JP6545436B2 - CO2 recovery type closed cycle gasification power generation system - Google Patents
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Description
本発明はＣＯ２回収型クローズドサイクルガス化発電システムに関し、特にガス化設備で生成するガス化ガスを燃料としてタービンを駆動するクローズドサイクルの複合発電システムに適用して有用なものである。 The present invention relates to a CO 2 capture type closed cycle gasification power generation system, and is particularly useful when applied to a closed cycle combined power generation system in which a gasification gas generated in a gasification facility is used as a fuel to drive a turbine.
ガスタービンの燃料として化石燃料を用いると、地球温暖化の原因となるＣＯ２を発生する。このため、ＣＯ２を分離回収しながら排ガスの一部を循環させる発電を行う準閉(セミクローズド)サイクルボイラーや準閉(セミクローズド)サイクルガスタービンが提案されている（以下、本明細書においては「セミクローズドサイクルガスタービン」も含め、「クローズドサイクルガスタービン」という）。このようなクローズドサイクルガスタービンでは、燃料の他、酸素も供給するため、両者を効率よく消費する量論比付近での燃焼が要求されている。 The use of fossil fuels as fuel for gas turbines generates CO 2 which causes global warming. For this reason, semi-closed cycle boilers and semi-closed cycle gas turbines have been proposed that generate electric power by circulating a part of exhaust gas while separating and recovering CO 2 (hereinafter referred to as "this specification"). Is called "closed cycle gas turbine" including "semi closed cycle gas turbine". In such a closed cycle gas turbine, in order to supply oxygen as well as fuel, combustion near a stoichiometric ratio that efficiently consumes both is required.
この種の従来技術として安価な石炭が利用可能なＣＯ２回収型閉サイクルガス化複合発電システムが提案されている（非特許文献１参照）。図１０は提案されている従来技術に係るＣＯ２回収型クローズドサイクル石炭ガス化発電システムを示すブロック図である。同図に示すように、当該ＣＯ２回収型クローズドサイクル石炭ガス化発電システムIX（以下、システムIXともいう）は、燃料である石炭と、酸素製造設備２で生成された酸素が供給されて石炭ガスを生成する石炭ガス化設備１と、石炭ガス化設備１で生成された石炭ガスを燃料とし、酸素製造設備２で生成された酸素を酸化剤として燃焼ガスを生成する燃焼器３と、前記燃焼ガスで駆動されて発電機５を駆動するガスタービン４を有する。さらに、当該システムIXの圧縮機６は、ガスタービン４で仕事をした排ガスの一部を圧縮するとともに圧縮した排ガスを酸素製造設備２で生成された酸素の一部と混合して燃焼器３に戻すように構成してある。かくして燃焼器３では、酸素製造設備２で生成された酸素の一部と圧縮機６で圧縮された排ガスとの混合ガスにより燃料である石炭ガスが燃焼される。 A CO 2 recovery type closed cycle gasification combined cycle power generation system is proposed as a conventional technology of this type, in which inexpensive coal can be used (see Non-Patent Document 1). FIG. 10 is a block diagram showing a proposed CO 2 recovery type closed cycle coal gasification power generation system according to the prior art. As shown in the figure, the CO 2 capture type closed cycle coal gasification power generation system IX (hereinafter also referred to as a system IX) is supplied with coal as a fuel and oxygen generated by the oxygen production facility 2 to be coal The coal gasification facility 1 for producing gas, the combustor 3 for producing combustion gas by using the coal gas produced by the coal gasification facility 1 as fuel and the oxygen produced by the oxygen production facility 2 as oxidant It has a gas turbine 4 driven by the combustion gas to drive a generator 5. Further, the compressor 6 of the system IX compresses a part of the exhaust gas which has been worked by the gas turbine 4 and mixes the compressed exhaust gas with a part of the oxygen produced by the oxygen production facility 2 to the combustor 3. It is configured to return. Thus, in the combustor 3, coal gas as fuel is burned by a mixed gas of a part of the oxygen generated in the oxygen production facility 2 and the exhaust gas compressed by the compressor 6.
また、当該システムIXでは、ガスタービン４の排ガスを排熱回収ボイラ７に供給して排熱を回収した後、第２圧縮機８を介して排ガスの一部をＣＯ２回収装置９に供給して回収するとともに、残りの一部を石炭ガス化設備１に戻している。このことにより石炭ガス化設備１内における石炭ガスのガス化効率を向上させ、より多くのＣＯを発生させている。 Further, in the system IX, after the exhaust gas of the gas turbine 4 is supplied to the exhaust heat recovery boiler 7 to recover the exhaust heat, a part of the exhaust gas is supplied to the CO 2 recovery device 9 through the second compressor 8 Together with the remaining part being returned to the coal gasification facility 1. As a result, the gasification efficiency of the coal gas in the coal gasification facility 1 is improved, and more CO is generated.
さらに、当該システムIXは、ガスタービン４で仕事をした排ガスの熱を利用して蒸気タービン１０を駆動し、蒸気タービン１０が発電機１１を駆動する。すなわち、当該システムIXは、複合発電システムとして構築してあり、このためガスタービン４の下流側には、ガスタービン４の排ガスの熱を回収する排熱回収ボイラ７が配設されている。かくして蒸気タービン１０で仕事をした蒸気が、復水器で凝縮されて水となり、復水ポンプ１２により排熱回収ボイラ７に戻り、排ガスとの熱交換により蒸気となって再度蒸気タービン１０に供給される。このように効率よく製造したガス化燃料を使用し、ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせることにより当該システムIXの効率を向上させている。 Furthermore, the system IX drives the steam turbine 10 using the heat of the exhaust gas that has worked in the gas turbine 4, and the steam turbine 10 drives the generator 11. That is, the system IX is constructed as a combined power generation system, and for this reason, at the downstream side of the gas turbine 4, an exhaust heat recovery boiler 7 for recovering the heat of the exhaust gas of the gas turbine 4 is disposed. Thus, the steam worked in the steam turbine 10 is condensed by the condenser to be water, returned to the exhaust heat recovery boiler 7 by the condensate pump 12, and converted to steam by heat exchange with the exhaust gas and supplied again to the steam turbine 10 Be done. The gasification fuel thus efficiently produced is used, and the efficiency of the system IX is improved by combining a gas turbine and a steam turbine.
上述の如きシステムIXは、効率的にＣＯ２を回収しながらも、さらに高い熱効率を得ることを目指している。ところが、前記システムIXにおいては、ガスタービン４にはＣＯおよびＨ２を主成分とする燃料の他、酸素製造設備２からのＯ２が供給される。このため、排出されるガス中に燃料成分であるＣＯ、Ｈ２および酸化剤のＯ２が残留すると、熱効率の低下およびＣＯ２回収率の低下を招くおそれがあり、燃料、酸化剤の両者を最小化することが求められる。 System IX as described above aims to obtain even higher thermal efficiency while efficiently recovering CO 2 . However, in the system IX, the gas turbine 4 is supplied with O 2 from the oxygen production facility 2 in addition to the fuel containing CO and H 2 as main components. For this reason, if the fuel components CO and H 2 and the oxidant O 2 remain in the discharged gas, the thermal efficiency and the CO 2 recovery rate may decrease, and both the fuel and the oxidant Minimization is required.
また、排出されるＣＯ２の純度をある水準以上に保つため、分離されるＣＯ２中の酸素濃度はできるだけ低い方が望ましい。さらに、前記システムIXでは石炭ガス化設備１への石炭搬送に排ガスをリサイクルしたＣＯ２主成分の搬送ガスを用いている。ところが、この搬送ガス中にＯ２が含まれると発火の危険性があるため、極力、搬送ガス中のＯ２濃度を低くすることが肝要である。このため、ＣＯ２分離器を設けて、ＣＯ２純度を増しＯ２濃度を低くする場合がある。ただ、この場合には、ＣＯ２分離器が目的、手段は異なっても本質的に酸素製造設備２と類似の設備であり、二重投資となってしまう。 Moreover, in order to maintain the purity of the discharged CO 2 at a certain level or more, it is desirable that the concentration of oxygen in the separated CO 2 be as low as possible. Furthermore, in the system IX, a carrier gas of a main component of CO 2 in which the exhaust gas is recycled is used for coal transportation to the coal gasification facility 1. However, because of the risk of fire and O 2 is included in the transport gas, it is important that as much as possible, lowering the O 2 concentration in the carrier gas. For this reason, a CO 2 separator may be provided to increase the CO 2 purity and lower the O 2 concentration. However, in this case, the purpose of the CO 2 separator is the equipment which is essentially similar to the oxygen production equipment 2 although the means are different, resulting in double investment.
一方、排ガス中のＯ２を極小にする燃焼形態では、図１２に示すように、燃料であるＣＯ、Ｈ２を完全に使い切れないという相反する結果を招来する。 On the other hand, in the combustion mode in which O 2 in the exhaust gas is minimized, as shown in FIG. 12, there is a contradictory result that the fuels CO and H 2 can not be used completely.
また、ガスタービン４内で局所的に還元雰囲気気となる可能性も高く、このような雰囲気ではこれまでオープンサイクルのガスタービン４で用いられてきたような耐熱合金は、減肉などの問題から使用することが困難になる。 In addition, there is a high possibility that the reducing atmosphere is locally generated in the gas turbine 4. In such an atmosphere, the heat-resistant alloy as used in the open cycle gas turbine 4 has a problem such as thinning. It becomes difficult to use.
以上、要するに上記システムIXでは、酸素濃度が低いために燃料の安定燃焼・完全燃焼が難しい。このため、ガスタービン４の出口でＣＯ、Ｈ２が残存し、熱効率の低下、ＣＯ２回収率の低下を招くおそれがある。さらに、分離したＣＯ２中にＯ２があると、搬送用のＣＯ２にＯ２が混入して火災を起こす可能性がある。また、貯蔵あるいは利用の際にもＣＯ２中のＯ２が問題となるという種々の解決すべき課題を有している。 As described above, in the system IX, stable combustion and complete combustion of the fuel are difficult because the oxygen concentration is low. Therefore, there may result a reduction in CO at the outlet of the gas turbine 4, H 2 remains and reduction in the thermal efficiency, CO 2 recovery. Furthermore, when in the separated CO 2 is O 2, which may cause a fire O 2 is mixed into CO 2 for transport. In addition, there are various problems to be solved such that O 2 in CO 2 becomes a problem even during storage or use.
本発明は、上記従来技術に鑑み、上述の課題を良好に解決し得るＣＯ２回収型クローズドサイクルガス化発電システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a CO 2 recovery type closed cycle gasification power generation system capable of satisfactorily solving the above-mentioned problems in view of the above-mentioned prior art.
上記目的を達成する本発明の第１の態様は、
石炭及び酸素製造設備（２）で生成された酸素が供給されてガス化ガスを生成するガス化設備（１）と、
前記ガス化ガスを燃料とし、前記酸素製造設備で生成された酸素を酸化剤として燃焼ガスを生成する燃焼器（３）と、
前記燃焼ガスで駆動されて発電機（５）を駆動するガスタービン（４）と、
該ガスタービンの排ガスの一部を圧縮するとともに圧縮した排ガスを前記酸素製造設備で生成された酸素の一部と混合して前記燃焼器に戻す圧縮機（６）と、
前記ガスタービンの排ガスの残りの排ガスの一部を圧縮してＣＯ２回収装置（９）に供給する第２圧縮機（８）と、
前記第２圧縮機で圧縮されない排ガスを前記ガス化設備に戻す経路とを有するＣＯ２回収型クローズドサイクルガス化発電システムにおいて、
前記ガスタービンの排ガスの残りの排ガスから二酸化炭素と酸素を分離する二酸化炭素分離装置（１３）を備え、
前記二酸化炭素分離装置で分離した酸素も酸化剤として利用して前記燃焼器における前記ガス化ガスの燃焼を行い、
前記燃焼器上流に前記酸素製造設備からの酸素を供給し、前記二酸化炭素分離装置からの酸素を前記圧縮機の上流に供給する
ことを特徴とするＣＯ２回収型クローズドサイクルガス化発電システムにある。
The first aspect of the present invention for achieving the above object is
A gasification facility (1) that is supplied with oxygen generated by the coal and oxygen production facility (2) to produce gasification gas;
A combustor (3) that uses the gasified gas as a fuel and oxygen generated by the oxygen production facility as an oxidant to generate a combustion gas;
A gas turbine (4) driven by the combustion gas to drive a generator (5);
A compressor (6) which compresses a portion of the exhaust gas of the gas turbine and mixes the compressed exhaust gas with a portion of the oxygen produced in the oxygen production facility to return to the combustor;
A second compressor (8) which compresses a part of the remaining exhaust gas of the exhaust gas of the gas turbine and supplies it to a CO 2 recovery device (9);
A CO 2 recovery type closed cycle gasification power generation system having a path for returning the exhaust gas not compressed by the second compressor to the gasification facility,
A carbon dioxide separator (13) for separating carbon dioxide and oxygen from the remaining exhaust gas of the gas turbine exhaust gas;
Wherein also the oxygen separated in the carbon dioxide separation apparatus have rows combustion of the gasification gas in the combustor using as an oxidizing agent,
The CO 2 recovery type closed cycle gasification power generation system is characterized in that oxygen from the oxygen production facility is supplied to the upstream of the combustor and oxygen from the carbon dioxide separator is supplied to the upstream of the compressor. .
本態様によれば、燃焼器内の酸素濃度を充分が高くすることができるので、燃料の安定燃焼・完全燃焼を実現できる。この結果、ガスタービンの出口でＣＯ、Ｈ２の残存を防止し、熱効率の向上、ＣＯ２回収率の向上を実現し得る。さらに、分離したＣＯ２中のＯ２による火災の心配も除去し得る。また、二酸化炭素分離装置で分離したＯ２も燃焼に利用しているので、設備の合理化も図り得る。 According to this aspect, since the oxygen concentration in the combustor can be sufficiently high, stable combustion and complete combustion of the fuel can be realized. As a result, CO and H 2 can be prevented from remaining at the outlet of the gas turbine, and an improvement in thermal efficiency and an improvement in CO 2 recovery can be realized. Furthermore, concern may also be removed fire by O 2 in the CO 2 separated. In addition, since O 2 separated by the carbon dioxide separator is also used for combustion, the equipment can be rationalized.
本発明の参考例としての態様は、
第１の態様に記載するＣＯ２回収型クローズドサイクルガス化発電システムにおいて、
前記燃焼器上流に前記酸素製造設備および前記二酸化炭素分離装置からの酸素を供給することを特徴とするＣＯ２回収型クローズドサイクルガス化発電システムにある。
The aspect as the reference example of the present invention is
In the CO 2 recovery type closed cycle gasification power generation system described in the first aspect,
The present invention is a CO 2 capture type closed cycle gasification power generation system characterized in that the oxygen from the oxygen production facility and the carbon dioxide separator is supplied upstream of the combustor.
本発明の参考例としての態様は、上記態様において、前記酸素製造設備からの酸素および前記二酸化炭素分離装置からの酸素を前記圧縮機の上流に供給することを特徴とする。 Aspect of the exemplary embodiment of the present invention, in the above-you and supplying oxygen from the oxygen and the carbon dioxide separation device from the oxygen production facility upstream of the compressor.
本発明の参考例としての態様は、上記態様において、前記燃焼器上流に前記二酸化炭素分離装置からの酸素を供給し、前記酸素製造設備からの酸素を前記圧縮機の上流に供給することを特徴とする。 The aspect as a reference example of the present invention is characterized in that in the above aspect, the oxygen from the carbon dioxide separator upstream of the combustor is supplied, and the oxygen from the oxygen production facility is supplied upstream of the compressor. It shall be the.
本発明の参考例としての態様は、天然ガスやプロパン等を含むガス燃料や、化石液体燃料やバイオ由来の液体燃料を含む炭化水素系の燃料や水素、一酸化炭素を燃料とし、酸素製造設備で生成された酸素を酸化剤として燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスで駆動されて発電機を駆動するガスタービンと、該ガスタービンの排ガスの一部を圧縮するとともに圧縮した排ガスを前記酸素製造設備で生成された酸素と混合して前記燃焼器に戻す圧縮機と、前記ガスタービンの排ガスを圧縮して前記排ガスの一部を二酸化炭素分離装置に供給するＣＯ２回収型クローズドサイクル発電システムにおいて、前記二酸化炭素分離装置で二酸化炭素を分離するとともに排ガスから酸素を分離し、前記二酸化炭素分離装置で分離した酸素も酸化剤として利用して前記燃焼器における前記ガス化ガスの燃焼を行うことを特徴とする。 The embodiment as a reference example of the present invention is a gas fuel containing natural gas, propane or the like, hydrocarbon fuel including fossil liquid fuel or liquid fuel derived from bio, hydrogen, carbon monoxide as fuel, oxygen production equipment And a gas turbine driven by the combustion gas to drive a power generator, and a portion of the exhaust gas of the gas turbine compressed and compressed. A compressor that mixes with oxygen generated in the oxygen production facility and returns it to the combustor, and a CO 2 recovery type closed cycle that compresses the exhaust gas of the gas turbine and supplies a part of the exhaust gas to a carbon dioxide separator In the power generation system, carbon dioxide is separated by the carbon dioxide separator and oxygen is separated from the exhaust gas, and the oxygen separated by the carbon dioxide separator is also used as an oxidant. Performing the combustion of the gasification gas in the combustor to use this in you characterized.
本態様によれば、石炭ガス等、ガス化設備で生成されるガス燃料を燃料とする場合のみならず、天然ガスやプロパン等を含むガス燃料や、化石液体燃料やバイオ由来の液体燃料を含む炭化水素系の燃料や水素、一酸化炭素を燃料とする場合でも、第１の態様と同様の作用・効果を得ることができる。 According to this aspect, not only the fuel gas produced by the gasification facility such as coal gas is used as a fuel, but also a gas fuel containing natural gas, propane or the like, a fossil liquid fuel or a bio-derived liquid fuel Even when using a hydrocarbon-based fuel, hydrogen, or carbon monoxide as a fuel, it is possible to obtain the same function / effect as the first aspect.
本発明の参考例としての態様は、上記態様において、前記燃焼器上流に前記酸素製造設備および前記二酸化炭素分離装置からの酸素を供給することを特徴とする。 Aspect of the exemplary embodiment of the present invention, in the above-you and supplying oxygen from said oxygen production facility and the carbon dioxide separation apparatus to the combustor upstream.
本発明の参考例としての態様は、上記態様において、前記燃焼器上流に前記酸素製造設備からの酸素を供給し、前記二酸化炭素分離装置からの酸素を前記圧縮機の上流に供給することを特徴とする。 The aspect as a reference example of the present invention is characterized in that in the above aspect, the oxygen from the oxygen production facility is supplied upstream of the combustor and the oxygen from the carbon dioxide separator is supplied upstream of the compressor. It shall be the.
本発明の参考例としての態様は、上記態様において、前記酸素製造設備からの酸素および前記二酸化炭素分離装置からの酸素を前記圧縮機の上流に供給することを特徴とする。 Aspect of the exemplary embodiment of the present invention, in the above-you and supplying oxygen from the oxygen and the carbon dioxide separation device from the oxygen production facility upstream of the compressor.
本発明の参考例としての態様は、上記態様において、前記燃焼器上流に前記二酸化炭素分離装置からの酸素を供給し、前記酸素製造設備からの酸素を前記圧縮機上流に供給することを特徴とする。 The aspect as a reference example of the present invention is characterized in that in the above aspect, oxygen from the carbon dioxide separator upstream of the combustor is supplied, and oxygen from the oxygen production facility is supplied upstream of the compressor. you.
本発明の第２の態様は、
第１の態様に記載するＣＯ２回収型クローズドサイクルガス化発電システムにおいて、
前記ガスタービンの排ガス中のＯ２濃度を３％以上としたことを特徴とするＣＯ２回収型クローズドサイクルガス化発電システムにある。
The second aspect of the present invention is
In the CO 2 recovery type closed cycle gasification power generation system described in the first aspect ,
A CO 2 recovery type closed cycle gasification power generation system is characterized in that the concentration of O 2 in the exhaust gas of the gas turbine is 3% or more.
本発明によれば、ガスタービンにはＣＯおよびＨ２を主成分とする燃料の他、酸素製造設備からのＯ２が供給されが、燃料、酸化剤の両者を最小化することができる。この結果、当該システムの熱効率の向上およびＣＯ２回収率の向上を実現し得る。 According to the present invention, the gas turbine is supplied with O 2 from the oxygen production facility in addition to the fuel containing CO and H 2 as main components, and both the fuel and the oxidant can be minimized. As a result, an improvement in the thermal efficiency of the system and an improvement in the CO 2 recovery rate can be realized.
また、分離されるＣＯ２中の酸素濃度を可及的に低減し得るので、排出されるＣＯ２の純度を適切な水準以上に保つことができる。 In addition, since the concentration of oxygen in the CO 2 to be separated can be reduced as much as possible, the purity of the emitted CO 2 can be maintained at an appropriate level or higher.
さらに、ＣＯ２分離器で生成されるＯ２も無駄なく利用することができるので、設備の合理化も図り得る。 Furthermore, since the O 2 generated by the CO 2 separator can be used without waste, the facility can be rationalized.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、各実施の形態を示す図において、同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. In the drawings showing the respective embodiments, the same parts are denoted by the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted.
＜参考例の実施の形態＞
図１は本発明の参考例の形態に係るＣＯ２回収型クローズドサイクル石炭ガス化発電システムを示すブロック図である。同図に示すように、本形態に係るＣＯ２回収型クローズドサイクル石炭ガス化発電システムＩ（以下、単にシステムＩともいう）は、図１０に示すシステムIXに二酸化炭素分離装置１３を追加したものである。
<Embodiment of Reference Example >
FIG. 1 is a block diagram showing a CO 2 recovery type closed cycle coal gasification power generation system according to the embodiment of the present invention. As shown in the figure, the CO 2 recovery type closed cycle coal gasification power generation system I (hereinafter, also simply referred to as system I) according to the present embodiment is obtained by adding the carbon dioxide separation device 13 to the system IX shown in FIG. It is.
他は図１０に示すシステムIXと同様である。すなわち、本形態に係るシステムＩは、燃料である石炭と、酸素製造設備２で生成された酸素が供給されて石炭ガスを生成する石炭ガス化設備１と、石炭ガス化設備１で生成された石炭ガスを燃料とし、酸素製造設備２で生成された酸素を酸化剤として燃焼ガスを生成する燃焼器３と、前記燃焼ガスで駆動されて発電機５を駆動するガスタービン４を有する。さらに、当該システムＩの圧縮機６は、ガスタービン４で仕事をした排ガスの一部を圧縮するとともに圧縮した排ガスを酸素製造設備２で生成された酸素の一部と混合して燃焼器３に戻すように構成してある。かくして燃焼器３では、酸素製造設備２で生成された酸素の一部と圧縮機６で圧縮された排ガスとの混合ガスにより燃料である石炭ガスが燃焼される。このことにより当該システムＩの効率を向上させている。 Others are similar to the system IX shown in FIG. That is, the system I according to the present embodiment is generated by the coal gasification facility 1 that receives coal, which is a fuel, and oxygen that is generated by the oxygen production facility 2 to generate coal gas, and the coal gasification facility 1 It has a combustor 3 which uses coal gas as a fuel and generates oxygen as the oxidant by using oxygen generated by the oxygen production facility 2, and a gas turbine 4 which is driven by the combustion gas to drive a generator 5. Furthermore, the compressor 6 of the system I compresses a part of the exhaust gas worked by the gas turbine 4 and mixes the compressed exhaust gas with a part of the oxygen generated in the oxygen production facility 2 to the combustor 3. It is configured to return. Thus, in the combustor 3, coal gas as fuel is burned by a mixed gas of a part of the oxygen generated in the oxygen production facility 2 and the exhaust gas compressed by the compressor 6. This improves the efficiency of the system I.
また、当該システムＩでは、ガスタービン４の排ガスを排熱回収ボイラ７に供給して排熱を回収した後、第２圧縮機８を介して排ガスの一部をＣＯ２回収装置９に供給して回収するとともに、残りの一部を石炭ガス化設備１に戻している。このことにより石炭ガス化設備１内における石炭ガスのガス化効率を向上させ、より多くのＣＯを発生させている。
つまり、ガスタービン４の排ガスを排熱回収ボイラ７に供給して排熱を回収した後、排熱を回収した排ガスの残りの一部を二酸化炭素分離装置１３に送り、二酸化炭素分離装置１３でＣＯ ２ とＯ ２ に分離している。二酸化炭素分離装置１３で分離されたＣＯ ２ の一部が第２圧縮機８を介してＣＯ ２ 回収装置９に供給されて回収される（系外に排出される）。二酸化炭素分離装置１３で分離されたＣＯ ２ の残り（残りの一部：第２圧縮機８で圧縮されない排ガス）が石炭ガス化設備１に戻されている。
Further, in the system I, after the exhaust gas of the gas turbine 4 is supplied to the exhaust heat recovery boiler 7 to recover the exhaust heat, a part of the exhaust gas is supplied to the CO 2 recovery device 9 through the second compressor 8 Together with the remaining part being returned to the coal gasification facility 1. As a result, the gasification efficiency of the coal gas in the coal gasification facility 1 is improved, and more CO is generated.
That is, after the exhaust gas of the gas turbine 4 is supplied to the exhaust heat recovery boiler 7 to recover the exhaust heat, the remaining part of the exhaust gas from which the exhaust heat has been recovered is sent to the carbon dioxide separator 13 and the carbon dioxide separator 13 It is separated into CO 2 and O 2 . A part of the CO 2 separated by the carbon dioxide separator 13 is supplied to the CO 2 recovery unit 9 via the second compressor 8 and recovered (discharged out of the system). The remainder of the CO 2 separated by the carbon dioxide separator 13 (the remaining part: the exhaust gas not compressed by the second compressor 8) is returned to the coal gasification facility 1.
さらに、当該システムＩは、ガスタービン４で仕事をした排ガスの熱を利用して蒸気タービン１０を駆動し、蒸気タービン１０が発電機１１を駆動する。すなわち、当該システムＩは、複合発電システムとして構築してあり、このためガスタービン４の下流側には、ガスタービン４の排ガスの熱を回収する排熱回収ボイラ７が配設されている。かくして蒸気タービン１０で仕事をした蒸気が、復水器で凝縮されて水となり、復水ポンプ１２により排熱回収ボイラ７に戻り、排ガスとの熱交換により蒸気となって再度蒸気タービン１０に供給される。 Furthermore, the system I drives the steam turbine 10 using the heat of the exhaust gas that has worked in the gas turbine 4, and the steam turbine 10 drives the generator 11. That is, the system I is constructed as a combined power generation system, and for this reason, at the downstream side of the gas turbine 4, an exhaust heat recovery boiler 7 for recovering the heat of the exhaust gas of the gas turbine 4 is disposed. Thus, the steam worked in the steam turbine 10 is condensed by the condenser to be water, returned to the exhaust heat recovery boiler 7 by the condensate pump 12, and converted to steam by heat exchange with the exhaust gas and supplied again to the steam turbine 10 Be done.
本形態では、例えばＯ２の濃度が３〜１０％の排ガスを循環させ、二酸化炭素分離装置１３で排ガス中の高濃度ＣＯ２は系外に排出し、分離した高濃度Ｏ２は、酸素製造設備２で生成したＯ２と酸素製造設備２の下流側で合流させて石炭ガス化設備１や燃焼器３に供給する。すなわち、本形態における二酸化炭素分離装置１３は、排ガスからＯ２を分離するとともに分離したＯ２も酸化剤として利用して燃焼器３における燃料の燃焼を行う。 In this embodiment, for example, the exhaust gas having a concentration of 3 to 10% of O 2 is circulated, the high concentration CO 2 in the exhaust gas is discharged out of the system by the carbon dioxide separator 13, and the high concentration O 2 separated is oxygen production The O 2 generated by the facility 2 and the oxygen production facility 2 are merged on the downstream side and supplied to the coal gasification facility 1 and the combustor 3. That is, the carbon dioxide separator 13 in the present embodiment separates O 2 from the exhaust gas and burns the fuel in the combustor 3 using the separated O 2 as an oxidant.
なお、本形態では、循環させるＯ２の濃度を３〜１０％としたが、これは次の理由による。１）あまりにＯ２濃度が低いと排ガスからＯ２を分離する利点が少なくなるので、３％程度を下限とした。２）排ガス中のＯ２が多いということは、「燃焼させる前のＯ２濃度」が、さらに高いことになる。燃焼前にＯ２濃度が高いと局所的に高温部ができることになり、機器設計が難しくなる。そこで、通常のガスタービンと同程度として１０％を上限とした。 In the present embodiment, the concentration of O 2 to be circulated is set to 3 to 10% for the following reason. 1) If the concentration of O 2 is too low, the advantage of separating O 2 from exhaust gas decreases, so the lower limit is about 3%. 2) The fact that there is a large amount of O 2 in the exhaust gas means that the “O 2 concentration before burning” is even higher. If the O 2 concentration is high before combustion, a high temperature part will be locally formed, which makes the device design difficult. Therefore, the upper limit is 10%, which is equivalent to that of a normal gas turbine.
これにより、ＣＯ２の処理動力を用いて酸素分離も可能となり、図１０に示す従来のシステムIXに比べて酸素製造設備の規模を縮小し、製造動力も軽減できる。また、燃焼器３の出口温度に対する燃焼効率の特性図である図２に示すように、従来のシステムIXに比べ燃焼器３での余剰Ｏ２が多いので、燃料の燃切り性も向上させることが可能であり、ガスタービン内では定常的に酸化雰囲気となることから、従来の耐熱合金の使用が可能になる。 As a result, oxygen separation is also possible using the CO 2 treatment power, and the scale of the oxygen production facility can be reduced and the production power can be reduced as compared with the conventional system IX shown in FIG. Further, as shown in FIG. 2 which is a characteristic diagram of the combustion efficiency with respect to the outlet temperature of the combustor 3, since the surplus O 2 in the combustor 3 is larger than that of the conventional system IX, the fuel burnability is also improved. In the gas turbine, the oxidizing atmosphere is steady, which makes it possible to use conventional heat-resistant alloys.
＜本発明の実施の形態＞
図３に示す本形態のシステムIIでは、二酸化炭素分離装置１３で分離した高濃度Ｏ２は圧縮機６の上流側に供給している。一方、石炭ガス化設備１と燃焼器３には酸素製造設備２からＯ２を供給している。このように、圧縮機６上流にＯ２を供給することで二酸化炭素分離装置１３での圧縮動力を軽減することが可能になる。なお、本形態でも循環させる排ガス中のＯ２の濃度は３〜１０％としている。
<Embodiment of the present invention >
In the system II of the present embodiment shown in FIG. 3, the high concentration O 2 separated by the carbon dioxide separator 13 is supplied to the upstream side of the compressor 6. On the other hand, the combustor 3 and the coal gasification installation 1 supplies the O 2 from the oxygen production facility 2. Thus, the supply of O 2 upstream of the compressor 6 makes it possible to reduce the compression power in the carbon dioxide separator 13. Also in this embodiment, the concentration of O 2 in the exhaust gas to be circulated is 3 to 10%.
＜参考例の実施の形態＞
図４に示す本参考例のシステムIIIでは、二酸化炭素分離装置１３で分離した高濃度Ｏ２は、酸素製造設備２の下流側で酸素製造設備２で生成したＯ２と合流させて石炭ガス化設備１とガスタービン４側に供給するが、分離した高濃度のＯ２および酸素製造設備２で生成したＯ２の両者を圧縮機６の上流に供給する。このことで、酸素製造設備２および二酸化炭素分離装置１３での圧縮動力を軽減することが可能になる。なお、本参考例でも循環させる排ガス中のＯ２の濃度は３〜１０％としている。
<Embodiment of Reference Example >
In the system III of the present embodiment shown in FIG. 4, the high concentration O 2 separated by the carbon dioxide separator 13 is merged with the O 2 generated by the oxygen production facility 2 at the downstream side of the oxygen production facility 2 for coal gasification supplied to the equipment 1 and the gas turbine 4 side supplies both of the O 2 generated by the separate high concentrations of O 2 and oxygen production facility 2 upstream of the compressor 6. This makes it possible to reduce the compression power in the oxygen production facility 2 and the carbon dioxide separator 13. In this reference example , the concentration of O 2 in the exhaust gas to be circulated is 3 to 10%.
＜参考例の形態＞
図５に示す本参考例のシステムIVでは、二酸化炭素分離装置１３で分離した高濃度のＯ２を石炭ガス化設備１と燃焼器３に供給する一方、酸素製造設備２で生成したＯ２を圧縮機６の上流に供給している。このことで、酸素製造設備２の圧縮動力を軽減することが可能になる。なお、本参考例でも循環させる排ガス中のＯ２の濃度は３〜１０％としている。
<Form of reference example >
In the system IV of the present embodiment shown in FIG. 5, the high concentration O 2 separated by the carbon dioxide separator 13 is supplied to the coal gasification facility 1 and the combustor 3 while the O 2 produced by the oxygen production facility 2 is It is supplied upstream of the compressor 6. This makes it possible to reduce the compression power of the oxygen production facility 2. In this reference example , the concentration of O 2 in the exhaust gas to be circulated is 3 to 10%.
＜参考例の形態＞
参考例として、石炭が利用可能なＣＯ２回収型クローズドサイクル石炭ガス化発電シス
テム以外にも、他の燃料（天然ガスやプロパンなどのガス燃料や、化石液体燃料やバイオ
由来の液体燃料）を用いたクローズドガスタービンに適用可能である。すなわち、第１及び第２の実施の形態に記載する石炭ガス化設備１および二酸化炭素分離装置１３から石炭ガス化設備１に排ガスを搬送・供給するための搬送路を省略することもできる。
<Form of reference example>
As a reference example, other fuel (gas fuel such as natural gas or propane, fossil liquid fuel or bio-derived liquid fuel) is used besides CO2 capture type closed cycle coal gasification power generation system that can use coal It is applicable to a closed gas turbine. That is, the transport path for transporting and supplying the exhaust gas from the coal gasification facility 1 and the carbon dioxide separator 13 described in the first and second embodiments can be omitted.
図６に示すように、本参考例は、図１に示す実施の形態に対応するもので、第１の実施の形態から石炭ガス化設備１を除外したシステムＶとして構築してある。すなわち当該システムＶにおいては、天然ガスやプロパン等を含むガス燃料や、化石液体燃料やバイオ由来の液体燃料を含む炭化水素系の燃料や水素、一酸化炭素を燃料としており、かかる燃料が燃焼器３に供給される。他は、図１に示す第１の実施の形態と同様である。すなわち、本参考例でも、例えばＯ２の濃度が３〜１０％の排ガスを循環させている。そして、二酸化炭素分離装置１３で排ガス中の高濃度ＣＯ２は系外に排出し、分離した高濃度Ｏ２は、酸素製造設備２で生成したＯ２と酸素製造設備２の下流側で合流させて燃焼器３に供給する。すなわち、本参考例における二酸化炭素分離装置１３は、排ガスからＯ２を分離するとともに分離したＯ２も酸化剤として利用して燃焼器３における燃料の燃焼を行う。 As shown in FIG. 6, this reference example corresponds to the embodiment shown in FIG. 1, and is constructed as a system V excluding the coal gasification facility 1 from the first embodiment. That is, in the system V, gas fuel containing natural gas, propane, etc., hydrocarbon fuel containing fossil liquid fuel or liquid fuel derived from bio, hydrogen and carbon monoxide are used as fuel. It is supplied to 3. Others are similar to the first embodiment shown in FIG. That is, also in this reference example , the exhaust gas having a concentration of, for example , 3 to 10% of O 2 is circulated. Then, the high concentration CO 2 in the exhaust gas is discharged out of the system by the carbon dioxide separator 13, and the separated high concentration O 2 is merged at the downstream side of the O 2 generated by the oxygen production facility 2 and the oxygen production facility 2 Supply to the combustor 3. That is, the carbon dioxide separator 13 according to the present embodiment separates O 2 from the exhaust gas and burns the fuel in the combustor 3 using the separated O 2 as an oxidant.
＜参考例の形態＞
図７に示すように、本参考例は、図３に示す実施の形態に対応するもので、第２の実施の形態から石炭ガス化設備１を除外したシステムVIとして構築してある。すなわち当該システムVIにおいては、上記参考例と同様の燃料を使用しており、かかる燃料が燃焼器３に供給される。他は、図３に示す第２の実施の形態と同様である。すなわち、本参考例でも、例えばＯ２の濃度が３〜１０％の排ガスを循環させ、図７に示す本参考例のシステムVIでは、二酸化炭素分離装置１３で分離した高濃度のＯ２は圧縮機６の上流側に供給している。一方、燃焼器３には酸素製造設備２からＯ２を供給している。このように、圧縮機６の上流にＯ２を供給することで二酸化炭素分離装置１３での圧縮動力を軽減することが可能になる。
<Form of reference example >
As shown in FIG. 7, this reference example corresponds to the embodiment shown in FIG. 3, and is constructed as a system VI excluding the coal gasification facility 1 from the second embodiment. That is, in the said system VI, the fuel similar to the said reference example is used, and this fuel is supplied to the combustor 3. FIG. Others are similar to the second embodiment shown in FIG. That is, even present embodiment, for example, the concentration of O 2 is allowed to circulate 3-10% of the exhaust gas, the system VI of this reference example shown in FIG. 7, a high concentration of O 2 separated by the carbon dioxide separator 13 is compressed It is supplied to the upstream side of machine 6. On the other hand, O 2 is supplied to the combustor 3 from the oxygen production facility 2. Thus, by supplying O 2 upstream of the compressor 6, it is possible to reduce the compression power in the carbon dioxide separator 13.
＜参考例の形態＞
図８に示すように、本参考例は、図４に示す実施の形態に対応するもので、第３の実施の形態から石炭ガス化設備１を除外したシステムVIIとして構築してある。すなわち当該システムVIIにおいては、上記参考例と同様の燃料を使用しており、かかる燃料が燃焼器３に供給される。他は、図４に示す第３の実施の形態と同様である。すなわち、本形態でも、例えばＯ２の濃度が３〜１０％の排ガスを循環させている。そして、図８に示す本参考例のシステムVIIでは、二酸化炭素分離装置１３で分離した高濃度Ｏ２は、酸素製造設備２の下流側で酸素製造設備２で生成したＯ２と合流させてガスタービン４側に供給するが、分離した高濃度のＯ２および酸素製造設備２で生成したＯ２の両者を圧縮機６の上流に供給する。このことで、酸素製造設備２および二酸化炭素分離装置１３での圧縮動力を軽減することが可能になる。
<Form of reference example >
As shown in FIG. 8, the present reference example corresponds to the embodiment shown in FIG. 4 and is constructed as a system VII in which the coal gasification facility 1 is excluded from the third embodiment. That is, in the system VII, the same fuel as that of the above-described embodiment is used, and the fuel is supplied to the combustor 3. Others are the same as those of the third embodiment shown in FIG. That is, also in this embodiment, the exhaust gas having a concentration of, for example, 3 to 10% of O 2 is circulated. Then, in the system VII of the present reference example shown in FIG. 8, the high concentration O 2 separated by the carbon dioxide separation device 13 is merged with the O 2 generated by the oxygen production facility 2 downstream of the oxygen production facility 2 supplied to the turbine 4 side supplies both of the O 2 generated by the separate high concentrations of O 2 and oxygen production facility 2 upstream of the compressor 6. This makes it possible to reduce the compression power in the oxygen production facility 2 and the carbon dioxide separator 13.
＜参考例の形態＞
図９に示すように、本参考例は、図５に示す実施の形態に対応するもので、第４の実施の形態から石炭ガス化設備１を除外したシステムVIIIとして構築してある。すなわち当該システムVIIIにおいては、上記参考例と同様の燃料を使用しており、かかる燃料が燃焼器３に供給される。他は、図５に示す第４の実施の形態と同様である。すなわち、本形態でも、例えばＯ２の濃度が３〜１０％の排ガスを循環させている。そして、図９に示す本参考例のシステムVIIでは、二酸化炭素分離装置１３で分離した高濃度のＯ２を燃焼器３に供給する一方、酸素製造設備２で生成したＯ２を圧縮機６の上流に供給している。このことで、酸素製造設備２の圧縮動力を軽減することが可能になる。
<Form of reference example >
As shown in FIG. 9, the present reference example corresponds to the embodiment shown in FIG. 5, and is constructed as a system VIII excluding the coal gasification facility 1 from the fourth embodiment. That is, in the said system VIII, the fuel similar to the said reference example is used, and this fuel is supplied to the combustor 3. FIG. Others are similar to the fourth embodiment shown in FIG. That is, also in this embodiment, the exhaust gas having a concentration of, for example, 3 to 10% of O 2 is circulated. Then, in the system VII of the present reference example shown in FIG. 9, the high concentration O 2 separated by the carbon dioxide separator 13 is supplied to the combustor 3 while the O 2 generated by the oxygen production facility 2 is It is supplied upstream. This makes it possible to reduce the compression power of the oxygen production facility 2.
なお、上記各実施の形態では、ガスタービン４の排ガスの熱を排熱回収ボイラ７で回収して蒸気タービン１０および発電機１１を駆動する，複合発電システムの場合の例を示したが、このような複合発電システムに限定するものではない。すなわち、排熱回収ボイラ７、蒸気タービン１０および復水ポンプ１２は必ずしも必要ない場合がある。 In each of the above embodiments, an example of the case of the combined power generation system in which the heat of the exhaust gas of the gas turbine 4 is recovered by the exhaust heat recovery boiler 7 to drive the steam turbine 10 and the generator 11 is shown. It is not limited to such a combined power generation system. That is, the exhaust heat recovery boiler 7, the steam turbine 10, and the condensate pump 12 may not be necessarily required.
本発明は、ガスタービンを製造する産業分野において利用することができる。 The present invention can be utilized in the industrial field of manufacturing gas turbines.
１ 石炭ガス化設備
２ 酸素製造設備
３ 燃焼器
４ ガスタービン
５ 発電機
６ 圧縮機
８ 第２圧縮機
１３ 二酸化炭素分離装置
1 Coal gasification facility 2 Oxygen production facility 3 Combustor 4 Gas turbine 5 Generator 6 Compressor
8 Second compressor 13 carbon dioxide separator
Claims (2)
前記ガス化ガスを燃料とし、前記酸素製造設備で生成された酸素を酸化剤として燃焼ガスを生成する燃焼器（３）と、
前記燃焼ガスで駆動されて発電機（５）を駆動するガスタービン（４）と、
該ガスタービンの排ガスの一部を圧縮するとともに圧縮した排ガスを前記酸素製造設備で生成された酸素の一部と混合して前記燃焼器に戻す圧縮機（６）と、
前記ガスタービンの排ガスの残りの排ガスの一部を圧縮してＣＯ２回収装置（９）に供給する第２圧縮機（８）と、
前記第２圧縮機で圧縮されない排ガスを前記ガス化設備に戻す経路とを有するＣＯ２回収型クローズドサイクルガス化発電システムにおいて、
前記ガスタービンの排ガスの残りの排ガスから二酸化炭素と酸素を分離する二酸化炭素分離装置（１３）を備え、
前記二酸化炭素分離装置で分離した酸素も酸化剤として利用して前記燃焼器における前記ガス化ガスの燃焼を行い、
前記燃焼器上流に前記酸素製造設備からの酸素を供給し、前記二酸化炭素分離装置からの酸素を前記圧縮機の上流に供給する
ことを特徴とするＣＯ２回収型クローズドサイクルガス化発電システム。 A gasification facility (1) that is supplied with oxygen generated by the coal and oxygen production facility (2) to produce gasification gas;
A combustor (3) that uses the gasified gas as a fuel and oxygen generated by the oxygen production facility as an oxidant to generate a combustion gas;
A gas turbine (4) driven by the combustion gas to drive a generator (5);
A compressor (6) which compresses a portion of the exhaust gas of the gas turbine and mixes the compressed exhaust gas with a portion of the oxygen produced in the oxygen production facility to return to the combustor;
A second compressor (8) which compresses a part of the remaining exhaust gas of the exhaust gas of the gas turbine and supplies it to a CO 2 recovery device (9);
A CO 2 recovery type closed cycle gasification power generation system having a path for returning the exhaust gas not compressed by the second compressor to the gasification facility,
A carbon dioxide separator (13) for separating carbon dioxide and oxygen from the remaining exhaust gas of the gas turbine exhaust gas;
Wherein also the oxygen separated in the carbon dioxide separation apparatus have rows combustion of the gasification gas in the combustor using as an oxidizing agent,
A CO 2 recovery type closed cycle gasification power generation system comprising: supplying oxygen from the oxygen production facility upstream of the combustor; and supplying oxygen from the carbon dioxide separator upstream of the compressor .
前記ガスタービンの排ガス中のＯ２濃度を３％以上とした
ことを特徴とするＣＯ２回収型クローズドサイクルガス化発電システム。 In the CO 2 recovery type closed cycle gasification power generation system according to claim 1 ,
A CO 2 recovery type closed cycle gasification power generation system, wherein the O 2 concentration in the exhaust gas of the gas turbine is 3% or more.
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