JPH07247807A - 石炭ガス化発電方法 - Google Patents

石炭ガス化発電方法

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JPH07247807A
JPH07247807A JP4089194A JP4089194A JPH07247807A JP H07247807 A JPH07247807 A JP H07247807A JP 4089194 A JP4089194 A JP 4089194A JP 4089194 A JP4089194 A JP 4089194A JP H07247807 A JPH07247807 A JP H07247807A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスタービン(7)と蒸気タービン(11)
を備えた石炭ガス化複合発電プラントにおいて、石炭ガ
ス化炉(1)や石炭酸化炉(2)内にクリンカやタール
を形成させることなく、運転負荷を低減させること。 【構成】 低負荷時には、石炭ガス化炉(1)だけでな
く石炭酸化炉(2)にも石炭(51)を直接供給する。
石炭ガス化炉(1)へ供給する石炭(51)と加圧空気
(55)の量を負荷低減のために絞ると、石炭ガス化炉
(1)から石炭酸化炉(2)へ導かれるチャー等(6
3)の量が減少するから、石炭酸化炉(2)内の層高が
低くなり、ガス温度と流速が低下してクリンカやタール
を形成しやすくなるが、そのチャー供給量減少を石炭で
補って、クリンカやタールの形成を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービン・蒸気ター
ビン複合発電プラント等において、燃料の石炭をガス化
する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図8は従来の石炭ガス化複合発電設備の
一例を示す概略系統図である。これにより、従来の石炭
ガス化方法を説明する。
【0003】石炭(51)と石灰石(52)と加圧空気
(55)と水蒸気(53)が石炭ガス化炉(1)へ投入
される。石炭ガス化炉(1)で石炭はガス化され、発生
したガス中のH2 S,COSは石灰石と反応して、石灰
石中にCaSとして固定される。石炭ガス化炉(1)で
発生したガス化ガス(61)は、脱塵装置(3)により
脱塵され、ガス冷却器(5)により一定温度まで冷却さ
れた後、コンバスタ(6)へ投入される。石炭ガス化炉
(1)でガス化されなかったチャーや脱硫反応後のCa
S等の固形物(63)は、石炭酸化炉(2)へ投入さ
れ、燃料として使用される。この石炭酸化炉(2)の高
温排ガス(62)も脱塵装置(4)を経て上記コンバス
タ(6)に投入される。
【0004】空気圧縮機(8)により空気(54)が加
圧されて加圧空気(55)となり、上記コンバスタ
(6),石炭酸化炉(2),石炭ガス化炉(1)へそれ
ぞれ分配供給される。コンバスタ(6)では、ガス化ガ
ス(61)と石炭酸化炉(2)の高温排ガス(62)と
が混合され、加圧空気(55)により燃焼してガスター
ビン入口ガス(64)を発生する。このガスタービン入
口ガス(64)は、ガスタービン(7)を駆動してガス
タービン出口ガス(65)となる。このガスタービン出
口ガス(65)は排熱回収ボイラ(10)で熱回収さ
れ、煙突(15)から大気に放出される。ガスタービン
(7)は空気圧縮機(8)と発電機(9)を駆動する。
【0005】排熱回収ボイラ(10),ガス冷却器
(5)および石炭酸化炉(2)内の熱交換器により加熱
された水蒸気(56)は、蒸気タービン(11)を駆動
し、発電機(12)により電気を発生させる。その後コ
ンデンサ(13)で凝縮されて復水となり、循環ポンプ
(14)によって再び排熱回収ボイラ(10)へ送られ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の石炭ガス化
方法には以下のような問題点があった。 1) 発電設備の負荷を低下させる場合は、石炭ガス化
炉(1)へ投入する石炭量を減少して対応するが、この
時、炉内温度と炉内ガス流速も低下し、ある負荷以下に
なると炉内にクリンカ,タールが急激に形成されてしま
う。また、石炭酸化炉(2)に供給されるチャー量も減
少するので、石炭ガス化炉(1)と同様にガス流速と温
度が低下し、クリンカ,タールが形成される。クリンカ
が発生すると炉内の流動が不安定となり、また灰の排出
が困難となる。またタールが発生すると下流でベタベタ
になって弁類の閉塞をもたらす。そのため、発電設備の
負荷減少には制約があった。図9,図10に従来の発電
設備負荷とクリンカ,タールの形成比との関係を示す。
【0007】2) 石炭ガス化炉(1)内で石炭ガス化
の際にH2 S,COSが発生する反応は炉全体で生じる
ため、炉上部と炉下部とでは発生したH2 SやCOSと
石灰石との接触時間が異なり、脱硫率が低下する。また
負荷低下時は、石灰石投入量も減少するため相対的に接
触時間が短くなり、脱硫率は更に低下する。 3) 石炭酸化炉(2)内でも同様に、酸化の際に発生
するH2 S,COSの脱硫率は低く、負荷低下時の層高
制御時には一段と低下する。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記従来の
課題を解決するために、石炭チャー,加圧空気,水蒸気
および硫化カルシウムが供給され、高温排ガスを発生す
る石炭酸化炉と、上記石炭酸化炉の高温排ガス,加圧空
気および石炭が供給され、石炭ガス化ガスを発生する石
炭ガス化炉と、上記石炭ガス化ガスおよび石灰石が供給
され、上記石炭ガス化ガス中の硫黄化合物を硫化カルシ
ウムとして固定・脱硫する脱硫炉とを設け、低負荷時に
上記石炭酸化炉に石炭を供給するようにしたことを特徴
とする石炭ガス化発電方法を提案するものである。
【0009】
【作用】負荷を低下させる時には、石炭ガス化炉へ供給
する石炭と加圧空気を、クリンカやタールが形成される
恐れがない範囲で、減少させる。そうすると発生するガ
ス化ガスの量が減少し、ガス温度も低下するので、負荷
は低下する。この時、石炭ガス化炉から石炭酸化炉へ供
給される石炭チャーの量も減少するが、本発明の方法に
おいては、石炭酸化炉へも石炭を供給することにより、
石炭酸化炉内の層高を一定に維持し、ガス温度と流速を
一定に保って、クリンカやタールの形成を防止する。
【0010】本発明ではまた、脱硫炉が石炭ガス化炉と
分離しているので、酸素によるCaSの分解が防止さ
れ、脱硫率が向上するとともに、石炭ガス化に要する時
間と石灰石による脱硫反応時間とのズレによる不具合点
も解消し、更に炉の上部で発生したH2 SとCOSが炉
の下部で発生したものよりも石灰石と接触する時間が短
いという問題も解決される。
【0011】
【実施例】図1は本発明の方法を実施する石炭ガス化複
合発電設備の一例を示す概略系統図、図2は図1中の石
炭酸化炉(2),石炭ガス化炉(1),脱硫炉(20)
およびサイクロン(21)の概略構造を示す縦断面図で
ある。
【0012】石炭(51)と加圧空気(55)と石炭酸
化炉(2)の高温排ガス(62)とが石炭ガス化炉
(1)へ投入される。石炭ガス化炉(1)で石炭はガス
化され、発生したガスは脱硫炉(20)へ導入さる。発
生したガス中のH2 S,COSは、脱硫炉(20)内の
石灰石(52)と反応し、CaSとして固定される。脱
硫されたガス(61)は、サイクロン(21)により比
較的粒子径の大きい煤塵を除去され、ガス冷却器(5)
により一定温度まで冷却された後、精密脱塵装置(2
2)を経てコンバスタ(6)へ投入される。
【0013】空気(54)は空気圧縮機(8)により加
圧されて加圧空気(55)となり、コンバスタ(6),
石炭酸化炉(2),石炭ガス化炉(1)へそれぞれ分配
供給される。コンバスタ(6)ではガス化ガス(61)
が加圧空気(55)により燃焼し、ガスタービン入口ガ
ス(64)が発生する。このガスタービン入口ガス(6
4)はガスタービン(7)を駆動してガスタービン出口
ガス(65)となる。このガスタービン出口ガス(6
5)は排熱回収ボイラ(10)で熱回収され、煙突(1
5)から大気放出される。ガスタービン(7)は空気圧
縮機(8)と発電機(9)を駆動する。
【0014】排熱回収ボイラ(10),ガス冷却器
(5),石炭酸化炉(2)内の熱交換器により加熱され
た水蒸気(56)は、蒸気タービン(11)を駆動して
発電機(12)で電気を発生する。蒸気タービン(1
1)を出た水蒸気はコンデンサ(13)で凝縮されて水
となり、循環ポンプ(14)によって排熱回収ボイラ
(10)に戻される。
【0015】発電設備の定格運転時、石炭酸化炉(2)
には石炭ガス化炉(1)でガス化されなかった石炭チャ
ー等の固形物(63),加圧空気(55),水蒸気(5
3)および脱硫炉(20)からのCaS等(66)が投
入され、発生した高温排ガス(62)は石炭ガス化炉
(1)へ導入される。
【0016】発電設備の負荷を低下させる場合は、石炭
ガス化炉(1)へ供給する石炭(51),加圧空気(5
5)を、クリンカ,タール形成の恐れが無い範囲で減少
させる。そうすると、発生するガス化ガス(61)も減
少するから、ガスタービン(7)の出力は低下する。ま
た、これに伴ないガス冷却器(5),排熱回収ボイラ
(10)における熱回収量も減少するから、蒸気タービ
ン(11)の出力も低下し、発電設備の負荷は低下す
る。
【0017】石炭ガス化炉(1)へ供給される石炭(5
1),加圧空気(55)が減少すれば、石炭ガス化炉
(1)から石炭酸化炉(2)へ導入されている石炭チャ
ー等(63)も減少するので、石炭酸化炉(2)内の層
高が低下しようとする。そこで本実施例では、発電設備
定格運転時の層高と同じになるように石炭(51)を酸
化炉(2)へ投入する。これによって、石炭酸化炉
(2)内の温度,流速は一定となり、クリンカ,タール
は形成されない。
【0018】上記のとおり本実施例では、発電設備の負
荷低下時には、石炭(51)を石炭ガス化炉(1)だけ
でなく、石炭酸化炉(2)へも供給することにより、石
炭ガス化炉(1)から石炭酸化炉(2)へ導かれる石炭
チャー(63)の減少分を補い、石炭酸化炉(2)内の
層高を一定に維持する。そうすると、石炭酸化炉(2)
内の温度と流速も一定値に保たれるので、クリンカやタ
ールが形成される恐れはない。
【0019】一方、石炭ガス化炉(1)においては、ク
リンカやタールが形成される心配がない範囲で供給石炭
量を絞ることにより、発生ガス量は減少する。それと共
にガス温度も低下するので、ガス熱量も低下し、図3に
示されるようにガスタービンによる動力回収量が低下す
る。更に、ガス冷却器(5)と排熱回収ボイラ(10)
における熱回収量も減少するので、石炭酸化炉(2)に
おける熱回収量が一定でも、図4に示されるように全体
熱吸収量は減少し、スチームタービンによる動力回収量
も減少する。これにより、図5に示されるように全体の
発電設備の負荷を低下できる。このように石炭酸化炉
(2)の負荷は一定とし、石炭ガス化炉(1)の負荷低
下によって発電設備の負荷低減に対応するため、装置制
御が容易となる。
【0020】本実施例ではまた、石炭ガス化炉(1)と
石炭酸化炉(2)を直列配置とし、その下流に脱硫炉
(20)を設置したので、発電設備の負荷がいかなる場
合においても、H2 SとCOS濃度の和が常に最大の状
態で、ガス化ガスが脱硫炉(20)に導入されることに
なる。したがって脱硫炉内の石灰石層高を最適値とする
ことができ、高効率の脱硫率を維持できる。
【0021】更に本実施例では、図2に示されるように
石炭酸化炉(2),石炭ガス化炉(1),脱硫炉(2
0),サイクロン(21)を直列配置にして一体化する
ので、装置がコンパクトとなり、製作コスト,必要設置
面積が小さくなる。
【0022】
【発明の効果】本発明の方法によれば次の効果が得られ
る。 1) 発電設備の負荷低減時において、石炭ガス化炉お
よび石炭酸化炉内に、クリンカやタールを形成させるこ
となく、最低運転負荷を40%から20%へ低減させる
ことが可能となった(図6,図7参照)。
【0023】2) 発電設備の負荷低減時において、石
炭酸化炉の負荷は一定とし石炭ガス化炉の負荷低下によ
って負荷低減に対応するので、装置制御が容易となる。
【0024】3) 石炭ガス化炉および石炭酸化炉で発
生する硫化化合物の脱硫率が、発電設備負荷に関係なく
一定値となる。
【0025】4) 石炭酸化炉,石炭ガス化炉,脱硫
炉,サイクロン,を直列配置にして一体化できるので、
装置がコンパクトとなり、製作コスト,必要設置面積が
少なくてすむ。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の方法を実施する石炭ガス化複合
発電設備の一例を示す概略系統図である。
【図2】図2は図1中の石炭酸化炉,石炭ガス化炉,脱
硫炉およびサイクロンの概略構造を示す縦断面図であ
る。
【図3】図3はガスタービン発電機負荷とガスタービン
出力およびコンプレッサ動力比との関係を示す図であ
る。
【図4】図4は蒸気タービン負荷と熱回収率の関係を示
す図である。
【図5】図5は発電設備負荷と出力の関係を示す図であ
る。
【図6】図6は発電設備負荷と流速比の関係を示す図で
ある。
【図7】図7は発電設備負荷と温度の関係を示す図であ
る。
【図8】図8は従来の石炭ガス化複合発電設備の一例を
示す概略系統図である。
【図9】図9は上記従来の発電設備負荷とクリンカ形成
比の関係を示す図である。
【図10】図10は上記従来の発電設備負荷とタール形
成比の関係を示す図である。
【符号の説明】
(1) 石炭ガス化炉 (2) 石炭酸化炉 (3),(4) 脱塵装置 (5) ガス冷却器 (6) コンバスタ (7) ガスタービン (8) 空気圧縮機 (9) 発電機 (10) 排熱回収ボイラ (11) 蒸気タービン (12) 発電機 (13) コンデンサ (14) 循環ポンプ (15) 煙突 (20) 脱硫炉 (21) サイクロン (22) 精密集塵装置 (51) 石炭 (52) 石灰石 (53) 水蒸気 (54) 空気 (55) 加圧空気 (56) 水蒸気 (61) ガス化ガス (62) 高温排ガス (63) チャー等 (64) ガスタービン入口ガス (65) ガスタービン出口ガス (66) CaS等
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02C 3/28 6/18 A

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 石炭チャー,加圧空気,水蒸気および硫
    化カルシウムが供給され、高温排ガスを発生する石炭酸
    化炉と、上記石炭酸化炉の高温排ガス,加圧空気および
    石炭が供給され、石炭ガス化ガスを発生する石炭ガス化
    炉と、上記石炭ガス化ガスおよび石灰石が供給され、上
    記石炭ガス化ガス中の硫黄化合物を硫化カルシウムとし
    て固定・脱硫する脱硫炉とを設け、低負荷時に上記石炭
    酸化炉に石炭を供給するようにしたことを特徴とする石
    炭ガス化発電方法。
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