JPH0586897A

JPH0586897A - 石炭ガス化複合発電プラント

Info

Publication number: JPH0586897A
Application number: JP24167591A
Authority: JP
Inventors: Narihisa Sugita; 成久杉田; Jinichi Tomuro; 仁一戸室; Zensuke Tamura; 善助田村; Yoshiki Noguchi; 芳樹野口; Toshihiko Sasaki; 俊彦佐々木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-09-20
Filing date: 1991-09-20
Publication date: 1993-04-06

Abstract

(57)【要約】【構成】ガスタービン装置は、空気圧縮機１，燃焼器
２，ガスタービン３及びガスタービン発電機４で構成さ
れる。空気分離装置１０では空気を酸素と窒素に分離し
て酸素を石炭ガス化炉５に供給しガス化を行わせる。空
気分離装置１０で分離された窒素は窒素ガス圧縮機１１
３で昇圧された後でも圧縮機１出口温度より低温である
ためガスタービン３の冷却用として用いる。この窒素系
統が何らかの原因によって故障した場合に、ガスタービ
ン圧縮機１の出口から窒素冷却系統に設けた管路から、
予め冷却された冷却器を通して、窒素温度に近い冷却空
気を冷却部に流す。【効果】常時ガスタービン冷却に利用している低温の窒
素温度に近い非常用の冷却空気を供給することができる
ため、ガスタービン高温冷却部損傷を低減することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は酸素酸化方式の石炭ガス
化炉を用いた石炭ガス化複合発電プラントにおいて、高
効率化を達成するためのガスタービンを高温化すること
に伴うガスタービン冷却システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の酸素酸化方式の石炭ガス化炉を用
いた石炭ガス化複合発電プラントにおいて、石炭ガス化
炉に酸素を供給する酸素製造装置から発生する窒素をガ
スタービン高温部の冷却に用いることは、特開昭57−83
636号公報に開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】他の発電プラントと同
様に酸素酸化方式の石炭ガス化複合発電プラントにおい
ても、より高効率化することが要求されており、例え
ば、特開昭59−229005号公報では、ボトミングプラント
である蒸気タービン系の改良によってプラントの効率向
上を図る方法が提案されている。しかし、ボトミング系
の改良は限度があり、本質的にはトッピング系であるガ
スタービンの効率向上が最も効果的であることは周知の
事実である。

【０００４】一方、高効率化のため従来系外に放出され
ていた石炭ガス化炉に酸素を供給する空気分離装置より
得られる低温（常温）の窒素をプラント系内で有効に利
用とすることも特開昭60−178909号公報で提案されてい
る。

【０００５】ガスタービンの高効率化手段の中で最も効
果的なのはタービン入口温度を高温化することである
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温化による高効率化の効果が得
られなくなっている。

【０００６】このため冷却空気の量を減少する手段とし
て、酸素酸化石炭ガス化炉を用いた石炭ガス化複合発電
プラントで、石炭ガス化炉に酸素を供給する空気分離装
置より得られる低温（常温）の窒素をガスタービンの冷
却空気として用いることが特開昭57−83636 号公報に記
載されている。余剰で従来系外に放出されていた低温の
窒素をガスタービンの冷却に用いることによって発電プ
ラントの効率は増加するため、窒素のプラント内での有
効利用が重要課題となっている。

【０００７】しかし、ガスタービンの冷却翼は冷却空気
によって材料の許容温度以上になることを防止してお
り、冷却空気供給の停止や減少はタービン翼の損傷を招
くため、信頼性の高い冷却空気供給システムが必要とさ
れ、ガスタービン本体以外の系統からタービン高温部に
対して冷却媒体を供給することは行われていない。特開
昭57−83636 号公報に記載されている従来例を実現する
には、石炭ガス化系統の故障等によってガスタービン冷
却に用いている窒素が停止または減少した場合の保護系
統を備えることが必須課題であるが、この従来例では保
護系統に関して開示されていない。

【０００８】本発明の目的は、酸素酸化方式石炭ガス化
炉を備え、空気分離装置より得られる窒素をガスタービ
ンの冷却に用いる石炭ガス化複合発電プラントにおいて
高効率で信頼性の高いガスタービンの冷却方法を提供す
ることにある。

【０００９】本発明の第二の目的は、酸素酸化方式石炭
ガス化炉を備えた石炭ガス化複合発電プラントにおいて
信頼性の高い燃料供給系統を提供することにある。

【００１０】本発明の第三の目的は、酸素酸化方式石炭
ガス化炉を備えた石炭ガス化複合発電プラントにおいて
空気分離装置より得られる窒素の冷熱を有効に利用する
ことにある。

【００１１】本発明の第四の目的は、酸素酸化方式石炭
ガス化炉を備えた石炭ガス化複合発電プラントにおいて
空気分離装置より得られる窒素を石炭ガス化複合発電プ
ラント内で有効に利用し高効率を達成することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、石炭ガス化
炉に酸素を供給する空気分離装置より得られる低温（常
温）の窒素をガスタービンの冷却空気として用いる従来
の酸素酸化方式の石炭ガス化複合発電プラントでは、空
気分離装置から冷却用の窒素配管がガスタービンに接続
されているのみであるのに対して、冷却器を備えた空気
管路を圧縮機出口より該窒素配管に接続し、冷却に用い
られている窒素の温度に近い温度の空気を常に供給可能
な状態に保つことによって達成される。

【００１３】また、上記目的は、空気分離装置からの冷
却用窒素温度に近い温度の蒸気を常に供給可能な状態に
保つことによって達成される。

【００１４】また、上記目的は、空気分離装置からの冷
却用窒素温度に近い温度の高圧空気を常に供給可能な状
態に保つことによって達成される。

【００１５】上記目的は、空気分離装置より得られる不
活性ガスである窒素を酸素圧縮機のシール用媒体として
用いることによって達成される。

【００１６】また、上記目的は、空気分離装置より得ら
れる不活性ガスである窒素を燃料制御弁のシール用媒体
として用いることによって達成される。

【００１７】上記目的は、空気分離装置で製造された窒
素温度が低温であり、これを石炭ガス化炉で発生した燃
料から硫黄を除去する低温ガス精製装置の冷却媒体とし
て用いることにより達成される。

【００１８】上記目的は、該空気分離装置内の精留塔下
塔高圧部から窒素を抽気し石炭ガス化複合発電プラント
内部で利用することにより達成される。

【００１９】

【作用】酸素酸化石炭ガス化炉を用いた石炭ガス化複合
発電プラントでは、石炭ガス化炉で酸素をガス化するた
めに酸素を必要とし、酸素を製造する設備として空気分
離装置をプラント内に設置している。空気分離装置で
は、外部より空気を装置内に取入れ、低温化し空気の成
分である窒素と酸素の液化温度差によって窒素と酸素を
分離する。従って、空気分離装置出口におけ窒素及び酸
素はプロセスの違いによって異なるが、本質的には低温
（常温）となって出てくる。

【００２０】また、空気分離装置内の精留塔では圧力に
よる液化温度の差を利用するため、高圧な下塔と低圧な
上塔で構成される精留塔を備えており、通常空気を約６
気圧(ata )まで加圧し空気分離装置へ供給し、熱交換器
で液体空気を発生させ精留塔下塔に供給し、酸素濃度の
高い液体空気と酸素を含む不純窒素に粗分離を行い、両
者を低圧な上塔に供給し、さらに精留を行い常圧(1ata)
の酸素及び窒素を得ている。

【００２１】石炭のガス化には約９５％以上の純度の酸
素で十分であり、高純度の酸素は、不必要であること、
また、窒素の純度も高濃度である必要がないため、下塔
から不純窒素（９９.８％程度）を空気分離装置外部に
取り出すことが可能である。従って、空気分離装置から
は、常温で約５気圧（ata)の窒素が得られ、これをガス
タービンの冷却用として用いることができる。

【００２２】ガスタービンの冷却媒体は、温度が低けれ
ば冷却媒体としての供給量を少なくすることができる
し、圧力が高ければ複雑な冷却構造を採用し、冷却媒体
としての供給量を少なくすることができる。また、冷却
媒体に不純物を含むとタービン冷却翼の内部に不純物が
蓄積し冷却性能を悪化させるし、冷却媒体に腐食性の成
分を含むと管路等で腐食生成物を発生させることとな
る。

【００２３】ガスタービンの冷却媒体は、温度が低けれ
ば冷却媒体としての供給量を少なくすることができる
し、圧力が高ければ複雑な冷却構造を採用し、冷却媒体
としての供給量を少なくすることができる。また、冷却
媒体に不純物を含むとタービン冷却翼の内部に不純物が
蓄積し冷却性能を悪化させるし、冷却媒体に腐食性の成
分を含むと管路等で腐食生成物を発生させることにな
る。

【００２４】空気分離装置から得られた窒素は、温度が
低く圧力も約６気圧あるので、ガスタービンに供給可能
な圧力約１３気圧程度に窒素圧縮機で昇圧しても約１０
０℃程度しかならなく、窒素圧縮機の圧力調整によって
供給に必要な圧力を得ることもでき、空気分離装置にお
ける処理の過程で不純物も除去され、不活性であり、腐
食性成分も含まないためガスタービンの冷却媒体として
は最適である。

【００２５】しかし、窒素供給系統は複雑であるため故
障により窒素の供給量が少なくなったり、停止したりす
ることが十分考えられる。本発明では、窒素供給管路に
ガスタービン圧縮機出口より空気配管を接続し、空気配
管上に冷却器を備えておき、冷却器は常時冷却してお
き、何らかの原因によって窒素の供給量が少なくなった
り、停止した場合、速やかにガスタービン圧縮機出口よ
り空気配管を通り冷却器を通過させた空気を流す。ガス
タービン圧縮機出口の空気は、定格点では、約４００℃
に達しているため冷却器がなければ、ガスタービン冷却
部には約１００℃の窒素に代わり約４００℃の空気が供
給されることになり、熱応力が発生し冷却部のみならず
冷却配管の破損を生じさせる。また、冷却媒体の温度が
上昇したぶん冷却流量を増加しなければならないが、配
管面積，ガスタービン冷却翼冷却媒体放出部の面積が固
定されているため、温度が上昇したぶん容積流量が増加
し、重量流量としては流れなくなり、十分にタービン冷
却部を冷却することはできないこととなる。冷却器に常
時低温の給水等を流しておけば、異常時に高温の抽気空
気が通過した場合、その温度を低下させることができ
る。

【００２６】また、他の方法では、窒素配管に外部より
蒸気管路を接続し窒素の供給量が少なくなったり、停止
した場合、速やかに外部から低温の蒸気を供給すること
によってタービン冷却部を冷却する能力を保つことを可
能にすることができる。

【００２７】また、他の方法では、窒素配管に外部から
該ガスタービン圧縮機以外の低温空気源からの空気を常
時供給しておき窒素の供給量が少なくなったり、停止し
た場合、速やかに低温空気源からの低温空気流量を増加
させることによってタービン冷却部を冷却する能力を保
つことを可能にすることができる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。ガスタービン装置は、空気圧縮機１，燃焼器２，ガ
スタービン３及びガスタービン発電機４で構成される。
空気圧縮機１の出口からは、ガスタービン高温部にター
ビン冷却管路１１０が設けてあり、タービン冷却管路１
１１はガスタービン圧縮機１出口からガスタービン３の
冷却部に接続され、冷却空気予冷器９９，冷却空気逆止
弁１１６，冷却空気混合器１１５が設置されている。

【００２９】石炭ガス化炉５には石炭供給系統５２の他
に、空気分離装置１０から酸素配管系統が接続されこの
系統には酸素圧縮機１１が設置されている。

【００３０】空気分離装置１０には、空気圧縮機１２か
らの空気配管が接続されている。また、空気分離装置１
０からの窒素配管は窒素ガス圧縮機１１３，窒素ガス逆
止弁１１７を経由してタービン冷却管路１１１の冷却空
気混合器１１５に接続される。

【００３１】ガス化炉５出口からは、粗製燃料ガス配管
５３が粗製燃料ガス熱回収ボイラ６に接続され、ガス化
炉５内には、蒸発器３８が設置され、粗製燃料ガス熱回
収ボイラ６にも蒸発器３９、さらにエコノマイザ３６，
過熱器４０が設置される。粗製燃料ガス熱回収ボイラ４
０出口からの配管は、ガス＝ガス熱交換器７を通りガス
精製装置８へ接続される。ガス精製装置８からの配管は
再びガス＝ガス熱交換器７及び燃料ガス供給管１１２を
通りガスタービン装置の燃焼器２に接続される。ガス精
製装置８からは硫黄回収装置９への配管も接続される。

【００３２】ガスタービン３の排気ダクトは、排熱回収
ボイラ１４に接続される。排熱回収ボイラ１４内では、
低圧エコノマイザ３０，低圧ドラム３１，低圧蒸発器３
２，高圧エコノマイザ３３，高圧ドラム３４，高圧蒸発
器３５，過熱器４５，再熱器４６，加圧ポンプ２３が設
置されている。

【００３３】蒸気タービン系は、高圧蒸気タービン１
５，再熱蒸気タービン１６，低圧タービン１７，蒸気タ
ービン発電機１８，復水器１９，給水ポンプ２０で構成
されている。復水器１９からの給水管路５７は、給水ポ
ンプ２０を通り排熱回収ボイラ１４内の低圧エコノマイ
ザ３０に接続される。低圧エコノマイザ３０の出口は低
圧ドラム３１に接続されると同時に、加圧ポンプ２３へ
接続される。加圧ポンプ２３出口の配管は、高圧エコノ
マイザ３３につながり高圧ドラム３４へ接続さられる。
さらに、加圧ポンプ２３出口から冷却空気予冷器９９を
経由して、粗製燃料ガス熱回収ボイラ６のエコノマイザ
３６にも接続される配管が設けられる。低圧ドラム３１
は低圧蒸発器３２を備え、高圧ドラム３４は高圧蒸発器
３５を備えている。高圧ドラム３４は過熱器４５に接続
され、該過熱器の途中には、粗製燃料ガス熱回収ボイラ
６の過熱器４０からの配管が接続される。

【００３４】粗製燃料ガス熱回収ボイラ６のエコノマイ
ザ３６の出口は高圧ドラム３７につながり、ドラムから
はガス化炉５内の蒸発器３８及び、粗製燃料ガス熱回収
ボイラ６の蒸発器３９に接続されると同時に、過熱器４
０に接続される。

【００３５】排熱回収ボイラ１４内の過熱器４５からの
配管は高圧蒸気タービン１５に接続され、高圧蒸気ター
ビン１５出口からは排熱回収ボイラ１４内の再熱器４６
へ配管が接続される。また、配管には低圧ドラム３１か
らの配管も接続される。再熱器４６出口からは再熱蒸気
タービン１６へ配管が接続され、再熱蒸気タービン１６
出口からは低圧タービン１７へ管路が接続され低圧蒸気
タービン１７出口からは、復水器１９に管路が接続され
る。蒸気タービン発電機１８は、高圧蒸気タービン１
５，再熱蒸気タービン１６，低圧蒸気タービン１７に接
続されている。ガスタービン圧縮機１出口には圧力検出
器１１８が設置され、信号が窒素ガス圧縮機制御装置１
１９に送られている、また、冷却空気混合器１１５には
圧力検出器７０が設置され、信号が窒素ガス圧縮機制御
装置１１９に送られる。

【００３６】空気分離装置１０へは空気圧縮機１２によ
って６気圧程度に圧縮された空気が供給される。空気圧
縮機１２は一般には中間冷却器付きの圧縮機で圧縮動力
の低減を図っている。この高圧空気は空気分離装置１０
内で酸素と窒素に分離され、空気分離装置１０の出口で
は常圧、２０℃の酸素と、５気圧，２０℃の窒素が得ら
れる。酸素は酸素圧縮機１１によって３５ata 程度に昇
圧された後にガス化剤として石炭ガス化炉５に供給され
る。

【００３７】ガス化炉５では、酸素によって石炭供給系
統５２から供給された石炭がガス化され粗製ガスがつく
られる。この粗製ガスは温度が高いため粗製燃料ガス熱
回収ボイラ６におくられ排熱回収ボイラ１４の加圧ポン
プ２３から送られた高圧給水をボイラ６内のエコノマイ
ザ３６で加熱し、ドラム３７に送り、蒸発器３９及びガ
ス化炉の蒸発器３８で蒸発させ、さらに過熱器４０で過
熱する。

【００３８】粗製燃料ガス熱回収ボイラ６をでた粗製ガ
スはガス＝ガス熱交換器７にはいって、ガス精製装置８
をでた精製燃料ガスを加熱しガス精製装置８にはいる。
ガス精製装置では、粗製ガス中の不純物、特に硫黄を含
む硫化物が除去される。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。

【００３９】ガス精製装置８をでた精製燃料ガスはガス
＝ガス熱交換器７にはいって加熱された後に燃料ガス供
給管１１２を通ってガスタービン燃焼器２に供給され燃
焼する。

【００４０】燃焼器２をでた高温の燃焼ガスはガスター
ビン３に供給され膨張し動力を発生し、ガスタービン３
は空気圧縮機１及びガスタービン発電機４を駆動する。

【００４１】ガスタービンを出た燃焼ガス５５は、排熱
回収ボイラ１４に供給される。排熱回収ボイラ１４で
は、復水器１９から給水ポンプ２０で送られてきた給水
を給水配管５７を通して、低圧エコノマイザ３０に供給
し排熱回収ボイラ１４内で、低圧ドラム３１，低圧蒸発
器３２，高圧エコノマイザ３３，高圧ドラム３４，高圧
蒸発器３５，過熱器４５を通して加熱，蒸発，過熱し、
過熱蒸気を高圧蒸気タービン１５に供給する。低圧エコ
ノマイザ３０出口では、加圧ポンプ２３で昇圧が行わ
れ、高圧給水は高圧エコノマイザ３３及び冷却空気予冷
器９９を経由し粗製燃料ガス熱回収ボイラ６のエコノマ
イザ３６に送る。この加圧ポンプ２３出口の高圧給水は
１８０℃程度であり、冷却空気予冷器９９は定常状態で
は１８０℃に保たれていることになる。

【００４２】過熱器４６の途中には、粗製燃料ガス熱回
収ボイラ６で発生した過熱蒸気が混入する。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
と混ざり再熱器４６へおくられ、再度昇温され、再熱蒸
気タービン１６，低圧蒸気タービン１７へおくられる。
各タービンで発生した動力は蒸気タービン発電機１８を
駆動する。

【００４３】空気圧縮機１は大気より空気５０を取り込
み昇圧し、燃焼器２へ送る。例えば圧力比１５位では圧
縮機出口の空気温度は約４００℃に達する。圧縮機１出
口から出た一部の空気はタービン冷却管路１１０を通り
タービン高温冷却部に供給されガスタービン３高温部の
一部を冷却するのに用いられる。

【００４４】定常時には、上記以外の冷却を必要とする
タービン高温部へは空気分離装置１０で得られた５気
圧、２０℃の窒素が窒素ガス圧縮機１１３で昇圧され窒
素ガス逆止弁１１７，冷却空気混合器１１５を通して供
給される。冷却に利用可能な窒素量は、ガスタービン燃
料であるガス化燃料を発生させるために必要な酸素製造
量と関連し、現状のプラントのバランスを検討すると、
ガスタービンの第一段動翼を冷却するのに十分な窒素量
を空気分離装置１０で発生させることができる。窒素
の供給量を監視するため圧力検出器１１８がガスタービ
ン圧縮機１出口に設置され、圧力検出器７０が冷却空気
混合器１１５に設置され、冷却空気混合器１１５の圧力
Ｐ２が常にガスタービン圧縮機１出口の圧力Ｐ１に対し
て予め設定した圧力差ｅと、Ｐ２−Ｐ１＞ｅ …（数３）になるように窒素ガス圧縮機制御装置１１９により窒素
ガス圧縮機駆動電動機１１４を制御し冷却空気混合器１
１５に窒素を送ることによって保たれる。

【００４５】冷却空気混合器１１５内の窒素は冷却空気
逆止弁１１６によってガスタービン圧縮機１出口には逆
流せず、定常時にはタービン冷却管路Ｂ１１１には冷却
空気は流れていないが、冷却空気予冷器９９には加圧ポ
ンプ２３で昇圧された給水が流れているため冷却空気予
冷器９９内の温度は給水の温度に保たれている。

【００４６】窒素供給系統が何らかの理由により故障を
生じた場合、冷却空気混合器１１５への窒素供給量が減
少し、冷却空気混合器１１５内の圧力Ｐ２が減少する。
さらにＰ２が減少して、Ｐ２−Ｐ１＜ｅになると窒素ガ
ス逆止弁１１７が閉まり冷却空気逆止弁１１６が開き、
ガスタービン圧縮機１出口から空気が冷却空気予冷器９
９を通り冷却空気混合器１１５に供給されることとな
る。ガスタービン圧縮機１出口の空気温度は高温である
が、冷却空気予冷器９９が給水によって予め冷却されて
いるので、冷却空気予冷器９９を出た空気の温度は低下
し、冷却空気混合器１１５以降の配管，ガスタービン冷
却部等における温度変化を減少させることができる。

【００４７】本実施例では、冷却空気逆止弁１１６，窒
素ガス逆止弁１１７および圧力測定器によってこの動作
を行わせているが、空気と窒素の圧力によって動作する
弁機構によってこの動作を行わせることができる。

【００４８】また、本実施例ではＰ１とＰ２の圧力差ｅ
を変化させることによって、タービン冷却部にガスター
ビン圧縮機１の出口圧力より高い圧力の窒素を供給する
ことが可能で、圧力損失の多い複雑な冷却構造を採用で
きるため、冷却性能が向上し、冷却に必要な窒素量を減
少させ、冷却後の窒素がタービンの主流に混合すること
による損失を減少できる効果がある。

【００４９】本発明の他の実施例を図２により説明す
る。図２は図１の実施例と異なる点を説明するため図１
の実施例の一部を表したもので、この図にかかれていな
い部分は、図１の実施例と同様である。

【００５０】以下、図１の実施例と異なる部分を説明す
る。タ−ビン冷却管路１１１の冷却空気予冷器９９と冷
却空気混合器１１５間にタービン冷却空気制御弁が設置
され、タービン冷却空気制御弁には、タービン冷却空気
制御装置が設置されてる。また、ガスタービン３の冷却
部にはタービン冷却部温度計測器１２１が設けられ、タ
ービン冷却部温度計測器１２１からの信号は、タービン
冷却空気制御装置に入力するようになっている。

【００５１】タービン冷却部温度計測器１２１は、空気
分離装置１０から冷却空気混合器１１５を通り供給され
る窒素によって冷却されるタービン冷却部の温度を測定
し、該温度が上昇した場合にタービン冷却空気制御装置
によって、タービン冷却空気制御弁を操作し、ガスター
ビン圧縮機１から冷却空気予冷器９９で冷却された、空
気を冷却空気混合器１１５に送り、冷却空気混合器１１
５では、窒素と該空気が混合してタービン冷却部に供給
されるようになり、タービン冷却部の温度を適正な値に
維持することができる。

【００５２】本実施例によれば、圧縮機出口の空気量に
よってタービン冷却部の温度を制御できるので、タービ
ン冷却部の温度変化を少なくできるため、熱疲労の少な
い冷却システムを提供できる効果がある。

【００５３】本発明の他の実施例を図３により説明す
る。図３の実施例が図１の実施例と異なる点は窒素ガス
圧縮機１１３と冷却空気混合器１１５間の管路に、新た
に窒素ガスタンク１３１および窒素ガス制御弁を設置し
た点である。

【００５４】窒素ガス圧縮機１１３では、タービンの冷
却部の供給に必要な圧力より高めの圧力に窒素を昇圧し
窒素ガスタンク１３１に供給する、窒素ガス制御弁は窒
素ガスタンク１３１内の窒素を供給に必要な最小圧力に
制御する。

【００５５】本実施例によれば窒素ガスタンク１３１よ
り上流の窒素供給系統に故障等が起こった場合に、窒素
ガスタンク１３１内に貯蔵されている窒素ガスを減圧し
供給できより安全にできる効果があると同時に、窒素ガ
スタンク１３１などによる窒素ガス系の脈動を容積の大
きな窒素ガスタンク１３１を設けることによって防ぐこ
とができる。

【００５６】本発明の他の実施例を図４により説明す
る。図４の実施例が図１の実施例と異なる点は空気分離
装置１０とガスタービン３冷却部に冷却空気混合器１１
５に代わって蒸気混合器１４１を設置し、蒸気混合器１
４１に低圧ドラム３１から蒸気抽気配管１４２を接続
し、蒸気抽気配管１４２上に蒸気制御弁を設置したもの
である。

【００５７】この実施例では、窒素系統が故障した場合
には、低圧ドラム３１で発生した蒸気が蒸気制御弁によ
って制御され蒸気混合器１４１に供給される。低圧ドラ
ム３１では飽和蒸気であるが、圧力が高いため蒸気制御
弁における減圧時に過熱され、蒸気混合器１４１では、
過熱蒸気となるためガスタービン冷却部で、水分が凝縮
することがない。また、タービン冷却に十分な窒素量が
ない場合、蒸気を用いた冷却を行うことができ、さらに
その場合蒸気冷却終了時に冷却配管のパージ用に窒素を
利用できる効果がある。

【００５８】本発明の他の実施例を図５により説明す
る。図５は図１の実施例と異なる点を説明するため図１
の実施例の一部を表したもので、この図にかかれていな
い部分は、図１の実施例と同様である。

【００５９】図５の実施例では冷却空気混合器１５５に
中間冷却器１５７を備えた冷却空気圧縮機１５１からの
配管を接続し、冷却空気圧縮機１５１に冷却空気圧縮機
駆動電動機１５２を連結し、冷却空気圧縮機１５１と冷
却空気混合器１５５間に冷却空気逆止弁１５４を設けて
いる。冷却空気圧縮機１５１は冷却空気圧縮機駆動電動
機１５２により駆動され、大気から空気を中間冷却器１
５７を通して昇圧し、冷却空気逆止弁１５４を通して冷
却空気混合器１５５に供給する。冷却空気圧縮機駆動電
動機１５２は、ガスタービン３に付けられたタービン冷
却部温度計測器１２１の信号によって冷却空気圧縮機駆
動電動機制御装置１５３から制御される。

【００６０】冷却空気圧縮機１５１の容量はガスタービ
ン圧縮機１と比較すれば小さいため効率は悪いが、中間
冷却を行うことによって、同一の圧力の空気を得るには
圧縮動力を少なくできる。例えば、ガスタービン圧縮機
１のポリトロープ効率を９０％、冷却空気圧縮機１５１
のポリトロープ効率を８７％、大気温度１５℃，中間冷
却器出口空気温度を４０℃とした場合の圧縮機駆動力
（ｋｗ／（ｋｇ／ｓ））の計算結果を図１０に示す。図
１０の横軸は冷却空気圧縮機１５１の段数で、縦軸は、
圧縮機駆動力で、圧力比を１０，１２，１４，１６とし
て計算している。図中の破線は、ガスタービン圧縮機１
の駆動力で、破線との交点を小丸をプロットし、一点鎖
線で示す。この図より一点鎖線から右ではガスタービン
圧縮機１で圧縮するより冷却空気圧縮機１５１で圧縮す
る方が動力が少ないことがわかり、この計算では４段の
圧縮機、すなわち、三段の中間冷却を行えば冷却空気圧
縮動力を低減できることを示している。

【００６１】すなわち、本実施例によれば冷却空気圧縮
動力を低減できる上に、そのバックアップ系統も備える
ことができる効果がある。

【００６２】本発明の他の実施例を図６により説明す
る。図６の実施例が図１の実施例と異なる点は窒素ガス
圧縮機１１３と冷却空気混合器１１５を結ぶ窒素配管に
酸素圧縮機１１の酸素圧縮機シール装置１６１を設置し
たことである。

【００６３】窒素ガス圧縮機１１３で圧縮された窒素
は、酸素圧縮機シール装置１６１で酸素圧縮機１１のシ
ールを行った後窒素ガス逆止弁１１７を通り冷却空気混
合器１１５に供給される。

【００６４】従来の空気分離装置１０における酸素圧縮
機１１は酸素を高濃度に保つためシール部より酸素を外
部にリークさせ、さらにこのリーク酸素濃度を薄めるた
めの装置も備える必要があった。石炭ガス化炉５には、
前述のように高濃度の酸素を必要としないので、窒素を
シール用媒体として使うことができる点に注目し、窒素
ガス圧縮機１１３出口の窒素を利用できる用にした。本
実施例によれば、酸素圧縮機１１の安全性を他の補機を
使うことなく高めることができる効果がある。本発明の
他の実施例を図７により説明する。図７の実施例が図１
の実施例と異なる点は窒素ガス圧縮機１１３と冷却空気
混合器１１５を結ぶ窒素配管に燃料ガス制御弁１７１の
燃料ガス制御弁シール装置１７２を設置したことであ
る。燃料ガス制御弁１７１は燃焼器２と燃焼器２を結ぶ
燃料ガス供給管路１１２上に設置されている。

【００６５】窒素ガス圧縮機１１３で圧縮された窒素
は、燃料ガス制御弁シール装置１７２で燃料ガス制御弁
１７１のシールを行った後窒素ガス逆止弁１１７を通り
冷却空気混合器１１５に供給される。

【００６６】本実施例によれば窒素を燃料ガス制御弁１
７１のシール用媒体として使うことができ、窒素が燃料
側に漏れた場合であっても、燃料が窒素側に漏れた場合
であっても爆発等の危険を防ぐことができる。

【００６７】本発明の他の実施例を図８により説明す
る。図８の実施例が図１の実施例と異なる点は窒素ガス
圧縮機１１３と冷却空気混合器１１５を結ぶ窒素ガス配
管181をガス精製装置８を経由して冷却空気混合器１１
５に設置している点である。

【００６８】窒素ガス圧縮機１１３で圧縮された窒素
は、窒素ガス配管１８１を通りガス精製装置８に供給さ
れガス精製装置８内で、その冷熱をガス精製装置８に与
えた後冷却空気混合器１１５に供給される。

【００６９】本実施例によればタービン冷却用としての
窒素温度は、図１の実施例よりも高くなるが窒素冷熱の
利用によって、不活性である窒素の使用によって安全に
ガス精製装置８内の補助動力を減少させることができる
効果がある。

【００７０】本発明の他の実施例を図９により説明す
る。図９は空気分離装置１０の構成を示したもので、空
気分離装置１０の主要部分は、窒素と酸素を蒸発温度で
分離する精留塔で、現在の主流となる精留塔は図９に示
すように精留塔上塔１９５と精留塔下塔１９６で構成さ
れている。空気圧縮機１２は水洗冷却塔１９１に接続さ
れ、水洗冷却塔１９１出口は、吸着塔１９２に接続さ
れ、吸着塔１９２からは空気熱交換器を経由して精留塔
上塔１９５に配管が接続される。精留塔上塔１９５から
窒素配管および液体空気の配管が＃１９４＃を通り精留
塔下塔１９６に接続される。精留塔下塔１９６の上部か
ら高濃度の窒素ガス配管が＃１９４＃および空気熱交換
器を通り設置される。また、精留塔下塔１９６の下部か
らは酸素ガス配管が＃１９４＃および空気熱交換器を通
り酸素圧縮機１１まで設置される。

【００７１】さらに、精留塔上塔１９５からは、窒素ガ
ス圧縮機１１３まで配管が設置される。

【００７２】空気は空気圧縮機１２で圧縮され、水洗冷
却塔１９１で外部の水２０２によって水洗され、不純物
の除去が行われる。水洗冷却塔１９１を出た空気は吸着
塔１９２で水分を除去され、空気熱交換器を通過するこ
とによって、外部に放出される酸素および窒素との熱交
換によって、一部が液体空気となって精留塔上塔１９５
に供給される、精留塔上塔１９５内部では、蒸発温度の
高い酸素は液体空気として液体となり、蒸発温度の低い
窒素は酸素をわずかに含んだ不純窒素ガスとなる。この
液体空気および不純窒素ガスは＃１９４＃を通り精留塔
下塔１９６に送られる。精留塔上塔１９５内の圧力は精
留塔下塔１９６内の圧力より高くしり精留塔下塔１９６
では圧力低下のため蒸発温度が高くなり、上部からは高
濃度窒素ガス２０６が、下部からは冷却ガス制御弁が得
られる。これらは、それぞれ冷熱を空気熱交換器で交換
した後、酸素は酸素圧縮機１１に送られ昇圧され、ガス
化炉に供給される。窒素ガス圧縮機駆動電動機１１４で
駆動される窒素ガス圧縮機１１３は精留塔上塔１９５か
ら不純窒素ガスを目的の用途へ供給する。精留塔上塔１
９５で得られる窒素は酸素含む９９.８％程度の不純窒
素であり従来の目的では利用されなったが、ガスタービ
ンの冷却や各部のシールに用いるためには十分であり、
圧力も高いため圧縮に要する動力を削減できる効果があ
る。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、 (１)酸素酸化方式石炭ガス化炉を備え、空気分離装置よ
り得られる窒素をガスタービンの冷却に用いる石炭ガス
化複合発電プラントの効率が上る。

【００７４】(２)酸素酸化方式石炭ガス化炉を備え、空
気分離装置より得られる窒素をガスタービンの冷却に用
いる石炭ガス化複合発電プラントの効率が上る。

【００７５】(３)酸素酸化方式石炭ガス化炉を備えた石
炭ガス化複合発電プラントにおいて信頼性の高い燃料供
給系統を提供することができる。

【００７６】(４)酸素酸化方式石炭ガス化炉を備えた石
炭ガス化複合発電プラントにおいて空気分離装置より得
られる窒素の冷熱を有効に利用することができる。

【００７７】(５)酸素酸化方式石炭ガス化炉を備えた石
炭ガス化複合発電プラントにおいて空気分離装置より得
られる窒素を石炭ガス化複合発電プラント内で有効に利
用し高効率を達成するができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の系統図。

【図２】本発明の第二の実施例の系統図。

【図３】本発明の第三の実施例の系統図。

【図４】本発明の第四の実施例の系統図。

【図５】本発明の第五の実施例の系統図。

【図６】本発明の第六の実施例の系統図。

【図７】本発明の第七の実施例の系統図。

【図８】本発明の第八の実施例の系統図。

【図９】本発明の第九の実施例の系統図。

【図１０】本発明の効果を示すための計算結果の説明
図。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…燃焼器、３…ガスタービン、１０…空
気分離装置、１１…酸素圧縮機、１２…空気圧縮機、９
９…冷却空気予冷却器、１１０…タービン冷却空気管路
Ａ、１１１…タービン冷却空気管路Ｂ、１１３…窒素ガ
ス圧縮機、117…窒素ガス逆止弁、１２３…タービン冷
却空気制御弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｃ 7/18 Ｅ 7910−3Ｇ (72)発明者野口芳樹茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者佐々木俊彦茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石炭ガス化炉、前記石炭ガス化炉に酸化剤
として酸素を供給する空気分離装置およびガスタービン
を備え、前記空気分離装置で製造された窒素を前記ガス
タ−ビンの高温部の冷却媒体として用いる石炭ガス化複
合発電プラントにおいて、前記空気分離装置と前記ガス
タービンの間に設けた管路に混合器を備え、前記ガスタ
ービンの圧縮機と前記混合器の間に冷却空気管路を備
え、前記冷却空気管路に冷却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２】請求項１において、前記ガスタービンの圧
縮機出口圧力Ｐ１と前記混合器内の圧力Ｐ２を計測し、Ｐ２−Ｐ１＞ｅ＞０ …（数１）となるように窒素を供給し、Ｐ２−Ｐ１＜ｅ …（数２）となる場合に前記冷却空気管路を通し前記圧縮機より前
記ガスタービンの高温部に冷却用空気を供給する石炭ガ
ス化複合発電プラント。
【請求項３】請求項１において前記ガスタービンの圧縮
機と前記混合器間に設けた前記冷却空気管路に制御弁を
設置し、前記制御弁の制御信号として前記ガスタービン
の高温冷却部の温度を用いる高効率石炭ガス化複合発電
プラント。
【請求項４】請求項１において、前記空気分離装置と前
記混合器間の管路に窒素を貯蔵する設備を備えた高効率
石炭ガス化複合発電プラント。
【請求項５】石炭ガス化炉、前記石炭ガス化炉に酸化剤
として酸素を供給する空気分離装置およびガスタービン
を備え、前記空気分離装置で製造された窒素を前記ガス
タービン高温部の冷却媒体として用いる石炭ガス化複合
発電プラントにおいて、前記空気分離装置と前記ガスタ
ービンの間に設けた管路に混合器を備え、前記混合器へ
蒸気供給管路を接続することを特徴とする石炭ガス化複
合発電プラント。
【請求項６】請求項５において、前記蒸気供給管路に制
御弁を設置し、前記制御弁の制御信号として前記圧縮機
出口圧力を用いる高効率石炭ガス化複合発電プラント。
【請求項７】請求項５において、前記蒸気供給管路に制
御弁を設置し、前記制御弁の制御信号として前記ガスタ
ービン高温冷却部の温度を用いる高効率石炭ガス化複合
発電プラント。
【請求項８】石炭ガス化炉、前記石炭ガス化炉に酸化剤
として酸素を供給する空気分離装置およびガスタービン
を備え、前記空気分離装置で製造された窒素を前記ガス
タービン高温部の冷却媒体としてに用いる石炭ガス化複
合発電プラントにおいて、前記空気分離装置と前記ガス
タービン間に設けた管路に混合器を備え、前記混合器へ
空気供給管路を接続することを特徴とする石炭ガス化複
合発電プラント。
【請求項９】請求項８において、前記空気供給装置の制御信号として前記圧縮機出口圧力
を用いる高効率石炭ガス化複合発電プラント。
【請求項１０】請求項８において、前記空気供給装置の
制御信号として前記ガスタービン高温冷却部の温度を用
いる高効率石炭ガス化複合発電プラント。
【請求項１１】石炭ガス化炉、前記石炭ガス化炉に酸化
剤として酸素を供給する空気分離装置およびガスタービ
ンを備えた石炭ガス化複合発電プラントにおいて、前記
空気分離装置で発生した酸素を前記石炭ガス化炉供給す
る酸素圧縮機のシール媒体として前記空気分離装置で製
造された窒素を用いる石炭ガス化複合発電プラント。
【請求項１２】石炭ガス化炉、前記石炭ガス化炉に酸化
剤として酸素を供給する空気分離装置およびガスタービ
ンを備えた石炭ガス化複合発電プラントにおいて、前記
石炭ガス化炉で発生した燃料をガスタービンに供給する
燃料配管に設けた燃料制御弁のシール媒体として前記空
気分離装置で製造された窒素を用いることを特徴とする
石炭ガス化複合発電プラント。
【請求項１３】石炭ガス化炉、前記石炭ガス化炉に酸化
剤として酸素を供給する空気分離装置およびガスタービ
ンを備えた石炭ガス化複合発電プラントにおいて、前記
石炭ガス化炉で発生した燃料から硫黄を除去する低温ガ
ス精製装置の冷却媒体として前記空気分離装置で製造さ
れた窒素を用いることを特徴とする石炭ガス化複合発電
プラント。
【請求項１４】石炭ガス化炉、前記石炭ガス化炉に酸化
剤として酸素を供給する空気分離装置およびガスタービ
ンを備えた石炭ガス化複合発電プラントにおいて、前記
空気分離装置は高圧な下塔と低圧な上塔で構成される精
留塔を持ち、前記精留塔下塔から窒素を抽気し前記石炭
ガス化複合発電プラント内部で利用することを特徴とす
る石炭ガス化複合発電プラント。