(57)【要約】【課題】二酸化炭素回収装置を備えた空気吹きの石炭ガス化複合発電設備において、微粉炭及びチャーを加圧搬送する搬送用ガスとして窒素ガスに代わる新たな搬送源を確保し、空気分離装置を不要にした石炭ガス化複合発電装置を提供する。【解決手段】空気を酸化剤としてガス化炉４で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、二酸化炭素回収装置８で石炭ガス中から二酸化炭素を分離・回収してからガスタービン９へ供給する石炭ガス化複合発電設備において、二酸化炭素回収装置８で分離・回収した二酸化炭素の一部を微粉炭及びチャーの搬送用ガスとして使用する。【選択図】図１
2010059940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を酸化剤としてガス化炉で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、二酸化炭素回収装置で前記石炭ガス中から二酸化炭素を分離・回収した燃料ガスをガスタービンへ供給する石炭ガス化複合発電設備において、
前記二酸化炭素回収装置で分離・回収した二酸化炭素の一部が微粉炭及びチャーの搬送用ガスとして使用されることを特徴とする石炭ガス化複合発電設備。
【請求項２】
前記二酸化炭素回収装置で分離・回収した二酸化炭素の一部が石炭の乾燥用ガスに混合して使用されることを特徴とする請求項１に記載の石炭ガス化複合発電装置。
【請求項３】
前記二酸化炭素回収装置が多段式のフラッシュドラムを用いて二酸化炭素を吸収する方式とされ、前記搬送用ガスとして前記フラッシュドラムの高圧段出口ガスが使用されることを特徴とする請求項１または２に記載の石炭ガス化複合発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭を燃料として複合発電を行う石炭ガス化複合発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料となる石炭をガス化してガスタービンを運転し、ガスタービンの駆動力及びガスタービンの排熱を利用して発電する石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ；Integrated Coal Gasification Combined Cycle）が知られている。
このような石炭ガス化複合発電設備においては、酸化剤として酸素を使用することにより、ガスタービンの燃焼排ガスを二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）とする酸素燃焼方式が知られている。この場合、燃焼排ガスを排ガス凝縮器で冷却すれば、燃焼排ガスを二酸化炭素と水分とに分離することができるので、二酸化炭素の回収が容易である。（たとえば、特許文献１参照）
【０００３】
一方、酸化剤として空気を使用する空気燃焼方式（「空気吹き」とも呼ばれている）の石炭ガス化複合発電設備においては、ガスタービンの燃焼排ガスには窒素ガスが含まれているので、二酸化炭素を回収する場合、ガスタービンの上流に二酸化炭素回収装置を設置する方が効率がよい。
【０００４】
図４は、空気燃焼方式（空気吹き）の二酸化炭素回収石炭ガス化複合発電設備（以下、「空気吹きＩＧＣＣシステム」と呼ぶ）について、従来例を示す構成図である。
この空気吹きＩＧＣＣシステムでは、最初に乾燥用ガスとともに原料となる石炭を微粉炭機１に導入し、石炭を乾燥粉砕することによって微粉炭が製造される。この微粉炭はサイクロン２に導かれ、排気と分離されてホッパ３に回収される。この後、ホッパ３内の微粉炭は、後述する空気分離装置１２から供給される加圧搬送用の窒素ガスにより、ガス化炉４に搬送されてガス化される。こうしてガス化炉４でガス化された石炭ガスは、ガス冷却器５を通ってチャー回収装置６に供給される。なお、ガス化炉４で微粉炭をガス化する際には、後述するガスタービン９から供給される圧縮空気と、空気分離装置１２から供給される酸素とが酸化剤として使用される。
【０００５】
チャー回収装置６では、微粉炭をガス化した石炭ガスとともに生成されたチャーを分離する。一方の石炭ガスは、脱硫装置７を通って脱硫した後、二酸化炭素回収装置８に供給される。
二酸化炭素回収装置８では、石炭ガス中の二酸化炭素が分離・回収される。
一方、二酸化炭素が分離された石炭ガスはガスタービン９の燃料ガスとなり、燃焼器に供給されて燃焼することで高温高圧の燃焼排ガスが生成される。この燃焼排ガスは、ガスタービン９のタービンを駆動した後、排ガスとして排出される。なお、ガスタービン９の主軸は図示しない発電機と連結され、発電機を駆動することにより発電が行われる。
【０００６】
ガスタービン９から排出された高温の排ガスは、一部が乾燥用ガスとして微粉炭機１に供給され、残りが排ガスボイラ１０に供給されて蒸気生成に使用される。なお、排ガスボイラ１０で蒸気生成に使用された排ガスは、必要な処理を施して大気に排気される。
排ガスボイラ１０で生成された蒸気は、図示しない発電用の蒸気タービン等に供給される。なお、ガスタービン９の排出ガスと排ガスボイラ１０で蒸気生成後の排ガスを混合して使用する乾燥用ガスは、低酸素濃度の排ガスが１１体積％程度の水分を含んだものとなる。
【０００７】
上述したチャー回収装置６で回収されたチャーは、ホッパ１１に回収された後、空気分離装置１２から加圧搬送用のガスとして供給される窒素ガスによってガス化炉４へ戻される。ガス化炉４に戻されたチャーは、微粉炭とともにガス化の原料として使用される。なお、空気分離装置１２は、大気から空気を導入して窒素及び酸素のガスに分離する装置である。
【０００８】
【特許文献１】特開平４−１４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述した従来の石炭ガス化複合発電設備（空気吹きＩＧＣＣシステム）においては、二酸化炭素回収に伴う補助蒸気量及び補機動力の増加により、二酸化炭素の回収を行わない方式と比較してプラント効率が数％低下するという問題がある。
一方、微粉炭やチャーをホッパ３，１１で加圧搬送するための搬送用ガスとして、空気分離装置１２で製造した窒素ガスが用いられている。これは、微粉炭やチャーを加圧する場合、粉塵爆発等を防止し安全を確保するために、酸素濃度の低いイナートガスを使用するためである。このため、加圧搬送用の窒素ガスを得るためには、空気分離装置１２で補機動力を消費して製造する必要があり、このような空気分離装置１２もプラント効率を低下させる要因となっている。
【００１０】
このように、上述した従来の空気吹きＩＧＣＣシステムにおいては、空気分離装置を運転するために補機動力がプラント効率を低下させているので、微粉炭及びチャーの加圧搬送用として空気分離装置から供給される搬送用ガスの窒素ガスに代わる搬送ガス源を確保し、空気分離装置を不要とすることが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、二酸化炭素回収装置を備えた空気吹きの石炭ガス化複合発電設備において、微粉炭及びチャーを加圧搬送する搬送用ガスとして窒素ガスに代わる新たな搬送ガス源を確保し、空気分離装置を不要にした石炭ガス化複合発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る石炭ガス化複合発電設備は、空気を酸化剤としてガス化炉で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、二酸化炭素回収装置で前記石炭ガス中から二酸化炭素を分離・回収した燃料ガスをガスタービンへ供給する石炭ガス化複合発電設備において、前記二酸化炭素回収装置で分離・回収した二酸化炭素の一部を微粉炭及びチャーの搬送用ガスとして使用することを特徴とするものである。
【００１２】
このような石炭ガス化複合発電設備によれば、二酸化炭素回収装置で分離・回収した二酸化炭素の一部を微粉炭及びチャーの搬送用ガスとして使用するので、搬送用ガスとしての窒素を製造するための空気分離装置が不要となる。
【００１３】
上記の発明において、前記二酸化炭素回収装置で分離・回収した二酸化炭素の一部を石炭の乾燥用ガスに混合して使用することが好ましく、これにより、乾燥用ガスの水分濃度を低下させて石炭の乾燥効率を向上させることができる。
【００１４】
上記の発明において、前記二酸化炭素回収装置が多段式のフラッシュドラムを用いて二酸化炭素を吸収する方式とされ、前記搬送用ガスとして前記フラッシュドラムの高圧段出口ガスを使用することが好ましく、これにより、高圧の搬送用ガスを導入することができるので、圧縮機等による搬送用ガスの加圧に要するエネルギ量を低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
上述した本発明によれば、二酸化炭素回収装置で分離・回収した二酸化炭素の一部を微粉炭及びチャーの搬送用ガスとして使用し、搬送用ガスとして窒素を製造するための空気分離装置を不要にしたので、空気分離装置の運転に必要な補機動力の消費がなくなった分だけ石炭ガス化複合発電設備のプラント効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る石炭ガス化複合発電設備の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す実施形態の石炭ガス化複合発電設備は、空気を酸化剤としてガス化炉４で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、かつ、二酸化炭素回収装置８で石炭ガス中から二酸化炭素を分離・回収してガスタービン９へ供給する。すなわち、図１に示す石炭ガス化複合発電設備は、空気燃焼方式（空気吹き）の二酸化炭素回収石炭ガス化複合発電設備（以下、「空気吹きＩＧＣＣシステム」と呼ぶ）である。
【００１７】
この空気吹きＩＧＣＣシステムは、後述するガスタービン９や排ガスボイラ１０で仕事をした排ガスの一部を乾燥用ガスとして導入し、この乾燥用ガスとともに原料となる石炭を微粉炭機１に供給する。微粉炭機１では、乾燥用ガスにより供給された石炭を加熱し、石炭中の水分を除去しながら細かい粒子状に粉砕して微粉炭を製造する。
こうして製造された微粉炭は、乾燥用ガスによりサイクロン２へ搬送される。サイクロン２の内部では、乾燥用ガス等のガス成分と微粉炭（粒子成分）とが分離され、ガス成分はホッパ３から排気される。一方、粒子成分の微粉炭は、重力により落下してホッパ３に回収される。
【００１８】
ホッパ３内に回収された微粉炭は、後述する二酸化炭素回収装置８から加圧搬送用のガス（搬送用ガス）として導入した二酸化炭素により、ガス化炉４内へ搬送される。
ガス化炉４には、石炭ガスの原料として微粉炭及び後述するチャーが供給され、ガスタービン９から供給される圧縮空気を酸化剤としてガス化した石炭ガスが製造される。
こうしてガス化炉４でガス化された石炭ガスは、ガス化炉４の上部からガス冷却器５へ導かれて冷却される。この石炭ガスは、ガス冷却器５で冷却された後にチャー回収装置６へ供給される。
【００１９】
チャー回収装置６では、微粉炭をガス化した石炭ガスとともに生成されたチャーが分離される。一方の石炭ガスは、チャー回収装置６の上部から流出し、脱硫装置７を通って脱硫された後に二酸化炭素回収装置８へ供給される。
二酸化炭素回収装置８では、石炭ガス中の二酸化炭素が分離・回収される。ここで分離・回収された二酸化炭素は、微粉炭及びチャーの搬送用ガスとして一部が二酸化炭素供給ラインＣ１を通って圧縮機１３によりホッパ３，１１へ圧送され、残りは適切に回収処理される。
【００２０】
こうして二酸化炭素が分離された石炭ガスは、ガスタービン９の燃料ガスとして使用される。この燃料ガスをガスタービン９の燃焼器に供給して燃焼させることにより、高温高圧の燃焼排ガスが生成される。
この燃焼排ガスは、ガスタービン９のタービンを駆動した後、高温の排ガスとして排出される。こうして駆動されたガスタービン９は、タービンとともに回転する主軸が図示しないガスタービン発電機と連結されているので、ガスタービン発電機を駆動して発電を行うことができる。
【００２１】
ガスタービン９から排出された高温の排ガスは、一部が高温の乾燥用ガスとして排ガス供給ラインＧ１を通って微粉炭機１に供給され、残りが排ガスボイラ１０に供給されて蒸気を生成する熱源として使用される。なお、排ガスボイラ１０で蒸気生成に使用された排ガスは、必要な処理を施した後に大気へ排気されるが、一部はガスタービン９から導入した排出ガスと混合されて乾燥用ガスとなり、排ガス供給ラインＧ１を通って微粉炭機１に供給される。
排ガスボイラ１０で生成された蒸気は、図示しない発電用の蒸気タービン等に供給される。なお、ガスタービン９の排出ガスに排ガスボイラ１０で蒸気を生成した後の排ガスを混合した乾燥用ガスは、低酸素濃度の排ガスに１１体積％程度の水分を含んでいる。
【００２２】
上述したチャー回収装置６で回収されたチャーは、重力によりホッパ１１に落下して回収される。ホッパ１１内のチャーは、二酸化炭素回収装置８から供給される二酸化炭素を使用し、この二酸化炭素を搬送用ガスとしてガス化炉４へ戻される。ガス化炉４に戻されたチャーは、微粉炭とともにガス化の原料として使用される。
このように、石炭を粉砕して得られる微粉炭は、空気を酸化剤とするガス化炉４でガス化することにより石炭ガス及びチャーが生成され、一方の石炭ガスはガスタービン９の燃料ガスとして使用される。そして、石炭ガスから分離したチャーは、再度ガス化炉４に供給されてガス化される。
【００２３】
このとき、二酸化炭素回収装置８で分離・回収した二酸化炭素の一部が圧縮機１３に導入して昇圧され、この二酸化炭素が微粉炭用のホッパ３及びチャー用のホッパ１１に供給されて微粉炭及びチャーの搬送用ガスとして使用される。
このように、二酸化炭素回収装置８で回収した二酸化炭素の一部を微粉炭及びチャーの搬送用ガスとして使用すると、ガス化炉４内に流入する二酸化炭素のモル比熱が窒素と比較して大きいため、ガス化炉４の反応温度は低下する傾向となる。
【００２４】
このため、ガス化炉４内における反応温度の低下を防ぐため、ガス化炉４の空気比を上げて運転することになる。しかし、ガス化炉４の空気比を上げて石炭ガスを製造すると、製造される石炭ガスの発熱量（体積当たり）は低下することとなる。
このようにして、製造された石炭ガスの発熱量が低下すると、ガスタービン９の安定した運転は困難になる。しかし、発熱量の低下した石炭ガスは、二酸化炭素回収装置８で二酸化炭素が除去された後に燃料ガスとなるため、二酸化炭素の除去により燃料ガスの発熱量は増加する。
【００２５】
このような状況において、二酸化炭素除去による燃料ガスの発熱量増加は、空気比を上げることによる石炭ガスの発熱量低下を補うことができるので、搬送用ガスとして二酸化炭素を使用してもガスタービン９の安定した運転が可能になる。すなわち、空気比を上げて製造された石炭ガスの発熱量低下分と、二酸化炭素除去による発熱量増加分とは、実質的に略同じか大差のない値になり、従って、最終的にガスタービン９の運転に使用される燃料ガスの発熱量に大きな変化はない。
【００２６】
この結果、微粉炭及びチャーの搬送用ガスとして二酸化炭素を使用しても、最終的なガスタービン９の運転に支障がないので、搬送用ガスとして窒素を製造するための空気分離装置が不要となる。従って、本発明の石炭ガス化複合発電設備においては、空気分離装置がなくなったことにより、空気分離装置の運転に必要となる補機類を駆動する動力の消費がないので、プラント効率を約１％向上させることができる。
【００２７】
次に、本発明に係る石炭ガス化複合発電設備について、その第１変形例を図２に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この変形例では、二酸化炭素回収装置８で分離・回収した二酸化炭素の一部が、乾燥用ガスに混合して使用されている。すなわち、二酸化炭素回収装置８で分離・回収した二酸化炭素の一部は、圧縮機１３で昇圧した後に微粉炭用のホッパ３及びチャー用のホッパ１１に供給されて微粉炭及びチャーの搬送用ガスとして使用されるだけでなく、排ガスと混合して微粉炭機１に供給する乾燥用ガスとしても使用される。このため、圧縮機１３の下流側で二酸化炭素供給ラインＣ１から分岐し、排ガス供給ラインＧ１に合流する二酸化炭素分流ラインＣ２が設けられている。なお、二酸化炭素分流ラインＣ２は、搬送ガスほど昇圧する必要がない乾燥用ガスのラインであるから、図示しない圧力調整弁を設けるなどして適宜調圧されている。
【００２８】
このようにして、二酸化炭素回収装置８で回収した二酸化炭素の一部を乾燥用ガスに混合すると、比較的水分濃度の高い排ガスが中心となる乾燥用ガスの水分濃度を低下させ、微粉炭機１における石炭の乾燥効率を向上させることができる。すなわち、水分濃度の低い二酸化炭素と水分濃度の高い排ガスとを混合して得られる乾燥用ガスは、水分濃度の高い排ガスの混合割合が減少し、乾燥用ガス全体としての水分濃度が低下するので、温度条件が同じであれば石炭の乾燥効率（蒸発量／石炭中水分）を向上させることができる。
ちなみに、石炭中水分が４０％の場合について試算すると、乾燥用ガスの水分が１１体積％から１体積％まで低下することで乾燥効率は１４％程度向上する。
【００２９】
次に、本発明に係る石炭ガス化複合発電設備について、その第２変形例を図３に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この変形例では、上述した二酸化炭素回収装置８が多段式のフラッシュドラムを用いて二酸化炭素を吸収する方式とされ、乾燥用ガスとしてフラッシュドラムの高圧段出口ガスを使用している。
【００３０】
具体的に説明すると、図３に示す二酸化炭素回収装置８は、脱硫装置７から二酸化炭素吸収塔８１に石炭ガス（入口ガス）を導入し、第１段フラッシュドラム８２及び第２段フラッシュドラム８３を介して二酸化炭素を回収した後、燃料ガス（出口ガス）を二酸化炭素吸収塔８１の出口からガスタービン９へ供給する２段式である。
このような２段式のフラッシュドラムを備えた二酸化炭素回収装置８においては、上流側に位置して高圧段側となる第１段フラッシュ８２の出口ガスを搬送用ガスとして導入している。なお、回収した二酸化炭素は、低圧段側の第２段フラッシュドラム８３から外部へ流出する。
【００３１】
このような構成を採用することにより、二酸化炭素回収装置８から高圧の搬送用ガスを導入することができるので、ホッパ３，１１へ圧送するための圧縮機１３については、その圧送能力を低減することができる。すなわち、圧送能力の小さい圧縮機１３でも搬送用ガスとして十分な搬送能力を得ることができるので、搬送用ガスの加圧に要するエネルギ量の低減が可能となる。この結果、石炭ガス化複合発電設備においては、圧縮機１３で消費するエネルギ量の低減に応じたプラント効率の向上が可能となる。
【００３２】
このように、上述した本発明の石炭ガス化複合発電設備によれば、二酸化炭素回収装置８で分離・回収した二酸化炭素の一部を微粉炭及びチャーの搬送用ガスとして使用し、搬送用ガスとして窒素を製造するための空気分離装置を不要にしたので、空気分離装置の運転に必要な補機動力の消費がなくなった分だけ石炭ガス化複合発電設備のプラント効率を向上させることができる。
【００３３】
また、本発明の石炭ガス化複合発電設備においては、二酸化炭素回収装置８で分離・回収した二酸化炭素の一部を石炭の乾燥用ガスに混合することにより、乾燥用ガスの水分濃度を低下させて石炭の乾燥効率を向上させることができる。このような乾燥効率の向上は、石炭ガス化複合発電設備のプラント効率向上にも有効である。
【００３４】
さらに、本発明の石炭ガス化複合発電設備においては、二酸化炭素回収装置８から高圧の搬送用ガスを導入して圧縮機１３の消費エネルギ量を低減することができるので、これによってもプラント効率を向上させることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る石炭ガス化複合発電設備の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す石炭ガス化複合発電設備の第１変形例を示す構成図である。
【図３】図１に示す石炭ガス化複合発電設備の第２変形例として、二酸化炭素回収装置の具体的な構成例を示す構成図である。
【図４】石炭ガス化複合発電設備の従来例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    微粉炭機
２    サイクロン
３，１１    ホッパ
４    ガス化炉
５    ガス冷却器
６    チャー回収装置
７    脱硫装置
８    二酸化炭素回収装置
９    ガスタービン
１０    排ガスボイラ
１３    圧縮機
【図１】
2010059940.tif 000003
【図２】
2010059940.tif 000004
【図３】
2010059940.tif 000005
【図４】
2010059940.tif 000006