(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの排気ガスを排ガスボイラに導き、同排ガスボイラにて上記排ガスによりボイラ給水を加熱し蒸気を発生せしめ、この蒸気により蒸気タービンを駆動するように構成された排気再燃コンバインドサイクルプラントにおいて、粗悪燃料等の重質分を含む原燃料を加熱して軽質燃料と重質分を含む残渣分とに分離する蒸溜装置と、同蒸溜装置で分離された上記軽質燃料を冷却する冷却器と、同冷却器を経た軽質燃料を加熱、ガス化して上記ガスタービンの燃焼器に送る蒸発器と、上記残渣分を上記排ガスボイラに送る残渣供給路と、上記排ガスボイラで発生した蒸気を、上記蒸発器及び蒸溜装置をこの順に経て排ガスボイラに還流させる蒸気管路とを備え、上記蒸気管を通流する蒸気を上記蒸発器にて上記軽質燃料の気化のための加熱源として利用した後、上記蒸溜装置にて上記軽質燃料と残渣分とを分離するための加熱源として利用するように構成されてなることを特徴とする排気再燃コンバインドサイクルプラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービンからの排ガスを排ガスボイラに導いて蒸気を発生せしめ、この蒸気で蒸気タービンを駆動するようにした排気再燃コンバインドサイクルプラントにおける燃料のガス化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２には、排気再燃コンバインドサイクルにおいて、重油、オリマルジョン、石炭等の粗悪燃料をガス化してガスタービンに導くようにした燃料ガス化発電システムの従来の１例が示されている。図２において、２０７はガスタービン、２０１は同ガスタービン２０７の燃焼用空気を圧縮する圧縮機、２０６は同圧縮機からの圧縮空気中に燃料を噴射して燃焼せしめるための燃焼器である。
【０００３】
２０８は排ガスボイラ、２１０は蒸気タービン、２１１は凝縮器（復水器）、２１２は給水用のポンプであり、上記ガスタービン２０７の排気ガスはガスタービン排気管５６を経て排ガスボイラ２０８に導入され、ここで上記給水用のポンプ２１２により送給されるボイラ給水と熱交換して過熱蒸気を発生する。この過熱蒸気は上記蒸気タービン２１０に入り膨張仕事をして蒸気タービン発電機（図示省略）を駆動し、凝縮器２１１にて冷却され復水する。上記排ガスボイラ２０８を経た排気ガスは脱硝装置２０９でＮＯｘ（窒素酸化物）等の有害成分を除去された後大気中に排出される。
【０００４】
また、２０３は燃料のガス化炉、２０２は圧縮機であり、上記ガスタービンの圧縮機２０１にて圧縮され上記燃焼器２０６に送られる燃焼用空気の一部は、上記圧縮機２０２にてさらに高温、高圧に加圧されて上記ガス化炉２０３に導入される。上記ガス化炉２０３には、重油、オリマルジョン、石炭等の粗悪燃料が導入されており、同ガス化炉２０３においては、この粗悪燃料を上記圧縮機２０２からの高温高圧空気を介して部分燃焼することにより、この粗悪燃料をガス化する。
【０００５】
２０４は冷却器、２０５はクリーンアップ装置であり、上記ガス化炉２０３においてガス化された燃料は上記冷却器２０４にて冷却、降温された後、上記クリーンアップ装置２０５に送られ、脱塵、脱硫処理が施こされる。上記クリーンアップ装置２０５にて清浄化されたガス化燃料はガスタービンの燃焼器２０６に送られ、上記圧縮機２０１からの圧縮空気を介して燃焼せしめられた後、上記ガスタービン２０７に送られ膨張仕事をしてガスタービン発電機（図示省略）を駆動する。
【０００６】
また、特開平７−２０８１１１号には、粗悪燃料を気化器（分溜器）に導き、この気化器にて上記粗悪燃料を加熱して軽質燃料と重質分とに分離し、軽質燃料を凝縮器にて冷却、液化した後、ポンプによりガスタービンの燃焼器に送ってガスタービン用燃料として使用するとともに、上記重質分はポンプにより排ガスボイラに送ってガスタービン排気ガスにより燃焼するようにした排気再燃コンバインドサイクルプラントが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２に示されるような燃料ガス化装置を備えたコンバインドサイクルプラントにおいては、次のような問題点がある。
【０００８】
（１）ガス化炉２０３は、圧力が約３０ｋｇ／ｃｍ2 、温度が１６００℃という高温、高圧下で運転されるため、高温下で高い応力が発生し、かかる応力による破損の可能性を抱えており、信頼性が低い。また上記クリーンアップ装置２０５は、上記のように高圧化されたガス化燃料を通して作動するため、耐圧性に課題があり、機器としての信頼性が低い。
【０００９】
（２）上記ガス化燃料は、上記クリーンアップ装置２０５を通すため冷却器２０４により冷却、降温する必要があり、このためサイクルの熱効率が低下する。
【００１０】
（３）上記ガス化炉２０３、クリーンアップ装置２０５ともに大容量のものを使用せざるを得ないので、ガス化燃料流量の変更等の制御における制御性に課題がある。
【００１１】
（４）上記ガス化燃料はガスタービン２０７のみで燃焼せしめられているため、ガスタービン２０７出口の排気ガス中の酸素濃度が未だ高い状態にあり、排気ガスによる熱損失が大きく、この面からもプラントの熱効率が低下する。
【００１２】
（５）ガス化炉２０３、クリーンアップ装置２０５あるいは冷却器２０４等の機器は、高圧下で作動せしめられるので、その耐久性を維持するため高価な機器を必要とする。
【００１３】
また特開平７−２０８１１１号の発明においては、気化器（分溜器）は粗悪燃料を軽質燃料と重質分とを分離するのみのもので、ガスタービンの燃焼器にガス化されない、軽質の液体燃料が送られており、ガス化燃料を得るには格別なガス化装置を必要とする。
【００１４】
また上記発明においては気化器における加熱源は上記軽質燃料と重質分との分離に利用された後、系外に放出されており、この分の熱損失を生ずる。
【００１５】
従って本発明の第１の目的は、排気再燃コンバインドサイクルプラントにおいて、高い耐腐食性を有するとともに高強度を持つことにより信頼性が高い燃料ガス化装置を低い設備コストで以って実現することにある。また第２の目的は、燃料のガス化にガスタービン排気ガスの熱量を有効に利用することによりプラントの熱効率を向上せしめることにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決するもので、その要旨とする手段は、ガスタービンの排気ガスを排ガスボイラに導き、同排ガスボイラにて上記排ガスによりボイラ給水を加熱し蒸気を発生せしめ、この蒸気により蒸気タービンを駆動するように構成された排気再燃コンバインドサイクルプラントにおいて、粗悪燃料等の重質分を含む原燃料を加熱して軽質燃料と重質分を含む残渣分とに分離する蒸溜装置と、同蒸溜装置で分離された上記軽質燃料を冷却する冷却器と、同冷却器を経た軽質燃料を加熱しガス化して上記ガスタービンの燃焼器に送る蒸発器と、上記残渣分を上記排ガスボイラに送る残渣供給路と、上記排ガスボイラで発生した蒸気を、上記蒸発器及び蒸溜装置をこの順に経て排ガスボイラに還流させる蒸気管路とを備え、上記蒸気管を通流する蒸気を上記蒸発器にて上記軽質燃料の気化のための加熱源として利用した後、上記蒸溜装置にて上記軽質燃料と残渣分とを分離するための加熱源として利用するように構成されてなることを特徴とする排気再燃コンバインドサイクルプラントにある。
【００１７】
上記手段によれば、重質分を含む原燃料は、蒸溜装置において軽質燃料と重質分を含む残渣分とに分離され、軽質燃料をガス化してガスタービン用燃料に、残渣分を排ガスボイラ１１１にて燃焼せしめているので、軽質燃料はＮａ（ナトリウム）、Ｋ（カリウム）、Ｖ（バナジウム）等の高温腐食成分が含まれない清浄な燃料となる。これによって従来のもののような高価なクリーンアップ装置を用いることなく清浄なガス化燃料を得ることができる。
【００１８】
また、上記蒸溜装置はほぼ大気圧でかつ２００℃〜８００℃と従来のガス化装置よりも低圧、低温で作動することができるので、高い耐圧、耐熱材料で構成することを要さず、低コストとなる。さらに、上記軽質燃料をガス化する蒸発器や蒸溜装置出口の燃料を冷却する凝縮器、ポンプ１０４等の機器には、上記のような腐食成分を含まない燃料が通流されるので、高温腐食の発生が防止される。
【００１９】
従って、高い耐腐食性を有するとともに高強度を有し、さらに設備コストが低減された燃料ガス化装置が得られる。
【００２０】
また、ガスタービン排気ガスからの加熱により発生した蒸気を蒸発器にて軽質燃料のガス化に利用し、次いで蒸溜装置にて原燃料の軽質分と残渣分との分離に利用した後排ガスボイラに還流させて再利用するので、ガスタービン排気ガスの熱が原燃料からの軽質分と重質分との分離及び軽質燃料のガス化に利用されることとなり、しかも利用後の残熱は排ガスボイラに還流することにより、熱の放出は無い。これによってプラントの熱効率が向上する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下図１を参照して本発明の実施形態につき詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る燃料ガス化装置を備えたコンバインドサイクルプラントの系統図である。
【００２２】
図１において、１０８はガスタービン、１０７は同ガスタービン１０８の燃焼用空気を圧縮する圧縮機、１０６は同圧縮機からの圧縮空気中に燃料を噴射して燃焼せしめるための燃焼器である。
【００２３】
１１１は排ガスボイラ、１１４は蒸気タービン、１１５は凝縮器（復水器）、１１３は給水用のポンプであり、上記ガスタービン１０８の排気ガスはガスタービン排気管５６を経て排ガスボイラ１１１に導入され、ここで後述するような熱交換を行って過熱蒸気を発生せしめる。
【００２４】
この過熱蒸気は上記蒸気タービン１１４に入り膨張仕事をして蒸気タービン発電機（図示省略）を駆動し、凝縮器１１５にて冷却され復水する。上記凝縮器１１５にて復水したボイラ給水はポンプ１１３により給水管５２を経て上記排ガスボイラ１１１に送られる。
【００２５】
１０１は蒸溜装置であり、重油、オリマルジョン、石炭等の粗悪燃料が導入され、この粗悪燃料を軽質燃料と重質分を含む残渣分とに分離するものである。
【００２６】
上記蒸溜装置１０１の軽質燃料出口は、凝縮器１０２、燃料タンク１０３、ポンプ１０４、及び蒸発器１０５をこの順に経て上記ガスタービンの燃焼器１０６に接続される。また、上記蒸溜装置１０１の残渣分出口は、残渣供給管５１に設けられた燃料タンク１０９及びポンプ１１０を経て上記排ガスボイラ１１１に接続される。
【００２７】
５４は上記排ガスボイラ１１１からの過熱蒸気が通流する過熱蒸気管であり、上記排ガスボイラ１１１から上記蒸発器１０５を経て上記蒸溜装置１０１に接続されている。５３は上記蒸溜装置１０１の蒸気出口と排ガスボイラ１１１とを接続する還流蒸気管である。
【００２８】
また１１２はクリーンアップ装置であり、上記排ガスボイラ１１１の排気ガス出口に接続され、排気ガスの脱塵、脱硫を行なう。
【００２９】
上記のように構成されたコンバインドサイクルプラントの稼動時において、排ガスボイラ１１１において、ガスタービン排気管５６を経たガスタービン排気ガスにより発生せしめられた過熱蒸気は蒸気タービンへの主蒸気管５７から分岐された蒸気管５４を通って蒸発器１０５及び蒸溜装置１０１に導かれている。
【００３０】
上記蒸溜装置１０１においては、これに導入されている上記粗悪燃料を、蒸発器１０５において後述するような熱交換を行い蒸気管５４を経て導入された蒸気で加熱することにより、軽質燃料と重質分を含む残渣分とに分離する。この軽質燃料は凝縮器１０２に送られ、ここで水等の冷却剤によって冷却、降温された後、燃料タンク１０３に一旦貯えられる。
【００３１】
同燃料タンク１０３内に貯えられた上記軽質燃料はポンプ１０４により昇圧され、蒸発器１０５に送られる。上記蒸発器１０５においては、上記排ガスボイラ１１１からの過熱蒸気により上記軽質燃料を加熱することによりこれを蒸発、気化せしめ、ガス化燃料とする。そしてこのガス化燃料はガスタービンの燃焼器１０６に送られ上記のようにして燃焼に供せられる。
【００３２】
一方、上記蒸溜装置１０１にて分離された残渣分は燃料タンク１０９に一旦貯えられた後、残渣供給管５１内をポンプ１１０によって加圧され、上記排ガスボイラ１１１に供給される。そしてこの残渣分は、排ガスボイラ１１１において上記ガスタービン排気管５６を経て導入される排気ガスによって燃焼せしめられ、蒸気発生のための加熱源として利用される。
【００３３】
また、上記蒸溜装置１０１において粗悪燃料の蒸溜に利用された蒸気は還流蒸気管５３を通って排ガスボイラ１１１に還流され、ガスタービンの排気ガスにより加熱され、過熱蒸気となって蒸気タービン１１４を駆動する。さらに上記排ガスボイラ１１１にて蒸気を発生せしめた排気ガスはクリーンアップ装置１１２において脱塵、脱硫処理が施こされて清浄化された後大気中に放出される。
【００３４】
上記のように、かかるコンバイドサイクルプラントにおいては、粗悪燃料は、蒸溜装置１０１において軽質燃料と重質分を含む残渣分とに分離され、軽質燃料をガス化してガスタービン用燃料に、残渣分を排ガスボイラ１１１にて燃焼せしめているので、軽質燃料はＮａ（ナトリウム）、Ｋ（カリウム）、Ｖ（バナジウム）等の高温腐食成分が含まれない清浄な燃料となる。これによって従来のもののような高価なクリーンアップ装置を用いることなく清浄なガス化燃料が得られ、ガスタービン燃焼器１０６での燃焼に供される。
【００３５】
また、上記軽質燃料をガス化する蒸発器１０５や蒸溜装置１０１出口の燃料を冷却する凝縮器１０２、ポンプ１０４等の機器には、上記のような腐食成分を含まない燃料が通流されるので、高温腐食の発生が防止され高い耐久性を有する。さらに、蒸溜装置１０１は、ほぼ大気圧で温度２００〜８００℃程度と従来のガス化炉に較べ格段に低い作動条件で作動できるため、耐久性が大で、高い信頼性を有する。
【００３６】
また、粗悪燃料のうち上記軽質分を分離した重質分を含む残渣分は排ガスボイラ１１１に送られ、ガスタービン排気ガスを利用して燃焼せしめて蒸気発生熱量として回収されることにより、排気ガス熱の有効利用がなされ、排気熱損失が減少し熱効率が向上する。また、上記残渣分を排ガスボイラで燃焼させることにより、ガスタービン排気ガス中のＮＯｘ濃度が低減される。
【００３７】
さらに、ガスタービン排気ガスからの加熱により発生した蒸気を蒸発器１０５にて軽質燃料のガス化に利用し、次いで蒸溜装置１０１にて原燃料の軽質分と残渣分との分離に利用した後排ガスボイラ１１１に還流させて再利用するので、ガスタービン排気ガスの熱が原燃料からの軽質分と重質分との分離及び軽質燃料のガス化の双方に利用されることとなり、しかも利用後の残熱は排ガスボイラに還流されることから、熱の放出は無い。これによってプラントの熱効率が向上する。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、本発明によれば、重質分を含む原燃料は蒸溜装置において、軽質燃料と重質分を含む残渣分とに分離され、軽質燃料をガス化してガスタービン用燃料に、残渣分を排ガスボイラ１１１にて燃焼せしめているので、軽質燃料は高温腐食成分が含まれない清浄な燃料となる。これによって従来のもののような高価なクリーンアップ装置を用いることなく清浄なガス化燃料を得、これをガスタービン用燃料として使用することができる。
【００３９】
また、蒸溜装置はほぼ大気圧でかつ２００℃〜８００℃と従来のガス化装置よりも低圧、低温で作動させることができるので、高い耐圧、耐熱材料で構成することを要さず、低コストとなる。また、上記軽質燃料をガス化する蒸発器や蒸溜装置出口の燃料を冷却する凝縮器、ポンプ１０４等の機器には、上記のような腐食成分を含まない燃料が通流されるので高温腐食の発生を防止することができる。従って、高い耐腐食性を有するとともに高強度を有し、さらに設備コストが低減された燃料ガス化装置が得られる。
【００４０】
また、ガスタービン排気ガスからの加熱により発生した蒸気を蒸発器にて軽質燃料のガス化に利用し、次いで蒸溜装置にて原燃料の軽質分と残渣分との分離に利用した後排ガスボイラに還流させて再利用するので、ガスタービン排気ガスの熱が原燃料からの軽質分と重質分との分離及び軽質燃料のガス化に利用されることとなり、しかも利用後の残熱は排ガスボイラに還流することから、熱の放出が無くなり、これによってプラントの熱効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る排気再燃コンバインドサイクルプラントの系統図。
【図２】従来例を示す図１応当図。
【符号の説明】
１０１  蒸溜装置
１０２  凝縮器
１０３  燃料タンク
１０４  ポンプ
１０５  蒸発器
１０６  燃焼器
１０７  圧縮機
１０８  ガスタービン
１０９  燃料タンク
１１０  ポンプ
１１１  排ガスボイラ
１１２  クリーンアップ装置
１１３  ポンプ
１１４  蒸気タービン
１１５  凝縮器
５１    残渣供給管
５２    給水管
５３    還流蒸気管
５４    蒸気管
５６    ガスタービン排気管
【図１】
0003692206.tif 000002
【図２】
0003692206.tif 000003