JPH06212997A - ガス化発電プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 所定のガスタービン入口ガス温度を得るため
に必要な燃料投入量を低減すること。 【構成】 ガス化炉３で石炭１等の燃料をガス化する際
に得られるチャー１６を常圧で燃焼する燃焼炉３４を設
ける。そして、その燃焼ガス３６により、ガスタービン
４入口の燃焼器９及びガス化炉３へ投入される空気６の
少なくとも一方を加熱する熱交換器３５を設けたもの。
又は、ガス化ガス７をガス精製が可能な温度にまで低減
する際に得る熱量を、ガスタービン４入口の燃焼器９及
びガス化炉３へ投入される空気６の少なくとも一方、若
しくはガスクリーンアップシステム８で精製した後のガ
ス化ガス７に与える熱交換器を設けたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス化炉で石炭などの
固体燃料や重質油などの液体燃料をガス化し、そのガス
化ガスをガスタービンの燃焼器へ投入して燃焼させ、そ
の燃焼ガスをガスタービンへ送って発電するガス化発電
プラントに関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電プラントの高効率化を図るため
に、燃焼ガスをまずガスタービンへ投入し、そのガスタ
ービンの排ガスによって更に蒸気を発生させ、蒸気ター
ビンを駆動する複合発電プラントが開発されている。そ
して、地球上に豊富に存在する石炭や重質油などの燃料
を上記の複合発電プラント用の燃料とする場合は、ガス
化炉にてガスタービン用の燃料となるガス化ガスを生成
し、チャー（固形分）は排出して廃棄するか、又はチャ
ー燃焼炉へ投入して燃焼させ、蒸気を生成して蒸気ター
ビンへ投入するか、若しくは高温ガスを生成して清浄化
後ガスタービン入口の燃焼器へ燃焼用空気として投入し
ている。

【０００３】図７は従来のガス化発電プラントの一例を
示し、本例は石炭ガス化コンバインドサイクルであっ
て、石炭１が圧力容器２内に設けられているガス化炉３
へ投入され、ガスタービン４の圧縮機５からの空気６に
よってガス化される。そして、そのガス化ガス７は、ガ
スクリーンアップシステム８で脱塵、脱硫など行われた
後、ガスタービン４入口の燃焼器９へ投入され、圧縮機
５からの空気６によって燃焼させられる。その燃焼ガス
１０は、ガスタービン４へ送られて発電機１１を駆動す
る。また、ガスタービン４の排ガス１２は排ガスボイラ
１３で熱回収された後、図示していない脱硝装置などの
環境装置を経て煙突から大気中へ排出される。

【０００４】一方、この排ガスボイラ１３に設けた水／
蒸気伝熱面１４及び前述したガス化炉３に設けた水／蒸
気伝熱面１５よりガス熱を回収して得た蒸気は、それぞ
れに関連する蒸気タービン又はこれらをまとめて投入す
る蒸気タービンへ送られて、蒸気タービン発電機を駆動
する。また、ガス化炉３での石炭ガス化の際に得られた
チャー１６はガス化炉３から排出されて廃棄される。

【０００５】なお、１７，１８はダンパである。また、
ガス化炉３を圧力容器２内に設置するのは次の理由によ
る。すなわち、ガス化ガス７は、脱塵、脱硫等のガス精
製を行った後ガスタービン４入口の燃焼器９へ投入され
るものであるため、ガス化ガス７、それ故ガス化炉３は
高い圧力を保持する必要がある。このとき、通常は、ガ
ス化炉３の壁面内外に大きな圧力差を生じさせないため
に、ガス化炉全体を大きな圧力容器２の中に設置してい
るものである。

【０００６】次に、図８は従来のガス化発電プラントの
他の例を示し、本例は石炭ガス化炉と加圧流動床燃焼炉
とを組合せたサイクルであって、ガス化炉３での石炭１
のガス化の際に得られたチャー１６が、圧力容器２１内
に設けられている加圧流動床燃焼炉２２へ投入され、ガ
スタービン４の圧縮機５からの空気６によって燃焼させ
られる。そして、その燃焼ガス２３はサイクロン２４で
粗脱塵され、それからガスクリーンアップシステム２５
で精密脱塵等が行われた後、ガスタービン４入口の燃焼
器９へ燃焼用空気として投入され、ガス化炉３より得た
ガス化ガス７を燃焼させ、その燃焼ガス１０がガスター
ビン４へ投入される。

【０００７】なお、２６はダンパ、２７は加圧流動床燃
焼炉２２に設けた水／蒸気伝熱面であり、この伝熱面２
７よりガス熱を回収して得た蒸気はその関連する蒸気タ
ービン又は他の水／蒸気伝熱面１４，１５で得られた蒸
気と一緒に投入する蒸気タービンへ送られる。また、そ
の他の構成は図７に示したものと同一であるので、同一
の部分には同一の符号を付して重複する説明は省略す
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】発電プラントの高効率
化を図るためには、燃料による入熱に対し発電プラント
より排出される排熱を少なくする必要がある。図７，図
８に示したようなガスタービン排ガス１２を用いて蒸気
を発生させる複合発電方式は、ガスタービン排ガス１２
の排熱を排ガスボイラ１３で有効に蒸気が保有する熱に
変換して発電を行う高効率化を図った発電方式である
が、蒸気タービンサイクルで蒸気を復水する際の排熱が
多大に存在する。したがって、ガスタービン発電プラン
トの高効率化を図るため、ガスタービン入口ガス１０の
温度の高温化を図っても、この場合、ガスタービン排ガ
ス１２の温度も上昇するため、蒸気タービンと組合せて
複合発電方式とした場合でも系外に排出する熱が多大と
なり、高効率化の度合は大きくない。よって、所定のガ
スタービン入口ガス温度を得るために必要なガス化ガス
投入量、それ故ガスタービンの燃料投入量を低減する手
段を図る必要がある。

【０００９】また、図８に示した従来例はガス化炉３で
生成したチャー１６を加圧流動床燃焼炉２２へ投入し、
そこで発生した高温ガス２２をガスタービン４入口の燃
焼器９へ投入するシステムであるが、この場合、加圧流
動床燃焼炉２２より得られる燃焼ガス２３は大量のばい
じん等を含むため、これをガスタービン４入口の燃焼器
９へ投入できる清浄なガスとするよう精密脱塵などのガ
スクリーンアップを行う必要がある。また、本システム
では、チャー１６を燃焼させる燃焼炉２２は加圧状態と
なるため、燃焼炉２２の壁面内外に大きな圧力差を生じ
させないために加圧流動床燃焼炉全体を大きな圧力容器
２１内に設置する必要がある。

【００１０】本発明は、以上述べた従来技術の課題を解
決するためになされたもので、所定のガスタービン入口
ガス温度を得るために必要なガスタービンの燃料投入量
を低減でき、またガス化炉で生成したチャーを燃焼する
燃焼炉を加圧状態とする必要がないと共にその燃焼ガス
を精密脱塵などのガスクリーンアップを行う必要がない
ガス化複合発電プラントを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の本発明は、ガス化炉で燃料をガス
化し、そのガス化ガスをガスタービン入口の燃焼器へ燃
料として投入するガス化発電プラントにおいて、前記ガ
ス化炉でのガス化の際に得られるチャーを常圧で燃焼す
る燃焼炉と、このチャー燃焼で発生した燃焼ガスにより
前記ガスタービン入口の燃焼器へ投入される酸化剤及び
前記ガス化炉へ投入される酸化剤の少なくとも一方を加
熱する熱交換器を設けたものである。

【００１２】また、請求項２記載の本発明は、ガス化炉
で燃料をガス化し、そのガス化ガスをガスタービン入口
の燃焼器へ燃料として投入するガス化発電プラントにお
いて、前記ガス化ガスをガス精製が可能な温度にまで低
減する際に得る熱量を前記ガスタービン入口の燃焼器へ
投入される酸化剤及び前記ガス化炉へ投入される酸化剤
の少なくとも一方に与える熱交換器を設けたものであ
る。

【００１３】更に、請求項３記載の本発明は、ガス化炉
で燃料をガス化し、そのガス化ガスをガスタービン入口
の燃焼器へ燃料として投入するガス化発電プラントにお
いて、前記ガス化ガスをガス精製が可能な温度にまで低
減する際に得る熱量をガス精製後のガス化ガスに与える
熱交換器を設けたものである。

【００１４】

【作用】請求項１記載の本発明によれば、ガスタービン
入口の燃焼器及び／又はガス化炉へ投入される酸化剤
（例えば圧縮空気）を、ガス化炉より得たチャーを燃焼
させたガスで加熱（予熱）することにより、所定のガス
タービン入口ガス温度を得るために必要なガス化ガス投
入量、それ故ガスタービンの燃料投入量を低減すること
ができる。また、チャーを常圧で燃焼するため、その燃
焼炉を圧力容器内に設置する必要はなく、更に該燃焼炉
のチャー燃焼により発生したガスをガスタービンへ投入
しないで煙突より排出することにより、高温の状態で精
密脱塵などのクリーンアップを行う必要もない。

【００１５】また、ガス化ガスの精製（脱硫、脱塵な
ど）を効果的に行うためにはガス化ガスの温度をある所
定温度以下にする必要があるが、請求項２記載の本発明
によれば、このガス化ガス精製が可能な温度にまで低減
する際に得る熱量を利用して、ガスタービン入口の燃焼
器及び／又はガス化炉へ投入される酸化剤を加熱し、ガ
スタービンの燃料投入量を低減することができる。

【００１６】更に、請求項３記載の本発明によれば、ガ
ス化ガスをガス精製が可能な温度にまで低減する際に得
る熱量をガス精製後のガス化ガスに与えることにより、
ガス精製時にはそれに必要なガス温度以下とし、ガス精
製後には再び温度を上げることによって、所定のガスタ
ービン入口ガス温度を得るために必要なガス化ガス投入
量、それ故ガスタービンの燃料投入量を低減することが
できる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て詳細に説明する。

【００１８】図１は、請求項１記載の本発明についての
一実施例を示し、図７，図８に示したものと同一の部分
には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

【００１９】本実施例によれば、ガス化炉３で石炭１を
ガス化する際に得られるチャー１６を、押込通風機３１
及び空気予熱器３２を経て供給されてくる空気３３によ
り常圧で燃焼する燃焼炉３４を設けている。そして、こ
の燃焼炉３４には空気伝熱面式の熱交換器３５を設け、
チャー１６の燃焼で発生した燃焼ガス３６により、ガス
タービン４の圧縮機５から燃焼器９へ投入される空気６
を加熱するようにしている。

【００２０】また、燃焼ガス３６は、該空気６を加熱し
た後、燃焼炉３４に設けた水／蒸気伝熱面３７及び前述
した空気予熱器３２や脱硝、脱硫、脱塵などの環境装置
を経て、煙突より大気中へ排出される。一方、該水／蒸
気伝熱面３７よりガス熱を回収して得た蒸気はその関連
する蒸気タービン又は他の水／蒸気伝熱面１４，１５で
得られた蒸気と一緒に投入する蒸気タービンへ送られ
る。なお、燃焼炉３４には、ガスタービン入口のガスク
リーンアップシステム８で回収されたチャーも投入され
る。

【００２１】以上述べたような熱交換器３５を設けて、
ガスタービン４入口の燃焼器９へ投入される空気６を、
ガス化炉３より得たチャー１６を燃焼させたガス３６で
加熱することにより、所定のガスタービン入口ガス温度
を得るために必要なガス化ガス投入量、それ故ガスター
ビンの燃料投入量を低減することができる。また、チャ
ー１６を常圧で燃焼するため、その燃焼炉３４を圧力容
器内に設置する必要はなく、更に該燃焼炉３４のチャー
燃焼により発生したガス３６をガスタービンへ投入しな
いで煙突より排出することにより、高温の状態で精密脱
塵などのクリーンアップを行う必要もない。

【００２２】また、本実施例において、ガス化炉３にお
ける水／蒸気伝熱面１５によるガス化ガス７の冷却量を
減らせば、所定のガスタービン入口ガス温度を得るため
に必要なガス化ガス投入量は更に低減する。そして、ガ
ス化ガス投入量はガス化を行う燃料、本実施例では石炭
１の投入量に支配されるため、ガス化ガス投入量の低減
に伴ない本実施例のサイクルへの燃料投入量が低下し、
プラント効率を上昇させることができる。

【００２３】更に、本実施例においては、チャー１６を
燃焼することによって得た熱量をガスタービン燃焼用空
気６に与えるため、水／蒸気系統に与える熱量が低下
し、復水器より放出される排熱も低下するためプラント
全体の効率も上昇する。

【００２４】次に、図２は図１に示した実施例の変形例
であり、図１中のガスタービン排ガス１２の全部をチャ
ー１６の燃焼用空気として燃焼炉３４へ投入するように
したものである。すなわち、ガスタービン排ガス１２中
の酸素濃度は燃料組成とガスタービン入口ガス温度によ
り左右されるが、ガスタービン入口ガス温度が１３００
℃級のときで１５％程度であり、ガスタービン排ガス１
２中には更に燃焼を行わせるための酸素量が十分に存在
するものである。そこで、本実施例はガスタービン排ガ
ス１２の全部を燃焼用空気としてチャー燃焼炉３４へ投
入し、これによりガスタービン排ガスボイラの設備を不
要とし、かつガスタービン排ガスが保有する熱量を全て
有効に利用することができる。

【００２５】また、通常、ガスタービン排ガス温度は高
い温度であり、チャー燃焼炉３４の排ガスの方が温度が
低くなるため、本実施例では、チャー燃焼炉投入空気と
してのガスタービン排ガスを空気予熱器３２等を用いて
予熱する必要はなくなる。

【００２６】更に、この場合、通常、ガス化炉３等より
回収されるチャー１６の量に対し、ガスタービン排ガス
１２の量が多大となり、チャーを投入するだけでは燃焼
ガス温度がかなり低下し、極端な場合には燃焼不安定が
発生する。そこで、本実施例では、チャー燃焼炉３４に
おける燃焼ガス３６の温度を圧縮機５出口空気６との熱
交換に必要十分な温度とするため、チャー燃焼炉３４に
新たに燃料を投入するようにしている。この燃料として
本実施例では石炭１を投入しているが、重質油等の燃料
を投入してもよい。

【００２７】なお、本実施例ではガスタービン排ガス１
２をそのままチャー燃焼炉３４へ投入しているが、必要
に応じ昇圧のための通風機を設置してもよい。

【００２８】次に、図３は図１に示した実施例の他の変
形例であり、図１中のガスタービン排ガス１２の一部を
ダンパ３８を経てチャー燃焼炉３４へ投入するようにし
たものである。すなわち、図２に示した実施例ではガス
タービン排ガス１２の全部をチャー燃焼炉３４へ投入し
ているが、本実施例では、ガス化炉３より得たチャー１
６の燃焼のために必要な量のガスタービン排ガス１２の
みを燃焼炉３４へ投入し、それ以外のガスタービン排ガ
ス１２はダンパ３９を経て排ガスボイラ１３へ投入して
熱回収を行った後、脱硝装置などの環境装置を経て煙突
より大気中へ排出するようにしたものである。

【００２９】なお、本実施例においても、チャー燃焼炉
３４において図２に示した実施例と同様に燃焼ガス温度
の上昇を狙って、燃焼炉３４に石炭などの燃料を追加投
入してもよい。これにより、本システムの運用上のフレ
キシビリティが増大する。

【００３０】次に、図４は請求項２記載の本発明につい
ての一実施例を示し、図７に示したものと同一の部分に
は同一の符号を付して重複する説明は省略する。

【００３１】本実施例は、ガス化炉３からのガス化ガス
７をガス精製が可能な温度にまで低減する際に得る熱量
を、ガスタービン４の圧縮機５から燃焼器９へ投入され
る空気６に与える鋼管式の熱交換器４１を設けたもので
ある。

【００３２】更に詳述すれば、石炭１などのガス化は高
温で行われ、そのガス化ガス７の精製（脱硫、脱塵な
ど）を効果的に行うためにはガス化ガスの温度をある所
定温度以下にする必要があるが、本実施例は鋼管式の熱
交換器４１を設け、ガス化ガス７をガス精製が可能な温
度にまで低減する際に得る熱量を利用して、ガスタービ
ン４入口の燃焼器９へ投入される空気６を加熱し、ガス
タービンの燃料投入量を低減するようにしたものであ
る。

【００３３】次に、図５は図４に示した実施例の変形例
であり、図４中の鋼管式熱交換器４１に代えて、ヒート
パイプ式の熱交換器４２を設けたものである。すなわ
ち、本実施例は、ガス化炉３からのガス化ガス７をガス
精製が可能な温度にまで低減する際に得る熱量を、ガス
タービン４の圧縮機５から燃焼器９へ投入される空気６
に与えるヒートパイプ式の熱交換器４２を設け、これに
よりガスタービンの燃料投入量を低減するようにしたも
のである。

【００３４】最後に、図６は請求項３記載の本発明につ
いての一実施例を示し、図７に示したものと同一の部分
には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

【００３５】本実施例は、ガス化炉３からのガス化ガス
７をガス精製が可能な温度にまで低減する際に得る熱量
を、ガス精製後、すなわちガスクリーンアップシステム
８を通過した後のガス化ガス７に与える熱交換器、本実
施例ではヒートパイプ式の熱交換器４３を設けたもので
ある。

【００３６】このような熱交換器４３を設けて、ガス化
ガスをガス精製が可能な温度にまで低減する際に得る熱
量をガス精製後のガス化ガスに与えることにより、ガス
精製時にはそれに必要なガス温度以下とし、ガス精製後
には再び温度を上げることによって、所定のガスタービ
ン入口ガス温度を得るために必要なガス化ガス投入量、
それ故ガスタービンの燃料投入量を低減することができ
る。

【００３７】なお、図１〜図６に示した各実施例では、
ガス化炉３で石炭１をガス化しているが、コークスなど
の他の固体燃料や重質油などの液体燃料のガス化の場合
にも、石炭の場合と同様にガス化炉及びその後流部より
未燃分であるチャー等が回収されるため、本発明の適用
を図ることができるものである。

【００３８】また、図１〜図６の各実施例ではガス化炉
３へ投入する酸化剤として圧縮機５で圧縮した空気６を
用いているが、ガス化ガスの発熱量を増大させるため、
この圧縮空気に代えて、酸素富化空気あるいは純酸素
（これらを総称して酸化剤という）を、圧縮機５からの
系統とは別の系統で与えてもよい。

【００３９】更に、図１〜図５の各実施例では、ガスタ
ービン４入口の燃焼器９へ投入される空気６を加熱して
いるが、これに代えてガス化炉３へ投入される空気６な
どの酸化剤を加熱しても、あるいはガス化炉３及びガス
タービン４入口の燃焼器９へ投入される空気６などの酸
化剤の両方を加熱しても、それぞれ同様な作用効果を得
ることができるものである。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１記載の本発
明によれば、ガスタービン入口の燃焼器及び／又はガス
化炉へ投入される酸化剤を、ガス化炉より得たチャーを
燃焼させたガスで加熱することにより、所定のガスター
ビン入口ガス温度を得るために必要なガス化ガス投入
量、それ故ガスタービンの燃料投入量を低減することが
できる。また、チャーを常圧で燃焼するため、その燃焼
炉を圧力容器内に設置する必要はなく、更に該燃焼炉の
チャー燃焼により発生したガスをガスタービンへ投入し
ないで煙突より排出することにより、高温の状態で精密
脱塵などのクリーンアップを行う必要もない。

【００４１】また、ガス化ガスの精製（脱硫、脱塵な
ど）を効果的に行うためにはガス化ガスの温度をある所
定温度以下にする必要があるが、請求項２記載の本発明
によれば、このガス化ガス精製が可能な温度にまで低減
する際に得る熱量を利用して、ガスタービン入口の燃焼
器及び／又はガス化炉へ投入される酸化剤を加熱し、ガ
スタービンの燃料投入量を低減することができる。

【００４２】更に、請求項３記載の本発明によれば、ガ
ス化ガスをガス精製が可能な温度にまで低減する際に得
る熱量をガス精製後のガス化ガスに与えることにより、
ガス精製時にはそれに必要なガス温度以下とし、ガス精
製後には再び温度を上げることによって、所定のガスタ
ービン入口ガス温度を得るために必要なガス化ガス投入
量、それ故ガスタービンの燃料投入量を低減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の本発明に係るガス化発電プラン
トの一実施例を示す系統図である。

【図２】同じく請求項１記載の本発明に係るガス化発電
プラントの他の実施例を示す系統図である。

【図３】同じく請求項１記載の本発明に係るガス化発電
プラントの更に他の実施例を示す系統図である。

【図４】請求項２記載の本発明に係るガス化発電プラン
トの一実施例を示す系統図である。

【図５】同じく請求項２記載の本発明に係るガス化発電
プラントの他の実施例を示す系統図である。

【図６】請求項３記載の本発明に係るガス化発電プラン
トの一実施例を示す系統図である。

【図７】従来のガス化発電プラントの一例を示す系統図
である。

【図８】同じく従来のガス化発電プラントの他の例を示
す系統図である。

【符号の説明】

１ 石炭（燃料） ３ ガス化炉 ４ ガスタービン ５ 圧縮機 ６ 空気（酸化剤） ７ ガス化ガス ８ ガスクリーンアップシステム ９ 燃焼器 １６ チャー ３４ 燃焼炉 ３５ 熱交換器 ３６ 燃焼ガス ４１ 熱交換器 ４２ 熱交換器 ４３ 熱交換器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガス化炉で燃料をガス化し、そのガス化ガ
   スをガスタービン入口の燃焼器へ燃料として投入するガ
   ス化発電プラントにおいて、前記ガス化炉でのガス化の
   際に得られるチャーを常圧で燃焼する燃焼炉と、このチ
   ャー燃焼で発生した燃焼ガスにより前記ガスタービン入
   口の燃焼器へ投入される酸化剤及び前記ガス化炉へ投入
   される酸化剤の少なくとも一方を加熱する熱交換器を設
   けたことを特徴とするガス化発電プラント。
2. 【請求項２】ガス化炉で燃料をガス化し、そのガス化ガ
   スをガスタービン入口の燃焼器へ燃料として投入するガ
   ス化発電プラントにおいて、前記ガス化ガスをガス精製
   が可能な温度にまで低減する際に得る熱量を前記ガスタ
   ービン入口の燃焼器へ投入される酸化剤及び前記ガス化
   炉へ投入される酸化剤の少なくとも一方に与える熱交換
   器を設けたことを特徴とするガス化発電プラント。
3. 【請求項３】ガス化炉で燃料をガス化し、そのガス化ガ
   スをガスタービン入口の燃焼器へ燃料として投入するガ
   ス化発電プラントにおいて、前記ガス化ガスをガス精製
   が可能な温度にまで低減する際に得る熱量をガス精製後
   のガス化ガスに与える熱交換器を設けたことを特徴とす
   るガス化発電プラント。