JP4523813B2 - 石炭ガス化複合発電プラント - Google Patents
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Description
本発明は、石炭をガス化して得られる石炭ガスを燃料として運転されるガスタービン発電機と、ガスタービンの排熱を回収して得られる蒸気により運転される蒸気タービン発電機とを備えている石炭ガス化複合発電プラントに係り、特に、高効率化と環境性とを両立させて大容量化を可能にする除塵装置を備えた石炭ガス化複合発電プラントに関するものである。
従来より、石炭火力プラントの発電効率を向上させるため、石炭ガス化複合発電プラント（ＩＧＣＣ；Integrated Coal Gasification Combined Cycle）が開発・実用化されている。この石炭ガス化複合発電プラント（以下、「ＩＧＣＣ」と呼ぶ）は、石炭をガス化して得られる石炭ガスを燃料として運転及び発電されるガスタービン発電機と、ガスタービンより排出される高温の燃焼排ガスから排熱回収ボイラで熱回収して得られる蒸気により運転及び発電される蒸気タービン発電機とを具備した構成とされる。
上述したＩＧＣＣにおいては、石炭ガス化炉で発生させた石炭ガス中に含まれるチャーの回収や硫黄分の除去を行う環境保全等を目的として、ガスタービン発電機の上流側に除塵装置とガス精製装置とを備えている。従来の除塵装置は、濾過式除塵装置（フィルタ）を１段設置した構成とされ、従って、濾過式除塵装置の不具合によりダストリークが発生した場合には、後流側のガス精製装置やガスタービンにチャーが飛散してガス精製装置の性能を低下させたりガスタービン翼を摩耗させる原因となり、さらに、燃焼排ガスを大気に排出する煙突出口の煤塵や硫黄酸化物の排出量を増加させる原因となるためＩＧＣＣの運転継続が困難となり、運転信頼性が低いという問題を有している。
また、除塵装置の従来技術として、加圧流動床ボイラ等ダストを発生する燃焼設備の後流に設置される除塵装置が、直列に接続される遠心式除塵装置（サイクロン）及び濾過式除塵装置（フィルタ）を２系列以上配置した構成とされ、各遠心式除塵装置の出口ガス管どうしを連絡するように均圧管を備えたものが提案されている。この場合、濾過式除塵装置が１段であるから、ダストリークが発生した場合には、ガスタービンに飛散してガスタービン翼を摩耗させ、さらに、煙突出口の煤煙量を増加させるため、運転が困難となって運転信頼性は低い。（たとえば、特許文献１参照）
また、固形化合物を生成して排ガス中の有害ガスを除去するため、前段濾過室と後段濾過室との間を連結する排ガス通路に、アルカリ性粉末薬剤を供給する装置を設けた２段式集塵設備が開示されている。（たとえば、特許文献２参照）
特許第３４７７３４６号公報
特許第３２６２７２０号公報
また、固形化合物を生成して排ガス中の有害ガスを除去するため、前段濾過室と後段濾過室との間を連結する排ガス通路に、アルカリ性粉末薬剤を供給する装置を設けた２段式集塵設備が開示されている。（たとえば、特許文献２参照）
ところで、近年においては、ガスタービンの大容量／高温化に伴い、ＩＧＣＣについても大容量化及び高効率化が求められている。このため、石炭ガス化炉で生成される石炭ガスが大容量となるＩＧＣＣでは、生成ガス配管、サイクロン及びフィルタ等も大型化するので、各機器の機能やコスト面に課題が生じてくる。
このため、除塵装置については、サイクロン及びフィルタを多系列化して対処することが考えられる。しかし、多系列化した除塵装置の場合、石炭ガスのガス量やチャーの付着状況に応じて各系列毎の圧力損失に差を生じ、各系列を流れるガス量がアンバランスになるため装置全体として所望の除塵性能を得られないという問題が生じてくる。
また、除塵装置を多系列化した場合であっても、たとえ１系列でもフィルタの破損等によりダストリークが発生すると後流側のガスタービン等に悪影響を及ぼすので、ＩＧＣＣの運転継続は困難になって信頼性が低いという問題を解消することはできない。
また、除塵装置の後流に配設するガス精製装置は、高圧下での脱硫操作のため圧力損失が大きく、そのためガス化炉の運転圧力を高く保つ必要があり、その結果、ガス化炉に供給する空気昇圧機、酸素・窒素圧縮機の動力が大きくプラント効率を下げている。
このため、除塵装置については、サイクロン及びフィルタを多系列化して対処することが考えられる。しかし、多系列化した除塵装置の場合、石炭ガスのガス量やチャーの付着状況に応じて各系列毎の圧力損失に差を生じ、各系列を流れるガス量がアンバランスになるため装置全体として所望の除塵性能を得られないという問題が生じてくる。
また、除塵装置を多系列化した場合であっても、たとえ１系列でもフィルタの破損等によりダストリークが発生すると後流側のガスタービン等に悪影響を及ぼすので、ＩＧＣＣの運転継続は困難になって信頼性が低いという問題を解消することはできない。
また、除塵装置の後流に配設するガス精製装置は、高圧下での脱硫操作のため圧力損失が大きく、そのためガス化炉の運転圧力を高く保つ必要があり、その結果、ガス化炉に供給する空気昇圧機、酸素・窒素圧縮機の動力が大きくプラント効率を下げている。
すなわち、近年の大容量化及び高効率化を目指したＩＧＣＣに対応できる除塵装置やガス精製装置はないというのが実状であり、大容量化に伴いガス量が増加しても、所望の除塵性能を確実に発揮でき、しかも、ダストリークにも対応可能な運転信頼性の高い除塵装置を備え、プラントとして所内動力の小さい高効率の石炭ガス化複合発電プラント（ＩＧＣＣ）の開発が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、所望の除塵性能を確実に発揮でき、かつ、ダストリークにも対応可能な運転信頼性の高い除塵装置を備え、所内動力の小さい高効率の石炭ガス化複合発電プラントを提供することにある。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、所望の除塵性能を確実に発揮でき、かつ、ダストリークにも対応可能な運転信頼性の高い除塵装置を備え、所内動力の小さい高効率の石炭ガス化複合発電プラントを提供することにある。
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る石炭ガス化複合発電プラントは、石炭をガス化して石炭ガスを得る石炭ガス化炉と、前記石炭ガスを燃料として運転されるガスタービンにより駆動されるガスタービン発電機と、前記ガスタービンから排出される高温の燃焼排ガスから排熱回収ボイラで熱回収して得られる蒸気を用いて運転される蒸気タービンにより駆動される蒸気タービン発電機とを具備してなる石炭ガス化複合発電プラントにおいて、前記石炭ガス化炉と前記ガスタービン発電機との間に設けられ、サイクロンと複数段のフィルタとを具備して前記石炭ガスからチャーの回収及び除塵を行う除塵装置と、前記排熱回収ボイラの下流側に配設され、前記燃焼排ガスから脱硫するガス精製装置とを備え、前記除塵装置を通過した脱硫前の前記石炭ガスが前記ガスタービンの燃料となることを特徴とするものである。
本発明に係る石炭ガス化複合発電プラントは、石炭をガス化して石炭ガスを得る石炭ガス化炉と、前記石炭ガスを燃料として運転されるガスタービンにより駆動されるガスタービン発電機と、前記ガスタービンから排出される高温の燃焼排ガスから排熱回収ボイラで熱回収して得られる蒸気を用いて運転される蒸気タービンにより駆動される蒸気タービン発電機とを具備してなる石炭ガス化複合発電プラントにおいて、前記石炭ガス化炉と前記ガスタービン発電機との間に設けられ、サイクロンと複数段のフィルタとを具備して前記石炭ガスからチャーの回収及び除塵を行う除塵装置と、前記排熱回収ボイラの下流側に配設され、前記燃焼排ガスから脱硫するガス精製装置とを備え、前記除塵装置を通過した脱硫前の前記石炭ガスが前記ガスタービンの燃料となることを特徴とするものである。
このような石炭ガス化複合発電プラントによれば、石炭ガス化炉とガスタービン発電機との間に設けられ、サイクロンと複数段のフィルタとを具備して石炭ガスからチャーの回収及び除塵を行う除塵装置と、排熱回収ボイラの下流側に配設され、燃焼排ガスから脱硫するガス精製装置とを備え、除塵装置を通過した脱硫前の石炭ガスがガスタービンの燃料となるので、ガスタービンに供給される石炭ガスがガス精製装置を通過しなくてすみ、ガス精製装置通過による圧力損失を低減してなくすことができる。また、サイクロンと複数段のフィルタとを具備してなる除塵装置は、サイクロンで比較的粒径の大きなチャーやダスト等が回収及び除塵され、さらに、複数段のフィルタによってチャーの回収や細かいダスト等の除塵を確実に行うことができるので、ガスタービン等下流側へのダストリークを防止できる。
上述した石炭ガス化複合発電プラントにおいては、前記除塵装置を複数並列に配列して複数系列化し、かつ、前記除塵装置の各系列間を前記フィルタの入口で連結する均圧管を設けたものが好ましく、これにより、各系列間におけるガス流量のアンバランスを防止することができる。
上述した石炭ガス化複合発電プラントにおいては、前記複数段のフィルタが同一であることが好ましい。この場合、各フィルタの能力を各系列毎に必要な能力の１００％以上に設定しておけば、１段にトラブルが生じて使用不能となっても、必要な除塵能力を確保したＩＧＣＣの運転を継続することができる。
上述した石炭ガス化複合発電プラントにおいては、前記除塵装置により回収されたチャーが前記ガス化炉に再供給されることが好ましく、これにより、石炭から得られる石炭ガス量の増加によりプラントの運転効率が向上する。
上述した石炭ガス化複合発電プラントにおいては、前記ガスタービン及び前記排熱回収ボイラ出口に配設する前記ガス精製装置が、ＳＯｘを吸収する石灰石−石膏法脱硫装置あるいは活性炭素繊維を用いたＡＣＦ脱硫装置であることが好ましい。
上述した本発明の石炭ガス化複合発電プラントによれば、ガスタービンに供給される石炭ガスがガス精製装置を通過しなくてすむので、ガス精製装置通過による圧力損失がなくなる分だけ石炭ガス化炉の圧力を下げることが可能になる。従って、石炭ガス化炉に供給する空気昇圧機や酸素・窒素圧縮機等の動力を低減できるため、プラント効率が大幅に向上するという顕著な効果が得られる。
また、サイクロン及び複数段のフィルタを具備した除塵装置の採用は、サイクロンで比較的粒径の大きなチャーやダスト等を回収及び除塵した後、さらに、複数段のフィルタを通過することで順次残ったチャーの回収や細かいダスト等の除塵が行われるので、ガスタービン等下流側へのダストリークをより確実に防止することができる。従って、ダストリークが下流側のガスタービンに悪影響を及ぼすことを防止できるので、運転継続により発電信頼性が向上するという顕著な効果が得られる。
また、サイクロン及び複数段のフィルタを具備した除塵装置の採用は、サイクロンで比較的粒径の大きなチャーやダスト等を回収及び除塵した後、さらに、複数段のフィルタを通過することで順次残ったチャーの回収や細かいダスト等の除塵が行われるので、ガスタービン等下流側へのダストリークをより確実に防止することができる。従って、ダストリークが下流側のガスタービンに悪影響を及ぼすことを防止できるので、運転継続により発電信頼性が向上するという顕著な効果が得られる。
また、除塵装置を複数並列に配列して複数系列化し、かつ、除塵装置の各系列間をフィルタの入口で連結する均圧管を設けることにより、各系列間におけるガス流量のアンバランスを防止することができるので、各系列における除塵性能を十分に発揮させることができる。
また、複数段のフィルタを同一とすれば、すなわち、各フィルタの能力が各系列毎に必要となる能力の１００％以上に設定しておけば、１段のフィルタにトラブルが生じて使用不能となっても、系列で必要な除塵能力を確保したＩＧＣＣの運転を継続することができる。従って、ダストリークが下流側のガスタービンに悪影響を及ぼすことを防止でき、運転継続により発電信頼性が向上するという顕著な効果が得られる。
また、除塵装置により回収されたチャーをガス化炉に再供給すれば、石炭から得られる石炭ガス量の増加によりプラントの運転効率を向上させることができる。
また、複数段のフィルタを同一とすれば、すなわち、各フィルタの能力が各系列毎に必要となる能力の１００％以上に設定しておけば、１段のフィルタにトラブルが生じて使用不能となっても、系列で必要な除塵能力を確保したＩＧＣＣの運転を継続することができる。従って、ダストリークが下流側のガスタービンに悪影響を及ぼすことを防止でき、運転継続により発電信頼性が向上するという顕著な効果が得られる。
また、除塵装置により回収されたチャーをガス化炉に再供給すれば、石炭から得られる石炭ガス量の増加によりプラントの運転効率を向上させることができる。
すなわち、上述した本発明によれば、近年の大容量化を目指したＩＧＣＣに対応できる除塵装置を備え、大容量化に伴いガス量が増加しても所望の除塵性能を確実に発揮でき、しかも、ダストリークにも対応可能な運転信頼性の高い除塵装置を備えた石炭ガス化複合発電プラントを提供することが可能になる。
以下、本発明に係る石炭ガス化複合発電プラント（以下、「ＩＧＣＣ」と呼ぶ）の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すＩＧＣＣは、石炭をガス化して石炭ガスを得る石炭ガス化炉１と、石炭ガスを燃料として運転されるガスタービン６ｂにより駆動されるガスタービン発電機６と、ガスタービン６ｂから排出される高温の燃焼排ガスから排熱回収ボイラ７で熱回収して得られる蒸気を用いて運転される蒸気タービン８ａにより駆動される蒸気タービン発電機８とを具備して構成される。
図１に示すＩＧＣＣは、石炭をガス化して石炭ガスを得る石炭ガス化炉１と、石炭ガスを燃料として運転されるガスタービン６ｂにより駆動されるガスタービン発電機６と、ガスタービン６ｂから排出される高温の燃焼排ガスから排熱回収ボイラ７で熱回収して得られる蒸気を用いて運転される蒸気タービン８ａにより駆動される蒸気タービン発電機８とを具備して構成される。
排熱回収ボイラ７の下流側には、石炭ガスから脱硫するガス精製装置として、排煙脱硫装置９が設けられている。この排煙脱硫装置９は、硫黄分を含む石炭ガスの燃焼により生成された燃焼排ガス中に含まれる硫黄酸化物等を除去する脱硫機能を有するもので、脱硫処理等の環境対策を施した後の燃焼排ガスは煙突１０より大気へ放出される。ここで使用可能な排煙脱硫装置９の具体例をあげると、ＳＯｘを吸収する石灰石−石膏法脱硫装置、あるいは活性炭素繊維を用いたＡＣＦ脱硫装置がある。
ガスタービン発電機６は、空気圧縮機６ａと、ガスタービン６ｂと、発電機Ｇ１とが同軸に連結されて一体に回転するように構成されている。ガスタビーン６ｂは、燃焼器６ｃから供給される燃焼ガスにより回転し、同軸の空気圧縮機６ａ及び発電機Ｇ１の駆動源となる。なお、燃焼器６ｃは、石炭ガスを空気圧縮機６ａから供給される圧縮空気により燃焼させて高温・高圧の燃焼ガスを生成する。
ガスタービン発電機６は、空気圧縮機６ａと、ガスタービン６ｂと、発電機Ｇ１とが同軸に連結されて一体に回転するように構成されている。ガスタビーン６ｂは、燃焼器６ｃから供給される燃焼ガスにより回転し、同軸の空気圧縮機６ａ及び発電機Ｇ１の駆動源となる。なお、燃焼器６ｃは、石炭ガスを空気圧縮機６ａから供給される圧縮空気により燃焼させて高温・高圧の燃焼ガスを生成する。
排熱回収ボイラ７は、ガスタービン６ｂで仕事をして排出された燃焼ガス、すなわち燃焼排ガスが保有する排熱を回収して蒸気を生成する機能を有するものである。この排熱回収ボイラ７で発生した蒸気は、蒸気タービン発電機８に供給される。
蒸気タービン発電機８は、蒸気タービン８ａと発電機Ｇ２とが同軸に連結されて一体に回転するように構成されている。蒸気タービン８ａは、排熱回収ボイラ７から供給される蒸気により回転し、同軸の発電機Ｇ２の駆動源となる。なお、図中の符号８ｂは給水ポンプ、８ｃは復水器である。
蒸気タービン発電機８は、蒸気タービン８ａと発電機Ｇ２とが同軸に連結されて一体に回転するように構成されている。蒸気タービン８ａは、排熱回収ボイラ７から供給される蒸気により回転し、同軸の発電機Ｇ２の駆動源となる。なお、図中の符号８ｂは給水ポンプ、８ｃは復水器である。
石炭ガス化炉１とガスタービン発電機６との間を連結する石炭ガスの供給配管２には、石炭ガスからチャーを回収するとともに、ダスト等の除塵を行う除塵装置２０が設けられている。ここで使用する除塵装置２０は、サイクロン２１と、前段フィルタ２２及び後段フィルタ２３とが直列に接続されて１系列の除塵装置を構成している。なお、図示の例では前後２段のフィルタ２２，２３を直列に接続した構成としたが、２段以上の複数段であれば特に限定されることはない。
また、前段フィルタ２２及び後段フィルタ２３については、それぞれが所望の同一処理能力（同一性能）を有する同一のものを選択使用することが好ましい。
また、上述した除塵装置２０は、３列を並列に配列して複数系列化し、かつ、除塵装置２０の各系列間を前段フィルタ２１及び後段フィルタ２２の入口でそれぞれ連結する均圧管２４，２５を設けた構成とされる。なお、図示の例では３列の除塵装置２０が並列に配列されているが、２列以上の複数列であれば特に限定されることはない。
また、上述した除塵装置２０は、３列を並列に配列して複数系列化し、かつ、除塵装置２０の各系列間を前段フィルタ２１及び後段フィルタ２２の入口でそれぞれ連結する均圧管２４，２５を設けた構成とされる。なお、図示の例では３列の除塵装置２０が並列に配列されているが、２列以上の複数列であれば特に限定されることはない。
上述したサイクロン２１、前段フィルタ２２及び後段フィルタ２３は、それぞれ石炭ガスの入口（ガス入口）、石炭ガスの出口（ガス出口）及びチャーの出口（チャー出口）を備えている。
３列に配列された各サイクロン２１のガス入口には、石炭ガスを供給する１本のガス供給配管２を３本に分岐させたガス入口配管２ａ，２ｂ，２ｃが接続されている。また、サイクロン２１の上部に設けられたガス出口には各々ガス出口配管３ａ，３ｂ、３ｃが接続され、下部に設けられたチャー出口には各々チャー回収管１１ａ，１１ｂ，１１ｃが接続されている。
３列に配列された各サイクロン２１のガス入口には、石炭ガスを供給する１本のガス供給配管２を３本に分岐させたガス入口配管２ａ，２ｂ，２ｃが接続されている。また、サイクロン２１の上部に設けられたガス出口には各々ガス出口配管３ａ，３ｂ、３ｃが接続され、下部に設けられたチャー出口には各々チャー回収管１１ａ，１１ｂ，１１ｃが接続されている。
ガス出口配管３ａ，３ｂ，３ｃの他端は、各々が前段フィルタ２２のガス入口に接続されている。また、３本のガス出口配管３ａ，３ｂ，３ｃは、均圧管２４により連結されて互いのガス流通が可能となっている。そして、前段フィルタ２２の上部に設けられたガス出口には各々ガス出口配管４ａ，４ｂ、４ｃが接続され、下部に設けられたチャー出口には各々チャー回収管１２ａ，１２ｂ，１２ｃが接続されている。
ガス出口配管４ａ，４ｂ，４ｃの他端は、各々が後段フィルタ２３のガス入口に接続されている。また、３本のガス出口配管４ａ，４ｂ，４ｃは、均圧管２５により連結されて互いのガス流通が可能となっている。そして、後段フィルタ２３の上部に設けられたガス出口には各々ガス出口配管５ａ，５ｂ，５ｃが接続され、下部に設けられたチャー出口には各々チャー回収管１３ａ，１３ｂ，１３ｃが接続されている。
なお、上述したチャー回収管１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃ，１３ａ〜１３ｃはいずれもチャー供給管１４に接続され、回収したチャーを集めてチャー供給管１４により石炭ガス化炉１に再供給するようになっている。
ガス出口配管４ａ，４ｂ，４ｃの他端は、各々が後段フィルタ２３のガス入口に接続されている。また、３本のガス出口配管４ａ，４ｂ，４ｃは、均圧管２５により連結されて互いのガス流通が可能となっている。そして、後段フィルタ２３の上部に設けられたガス出口には各々ガス出口配管５ａ，５ｂ，５ｃが接続され、下部に設けられたチャー出口には各々チャー回収管１３ａ，１３ｂ，１３ｃが接続されている。
なお、上述したチャー回収管１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃ，１３ａ〜１３ｃはいずれもチャー供給管１４に接続され、回収したチャーを集めてチャー供給管１４により石炭ガス化炉１に再供給するようになっている。
後段フィルタ２３のガス出口に接続されたガス出口配管５ａ，５ｂ，５ｃは、途中で合流して石炭ガスを供給する１本のガス供給配管５となり、生成ガス減圧流調弁１５を介してガスタービン発電機６の燃焼器６ｃに接続される。
なお、図中の符号１６は、空気圧縮機６ａから一部を導入（抽気）した圧縮空気を所望の圧力まで昇圧して石炭ガス化炉１に供給する空気昇圧機、１７は図示省略の石炭供給装置から石炭ガス化炉１に原料となる石炭を供給する原料供給ラインである。
なお、図中の符号１６は、空気圧縮機６ａから一部を導入（抽気）した圧縮空気を所望の圧力まで昇圧して石炭ガス化炉１に供給する空気昇圧機、１７は図示省略の石炭供給装置から石炭ガス化炉１に原料となる石炭を供給する原料供給ラインである。
上述した構成のＩＧＣＣについて、その動作及び作用効果を石炭ガスの流れとともに説明する。
石炭ガスの原料となる石炭は、図示しない粉砕器で粉砕された後、ホッパ等を備えた原料供給ライン１７を通って石炭ガス化炉１に供給される。石炭ガス化炉１に供給された石炭（微粉炭）は、空気圧縮機６ａから抽気して空気昇圧機１６で昇圧した燃焼用空気に酸素を添加したものとともに燃焼させてガス化する。このとき、除塵装置２０からチャー供給管１４に回収したチャーも石炭ガス化炉１で燃焼させてガス化する。
石炭ガスの原料となる石炭は、図示しない粉砕器で粉砕された後、ホッパ等を備えた原料供給ライン１７を通って石炭ガス化炉１に供給される。石炭ガス化炉１に供給された石炭（微粉炭）は、空気圧縮機６ａから抽気して空気昇圧機１６で昇圧した燃焼用空気に酸素を添加したものとともに燃焼させてガス化する。このとき、除塵装置２０からチャー供給管１４に回収したチャーも石炭ガス化炉１で燃焼させてガス化する。
石炭ガス化炉１で生成された石炭ガスは、ガス供給配管２を通ってサイクロン２１に導入されるが、このとき、石炭ガスは３本のガス入口配管２ａ，２ｂ，２ｃに分岐して流れるので、３つのサイクロン２１に分配されて流れる。各サイクロン２１に流入した石炭ガスは、遠心力によりチャー及びダストを分離した石炭ガスがガス出口からガス出口配管３ａ，３ｂ，３ｃを通って前段フィルタ２２に導かれる。また、サイクロン２１内で石炭ガスから分離したチャーは、チャー回収管１１ａ，１１ｂ，１１ｃを通ってチャー供給管１４に回収される。
前段フィルタ２２に導入された石炭ガスは、サイクロン２１で分離されずに残ったチャー及びダストがフィルタ通過により除去された後、ガス出口からガス出口配管４ａ，４ｂ，４ｃを通って後段フィルタ２３に導かれる。また、前段フィルタ２２内で石炭ガスから分離したチャーは、チャー回収管１２ａ，１２ｂ，１２ｃを通ってチャー供給管１４に回収される。
前段フィルタ２２に導入された石炭ガスは、サイクロン２１で分離されずに残ったチャー及びダストがフィルタ通過により除去された後、ガス出口からガス出口配管４ａ，４ｂ，４ｃを通って後段フィルタ２３に導かれる。また、前段フィルタ２２内で石炭ガスから分離したチャーは、チャー回収管１２ａ，１２ｂ，１２ｃを通ってチャー供給管１４に回収される。
後段フィルタ２３に導入された石炭ガスは、前段フィルタ２２で分離されずに残ったチャー及びダストがフィルタ通過により除去された後、ガス出口からガス出口配管５ａ，５ｂ，５ｃを通って１本のガス供給配管５に合流し、さらに、ガス供給配管５及び生成ガス減圧流調弁１５を通ってガスタービン燃焼器６の燃焼器６ｃに導かれる。また、後段フィルタ２３内で石炭ガスから分離したチャーは、チャー回収管１３ａ，１３ｂ，１３ｃを通ってチャー供給管１４に回収される。
こうして燃焼器６ｃに供給された石炭ガスは、空気圧縮機６ａから圧縮空気の供給を受けて燃焼し、高温高圧の燃焼ガスを生成してガスタービン６ｂへ送出する。ガスタービン６ｂは燃焼ガスのエネルギーを利用して回転し、同軸の空気圧縮機６ａ及び発電機Ｇ１の駆動源となって発電が行われる。
ガスタービン６ｂで仕事をした燃焼ガスは、排熱を有する燃焼排ガスとなって排熱回収ボイラ７に導入される。排熱回収ボイラ７は、燃焼排ガスから排熱を回収することで蒸気を発生させる。この蒸気により蒸気タービン８ａが回転し、同軸の発電機Ｇ２の駆動源となって発電が行われる。
ガスタービン６ｂで仕事をした燃焼ガスは、排熱を有する燃焼排ガスとなって排熱回収ボイラ７に導入される。排熱回収ボイラ７は、燃焼排ガスから排熱を回収することで蒸気を発生させる。この蒸気により蒸気タービン８ａが回転し、同軸の発電機Ｇ２の駆動源となって発電が行われる。
排熱回収ボイラ７で蒸気を発生させた燃焼排ガスは、排煙脱硫装置９を通過して硫黄酸化物等を除去する脱硫処理が施された後、煙突１０から大気へ放出される。
このため、ガスタービン６ｂに供給される石炭ガスは、排煙脱硫装置９を通過しなくてすむので、排煙脱硫装置９を通過することにより生じる圧力損失をなくすことができる。従って、石炭ガス化炉１の圧力を下げることが可能になるので、換言すれば、石炭ガスを燃焼器６ｃまで供給するのに必要となる石炭ガス化炉１の出口圧力を低く設定することができるので、石炭ガス化炉１に供給する空気昇圧機１６や酸素・窒素圧縮機等の動力を低減でき、プラント効率を大幅に向上させることができる。
このため、ガスタービン６ｂに供給される石炭ガスは、排煙脱硫装置９を通過しなくてすむので、排煙脱硫装置９を通過することにより生じる圧力損失をなくすことができる。従って、石炭ガス化炉１の圧力を下げることが可能になるので、換言すれば、石炭ガスを燃焼器６ｃまで供給するのに必要となる石炭ガス化炉１の出口圧力を低く設定することができるので、石炭ガス化炉１に供給する空気昇圧機１６や酸素・窒素圧縮機等の動力を低減でき、プラント効率を大幅に向上させることができる。
また、サイクロン２１及び前後２段のフィルタ２２，２３を具備した除塵装置２０の採用は、サイクロン２１で比較的粒径の大きなチャーやダスト等を回収及び除塵した後、石炭ガスがさらに２段階にわたってフィルタを通過することになるので、残ったチャーの回収や細かいダスト等の除塵が順次行われることで、ガスタービン６ｂ等の下流側機器にダストリークするのを確実に防止することができる。従って、ダストリークが除塵装置２０より下流側の燃焼器６ｃやガスタービン６ｂに悪影響を及ぼすことを防止できるので、ＩＧＣＣの運転停止を低減し、運転継続時間の増加により発電信頼性を向上させることができる。このような発電信頼性の向上は、特に大容量化したＩＧＣＣにとって極めて重要なことである。
また、３系列の除塵装置２０を並列に配列して複数系列化し、かつ、除塵装置２０の各系列間を前段フィルタ２２及び後段フィルタ２３の入口側で連結する均圧管２４，２５を設けることにより、各系列間におけるガス流量のアンバランスを防止することができる。すなわち、各系列の圧力損失にアンバランスが生じた場合であっても、各系統間が均圧管２４，２５で連結された構成となっているためアンバランスを解消でき、各フィルタの集塵性能を均一化して各系列における除塵性能を十分に発揮させることができる。なお、サイクロン２１の出口で石炭ガスの供給配管をいったん集合させた後に再度分岐する方法もあるが、供給配管に必要な遮断弁（図示省略）等のサイズが大きくなるため、設置スペースも大きくなって大容量のプラントには適合しない。
また、前後２段に使用するフィルタ２２，２３が同一の性能であれば、すなわち、各フィルタ２２，２３の能力が各系列毎に必要となる能力の１００％以上に設定しておけば、いずれか一方（１段）のフィルタにトラブルが生じて使用不能となっても、系列で必要な除塵能力を確保してＩＧＣＣの運転を継続することができる。従って、ダストリークが下流側のガスタービン６ｂに悪影響を及ぼすことを防止でき、運転継続により発電信頼性を向上させることができる。
また、除塵装置２０により回収されたチャーをガス化炉１に再供給すれば、石炭から得られる石炭ガス量の増加によりＩＧＣＣの運転効率を向上させることができる。
また、除塵装置２０により回収されたチャーをガス化炉１に再供給すれば、石炭から得られる石炭ガス量の増加によりＩＧＣＣの運転効率を向上させることができる。
このように、上述した本発明のＩＧＣＣは、近年の大容量化を目指したＩＧＣＣに対応できる除塵装置２０を備え、大容量化に伴い石炭ガスのガス量が増加しても所望の除塵性能を確実に発揮でき、しかも、ダストリークにも対応可能な運転信頼性の高い除塵装置２０を備えた石炭ガス化複合発電プラントを提供することが可能になる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、たとえばガスタービン発電機６と同軸に蒸気タービン８ａが連結された１軸式のコンバインドシステムを採用するなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、たとえばガスタービン発電機６と同軸に蒸気タービン８ａが連結された１軸式のコンバインドシステムを採用するなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
１ 石炭ガス化炉
６ ガスタービン発電機
６ａ 空気圧縮機
６ｂ ガスタービン
６ｃ 燃焼器
７ 排熱回収ボイラ
８ 蒸気タービン発電機
８ａ 蒸気タービン
９ 排煙脱硫装置（ガス精製装置）
１０ 煙突
２０ 除塵装置
２１ サイクロン
２２ 前段フィルタ
２３ 後段フィルタ
２４、２５ 均圧管
Ｇ１、Ｇ２ 発電機
６ ガスタービン発電機
６ａ 空気圧縮機
６ｂ ガスタービン
６ｃ 燃焼器
７ 排熱回収ボイラ
８ 蒸気タービン発電機
８ａ 蒸気タービン
９ 排煙脱硫装置（ガス精製装置）
１０ 煙突
２０ 除塵装置
２１ サイクロン
２２ 前段フィルタ
２３ 後段フィルタ
２４、２５ 均圧管
Ｇ１、Ｇ２ 発電機
Claims (5)
- 石炭をガス化して石炭ガスを得る石炭ガス化炉と、前記石炭ガスを燃料として運転されるガスタービンにより駆動されるガスタービン発電機と、前記ガスタービンから排出される高温の燃焼排ガスから排熱回収ボイラで熱回収して得られる蒸気を用いて運転される蒸気タービンにより駆動される蒸気タービン発電機とを具備してなる石炭ガス化複合発電プラントにおいて、
前記石炭ガス化炉と前記ガスタービン発電機との間に設けられ、サイクロンと複数段のフィルタとを具備して前記石炭ガスからチャーの回収及び除塵を行う除塵装置と、
前記排熱回収ボイラの下流側に配設され、前記燃焼排ガスから脱硫するガス精製装置とを備え、
前記除塵装置を通過した脱硫前の前記石炭ガスが前記ガスタービンの燃料となることを特徴とする石炭ガス化複合発電プラント。 - 前記除塵装置を複数並列に配列して複数系列化し、かつ、前記除塵装置の各系列間を前記フィルタの入口で連結する均圧管を設けたことを特徴とする請求項１に記載の石炭ガス化複合発電プラント。
- 前記複数段のフィルタが同一であることを特徴とする請求項１または２に記載の石炭ガス化複合発電プラント。
- 前記除塵装置により回収されたチャーが前記ガス化炉に再供給されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の石炭ガス化複合発電プラント。
- 前記ガスタービン及び前記排熱回収ボイラ出口に配設する前記ガス精製装置が、ＳＯｘを吸収する石灰石−石膏法脱硫装置あるいは活性炭素繊維を用いたＡＣＦ脱硫装置であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の石炭ガス化複合発電プラント。
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