JPS59229005A

JPS59229005A - 石炭ガス化複合発電プラント

Info

Publication number: JPS59229005A
Application number: JP58102650A
Authority: JP
Inventors: Tadao Arakawa; 荒川　忠男; Yoshiki Noguchi; 芳樹野口; Takao Hishinuma; 孝夫菱沼; Nobuo Nagasaki; 伸男長崎
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1983-06-10
Filing date: 1983-06-10
Publication date: 1984-12-22
Also published as: CA1220636A; DE3469049D1; US4546603A; AU2922784A; EP0129167B1; EP0129167A3; EP0129167A2; AU548077B2; JPH0144882B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、石炭をガス化する時の圧力が、大気圧力よシ
も高い加圧型の噴流層ガス化炉を用いた石炭ガス化複合
発電プラントに係シ、ガス化炉ガス冷却器で熱回収する
蒸気条件に比べ、ガス化炉出口蒸気発生装置で熱回収す
る蒸気条件を高級化して熱回収する事によシ、熱効率の
向上を図る事を特徴とする、石炭ガス化複合発電プラン
トのヒートサイクルに関する。

〔発明の背景〕

従来の石炭ガス化複合発電プラントのヒートサイクルの
例を第１図及び第２図に示す。

石炭１は、ガス化炉３に於て空気又は酸素をガス化剤２
としてガス化される。ガス化炉出口の粗生成ガス４は、
ドラム凰蒸気発生装置７によシ冷却される。この粗生成
ガス４の顕熱は、蒸気として回収される。ドラム型蒸気
発生装置７出ロ粗生成ガス８は、ガス／ガス熱交換器９
によシ精製ガス１２と熱交換され、ガス精製１１に必要
な温度まで冷却されガス精製される。精製ガス１２は、
ガス／ガス熱交換器９にて熱交換し、昇温された後、燃
料ガス１３としてガスタービン燃焼器１４にて燃焼後、
高温ガスとしてガスタービン１７にて仕事をし、ガスタ
ービン発電機１８にて電気エネルギーを発生する。

熱回収システムとしては、ガスタービン排ガス１９は、
排熱回収ボイラ２０にて顕熱を回収して蒸気を発生させ
ると同時に、ガス化炉出口粗生成ガス４は、ドラム型蒸
気発生装置７にて顕熱を回収して蒸気を発生させており
、これらを結合したシステムを構成している。

発生した蒸気は、過熱器２７により過熱され、蒸気ター
ビン４２にて仕事をし、蒸気タービン発電機４８にて電
気エネルギーを発生させる。

蒸気タービン４２を通過した蒸気は、復水器４４にて冷
却して復水４０となシ、給水ポンプ４１にて排熱回収ボ
イラ２０へ給水を送る。

ガス化炉出口粗生成ガス４の温度は、用いるガス化炉の
種類によシ異なるが、一般に約９００Ｃ以上である。一
方ガス化炉出口粗生成ガス４は、ガスタービンの腐食防
止の為及び環境対策上精製する必要があり、その為ガス
精製装置１１に必要な温度までガス化炉出口粗生成ガス
４を冷却する必要がある。このガス精製に必要な温度は
、をるガス精製装置の種類によシ異なるが、大きく２種
類に分けられる。

グラニュラペット等を用い高温脱塵を行って酸化鉄系等
の吸着剤にて脱硫を行う乾式ガス精製に於ては、約５０
０Ｃである。一方水洗塔にて脱塵を行って有機溶媒の吸
収剤によシ脱硫を行う湿式ガス精製に於ては、ガス精製
１１に必要な温度は約１０００である。ただし、乾式脱
硫はこれまで実績もなく、現在開発中であるので、石炭
ガス化複合発電プラントのガス精製装置１１としては、
湿式ガス精製を用いるのが一般的となっている。

従って、一般的には、ガス化炉出口粗生成ガス４のガス
温度約９００Ｃ以上とガス精製装置１１人口のガス温度
約１０００の間の一熱をいかに有効に回収するかが、石
炭ガス複合発電プラントのサイクル構成の一つの鍵とな
る。

このガス化炉出口からガス精製装置１１人口の間の粗生
成ガス顕熱は、燃料ガス１２の再加熱及び、蒸気、又は
給水として回収するのが一般的である。これは、燃焼器
人口１４の入口の燃料１３の温度を上げると換言すると
、ガス化炉出口粗生成ガス４とガス精製装置１１人口ガ
スの間の顕熱を燃料ガス１３の顕熱として回収する熱量
が多い殆石炭ガス化発電プラントの熱効率が向上する事
が知られている。この熱効率の向上分は、燃料ガス温度
の１００Ｃの上昇に付き約０．２％（相対値）である。

一方燃焼器１４人口の燃料ガス１３人口温度は、燃料制
御装置の耐熱温度から約１００Ｃ〜４００ｔ：’程度と
制限される。この燃料ガス１２の再加熱にはガス／ガス
熱交換器９を用いるのが一般的であシ、加熱側の粗生成
ガス８の温度は燃焼善人ｉの燃料１３温度よシ約５０Ｃ
高い温度が選定されるのが普通である。従ってガス化炉
出口粗生成ガス４と、ガス／ガス熱交換器９人口燃料ガ
ス８との間には、約５００ｔｌｌ’以上の温度差があり
、この顕熱を有効に回収することが、熱効率の向上を図
る上で必要となる。

この顕熱の熱回収は、ガス化炉出口に蒸気発生器７を設
置し、蒸気として熱回収する事が有効であることが知ら
れている。

一方ガス化炉３で起と、るガス化反応の反応温度は、噴
流層ガス化炉に於ては、石炭中の灰分を溶融させて下部
よシ抜き取る方式を採用しているため、約１５００１？
以上となる場合が一般的である為、ガス化炉炉壁の保護
、等の為、生成ガスを冷却する必要がある。

このガス化炉３でのガス冷却及び炉壁保護の方法として
は、従来、第１図に示すように、ガス化炉へガス冷却の
為に水蒸気を吹き込み、ガス化炉を耐火壁で囲う方法が
提案されている。また石炭を水と混合し、スラリ′−と
じて供給する事によシガス冷却を行う方法も提案されて
ｂる。いずれの方法もガス化炉内部へ水又は蒸気を吹き
込んで直接ガスを冷却するシステムで返り、ガス化炉出
口粗生成ガス４中の水分逅増加する。

前述の通シ、ガス化炉出口粗生成ガス４のガス冷却は、
湿式ガス精製を用いる事が一般的で、湿式ガス精製を用
いた場合には、粗生成ガス４中の水分が除去され、ガス
精製での熱効率が低下し、その結果プラント熱効率が低
下する事が知られている。以下に具体的検討の一例を示
す。

粗生成ガス中の水分、ここでは粗生成ガス４中の可燃成
分中の水分の割合であるＮ２　、　Ａ　ｒを除く粗生成
ガス４中の水分濃度とガス精製の水分が全く除去されな
い場合に比べた熱効率の低下分を第３図に示す。第３図
によれば、粗生成ガス４中の水分濃度が増加するに従い
、ガス精製の熱効率が低下する事がわかる。

また水分濃度とプラント熱効率の水分が全く除去されな
い場合に比べた低下を第４図に示す。ガス精製の熱効率
の低下と同様に、水分濃度が増加するに従ってプラント
熱効率も低下する事がわかる。

石炭を水と混合してスラリーとして供給するシステムの
例では、酸素酸化のガス化炉でＮ　２．　Ａ　ｒを除く
粗生成ガス中の水分濃度が約２０％、空気酸化のガス化
炉で約２５チあシガス精製の熱効率は、水分を除去しな
い場合に比べ酸素酸化の場合で約４チ、空気酸化の場合
で約６チ、プラントの熱効率はそれぞれ約１．５　％　
、約２．５チ低下する事がわかる。

従ってガス化炉３のガス化反応によシ発生する反応熱を
ガス化炉を水加壁構造として蒸気５として回収する第２
図に示すシステムが提案された。

第２図に示す例では、ガス化炉ガス冷却器５４で発生す
る蒸気５と、ガス化炉出口蒸気発生装置７にて発生する
蒸気を合流させて、ガスタービン排熱回収ボイラ２０の
蒸気ドラムで発生する蒸気と混合して過熱器２７で過熱
して過熱蒸気３５として蒸気タービン４２へ導入するシ
ステムを採用している。

従来、第２図に示されるような、ガス化炉を水冷壁で囲
い冷却する構造のガス化炉に於ては、ガス冷却器５４及
びガス化炉出口蒸気発生装置７で発生する蒸気の圧力を
上げると、水冷壁メタル温度が上昇し、水冷壁面のＮ２
８による高温腐食が進行する為、熱回収した蒸気の圧力
を上げる事ができなく、ガス化ガスの持つ熱を有効に回
収できないという問題がある。

第５図に、水冷壁の管内圧力と、水冷壁メタル温度の関
係を示す。

水冷壁のメタル温度８６は、水冷壁管内内壁側のメタル
温度は、水冷壁の管内冷却水圧力のほぼ飽和圧力となっ
ているため、水冷壁の管内側のメタル温度は、管内側の
メタル温度よシ一般的には約１００’Ｆ高い温度となる
。

水冷壁のメタル温度が上昇すると、ガス化ガス中には、
石炭中のＳ分Ｇ′濃度により異なるが、一般的には、０
．０５％〜１チ程度のＮ２８を含み、更に加圧温のガス
化炉では大気圧下のガス化に比べ、ガス化炉単位体積当
シめ熱負荷が、大気圧下でのガス化に比べ、水冷壁への
単位面積当シの熱負荷が増加するため、Ｈ２Ｓによる高
温腐食が進行する。

第６図にメタル温度と腐食進行度との関係を示す。進行
度１００チとは、プラント寿命期間中、通常は１０〜２
０年の間に腐食が進み、水冷管が使用不能となる状態を
示す。

７３はガス化炉のガス化反応を行っている部分の熱負荷
での水冷壁メタル温度と、腐食の進行度ととの関係を示
し、７４は、ガス化ガスが冷却されたガス化炉出口付近
の熱負荷でのメタル温度と腐食の進行度との関係を示す
。

Ｈ２Ｓによる高温腐食を軽減するには、水冷壁の管内圧
力を下げ、メタル温度を上げるか、水冷壁の単位面積当
シの熱負荷を下げる事が有効である事がわかる。

特に、石炭ガス化に於ては、ガス化炉へ投入した石炭１
の約０．５〜５％未燃カーボンが生成するが、この未燃
カーボン等のダストによシ、水冷壁が減肉し、Ｈｚ８の
腐食を促進する。

又噴流層ガス化炉の場合は、石炭中の灰分を溶融させて
下部よシ抜き取る構造としているが、ガス化ガスに溶融
した灰分が同伴して、水冷壁を減肉し、Ｈ２Ｓの腐食を
促進する。

これまでのＨ２Ｓの高温腐食を軽減し、チューブを保護
する対策としては、第１に、水冷壁管内の圧力を下げて
水冷壁のメタル温度を下げて対応する事で対処している
。しかしこの方法では、ガス化炉３へ投入される全入熱
（石炭投入量×石炭発熱量）の約１５〜４０％を占める
熱量をガス化炉ガス冷却器、及びガス化炉出口蒸気発生
装置７で熱回収を行っている為、低圧蒸気として熱回収
する事はプラント熱効率の向上を図る上で不利となる。

第２は、耐火物で管壁を保護し、管壁単位面積当シの熱
負荷を小さくすることで対処している。

こ９方法では、ガス化炉の石炭の微粉の噴流化の面から
、ガス化炉の炉内のガス流速を一定値以上としている為
ガス化炉高さを増す対策となる。しかしガス化炉高さは
、輸送、据付等の制約から構造物として数十メートルか
ら百メートル以下とすする事が必要とされ、この方法の
みでは中・大容量の発電用石炭ガス化プラントでは解決
できない。

第３は、ガス化炉内圧力を下げて、ガス化炉の炉径を大
きくして、炉壁への熱負荷を下げる事で対処している。

しかしこの方法では、ガス化ガスをガスタービンの燃料
として供給するには、約２５０　ｐｓｉａ以上の圧力ま
で昇圧する必要がｓｂ、高温で、多量の燃料を昇圧する
為、圧縮機の動力が大きくなシすぎて、プラント効率向
上を図る上で不利となる。

第４は、セラミック等の耐火物でコーティングし、水冷
壁をＨ２Ｓと直接接触しない方法がとられている。この
方法では、コーティング剤と水冷壁管の熱膨張率の差に
よってコーティングに、クラックが入るなどの信頼性上
の問題で、いまだ十分に解決されていない。

いずれの方法でもプラント高効率化の観点からは問題が
ｈ’）、Ｈｚ８の高温腐食を押えて、できるだけ高級な
蒸気として熱回収するシステム及びガス化炉構造上の技
術が必要である。

尚ことで述べている石炭ガス化発電プラントの熱効率は
、下記にて定義している工（電気出力（ＫＷ）Ｘ８６０）÷ （（燃料入熱（Ｉｃａｌ／Ｋｆ））Ｘ（燃料消費量（Ｋ
ｇ／Ｈ）））又ガス精製の熱効率は下記にて定義してい
る。

（（ガス精製出口ガスの発熱量（Ｗ／Ｈ））＋（ガス精
製出口ガスの顕熱（ｋ＋２１／Ｈ））＋（ガス精製出口
ガスの潜熱（ｍ／Ｈ）））÷（（ガス精製入口ガスの発
熱量（ｋ、ｌ／Ｈ））＋（ガス精製入口ガスの顕熱（７
／Ｈ））＋（ガス精製入口ガスの潜熱（ｋｃ、Ｉ／Ｈ）
　）　）〔発明の目的〕本発明の目的は、加圧噴流層型のガス化炉を用いた石炭
ガス化複合発電プラントに於て、ガス化炉ガス冷却器で
熱回収する蒸気圧力に比べ、ガス化炉出口蒸気発生装置
で熱回収する蒸気圧力を高くして熱回収する事によシ熱
効率の向上を図る事のできるヒートサイクルを提供する
事にある。

〔発明の概要〕

石炭ガス化複合発電プラントに於ては、蒸気り−ビンへ
の供給蒸気は、ガスタービン排熱回収ボイラでの回収熱
量と、石炭ガス化プラントの蒸気発生装置での回収熱量
を組み合わせて行う。又ガス精製等で必要とするプロセ
ス蒸気は、蒸気タービンプラントから供給し、ドレンと
して再び回収する。このように、石炭ガス化プラントと
複合発電プラントは、一体結合された熱回収システムを
構成しているため、石炭ガス化複合発電プラント全体と
していかに有効にヒートサイクルを構成するかどうかが
、プラント熱効率向上の重要な鍵となる。

本発明は、ガス化炉ガス冷却器に於て、ガス化反応時に
溶融した石炭中の灰分がガス化炉の外へ飛散しない温度
、一般的には１６００°Ｆ〜２０００　’　Ｆ程度の温
度まで、ガス化炉ガス冷却器によシガス化ガスを冷却し
、ガス化炉出口に高温脱塵装置を設置する事によシ、ガ
ス化炉出口蒸気発生装置で熱回収する蒸気圧力をガス化
炉ガス冷却器圧力に比べて、管壁のＨ２Ｓによる高温腐
食を押えて高圧化する事によシブラントの寿命を損う事
なく熱効率の向上を図る事ができる石炭ガス化複合発電
プラントのヒートサイクル構成である。

特に蒸気発生装置を貫流型とした場合は、ドラムの数を
１〜３個減少させる事とする事ができ、相互のドラムレ
ベルの制御が容易になり、従来の石炭ガス化発電プラン
トに比べて制御的にも安定する事を特徴とする。

〔発明の実施例〕

第７図に、本発明の第１の実施例を示す。

石炭ガス化プラント６０によシ生成された燃料１３は、
コンプレッサ１５によシ圧縮された空気と燃焼器１４に
て燃焼後高温ガスとしてガスタービン１７にて仕事をし
、発電機１８にて電気エネルギーを発生する。

熱回収システムとしては、ガスタービン排ガス１９を排
熱回収ボイラ２０にて回収し、蒸気を発生させる熱回収
システムと、ガス化炉３の輻射熱を回収するドラム型蒸
気発生装置ガス冷却器５４と、ガス化炉出口ガス４の顕
熱を回収するドラム型蒸気発生装置７とを結合したシス
テム構成となっている。

排熱回収ボイラ２０は、低圧節炭器２１、低圧ドラム２
２、低圧蒸発器２３、高圧節炭器２４、高圧ドラム２５
、高圧蒸発器２６、過熱器２７、再熱器２８によシ構成
される。

復水４０は、給水ポンプ４１で昇圧され、給水ライン３
７を介して低圧節炭器２１へ供給される。

第６図には図示していないが、低圧節炭器２１への給水
は、通常低圧給水、加熱器又は、脱気器によシ加熱され
た後供給される。

給水は、低圧節炭器２１出口で、低圧ドラム２２、ガス
化炉冷却水３０、高圧ポンプ給水ポンプ給水２９に分岐
する。給水は、高圧給水ポンプ３８で昇圧された後、高
圧節炭器給水と、ガス化炉出口蒸気発生装置７への給水
とに分岐する。高圧節炭器２４への給水３３は、高圧節
炭器２４を通って高圧ドラム２５へ送られ蒸気を発生さ
せる。

ガス化炉出口蒸気発生装置７への給水３２は、ガス化炉
出口蒸気発生装置７にて、高圧蒸気を発生させる。

発生した蒸気は、過熱器２７により過熱され、蒸気ター
ビン４２．４３にて仕事をし、蒸気タービン発電機４８
にて電気エネルギーを発生させる。

蒸気タービン４３を通過した蒸気は、復水器４４にて冷
却して復水４０となシ、給水ポンプ４１にて排熱回収ボ
イラ２０へ給水を送る。

本実施例に於ては、ガス化炉３を水冷壁にて冷却しガス
化ガスの熱を熱回収し、低圧蒸気を発生させて、ガス化
炉出口ガス４の温度を、ガス化反応によシ溶融した灰が
ガス化炉出口へ飛散しない温度まで冷却する事、及びガ
ス化炉出口に、高温の脱塵装置７９を設置し、ガス化炉
３での未反応カーボン及び灰分を除去する事によシ、ガ
ス化炉出口蒸気発生装置７での、Ｈ２Ｓの高温腐食を軽
減できる為、ガス化炉出口蒸気発生装置のドラム圧力を
、ガス化炉ガス冷却器５４のドラム圧力に比べ高くする
事ができた。

第８図に本実施で用いたガス化炉３の構造図を示す。

ガス化反応に於て特に高温となるガス化ゾーン７８は、
耐火壁７５で覆いガス化炉ガス冷却器５４の水冷管を保
護している。ガス化炉ガス冷却器５４のドラム圧力は、
万一ガス化炉ガス冷却器５４の水冷管が破損した場合で
も、ガス化炉炉内ガスが蒸気中へ漏れ込まないよう、ガ
ス化炉炉内圧力に比べ約２０〜２０００ｐｓｉ高くする
のが望ましい。加圧噴流層ガス化炉では、炉内圧力は１
１００ｐｓｉ〜１１０００ｐｓｉ程度以上とするのが一
般的である。本実施例では、ガス化炉炉内圧力４５０ｐ
ｓｉｇｏ　　ガス化炉ガス冷却器ドラム圧力を５５０ｐ
ｓ　ｉｇとして、ガス化ガスを、ガス冷却ゾーン７７で
溶融した灰がガス化炉３出口へ飛散しない温度範囲約１
６００°Ｆ〜２０００°Ｆまで冷却している。

さらにガス化炉３出口に、脱塵装置７９を設置し、ガス
化炉出口ガス４中のダストの約７０〜９０チを除去して
いる。

この結果、ガス化炉ガス冷却器７での熱流束を、ガス化
炉３ガス化ゾーン７８出口の熱流束の約１／３〜１／１
（ｌで減少させる事ができ、又ガス化炉出口ガス４のダ
スト濃度を約１／３〜ｌ／１０とする事ができて、ガス
化炉出口蒸気発生装［７のドラム圧力を、ガス化炉ガス
冷却器５４のドラム「力に比べて、高い圧力としても、
Ｈ２Ｓによる高温腐食を軽減できる事になる。

本実施例に於る熱効率の向上分は、ガス化炉出口蒸気発
生装置５４蒸気圧力を５５０　ｐｓｉｇから２７００　
ｐｓ　ｉ　ｇとする事によシ、ガス化剤として酸素を用
いたガス化炉３を使用した場合で約０．７チ（相対値）
、空気をガス化剤とした場合で約１．１チ相対値熱効率
が向上する。

第９図に、本発明の他の実施例のヒートサイクルを示す
。

第１の実施例と異なるのは、ガス化炉冷却器を高圧蒸気
発生装置ガス冷却器８３と、低圧蒸気発生装置ガス冷却
器８４に分割して、ガス化炉ガス冷却器発生蒸気の一部
を高圧化する事により、さらにプラント熱効率の向上を
行っている点である。

ガス化炉高圧蒸気発生装置ガス冷却器８３で発生の高圧
蒸気は、ガス化炉出口蒸気発生装置７で発生の高圧蒸気
と混合して、過熱器２７にて過熱して蒸気タービンへ送
っている。

第１０図に本実施例で用いたガス化炉の構造図を示す。

ガス化炉高圧蒸気発生装置ガス冷却器８３の水冷管は、
熱負荷が大きくなるので、管壁を耐火物でコーティング
するか、又は二重管としてＨａｓの高温腐食に対し対策
している。管壁の熱伝導率が低下し、線機伝熱係数が悪
くなシ伝熱効率が悪くなる事に対しては、高圧蒸気発生
装置ガス冷却器８３の管長を長くして、ガス化炉３の出
口へ溶融した灰が飛散しないようにしている。

この第２の実施例によれば、熱効率の向上分は、高圧蒸
気発生装置ガス冷却器８３蒸気圧力を５５０ｐｓｉｇか
ら２７００ｐｓｉｇとする事によシ、酸素をガス化剤と
した場合で、公知例に比べ約１．４チ相対値、空気をガ
ス化剤とした場合で、公知例に比べ約２チ相対値熱効率
が向上する。

第１１図に本発明の第３の実施例のヒートサイクルを示
す。

第２の実施例と同様ガス化炉冷却器の蒸気を高圧蒸気と
低圧蒸気に分けて熱回収しているが、本実施例では、ガ
ス化炉３とガス化炉ガス冷却器４７を近接して配置し、
高圧ドラム８５を共有している事である。

本実施例では、プラント熱効率の向上分は、第２の実施
例と全く同一であシ、ガス化炉ガス冷却器とガス化炉出
口蒸気発生装置を各々設置してい大、蒸気ドラム、循環
ポンプのｒ数を減らす事ができ、プラント建設費の低減
が図れる。

第１２図に本発明の第４の実施例のヒートサイクルを示
す。

前述の実施例と異なるのは、ガス化炉出口ガス４の顕熱
を回収する蒸気発生装置を貫流型としている点であ°る
。

貫流型蒸気発生装置４７の水冷管のメタル温度は、水冷
管内の温度が１０００°Ｆ程度となるため、ドラム型蒸
気発生装置の水冷管のメタル温度に比べ高くなるので、
高温部は特に二重管構造にする等の対策をしている。

給水は、低圧節炭器２１出口で、低圧ドラム２２、ガス
化炉冷却水３０、高圧給水ポンプ給水２９に分岐する。

給水２９は、高圧給水ポンプ３８で昇圧された後、高圧
節炭給水３３と貫流型蒸気発生装置への給水３２への給
水とに分岐する。

高圧節炭器２４への給水３３は、高圧節炭器２４を通っ
て高圧ドラム２５へ送られ蒸気を発生させる。

貫流型蒸気発生装置４７への給水は、超高圧給水ポンプ
４８にて昇圧された後供給される。

貫流型蒸気発生装置４７で発生した超高圧蒸気５５は、
超高圧タービン４６へ送られ仕事をし、発電機４８にて
電気エネルギーを発生させる。超高圧蒸気は、超高圧タ
ービン４６にて仕事をした後、排熱回収ボイラ２０の高
圧ドラムにて発生した蒸気と混合し、過熱器２７を・通
シ高圧タービン４２へ送られる。この高圧タービン４２
の入口の主蒸気圧力３４は、ガスタービン排ガス１９の
持つ顕熱を有効に回収する為１８００〜２４００ｐｓｉ
ｇの亜臨界圧に設定するのが、熱効率向上の点で望まし
い。本実施例では高圧タービン４２人口主蒸気３４の圧
力よシも、超高圧タービン排気蒸気５６圧力を高くする
必要がある為高圧タービン４２人口主蒸気圧力３４が高
い場合には、超高圧タービンでの熱落差を十分に取る事
ができず、超高圧タービン４６の設計が難しくなる場合
がある。従って本実施例のように超高圧タービン４６の
排気蒸気５６を排熱回収ボイラ２０の高圧ドラム２５０
発生蒸気と混合させ過熱の後高圧タービンへ供給するヒ
ートサイクルは、超高圧蒸気５５の蒸気条件が、超々臨
界圧の場合に非常に有効である。

高圧タービン４２人口主蒸気３４は、高圧タービン４２
にて仕事をした後、低圧ドラム２２にて発生した蒸気及
びガス化炉３のドラム型蒸気発生装置５４にて発生の蒸
気と混合し、再熱器２８を通り中低圧タービン４３へ送
られる。中低圧タービン４３へ送られた蒸気は、中低圧
タービンで仕事をし、発電機４５にて電気エネルギーを
発生させる。

貫流型の蒸気発生装置は、長い管の一端から給水ポンプ
が、ガス化炉出口粗生成ガス４と順次熱交換を行って加
熱、蒸発、過熱され管の他端より過熱蒸気として送シ出
す蒸気発生器であシ、ドラム型の蒸気発生装置に比べ、
運転・制御の特性が良好であるという特徴を持っている
。

本実施例に於ける熱効率の向上分は、第２図に示す。ガ
ス化炉ガス冷却器５４圧力を５５０ｐｓｉｇから３５０
０ｐｓ１ｇとした場合で約２．４チ相対値、４５００　
ｐｓ　ｌ　ｇとした場合で約２．７％相対値、５０００
ｐｓｉｇとした場合で約３１相対値熱効率が向上する。

又、ガス化炉ガス冷却器５４と、ガス化炉出口蒸気発生
装置４７を一体構造型の貫流型蒸気発生装置とした場合
には、熱効率の向上値は、回収蒸気圧力をｓ　５ｏ　ｐ
ｓｉｇから４５００　ｐａ　ｉ　ｇとする場合で、約４
．７チ相対値となる。この実施例を第１３図に示す。本
実施例では、ガス化炉ガス冷却器の水冷壁への熱負荷が
増加するので、二重管構造とし、総括伝熱係数が小さく
なって管長が長くなる事に対しては、ガス冷却ゾーンを
逆Ｕ字型構造にするか又は、冷却ゾーンのみ２分割して
対処している。

第１４図に、本発明の第５の実施例のヒートサイクルを
示す。

第４の実施例と異なるのは、超高圧タービン４６の排気
蒸気を、高圧タービン４２−ｅ排気蒸気５７と混合して
いる点である。

貫流型蒸気発生装置４７の蒸気圧力が、超臨界圧の場合
は、高圧タービン入口蒸気圧力が亜臨界圧であると、超
高圧タービンでの圧力差を約１１０００ｐｓｉ　Ｌ／か
取る事ができず、超高圧タービンの仕事量が少なくなる
。也のような場合本実施例に示すごとく、超高圧タービ
ン４６排気蒸気５６と、高圧タービン４２排気蒸気５７
、低圧ドラム２２発生蒸気を混合し、再熱器２８へ通じ
再熱後中低圧タービンへ送るヒートサイクルにすると、
各タービンの負荷のバランスもとれ、各蒸気の混合によ
る熱応力も緩和できるので、有効なヒートサイクルと言
える。

本実施例によれば、ガス化炉出口蒸気発生装置蒸気圧力
を５５０　ｐｓｉｇから３５００　ｐｓ　ｉｇとした場
合で約２．４チ相対値熱効率が向上する。

第１５図に、本発明の第６の実施例を示す。

第４及び第５の実施例の場合は、貫流型蒸気発生装置４
７の発生蒸気条件を、ドラム型蒸気発生装置７の発生蒸
気の制限昇圧である亜臨界圧の制限以上の圧力としてい
るが、排熱回収ボイラ２゜は、ガスタービン排ガス１９
の温度が高々６００Ｃであるので、ドラム型蒸気発生装
置とするのが普通である。

本実施例は、貫流型蒸気発生装置４７の蒸気条件と排熱
回収ボイラ２０で発生する蒸気条件のどちらも亜臨界圧
（２４００ｐｓ　ｉｇ　）とした場合のヒートサイクル
であシ、貫流型蒸気発生装置４７の発生蒸気は、排熱回
収ボイラ２０の過熱蒸気と混合され、高圧タービンに入
る。

本実施例によれば、ガス化炉出口蒸気発生装置４７蒸気
圧力を５５０　ｐｓｉｇから２４００　ｐｓ　ｉｇとし
た場合に比べ熱効率は約１．５チ相対値向上する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、石炭ガス化複合発電プラントに於て、
ガス化炉出口ガス温度を溶融した灰が、ガス化炉出口へ
飛散しない温度まで冷却する事によシ、ガス化炉蒸気発
生装置の水冷管の熱負荷を軽減できるので、Ｈ２Ｓの高
温腐食を押えてガス化炉出口蒸気発生装置の発生蒸気圧
力をガス化炉ガス冷却器発生蒸気圧力に比べ高圧化する
事ができるので、熱効率の向上が図れる。

本発明による石炭ガス化複合発電プラントの熱効率の向
上値を第１５図及び第１６図に示す。

第１５図は、ガス化炉出口蒸気発生装置の発生蒸気圧力
を５５０　ｐｓｉｇから２５００ｐｓｉｇとした場合の
熱効率の向上値８１を示す。

横軸の回収熱量比は、ガス化炉出口蒸気発生装置又は、
ガス化炉ガス冷却器にて高圧蒸気として回収する熱量の
、石炭ガス化炉への石炭入熱に対する比を示す。

高圧蒸気として回収する熱量が増えれば増える程、熱効
率は向上する。一般的には、ガス化炉出口ガス温度を約
１８００°Ｆとした場合で、酸素をガス化剤とするガス
化炉に於ては、ガス化炉ガス冷却器で、石炭入熱の約５
〜１５％、ガス化炉出口蒸気発生装置で、石炭入熱の約
５〜１ｏチの熱量を回収する事になる。従って実施例〔
１〕に示すようなガス化炉出口ガス蒸気発生装置での回
収蒸気を高圧とした場合で、約０．４〜０．７チ相対値
熱効率が向上する。

又実施例〔２〕、実施例〔３〕に示すようなガス化炉ガ
ス冷却器の一部の回収蒸気条件もあわせて高圧とした場
合で約０．７〜約１．４チ熱効率が向上する。

ガス化剤として空気を用いる場合は、およそ、空気中の
窒素の分だけガス量が増える為、ガス化炉ガス冷却器及
びガス化炉出口蒸気発生装置での回収熱量はそれぞれ石
炭人熱約１０〜２０チ、及び約１５チ〜２０チとなる為
、実施例〔１〕に於ける熱効率の向上値は約０．７〜１
．０％、実施例〔２〕、実施例〔３〕に於ける熱効率の
向上値は、約１〜２チ相対値となる。

第１６図は、ガス化炉出口蒸気発生装置を貫流型とした
場合のガス化炉出口蒸気発生装置蒸気圧力を５５０　ｐ
ｓｉｇ場合の熱効率を基準としたプラント熱効率の向上
値を示す。ガス化炉冷却器熱回収量は石炭入熱の１０％
、ガス化炉出口蒸気発生装置の熱回収量は、石炭入熱の
８チとした酸素をガス化剤としたガス化炉を用いた場合
を示す。

横軸は、主蒸気圧力、縦軸はプラント熱効率の相対変化
を示す。

５１は、超高圧タービン入口蒸気を３５００　ｐｓ　ｉ
　ｇ／　１０００°Ｆ１高圧タービン入口蒸気を２４０
０　ｐｓ　ｉｇ／　１０００°Ｆとした場合であり、熱
効率は約２．４チ相対値上昇する。

尚実施例〔４〕に於ても実施例〔５〕に於ても熱効率の
向上分は、はぼ同一である。

５２は、超高圧タービン入口蒸気を４５００　ｐｓ　ｉ
　ｇ７１０００°Ｆとし、高圧タービン入口蒸気を２４
００ｐｓｉｇ／１０００°Ｆとした場合であわ、熱効率
は約２．７チ相対値向上する。

５３は、超高圧タービン入口蒸気を５０００　ｐｓ　＋
　ｇ／　１２００°Ｆ１高圧タ一ビン入口蒸気を２４０
０　ｐｓ　ｉｇ／　１０００°Ｆとした場合であり、熱
効率は約３チ相対値向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の石炭ガス化複合発電プラント
のサイクル構成図、第３図は粗生成ガス中の水分が精製
効率に与える影響を示す図、第４図は粗生成ガス中の水
分がプラント熱効率に与える影響を示す図、第５図は水
冷壁管内圧力とメタル温度の関係を示す図、第６図は水
冷壁のメタル温度と腐蝕の進行度との関係を示す図、第
７図は本発明を実施した石炭ガス化複合発電プラントの
サイクル構成図、第８図はガス化炉の構成図、第９図は
本発明の他の実施例を示すサイクル構成図、第１０図は
第９図の実施例のガス化炉の構成図、第１１図ないし第
１５図はそれぞれ本発明の他の実施例のサイクル構成図
、第１６図は回収熱量比と熱効率向上値の関係を示す図
、第１７図は主蒸気圧力と熱効率向上値の関係を示す図
である。１・・・石炭、２・・・ガス化剤、３・・・ガス化炉、
４・・・ガス化炉粗生成ガス、５・・・ガス化炉ドラム
型蒸気発生装置発生蒸気、６・・・ドラム屋蒸気発生装
置発生蒸気、７・・・ドラム型蒸気発生装置、８・・・
蒸気発生装置出口粗生ガス、９・・・ガス／ガス熱交換
器、１０・・・ガス／ガス熱交換器出口粗生ガス、１１
・・・ガス精製、１２・・・精製ガス、１３・・・燃料
ガス、１４・・・カスターヒン燃焼器、１５・・・ガス
タービンコンフレッサ、１６・・・空気、１７・・・ガ
スタービン、１８・・・ガスタービン発電機、１９・・
・ガスタービン出口排ガス、２０・・・排熱回収ボイラ
、２１・・・低圧節炭器、２２・・・低圧蒸発器、２４
・・・高圧節炭器、２５・・・高圧ドラム、２６・・・
高圧蒸発器、２７・・・過熱器、２８・・・再熱器、２
９・・・給水ポンプ入口給水、３０・・・ガス化炉蒸気
発生装置給水、３１・・・高圧給水、３２・・・ガス化
炉出口蒸気発生装置給水、３３・・・高圧節炭器入口給
水、３４・・・高圧蒸気、３５・・・低圧蒸気、３６・
・・再熱器入口蒸気、３７・・・排熱回収ボイラ給水、
３８・・・高圧給水ポンプ、３９・・・給水ポンプ出口
給水、４０・・・復水、４１・・・給水ポンプ、４２・
・・高圧タービン、４３・・・中低圧タービン、４４・
・・復水器、４５・・・蒸気タービン発電機、４６・・
・超高圧タービン、４７・・・ガス化炉出口貫流型蒸気
発生装置、４８・・・超高圧給水ポンプ、４９・・・ガ
ス化炉出Ｏｊｊ流型蒸気発生装置給水、５４・・・ガス
化炉ドラム型蒸気発生装置、５５・・・貫流型蒸気発生
装置発生蒸気、５６・・・超高圧タービン排気蒸気、５
７・・・高圧タービン排気蒸気、６ｏ・・・石炭ガス化
７ス烈χ〃〒（ＨＨＶ）・槽弼債ｍ七ｌＪｚ、ｈ−ｋｍ（徂〃ス怜ＨｚＯ浦贋（Ｗ％）肴ｓｍ水′ｈ璧青内圧〃（ぬ）缶を之水；＋営ダノタル五度（°Ｃ〕考／ｌＩｕす９又５ｔｒｈ　　　　　（％）主、ｉ！気／ｉ′ｌ７（Ｐ５ゲラ

Claims

【特許請求の範囲】１、石炭をガス化する時の圧力が大気圧よシも高い加圧
型の噴流層石炭ガス化炉、石炭ガス化炉の冷却のためガ
ス化ガスの熱を回収する第１の蒸気発生器、石炭ガス化
炉出口粗生成ガスの熱を回収するだめの第２の蒸気発生
器、第２の蒸気発生器で熱回収され低温になった粗生成
ガスを精製するガス精製装置よ多構成される石炭ガス化
プラントと、前記ガス化プラントで発生するガスを燃料
とするガスタービン、ガスタービン排熱を回収するボイ
ラ、前記ボイラで発生する蒸気を作動源とする高圧及び
低圧蒸気タービンから構成される複合発電プラントとを
組み合せた石炭ガス化複合発電プラントにおいて、前記
第１の蒸気発生器で発生する蒸気圧力に比べて、前記第
２の蒸気発生器で発生する蒸気圧力を高くなるようにし
、これら蒸気発生器からの低圧蒸気及び高圧蒸気をそれ
ぞれ前記低圧蒸気タービン及び高圧蒸気タービンに導く
ことを特徴とする石炭ガス化複合発電プラント。２、特許請求の範囲第１項において、前記排熱回収ボイ
ラは、低圧ドラムと高圧ドラムとを有し、前記第１．第
２の蒸気発生器から発生する蒸気はそれぞれ、低圧ドラ
ム、高圧ドラムから発生する蒸気と合せて、低圧蒸気タ
ービン、高圧蒸気タービンに導入されることを特徴とす
る石炭ガス化複合発電プラント。３、特許請求の範囲第１項において、石炭ガス化炉冷却
のために、前記第１の蒸気発生器とは別に第３の蒸気発
生器を設け、第３の蒸気発生で発生する蒸気圧力を第２
の蒸気発生器の発生蒸気圧力を同一にして、第２．第３
の蒸気発生器の発生蒸気を高圧蒸気タービンに導入した
ことを特徴とする石炭ガス化複合発電プラント。４、特許請求の範囲第３項において、前記第２の蒸気発
生器は蒸気ドラムを有しておシ、前記第３の蒸気発生器
は前記蒸気ドラムに連通されていることを特徴とする石
炭ガス化複合発電プラント。５、特許請求の範囲第３項において、前記第２及び第３
の蒸気発生器はともに蒸気ドラムを持たない貫流型の蒸
気発生器としたことを特徴とする石炭ガス化複合発電プ
ラント。