JP2954972B2 - ガス化ガス燃焼ガスタービン発電プラント - Google Patents

ガス化ガス燃焼ガスタービン発電プラント

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ガス化ガス燃焼ガスタービン発電プラント
もしくは発電設備に関する。
従来の技術 第７図に、従来の石炭ガス化複合発電設備のシステム
構成を示す。
第７図において、一次燃焼器01にて、石炭供給管02よ
り投入される石炭と、チャー回収器03にて分離回収され
チャー供給管04より供給されるチャー（ガス化しない炭
素粒子）とを、空気圧縮機05で加圧され空気供給管06よ
り供給される圧縮空気により還元雰囲気（空気比＜１）
下で高温燃焼する。
そして、その燃焼ガスをリダクタ07に導き、ここで石
炭供給管02より石炭を投入して、ガス化し（Ｃ＋H2O→C
O＋H2）、該発生ガスを熱回収装置08で冷却した後、ガ
スダクト09を経て前述したチャー回収器03に導入し、チ
ャーを回収する。該チャーは、前述した如く一次燃焼器
01へ管04を通してリサイクルされる。
また、チャー回収器03を出たガスは、ガスダクト010
を経て乾式脱硫装置011にて脱硫された後、ガスダクト0
12を経て脱塵器013にて脱塵され、その後ガスダクト014
を経て二次燃焼器015へ供給される。そして、該ガスは
二次燃焼器015にて空気圧縮器05より供給される空気で
完全燃焼を行い、ガスタービン016の入口ガス温度は空
気量（又は空気量一定の場合は石炭供給量）により制御
される。ガスタービン016を駆動した燃焼ガスは、それ
から、出口ダクト017を経て排熱回収蒸気発生器018へ導
入され、熱回収後、煙突019より大気へ放出される。
一方、前記排熱回収蒸気発生器018で発生した蒸気
は、主蒸気管020を経て蒸気タービン021を駆動し、復水
器022で凝縮された後、給水ポンプ023により加圧され、
前記熱回収装置08及び排熱回収蒸気発生器018の給水と
して給水管024及び025を通してそれぞれ供給される。該
熱回収装置08で発生した蒸気も、蒸気管026より主蒸気
管020へ供給される。
なお、前記一次燃焼器01で発生する溶融スラグは、ス
ラグタンク026へ落下し、排出管027より系外へ排出され
る。また、前記脱塵器013で分離された煤塵も排出管028
より系外へ排出される。さらに、ガスタービン016は発
電機029を駆動する。
発明が解決しようとする課題 以上述べた従来の石炭ガス化複合発電設備は、しかし
ながら、次のような問題点があった。
（Ａ）熱サイクル的な問題 ガス化炉は、高温ガスを発生する一次燃焼器01と投入
石炭をガス化するリダクタ07とより構成されている。そ
して、該リダクタ07におけるガス化反応は温度約1000℃
を維持して行わせるが、このため石炭の混合と反応に時
間を要し、ガス化炉は大型化する。そして、この大型化
したガス化炉を加熱、焼損より保護するために、ガス化
炉周壁はボイラの火炉と同様な水冷構造とし、水冷却し
ている。
また、発生したガスを除塵及び脱硫するため、比較的
低温まで例えば常温まで冷却する必要がある。このた
め、ガス化炉出口に熱回収装置08を設備し、ガス化炉冷
却水を利用して熱回収し、蒸気を発生させ、発生蒸気を
ボトミングの蒸気タービンサイクルに供給している。
このようにしてエネルギーを消費した石炭ガス化ガス
が、ガスタービン用燃料としてガスタービン016に供給
されている。そして、該ガスタービン016の出口燃焼ガ
スは、その保有熱を排熱回収蒸気発生器018により蒸気
の形で回収され、蒸気タービン021を駆動する。したが
って、石炭ガス化複合発電設備を熱サイクル的にみれ
ば、蒸気サイクル（ガス化装置を蒸気発生源とするラン
キンサイクル）→ガスタービンサイクル（ブレイトンサ
イクル）→蒸気サイクル（排熱回収蒸気によるランキン
サイクル）となり、ガスタービンサイクル上流側に蒸気
タービンサイクルを配置した形の複合サイクルになって
いる。
このため、プラントのサイクル熱効率的な観点から、
単にガスタービン016、蒸気タービン021の複合サイクル
よりはプラント熱効率が低下せざるをえない。これは、
蒸気タービンサイクル（相対的に効率が低いとガスター
ビン複合サイクル（相対的に高効率））を直列接続した
サイクル構成としていることに起因する。これを分り易
く定量的に示すと、以下のとおりになる。
石炭ガス化複合発電設備のガス化装置における熱吸収
量を40％とし、残り60％の燃料がガスタービン016に供
給されるとし、ガス化装置部蒸気サイクルの熱効率を40
％、ガスタービン効率を32％、排熱回収蒸気サイクルの
熱効率を20％と概略仮定する。
すると、石炭ガス化複合発電設備の熱効率η１は、η
１＝0.4×0.40＋0.6×0.32＋（0.6−0.19）×0.12＝0.4
34（43.4％）となり、複合サイクルの熱効率η２＝1.0
×0.32＋（1.0−0.32）×0.2＝0.456（45.6％）より相
対値で５％も低いことを示す。すなわち、石炭ガス化複
合発電設備においては、蒸気サイクルをガスタービン複
合発電サイクルの上流側に配置しているのが、プラント
熱効率低下の原因になっている。
（Ｂ）設備の複雑化 ガス化装置は前述のごとく約1000℃という比較的低い
温度で石炭をガス化するため、ガス化炉はガス化反応を
完了するために大型化を要すると共に、チャーが発生す
る。したがって、このチャーを回収リサイクルさせる設
備（03,04）も必要となる。また、発生ガスを比較的低
温まで例えば常温まで冷却させるため、熱回収装置08が
必要となる。
このように、ガス化炉の大型化、チャー回収器03及び
管04を含むリサイクル装置の必要性、熱回収装置08の必
要性等、設備が複雑かつ大型化し、建設費が大きいとい
う問題もあった。
（Ｃ）CO2ガス分離に伴う問題 CO2分離回収の問題は、今後CO2排出量規制と共にいか
に効率よく、すなわち最小の動力（エネルギー）で最も
少ない設備費で回収できるかが重要となるが、石炭ガス
化複合発電方式では以下のごとき問題が伴ってくる。
CO2ガス分離装置が必要である。
CO2ガス分離に、PSA,TSA又は深冷分離式等の吸着分離
装置が必要となる。
COシフトコンバータが必要である。
石炭ガス化ガスはCO,CO2,H2,H2O,N2等より構成されて
いるが、CO2を分離する前にCOをCO2に変換する必要があ
る。これはCOシフトコンバータによりCO＋H2O→CO2＋H2
に変換することができるが、このためのシフトコンバー
タが必要となる。COシフトコンバータは、CO→CO2変換
触媒により構成されるものである。しかしながら、触媒
は劣化するので適宜交換が必要となる。
CO2ガス分離のための動力消費量が大きい。
CO2分離にはPSA,TSA,深冷分離等色々な分離の方式が
あるが、いずれの方式でも略同等の動力が必要である。
CO2/Nm3を分離するのに、おおよそ0.5kwh（約430kcal）
の動力が必要である。すなわち、電気エネルギー又は動
力の形で約10％程度すなわち電力発生に必要な熱エネル
ギーに引き戻すと、約20％のエネルギーをCO2分離に消
費することになり、エネルギーコストは大幅に上昇す
る。
以上述べた石炭ガス化複合サイクルは各国で多くのメ
ーカが実用化に取り組んでいる石炭利用高効率発電技術
であるが、上記のごとく幾つかの改善の余地を残してい
る。
したがって、本発明の目的は、上記した熱サイクル的
な問題、設備の複雑化の問題、CO2ガス分離に伴う問題
を解決するべく構成された発電設備を提供することにあ
る。
課題を解決するための手段 上記の問題を解決するために、請求項１に記載の本発
明は、一次燃焼器における燃焼温度が脱塵装置における
灰の溶融分離に必要な温度となる燃焼量になるための必
要酸素量を空気分離器で分離製造し、圧縮機で昇圧し、
前記一次燃焼器に投入し、該一次燃焼器において燃料の
還元燃焼により発生した一次燃焼ガスと、該一次燃焼ガ
スの完全燃焼に必要な量の加圧した酸素と、排熱回収蒸
気発生器で発生した蒸気とを、ガスタービン駆動用の二
次燃焼器に投入し燃焼させるガス化ガス燃焼ガスタービ
ン発電プラントにおいて、一次燃焼及び二次燃焼用酸素
で熱回収するように、前記一次燃焼器からの前記一次燃
焼ガスの温度を、前記圧縮機で昇圧された酸素により、
前記脱塵装置の許容温度まで低下させるための一次ガス
冷却器と、前記排熱回収蒸気発生器の下流側に配置さ
れ、該排熱回収蒸気発生器の燃焼ガス中の水蒸気を凝縮
分離するための排ガス凝縮器とを備え、前記燃焼ガスか
ら凝縮分離された凝縮水のうち、前記二次燃焼器の出力
ガスの温度をガスタービン許容温度に制御するために必
要な蒸気量相当の凝縮水を前記排熱回収蒸気発生器への
給水とすることを特徴としている。
また、請求項２に記載の本発明によると、一次燃焼器
における燃焼温度が脱塵装置における灰の溶媒分離に必
要な温度となる燃焼量になるための必要酸素量を空気分
離器で分離製造し、ガスタービン駆動の圧縮機で昇圧
し、前記一次燃焼器に投入し、該一次燃焼器において燃
料の還元燃焼により発生した一次燃焼ガスと、該一次燃
焼ガスの完全燃焼に必要な量の加圧した酸素と、排ガス
凝縮器で分離したCO2とを、ガスタービン駆動用の二次
燃焼器に投入し燃焼させるガス化ガス燃焼ガスタービン
発電プラントは、一次燃焼及び二次燃焼用酸素で熱回収
するように、前記一次燃焼器からの前記一次燃焼ガスの
温度を、前記圧縮機で昇圧された酸素により、前記脱塵
装置の許容温度まで低下させるための一次ガス冷却器を
備えると共に、排熱回収蒸気発生器の下流側に配置さ
れ、該排熱回収蒸気発生器の燃焼ガス中の水蒸気を凝縮
分離するための前記排ガス凝縮器は、前記燃焼ガスで分
離したCO2のうち、前記二次燃焼器の出力ガスの温度を
ガスタービン入口温度の制御に必要なCO2を前記ガスタ
ービン駆動の圧縮機に供給し、前記排熱回収蒸気発生器
は、そこで発生した蒸気を蒸気タービンへ供給するよう
になっていることを特徴としている。
更に、請求項３に記載の本発明によると、一次燃焼器
における燃焼温度が脱塵装置における灰の溶融分離に必
要な温度となる燃焼量になるために必要の空気をガスタ
ービン駆動の圧縮機で昇圧し、前記一次燃焼器に投入
し、該一次燃焼器において燃料の還元燃焼により発生し
た一次燃焼ガスと、該一次燃焼ガスの完全燃焼に必要な
量の加圧した空気と、排熱回収蒸気発生器で発生した蒸
気とを、ガスタービン駆動用の二次燃焼器に投入し燃焼
させるガス化ガス燃焼ガスタービン発電プラントは、一
次燃焼及び二次燃焼用空気で熱回収するように、前記一
次燃焼器からの前記一次燃焼ガスの温度を、前記圧縮機
で昇圧された空気により、前記脱塵装置の許容温度まで
低下させるための一次ガス冷却器と、前記排熱回収蒸気
発生器の下流側に配置され、該排熱回収蒸気発生器の燃
焼ガス中の水蒸気を凝縮分離するための排ガス凝縮器と
を備え、前記燃焼ガスから凝縮分離された凝縮水であっ
て、前記二次燃焼器の出力ガスの温度をガスタービン許
容温度に制御するために必要な蒸気量に相当する凝縮水
を前記排熱回収蒸気発生器への給水とすることを特徴と
している。
請求項４に係る本発明では、一次燃焼器における燃焼
温度が脱塵装置における灰の溶融分離に必要な温度とな
る燃焼量になるための必要な空気をガスタービン駆動の
圧縮機で昇圧し、前記一次燃焼器に投入し、該一次燃焼
器において燃料の還元燃焼により発生した一次燃焼ガス
と、該一次燃焼ガスの完全燃焼に必要な量の加圧した空
気と、排ガス凝縮器で分離したCO2とを、ガスタービン
駆動用の二次燃焼器に投入し燃焼させるガス化ガス燃焼
ガスタービン発電プラントは、一次燃焼及び二次燃焼用
空気で熱回収するように、前記一次燃焼器からの前記一
次燃焼ガスの温度を、前記圧縮機で昇圧された空気によ
り、前記脱塵装置の許容温度まで低下させるための一次
ガス冷却器を備えると共に、排熱回収蒸気発生器の下流
側に配置され、該排熱回収蒸気発生器の燃焼ガス中の水
蒸気を凝縮分離するための前記排ガス凝縮器からのCO2
は、前記二次燃焼器の出力ガスの温度をガスタービン許
容温度に制御するために必要なCO2量が圧縮されて前記
二次燃焼器に供給され、前記排熱回収蒸気発生器で発生
した蒸気は蒸気タービンへ供給するようになっているこ
とを特徴としている。
請求項５に係る本発明は、一次燃焼器における燃焼温
度が脱塵装置における灰の溶融分離に必要な温度となる
燃焼量になるための必要酸素量を空気分離器で分離製造
し、圧縮機で昇圧し、前記一次燃焼器に投入し、該一次
燃焼器において燃料の還元燃焼により発生した一次燃焼
ガスと、該一次燃焼ガスの完全燃焼に必要な量の加圧し
た酸素と、排熱回収蒸気発生器で発生した蒸気とを、ガ
スタービン駆動用の二次燃焼器に投入し燃焼させるガス
化ガス燃焼ガスタービン発電プラントにおいて、前記一
次燃焼器からの前記一次燃焼ガスの温度を前記脱塵装置
の許容温度まで低下させるための一次ガス冷却器を備
え、該一次ガス冷却器により前記排熱回収蒸気発生器で
発生した蒸気を冷却熱回収し前記二次燃焼器に投入する
と共に、前記排熱回収蒸気発生器の下流側に配置され、
該排熱回収蒸気発生器の燃焼ガス中の水蒸気を凝縮分離
するための排ガス凝縮器を備え、前記燃焼ガスから凝縮
分離された凝縮水であって、前記二次燃焼器の出力ガス
の温度をガスタービン許容温度に制御するために必要な
蒸気量に相当する凝縮水を前記排熱回収蒸気発生器への
給水とすることを特徴としている。
最後に、請求項６に記載の本発明は、一次燃焼器にお
ける燃焼温度が脱塵装置における灰の溶融分離に必要な
温度となる燃焼量になるための必要酸素量を空気分離器
で分離製造し、圧縮機で昇圧し、前記一次燃焼器に投入
し、該一次燃焼器において燃料の還元燃焼により発生し
た一次燃焼ガスと、該一次燃焼ガスの完全燃焼に必要な
量の加圧した酸素と、排熱回収蒸気発生器で発生した蒸
気とを、ガスタービン駆動用の二次燃焼器に投入し燃焼
させるガス化ガス燃焼ガスタービン発電プラントにおい
て、前記一次燃焼器から前記一次燃焼ガスの温度を前記
脱塵装置の許容温度まで低下させるための蒸気噴霧式一
次ガス冷却器を備え、該一次ガス冷却器により前記排熱
回収蒸気発生器で発生した蒸気を噴霧すると共に、前記
排熱回収蒸気発生器の下流側に配置され、該排熱回収蒸
気発生器の燃焼ガス中の水蒸気を凝縮分離するための排
ガス凝縮器を備え、前記燃焼ガスから凝縮分離された凝
縮水であって、前記二次燃焼器の出口ガスの温度をガス
タービン許容温度に制御するために必要な蒸気量に相当
する凝縮水を前記排熱回収蒸気発生器への給水とするこ
とを特徴としている。
作用 上記の手段によれば、一次燃焼器系は石炭灰の溶融に
必要な最少の酸素若しくは空気で酸素を還元雰囲気下で
高温燃焼させるため、発生ガスの発熱量が高く、未燃分
の発生が僅少（１％以下）、灰の溶融分離効率が高く
（80〜90％以上）、発生ガス量が最少となり、発生ガス
のクリーンアップが容易となる。
また、ガスタービン上流側に蒸気サイクルを配置して
おり、一次燃焼器系の燃焼酸素量又は空気量を最少量と
しているため、二次燃焼器系には高発熱量の一次燃焼ガ
スが供給される。したがって、二次燃焼器系に供給する
酸素量又は空気量を制御することにより、ガスタービン
入口においては燃焼ガス温度を所定温度（ガスタービン
が許容できる最高温度）に維持した最大量の燃焼ガスを
得ることができる。すなわち、放散熱損失等を無視すれ
ば、燃料の保有熱100％に相当する熱量を有する最高温
の最大量の燃焼ガスをガスタービンに供給することがで
きるので、最高効率のガスタービン複合発電設備を構成
することが可能となる。
さらに、設備面ではチャーが発生しないため、チャー
回収器、チャーリサイクル装置が不要となる。そして、
一次燃焼ガス温度も灰の融点以下の比較的高い温度に低
下するだけなので、一次燃焼ガス冷却用熱交換器を小型
にできる。
一方、酸素燃焼方式（酸素を酸化剤とする場合）にあ
っては、ガスタービン燃焼排ガスはCO2とH2Oである（厳
密には微少量のArガス,N2ガスを含む）。したがって、
この排ガスを排ガス凝縮器で冷却凝縮するだけで、CO2
（若干の湿分を含む）と水分に分離することができる。
また、空気燃焼方式（空気を酸化剤とする場合）にあっ
ては、ガスタービン燃焼ガスは水蒸気（水循環方式の場
合）又はCO2（CO2を再循環させる場合）が主体となり、
N2ガスも含有する。したがって、この場合排ガス凝縮器
で排ガスを冷却した乾ガスにはCO2のほかN2も含まれる
が、ガス温度は低く（一般に常温又は常温に近い）、水
蒸気を分離したこともあり、体積は小さく、N2又はCO2
の分離によりCO2を分離することが容易である。したが
って、酸素燃焼方式の場合、CO2分離のための設備が不
要で、かつ分離用動力が不要となる。
実施例 以下、図面を参照して本発明の６つの実施例について
詳細に説明する。
第１図は、本発明の第１実施例として、酸素燃焼・水
再循環方式とした本発明に係る発電設備を示す系統図で
ある。
本実施例による発電設備は、酸素の圧力を圧縮機１で
上昇させ、石炭と共に還元雰囲気下で高温燃焼させる一
次燃焼器２を含む一次燃焼器Ａと、該一次燃焼系Ａの発
生ガスと、酸素と、蒸気とが投入され、完全燃焼させる
二次燃焼器３を含む二次燃焼器系Ｂと、該二次燃焼器系
Ｂの発生ガスを作動流体とするガスタービン４と、該ガ
スタービン４の排ガス下流側に順次接続配置された排熱
回収蒸気発生器５、脱硫装置６及び排ガス凝縮器７とを
備えた構成となっている。
以上述べた構成について詳細に説明する。
まず、一次燃焼器系Ａの一次燃焼器２に化石燃料であ
る石炭が供給管８を介して供給される。一方、空気分離
器９にて空気を分離し、窒素（N2）を分離した酸素
（O2）を酸素ガスホルダ10、酸素吸込ダクト11を介して
圧縮機１（本実施例ではガスタービン４により駆動）に
供給して所定圧力に昇圧した後、酸素供給ダクト12を介
して一次燃焼ガス冷却器13の冷却流体として供給し、一
次燃焼器２で発生した高温燃焼ガスを脱塵器14より要求
される温度に低下せしめる。
該要求温度に調整された一次燃焼ガスは、脱塵器14に
て脱塵された後、二次燃焼器系Ｂの二次燃焼器３に供給
される。一次燃焼ガス冷却管15の出口の高温酸素は、一
次燃焼器２における燃焼量が必要最少量となるように、
その一部が一次燃焼器２に供給され、残りの酸素は高温
酸素供給管16を経て二次燃焼器３へ供給される。そし
て、該二次燃焼器３で一次燃焼ガスと酸素が反応し、高
温の二次燃焼ガスを発生するが、これはガスタービン４
の入口規定温度になるように主蒸気管17を経て供給され
る排熱回収蒸気発生器５の発生蒸気により調整される。
このようにして温度調整された二次燃焼ガスは、ガス
タービン４を駆動し、動力を発生する。そして、ガスタ
ービン排ガスは、煙道18を経て排熱回収蒸気発生器５に
入り、熱回収を行った後、煙道19を経て脱硫装置６に至
る。そして、脱硫後の排ガスは、煙道20を経て排ガス凝
縮器７に入り、冷却された湿分は凝縮し、復水として回
収される。
また、分離されたガスは若干の湿分を含むCO2ガスで
ある。このように水分を回収できると共にCO2の分離回
収も外部から動力等を供給せずに容易に行うことができ
る。
さらに、回収水の一部は二次燃焼器３の温度制御に必
要な量が給水ポンプ21により昇圧され、水処理装置22で
水処理した後、給水管23を経て排熱回収蒸気発生器５の
伝熱管24へ供給される。
このように、本実施例による発電設備においては、外
部より水を供給する必要がない。
なお、第１図においては、31はスラグタンク、32はス
ラグ排出管、33は一次燃焼ガス供給管、34は脱塵器入口
一次燃焼ガス供給管、35は脱塵器捕集灰排出管、36は発
電機、37は冷却水供給管、38は冷却水戻り管、39は回収
水管、40はCO2回収管を示す。
次に、第２図は、本発明の第２実施例として、酸素燃
焼・CO2再循環方式とした本発明に係る発電設備を示す
系統図であり、第１図と同一の部分には同一の符号を付
し、重複する説明は省略する。
本実施例にあっては、排ガス凝縮器７で分離回収した
CO2を、ガスタービン駆動圧縮機１で昇圧し、二次燃焼
機３に投入することにより、二次燃焼機３の出口燃焼ガ
スを所定温度に調整する。
また、排熱回収蒸気発生機５で発生した蒸気は、主蒸
気管17を経て蒸気タービン41に供給され、発電機42を駆
動する。そして、蒸気タービン排気は、復水器43で凝縮
し、給水ポンプ44により昇圧され、給水管45を経て排熱
回収蒸気発生器５に給水として供給される。
さらに、一次燃焼器２及び二次燃焼器３に供給される
酸素（O2）は、電動機51により駆動される空気圧縮器52
で所定圧力まで昇圧された空気を空気分離器53を通して
得る。
なお、第２図において、54は吸込風道、55は吐出風
道、56は酸素マニホルド、57は酸素供給管を示す。
次に、第３図は、本発明の第３実施例として、空気燃
焼・水循環方式として本発明に係る発電設備を示す系統
図であり、第１図と同一部分には同一符号を付し、重複
する説明は省略する。
本実施例は、第１図に示した第１実施例において使用
される酸素の代わりに空気を使用する方式である。本方
式にあっては、空気分離器は不要となるが、排ガス凝縮
により湿分分離された排ガスとしてCO2及びN2を主成分
とする排ガスを用いている。
次に、第４図は、本発明の第４実施例として、空気燃
焼・燃焼ガス再循環方式とした本発明に係る発電設備を
示す系統図であり、第１図及び第２図と同一部分には同
一符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施例にあっては、第２図に示した第２実施例にお
いて使用される酸素の代わりに空気を使用する方式を示
している。ただし、再循環CO2を電動機駆動圧縮機52で
圧縮して、二次燃焼器３へ供給している。
次に、第５図は、本発明の第５実施例として、酸素燃
焼・蒸気冷却方式とした本発明に係る発電設備を示す系
統図であり、第１図と同一部分には同一符号を付し、重
複する説明は省略する。
本実施例は、第１図に示した第１実施例における一次
燃焼ガス冷却器13の冷却媒体を排熱回収蒸気発生器５の
発生蒸気としたもので、圧縮機１の出口酸素は直接一次
燃焼器２及び二次燃焼器３に供給され、排熱回収蒸気発
生器５における発生蒸気は一次燃焼ガス冷却器13を経て
二次燃焼器３に投入されるようになっている。
次に、第６図は、本発明の第６実施例として、酸素燃
焼・蒸気噴霧方式とした本発明に係る発電設備を示す系
統図で、第１図と同一部分には同一符号を付し、重複す
る説明は省略する。
本実施例においては、排熱回収蒸気発生器５の発生蒸
気の一部を一次燃焼ガス冷却器13に導入して噴霧し、温
度調節を行う。そして、残りの蒸気は二次燃焼器３に投
入されるようになっている。
最後に、図示は省略しているが、第５図において酸素
の代わりに空気を使用すると、空気燃焼・蒸気冷却方式
の発電設備が構成され、また第６図において酸素の代わ
りに空気を使用すると、空気燃焼・蒸気噴霧方式の発電
設備が構成される。
発明の効果 以上述べたように、本発明によれば、次のような種々
の効果を奏する。
（１）一次燃焼器系に石炭の全量を投入し、最少量の酸
素又は空気で高温部分燃焼させるため、一次燃焼器系が
小型化し、冷却熱量が少なくなる。
また、一次燃焼器系で大部分の灰は除去されるが、好
適にはさらにガスタービンの許容するレベルまで脱塵器
で除塵するので、灰の溶融温度以下まで冷却するが、許
容可能な高温度（通常800℃以上）で除塵するので、一
次燃焼ガス冷却器が小型化すると共に冷却熱量が少なく
なる。したがって、一次燃焼器系及び一次燃焼ガス冷却
器を水冷構造ではなく、酸素又は空気冷却構造とするこ
とが可能となる。また、この酸素又は空気は一次燃焼器
系及び二次燃焼器系に供給される。
このように、従来の石炭ガス化複合発電方式で設備さ
れていたガスタービン上流側の相対的に効率の低い蒸気
サイクルが不要となり、熱効率の改善が図れるようにな
った。
（２）一次燃焼ガス冷却を排熱回収蒸気発生器の発生蒸
気の投入又は熱交換により行う場合は、出口蒸気を二次
燃焼器系に投入することにより、相対的に効率の低い蒸
気サイクルをガスタービン上流側より廃止することとな
り、熱効率の改善が図れる。
（３）一次燃焼器系にて石炭の全量を高温還元燃焼させ
るため、従来方式のガス化炉（リダクタ）が不要とな
り、またチャーが全く発生しないの、チャー回収装置、
チャーリサイクル装置が不要となり、このため設備の簡
素化が図れる。
（４）酸化剤として酸素を使用する場合、二次燃焼ガス
はCO2とH2Oより構成され、排ガス凝縮器にて排ガスを冷
却し湿分を凝縮分離するだけで、CO2ガスを分離回収す
ることができる。したがって、CO2分離のために動力を
必要としない。
（５）酸化剤として空気を使用する場合、二次燃焼ガス
はN2,CO2,H2O及び微少成分よる構成される。したがっ
て、排ガスを冷却し湿分を分離しただけではCO2の分離
回収はできないが、二次燃焼ガスは最少量（従来型ガス
タービン複合発電方式では空気比が約３に対して本発電
方式では約1.1で、燃焼発生ガス量は約1/3であり、また
温度も低い）なので、CO2分離が容易となる。
【図面の簡単な説明】
第１図乃至第６図はそれぞれ本発明に係る発電設備の６
つの異なる実施例を示す系統図、第７図は従来の発電設
備を示す系統図である。 Ａ……一次燃焼器系、Ｂ……二次燃焼器系、１……圧縮
機、２……一次燃焼器、３……二次燃焼器、４……ガス
タービン、５……排熱回収蒸気発生器、６……脱硫装
置、９……排ガス凝縮器。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−285230（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−120824（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−134814（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−134819（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−35031（ＪＰ，Ａ) （社）火力原子力発電技術協会編、発 行、火原協会講座10「複合発電」昭和60 年６月20日発行 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02C 3/28 F02C 7/00 F02C 6/18 F02C 3/30

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一次燃焼器における燃焼温度が脱塵装置に
    おける灰の溶融分離に必要な温度となる燃焼量になるた
    めの必要酸素量を空気分離器で分離製造し、圧縮機で昇
    圧し、前記一次燃焼器に投入し、該一次燃焼器において
    燃料の還元燃焼により発生した一次燃焼ガスと、該一次
    燃焼ガスの完全燃焼に必要な量の加圧した酸素と、排熱
    回収蒸気発生器で発生した蒸気とを、ガスタービン駆動
    用の二次燃焼器に投入し燃焼させるガス化ガス燃焼ガス
    タービン発電プラントにおいて、 一次燃焼及び二次燃焼用酸素で熱回収するように、前記
    一次燃焼器からの前記一次燃焼ガスの温度を、前記圧縮
    機で昇圧された酸素により、前記脱塵装置の許容温度ま
    で低下させるための一次ガス冷却器と、前記排熱回収蒸
    気発生器の下流側に配置され、該排熱回収蒸気発生器の
    燃焼ガス中の水蒸気を凝縮分離するための排ガス凝縮器
    とを備え、前記燃焼ガスから凝縮分離された凝縮水のう
    ち、前記二次燃焼器の出力ガスの温度をガスタービン許
    容温度に制御するために必要な蒸気量相当の凝縮水を前
    記排熱回収蒸気発生器への給水とすることを特徴とする
    ガス化ガス燃焼ガスタービン発電プラント。
  2. 【請求項２】一次燃焼器における燃焼温度が脱塵装置に
    おける灰の溶融分離に必要な温度となる燃焼量になるた
    めの必要酸素量を空気分離器で分離製造し、ガスタービ
    ン駆動の圧縮機で昇圧し、前記一次燃焼器に投入し、該
    一次燃焼器において燃料の還元燃焼により発生した一次
    燃焼ガスと、該一次燃焼ガスの完全燃焼に必要な量の加
    圧した酸素と、排ガス凝縮器で分離したCO2とを、ガス
    タービン駆動用の二次燃焼器に投入し燃焼させるガス化
    ガス燃焼ガスタービン発電プラントにおいて、 一次燃焼及び二次燃焼用酸素で熱回収するように、前記
    一次燃焼器からの前記一次燃焼ガスの温度を、前記圧縮
    機で昇圧された酸素により、前記脱塵装置の許容温度ま
    で低下させるための一次ガス冷却器を備えると共に、排
    熱回収蒸気発生器の下流側に配置され、該排熱回収蒸気
    発生器の燃焼ガス中の水蒸気を凝縮分離するための前記
    排ガス凝縮器は、前記燃焼ガスで分離したCO2のうち、
    前記二次燃焼器の出力ガスの温度をガスタービン入口温
    度の制御に必要なCO2を前記ガスタービン駆動の圧縮機
    に供給し、前記排熱回収蒸気発生器は、そこで発生した
    蒸気を蒸気タービンへ供給するようになっていることを
    特徴とするガス化ガス燃焼ガスタービン発電プラント。
  3. 【請求項３】一次燃焼器における燃焼温度が脱塵装置に
    おける灰の溶融分離に必要な温度となる燃焼量になるた
    めに必要の空気をガスタービン駆動の圧縮機で昇圧し、
    前記一次燃焼器に投入し、該一次燃焼器において燃料の
    還元燃焼により発生した一次燃焼ガスと、該一次燃焼ガ
    スの完全燃焼に必要な量の加圧した空気と、排熱回収蒸
    気発生器で発生した蒸気とを、ガスタービン駆動用の二
    次燃焼器に投入し燃焼させるガス化ガス燃焼ガスタービ
    ン発電プラントにおいて、 一次燃焼及び二次燃焼用空気で熱回収するように、前記
    一次燃焼器からの前記一次燃焼ガスの温度を、前記圧縮
    機で昇圧された酸素により、前記脱塵装置の許容温度ま
    で低下させるための一次ガス冷却器と、前記排熱回収蒸
    気発生器の下流側に配置され、該排熱回収蒸気発生器の
    燃焼ガス中の水蒸気を凝縮分離するための排ガス凝縮器
    とを備え、前記燃焼ガスから凝縮分離された凝縮水であ
    って、前記二次燃焼器の出力ガスの温度をガスタービン
    許容温度に制御するために必要な蒸気量に相当する凝縮
    水を前記排熱回収蒸気発生器への給水とすることを特徴
    とするガス化ガス燃焼ガスタービン発電プラント。
  4. 【請求項４】一次燃焼器における燃焼温度が脱塵装置に
    おける灰の溶融分離に必要な温度となる燃焼量になるた
    めの必要な空気をガスタービン駆動の圧縮機で昇圧し、
    前記一次燃焼器に投入し、該一次燃焼器において燃料の
    還元燃焼により発生した一次燃焼ガスと、該一次燃焼ガ
    スの完全燃焼に必要な量の加圧した空気と、排ガス凝縮
    器で分離したCO2とを、ガスタービン駆動用の二次燃焼
    器に投入し燃焼させるガス化ガス燃焼ガスタービン発電
    プラントにおいて、 一次燃焼及び二次燃焼用空気で熱回収するように、前記
    一次燃焼器からの前記一次燃焼ガスの温度を、前記圧縮
    機で昇圧された空気により、前記脱塵装置の許容温度ま
    で低下させるための一次ガス冷却器を備えると共に、排
    熱回収蒸気発生器の下流側に配置され、該排熱回収蒸気
    発生器の燃焼ガス中の水蒸気を凝縮分離するための前記
    排ガス凝縮器からのCO2は、前記二次燃焼器の出力ガス
    の温度をガスタービン許容温度に制御するために必要な
    CO2量が圧縮されて前記二次燃焼器に供給され、前記排
    熱回収蒸気発生器で発生した蒸気は蒸気タービンへ供給
    するようになっていることを特徴とするガス化ガス燃焼
    ガスタービン発電プラント。
  5. 【請求項５】一次燃焼器における燃焼温度が脱塵装置に
    おける灰の溶融分離に必要な温度となる燃焼量になるた
    めの必要酸素量を空気分離器で分離製造し、圧縮機で昇
    圧し、前記一次燃焼器に投入し、該一次燃焼器において
    燃料の還元燃焼により発生した一次燃焼ガスと、該一次
    燃焼ガスの完全燃焼に必要な量の加圧した酸素と、排熱
    回収蒸気発生器で発生した蒸気とを、ガスタービン駆動
    用の二次燃焼器に投入し燃焼させるガス化ガス燃焼ガス
    タービン発電プラントにおいて、 前記一次燃焼器からの前記一次燃焼ガスの温度を前記脱
    塵装置の許容温度まで低下させるための一次ガス冷却器
    を備え、該一次ガス冷却器により前記排熱回収蒸気発生
    器で発生した蒸気を冷却熱回収し前記二次燃焼器に投入
    すると共に、前記排熱回収蒸気発生器の下流側に配置さ
    れ、該排熱回収蒸気発生器の燃焼ガス中の水蒸気を凝縮
    分離するための排ガス凝縮器を備え、前記燃焼ガスから
    凝縮分離された凝縮水であって、前記二次燃焼器の出力
    ガスの温度をガスタービン許容温度に制御するために必
    要な蒸気量に相当する凝縮水を前記排熱回収蒸気発生器
    への給水とすることを特徴とするガス化ガス燃焼ガスタ
    ービン発電プラント。
  6. 【請求項６】一次燃焼器における燃焼温度が脱塵装置に
    おける灰の溶融分離に必要な温度となる燃焼量になるた
    めの必要酸素量を空気分離器で分離製造し、圧縮機で昇
    圧し、前記一次燃焼器に投入し、該一次燃焼器において
    燃料の還元燃焼により発生した一次燃焼ガスと、該一次
    燃焼ガスの完全燃焼に必要な量の加圧した酸素と、排熱
    回収蒸気発生器で発生した蒸気とを、ガスタービン駆動
    用の二次燃焼器に投入し燃焼させるガス化ガス燃焼ガス
    タービン発電プラントにおいて、 前記一次燃焼器からの前記一次燃焼ガスの温度を前記脱
    塵装置の許容温度まで低下させるための蒸気噴霧式一次
    ガス冷却器を備え、該一次ガス冷却器により前記排熱回
    収蒸気発生器で発生した蒸気を噴霧すると共に、前記排
    熱回収蒸気発生器の下流側に配置され、該排熱回収蒸気
    発生器の燃焼ガス中の水蒸気を凝縮分離するための排ガ
    ス凝縮器を備え、前記燃焼ガスから凝縮分離された凝縮
    水であって、前記二次燃焼器の出口ガスの温度をガスタ
    ービン許容温度に制御するために必要な蒸気量に相当す
    る凝縮水を前記排熱回収蒸気発生器への給水とすること
    を特徴とするガス化ガス燃焼ガスタービン発電プラン
    ト。
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