】本発明の方法の第四の態様の概略フローシート
である。
【図８】本発明の方法の第四の態様の別の構成を示す概
略フローシートである。
【符号の説明】
１…空気分離装置 １２…圧縮機 １４…蒸留装置系 ２０…圧縮機 ７０…水加熱器 １００…統合湿り空気タービンサイクル １１２…低圧空気圧縮機 １１４…中間冷却器 １１６…高圧空気圧縮機 １２２…後段冷却器 １２６…飽和器 １３０…換熱器 １３４…燃焼器 １３８…キスパンダー １４２…エコノマイザー ２１２…熱交換器 ３１１…熱交換器 ３１２…給水冷却器 ３１４…エキスパンダー ４１２…ブースター圧縮機 ４１６…圧縮機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｐ 9/04 Ｈ０２Ｐ 9/04 Ｐ // Ｆ２５Ｊ 3/04 Ｆ２５Ｊ 3/04 Ｚ (72)発明者 アーサー ラムスデン スミス アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18969，テルフォード，リッジ ロード 801 (56)参考文献 特開 平６−26758（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−79755（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−101963（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−313674（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−306885（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−94362（ＪＰ，Ａ) 特公 昭54−4906（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭57−45993（ＪＰ，Ｂ２) 欧州特許出願公開184137（ＥＰ，Ａ) 国際公開94／19591（ＷＯ，Ａ) Ａ ＣＯＭＰＡＲＩＳＯＮ ＯＦ Ｈ ＵＭＩＤ ＡＩＲ ＴＵＲＢＩＮＥ（Ｈ ＡＴ）ＣＹＣＬＥ ＡＮＤ ＣＯＭＢＩ ＮＥＤ−ＣＹＣＬＥ ＰＯＷＥＲ ＰＬ ＡＮＴＳ，1991，ＥＬＥＣＴＲＩＣ Ｐ ＯＷＥＲ ＲＥＳＥＡＣＨ ＩＮＤＴＩ ＴＵＴＥ，ＰＡＬＯ ＡＬＴＯ，ＣＡＬ ＩＦＯＲＮＩＡ，ＵＳ

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電力を発生するための方法であり、低温
    (cryogenic) 空気分離装置において圧縮空気を蒸留して
    酸素生成物と廃窒素生成物にし、酸素生成物の少なくと
    も一部分を圧縮してガス化装置又は部分酸化装置で炭素
    質燃料と反応させて、一酸化炭素と水素とを含む合成ガ
    スを製造し、供給空気をガスタービン供給空気圧縮機で
    圧縮してから飽和させ、上記の合成ガスをこの飽和した
    圧縮されたガスタービン供給空気とともに燃焼器で燃焼
    させて燃焼ガスを生成させ、これは途中部分を通過して
    次にガスタービンで膨張させられて仕事を発生させ、こ
    の発生した仕事のうちの少なくとも一部分を使ってガス
    タービン供給空気圧縮機を駆動し、そして上記の発生し
    た仕事のうちの少なくとももう一つの部分を使って電気
    を発生させる方法であって、 (a) 上記のガスタービン供給空気圧縮機からの圧縮した
    ガスタービン供給空気のうちの一部分を抜き出して、上
    記の低温空気分離装置へ当該圧縮空気のうちの少なくと
    も一部を供給すること、及び(b) 上記の酸素生成物の圧
    縮の熱の少なくとも一部を利用して水を加熱し、上記の
    圧縮したガスタービン供給空気を飽和させること、を特
    徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記廃窒素生成物のうちの少なくとも一
    部分を前記ガスタービン供給空気圧縮機の中間段へ供給
    することを更に特徴とする、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記燃焼器、前記途中部分及び前記ガス
    タービンからなる群より選ばれた少なくとも一つの機器
    設備へ、前記廃窒素生成物のうちの少なくとも一部分
    を、調節可能な不活性冷却剤、希釈剤又は質量流量増加
    成分として導入することを更に特徴とする、請求項１又
    は２記載の方法。
  4. 【請求項４】 低温空気分離装置へ供給される前記ガス
    タービン供給空気圧縮機からの圧縮したガスタービン供
    給空気のうちの当該抜き出された部分に固有の熱のうち
    の少なくとも一部分を利用して、前記ガス化装置又は部
    分酸化装置へ供給される酸素生成物のうちの当該一部分
    を温めることを更に特徴とする、請求項１から３までの
    いずれか一つに記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記ガスタービン供給空気圧縮機からの
    圧縮したガスタービン供給空気のうちの当該抜き出され
    た部分を、蒸留のために前記空気分離装置へ供給する前
    に空気分離装置空気圧縮機で更に圧縮し、そしてこの更
    に圧縮することにより生じる圧縮の熱を使って水を加熱
    して、当該圧縮したガスタービン供給空気を飽和させ
    る、請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記廃窒素生成物を圧縮することを更に
    特徴とする、請求項２又は３記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記廃窒素を更に圧縮することにより生
    じる圧縮の熱を使って水を加熱して、前記圧縮したガス
    タービン供給空気を飽和させる、請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記低温空気分離装置を高圧で運転す
    る、請求項１、２、３又は５記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記廃窒素生成物のうちの少なくとも一
    部分をエキスパンダーで減圧して仕事を発生させる、請
    求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記ガスタービン供給空気圧縮機から
    の圧縮したガスタービン供給空気のうちの当該抜き出さ
    れた部分を、蒸留のために前記空気分離装置へ供給する
    前にエキスパンダーで膨張させて仕事を発生させる、請
    求項１、２、３又は５記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記膨張させた燃焼ガスを使ってスチ
    ームを発生させる、請求項１、２、３又は５記載の方
    法。
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