(57)【要約】【課題】低品位炭を乾燥させる熱源をヒートポンプで再加熱する際の熱交換に、低品位炭を乾燥させた際に発生する蒸気を利用する際、ヒートポンプの減圧器でのエネルギー損失を低減すること。【解決手段】過熱蒸気Ａの潜熱で間接的に低品位炭１０１を乾燥させる低品位炭乾燥装置１０２と、低品位炭１０１を乾燥させた過熱蒸気Ａが凝縮した凝縮水Ｂを減圧する減圧器１２１、減圧した凝縮水Ｂと乾燥により低品位炭１０１から発生する発生蒸気１０４とを熱交換する熱交換器１２２、および熱交換後の蒸気を圧縮する圧縮機１２３を有するヒートポンプ１２０とを備え、減圧器１２１の回転軸１２１ａと圧縮機１２３の回転軸１２３ａとを同軸上で連結する。【選択図】図３
2011214810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過熱蒸気の潜熱で間接的に低品位炭を乾燥させる低品位炭乾燥装置と、
前記低品位炭を乾燥させた前記過熱蒸気が凝縮した凝縮水を減圧する減圧器、減圧した前記凝縮水と乾燥により前記低品位炭から発生する発生蒸気とを熱交換する熱交換器、および熱交換後の蒸気を圧縮する圧縮機を有するヒートポンプと、
を備え、
前記減圧器の回転軸と前記圧縮機の回転軸とを同軸上で連結したことを特徴とする低品位炭乾燥システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低品位炭乾燥装置により低品位炭を乾燥させた際に発生する蒸気を熱源として利用する低品位炭乾燥システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、石炭ガス化複合発電（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｏａｌ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ：ＩＧＣＣ）システムは、石炭をガス化し、ガスタービンおよび蒸気タービンからなるコンバインドサイクル発電と組み合わせることにより、従来型の石炭火力に比べ、さらなる高効率化・高環境性を目指した発電システムである。この石炭ガス化複合発電システムは、資源量が豊富な石炭を利用可能であることも大きなメリットであり、適用炭種を拡大することにより、さらにメリットが大きくなることが知られている。
【０００３】
ところが、褐炭や亜瀝青炭などの低品位炭は、持ち込まれる水分が多く、この水分により発電効率が低下する問題がある。このため、低品位炭を乾燥させて水分を除去する必要がある。
【０００４】
従来、例えば、特許文献１に記載の低品位炭乾燥システム（低品位炭を燃料とする発電方法）は、低品位炭から水分を除去する脱水改質プロセスが示されている。この脱水改質プロセスでは、蒸発分離した水分が蒸気の状態にあり、この蒸気をコンプレッサで圧縮することにより発生する蒸発潜熱を回収し、脱水改質プロセスで必要とされる熱源として再利用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４１５３４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、脱水改質プロセスで発生した蒸気を、脱水改質プロセスで必要とされる熱源として利用する別の方法として、脱水改質プロセスで必要とされる熱源をヒートポンプで再過熱する際の熱交換に、脱水改質プロセスで発生した蒸気を利用することも考えられる。
【０００７】
しかし、ヒートポンプを適用した場合、脱水改質プロセスで発生した蒸気で熱交換する前に、脱水改質プロセスで低品位炭から水分を除去する際に使用された熱源を減圧器により減圧するが、当該減圧器における機械的なエネルギー損失が生じることから、このエネルギー損失を低減して効率を向上することが切望されている。
【０００８】
本発明は、前記問題に鑑み、低品位炭を乾燥させる熱源をヒートポンプで再加熱する際の熱交換に、低品位炭を乾燥させた際に発生する蒸気を利用する際、ヒートポンプの減圧器でのエネルギー損失を低減することのできる低品位炭乾燥システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明の低品位炭乾燥システムは、過熱蒸気の潜熱で間接的に低品位炭を乾燥させる低品位炭乾燥装置と、前記低品位炭を乾燥させた前記過熱蒸気が凝縮した凝縮水を減圧する減圧器、減圧した前記凝縮水と乾燥により前記低品位炭から発生する発生蒸気とを熱交換する熱交換器、および熱交換後の蒸気を圧縮する圧縮機を有するヒートポンプと、を備え、前記減圧器の回転軸と前記圧縮機の回転軸とを同軸上で連結したことを特徴とする。
【００１０】
この低品位炭乾燥システムによれば、ヒートポンプの減圧器と圧縮機とを同軸上で連結したことにより、減圧器の回転軸の回転に伴って圧縮機の運転が補助されるので、減圧器によるエネルギー損失を低減でき、ヒートポンプの効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、低品位炭を乾燥させる熱源をヒートポンプで再加熱する際の熱交換に、低品位炭を乾燥させた際に発生する蒸気を利用する際、ヒートポンプの減圧器でのエネルギー損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、低品位炭乾燥システムの一例を示す概略図である。
【図２】図２は、図１に示す低品位炭乾燥システムを適用した石炭ガス化複合発電システムの一例を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る低品位炭乾燥システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１４】
本実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、低品位炭乾燥システムの一例を示す概略図である。
【００１５】
図１に示すように、低品位炭乾燥システム１００は、水分含量が高い褐炭等の低品位炭１０１を乾燥する低品位炭乾燥装置１０２と、低品位炭乾燥装置１０２内に設けられ、管状の内部に過熱蒸気（例えば１５０℃蒸気）Ａを供給して低品位炭１０１中の水分を除去する伝熱部材（加熱手段）１０３と、前記伝熱部材１０３によって低品位炭１０１が乾燥される際に発生する発生蒸気１０４を低品位炭乾燥装置１０２の外部に排出する発生蒸気ラインＬ１と、前記発生蒸気ラインＬ１に介装され、発生蒸気１０４中の粉塵を除去する集塵装置１０５と、前記集塵装置１０５から粉塵が除去された発生蒸気１０４の一部を分岐し、流動化蒸気１０７として低品位炭乾燥装置１０２内に供給する分岐ラインＬ２と、前記低品位炭乾燥装置１０２から抜き出された乾燥炭１０８を冷却して製品炭１０９とする冷却器１１０とを備えるものである。
【００１６】
低品位炭乾燥システム１００において、低品位炭１０１は、図示しない供給手段により低品位炭乾燥装置１０２内に投入され、低品位炭乾燥装置１０２内に別に導入される流動化蒸気１０７により流動されて流動層１１１を形成する。上述した伝熱部材１０３は、この流動層１１１内に配置されている。伝熱部材１０３内には、１５０℃の過熱蒸気Ａが供給され、その高温の過熱蒸気Ａの潜熱を利用して低品位炭１０１を間接的に乾燥させるようにしている。乾燥に利用された過熱蒸気Ａは、例えば１５０℃の凝縮水Ｂとして低品位炭乾燥装置１０２の外部に排出されている。
【００１７】
すなわち、加熱手段である伝熱部材１０３内面では、過熱蒸気Ａが凝縮して液体（水分）になるので、この際に放熱される凝縮潜熱を、低品位炭１０１の乾燥の加熱に有効利用している。なお、高温の過熱蒸気Ａ以外としては、相変化を伴う熱媒であれば何れでも良く、例えばフロンやペンタンやアンモニア等を例示することができる。
【００１８】
伝熱部材１０３によって低品位炭１０１が乾燥される際に発生する発生蒸気１０４は、低品位炭乾燥装置１０２内において、流動層１１１の上部空間に形成されるフリーボード部Ｆから発生蒸気ラインＬ１により低品位炭乾燥装置１０２の外部に排出される。この発生蒸気１０４は、低品位炭１０１が乾燥し微粉化したものが含まれているので、サイクロンや電気集塵機等の集塵装置１０５により集塵して固体成分１１５として分離する。この固体成分１１５は、低品位炭乾燥装置１０２から抜き出された乾燥炭１０８に混合し、冷却器１１０で冷却し、製品炭１０９としている。この製品炭１０９は、例えばボイラ、ガス化炉等の原料として利用に供される。
【００１９】
一方、集塵装置１０５により集塵された後の発生蒸気１０４は、例えば１０５〜１１０℃の蒸気として低品位炭乾燥システム１００の外部に排出されている。また、集塵装置１０５により集塵された後の発生蒸気１０４の一部は、分岐ラインＬ２に介装された循環ファン１１４により低品位炭乾燥装置１０２内に送られて、低品位炭１０１の流動層１１１を流動させる流動化蒸気１０７として利用される。なお、流動層１１１を流動化させる流動化媒体としては、発生蒸気１０４の一部を再利用しているが、これに限定されず、例えば窒素、二酸化炭素またはこれらのガスを含む低酸素濃度の空気を用いてもよい。
【００２０】
なお、上述した低品位炭乾燥装置１０２により乾燥する被乾燥物として低品位炭１０１を例示したが、水分含量の高いものであれば低品位炭１０１以外の被乾燥物を乾燥対象としてもよい。
【００２１】
上述した低品位炭乾燥装置１０２で乾燥した製品炭１０９を用い、石炭ガス化複合発電（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｏａｌ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ：ＩＧＣＣ）システムに適用した一例を説明する。図２は、図１に示す低品位炭乾燥システムを適用した石炭ガス化複合発電システムの一例を示す概略図である。
【００２２】
図２に示すように、石炭ガス化複合発電システム２００は、石炭（低品位炭乾燥システム１００で乾燥された製品炭１０９）がミル２１０粉砕された微粉炭２０１ａを処理してガス化ガス２０２に変換する石炭ガス化炉２０３と、前記ガス化ガス２０２を燃料として運転されるガスタービン（ＧＴ）２０４と、前記ガスタービン２０４からのタービン排ガス２０５を導入する排熱回収ボイラ（Ｈｅａｔ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｔｅａｍ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：ＨＲＳＧ）２０６で生成した蒸気２０７により運転される蒸気タービン（ＳＴ）２０８と、前記ガスタービン２０４および／または前記蒸気タービン２０８と連結された発電機（Ｇ）２０９とを備えるものである。
【００２３】
この石炭ガス化複合発電システム２００は、ミル２１０で粉砕された微粉炭２０１ａを石炭ガス化炉２０３でガス化し、生成ガスであるガス化ガス２０２を得る。このガス化ガス２０２は、サイクロン２１１およびガス精製装置２１２で除塵およびガス精製された後、発電手段であるガスタービン２０４の燃焼器２１３に供給され、ここで燃焼して高温高圧の燃焼ガス２１４を生成する。そして、この燃焼ガス２１４によってガスタービン２０４を駆動する。このガスタービン２０４は、発電機２０９と連結されており、ガスタービン２０４が駆動することによって発電機２０９が電力を発生する。ガスタービン２０４を駆動した後のタービン排ガス２０５は、まだ約５００〜６００℃の温度を持っているため、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）２０６へ送られ、ここで熱エネルギーが回収される。この排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）２０６では、タービン排ガス２０５の熱エネルギーによって蒸気２０７が生成され、この蒸気２０７によって蒸気タービン２０８を駆動する。この排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）２０６で熱エネルギーが回収された排ガス２１５は、ガス浄化装置２１６で排ガス２１５中のＮＯｘおよびＳＯｘ分が除去された後、煙突２１７を介して大気中へ放出される。なお、図中、符号２１８は復水器、２１９は空気、２２０は圧縮機、２２１は空気を窒素（Ｎ２）と酸素（Ｏ２）とに分離する空気分離装置（ＡＳＵ）を各々図示する。
【００２４】
この石炭ガス化複合発電システム２００によれば、高い水分を有する低品位炭１０１を用いてガス化する場合においても、効率的な低品位炭乾燥装置１０２により低品位炭１０１を乾燥しているので、ガス化効率が向上し、長期間に亙って安定して発電を行うことができる。
【００２５】
また、石炭ガス化複合発電システム２００においては、ガスタービンおよび蒸気タービンの組み合わせによって、従来４０％程度であった石炭焚発電プラントの効率を約４６％まで向上させることができる。このプラント効率の向上によって、ＣＯ２の排出量は従来の石炭焚ボイラに対して約１３％削減できる。
【００２６】
なお、本実施の形態に係る低品位炭乾燥システム１００で乾燥した製品炭１０９を用いた発電システムとしては、上述した石炭ガス化複合発電システム２００に限らない。例えば、図には明示しないが、低品位炭乾燥システム１００で乾燥した製品炭１０９をボイラ火炉に供給し、当該ボイラ火炉で発生した蒸気で蒸気タービンを駆動して発電機により出力を得る褐炭炊ボイラによる発電システムであってもよい。
【００２７】
図３は、本実施の形態に係る低品位炭乾燥システムの概略図である。図３に示すように、本実施の形態の低品位炭乾燥システム１００は、ヒートポンプ１２０を備えている。
【００２８】
ヒートポンプ１２０は、減圧器１２１、熱交換器１２２、および圧縮機１２３を備えている。
【００２９】
減圧器１２１は、低品位炭乾燥装置１０２における伝熱部材１０３の凝縮水Ｂを排出する側のラインに接続され、低品位炭１０１を乾燥させた過熱蒸気Ａが凝縮した凝縮水（例えば１５０℃凝縮水）Ｂを減圧して約８０℃に降温する。
【００３０】
熱交換器１２２は、減圧器１２１により減圧された凝縮水Ｂが供給される管状の伝熱部材１２２ａと、発生蒸気ラインＬ１に繋がり発生蒸気（約１０５〜１１０℃蒸気）１０４が供給される管状の伝熱部材１２２ｂとが隣接され、降温した凝縮水Ｂと発生蒸気１０４とを間接的に熱交換させ、凝縮水Ｂを蒸発させる。
【００３１】
圧縮機１２３は、熱交換器１２２を経た蒸気を昇圧することで高温高圧の過熱蒸気（例えば１５０℃蒸気）Ａとするものである。
【００３２】
そして、この過熱蒸気Ａは、低品位炭乾燥装置１０２の伝熱部材１０３に供給され低品位炭１０１の乾燥に利用される。
【００３３】
このヒートポンプ１２０において、減圧器１２１は、回転軸１２１ａの回転により凝縮水Ｂを減圧するもので、圧縮機１２３は、回転軸１２３ａの回転により凝縮水Ｂを圧縮するものである。そして、減圧器１２１の回転軸１２１ａと、圧縮機１２３の回転軸１２３ａとが同軸上で連結されている。すなわち、減圧器１２１の回転軸１２１ａと、圧縮機１２３の回転軸１２３ａとは、回転の軸心が一致して構成されている。
【００３４】
このように、本実施の形態の低品位炭乾燥システム１００は、過熱蒸気Ａの潜熱で間接的に低品位炭１０１を乾燥させる低品位炭乾燥装置１０２と、低品位炭１０１を乾燥させた過熱蒸気Ａが凝縮した凝縮水Ｂを減圧する減圧器１２１、減圧した凝縮水Ｂと乾燥により低品位炭から発生する発生蒸気１０４とを熱交換する熱交換器１２２、および熱交換後の蒸気を圧縮する圧縮機１２３を有するヒートポンプ１２０とを備えており、減圧器１２１の回転軸１２１ａと圧縮機１２３の回転軸１２３ａとを同軸上で連結している。
【００３５】
この低品位炭乾燥システム１００によれば、ヒートポンプ１２０の減圧器１２１と圧縮機１２３とを同軸上で連結したことにより、減圧器１２１の回転軸１２３ａの回転に伴って圧縮機１２３の運転が補助されるので、減圧器１２１による機械的なエネルギー損失を低減でき、ヒートポンプ１２０の効率を向上することが可能になる。
【００３６】
なお、本実施の形態の低品位炭乾燥システム１００では、低品位炭乾燥装置１０２は、伝熱部材１０３として管状のもので説明したが、過熱蒸気Ａが内部に供給されるものであればよく、例えば板状のものであってもよい。
【００３７】
また、本実施の形態の低品位炭乾燥システム１００では、低品位炭乾燥装置１０２は、流動化蒸気１０７が低品位炭乾燥装置１０２内に導入されて低品位炭１０１を流動させる形態の、いわゆる流動層乾燥装置を一例として説明したが、これに限らない。例えば、スクリューフィーダを用いて低品位炭１０１を攪拌させつつ搬送することで低品位炭１０１を流動させる形態であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明に係る低品位炭乾燥システムは、低品位炭を乾燥させる熱源をヒートポンプで再加熱する際の熱交換に、低品位炭を乾燥させた際に発生する蒸気を利用する際、ヒートポンプの減圧器でのエネルギー損失を低減することに適している。
【符号の説明】
【００３９】
１００  低品位炭乾燥システム
１０１  低品位炭
１０２  低品位炭乾燥装置
１０３  伝熱部材
１０４  発生蒸気
１０５  集塵装置
１０７  流動化蒸気
１０８  乾燥炭
１０９  製品炭
１１０  冷却器
１１１  流動層
１１４  循環ファン
１１５  固体成分
１２０  ヒートポンプ
１２１  減圧器
１２１ａ  回転軸
１２２  熱交換器
１２２ａ  伝熱部材
１２２ｂ  伝熱部材
１２３  圧縮機
１２３ａ  回転軸
Ａ  過熱蒸気
Ｂ  凝縮水
Ｆ  フリーボード部
Ｌ１  発生蒸気ライン
Ｌ２  分岐ライン
【図１】
2011214810.tif 000003
【図２】
2011214810.tif 000004
【図３】
2011214810.tif 000005