JP3649456B2

JP3649456B2 - 石炭ガス化発電方法

Info

Publication number: JP3649456B2
Application number: JP04089194A
Authority: JP
Inventors: 聡内田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-03-11
Filing date: 1994-03-11
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2020-05-18
Also published as: JPH07247807A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はガスタービン・蒸気タービン複合発電プラント等において、燃料の石炭をガス化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来の石炭ガス化複合発電設備の一例を示す概略系統図である。これにより、従来の石炭ガス化方法を説明する。
【０００３】
石炭（５１）と石灰石（５２）と加圧空気（５５）と水蒸気（５３）が石炭ガス化炉（１）へ投入される。石炭ガス化炉（１）で石炭はガス化され、発生したガス中のＨ₂Ｓ，ＣＯＳは石灰石と反応して、石灰石中にＣａＳとして固定される。石炭ガス化炉（１）で発生したガス化ガス（６１）は、脱塵装置（３）により脱塵され、ガス冷却器（５）により一定温度まで冷却された後、コンバスタ（６）へ投入される。石炭ガス化炉（１）でガス化されなかったチャーや脱硫反応後のＣａＳ等の固形物（６３）は、石炭酸化炉（２）へ投入され、燃料として使用される。この石炭酸化炉（２）の高温排ガス（６２）も脱塵装置（４）を経て上記コンバスタ（６）に投入される。
【０００４】
空気圧縮機（８）により空気（５４）が加圧されて加圧空気（５５）となり、上記コンバスタ（６），石炭酸化炉（２），石炭ガス化炉（１）へそれぞれ分配供給される。コンバスタ（６）では、ガス化ガス（６１）と石炭酸化炉（２）の高温排ガス（６２）とが混合され、加圧空気（５５）により燃焼してガスタービン入口ガス（６４）を発生する。このガスタービン入口ガス（６４）は、ガスタービン（７）を駆動してガスタービン出口ガス（６５）となる。このガスタービン出口ガス（６５）は排熱回収ボイラ（１０）で熱回収され、煙突（１５）から大気に放出される。ガスタービン（７）は空気圧縮機（８）と発電機（９）を駆動する。
【０００５】
排熱回収ボイラ（１０），ガス冷却器（５）および石炭酸化炉（２）内の熱交換器により加熱された水蒸気（５６）は、蒸気タービン（１１）を駆動し、発電機（１２）により電気を発生させる。その後コンデンサ（１３）で凝縮されて復水となり、循環ポンプ（１４）によって再び排熱回収ボイラ（１０）へ送られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の石炭ガス化方法には以下のような問題点があった。
１）発電設備の負荷を低下させる場合は、石炭ガス化炉（１）へ投入する石炭量を減少して対応するが、この時、炉内温度と炉内ガス流速も低下し、ある負荷以下になると炉内にクリンカ，タールが急激に形成されてしまう。また、石炭酸化炉（２）に供給されるチャー量も減少するので、石炭ガス化炉（１）と同様にガス流速と温度が低下し、クリンカ，タールが形成される。クリンカが発生すると炉内の流動が不安定となり、また灰の排出が困難となる。またタールが発生すると下流でベタベタになって弁類の閉塞をもたらす。そのため、発電設備の負荷減少には制約があった。図９，図１０に従来の発電設備負荷とクリンカ，タールの形成比との関係を示す。
【０００７】
２）石炭ガス化炉（１）内で石炭ガス化の際にＨ₂Ｓ，ＣＯＳが発生する反応は炉全体で生じるため、炉上部と炉下部とでは発生したＨ₂ＳやＣＯＳと石灰石との接触時間が異なり、脱硫率が低下する。また負荷低下時は、石灰石投入量も減少するため相対的に接触時間が短くなり、脱硫率は更に低下する。
３）石炭酸化炉（２）内でも同様に、酸化の際に発生するＨ₂Ｓ，ＣＯＳの脱硫率は低く、負荷低下時の層高制御時には一段と低下する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記従来の課題を解決するために、石炭チャー，加圧空気，水蒸気および硫化カルシウムが供給され、高温排ガスを発生する石炭酸化炉と、上記石炭酸化炉の高温排ガス，加圧空気および石炭が供給され、石炭ガス化ガスを発生する石炭ガス化炉と、上記石炭ガス化ガスおよび石灰石が供給され、上記石炭ガス化ガス中の硫黄化合物を硫化カルシウムとして固定・脱硫する脱硫炉とを設け、低負荷時に上記石炭酸化炉に石炭を供給するようにしたことを特徴とする石炭ガス化発電方法を提案するものである。
【０００９】
【作用】
負荷を低下させる時には、石炭ガス化炉へ供給する石炭と加圧空気を、クリンカやタールが形成される恐れがない範囲で、減少させる。そうすると発生するガス化ガスの量が減少し、ガス温度も低下するので、負荷は低下する。この時、石炭ガス化炉から石炭酸化炉へ供給される石炭チャーの量も減少するが、本発明の方法においては、石炭酸化炉へも石炭を供給することにより、石炭酸化炉内の層高を一定に維持し、ガス温度と流速を一定に保って、クリンカやタールの形成を防止する。
【００１０】
本発明ではまた、脱硫炉が石炭ガス化炉と分離しているので、酸素によるＣａＳの分解が防止され、脱硫率が向上するとともに、石炭ガス化に要する時間と石灰石による脱硫反応時間とのズレによる不具合点も解消し、更に炉の上部で発生したＨ₂ＳとＣＯＳが炉の下部で発生したものよりも石灰石と接触する時間が短いという問題も解決される。
【００１１】
【実施例】
図１は本発明の方法を実施する石炭ガス化複合発電設備の一例を示す概略系統図、図２は図１中の石炭酸化炉（２），石炭ガス化炉（１），脱硫炉（２０）およびサイクロン（２１）の概略構造を示す縦断面図である。
【００１２】
石炭（５１）と加圧空気（５５）と石炭酸化炉（２）の高温排ガス（６２）とが石炭ガス化炉（１）へ投入される。石炭ガス化炉（１）で石炭はガス化され、発生したガスは脱硫炉（２０）へ導入さる。発生したガス中のＨ₂Ｓ，ＣＯＳは、脱硫炉（２０）内の石灰石（５２）と反応し、ＣａＳとして固定される。脱硫されたガス（６１）は、サイクロン（２１）により比較的粒子径の大きい煤塵を除去され、ガス冷却器（５）により一定温度まで冷却された後、精密脱塵装置（２２）を経てコンバスタ（６）へ投入される。
【００１３】
空気（５４）は空気圧縮機（８）により加圧されて加圧空気（５５）となり、コンバスタ（６），石炭酸化炉（２），石炭ガス化炉（１）へそれぞれ分配供給される。コンバスタ（６）ではガス化ガス（６１）が加圧空気（５５）により燃焼し、ガスタービン入口ガス（６４）が発生する。このガスタービン入口ガス（６４）はガスタービン（７）を駆動してガスタービン出口ガス（６５）となる。このガスタービン出口ガス（６５）は排熱回収ボイラ（１０）で熱回収され、煙突（１５）から大気放出される。ガスタービン（７）は空気圧縮機（８）と発電機（９）を駆動する。
【００１４】
排熱回収ボイラ（１０），ガス冷却器（５），石炭酸化炉（２）内の熱交換器により加熱された水蒸気（５６）は、蒸気タービン（１１）を駆動して発電機（１２）で電気を発生する。蒸気タービン（１１）を出た水蒸気はコンデンサ（１３）で凝縮されて水となり、循環ポンプ（１４）によって排熱回収ボイラ（１０）に戻される。
【００１５】
発電設備の定格運転時、石炭酸化炉（２）には石炭ガス化炉（１）でガス化されなかった石炭チャー等の固形物（６３），加圧空気（５５），水蒸気（５３）および脱硫炉（２０）からのＣａＳ等（６６）が投入され、発生した高温排ガス（６２）は石炭ガス化炉（１）へ導入される。
【００１６】
発電設備の負荷を低下させる場合は、石炭ガス化炉（１）へ供給する石炭（５１），加圧空気（５５）を、クリンカ，タール形成の恐れが無い範囲で減少させる。そうすると、発生するガス化ガス（６１）も減少するから、ガスタービン（７）の出力は低下する。また、これに伴ないガス冷却器（５），排熱回収ボイラ（１０）における熱回収量も減少するから、蒸気タービン（１１）の出力も低下し、発電設備の負荷は低下する。
【００１７】
石炭ガス化炉（１）へ供給される石炭（５１），加圧空気（５５）が減少すれば、石炭ガス化炉（１）から石炭酸化炉（２）へ導入されている石炭チャー等（６３）も減少するので、石炭酸化炉（２）内の層高が低下しようとする。そこで本実施例では、発電設備定格運転時の層高と同じになるように石炭（５１）を酸化炉（２）へ投入する。これによって、石炭酸化炉（２）内の温度，流速は一定となり、クリンカ，タールは形成されない。
【００１８】
上記のとおり本実施例では、発電設備の負荷低下時には、石炭（５１）を石炭ガス化炉（１）だけでなく、石炭酸化炉（２）へも供給することにより、石炭ガス化炉（１）から石炭酸化炉（２）へ導かれる石炭チャー（６３）の減少分を補い、石炭酸化炉（２）内の層高を一定に維持する。そうすると、石炭酸化炉（２）内の温度と流速も一定値に保たれるので、クリンカやタールが形成される恐れはない。
【００１９】
一方、石炭ガス化炉（１）においては、クリンカやタールが形成される心配がない範囲で供給石炭量を絞ることにより、発生ガス量は減少する。それと共にガス温度も低下するので、ガス熱量も低下し、図３に示されるようにガスタービンによる動力回収量が低下する。更に、ガス冷却器（５）と排熱回収ボイラ（１０）における熱回収量も減少するので、石炭酸化炉（２）における熱回収量が一定でも、図４に示されるように全体熱吸収量は減少し、スチームタービンによる動力回収量も減少する。これにより、図５に示されるように全体の発電設備の負荷を低下できる。このように石炭酸化炉（２）の負荷は一定とし、石炭ガス化炉（１）の負荷低下によって発電設備の負荷低減に対応するため、装置制御が容易となる。
【００２０】
本実施例ではまた、石炭ガス化炉（１）と石炭酸化炉（２）を直列配置とし、その下流に脱硫炉（２０）を設置したので、発電設備の負荷がいかなる場合においても、Ｈ₂ＳとＣＯＳ濃度の和が常に最大の状態で、ガス化ガスが脱硫炉（２０）に導入されることになる。したがって脱硫炉内の石灰石層高を最適値とすることができ、高効率の脱硫率を維持できる。
【００２１】
更に本実施例では、図２に示されるように石炭酸化炉（２），石炭ガス化炉（１），脱硫炉（２０），サイクロン（２１）を直列配置にして一体化するので、装置がコンパクトとなり、製作コスト，必要設置面積が小さくなる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の方法によれば次の効果が得られる。
１）発電設備の負荷低減時において、石炭ガス化炉および石炭酸化炉内に、クリンカやタールを形成させることなく、最低運転負荷を４０％から２０％へ低減させることが可能となった（図６，図７参照）。
【００２３】
２）発電設備の負荷低減時において、石炭酸化炉の負荷は一定とし石炭ガス化炉の負荷低下によって負荷低減に対応するので、装置制御が容易となる。
【００２４】
３）石炭ガス化炉および石炭酸化炉で発生する硫化化合物の脱硫率が、発電設備負荷に関係なく一定値となる。
【００２５】
４）石炭酸化炉，石炭ガス化炉，脱硫炉，サイクロン，を直列配置にして一体化できるので、装置がコンパクトとなり、製作コスト，必要設置面積が少なくてすむ。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の方法を実施する石炭ガス化複合発電設備の一例を示す概略系統図である。
【図２】図２は図１中の石炭酸化炉，石炭ガス化炉，脱硫炉およびサイクロンの概略構造を示す縦断面図である。
【図３】図３はガスタービン発電機負荷とガスタービン出力およびコンプレッサ動力比との関係を示す図である。
【図４】図４は蒸気タービン負荷と熱回収率の関係を示す図である。
【図５】図５は発電設備負荷と出力の関係を示す図である。
【図６】図６は発電設備負荷と流速比の関係を示す図である。
【図７】図７は発電設備負荷と温度の関係を示す図である。
【図８】図８は従来の石炭ガス化複合発電設備の一例を示す概略系統図である。
【図９】図９は上記従来の発電設備負荷とクリンカ形成比の関係を示す図である。
【図１０】図１０は上記従来の発電設備負荷とタール形成比の関係を示す図である。
【符号の説明】
（１）石炭ガス化炉
（２）石炭酸化炉
（３），（４）脱塵装置
（５）ガス冷却器
（６）コンバスタ
（７）ガスタービン
（８）空気圧縮機
（９）発電機
（１０）排熱回収ボイラ
（１１）蒸気タービン
（１２）発電機
（１３）コンデンサ
（１４）循環ポンプ
（１５）煙突
（２０）脱硫炉
（２１）サイクロン
（２２）精密集塵装置
（５１）石炭
（５２）石灰石
（５３）水蒸気
（５４）空気
（５５）加圧空気
（５６）水蒸気
（６１）ガス化ガス
（６２）高温排ガス
（６３）チャー等
（６４）ガスタービン入口ガス
（６５）ガスタービン出口ガス
（６６）ＣａＳ等

Claims

石炭チャー，加圧空気，水蒸気および硫化カルシウムが供給され、高温排ガスを発生する石炭酸化炉と、上記石炭酸化炉の高温排ガス，加圧空気および石炭が供給され、石炭ガス化ガスを発生する石炭ガス化炉と、上記石炭ガス化ガスおよび石灰石が供給され、上記石炭ガス化ガス中の硫黄化合物を硫化カルシウムとして固定・脱硫する脱硫炉とを設け、低負荷時に上記石炭酸化炉に石炭を供給するようにしたことを特徴とする石炭ガス化発電方法。