(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気または酸素含有ガスや蒸気をガス化剤として、固体または液体の炭素含有燃料をガス化するガス化設備、ガス化した生成ガスを冷却し蒸気を発生する管群で構成された第１のガス冷却設備、冷却されたガスからばいじん等の物質を取り除く脱塵設備、ガスをさらに、後流に設置された湿式脱硫設備に適する温度まで冷却する、管群で構成された第２のガス冷却設備、冷却後のガスから硫黄分を取り除く湿式脱硫設備、その脱硫後の精製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プラントにおいて、前記第１のガス冷却設備、前記第２のガス冷却設備の管の表面温度が、ガス化生成ガスに含まれるアンモニア（ＮＨ３  ）と塩酸（ＨＣｌ）が、塩化アンモニウム（ＮＨ４  Ｃｌ）として固体状に析出する温度以上で作動するように構成したことを特徴とするガス化複合発電設備。
【請求項２】
請求項１に記載のガス化複合発電設備において、前記第２のガス冷却設備の後流で前記湿式脱硫設備の上流に湿式スクラバを設置し、同湿式スクラバによって生成ガス中のＮＨ３  ，ＨＣｌを水溶し系外へ排出することで、ＮＨ４  Ｃｌの析出によるトラブルをなくするよう構成したことを特徴とするガス化複合発電設備。
【請求項３】
請求項１に記載のガス化複合発電設備において、前記第２のガス冷却設備の後流で前記湿式脱硫設備の上流に、生成ガス中のＣＯＳをＨ２  Ｓに変換するＣＯＳ変換器を設置し、そのＣＯＳ変換器の触媒の表面温度が、生成ガスに含まれるＮＨ３  とＨＣｌが、ＮＨ４  Ｃｌとして固体状に析出する温度以上で作動するよう構成したことを特徴とするガス化複合発電設備。
【請求項４】
請求項３に記載のガス化複合発電設備において、前記ＣＯＳ変換器の後流で前記湿式脱硫設備の上流にガスを冷却するための管群で構成された第３のガス冷却設備を設置し、その第３のガス冷却設備の管の表面温度が、生成ガスに含まれるＮＨ３  とＨＣｌが、ＮＨ４  Ｃｌとして固体状に析出する温度以上で作動するよう構成したことを特徴とするガス化複合発電設備。
【請求項５】
請求項１，２，３，４のいづれか一つに記載のガス化複合発電設備において、前記第１のガス冷却設備、第２のガス冷却設備、第３のガス冷却設備の低温側の流体がボイラ給水であり、蒸気タービン設備への蒸気を発生するよう構成したことを特徴とするガス化複合発電設備。
【請求項６】
請求項１，２，３，４のいづれか一つに記載のガス化複合発電設備において、前記第２のガス冷却設備、第３のガス冷却設備の低温側の流体が前記湿式脱硫設備出口の低温ガスであることを特徴とするガス化複合発電設備。
【請求項７】
請求項５に記載のガス化複合発電設備において、前記第１のガス冷却設備、第２のガス冷却設備、および第３のガス冷却設備の少くともいづれか一つのガス冷却設備の生成ガス出口近傍にガス温度計、または管のメタル温度計を設置し、また該ガス冷却設備に供給するボイラ給水加熱器を設置し、該ガス冷却設備の管の表面温度が、生成ガスに含まれるＮＨ３  とＨＣｌが、ＮＨ４  Ｃｌとして固体状に析出する温度以上となるよう、ボイラ給水温度を制御することを特徴とするガス化複合発電設備。
【請求項８】
請求項６に記載のガス化複合発電設備において、前記第１のガス冷却設備、第２のガス冷却設備、および第３のガス冷却設備の少くともいづれか一つのガス冷却器の出口にガス温度計、または管のメタル温度計を設置し、また該冷却設備に低温側流体（湿式脱硫設備出口ガス）のバイパスラインを設置し、該ガス冷却設備の管の表面温度が、生成ガスに含まれるＮＨ３  とＨＣｌが、ＮＨ４  Ｃｌとして固体状に析出する温度以上となるよう、前記バイパスラインを流れる低温側流体の流量を制御することを特徴とするガス化複合発電設備。
【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発電システムの燃料として利用するように構成したガス化複合発電設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガス化複合発電設備の例を図８に示してある。
図８に示すガス化複合発電設備は、石炭ガス化設備３、第１のガス冷却設備５、脱塵設備７、第２のガス冷却設備８、湿式脱硫設備１０、ガスタービン１２、発電機１３、排熱回収ボイラ１４、蒸気タービン設備１７、発電機１８等から構成されている。また、２０は復水器、２５はガス冷却設備である。
【０００３】
このガス化複合発電設備において、石炭１はガス化剤２とともに石炭ガス化設備３にてガス化し、発生ガス４は第１のガス冷却設備５で冷却され発生ガス６として脱塵設備７に供給され、ばいじん等が除去された後、第２のガス冷却設備８で冷却される。
【０００４】
その後、湿式脱硫設備１０で硫黄分を除去後、燃料流量制御弁１１で定量し、ガスタービン１２に供給され、発電機１３で発電をおこなう。ガスタービン１２からの排気ガスは排熱回収ボイラ１４に供給され、熱回収を行いボイラ給水１５から過熱蒸気１６を発生し第１，第２のガス冷却設備５，８での発生蒸気Ｂとともに蒸気タービン設備１７で仕事を行い、発電機１８で発電をする。
【０００５】
排熱回収ボイラ１４からの出口ガスは煙突１９から排出される。蒸気タービン設備出口蒸気は復水器２０で復水となり、給水ポンプ２１で昇圧され、排熱回収ボイラ１４に供給されるとともに、Ａ点から第１，第２のガス冷却設備５，８の給水として供給される。
【０００６】
第２のガス冷却設備８の後流にガス冷却設備２５が設置されていて、第２のガス冷却設備８とガス冷却設備２５によりガスを冷却し、湿式脱硫設備１０に好適な温度約４０℃まで冷却するが、その際に管の表面温度は図７に示すＮＨ４  Ｃｌの析出温度を下回るため、管にＮＨ４  Ｃｌが付着することによる伝熱性能の劣化、流路の閉塞がさけられない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
固体および液体燃料をガス化する場合、例えば石炭の場合は石炭中に塩素が１００ｍｇ／ｋｇ  程度含まれるため、ガス化によりＨＣｌとなる。また石炭中のＮ分やガス化剤（例えば空気）中のＮ分がガス化反応過程でＮＨ３  となる。従って、石炭をガス化した生成ガス中にはＨＣｌが１０〜１００ｐｐｍｖｏｌ、ＮＨ３  が１０００〜５０００ｐｐｍｖｏｌ程度ガス状で含まれる。
【０００８】
通常ガス化ガスは１０００℃以上あり、また後流の脱硫設備が約４００℃の高温で作動する乾式脱硫設備の場合は、４００℃程度まで冷却すればよく、ＨＣｌやＮＨ３  はガス状で存在し特に問題は発生しない。しかしながら、後流に湿式脱硫設備を設置する場合はガスを約４０℃の低温まで冷却する必要があり、その冷却過程で生成ガス中のＮＨ３  とＨＣｌがＮＨ４  Ｃｌとして固体状に析出する。
【０００９】
管群で構成された冷却設備の場合は管表面温度がＮＨ４  Ｃｌ析出する温度以下であれば、管表面にＮＨ４  Ｃｌが付着するため伝熱性能の劣化や流路閉塞を招き、プラントの運転継続が困難となる。従来技術ではこのＮＨ４  Ｃｌの析出現象が知られておらず、これに対し温度的な配慮をした例は見られない。
【００１０】
本発明は、固体または液体の炭素含有燃料をガス化し、このガス化した生成ガスを管群で構成されたガス冷却設備で冷却し、精製したガスを燃料としてガスタービン発電設備で発電を行い、ガスタービンの排気ガスを熱源として排熱回収ボイラで蒸気タービン用の蒸気を発生させるようにしたガス化複合発電設備において、ガス化ガスを冷却する冷却設備の管表面へのＮＨ４  Ｃｌの付着を防止し、伝熱性能の劣化や流路の閉塞を防止してガス化複合発電設備の安定運転行えるようにすることを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、ガス化設備でガス化した生成する第１のガス冷却設備、及び脱塵後のガス化ガスを湿式脱硫設備に適する温度まで冷却する第２のガス冷却設備の管の表面温度が、ガス化生成ガスに含まれるＮＨ３  とＨＣｌがＮＨ４  Ｃｌとして固体状に析出する温度以上で作動するように構成したガス化複合発電設備を提供する。
【００１２】
本発明は、ガス化生成ガス中に含まれるＮＨ３  ，ＨＣｌが図７に示すように、濃度と温度との関係でＮＨ４  Ｃｌを固体として析出する特性があることに着目したものである。例えば２５ａｔａの石炭ガス中にＮＨ３  が１０００ｐｐｍｖｏｌ含まれる場合、ＨＣｌが１０ｐｐｍｖｏｌ存在すれば、１９５℃でＮＨ４  Ｃｌが固体として析出しはじめ、さらに温度が低下し、１５０℃になると、ＨＣｌの殆どがＮＨ４  Ｃｌとなることを示している。
【００１３】
ＮＨ４  Ｃｌの析出による冷却設備の管への付着を回避するために、本発明による設備では前記のように管表面温度を図７に示すＮＨ４  Ｃｌの生成開始温度以上で作動させるものである。但し、図７はＮＨ３  （ガス）−ＨＣｌ（ガス）−ＮＨ４  Ｃｌ（固体）の固気化学平衡計算の結果であり、実際には析出の反応速度があることから、実プラントによる経験では、析出が問題となる温度は２６ａｔａで１００〜１３０℃程度で、図７で与える化学平衡計算よりは、６０〜１００℃低い温度となる。
【００１４】
本発明のこのガス化複合発電設備においては、第２のガス冷却設備の後流で湿式脱硫設備の上流に湿式スクラバを設置して生成ガス中のＮＨ３  ，ＨＣｌを水溶して系外へ排出するのがＮＨ４  Ｃｌの析出によるトラブルを無くする上で更に好ましい。
【００１５】
更に、本発明によるガス化複合発電設備では、第２のガス冷却設備の後流で湿式脱硫設備の上流に、生成ガス中のＣＯＳをＨ２  Ｓに変換するＣＯＳ変換器を設置し、そのＣＯＳ変換器の触媒の表面温度が、生成ガスに含まれるＮＨ３  とＨＣｌが、ＮＨ４  Ｃｌとして固体状に析出する温度以上で作動するよう構成するのが好ましい。
すなわち、湿式脱硫設備の方式如何では生成ガス中のＣＯＳを除去できないものがあるため、ＣＯＳをＨ２  Ｓに変換しておいて湿式脱硫設備でＨ２  Ｓの形で除去させるのである。
【００１６】
また、本発明の上記ガス化複合発電設備ではＣＯＳ変換器の後流で湿式脱硫設備の上流にガスを冷却するための管群で構成された第３のガス冷却設備を設置してプラント効率を更に向上させ、しかもその第３のガス冷却設備の管の表面温度が、生成ガスに含まれるＮＨ３  とＨＣｌが、ＮＨ４  Ｃｌとして固体状に析出する温度以上で作動するよう構成してＮＨ４  Ｃｌ析出による問題点を回避するのが好ましい。
【００１７】
本発明によるガス化複合発電設備において、ガス冷却設備の低温側流体としてはボイラ給水を用い、蒸気タービン設備への蒸気を発生するように構成してよい。
【００１８】
或いは、第２及び第３のガス冷却設備の低温側流体としては、湿式脱硫設備出口の低温ガスを採用してもよい。
【００１９】
本発明によるガス化複合発電設備において、前記したようにガス冷却設備の管の表面温度を固体状のＮＨ４  Ｃｌが析出する温度以上に維持するのには、第１のガス冷却設備、第２のガス冷却設備、および第３のガス冷却設備の少くともいづれか一つのガス冷却設備の生成ガス出口近傍にガス温度計または管のメタル温度計を設置し、また該ガス冷却設備に供給するボイラ給水加熱器を設置し、ボイラ給水温度を制御することによってよい。
【００２０】
或いは、前記したガス温度計または管のメタル温度計の設置に加えて、該ガス冷却設備に低温側流体（湿式脱硫設備出口ガス）のバイパスラインを設置し、該ガス冷却設備の管の表面温度が、生成ガスに含まれるＮＨ３  とＨＣｌが、ＮＨ４  Ｃｌとして固体状に析出する温度以上となるよう、バイパスラインを流れる低温側流体の流量を制御することによってもよい。
【００２１】
以上のようにして、本発明によればガス化ガスのガス冷却設備での、ＮＨ４  Ｃｌ析出による伝熱管への付着による伝熱性能の劣化、流路の閉塞を防止でき、ガス化複合発電設備の安定運転、信頼性、効率の向上に寄与する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるガス化複合発電設備について図１〜図６に示した実施の形態に基づいて具体的に説明する。なお、以下の実施の形態において、図８に示した従来の装置と同じ構成の部分には説明を簡単にするため同じ符号を付してあり、それらについての重複する説明は省略する。
【００２３】
（実施の第１形態）
まず、図１に示した実施の第１形態によるガス化複合発電設備について説明する。図１において、９は湿式スクラバを示しており、その他の機器は図８で説明したものと同等である。この図１のガス化複合発電設備において、石炭１はガス化剤２とともに石炭ガス化設備３でガス化し、発生ガス４は第１のガス冷却設備５で冷却され発生ガス６として脱塵設備７に供給される。
【００２４】
脱塵設備７でばいじん等が除去された後、ガス化ガスは第２のガス冷却設備８で冷却されるが、第１，第２の冷却設備ともに、冷却管の表面温度は、図７に示すＮＨ４  Ｃｌの析出しない温度域に適当な裕度をとり設計する。
【００２５】
その後、湿式スクラバ９でＮＨ３  ，ＨＣｌを含む不純物を除去し、かつ、ガス温度を湿式脱硫設備１０に好適な温度約４０℃まで冷却し、湿式脱硫設備１０で硫黄分を除去後、燃料流量制御弁１１で定量し、ガスタービン１２に供給され、発電機１３で発電をおこなう。
【００２６】
ガスタービン１２の排気ガスは排熱回収ボイラ１４に供給され、熱回収を行いボイラ給水１５から過熱蒸気１６を発生し第１，第２のガス冷却設備５，８の発生蒸気Ｂとともに蒸気タービン設備１７で仕事を行い、発電機１８で発電する。排熱回収ボイラ１４の出口ガスは煙突１９から排出される。
【００２７】
蒸気タービン設備１７の出口蒸気は復水器２０で復水となり、給水ポンプ２１で昇圧され、排熱回収ボイラ１４に供給されるとともに、Ａ点から第１，第２のガス冷却設備５，８の給水として供給される。これにより上記ガス冷却設備５，８での管の伝熱性能の劣化や流路閉塞が防止され、プラントの安定運転、信頼性の向上が確保される。
【００２８】
（実施の第２形態）
次に、図２に示した実施の第２形態によるガス化複合発電設備について説明する。図２の設備では、第２のガス冷却設備８は、上述の実施の第１形態におけると同様に管表面温度が図７に示したＮＨ４  Ｃｌの析出しない温度域に適当な裕度をとり作動させるが、低温側の流体として湿式脱硫設備１０の出口の低温（約４０℃）の精製ガス２２を採用している。
【００２９】
この場合、第２のガス冷却設備８でのＮＨ４  Ｃｌの析出を回避しつつ、湿式脱硫設備１０の入口ガス顕熱を有効に回収でき、プラント効率の向上に寄与する。その他、図２に示す設備の構成と作用は図１に示した設備と同じである。
【００３０】
（実施の第３形態）
次に、図３に示した実施の第３形態によるガス化複合発電設備について説明する。図３において、２３はＣＯＳ変換器、２４は第３のガス冷却設備を示しており、その他の機器は先の図面に示したものと同様である。
【００３１】
この図３に示したガス化複合発電設備では第２のガス冷却設備８の後流に生成ガス中のＣＯＳをＨ２  Ｓに変換するＣＯＳ変換器２３を設置する。これは湿式脱硫設備１０の方式によってはＨ２  Ｓは除去できるが、ＣＯＳを除去できないものがあるため、予めＣＯＳをＨ２  Ｓに変換しておくものである。その後流に第３のガス冷却設備２４を設置する。
【００３２】
第２，第３のガス冷却設備８，２４、ＣＯＳ変換器２３ともに、管表面温度または触媒の表面温度が、図７に示したＮＨ４  Ｃｌの析出しない温度域に適当な裕度をとって設計する。第２，第３のガス冷却設備８，２４にはＡ点からボイラ給水が供給され、蒸気を発生し、それを蒸気タービン設備１７に導入し、安定運転、信頼性の向上を確保しつつ、プラント効率の向上をはかれる。
【００３３】
（実施の第４形態）
次に、図４に示した実施の第４形態によるガス化複合発電設備について説明する。図４に示す設備では第２のガス冷却設備８及び第３のガス冷却設備２４ともに、管表面温度が図７に示したＮＨ４  Ｃｌの析出しない温度域に適当な裕度をとり設計するが、低温側の流体として湿式脱硫設備１０の出口の低温（約４０℃）の精製ガス２２を採用している。
【００３４】
この場合、第２のガス冷却設備８および、第３のガス冷却設備２４でのＮＨ４  Ｃｌの析出を回避しつつ、湿式脱硫設備１０の入口ガス顕熱を有効に回収でき、プラント効率の向上に寄与するとともに、ＣＯＳ変換器２３の設置により、ＣＯＳの除去性能の低い湿式脱硫設備１０にも有効である。
その他の機器構成、作用は図３に示した発電設備と同じである。
【００３５】
（実施の第５形態）
次に、図５に示した実施の第５形態によるガス化複合発電設備について説明する。図５に示した実施形態では第２の冷却設備８の出口に温度計２６を設置し、生成ガスの温度または管のメタル温度を計測し、第２のガス冷却設備８の管の表面温度がＮＨ４  Ｃｌが析出する温度以上となるように、ボイラ給水加熱器２７に供給される蒸気等の加熱媒体２９の量を制御弁２８により制御することを特徴とするものである。その他の構成は図１の設備と実質同じである。
【００３６】
これによりプラントが負荷変化し、第２のガス冷却設備８を通過する生成ガスの流量や温度が変化した場合でも、常に第２のガス冷却設備８の管の表面温度はＮＨ４  Ｃｌの析出温度以上となり、ＮＨ４  Ｃｌの析出による伝熱性能の劣化や流路の閉塞が防止でき、プラントの負荷変化時でも安定した運転、信頼性の向上が確保される。
【００３７】
なお、図５に示したものでは、第２のガス冷却設備８の出口に温度計２６を設置しているが、図３のように第３のガス冷却設備２４を設けたものでは、その第３のガス冷却設備２４の出口に温度計を設置し、第３の冷却設備２４の管表面にＮＨ４  Ｃｌが析出しないように制御するのが好ましい。
【００３８】
（実施の第６形態）
次に、図６に示した実施の第６形態によるガス化複合発電設備について説明する。図６に示した実施形態では第２の冷却設備８の出口に温度計２６を設置し、生成ガスの温度または管のメタル温度を計測し、第２のガス冷却設備８の管の表面温度がＮＨ４  Ｃｌが析出する温度以上となるように、低温側流体のバイパスライン３０を通過する精製ガスの流量を制御弁３１で制御することを特徴とするものである。その他の構成は図２の設備と実質同一である。
【００３９】
これによりプラントが負荷変化し、第２のガス冷却設備８を通過する生成ガスの流量や温度が変化した場合でも、常に第２のガス冷却設備８の管の表面温度はＮＨ４  Ｃｌの析出温度以上となり、ＮＨ４  Ｃｌの析出による伝熱性能の劣化や流路の閉塞が防止でき、プラントの負荷変化時でも安定した運転、信頼性の向上が確保される。
【００４０】
なお、図６に示した設備では、第２のガス冷却設備８に対し低温側流体のバイパスライン３０を設けると共に温度計２６を設置しているが、図３のように第３のガス冷却設備２４を設けたものでは、その第３のガス冷却設備２４に対して低温側流体のバイパスラインを設けると共に温度計を設置し、その第３のガス冷却設備２４の管表面にＮＨ４  Ｃｌが析出しないよう制御するのが好ましい。
【００４１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のガス化複合発電設備では、第１，第２，第３のガス冷却設備の管表面温度やＣＯＳ変換器の触媒の表面温度を生成ガスに含まれるＮＨ３  とＨＣｌがＮＨ４  Ｃｌとして固体状に析出する温度以上で作動される。
【００４２】
従って、本発明は固体または液体燃料から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設備の安定した運転性と、信頼性と効率の向上をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態によるガス化複合発電設備の構成を示す図。
【図２】本発明の実施の第２形態によるガス化複合発電設備の構成を示す図。
【図３】本発明の実施の第３形態によるガス化複合発電設備の構成を示す図。
【図４】本発明の実施の第４形態によるガス化複合発電設備の構成を示す図。
【図５】本発明の実施の第５形態によるガス化複合発電設備の構成を示す図。
【図６】本発明の実施の第６形態によるガス化複合発電設備の構成を示す図。
【図７】ＮＨ３  （ガス）−ＨＣｌ（ガス）−ＮＨ４  Ｃｌ（固体）の固気化学平衡計算の結果を示すグラフ。
【図８】従来のガス化複合発電設備の構成を示す図。
【符号の説明】
１      石炭
２      ガス化剤
３      石炭ガス化設備
４      発生ガス
５      第１のガス冷却設備
６      発生ガス
７      脱塵設備
８      第２のガス冷却設備
９      湿式スクラバ
１０    湿式脱硫設備
１１    燃料流量制御弁
１２    ガスタービン
１３    発電機
１４    排熱回収ボイラ
１５    ボイラ給水
１６    過熱蒸気
１７    蒸気タービン設備
１８    発電機
１９    煙突
２０    復水器
２１    給水ポンプ
２２    精製ガス
２３    ＣＯＳ変換器
２４    第３のガス冷却設備
２５    ガス冷却設備
２６    温度計
２７    ボイラ給水加熱器
２８    制御弁
２９    加熱媒体
３０    バイパスライン
３１    制御弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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