JP2004162616A

JP2004162616A - ガス化複合発電プラント

Info

Publication number: JP2004162616A
Application number: JP2002329747A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Matsuura; 泰則松浦
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-11-13
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】従来のガス化複合発電プラントでは、シンガスをクエンチ水で冷却する際にシンガスの保有する熱エネルギーがクエンチ水で奪われてしまうので、シンガスを冷却せずにガスタービンに導く場合に比べてプラントの熱効率が低下する。
【解決手段】シンガスを生成し排出するガス化炉と、このガス化炉から排出されたシンガスを脱硫するシンガス脱硫装置と、このシンガス脱硫装置により脱硫したシンガスを燃料とするガスタービン、このガスタービンの排ガスの熱エネルギーにより給水を加熱する排熱回収ボイラ、この排熱回収ボイラから出力された蒸気により駆動される蒸気タービン、これらガスタービン、蒸気タービンにより駆動される発電機を備えた複合発電設備と、からなるガス化複合発電プラントにおいて、前記ガス化炉の出口側にガス化炉から排出されるシンガスの有する熱エネルギーを熱交換媒体によって回収するシンガス冷却装置を設ける。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス化複合発電プラントに係わり、特に高いプラント熱効率での運転を可能とするガス化複合発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
重質油を用いたガス化複合発電プラントは、ガス化炉中に重質油と酸素を吹き込み、重質油を部分的に酸化させることによる高温下で重質油をシンガスに転換し、このシンガスを脱硫したのち、ガスタービンに燃料として供給し複合発電設備を運転するものである。
【０００３】
ガス化炉から排出されるシンガスは前述のように非常に高温で、そのままでは下流側での取り扱いが困難であるため、通常ガス化炉出口にクエンチ装置と呼ばれるシンガス冷却装置（以下、クエンチ装置という）を設け、高温のシンガスと熱交換媒体であるクエンチ水とを直接接触させることによりシンガスの冷却を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の重質油ガス化複合発電プラントでは、シンガスをクエンチ水で冷却する際にシンガスの保有する熱エネルギーがクエンチ水で奪われてしまうので、シンガスを冷却せずにガスタービンに導く場合に比べてプラントの熱効率が低下する欠点がある。
そこで、本発明は熱効率の低下を防ぎ、かつガス化炉から排出された後のシンガスの取り扱い性に優れたガス化複合発電プラントを提供することを目的とする。
【０００５】
【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に係るガス化複合発電プラントの発明は、シンガスを生成し排出するガス化炉と、このガス化炉から排出されたシンガスを脱硫するシンガス脱硫装置と、このシンガス脱硫装置により脱硫したシンガスを燃料とするガスタービン、このガスタービンの排ガスの熱エネルギーにより給水を加熱する排熱回収ボイラ、この排熱回収ボイラから出力された蒸気により駆動される蒸気タービン、これらガスタービン、蒸気タービンにより駆動される発電機を備えた複合発電設備と、からなるガス化複合発電プラントにおいて、前記ガス化炉の出口側にガス化炉から排出されるシンガスの有する熱エネルギーを回収するシンガス冷却装置を設けることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明によるガス化複合発電プラントの第１の実施の形態を示す構成図である。図１において、まず本プラントの全体構成を説明する。１はガス化炉であり、重質油ａを酸素、空気等の酸化剤ｂと共に吹き込み、重質油ａを部分的に酸化させることにより高温のシンガスｃ１を生成し排出するように構成されている。２はこのガス化炉から排出されたシンガスｃ１を熱交換媒体であるクエンチ水ｄと接触させて冷却するシンガス冷却装置（クエンチ装置）２である。
そして、このクエンチ装置２の出口配管にはシンガスｃ１をシンガス系熱交換器３およびシンガスｃ１の減圧を行うシンガス減圧装置４を直列にして設置する。
【０００７】
前記シンガス系熱交換器３は前記シンガスｃ１と、後述する複合発電設備２０の排熱回収ボイラ（以降、ＨＲＳＧと表示する）１２に供給される給水ｅとを熱交換させる。
【０００８】
そして、前記シンガス減圧装置４で減圧されたシンガスｃ１はその後、シンガス脱硫装置５により脱硫されてシンガスｃ２となり、複合発電設備２０を構成するガスタービン６の燃料として燃焼器７に導かれる。なお、便宜上、前記ガス化炉１の出口配管からクエンチ装置２、シンガス系熱交換器３、シンガス減圧装置４およびシンガス脱硫装置５を経て燃焼器７に至る配管系統８をシンガス系統と称する。
【０００９】
前記シンガス系熱交換器３ではシンガスｃ１中に含まれる蒸気が凝縮した際にドレンｆが生じるが、このドレンｆはドレン回収系統１０によりクエンチ装置２に回収させる。
【００１０】
前記ガスタービン６は燃焼器７からの燃焼ガスによって膨張仕事をして回転し、発電機１１を駆動すると同時に、高温の排ガスｇをＨＲＳＧ１２に供給する。このＨＲＳＧ１２で発生した高温高圧の蒸気ｈによって蒸気タービン１３を駆動し、蒸気タービン発電機１４から電力を発生させる。なお、ガスタービン６、排熱回収ボイラ１２、蒸気タービン１３、発電機１１、１４、空気圧縮機１８等を備えた設備を複合発電設備２０という。
【００１１】
蒸気タービン１３で膨張仕事を終えた蒸気ｉは復水器１５により復水となり、前記ＨＲＳＧ１２の給水系統１６上に設置した給水ポンプ１７により加圧されて給水ｅとなり、前記シンガス系熱交換器３に供給される。
【００１２】
さらに、この給水ｅは前記クエンチ装置２で多量の熱エネルギーを保有するようになったクエンチ水ｄの熱エネルギーを回収するために設置した給水系熱交換器１８にも分岐して供給される。
以上、本プラントの全体構成を説明したので、次に本実施の形態における構成上の特徴的な部分について説明する。
【００１３】
（１）給水系熱交換器１８の設置による特徴
この第１実施の形態は、クエンチ装置２においてシンガスｃ１とクエンチ水ｄとを直接熱交換させてシンガスｃ１の持つ多量の熱エネルギーをクエンチ水ｄで回収させ、さらに給水系統１６上に設置した給水系熱交換器１８において給水ｅにクエンチ水ｄの熱エネルギーを回収させるように構成したことを特徴の１つとしている。
この構成により、従来系外に放出されていた熱エネルギーを蒸気サイクルに取り込み、プラントの熱効率を向上させるという作用効果を奏することができる。
【００１４】
（２）シンガス系熱交換器３の設置による特徴
この第１実施の形態は、復水器１５からＨＲＳＧ１２に復水を供給する給水系統１６上にシンガスｃ１と給水ｅとの熱交換を行うシンガス系熱交換器３を設け、ガス化炉１から当該熱交換器３を経由してシンガス脱硫装置５へシンガスｃ１を供給するシンガス用配管系統８を設けるように構成したことを特徴の１つとしている。
このシンガス系熱交換器３によって、シンガスｃ１の有する熱量を給水ｅで回収することができるので、プラントの熱効率の低下を防止することができる。
【００１５】
（３）シンガス減圧装置４の設置による特徴
この第１実施の形態は、クエンチ装置２からシンガス脱硫装置５に至るシンガス系統配管８のシンガス系熱交換器３とシンガス脱硫装置５の間にシンガス減圧装置４を設置し、このシンガス減圧装置４によりガス化炉１およびクエンチ装置２の圧力を、シンガス脱硫装置５の出力に関係なく設定し得るように構成したことを特徴の１つとしている。
このシンガス減圧装置４により、ガス化炉１の圧力を重質油ａのガス化反応効率の高い圧力に設定でき、またクエンチ装置２の圧力を高めることによって、クエンチ水ｄの温度を高め、蒸気サイクルに回収する熱エネルギーを増加することができ、プラントの熱効率を向上させることができる。
【００１６】
（４）シンガス系熱交換器３のドレン回収系統１０による特徴
クエンチ装置２からシンガス脱硫装置３に至るシンガス系統８上に設けたシンガス系熱交換器３内では、シンガスｃ１中に含まれる蒸気が凝縮してドレンｆとなる。
この第１実施の形態では、このドレンｆをクエンチ装置２に回収するドレン回収系統１０を設けたことを特徴の１つとしており、ドレンｆの持つ熱エネルギーをドレン回収系統１０経由クエンチ装置２で回収するので、プラントの熱効率を向上させることができる。
【００１７】
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施の形態に係るガス化複合発電プラントの一部を示す構成図である。
複合発電プラントが大容量化すると、サイクル効率の向上やＨＲＳＧ１２の熱交換効率向上のため、ＨＲＳＧ１２を高圧および低圧の蒸気系を併設して複圧化する場合がある。
【００１８】
この第２実施の形態の場合、図２のように復水器１５からＨＲＳＧ１２に至る給水系統１６に複数の給水ポンプ１７−１、１７−２をカスケードに接続し、給水ポンプ１７−２から吐出された低圧の給水はＨＲＳＧ１２の低圧のドラムＤＬに、給水ポンプ１７−１から吐出された高圧の給水は高圧のドラムＤＨにそれぞれ供給されるように構成する。なお、２つの給水ポンプをカスケードに接続する代わりに、１台の給水ポンプの中段から低圧を吐出させ、最終段から高圧を吐出させるようにしてもよい。
【００１９】
そして、前記複数の給水系統１６−１、１６−２の構成に対応するように、クエンチ装置２に設けた給水系熱交換器も給水系統毎に１８−１、１８−２の如く複数個設置し、しかもクエンチ水ｄが温度の高い高圧給水側の熱交換器１８−１に先に流入し、その後温度の低い低圧給水側の熱交換器１８−２に流入するように構成する。
【００２０】
さらに、この第２実施の形態は、クエンチ装置２からシンガス脱硫装置５に至るシンガス系統８上に設ける熱交換器についても、ＨＲＳＧ１２の複圧化に伴い圧力の異なる給水系統毎に熱交換器３−１、３−２を設置し、かつシンガスｃ１を高圧給水側の熱交換器から先に通し、次に低圧給水側の熱交換器に導くように構成する。
【００２１】
この第２実施の形態によれば、複圧ＨＲＳＧを使用する場合においても、クエンチ装置のクエンチ水の持つ熱エネルギーおよびシンガスの持つ熱エネルギーを効率よく蒸気サイクルに回収し、よってプラントの熱効率を向上することができる。
【００２２】
（第３の実施の形態）
図３は本発明の第３の実施の形態に係るガス化複合発電プラントの一部を示す構成図である。
この第３実施の形態は、シンガス脱硫装置５入口のシンガス温度がシンガス脱硫装置５内部作動流体の温度制限の関係から一定温度以上にすることができない場合、シンガス系統８に新たに熱交換器３−３を設けてこの熱交換器３−３によりシンガス脱硫装置５入口側と出口側のシンガスを熱交換させ、シンガス脱硫装置５を通るときだけ、シンガスの温度を制限温度まで低下させるように構成したものである。
【００２３】
この第３実施の形態によれば、シンガス脱硫装置におけるシンガスの喪失熱量を低減することによってシンガスの冷却設備の効率化を図ることができるとともに、シンガス系から出ていく熱量を減らすことによってプラントの熱効率を向上することができる。
【００２４】
（第４の実施の形態）
図４は本発明の第４の実施の形態に係るガス化複合発電プラントの一部を示す構成図である。
本実施の形態は、シンガス減圧装置４を第４の実施の形態によるシンガス熱交換器３−１とシンガス脱硫装置５との中間のシンガス系統８上に設けるように構成したものである。
【００２５】
この第４実施の形態によれば、シンガス脱硫装置５入口のシンガスの持つ熱エネルギーを、シンガス脱硫装置５の出口側のシンガスｃ２に効率よく移転するようにし、シンガス脱硫装置におけるシンガスの喪失熱量を低減し、サイクルから出ていく熱量を減らすことによってプラントの熱効率を向上することができる。
【００２６】
（第５の実施の形態）
図５は本発明の第５の実施の形態に係るガス化複合発電プラントの一部を示す構成図である。
本実施の形態は、シンガス脱硫装置５から前記シンガス熱交換器３−３に至るシンガス系統８上に新たにシンガス加湿装置１９を設置するようにしたものである。
【００２７】
この第５実施の形態によれば、加湿装置１９を設けたことにより、シンガスの脱硫プロセスでの熱量の損失を最小にし、シンガス熱交換器の効率を向上させ、プラントの熱効率を向上することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ガス化炉から排出される高温のシンガスを減温し、下流側のシンガス脱硫装置やガスタービンに適した温度にすることができ、併せて本来系外に放出されていた熱エネルギーを蒸気サイクルに取り込むことによって、プラントの熱効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係るガス化複合発電プラントの構成図。
【図２】本発明の第２実施の形態に係るガス化複合発電プラントの一部を示す構成図。
【図３】本発明の第３実施の形態に係るガス化複合発電プラントの一部を示す構成図。
【図４】本発明の第４実施の形態に係るガス化複合発電プラントの一部を示す構成図。
【図５】本発明の第５実施の形態に係るガス化複合発電プラントの一部を示す構成図。
【符号の説明】
１…ガス化炉、２…シンガス冷却装置（クエンチ装置）、３，３−１，３−２…シンガス系熱交換器、４…シンガス減圧装置、５…シンガス脱硫装置、６…ガスタービン、７…燃焼器、８…シンガス系統、９空気圧縮機、１０…ドレン回収系統、１１…ガスタービン発電機、１２…ＨＲＳＧ、１３…蒸気タービン、１４…蒸気タービン発電機、１５…復水器、１６，１６−１，１６−２…給水系配管、１７，１７−１，１７−２…給水ポンプ、１８，１８−１，１８−２…給水系熱交換器、１９…加湿器、ａ…重質油、ｂ…酸化剤、ｃ１，ｃ２…シンガス、ｄ…熱交換媒体（クエンチ水）、ｅ…給水、ｆ…ドレン、ｇ…ガスタービン排ガス、ｈ…蒸気、ｉ…蒸気。

Claims

シンガスを生成し排出するガス化炉と、このガス化炉から排出されたシンガスを脱硫するシンガス脱硫装置と、このシンガス脱硫装置により脱硫したシンガスを燃料とするガスタービン、このガスタービンの排ガスの熱エネルギーにより給水を加熱する排熱回収ボイラ、この排熱回収ボイラから出力された蒸気により駆動される蒸気タービン、これらガスタービン、蒸気タービンにより駆動される発電機を備えた複合発電設備と、からなるガス化複合発電プラントにおいて、
前記ガス化炉の出口側にガス化炉から排出されるシンガスの有する熱エネルギーを熱交換媒体によって回収するシンガス冷却装置を設けることを特徴としたガス化複合発電プラント。
前記複合発電設備に設けられた復水器から排熱回収ボイラに至る給水系統上に、前記シンガス冷却装置内の熱交換媒体によって給水を加熱する給水系熱交換器を設けたことを特徴とする請求項１記載のガス化複合発電プラント。
前記シンガス冷却装置からガスタービンに至るシンガス系統上にシンガスによって前記排熱回収ボイラに供給する給水を加熱するシンガス系熱交換器を設けたことを特徴とする請求項１記載のガス化複合発電プラント。
前記シンガス冷却装置からガスタービンに至るシンガス系統上にシンガスの脱硫を行うシンガス脱硫装置を設けたことを特徴とする請求項３記載のガス化複合発電プラント。
前記シンガス系熱交換器と前記シンガス脱硫装置の間にシンガスの減圧を行うシンガス減圧装置を設けることを特徴とする請求項４記載の重質油ガス化複合発電プラント。
前記シンガス系熱交換器と前記シンガス冷却装置との間に前記シンガス系熱交換器内で生じたドレンを回収するドレン回収系統を設けたことを特徴とする請求項３記載の重質油ガス化複合発電プラント。
前記排熱回収ボイラを複圧式とし、復水器から排熱回収ボイラに圧力の異なる復水を供給する複数の給水系統を備え、各々の給水系統上に前記シンガス冷却装置の熱交換媒体によって前記排熱回収ボイラの給水を加熱する冷却器をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１記載のガス化複合発電プラント。
前記排熱回収ボイラを複圧式とし、復水器から排熱回収ボイラに圧力の異なる復水を供給する複数の給水系統を備え、各々の給水系統上に給水とシンガスの熱交換を行うシンガス系熱交換器をガス化炉側から給水圧力の高い順に設けることを特徴とする請求項３記載のガス化複合発電プラント。
前記ガス化炉からシンガス脱硫装置に至るシンガス系統上に脱硫前と脱硫後のシンガスの熱交換を行うシンガス系熱交換器を設けたことを特徴とする請求項１記載の重質油ガス化複合発電プラント。
前記重質油ガス化複合発電プラントにおいて、ガス化炉からシンガス脱硫装置に至るシンガス系統上の脱硫前と脱硫後のシンガスの熱交換を行う熱交換器とシンガス脱硫装置の間にシンガスの減圧を行うシンガス減圧装置を設けることを特徴とする請求項９記載の重質油ガス化複合発電プラント。
前記シンガス脱硫装置からガスタービンに至るシンガス系統上のシンガス脱硫装置と脱硫前と脱硫後のシンガスの熱交換を行う熱交換器の間にシンガスを加湿する加湿装置を設けたことを特徴とする請求項９記載のガス化複合発電プラント。