JPH07286186A

JPH07286186A - 石炭ガス化発電プラント

Info

Publication number: JPH07286186A
Application number: JP6081276A
Authority: JP
Inventors: Narihisa Sugita; 成久杉田; Atsushi Morihara; 森原　　淳; Zensuke Tamura; 善助田村; Toshihiko Sasaki; 俊彦佐々木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-04-20
Filing date: 1994-04-20
Publication date: 1995-10-31
Also published as: CN1041108C; CN1112155A

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、石炭ガス化発電プラントにお
いて石炭ガス化炉を安定に運転した上で、酸素製造に必
要な所内動力を低減させ発電効率を向上させる系統を提
供することにある。【構成】石炭ガス化炉内部に高さの異なる複数の酸化剤
供給系統を設け、炉内温度を下部で石炭灰を溶融する以
上に高くし、上部では溶融しないよう低くするように炉
内温度を制御する手段として、スラグタップ最も近い酸
化剤供給系統から供給される酸化剤の酸素濃度を、他の
酸化剤供給系統から供給される酸化剤の酸素濃度より高
くする。【効果】本発明によれば、石炭ガス化発電プラントにお
いて石炭ガス化炉内で石炭灰をスラグ化するに必要な温
度を確保しガス化炉を安定に運転した上で、ガス化に必
要な酸素量を減少させることができるので、酸素製造に
必要な所内動力を低減させ発電効率を向上させることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は石炭ガス化炉を用い石炭
をガス化し、ガス化した燃料ガスをガスタービンに供給
し、発電を行う石炭ガス化発電プラントに関し、特に石
炭中の灰分を溶融しスラグ状とし、このスラグ状灰分を
ガス化室下方にスラグタップを介して抜き出す流層ガス
化炉を安定に運転すると共にプラント効率を高める石炭
ガス化発電プラントの系統に関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭ガス化炉には、固定層，流動層，噴
流層等の形式があるが、発電プラント用の石炭ガス化炉
としては、主に石炭灰を溶融しガス化を行う噴流層炉が
世界各国で開発されている。噴流層炉は、石炭を微粉化
し、水，蒸気，窒素，二酸化炭素，ガス化燃料ガス等の
ガスにより輸送しガス化炉に供給する。微粉炭が、ガス
化炉に噴出される部分にはバーナが設けられ、このバー
ナには石炭をガス化するのに必要な酸化剤が同時に供給
されるようになっている。噴流層炉によりガス化が行わ
れる基本原理は、バーナからガス化炉に供給した石炭と
酸化剤が反応し、その反応により発生した熱により高温
状態になり、石炭中に含まれる灰が溶融し、スラグ状に
なった灰が分離されると同時に、ガス化反応がおこり、
一酸化炭素，水素およびメタンなどで構成される可燃性
燃料ガスを発生させるものである。噴流層炉ではガス化
炉内に、石炭中の灰分を溶融させるために必要な高い温
度の領域（１０００℃以上、石炭の種類により異な
る。）をガス化燃料の原燃料である石炭の燃焼によって
作り出す必要がある。灰の溶融温度が高い石炭ほど燃焼
反応を多くすることによって高温にしなければならな
く、このため石炭が持つエネルギの顕熱への変換率が多
くなり、石炭ガス化燃料としての発熱量は低下すること
になる。

【０００３】石炭中灰分の溶融を容易にするため炉の温
度を高温化するためには、酸化剤として酸素を用いるこ
とが一般的であるが、ガス化炉における酸素の使用量が
増加すると酸素を空気より分離製造するための動力が大
きくなり、発電プラントとしての効率は低下することに
なる。

【０００４】石炭ガス化炉において生じるもう一方の問
題は、溶融しスラグ状になった灰がガス化した燃料ガス
によって運ばれ炉内壁や下流の熱交換器等に付着するこ
とである。スラグの付着を防止する一つの方法は燃料ガ
ス温度を低下させスラグを固化し付着しにくくすること
である。

【０００５】これらの問題を解決するため、ガス化炉内
に微粉炭と酸化剤を上下方向に分割して供給し、微粉炭
と酸化剤の混合比を変えることにより炉内温度を変化さ
せる方法があり、これらについては、特公平4−72877号
公報に記載されている。また、電気新聞（平成６年３月
１４日）の記事には、水素製造用石炭ガス化炉において
灰分の溶融温度にあわせ、炉内の上下バーナ間温度差を
大きく取り、上部では灰は溶けず、下部で溶けて流下す
るように温度を制御することによって連続運転する方法
が報告されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来例にはガス化炉のガス化プロセスに関する記載はあ
るが、ガス化炉をガスタービンその他発電機器と組み合
わせ発電するための石炭ガス化発電プラント系統に関す
る記載はない。

【０００７】さらに、これら従来例では炉内上下の温度
差をつける手段としてバーナを上下に設置し、バーナに
供給する微粉炭と酸素の混合比を上下で変えることによ
り行っているが、この方法では微粉炭処理量当たりの酸
素使用量（酸素製造プラントで製造される酸素）を低減
できる効果はなく、酸素製造に必要な所内動力を低減で
きない欠点がある。

【０００８】本発明の目的は、石炭ガス化発電プラント
において石炭ガス化炉を安定に運転した上で、酸素製造
に必要な所内動力を低減させ発電効率を向上させる系統
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、石炭ガス化
炉内部に高さの異なる複数の酸化剤供給系統を設け、炉
内温度を下部で石炭灰を溶融する以上に高くし、上部で
は溶融しないよう低くするように炉内温度を制御する手
段として、スラグタップ最も近い酸化剤供給系統から供
給される酸化剤の酸素濃度を、他の酸化剤供給系統から
供給される酸化剤の酸素濃度より高くすることによって
達成する。

【００１０】

【作用】石炭ガス化炉における主な反応は、以下の式で
表される。

【００１１】石炭→（チャー，Ｈ₂，ＣＯ，ＣＯ₂，ＣＨ₄） …（１）チャー＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋Ｈ₂…（２）チャー＋ＣＯ₂→２ＣＯ …（３）（石炭，チャー）＋Ｏ₂→ＣＯ＋ＣＯ₂…（４）ここで、チャーとは石炭中の揮発分が分離した後の残留
炭素を示す。ガス化反応は最初（１）式の熱分解反応に
より生じた揮発分が周囲の酸素と反応しＣＯ₂やＨ₂Ｏ
を生成し、大量の熱を発生する。この揮発分の燃焼が終
了してもなお酸素が存在する場合に（４）式によりチャ
ーが燃焼する。ここで生成された高温のＣＯ₂やＨ₂Ｏが
チャーと接触し（２),（３）式で示した反応が進行す
る。

【００１２】以上の反応過程が終了した時点でさらに残
留したチャーがガス化された燃料と共に炉外へ排出さ
れ、サイクロン，フィルター等によって分離され再度ガ
ス化炉内部に供給される。

【００１３】ガス化炉に供給された石炭とチャーは、酸
化剤中の酸素(Ｏ₂）により（４）式の反応を生じ発熱
し、この熱により石炭は（１）式の熱分解反応を生じ、
さらに（２）式および（３）式の反応により可燃性燃料
ガスを発生する。（４）式以外は吸熱反応であり、酸素
の供給量により（４）式の反応を制御し、反応温度を変
えることができる。

【００１４】スラグをガス化室下部に設けたスラグ冷却
室にスラグタップを通して抜き出すためには、スラグタ
ップ近傍を石炭中の灰がスラグ化する温度以上にすれば
よい。このため、ガス化室に酸化剤を供給する複数の系
統の中でスラグタップに最も近い酸化剤供給系統の酸素
量を供給する石炭量に対して高くすることにより、
（４）式の反応を進ませ、スラグタップ近傍で最も温度
の高い領域を作り、これによって石炭中の灰分を安定的
に溶融し流動化させるようにしたのが従来の方式（特公
平4−72877号、電気新聞（平成６年３月１４日））であ
る。しかしながら、この方式では酸化剤と石炭の比率を
変えて供給するだけで、酸素（酸素製造プラントで製造
される酸素）の使用量を低減できる効果はなく、酸素製
造に必要な動力を低減できる効果はない。

【００１５】本発明によれば、スラグタップ近傍からは
なれた酸化剤供給系から供給される酸化剤の酸素濃度を
低くすることによって、（４）式の反応を抑制し、
（１）式から（３）式を進ませ、従来例と同様な効果を
得ることができる上に酸化剤中の酸素濃度を低下させて
いる希釈ガスの顕熱を上昇させるため余分の熱量が必要
となり、この酸化剤供給系近くのガス化室温度は従来例
よりさらに低下させることができる。このためガス化室
上方ではスラグは固化することになり、炉内に付着しに
くくすることができる。

【００１６】また、酸素（酸素製造プラントで製造され
る酸素）は最低限スラグタップ近傍の酸化剤供給系のみ
の供給量ですみ、他の酸化剤としては空気，低濃度酸素
（空気と酸素の混合ガス，酸素と不活性ガス（窒素，水
蒸気）の混合ガス）が利用できるため、酸素の使用量は
低減し酸素製造に必要な動力を減少できる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。

【００１８】ガスタービン装置は、ガスタービン圧縮機
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、ガスタービン圧縮機１入口にはガスター
ビン入口空気配管５０が、ガスタービン３出口には燃焼
排ガス管５５が設置されている。

【００１９】石炭ガス化炉５は、ガス化室６５とガス化
室６５下部に設けたスラグ冷却室６６およびガス化室６
５上部に設けたガス冷却装置６９で構成される。ガス化
室６５とスラグ冷却室６６の間には、ガス化室６５とス
ラグ冷却室６６を貫通する孔を設けたスラグタップ６７
が設置されている。ガス化室６５とガス冷却装置６９の
間はガス化室６５の断面積より断面積が少ないガス絞り
部７０で仕切られている。ガス化室６５には高さの異な
る２系統の酸化剤供給系統が接続されており、スラグタ
ップ６７に近い位置には第１酸化剤供給系１０１が設置
され、ガス化室６５との接点となる第１酸化剤供給系１
０１の先端にはノズルが取り付けられている。このノズ
ルには、第１酸化剤供給系１０１だけでなく石炭供給Ａ
系６０が接続される。第１酸化剤供給系１０１の上方に
は第２酸化剤供給系１０２が設置され、ガス化室６５と
の接点となる第２酸化剤供給系１０２の先端にもノズル
が取り付けられている。このノズルには第２酸化剤供給
系１０２だけでなく石炭供給Ｂ系６１が接続される。

【００２０】スラグ冷却室６６内には冷却水６８が貯え
てあり、その底部にはスラグ排出管５２が設置されてい
る。

【００２１】酸素製造プラント１０には、空気圧縮機１
２からの空気配管が接続されている。酸素製造プラント
１０からでた酸素配管は酸素圧縮機１１を経て酸素供給
管５８に接続され、酸素供給管５８は第１酸化剤供給系
１０１に接続される。また、酸素製造プラント１０から
でた窒素配管は、窒素圧縮機１３を経て高圧窒素供給管
６４に接続される。高圧窒素供給管６４は石炭供給窒素
Ａ系６２と石炭供給窒素Ｂ系６３に別れ、石炭供給窒素
Ａ系６２は石炭供給Ａ系６０に接続し、石炭供給窒素Ｂ
系６３は石炭供給Ｂ系６１に接続される。

【００２２】ガスタービン圧縮機１の出口には抽気空気
配管５１が設けられ、ブースト圧縮機５９を経て第２酸
化剤供給系１０２に接続される。

【００２３】ガス冷却装置６９内には石炭ガス化炉蒸発
器３８が設けてあり、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ー６に接続さ
れ、粗製燃料ガス熱回収ボイラー６にも蒸発器３９、さ
らにエコノマイザー３６，過熱器４０が設置される。粗
製燃料ガス熱回収ボイラー４０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からの精製燃料ガス供給管５４は再びガ
ス＝ガス熱交換器７に入り、ガスタービン燃料配管９を
通りガスタービン装置の燃焼器２に接続される。

【００２４】ガスタービン３から燃焼排ガス管５５が、
排熱回収ボイラー１４に接続され、排熱回収ボイラ１４
出口には燃焼排ガス排出管５６が接続される。排熱回収
ボイラー１４には、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，再熱器４
６，加圧ポンプ２３が設置されている。

【００２５】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ー１４内の低圧エコノマ
イザー３０に接続される。低圧エコノマイザー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
エコノマイザー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出口から粗製燃料ガス
熱回収ボイラー６のエコノマイザー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、この過熱器の
途中には、粗製燃料ガス熱回収ボイラー６の過熱器４０
からの配管が接続される。

【００２６】粗製燃料ガス熱回収ボイラー６のエコノマ
イザー３６の出口は高圧ドラム３７につながり、このド
ラムからはガス化炉５内の蒸発器３８及び、粗製燃料ガ
ス熱回収ボイラー６の蒸発器３９に接続されると同時
に、過熱器４０に接続される。排熱回収ボイラー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
ー１４内の再熱器４６へ配管が接続される。また、この
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１５，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。

【００２７】以下、本実施例の動作を説明する。

【００２８】酸素製造プラント１０には空気圧縮機１２
によって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を用いて圧縮動力の
低減を計っている。空気圧縮機１２を出た高圧空気は酸
素製造プラント１０内で酸素と窒素に分離され、酸素製
造プラント１０出口では、酸素と窒素が得られる。発電
用のガス化では、製鉄などの産業用酸素濃度ほど純粋な
酸素濃度は必要でなく約９５％以上の酸素濃度で十分で
あり、本発明中での酸素とは、この高酸素濃度（約９５
％以上）のガスを示す。

【００２９】酸素製造プラント１０で空気より分離され
た窒素ガスは、窒素圧縮機１３で昇圧され高圧窒素供給
管６４を通って石炭供給窒素Ａ系６２と石炭供給窒素Ｂ
系６３に分けられる。石炭供給窒素Ａ系６２を流れる窒
素ガスは、石炭供給Ａ系６０内の微粉炭を搬送し、第１
酸化剤供給系１０１先端のノズルに供給される。酸素製
造プラント１０で空気と分離された酸素は、酸素圧縮機
１１で昇圧され酸素供給管５８を通って第１酸化剤供給
系１０１に供給され第１酸化剤供給系101先端のノズル
にて微粉炭と混合しガス化室６５に噴射される。

【００３０】石炭供給窒素Ｂ系６３を流れた窒素ガス
は、石炭供給Ｂ系６１内の微粉炭を搬送し、第２酸化剤
供給系１０２先端のノズルに供給する。このノズルへは
ガスタービン圧縮機１出口から抽気空気配管５１を通っ
て抽気し、ブースト圧縮機５９で昇圧された空気が第２
酸化剤供給系１０２を通って供給され、ノズル部分で微
粉炭と混合しガス化室６５に噴射される。

【００３１】ガス化室６５内では、第１酸化剤供給系１
０１先端のノズルから供給された酸素と微粉炭が反応す
る。酸素濃度が高いため（４）式の酸化反応が進み発熱
し、（１),（２),（３）式の反応により微粉炭をガス化
すると同時に、微粉炭中に含まれる灰を溶かしスラグ状
にする。スラグとなった灰は、スラグタップ６７を通っ
てスラグ冷却室６６の底部に溜めてある冷却水６８中に
落下し、急冷により破砕される。この図には示していな
いが一般に冷却水６８中には、固化し破砕されたスラグ
をさらに微細にする破砕機があり、固化したスラグをさ
らに細かくする。細かくなったスラグは、スラグ排出管
５２から石炭ガス化炉５外部へと排出される。

【００３２】第１酸化剤供給系１０１上部の第２酸化剤
供給系１０２から供給された微粉炭と空気は、第１酸化
剤供給系１０１から供給された微粉炭と酸素の反応熱を
受けガス化反応を起こすが、酸素濃度が低く酸素量が不
足するため（４）式の反応より（１）〜（３）式の反応
が進む。さらに空気中には不活性な窒素ガスが含まれて
おり、この窒素ガスの顕熱も高める必要があるため温度
は下部と比較し低くなる。したがって、石炭中の灰は溶
融することができなくガス化室６５下部に落ちるか、ガ
ス化された粗製ガスに運ばれガス絞り部７０を通ってガ
ス冷却装置６９に運ばれる。

【００３３】ガス化室６５下部に落ちた灰は、下部が高
温であるため溶融しスラグとなる。ガス冷却装置６９に
入った灰は、石炭ガス化炉蒸発器３８や炉内部に付着し
たりするが、温度が低いことにより、容易に剥離でき
る。粗製ガスに運ばれガス化炉外に運びだされた灰は、
ここには示していないが、サイクロンやフィルターによ
り粗製ガスと分離される。

【００３４】また、ガス化室６５からは未反応なチャー
が発生し、粗製ガスによってガス絞り部７０，ガス冷却
装置６９を通ってガス化炉外部に排出されるが、このチ
ャーもサイクロンやフィルターにより粗製ガスと分離さ
れ、再度ガス化室６５に供給されるのが一般的である
が、この実施例には示していない。

【００３５】ガス化炉５でつくられた粗製ガスは温度が
高いため粗製燃料ガス熱回収ボイラー６におくられ排熱
回収ボイラー１４の加圧ポンプ２３から送られた高圧給
水をボイラー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。

【００３６】粗製燃料ガス熱回収ボイラー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を出て精製燃料ガス供給管５４を通ってきた精製燃料
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。

【００３７】ガス精製装置８を出て精製燃料ガス供給管
５４を通ってき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ガスタービン燃料配管９を通
ってガスタービン燃焼器２に供給され燃焼する。

【００３８】ガスタービン装置では、ガスタービン入口
空気配管５０を通って空気がガスタービン圧縮機１に吸
入され昇圧され燃焼器２に送られる。ガスタービン圧縮
機１出口には抽気空気配管５１が設置され、空気を第２
酸化剤供給系１０２に抽気する。燃焼器２に送られた空
気は、ガスタービン燃料配管９を通ってきた燃料ガスを
燃焼させ高温の燃焼ガスを発生させる。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
を発生する。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を駆動し電力を発生する。ガスタービン
を出た燃焼ガスは燃焼排ガス管５５を通って、排熱回収
ボイラー１４に供給される。

【００３９】排熱回収ボイラー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、低圧エコノマイザー３０に供給し、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を通して加
熱，蒸発，過熱を行い、過熱蒸気を高圧蒸気タービン１
５に供給する。低圧エコノマイザー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
ザー３３及び粗製燃料ガス熱回収ボイラー６のエコノマ
イザー３６に送られる。

【００４０】過熱器４５の途中では、粗製燃料ガス熱回
収ボイラー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。各蒸気タービンで発生した動力により蒸気タービン
発電機１８が駆動され電力を発生する。

【００４１】排熱回収ボイラー１４を出た燃焼排ガスは
燃焼排ガス排出管５６を通って外部に排出される。

【００４２】図９は、図１の実施例においてガス化炉
５，酸素製造プラント１０の関係をより詳細に示したも
のである。この実施例の酸素製造プラント１０は高圧及
び低圧からなる二塔式精留塔を備えた方式である。この
方式による酸素製造の原理を以下簡単に説明する。

【００４３】外部の空気を空気圧縮機１２で約６ata に
圧縮し供給する、圧縮された空気は吸着塔９０１に送ら
れる。吸着塔９０１では、空気中の水分及び二酸化炭素
を吸着し空気より分離する。吸着塔９０１をでた空気は
空気熱交換器９０２で外部に排出される低温の酸素や窒
素と熱交換を行い約−１７０℃の液体空気９０３となり
精留塔高圧部９０４に供給される。二塔式精留塔は、下
塔が高圧部９０４，上塔が低圧部９１１になっている。
精留塔高圧部９０４内の圧力は５.７ataで、供給された
液体空気９０３は、酸素と窒素の沸点差により、上部に
低沸点成分である窒素ガスが、下部に高沸点成分である
酸素を多く含んだ液体空気が分離する。窒素ガスは精留
塔高圧部９０４上部に設けられた精留塔熱交換器９１２
に入り、精留塔低圧部９１１下部と熱交換を行い精留塔
低圧部９１１下部の液体酸素に熱を与え蒸発させると共
に冷却され凝縮し液体窒素となる。

【００４４】精留塔高圧部９０４からは、液体空気配管
９０５により液体空気が、液体窒素配管９０６により液
体窒素が抜き出され、低温熱交換器９０７において精留
塔低圧部９１１から廃窒素配管９０９を通り抜き出され
た不純窒素により冷却された後、約１.３ataに減圧され
精留塔低圧部９１１に供給される。精留塔低圧部911で
は酸素と窒素の沸点差により分離が行われ、上部から低
沸点媒体である窒素ガス（高濃度の窒素ガス、一般には
酸素１％以下）および不純窒素ガス（数％の酸素を含む
窒素ガス）が、下部から高沸点媒体である酸素ガスを発
生する。この酸素ガスは、酸素ガス配管９０８を通り、
空気熱交換器９０２で空気を冷却し酸素製造プラント１
０外に排出される。この酸素ガスは、ほぼ常圧（１.０
３ata）であり、酸素圧縮機１１に送られ石炭ガス化炉
５のガス化室６５に供給可能な圧力に昇圧され酸素供給
管５８から第１酸化剤供給系１０１に供給される。

【００４５】窒素ガスは窒素配管９１０を通って低温熱
交換器９０７に入って他の媒体を冷却し、さらに空気熱
交換器９０２で空気を冷却した後酸素製造プラント１０
外に設置した窒素圧縮機１３に送られ昇圧され高圧窒素
供給管６４を通って石炭供給窒素Ａ系６２と石炭供給窒
素Ｂ系６３に分けられ、石炭供給窒素Ａ系６２を通って
供給された窒素ガスは石炭供給Ａ系６０に供給された石
炭を搬送しガス化室６５に供給し、石炭供給窒素Ｂ系６
３を通って供給された窒素ガスは石炭供給Ｂ系６１に供
給された石炭を搬送しガス化室６５に供給する。

【００４６】不純窒素ガスは、廃窒素配管９０９を通り
低温熱交換器９０７で他の媒体を冷却し、さらに空気熱
交換器９０２で空気を冷却した後吸着塔９０１に入り、
吸着塔９０１内で吸着された水分及び二酸化炭素を脱着
させ酸素製造分離プラント１０系外に排出される。

【００４７】このように酸素製造プラントでは、常圧の
酸素を得るために空気を約６ataまで空気圧縮機により
昇圧しなければならないため、大きな動力を必要とす
る。

【００４８】石炭ガス化炉５のガス化室６５は、断熱層
９２０で覆われ、断熱層９２０内には冷却のために水冷
壁９２１が配置されている。スラグ冷却室６６内の冷却
水６８は、冷却水供給管９２２からの供給水により循環
されている。

【００４９】第１酸化剤供給系１０１および空気供給管
２０２は、それぞれガス化室６５の側面に複数配置され
たノズルを持ち、ガス化室６５の反応時間を長くするた
め、第１酸化剤供給系１０１に供給された酸素と石炭，
空気供給管２０２に供給された空気と石炭が、それぞれ
のノズルによりそれぞれ旋回され供給される。

【００５０】本実施例によれば、ガス化炉ないスラグタ
ップ近くの温度を石炭灰をスラグ化する温度以上に保つ
ことができ、炉の安定な運転を可能にできると同時に、
酸素の使用量を低減することができ、酸素製造に必要な
動力が減少するためプラントの発電効率を高めることが
できる。

【００５１】さらに、酸化剤として空気を利用すること
によってガス化燃料中に、酸化剤として供給された空気
中の窒素が残り、酸化剤として酸素を利用する場合と比
較しガス化燃料の発熱量は低下することになり、ガスタ
ービン燃焼器において燃焼時に発生するＮＯｘ量を低減
できる効果がある。

【００５２】また、本実施例および以下の実施例では、
簡単のため酸化剤供給系統を２系統としているが、高さ
方向に異なる酸化剤供給系統を３系統以上にした場合で
あっても本発明の効果が得られることは明らかであろ
う。系統を増加するとシステム機器が増えて複雑になる
反面、ガス化室内の温度をそれぞれの系統から供給され
る酸素濃度により制御できる。

【００５３】本実施例では、酸素製造プラントとして二
塔式のものを例として説明したが、他の方式，一塔式，
高圧方式，膜分離方式などによる酸素製造プラントであ
っても本発明が適用できる。

【００５４】本発明の他の実施例を図２に示す。図２の
実施例が図１の実施例と異なるのは、図１では第２酸化
剤供給系１０２へガスタービン圧縮機１出口から抽気空
気配管５１を設けていたのに対して、補助空気圧縮機２
０１を新たに設け、補助空気圧縮機２０１出口から第２
酸化剤供給系１０２に空気供給管２０２を接続した点で
ある。

【００５５】補助空気圧縮機２０１は、空気を昇圧し空
気供給管２０２を通して第２酸化剤供給系１０２に供給
する。第２酸化剤供給系１０２の先端に取り付けられた
ノズルでは、この空気と石炭供給窒素Ｂ系６３を通って
供給された窒素ガスにより搬送された微粉炭が混合しガ
ス化室６５に噴射される。

【００５６】この実施例では、図１の実施例の効果に加
えて、ガス化炉への酸化剤供給系とガスタービン系を独
立にできるため運用性が向上すると共に、同じガスター
ビン圧縮機を用いた図１の実施例と比較し、補助空気圧
縮機２０１によりガス化炉に供給される空気流量の分ガ
スタービンの流量が増加し、発電プラントの出力を増加
できる効果がある。

【００５７】本発明の他の実施例を図３に示す。図３の
実施例が図２の実施例と異なるのは、図３の実施例では
図２の実施例に加えて空気供給管２０２の途中から補助
燃料空気供給管３０１を分岐し、スラグ冷却室６６に接
続し、さらにスラグ冷却室６６に補助燃料供給管３０２
を接続している点である。

【００５８】ガス化炉の起動時には、ガス化炉内部を微
粉炭が反応する温度以上に高める必要があると同時に、
スラグタップの温度もスラグが固化しない温度以上に高
める必要があり、従来では起動時にスラグタップ下部よ
り補助燃料によって予熱し、昇温することが行われてい
た。酸素酸化のガス化炉では、発電プラント内にこの補
助燃料を酸化するための空気圧縮機を備えていないた
め、酸化剤として酸素製造プラントにて製造された酸素
を用いていた。このため、酸素製造プラントの起動以前
にガス化炉の起動を行うことができず、プラントの起動
時間が長くなっていた。この実施例によれば、ガス化炉
の起動時に補助空気圧縮機２０１により補助燃料供給管
３０２を通して空気を供給し、補助燃料供給管３０２か
ら供給される補助燃料を燃焼させることができる。炉の
昇温が完了した後には、補助空気圧縮機２０１からの空
気は第２酸化剤供給系１０２に供給される。

【００５９】本実施例によれば、プラント起動時に酸素
製造プラント１０の起動を待つことなしに、石炭ガス化
炉５を昇温することができ、発電プラント全体としての
起動時間を短縮できる効果がある。

【００６０】本発明の他の実施例を図４に示す。図４の
実施例では図１の実施例に加えて、酸素製造プラント１
０より窒素供給管４０１をガスタービン入口空気配管５
０に接続してある。

【００６１】空気の約２１％（体積比）が酸素であり、
残りはほとんど窒素である。したがって、酸素製造プラ
ント１０で製造された酸素の約４倍の窒素が酸素製造プ
ラント１０で余剰になる。そのうちの一部は窒素圧縮機
１３によって昇圧され、微粉炭の搬送用として使われる
が、大部分は外部に捨てられる。図４の実施例では酸素
製造プラント１０からガスタービン入口空気配管５０に
窒素供給管４０１を設置し、酸素製造プラント１０で余
剰となった窒素ガスを窒素供給管４０１を通してガスタ
ービン入口空気配管５０に供給し、ガスタービン入口空
気配管５０内で空気と混合し、ガスタービン圧縮機１で
昇圧し燃焼器２に供給する。

【００６２】本実施例によれば、燃焼器２に供給される
空気の酸素濃度を窒素の希釈により低減でき、燃焼器２
において発生するＮＯｘを低減できる効果がある。

【００６３】本発明の他の実施例を図５に示す。図５の
実施例では図１の実施例に加えて、粗製ガス熱回収ボイ
ラ６の過熱器４０から排熱回収ボイラ１４の過熱器４５
に蒸気を供給する配管から、蒸気供給配管５０１を分岐
して、この蒸気供給配管５０１を第２酸化剤供給系１０
２に接続している。

【００６４】粗製ガス熱回収ボイラ６の粗製ガス熱回収
ボイラー過熱器４０で発生した過熱蒸気が蒸気供給配管
５０１を通して第２酸化剤供給系１０２に供給され抽気
空気配管５１を通って供給された空気と混合し、第２酸
化剤供給系１０２から供給される酸化剤の酸素濃度をさ
らに低下させることができる。

【００６５】本実施例では、第２酸化剤供給系１０２か
ら水蒸気が供給され（２）式の反応が進み水素および一
酸化炭素の発生量が多くなるため、ガス化炉の冷ガス効
率が高くなり発電プラントの効率をより向上させる効果
がある。

【００６６】本発明の他の実施例である図６では、図１
の実施例に加えて、排熱回収ボイラ１４の加圧ポンプ２
３出口から高圧給水配管６０１を設置し、高圧給水配管
６０１を第２酸化剤供給系１０２に接続している。

【００６７】排熱回収ボイラ１４の低圧エコノマイザ−
３０で昇温され、加圧ポンプ２３で高圧となった高圧給
水が高圧給水配管６０１を通って第２酸化剤供給系１０
２に供給され、第２酸化剤供給系１０２合流部では、高
圧給水は急激に圧力降下し、フラッシュしブースト圧縮
機５９を出た空気と混合することによって図５の実施例
と同様に酸化剤の酸素濃度を低下させることができる。

【００６８】本実施例では、図５の実施例と比較し、高
圧蒸気に変わり高圧給水を供給することができるため、
より効率を向上させることができる。

【００６９】本発明の他の実施例を図７に示す。この実
施例では、図１の実施例に加え、酸素製造プラント１０
から窒素供給配管７０２を抽気空気配管５１に接続し、
窒素供給配管７０２上に窒素ブースト圧縮機７０３を設
置している。また、ガスタービン圧縮機１出口から酸素
製造プラント１０に空気分離装置用抽気空気配管701を
設置してある。

【００７０】酸素製造プラント１０で酸素を製造するた
めの原料空気はガスタービン圧縮機１出口から空気分離
装置用抽気空気配管７０１を通して抽気する。酸素製造
プラント１０出口の空気は高圧であるため、酸素製造プ
ラント１０を高圧化し出口で加圧された酸素および窒素
を得ることができる。酸素製造プラント１０で余剰とな
った窒素ガスは、窒素供給配管７０２を通って窒素ブー
スト圧縮機７０３で昇圧されたのち抽気空気配管５１に
供給され、ブースト圧縮機５９を流れてきた抽気空気と
混合する。酸素製造プラント１０からの余剰窒素ガスの
混合により第２酸化剤供給系１０２から供給される酸化
剤の酸素濃度はより低下することになる。

【００７１】本実施例によれば、酸素製造プラント１０
の余剰窒素をガス化燃料ガス中に混合することができ、
ガスタービン燃料としてガスタービン燃料配管９から燃
焼器２へ供給される燃料ガスの発熱量を低減できるの
で、燃焼器２におけるＮＯｘ低減させる効果がある。

【００７２】本発明の他の実施例を図８に示す。この実
施例は、比較的低温度で溶融可能な灰を持つ石炭に対す
る本発明の実施例を示したものである。低温度で溶融可
能な灰を持つ石炭をガス化する場合には、炉内の最大温
度を灰の溶融温度まで低くすれば良いため酸化剤として
高濃度の酸素を用い高温にする必要はない。

【００７３】図８の実施例が図１に示した実施例と異な
る点を以下に示す。

【００７４】ガスタービン圧縮機１出口に設けられた抽
気空気配管５１は、ブースト圧縮機５９出口で空気供給
管Ａ８０２と空気供給管Ｂ８０３に分岐される。空気供
給管Ａ８０２は第１酸化剤供給系１０１に接続される。
空気供給管Ａ８０２の途中には酸素製造プラント１０か
ら、酸素圧縮機１１を経由し、高圧酸素配管８０１が接
続される。空気供給管Ｂ８０３は、第２酸化剤供給系１
０２と接続される。

【００７５】ガスタービン圧縮機１出口で抽気され抽気
空気配管５１を流れブースト圧縮機５９にて昇圧された
空気は、空気供給管Ａ８０２および空気供給管Ｂ８０３
に分岐され、空気供給管Ｂ８０３はガス化室６５上方に
位置した第２酸化剤供給系１０２と接続され、空気供給
管Ａ８０２はガス化室６５のスラグタップ６７近くの第
１酸化剤供給系１０１に供給される。酸素製造プラント
１０で製造された酸素は酸素圧縮機１１で昇圧され高圧
酸素配管８０１を通って空気供給管Ａ８０２で空気と混
合し第１酸化剤供給系１０１からガス化室６５に供給さ
れる。高圧酸素配管８０１からの酸素の混合によって第
１酸化剤供給系１０１から供給される酸化剤の酸素濃度
は高められ、スラグタップ６７近傍での炉内温度を上昇
させることができる。

【００７６】本実施例によれば、比較的溶融温度の低い
灰を持つ石炭のガス化を行うとき、使用する酸素量を最
少に抑えることができ、発電プラントの効率を高める効
果がある。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、石炭ガス化発電プラン
トにおいて石炭ガス化炉内で石炭灰をスラグ化するに必
要な温度を確保しガス化炉を安定に運転した上で、ガス
化に必要な酸素量を減少させることができるので、酸素
製造に必要な所内動力を低減させ発電効率を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例図。

【図２】本発明の一実施例図。

【図３】本発明の一実施例図。

【図４】本発明の一実施例図。

【図５】本発明の一実施例図。

【図６】本発明の一実施例図。

【図７】本発明の一実施例図。

【図８】本発明の一実施例図。

【図９】図１の実施例の詳細図。

【符号の説明】

１…ガスタービン圧縮機、２…燃焼器、５…石炭ガス化
炉、１０…酸素製造プラント、１１…酸素圧縮機、５１
…抽気空気配管、６１…石炭供給Ｂ系、６２…石炭供給
窒素Ａ系、６５…ガス化室、６６…スラグ冷却室、６７
…スラグタップ、６９…ガス冷却装置、１０１…第１酸
化剤供給系、１０２…第２酸化剤供給系、２０１…補助
空気圧縮機、２０２…空気供給管、３０１…補助燃料空
気供給管、３０２…補助燃料供給管、４０１…窒素供給
管、５０１…蒸気供給配管、601…高圧給水配管、７０
２…窒素供給配管、７０３…窒素ブースト圧縮機、８０
１…高圧酸素配管、８０２…空気供給管Ａ、８０３…空
気供給管Ｂ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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】酸化剤を用い石炭から可燃性ガスを生成す
ると共に石炭中の灰分を溶融させスラグ状とし、このス
ラグ状灰分をガス化室下方のスラグ冷却室にガス化室下
方に設けたスラグタップを介して抜き出す石炭ガス化
炉，この石炭ガス化炉で発生した石炭ガス化燃料により
駆動されるガスタービン，空気を分離して酸素を製造す
る酸素製造プラントからなる石炭ガス化発電プラントに
おいて、石炭ガス化炉のガス化室に酸化剤を供給する酸
化剤供給系統をガス化室内で供給高さが異なるように少
なくとも２系統以上設けると共に、スラグタップに最も
近い酸化剤供給系統に供給される酸化剤の酸素濃度を、
他の酸化剤供給系統に供給される酸化剤酸素濃度より高
いことを特徴とする石炭ガス化発電プラント。
【請求項２】酸化剤を用い石炭から可燃性ガスを生成す
ると共に石炭中の灰分を溶融させスラグ状とし、このス
ラグ状灰分をガス化室下方のスラグ冷却室にガス化室下
方に設けたスラグタップを介して抜き出す石炭ガス化
炉，この石炭ガス化炉で発生した石炭ガス化燃料により
駆動されるガスタービン，空気を分離して酸素を製造す
る酸素製造プラントからなる石炭ガス化発電プラントに
おいて、石炭ガス化炉のガス化室に酸化剤を供給する酸
化剤供給系統をガス化室内で供給高さが異なるように少
なくとも２系統以上設けると共に、スラグタップに最も
近い酸化剤供給系統のみに酸素製造プラントからの酸素
供給管を接続することを特徴とする石炭ガス化発電プラ
ント。
【請求項３】酸化剤を用い石炭から可燃性ガスを生成す
ると共に石炭中の灰分を溶融させスラグ状とし、このス
ラグ状灰分をガス化室下方のスラグ冷却室にガス化室下
方に設けたスラグタップを介して抜き出す石炭ガス化
炉，この石炭ガス化炉で発生した石炭ガス化燃料により
駆動されるガスタービン，空気を分離して酸素を製造す
る酸素製造プラントからなる石炭ガス化発電プラントに
おいて、石炭ガス化炉のガス化室に酸化剤を供給する酸
化剤供給系統をガス化室内で供給高さが異なるように少
なくとも２系統以上設けると共に、スラグタップに最も
近い酸化剤供給系統に酸素製造プラントから酸素供給管
を接続し、他の酸化剤供給系統には空気供給装置からの
空気供給配管を接続することを特徴とする石炭ガス化発
電プラント。
【請求項４】酸化剤を用い石炭から可燃性ガスを生成す
ると共に石炭中の灰分を溶融させスラグ状とし、このス
ラグ状灰分をガス化室下方のスラグ冷却室にガス化室下
方に設けたスラグタップを介して抜き出す石炭ガス化
炉，この石炭ガス化炉で発生した石炭ガス化燃料により
駆動されるガスタービン，空気を分離して酸素を製造す
る酸素製造プラントからなる石炭ガス化発電プラントに
おいて、石炭ガス化炉のガス化室に酸化剤を供給する酸
化剤供給系統をガス化室内で供給高さが異なるように少
なくとも２系統以上設けると共に、この酸化剤供給系統
に酸素製造プラントからの酸素供給管を接続し、さらに
スラグタップに最も近い酸化剤供給系統以外の酸化剤供
給系統に空気供給装置からの空気供給配管を接続するこ
とを特徴とする石炭ガス化発電プラント。
【請求項５】酸化剤を用い石炭から可燃性ガスを生成す
ると共に石炭中の灰分を溶融させスラグ状とし、このス
ラグ状灰分をガス化室下方のスラグ冷却室にガス化室下
方に設けたスラグタップを介して抜き出す石炭ガス化
炉，この石炭ガス化炉で発生した石炭ガス化燃料により
駆動されるガスタービン，空気を分離して酸素を製造す
る酸素製造プラントからなる石炭ガス化発電プラントに
おいて、石炭ガス化炉のガス化室に酸化剤を供給する酸
化剤供給系統をガス化室内で供給高さが異なるように少
なくとも２系統以上設けると共に、この酸化剤供給系統
に空気供給装置からの空気供給配管を接続し、さらにス
ラグタップに最も近い酸化剤供給系統に酸素製造プラン
トから酸素供給管を接続することを特徴とする石炭ガス
化発電プラント。
【請求項６】請求項３において、空気供給装置がガスタ
ービンの空気圧縮機であることを特徴とする石炭ガス化
発電プラント。
【請求項７】請求項３において、空気供給装置として別
置の補助空気圧縮機を備えたことを特徴とする石炭ガス
化発電プラント。
【請求項８】請求項７において、空気供給装置として別
置に備えた補助空気圧縮機出口とガス化炉のスラグ冷却
室を結ぶ補助燃料空気供給管を備えたことを特徴とする
石炭ガス化発電プラント。
【請求項９】請求項２において、酸素製造プラントから
の余剰窒素をガスタービン圧縮機入口に供給することを
特徴とする石炭ガス化発電プラント。
【請求項１０】請求項１において、スラグタップから最
も近い酸化剤供給系統に供給される酸化剤の酸素濃度を
高める手段として、酸素製造プラントで製造された酸素
を用いることを特徴とする石炭ガス化発電プラント。
【請求項１１】請求項１において、スラグタップから最
も近い酸化剤供給系統に供給される酸化剤の酸素濃度よ
り酸化剤の酸素濃度を低くする手段として、空気，蒸
気，酸素製造プラントで余剰となった窒素の少なくとも
何れかを用いることを特徴とする石炭ガス化発電プラン
ト。