JP4534350B2 - 排気再燃コンバインドサイクル - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重油焚きボイラに対してガス化炉とガスタービンを付加した排気再燃コンバインドサイクルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、既設重油焚きボイラに対して、ガス化炉とガスタービンを付加した高効率複合発電が検討されている。
【0003】
図2は、排気再燃コンバインドサイクルの概略を示したものである。
【0004】
図2において、40は、既設の重油焚きボイラで、その重油焚きボイラ40の高効率化リパワリングのために、ガスタービン発電装置41が接続され、そのガスタービン発電装置41に燃料ガスを供給する石炭ガス化装置42が接続される。
【0005】
石炭ガス化装置42は、詳細は図示していないが、ガス化炉と生成した燃料ガスの精製装置からなる。石炭ガス化装置42には、空気43を液化して窒素と酸素に分離する空気分離装置44が接続される。
【0006】
石炭ガス化装置42のガス化炉には、石炭45と空気分離装置44からの酸素46が供給され、石炭45を部分酸化しつつ水蒸気の存在下で還元してH2 ,CO等の燃料ガスを生成する。
【0007】
燃料ガスは、ガスタービン発電装置41に供給され、その排ガスが石炭焚きボイラ40に供給される。また空気分離装置44で分離された窒素47はガスタービン発電装置41に供給され、ガスタービン発電装置41のコンプレッサで昇圧された抽気空気48は、空気分離装置44に供給される。
【0008】
重油焚きボイラ40では、ガスタービン発電装置41からの排ガス49と重油50が供給され、更に排ガス49に空気51を混入して燃焼させ、発生した蒸気でスチームタービン52を駆動する。
【0009】
この図2の重油焚きボイラ40の排気再燃型リパワリングにおいては、既設の重油焚きボイラ40の前段にガスタービン発電装置41を接続し、ガスタービン発電装置41からの排ガスを、そのまま重油焚きボイラ40に供給し、排ガス中に含まれる未燃焼空気で重油50を燃焼させ、不足分を排ガスに空気を混入して燃焼させることで、排ガスの熱を有効に回収して高効率化を図っている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の重油焚きボイラのリパワリングを行う場合において、ガスタービンからの排ガスをボイラ燃焼用の酸素源として利用するだけの設備構成では、リパワリングを実施してもボイラに投入する重油燃料の流量を大幅に低減することはできない。
【0011】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ボイラに投入する重油燃料の流量を大幅に低減できる排気再燃コンバインドサイクルを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、ボイラとスチームタービンからなるボイラ設備にガス化炉とガスタービンからなるリパワリング設備を接続した排気再燃コンバインドサイクルにおいて、ガス化炉に、そのガス化炉で生成したガス化ガスから液体燃料を合成する液体燃料合成装置を接続し、その液体燃料合成装置で合成された液体燃料をボイラに燃料として供給し、そのボイラの燃焼排ガスを排ガス処理装置を通して未燃分を回収し、その未燃分をガス化炉の燃料として使用するようにした排気再燃コンバインドサイクルである。
【0013】
請求項2の発明は、液体燃料合成装置で未反応のガス化ガスをガスタービンに供給し、その燃焼排ガスをボイラへの燃焼空気と共にボイラに供給する請求項1記載の排気再燃コンバインドサイクルである。
【0014】
請求項3の発明は、液体燃料合成装置は、ガス化ガス中のH2 とCOを反応させてメタノール又はジメチルエーテルを合成する請求項2記載の排気再燃コンバインドサイクルである。
【0015】
請求項4の発明は、ボイラに供給する重油に、液体燃料合成装置で合成したメタノール又はジメチルエーテルを混合して供給する請求項3記載の排気再燃コンバインドサイクルである。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0018】
図1は、本発明の排気再燃コンバインドサイクルの概略ブロック図を示したものである。
【0019】
図1において、10は、重油焚きボイラ11からなる既設ボイラ設備を、12は、ガス化炉13、ガスタービン14等からなるリパワリング設備を示している。
【0020】
重油焚きボイラ11には、重油供給ライン15と空気供給ライン16が接続される。重油焚きボイラ11の水管等の熱交換器17は、入口側が給水ライン18を介して復水器19に接続され、出口側が蒸気ライン20を介してスチームタービン21に接続され、スチームタービン21からの蒸気がライン22を介して復水器19に戻されるようになっている。
【0021】
重油焚きボイラ11からの燃焼排ガスは、排ガス処理装置23に導入され、そこで、脱じん,脱硝,脱硫等の排ガス処理がなされた後、その排ガス24が煙突(図示せず)から排気される。
【0022】
この重油焚きボイラ11からなる既設ボイラ設備10には、ガス化炉13、ガスタービン14等からなるリパワリング設備12が接続される。
【0023】
すなわちガスタービン14の排ガスライン25が重油焚きボイラ11の空気供給ライン16に接続され、排ガスライン25の排ガス中の未反応酸素(酸素濃度約10〜13%程度)が重油焚きボイラ11に供給されるようになっている。
【0024】
リパワリング設備12は、ガス化炉13とガス冷却脱硫装置26とガスタービン14とからなるが、本発明の特徴は、ガス冷却脱硫装置26とガスタービン14間に、ガス化炉13で生成したガス化ガス(H2 ,CO)を原料としてメタノール、ジメチルエーテル(DME)等の液体燃料合成装置27を接続したことにある。
【0025】
先ず、ガス化炉13は、燃料ライン28から超重質油,オリマルジョン,オイルコークス等の燃料が供給されると共にライン29から酸化剤(酸素)と水が供給され、燃料を部分酸化しつつ水蒸気の存在下で還元して、H2 ,CO等の燃料ガスを生成する。
【0026】
この燃料ライン28には、既設ボイラ設備10の排ガス処理装置23で燃焼排ガスから回収されたチャー等の未燃分が未燃分ライン30を介して供給される。
【0027】
ガス冷却脱硫装置26には、ガス化ガスを冷却する冷却管31が設けられ、その冷却管31の入口側が、復水器19の給水ライン18から分岐した復水ライン32に接続され、出口側が戻しライン33を介して重油焚きボイラ11の熱交換器17の中間部に接続される。
【0028】
このガス冷却脱硫装置26では、ガス化ガスを冷却すると共にガス化ガス中の硫化水素を酸化鉄等の脱硫剤で脱硫する。
【0029】
液体燃料合成装置27は、触媒反応器からなり、その反応器の温度を適正に保つように液体燃料合成装置27に温度調整用の冷却管34が設けられ、その出入口が、ガス冷却脱硫装置26の冷却管31と同様に復水ライン32と戻しライン33に接続される。
【0030】
液体燃料合成装置27は、ガス化ガス中のH2 とCOとを反応させてメタノールやDMEに合成する。
【0031】
メタノール合成反応は、圧力5〜10MPa、温度230〜280℃の条件下で、触媒反応器で、下式の反応で合成する。
【0032】
CO + 2H2 → CH3 OH
また、DME合成は、圧力5MPa、温度260℃の条件下で、触媒反応器で、下式の反応で合成する。
【0033】
3H2 + 3CO → CH3 OCH3 + CO2
合成したメタノールやDME等の液体燃料は、液体燃料供給ライン35を介して重油焚きボイラ11の重油供給ライン15に供給される。
【0034】
液体燃料合成装置27での未反応のH2 とCOは、ガスタービン14の燃焼器に供給されて燃焼されると共にその燃焼ガスでタービンを駆動するようになっている。
【0035】
次に本発明の作用を説明する。
【0036】
先ず、リパワリング設備12のガス化炉13では、環境負荷の高い超重質油、オリマルジョン、オイルコークス及びアスファルト等を燃料としてガス化反応が行われてガス化ガスが生成される。このガス化ガスは、ガス冷却脱硫装置26で、約300℃程度まで冷却されると共に脱硫されて精製される。
【0037】
精製後のガス化ガスは、液体燃料合成装置27に導入され、触媒にてメタノール又はDME等の液体燃料に合成され、未反応のH2 とCOとを含むガス化ガスは、ガスタービン14に供給されて燃焼されると共にタービンを駆動する。
【0038】
既設ボイラ設備10での重油焚きボイラ11では、従来では重油供給ライン15からの重油と空気供給ライン16からの空気で燃焼されるが、追設したリパワリング設備12の液体燃料合成装置27から液体燃料供給ライン35を介して液体燃料が供給されるため、その重油の流量を低減することが可能となる。この場合、重油は、液体燃料と混合してその粘度が下がるため、C重油など、より重質で粗悪な重油でも使用することが可能となる。
【0039】
また、従来においては、重油焚きボイラ11に供給する空気は、空気供給ライン16から燃焼に必要な量を全て供給していたが、本発明においては、ガスタービン14からの燃焼排ガス中の未反応酸素濃度が11〜13%程度含まれており、この燃焼排ガスを排ガスライン25より空気供給ライン16を介して重油焚きボイラ11に供給することで、ボイラ11での燃焼に必要な酸素量のほぼ全てを賄うことが可能となり、また排ガスをそのままボイラ11に供給し、熱交換器17で熱回収が行えるため熱効率を向上できる。
【0040】
さらに、重油焚きボイラ11の燃焼排ガスを排ガス処理装置23で処理する際に、灰分に含まれるチャー等の未燃分を、未燃分ライン30からガス化炉13に燃料として供給することで再利用することができる。
【0041】
なお、上述の実施の形態では、主に重油焚きボイラ11の例で説明したが、本発明は石炭焚きボイラにも適用できる。この場合、石炭焚きボイラには、CWM、COMとして石炭スラリを供給する代わりに微粉炭を液体燃料と混ぜてスラリとして石炭焚きボイラに供給するようにすることで、効率の良いリパワリングが行える。
【0042】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような効果を奏する。
(1)液体燃料合成装置で製造したメタノール等の液体燃料は、既設のボイラの燃料として利用できるので、投入する重油などの燃料の供給量を低減することが可能となる。
(2)ガス化炉では、環境負荷の高い超重質油、オリマルジョン及び石油コークス等が利用できる。
(3)ボイラへ液体燃料を供給する分、重油などの燃料の硫黄分濃度が高くても使用可能となり、より粗悪な燃料でも支障なく使用できる。
(4)ボイラへ液体燃料を供給する分、ボイラ排ガス処理の負荷を小さくできる。
(5)ボイラで発生した灰分中の未燃分をガス化炉のガス化に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す概略図である。
【図2】従来検討されている排気再燃コンバインドサイクルを示す図である。
【符号の説明】
10 既設ボイラ設備
11 重油焚きボイラ
12 リパワリング設備
13 ガス化炉
14 ガスタービン
27 液体燃料合成装置

Claims (4)

  1. ボイラとスチームタービンからなるボイラ設備にガス化炉とガスタービンからなるリパワリング設備を接続した排気再燃コンバインドサイクルにおいて、ガス化炉に、そのガス化炉で生成したガス化ガスから液体燃料を合成する液体燃料合成装置を接続し、その液体燃料合成装置で合成された液体燃料をボイラに燃料として供給し、そのボイラの燃焼排ガスを排ガス処理装置を通して未燃分を回収し、その未燃分をガス化炉の燃料として使用することを特徴とする排気再燃コンバインドサイクル。
  2. 液体燃料合成装置で未反応のガス化ガスをガスタービンに供給し、その燃焼排ガスをボイラへの燃焼空気と共にボイラに供給する請求項1記載の排気再燃コンバインドサイクル。
  3. 液体燃料合成装置は、ガス化ガス中のH2とCOを反応させてメタノール又はジメチルエーテルを合成する請求項2記載の排気再燃コンバインドサイクル。
  4. ボイラに供給する重油に、液体燃料合成装置で合成したメタノール又はジメチルエーテルを混合して供給する請求項3記載の排気再燃コンバインドサイクル。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH02287005A (ja) * 1989-04-26 1990-11-27 Sekisui Chem Co Ltd 燃料油の燃焼方法
JPH11257093A (ja) * 1998-03-06 1999-09-21 Hitachi Ltd 発電プラント及びその運用方法

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