JPH0571362A

JPH0571362A - 石炭ガス化プラントとその運転方法

Info

Publication number: JPH0571362A
Application number: JP23150091A
Authority: JP
Inventors: Narihisa Sugita; 成久杉田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-09-11
Filing date: 1991-09-11
Publication date: 1993-03-23
Anticipated expiration: 2014-03-17
Also published as: JP2870243B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、起動時に補助燃料を使用する
燃焼石炭ガス化炉において、窒素酸化物の発生の少ない
石炭ガス化発電プラントを提供することにある。【構成】石炭を供給する石炭供給系統と、空気から酸素
を分離する酸素分離系統と、補助燃料を供給する補助燃
料供給系統と、その起動時に補助燃料の燃焼により加温
され、通常運転時に石炭と酸素を供給されてガス化石炭
を得る石炭ガス化炉と、ガス化石炭を精製する精製手段
とから構成される石炭ガス化プラントにおいて、精製さ
れたガス化石炭から窒素以外の不活性ガスを分離する不
活性ガス分離手段と、分離された不活性ガスと酸素分離
系統からの酸素とを混合する混合手段と、不活性ガスと
酸素の混合気体を補助燃料とともに石炭ガス化炉に供給
する手段とを備えた石炭ガス化プラント。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は石炭ガス化プラントに係
り、特に起動時に窒素酸化物（以下ＮＯｘという）の発
生量の少ない石炭ガス化プラントとその運転方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】化石燃料として最大規模の埋蔵量を有す
る石炭を効率よく発電に利用できることから石炭ガス化
プラントが注目されている。このプラントは、石炭をガ
ス化して脱硫処理を行うためクリーンであり、ガス化燃
料をガスタービンで利用するため発電プラントとして高
効率であり、さらにガス化燃料が低カロリーであるため
ガスタービンでの燃焼時にＮＯｘの発生が少ないという
優れた効果が有る。

【０００３】この石炭ガス化プラントについては、すで
に多くの提案が成されており、例えば特開平3−43608号
では石炭ガス化炉に補助燃焼装置を設け、その起動の際
に補助燃焼装置を用いて石炭ガス化炉を石炭ガス化反応
に許容される温度まで昇温加熱し、石炭ガス化炉自体で
運転できるところまで立ち上げることが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】石炭ガス化プラント
は、その通常運転状態においては前記のように石炭ガス
化炉で発生したガス化燃料をガスタ−ビン燃料として用
いており、このガス化燃料が低カロリーであるためガス
タービンでの燃焼時にＮＯｘの発生が少ないという優れ
た効果を有する。

【０００５】これに対し、前記の特開平3−43608号では
起動時に補助燃焼器を用いているが、この起動時のＮＯ
ｘの発生についても十分に低レベルのものとする必要が
有る。

【０００６】ここで、燃料の燃焼とＮＯｘの関係、並び
にＮＯｘの外部放出量を少なくする対策について検討す
ると、ＮＯｘには燃料中に含まれる窒素分が酸素と反応
してできるフューエルＮＯｘと、空気中の窒素が酸素と
反応してできるサーマルNOxに分けられる。またＮＯｘ
の外部放出量を少なくする対策には、ＮＯｘの発生を抑
える方式と、発生したＮＯｘを窒素と酸素に分離してし
まう方式とがある。

【０００７】このうち、発生したＮＯｘを窒素と酸素に
分離してしまう後者の方式について、まず検討してみる
と、起動時に補助燃焼器を用いる石炭ガス化プラントに
は適用しにくい方式である。その理由は、補助燃焼器で
の燃焼により得られた高温のガスは石炭ガス化プラント
各部の加温に利用されることを第一目的としており、加
温後のガス温度はＮＯｘを窒素と酸素に分離する脱硝触
媒の反応温度よりも低いものとなってしまう。脱硝触媒
反応器入口に第２の補助燃焼器を設けて、脱硝触媒の反
応温度までガスを加熱する方式もあるが得策ではない。
このために、ＮＯｘの発生を抑える方式で対策するのが
有効である。

【０００８】ＮＯｘの発生を抑える方式について検討す
ると、フューエルＮＯｘの発生は燃料として窒素分をで
きるだけ含まない燃料を利用することによって、その発
生を防止することができる。これに対し、サーマルＮＯ
ｘは、一般には燃焼温度が高く、圧力が高いほどその発
生量が増加することが知られている。

【０００９】ところで、石炭ガス化炉では石炭と酸化剤
とを用いて石炭をガス化燃料にするわけであるが、この
場合に酸化剤として空気を利用するものと、酸素を利用
するものとが有る。前者の場合石炭ガス化炉には、ガス
化のための空気供給設備が当然に必要な設備として設置
されているため、この設備を利用して空気を補助燃料の
酸化剤として利用することができる。この反面、起動時
間の短縮のためには補助燃料燃焼温度を高くしなければ
ならず、燃焼温度を高めるとサーマルＮＯｘの発生量が
増加するという別の問題が発生する。

【００１０】これに対し酸素を酸化剤とする石炭ガス化
炉においてはサーマルＮＯｘの発生はない。しかしなが
ら、補助燃焼器にも酸素を供給して燃焼させる場合に
は、燃焼速度が速く燃料を供給する燃料ノズルに火炎が
近づき燃料ノズルを焼損させる恐れがあり、何らかの原
因によって酸素が石炭ガス化炉に漏れた場合には、ガス
化炉内部を焼損させる恐れがある。そのうえ、ガス化剤
として酸素を利用する石炭ガス化炉では、補助燃料の酸
化剤として空気を利用するためには空気供給設備の新た
な設置が必要となる。

【００１１】以上のことから本発明の目的は、補助燃料
利用時に低ＮＯｘ化を行うことのできる石炭ガス化プラ
ントとその運転方法を提供することにある。

【００１２】本発明の他の目的は、補助燃料利用時の燃
焼排ガスを有効に利用することのできる石炭ガス化プラ
ントとその運転方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、石炭ガス化
炉におけるガス化燃料はその起動時には使用されないこ
とに着目し、このガス化燃料に含まれる窒素以外の不活
性ガス、例えば二酸化炭素を抽出して補助燃焼器に酸素
と混合して供給することによって達成される。また、上
記目的は、石炭ガス化炉における補助燃料燃焼時の燃焼
排ガスから分離した二酸化炭素を貯蔵し用いることによ
って達成される。

【００１４】

【作用】石炭ガス化炉の補助燃料の酸化剤として酸素及
び窒素以外の不活性ガス例えば二酸化炭素を用いると、
酸化剤として純粋な酸素を使う場合に比べて燃焼速度が
低下する。例えば、二酸化炭素により希釈された５０％
酸素濃度の酸素を使うと燃焼速度は１／４以下になり燃
料ノズルの焼損を防止することができる。かつ酸化剤が
ガス化炉内部に漏洩した場合においても焼損の恐れはな
い。また、酸素濃度の高い燃焼を提供できるためたとえ
窒素が含まれていても、地球温暖化の要因とされる一酸
化窒素の発生をなくすこともできる。

【００１５】酸素をガス化剤とする石炭ガス化プラント
では、補助燃料として軽油等の炭化水素系の燃料を用い
ることによって、補助燃料の排ガス成分は、二酸化炭素
と水蒸気及び余剰酸素になる。この補助燃料燃焼ガスは
冷却によって水蒸気を分離することができ、二酸化炭素
ガスを得られ、これを酸化剤である酸素の希釈用として
用いることができるばかりでなく、臨界圧力約７６気圧
以上に加圧することによって液化二酸化炭素として圧力
容器に保存しておくことができ、必要な場合に使用する
ことができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の第１の一実施例を図１により
説明する。

【００１７】石炭ガス化発電装置は、石炭ガス化系統Ａ
と，ガスタービン装置Ｂと，ガスタービン排熱利用系統
Ｃとから構成されている。本発明は主として、このうち
の石炭ガス化系統に関する。

【００１８】まず、石炭ガス化系統Ａについて説明す
る。石炭ガス化系統Ａの石炭ガス化炉５には、石炭供給
配管５２と補助燃料供給配管５１から燃料が供給され、
空気分離装置１０から酸化剤が供給される。空気分離装
置１０の入力側には、空気圧縮機１２が接続され、空気
分離装置１０の出口側には酸素圧縮機１１，酸素混合装
置１３が設置されて、酸化剤として後述するように酸素
と窒素以外の不活性ガスの混合気体が石炭ガス化炉５に
供給される。ガス化炉５出口には、粗製燃料ガス配管５
３が粗製燃料ガス熱回収ボイラー６に接続され、ガス化
炉５内には蒸発器３８が、また粗製燃料ガス熱回収ボイ
ラー６には蒸発器３９、さらにエコノマイザー３６，過
熱器４０が設置される。これらのエコノマイザー３６，
蒸発器３８，３９，過熱器４０にはこの順序で流通する
給水が後述するガスタービン排熱利用系統Ｃから供給さ
れており、ガス化炉５並びに粗製燃料ガス配管５３中の
粗製燃料ガスの冷却を行う。なお、３７は蒸発器３８，
３９の一部をなすドラムであり、この熱交換により発生
した蒸気はガスタービン排熱利用系統Ｃにおいて利用さ
れる。粗製燃料ガス熱回収ボイラー４０出口からの配管
は、ガス＝ガス熱交換器７を通りガス精製装置８へ接続
される。粗製燃料ガス熱回収ボイラー６における熱交換
により、ガス精製装置８へ供給される粗製燃料ガスの温
度はガス精製装置８での処理に適した温度とされる。ガ
ス精製装置８からの配管は、再びガス＝ガス熱交換器７
を通り、燃料ガス供給管１１１，燃料ガス制御弁１１３
を経由してガスタービン装置Ｂの燃焼器２に接続され
る。ガス精製装置８からは硫黄回収装置９への配管も接
続される。

【００１９】ガスタービン装置Ｂは、空気５０を圧縮す
るコンプレッサ１、圧縮空気と石炭ガス化系統Ａからの
精製ガスとを供給されて燃焼を行う燃焼器２、燃焼器２
での燃焼ガスにより駆動されるガスタ−ビン３、ガスタ
−ビン３により駆動される発電機４で構成される。

【００２０】最後にガスタービン排熱利用系統Ｃについ
て説明する。ガスタービン３から燃焼排ガス管５５が、
排熱回収ボイラー１４に接続される。排熱回収ボイラー
１４は、低圧エコノマイザー３０，低圧ドラム３１，低
圧蒸発器３２，高圧エコノマイザー３３，高圧ドラム３
４，高圧蒸発器３５，過熱器４５，再熱器４６，加圧ポ
ンプ２３等から構成される。蒸気タービン系は、高圧蒸
気タービン１５，再熱蒸気タービン１６，低圧タービン
１７，蒸気タービン発電機１８，復水器１９，給水ポン
プ２０で構成されている。復水器１９からの給水管路５
７は、給水ポンプ２０を通り排熱回収ボイラー１４内の
低圧エコノマイザー３０に接続される。低圧エコノマイ
ザー３０の出口は低圧ドラム３１に接続されると同時
に、加圧ポンプ２３へ接続される。加圧ポンプ２３出口
の配管は、高圧エコノマイザー３３につながり高圧ドラ
ム３４へ接続される。さらに、加圧ポンプ２３出口から
粗製燃料ガス熱回収ボイラー６のエコノマイザー３６に
接続する配管が設けられる。低圧ドラム３１は低圧蒸発
器３２を備え、高圧ドラム３４は高圧蒸発器３５を備え
ている。高圧ドラム３４は過熱器４５に接続され、過熱
器の途中には、粗製燃料ガス熱回収ボイラー６の過熱器
４０からの配管が接続される。排熱回収ボイラー１４内
の過熱器４５からの配管は高圧蒸気タービン１５に接続
され、高圧蒸気タービン１５出口からは排熱回収ボイラ
ー１４内の再熱器４６へ配管が接続される。また、同配
管には低圧ドラム３１からの配管も接続される。再熱器
４６出口からは再熱蒸気タービン１６へ配管が接続さ
れ、再熱蒸気タービン１６出口からは低圧タービン１７
へ管路が接続され低圧蒸気タービン１７出口からは、復
水器１９に管路が接続される。蒸気タービン発電機１８
は、高圧蒸気タービン１５，再熱蒸気タービン１６，低
圧蒸気タービン１７に接続されている。

【００２１】従来より知られた石炭ガス化発電装置は、
概略以上のように構成されており、本発明の装置では、
燃料ガス供給管１１１の途中から燃焼ガスリサイクル制
御弁１１２，燃焼ガス分離装置１１６，燃焼ガスリサイ
クル圧縮機１１５を経由して酸素混合装置１３へ燃焼ガ
スリサイクル管１１４が設置され、燃焼ガス分離装置１
１６には排出ガス管１１９及び排水管１１８さらに冷却
水管１１７が設置されている点に特徴を有する。

【００２２】以下、図１の実施例の特に石炭ガス化系統
Ａの定常運転時における動作を説明する。

【００２３】空気分離装置１０へは空気圧縮機１２によ
って６気圧程度に圧縮された空気が供給される。空気圧
縮機１２は一般には中間冷却器付きの圧縮機で圧縮動力
の低減を図っている。この高圧空気は空気分離装置１０
内で酸素と窒素に分離され、空気分離装置１０出口では
常圧の酸素と窒素が得られる。該酸素は酸素圧縮機１１
によって３５ata 程度に昇圧された後にガス化剤として
石炭ガス化炉５に供給され酸素によって石炭供給配管５
２から供給された石炭がガス化され粗製ガスがつくられ
る。

【００２４】定常運転時は、燃焼ガスリサイクル制御弁
１１２は閉じており燃焼ガスリサイクル管１１４へは燃
料ガスは流れず、石炭ガス化炉５へは酸化剤として空気
分離装置１０で製造した酸素が酸素圧縮機１１で昇圧さ
れて供給される。

【００２５】つぎに起動時の動作について説明すると、
石炭ガス化炉５の起動時には石炭ガス化系はほぼ常温に
なっており、石炭ガス化炉５においてガス化反応が可能
な温度まで昇温する必要がある。

【００２６】本実施例では、空気分離装置１０を最初に
起動し、石炭ガス化系を昇圧した後に空気分離装置１０
で発生した酸素を石炭ガス化炉５に供給し、補助燃料供
給配管５１から供給される軽油等の炭化水素系補助燃料
を燃焼させる。補助燃料を燃焼させた燃焼ガスは燃料ガ
ス供給管１１１を通って流れる。この時燃料ガス制御弁
１１３を閉じておき、燃焼ガスリサイクル制御弁１１２
を開いておくと、燃焼ガスは燃焼ガスリサイクル制御弁
１１２を通って燃焼ガス分離装置１１６に流れ込む。燃
焼ガス分離装置１１６では冷却水管１１７に低温の冷却
水を流し、燃焼ガス温度を低下させ燃焼ガス中の水蒸気
を凝縮させ水分として、排水管１１８から外部に排出す
る。

【００２７】石炭ガス化系Ａの圧力は、ガス化燃料をガ
スタービンに供給する為の約２５気圧になっており、燃
料ガス供給管１１１等の圧力損失を考慮して燃焼ガス分
離装置１１６の圧力を２０気圧と仮定すると、燃焼ガス
分離装置１１６の温度を冷却水管１１７を流れる冷却水
により１００℃以下にすることによって、燃焼ガス中の
水蒸気分圧は１気圧以下になり、９５％濃度以上の二酸
化炭素ガスを得ることができる。この二酸化炭素ガスを
燃焼ガスリサイクル管１１４を通して燃焼ガスリサイク
ル圧縮機１１５によって昇圧後、酸素混合装置１３に供
給し、補助燃料の酸化剤として供給される酸素の濃度を
希釈する。

【００２８】ここで、補助燃料の酸化剤としての酸素に
二酸化炭素ガスを混合し、希釈して用いる理由について
説明する。まず、前述したように補助燃焼器に酸素を供
給して燃焼させる場合には、燃焼速度が速く燃料を供給
する燃料ノズルに火炎が近づき燃料ノズルを焼損させる
恐れがある。これに対し、酸素を酸化剤とした場合、燃
焼速度を低下させるには、ベルナードとギュンサー(Ber
nard Lewis, Guenthervon Elbe）のコンバッション、フ
レームアンドエクスプロージョンオブガスイズ(C
OMBUSTION, FLAMES and EXPLOSIONS of GASES, ACADEMI
C PRESS INC., p388, 1961）に示されているように酸素
に不活性ガスを混合させることが有効である。図８は前
記文献より引用したもので、横軸に燃料であるメタンの
容積比を示し、酸素と二酸化炭素の混合比をパラメター
として燃焼速度を縦軸に示したものであり、図８より明
らかなように酸化剤として純粋な酸素を使うものに対し
て、二酸化炭素により希釈し５０％酸素濃度の酸素を使
うと燃焼速度は１／４以下になり燃料ノズルの焼損を防
止することができ、かつ酸化剤がガス化炉内部に漏洩し
た場合においても焼損の恐れはない。

【００２９】燃焼ガス分離装置１１６における余剰な二
酸化炭素等は排出ガス管１１９から外部に放出される。
１００℃程度の冷却水は復水器１９の冷却水またはボイ
ラー給水等を用いれば容易に得られる。

【００３０】これらの動作は、石炭ガス化炉の起動時の
みでなく、発電プラントを夜間に停止させ石炭ガス化炉
を高温な状態で保温するために補助燃料を燃焼させるよ
うな場合においても可能なことは、明らかである。本実
施例によれば、特別な不活性ガスの設備を発電プラント
内に設置することなく酸素を希釈する不活性ガスを得ら
れる効果がある。

【００３１】本発明の第２の実施例では、不活性ガスと
して水蒸気を使用することである。水蒸気を発生させる
装置をプラント内部に持たなければならない場合は、本
発明の効果はないが、プラント外に蒸気の発生源、例え
ば石炭ガス化プラントが複数の系列存在し、他系列から
蒸気を得ることができる場合などでは、補助燃料の酸化
剤として酸素と水蒸気が利用できる。本実施例によれ
ば、酸素の希釈剤として比熱の高い水蒸気を利用でき、
局所的な燃焼温度の上昇を抑えるため、よりNOxの発生
を抑制する効果がある。

【００３２】本発明の第３の実施例を図２により説明す
る。図２は石炭ガス化発電プラントにおけるガス化設備
中本発明に関係する部分のみを表したもので、この図に
かかれていない発電プラント部分は、図１の実施例と同
様である。以下図１に示した実施例と異なる部分につい
て説明する。

【００３３】燃焼ガス分離装置１１６から燃焼ガスリサ
イクル圧縮機１１５を経由して酸素混合装置１３に接続
される燃焼ガスリサイクル管１１４以外に、二酸化炭素
制御弁１２６，二酸化炭素圧縮機１２１，二酸化炭素液
化装置１２２，液化二酸化炭素貯蔵装置１２３，液化二
酸化炭素供給弁１２４及び液化二酸化炭素蒸発装置１２
５を経由して酸素混合装置１３に接続される管路が設置
されている。定常運転時には図１に示す実施例と同様に
燃焼ガスリサイクル制御弁１１２は閉じられ、燃料ガス
制御弁１１３を通って燃料ガスが燃焼器２に供給され
る。

【００３４】起動時には図１の実施例と同様に燃料ガス
制御弁１１３は閉じられ、燃焼ガスリサイクル制御弁１
１２が開放され燃焼ガスは燃焼ガスリサイクル制御弁１
１２を通って燃焼ガス分離装置１１６に流れ込む。燃焼
ガス分離装置１１６では冷却水管１１７に低温の冷却水
を流し、燃焼ガス温度を低下させ燃焼ガス中の水蒸気を
凝縮させ水分として、排水管１１８から外部に排出す
る。ここで得られた二酸化炭素ガスは燃焼ガスリサイク
ル管１１４を通して燃焼ガスリサイクル圧縮機１１５に
よって昇圧後酸素混合装置１３に供給し、補助燃料の酸
化剤として供給される酸素濃度を希釈に用いられる。

【００３５】一方、燃焼ガス分離装置１１６で得られた
余剰の二酸化炭素は、二酸化炭素制御弁１２６を通り二
酸化炭素圧縮機１２１によって昇圧され、二酸化炭素液
化装置１２２に入り冷却水Ｂ１２７によって液化温度以
下に冷却される。二酸化炭素圧縮機１２１出口が二酸化
炭素の臨界圧力約７６気圧以上であれば、二酸化炭素液
化装置１２２の温度は常温であっても問題ないし、３０
気圧では、４５℃以下にすれば液化二酸化炭素を得るこ
とができる。図１の実施例で説明したように燃料ガス供
給管１１１における燃焼ガスの圧力は約２０気圧である
から、二酸化炭素圧縮機１２１では、この圧力から所定
の圧力まで昇圧すればよいことになる。二酸化炭素液化
装置１２２で液化された二酸化炭素は、液化二酸化炭素
貯蔵装置１２３に送られ貯蔵される。排出ガス管１１９
は、燃焼ガスリサイクル管１１４を通って酸素混合装置
１３に送られ、二酸化炭素，二酸化炭素液化装置１２２
で液化される二酸化炭素以外の余剰の二酸化炭素及びそ
の他補助燃料燃焼ガスに含まれるガスを排出するのに使
用される。

【００３６】液化二酸化炭素貯蔵装置１２３に貯蔵され
た液化二酸化炭素は、石炭ガス化プラント起動初期に補
助燃料を燃焼させる時、液化二酸化炭素供給弁１２４を
開放し液化二酸化炭素貯蔵装置１２３から液化二酸化炭
素を液化二酸化炭素供給弁１２４を通して液化二酸化炭
素蒸発装置１２５に送り、液化二酸化炭素蒸発装置１２
５で熱を加えることによって液化二酸化炭素を二酸化炭
素にして酸素混合装置１３に送って、酸素圧縮機１１か
ら送られる酸素を希釈して、補助燃料の酸化剤として使
うことができる。

【００３７】また、石炭ガス化プラントを停止させる
時、液化二酸化炭素貯蔵装置１２３に貯蔵された液化二
酸化炭素は高圧であるので、液化二酸化炭素蒸発装置１
２５で二酸化炭素にして石炭ガス化系統に供給すること
ができるので、石炭ガス化炉５を急速に停止させたり、
二酸化炭素を石炭ガス化プラントのパージガスとして使
用できる効果がある。

【００３８】本発明の第４の実施例を図３により説明す
る。図３は図２と同様に石炭ガス化発電プラントにおけ
るガス化設備中本発明に関係する部分のみを表したもの
で、以下図２に示した実施例と異なる部分について説明
する。

【００３９】燃焼ガス分離装置１１６から二酸化炭素液
化装置１２２への配管上には二酸化炭素制御弁１２６が
設置され、二酸化炭素液化装置１２２から液化二酸化炭
素低温貯蔵装置１３０，液化二酸化炭素供給弁１２４，
液化二酸化炭素ポンプ１３１，液化二酸化炭素蒸発装置
１２５を経由して酸素混合装置１３へ配管が接続され
る。また、空気分離装置１０から低温窒素配管１３２が
液化二酸化炭素低温貯蔵装置１３０と二酸化炭素液化装
置１２２へ接続される。

【００４０】起動時に図１の実施例と同様に燃料ガス制
御弁１１３は閉じられ、燃焼ガスリサイクル制御弁１１
２が開放され燃焼ガスは燃焼ガスリサイクル制御弁１１
２を通って燃焼ガス分離装置１１６に流れ込む。燃焼ガ
ス分離装置１１６では冷却水管１１７に低温の冷却水を
流し、燃焼ガス温度を低下させ燃焼ガス中の水蒸気を凝
縮させ水分として、排水管１１８から外部に排出する。
ここで得られた二酸化炭素ガスは燃焼ガスリサイクル管
１１４を通して燃焼ガスリサイクル圧縮機115によって
昇圧後酸素混合装置１３に供給し、補助燃料の酸化剤と
して供給される酸素濃度を希釈に用いられる。

【００４１】一方、燃焼ガス分離装置１１６で得られた
余剰の二酸化炭素は、二酸化炭素制御弁１２６を通り二
酸化炭素液化装置１２２に入り空気分離装置１０から低
温窒素配管１３２を通って供給される低温の窒素ガスに
よって冷却される。

【００４２】二酸化炭素液化装置１２２で液化された二
酸化炭素は、液化二酸化炭素低温貯蔵装置１３０に送ら
れ貯蔵される。液化二酸化炭素低温貯蔵装置１３０で
は、空気分離装置１０から低温窒素配管１３２を通って
供給される低温窒素ガスによって１８℃以下に保つてい
る。排出ガス管１１９は、燃焼ガスリサイクル管１１４
を通って酸素混合装置１３に送られる二酸化炭素，二酸
化炭素液化装置１２２で液化される二酸化炭素以外の余
剰の二酸化炭素及びその他補助燃料燃焼ガスに含まれる
ガスを排出するのに使用される。

【００４３】液化二酸化炭素低温貯蔵装置１３０に貯蔵
された液化二酸化炭素は、石炭ガス化プラント起動初期
に補助燃料を燃焼させる時、液化二酸化炭素供給弁１２
４を開放し液化二酸化炭素を液化二酸化炭素ポンプ１３
１で昇圧し液化二酸化炭素蒸発装置１２５に送り、液化
二酸化炭素蒸発装置１２５で熱を加えることによって液
化二酸化炭素を二酸化炭素にして酸素混合装置１３に送
って、酸素圧縮機１１から送られる酸素を希釈して、補
助燃料の酸化剤として使うことができる。

【００４４】本実施例によれば、液化二酸化炭素の貯蔵
装置の圧力を低くできると同時に、二酸化炭素系の昇圧
を液化二酸化炭素で行うため、昇圧動力を低減でき、圧
縮機より運用性がよいポンプを使うため系統の運用が容
易になるなどの効果がある。本発明の第５の実施例を図
４に示す。図４に示す実施例は、図２に示す実施例に加
えて燃焼ガス分離装置１１６に接続される排出ガス管１
１９に二酸化炭素液化装置１２２からの液化装置排出ガ
ス管１４０を接続したものである。液化装置排出ガス管
１４０を通って二酸化炭素液化装置１２２から外部に排
出されるガスは、二酸化炭素液化装置１２２に供給され
たガス中の液化されなかったガスで、具体的には、燃焼
ガス分離装置１１６で残った水蒸気と酸素である。石炭
ガス化炉５における燃焼は、補助燃料の燃焼時に未燃分
をださないようにするためと、燃焼温度を低下させるた
めに補助燃料の燃焼に必要以上の酸素を供給しなければ
ならない。したがって、補助燃焼排ガス中には余剰の残
留酸素が含まれる。この酸素は、燃焼ガス分離装置１１
６を通過し二酸化炭素液化装置１２２で、二酸化炭素が
液化二酸化炭素になっても残ることとなり、液化装置排
出ガス管１４０から外部に排出される。二酸化炭素液化
装置１２２では、ガスの主成分である二酸化炭素が液化
二酸化炭素となって除去されるため、液化装置排出ガス
管１４０を通って系外に排出されるガスの酸素の濃度は
高くなる、もし燃焼ガス分離装置１１６で水蒸気がほと
んど除去されているとすれば、１００％に近い濃度の酸
素が得られることとなり、このまま系外に排除するには
危険が伴う、このため、二酸化炭素を主成分とした燃焼
ガス分離装置１１６の余剰ガスを排出ガス管１１９か
ら、液化装置排出ガス管１４０へ供給し混合し系外へ排
出することができる。本実地例によれば、石炭ガス化炉
系から系外に排出されるガスによる爆発等の危険を防止
できる効果がある。

【００４５】本発明の第６の実施例を図５に示す。図５
に示す実施例は、図２に示す実施例に加えて二酸化炭素
液化装置１２２から液化装置排出ガス管１４０を接続
し、これに空気分離装置１０から窒素ガス管１５０を接
続するようにしたものである。図４の実施例で説明した
ように、液化装置排出ガス管１４０を通って二酸化炭素
液化装置１２２から外部に排出されるガスの酸素濃度が
高いので、このまま系外に排除するには危険が伴う。本
実施例では、空気分離装置１０で空気分離時に発生する
窒素ガスを窒素ガス管１５０を通して液化装置排出ガス
管１４０に供給し混合し系外へ排出することができる。
空気分離装置１０で発生する窒素ガスは、空気分離によ
って得られるため、石炭ガス化炉５へ供給される酸素の
約４倍あり液化装置排出ガス管１４０から外部に排出さ
れる酸素の希釈には十分であり、温度も低いため図４に
実地例より安全性は高くなる。

【００４６】本実地例によれば、石炭ガス化炉系から系
外に排出されるガスによる爆発等の危険を防止できる効
果がある。

【００４７】本発明の第６の実施例では、図５の実施例
における窒素ガス管１５０に代えて、液化装置排出ガス
管１４０に液化二酸化炭素貯蔵装置１２３から配管を接
続するようにしたものである。液化二酸化炭素貯蔵装置
１２３に貯蔵された液化二酸化炭素は液化装置排出ガス
管１４０に供給され、減圧され二酸化炭素となり液化装
置排出ガス管１４０を通るガスの酸素濃度を希釈する。

【００４８】本実地例によれば、石炭ガス化炉系から系
外に排出されるガスによる爆発等の危険を防止できる効
果がある。

【００４９】本発明の第７の実施例を図６に示す。この
実施例は、図２に示す実施例に加えて液化二酸化炭素貯
蔵装置１２３から燃料ガス供給管１１１のガス＝ガス熱
交換器７と燃焼器２間に二酸化炭素バイパス１６０を接
続して、二酸化炭素バイパス１６０上には二酸化炭素バ
イパス制御弁１６２及び二酸化炭素バイパス蒸発装置１
６１を設置したものである。

【００５０】石炭ガス化プラントの定常運転時には、燃
焼ガスリサイクル制御弁１１２，液化二酸化炭素供給弁
１２４及び二酸化炭素バイパス制御弁１６２は閉じてあ
り、石炭ガス化炉５でガス化された燃料ガスは燃焼ガス
分離装置１１６を通過せず、燃料ガス制御弁１１３通過
し燃焼器２に供給される。

【００５１】石炭ガス化炉系で何らかの異状が発生し、
ガス化燃料の発熱量がガスタービンの燃焼器２が許容で
きない状態まで上昇した場合、二酸化炭素バイパス制御
弁１６２を開き、液化二酸化炭素貯蔵装置１２３から液
化二酸化炭素を二酸化炭素バイパス蒸発装置１６１に供
給し、二酸化炭素バイパス蒸発装置１６１で二酸化炭素
に代えて燃料ガス供給管１１１に供給することができ、
燃焼器２へ供給されるガス化燃料の発熱量を低下させる
ことができる。

【００５２】また、発電プラント停止時に、二酸化炭素
バイパス制御弁１６２を開き、液化二酸化炭素貯蔵装置
１２３から液化二酸化炭素を二酸化炭素バイパス蒸発装
置１６１に供給し、二酸化炭素バイパス蒸発装置１６１
で二酸化炭素に代えて燃焼器２に供給し、燃焼器２及び
ガスタービン３，排熱回収ボイラ１４系のパージを行う
ことができる。

【００５３】本実施例によれば、発電プラントの燃焼器
２の損傷を防止できる効果がある。本発明の第８の実施
例を図７に示す。図７に示す実施例は、図２に示す実施
例に加えてガス＝ガス熱交換器７と燃料ガス制御弁１１
３の燃料ガス供給管１１１から起動時燃料バイパス１７
０を接続し、起動時燃料バイパス１７０上に起動時燃料
バイパス弁１７２及びフレアースタック１７１を設置
し、液化二酸化炭素貯蔵装置１２３からフレアースタッ
ク１７１へ二酸化炭素バイパスＢ１７５を設置したもの
である。二酸化炭素バイパスＢ１７５上には二酸化炭素
バイパスＢ制御弁１７３，二酸化炭素バイパスＢ蒸発装
置１７４及び酸素混合器Ｂ１７７が設置されている。ま
た、酸素混合器Ｂ１７７へは、空気分離装置１０より酸
素供給管１７６が設置されている。

【００５４】石炭ガス化炉系の昇温が終了すると、石炭
供給配管５２より石炭を供給して酸素圧縮機１１より供
給された酸素をガス化剤としてガス化を行うが、ガス化
当初の燃料ガスは燃焼器２の許容する性状ではないため
燃料ガス制御弁１１３を閉じて燃焼器２には燃料を送ら
ずに起動時燃料バイパス弁１７２を開けて起動時燃料バ
イパス１７０を通してフレアースタック１７１へ不完全
な燃料ガスを送る。一方、空気分離装置１０からは、酸
素供給管１７６を通して酸素が酸素混合器B177へ送られ
る。酸素混合器Ｂ１７７へは、二酸化炭素バイパスＢ制
御弁１７３を開き、液化二酸化炭素貯蔵装置１２３から
液化二酸化炭素を二酸化炭素バイパスＢ蒸発装置１７４
供給し、二酸化炭素バイパスＢ蒸発装置１７４で二酸化
炭素にして供給し、酸素濃度を調整することができる。
ガス化当初で非常に発熱量の低い不完全な燃料ガスであ
っても、酸素混合器において酸素濃度を高めれば燃焼で
きるし、ガス化初期で発熱量が時間と共に変動するガス
化燃料に対しても液化二酸化炭素貯蔵装置１２３からの
二酸化炭素供給量の制御によってフレアースタック１７
１で燃焼できる。

【００５５】本実地例によれば、ガス化初期の不完全な
ガス化燃料を燃焼によって安全なガスに代え系外へ排出
でき効果がある。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、石炭ガス化発電プラン
トにおいて補助燃料利用時に低ＮＯｘ化を行う運転方法
とその系統を提供することができる。

【００５７】本発明によれば、石炭ガス化炉において補
助燃料利用時の燃焼排ガス中の二酸化炭素を石炭ガス化
発電プラントにおいて有効に利用する運転方法とその系
統を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例。

【図２】本発明の一実施例。

【図３】本発明の一実施例。

【図４】本発明の一実施例。

【図５】本発明の一実施例。

【図６】本発明の一実施例。

【図７】本発明の一実施例。

【図８】本発明の効果を示す参考図。

【符号の説明】

２…燃焼器、５…石炭ガス化炉、１０…空気分離装置、
１１…酸素圧縮機、１１２…燃焼ガスリサイクル制御
弁、１１４…燃焼ガスリサイクル管、１１５…燃焼ガス
リサイクル圧縮機、１１６…燃焼ガス分離装置、１１９
…排出ガス管、１２１…二酸化炭素圧縮機、１２２…二
酸化炭素液化装置、１２３…液化二酸化炭素貯蔵装置、
１３０…液化二酸化炭素低温貯蔵装置、１３１…液化二
酸化炭素ポンプ、１３２…低温窒素配管、１４０…液化
装置排出ガス管、１５０…窒素ガス管、１６０…二酸化
炭素バイパス、１６２…二酸化炭素バイパス制御弁、１
７０…起動時燃料バイパス、１７１…フレアースタッ
ク、１７５…二酸化炭素バイパスＢ、１７６…酸素供給
管、１７７…酸素混合器Ｂ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｃ 6/00 Ｅ 7910−3ＧＢ 7910−3Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石炭を供給する石炭供給系統と、空気から
酸素を分離する酸素分離系統と、補助燃料を供給する補
助燃料供給系統と、その起動時に補助燃料の燃焼により
加温され、通常運転時に石炭と酸素を供給されてガス化
石炭を得る石炭ガス化炉と、ガス化石炭を精製する精製
手段とから構成される石炭ガス化プラントにおいて、精製されたガス化石炭から窒素以外の不活性ガスを分離
する不活性ガス分離手段と、分離された不活性ガスと酸
素分離系統からの酸素とを混合する混合手段と、不活性
ガスと酸素の混合気体を補助燃料とともに石炭ガス化炉
に供給する手段とを備えた石炭ガス化プラント。
【請求項２】請求項１の石炭ガス化プラントにおいて、
補助燃料は炭化水素系燃料とされ窒素以外の不活性ガス
として二酸化炭素を分離することを特徴とする石炭ガス
化プラント。
【請求項３】請求項１の石炭ガス化プラントにおいて、
補助燃料は炭化水素系燃料とされ窒素以外の不活性ガス
として水蒸気を分離することを特徴とする石炭ガス化プ
ラント。
【請求項４】石炭を供給する石炭供給系統と、空気から
酸素を分離する酸素分離系統と、炭化水素系の補助燃料
を供給する補助燃料供給系統と、その起動時に補助燃料
の燃焼により加温され、通常運転時に石炭と酸素を供給
されてガス化石炭を得る石炭ガス化炉と、ガス化石炭を
精製する精製手段とから構成される石炭ガス化プラント
において、精製されたガス化石炭から二酸化炭素を分離する二酸化
炭素分離手段と、分離された二酸化炭素と酸素分離系統
からの酸素とを混合する混合手段と、二酸化炭素と酸素
の混合気体を補助燃料とともに石炭ガス化炉に供給する
手段と、二酸化炭素の液化手段と、液化二酸化炭素の貯
蔵手段とを備えた石炭ガス化プラント。
【請求項５】起動時に補助燃料の燃焼によって加温さ
れ、通常運転時に石炭と酸素を供給されてガス化石炭を
得る石炭ガス化炉の運転方法であって、ガス化石炭に含まれる窒素以外の不活性ガスを分離し、
この不活性ガスと酸素の混合気体によって補助燃料の燃
焼を行わしめる石炭ガス化炉の運転方法。
【請求項６】起動時に炭化水素系補助燃料の燃焼によっ
て加温され、通常運転時に石炭と酸素を供給されてガス
化石炭を得る石炭ガス化炉の運転方法であって、ガス化石炭に含まれる二酸化炭素を分離し、この二酸化
炭素と酸素の混合気体によって補助燃料の燃焼を行わし
めるとともに、二酸化炭素を液化保存する石炭ガス化炉
の運転方法。