JPS6312807A - 石炭ガス化複合発電プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、加圧式空気酸化石炭ガス化複合発電プラント
に係り、ガス化炉熱回収ボイラの発生蒸気でガス化空気
を加熱することによって、熱効率の向上を図る事を特徴
とする、石炭ガス化複合発電プラントのヒートサイクル
に関する。

〔従来の技術〕

本発明に関する、従来技術としては、米国特許第４，２
８８，９７９号が知られている。

上記公知例の石炭ガス化複合発電プラントにおける蒸気
サイクル系の構成としては、ガスタービンの排熱回収ボ
イラが高温加熱及び、高温再熱を負担しており１石炭ガ
ス化炉の熱回収ボイラは、排熱回収ボイラによる高温加
熱の前段としての、低温加熱および低温再熱の部分を負
担するようになっており、高温加熱は負担しないよう構
成されている。

一方、ガス化炉用のガス化空気の予熱方法としては、上
記公知例では、ガス化炉蒸発器の循環水の一部を利用す
る構成となっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、ガス化炉ガス化空気をガス化炉蒸発器
の循環水で加熱しているが、循環水の温度は、高圧給水
圧力の飽和温度であり、上記公知例では約３５０℃とな
る。従ってこの循環水によるガス化空気の予熱温度は３
５０℃以上には上り得す、予熱器の経済的な構成をもっ
てすれば２００℃〜３００℃程度となる。

ガス化炉は供給されるガス化空気の温度が高温なほど、
生成される石炭ガスの発熱量は高くなる特性を持ってい
る。

石炭ガスはガス化炉の後流において、ガス精製装置でガ
スタービン燃料としての不純物（たとえば、硫黄化合物
や固形物）を除去し、ガスタービンの燃料ガスとして、
ガスタービンに供給される。

ガスタービンは第３図に示すように燃料ガス発熱量が高
くなるほど、燃焼温度を高くすることができる。

ガスタービンサイクルはガスタービンの燃焼温度が高い
ほど熱効率が高くなるので１石炭ガス化、複合発電プラ
ントとしては結局、ガス化炉へ供給するガス化空気温度
が高いほど、プラントの熱効率は高くなる。ガス化炉へ
供給するガス化空気温度の高温化による効率の向上の度
合はガス化炉燃料としての石炭の性状によって異なるが
、第２図にその一例を示す。この石炭の場合には、ガス
化炉ガス化空気温度が２００℃の場合と５００’Ｃの場
合では約６％の効率偏差を有する。

このようにガス化炉のガス化空気温度を高めることは石
炭ガス化発電プラントの効率に大きな影響を及ぼすので
あるが、前記公知例では、ガス化炉蒸発器循環水で加熱
する方法しか提案されていない。

石炭ガス化複合発電プラントにおいて、ガス化炉供給ガ
ス化空気を加熱する方法としては、上記公知例の如く給
水で加熱する方法の他に、下記のいくつかの方法が考え
られるが、いずれも欠点を有している。

第１の方法は、ガス化空気をガス化炉出口ガスで加熱す
る方法である０本方法はガス化炉出口の高温ガスを使用
するため、ガス化空気を高温に加熱出来るが、ガス化炉
出口ガスはいわゆるダーティ−ガスであり、熱交換器加
熱管の信頼性が低く高圧ガス中にガス化空気がリークし
た場合の危険性が大である。

第２の方法は、ガス精製装置後のクリーンガスで加熱す
る方法で、この場合は加熱管の信頼性は向上するが、ガ
ス温度が低いため、加熱後のガス化空気温度も低く、利
点が少ない。

第３の方法は、ガスタービンの排ガスで加熱する方法で
ある。この場合は排ガス温度も高く、ガス性状もクリー
ンで加熱管の信頼性も高められ。

且つガス中にガス化空気がリークしても危険性はないが
、熱交換器が排熱回収ボイラとの関連において複雑な構
造となり且つ、ガス化炉との位置関係が遠くなり、装置
全体が複雑となる。

第４の方法は、蒸気タービンの油気蒸気によって、ガス
化炉ガス化空気を加熱する方法であるがこれはガス化空
気の温度をそれ程高く出来ない。

以上のように石炭ガス化複合発電プラントの効率向上の
ために、ガス化空気を加熱する方法には種々の方法が考
えられるが、機能的、構造的に。

実用上には問題がある。

上記のような問題に鑑み、本発明の目的は、装置の安全
性と機能を有しながらガス化炉のガス化空気を高温に加
熱する方法を提供しようとするものである。

〔問題点を解決しようとする問題点〕

上記目的は、ガス化炉熱回収ボイラの過熱器でできるだ
け高温な蒸気を発生させ、この高温蒸気によってガス化
炉ガス化空気を高温に加熱し、ガス化炉に供給し、ガス
化炉ガス化空気を加熱した後のガス化炉熱回収ボイラの
蒸気は、ガスタービン排熱回収ボイラの高圧過熱器入口
で、ガスタービン排熱回収ボイラの高圧蒸気で合流させ
、ガスタービン排ガスで過熱して、蒸気タービンの高圧
主蒸気として供給することにより達成される。

〔作用〕

従来、ガス化が熱回収ボイラにおける蒸気の過熱を高温
にできなかったのは、主として、以下の理由による。

第１の理由は、ガス化炉熱回収ボイラの過熱器に対する
加熱管に対するダストの付着の問題である。従来のガス
化炉の燃焼温度は、燃料である石炭の灰の溶融温度より
も高温にしているため、ガス化炉で発生するガスの中に
隋伴するダストの粘着性が強く、過熱管内の蒸気の温度
を高温にすると加熱管の壁面温度が高くなることと相ま
って、加熱管にダストが付着し、過熱器の伝熱性能を阻
害する。

第２の理由は、ガス化炉熱回収ボイラの過熱蒸気の温度
を高温にするとガスの中に含まれる硫化水素によって加
熱管が腐食されることである。

上記のようなガス化炉熱回収ボイラの過熱器蒸気温度の
高温化の問題に対して、最近では下記のような技術開発
がなされ、高温化の支障はなくなっている。

過熱器に対するダスト付着の問題に対しては、ガス化炉
出口の燃焼ガス温度をガス化炉で発生する灰の溶融度以
下の温度として固体の灰として、ガス化炉出口の脱塵装
置で、物理的にダストの分離を容易になるようにしてい
る。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例について第１図により説明する
。

ガス化炉１に石炭２とガス化空気３が供給され石炭ガス
化炉１では石炭と空気が反応し粗生成ガス４が生成され
る。

粗生成ガス４はガス化炉熱回収ボイラ５に導入され高温
過熱器６ガス化炉熱回収ボイラ蒸発器７およびガス化炉
熱回収ボイラ蒸発器８を経て、ガス精製装ｈｔｉｏに入
り、除塵、脱硫されてクリーンな燃料ガス９となる。

燃料ガス９はガスタービン２０の燃焼器２１へ送られ、
圧縮機２１から送られる空気２３により燃焼し、高温高
圧のガスを発生する。燃焼器２１で発生したガスはガス
タービン２０を駆動し１発電機２４で電気を発生する。

ガスタービン排ガス２５は排熱回収ボイラ３０に入り、
２次過熱器３１．再過熱器３２，１次過熱器３３．高圧
蒸発器３４．高圧節炭器３６．低圧蒸発器３７．低圧節
炭器３９において順次熱交換し低温排ガス４０となって
大気に排出される。

２次過熱器３１で発生した高温高圧蒸気５１は蒸気ター
ビン５０の高圧タービン５２に入り熱エネルギーを回転
エネルギに交換する。高圧タービン５２の低温再熱蒸気
５３は低圧ドラム３８の低圧蒸気５４と合流し再過熱器
３２で加熱され高温再熱蒸気５５となって、高圧タービ
ン５２と同軸に連結された低圧タービン５６に入り発電
機５７を回転し電気出力を発生する。

低圧タービン排気５８は復水器６０で凝縮され、低圧給
油ポンプ６１で排熱回収ボイラ３０の低圧節炭器に給水
される。低圧節炭器３９で予熱された給水６２は低圧ド
ラム３８に給水されるものと。

高圧給水ポンプ６３に給水されるものとに分かれる。

高圧給水ポンプ６３で高圧に加圧された給水は、更に高
圧節炭器３６に送られる高圧給水６４と、ガス化炉熱回
収ボイラ給水６５とに分かれる。

高圧給水６４は高圧節炭器３６．高圧蒸発器３４．１次
過熱器３３、及び２次過熱器３１で。

ガスタービン排ガス２５によって加熱されて、前述した
ように蒸気タービン５０を駆動する高温高圧蒸気５１と
なる。

さて、高圧給水ポンプ６３で加圧されたガス化炉熱回収
ボイラ給水６５は節炭器８で予熱されたあとドラム７０
に入る。ドラム７０はガス化炉熱回収ボイラ蒸発器７と
ガス化炉蒸発器７１に連通していて、それぞれの熱回収
作用によって、高圧飽和蒸気７２を発生し、高温過熱器
６に送られ加熱される。

一例をあげると組成ガス４の温度は９８０℃程度であり
高温過熱器６出口のガス化炉熱回収ボイラ発生主蒸気７
３の蒸気圧力は１９５ｋｇ／ｃｉ、蒸気温度は５４６℃
となる。

このガス化炉熱回収ボイラ発生主蒸気７３はガス化空気
加熱器８０でガス化空気３を加熱する。

ガス化空気３はガスタービン２０の空気圧縮機２２の圧
縮空気の一部を抽出したもので、ガス化空気昇圧機８１
に送られ、ここでガス化炉１の所用ガス化空気圧力まで
昇圧される。

−例をあげると空気圧縮機２２出口の圧縮空気温度は約
３９０℃と高温であり、このままでは比容積が大で、ガ
ス化空気昇圧機８１の効率が低くなるため、ガス化空気
予熱器８２あるいはガス化空気熱交換器８３で冷却され
てガス化空気昇圧機８１へ供給されている。

ガス化空気予熱器８２出口の空気温度は例えば約１８０
℃程度となり、ガス化空気加熱器８０で前述した１９５
ｋｇ／ｃＪ、５４６℃の高温高圧のガス化炉熱回収ボイ
ラ発生主蒸気７３によって加熱され、約５００℃と高温
化されたガス化空気３となってガス化炉１へ供給される
。

ガス化空気加熱器８０でガス化空気３を加熱したガス化
炉熱回収ボイラ発生主蒸気７３は約４７０℃まで冷却さ
れ、排熱回収ボイラ３０の１次過熱器３３の後流におい
て高圧蒸気と合流し。

２次過熱器３１で約１７０ｋｇ／ｃｄ、５４１℃の高温
高圧蒸気となって高圧タービン５２へ供給される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ガス化炉供給のガス化空気温度を高温
化できるので、ガス化炉発生ガスの発熱量が高くなり、
石炭ガス化複合発電プラントの効率を向上することがで
きる。

ガス化炉およびガス化炉熱回収ボイラにおけるガス顕熱
を、ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンとか
ら成る複合発電サイクルに取り込む場合、ガスタービン
燃料としてのガスの発熱量を高めて取り込む場合と、蒸
気タービンの蒸気として取り込む場合とが考えられるが
、第４図に示すように、蒸気入熱が大きいほど、複合発
電の効率低下量は大となる。換言すれば、ガスタービン
の燃料入熱が大きいほど、すなわち、ガス化炉発生ガス
の発熱量を高めるほど、さらに換言すればガス化炉供給
ガス化空気の温度を高くするほど複合発電サイクルの効
率を高くすることができる。

前述したように、ガス化空気温度による、石炭ガス化複
合発電プラントの効率偏差は５石炭の性状により異なる
が、第２図に示した一例のように２００℃の空気温度の
場合と、本発明のガス化炉熱回収ボイラ発生蒸気の高級
化による５００℃のガス化空気温度との場合とでは約６
％の効率偏差が生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す石炭ガス化複合発電プ
ラントの概略フローシート、第２図はガス化空気温度に
よる効率偏差特性図、第３図はガスタービン燃料ガスの
発熱量とガスタービン燃焼温度との相関を示す特性線図
、第４図は複合発電サイクル人熱比と効率との相関を示
す特性線図である。 １・・・ガス化炉、２・・・石炭、３・・・ガス化空気
、４・・・組成ガス、６・・・高温過熱器、７・・・蒸
発器、８・・・節炭器、９・・・燃料ガス、１０・・・
ガス精製′４Ａは、２０・・・ガスタービン、２１・・
・燃焼器、２２・・・圧縮機、２５・・・ガスタービン
排ガス、３０・・・排熱回収ボイラ、３１・・・２次過
熱器、３２・・・再過熱器、３３・・・１次過熱器、５
０・・・蒸気タービン、５１・・・高温高圧蒸気、５２
・・・高圧タービン、５３・・・低温再熱蒸気２図 Ｑ　　　　Ｉｏｏ　　　２θθ　　３θθ　　４θθ　
　５θθｎ”；Ａ＃：、ｆ　１７”ｌｆｔ、”；：気’
Ｅ’Ａ　、７！第３　図 ４００　　６００　　８００　　　／θ０θ　１２ρＱ
　　／ＩＩＪＯガ×タービンカがイ号力゛ス項−資τ量
　　（ドｃＪ／Ｎｚ）１Ａ＋ｍ ０１０　　２０　　　３０　　４０　　　５θ才１＠Ｊ
ｔｆ−ヴイ加入処ヒ仁二（ｌｙ　Ｘ　１００　（％）Ｑ
：蕉先へ熱

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、加圧式空気酸化石炭ガス化炉、ガス化炉熱回収ボイ
   ラ、ガス精製設備及びガスタービンを含む複合発電設備
   より構成される石炭ガス化複合発電プラントにおいて、
   ガス化炉熱回収ボイラの発生蒸気で、ガス化空気を加熱
   することを特徴とする石炭ガス化複合発電プラント。