JPH08338261A - ガス化複合発電設備 - Google Patents

ガス化複合発電設備

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JPH08338261A
JPH08338261A JP14461895A JP14461895A JPH08338261A JP H08338261 A JPH08338261 A JP H08338261A JP 14461895 A JP14461895 A JP 14461895A JP 14461895 A JP14461895 A JP 14461895A JP H08338261 A JPH08338261 A JP H08338261A
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JP
Japan
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gas
coal gasification
facility
nitrogen
coal
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JP14461895A
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Inventor
Keiichiro Hashimoto
敬一郎 橋本
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Original Assignee
IHI Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 脱硫装置から脱塵装置へ送給される石炭ガス
化ガスを熱交換器を設けることなく、冷却し、石炭ガス
化ガスに含まれるアルカリ蒸気を低減させる。 【構成】 脱硫装置10で脱硫された石炭ガス化ガスG
1を脱塵装置12へ送給するダクト11に、空気分離装
置24で分解して得られた窒素ガスを冷却窒素N3とし
て導入し、石炭ガス化ガスG1を冷却してアルカリ粒子
を析出させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガス化複合発電設備に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、石炭直接燃焼方式による蒸気ター
ビン単独サイクル発電では、熱効率が略限界に達してい
ることから、この限界を超える火力発電設備の実用化が
望まれており、そのひとつに、いわゆるガス化複合発電
設備がある。
【0003】而して従来のガス化複合発電設備の一例は
図2に示され、図中、1は石炭ガス化設備、2はガス精
製設備、3は発電設備である。
【0004】石炭ガス化設備1は、水に石炭が混入した
燃料Fと酸素等の酸化剤Oを導入して石炭から石炭ガス
化ガスG1を発生させる石炭ガス化炉4と、石炭ガス化
炉4の下方に設置され且つ石炭ガス化炉4から下降して
きた石炭ガス化ガスG1を冷却するための放射型ガスク
ーラ5と、放射型ガスクーラ5の側方に配置され且つ放
射型ガスクーラ5から送給されて上昇する石炭ガス化ガ
スG1を更に冷却する対流型ガスクーラ6を備えてい
る。
【0005】ガス精製設備2は、石炭ガス化設備1の対
流型ガスクーラ6からダクト7を介して送給された石炭
ガス化ガスG1中に混入しているアッシュ等の固体粒子
を除去するサイクロン8と、サイクロン8からダクト9
を介して送給された石炭ガス化ガスG1中に含有されて
いるS分を脱硫するための脱硫装置10と、脱硫装置1
0からダクト11を介して送給された石炭ガス化ガスG
1中に混入している粒子等の塵埃を除去するための脱塵
装置12と、ダクト11の中途部に設置され且つ脱塵装
置12へ送給される石炭ガス化ガスG1をボイラ給水の
一部により冷却するための熱交換器13を備えている。
【0006】発電設備3は、ガスタービン14と、ガス
タービン14により駆動される発電機15及び圧縮機1
6と、ガス精製設備2の脱塵装置12からダクト19を
介して送給された石炭ガス化ガスG1及び圧縮機16か
らの一部の圧縮空気A1を混合して燃焼させ、燃焼ガス
を生成させると共にインジェクション窒素N1を導入し
て燃焼ガスと混合させ、得られた窒素混合の燃焼ガスG
2をガスタービン14へ送給し得るようにした燃焼器1
8と、ガスタービン14から排出されてダクト17を介
し送給されたタービン排ガスG3により給水を加熱して
蒸気Vを生成させるようにした排熱回収ボイラ20と、
排熱回収ボイラ20から送給された蒸気Vにより駆動さ
れる蒸気タービン21と、蒸気タービン21により駆動
される発電機22を備え、排熱回収ボイラ20から排出
された排ガスG4は、煙突23から大気へ放出し得るよ
うになっている。
【0007】24は空気分離装置であり、該空気分離装
置24は、圧縮機16で圧縮されて送給された一部の圧
縮空気A2を酸素と窒素ガスに分離するものである。而
して、空気分離装置24で得られた酸素は上述のごとく
酸化剤Oとして石炭ガス化炉4へ送給し得るようになっ
ており、窒素ガスはインジェクション窒素N1として燃
焼器18へ、又はパージ窒素N2として脱塵装置12へ
夫々送給し得るようになっている。
【0008】なお、5aは放射型ガスクーラ5の伝熱
管、6aは対流型ガスクーラ6の伝熱管、20aは排熱
回収ボイラ20の伝熱管である。
【0009】上記ガス化複合発電設備においては、水と
石炭の混合した燃料F及び空気分離装置24からの酸素
である酸化剤Oは、石炭ガス化設備1の石炭ガス化炉4
へ投入され、約1200〜1500℃の温度の石炭ガス
化ガスG1が生成され、生成した石炭ガス化ガスG1は
下降して放射型ガスクーラ5へ導入され、放射型ガスク
ーラ5においては、該放射型ガスクーラ5の伝熱管5a
へ送給されるボイラ給水を加熱して冷却され、しかる後
対流型ガスクーラ6へ導入され、対流型ガスクーラ6を
上昇しつつ伝熱管6aへ送給されるボイラ給水を加熱し
て冷却され、対流型ガスクーラ6からダクト7を通って
ガス精製設備2のサイクロン8へ導入される。
【0010】NaCl、NaOH、KCl、KOH等の
アルカリ粒子及びアルカリ蒸気を含む石炭ガス化ガスG
1は、脱硫装置10からダクト11の中途部に設けた熱
交換器13へ導入され、熱交換器13へ送給される一部
のボイラ給水を加熱して約500℃から少なくとも50
℃以下になるように冷却される。このため、アルカリ蒸
気の一部は蒸気圧に対応して析出し、アルカリ粒子にな
る。
【0011】石炭ガス化ガスG1中に含まれるアッシュ
等の固体粒子のうち数十ミクロン以上のものはサイクロ
ン8で除去され、固体粒子の除去された石炭ガス化ガス
G1は、ダクト9を通って脱硫装置10へ導入される。
この際、石炭ガス化ガスG1の温度は500℃以上の高
温となっているため、アルカリ塩の一部は固化してアル
カリ粒子となっており、残りは気化してアルカリ蒸気と
なっている。
【0012】又、アルカリ粒子及びアルカリ蒸気を含む
石炭ガス化ガスG1は、熱交換器13からダクト11を
経て脱塵装置12へ送給され、脱塵装置12では、内蔵
されたフィルタによりアルカリ粒子等の塵埃が除去さ
れ、アルカリ粒子等が除去された石炭ガス化ガスG1
は、ダクト19を通って発電設備3の燃焼器18へ導入
され、燃焼器18へ導入された石炭ガス化ガスG1は圧
縮機16から送給される圧縮空気A1と混合し燃焼して
燃焼ガスが生成され同時に燃焼器18には、空気分離装
置24からのインジェクション窒素N1が導入されて燃
焼ガスと混合し、窒素の混合した燃焼ガスG2が生成さ
れ、燃焼ガスG2は燃焼器18からガスタービン14へ
供給され、ガスタービン14は窒素の混合した燃焼ガス
G2により駆動されると共に、発電機15を駆動して発
電を行い、圧縮機16を駆動して圧縮空気A1,A2を
生成する。
【0013】燃焼器18に空気分離装置24からのイン
ジェクション窒素N1を導入することにより、燃焼器1
8で生成する燃焼ガス中のNOx濃度を減少することが
でき、窒素の膨張エネルギをもガスタービン14の駆動
源として利用できる。
【0014】更に空気分離装置24からのパージ窒素N
2は、適宜脱塵装置12へ送給されて脱塵装置12のフ
ィルタに捕集されたアルカリ粒子等の塵埃をパージする
のに利用される。
【0015】ガスタービン14を駆動して後ガスタービ
ン14から排出されたタービン排ガスG3は、ダクト1
7を通って排熱回収ボイラ20へ導入され、排熱回収ボ
イラ20で伝熱管20aを流れるボイラ給水を加熱し、
排熱回収ボイラ20から排出された排ガスG4は、煙突
23から大気中へ放出される。
【0016】排熱回収ボイラ20でボイラ給水の加熱に
より生成された蒸気Vは蒸気タービン21に導入されて
蒸気タービン21を駆動し、蒸気タービン21は発電機
22を駆動して発電が行われ、蒸気タービン21から排
出された蒸気は冷却され、凝縮して給水となり、循環し
て再び排熱回収ボイラ20の伝熱管20aへ送給され
る。
【0017】圧縮機16で生成された圧縮空気A2は、
空気分離装置24へ送給されて酸素と窒素ガスに分離さ
れ、酸素は上述のごとく酸化剤Oとして石炭ガス化炉4
へ導入され、窒素ガスは通常は、インジェクション窒素
N1として燃焼器18へ導入され、脱塵装置12のフィ
ルタをパージする場合には、窒素ガスの一部はパージ窒
素N2として脱塵装置12へ導入される。
【0018】上記ガス化複合発電設備で、脱硫装置10
から脱塵装置12へ送給される石炭ガス化ガスG1を熱
交換器13で冷却するのは次のような理由による。
【0019】すなわち、脱硫装置10の入口では、石炭
ガス化ガスG1は650℃以上の高温であるため、脱硫
剤は、ZnFe24等、高温で脱硫効果のあがるものを
使用する必要がある。而して、高温雰囲気下では、脱硫
により生じたアルカリ塩の一部は蒸気化し、比較的濃度
の高いアルカリ蒸気となっているため、石炭ガス化ガス
G1が高温の場合アルカリ蒸気は、脱塵装置12のフィ
ルタを通過し、燃焼器18からガスタービン14へ導入
されることになる。
【0020】又石炭ガス化ガスG1に同伴されたアルカ
リ蒸気がガスタービン14へ導入されると、ガスタービ
ン14はアルカリ蒸気によりアタックされてケーシング
やインペラー等のエロージョン、コロージョンの原因と
なる。例えば雰囲気温度が500℃の蒸気圧のままでガ
スタービン14に流入するとKOHの濃度>0.3pp
m、NaOHの濃度>0.3ppmとなり、エロージョ
ン、コロージョンが発生する虞れがある。従ってガスタ
ービン14のエロージョン及びコロージョンを防止する
には、上述のごとく熱交換器13により石炭ガス化ガス
G1の温度を500℃以下に冷却し、アルカリ蒸気をア
ルカリ粒子として析出させ、脱塵装置12で除去しなけ
ればならない。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来のガス化複
合発電設備では、 i)脱塵装置12の入側でアルカリ蒸気を冷却しアルカ
リ粒子を析出すべく、熱交換器13を設置しているた
め、余分の機器が必要となって設備が大型化し、設備
費、運転維持費がアップする、 ii)熱交換器13の冷却媒体として排熱回収ボイラ2
0からの水又は蒸気の一部を使用すると、設備全体の熱
効率が低下する、 iii)熱交換器13の石炭ガス化ガスG1が通過する
部分には、アルカリ蒸気によるエロージョン、コロージ
ョンが生じるため、熱交換器13は定期的に補修する必
要があるが、今後、ZnFe24のように高温(650
℃)で高性能を発揮する脱硫剤を用いるようになると、
熱交換器13のエロージョン、コロージョンはますます
ひどくなると考えられ、早急な対策が望まれる、 等の問題がある。
【0022】本発明は上述の実情に鑑み、高温で高性能
の脱硫剤を使用する場合にも、脱硫後の石炭ガス化ガス
を冷却するための熱交換器を不要とし、且つガスタービ
ンへ導入されるアルカリ蒸気の濃度を低下させてガスタ
ービンのインペラやケーシングにエロージョン、コロー
ジョンが生じないようにすることを目的としてなしたも
のである。
【0023】
【課題を解決するための手段】本発明は、空気分離装置
で空気を分離して生成された酸素を酸化剤として石炭か
ら石炭ガス化ガスを生成させる石炭ガス化設備と、該石
炭ガス化設備で生成された石炭ガス化ガスを精製するガ
ス精製設備と、該ガス精製設備で精製された石炭ガス化
ガスを燃焼させて得られた燃焼ガスにより発電を行う発
電設備とを備え、前記ガス精製設備は、石炭ガス化設備
からの石炭ガス化ガスに脱硫剤を投入して石炭ガス化ガ
スの脱硫を行う脱硫装置と、該脱硫装置の下流でアッシ
ュやアルカリ粒子を捕集し得るようにした脱塵装置とを
備え、前記発電設備は、前記脱塵装置から送給された石
炭ガス化ガスを燃焼器で燃焼して生成した燃焼ガスによ
り駆動され且つ第1の発電機を駆動するようにしたガス
タービンと、該ガスタービンからの排ガスの熱により蒸
気を生成させる排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラか
らの蒸気により駆動され且つ第2の発電機を駆動するよ
うにした蒸気タービンを備えた、石炭ガス化発電設備に
おいて、前記空気分離装置で空気を分離して得られた窒
素ガスを冷却窒素として脱塵装置の入側へ導入し得るよ
う構成したものである。
【0024】本発明においては、ガスタービンにより駆
動されて、生成した圧縮空気のうち一部の圧縮空気を石
炭ガス化ガスの燃焼用空気として燃焼器へ送給し、残り
の圧縮空気を空気分離装置へ送給し得るようにした圧縮
機を備えることもできる。
【0025】
【作用】本発明では、空気分離装置で得られた窒素ガス
が冷却窒素として脱塵装置の入側へ送給されて石炭ガス
化ガスが冷却されるため、アルカリ蒸気が冷却されてア
ルカリ粒子が析出し、該アルカリ粒子は脱塵装置により
除去される。従って脱硫に高温時に高性能の脱硫剤を使
用した場合にも、ガスタービンへ導入されるガス中のア
ルカリ蒸気の濃度が低下し、ガスタービンにエロージョ
ン、コロージョンが発生することを防止できる。
【0026】又、石炭ガス化ガスの冷却のために熱交換
器を設ける必要がないため、設備が簡略化されてコンパ
クトになる。
【0027】ガスタービンにより駆動されて、生成した
圧縮空気のうち一部の圧縮空気を石炭ガス化ガスの燃焼
用空気として燃焼器へ送給し、残りの圧縮空気を空気分
離装置へ送給し得るようにした圧縮機を備えた場合は、
空気分離装置で分離する空気として圧縮機で生成された
圧縮空気を使用することができる。
【0028】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつ
つ説明する。
【0029】図1は本発明の一実施例で、設備全体の基
本的構成は図2の従来設備と略同じであるため、同一部
分については同一の符号を付し、説明を省略する。
【0030】而して、本実施例においては、図2に示す
従来設備の脱硫装置10と脱塵装置12を接続するダク
ト11中に設けられている熱交換器13を撤去し、空気
分離装置24で分離して得られた窒素ガスの一部を冷却
窒素N3としてダクト11へ導入し得るようにしてあ
る。空気分離装置24の空気源としては、従来の場合と
同様、圧縮機16からの圧縮空気A2を用いるが、容量
的に不足する場合には、大気A3を導入するようにす
る。
【0031】ガス化複合発電設備の運転は、図2の従来
設備と略同様に行われるが、この際、空気分離装置24
で空気を分離して得られた窒素ガスの一部は、必要に応
じて図示してない圧縮機で圧縮され、冷却窒素N3とし
てダクト11へ導入される。なお圧縮機で圧縮された後
の冷却窒素N3は、ほとんどの場合150℃以下のた
め、特に冷却する必要はない。
【0032】一方、脱硫装置10では、ZnFe24
の高温で高性能の脱硫剤が投入されて石炭ガス化ガスG
1の脱硫が行われ、ダクト11内を送給される石炭ガス
化ガスG1中には、アッシュ分やNaOH、NaCl、
KOH、KCl等のアルカリ粒子の他にこれらのアルカ
リ蒸気が含まれている。
【0033】而して、斯かる石炭ガス化ガスG1中にダ
クト11の中途部において冷却窒素N3を吹込むと、石
炭ガス化ガスG1の温度が下降し、アルカリ蒸気の一部
が析出してアルカリ粒子が生成し、残存するアルカリ蒸
気の濃度が低下する。
【0034】冷却窒素N3を吹込まれることにより、温
度が低下してアルカリ粒子が析出し、アルカリ濃度の低
下した石炭ガス化ガスG1は、ダクト11を通って脱塵
装置12へ送給され、脱塵装置12で脱塵された後ダク
ト19を通って燃焼器18へ送給され、圧縮機16から
の圧縮空気A1と混合して燃焼し、燃焼ガスが生成さ
れ、又燃焼ガスには、空気分離装置24からのインジェ
クション窒素N1が混合されて窒素の混合した燃焼ガス
G2が生成され、生成した燃焼ガスG2は、従来の場合
と同様、ガスタービン14へ導入されてガスタービン1
4を駆動し、しかる後、タービン排ガスG3として排熱
回収ボイラ20へ導入され、排熱回収ボイラ20の熱源
として使用され、煙突23から排ガスG4として大気中
へ放出される。
【0035】冷却窒素N3を石炭ガス化ガスG1に混入
して石炭ガス化ガスG1の温度を所定値以下に低下させ
ると、脱塵装置12で除去されたアルカリ粒子等の固形
分は付着性が小さく、従ってパージ窒素N2による脱塵
装置12フィルタからの固形分の払い落しを容易に行う
ことができる。
【0036】ガスタービン14へ導入される燃焼ガスG
2中のアルカリ蒸気の濃度は、規定値よりも低くなるた
め、ガスタービン14のインペラ、ケーシング等にエロ
ージョン、コロージョンを発生させる虞れが少く、又石
炭ガス化ガスG1の冷却に熱交換器を設置する必要がな
いため、設備が簡略化してコンパクトになり、設備費、
運転維持費が安価となる。
【0037】窒素ガスは、従来の場合のようにインジェ
クション窒素N1として燃焼器18へ導入しても、或い
は本実施例のように一部を冷却窒素N3として石炭ガス
化ガスG1へ混合したものを燃焼器18へ導入するよう
にしても、結果的には同じである。このため本実施例で
は従来と同モル流量の窒素が燃焼器18へ導入されるこ
とになり、従って、燃焼ガス中に混入された窒素ガスに
より、排ガス中のNOxの低減及びガスタービン14に
おける膨張エネルギの有効利用を図ることができること
は、本実施例の場合も従来も同じである。
【0038】次に、本実施例における定量的な点につい
て説明すると、空気分離装置24で得られた窒素ガス
は、石炭ガス化ガスG1の約70〜75%のモル流量が
あるため、例えば150℃程度にして650℃の石炭ガ
ス化ガスG1に対し一定量混合すると、窒素ガスを混合
された石炭ガス化ガスG1は200℃の降温により48
0℃以下になり、500℃以下の場合はフィルタ表面へ
の固形分の付着性が小さくなり、上述のごとく固形分の
払い落しが容易になるという効果も期待できる。
【0039】又、例えば脱硫剤としてFe23を使用
し、脱硫装置10において460℃程度で脱硫を行う
と、石炭ガス化ガスG1は360℃まで降温できるた
め、耐熱性の面から脱塵装置12におけるフィルタの設
計条件を緩和することができ、フィルタ選択肢のより一
層の拡大を期待できる。
【0040】空気分離装置24で得られた窒素ガスを冷
却窒素N3としてダクト11へ送給する際に、場合によ
っては熱交換器で冷却し、150℃程度まで降温して脱
塵装置12の上流で石炭ガス化ガスG1と混合し、余剰
の窒素はインジェクション窒素N1として燃焼器18へ
送給すると、アルカリ蒸気は500℃以下に冷却されて
アルカリ粒子が析出するため、最も蒸気圧の高いKO
H、NaOHでも、アルカリ蒸気の濃度は0.3ppm
以下となり、ガスタービン14の許容条件を満たすこと
ができると共に煙突23からの排ガスG4による環境悪
化を防止できる。
【0041】又、より一層厳しいアルカリ濃度条件が課
せられた場合には、空気分離装置24で得られた窒素ガ
スを全量、冷却窒素N3として石炭ガス化ガスG1中に
混合すると、石炭ガス化ガスG1の温度を450℃程度
まで降温できるため、アルカリ蒸気の濃度をより一層下
降させることができる。
【0042】なお、本発明は上述の実施例に限定される
ものではなく、例えば燃料の種類等本発明の要旨を逸脱
しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【0043】
【発明の効果】本発明のガス化複合発電設備によれば、
請求項1、2の何れにおいても、 I)冷却窒素により石炭ガス化ガスの冷却を行うことが
できるため、脱硫装置から脱塵装置へ至る経路に石炭ガ
ス化ガスを冷却するための熱交換器を設置する必要がな
く、従って設備が簡略化されてコンパクトになり、コス
トの低減を図ることができる、 II)高温で高性能の脱硫剤を用いた場合でもガスター
ビンのインペラやケーシングにエロージョン、コロージ
ョンが生じる虞れが減少し、設備の信頼性が向上する、 III)大気中へ放出される排ガスのアルカリ分が著し
く減少するため、環境対策が万全になる、 IV)脱塵装置へ導入される石炭ガス化ガスの温度は、
脱硫装置から出た直後の温度よりも170〜200℃降
温させることができるため、脱塵装置でのフィルタ仕様
を緩和することができ、且つフィルタに対するアルカリ
粒子の付着性が小さくなるため、脱塵装置でのアルカリ
粒子の払い落しが容易になる、 等、種々の優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガス化複合発電設備の一実施例を示す
フローチャートである。
【図2】従来のガス化複合発電設備の一例を示すフロー
チャートである。
【符号の説明】
1 石炭ガス化設備 2 ガス精製設備 3 発電設備 10 脱硫装置 12 脱塵装置 14 ガスタービン 15 発電機(第1の発電機) 16 圧縮機 18 燃焼器 20 排熱回収ボイラ 21 蒸気タービン 22 発電機(第2の発電機) 24 空気分離装置 F 燃料(石炭) O 酸化剤 A1 圧縮空気 A2 圧縮空気 G1 石炭ガス化ガス G2 燃焼ガス G3 タービン排ガス(排ガス) V 蒸気 N3 冷却窒素

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 空気分離装置で空気を分離して生成され
    た酸素を酸化剤として石炭から石炭ガス化ガスを生成さ
    せる石炭ガス化設備と、該石炭ガス化設備で生成された
    石炭ガス化ガスを精製するガス精製設備と、該ガス精製
    設備で精製された石炭ガス化ガスを燃焼させて得られた
    燃焼ガスにより発電を行う発電設備とを備え、前記ガス
    精製設備は、石炭ガス化設備からの石炭ガス化ガスに脱
    硫剤を投入して石炭ガス化ガスの脱硫を行う脱硫装置
    と、該脱硫装置の下流でアッシュやアルカリ粒子を捕集
    し得るようにした脱塵装置とを備え、前記発電設備は、
    前記脱塵装置から送給された石炭ガス化ガスを燃焼器で
    燃焼して生成した燃焼ガスにより駆動され且つ第1の発
    電機を駆動するようにしたガスタービンと、該ガスター
    ビンからの排ガスの熱により蒸気を生成させる排熱回収
    ボイラと、該排熱回収ボイラからの蒸気により駆動され
    且つ第2の発電機を駆動するようにした蒸気タービンを
    備えた、石炭ガス化発電設備において、前記空気分離装
    置で空気を分離して得られた窒素ガスを冷却窒素として
    脱塵装置の入側へ導入し得るよう構成したことを特徴と
    するガス化複合発電設備。
  2. 【請求項2】 ガスタービンにより駆動されて、生成し
    た圧縮空気のうち一部の圧縮空気を石炭ガス化ガスの燃
    焼用空気として燃焼器へ送給し、残りの圧縮空気を空気
    分離装置へ送給し得るようにした圧縮機を備えて成る請
    求項1に記載のガス化複合発電設備。
JP14461895A 1995-06-12 1995-06-12 ガス化複合発電設備 Pending JPH08338261A (ja)

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JP14461895A JPH08338261A (ja) 1995-06-12 1995-06-12 ガス化複合発電設備

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009096887A (ja) * 2007-10-17 2009-05-07 National Institute Of Advanced Industrial & Technology ガス化炉で蒸発したアルカリを再利用したガス化システム
CN107642781A (zh) * 2017-09-27 2018-01-30 刘道灵 一种新型的秸秆煤炭气化炉

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