JP2019027317A - ガス化複合発電設備及びその運転方法 - Google Patents
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Abstract
Description
従来の空気吹きガス化複合発電設備は、ガス化炉に供給する酸化剤として、ガスタービンの圧縮機から抽気された抽気空気と、空気分離装置(ASU)から分離された酸素とを用いている(特許文献1参照)。
すなわち、本発明にかかるガス化複合発電設備は、炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉と、外気を圧縮して前記ガス化炉に空気を供給するガス化空気圧縮機と、空気から酸素を分離して前記ガス化炉に酸素を供給する空気分離装置と、前記ガス化炉から導かれた生成ガスを用いて駆動されるガスタービンと、該ガスタービンによって駆動される発電機とを備え、前記ガス化炉に供給されるガスの酸素濃度は、40vol%以上60vol%以下とされていることを特徴とする。
一方、ガス化空気圧縮機は、大気圧の外気を圧縮するので、抽気空気圧縮機に比べて圧縮比が大きくなり、動力が大きくなる。これに対して、空気分離装置から分離された酸素をガス化炉に供給してガス化炉に供給されるガスの酸素濃度を40vol%以上60vol%以下にすることで、空気吹きの場合の一般的な酸素濃度に合わせて酸素濃度を25vol%とした場合に比べて、石炭の化学エネルギーに対する生成ガスの化学エネルギーの割合を示す冷ガス効率を上げて、全体として送電端効率を上げることができる。
また、ガスタービンから独立してガス化炉を運転することができるので、緊急時であってもガス化炉の運転を継続することができ、運用性を向上させることができる。
なお、ガス化炉に供給されるガスの酸素濃度としては、約50%がより好ましい。
燃料電池から排出される生成ガスをガスタービンに導くように燃料電池とガスタービンを直列に配置しても良いし、ガス化炉からの生成ガスを2方に分岐して燃料電池及びガスタービンに導くようにして、燃料電池とガスタービンとを並列に配置しても良い。
図1には、本発明の第1実施形態に係るガス化複合発電設備の概略構成が示されている。
ガス化複合発電設備(IGCC:Integrated Gasification Combined Cycle)1は、ガス化炉3と、ガス精製設備5と、ガスタービン7と、蒸気タービン18と、発電機(図示せず)と、排熱回収ボイラ(HRSG:Heat Recovery Steam Generator)20とを備えている。
ガス精製設備5は、生成ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン7に供給する。チャーが分離された生成ガス中にはまだ硫黄分(H2Sなど)が含まれているため、ガス精製設備5では、アミン吸収液などによって硫黄分を除去回収して、有効利用する。
なお、ガスタービン圧縮機で圧縮された圧縮空気は、ガス化炉3へは供給されない。すなわち、ガスタービン圧縮機からの圧縮空気は、燃焼器のみへ供給されるようになっている。
ガスタービン7のタービンの排出側には、排熱回収ボイラ20が接続されている。排熱回収ボイラ20は、給水とガスタービン7からの排ガスとの間で熱交換を行うことで、蒸気を生成するものである。そして、排熱回収ボイラ20で生成された蒸気は、蒸気タービン18へ導かれ、タービンが回転駆動されて回転軸を回転させることで発電機を回転駆動させる。
石炭ミルで石炭を粉砕して製造された微粉炭は、空気分離装置10から供給される窒素ガスとともにガス化炉3に供給される。また、チャー回収設備で回収されたチャーがガス化炉3に供給される。
燃焼器では、ガスタービン圧縮機から供給される圧縮空気と、ガス精製設備5から供給される燃料ガスとを混合し、燃焼することで燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスによりタービンを回転駆動することで、回転軸を介してガスタービン圧縮機及び発電機を回転駆動し、発電を行う。
なお、ガスタービン7と蒸気タービン18は同一軸として1つの発電機を回転駆動しなくてもよく、別の軸として複数の発電機を回転駆動しても良い。
外気を圧縮するガス化空気圧縮機12を用いてガス化炉3に空気を供給することとし、ガスタービン7のガスタービン圧縮機から抽気された空気を用いないこととした。これにより、起動時にガスタービン7の起動に関係なくガス化炉3の起動を行うことができる。この効果を図2に示した参考例を用いて説明する。図2に示すように、参考例の空気吹きガス化複合発電設備100は、ガスタービン7のガスタービン圧縮機から抽気した空気を吸い込んで圧縮する抽気空気圧縮機102を備えている。抽気空気圧縮機102で圧縮された空気は、ガス化炉3へと供給される。したがって、図2の空気吹きガス化複合発電設備100は、図1に示したようなガス化空気圧縮機12を備えていない。このため、ガス化炉3を起動するためには、先にガスタービン7を起動させる必要がある。
図3には、酸素濃度が約25%の位置に空気吹きの場合の送電端効率が菱形印で示されている。酸素濃度が約25%の位置における送電端効率の差が、ガス化空気圧縮機12と抽気空気圧縮機102の圧縮動力差に基づくものであると理解できる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して燃料電池を組み合わせて、IGFC(Integrated Gasification Fuel cell Combined Cycle:ガス化燃料電池複合発電)としたものである。以下の説明では、第1実施形態との相違点のみを説明し、その他は同一符号を付してその説明を省略する。
ガス化炉に供給されるガスの酸素濃度が40vol%以上60vol%以下とされ、酸素濃度が約25vol%とされる空気吹きの場合(図2参照)に比べて高い酸素濃度を有しているので、生成ガスは燃料電池を駆動するために必要なカロリーを得ることができる。これにより、IGFCを実現することができる。
3 ガス化炉
5 ガス精製設備
7 ガスタービン
10 空気分離装置
11 原料空気圧縮機
12 ガス化空気圧縮機
18 蒸気タービン
20 排熱回収ボイラ
22 煙突
24 SOFC(燃料電池)
Claims (5)
- 炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉と、
外気を圧縮して前記ガス化炉に空気を供給するガス化空気圧縮機と、
空気から酸素を分離して前記ガス化炉に酸素を供給する空気分離装置と、
前記ガス化炉から導かれた生成ガスを用いて駆動されるガスタービンと、
該ガスタービンによって駆動される発電機と、
を備え、
前記ガス化炉に供給されるガスの酸素濃度は、40vol%以上60vol%以下とされていることを特徴とするガス化複合発電設備。 - 前記ガス化炉から導かれた生成ガスを用いて発電する燃料電池を備えていることを特徴とする請求項1に記載のガス化複合発電設備。
- 炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉と、
外気を圧縮して前記ガス化炉に空気を供給するガス化空気圧縮機と、
空気から酸素を分離して前記ガス化炉に酸素を供給する空気分離装置と、
前記ガス化炉から導かれた生成ガスを用いて駆動されるガスタービンと、
該ガスタービンによって駆動される発電機と、
を備えたガス化複合発電設備の運転方法であって、
前記ガス化炉に供給されるガスの酸素濃度は、40vol%以上60vol%以下とされていることを特徴とするガス化複合発電設備の運転方法。 - 前記ガス化空気圧縮機から供給された空気によって前記ガス化炉を起動することを特徴とする請求項3に記載のガス化複合発電設備の運転方法。
- 前記ガスタービンは、空気を圧縮して燃焼器に供給するガスタービン圧縮機を備え、
前記ガスタービンの部分負荷時に、前記ガスタービン圧縮機に吸入される空気流量を、前記ガス化炉の運転状態とは独立して減少させることを特徴とする請求項3又は4に記載のガス化複合発電設備の運転方法。
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