JP3149561B2 - ガス化複合発電システム - Google Patents

ガス化複合発電システム

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JP3149561B2 JP24800092A JP24800092A JP3149561B2 JP 3149561 B2 JP3149561 B2 JP 3149561B2 JP 24800092 A JP24800092 A JP 24800092A JP 24800092 A JP24800092 A JP 24800092A JP 3149561 B2 JP3149561 B2 JP 3149561B2
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銑三 矢野目
滋 脇山
茂 小林
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石川島播磨重工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、石炭,石油等のハイド
ロカーボン系の燃料をガス化し、これをタービンに供給
して発電を行うガス化複合発電システムに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年、ハイドロカーボン系の燃料例えば
石炭を利用して発電を行うことが試みられている。具体
的には、石炭を空気等と共に高温高圧下のガス化炉内に
吹き込み、炉内で石炭を部分燃焼(酸化)させて石炭ガ
ス化ガス(CO,H2 ,H2 O及びCO2 を含むガス)
を生成させる。この石炭ガス化ガスを冷却、脱硫、脱じ
ん等後、ガスタービンに供給して発電を行うようにして
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の発電
を行うシステムでは、ガス化炉で石炭を燃焼させて生成
させた石炭ガス化ガスによってガスタービンを廻し、発
電機にて電気エネルギを発生させているために、その排
気ガスには石炭の燃焼の際に生成した二酸化炭素(CO
2 )を含む多量のCO2 が含まれる。そのCO2 は、近
年、温室効果による気候の温暖化等の地球レベルでの環
境破壊の一つの要因として考えられているので、CO2
を排出させたくない。また、排気ガスは極力なくした
い。
【0004】そこで、本発明は、このような事情を考慮
してなされたものであり、その目的は、排気ガスの大気
への排出を抑制することができるガス化複合発電システ
ムを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、ガス化炉で生成したガス化ガスをガスク
ーラを通して冷却し、これをタービンに供給し発電を行
うガス化複合発電システムにおいて、上記ガスクーラと
上記タービンの燃焼器との間に、COシフト装置とCO
2 除去装置を接続し、他方、上記ガス化炉及び上記燃焼
器に酸素を供給する酸素供給装置を設け、上記タービン
からの排気蒸気を冷却凝縮する復水器を設け、その復水
を上記ガスクーラに供給するための水ラインを設け、上
記ガスクーラで生じた蒸気を上記COシフト装置と上記
燃焼器にそれぞれ供給する蒸気ラインを設け排気ガスの
排出を零としたものである。
【0006】
【作用】ガス化炉には酸素供給装置からの酸素が供給さ
れるので、そのガス化ガスには窒素がほとんど含まれな
い。また、ガス化ガスは、水素燃料ガス装置によりガス
中の一酸化炭素が二酸化炭素(CO2 )にシフトされ、
このシフトされたCO2とガス中に元々あるCO2 が除
去され、ほとんどが水素の水素リッチガスとなってから
タービンの燃焼器に供給され、そこで酸素供給装置から
の酸素により燃焼する。この燃焼ガスがタービンに供給
されるため、そのタービンからの排気ガスはほとんどが
蒸気である。この蒸気からなる排気ガスを凝縮させてガ
ス化ガスの冷却や燃焼ガスの温度調節やCOシフト装置
への蒸気の供給に利用することによって、排気ガスの排
出を零とすることができ、排気ガスの大気への排出を抑
制することが可能となる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。
【0008】本実施例ではハイドロカーボン系の燃料と
して石炭を用いた場合について説明する。
【0009】図1において、1は石炭をガス化するガス
化炉を示し、このガス化炉1には、炉1内に石炭を例え
ば石炭水スラリー(CWM)として吹き込むための燃料
ライン2が接続されていると共に、酸素を吹き込むため
の酸素ライン3が接続されている。
【0010】酸素ライン3は酸素圧縮機4を介して酸素
製造装置である空気分離装置5に接続されて、酸素供給
装置6が構成されている。空気分離装置5は、空気圧縮
機7からの空気から酸素のみを分離するものであり、こ
の分離された酸素が酸素ライン3を介してガス化炉1に
供給される。
【0011】ガス化炉1は、石炭を高温(約1300〜1600
℃)高圧(約20〜40kg/cm2 )下で部分燃焼(酸化)さ
せて水素及び一酸化炭素を含む石炭ガス化ガスを生成す
るもので、石炭をガス化する際に発生した灰分は化炉1
下部に設けられたガスクーラ8を介してガラス状のスラ
グとなって排出される。また、石炭ガス化ガスはガスク
ーラ8で水又は蒸気と熱交換して冷却された後、ガスラ
イン9に流入するようになっている。
【0012】ガスライン9には、ガスの流れに沿って、
脱硫装置10、ガス中のダストを除去する脱じん装置1
1及び水素燃料ガス装置25が介設されている。脱硫装
置10は、ガス中の硫黄分を除去するもので乾式・湿式
どちらでもよく副産物として硫黄あるいは石こうを回収
できる。
【0013】水素燃料ガス装置25は、ガス化ガス中の
一酸化炭素(CO)を二酸化炭素(CO2 )にシフト
し、このシフトされたCO2 とガス中に元々あるCO2
を除去して水素リッチガスを生成し、これをタービン1
5の燃焼器16に供給するもので、COシフト装置12
とCO2 除去装置13とからなる。
【0014】COシフト装置12は、石炭ガス化ガス中
のCOを蒸気の存在によりCO2 及び水素(H2 )にシ
フトする(CO+H2 O→CO2 +H2 )ように構成さ
れている。そのCOシフト装置12の上流のガスライン
9には、上記ガスクーラ8に接続されガス冷却を行う途
中の蒸気の一部を導入するための蒸気混入ライン(蒸気
ライン)14が接続され、シフト反応に必要な蒸気が蒸
気混入ライン14から得られるようになっている。
【0015】CO2 除去装置13は、ガスに含まれるC
2 を除去するもので、このCO2 の除去によりガス化
ガスは水素が主成分の水素リッチガスとなる。分離除去
されたCO2 はドライアイス用等の他産業に供給するか
あるいは深海等に投棄される。水素リッチガスとなった
ガス化ガスは、ガスライン9を介してタービン15の燃
焼器16に供給される。
【0016】燃焼器16は、上記酸素ライン3の酸素圧
縮機7の下流側に接続され、その酸素ライン3の酸素の
一部を導入する酸素導入ライン17が接続されていると
共に、上記ガスクーラ8でガス化ガスを冷却した蒸気を
導入する蒸気導入ライン(蒸気ライン)18及びガスク
ーラ8に水を送る水ライン19に接続された水導入ライ
ン20が接続されており、水素を酸素導入ライン17か
らの酸素で燃焼させると共にこれに蒸気導入ライン18
及び水導入ライン20からの上記及び水を吹き込み高温
(1200℃以上例えば1300〜1400℃)高圧 (例えば20ata)
の蒸気を生成させるように構成され、この蒸気がタービ
ン15に供給される。タービン15、上記酸素圧縮機4
及び空気圧縮機7が同軸上に設けられ、タービン15に
より発電機15aが駆動されて発電が行われると共に併
せて圧縮機4,7が駆動されるように構成されている。
【0017】タービン15からの排気(排気蒸気)は、
排気ライン21を介して復水器22に流入する。復水器
22は、排気蒸気を復水及び冷却水で冷却凝結するもの
であり、この復水器22には、復水器22内が蒸気の凝
結により圧力が下がるが復水器22内圧が所定値例えば
0.2ataにならないときに復水器22内を吸引するための
吸引ポンプ23が接続されている。また、復水器22に
は、凝結した水を吸い出す復水ポンプ24が接続されて
いると共に、そのポンプ24により吸い出された復水が
復水器22を介して流入するラインとして上記水ライン
19が接続されている。また、復水ポンプ24により吸
い出された水が余剰の場合にはその一部が余剰水として
他の系に導かれる。水ライン19には、COシフト装置
12に蒸気を供給するための蒸気ラインである蒸気混入
ライン14と、燃焼器16に蒸気を供給するための蒸気
ラインである蒸気導入ライン18とが設けられている。
【0018】次に本実施例の作用を説明する。
【0019】空気分離装置5で空気から分離された酸素
が酸素圧縮機4を介して酸素ライン3からガス化炉1内
に吹き込まれると共に、燃料ライン2から石炭水スラリ
ーが炉1内に吹き込まれ、石炭が高温(約1300〜1600
℃)高圧(約20〜40kg/cm2 )下で部分燃焼(酸化)さ
れて、石炭ガス化ガスが生成する。このガス中には、ガ
ス化炉1に空気から分離された酸素のみが供給されるた
め、空気が炉1に供給される際の窒素の混入がなく、C
O,H2 ,H2 O及びCO2 を含むガスとなる。
【0020】石炭ガス化ガスは、ガスクーラ8で水及び
蒸気により冷却されてからガスライン9に流入し、脱硫
装置10で脱硫及び脱じん装置11で脱塵されて精製さ
れる。精製後、蒸気混入ライン14からの蒸気と共にC
Oシフト装置12に流入し、そこで、ガス中のCOがC
2 にシフトされ(CO+H2 O→CO2 +H2 )、ガ
ス中のCOの大部分がなくなる。そして、CO2 除去装
置13に入り、そこでガス中のCO2 が分離除去され
て、石炭ガス化ガスは主成分がH2 の水素リッチガスと
なる。
【0021】このガスがタービン15の燃焼器16に入
り、ガスの主成分である水素が酸素導入ライン17から
の酸素により燃焼される。この際水素燃焼だけであると
高温になり過ぎるため蒸気導入ライン18及び水導入ラ
イン20から水及び蒸気が適宜吹き込まれる。これによ
り、高温(1200℃以上例えば1300〜1400℃)高圧の蒸気
が生成され、これがタービン15に供給されてタービン
15が廻り、発電機15aが駆動されて電気エネルギが
発生する。
【0022】タービン15から排出されたガス(排気蒸
気)は、排気ライン21を介して復水器22に入りそこ
で凝結する。この水が復水ポンプ22により吸い出され
復水器22及び水ライン19を介して上記燃焼器16及
びガスクーラ8に供給され、再循環する。
【0023】上述のように、ガス化炉1及び燃焼器16
には空気分離装置5で空気から分離された酸素のみが供
給されるので、タービン15へのガスには窒素がほとん
ど含まれることはない。また、ガス化の際にCO及びC
2 が生成するが、ガス中のCOはCOシフト装置12
でCO2 にシフトされ、このシフトされたCO2 とガス
中に元々あるCO2 がCO2 除去装置13で除去される
ため、燃焼器16には窒素,二酸化炭素等の不純ガスが
ほとんど含まれない水素リッチガスが供給され、その燃
焼ガスでタービン15が駆動されるので、その排気ガス
はほとんどが蒸気である。この蒸気からなる排気ガスを
大気に開放することなく、例えば本実施例では、ガス化
ガスの冷却、燃焼ガスの温度調節及びCOシフト装置1
2への蒸気の供給のために用いられる。従って、排気ガ
スの排出を零とすることができ、排気ガスの大気への排
出を抑制することができる。
【0024】また、窒素や二酸化炭素等の不純ガスがほ
とんど含まれない水素リッチガスが燃焼器16に供給さ
れるため、ガスロスがほとんどなくなり、従来と同じ出
力を得るには少ないガス量ですむので、タービン15で
の単位消費量あたりの効率が向上することになる。
【0025】さらに、タービン15を高温高圧の蒸気に
より駆動させ、そこで仕事をした蒸気を復水器22で凝
結させるので、さらにタービンでの出力をアップするこ
とが可能となる。
【0026】すなわち、従来は例えば約1300℃、20ata
のガスによりタービン15を駆動する場合、ガスが大気
圧になるとタービン15での仕事が行えなくなるので、
約 600℃でガスを排気させ、このガスを熱交換器等で約
100℃まで冷却していた。これに対して、本発明に係る
システムでは、復水器22内が真空例えば0.2ataになる
ため、タービン15ではさらにガス圧を0.2ataまで下げ
られるので圧力比5(=1ata/0.2ata)の仕事を従来よ
り行えるので、タービン15の出力をアップすることが
できる。この際、復水器22内を例えば0.2ataの真空に
するのに吸引ポンプ23を用いたとしても、タービン1
5を駆動するガスは不純ガスをほとんど含まないと共に
そのほとんどが分子量の小さい蒸気であるので、少ない
動力で吸引ポンプ23を駆動させることができる。
【0027】さらにまた、タービン15からの排気(排
気蒸気)は、復水器22で例えば約100℃から40℃に冷
却されて凝結するため、蒸気の顕熱の一部も回収するこ
とができ、蒸気の熱損失が少なくない。
【0028】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、タービン
の排気を蒸気とすることができ、その蒸気をガス化ガス
の冷却、燃焼ガスの温度調節及びCOシフト装置への蒸
気の供給のために利用することによって、排気ガスの大
気への排出を抑制できるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
1 ガス化炉 6 酸素供給装置 15 タービン 16 燃焼器 25 水素燃料ガス装置
フロントページの続き (72)発明者 小林 茂 東京都江東区豊洲三丁目2番16号 石川 島播磨重工業株式会社 豊洲総合事務所 内 (56)参考文献 特開 平3−237222(JP,A) 特開 平4−116232(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02C 3/28 F02C 3/30

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガス化炉で生成したガス化ガスをガスク
    ーラを通して冷却し、これをタービンに供給し発電を行
    うガス化複合発電システムにおいて、上記ガスクーラと
    上記タービンの燃焼器との間に、COシフト装置とCO
    2 除去装置を接続し、他方、上記ガス化炉及び上記燃焼
    器に酸素を供給する酸素供給装置を設け、上記タービン
    からの排気蒸気を冷却凝縮する復水器を設け、その復水
    を上記ガスクーラに供給するための水ラインを設け、上
    記ガスクーラで生じた蒸気を上記COシフト装置と上記
    燃焼器にそれぞれ供給する蒸気ラインを設け排気ガスの
    排出を零としたことを特徴とするガス化複合発電システ
    ム。
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AT508523B1 (de) * 2009-07-31 2011-04-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Reformgasbasiertes reduktionsverfahren und vorrichtung mit decarbonisierung des brenngases für den reformer
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