JPH05248260A

JPH05248260A - 石炭ガス化複合発電プラント

Info

Publication number: JPH05248260A
Application number: JP4710792A
Authority: JP
Inventors: Narihisa Sugita; 成久杉田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-03-04
Filing date: 1992-03-04
Publication date: 1993-09-24

Abstract

(57)【要約】【目的】ガスタービンによって駆動される空気圧縮機
からの抽気空気などの顕熱の回収を高め、石炭ガス化複
合プラントの効率向上を可能とする。【構成】空気圧縮機からの抽気空気を、抽気空気管路
に設置した熱交換器、給水加熱器、中間冷却器にて冷却
し、ブースト圧縮機にて昇圧したのち、上記熱交換器に
て上記抽気空気の顕熱を回収して加熱し、蒸気加熱器に
てさらに加熱して石炭ガス化炉に送る。また上記中間冷
却器からの冷却された空気の１部を分岐して冷却空気管
路によりガスタービン高温部に送って該高温部を冷却す
る。したがって、ガスタービン高温部への冷却水の温度
を低くしてその量を低減することができ、かつ上記給水
加熱器で抽気空気の顕熱をガス精製装置に回収すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気酸化方式の噴流層
ガス化炉を用いた石炭ガス化複合発電プラントに係り、
とくに高効率化を達成するのに好適な石炭ガス化複合発
電プラントに関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭ガス化複合発電プラントは、石炭を
燃料とする高効率発電プラントとして開発が進められて
いる。石炭ガス化するガス化炉には多くの形式があり、
それぞれに特徴があるが、現在の開発の主流は、微分化
した石炭をノズルから噴射しガス化する噴流層ガス化炉
である。また、ガス化する方式としては、空気を用いる
空気酸化方式と酸素を用いる酸素酸化方式がある。本発
明は、空気酸化方式の噴流層ガス化炉を用いている。噴
流ガス化炉では、ガス化した石炭灰を溶融させガス化炉
下部出口から排出させる必要があるので、ガス化炉内部
の温度を石炭灰の溶融温度以上に保たねばならない。そ
のため、該炉内温度は石炭の発熱反応によって温度を維
持している。ガス化のために空気を用いる空気酸化方式
の噴流ガス化炉では、空気の反応に関与しない窒素を７
９％（体積比）を含むため、該炉内温度維持のための炉
内発熱反応の割合が増加し、石炭の化学エネルギー消費
量が多くなり、該ガス化炉出口の石炭ガス化燃料の発熱
量は低下する。石炭ガス化燃料の発熱量が低下すると、
ガスタービンの出力割合が低下するため、発電プラント
全体の効率は低下することになる。そこで、たとえば、
特開昭６３−１２８０７号公報に記載されているよう
に、中間冷却器出口の低温空気の昇温手段として該中間
冷却器入口の高温空気およびガス化装置系より得られる
高温蒸気を用いることが提案されている。

【０００３】一方、ガスタービンの高効率化手段とし
て、タービン入口温度の高温化が有効であることは、周
知の事実であるが、高温化に伴いタービンの冷却に必要
とされる冷却空気の量が増加するため、タービン翼冷却
構造やタービン翼材料の改良なしには高効率化の効果が
得られなくなっている。このため、冷却空気の量を減少
する手段としてたとえば米国機械学会論文集第１０６編
第４号（１９８４年１２月）、第７５６頁乃至第７６４
頁（Ｔｒａｎｓ，ＡＳＭＥ，Ｖｏｌ．１０６，Ｎｏ．
４，Ｏｃｔ，１９８４，ＰＰ７５６〜７６４）に記載さ
れているように、ガスタービン冷却空気の温度を予め冷
却し低温化することが紹介されている。このように、冷
却空気の温度を低下させることは、冷却空気量を減少さ
せることができるし、同じ冷却空気量であればタービン
翼温度を低下させてガスタービンの寿命および信頼性を
向上させることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記前者の従来技術で
は、中間冷却器出口とブースト圧縮機入口間での抽気空
気の顕熱は中間冷却器における温度低下によって排熱回
収ボイラーへの給水加熱に用いる程度の温度レベルに低
下してしまい該顕熱回収の効果は限られてしまうことに
なる。

【０００５】また、後者の従来技術は、冷却空気の減少
によってガスタービン単体の効率は向上するが、ガスタ
ービン冷却空気冷却時の冷却空気の顕熱の回収を効果的
に行わないと複合発電プラントとしての効率は低下する
ことになる。

【０００６】本発明の目的は、顕熱の回収を高め、効率
向上を可能とする石炭ガス化複合発電プラントを提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、空気酸化方式の石炭ガス化炉と、ガ
スタービンと、該ガスタービンからの抽気空気を酸化剤
として上記石炭ガス化炉に供給する管路を備えた石炭ガ
ス化複合発電プラントにおいて、上記抽気空気管路の途
中から分岐して上記ガスタービンの高温部に冷却用とし
て空気を供給する冷却空気管路を備えたものである。

【０００８】上記目的を達成するために、第２の発明
は、空気酸化方式の石炭ガス化炉と、ガスタービンと、
該ガスタービンからの抽気空気を酸化剤として上記石炭
ガス化炉に供給する抽気空気管路を備えた石炭ガス化複
合プラントにおいて、上記抽気空気管路の途中から分岐
して上記ガスタービンの高温部に冷却用として空気を供
給する冷却空気管路を備え、かつ上記抽気空気管路に設
置し、抽気空気の顕熱を上記石炭ガス化炉に回収する熱
交換器を備えたものである。

【０００９】上記目的を達成するために、第３の発明
は、空気酸化方式の石炭ガス化炉、該石炭ガス化炉にタ
ービンからの抽気空気を昇圧して供給するブースト圧縮
機、粗製燃料ガス熱回収ボイラー、燃料ガス精製装置な
どからなる石炭ガス化炉と、上記ガスタービン、燃焼
器、ガスタービン排熱回収ボイラー、蒸気タービン、復
水器、給水ポンプからなる発電装置系とから構成された
石炭ガス化複合発電プラントにおいて、上記ガスタービ
ンからの抽気空気を上記ブースト圧縮機により昇圧して
酸化剤として上記石炭ガス化炉に供給する抽気空気管路
と、該抽気空気管路の途中から分岐して上記ガスタービ
ンの高温部に冷却用として空気を供給する冷却空気管路
とを備え、かつ上記抽気空気管路の冷却空気管路との分
岐前の位置に設置し、上記ガスタービンからの抽気空気
の顕熱を上記給水ポンプからの圧力水を用いて上記粗製
燃料ガス熱回収ボイラーに回収する給水加熱器を備えた
ものである。

【００１０】上記目的を達成するために、第４の発明
は、空気酸化方式の石炭ガス化炉、該石炭ガス化炉にタ
ービンからの抽気空気を昇圧して供給するブースト圧縮
機、粗製燃料ガス熱回収ボイラー、粗製燃料ガス精製装
置などからなる石炭ガス化炉系と、上記ガスタービン、
燃焼器、ガスタービン排熱回収ボイラー、蒸気タービ
ン、復水器、給水ポンプなどからなる発電装置系とから
構成された石炭ガス化複合発電プラントにおいて、上記
ガスタービンからの抽気空気を上記ブースト圧縮機によ
り昇圧して酸化剤として上記石炭ガス化炉に供給する抽
気空気管路と、該抽気空気管路の途中から分岐して上記
ガスタービンの高温部に冷却用として空気を供給する冷
却空気管路とを備え、かつ上記粗製燃料ガス精製装置か
らの石炭ガス燃料を上記燃焼器に供給する燃料管路と、
上記抽気管路を流れる抽気空気の顕熱を上記燃料管路を
流れる石炭ガス燃料に回収する手段を備えたものであ
る。

【００１１】第５の発明は、上記第４の発明の石炭ガス
化複合発電プラントにおいて、上記抽気管路を流れる抽
気空気の顕熱を上記燃料管路を流れる石炭ガス燃料に回
収する手段は、上記抽気空気管路の上記冷却空気管路分
岐前の位置に設置し、上記ガスタービンからの抽気空気
の顕熱を上記給水ポンプからの圧力水に回収する給水加
熱器と、上記燃料配管に設置し該給水加熱器からの加熱
された圧力水の顕熱を石炭ガス燃料に回収する燃料加熱
器とから構成されたものである。

【００１２】第６の発明は、上記第４の発明の石炭ガス
化複合プラントにおいて、上記抽気空気管路と上記冷却
空気管路との分岐点を上記抽気空気管路内の抽気空気の
圧力が最も低圧になっている上記ブースト圧縮機の入口
側に位置するものである。

【００１３】第７の発明は、上記第４の発明の石炭ガス
化複合プラントにおいて、上記ブースト圧縮機は複数段
に構成し、低圧段に上記冷却空気管路を接続し、高圧段
に上記石炭ガス化炉に接続するものである。

【００１４】第８の発明は、上記第４の発明の石炭ガス
化複合プラントにおいて、上記抽気空気管路と上記冷却
空気管路との分岐点は、上記抽気空気管路に設置した上
記ブースト圧縮機の出口側位置に備えたものである。

【００１５】第９の発明は、上記第８の発明の石炭ガス
化複合発電プラントにおいて、上記冷却空気管路の上記
抽気空気管路との分岐点側に上記ブースト圧縮機のサー
ジングを防止するための制御弁を備えるとともに、上記
ブースト圧縮機の出口側抽気空気管路と上記ブースト圧
縮機の入口側抽気空気管路とを接続するバイパス管路
と、該バイパス管路に設置した制御弁を備えたものであ
る。

【００１６】第１０の発明は、上記第８の発明の石炭ガ
ス化複合発電プラントにおいて、上記ブースト圧縮機の
出口側抽気空気管路から分岐して上記ガスタービン高温
部に接続する管路と、上記ガスタービン高温部からの空
気を上記石炭ガス化炉に供給する管路とを備えたもので
ある。

【００１７】第１１の発明は、空気酸化方式の石炭ガス
化炉、該石炭ガス化炉にガスタービンからの抽気空気を
昇圧して供給するブースト圧縮機、粗製燃料ガス熱回収
ボイラー、粗製燃料ガス精製装置などからなる石炭ガス
化炉系と、上記ガスタービン、ガスタービン排熱回収ボ
イラー、蒸気タービン、復水器、給水ポンプなどからな
る発電装置系とから構成された石炭ガス化複合発電プラ
ントにおいて、上記ガスタービンからの抽気空気を２分
して一方は上記ガスタービンの高温部に接続する冷却空
気管路と、他方は上記ブースト圧縮機を通って上記石炭
ガス化炉に接続する抽気空気管路とを備え、かつ上記冷
却空気管路に設置し、上記ガスタービンからの空気の顕
熱を上記ブースト圧縮機と上記石炭ガス化炉との間の抽
気空気に回収して低温にする熱交換器と、上記抽気空気
管路の上記ブースト圧縮機の入口側に設置し、上記ガス
タービンからの抽気空気の顕熱を上記給水ポンプからの
圧力水を用いて上記粗製燃料ガス精製装置に回収して低
温にする給水加熱器を備えたものである。

【００１８】

【作用】空気酸化石炭ガス化炉を用いて石炭ガス化複合
発電プラントでは、ガスタービンの空気圧縮機出口より
抽気した空気を石炭ガス化炉の酸化剤として用いる。一
方石炭ガス化炉でガス化された燃料ガスは熱回収ボイラ
ー、ガス精製系を通過したのち、ガスタービンの燃焼器
に供給されるため、抽気空気は石炭ガス化炉に供給され
る前に抽気空気管路にブースト圧縮機を設置し、該抽気
空気を昇圧する。このときにはブースト圧縮機を駆動す
る動力を低減するために該抽気空気を中間冷却器によっ
て冷却するので、該抽気空気の温度はガスタービンの空
気圧縮機出口より低下することになる。この低温化した
該抽気空気を抽気空気管路より分岐した冷却空気管路を
通ってガスタービン高温部に供給する。該ガスタービン
高温部の冷却に必要とされる冷却空気量はガスタービン
の空気圧縮機出口より抽出した抽気空気を用いる場合よ
り少なくなる。そのため、ガスタービンの出力は増加
し、ガスタービン冷却空気の持っていた顕熱も有効にガ
ス化炉系に回収させることができ、これによって石炭ガ
ス化複合発電プラントの効率を向上させることができ
る。ガスタービン翼の冷却効率と冷却に必要な冷却空気
量の一般的な関係はたとえば米国機械学会論文集第１
０６編第４号（１９８４年１２月）、第７５６頁乃至第
７６４頁（Ｔｒａｎｓ，ＡＳＭＥ，Ｖｏｌ．１０６，Ｎ
ｏ．４，Ｏｃｔ．１９８４，ＰＰ７５６−７６４）に記
載され、その要部を図８に示すように、横軸の冷却空気
量φｃは必要とされる冷却空気流量Ｇｃ（Ｋｇ／Ｓ）と
ガスタービン入口流量Ｇ（Ｋｇ／Ｓ）の比で、縦軸の冷
却効率ηはガスタービン入口ガス温度Ｔｇ（℃）、ガス
タービン翼材料温度Ｔｂ（℃）、ガスタービン冷却空気
温度Ｔｃ（℃）を用いて η＝（Ｔｇ−Ｔｂ）／（Ｔｇ−Ｔｃ）で定義される。冷却効率ηと冷却空気量φｃの関係を表
す曲線は、冷却翼の冷却構造によって決まるため、採用
するガスタービン翼材料の許容温度Ｔｂと冷却空気温度
Ｔｃが決まれば、ガスタービン入口温度Ｔｇに対する必
要冷却空気量を求めることができる。たとえば最新のガ
スタービンのデータおよび上記図８の第１段ノズルとバ
ケツ（１ｓｔＳＴＡＧＥ＆ＢＵＣＫＥＴ）の曲線を用
いて必要な冷却空気量を計算すると、以下のようにな
る。

【００１９】ガスタービン入口ガス温度Ｔｇ＝１３００（℃）ガスタービン翼材料の許容温度Ｔｂ＝８００（℃）冷却空気温度Ｔｃ＝４００（℃） η＝（１３００−８００）／（１３００−４００）＝０．５５５図８の第１段ノズルとバケツの曲線を用いてη＝０．５
５５から冷却空気量φｃを求めると、φｃ＝０．０４９
１となり、ガスタービン入口流量Ｇに対する必要な冷却
空気流量Ｇｃの比は４．９１％となる。

【００２０】本発明によれば、ガスタービンからの抽気
空気を石炭ガス化炉に供給する抽気空気管路の途中から
分岐する冷却空気管路を通ってガスタービン高温部に冷
却空気を供給しているので、上記分岐点を抽気空気管路
に設置したブースト圧縮機の入口側に位置させれば、冷
却空気の温度は最大ブースト圧縮機入口温度４０℃まで
低下させることができる。この場合の必要冷却空気量Ｇ
ｃは η＝（１３００−８００）／（１３００−４０）＝０．３９８ φｃ＝０．０２となり、４．９１−２．００＝２．９１％の冷却空気量
を低減させることになる。冷却空気量の低減によるガス
タービン性能および石炭ガス化複合発電プラント性能の
向上率を一般的に示すには種々の仮定すべき条件があっ
て難しいが、一般の空気酸化石炭ガス化複合発電プラン
トにおいては、ガスタービンの発電出力とガスタービン
の排熱およびガス化炉の排熱で発生した蒸気によって駆
動される蒸気タービンの発電出力の割合は、ほぼ１：１
で、ガスタービンにおける空気圧縮機駆動力、ガスター
ビン出力、発電出力の割合は、ほぼ１：２：１であるこ
とから、たとえば冷却空気量を１％の減少は空気圧縮機
駆動力を１％低下させガスタービンの出力を１％増加さ
せ、石炭ガス化複合発電プラントの出力は０．５％増加
することになり、石炭ガス化複合発電プラントの送電端
効率を４５％とすれば絶対値で０．２２％効率が向上す
る。この場合には、冷却空気の顕熱をできるだけガスタ
ービンのトッピングサイクルであるガス化炉系回収する
ようにすることが必要で、回収先としては温度が、ガス
タービン空気圧縮機出口温度より低いガス化用抽気空
気、燃料ガス、蒸気をえらればよい、また、上記の計算
では一つの翼列で２．９１％の冷却空気量が減少できる
ことを示したが、実際のガスタービンでは翼列は６つ以
上であり冷却空気量の減少効果はここで仮定した以上に
大きくなることは明らかである。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を示す図１により
説明する。図１に示すように、ガスタービン装置は、空
気圧縮機１と、燃焼器２と、ガスタービン３と、ガスタ
ービン発電機４で構成されている。上記空気圧縮機１出
口と石炭ガス化炉５入口とは抽気空気配管５１によって
接続されており、該抽気空気配管５１には熱交換器１０
と、給水加熱器１１１と、中間冷却器１１２とが設置さ
れ、かつ駆動用モータ１２によって駆動されるブースト
圧縮機１１と、蒸気加熱器１３とが設置されている。上
記石炭ガス化炉５はその出口が粗製燃料ガス配管にて粗
製燃料ガス熱回収ボイラー６に接続され、その内部に
は、蒸発器３８が設置されている。上記粗製燃料ガス熱
回収ボイラー６はその内部に蒸発器３９と、エコノマイ
ザー３６と、過熱器４０を設置している。また上記粗製
燃料ガス熱回収ボイラー６の出口はガス熱交換器７を通
ってガス精製装置８に接続したのち、ガス精製装置８か
ら一方は、再び上記ガス熱交換器７を通って上記ガスタ
ービン装置の燃焼器２に接続し、他方は硫黄回収装置９
に接続している。一方上記ガスタービン３からの排気ダ
クトは、燃焼ガス管５５にて排気回収ボイラー１４に接
続している。上記排気回収ボイラー１４内には低圧エコ
ノマイザー３０と、低圧ドラム３１と、低圧蒸発器３２
と、高圧エコノマイザー３３と、高圧ドラム３４と、高
圧蒸発器３５と、過熱器４５と、再熱器４６と、加圧ポ
ンプ２３を設置し、出口を配管５６にて外部に接続して
いる。蒸気タービン系は、高圧蒸気タービン１５と、再
熱蒸気タービン１６と、低圧タービン１７と、蒸気ター
ビン発電機１８と、復水器１９と、給水ポンプ２０とで
構成されている。上記復水器１９の出口は、給水管５７
にて給水ポンプ２０を通って上記排熱回収ボイラー１４
内の低圧エコノマイザー３０に接続するとともに、上記
給水加熱器１１１の管路に接続している。上記低圧エコ
ノマイザー３０の出口は上記低圧ドラムに接続するとと
もに、上記給水加熱器１１１の出口からの配管と合流
し、上記加圧ポンプ２３に接続している。上記加圧ポン
プ２３出口からの配管は、上記高圧エコノマイザー３３
を通って上記高圧ドラム３４に接続している。さらに、
上記加圧ポンプ２３出口から上記粗製燃料ガス熱回収ボ
イラー６の上記エコノマイザー３６にも接続している。
上記低圧ドラム３１は、低圧蒸発器３２を備え、上記高
圧ドラム３４は、高圧蒸発器３５を備えている。また上
記高圧ドラム３４は、上記過熱器４５に接続するととも
に、上記過熱器４５と、上記高圧空気タービン１５を接
続する配管の途中に上記粗製燃料ガス熱回収ボイラー６
の上記過熱器４０から上記蒸気加熱器１３を経由した配
管が接続している。上記粗製燃料ガス熱回収ボイラー６
の上記エコノマイザー３６の出口は上記高圧ドラム３７
を経由して上記ガス化炉５内の上記蒸発器３８および上
記粗製燃料ガス熱回収ボイラー６の上記蒸発器３９に接
続するとともに、上記過熱器４０に接続している。上記
高圧蒸気タービン１５出口からは上記排熱回収ボイラー
１４内の上記再熱器４６を経由して再熱蒸気タービン１
６の入口に接続し、再熱蒸気タービン１６の出口からは
低圧蒸気タービン１７を経由して蒸気復水器１９に接続
している。上記低圧蒸気タービン発電機１８は、上記高
圧蒸気タービン１５と、上記再熱蒸気タービン１６と、
上記低圧蒸気タービン１７と同一軸上に接続している。

【００２２】つぎに動作について説明する。

【００２３】空気圧縮機１は大気より配管５０にて吸入
した空気を昇圧し、燃焼器２に送る。このときの空気圧
縮機１出口の空気はたとえば圧力比１４位で温度が約４
００℃に達する。また空気圧縮機１出口の空気の１部は
抽気空気配管５１を通って熱交換器１０に送られ、ブー
スト圧縮機１１出口の空気により昇温したのち、給水加
熱器１１１に送られる。給水加熱器１１１では給水ポン
プ２０出口の給水を加熱して排熱回収ボイラー１４の低
圧エコノマイザー３０出口に供給する。給水加熱器１１
１を排出した抽気空気は中間冷却器１１２に送られ、冷
却水により約４０℃に冷却されてブースト圧縮機１１に
吸入される。ブースト圧縮機１１では抽気空気をガスタ
ービン燃焼器２にガス化した燃料が供給可能な圧力まで
昇圧する。一般にはブースト圧縮機１１出口の空気圧力
は３５気圧位必要とされ、このときの温度は１５０℃程
度となる。ブースト圧縮機１１出口の空気は、熱交換器
１０で空気圧縮機１からの抽気空気により加熱されたの
ち、さらに蒸気加熱器１３で粗製燃料ガス熱回収ボイラ
ー６の過熱器４０からの過熱蒸気により加熱されて石炭
ガス化炉５に供給される。上記石炭ガス化炉５では、上
記蒸気加熱器１３からの空気によって石炭５２がガス化
されて粗製ガスがつくられる。該粗製ガスは、温度が高
いため、粗製燃料ガス熱回収ボイラー６に送られ排熱回
収ボイラー６内のエコノマイザー３６で加熱し、ドラム
３７に送り、蒸発器３９および石炭ガス化炉５の蒸発器
３８で蒸発させ、さらに過熱器４０で過熱する。粗製燃
料ガス熱回収ボイラー６を排出した粗製ガスは、ガス熱
交換器７に送られてガス精製装置８からの精製ガスを加
熱してガス精製装置８に送られる。ガス精製装置８では
粗製ガス中の不純物、とくに硫黄を含む硫化物が除去さ
れて精製燃料ガスとなり、ガス精製装置８で回収された
硫黄は、硫黄回収装置９で回収される。ガス精製装置８
からの精製燃料ガスは、再びガス熱交換器７に送られて
加熱されたのち、ガスタービン燃焼器２に供給されて燃
焼する。ガスタービン燃焼器２からの高温の燃焼ガス
は、ガスタービン３に供給され膨張して動力を発生し、
この動力によりガスタービン３は空気圧縮機１およびガ
スタービン発電機４を駆動する。ガスタービン３からの
燃焼ガスは、排熱回収ボイラー１４に送られる。排熱回
収ボイラー１４内では、復水器１９から給水ポンプ２０
によって送られた給水５７が低圧エコノマイザー３０、
低圧ドラム３１、低圧蒸発器３２、高圧エコノマイザー
３３、高圧ドラム３４、高圧蒸発器３５、過熱器４５を
通過しながら上記ガスタービン３からの燃焼ガスにより
加熱、蒸発、過熱し、過熱蒸気を高圧蒸気タービン１５
に供給する。また給水５７が低圧エコノマイザー３０よ
り分岐して給水加熱器１１１からの給水と合流し、加圧
ポンプ２３で昇圧して高圧給水となって高圧エコノマイ
ザー３３および粗製燃料ガス熱回収ボイラー６のエコノ
マイザー３６に送る。上記高圧蒸発器３５から上記過熱
器４５に達する間に、粗製燃料ガス熱回収ボイラー６で
発生し蒸気加熱器１３で空気を加熱した過熱蒸気と合流
する。高圧蒸気タービン１５の戻り蒸気は、低圧ドラム
３１で発生した蒸気と混合して再熱器４６に送られ、再
度昇温されて再熱蒸気タービン１６、低圧蒸気タービン
１７に送られる。このようにして、高圧蒸気タービン１
５と再熱蒸気タービン１６と、低圧蒸気タービン１７に
それぞれ送られた蒸気により、蒸気タービン発電機１８
を駆動する。

【００２４】ガスタービン３の高温部を冷却する空気
は、ブースト圧縮機１１入口と中間冷却器１１２出口と
の間から分岐するタービン冷却空気配管１１３を通って
供給されるので、その供給温度は、冷却水より冷却され
たのちで約４０℃が得られる。また冷却空気顕熱もガス
化炉系の粗製燃料ガス熱回収ボイラー６のエコノマイザ
ー３６に回収することができる。したがって、第１実施
例によれば、熱交換器１０には、ブースト圧縮機１１出
口から蒸気加熱器１３を通って石炭ガス化炉５に供給さ
れる空気と、中間冷却器１１２出口からタービン冷却空
気配管１１３を通ってガスタービン３に供給する空気を
加えた流量で多量となる。そのため、熱交換器１０で上
記多量の空気を冷却するブースト圧縮機１１出口からの
空気の温度は高温になり、これにともなって給水加熱器
１３入口の空気温度が高くなるので、該給水加熱器１３
での給水温度条件は高くなって給水を燃料系への回収効
率を向上することができる。

【００２５】つぎに本発明の第２実施例を示す図２につ
いて説明する。図２に示す第２実施例と前記図１に示す
第１実施例との相違点は、前記図１では給水ポンプ２０
出口からの給水が排熱回収ボイラー１４を通さずに給水
加熱器１１１を通って排熱回収ボイラー１４の低圧エコ
ノマイザー３０出口からの給水と合流し、加圧ポンプ２
３にて加圧したのち、高圧エコノマイザー３３および粗
製燃料ガス熱回収ボイラー６のエコノマイザー３６に送
っているのに対し、図２では給水ポンプ２０出口からの
給水が排熱回収ボイラー１４を通さずに給水加熱器１１
１を経由し、昇圧ポンプ１２１で加圧したのち、粗製燃
料ガス熱回収ボイラー６のエコノマイザー３６に送り、
排熱回収ボイラー１４の高圧エコノマイザー３３には低
圧エコノマイザー３０出口からの給水を加圧ポンプ２３
にて加圧して送る点である。したがって、図２に示す第
２実施例では、図１に示す第１実施例に比較して高圧エ
コノマイザー３３に送られる給水の温度が低下するの
で、これにともなって排熱回収ボイラー１４出口からの
排ガス温度が低下しプラント効率を向上することができ
る。また排熱回収ボイラー１４と、粗製燃料ガス熱回収
ボイラー６との相互干渉を少くして運用性を高めること
ができる。上記以外は前記図１と同一であるから、説明
を省略する。

【００２６】つぎに、本発明の第３実施例を示す図３に
ついて説明する。図３に示す第３実施例と、前記図１に
示す第１実施例との相違点は、図１に示すガス精製装置
８からの燃料ガスをガス熱交換器７を通ってガスタービ
ン装置の燃焼器２に供給する配管に燃料加熱器１３１を
設置し、給水加熱器１１１出口からの給水を該燃料加熱
器１３１を通って排熱回収ボイラー１４の低圧エコノマ
イザー３３からの給水を合流させた点である。したがっ
て、図３に示す第３実施例では、空気圧縮機１出口から
の抽気空気および中間冷却器１１２出口からのガスター
ビン３冷却用空気を冷却する空気が有する顕熱をガスタ
ービン３よりエネルギーレベルの高い燃料加熱器１３１
で燃料ガスに回収するので、プラント効率を高めること
ができる。とくに、燃焼器２に供給される燃料ガスは、
ガス精製装置８における処理が低温で行われる場合に
は、ガス熱交換器７出口の燃料ガス温度は十分高くない
ため、該冷却空気の顕熱の回収先としては最適である
が、可燃物質である燃料ガスと空気との直接的な熱交換
を行うことは発電プラントとしては危険性がある。本実
施例では、給水を中間媒体として利用できる。すなわ
ち、給水加熱器１１１でガスタービン３出口からの抽気
空気と中間冷却器１１２出口からのガスタービン冷却用
空気の顕熱で高温に加熱された給水により燃料加熱器１
３１で燃料ガスを加熱することができる。

【００２７】つぎに、本発明の第４実施例を示す図４に
ついて説明する。図４に示す第４実施例と、前記図１に
示す第１実施例との相違点は、図１に示す第１実施例で
は中間冷却器１１２出口からの空気をブースト圧縮機１
１およびガスタービン３に送っているのに対し、図４に
示す第４実施例では上記ブースト圧縮機を低圧段１４１
と高圧段１４２とを備え、中間冷却器１１２出口からの
空気をブースト圧縮機低圧段１４１に導入して昇圧し、
ブースト圧縮機中間冷却器１４３で冷却したのち、分岐
して一方はタービン冷却空気配管１１３を通ってガスタ
ービン３の高温部に供給し、他方はブースト圧縮機高圧
段１４２に導入して昇圧したのち、熱交換器１０、給水
加熱器１３を通って石炭ガス化炉５に供給する点であ
る。

【００２８】したがって、本実施例によれば、ブースト
圧縮機における動力は多くなるが、ガスタービン３への
冷却空気圧力を高めるとともに空気温度を低下すること
ができるので、ガスタービン３高温部の冷却構造、冷却
空気通路、冷却方法などに柔軟性を与えることができる
とともに、ガスタービン３冷却の信頼性を確保すること
ができる。なお、上記以外は同一であるから説明を省略
する。

【００２９】つぎに、本発明の第５実施例を示す図５に
ついて説明する。図５に示す第５実施例と、前記図１に
示す第１実施例との相違点は、図１に示す第１実施例で
は空気圧縮機１出口と石炭ガス化炉５入口とを接続する
抽気空気配管５１に熱交換器１０と、給水加熱器１１１
と、中間冷却器１１２とを設置するとともに、該中間冷
却器１１２出口から上記抽気空気配管５１を分岐する配
管にてガスタービン３高圧部に接続しているのに対し、
図５に示す第５実施例では、空気圧縮機１出口から石炭
ガス化炉５入口とを接続する抽気空気配管５１とガスタ
ービン３高圧部とを接続する冷却空気配管１５２とを分
離独立させるとともに、上記抽気空気配管５１に給水加
熱器１１１と、中間冷却器１１２を設置し、冷却空気配
管１５２に熱交換器１０を設置している。また、上記給
水加熱器１１１の出口の給水配管を粗製ガス熱回収ボイ
ラー６のドラム３７に昇圧ポンプ１５１を介して接続し
た点である。

【００３０】したがって、第５実施例によれば、空気圧
縮機１出口からの抽気空気は抽気空気配管５１と冷却空
気配管１５２とに分けられ、冷却空気配管１５２を流れ
る冷却空気は熱交換器１０内でブースタ圧縮機１１出口
からの空気によって顕熱を奪われて冷却し、低温になっ
てガスタービン３高圧部に供給されるので、ガスタービ
ン３高温部を冷却することができる。また、抽気空気配
管５１を流れる抽気空気は熱交換器１０を通過しないで
直接給水加熱器１１１に供給されるため、復水器１９か
らの給水の温度を高くすることができ、これによって抽
出空気からの顕熱を粗製ガス熱回収ボイラー６のエネル
ギーレベルの高い位置で回収を容易化することができ
る。上記以外は同一であるので、説明を省略する。

【００３１】つぎに、本発明の第６実施例を示す図６に
ついて説明する。図６に示す第６実施例と前記図１に示
す第１実施例との相違点は、図１に示す第１実施例で
は、中間冷却器１１２出口からの冷却空気が抽気空気配
管５１より分岐する配管を通ってガスタービン３高温部
に供給されているが、図６に示す第６実施例では、ブー
スタ圧縮機１１出口と熱交換器１０とを接続する配管の
途中から分岐し冷却空気制御弁１６３を有する冷却空気
配管１６１にてガスタービン３高温部に接続するととも
に、上記配管の途中から分岐しサージバイパス制御弁１
６２を有するサージ制御バイパス管にて抽気空気配管５
１の給水加熱器１１１と中間冷却器１１２との間に接続
している点である。

【００３２】ブースト圧縮機１１は電動機１２で駆動さ
れるため、一般には、回転数が一定でなければならない
が、ブースト圧縮機１１の特性上サージングを防止する
ためには、流量が設計点より少ない点での運転は制限さ
れる。しかるに、石炭化発電プラントにおいては部分負
荷運転要求がだされると、ガス化炉に供給される空気の
量を減少することが要求されるが、上記のようにブース
ト圧縮機１１の特性上ある限度以上流量を減少すること
ができない。そこで、本実施例では、ブースト圧縮機１
１出口と入口間にサージバイパス制御弁１６２を有する
サージ制御バイパスを設け、不必要な空気をサージ制御
バイパスによってブースト圧縮機１１出口から入口へと
リサイクルさせている。また本実施例では、部分負荷に
おいて余剰となった石炭ガス化炉５用の空気を冷却空気
配管１６１を通ってガスタービン３高温部に供給してい
るので、部分負荷においては高圧で不十分な量の比較的
低温度の空気をガスタービン３の冷却に用いることがで
きる。

【００３３】つぎに、本発明の第７実施例を示す図７に
ついて説明する。図７に示す第７実施例と、前記図１に
示す第１実施例との相違点は、図１に示す第１実施例で
は、抽気空気配管５１の中間冷却器１１２出口より分岐
する配管にてガスタービン３変圧部に接続し、かつ石炭
ガス化炉５には蒸気加熱器１３からの空気を供給してい
る。これに対して、図７に示す第７実施例では、抽気空
気配管５１のブースト圧縮機１１出口と熱交換器１０入
口との間より分岐する冷却空気配管１７１にてガスター
ビン３高温部１７２に接続し、かつガスタービン３高温
部１７２と石炭ガス化炉５入口とを冷却空気戻り配管１
７３にて接続している点である。なお、上記冷却空気戻
り配管１７２の途中を蒸気加熱器１３出口と接続してい
る。またガスタービン３高温部の少なくとも１部にはガ
スタービン冷却空気配管１７１からの空気およびガスタ
ービン冷却空気戻り配管１７３への空気を外部と遮断す
るための管路、たとえばブースト圧縮機１１によって昇
圧されたガスタービン冷却空気はタービン冷却空気配管
１７１を通じてガスタービン３高温部に供給され、１部
は高温部を冷却したのちに主燃焼ガス中に排出される
が、１部は高温部を冷却したのちガスタービン冷却空気
戻り配管１７３を通って石炭ガス化炉５に供給されるよ
うに管路を構成している。

【００３４】したがって、本実施例によれば、ガスター
ビン冷却熱の１部を冷却空気戻り配管１７３にて石炭ガ
ス化炉５に供給される空気によってガス化燃料系に回収
することができ、かつガスタービンでは冷却空気が主燃
焼ガス中に排出される割合が少なくなり、空力的損失が
低減できるとともに、主流燃料ガスの温度低下を減少す
ることができ、これによってガスタービン排ガス温度の
低下を抑制することができ、蒸気系統の効率を向上する
ことができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載するような効果を奏する。

【００３６】第１の発明によれば、ガスタービンからの
抽気空気を酸化剤として石炭ガス化炉に供給するととも
に、タービン高温部に冷却用として空気を供給するの
で、ガスタービンからの抽気空気の顕熱を石炭ガス化炉
に回収することができるとともに、ガスタービンを冷却
することができる。

【００３７】第２の発明によれば、ガスタービンからの
抽気空気を酸化剤として石炭ガス化炉に供給するさい抽
気空気管路に設けた熱交換器にて石炭ガス化炉およびガ
スタービン高温部に供給する抽気空気の顕熱を回収して
上記石炭ガス化炉に供給し、上記熱交換器にて冷却され
た空気の上記ガスタービンの高温部に供給するので、上
記ガスタービンの少い抽気空気量にて上記石炭ガス化炉
への顕熱の回収率を向上するとともに、上記ガスタービ
ンの高温部の冷却効率を向上することができる。

【００３８】第３の発明によれば、ガスタービンからの
抽気空気を酸化剤として石炭ガス化炉に供給するさい、
抽気空気管路に設けた中間冷却器にて発電装置系の給水
ポンプからの圧力水を用いて上記空気の顕熱を粗製燃料
ガス熱回収ボイラーに回収し、上記中間給水加熱器にて
冷却された空気を上記ガスタービンの高温部に供給する
ので、ガスタービン高温部を少い冷却水量にて有効に冷
却することができ、かつ、上記中間給水加熱器からの加
熱された空気をガスタービンの排熱回収ボイラーに供給
するのと比較して上記排熱回収ボイラーから排出する排
気ガスの温度を低下することができる。

【００３９】第４の発明によれば、ガスタービンからの
抽気空気の顕熱を燃料ガス精製装置からガスタービン燃
焼器に供給する石炭ガス燃料に回収するので、燃料ガス
精製装置からの石炭燃料ガスの温度が十分高くなくて
も、これを高め、ガスタービンの効率を高めることがで
きる。

【００４０】第５の発明によれば、ガスタービンからの
抽気空気の顕熱を給水加熱器にて給水ポンプの圧力水に
回収したのち、加熱された圧力水の顕熱を燃料加熱器に
て石炭ガス燃料に回収するので、空気と石炭ガス燃料と
の直接熱交換することにより発電プラントにおける危険
性を防止することができる。

【００４１】第６の発明によればガスタービンからの抽
気空気が最も低圧になっている抽気空気管路の位置から
分岐して冷却空気管路を通ってガスタービン高温部に供
給し、残りの抽気空気をブースト圧縮機にて圧力を上昇
して石炭ガス化炉に供給するので、上記ガスタービンへ
の冷却水量を低減することができるとともに、石炭ガス
化炉への抽気空気量を減少することができる。

【００４２】第７の発明によれば、ブースト圧縮機を複
数段にし、冷却空気を低圧段に接続し石炭ガス化炉に接
続する抽気空気管路を高圧段に接続したので、ブースト
圧縮機の低圧段から取出した空気をガスタービン高温部
に冷却空気として供給し、ガスタービン冷却の信頼性を
確保することができる。

【００４３】第８の発明によれば、抽気空気管路と冷却
空気管路の分岐点をブースト圧縮機の出口側に設置した
ので、ガスタービン高温部への冷却空気の圧力を高め、
ガスタービン高温部の冷却構造、冷却空気通路、冷却方
法などに柔軟性を与えることができるとともに、ガスタ
ービン冷却の信頼性を高めることができる。

【００４４】第９の発明によれば、冷却空気管路の上記
抽気空気管路との分岐点側に上記ブースト圧縮機のサー
ジングを防止するための制御弁を備えるとともに、上記
ブースト圧縮機の出口側抽気空気管路と上記ブースト圧
縮機の入口側抽気空気管路とを接続するバイパスと、該
バイパスに設置した制御弁を備えたので、部分負荷にお
いて余剰となった石炭ガス化炉用空気をガスタービン高
温部に供給し、ガスタービン高温部の冷却効率を高める
ことができる。

【００４５】第１０の発明によれば、ブースト圧縮機出
口側抽気空気管路から分岐してガスタービン高温部に接
続する管路と、上記ガスタービン高温部からの空気を石
炭ガス化炉に供給する管路を備えたので、ガスタービン
高温部を冷却して加熱した空気の１部を石炭ガス化炉に
回収できるとともに、ガスタービン高温部に供給した冷
却空気が主流燃焼ガス中に排出する割合が少なくなって
空気的損失が低減し、かつ主流燃焼ガスの温度低下が減
少でき、ガスタービン排ガス温度の低下を防止でき、こ
れによって蒸気系統の効率を向上することができる。

【００４６】第１１の発明によれば、ガスタービンから
の抽気空気を２分して一方はガスタービン高温部に接続
する冷却空気管路に熱交換器を備え、他方は、石炭ガス
化炉に接続する抽気空気管路に給水加熱器、ブースト圧
縮機を備え、かつ上記熱交換器にて上記ガスタービンか
らの冷却空気の顕熱を上記ブースト圧縮機から上記石炭
ガス化炉への抽気空気に回収し、上記給水加熱器にて上
記ガスタービンからの抽気空気の顕熱を給水ポンプから
燃料ガス精製装置への圧力水に回収するので、上記ガス
タービンからの高温の抽気空気が直接給水加熱器に送ら
れ、給水加熱器にて給水ポンプからの圧力水を介して燃
料ガス精製装置に回収することができ、これにより抽気
空気の顕熱を排熱回収部のエネルギーレベルの高い位置
で回収できやすくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す図。

【図２】本発明の第２実施例を示す図。

【図３】本発明の第３実施例を示す図。

【図４】本発明の第４実施例を示す図。

【図５】本発明の第５実施例を示す図。

【図６】本発明の第６実施例を示す図。

【図７】本発明の第７実施例を示す図。

【図８】ガスタービン翼の冷却効率と冷却に必要な冷却
空気量の一般的な関係を示す図。

【符号の説明】

１…空気圧縮機、２…燃焼器、３…ガスタービン、５…
石炭ガス化炉、１０…熱交換器、５１…抽気空気配管、
１１１…給水加熱器、１１２…中間冷却器、１１…ブー
スト圧縮機、１１３…タービン冷却空気配管。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気酸化方式の石炭ガス化炉と、ガスタ
ービンと、該ガスタービンからの抽気空気を酸化剤とし
て上記石炭ガス化炉に供給する管路を備えた石炭ガス化
複合プラントにおいて、上記抽気空気管路の途中から分
岐して上記ガスタービンの高温部に冷却用として空気を
供給する冷却空気管路を備えたことを特徴とする石炭ガ
ス化複合発電プラント。
【請求項２】空気酸化方式の石炭ガス化炉と、ガスタ
ービンと、該ガスタービンからの抽気空気を酸化剤とし
て上記石炭ガス化炉に供給する抽気空気管路を備えた石
炭ガス化複合プラントにおいて、上記抽気空気管路の途
中から分岐して上記ガスタービンの高温部に冷却用とし
て空気を供給する冷却空気管路を備え、かつ上記抽気空
気管路に設置し、抽気空気の顕熱を上記石炭ガス化炉に
回収する熱交換器を備えたことを特徴とする石炭ガス化
複合発電プラント。
【請求項３】空気酸化方式の石炭ガス化炉、該石炭ガ
ス化炉にタービンからの抽気空気を昇圧して供給するブ
ースト圧縮機、粗製燃料ガス熱回収ボイラー、燃料ガス
精製装置などからなる石炭ガス化炉と、上記ガスタービ
ン、燃焼器、ガスタービン排熱回収ボイラー、蒸気ター
ビン、復水器、給水ポンプからなる発電装置系とから構
成された石炭ガス化複合発電プラントにおいて、上記ガ
スタービンからの抽気空気を上記ブースト圧縮機により
昇圧して酸化剤として上記石炭ガス化炉に供給する抽気
空気管路と、該抽気空気管路の途中から分岐して上記ガ
スタービンの高温部に冷却用として空気を供給する冷却
空気管路とを備え、かつ上記抽気空気管路の冷却空気管
路との分岐前の位置に設置し、上記ガスタービンからの
抽気空気の顕熱を上記給水ポンプからの圧力水を用いて
上記粗製燃料ガス熱回収ボイラーに回収する給水加熱器
を備えたことを特徴とする石炭ガス化複合発電プラン
ト。
【請求項４】空気酸化方式の石炭ガス化炉、該石炭ガ
ス化炉にタービンからの抽気空気を昇圧して供給するブ
ースト圧縮機、粗製燃料ガス熱回収ボイラー、粗製燃料
ガス精製装置などからなる石炭ガス化炉系と、上記ガス
タービン、燃焼器、ガスタービン排熱回収ボイラー、蒸
気タービン、復水器、給水ポンプなどからなる発電装置
系とから構成された石炭ガス化複合発電プラントにおい
て、上記ガスタービンからの抽気空気を上記ブースト圧
縮機により昇圧して酸化剤として上記石炭ガス化炉に供
給する抽気空気管路と、該抽気空気管路の途中から分岐
して上記ガスタービンの高温部に冷却用として空気を供
給する冷却空気管路とを備え、かつ上記粗製燃料ガス精
製装置からの石炭ガス燃料を上記燃焼器に供給する燃料
管路と、上記抽気管路を流れる抽気空気の顕熱を上記燃
料管路を流れる石炭ガス燃料に回収する手段を備えたこ
とを特徴とする石炭ガス化複合発電プラント。
【請求項５】上記抽気管路を流れる抽気空気の顕熱を
上記燃料管路を流れる石炭ガス燃料に回収する手段は、
上記抽気空気管路の上記冷却空気管路分岐前の位置に設
置し、上記ガスタービンからの抽気空気の顕熱を上記給
水ポンプからの圧力水に回収する給水加熱器と、上記燃
料配管に設置し該給水加熱器からの加熱された圧力水の
顕熱を石炭ガス燃料に回収する燃料加熱器とから構成さ
れたことを特徴とする請求項４記載の石炭ガス化複合発
電プラント。
【請求項６】上記抽気空気管路と上記冷却空気管路と
の分岐点を上記抽気空気管路内の抽気空気の圧力が最も
低圧になっている上記ブースト圧縮機の入口側に位置す
ることを特徴とする請求項４記載の石炭ガス化複合発電
プラント。
【請求項７】上記ブースト圧縮機は複数段に構成し、
低圧段に上記冷却空気管路を接続し、高圧段に上記石炭
ガス化炉に接続することを特徴とする請求項４記載の石
炭ガス化複合発電プラント。
【請求項８】上記抽気空気管路と上記冷却空気管路と
の分岐点は、上記抽気空気管路に設置した上記ブースト
圧縮機の出口側位置に備えたことを特徴とする請求項４
記載の石炭ガス化複合発電プラント。
【請求項９】上記冷却空気管路の上記抽気空気管路と
の分岐点側に上記ブースト圧縮機のサージングを防止す
るための制御弁を備えるとともに、上記ブースト圧縮機
の出口側抽気空気管路と上記ブースト圧縮機の入口側抽
気空気管路とを接続するバイパス管路と、該バイパス管
路に設置した制御弁を備えたことを特徴とする請求項８
記載の石炭ガス化複合発電プラント。
【請求項１０】上記ブースト圧縮機の出口側抽気空気
管路から分岐して上記ガスタービン高温部に接続する管
路と、上記ガスタービン高温部からの空気を上記石炭ガ
ス化炉に供給する管路とを備えたことを特徴とする請求
項８記載の石炭ガス化複合発電プラント。
【請求項１１】空気酸化方式の石炭ガス化炉、該石炭
ガス化炉にガスタービンからの抽気空気を昇圧して供給
するブースト圧縮機、粗製燃料ガス熱回収ボイラー、粗
製燃料ガス精製装置などからなる石炭ガス化炉系と、上
記ガスタービン、ガスタービン排熱回収ボイラー、蒸気
タービン、復水器、給水ポンプなどからなる発電装置系
とから構成された石炭ガス化複合発電プラントにおい
て、上記ガスタービンからの抽気空気を２分して一方は
上記ガスタービンの高温部に接続する冷却空気管路と、
他方は上記ブースト圧縮機を通って上記石炭ガス化炉に
接続する抽気空気管路とを備え、かつ上記冷却空気管路
に設置し、上記ガスタービンからの空気の顕熱を上記ブ
ースト圧縮機と上記石炭ガス化炉との間の抽気空気に回
収して低温にする熱交換器と、上記抽気空気管路の上記
ブースト圧縮機の入口側に設置し、上記ガスタービンか
らの抽気空気の顕熱を上記給水ポンプからの圧力水を用
いて上記粗製燃料ガス精製装置に回収して低温にする給
水加熱器を備えたことを特徴とする石炭ガス化複合発電
プラント。