JPH01231653A - 電磁流体発電を含む複合発電方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、石炭などの低質の燃料を直接燃焼させた燃
焼排ガスで、閉サイクル電磁流体発電装置、ガスタービ
ン発電装置および蒸気タービン発電装置を同時に駆動す
ることのできる複合発電方法および複合発電システムに
関する。

〔従来の技術〕

従来、天然ガスや石油、石炭などの化石燃料を熱源とす
る火力発電については、発電効率を向上させるために、
蒸気タービン発電装置に対し、より高温における発電か
可能な各種の発電装置を組み合わせた複合発電方法が提
案されている。石炭などの低質の燃料を直接燃焼させて
得られる燃焼排ガスを用いた複合発電方法としては、第
２図に示す加熱流動床複合発電がある。この複合発電方
法においては、加圧流動床ボイラーＩＣ中で、空気圧縮
機１ｂによって加圧された空気１ｅによって石炭が燃焼
され、燃焼により発生した熱の一部を用いて、エコノマ
イザ−２０によって加熱された水２ｇの蒸発・過熱が行
われる。この加圧流動床ボイラーで過熱された水蒸気３
ｇは、蒸気タービン２ａを駆動し、蒸気タービンにより
流出した水蒸気４ｇは、復水器３Ｃに流入して水１ｇと
なり、再びエコノマイザ−２０で加熱される。一方、加
圧流動ボイラーＩＣ中に石灰石またはドロマイトを混入
させることにより、燃焼排ガス中の硫黄酸化物が除去さ
れ、加圧流動床ボイラーＩＣより流出した脱硫済みの燃
焼排ガス１ｆは、除塵装置１ｄによって除塵され、脱硫
および除塵済みのきれいな燃焼排ガス２ｆとなって、ガ
スタービン１ａを駆動し、ガスタービン１ａから流出し
た燃焼排ガス３ｆは、エコノマイザ−２０に流入して、
水１ｇの加熱を行ったのちに、燃焼排ガス４ｆとして、
煙突通じて大気中に放出される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、加圧流動床ボイラー内部の温度がｌ１０
０Ｋ程度に制限されており、そのために、ガスタービン
に流入する燃焼排ガスの温度も同程度の温度に制限され
るため、蒸気タービンにおける電気出力に比べて、ガス
タービンでの電気出力の割合をあまり大きくすることが
できず、この複合発電方法では、蒸気タービンのみを用
いた通常の石炭火力発電に比べて、発電効率の大幅な向
上は期待できない。また、本複合発電方法では、加圧流
動床ボイラー内での燃焼温度が低いために、窒素酸化物
の生成を相当程度抑制することができるが、それでも環
境規制上、燃焼排ガスを大気中に放出する前に、脱硝装
置を設けて最終的な脱硝を行わねばならず、設備コスト
の増加を招く。−一　　３　− 方、加圧流動床ボイラーは、脱硫装置とボイラーの両者
の機能を兼ね備えた設備であるが、流動床中に水蒸気を
発生・加熱するための配管が設置されるために、構造が
複雑となり、それだけ設備コストが増加し、信頼性・耐
久性が低下する。この発明は上述の背景に基づきなされ
たものであり、その目的とするところは、石炭などの低
質の燃料を直接燃焼させた排ガスを用いた発電において
、従来の加圧流動床複合発電よりも、発電効率が高く、
脱硝性能に優れた、電磁流体発電、ガスタービンおよび
／または蒸気タービンの複合発電方法およびシステムを
提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題はこの発明によって達成される。すなわち、
この発明の電磁流体発電を含む複合発電方法は、例えば
石炭などの低質の燃料の直接燃焼排ガスを熱源として、
第１作動流体加熱器を通じて、閉サイクル電磁流体発電
サイクルの希ガスなどの第１作動流体を最初に加熱して
この電磁流体発電サイクルを駆動させる。加熱された第
１作動流体（希ガス）は電磁流体発電機から流出したの
ちも、高温度状態にあるため、蒸気タービン発電サイク
ルの水蒸気などの第２作動流体を加熱して蒸気タービン
を駆動させる。他方、上記の第１作動流体（希ガス）の
加熱後の燃焼排ガスを脱硫装置で脱硫し、次いで、脱硫
された排ガスを除塵装置に導入して除塵を行ったのちに
、ガスタービンに導いてこのタービンを駆動させること
を特徴とするものである。

この発明の好ましい態様における脱硫装置は、流動性脱
硫剤を含む流動床であり、脱硫剤は石灰石または／およ
びドロマイトからなるものである。

この発明では、第１作動流体加熱器手前の燃料の燃焼に
おいて、燃料過多燃焼を行い窒素酸化物の発生を抑制す
ることができ、第１作動流体加熱器から流出する未燃分
を有する燃焼排ガスに対しては、脱硫装置中で新たに空
気を導入することにより、未燃分の燃焼と脱硫装置中で
の硫黄酸化物の吸収とを促進することができる。

さらに、この発明の好ましい態様において、大気中へと
放出される燃焼排ガスの一部を抜き出して、燃焼用空気
と混合させて燃料を燃焼させることにより、第１作動流
体加熱器に流入する燃焼排ガスの温度の必要以上の上昇
を防ぐことができる。

〔作　用〕

この発明の複合発電方法では、高温で石炭などの低質の
燃料を燃焼し、その燃焼排ガスを直接用いて電磁流体発
電サイクルの第１作動流体である希ガスを２０００に程
度に加熱する。加熱された第１作動流体が循環して電磁
流体発電サイクルを駆動・発電させる。電磁流体発電サ
イクルの発電を終えた第１作動流体は、十分な熱エネル
ギーを有するので、例えば、蒸気タービン発電サイクル
の第２作動流体である水蒸気を十分に加熱することがで
き蒸気タービ発電サイクルを駆動・発電させる。以上の
手順において、燃料を燃料過多状態で燃焼させることに
より、第１作動流体加熱器に流入する燃焼排ガス中の窒
素化合物の濃度を抑えることができ、同時に第１作動流
体加熱器内で燃焼排ガスが冷却される過程で、窒素酸化
物の還元・分解反応が促進され、第１作動流体加熱器出
口における燃焼排ガス中の窒素酸化物の濃度は、相当程
度低減化されている。

第１作動流体の加熱に使用された燃焼排ガスは、熱交換
のために温度が低下しているが、燃料過多燃焼が行われ
ている燃焼排ガス中の未燃分を、新たに空気を加えるこ
とによって燃焼させ、燃焼排ガスの温度をｌ１００Ｋ以
上にすることが可能である。従って、脱硫装置の流動床
に流入した燃焼排ガスは、この流動床を約１１００に以
上の流動床温度で作動させる。約１１００〜１２００に
の温度では、流動床中の石灰石またはドロマイトなどの
脱硫剤が排ガス中の硫黄酸化物をＣａＳＯ４として固定
化することができる。また、この発明の加圧流動床では
、ボイラーとしての機能を有せず、単に高温脱硫装置と
して使用されるため、ここでの温度低下が殆どない。そ
のために、脱硫装置によって脱硫され、そののちに除塵
されて清浄化された排ガスは高温であり、従って、この
排ガスを再度にガスタービン発電に有効利用することが
できる。

此の発明による以上のプロセスにおいて、流動床脱硫装
置より下流の燃焼排ガスの条件は、従来の加圧流動床複
合発電における加圧流動床ボイラー下流のそれとほぼ同
一にすることができ、結果的に、従来の加圧流動床複合
発電と比べ、加圧流動床ボイラーを通じて蒸気タービン
発電サイクルへと伝えられていた熱エネルギーの相当部
分が電磁流体発電サイクルへと伝えられることになり、
それだけ発電効率が向上することになる。また、第１作
動流体加熱器（以下、希ガス加熱器ともいう）から流出
してきた未燃分を含む燃焼排ガスを完全燃焼させた後の
排ガス温度がｌ１００Ｋ程度と低いため、新たな窒素酸
化物の発生は殆どなく、第１作動流体加熱器出口におけ
る燃焼排ガス中の窒素酸化物濃度が、はぼそのまま大気
中に放出される排ガス中の窒素酸化物濃度に等しくなる
。従って、従来の加圧流動床複合発電に比べて、燃焼排
ガス中の窒素酸化物の抑制も容易になることが期待でき
る。さらに、大気中へと放出される燃焼排ガスの一部を
抜き出して、燃焼用空気と混合して燃料の燃焼を行うこ
とにより、不必要に燃焼排ガス温度が上昇して、第１作
動流体加熱器に課題な熱負担がかかり、同時に多量の窒
素酸化物が生成するのを容易に防止することができる。

〔実施例〕

以下にこの発明を更に具体的に説明するが、この発明は
その要旨を越えない限り以下の実施例に限定されるもの
ではない。

第１図にこの発明の発電方法に使用することのできる一
例のシステムのフロー図を示す。

この態様の装置では、燃焼用の空気を加圧・供給するた
めの空気圧縮機１ｂと、かかる空気に燃焼排ガスの一部
を加圧・混合させるためのガス圧縮機２ｂと、供給され
た石炭などの燃料が燃焼して電磁流体発電サイクルの第
１作動流体である希ガスの加熱器５ｃと、希ガス加熱器
５ｃで加熱された第１作動流体により駆動される閉サイ
クル電磁流体発電サイクル１ｈ〜６ｈと、エコノマイザ
−２ｃとボイラー４ｃで加熱された第２作動流体である
水蒸気により駆動される蒸気タービン発電サイクル１ｇ
〜４ｇと、希ガス加熱器５ｃの排ガス下流に設けられた
加圧流動床脱硫装置１ｃと、脱硫装置１ｃの排ガス下流
に設けられた除塵装置１ｄと、除塵装置１ｄの排ガス下
流に設けられたガスタービン１ａと、更にガスタービン
１ａの排ガス下流に設けられたエコノマイザ−２０と、
を備える。

この態様における閉サイクル電磁流体発電サイクルは、
希ガス加熱器５ｃと、希ガス加熱器５ｃの第１作動流体
下流側に設けられた電磁流体発電機３ａと、その下流側
の熱交換器６ｃと、ボイラー４ｃと希ガス圧縮機３ｂと
からなる。蒸気タービン発電サイクルは、ボイラー４ｃ
と、ボイラー４Ｃの第２作動流体下流側に設けられた蒸
気タービン２ａと、復水器３ｃと、ガスタービン１ａ下
流の排ガスと熱交換するエコノマイザ−２０とを備える
。

この態様のシステムは、次のように作動する。

希ガス加熱器５ｃに、空気圧縮機１ｂで加圧された空気
１ｅと石炭などの燃料を供給して燃焼させ、高温の燃焼
排ガスを発生させる。この希ガス加熱器では、燃焼排ガ
スと第１作動流体である希ガスとの間の熱交換が行われ
、２０００に程度に加熱された第１作動流体１ｈが電磁
流体発電機３ａに流入して発電か行われる。電磁流体発
電機３ａで発電を終えた第１作動流体２ｈでも、例えば
、１５００にの高温状態にあり、この第１作動流体２ｈ
か熱交換器６ｃを通って、ある程度冷却された第１作動
流体３ｈとなり、さらにボイラー４Ｃに導入された蒸気
タービン発電サイクルの第２作動流体である水蒸気を加
熱する。ボイラー４ｃで熱交換を終えた第１作動流体４
ｈは、希ガス圧縮機３ｂで加圧され昇圧された第１作動
流体５ｈとなり、熱交換器６ｃで予熱されて、ある程度
昇温された第１作動流体６ｈが再び希ガス加熱器５ｃに
流入して、電磁流体発電サイクルにおける第１作動流体
の閉サイクルが形成される。

他方、希ガス加熱器５Ｃから出た燃焼排ガス１ｆは、ま
だ高温状態にあり、脱硫装置１ｃの流−１１＝ 動床に導入され、流動床を脱硫に最適の１０００〜１３
００にの温度に加熱して、排ガス中の硫黄酸化物をＣａ
　Ｓ　Ｏ、ａに固定化する。脱硫装置１ｃから出た燃焼
排ガス２ｆは、除塵装置１ｄへと導入されて除塵が行わ
れ、清浄化された燃焼排ガス３ｆがガスタービン１ａを
駆動し、ガスタービン発電の作動流体として利用される
。ガスタービン発電に利用された排ガス４ｆは、エコノ
マイザ−に流入して第２作動流体の加熱を行ったのち、
排ガス５ｆとなって煙突より大気中に放出される。

他方、蒸気タービン発電サイクルの第２作動流体は、復
水器３Ｃで水１ｇとなり、エコノマイザ−２ｃで加熱さ
れた水２ｇは、ボイラー４ｃに流入して、蒸発・過熱が
行われる。過熱された水蒸気３ｇは、蒸気タービン２ａ
を駆動し、蒸気タービン２ａより流出した水蒸気４ｇは
、再び復水器３Ｃに流入する。

この発明において、上記の態様に限定されずに、種々の
変形が可能である。例えば、第１図に示すように、希ガ
ス加熱器手前での燃料の燃焼において、燃料過多状態で
燃焼を行うことにより、希ガス加熱器に流入する燃焼排
ガス中の窒素酸化物の濃度が低減化され、しかも燃焼排
ガスが希ガス加熱器内で冷却される過程で、窒素酸化物
の濃度の還元・分解反応も促進され、希ガス加熱器から
流出する燃焼排ガスｌｆ中の窒素酸化物濃度を大幅に低
減化することができる。その際に、排ガスｌｆ中には未
燃分が含まれているが、空気圧縮機１ｂによって加圧さ
れた新たな空気２ｅが脱硫袋ｆｉＷｌｃ中で排ガス中に
導入されて、未燃分の燃焼、硫黄酸化物の吸収および燃
焼排ガスの昇温を促進すことができ、以上より、脱硝装
置の軽減が図れ経済性が向上する。

また、第１図に示されるように、煙突から大気中に放出
される燃焼排ガスの一部６ｆを抜き出し、ガス圧縮機２
ｂで加圧状態の排ガス７ｆとして、燃焼用空気１ｅと混
合させて燃焼を行うことにより、かかる燃焼における空
燃比を一定に保ったまま、燃焼排ガスの温度を容易に制
御することができ、不必要に燃焼排ガスの温度が上昇し
て、希ガス加熱器に過大な熱負担がかかり、同時に大量
の窒素酸化物が生成するのを防ぐことができる。

さらに、電磁流体発電サイクル中の熱交換器６ｃに流入
する高温の第１作動流体２ｈに対して、熱交換器６ｃの
手前のボイラーを配置して、蒸気タービン発電サイクル
の第２作動流体を加熱することによって、ある程度冷却
したのちに熱交換器６ｃに導くこともでき、それにより
、熱交換器６ｃの動作温度が下がり、熱交換器６Ｃの設
備コストの低減化を図ることができる。

〔発明の効果〕

上記の構成および作用を有するこの発明は、以下の効果
を有する。

（イ）請求項１の方法においては、流動床脱硫装置を経
た燃焼排ガスが、脱硫・除塵された清浄化ガスであるの
で、そのガスによるガスタービンブレードなどの腐食、
損傷がない。かかる燃焼排ガスは高温ガスであり、ガス
タービンによって、燃焼用空気および循環使用する燃焼
排ガスの加圧・供給用のそれぞれの圧縮を駆動すること
ができ、更にガスタービンに発電機を接続して発電する
ことができ、発電効率が上昇する。

（ロ）請求項２の方法においては、ガスタービン発電装
置と蒸気タービン発電装置とを使用する従来の加圧流動
床複合発電と比較して、加圧流動床ボイラーを通じて蒸
気タービン発電サイクルへと伝えられる熱エネルギーの
相当部分が電磁流体発電サイクルへと伝えられることに
なり、それだけ発電効率が向上し、電磁流体発電装置、
ガスタービン発電装置及び蒸気タービン発電装置を適切
に組み合わせることによって、特に、石炭などの低質の
燃料の直接燃焼排ガスを熱源とする発電システムとして
は、従来にない高い発電効率の複合発電システムを構成
することが可能となる。

（ハ）電磁流体発電サイクルの第１作動流体である希ガ
スを加熱するための希ガス加熱器手前における燃料の燃
焼において、請求項２の方法では燃料過多燃焼を行い、
希ガス加熱器から流出してきた燃焼排ガスに対して、脱
硫装置中で新たに空気を導入して未燃分の完全燃焼を行
うことにより、特別な脱硝装置を用いずに、効果的に排
出される窒素酸化物の低減化を図ることができる。

（ニ）この発明の脱硫装置では、ボイラー機能を持たせ
ないので、従来の加圧流動床ボイラーに比べて構造が単
純化され、脱硫装置の設備コストを低減化することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法に使用することのできる一例の
複合発電システムのフロー図、第２図は従来の加圧流動
床複合発電システムのフロー図である。 １ａ・・・ガスタービン、２ａ・・・蒸気タービン、３
ａ・・・電磁流体発電機、１ｂ・・・空気圧縮機、２ｂ
・・ガス圧縮機、３ｂ・・・希ガス圧縮機、１ｃ・・・
加圧流動床ボイラーまたは加圧流動床脱硫装置、２Ｃ・
・・エコノマイザ−１３Ｃ・・・復水器、４Ｃ・・・ボ
イラー、５Ｃ・・・希ガス加熱器、６Ｃ・・・熱交換器
、１ｄ・・・除塵装置、ｌｅ、２ｅ・・・燃焼用空気、
１ｆ〜７ｆ・・燃焼排ガス、１ｇ〜４ｇ・・・水または
水蒸気、１ｈ〜６ｈ・・・希ガス。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料の直接燃焼排ガスを熱源として、閉サイクル電
   磁流体発電サイクルの第１作動流体を加熱して該電磁流
   体発電サイクルを駆動させると共に、蒸気タービン発電
   サイクルの第２作動流体を加熱して該蒸気タービンを駆
   動させ、他方、該第１作動流体の加熱後の該排ガスを高
   温脱硫装置で脱硫した後ガスタービンに導入して該ター
   ビンを駆動させることを特徴とする複合発電方法。 ２、脱硫装置が、流動性脱硫剤を含む加圧流動床であり
   、脱硫剤が石灰石または／およびドロマイトからなる請
   求項１に記載の複合発電方法。 ３、燃料の燃焼において燃料過多燃焼を行い、閉サイク
   ル電磁流体発電サイクルの第１作動流体を加熱するため
   の加熱器中での燃焼排ガス中の窒素酸化物の還元除去を
   促進し、脱硫装置中で排ガスに新たな空気を導入して、
   排ガス中の未燃分の燃焼および硫黄酸化物の吸収を促進
   する、請求項１または２に記載の複合発電方法。 ４、燃料を燃焼させた際に得られる燃焼排ガスの温度を
   抑えるために、大気中へと放出させる燃焼排ガスの一部
   を抜き出し、燃焼用の空気と混合させて燃料を燃焼させ
   る、請求項１、２または３に記載の複合発電方法。