JPH08326554A - 石炭ガス化ガスタービン発電設備及びその窒素供給方法 - Google Patents

石炭ガス化ガスタービン発電設備及びその窒素供給方法

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JPH08326554A
JPH08326554A JP13162195A JP13162195A JPH08326554A JP H08326554 A JPH08326554 A JP H08326554A JP 13162195 A JP13162195 A JP 13162195A JP 13162195 A JP13162195 A JP 13162195A JP H08326554 A JPH08326554 A JP H08326554A
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JP
Japan
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nitrogen
gas turbine
coal gasification
power generation
generation facility
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English (en)
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Katsuo Wada
克夫 和田
Hidetora Kojima
日出虎 児嶋
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Hitachi Engineering and Services Co Ltd
Hitachi Ltd
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Hitachi Engineering and Services Co Ltd
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】窒素供給設備を簡素にして、かつ燃焼器の熱効
率を低下させることなく、窒素を燃焼器へ供給すること
のできる石炭ガス化ガスタービン発電設備およびその窒
素供給方法を提供する。 【構成】空気中の酸素と窒素を分離する空気分離装置1
08と、この空気分離装置にて分離された窒素を昇圧す
る昇圧手段110とを備え、前記空気分離装置108に
て分離された酸素を石炭ガス化炉114へ供給し、かつ
前記昇圧された窒素をガスタービン燃焼器103へ供給
するようにした石炭ガス化ガスタービン発電設備におい
て、前記窒素の昇圧を、軸流型の圧縮機を用いて行うと
ともに、昇圧状態の窒素を冷却することなく直接ガスタ
ービン燃焼器へ供給するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は石炭ガス化ガスタービン
発電設備およびその窒素供給方法の改良に係り、特に空
気から分離した窒素を圧縮機にて昇圧し、ガスタービン
燃焼器へ供給するようになした石炭ガス化ガスタービン
発電設備に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、石炭は石油より埋蔵量が豊富で石
油の代替燃料として注目されており、そのため火力発電
設備としてのガスタービンの燃料に石炭ガス化炉発生ガ
スを使用するプラントが注目されている。一方、その石
炭ガス化炉が必要とする酸素と、ガスタービン燃焼器で
発生するNOxを低減するために必要とする窒素を空気
を分離して供給する計画がクローズアップしてきてい
る。また、石油精製にて発生する重質油、残査油あるい
は天然の重質油等を酸素酸化にてガス化させるプラント
も注目されている。
【0003】この種の石炭ガス化ガスタービン発電設備
において、空気分離装置により、酸素を石炭ガス化炉へ
供給し、窒素をガスタービン燃焼器へ供給するプラント
の場合には、従来は、窒素を遠心式圧縮機で圧縮するよ
うにしている。すなわち、図3はこのプラントの一例を
示すもので、308が空気分離装置であり307が空気
(大気)でこれを酸素312と窒素309に分離する。
【0004】酸素312は石炭ガス化炉314へ供給さ
れ、石炭313と反応させて燃料ガス315を発生さ
せ、ガスタービンへ供給される。一方、窒素は遠心式圧
縮機310a、310bで昇圧してガスタービン燃焼器
303へ供給される。なお、この窒素はガスタービン燃
焼器におけるNOx低減のためのものである。
【0005】また、この場合、この圧縮機310a、3
10bは図のように分れていてもよく、また1軸に直結
されていてもよい。圧縮機段数は1段でもよく、また3
段以上でもよい。図のように2段の場合は、冷却器32
4は1台であるが、3段の場合は2台となる。
【0006】遠心式圧縮機は、圧縮する気体の温度が上
昇すると極端に効率が低下する現象があり、また圧縮機
ランナーが大きくなり製作費が高く経済的でない。これ
を防止するために,すなわち効率を向上させるために、
通常、圧縮機の入口または途中段で気体を冷却するよう
にしている。すなわち、圧縮機310aと310bの間
に冷却器324があるのはそのためであり、この冷却器
324には冷却水327が供給される。328が排出側
の冷却水で、窒素325から奪った熱量で冷却水328
は冷却水327より温度上昇して排出される。
【0007】圧縮機310aにて途中圧まで圧縮された
窒素325は冷却器324にて冷却され、その排出側3
26から再び別の圧縮機310bにて高圧に圧縮され
る。そしてその排出側311からガスタービン燃焼器へ
供給される。このように窒素は冷却器324にて冷却さ
れることから比較的低い温度で燃焼器へ供給される。
【0008】なお、この種の石炭ガス化ガスタービン発
電設備に関連するものとしては、例えば実開昭57−1
68735号公報が挙げられる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】このように形成されて
いる石炭ガス化ガスタービン発電設備であると、空気分
離装置からの窒素をガスタービン燃焼器へ供給する場
合、窒素を遠心式圧縮機で圧縮することから,すなわち
窒素は途中で冷却されるため、ガスタービンへ供給され
るときの窒素の持つ熱量が極端に低く、燃焼効率の点で
問題を生ずる恐れがあり、また、窒素冷却のために多量
の冷却水を用意しなければならない嫌いがあった。
【0010】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、窒素供給設備を簡素にして、かつ
燃焼器の熱効率を低下させることなく、窒素を燃焼器へ
供給することのできるこの種の石炭ガス化ガスタービン
発電設備およびその窒素供給方法を提供するにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、空気
中の酸素と窒素を分離する空気分離装置と、この空気分
離装置にて分離された窒素を昇圧する昇圧手段とを備
え、前記空気分離装置にて分離された酸素を石炭ガス化
炉へ供給し、かつ前記昇圧された窒素をガスタービン燃
焼器へ供給するようにした石炭ガス化ガスタービン発電
設備において、前記窒素の昇圧を、軸流型の圧縮機を用
いて行うとともに、昇圧状態の窒素を冷却することなく
直接ガスタービン燃焼器へ供給するようになし、所期の
目的を達成するようにしたものである。
【0012】また、前記軸流型の圧縮機が一機で複数代
のガスタービン燃焼器に窒素を供給するようにしたもの
である。また、空気分離装置にて空気中の酸素と窒素を
分離するとともに、分離された窒素は昇圧してガスター
ビン燃焼器へ供給し、かつ前記分離された酸素は石炭ガ
ス化炉へ供給するようになした石炭ガス化ガスタービン
発電設備の窒素供給方法において、前記窒素の昇圧を、
軸流型の圧縮機を用いて行うとともに、昇圧状態の窒素
を直接ガスタービン燃焼器へ供給するようにしたもので
ある。
【0013】
【作用】すなわちこのように形成された石炭ガス化ガス
タービン発電設備であると、空気分離装置からの窒素は
圧縮効率のよい軸流式圧縮機にて圧縮され、すなわち、
窒素は途中段で冷却されることなく一気に最終段まで圧
縮され、所定の温度を保った状態で燃焼器に供給される
ので、直接ガスタービンの熱効率を低下させることなく
供給することができ、したがって、冷却設備またその多
量の冷却水を必要とせず窒素供給設備を簡素にして、か
つ燃焼器の熱効率を低下させることなく、窒素を燃焼器
へ供給することのできる石炭ガス化ガスタービン発電設
備することができるのである。
【0014】
【実施例】以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。図1にはその空気分離窒素の軸流圧縮機を
有する石炭ガス化ガスタービン発電設備のガス給排系統
が断面で示されている。なお、この実施例は、空気分離
装置、石炭ガス化炉または重質油ガス化炉を有し、空気
分離後の酸素を石炭ガス化炉または重質油ガス化炉へ供
給し、窒素をガスタービン燃焼器へ供給し、石炭ガス化
炉または重質油ガス化炉の発生ガスを燃料とするガスタ
ービン設備の場合を示している。
【0015】この図において、大気101、空気圧縮機
102、燃焼器103、ガスタービン104、ガスター
ビン排気105、発電機106、空気107、空気分離
装置108、窒素109、酸素112、石炭または重質
油113、石炭ガス化炉または重質油ガス化炉114お
よび石炭ガス化ガスまたは重質油ガス化ガス115は、
従来のものとほぼ同じであるが、本発明の場合窒素を圧
縮する窒素圧縮機110が大きく異なる。
【0016】すなわち、従来の窒素圧縮機は図3におけ
る310a、310bのように圧縮機段の途中に冷却器
324があり、そしてこの冷却器には、当然のように冷
却水327、328が供給、排出される。一方、図1の
軸流圧縮機110は窒素を冷却することなく一気に圧縮
可能であることから、冷却設備を不要となし、すなわち
冷却器がなく、したがって、ガスタービン燃焼器10
3、203へ供給される窒素111、211の温度は、
図3における窒素311より高い。
【0017】この窒素311は、その上流において冷却
水327、328に熱を奪われるので温度が低く、窒素
111、211はその上流において熱を奪われることが
ないので温度が高い。ガスタービン燃焼器へ入る窒素の
温度は、高ければ高いほどその熱量を多くガスタービン
へ与えることになり、ガスタービンの熱効率を上昇させ
ることになる。このように、従来のガスタービンと本発
明のガスタービンの相違は、図3における冷却器324
にて冷却水327、328に奪われ捨てられる熱量が、
ガスタービン燃焼器103、203に供給され、ガスタ
ービン104、204の動力増加に有用されるのであ
る。
【0018】図2はもう一つの実施例を示すもので、ガ
スタービン排気ガス用ボイラーと蒸気タービンを設置し
てコンバインドサイクルとした場合である。すなわち、
図1にガスタービン排熱ボイラーと蒸気タービンが加わ
ったものである。
【0019】この図において、216はガスタービン排
熱ボイラー、217はその排気、218はその発生蒸気
で蒸気タービン219へ供給される。220はその排気
で復水器221へ流れ、そこで冷却されて復水となり、
復水ポンプ222により昇圧され、配管223にてボイ
ラー216へ戻される。図では、蒸気タービン219が
ガスタービン204と直結されているが、別の軸にて別
の発電機を駆動する場合もある。
【0020】図5は図1のガスタービンを2台にしたも
のである。図1、2のガスタービンと圧縮機110、2
10がそれぞれ1台に対し1台であるのに、図5ではガ
スタービンを2台とした効果は、軸流圧縮機は大型が製
作し易いためである。ガスタービン圧縮機102、20
2と窒素圧縮機110、210とではその処理流量が桁
違いに異なり、110、210の方が小さい。図5で
は、圧縮機510はガスタービン2台分の流量となるの
で、ガスタービンが同じであれば、圧縮機110の流量
の2倍となり、より製作し易くなる。
【0021】なお、本発明は以上の実施例ばかりでな
く、例えば空気分離装置が設置され、石炭ガス化炉また
は重質油ガス化炉へ酸素を供給し、ガスタービン燃焼器
へ窒素を供給するプラントで、シンプルサイクルガスタ
ービンまたはコンバインドサイクルガスタービンなどに
も適用できることは勿論である。
【0022】以上のように形成された石炭ガス化ガスタ
ービン発電設備であると、図4の温度特性図にも示され
ているように、窒素の圧縮機吐出温度は、従来のものが
約150℃に対し、本発明のものは約470℃であるか
ら、温度は約320℃高くなり、圧縮機の動力差を考慮
してもガスタービン熱効率が相対比で約4%向上する。
燃焼器の第1燃焼域へ供給される窒素は温度が高い程、
燃焼効率を上げる効果がある。逆に温度が低いと燃焼効
率が下がり、場合によっては失火の原因になる問題もあ
るが、本発明においてはそれらも充分防止することがで
きるのである。
【0023】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、空気分離装置からの窒素は圧縮効率のよい軸流式圧
縮機にて圧縮され、すなわち、窒素は途中段で冷却され
ることなく一気に最終段まで圧縮され、所定の温度を保
った状態で燃焼器に供給されるので、直接ガスタービン
の熱効率を低下させることなく供給することができ、し
たがって、冷却設備またその多量の冷却水を必要とせず
窒素供給設備を簡素にして、かつ燃焼器の熱効率を低下
させることなく、窒素を燃焼器へ供給することのできる
石炭ガス化ガスタービン発電設備を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の石炭ガス化ガスタービン発電設備の一
実施例を示すガス給排系統図である。
【図2】本発明の石炭ガス化ガスタービン発電設備の他
の実施例を示すガス給排系統図である。
【図3】従来の石炭ガス化ガスタービン発電設備を示す
ガス給排系統図である。
【図4】各種圧縮機の吐出温度比較特性図である。
【図5】本発明の石炭ガス化ガスタービン発電設備の他
の実施例を示すガス給排系統図である。
【符号の説明】
101…大気、102…空気圧縮機、103…燃焼器、
104…ガスタービン、105…ガスタービン排気、1
06…発電機、107…空気、108…空気分離装置、
109…窒素、112…酸素、113…石炭、114…
石炭ガス化炉、115…石炭ガス化ガス、110…窒素
圧縮機。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 空気中の酸素と窒素を分離する空気分離
    装置と、該空気分離装置にて分離された窒素を昇圧する
    昇圧手段とを備え、前記空気分離装置にて分離された酸
    素を石炭ガス化炉へ供給し、かつ前記昇圧された窒素を
    ガスタービン燃焼器へ供給するようになした石炭ガス化
    ガスタービン発電設備において、 前記窒素の昇圧に軸流型の圧縮機を用い、かつ圧縮機か
    らの排出窒素を直接ガスタービン燃焼器へ導くようにし
    たことを特徴とする石炭ガス化ガスタービン発電設備。
  2. 【請求項2】 空気中の酸素と窒素を分離する空気分離
    装置と、該空気分離装置にて分離された窒素を昇圧する
    昇圧手段とを備え、前記空気分離装置にて分離された酸
    素を石炭ガス化炉へ供給し、かつ前記昇圧された窒素を
    ガスタービン燃焼器へ供給するようになした石炭ガス化
    ガスタービン発電設備において、 前記窒素の昇圧を、軸流型の圧縮機を用いて行うととも
    に、昇圧状態の窒素を冷却することなく直接ガスタービ
    ン燃焼器へ供給するようにしたことを特徴とする石炭ガ
    ス化ガスタービン発電設備。
  3. 【請求項3】 前記軸流型の圧縮機が一機で複数代のガ
    スタービン燃焼器に窒素を供給するようにした請求項1
    記載の石炭ガス化ガスタービン発電設備。
  4. 【請求項4】 前記ガスタービンが蒸気タービンとコン
    バインドしたシステムである請求項1若しくは2記載の
    石炭ガス化ガスタービン発電設備。
  5. 【請求項5】 前記ガスタービンがコジェネガスタービ
    ンである請求項1若しくは2記載の石炭ガス化ガスター
    ビン発電設備。
  6. 【請求項6】 空気分離装置にて空気中の酸素と窒素を
    分離するとともに、分離された窒素は昇圧してガスター
    ビン燃焼器へ供給し、かつ前記分離された酸素は石炭ガ
    ス化炉へ供給するようになした石炭ガス化ガスタービン
    発電設備の窒素供給方法において、 前記窒素の昇圧を、軸流型の圧縮機を用いて行うととも
    に、昇圧状態の窒素を直接ガスタービン燃焼器へ供給す
    るようにしたことを特徴とする石炭ガス化ガスタービン
    発電設備の窒素供給方法。
  7. 【請求項7】 空気分離装置にて空気中の酸素と窒素を
    分離するとともに、分離された窒素は昇圧してガスター
    ビン燃焼器へ供給し、かつ前記分離された酸素は石炭ガ
    ス化炉へ供給するようになした石炭ガス化ガスタービン
    発電設備の窒素供給方法において、 前記窒素の昇圧を、窒素を冷却することなく軸流型の圧
    縮機を用いて行うとともに、昇圧状態の窒素を直接ガス
    タービン燃焼器へ導くようにしたことを特徴とする石炭
    ガス化ガスタービン発電設備の窒素供給方法。
  8. 【請求項8】 空気分離装置にて空気中の酸素と窒素を
    分離するとともに、分離された窒素は昇圧してガスター
    ビン燃焼器へ供給し、かつ前記分離された酸素は石炭ガ
    ス化炉へ供給するようになした石炭ガス化ガスタービン
    発電設備の窒素供給方法において、 前記窒素の昇圧を、軸流型の圧縮機を用いて行うととも
    に、昇圧状態の窒素を冷却することなく直接ガスタービ
    ン燃焼器へ供給するようにしたことを特徴とする石炭ガ
    ス化ガスタービン発電設備の窒素供給方法。
JP13162195A 1995-05-30 1995-05-30 石炭ガス化ガスタービン発電設備及びその窒素供給方法 Pending JPH08326554A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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