JP2757290B2 - 石炭ガス化設備を持ったガス・蒸気タービン複合設備 - Google Patents
石炭ガス化設備を持ったガス・蒸気タービン複合設備Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
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- Combustion & Propulsion (AREA)
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガスタービンに前置接続され熱交換装置を
備えた石炭ガス化設備、その熱交換装置に後置接続され
たガス浄化装置、エコノマイザ加熱面と気化器加熱面と
過熱器加熱面とを持ちガスタービンの排気ガスで貫流さ
れる蒸気発生設備、およびこの蒸気発生設備に接続され
高圧給水系統を持った蒸気タービン設備を有するガス・
蒸気タービン複合設備に関する。
備えた石炭ガス化設備、その熱交換装置に後置接続され
たガス浄化装置、エコノマイザ加熱面と気化器加熱面と
過熱器加熱面とを持ちガスタービンの排気ガスで貫流さ
れる蒸気発生設備、およびこの蒸気発生設備に接続され
高圧給水系統を持った蒸気タービン設備を有するガス・
蒸気タービン複合設備に関する。
かかる形式のガス・蒸気タービン複合設備の場合、石
炭ガス化設備で製造された石炭ガスはその浄化後にガス
タービンを駆動するための燃料として使用される（技術
雑誌「VGB・クラフトヴェルクステヒニーク（Kraftwerk
stechnik）68（1988）」の第1022〜1030頁に掲載のミュ
ラー（R.Mller）およびシファース（U.Schiffers）共
著の論文「コンビ・プロセス用の石炭圧力ガス化法（Ko
hledruckvergasung fr Kombi−Prozess）」参照）。
ガスタービンの高温で酸素豊富な排気ガスは、高圧蒸気
および低圧蒸気を発生するために廃熱ボイラに導かれ
る。
炭ガス化設備で製造された石炭ガスはその浄化後にガス
タービンを駆動するための燃料として使用される（技術
雑誌「VGB・クラフトヴェルクステヒニーク（Kraftwerk
stechnik）68（1988）」の第1022〜1030頁に掲載のミュ
ラー（R.Mller）およびシファース（U.Schiffers）共
著の論文「コンビ・プロセス用の石炭圧力ガス化法（Ko
hledruckvergasung fr Kombi−Prozess）」参照）。
ガスタービンの高温で酸素豊富な排気ガスは、高圧蒸気
および低圧蒸気を発生するために廃熱ボイラに導かれ
る。
石炭ガス化設備においてガスを浄化するためおよび石
炭ガスの熱エネルギーを一層有効に利用するため、石炭
ガス化に際し1000℃よりかなり高い高温石炭ガスを冷却
することが行われている。石炭ガス内にある熱エネルギ
ーいわゆる「顕熱」は、公知の原動所の場合（「シーメ
ンス−プブリカチオン（Siemens−Publikation）Nr.A19
100−U936−A103−Ｘ−7600」ミュラー（Rainner Mll
er）およびカルグ（Jurgen Karg）共著、「複合サイク
ル動力プラントの石炭ガス化システムの評価（Assessme
nt of Coal Gasifications Systems for combined Cycl
e Power Plants）」、特に第９図参照）、いわゆる生ガ
スボイラ、廃熱ボイラあるいは熱交換器において高温の
蒸気を発生するために利用されている。その蒸気は蒸気
タービンに導かれ、それによって原動所のプロセス効率
を向上している。しかしその生ガスボイラ、廃熱ボイラ
あるいは熱交換器において、非常に高い温度のために、
それらの中にある加熱面伝熱管（配管系）に腐食が生じ
てしまうという問題がある。
炭ガスの熱エネルギーを一層有効に利用するため、石炭
ガス化に際し1000℃よりかなり高い高温石炭ガスを冷却
することが行われている。石炭ガス内にある熱エネルギ
ーいわゆる「顕熱」は、公知の原動所の場合（「シーメ
ンス−プブリカチオン（Siemens−Publikation）Nr.A19
100−U936−A103−Ｘ−7600」ミュラー（Rainner Mll
er）およびカルグ（Jurgen Karg）共著、「複合サイク
ル動力プラントの石炭ガス化システムの評価（Assessme
nt of Coal Gasifications Systems for combined Cycl
e Power Plants）」、特に第９図参照）、いわゆる生ガ
スボイラ、廃熱ボイラあるいは熱交換器において高温の
蒸気を発生するために利用されている。その蒸気は蒸気
タービンに導かれ、それによって原動所のプロセス効率
を向上している。しかしその生ガスボイラ、廃熱ボイラ
あるいは熱交換器において、非常に高い温度のために、
それらの中にある加熱面伝熱管（配管系）に腐食が生じ
てしまうという問題がある。
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の複合設備の効率
を向上し、同時に比較的低い温度で熱伝達できるように
し、そのようにして配管系における腐食を少なくするこ
とにある。
を向上し、同時に比較的低い温度で熱伝達できるように
し、そのようにして配管系における腐食を少なくするこ
とにある。
本発明によればこの課題は、石炭ガス化設備の熱交換
装置がその熱エネルギーを給水加熱用に蒸気タービン設
備の高圧給水系統に放出するように接続が行われること
によって解決される。
装置がその熱エネルギーを給水加熱用に蒸気タービン設
備の高圧給水系統に放出するように接続が行われること
によって解決される。
換言すれば、熱交換装置の二次側は高圧給水系統に何
等かの方法で接続され、これにより高圧給水により貫流
される。その場合、高圧給水の全部あるいは一部が貫流
されることが対象となる。
等かの方法で接続され、これにより高圧給水により貫流
される。その場合、高圧給水の全部あるいは一部が貫流
されることが対象となる。
熱交換装置の熱エネルギーを石炭ガス化設備から「顕
熱」を吸収する高圧給水系統に直接伝達することによっ
て、石炭ガス化設備は非常に高い圧力で運転できる。こ
のことは続く蒸気発生器およびタービン系統に関連して
効率を高める結果となる。
熱」を吸収する高圧給水系統に直接伝達することによっ
て、石炭ガス化設備は非常に高い圧力で運転できる。こ
のことは続く蒸気発生器およびタービン系統に関連して
効率を高める結果となる。
熱交換装置の熱エネルギーを高圧給水系統に供給する
ためには、必要に応じて本発明の有利な後述する実施態
様が推奨される。原理的には、石炭ガス化設備から1000
℃よりかなり高い温度で生ずる石炭ガスは、給水系統の
任意の個所において熱交換装置によって冷却される。い
ずれの場合にも、熱力学的な理由から石炭ガス化設備で
発生した可燃性石炭ガスの「顕熱」が大気に損失熱とし
て放出されず、原動所プロセスにおいて高い圧力レベル
で利用されることが重要である。
ためには、必要に応じて本発明の有利な後述する実施態
様が推奨される。原理的には、石炭ガス化設備から1000
℃よりかなり高い温度で生ずる石炭ガスは、給水系統の
任意の個所において熱交換装置によって冷却される。い
ずれの場合にも、熱力学的な理由から石炭ガス化設備で
発生した可燃性石炭ガスの「顕熱」が大気に損失熱とし
て放出されず、原動所プロセスにおいて高い圧力レベル
で利用されることが重要である。
「顕熱」を熱交換装置によって放出するコスト的に非
常に有利な方式は、接続例１によって得られる。この接
続例１は、熱交換装置が蒸気発生設備のエコノマイザ加
熱面に前置接続されていることを特徴とする。
常に有利な方式は、接続例１によって得られる。この接
続例１は、熱交換装置が蒸気発生設備のエコノマイザ加
熱面に前置接続されていることを特徴とする。
これに対して接続例２によって部分負荷運転の効率が
改善される。この接続例２は、熱交換装置がエコノマイ
ザ加熱面と気化器加熱面との間に接続されていることを
特徴とする。
改善される。この接続例２は、熱交換装置がエコノマイ
ザ加熱面と気化器加熱面との間に接続されていることを
特徴とする。
接続例３によって部分負荷運転の効率は一層改善され
る。接続例３は、熱交換装置がエコノマイザ加熱面に対
して並列接続されていることを特徴とする。
る。接続例３は、熱交換装置がエコノマイザ加熱面に対
して並列接続されていることを特徴とする。
以下第１図および第２図に示した実施例を参照して本
発明を詳細に説明する。
発明を詳細に説明する。
第１図には、石炭ガス化設備を持ったガス・蒸気ター
ビン複合設備の本発明の理解にとって重要な部分だけが
概略的に示されている。このガス・蒸気タービン複合設
備１は、蒸気タービン設備２およびガスタービン設備４
を有している。蒸気タービン設備２は蒸気発生設備６お
よび高圧タービン部10と中圧タービン部12と低圧タービ
ン部14とを持った蒸気タービン８を有している。共通の
軸16上に発電機18がある。
ビン複合設備の本発明の理解にとって重要な部分だけが
概略的に示されている。このガス・蒸気タービン複合設
備１は、蒸気タービン設備２およびガスタービン設備４
を有している。蒸気タービン設備２は蒸気発生設備６お
よび高圧タービン部10と中圧タービン部12と低圧タービ
ン部14とを持った蒸気タービン８を有している。共通の
軸16上に発電機18がある。
蒸気発生設備６にはガスタービン設備４が前置接続さ
れている。ガスタービン設備４はガスタービン20のほか
に圧縮機24を介して空気ｌが導入される燃焼器22を有し
ている。その場合圧縮機24はガスタービン20の軸26上に
ある。ガスタービン設備４の燃焼器22に対する燃料とし
て、石炭ガス化設備30で石炭ガス発生器32によって発生
した石炭ガスｋが使用される。図中においてｂは石炭ガ
ス化設備30に導入される燃料の石炭である。石炭ガスは
石炭ガス発生器32に後続の熱交換器（熱交換装置）34を
介して導かれる。図中においてＡ、Ｂは熱交換器34の二
次側回路の接続点である。石炭ガスｋはガス浄化装置36
を通して導かれ、そして浄化済みの石炭ガスｋとして用
立てられる。石炭ガス化設備30および蒸気発生設備６に
対して、それぞれ燃料ｂないしｇの導入は矢印で示され
ている。蒸気発生設備６の燃料ｇとしては公知のように
石炭、油あるいは天然ガスが利用される。
れている。ガスタービン設備４はガスタービン20のほか
に圧縮機24を介して空気ｌが導入される燃焼器22を有し
ている。その場合圧縮機24はガスタービン20の軸26上に
ある。ガスタービン設備４の燃焼器22に対する燃料とし
て、石炭ガス化設備30で石炭ガス発生器32によって発生
した石炭ガスｋが使用される。図中においてｂは石炭ガ
ス化設備30に導入される燃料の石炭である。石炭ガスは
石炭ガス発生器32に後続の熱交換器（熱交換装置）34を
介して導かれる。図中においてＡ、Ｂは熱交換器34の二
次側回路の接続点である。石炭ガスｋはガス浄化装置36
を通して導かれ、そして浄化済みの石炭ガスｋとして用
立てられる。石炭ガス化設備30および蒸気発生設備６に
対して、それぞれ燃料ｂないしｇの導入は矢印で示され
ている。蒸気発生設備６の燃料ｇとしては公知のように
石炭、油あるいは天然ガスが利用される。
ガスタービン設備４においてガスタービン20から出て
くる排気ガスは、蒸気発生設備６に導かれる。この高温
の酸素豊富な排気ガスは蒸気発生設備６においてここに
供給される燃料ｇに対する燃焼用空気として使用され
る。この排気ガスはそこでエコノマイザ加熱面40（接続
点C,F）、蒸発器加熱面42（接続点Ｅ）および二つ以上
の過熱器加熱面44、46を加熱する。その場合、過熱器加
熱面46は公知のように再熱器あるいは中圧過熱器に属し
ており、過熱器加熱面44は高圧最終過熱器に属してい
る。蒸気発生設備６には圧力水タンク48も属しており、
その入口は蒸発器加熱面42の出口に接続されている。排
気ガスは蒸気発生設備６を貫流した後で後置接続された
燃焼ガス熱交換器50を介して冷却済み排気ガスａとして
例えば煙突（図示せず）を通して排出される。
くる排気ガスは、蒸気発生設備６に導かれる。この高温
の酸素豊富な排気ガスは蒸気発生設備６においてここに
供給される燃料ｇに対する燃焼用空気として使用され
る。この排気ガスはそこでエコノマイザ加熱面40（接続
点C,F）、蒸発器加熱面42（接続点Ｅ）および二つ以上
の過熱器加熱面44、46を加熱する。その場合、過熱器加
熱面46は公知のように再熱器あるいは中圧過熱器に属し
ており、過熱器加熱面44は高圧最終過熱器に属してい
る。蒸気発生設備６には圧力水タンク48も属しており、
その入口は蒸発器加熱面42の出口に接続されている。排
気ガスは蒸気発生設備６を貫流した後で後置接続された
燃焼ガス熱交換器50を介して冷却済み排気ガスａとして
例えば煙突（図示せず）を通して排出される。
蒸気発生設備６には高圧給水加熱器52（出口接続点
Ｄ）が前置接続されている。これは燃焼ガス熱交換器50
に並列接続されている。
Ｄ）が前置接続されている。これは燃焼ガス熱交換器50
に並列接続されている。
更に第１図から、低圧タービン部14から出た低温の水
蒸気が復水器56を通して導かれることが分かる。ここで
水蒸気は導入された冷却水ｗによって復水に転換され
る。この復水は第１の給水ポンプ58によって一つあるい
は複数の低圧給水加熱器60を介して給水タンク62に搬送
される。いまや給水と呼ばれる復水は、第２の給水ポン
プ64によって全体を符号66で表した高圧給水系統に搬送
される。ここで給水はまず、高圧給水加熱器52および燃
焼ガス熱交換器50を通して並列に搬送される。その場合
給水は燃焼ガス熱交換器50の熱エネルギーによって加熱
される。この高圧給水加熱器52および燃焼ガス熱交換器
50から成る並列回路の出口接続点Ｄから高圧給水は、本
発明に基づいて種々の経路をたどる。その全部で三つの
接続例V1〜V3は第２図の表から明らかになる。
蒸気が復水器56を通して導かれることが分かる。ここで
水蒸気は導入された冷却水ｗによって復水に転換され
る。この復水は第１の給水ポンプ58によって一つあるい
は複数の低圧給水加熱器60を介して給水タンク62に搬送
される。いまや給水と呼ばれる復水は、第２の給水ポン
プ64によって全体を符号66で表した高圧給水系統に搬送
される。ここで給水はまず、高圧給水加熱器52および燃
焼ガス熱交換器50を通して並列に搬送される。その場合
給水は燃焼ガス熱交換器50の熱エネルギーによって加熱
される。この高圧給水加熱器52および燃焼ガス熱交換器
50から成る並列回路の出口接続点Ｄから高圧給水は、本
発明に基づいて種々の経路をたどる。その全部で三つの
接続例V1〜V3は第２図の表から明らかになる。
第１の接続例V1において、接続点ＡとＣ、ＢとＤ、Ｅ
とＦがそれぞれ対を成して互いに接続される。即ち熱交
換器34が蒸気発生設備６のエコノマイザ加熱面40に前置
接続される。このようにして熱交換器34は二次側が直接
蒸気タービン設備２の高圧給水回路に接続される。これ
により給水加熱器60、52において抽気蒸気および燃焼ガ
ス熱交換器50において排気ガスによって既に予め加熱さ
れた高圧給水は、追加的に熱交換器34の放熱エネルギー
によって直接的に加熱される。給水は後置接続されたエ
コノマイザ加熱面40を通り、後置接続された蒸発器加熱
面42によって蒸気に転換され、圧力水タンク48を介して
過熱器加熱面44に導かれる。過熱済みの蒸気はそこから
蒸気タービン８の高圧タービン部10に送られる。それか
ら高圧タービン部10の出口からの蒸気は、再熱器あるい
は中圧過熱器加熱面46を介して中圧タービン部12の入口
に導かれる。蒸気はこの中圧タービン部12を通過した
後、低圧タービン部14に到達し、そこから最終的に復水
器56に達する。発電機18の運転によって熱エネルギーは
最終的には電気エネルギーに変換される。なお多段式蒸
気タービン８の代わりに、同軸16上の二つの蒸気タービ
ン（図示せず）で運転することもできる。
とＦがそれぞれ対を成して互いに接続される。即ち熱交
換器34が蒸気発生設備６のエコノマイザ加熱面40に前置
接続される。このようにして熱交換器34は二次側が直接
蒸気タービン設備２の高圧給水回路に接続される。これ
により給水加熱器60、52において抽気蒸気および燃焼ガ
ス熱交換器50において排気ガスによって既に予め加熱さ
れた高圧給水は、追加的に熱交換器34の放熱エネルギー
によって直接的に加熱される。給水は後置接続されたエ
コノマイザ加熱面40を通り、後置接続された蒸発器加熱
面42によって蒸気に転換され、圧力水タンク48を介して
過熱器加熱面44に導かれる。過熱済みの蒸気はそこから
蒸気タービン８の高圧タービン部10に送られる。それか
ら高圧タービン部10の出口からの蒸気は、再熱器あるい
は中圧過熱器加熱面46を介して中圧タービン部12の入口
に導かれる。蒸気はこの中圧タービン部12を通過した
後、低圧タービン部14に到達し、そこから最終的に復水
器56に達する。発電機18の運転によって熱エネルギーは
最終的には電気エネルギーに変換される。なお多段式蒸
気タービン８の代わりに、同軸16上の二つの蒸気タービ
ン（図示せず）で運転することもできる。
第１図における実施例の場合、過熱器加熱面46に単一
再熱方式の蒸気原動所の熱流れ図が示されている。その
場合、高圧タービン部10には一つの中圧タービン部12し
か、および中圧タービン部12には一つの低圧タービン部
14しか後置接続されていない。しばしば利用されるこの
接続回路方式によれば、公知のように高いエネルギー変
換率が得られる。しかし例えば二重に再熱を行うような
別の熱流れ方式も勿論採用できる。
再熱方式の蒸気原動所の熱流れ図が示されている。その
場合、高圧タービン部10には一つの中圧タービン部12し
か、および中圧タービン部12には一つの低圧タービン部
14しか後置接続されていない。しばしば利用されるこの
接続回路方式によれば、公知のように高いエネルギー変
換率が得られる。しかし例えば二重に再熱を行うような
別の熱流れ方式も勿論採用できる。
低圧タービン部14から出た後、低温の蒸気は復水器56
に達する。その蒸気はそこから復水として上述したよう
にして給水ポンプ58、64を介して蒸気発生設備６の高圧
給水系統66に導かれる。
に達する。その蒸気はそこから復水として上述したよう
にして給水ポンプ58、64を介して蒸気発生設備６の高圧
給水系統66に導かれる。
第２図の表における接続例V2〜V3から、石炭ガス化設
備30の熱交換器34から蒸気発生設備６の高圧給水系統66
への熱エネルギーの異なった伝達方式が理解できる。
備30の熱交換器34から蒸気発生設備６の高圧給水系統66
への熱エネルギーの異なった伝達方式が理解できる。
接続例V2の場合、接続点ＡとＥ、ＢとＦ、ＣとＤがそ
れぞれ対を成して互いに接続される。これにより、熱交
換器34はエコノマイザ加熱面40と気化器加熱面42との間
に接続されることになる。ここでも熱交換器34の二次側
は直接給水系統66の高圧給水によって貫流される。
れぞれ対を成して互いに接続される。これにより、熱交
換器34はエコノマイザ加熱面40と気化器加熱面42との間
に接続されることになる。ここでも熱交換器34の二次側
は直接給水系統66の高圧給水によって貫流される。
接続例V3の場合、一方では三つの接続点Ａ、Ｅ、Ｆが
他方では三つの接続点Ｂ、Ｃ、Ｄがそれぞれ一緒にされ
る。これによりエコノマイザ加熱面40と熱交換器34の並
列接続が生ずる。ここでは給水の一部だけが熱交換器34
を通って流れる。
他方では三つの接続点Ｂ、Ｃ、Ｄがそれぞれ一緒にされ
る。これによりエコノマイザ加熱面40と熱交換器34の並
列接続が生ずる。ここでは給水の一部だけが熱交換器34
を通って流れる。
第１図は石炭ガス化設備を持ったガス・蒸気タービン複
合設備の概略系統図、第２図は第１図におけるガス・蒸
気タービン複合設備の接続点Ａ〜Ｆの三つの異なった接
続例V1〜V3において石炭ガス化設備の熱交換装置から蒸
気タービンの高圧給水系統への種々の熱エネルギーの伝
達方式を示した表図である。 １……ガス・蒸気タービン複合設備 ２……蒸気タービン設備 ４……ガスタービン設備 ６……蒸気発生設備 20……ガスタービン 30……石炭ガス化設備 34……熱交換器 36……ガス浄化装置 40……エコノマイザ加熱面 42……気化器加熱面 44……過熱器加熱面 66……高圧給水系統
合設備の概略系統図、第２図は第１図におけるガス・蒸
気タービン複合設備の接続点Ａ〜Ｆの三つの異なった接
続例V1〜V3において石炭ガス化設備の熱交換装置から蒸
気タービンの高圧給水系統への種々の熱エネルギーの伝
達方式を示した表図である。 １……ガス・蒸気タービン複合設備 ２……蒸気タービン設備 ４……ガスタービン設備 ６……蒸気発生設備 20……ガスタービン 30……石炭ガス化設備 34……熱交換器 36……ガス浄化装置 40……エコノマイザ加熱面 42……気化器加熱面 44……過熱器加熱面 66……高圧給水系統
Claims (4)
- 【請求項１】ガスタービン（20）に前置接続され熱交換
装置（34）を備えた石炭ガス化設備（30）、その熱交換
装置（34）に後置接続されたガス浄化装置（36）、エコ
ノマイザ加熱面（40）と気化器加熱面（42）と過熱器加
熱面（44）とを持ちガスタービン（20）の排気ガスで貫
流される蒸気発生設備（６）、およびこの蒸気発生設備
（６）に接続され高圧給水系統（66）を持った蒸気ター
ビン設備（２）を有するガス・蒸気タービン複合設備に
おいて、石炭ガス化設備（30）の熱交換装置（34）が、
その熱エネルギーを給水加熱用に蒸気タービン設備
（２）の高圧給水系統（66）に放出するように接続が行
われることを特徴とする石炭ガス化設備を持ったガス・
蒸気タービン複合設備。 - 【請求項２】熱交換装置（34）が蒸気発生設備（６）の
エコノマイザ加熱面（40）に前置接続されていることを
特徴とする請求項１記載のガス・蒸気タービン複合設
備。 - 【請求項３】熱交換装置（34）がエコノマイザ加熱面
（40）と気化器加熱面（42）との間に接続されているこ
とを特徴とする請求項１記載のガス・蒸気タービン複合
設備。 - 【請求項４】熱交換装置（34）がエコノマイザ加熱面
（40）に対して並列接続されていることを特徴とする請
求項１記載のガス・蒸気タービン複合設備。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3921439.7 | 1989-06-27 | ||
| DE3921439A DE3921439A1 (de) | 1989-06-27 | 1989-06-27 | Kombinierter gas-dampfturbinenprozess mit kohlevergasung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0388902A JPH0388902A (ja) | 1991-04-15 |
| JP2757290B2 true JP2757290B2 (ja) | 1998-05-25 |
Family
ID=6383950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2163047A Expired - Fee Related JP2757290B2 (ja) | 1989-06-27 | 1990-06-22 | 石炭ガス化設備を持ったガス・蒸気タービン複合設備 |
Country Status (7)
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