JPH0673385A - 石炭熱分解ガス及びチャー着火のための段階炉及びその操作方法 - Google Patents
石炭熱分解ガス及びチャー着火のための段階炉及びその操作方法Info
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- JPH0673385A JPH0673385A JP5120131A JP12013193A JPH0673385A JP H0673385 A JPH0673385 A JP H0673385A JP 5120131 A JP5120131 A JP 5120131A JP 12013193 A JP12013193 A JP 12013193A JP H0673385 A JPH0673385 A JP H0673385A
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- F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 石炭を効率的に燃焼させて動力を発生するた
めの方法において使用される、石炭熱分解器ユニット及
び二段階燃焼炉を含む炉組立体及びその操作方法を提供
すること。 【構成】 石炭由来の熱分解ガス供給物の燃焼のために
適合された第一段階炉と、その内部に設けられた高温熱
交換器と、チャーの燃焼、及び結果として生ずる燃焼ガ
スと第一段階炉からの一次燃焼ガスとの混合のために適
合され、その内部に熱交換器を有する第二段階炉とを含
む段階炉組立体及びその操作方法。
めの方法において使用される、石炭熱分解器ユニット及
び二段階燃焼炉を含む炉組立体及びその操作方法を提供
すること。 【構成】 石炭由来の熱分解ガス供給物の燃焼のために
適合された第一段階炉と、その内部に設けられた高温熱
交換器と、チャーの燃焼、及び結果として生ずる燃焼ガ
スと第一段階炉からの一次燃焼ガスとの混合のために適
合され、その内部に熱交換器を有する第二段階炉とを含
む段階炉組立体及びその操作方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気及び蒸気タービン
の両方を利用する方法において、石炭から熱燃焼ガスを
生成し、動力を発生するために、熱分解ガス及びチャー
を燃焼するために使用される段階燃焼炉に関する。より
詳細には、高温圧縮空気熱交換器及び蒸気過熱器を含む
第一段階において、石炭から得られる熱分解ガスが燃焼
される二段階炉に関する。第一段階からのチャー、及び
必要により石炭が、第二段階炉において燃焼され、該第
二段階炉においては、圧縮空気が予熱され、蒸気が最初
に過熱される。
の両方を利用する方法において、石炭から熱燃焼ガスを
生成し、動力を発生するために、熱分解ガス及びチャー
を燃焼するために使用される段階燃焼炉に関する。より
詳細には、高温圧縮空気熱交換器及び蒸気過熱器を含む
第一段階において、石炭から得られる熱分解ガスが燃焼
される二段階炉に関する。第一段階からのチャー、及び
必要により石炭が、第二段階炉において燃焼され、該第
二段階炉においては、圧縮空気が予熱され、蒸気が最初
に過熱される。
【０００２】
【従来の技術】両タービン軸に電力を発生させるため
に、高温（ブレイトンサイクル）空気タービン並びに蒸
気（ランキンサイクル）タービンを使用する、高効率石
炭だき複合動力サイクルにおいては、ブレイトンサイク
ルの作動流体（空気）の温度を少なくとも１８００°Ｆ
（９８２°Ｃ）まで上昇させることが望ましい。これ
は、高温燃焼ガスが、石炭から直接得られる際には、蒸
発及び溶解灰成分の両方が存在する温度であることを必
要とする。熱ガス内のかような灰成分は熱交換管の腐食
及び栓そくの原因となり得るので、該熱交換管は、例え
ば、空気熱交換器には炭化珪素等のセラミック、また蒸
気過熱器には金属合金等、適当な高温材料で作られる必
要がある。かような熱交換器管の費用は高いため、要求
される伝熱表面の量を最小化するためには、密集した熱
交換器が望ましい。
に、高温（ブレイトンサイクル）空気タービン並びに蒸
気（ランキンサイクル）タービンを使用する、高効率石
炭だき複合動力サイクルにおいては、ブレイトンサイク
ルの作動流体（空気）の温度を少なくとも１８００°Ｆ
（９８２°Ｃ）まで上昇させることが望ましい。これ
は、高温燃焼ガスが、石炭から直接得られる際には、蒸
発及び溶解灰成分の両方が存在する温度であることを必
要とする。熱ガス内のかような灰成分は熱交換管の腐食
及び栓そくの原因となり得るので、該熱交換管は、例え
ば、空気熱交換器には炭化珪素等のセラミック、また蒸
気過熱器には金属合金等、適当な高温材料で作られる必
要がある。かような熱交換器管の費用は高いため、要求
される伝熱表面の量を最小化するためには、密集した熱
交換器が望ましい。
【０００３】石炭の段階燃焼を利用した方法は、ドナス
の米国特許第３，８４０，３５４号、サスの第４，２２
９，１８５号及び第４，３２２，２２２号、ジョンソン
の第４，３１２，６３９号、カルデロンの第４，４６
９，４８８号、及びリチャードソンの第４，９００，４
２９号によって開示されるように、知られている。しか
し、これらの方法及び関連する炉装置は種々の欠点を有
するため、改良されたよりコンパクトな炉燃焼装置、及
び動力を発生させるより効果的な石炭の段階燃焼のため
の方法が必要とされている。熱分解器ユニット及び二段
階燃焼炉を含む、改良された燃焼炉組立体が現在開発さ
れており、該組立体においては、石炭はまず熱分解さ
れ、熱分解ガス及びチャーを生成する。熱分解ガスは、
空気加熱器及び高温蒸気過熱器を含む第一段階炉を着火
するために使用される。チャーは第二段階炉に燃焼を供
給するために使用され、該炉においては、該炉内の燃焼
ガスが、第一段階炉からの一次燃焼ガスによって有利に
急冷される。
の米国特許第３，８４０，３５４号、サスの第４，２２
９，１８５号及び第４，３２２，２２２号、ジョンソン
の第４，３１２，６３９号、カルデロンの第４，４６
９，４８８号、及びリチャードソンの第４，９００，４
２９号によって開示されるように、知られている。しか
し、これらの方法及び関連する炉装置は種々の欠点を有
するため、改良されたよりコンパクトな炉燃焼装置、及
び動力を発生させるより効果的な石炭の段階燃焼のため
の方法が必要とされている。熱分解器ユニット及び二段
階燃焼炉を含む、改良された燃焼炉組立体が現在開発さ
れており、該組立体においては、石炭はまず熱分解さ
れ、熱分解ガス及びチャーを生成する。熱分解ガスは、
空気加熱器及び高温蒸気過熱器を含む第一段階炉を着火
するために使用される。チャーは第二段階炉に燃焼を供
給するために使用され、該炉においては、該炉内の燃焼
ガスが、第一段階炉からの一次燃焼ガスによって有利に
急冷される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、石炭を効率的
に燃焼させて動力を発生するための方法において使用さ
れる、石炭熱分解器ユニット及び二段階燃焼炉を含む炉
組立体を提供する。炉組立体は、石炭及び空気の供給手
段を有する熱分解器反応器ユニットを利用する。熱分解
器ユニットは、そこに含まれる少なくとも一つの高温熱
交換器を有する第一段階燃焼炉に接続される。第二段階
燃焼炉は、第一段階炉に隣接して、またはその下方に設
けられ、熱煙道ガスを搬送するためのダクトは、垂直
に、また第二段階炉から熱回収交換器へと横切って延長
し、すべてのユニットはコンパクトな組立体として配置
される。
に燃焼させて動力を発生するための方法において使用さ
れる、石炭熱分解器ユニット及び二段階燃焼炉を含む炉
組立体を提供する。炉組立体は、石炭及び空気の供給手
段を有する熱分解器反応器ユニットを利用する。熱分解
器ユニットは、そこに含まれる少なくとも一つの高温熱
交換器を有する第一段階燃焼炉に接続される。第二段階
燃焼炉は、第一段階炉に隣接して、またはその下方に設
けられ、熱煙道ガスを搬送するためのダクトは、垂直
に、また第二段階炉から熱回収交換器へと横切って延長
し、すべてのユニットはコンパクトな組立体として配置
される。
【０００５】この二段階炉組立体では、原料炭はまず、
熱分解器反応器ユニット内において限定された空気で熱
分解され、石炭揮発成分から燃料ガスを生成し、チャー
を形成する。この燃料ガスは、第一段階炉内にて追加の
空気で燃焼され、該炉は、ブレイトンサイクル流体とし
ての加圧空気を最終加熱し、ランキンサイクルのための
蒸気を最終過熱するための高温熱交換器を含む。熱分解
反応器からのチャーは、次に第二段階炉に燃料を供給す
るために使用され、該炉においては、二次燃焼ガスが生
成され、第一段階炉からの一次燃焼ガスを導入すること
によって急冷される。結合された二次燃焼ガス流は、ガ
スタービン内において膨張して動力を発生する前に、さ
らに加熱されるために、第一段階炉内に位置される高温
熱交換器に入る前に、第二段階炉においてブレイトンサ
イクル流体としての加圧空気を予熱するために利用され
る。第二段階炉内の二次燃焼ガスはまた、第一段階炉内
における最終過熱、及び動力発生のための蒸気タービン
内における膨張に先立って、加圧蒸気を過熱するために
利用される。第二段階炉内の空気予熱管が、該炉内のチ
ャー燃焼に由来する溶解灰に対して露出されないよう保
護するために、二次燃焼ガスは、第一段階炉からの燃料
ガス一次燃焼生成物によって有利に急冷される。かよう
にガスを急冷することなしには、ガス及び蒸気タービン
内において効果的に使用するための空気を予熱し、蒸気
を過熱するために、第二段階炉内に熱交換表面を設ける
ことは実行不可能であるだろう。
熱分解器反応器ユニット内において限定された空気で熱
分解され、石炭揮発成分から燃料ガスを生成し、チャー
を形成する。この燃料ガスは、第一段階炉内にて追加の
空気で燃焼され、該炉は、ブレイトンサイクル流体とし
ての加圧空気を最終加熱し、ランキンサイクルのための
蒸気を最終過熱するための高温熱交換器を含む。熱分解
反応器からのチャーは、次に第二段階炉に燃料を供給す
るために使用され、該炉においては、二次燃焼ガスが生
成され、第一段階炉からの一次燃焼ガスを導入すること
によって急冷される。結合された二次燃焼ガス流は、ガ
スタービン内において膨張して動力を発生する前に、さ
らに加熱されるために、第一段階炉内に位置される高温
熱交換器に入る前に、第二段階炉においてブレイトンサ
イクル流体としての加圧空気を予熱するために利用され
る。第二段階炉内の二次燃焼ガスはまた、第一段階炉内
における最終過熱、及び動力発生のための蒸気タービン
内における膨張に先立って、加圧蒸気を過熱するために
利用される。第二段階炉内の空気予熱管が、該炉内のチ
ャー燃焼に由来する溶解灰に対して露出されないよう保
護するために、二次燃焼ガスは、第一段階炉からの燃料
ガス一次燃焼生成物によって有利に急冷される。かよう
にガスを急冷することなしには、ガス及び蒸気タービン
内において効果的に使用するための空気を予熱し、蒸気
を過熱するために、第二段階炉内に熱交換表面を設ける
ことは実行不可能であるだろう。
【０００６】本発明による、石炭を燃焼し、動力を発生
するための、この改良された炉組立体は、増加された確
実性及び減少された設置費用を有する、石炭燃焼及び動
力発生のためのコンパクトで費用効率のよい装置を有利
に提供する。
するための、この改良された炉組立体は、増加された確
実性及び減少された設置費用を有する、石炭燃焼及び動
力発生のためのコンパクトで費用効率のよい装置を有利
に提供する。
【０００７】
【実施例】図１の立面図に示されるように、炉組立体１
０は熱分解器反応器ユニット（図示せず）を利用し、該
ユニット内へ、石炭及び適当な吸着剤材料が、脱硫され
た燃料ガスを生成するための該ユニット内における反応
のために供給され得る。熱分解器ユニットより下流に
は、同伴される熱分解器チャー材料から清浄な燃料ガス
を分離するために使用されるサイクロン分離器（図示せ
ず）が位置される。サイクロン分離器からの清浄な熱分
解ガスは、１４において、第一段階燃焼炉１６へとパイ
プ搬送され、そこで該ガスは燃焼されて一次燃焼ガスを
生成する。第一段階炉１６は高温熱交換器１８を含み、
該熱交換器は、炭化珪素または同等の材料等の適当な高
温セラミック材料でできており、ガスタービン（図示せ
ず）内において膨張して軸動力を生成する加圧空気を加
熱する。熱交換器１８において、管１８ａは近接して離
隔され、小容量の炉内で高表面積を提供する。第一段階
炉１６はまた、好ましくは、他の熱交換器（図示せず）
において発生された蒸気を最終過熱するための熱交換器
１９を含む。この過熱された蒸気は、配管系（図示せ
ず）内を蒸気タービン（図示せず）へと搬送され、そこ
で膨張されて追加の軸動力を発生する。
０は熱分解器反応器ユニット（図示せず）を利用し、該
ユニット内へ、石炭及び適当な吸着剤材料が、脱硫され
た燃料ガスを生成するための該ユニット内における反応
のために供給され得る。熱分解器ユニットより下流に
は、同伴される熱分解器チャー材料から清浄な燃料ガス
を分離するために使用されるサイクロン分離器（図示せ
ず）が位置される。サイクロン分離器からの清浄な熱分
解ガスは、１４において、第一段階燃焼炉１６へとパイ
プ搬送され、そこで該ガスは燃焼されて一次燃焼ガスを
生成する。第一段階炉１６は高温熱交換器１８を含み、
該熱交換器は、炭化珪素または同等の材料等の適当な高
温セラミック材料でできており、ガスタービン（図示せ
ず）内において膨張して軸動力を生成する加圧空気を加
熱する。熱交換器１８において、管１８ａは近接して離
隔され、小容量の炉内で高表面積を提供する。第一段階
炉１６はまた、好ましくは、他の熱交換器（図示せず）
において発生された蒸気を最終過熱するための熱交換器
１９を含む。この過熱された蒸気は、配管系（図示せ
ず）内を蒸気タービン（図示せず）へと搬送され、そこ
で膨張されて追加の軸動力を発生する。
【０００８】第一段階炉１６は耐火張り壁１７を有し、
より大きい第二段階燃焼炉２０の上方に、もしくは隣接
して位置され、該第二段階燃焼炉においては、熱分解器
ユニットからのチャー、並びに必要であればいくらかの
追加の石炭が、燃焼器ユニット２１内において燃焼さ
れ、結果として生ずる熱燃焼ガスは、第一段階炉１６か
ら排出される比較的冷たい燃焼ガスと混合することによ
り緩和される。第二段階炉２０内において、空気予熱器
ユニット２２は、加圧空気を予熱するために炉上方部分
に設けられ、該空気は、第一段階炉１６内に位置される
熱交換器１８内で１４００°−１８００°Ｆ（７６０°
−９８２°Ｃ）の温度までさらに加熱される。灰は、傾
斜邪魔板表面２４ａによって制御されて、２４にて第二
段階炉の下方部分から引き出される。第二段階炉２０及
び関連する熱交換器は、２６で示される構造手段によっ
て適切に支持される。
より大きい第二段階燃焼炉２０の上方に、もしくは隣接
して位置され、該第二段階燃焼炉においては、熱分解器
ユニットからのチャー、並びに必要であればいくらかの
追加の石炭が、燃焼器ユニット２１内において燃焼さ
れ、結果として生ずる熱燃焼ガスは、第一段階炉１６か
ら排出される比較的冷たい燃焼ガスと混合することによ
り緩和される。第二段階炉２０内において、空気予熱器
ユニット２２は、加圧空気を予熱するために炉上方部分
に設けられ、該空気は、第一段階炉１６内に位置される
熱交換器１８内で１４００°−１８００°Ｆ（７６０°
−９８２°Ｃ）の温度までさらに加熱される。灰は、傾
斜邪魔板表面２４ａによって制御されて、２４にて第二
段階炉の下方部分から引き出される。第二段階炉２０及
び関連する熱交換器は、２６で示される構造手段によっ
て適切に支持される。
【０００９】第二段階炉２０の上方端部から、垂直ダク
ト２７、水平ダクト２８、及び垂直ダクト２９が、予熱
器２２を通って一次加圧空気予熱器３０へと、ブレイト
ンサイクル加圧空気流を加熱するために、熱煙道ガスを
搬送する。操作中、圧縮器（図示せず）から一次空気予
熱器３０へと、加圧空気が供給される。灰粒子は、必要
により、３１にて一次空気予熱器３０から除去され得
る。予熱器３０から管３２によって搬送される加熱加圧
空気は、ダクト２７、２８及び２９内に含まれる空気加
熱器プラテン２２内でさらに加熱され、管３３中を高温
セラミック熱交換器１８へと搬送され、さらにそこから
管３４中をガスタービン（図示せず）へと搬送されて、
そこで膨張され、軸動力を発生する。ガスタービンから
の熱排気ガスは、給水加熱器及びボイラー（図示せず）
内の水を加熱し、蒸気を発生するために使用される。
ト２７、水平ダクト２８、及び垂直ダクト２９が、予熱
器２２を通って一次加圧空気予熱器３０へと、ブレイト
ンサイクル加圧空気流を加熱するために、熱煙道ガスを
搬送する。操作中、圧縮器（図示せず）から一次空気予
熱器３０へと、加圧空気が供給される。灰粒子は、必要
により、３１にて一次空気予熱器３０から除去され得
る。予熱器３０から管３２によって搬送される加熱加圧
空気は、ダクト２７、２８及び２９内に含まれる空気加
熱器プラテン２２内でさらに加熱され、管３３中を高温
セラミック熱交換器１８へと搬送され、さらにそこから
管３４中をガスタービン（図示せず）へと搬送されて、
そこで膨張され、軸動力を発生する。ガスタービンから
の熱排気ガスは、給水加熱器及びボイラー（図示せず）
内の水を加熱し、蒸気を発生するために使用される。
【００１０】煙道ガスダクト２７、２８及び２９、並び
に段階燃焼炉１６及び２０は、上部及び下部ヘッダー３
６にて終了する管３５で張られている。これらの管、並
びにスクリーニング管３８は、一次過熱器２５を含み、
該過熱器においては、動力サイクル内の他の装置におい
て発生された蒸気が、最終過熱器１９へ入る前に加熱さ
れる。スクリーニング管３８は、単一平面において上方
へ屈曲され、該平面上で互いに溶接され、第一段階炉１
６を垂直ダクト２７から分離させる気密壁３９を形成す
る。第二段階炉２０は熱絶縁壁２０ａを有する。熱絶縁
ケーシングつまり包囲体４０は、大気中への望ましくな
い熱損失を最小化するために、段階炉組立体１０の周り
に設けられる。熱分解器ユニット並びに第一及び第二段
階燃焼炉を含む、このコンパクトで独特の炉装置は、石
炭の燃焼から、確実に、経済的に動力を生成するため
の、コンパクトで、容易に設置できる組立体として有利
に提供される。
に段階燃焼炉１６及び２０は、上部及び下部ヘッダー３
６にて終了する管３５で張られている。これらの管、並
びにスクリーニング管３８は、一次過熱器２５を含み、
該過熱器においては、動力サイクル内の他の装置におい
て発生された蒸気が、最終過熱器１９へ入る前に加熱さ
れる。スクリーニング管３８は、単一平面において上方
へ屈曲され、該平面上で互いに溶接され、第一段階炉１
６を垂直ダクト２７から分離させる気密壁３９を形成す
る。第二段階炉２０は熱絶縁壁２０ａを有する。熱絶縁
ケーシングつまり包囲体４０は、大気中への望ましくな
い熱損失を最小化するために、段階炉組立体１０の周り
に設けられる。熱分解器ユニット並びに第一及び第二段
階燃焼炉を含む、このコンパクトで独特の炉装置は、石
炭の燃焼から、確実に、経済的に動力を生成するため
の、コンパクトで、容易に設置できる組立体として有利
に提供される。
【００１１】二段階炉組立体の操作が、図２の工程フロ
ーチャートに基づいてより詳細に説明される。図２に示
されるように、５０にて提供される石炭、並びに５１に
て供給される熱空気、及び任意で、５３にて供給される
炭酸カルシウム等の硫黄捕捉吸着剤材料が、熱分解器反
応器ユニット５２へと供給され、そこで一緒に反応さ
れ、石炭揮発性物質から主に得られる熱分解ガスつまり
燃料ガスを生成し、また部分燃焼された石炭粒子つまり
チャーを生成する。５４における燃料ガスは、気体−固
体分離器５６へと通され、未反応のチャーが５５にて除
去される。結果として生ずる５７における清浄燃料ガス
は、第一段階炉５８へと通され、そこで燃焼されて、５
９における一次燃焼ガスを生成し、以下により詳細に説
明されるように、該炉内の圧縮空気流を、該炉内に設け
られた高温熱交換器７６内において、約１８００°Ｆ
（９８２°Ｃ）まで加熱する。
ーチャートに基づいてより詳細に説明される。図２に示
されるように、５０にて提供される石炭、並びに５１に
て供給される熱空気、及び任意で、５３にて供給される
炭酸カルシウム等の硫黄捕捉吸着剤材料が、熱分解器反
応器ユニット５２へと供給され、そこで一緒に反応さ
れ、石炭揮発性物質から主に得られる熱分解ガスつまり
燃料ガスを生成し、また部分燃焼された石炭粒子つまり
チャーを生成する。５４における燃料ガスは、気体−固
体分離器５６へと通され、未反応のチャーが５５にて除
去される。結果として生ずる５７における清浄燃料ガス
は、第一段階炉５８へと通され、そこで燃焼されて、５
９における一次燃焼ガスを生成し、以下により詳細に説
明されるように、該炉内の圧縮空気流を、該炉内に設け
られた高温熱交換器７６内において、約１８００°Ｆ
（９８２°Ｃ）まで加熱する。
【００１２】第一段階炉５８から、一次燃焼ガス流５９
は第二段階炉６０へと通され、そこで、５５にて供給さ
れるチャーの、８１において供給される追加の空気での
第二段階炉６０内における燃焼の結果として生ずる該炉
内の二次燃焼ガスと混合される。５５におけるチャー
は、５２における石炭熱分解反応の結果として生ずる、
いくらかの石炭灰及び部分硫化吸着剤材料を含む。炉６
０内におけるチャーの燃焼を支持するために必要とされ
得る追加の石炭は、５０ａにて供給され、吸着剤は、５
３ａにて供給されてもよい。一次燃焼ガス５９は、二次
燃焼ガスの温度を制限し、第二段階炉６０内の熱交換表
面の破損を防ぐために、二次燃焼ガスを急冷し、冷却す
る役割を果たす。炉６０は、ブレイトンサイクルのため
の流体としての、７４における圧縮空気が、以下に説明
されるように、第一段階炉５８内の高温熱交換器７６に
入りさらに加熱される前に、該空気を約１４００°Ｆ
（７６０°Ｃ）まで予熱する。第二段階炉６０はまた、
９０にて供給される加圧蒸気を、過熱器９２内にて過熱
し、該蒸気は、蒸気タービン９４内において膨張され、
軸動力を生成する。第二段階炉６０から、灰が６４にて
引き出され、６５における熱煙道ガスは、再循環された
復水を加熱することにより熱を回収するために、熱交換
器６６及び６８中を逐次通され、煙道ガスは次に６９に
て排出される。
は第二段階炉６０へと通され、そこで、５５にて供給さ
れるチャーの、８１において供給される追加の空気での
第二段階炉６０内における燃焼の結果として生ずる該炉
内の二次燃焼ガスと混合される。５５におけるチャー
は、５２における石炭熱分解反応の結果として生ずる、
いくらかの石炭灰及び部分硫化吸着剤材料を含む。炉６
０内におけるチャーの燃焼を支持するために必要とされ
得る追加の石炭は、５０ａにて供給され、吸着剤は、５
３ａにて供給されてもよい。一次燃焼ガス５９は、二次
燃焼ガスの温度を制限し、第二段階炉６０内の熱交換表
面の破損を防ぐために、二次燃焼ガスを急冷し、冷却す
る役割を果たす。炉６０は、ブレイトンサイクルのため
の流体としての、７４における圧縮空気が、以下に説明
されるように、第一段階炉５８内の高温熱交換器７６に
入りさらに加熱される前に、該空気を約１４００°Ｆ
（７６０°Ｃ）まで予熱する。第二段階炉６０はまた、
９０にて供給される加圧蒸気を、過熱器９２内にて過熱
し、該蒸気は、蒸気タービン９４内において膨張され、
軸動力を生成する。第二段階炉６０から、灰が６４にて
引き出され、６５における熱煙道ガスは、再循環された
復水を加熱することにより熱を回収するために、熱交換
器６６及び６８中を逐次通され、煙道ガスは次に６９に
て排出される。
【００１３】７０における大気は圧縮器７２によって圧
縮され、加圧空気流７３は第二段階炉６０内に設けられ
た予熱表面７４によって加熱される。加熱空気流７５
は、高温セラミック熱交換器７６内にて約１８００°Ｆ
（９８２°Ｃ）までさらに加熱され、次にガスタービン
７８内にて膨張され、空気圧縮器７２を駆動し、また発
生器７７において電力を発生するために必要な軸動力を
生成する。タービン膨張空気流７９の部分７９ａは、燃
焼空気として第一段階炉５８へと供給され、また別の部
分は５１にて熱分解器反応器ユニット５２へと供給さ
れ、さらに第三の部分は８１にて第二段階炉６０へと供
給される。残りの膨張空気部分８０は、蒸気を形成する
ために、再循環された復水流９８ａ及び９９を加熱する
ことにより、熱交換器８２、８４及び８６内にて逐次冷
却され、その後、冷却された空気は、８７にて大気中へ
と排出される。熱交換器８２、８４及び８６中を通過す
る熱空気流８０は、その中に灰または燃焼生成物を同伴
していないため、流れ８７は、公害低減装置または腐食
制御のための設備を必要としない。
縮され、加圧空気流７３は第二段階炉６０内に設けられ
た予熱表面７４によって加熱される。加熱空気流７５
は、高温セラミック熱交換器７６内にて約１８００°Ｆ
（９８２°Ｃ）までさらに加熱され、次にガスタービン
７８内にて膨張され、空気圧縮器７２を駆動し、また発
生器７７において電力を発生するために必要な軸動力を
生成する。タービン膨張空気流７９の部分７９ａは、燃
焼空気として第一段階炉５８へと供給され、また別の部
分は５１にて熱分解器反応器ユニット５２へと供給さ
れ、さらに第三の部分は８１にて第二段階炉６０へと供
給される。残りの膨張空気部分８０は、蒸気を形成する
ために、再循環された復水流９８ａ及び９９を加熱する
ことにより、熱交換器８２、８４及び８６内にて逐次冷
却され、その後、冷却された空気は、８７にて大気中へ
と排出される。熱交換器８２、８４及び８６中を通過す
る熱空気流８０は、その中に灰または燃焼生成物を同伴
していないため、流れ８７は、公害低減装置または腐食
制御のための設備を必要としない。
【００１４】９０における加圧再循環蒸気は、第二段階
炉６０内に設けられた熱交換器９２内においてさらに加
熱され、好ましくは第一段階炉５８内の熱交換器９３内
においてさらに過熱され、過熱蒸気は次に、蒸気タービ
ン９４中を通って膨張され、軸動力を生成し、発生器９
５において電力を発生する。結果として生ずるタービン
９４からの低圧蒸気は、凝縮器９６にて凝縮され、その
結果として生ずる復水は、復水ポンプ９７さらにはボイ
ラー供給ポンプ６７及び８３によって再加圧される。ポ
ンプ９７からの加圧復水の第一の部分９８は、エコノマ
イザー交換器６８及び６６内にて熱煙道ガス６５に接し
て逐次加熱され、９０にて再循環蒸気の第一の部分９８
ａを提供する。復水の第二の部分９９は、熱交換器８６
及び８４内にて熱廃ガス流８７に接して逐次加熱され、
９０にて再循環蒸気の第二の部分を提供する。部分９８
ａ及び９９は、９０における全流れが交換器８２内にて
熱廃ガス流８０に接して加熱されるように、１００にて
結合される。
炉６０内に設けられた熱交換器９２内においてさらに加
熱され、好ましくは第一段階炉５８内の熱交換器９３内
においてさらに過熱され、過熱蒸気は次に、蒸気タービ
ン９４中を通って膨張され、軸動力を生成し、発生器９
５において電力を発生する。結果として生ずるタービン
９４からの低圧蒸気は、凝縮器９６にて凝縮され、その
結果として生ずる復水は、復水ポンプ９７さらにはボイ
ラー供給ポンプ６７及び８３によって再加圧される。ポ
ンプ９７からの加圧復水の第一の部分９８は、エコノマ
イザー交換器６８及び６６内にて熱煙道ガス６５に接し
て逐次加熱され、９０にて再循環蒸気の第一の部分９８
ａを提供する。復水の第二の部分９９は、熱交換器８６
及び８４内にて熱廃ガス流８７に接して逐次加熱され、
９０にて再循環蒸気の第二の部分を提供する。部分９８
ａ及び９９は、９０における全流れが交換器８２内にて
熱廃ガス流８０に接して加熱されるように、１００にて
結合される。
【００１５】図２に示されるこの石炭だき動力発生サイ
クルの全熱効率は、二段階空気圧縮を利用すること、及
びガスタービン熱排気からの熱を利用して第二段階炉へ
の圧縮空気流を予熱することにより、改良され得る。図
３の部分フローシートによって示されるように、空気圧
縮器７２の熱効率は、中間冷却器１１０によって分離さ
れる二段階７２ａ及び７２ｂの圧縮を利用することによ
って改良され得、該冷却器において、空気は、蒸気復水
流９８または９９等の冷却器流に接して冷却される。ま
た、空気圧縮器７２から排出される圧縮空気流７３は、
直接又は間接式熱交換器１１２内にて、ガスタービン熱
排気流７９に接して有利に加熱され得る。所望があれ
ば、熱交換器１１２は、圧縮空気流７３の圧力降下を有
利に減少させる、既知の形式の間接液体連結熱交換器で
あってもよい。また所望があれば、熱交換器１１２は、
加熱パイプ形式の空気加熱器（図示せず）によって置換
されてもよい。熱交換器１１２との組合せにおける段階
空気圧縮器７２のための１１０における中間冷却の使用
は、改良されたサイクル効率を結果として生ずるだけで
なく、空気タービンサイクルを石炭だき装置から有利に
部分的に分断し、このことは方法の始動手順を簡略化す
る。
クルの全熱効率は、二段階空気圧縮を利用すること、及
びガスタービン熱排気からの熱を利用して第二段階炉へ
の圧縮空気流を予熱することにより、改良され得る。図
３の部分フローシートによって示されるように、空気圧
縮器７２の熱効率は、中間冷却器１１０によって分離さ
れる二段階７２ａ及び７２ｂの圧縮を利用することによ
って改良され得、該冷却器において、空気は、蒸気復水
流９８または９９等の冷却器流に接して冷却される。ま
た、空気圧縮器７２から排出される圧縮空気流７３は、
直接又は間接式熱交換器１１２内にて、ガスタービン熱
排気流７９に接して有利に加熱され得る。所望があれ
ば、熱交換器１１２は、圧縮空気流７３の圧力降下を有
利に減少させる、既知の形式の間接液体連結熱交換器で
あってもよい。また所望があれば、熱交換器１１２は、
加熱パイプ形式の空気加熱器（図示せず）によって置換
されてもよい。熱交換器１１２との組合せにおける段階
空気圧縮器７２のための１１０における中間冷却の使用
は、改良されたサイクル効率を結果として生ずるだけで
なく、空気タービンサイクルを石炭だき装置から有利に
部分的に分断し、このことは方法の始動手順を簡略化す
る。
【００１６】さらに望ましい装置において、第一段階炉
５８内の表面７６にて追加的に加熱される、予熱された
圧縮空気流７５は、ガスタービンへと熱空気流１１５を
提供するためにガスタービン７８の上流に位置される補
助燃料だきバーナー１１４を利用することによって、約
１８００°Ｆ（９８２°Ｃ）から２０００°−２４００
°Ｆ（１０９３°−１３１６°Ｃ）までさらに加熱する
ことができる。バーナー１１４は清浄燃料ガス５７の一
部によって、または１１６にて提供される補助燃料ガス
又は油流、並びに１１８にて提供される燃焼空気によっ
て着火することができる。煙道ガスは１１９にてバーナ
ー１１４から除去される。
５８内の表面７６にて追加的に加熱される、予熱された
圧縮空気流７５は、ガスタービンへと熱空気流１１５を
提供するためにガスタービン７８の上流に位置される補
助燃料だきバーナー１１４を利用することによって、約
１８００°Ｆ（９８２°Ｃ）から２０００°−２４００
°Ｆ（１０９３°−１３１６°Ｃ）までさらに加熱する
ことができる。バーナー１１４は清浄燃料ガス５７の一
部によって、または１１６にて提供される補助燃料ガス
又は油流、並びに１１８にて提供される燃焼空気によっ
て着火することができる。煙道ガスは１１９にてバーナ
ー１１４から除去される。
【００１７】本発明は以下の例によってさらに説明され
るが、これは範囲を限定するものと解釈されるべきもの
ではない。
るが、これは範囲を限定するものと解釈されるべきもの
ではない。
【００１８】石炭熱分解器反応器ユニットと、下方部分
に位置される高温空気熱交換器及び高温蒸気過熱器を有
する第一段階燃焼炉と、内部に設けられた空気予熱器及
び蒸気過熱器表面を有する第二段階燃焼炉とを含む炉組
立体が提供される。熱分解器ユニット及び第一段階炉
が、第二段階炉の上方に載置される。第一段階炉空気熱
交換器は、炭化珪素及び同等の材料でできた管で形成さ
れており、内部の高温に耐えるように適合されている。
に位置される高温空気熱交換器及び高温蒸気過熱器を有
する第一段階燃焼炉と、内部に設けられた空気予熱器及
び蒸気過熱器表面を有する第二段階燃焼炉とを含む炉組
立体が提供される。熱分解器ユニット及び第一段階炉
が、第二段階炉の上方に載置される。第一段階炉空気熱
交換器は、炭化珪素及び同等の材料でできた管で形成さ
れており、内部の高温に耐えるように適合されている。
【００１９】石炭が熱分解器反応器へと供給され、そこ
で化学量論的量以下の空気及び炭酸カルシウム吸着剤材
料と反応され、脱硫された熱燃料ガス及びチャーを生成
する。燃料ガス及びチャーは分離され、清浄ガスは第一
段階炉において燃焼され、一次燃焼ガスを生成し、その
中の圧縮空気流を予熱する。一次燃焼ガス及びチャーの
両方が第二段階炉へと供給される。チャーは、必要なら
ば、燃焼を支持するのに必要な追加の石炭と共に燃焼さ
れ、この燃焼による燃焼生成物は一次燃焼ガスと混合さ
れ、加圧空気流を予熱して蒸気を発生、過熱するのに使
用される二次燃焼ガスを発生する。一次燃焼ガスは、二
次燃焼ガスとの混合により、該二次燃焼ガスの温度を限
定する役割を果たす。第一段階炉内にて加熱される熱加
圧空気流は、ガスタービン内において膨張され、第二及
び第一段階炉内にて過熱される蒸気は、蒸気タービン内
において膨張され、軸動力を生成する。
で化学量論的量以下の空気及び炭酸カルシウム吸着剤材
料と反応され、脱硫された熱燃料ガス及びチャーを生成
する。燃料ガス及びチャーは分離され、清浄ガスは第一
段階炉において燃焼され、一次燃焼ガスを生成し、その
中の圧縮空気流を予熱する。一次燃焼ガス及びチャーの
両方が第二段階炉へと供給される。チャーは、必要なら
ば、燃焼を支持するのに必要な追加の石炭と共に燃焼さ
れ、この燃焼による燃焼生成物は一次燃焼ガスと混合さ
れ、加圧空気流を予熱して蒸気を発生、過熱するのに使
用される二次燃焼ガスを発生する。一次燃焼ガスは、二
次燃焼ガスとの混合により、該二次燃焼ガスの温度を限
定する役割を果たす。第一段階炉内にて加熱される熱加
圧空気流は、ガスタービン内において膨張され、第二及
び第一段階炉内にて過熱される蒸気は、蒸気タービン内
において膨張され、軸動力を生成する。
【００２０】段階炉組立体及び動力生成工程のための重
要なパラメーターを以下に示す： 熱分解ガス排出温度 １，４００°Ｆ（７
６０°Ｃ） 第一段階炉ガス排出温度 １，５００°Ｆ（８
１６°Ｃ） 第二段階炉ガス排出温度 ７７０°Ｆ（４１０
°Ｃ） ガスタービンへの空気温度 １，８００°Ｆ（９
８２°Ｃ） ガスタービンへの空気圧力 １５０ｐｓｉｇ タービンへの蒸気温度 １，１５０°Ｆ（６
２１°Ｃ） タービンへの蒸気圧力 １，３５０ｐｓｉｇ 本発明は広く、好ましい実施態様に関して説明された
が、本発明についての改変及び変更が、請求項の範囲内
においてなされてもよいことが理解されるであろう。
要なパラメーターを以下に示す： 熱分解ガス排出温度 １，４００°Ｆ（７
６０°Ｃ） 第一段階炉ガス排出温度 １，５００°Ｆ（８
１６°Ｃ） 第二段階炉ガス排出温度 ７７０°Ｆ（４１０
°Ｃ） ガスタービンへの空気温度 １，８００°Ｆ（９
８２°Ｃ） ガスタービンへの空気圧力 １５０ｐｓｉｇ タービンへの蒸気温度 １，１５０°Ｆ（６
２１°Ｃ） タービンへの蒸気圧力 １，３５０ｐｓｉｇ 本発明は広く、好ましい実施態様に関して説明された
が、本発明についての改変及び変更が、請求項の範囲内
においてなされてもよいことが理解されるであろう。
本発明は、以下の図面を参照して説明される。
【図１】図１は、動力発生工程において、石炭燃焼及び
流体加熱のために利用される、二段階炉及び補助熱交換
器を含む炉組立体の立面図である。
流体加熱のために利用される、二段階炉及び補助熱交換
器を含む炉組立体の立面図である。
【図２】図２は、石炭から動力を発生するための複合さ
れた方法を示し、該方法においては、原料炭がまず熱分
解され、結果として生ずる燃料ガス及びチャーが、二段
階炉内にて別個に燃焼され、加熱加圧空気及び過熱蒸気
はそれぞれ膨張され、軸動力または電力を生成する。
れた方法を示し、該方法においては、原料炭がまず熱分
解され、結果として生ずる燃料ガス及びチャーが、二段
階炉内にて別個に燃焼され、加熱加圧空気及び過熱蒸気
はそれぞれ膨張され、軸動力または電力を生成する。
【図３】図３は、石炭からの動力発生工程のための別の
装置を示す部分フローシートであり、該装置において
は、加圧空気が中間冷却され、熱が加圧空気とタービン
排気流との間において交換され、加圧された予熱空気
は、工程の全サイクル効率を改良するために、燃料着火
されたバーナー内にてさらに加熱される。
装置を示す部分フローシートであり、該装置において
は、加圧空気が中間冷却され、熱が加圧空気とタービン
排気流との間において交換され、加圧された予熱空気
は、工程の全サイクル効率を改良するために、燃料着火
されたバーナー内にてさらに加熱される。
フロントページの続き (72)発明者 フランシス・ディー・フィッツジェラルド アメリカ合衆国ニュージャージー州08865, フィリップスバーグ，サウス・メイン・ス トリート・232 (72)発明者 ロバート・エー・ゾーシャック アメリカ合衆国ニュージャージー州，グレ ン・ロック，グリーンウェイ・ロード・ 102
Claims (4)
- 【請求項１】 （ａ）入口及び出口接続部を有し、一次
燃焼ガス流出物を生成する石炭由来の熱分解ガス供給物
の燃焼のために適合された第一段階炉と、（ｂ）前記第
一段階炉の上方部分内に設けられた高温熱交換器であっ
て、該熱交換器は耐熱セラミック表面を利用した管を含
む高温熱交換器と、（ｃ）前記第一段階炉に隣接して位
置され、チャーの燃焼、及び結果として生ずる燃焼ガス
と第一段階炉からの一次燃焼ガスとの混合のために適合
された第二段階炉であって、該第二段階炉は、二次燃焼
ガスの排出のための上部導管接続部と、石炭供給及び灰
引き出しのための底部導管接続部とを有し、該第二段階
炉は、その上方部分内に加圧空気を加熱するための熱交
換器と、蒸気のための熱交換器とを含み、加圧空気のた
めの前記熱交換器と前記高温熱交換器との間に延長する
導管接続部手段を含む第二段階炉とを含むことを特徴と
する、空気を加熱し、蒸気を発生するための熱煙道ガス
を生成する石炭の燃焼のために適合された段階炉組立
体。 - 【請求項２】 （ａ）入口及び出口接続部を有し、熱分
解ガスを生成するために石炭と空気とを反応させるため
に適合された熱分解器ユニットと、（ｂ）入口及び出口
接続部を有し、一次煙道ガス流出物を生成するように石
炭由来の熱分解ガスを燃焼させるために適合された第一
段階炉と、（ｃ）前記第一段階炉の入口部分内に設けら
れた二つの高温熱交換器であって、その一方は耐熱セラ
ミック表面を利用する管を含む二つの高温熱交換器と、
（ｄ）前記第一段階炉に隣接して位置され、石炭の燃
焼、及び結果として生ずる燃焼ガスと第一段階炉からの
一次燃焼ガスとの混合のために適合された第二段階炉で
あって、該第二段階炉は、二次燃焼ガスを排出するため
の上部導管接続部と、石炭供給及び灰引き出しのための
底部導管接続部とを有し、該第二段階炉は、その上方部
分内に、加圧空気を加熱するための熱交換器と、蒸気を
過熱するための熱交換器とを含み、加圧空気のための前
記熱交換器と前記二つの高温熱交換器との間に延長する
導管接続部手段を含む第二段階炉とを含むことを特徴と
する、空気を加熱し、蒸気を発生するための熱煙道ガス
を生成する石炭の燃焼のために適合された段階炉組立
体。 - 【請求項３】 （ａ）熱分解器反応器内にて原料炭を空
気と反応させ、清浄な燃料ガス及びチャーを生成する工
程と、（ｂ）第一段階炉内にて、追加の空気で清浄燃料
ガスを燃焼して一次燃焼ガスを生成し、一方該炉内の高
温熱交換器内にて加圧空気流を加熱する工程と、（ｃ）
第二段階炉内にて生成される、結果として生ずる二次燃
焼ガスの温度を急冷、減少させて、それにより伝熱表面
を保護するために、また加圧空気を予熱し、蒸気を過熱
するために、一次燃焼ガスを第二段階炉へと供給する工
程と、（ｄ）前記熱分解器反応器から前記第二段階炉へ
とチャーを供給して追加の二次燃焼ガスを生成し、一方
該炉内の加圧空気を予熱し、蒸気を過熱する工程と、
（ｅ）予熱された加圧空気を前記一次燃焼ガスに接して
さらに加熱し、軸動力を発生させるためにガスタービン
内にて加熱空気を膨張させる工程と、（ｆ）蒸気タービ
ン内にて、過熱蒸気を膨張させ、追加の軸動力を生成す
る工程とを含むことを特徴とする二段階炉を利用して石
炭を燃焼し、動力を発生させるための方法。 - 【請求項４】 （ａ）熱分解器反応器内にて原料炭を空
気及び吸着剤材料と反応させ、チャーを含む原料燃料ガ
スを生成し、次に清浄燃料ガスを提供するために原料燃
料ガスとチャーとを分離する工程と、（ｂ）第一段階炉
内にて清浄燃料ガスを追加の空気で燃焼させて一次燃焼
ガスを生成し、一方該炉内の高温熱交換器内にて加圧空
気を加熱する工程と、（ｃ）第二段階炉内にて生成され
る、結果として生ずる二次燃焼ガスの温度を急冷、減少
させて、それにより伝熱表面を保護するために、また加
圧空気を予熱し、蒸気を過熱するために、一次燃焼ガス
を第二段階炉へと供給する工程と、（ｄ）チャーを、前
記熱分解器反応器から前記第二段階炉へと、チャーの生
成物燃焼について必要により追加の石炭と共に供給し、
追加の二次燃焼ガスを生成し、一方該炉内の加圧空気を
予熱し、蒸気を過熱する工程と、（ｅ）予熱された加圧
空気を前記一次燃焼ガスに接してさらに加熱し、軸動力
を発生させるためにガスタービン内にて加熱空気を膨張
させる工程と、（ｆ）蒸気タービン内にて過熱蒸気を膨
張させ、追加の軸動力を生成する工程と、（ｇ）ガスタ
ービン及び蒸気タービン排気流を冷却し、蒸気を発生さ
せるために再循環蒸気復水を加熱する工程とを含むこと
を特徴とする、二段階炉を利用して石炭を燃焼させ、動
力を発生するための方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US886,893 | 1992-05-22 | ||
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