JP2020007979A

JP2020007979A - 発電設備

Info

Publication number: JP2020007979A
Application number: JP2018130212A
Authority: JP
Inventors: 長谷川　武治; Takeji Hasegawa; 武治長谷川
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2020-01-16

Abstract

【課題】燃料中のＮＨ３に起因した窒素酸化物（フューエルＮＯｘ）を抑制し、脱硝装置の負担を増加させることなく、脱硝性能を向上させる。【解決手段】ＮＨ３分離手段１６により石炭ガス化ガスからＮＨ３を分離し、ＮＨ３が除かれた石炭ガス化ガスを燃料として、膨張タービン４、蒸気タービン１２を駆動して発電を実施し、ＮＨ３分離手段１６で分離されたＮＨ３、及び、ＣＯ２を原料として、尿素製造手段１７によりＣＯ２（ＮＨ３）を製造する。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス化ガスを燃料として発電を行う発電設備に関する。

石炭等の化石燃料（石炭）からガス化ガス（石炭ガス化ガス）を得て、石炭ガス化ガスの燃焼により膨張タービンの動力を得る発電設備が知られている。膨張タービンで仕事を終えた排気ガスは、排煙処理が施されて大気に放出される。

膨張タービンで膨張される燃焼ガスには、燃焼により生成される窒素酸化物（サーマルＮＯｘ）が含まれている。一方、石炭ガス化ガスには、成分としてＮＨ_３が存在しているため、燃焼ガスには、燃料中のＮＨ_３に起因した窒素酸化物（フューエルＮＯｘ）が多く含まれている。即ち、排気ガス中のＮＯｘは、燃料中のＮＨ_３に起因して発生するフューエルＮＯｘが大半を占めている。

このため、従来の発電設備では、排気ガスの排気経路に排煙処理装置（脱硝装置）を備え、脱硝装置により排気ガス中のＮＯｘを除去するようにしている（例えば、特許文献１）。排気経路に備えられた脱硝装置により排気ガス中のＮＯｘが除去され、不純物が大気に放出されることが防止されている。

近年、大気に放出される排気ガスに関しては、不純物の基準や見た目の色等に対して厳しくなる状況にあるのが現状である。このため、排気ガス中の不純物であるＮＯｘに関しても、精密に除去することができる脱硝装置が望まれている。脱硝装置を大型化することにより、ＮＯｘの除去性能を向上させることができるが、設備の大型化には、場所、コスト等により限度があるのが実情であった。このため、コストを掛けることなく脱硝性能を向上させる技術の出現が望まれている。

特開２００４−１９４８４号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、燃料中のＮＨ_３に起因した窒素酸化物（フューエルＮＯｘ）を抑制し、脱硝装置の負担を増加させることなく、脱硝性能を向上させて排気ガス中のＮＯｘを低減することができる発電設備を提供することを目的とする。

特に、発電により生じたＣＯ_２を有効に利用すると共に、燃料中のＮＨ_３に起因した窒素酸化物（フューエルＮＯｘ）を抑制し、脱硝性能を向上させて排気ガス中のＮＯｘを低減することができる発電設備を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の発電設備は、ガス化燃料を得るガス製造手段と、前記ガス製造手段で製造されたガス化ガスからＮＨ_３を分離するＮＨ_３分離手段と、前記ＮＨ_３分離手段でＮＨ_３が分離されたガス化ガスを燃焼させて燃焼ガスを得る燃焼器と、前記燃焼器で得られた前記燃焼ガスを膨張させて動力を得る膨張タービンとを備えたことを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、ガス製造手段（例えば、石炭ガス化ガス製造装置）でガス化ガス（例えば、石炭ガス化ガス）が得られ、ＮＨ_３分離手段により、得られたガス化ガスからＮＨ_３が分離される。

この結果、燃料中のＮＨ_３に起因した窒素酸化物（フューエルＮＯｘ）を抑制し、脱硝装置の負担を増加させることなく、脱硝性能を向上させて排気ガス中のＮＯｘを低減することが可能になる。即ち、脱硝装置を大型化することなく、または、小型の脱硝装置であっても、脱硝性能を向上させて排気ガス中のＮＯｘを低減することが可能になる。

そして、請求項２に係る本発明の発電設備は、請求項１に記載の発電設備において、前記ＮＨ_３分離手段で分離されたＮＨ_３が原料とされて化学製品を製造する化学製品製造手段を備えたことを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、ＮＨ_３分離手段で分離されたＮＨ_３を原料として、化学製品製造手段により化学製品を製造することができる。

また、請求項３に係る本発明の発電設備は、請求項２に記載の発電設備において、前記化学製品製造手段は、ＮＨ_３、及び、ＣＯ_２によりＣＯ（ＮＨ_２）_２を製造する手段であることを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、化学製品製造手段によりＣＯ（ＮＨ_２）_２を製造することができる。得られたＣＯ（ＮＨ_２）_２を肥料として使用することで、ＣＯ_２が植物に吸収されることになり、ＣＯ_２を植物に固定させて循環させることができる。ＣＯ_２、及び、火力発電設備のガス化ガスを有効に利用してＣＯ（ＮＨ_２）_２を製造することが可能になる。つまり、ＣＯ_２を有効に再利用してＣＯ（ＮＨ_２）_２を製造し、ＣＯ_２の貯留の負担を大幅に軽減することができる。

また、請求項４に係る本発明の発電設備は、請求項３に記載の発電設備において、前記膨張タービンの排気ガスが熱回収されて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気により駆動される蒸気タービンと、前記排熱回収ボイラで熱回収された排気ガスからＣＯ_２を分離するＣＯ_２分離手段とを備え、前記化学製品製造手段は、前記ＣＯ_２分離手段で分離されたＣＯ_２を用いて化学製品が製造されることを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、石炭ガス化ガスからからＮＨ_３が分離され、膨張タービンの排気ガスが排熱回収ボイラで熱回収されて蒸気が得られ、得られた蒸気により蒸気タービンが駆動される。ＣＯ_２分離手段によって排熱回収ボイラで熱回収された排気ガスからＣＯ_２が分離され、分離されたＣＯ_２及び石炭ガス化ガスから分離されたＮＨ_３により化学製品が製造される。そして、発電で生じたＣＯ_２を有効に再利用してＣＯ_２の貯留の負担を大幅に軽減することができる。

また、請求項５に係る本発明の発電設備は、請求項４に記載の発電設備において、前記燃焼器にＯ_２含有ガスを供給する酸化剤供給手段と、前記排熱回収ボイラで熱回収された排気ガスを前記燃焼器に供給する循環手段とを備え、前記ＣＯ_２分離手段は、前記循環手段で供給される排気ガスからＣＯ_２を分離することを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、燃焼器ではＯ_２含有ガスにより燃料が燃焼され、膨張タービンの排気ガスが循環手段により閉サイクルで循環される。循環手段で循環される排気ガスからＣＯ_２が分離され、化学製品が製造される。

また、請求項６に係る本発明の発電設備は、請求項４もしくは請求項５のいずれかに記載の発電設備において、前記ＣＯ_２分離手段で分離されたＣＯ_２の一部が供給され、土壌改質剤、もしくは、工業用原料が製造されるＣＯ_２適用手段を備えたことを特徴とする。

請求項６に係る本発明では、ＣＯ_２適用手段により、土壌改質剤、もしくは、工業用原料が製造される。土壌改質剤として、例えば、ＣａＣＯ_３、Ｃａ（ＨＣＯ_３）_２、ＫＨＣＯ_３、ＮａＨＣＯ_３を製造することができる。また、工業用原料（ガラス原料）として、Ｎａ_２ＣＯ_３、Ｋ_２ＣＯ_３を製造することができる。

また、請求項７に係る本発明の発電設備は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発電設備において、前記ガス製造手段は、石炭をガス化して石炭ガス化ガスを得る石炭ガス化ガス製造手段であることを特徴とする。

請求項７に係る本発明では、石炭をガス化した石炭ガス化ガスを燃料として用い、石炭ガス化ガスからＮＨ_３を分離することができる。尚、ガス製造手段としては、石炭ガス化ガス製造手段の他に、バイオマスや重油をガス化する製造手段を適用することができる。

本発明の発電設備は、燃料中のＮＨ_３に起因した窒素酸化物（フューエルＮＯｘ）を抑制し、脱硝装置の負担を増加させることなく、脱硝性能を向上させて排気ガス中のＮＯｘを低減することが可能になる。

特に、発電により生じたＣＯ_２を有効に利用すると共に、燃料中のＮＨ_３に起因した窒素酸化物（フューエルＮＯｘ）を抑制し、脱硝性能を向上させて排気ガス中のＮＯｘを低減することが可能になる。

本発明の第１実施例に係る発電設備の概略系統図である。本発明の第２実施例に係る発電設備の概略系統図である。本発明の第３実施例に係る発電設備の概略系統図である。本発明の第４実施例に係る発電設備の概略系統図である。

図１から図４には本発明の第１実施例から第４実施例に係る発電設備の概略を示してある。

図１に基づいて第１実施例を説明する。

図に示すように、複合発電設備１のガスタービン２は、圧縮機３、及び、膨張タービン４を備え、圧縮機３で圧縮された圧縮流体（空気）が燃焼器５に送られる。燃焼器５には、ガス化設備である石炭ガス化設備（ガス化ガス製造手段）６からガス化ガス（石炭ガス化ガス）としての燃料ガス（ＣＯ、Ｈ_２、ＣＨ_４）が供給される。

膨張タービン４で仕事を終えた排気ガスの熱回収を行う排熱回収ボイラ１１が備えられ、排熱回収ボイラ１１で発生した蒸気は蒸気タービン１２に送られて動力が回収され、発電機が駆動される。排熱回収ボイラ１１で熱回収された排気ガスはＣＯ_２回収手段１４でＣＯ_２が回収される。ＣＯ_２回収手段１４でＣＯ_２が回収された後の排気ガスは排煙処理が施されて大気に放出される。

一方、複合発電設備１には、石炭ガス化設備６で製造されたガス化ガスからＮＨ_３を分離するＮＨ_３分離手段（分離膜等）１６が備えられ、ＮＨ_３分離手段１６でＮＨ_３が分離されたガス化ガスが燃焼器５に送られる。そして、ＮＨ_３分離手段１６で分離されたＮＨ_３は尿素（ＣＯ（ＮＨ_２）_２）を製造する尿素製造手段１７に送られる。尿素製造手段１７にはＣＯ_２回収手段１４で回収されたＣＯ_２が送られ、尿素製造手段１７では、ＣＯ_２とＮＨ_３分離手段１６で分離されたＮＨ_３とによりＣＯ（ＮＨ_２）_２が製造される。

尚、ＮＨ_３分離手段１６で分離されたＮＨ_３は、尿素製造手段１７に送る他に、そのまま肥料として利用したり、他の用途として利用したりすることができる。また、尿素製造手段１７に送られるＣＯ_２としては、ＣＯ_２回収手段１４で回収されたＣＯ_２に限らず、他で貯留されたＣＯ_２を利用したり、他の設備で回収されたＣＯ_２を利用したりすることができる。

上述した発電設備では、ＮＨ_３分離手段１６により石炭ガス化ガスからＮＨ_３が分離され、ＮＨ_３が除かれた石炭ガス化ガスを燃料として、膨張タービン４、蒸気タービン１２を駆動して発電が実施される。そして、ＮＨ_３分離手段１６で分離されたＮＨ_３、及び、ＣＯ_２を原料として、尿素製造手段１７によりＣＯ（ＮＨ_２）_２が製造される。

このため、石炭ガス化ガスのＮＨ_３に起因した窒素酸化物（フューエルＮＯｘ）を抑制し、脱硝装置の負担を増加させることなく、脱硝性能を向上させて排気ガス中のＮＯｘを低減することが可能になる。即ち、脱硝装置を大型化することなく、または、小型の脱硝装置であっても、脱硝性能を向上させて排気ガス中のＮＯｘを低減することが可能になる。

そして、尿素製造手段１７により、ＣＯ_２とＮＨ_３分離手段１６で分離されたＮＨ_３とを原料としてＣＯ（ＮＨ_２）_２を製造することができる。製造された（得られた）ＣＯ（ＮＨ_２）_２を肥料として使用することで、ＣＯ_２が植物に吸収されることになり、ＣＯ_２を植物に固定させて循環させることができる。

つまり、ＣＯ_２、及び、火力発電設備のガス化ガスを有効に利用してＣＯ（ＮＨ_２）_２を製造することが可能になる。このため、余剰のＣＯ_２を有効に再利用して（貯留等、処理が大変なＣＯ_２を有効に再利用して）、ＣＯ（ＮＨ_２）_２を製造し、ＣＯ_２の貯留の負担を大幅に軽減することができる。

従って、石炭ガス化ガスのＮＨ_３に起因した窒素酸化物（フューエルＮＯｘ）を抑制し、脱硝装置の負担を増加させることなく、脱硝性能を向上させて排気ガス中のＮＯｘを低減することが可能になる。特に、発電により生じたＣＯ_２を回収して有効に利用すると共に、石炭ガス化ガス中のＮＨ_３に起因した窒素酸化物（フューエルＮＯｘ）を抑制し、脱硝性能を向上させて排気ガス中のＮＯｘを低減することが可能になる。

図２に基づいて第２実施例を説明する。図１に示した第１実施例と同一部材には同一符号を付してある。

第２実施例の発電設備は、酸化剤供給手段として酸素製造設備２１が備えられ、酸化剤として、酸素製造設備２１で製造されたＯ_２が石炭ガス化設備６に送られる。また、排熱回収ボイラ１１で熱回収された排気ガスは循環手段としての経路２２により圧縮機３に送られ、圧縮機３で圧縮された循環ガス（ＣＯ_２）が燃焼器５に供給される（閉サイクル）。

経路２２には、ＣＯ_２回収手段２３が分岐して備えられ、ＣＯ_２回収手段２３では排気ガスからＨ_２Ｏが分離されてＣＯ_２が回収される。ＣＯ_２回収手段２３で回収されたＣＯ_２は尿素製造手段１７に送られる。

上述した発電設備では、燃焼器５ではＯ_２含有ガスにより燃料が燃焼され、膨張タービン４の排気ガスが循環手段により閉サイクルで循環される。ＣＯ_２回収手段２３により、循環手段で循環される排気ガスからＣＯ_２が分離され、また、ＮＨ_３分離手段１６により石炭ガス化ガスからＮＨ_３が分離される。そして、ＮＨ_３分離手段１６で分離されたＮＨ_３、及び、ＣＯ_２回収手段２３で回収されたＣＯ_２を原料として、尿素製造手段１７によりＣＯ（ＮＨ_２）_２が製造される。

このため、発電により生じたＣＯ_２を有効に利用すると共に、燃料中のＮＨ_３に起因した窒素酸化物（フューエルＮＯｘ）を抑制し、脱硝性能を向上させて排気ガス中のＮＯｘを低減することが可能になる。

図３に基づいて第３実施例を説明する。図２に示した第２実施例と同一部材には同一符号を付してある。

第３実施例の発電設備は、第２実施例の発電設備に対し、ＣＯ_２回収手段２３で回収されたＣＯ_２の一部が供給されて土壌改質剤が製造される土壌改質剤製造手段２６が備えられている。土壌改質剤製造手段２６にはＣａ（ＯＨ）_２が供給され、土壌改質剤製造手段２６ではＣＯ_２とＣａ（ＯＨ）_２が原料とされてＣａＣＯ_３が製造される。土壌改質剤としては、ＣａＣＯ_３の他に、ＣＯ_２を原料として、例えば、Ｃａ（ＨＣＯ_３）_２、ＫＨＣＯ_３、ＮａＨＣＯ_３を製造することが可能である。

図４に基づいて第４実施例を説明する。図２に示した第２実施例と同一部材には同一符号を付してある。

第４実施例の発電設備は、第２実施例の発電設備に対し、ＣＯ_２回収手段２３で回収されたＣＯ_２の一部が供給されてガラスの原料が製造される工業用原料製造手段２８が備えられている。工業用原料製造手段２８にはＮａＯＨが供給され、工業用原料製造手段２８ではＣＯ_２とＮａＯＨが原料とされてＮａ_２ＣＯ_３が製造される。工業用原料（ガラスの原料）としては、Ｎａ_２ＣＯ_３の他に、Ｋ_２ＣＯ_３を製造することが可能である。

上述した発電設備は、発電により生じたＣＯ_２を回収して有効に利用すると共に、石炭ガス化ガス中のＮＨ_３に起因した窒素酸化物（フューエルＮＯｘ）を抑制し、脱硝性能を向上させて排気ガス中のＮＯｘを低減することが可能になる。つまり、脱硝設備を大型化することなく脱硝性能を向上させることが可能になる（脱硝設備を小型化しても脱硝性能を維持することが可能になる）。

従って、燃料中のＮＨ_３に起因した窒素酸化物（フューエルＮＯｘ）を抑制し、脱硝装置の負担を増加させることなく、脱硝性能を向上させて排気ガス中のＮＯｘを低減することが可能になる。

本発明は、発電設備の産業分野で利用することができる。

１複合発電設備
２ガスタービン
３圧縮機
４膨張タービン
５燃焼器
６石炭ガス化設備
１１排熱回収ボイラ
１２蒸気タービン
１４、２３ＣＯ_２回収手段
１６ＮＨ_３分離手段
１７尿素製造手段
２１酸素製造設備
２２経路
２６土壌改質剤製造手段
２８工業用原料製造手段

Claims

ガス化燃料を得るガス製造手段と、
前記ガス製造手段で製造されたガス化ガスからＮＨ_３を分離するＮＨ_３分離手段と、
前記ＮＨ_３分離手段でＮＨ_３が分離されたガス化ガスを燃焼させて燃焼ガスを得る燃焼器と、
前記燃焼器で得られた前記燃焼ガスを膨張させて動力を得る膨張タービンとを備えた
ことを特徴とする発電設備。
請求項１に記載の発電設備において、
前記ＮＨ_３分離手段で分離されたＮＨ_３が原料とされて化学製品を製造する化学製品製造手段を備えた
ことを特徴とする発電設備。
請求項２に記載の発電設備において、
前記化学製品製造手段は、
ＮＨ_３、及び、ＣＯ_２によりＣＯ（ＮＨ_２）_２を製造する手段である
ことを特徴とする発電設備。
請求項３に記載の発電設備において、
前記膨張タービンの排気ガスが熱回収されて蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラで発生した蒸気により駆動される蒸気タービンと、
前記排熱回収ボイラで熱回収された排気ガスからＣＯ_２を分離するＣＯ_２分離手段とを備え、
前記化学製品製造手段は、
前記ＣＯ_２分離手段で分離されたＣＯ_２を用いて化学製品が製造される
ことを特徴とする発電設備。
請求項４に記載の発電設備において、
前記燃焼器にＯ_２含有ガスを供給する酸化剤供給手段と、
前記排熱回収ボイラで熱回収された排気ガスを前記燃焼器に供給する循環手段とを備え、
前記ＣＯ_２分離手段は、
前記循環手段で供給される排気ガスからＣＯ_２を分離する
ことを特徴とする発電設備。
請求項４もしくは請求項５のいずれかに記載の発電設備において、
前記ＣＯ_２分離手段で分離されたＣＯ_２の一部が供給され、土壌改質剤、もしくは、工業用原料が製造されるＣＯ_２適用手段を備えた
ことを特徴とする発電設備。
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発電設備において、
前記ガス製造手段は、
石炭をガス化して石炭ガス化ガスを得る石炭ガス化ガス製造手段である
ことを特徴とする発電設備。