(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気または酸素含有ガスや水蒸気をガス化剤として固体または液体の燃料をガス化するガス化設備、ガス化したガスを冷却し水蒸気を発生するガス冷却設備、冷却されたガスからばいじんや硫黄化合物等の物質を取り除くガス精製設備、精製されたガスを燃料として発電をおこなうガスタービン発電設備、ガスタービンの排気ガスを熱源として水蒸気を発生する排熱回収ボイラ、上記ガス冷却設備および排熱回収ボイラから発生する水蒸気により発電をおこなう蒸気タービン発電設備を有するガス化複合発電において、上記排熱回収ボイラの中に単数あるいは複数の異なった圧力の水蒸気を発生する蒸発器、および上記ガス冷却設備への給水を加熱するための給水加熱器を設置し、上記蒸発器の圧力条件に応じて上記給水加熱器出口の給水温度を適正に選定し、上記ガス冷却設備への給水加熱器の出口給水温度が上記排熱回収ボイラの中で最も低い圧力の水蒸気を発生する蒸発器の飽和温度以下の温度で、同飽和温度から−５０℃から−０℃の範囲になるように上記給水加熱器を配置することによりプラント効率の向上と設備費の低減をはかることを特徴とするガス化複合発電プラント。
【請求項２】
請求項１に記載のガス化複合発電プラントにおいて、上記排熱回収ボイラの蒸発器を、圧力の高い水蒸気を発生する蒸発器から順にガスの高温側から配置し、かつ上記ガス冷却設備への給水加熱器を最も低い圧力の水蒸気を発生する蒸発器のガスの下流側に設置することを特徴とするガス化複合発電プラント。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガス化複合発電プラントにおいて、上記ガス冷却設備への給水加熱器と上記排熱回収ボイラの蒸発器への給水を加熱する節炭器とを共用することを特徴とするガス化複合発電プラント。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のガス化複合発電プラントにおいて、上記ガス冷却設備への給水温度を同ガス冷却設備のガス中成分の露点以上の温度とすることを特徴とするガス化複合発電プラント。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のガス化複合発電プラントにおいて、上記排熱回収ボイラ出口のガス温度が上記排熱回収ボイラの出口ガス成分の露点から決まる最低許容温度を下回らない範囲で上記ガス冷却設備への給水温度選定することを特徴とするガス化複合発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体および液体燃料からガス燃料を生成し、そのガス燃料を発電システムの燃料として利用するガス化複合発電設備の効率の向上と設備費の低減に寄与する経済性の高いガス化複合発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス化複合発電プラントでは固体燃料や液体燃料をガス化したガス燃料をガスタービンの燃料として発電を行う。この場合、固体燃料や液体燃料をガス化して得たガス燃料はガス冷却設備で水によって冷却され、そのときガス冷却設備では水蒸気を発生する。このガス燃料はガスタービン発電設備の燃料として使われそのガスタービンの排ガスは排熱回収ボイラに熱源として供給される。
【０００３】
この排熱回収ボイラでガス冷却設備への給水を加熱することはよく知られており、例えば特開平３−８８９０２号に記載されているが、効率の向上と設備費の低減の両面からガス冷却設備への給水を加熱するための排熱回収ボイラにおける伝熱面の配置について具体的に提案した従来技術はない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ガス化複合発電プラントは、空気または酸素含有ガスや水蒸気をガス化剤として固体または液体の燃料をガス化するガス化設備、ガス化したガスを冷却し水蒸気を発生するガス冷却設備、冷却されたガスからばいじんや硫黄化合物等の物質を取り除くガス精製設備、精製されたガスを燃料として発電をおこなうガスタービン発電設備、ガスタービンの排気ガスを熱源として水蒸気を発生する排熱回収ボイラ、上記ガス冷却設備および排熱回収ボイラから発生する水蒸気により発電をおこなう蒸気タービン発電設備等を有する。
【０００５】
このようなガス化複合発電プラントにおいて、上記排熱回収ボイラの中に単数あるいは複数の異なった圧力の水蒸気を発生する蒸発器および上記ガス冷却設備への給水を加熱するための給水加熱器を設置したガス化複合発電設備では、ガス冷却器への給水温度はスチーミング等が問題とならない範囲で極力高い方が発生蒸気の量が増加し蒸気タービンの出力が増加するためプラント効率が向上する。
【０００６】
しかしながら、ガス冷却設備出口のガス温度は後流のガス精製設備での必要温度から決まるため、給水の温度を上昇させようとするとガスと給水の温度差が小さくなる。
このため、ガス冷却設備の伝熱面積が増大し、設備費の増大を招く。
【０００７】
また排熱回収ボイラにおいても上記ガス冷却設備への給水加熱器出口の温度の上昇は伝熱面積の増大と設備費の増大をまねくことになるため、設備費の増加を抑えかつ効率の向上をはかることは課題であった。
【０００８】
本発明は、ガス化燃料を発電システムの燃料とするガス化複合発電設備において、ガス化燃料を冷却するためのガス冷却設備への給水を適正な温度に加熱することにより設備費を増加することなく効率を向上させたガス化複合発電設備を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前項の通り効率の向上と設備費の増大は相反する傾向があるためシステムを経済的に選定する方法の確立が望まれてきた。
本発明は、ガス冷却設備への給水温度とプラント効率の関係が図２に示す通りガス冷却設備への給水温度を高くするとＡ点→Ｂ点→Ｃ点のような特性をもってプラント効率が上昇することを見いだしたことにより得られたものである。
【００１０】
即ち、ガス冷却設備への給水温度が排熱回収ボイラの蒸発器のなかで最も低い圧力の水蒸気を発生する蒸発器の飽和温度以下の場合はガス冷却設備への給水温度を上げるとプラント効率の向上が著しく（Ａ点→Ｂ点の範囲）、飽和温度以上の場合はガス冷却設備への給水温度を上げてもプラント効率の向上が緩やか（Ｂ点→Ｃ点の範囲）な特性がある。
【００１１】
従ってガス冷却設備への給水の温度がＢ点近傍の温度となるように給水加熱器の伝熱面を選定することにより、設備費の増加を抑え、かつプラント効率の高い経済的なシステムを構成することが可能となるものである。
【００１２】
以上の知見に基づき、本発明によるガス化複合発電プラントでは、ガスタービンの排気ガスを熱源として水蒸気を発生する排熱回収ボイラの中に、単数あるいは複数の異なった圧力の水蒸気を発生する蒸発器、およびガス冷却設備への給水を加熱するための給水加熱器を設置し、その蒸発器の圧力条件に応じて上記給水加熱器出口の給水温度を適正に選定することによりプラント効率の向上と設備費の低減をはかる。
【００１３】
すなわち本発明によるガス化複合発電プラントでは、上記ガス冷却設備への給水加熱器の出口給水温度が排熱回収ボイラの中で最も低い圧力の水蒸気を発生する蒸発器の飽和温度以下の温度で、同飽和温度から−５０℃から−０℃の範囲になるように上記給水加熱器を配置した構成とする。
【００１４】
本発明によるガス化複合発電プラントでは、排熱回収ボイラの蒸発器を、圧力の高い水蒸気を発生する蒸発器から順にガスの高温側から配置し、かつ上記ガス冷却設備への給水加熱器を最も低い圧力の蒸気を発生する蒸発器のガスの下流側に設置した構成とすることができる。
【００１５】
なお、これらの構成において、上記ガス冷却設備への給水加熱器と排熱回収ボイラの蒸発器への給水を加熱する節炭器とを共用した構成としてよい。
【００１６】
また、前記した構成において、上記ガス冷却設備への給水温度をガス冷却設備のガス中成分の露点以上の温度とし、また、上記排熱回収ボイラ出口のガス温度が排熱回収ボイラ出口ガス成分の露点から決まる最低許容温度を下回らない範囲でガス冷却設備への給水温度を選定するのが好ましい。
【００１７】
排熱回収ボイラの蒸発器での発生蒸気量即ち吸収熱量は、蒸発器の入口ガス温度と出口ガス温度によってほぼ決定されるが、出口のガス温度は原理的に蒸発器内の水の飽和温度以下には下がらないため発生蒸気量は入口ガス温度に大きく依存する。
【００１８】
本発明によるガス化複合発電プラントは前記した構成を有しており、排熱回収ボイラの中に蒸発器と共にガス冷却器の給水加熱器を設置し、この蒸発器のガスの下流側にガス冷却設備への給水加熱器を設置するなどによってその蒸発器の圧力条件に応じて給水加熱器の給水温度を適正に選定する。
【００１９】
従って、給水加熱器出口給水温度を高くしても蒸発器での吸収熱量は変わらずに給水加熱器での吸収熱量が増加するため排熱回収ボイラ出口のガス温度は図２のＤ点→Ｅ点のごとく低下し、プラント効率はＡ点→Ｂ点のごとく著しく上昇する。
【００２０】
蒸発器の上流側にまでガス冷却設備への給水加熱器を設置し、給水加熱器出口給水温度を蒸発器の圧力における飽和温度以上に加熱する場合は、排熱回収ボイラ出口のガス温度はＥ点→Ｆ点のごとく殆ど低下せず、プラント効率の上昇もＥ点→Ｆ点のごとく緩やかになる。これは蒸発器のガスの上流側に設置した給水加熱器の吸収熱量は増加するもののその分蒸発器の入口ガス温度が低下し、前述の特性から蒸発器での吸収熱量が減少し、合計として吸収熱量の増加が少ないためである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるガス化複合発電プラントの実施の一形態を図１によって説明する。
図１において、３は石炭ガス化設備、５はガス冷却設備、７はガス精製設備である。１０は、ガス化ガスを燃料とするガスタービンで、その排気ガスは排熱回収ボイラ１１へ供給される。
【００２２】
排熱回収ボイラ１１には、高圧過熱器１３、高圧蒸発器１４、高圧節炭器１５、中圧過熱器１６、中圧蒸発器１７、中圧節炭器１８、及びガス冷却設備給水加熱器１９が配設されている。
また、２６は高圧タービン、２９は中圧タービン、３１は低圧タービンであり、３４は復水器を示している。
【００２３】
このように構成された図１のガス化複合発電プラントにおいて、石炭１はガス化空気２とともに石炭ガス化設備３にてガス化され、発生ガス４はガス冷却設備５にて冷却され、発生ガス６としてガス精製設備７に供給され、ばいじんや硫黄化合物を除去後、ガス８は燃料流量制御弁９にて定量し、ガスタービン１０に供給され、発電機３７にて発電をおこなう。
【００２４】
ガスタービン排気ガスは排熱回収ボイラ１１に供給され、高圧過熱器１３、高圧蒸発器１４、高圧節炭器１５、中圧過熱器１６、中圧蒸発器１７、中圧節炭器１８、ガス冷却設備給水加熱器１９と熱交換した後、排熱回収ボイラ出口ガス１２として煙突から排出される。
【００２５】
ガス冷却設備給水加熱器１９は本実施形態では最も圧力の低い中圧蒸発器１７のガスの下流側に設置され、給水加熱器出口給水２１の温度が中圧蒸発器１７の飽和温度以下好ましくは飽和温度から−５０℃〜−０℃となるよう選定される。
【００２６】
高圧過熱器出口蒸気２３はガス冷却設備発生蒸気２４とともに高圧タービン入口蒸気２５として高圧タービン２６に供給される。また、高圧タービン排気蒸気２７は中圧過熱器出口蒸気２８とともに中圧タービン２９に供給される。中圧タービン排気蒸気３０は低圧タービン３１に供給され、発電機３２にて発電を行う。
【００２７】
低圧タービン排気蒸気３３は復水器３４にて復水となり復水ポンプ３５にて昇圧後、中圧節炭器１８とガス冷却設備給水加熱器１９におくられる。ガスタービン空気圧縮機３６にて圧縮された空気の一部はガス化用の抽気空気３８として抽気され、空気昇圧機３９にて昇圧後、石炭ガス化設備３におくられる。
なお、図中、２０は高圧給水ポンプ、２２はガス冷却設備給水ポンプである。
【００２８】
以上の構成によれば、ガス化燃料を冷却するためのガス冷却設備への給水を適正な温度に加熱し、設備費を増加することなく効率を向上させることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるガス化複合発電プラントにおいては、ガスタービンの排気ガスを熱源として水蒸気を発生する排熱回収ボイラの中に単数あるいは複数の異なった圧力の水蒸気を発生する蒸発器、およびガス冷却設備への給水を加熱するための給水加熱器を設置し、上記蒸発器の圧力条件に応じて上記給水加熱器出口の給水温度を適正に選定することによりプラント効率の向上と設備費の低減をはかる。
【００３０】
すなわち本発明によればガス冷却設備への給水加熱器の出口給水温度が排熱回収ボイラの中で最も低い圧力の水蒸気を発生する蒸発器の飽和温度以下の温度で、同飽和温度から−５０℃から−０℃の範囲になるように上記給水加熱器を配置することによって、ガス燃料を生成し発電システムの燃料として利用するガス化複合発電プラントの効率の向上と設備費の低減に寄与し、経済性の高いガス化複合発電プラントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態によるガス化複合発電プラントの系統図。
【図２】本発明の特徴を説明するためのガス冷却設備への給水温度とプラント効率との関係を示す線図。
【符号の説明】
１      石炭
２      ガス化用空気
３      石炭ガス化設備
４      発生ガス
５      ガス冷却設備
６      発生ガス
７      ガス精製設備
８      精製ガス
９      燃料流量制御弁
１０    ガスタービン
１１    排熱回収ボイラ
１２    排熱回収ボイラ出口ガス
１３    高圧過熱器
１４    高圧蒸発器
１５    高圧節炭器
１６    中圧過熱器
１７    中圧蒸発器
１８    中圧節炭器
１９    ガス冷却設備給水加熱器
２０    高圧給水ポンプ
２１    給水加熱器出口給水
２２    ガス冷却設備給水ポンプ
２３    高圧過熱器出口蒸気
２４    ガス冷却設備発生蒸気
２５    高圧タービン入口蒸気
２６    高圧タービン
２７    高圧タービン排気蒸気
２８    中圧過熱器出口蒸気
２９    中圧タービン
３０    中圧タービン排気蒸気
３１    低圧タービン
３２    発電機
３３    低圧タービン排気蒸気
３４    復水器
３５    復水ポンプ
３６    ガスタービン空気圧縮機
３７    発電機
３８    抽気空気
３９    空気昇圧機
【図１】
0003652743.tif 000002
【図２】
0003652743.tif 000003