JPH0480502A

JPH0480502A - 粗悪燃料を用いる発電方法

Info

Publication number: JPH0480502A
Application number: JP19303490A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Fujioka; 祐一藤岡; Kimiyo Tokuda; 君代徳田; Toshimitsu Ichinose; 利光一ノ瀬; Fumiya Nakajima; 中島　文也
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1990-07-23
Filing date: 1990-07-23
Publication date: 1992-03-13
Anticipated expiration: 2013-03-11
Also published as: JP2726741B2

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〕本発明は、石炭および重質油等の粗悪燃料の化学エネル
ギーを電気エネルギーに変換する発電方法に関する。

〔従来の技術］重質油を用いた発電方法の従来の一例を第２図によって
説明する。

重質油１０１は加圧ポンプ２で加圧してガス化炉２５へ
供給される。ガス化炉２５では、加圧空気１０７で燃料
１０１の一部を燃焼させてそれを熱源として炭素をガス
化してガス燃料に転換する。ガス化炉２５で発生した可
燃ガス１０８は、熱交換器２４において水１１０と熱交
換して冷却され３５０℃〜４５０℃になる。

冷却後の可燃ガス１０８は、ポーラスフィルタ−５で脱
しん処理されて１１ｇ／Ｎｌ１１３以下程度のバイジン
濃度のガスとなり、脱硫装置２６へ送られ、ここで酸化
鉄系の脱硫剤を使用して可燃ガス１０８中のＨｚＳを除
去する。脱しん、脱硫後の可燃ガス１０８ａはコンハス
ターフへ供給され、加圧空気１０７Ｃで燃焼して燃焼ガ
ス１０９となり、その温度を１１５０℃〜１３００℃と
して、ガスタービン１０９へ供給され同ガスタービン１
０９を駆動する。

ガスタービン９へ供給される燃焼ガス１０９の圧力は、
燃焼ガス１０９の温度が決まれば発電システムの送電端
効率を最大となるように決定する。燃焼ガス１０９のエ
ネルギーはガスタービン９に与えられ、そのエネルギー
で発電Ｉ！１７を駆動して発電が行なわれる。ガスター
ビン９の出口の燃焼ガス１０９ａは、排ガスボイラー１
０で水１１０へその熱を伝達させ、温度が１２０℃〜１
３０℃に下降した後煙突１４より大気へ放出される。

前記排ガスボイラ１０内には、熱交換器２４において、
可燃ガス１０８を冷却した水１１０が導入される熱交換
器２１が設けられており、熱交換器２４において可燃ガ
ス１０８によって加熱された水１１０には排ガスボイラ
１０で前記燃焼ガス１０９ａより熱エネルギーが伝達さ
れ、水１１０は蒸気１】】に変換される。蒸気１１１の
エネルギーはスチームタービン１１に与えられ、そのエ
ネルギーで発電Ｉ！１８を駆動して発電が行なわれる。

ガス化炉２５内で発生する未燃炭素や灰分は、ガス化炉
から配管１１２、ホッパー１５ｃ、１６ｃを経由して系
外に排出灰１０５ａとして排出される。また、可燃ガス
１０８からポーラスフィルター５で回収したばいじんは
、配管１１７、ホッパー１５６．１６ｄを経由して系外
に排出灰１０５ｂとして排出される。

また、８はガスタービン９に直結されたコンプレッサー
であり、吸入する空気１０３を加圧して前記コンハスタ
ーフへ前記加圧空気１０７Ｃを供給するようになってい
る。

Ｃ発明が解決しようとする課題〕（１）従来の前記発電方法では、脱硫装置に用いられる
脱硫剤は酸化鉄を使用していたので、脱硫温度が４００
〜４５０℃が最適であった。このために、ガス化炉で発
生した可燃ガスを冷却して４００〜４５０℃にする必要
があった。このように、可燃ガスをガス化炉出口温度か
ら４００〜４５０℃に冷却する必要があり、ガス化炉で
発生した可燃ガスの熱エネルギーの一部は、ガスタービ
ンを駆動するエネルギーとして使用されず、スチームタ
ービンを駆動するための蒸気の加熱に用いられていたた
め、ガスタービンとスチームタービンを組み合せて使用
する複合発電プラントの発電効率を理論的に最大となる
ようなシステムではなかった。

（２）従来の前記ガス化炉の発生ガス中には、１０００
〜２０００ｐｐｍのＮＨｌやＨＣＮ等の窒素化合物が含
まれており、そのガスをコンパスタ−で燃焼するとその
燃焼ガス中に高濃度のＮＯｘを含んでいた。

本発明は、従来の発電システムがもつ以上の問題点を解
決することができる粗悪燃料を用いた発電方法を稈供し
ようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の粗悪燃料を用いる発電方法は、次の手段を備え
ている。

（１）石灰石またはドロマイト等のカルシウムを含んだ
脱硫剤粒子を酸素含有ガスで流動化する流動層ガス化炉
へ粗悪燃料を供給し、同流動層ガス化炉で粗悪燃料中の
炭素の４０％以上をガスに転換した後、前記流動層ガス
化炉で生成された固形残渣分及び前記脱硫剤を流動層酸
化炉に移送して６００℃〜１０００℃の範囲に酸素含有
ガスによって温度調整を行ないながら酸化し、前記流動
層ガス化炉発生ガスを前記流動層酸化炉の発生ガスと酸
素含有ガスによってコンバスタ−において燃焼して燃焼
ガスとし、同燃焼ガスでガスタービンを、同ガスタービ
ンを出た前記燃焼ガスによって発生した蒸気でスチーム
タービンをそれぞれ駆動し、前記ガスタービンと前記ス
チームタービンとで発電機を回転して発電を行なう。

（２）前記（１）の発電方法において、加圧流動層ガス
化炉の発生ガスをニッケルを含んだ触媒と接触させて同
発生ガス中のアンモニアを分解する。

〔作用〕

前記（１）の本発明は、次の作用をあげることができる
。

（１）カルシウムを含んだ脱硫剤粒子の形成する流動層
ガス化炉内の流動層において粗悪燃料を処理することに
よって、同粗悪燃料に含まれる炭素の４０％以上がガス
に高い転換率でガスに転換される。また、カルシウムを
含む脱硫剤粒子によって、脱硫作用が行なわれ、粗悪燃
料中の硫黄はＣａＳとして固定されると共に、■とＮａ
、、にのアルカリ金属等も前記脱硫剤中に吸着され転換
されたガス中の硫黄分の濃度が低下すると共に■、Ｎａ
、　Ｋ等も除去される。

（２）流動層ガス化炉で発生した固形残渣分と脱硫剤は
６００°〜１０００″Ｃの温度の流動層酸化炉において
酸化処理され、未燃分の燃焼と脱硫作用を行なった脱硫
剤中のＣａＳのＣａ５Ｏａへの酸化が行なわれる。この
際、流動層ガス化炉ではＣａＳからＣａＳＯ４への酸化
が行なわれるよう６００℃〜１０００℃の範囲に保持さ
れる。

なお、この流動層ガス化炉で処理された脱硫剤は必要に
応して前記流動層ガス化炉へ戻されて脱硫剤として使用
される。

（３）前記流動層ガス化炉発生ガスと前記流動層酸化炉
発生ガス中には前記のように硫黄分及びアルカリ金属分
が少く、この流動層ガス化炉発生ガスは、コンパスタ−
において、酸素と流動層酸ｆｌｌ化光生ガスによって燃焼してそのガス温度を上げ
た上ガスタービンを回転し、またガスタービンを出た燃
焼ガスによって発生した蒸気はスチームタービンを回転
して発電が行なわれる。

（４）前記のように、流動層ガス化炉及び流動層酸化炉
共に熱交換器を設置していないので、炉内熱容量を小さ
くすることができ、スタートアップ及び負荷応答は容易
になる。

また、前記両光の発生ガスを熱交換を行なわないでコン
パスタ−において温度を上昇させてガスタービンへ導入
しているために熱効率も向上し、発電端効率が向上する
。

（５）ガスタービンに導入される燃焼ガスは、前記のよ
うに硫黄分アルカリ金属、■等が除去されており、ター
ビン等への悪影響が防止され、また系外へ排出される燃
焼ガスも清浄化される。

なお、流動層ガス化炉において粗悪燃料中の炭素の４０
％未満をガスに転換する場合には、流動層酸化炉で処理
する分が増大し、同流動層酸化炉の温度制御のために必
要な量の空気を確保すると、コンパスタ−へ供給する流
動層酸化炉発生ガスが過多となって同コンパスタ−温度
を高温にすることができないので、本発明においては流
動層ガス化炉における炭素のガスへの転換率を４０％以
上とした。

また、前記のように粗悪燃料中の炭素の４０％をガスに
転換するためには、流動層ガス化炉温度を７００℃以上
に設定することが望ましく、かつ同温度を１０００℃以
下に設定することによりカルシウムによる脱硫反応によ
って可燃ガス中のＨ，Ｓ濃度を低く抑えることができる
。同流動層ガス化炉温度は、開光へ供給される酸素を含
んだガス量の調整によって制御される。

また更に、前記流動層酸化炉の温度は、粗悪燃料の灰分
が溶融しない温度に設定される。

前記（２）の本発明は、前記（１）の本発明の作用に加
えて、次の作用をあげることができる。

即ち、流動層ガス化炉で発生したガスを冷却することな
く、又ｔよ必要に応して酸素を含んだガスでその一部を
燃焼させて温度を上昇させた後、ニ供給する。ニッケル
を含有する触媒は、発生ガス中のＮＨ，、ＨＣＮ等を分
解してＮ２とし、これによって系外へ排出されるガス中
のＮｏｘｉ度が低下する。

なおニッケル触媒によるＮＨ３、ＨＣＮ等分解は５００
℃程度から生しるが、実用的には９００’Ｃ以上の温度
で反応を行なわせることにより、触媒の発生ガスに含ま
れる硫黄による被毒を防止することが可能であるので、
流動層ガス化炉発生ガスのニッケルを含有する触媒への
接触時には９００’Ｃ〜１１００“Ｃの温度を選定する
ことが望ましい。

［実施例〕本発明の一実施例を第１図によって説明する。

重質油１０１と脱硫剤１０２およびリサイクル脱硫剤１
０６は、混合器１でスラリー１０４とされ、加圧ポンプ
２で常圧状態から加圧され加圧流動層ガス化炉３へ供給
される。脱硫ＩＰＪ１０２としては、石灰石またはドロ
マイト等のカルシウム化合物を使用する。

加圧流動層ガス化炉３のガス化圧力は、後流のガスター
ビン９の作動圧力で決定されるが、通常１５〜３０ａ　
ｔａの間に設定される。加圧流動層ガス化炉３内では、
脱硫剤１０２粒子が開光３の下方から供給される空気１
０７ｂで流動化され、流動層２２を形成する。流動層２
２の温度は７００℃〜１０００℃に限定される。流動層
２２では、重質油１０１の熱分解、重質油の炭素とＣＯ
□が反応してＣＯを発生するガス化反応、空気１０７ｂ
と重質油１０１の熱分解生成物、及び空気１０７ｂとＣ
Ｏとの燃焼反応とともに、重質油中の５分は前記脱硫剤
１０２．１０６と反応してＣａＳとして脱硫剤中に固定
される。また、前記脱硫剤は重質油中の■及びＮａ、　
Ｋ等のアルカリ金属等を吸着し、それら成分が発生ガス
に含まれることを防止する。

流動層２２の温度の制御性向上と、未燃炭素の発生の抑
制のため少量の水蒸気１１４を加圧流動層ガス化炉３へ
供給するのが望ましい。

加圧流動層ガス化炉３では、その温度が７００’Ｃ〜１
０００℃に設定されていて、供給された重質油１０１中
の炭素の４０％以上がガスに転換されて可燃ガス１０８
となり、この可燃ガス１０８はサイクロン４ａで可燃ガ
ス１０８に含まれる脱硫剤粒子を除去した後、ポーラス
フィルター５８に入る。サイクロン４ａで回収した脱硫
剤等の粒子１１６は流動層２２へ戻されるが、粒子１１
６の量によってはその１部を後記する流動層酸化炉１９
へ送るようにしてもよい。

ポーラスフィルター５８で回収した可燃ガス１０８中の
脱硫剤等の粒子１１７は、後記する流動層酸化炉１９へ
送られる。

前記流動層ガス化炉・３内の流動層２２の層高を一定に
保つために、脱硫剤粒子及び未燃分等の粒子１１２は、
加圧流動層ガス化炉３から後記する流動層酸化炉１９へ
送られる。

ポーラスフィルター５ａを通過してばいじん量が非常に
低下した可燃ガス１０８ａは、アンモニア分解塔６にお
いて、コンプレッサー８で加圧した空気１０７ａによっ
て一部燃焼し、可燃ガスＩ　０８ａの温度を９００℃〜
１０００℃程度に上昇し、次に同アンモニア分解塔６内
に配置されたニッケルを含んだ触媒中を通過させること
により、可燃ガス１０８ａ中のアンモニア（ＮＨ３）及
びＨＣＮ等を窒素（Ｎ２）に分解する。可燃ガス１０８
ａの温度は可燃ガスに含まれるＨ２Ｓおよび触媒の耐久
性により決められる。可燃ガス１０８ａは、アンモニア
分解塔６からコンハスターフへ送られ、コンパスタ−７
において、空気１０７ｃ及び後記する流動層酸化炉燃焼
ガス１１５ａにより完全燃焼し、燃焼ガス１０９の温度
は１２５０℃〜１５００″Ｃとなり、ガスタービン９へ
導入される。この燃焼ガス１０９の温度はガスタービン
９の材料・構造により決まり、高い方が発電効率は向上
するが、その反面ガスタービンの寿命は短かくなるので
最適な温度が選定される。燃焼ガス１０９はガスタービ
ン９にエネルギーを与えてこれを回転させ、そのエネル
ギーは発電機１７により電気に変換される。

ガスタービン９を通過して常圧近くに減圧された燃焼ガ
ス１０９ａは、排熱ボイラ１０へ導入される。

排熱ボイラ】Ｏでは、燃焼ガス１０９ａの顕熱が熱交換
器２１において水１１０へ伝達される。水１１０は熱交
換器２１において加熱されて蒸発し、水蒸気１１１とな
る。水蒸気１１１が受けとったエネルギーはスチームタ
ービン１１に与えられてこれを回転させ、スチームター
ビンが発電Ｉ！１８を駆動することによって最終的に電
気に変換される。

スチームタービン１１を出た水蒸気１１１は、コンデン
サー１２より復水され、加圧ポンプ１３で加圧された後
、再び熱交換器２１へ送られる。

流動層酸化炉１９内においては、導入された空気１０７
ａにより流動層２７を流動化させており、前記のように
加圧流動層ガス化炉３から送られた脱硫剤粒子及び未燃
分等の粒子１１２は、同流動層２７内において、粒子１
１２中のＣａＳのＣａ５Ｏａへの酸化と未燃分の燃焼が
行なわれる。

ＣａＳをＣａＳＯ４に変化させるために、流動層酸化炉
１９内の温度は、６００〜１０００℃が選定される。流
動層酸化炉１９の炉底から抜き出された脱硫剤粒子１１
３は、ロックホッパー１５ａ、１６ａを介して分別器２
０へ導入され、分別器２０でＣａＣＯ３、ＣａＯの含有
率が高い粗粒子はリサイクル脱硫剤１０６Ｃとして粉砕
器２３へ、その残りの微粉粒子は排出灰１０６ａとして
系外へ排出される。前記粉砕器２３で微粉粒子に粉砕さ
れたリサイクル脱硫剤１０６は、前記混合器１へ送られ
、加圧流動層ガス化炉３へ脱硫剤の一部として戻される
。また、流動層酸化炉１９で発生した燃焼ガス１１５は
サイクロン４ｂへ入って脱硫剤が分離され、分離された
脱硫剤１１８は流動層酸化炉１９へ戻される。

一方、脱硫剤１１８を分離した燃焼ガスは、ポーラスフ
ィルター５ｂへ導入され、ここで更に脱硫剤と灰が分離
された燃焼ガス１１５ａは、前記のようにコンハスター
フへ導入される。また、ポーラスフィルター５ｂで回収
した灰および脱硫剤は、口、クホッパ１５ｂ、１６ｂを
介して排出灰１０６ｂとして系外へ排出される。

前記排ガスボイラ１０を通過した燃焼排ガス１０９ｂは
、煙突１４により大気へ拡散される。この燃焼排ガス１
０９ｂは、前記のように、加圧流動層ガス化炉３におい
て脱硫されかつＮａ、　Ｋ等のアルカリ金属とＶ等が除
去されており、またアンモニア分解塔６においてアンモ
ニア（ＮＨ３）、ＨＣＮ等が窒素に分解され、これによ
って燃焼排ガス１０９ｂ中のＮＯｘの含有量が少く、清
浄化されたガスとして煙突から大気へ排出される。

なお、前記のコンプレッサー８は、ガスタービン９に直
結されて駆動されるようになっていて、空気１０３を吸
入してこれを圧縮して高圧とし、加圧された空気１０７
を、前記したように空気１０７ａ、１０７ｂとしてそれ
ぞれ流動層酸化炉１９及び加圧流動層ガス化炉３へ送り
、また加圧された空体をアンモニア吸収塔６とコンハス
ターフへ送るようになっている。

以上のように、本実施例では、重質油１０１の持つ化学
エネルギーは電気エネルギーに変換され、重質油１０１
のＳ、■、Ｎａ、　Ｋ等は排出灰１０６ａ、１０６ｂ中
に固定・吸収され、またＮＨ３、ＨＣＮ等が除去されて
重質油１０１中のＮ分はＮ２として大気中へ拡散させる
ことができる。

また、本実施例では、加圧流動層ガス化炉３及び流動層
酸化炉１９は熱交換器を備えていないために、これらの
炉内容量を小さくでき、スタートアップと負荷応答が容
易である。これに加えて、両光３．１９の発生ガスは、
熱交換を行なうことなくコンパスタ−１更にガスタービ
ンへ導入されるために、熱効率が向上し、発電端効率を
上げることができる。

本実施例は重質油を用いているが、石炭を用いる場合に
は、ロックホンパーを用いるか、又は水スラリーとして
加圧ポンプで加圧流動層ガス化炉３へ供給することによ
り、同様に発電用の燃料として利用することができる。

［発明の効果〕本発明は次の効果を奏することができる。

（１）石炭および重質油等の粗悪燃料を用いて発電を行
なうに当って、燃料をガス化する過程で、燃料中の硫黄
分、アルカリ金属等をカルシウムを含む脱硫剤中へ固定
・吸収し、かつ、熱交換を行なうことなく燃料の保有す
る化学エネルギーをコンパスタ−出口の燃焼ガスの熱エ
ネルギーへ転換することにより、送電端効率を向上させ
ることができると共に、流動層ガス化炉と流動層酸化炉
の容量を小さくしてスタートアンプ及び負荷応答を容易
にすることができる。ちなみに、従来の石炭ガス化ガス
を４００〜４５０℃で脱じん、脱硫後コンバスタ−で燃
焼し、ガスタービンとスチームタービンの複合発電を行
なわせる場合に対して、本発明では送電端効率は約２％
程度上昇する。

また、前記のように、硫黄分、重金属等を除去すること
によって、清浄化された排ガスを大気に排出することが
できる。

（２）流動層ガス化炉で発生するガス中のアンモニア（
ＮＨ３）がＮ２へ転換されることにより排出される排ガ
ス中のＮＯｘ［度を低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系統図、第２図は従来の粗
悪燃料を用いる発電方法の一例の系統図である。１・・・混合器、　　　　　　２・・・加圧ポンプ、３
・・・加圧流動層ガス化炉、４．４ａ、４ｂ・・・サイクロン、５．５ａ、５ｂ・・・ポーラスフィルター６・・・アン
モニア分解塔、７・・・コンパスタ−８・・・コンプレ
ッサー　　９・・・ガスタービン、１０・・・排熱回収
ボイラ、　１１・・・スチームタービン、１２・・・コ
ンデンサー　　　１３・・・加圧ポンプ、１４・・・煙
突、１５ａ、　１５ｂ、　１５ｃ、　１５ｄ、　１６ａ、　
１６ｂ、　１６ｃ、　１６ｄ−ホッパー１７、１８・・
・発電機、　　　　１９・・・流動層酸化炉、２０・・
・分別器、　　　　　２１・・・熱交換器、２２・・・
流動層、　　　　　２３・・・粉砕器、２４・・・熱交
換器、　　　　２５・・・ガス化炉、２６・・・脱硫装
置、　　　　２７・・・流動層、１０１・・・燃料、　
　　　　　１０２・・・脱硫剤、１０３・・・空気、１０４・・・重油と脱硫剤のスラリー１０５・・・排出灰、　　　　１０６・・・微粉脱硫剤
、１０６ａ、　１０６ｂ・・・排出灰、　１０６ｃｍ粗
粉脱硫剤、１０７、１０７ａ、　１０７ｂ、　１０７ｃ
、　１０７ｄ−加圧空気、１０８、１０８ａ・・・可燃
ガス、１０９、　ｌ０９ａ、　１０９ｂ・・・燃焼ガス、１１
０　・・・水、１１１・・・水蒸気、　　　　１１２．
１１３．１１８・・・粒子、１１４・・・水蒸気、１１５．１１５ａ・・・流動層酸化炉燃焼ガス。代理人　弁理士　坂　間　　　暁外２名

Claims

【特許請求の範囲】

（１）石灰石またはドロマイト等のカルシウムを含んだ
脱硫剤粒子を酸素含有ガスで流動化する流動層ガス化炉
へ粗悪燃料を供給し、同流動層ガス化炉で粗悪燃料中の
炭素の４０％以上をガスに転換した後、前記流動層ガス
化炉で生成された固形残渣分及び前記脱硫剤を流動層酸
化炉に移送して６００℃〜１０００℃の範囲に酸素含有
ガスによって温度調整を行ないながら酸化し、前記流動
層ガス化炉発生ガスを前記流動層酸化炉の発生ガスと酸
素含有ガスによってコンバスターにおいて燃焼して燃焼
ガスとし、同燃焼ガスでガスタービンを、同ガスタービ
ンを出た前記燃焼ガスによって発生した蒸気でスチーム
タービンをそれぞれ駆動し、前記ガスタービンと前記ス
チームタービンとで発電機を回転して発電を行なうこと
を特徴とする粗悪燃料を用いる発電方法。
（２）加圧流動層ガス化炉の発生ガスをニッケルを含ん
だ触媒と接触させて同発生ガス中のアンモニアを分解す
ることを特徴とする請求項（１）に記載の粗悪燃料を用
いる発電方法。