(57)【要約】【課題】シフト反応設備のシフト反応によってガス化炉で生成した生成ガス中の一酸化炭素と水素の比を調整可能にしてプラントの効率を向上する石炭ガス化システムを提供する。【解決手段】石炭を燃焼排ガスで乾燥して石炭中の水分を燃焼排ガスに含有させる乾燥機と、石炭をガス化した生成ガスを生成するガス化炉と、ガス化炉の生成ガス中の微粒子を除去する脱塵装置と、乾燥機で石炭を乾燥させた後の燃焼排ガスを冷却して燃焼排ガス中の水分を液体にする凝縮熱交換器と、凝縮熱交換器を経た燃焼排ガスと凝縮した水を導いて燃焼排ガスから水を回収する水回収搭と、水回収搭で燃焼排ガスから回収した水を凝縮熱交換器に導いて間接熱交換で昇温させてガス化炉に供給する水供給系統と、脱塵装置で微粒子を除去した生成ガスと水蒸気を導いて生成ガス中の一酸化炭素と水蒸気をシフト反応させて二酸化炭素と水素に転換するシフト反応設備を備えた石炭ガス化システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭を燃焼排ガスで乾燥して石炭中の水分を気体の状態で前記燃焼排ガスに含有させる乾燥機と、
前記乾燥機で乾燥させた石炭と酸化剤を供給して前記石炭を酸化剤と反応させてガス化した生成ガスを生成するガス化炉と、
ガス化炉の下流側に設置され、前記ガス化炉から供給された生成ガス中の微粒子を除去する脱塵装置と、
前記乾燥機の下流側に設置され、前記乾燥機で石炭を乾燥させた後の燃焼排ガスを冷却して該燃焼排ガス中の水分を液体にする凝縮熱交換器と、
前記凝縮熱交換器の下流側に設置され、前記凝縮熱交換器を経た燃焼排ガスと該凝縮熱交換器で凝縮した水を導いて前記燃焼排ガスから水を回収する水回収搭と、
前記水回収搭で燃焼排ガスから回収した水を前記凝縮熱交換器に導いて燃焼排ガスと間接熱交換させて昇温させると共に、この凝縮熱交換器で昇温した水を前記ガス化炉又はガス火炉の下流側に供給するように配設された水供給系統と、
前記脱塵装置の下流側に設置され、該脱塵装置で微粒子を除去した生成ガスと水蒸気を導いてこの生成ガス中の一酸化炭素と水蒸気をシフト反応させて二酸化炭素と水素に転換するシフト反応設備を備えたことを特徴とする石炭ガス化システム。
【請求項２】
請求項１に記載された石炭ガス化システムにおいて、
前記ガス化炉の下流側で、且つ、前記脱塵装置の上流側に該ガス化炉から供給された生成ガスを冷却する冷却塔が設置されており、
前記凝縮熱交換器で昇温した水を該ガス化炉の下流側に設置した冷却塔に供給するように前記水供給系統が配設されていることを特徴とする石炭ガス化システム。
【請求項３】
石炭を乾燥する乾燥機と、前記乾燥機で乾燥させた石炭と酸化剤を反応させてガス化した生成ガスを生成するガス化炉と、前記ガス化炉の下流側に設置され、該ガス化炉で生成した生成ガス中の一酸化炭素と水蒸気をシフト反応させて二酸化炭素と水素に転換するシフト反応設備と、前記シフト反応設備の下流側に設置され、シフト反応後の生成ガスから硫黄化合物等を除去するガス精製設備と、前記ガス精製設備で精製した生成ガスを燃料として燃焼して発電するガスタービン装置を備えた石炭ガス化発電システムにおいて、
前記乾燥機は、ガスタービン装置のガスタービンから排出した燃焼排ガスを供給して該乾燥機内の石炭を乾燥させて石炭中の水分を燃焼排ガスに含有させると共に、乾燥した石炭を酸化剤と反応させてガス化する前記ガス化炉に供給するように構成し、
前記乾燥機の下流側に該乾燥機から排出された燃焼排ガスに含まれる微粒子を除去する脱塵装置を設置し、
前記脱塵装置の下流側に設置され、前記乾燥機で石炭を乾燥させた後の燃焼排ガスを冷却して該燃焼排ガス中の水分を液体にする凝縮熱交換器を設置し、
前記凝縮熱交換器の下流側に設置され、前記凝縮熱交換器を経た燃焼排ガスと該凝縮熱交換器で凝縮した水を導いて前記燃焼排ガスから水を回収する水回収搭を設置し、
前記水回収搭で燃焼排ガスから回収した水を前記凝縮熱交換器に導いて燃焼排ガスと間接熱交換させて昇温させると共に、この凝縮熱交換器で昇温した水を前記ガス化炉の下流側に位置する機器に供給するように配設された水供給系統を設置し、
前記水回収搭で燃焼排ガスから回収した水を前記水供給系統から分岐して、前記ガスタービン装置のガスタービン圧縮機で加圧されてガスタービン燃焼器に供給する空気を加湿する増湿器に供給するように別の水供給系統を配設し、
前記脱塵装置の下流側に設置され、該脱塵装置で微粒子を除去した生成ガスと水蒸気を導いてこの生成ガス中の一酸化炭素と水蒸気をシフト反応させて二酸化炭素と水素に転換するシフト反応設備を設置したことを特徴とする石炭ガス化発電システム。
【請求項４】
請求項３に記載された石炭ガス化発電システムにおいて、
前記凝縮熱交換器で昇温した水を前記ガス化炉の下流側に設置された機器であるガス火炉の熱回収部又は該ガス化炉で生成した生成ガスを冷却する冷却塔に供給するように前記水供給系統が配設されていることを特徴とする石炭ガス化発電システム。
【請求項５】
石炭を乾燥する乾燥機と、前記乾燥機で乾燥させた石炭と酸化剤を反応させてガス化した生成ガスを生成するガス化炉と、前記ガス化炉の下流側に設置され、該ガス化炉で生成した生成ガス中の一酸化炭素と水蒸気をシフト反応させて二酸化炭素と水素に転換するシフト反応設備と、前記シフト反応設備の下流側に設置され、シフト反応後の生成ガスから硫黄化合物等を除去するガス精製設備と、前記ガス精製設備で精製した生成ガスを燃料として燃焼して発電するガスタービン装置を備えた石炭ガス化発電システムにおいて、
前記乾燥機は、ガスタービン装置のガスタービンから排出した燃焼排ガスを供給して該乾燥機内の石炭を乾燥させて石炭中の水分を燃焼排ガスに含有させると共に、乾燥した石炭を酸化剤と反応させてガス化する前記ガス化炉に供給するように構成し、
前記乾燥機の下流側に該乾燥機から排出された燃焼排ガスに含まれる微粒子を除去する脱塵装置を設置し、
前記脱塵装置の下流側に設置され、前記乾燥機で石炭を乾燥させた後の燃焼排ガスを冷却して該燃焼排ガス中の水分を液体にする第１の凝縮熱交換器を設置し、
前記第１の凝縮熱交換器の下流側に設置され、前記第１の凝縮熱交換器を経た燃焼排ガスと該第１の凝縮熱交換器で凝縮した水を導いて前記燃焼排ガスから水を回収する第１の水回収搭を設置し、
前記第１の水回収搭で燃焼排ガスから回収した水を前記第１の凝縮熱交換器に導いて燃焼排ガスと間接熱交換させて昇温させると共に、この第１の凝縮熱交換器で昇温した水を前記ガス化炉の下流側に設置されてガス化炉で生成した生成ガスを冷却する冷却塔に供給するように第１の水供給系統を配設し、
ガスタービン装置のガスタービンから排出した燃焼排ガスを前記乾燥機の上流側で分岐して導き、この分岐して導いた燃焼排ガスを冷却して該燃焼排ガス中の水分を液体にする第２の凝縮熱交換器を設置し、
前記第２の凝縮熱交換器の下流側に設置され、前記第２の凝縮熱交換器を経た燃焼排ガスから水を回収する第２の水回収搭を設置し、
前記第２の水回収搭で燃焼排ガスから回収した水を前記第２の凝縮熱交換器に導いて燃焼排ガスと間接熱交換させて昇温させると共に、この第２の凝縮熱交換器で昇温した水を前記ガスタービン装置のガスタービン圧縮機で加圧されてガスタービン燃焼器に供給する空気を加湿する増湿器に供給する第２の水供給系統を配設し、
前記脱塵装置の下流側に設置され、該脱塵装置で微粒子を除去した生成ガスと水蒸気を導いてこの生成ガス中の一酸化炭素と水蒸気をシフト反応させて二酸化炭素と水素に転換するシフト反応設備を設置したことを特徴とする石炭ガス化発電システム。
【請求項６】
請求項５に記載された石炭ガス化発電システムにおいて、
前記乾燥機は複数台を並列に配置させて、これらの複数台の乾燥機にガスタービン装置のガスタービンから排出した燃焼排ガスを供給して該乾燥機内の石炭を乾燥させて石炭中の水分を燃焼排ガスに含有させると共に、乾燥した石炭を酸化剤と反応させてガス化する前記ガス化炉に供給するように構成し、
前記並列に配置された複数台の乾燥機の下流側に該乾燥機から排出された燃焼排ガスに含まれる微粒子を除去する前記脱塵装置を設置したことを特徴とする石炭ガス化発電システム。
【請求項７】
請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載された石炭ガス化発電システムにおいて、
ガス化炉に供給する石炭の供給量と酸化剤の供給量からガス化炉で生成する生成ガスの流量及びガスの組成を計算し、計算した生成ガスの流量及びガスの組成に基づいて、目標とする一酸化炭素転化率を得るために必要な前記シフト反応器の入口側の水蒸気／一酸化炭素比を演算すると共に、この水蒸気／一酸化炭素比の演算値を得るために必要な水の供給量を演算する制御装置を設置し、
前記制御装置によって演算した水の供給量に基づいて前記水回収塔から前記ガス化炉の熱回収部、または前記ガス化炉の下流側の冷却塔に供給する水の供給量を調節するようにしたことを特徴とする石炭ガス化発電システム。
【請求項８】
請求項７に記載された石炭ガス化発電システムにおいて、
前記制御装置は、ガス化炉下流に設置された前記脱塵装置の入口側に設置した生成ガスの温度計に基づいて生成ガスの温度が規定値以下になるように前記ガス化炉の熱回収部、または前記ガス化炉の下流側の冷却塔に供給する水の供給量を演算することを特徴とする石炭ガス化発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭をガス化して一酸化炭素と水素を主成分とするガスを得る石炭ガス化システム、及び石炭をガス化した生成ガスを燃料としてガスタービンで発電する石炭ガス化発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭は古代の植物などが、地中で炭化して出来たものであり、炭化の度合い（固定炭素量）や揮発分量などによって分類されている。
【０００３】
現在、石炭火力発電に使用されている石炭の多くは、瀝青炭に分類されるものである。石炭が含む水分は、同じ瀝青炭でも産地によって異なるが、１０ｗｔ％以下のものが大部分である。
【０００４】
瀝青炭より炭化度が低い炭種は褐炭と呼ばれている。褐炭は、瀝青炭より水分含有量が多く、炭種によっては５０％程度含有するものもある。
【０００５】
石炭を燃料に用いた発電プラントで高効率発電を行うためには、ミルを用いて石炭を微粉砕する必要があるが、水分を多く含む石炭は乾燥しなければミルで粉砕することができない。
【０００６】
褐炭などの水分を多く含む石炭を乾燥した上で発電プラントの燃料に使用する場合に、石炭の乾燥に伴う熱損失により発電プラントの発電効率が低下するため、褐炭は瀝青炭より埋蔵量が多く低価格でも、石炭発電プラント用燃料としての適用は少なかった。
【０００７】
そこで、褐炭などの水分を多く含む石炭を燃料とする石炭火力発電プラントに対して、発電効率を向上するための各種工夫が提案されている。
【０００８】
特開２０１１−２１４８１４号公報（特許文献１）に記載された技術は、水分を多く含む石炭を流動層乾燥装置で乾燥する方法が示されている。流動層は水蒸気で流動化され、流動層には伝熱管を介して石炭を乾燥するための熱が供給される。
【０００９】
前記特許文献１に記載された技術では、２００℃程度の水蒸気を流動媒体として供給する場合でも、伝熱管を介した熱供給が必要なのは、石炭中の水分を気化させるために必要な熱量が大きいためであり、伝熱管を介した熱供給がないと、流動媒体として供給した水蒸気の温度が低下し、水分が凝縮するからである。
【００１０】
前記特許文献１では、流動層乾燥装置で石炭中の水分を水蒸気にすることができるので、流動化に用いた水蒸気とともに流動層乾燥装置から排出して蒸気タービンに供給し、乾燥に用いた熱の一部を電力として回収することが可能になる。なお、流動層から排出される水蒸気は石炭の微粒子を含むので、蒸気タービンに供給する前に脱塵が必要である。
【００１１】
特開２０１０−１０６７２２号公報（特許文献２）に記載された技術は、石炭ガス化複合発電で水分を多く含む石炭を燃料として高効率発電する方法を示すものである。
【００１２】
石炭ガス化複合発電は、石炭をガス化し、得られた一酸化炭素と水素を含む生成ガスを、ガスタービンと蒸気タービンから構成されるコンバインドサイクル発電の燃料とする。
【００１３】
現在広く普及している石炭火力発電は、石炭をボイラで完全燃焼し、燃焼熱を水蒸気として回収し、この水蒸気で蒸気タービンを駆動して発電する石炭ボイラ発電であるが、石炭ガス化複合発電は、ガス化炉で石炭から発生させた生成ガスを燃料としてガスタービンに供給して、ガスタービン入口における生成ガスの燃焼温度を高めることで、石炭ボイラ発電より高効率化が可能とされている。
【００１４】
前記特許文献２に記載された技術では、ガスタービン出口の排ガスの顕熱を、排熱回収ボイラで水蒸気として回収した後に、水分を多く含む石炭の乾燥に用いる。
【００１５】
排熱回収ボイラで排熱回収をした後の排ガスの温度は約１００℃で、従来の火力発電所では有効活用されていなかったものであり、この排ガスのみで石炭を乾燥することができれば発電効率を向上することができる。
【００１６】
しかしながら、この排熱回収をした後の排ガスが保有する熱量だけでは石炭を乾燥する熱量が不足するため、排熱回収前のガスタービン排ガスも使用する必要があるとされており、発電効率の向上効果は限定的である。
【００１７】
石炭をガス化して得られた生成ガスは、発電だけでなく、メタノール、合成軽油、ジメチルエーテルなどの合成の原料となる。
【００１８】
それぞれの合成プロセスにより、適する生成ガス中の水素／一酸化炭素比が異なるため、生成ガスに含まれた一酸化炭素と水蒸気を反応させて、二酸化炭素と水素に変換するシフト反応を進めるシフト反応器を設置し、生成ガス中の水素／一酸化炭素比を調整することが広く行われている。
【００１９】
このシフト反応には触媒が必要であり、前記シフト反応器にはシフト反応触媒が充填されている。シフト反応触媒の性能にもよるが、シフト反応を進めるためには生成ガス中の一酸化炭素の１．２〜２倍の水蒸気が必要であり、工業用水を加熱して水蒸気を製造する必要がある。
【００２０】
また、石炭をガス化して得られた生成ガスを燃料として燃焼させてガスタービンの発電に使用する場合でも、二酸化炭素排出量を削減して地球温暖化を防止するために、生成ガスをガスタービンで燃焼する前に、シフト反応により一酸化炭素と水蒸気を二酸化炭素と水素に変換し、前記変換した二酸化炭素を除去した上で、前記水素を含んだ生成ガスをガスタービンに燃料として供給して燃焼する必要がある。
【００２１】
石炭をガス化して得られた生成ガスに含まれる二酸化炭素の回収率を９０％以上にするためには、石炭の種類にもよるが、シフト反応に用いる水蒸気を供給するために石炭の重量と同レベルの工業用水が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２０１１−２１４８１４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１０６７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
石炭をガス化して得られた生成ガスの水素／一酸化炭素比を調整するためには、生成ガス中の一酸化炭素と水蒸気を反応させて二酸化炭素と水素に変換するシフト反応が必要であり、シフト反応に必要な水蒸気を得るためには多量の工業用水が必要になるという課題がある。
【００２４】
前記特開２０１１−２１４８１４号公報に開示された技術では、石炭の乾燥に用いた熱を蒸気タービンで回収している。ところが、この技術では、石炭から放出される水分を蒸発させて過熱状態とするための熱を外部から供給する必要がある。
【００２５】
石炭を乾燥する流動層乾燥装置出口の蒸気温度は高くても２００℃程度であり、この蒸気を蒸気タービンに供給しても前記蒸気タービンによる電力への変換効率は低いので、熱損失が大きくなるという課題がある。
【００２６】
また前記特開２０１０−１０６７２２号公報に開示された技術では、使われていなかった排熱回収後のガスタービン排ガスを石炭の乾燥に用いることによる発電効率向上効果はある程度あるが、排熱回収後の排ガスだけでは石炭の乾燥に必要な熱量が賄えないために、熱回収前のガスタービン排ガスを加える必要がある。
【００２７】
しかしながら、この技術では、石炭を乾燥させた後の排ガスを大気に放出するので、乾燥に用いた熱を回収することができず、発電効率向上効果は限定的とならざるを得ない。さらに、石炭が含む水分も大気に放散されて有効活用されないので、石炭乾燥後の排ガスからの熱回収と、水分回収が課題となっていた。
【００２８】
本発明の目的は、シフト反応設備のシフト反応によってガス化炉で生成した生成ガス中の一酸化炭素と水素の比を調整可能にしてプラントの効率を向上する石炭ガス化システム及び石炭ガス化発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明の石炭ガス化システムは、石炭を燃焼排ガスで乾燥して石炭中の水分を気体の状態で前記燃焼排ガスに含有させる乾燥機と、前記乾燥機で乾燥させた石炭と酸化剤を供給して前記石炭を酸化剤と反応させてガス化した生成ガスを生成するガス化炉と、ガス化炉の下流側に設置され、前記ガス化炉から供給された生成ガス中の微粒子を除去する脱塵装置と、前記乾燥機の下流側に設置され、前記乾燥機で石炭を乾燥させた後の燃焼排ガスを冷却して該燃焼排ガス中の水分を液体にする凝縮熱交換器と、前記凝縮熱交換器の下流側に設置され、前記凝縮熱交換器を経た燃焼排ガスと該凝縮熱交換器で凝縮した水を導いて前記燃焼排ガスから水を回収する水回収搭と、前記水回収搭で燃焼排ガスから回収した水を前記凝縮熱交換器に導いて燃焼排ガスと間接熱交換させて昇温させると共に、この凝縮熱交換器で昇温した水を前記ガス化炉又はガス化炉の下流側に供給するように配設された水供給系統と、前記脱塵装置の下流側に設置され、該脱塵装置で微粒子を除去した生成ガスと水蒸気を導いてこの生成ガス中の一酸化炭素と水蒸気をシフト反応させて二酸化炭素と水素に転換するシフト反応設備を備えたことを特徴とする。
【００３０】
本発明の石炭ガス化発電システムは、石炭を乾燥する乾燥機と、前記乾燥機で乾燥させた石炭と酸化剤を反応させてガス化した生成ガスを生成するガス化炉と、前記ガス化炉の下流側に設置され、該ガス化炉で生成した生成ガス中の一酸化炭素と水蒸気をシフト反応させて二酸化炭素と水素に転換するシフト反応設備と、前記シフト反応設備の下流側に設置され、シフト反応後の生成ガスから硫黄化合物等を除去するガス精製設備と、前記ガス精製設備で精製した生成ガスを燃料として燃焼して発電するガスタービン装置を備えた石炭ガス化発電システムにおいて、前記乾燥機は、ガスタービン装置のガスタービンから排出した燃焼排ガスを供給して該乾燥機内の石炭を乾燥させて石炭中の水分を燃焼排ガスに含有させると共に、乾燥した石炭を酸化剤と反応させてガス化する前記ガス化炉に供給するように構成し、前記乾燥機の下流側に該乾燥機から排出された燃焼排ガスに含まれる微粒子を除去する脱塵装置を設置し、前記脱塵装置の下流側に設置され、前記乾燥機で石炭を乾燥させた後の燃焼排ガスを冷却して該燃焼排ガス中の水分を液体にする凝縮熱交換器を設置し、前記凝縮熱交換器の下流側に設置され、前記凝縮熱交換器を経た燃焼排ガスと該凝縮熱交換器で凝縮した水を導いて前記燃焼排ガスから水を回収する水回収搭を設置し、前記水回収搭で燃焼排ガスから回収した水を前記凝縮熱交換器に導いて燃焼排ガスと間接熱交換させて昇温させると共に、この凝縮熱交換器で昇温した水を前記ガス化炉の下流側に位置する機器に供給するように水供給系統を配設し、前記水回収搭で燃焼排ガスから回収した水を前記水供給系統から分岐して、前記ガスタービン装置のガスタービン圧縮機で加圧されてガスタービン燃焼器に供給する空気を加湿する増湿器に供給するように別の水供給系統を配設し、前記脱塵装置の下流側に設置され、該脱塵装置で微粒子を除去した生成ガスと水蒸気を導いてこの生成ガス中の一酸化炭素と水蒸気をシフト反応させて二酸化炭素と水素に転換するシフト反応設備を設置したことを特徴とする。
【００３１】
また、本発明の石炭ガス化発電システムは、石炭を乾燥する乾燥機と、前記乾燥機で乾燥させた石炭と酸化剤を反応させてガス化した生成ガスを生成するガス化炉と、前記ガス化炉の下流側に設置され、該ガス化炉で生成した生成ガス中の一酸化炭素と水蒸気をシフト反応させて二酸化炭素と水素に転換するシフト反応設備と、前記シフト反応設備の下流側に設置され、シフト反応後の生成ガスから硫黄化合物等を除去するガス精製設備と、前記ガス精製設備で精製した生成ガスを燃料として燃焼して発電するガスタービン装置を備えた石炭ガス化発電システムにおいて、
前記乾燥機は、ガスタービン装置のガスタービンから排出した燃焼排ガスを供給して該乾燥機内の石炭を乾燥させて石炭中の水分を燃焼排ガスに含有させると共に、乾燥した石炭を酸化剤と反応させてガス化する前記ガス化炉に供給するように構成し、前記乾燥機の下流側に該乾燥機から排出された燃焼排ガスに含まれる微粒子を除去する脱塵装置を設置し、前記脱塵装置の下流側に設置され、前記乾燥機で石炭を乾燥させた後の燃焼排ガスを冷却して該燃焼排ガス中の水分を液体にする第１の凝縮熱交換器を設置し、前記第１の凝縮熱交換器の下流側に設置され、前記第１の凝縮熱交換器を経た燃焼排ガスと該第１の凝縮熱交換器で凝縮した水を導いて前記燃焼排ガスから水を回収する第１の水回収搭を設置し、前記第１の水回収搭で燃焼排ガスから回収した水を前記第１の凝縮熱交換器に導いて燃焼排ガスと間接熱交換させて昇温させると共に、この第１の凝縮熱交換器で昇温した水を前記ガス化炉の下流側に設置されてガス化炉で生成した生成ガスを冷却する冷却塔に供給するように第１の水供給系統を配設し、ガスタービン装置のガスタービンから排出した燃焼排ガスを前記乾燥機の上流側で分岐して導き、この分岐して導いた燃焼排ガスを冷却して該燃焼排ガス中の水分を液体にする第２の凝縮熱交換器を設置し、前記第２の凝縮熱交換器の下流側に設置され、前記第２の凝縮熱交換器を経た燃焼排ガスから水を回収する第２の水回収搭を設置し、前記第２の水回収搭で燃焼排ガスから回収した水を前記第２の凝縮熱交換器に導いて燃焼排ガスと間接熱交換させて昇温させると共に、この第２の凝縮熱交換器で昇温した水を前記ガスタービン装置のガスタービン圧縮機で加圧されてガスタービン燃焼器に供給する空気を加湿する増湿器に供給するように第２の水供給系統を配設し、前記脱塵装置の下流側に設置され、該脱塵装置で微粒子を除去した生成ガスと水蒸気を導いてこの生成ガス中の一酸化炭素と水蒸気をシフト反応させて二酸化炭素と水素に転換するシフト反応設備を設置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、シフト反応設備のシフト反応によってガス化炉で生成した生成ガス中の一酸化炭素と水素の比を調整可能にしてプラントの効率を向上する石炭ガス化システム及び石炭ガス化システムを備えた石炭ガス化発電システムが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】水分を多く含む石炭をガス化するガス化システムであって、石炭から回収した水分をガス化炉に供給する構成を有する本発明の第１実施例である石炭のガス化システムを示す概略構成図。
【図２】水分を多く含む石炭をガス化するガス化システムであって、石炭から回収した水分をガス化炉下流の冷却塔に供給する構成を有する本発明の第２実施例である石炭のガス化システムを示す概略構成図。
【図３】水分を多く含む石炭をガス化した生成ガスを燃料としてガスタービンで発電する本発明の第３実施例である石炭ガス化発電システムを示す概略構成図。
【図４】水分を多く含む石炭をガス化した生成ガスを燃料としてガスタービンで発電する石炭ガス化発電システムであって、石炭から回収した水分をガス化炉下流の冷却塔に供給する構成を有する本発明の第４実施例である石炭ガス化発電システムを示す概略構成図。
【図５】水分を多く含む石炭をガス化した生成ガスを燃料としてガスタービンで発電する石炭ガス化発電システムであって、ガスタービン排ガスから水分を液体として回収する系統を、石炭を乾燥した後に凝縮熱交に導く系統と、別の凝縮熱交に導く系統の２系統の構成を有する本発明の第５実施例である石炭ガス化発電システムを示す概略構成図。
【図６】水分を多く含む石炭をガス化した生成ガスを燃料としてガスタービンで発電する石炭ガス化発電システムであって、石炭の乾燥機を２機以上設置する構成を有する本発明の第６実施例である石炭ガス化発電システムを示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の実施例である石炭ガス化システム及び石炭ガス化発電システムについて、図面を引用して以下に説明する。
【実施例１】
【００３５】
本発明の第１実施例である石炭ガス化システムについて図１を用いて説明する。
【００３６】
図１に示した本実施例の石炭ガス化システムにおいて、燃料となる水分を含む石炭１は、ガスタービン（図示せず）などから排出された燃焼排ガス１４に直接接触させる方式の乾燥機４０によって乾燥する。
【００３７】
乾燥機４０で乾燥した石炭１は、この乾燥機４０の下流側に設置されたガス化炉５０に供給され、この石炭１と外部から該ガス化炉５０に供給した酸素などの酸化剤２と反応させて、前記ガス化炉５０で一酸化炭素と水素を主成分とする生成ガス２０を生成する。
【００３８】
ここで、前記ガス化炉５０には、乾燥機４０に供給した燃焼排ガス１４が石炭１を乾燥させた後に該乾燥機４０の出口から排出される排ガス１４ａとなってガス化炉５０に供給されるが、前記乾燥機４０で回収した水分１４ｄも乾燥機４０から前記ガス化炉５０に供給される。
【００３９】
また、前記乾燥機４０で石炭１を乾燥させ、この乾燥機４０の出口から排出された排ガス１４ａには、石炭１に含まれた水分が水蒸気１４ｃとなって含まれている。
【００４０】
そこで、この水蒸気１４ｃを含んだ前記排ガス１４ａを、前記乾燥機４０の下流側に設置された凝縮熱交換器７０に導いて冷却し排ガス１４ａ中の水蒸気１４ｃの一部を凝縮させ、凝縮熱交換器７０の下流側に設置された水回収塔６５に導いて回収する。
【００４１】
さらに、前記凝縮熱交換器７０で凝縮しなかった排ガス１４ａ中の残りの水蒸気１４ｃを排ガス１４ａと共に水回収塔６５に導き、外部から供給した液体の水１０を前記水回収塔６５内に噴霧して排ガス１４ａ中の残りの大部分の水蒸気１４ｃを凝縮させ、この水回収塔６５によって液体の水１４ｂとして回収する。
【００４２】
前記水回収塔６５で排ガス１４ａから回収された水１４ｂは、この水回収塔６５から凝縮熱交換器７０に供給されて排ガス１４ａとの間接的な熱交換によって昇温し、この凝縮熱交換器７０を経由して水供給系統１５を通じて前記ガス化炉５０に供給されるが、前記ガス化炉５０で生成した生成ガス２０の顕熱によって加熱されて水蒸気になる。
【００４３】
そして、この水蒸気を含んだ生成ガス２０は、前記ガス化炉５０の下流側に設置された脱塵装置５３に供給され、前記脱塵装置５３にて生成ガス２０中に含まれる未反応石炭粒子などを除去して清浄化した生成ガス２０となって該脱塵装置５３の下流側に設置されたシフト反応器５５に供給される。
【００４４】
このシフト反応器５５では、生成ガス２０中の一酸化炭素と水蒸気１２をシフト反応（Ｈ２Ｏ＋ＣＯ→ＣＯ２＋Ｈ２）させて、二酸化炭素と水素とに変換させる。
【００４５】
ここで、生成ガス２０中の水蒸気／一酸化炭素比が、目標とする一酸化炭素転化率を得るために必要な値よりも小さい場合には、前記シフト反応器５５の入口側で水蒸気１２を生成ガス２０中に供給して、生成ガス２０中の水蒸気／一酸化炭素比が目標値に達するようにしている。
【００４６】
水分の多い石炭を燃料として発電する石炭ガス化システムでは石炭を乾燥させるための熱損失が大きかったが、本実施例の石炭ガス化システムによれば、石炭乾燥に用いた熱をガス化炉あるいは冷却塔出口の生成ガスの顕熱として回収することが可能である。
【００４７】
また、石炭ガス化システムで生成ガス中の水素／一酸化炭素比を調整する場合では、生成ガスをシフト反応させるために、シフト反応触媒の性能にもよるが、石炭中の炭素の質量と同レベルの多量の工業用水が必要であったが、本実施例の石炭ガス化システムによれば、石炭が保有する水分を生成ガスに与えることができるため、工業用水が不要となり、ランニングコストを大幅に低減することができる。
【００４８】
上記したように、本実施例によれば、シフト反応設備のシフト反応によってガス化炉で生成した生成ガス中の一酸化炭素と水素の比を調整可能にしてプラントの効率を向上する石炭ガス化システムが実現できる。
【実施例２】
【００４９】
次に本発明の第２実施例である石炭ガス化システムについて、図２を用いて説明する。
【００５０】
図２に示された本実施例の石炭ガス化システムは、図１に示した第１実施例の石炭ガス化システムと基本的な構成は同じなので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。
【００５１】
図１に示した第１実施例の石炭ガス化システムでは、燃焼排ガスから回収した液体の水はガス化炉５０に供給したが、図２に示した本実施例の石炭ガス化システムでは、ガス化炉５０の下流側で、且つ、脱塵装置５３の上流側となる位置に冷却塔５２を設置し、この冷却塔５２に前記ガス化炉５０で生成した生成ガス２０を供給して、前記冷却塔５２によって生成ガス２０を冷却するように構成している。
【００５２】
本実施例の石炭ガス化システムでは、前記水回収塔６５で排ガス１４ａから回収された水１４ｂは、この水回収塔６５から凝縮熱交換器７０に供給されて排ガス１４ａとの間接的な熱交換によって昇温し、この凝縮熱交換器７０を経由して水供給系統１７を通じて前記ガス化炉５０の下流側にある冷却塔５２に供給され、この冷却塔５２にて前記ガス化炉５０から供給される生成ガス２０を冷却する構成となっている。
【００５３】
そして前記冷却塔５２によって冷却した生成ガス２０を脱塵装置５３に供給し、この脱塵装置５３にて前記ガス化炉５０から冷却塔５２を経由して供給される生成ガス２０に含まれる未反応石炭粒子などを除去して清浄化して、この清浄化した生成ガス２０を該脱塵装置５３の下流側に設置されたシフト反応器５５に供給する。
【００５４】
そして、水蒸気１２も外部から前記シフト反応器５５に供給するように構成している。
【００５５】
前記水回収塔６５から水供給系統１７を通じて凝縮熱交換器７０を経由して冷却塔５２に供給された液体の水１４ｂは、第１実施例の石炭ガス化システムである水回収塔６５から水供給系統１５を通じて凝縮熱交換器７０を経由してガス化炉５０に供給した液体の水１４ｂの場合と同様に、生成ガス２０の顕熱によって前記冷却塔５２にて水蒸気となる。
【００５６】
水分の多い石炭を燃料として発電する石炭ガス化システムでは石炭を乾燥させるための熱損失が大きかったが、本実施例の石炭ガス化システムによれば、石炭乾燥に用いた熱をガス化炉あるいは冷却塔出口の生成ガスの顕熱として回収することが可能である。
【００５７】
また、石炭ガス化システムで生成ガス中の水素／一酸化炭素比を調整する場合では、生成ガスをシフト反応させるために、シフト反応触媒の性能にもよるが、石炭中の炭素の質量と同レベルの多量の工業用水が必要であったが、本実施例の石炭ガス化システムによれば、石炭が保有する水分を生成ガスに与えることができるため、工業用水が不要となり、ランニングコストを大幅に低減することができる。
【００５８】
上記したように、本実施例によれば、シフト反応設備のシフト反応によってガス化炉で生成した生成ガス中の一酸化炭素と水素の比を調整可能にしてプラントの効率を向上する石炭ガス化システムが実現できる。
【実施例３】
【００５９】
次に本発明の第３実施例である石炭ガス化発電システムについて図３を用いて説明する。
【００６０】
図３に示された本実施例の石炭ガス化発電システムにおいて、燃料となる水分を含む石炭１は、ガスタービン装置を構成するガスタービン６２から排出した燃焼排ガス１４と直接接触させる方式の乾燥機４０に供給して乾燥させる。
【００６１】
前記乾燥機４０でガスタービン６２から排出した燃焼排ガス１４と直接接触して乾燥した石炭１は、図示していない粉砕機によって微粉砕された後に、石炭搬送ガス３である窒素Ｎ２により搬送してガス化炉５０に供給される。
【００６２】
前記ガス化炉５０では、供給された石炭１を、外部から該ガス化炉５０に供給した酸素などの酸化剤２と反応させてガス化し、一酸化炭素と水素を主成分とする生成ガス２０を生成する。
【００６３】
ここで、前記ガス化炉５０は高温で運転されており、石炭１が含む灰分は溶融スラグ５としてガス化炉５０から外部に排出される。
【００６４】
前記乾燥機４０で石炭１の乾燥に使用された燃焼排ガス１４は、この乾燥機４０の出口から排ガス１４ａとして乾燥機４０の下流側に排出されるが、前記乾燥機４０で排ガス１４から回収した水分１４ｄが石炭搬送ガス３の窒素Ｎ２と共にガス化炉５０に供給される。
【００６５】
本実施例の石炭ガス化発電システムでは、乾燥機４０の下流側に燃焼排ガス１４ａから水を回収する水回収塔６５が設置されており、乾燥機４０の出口から排出された燃焼排ガス１４ａに含まれた水蒸気１４ｃを乾燥機４０の下流側に設置した凝縮熱交換器７０で冷却して前記水回収塔６５に導くと共に、前記水回収塔６５に外部から供給した液体の水１０を噴霧して排ガス１４ａ中の残りの大部分の水蒸気１４ｃを凝縮させ、この水回収塔６５によって液体の水１４ｂとして回収する。
【００６６】
水回収塔６５に外部から水１０を供給する前記水回収塔６５への水１０の供給水量は、水回収塔６５の水面レベルをレベル計９１で計測し、このレベル計９１で計測した計測値に基づいて水回収塔６５に水１０を供給する流量調整弁８１の開閉を操作して調節している。この水回収塔６５で発生したなガスは煙突６６から大気中に排出している。
【００６７】
本実施例の石炭ガス化発電システムにおいては、前記水回収塔６５によって燃焼排ガス２０ａに含まれた水１４ｂを回収し、水回収塔６５から水供給系統１５を通じて水１４ｂをガス化炉５０の熱回収部５１に供給しているが、前記水回収塔６５から水供給系統１５を通じて供給される水１４ｂは、ガス化炉５０の反応部の下流側に位置して前記ガス化炉５０と一体に設けられた熱回収部５１に複数段に分けて噴霧して供給しており、前記熱回収部５１にてガス化炉５０内で生成された生成ガス２０と数段に分けて噴霧した水１４ｂを直接接触させるものである。
【００６８】
本実施例の石炭ガス化発電システムに備えられた石炭ガス化システムには、図１に示した第１実施例と同じ基本構成の石炭ガス化システムが採用されている。
【００６９】
水回収塔６５から水供給系統１５を通じてガス化炉５０の熱回収部５１に供給する水１４ｂの供給量は、前記ガス化炉５０及び脱塵装置５３の下流側に設置したシフト反応器５５において、生成ガス２０中の水蒸気／一酸化炭素比が、目標とする一酸化炭素転化率を得るために必要な範囲となるように前記ガス化炉５０の熱回収部５１に供給する水１４ｂの供給量を調整する。
【００７０】
すなわち、ガス化炉５０への石炭供給量及び酸素供給量、シフト反応器５５に充填したシフト反応触媒の性能、目標とする一酸化炭素転化率などのプラント情報・運転目標８７を制御装置８６に入力し、制御装置８６でガス化炉５０の出口ガスの流量及び水蒸気／一酸化炭素比、シフト反応器５５の入口で必要な水蒸気濃度／一酸化炭素比をそれぞれ演算し、これらの演算値を用いて必要な水１４ｂの供給量を求め、この水１４ｂの供給量がガス化炉５０の熱回収部５１に供給できるように、制御装置８６から出力した操作信号に基づいて水供給系統１５に設置した流量調整弁８０の開閉を制御して水回収搭６５から水供給系統１５を通じてガス化炉５０の熱回収部５１に供給する水１４ｂの供給量を調節する。
【００７１】
なお、ガス化炉５０で生成した生成ガス２０と、水１４ｂとが直接接触させることにより、生成ガス２０の温度は低下する。ガス化炉５０の下流側に設置した脱塵装置５３で水分の凝縮を防止するために、脱塵装置５３の入口側の温度は規定値以上に保持する必要があるので、ガス化炉５０の下流側に設置した脱塵装置５３の入口側に温度計９０を設置し、この温度計９０で検出した脱塵装置５３の入口側の生成ガス２０の温度を前記制御装置８６に入力し、この制御装置８６による流量調整弁８０の開閉を制御することで、温度計９０で検出した脱塵装置５３の入口側の生成ガス２０の温度が規定温度を下回らない範囲を維持するように、水回収搭６５で回収して該水回収搭６５から水供給系統１５を通じてガス化炉５０の熱回収部５１に供給する水１４ｂの供給量を調整する。
【００７２】
上記したようにガス化炉５０の反応部の下流側に位置して前記ガス化炉５０と一体に設けられた熱回収部５１に複数段に分けて水１４ｂを噴霧して生成ガス２０中に供給することで、ガス化炉５０内で生成された生成ガス２０が局所的に低温になることを防止する。
【００７３】
また、生成ガス２０に局所的な低温部位を発生させないことで、噴霧した水１４ｂを速やかに気化させ、生成ガス２０中の未反応の石炭（チャー）が液体の水の介在により凝集することを防止する。
【００７４】
水回収塔６５から水供給系統１５を通じてガス化炉５０の下流側の熱回収部５１に複数段に分けて供給された水１４ｂは、生成ガス２０の顕熱によって水蒸気になる。
【００７５】
この水蒸気を含んだ生成ガス１６は、ガス化炉５０の下流側の熱回収部５１から該熱回収部５１の下流側に設置されたノックアウトドラム５７に供給され、液体の状態で残存する水分を除去したのちに、該ノックアウトドラム５７の下流側に設置された脱塵装置５３に供給される。
【００７６】
脱塵装置５３では、生成ガス１６中に含まれるチャー６と呼ばれる未反応石炭粒子などを回収して除去する。前記脱塵装置５３から回収されたチャー６は、窒素４によってガス化炉５０に搬送されるので、このように未反応石炭粒子をガス化炉５０に戻すように構成することで、本実施例の石炭ガス化発電システムでは石炭の利用効率を向上することが可能となる。
【００７７】
ここで、水回収塔６５で回収された液体の水１４ｂの一部は、上述のように水回収塔６５から凝縮熱交換器７０を経由して水供給系統１５を通じてガス化炉５０側の下流側の熱回収部５１に供給するが、水回収塔６５で回収された液体の水１４ｂの残りは、ガスタービン圧縮機６１で圧縮された空気を増湿するために、水回収塔６５から凝縮熱交換器７０に水１４ｂを供給する前記水供給系統１５の途中から分岐した水分岐系統１５ｂを通じて前記水１４ｂの一部を前記ガスタービン圧縮機６１の下流側に設置した増湿塔６４に供給している。
【００７８】
そして前記増湿塔６４に水１４ｂを供給することによって増湿されたガスタービン圧縮機６１で圧縮された空気は、ガスタービン６２から排出した燃焼排ガス１４と間接熱交換させるために、前記増湿塔６４の下流側で、且つ、前記ガスタービン燃焼器６０の上流側に位置する熱交換器７４に導かれ、前記熱交換器７４によって増湿された空気をガスタービン６２から排出した燃焼排ガス１４によって昇温した上でガスタービン燃焼器６０に供給され、シフト反応器５５でシフト反応した後の生成ガス１３である燃料の水素と共に前記ガスタービン燃焼器６０で燃焼され、高温の燃焼ガス１４を発生してガスタービン６２を駆動する。
【００７９】
前記ガスタービン６２はガスタービン圧縮機６１及びガスタービン発電機６３を駆動し、前記ガスタービン発電機６３で発電する。
【００８０】
前記脱塵装置５３で脱塵した後の生成ガス１６は、ノックアウトドラム５７よりも下流の脱塵装置５３の下流側に設置した水洗塔５４に供給され、この水洗塔５４に外部から供給した水８によって生成ガス１６中のハロゲン等を洗浄して除去し、この浄化された生成ガス１６は水洗塔５４の下流側に設置した熱交換器７１を経由して昇温した後に該水洗塔５４の下流側に設置したシフト反応器５５に供給される。
【００８１】
ガス化炉５０で生成した生成ガス１６を脱塵装置５３で脱塵させた後に水洗塔５４に通ガスすることで生成ガス１６の温度は低下するが、水洗塔５４で洗浄した生成ガス１６を前記熱交換器７１に熱源として流下させ、前記水洗塔５４に流入前である生成ガス１６と前記熱交換器７１にて間接熱交換させて昇温することで、生成ガス１６の熱損失を低減している。
【００８２】
前記水洗塔５４で洗浄された生成ガス１６は、熱交換器７１で昇温された後に該水洗塔５４の下流側に設置したシフト反応器５５に供給され、このシフト反応器５５によって生成ガス１６中の一酸化炭素と水蒸気をシフト反応させて二酸化炭素と水素とに変換させる。
【００８３】
そして前記シフト反応器５５の入口における生成ガス１６中の水蒸気／一酸化炭素比が、目標とする一酸化炭素転化率を得るために必要な値よりも小さい場合には、シフト反応器５５の入口側で生成ガス１６中に外部から供給する水蒸気１２の供給量を増加させる。
【００８４】
シフト反応器５５によるシフト反応後の生成ガス１３は、生成ガス１３から硫黄化合物等を除去するガス精製設備を構成する吸収塔５６に供給され、このシフト反応器５５の下流側に設置した前記吸収塔５６において、生成ガス１３と、例えばメチルジエタノールアミンなどを主成分とする吸収液１１を接触させて、生成ガス１３に含まれている硫化水素などの硫黄化合物と、二酸化炭素を除去して、燃料となる水素を含んだ生成ガス１３を生成する。
【００８５】
前記シフト反応器５５の出口の生成ガス１３の温度が２００〜３００℃であるのに対し、吸収塔５６の運転温度は約４０℃であり、吸収塔５６に生成ガス１３を通ガスすることで前記生成ガス１３の温度が低下することになる。
【００８６】
そこで、前記シフト反応器５５の出口の生成ガス１３は、シフト反応器５５の下流側で、且つ、吸収塔５６の上流側に位置する熱交換器７３によって吸収塔５６の出口の生成ガス１３と間接熱交換させて減温し、シフト反応器５５の出口の生成ガス１３の熱を、前記吸収塔５６の出口の生成ガス１３に与えることで、この生成ガス１３の熱損失を防止している。
【００８７】
なお、シフト反応器５５の出口の生成ガス１３の温度は、この熱交換器７３を通過後も、吸収塔５６の運転温度よりも高いので、熱交換器７３により冷却した上で吸収塔５６に通ガスするように構成している。
【００８８】
吸収塔５６で吸収液１１によって生成ガス１３に含まれた硫黄化合物を除去した水素を含んだ生成ガス１３は、前記吸収塔５６からシフト反応器５５の下流側で、且つ、吸収塔５６の上流側に位置する熱交換器７２によって昇温されてガスタービン装置を構成するガスタービン燃焼器６０に燃料として供給され、ガスタービン燃焼器６０で燃焼して高温の燃焼排ガス１４を発生してこの燃焼排ガス１４によってガスタービン６２を駆動する。
【００８９】
前記ガスタービン６２はガスタービン圧縮機６１及びガスタービン発電機６３を駆動し、前記ガスタービン発電機６３で発電する。
【００９０】
前記ガスタービン燃焼器６０において、ガスタービン燃焼器６０に供給される水素を含んだ燃料の生成ガス１３を燃焼する空気２６は、ガスタービン圧縮機６１によって大気から取り込まれて加圧される。
【００９１】
このガスタービン圧縮機６１の入口側では液体の噴霧水９を空気２６中に噴霧しており、ガスタービン圧縮機６１によって空気２６を圧縮時に発生する熱が、この噴霧水９の気化に使われて空気２６の温度上昇を防止し、圧縮に伴う熱損失を防止している。
【００９２】
脱塵装置５３で脱塵後の生成ガス１６は、水洗塔５４でハロゲン等を除去し、シフト反応器５５に供給する。水洗塔５４に脱塵後の生成ガス１６を通ガスすることで生成ガス１６の温度は低下するので、水洗塔５４の出口ガスの生成ガス１６を脱塵装置５３で脱塵後の生成ガス１６と熱交換器７１により間接熱交換させることで、熱損失を低減する。
【００９３】
シフト反応器５５の入口における生成ガス１６中の水蒸気／一酸化炭素比が、目標とする一酸化炭素転化率を得るために必要な値よりも小さい場合には、シフト反応器５５の入口で外部から水蒸気１２を供給する。
【００９４】
シフト反応器５５によるシフト反応後の生成ガス１３は吸収塔５６に供給し、例えばメチルジエタノールアミンなどを主成分とする吸収液１１と接触させて、硫化水素などの硫黄化合物と、二酸化炭素を除去する。
【００９５】
シフト反応器５５の出口の生成ガス１３の温度が２００〜３００℃であるのに対し、吸収塔５６の運転温度は約４０℃であり、吸収塔５６に通ガスすることで生成ガス１３の温度は低下するので、シフト反応器５５の出口の生成ガス１３は、熱交換器７３により吸収塔５６の出口の生成ガスと間接熱交換させ、シフト反応器５５の出口の生成ガスの熱を、吸収塔５６の出口の生成ガスに与えることで、熱損失を防止する。
【００９６】
なお、シフト反応器５５の出口の生成ガス温度は、この熱交換器７３を通過後も、吸収塔５６の運転温度よりも高いので、熱交換器７３により冷却した上で吸収塔５６に通ガスする。
【００９７】
吸収塔５６で硫黄化合物を除去した生成ガス１３は、ガスタービン燃焼器６０に燃料として供給される。この生成ガス１３を燃焼するための空気２６は、ガスタービン圧縮機６１で加圧する。
【００９８】
このガスタービン圧縮機６１の入口では液体の噴霧水９が噴霧されており、ガスタービン圧縮機６１によって空気２６を圧縮時に発生する熱が、この噴霧水９の気化に使われることにより、空気２６の温度上昇を防止し、圧縮に伴う熱損失を防止している。
【００９９】
本実施例の石炭ガス化発電システムでは、石炭１をガスタービンの燃焼排ガス１４を用いて乾燥させる乾燥機４０において、前記乾燥機４０の出口から排出される燃焼排ガス１４ａに含まれた水分の回収は、まず、排ガス１４ａを乾燥機４０の下流側に設置した脱塵装置４１に導いて排ガス１４ａ中に飛散した石炭微粒子を除去し、次に前記脱塵装置４１の下流側に設置した凝縮熱交換器７０に排ガス１４ａを導いて冷却することにより排ガス１４ａ中の水蒸気の一部を凝縮させ、さらに前記凝縮熱交換器７０の下流側に設置した水回収塔６５に排ガス１４ａを導き、この水回収塔６５にて外部から該水回収塔６５に噴霧された液体の水１０と排ガス１４ａを接触させることで、排ガス１４ａ中の残りの大部分の水蒸気も凝縮させて液体の水１４ｂとして回収するように構成している。
【０１００】
また、水回収塔６５に外部から水１０を供給する前記水回収塔６５への水１０の供給水量は、水回収塔６５の水面レベルをレベル計９１で計測し、このレベル計９１で計測した計測値が規定範囲に入るように、水回収塔６５に水１０を供給する流量調整弁８１の開閉を操作することによって制御している。
【０１０１】
水分の多い石炭を燃料として発電する石炭ガス化発電システムでは、石炭を乾燥させるための熱損失が大きかったが、本実施例によれば、石炭乾燥に用いた熱をガス化炉あるいは冷却塔出口の生成ガスの顕熱として回収することが可能である。
【０１０２】
本実施例の石炭ガス化発電システムでは、生成ガス中の水蒸気は、下流側のシフト反応器において一酸化炭素と反応し、水素と二酸化炭素に変換されるので、シフト反応器の下流側で温度を下げてガス精製をした場合にも、水蒸気の凝縮による熱損失は小さく、石炭乾燥に用いた熱の大部分をガスタービンによる発電に与えることができる。
【０１０３】
そして、ガスタービン入口の燃焼ガスの温度は１３００℃〜１５００℃とすることが可能であり、２００℃程度の蒸気を用いた蒸気タービンによる発電よりも高温で熱サイクルを駆動できるため、高効率であり、熱損失を大幅に低減することが可能である。
【０１０４】
また、本実施例の石炭ガス化システムで生成ガス中の水素／一酸化炭素比を調整する場合や、二酸化炭素回収型石炭ガス化発電システムでは、生成ガスをシフト反応させるために、シフト反応触媒の性能にもよるが、石炭中の炭素の質量と同レベルの多量の工業用水が必要であったが、本実施例によれば、石炭が保有する水分を生成ガスに与えることができるため、工業用水が不要となり、ランニングコストを大幅に低減することができる。
【０１０５】
上記したように、本実施例によれば、シフト反応設備のシフト反応によってガス化炉で生成した生成ガス中の一酸化炭素と水素の比を調整可能にしてプラントの効率を向上する石炭ガス化発電システムが実現できる。
【実施例４】
【０１０６】
次に本発明の第４実施例である石炭ガス化発電システムについて、図４を用いて説明する。
【０１０７】
図４に示された本実施例の石炭ガス化発電システムは、図３に示した第３実施例の石炭ガス化発電システムと基本的な構成は同じなので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。
【０１０８】
図３に示した第３実施例の石炭ガス化発電システムでは、乾燥機４０出口の排ガス１４ａから回収した水１４ｄをガス化炉５０の反応部下流の熱回収部５１に複数段に分けて噴霧して供給する方法を示したが、図４に示した本実施例の石炭ガス化発電システムでは、ガス化炉５０の下流側で、且つ、脱塵装置５３の上流側となる位置に冷却塔５２を設置し、この冷却塔５２に水回収搭６５から回収した水１４ｂを凝縮熱交換器７０を経由して水供給系統１５を通じて前記冷却塔５２に噴霧して供給するように構成されている。
【０１０９】
本実施例の石炭ガス化発電システムに備えられた石炭ガス化システムには、図２に示した第２実施例と同じ基本構成の石炭ガス化システムが採用されている。
【０１１０】
本実施例の石炭ガス化発電システムにおいて、冷却塔５２に供給する水１４ｂの供給量は、図３に示した第３実施例の石炭ガス化発電システムと同様に、前記ガス化炉５０及び脱塵装置５３の下流側に設置したシフト反応器５５において、生成ガス２０中の水蒸気／一酸化炭素比が、目標とする一酸化炭素転化率を得るために必要な範囲となるように前記冷却塔５２に供給する水１４ｂの供給量を調整する。
【０１１１】
すなわち、ガス化炉５０への石炭供給量及び酸素供給量、シフト反応器５５に充填したシフト反応触媒の性能、目標とする一酸化炭素転化率などのプラント情報・運転目標８７を制御装置８６に入力し、制御装置８６でガス化炉５０の出口ガスの流量及び水蒸気／一酸化炭素比、シフト反応器５５の入口で必要な水蒸気濃度／一酸化炭素比をそれぞれ演算し、これらの演算値を用いて必要な水１４ｂの供給量を求め、この水１４ｂの供給量が第３実施例のガス化炉５０の熱回収部５１に替えて、本実施例ではガス化炉５０の下流側に設置した冷却塔５２に供給できるように、制御装置８６から出力した操作信号に基づいて水供給系統１５に設置した流量調整弁８０の開閉を制御して水回収搭６５から水供給系統１５を通じて冷却塔５２に供給する水１４ｂの供給量を調節するように構成している。
【０１１２】
水分の多い石炭を燃料として発電する石炭ガス化発電システムでは、石炭を乾燥させるための熱損失が大きかったが、本実施例によれば、石炭乾燥に用いた熱をガス化炉あるいは冷却塔出口の生成ガスの顕熱として回収することが可能である。
【０１１３】
本実施例の石炭ガス化発電システムでは、生成ガス中の水蒸気は、下流側のシフト反応器において一酸化炭素と反応し、水素と二酸化炭素に変換されるので、シフト反応器の下流側で温度を下げてガス精製をした場合にも、水蒸気の凝縮による熱損失は小さく、石炭乾燥に用いた熱の大部分をガスタービンによる発電に与えることができる。
【０１１４】
そして、ガスタービン入口の燃焼ガスの温度は１３００℃〜１５００℃とすることが可能であり、２００℃程度の蒸気を用いた蒸気タービンによる発電よりも高温で熱サイクルを駆動できるため、高効率であり、熱損失を大幅に低減することが可能である。
【０１１５】
また、本実施例の石炭ガス化システムで生成ガス中の水素／一酸化炭素比を調整する場合や、二酸化炭素回収型石炭ガス化発電システムでは、生成ガスをシフト反応させるために、シフト反応触媒の性能にもよるが、石炭中の炭素の質量と同レベルの多量の工業用水が必要であったが、本実施例によれば、石炭が保有する水分を生成ガスに与えることができるため、工業用水が不要となり、ランニングコストを大幅に低減することができる。
【０１１６】
上記したように、本実施例によれば、シフト反応設備のシフト反応によってガス化炉で生成した生成ガス中の一酸化炭素と水素の比を調整可能にしてプラントの効率を向上する石炭ガス化発電システムが実現できる。
【実施例５】
【０１１７】
次に本発明の第５実施例である石炭ガス化発電システムについて、図５を用いて説明する。
【０１１８】
図５に示された本実施例の石炭ガス化発電システムは、図４に示した第４実施例の石炭ガス化発電システムと基本的な構成は同じなので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。
【０１１９】
本実施例の石炭ガス化発電システムに備えられた石炭ガス化システムには、第４実施例の石炭ガス化システムと同様に、図２に示した第２実施例と同じ基本構成の石炭ガス化システムが採用されている。
【０１２０】
本実施例の石炭ガス化発電システムでは、ガスタービン６２から排出された燃焼排ガス１４が含有する水分を凝縮させて回収する水回収系統が２系統配設されている。
【０１２１】
ガスタービンの燃焼排ガス１４が含有する水分を凝縮させて回収する２系統配設された水回収系統のうち、一方の水供給系統１５ａは、ガスタービン６２から排出された燃焼排ガス１４を石炭乾燥機４０で石炭１の乾燥に使用させた後に、燃焼排ガス１４ａとして凝縮熱交換器７０ａを経由させて水回収塔６５に供給し、この水回収塔６５で燃焼排ガス１４ａから回収された水１４ｂを、該水回収塔６５から水供給系統１５ａを通じてガス化炉５０の下流に設置された冷却塔５２に供給するように構成した一方の水供給系統１５ａである。
【０１２２】
また、図３に示した第３実施例の石炭ガス化発電システムで示したように、この水回収塔６５で回収された水１４ｂの供給先として、ガス化炉５０の反応部の下流側のガス化炉熱回収部５１に供給することも可能である。
【０１２３】
本実施例の石炭ガス化発電システムにおいて、ガスタービンの燃焼排ガス１４が含有する水分を凝縮させて回収する２系統配設された水回収系統のうち、他方の水供給系統１６ｂは、図５の本実施例の石炭ガス化発電システムに示したように、ガスタービン６２から排出された燃焼排ガス１４を石炭乾燥機４０の上流側から分岐して凝縮熱交換器７０ｂを経由させて、前記水回収塔６５とは別設された水回収塔６７に供給し、この水回収塔６７で燃焼排ガス１４から水１６ｂを回収し、前記水回収塔６７から回収された水１６ｂを、水供給系統１５ｂを通じてガスタービン圧縮機６１で加圧された空気を増湿する増湿搭６４に供給するように構成した他方の水供給系統１６ｂである。
【０１２４】
そして、増湿搭６４で水１６ａを噴霧して増湿された空気はガスタービン燃焼器６０に供給され、このガスタービン燃焼器６０にて燃料の燃焼に使用されて燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスがガスタービン６２に供給されて該ガスタービン６２を駆動する。
【０１２５】
上記したように、ガスタービンの燃焼排ガス１４に含有する水分を回収する水回収系統を、水供給系統１５ａと水供給系統１６ｂとの２系統配設する場合は、乾燥機４０の出口の燃焼排ガス１４ａがガスタービン６２に供給されることがないため、前記乾燥機４０の出口側に設置された脱塵設備４１に異常が発生して該乾燥機４０出口の燃焼排ガス１４ａに微粒子が混入した場合でも、この微粒子がガスタービン６２に供給されることがないため、高速で回転するガスタービン６２の翼を損傷するリスクを低減することができる。
【０１２６】
また、脱塵装置４１に異常が発生して乾燥機４０の出口から排出された燃焼排ガス１４ａに微粒子が混入して水回収塔６５に流入し、この水回収塔６５で回収した液体の水１４ｂに同伴して前記微粒子がガス化炉５０の下流側に設置された冷却塔５２に供給されたとしても、前記冷却塔５２の下流側にはガス化炉５０から供給される生成ガス１６を脱塵する脱塵装置５３が設置されているので、この脱塵装置５３によって微粒子を除去することができるため、微粒子がガスタービン６２に到達することはない。
【０１２７】
本実施例の石炭ガス化発電システムでは、乾燥機４０で石炭１を乾燥させた燃焼排ガス１４ａ（微粒子を含んでいる可能性が高い）と、乾燥機４０の上流側で分岐したガスタービン６２から排出された燃焼排ガス１４とに分けて、水回収塔６５及び６７にそれぞれ供給して前記燃焼排ガス１４ａ、１４から水１４ｂ、１６ｂを回収するように構成しているので、前記水回収塔６７から増湿塔６４を経由してガスタービン燃焼器６０に増湿した空気を供給した場合でも、微粒子が増湿塔６４に混入し増湿した空気としてガスタービン６２に供給されることを回避できるため、高速で回転するガスタービン６２の翼を損傷するリスクを低減することができる。
【０１２８】
上記したように、本実施例によれば、シフト反応設備のシフト反応によってガス化炉で生成した生成ガス中の一酸化炭素と水素の比を調整可能にしてプラントの効率を向上する石炭ガス化発電システムが実現できる。
【実施例６】
【０１２９】
次に本発明の第６実施例である石炭ガス化発電システムについて、図６を用いて説明する。
【０１３０】
図６に示された本実施例の石炭ガス化発電システムは、図５に示した第５実施例の石炭ガス化発電システムと基本的な構成は同じなので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。
【０１３１】
本実施例の石炭ガス化発電システムに備えられた石炭ガス化システムには、第５実施例の石炭ガス化システムと同様に、図２に示した第２実施例と同じ基本構成の石炭ガス化システムが採用されている。
【０１３２】
本実施例の石炭ガス化発電システムでは、石炭の乾燥方法として、連続的に石炭を乾燥させる方式、例えば石炭を乾燥機の入口から出口までベルトコンベアなどで移送しながら燃焼排ガスと接触させる方式のものを採用した場合には、石炭１を乾燥させる乾燥機は、１台の乾燥機でシステムを構築することが可能である。
【０１３３】
石炭の乾燥方法としてバッチ式、例えば乾燥機に一定量の石炭を充填し、燃焼排ガスによって石炭を流動化させて乾燥させる方式では、例えば図６に示したように、石炭１を乾燥させる乾燥機を、乾燥機４０ａと乾燥機４０ｂの如く２台以上並列に設置することが望ましい。
【０１３４】
これは、ガスタービン６２の燃焼排ガス１４ａから水回収塔６５で回収した水１４ｂを、ガス化炉５０の下流側に設置した冷却塔５２に供給する水１４ｂの供給が途絶えると、その分だけ、シフト反応器５５の入口側で外部からシフト反応器５５に供給する水蒸気１２の供給が必要となるためである。
【０１３５】
石炭１を乾燥させる乾燥機を乾燥機４０ａと乾燥機４０ｂとの２台設置する場合、一方の乾燥機４０ａにガスタービン６２から燃焼排ガス１４を通ガスしている間は、他方の乾燥機４０ｂへガスタービン６２から燃焼排ガス１４の供給を停止し、他方の乾燥機４０ｂ内の石炭１をガス化炉５０に石炭を供給する石炭供給系へ排出する。
【０１３６】
石炭の排出が終了したら、未乾燥の石炭１を他方の乾燥機４０ｂに充填する。そして、一方の乾燥機４０ａで石炭１の乾燥が完了した段階で、この一方の乾燥機４０ａへガスタービン６２から供給している燃焼排ガス１４の供給を停止し、ガスタービン６２から他方の乾燥機４０ｂへの燃焼排ガス１４の供給に切り替える。
【０１３７】
そして、このガスタービン６２から排出された燃焼排ガス１４の供給先を、一方の乾燥機４０ａから他方の乾燥機４０ｂに切り替えた後に、一方の乾燥機４０ａの中の乾燥された石炭１を、ガス化炉５０に石炭を供給する石炭供給系に排出する。
【０１３８】
本実施例の石炭ガス化発電システムでは、褐炭や泥炭に分類される水分を多く含む石炭をガス化し、一酸化炭素と水素を主成分とする生成ガスを製造し、生成ガスからメタノールなどの化学製品を合成する石炭ガス化システムや、生成ガスを燃料としてガスタービンで発電する石炭ガス化発電システムなどに適用可能である。
【０１３９】
上記したように、本実施例によれば、シフト反応設備のシフト反応によってガス化炉で生成した生成ガス中の一酸化炭素と水素の比を調整可能にしてプラントの効率を向上する石炭ガス化発電システムが実現できる。
【符号の説明】
【０１４０】
１：石炭（炭素系燃料）、２：酸素（酸化剤）、３：石炭搬送ガス、４：チャー搬送ガス、５：スラグ、６：チャー、７：空気、８：水洗塔洗浄水、９：噴霧水、１０：供給水、１１：吸収液、１２：水蒸気、１３、１６、２０：生成ガス、１４、１４ａ、１４ｃ：燃焼排ガス、１４ｂ、１６ａ：水、１４ｄ：水分、１５、１７、１５ａ、１６ｂ：水供給系統、１５ｂ：水分岐系統、４０：乾燥機、４１：脱塵装置、５０：ガス化炉、５１：ガス化炉熱回収部、５２：冷却塔、５３：脱塵装置、５４：水洗塔、５５：シフト反応器、５６：吸収塔、５７：ノックアウトドラム、５８：再生塔、５９：二酸化炭素／硫化水素分離器、６０：ガスタービン燃焼器、６１：ガスタービン圧縮機、６２：ガスタービン、６３：ガスタービン発電機、６４：増湿塔、６５、６７：水回収塔、６６：煙突、７０：凝縮熱交換器、７１〜７４：熱交換器、７５：回収水の流通配管、７６：水噴霧用ヘッダー、７７：水噴霧用配管、７８：水冷管、８０〜８５：流量調整弁、８６：制御装置、８７：プラント情報・制御目標、９０：温度計、９１：水回収塔レベル計、９２：流量計、９３：水タンクのレベル計、９４：圧力計、９５〜９６：温度計。
【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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