(57)【要約】【課題】ガス化炉とガスタービンの間に吸収液を用いる脱硫装置を設置した場合でも、高い発電効率を得ることを可能にした炭素系燃料のガス化発電システムを提供する。【解決手段】炭素系燃料から生成ガスを製造するガス化炉と、生成ガスの熱を回収するガス化炉の熱回収部と、生成ガスを冷却する冷却塔と、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器と、シフト反応器を経た生成ガス中の硫化水素を吸収液に吸収させる吸収塔と、硫化水素を除去した生成ガスを燃料として導いて発電するガスタービンと、ガスタービンの排ガス流路に設置され排ガスを冷却して水分を回収する水回収器と、ガスタービンに供給する燃焼用空気に水回収器で回収した水分を噴霧して加湿する増湿塔を備え、水回収器で回収した水を冷却水としてガス化炉、ガス化炉の熱回収部、及び冷却塔の何れかに供給する冷却水供給系統を配設した。【選択図】図１
2013241923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素系燃料を酸化剤でガス化して一酸化炭素と水素を主成分とする生成ガスを製造するガス化炉と、
前記ガス化炉の上部に設置されガス化炉で製造された生成ガスの熱を回収する熱回収部と、
前記ガス化炉の下流側に設置されガス化炉で製造された生成ガスに水を噴霧して生成ガスを冷却するとともに、水蒸気を発生させる冷却塔と、
前記冷却塔の下流側に設置されガス化炉で製造された生成ガスを脱塵する脱塵設備と、
前記脱塵設備の下流側に設置され脱塵設備を流下した生成ガスの熱で水洗塔を経た生成ガスを昇温する第１の熱交換器と、
前記熱交換器の下流側に設置され第１の熱交換器で発生した水蒸気を付加した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器と、
前記シフト反応器の下流側に設置されシフト反応器を経た生成ガス中の少なくとも硫化水素を吸収液に吸収させる吸収塔と、
前記吸収塔から取り出され生成ガス中の硫化水素を除去した生成ガスを前記シフト反応器を経た生成ガスと間接熱交換させて該生成ガスを昇温する前記シフト反応器の下流側に設置された第２の熱交換器と、
前記第２の熱交換器で昇温した生成ガスを燃料として導いて燃焼させ燃焼ガスを発生するガスタービン燃焼器と、
前記ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガスで駆動されるガスタービンと、
前記ガスタービンによって駆動され発電を行う発電機と、
前記ガスタービンから排出された排ガスの流路に設置され該ガスタービンから排出された排ガスを冷却して該排ガスに含まれた水分を回収する水回収器と、
前記ガスタービンの圧縮機で加圧され前記ガスタービン燃焼器に供給される燃焼用空気に前記水回収器で回収した水分の一部を噴霧して該燃焼用空気を加湿する増湿塔を備え、
更に前記水回収器で回収した水の一部を冷却水として前記水回収器から前記ガス化炉、前記ガス化炉に設けた熱回収部、及び前記ガス化炉の下流側に設置された冷却塔の何れかに供給する冷却水供給系統を配設して、この冷却水供給系統を通じて前記水回収器から冷却水を前記ガス化炉、前記熱回収部、及び前記冷却塔の何れかに供給することを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、
前記水回収器で回収した水の一部を冷却水として前記冷却水供給系統を通じて該水回収器から前記ガス化炉の水冷壁に供給することを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項３】
請求項１に記載の炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、
前記水回収器で回収した水の一部を冷却水として前記冷却水供給系統を通じて該水回収器から前記ガス化炉に設けた熱回収部に供給することを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項４】
請求項１に記載の炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、
前記水回収器で回収した水の一部を冷却水として前記冷却水供給系統を通じて該水回収器から前記冷却塔に供給することを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項５】
請求項２に記載の炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、
前記水回収器で回収され前記ガス化炉の水冷壁に供給された水をこのガス化炉の水冷壁で生成ガスとの間接熱交換によって昇温し、
前記ガス化炉の水冷壁から前記脱塵装置の下流側に設置した水洗塔に至る昇温水供給系統を配設して該ガス化炉の水冷壁で昇温した昇温水の一部をこの昇温水供給系統を通じて前記水洗塔に流下させることを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項６】
請求項３に記載の炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、
前記水回収器で回収され前記ガス化炉の熱回収部に供給された水をこのガス化炉の熱回収部で生成ガスとの間接熱交換によって昇温し、
前記ガス化炉の熱回収部から前記脱塵装置の下流側に設置した水洗塔に至る昇温水供給系統を配設して該ガス化炉の熱回収部で昇温した昇温水の一部をこの昇温水供給系統を通じて前記水洗塔に流下させることを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項７】
請求項４に記載の炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、
前記水回収器で回収され前記ガス化炉の下流側に設置した前記冷却塔に供給した水をこの冷却塔で生成ガスとの間接熱交換によって昇温して水蒸気を生成し、この生成した水蒸気を生成ガスと共に前記冷却塔の下流側に流下させることを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、
前記吸収塔の下流側に設置され該吸収塔で硫化水素及び二酸化炭素を吸収した吸収液から硫化水素及び二酸化炭素を分離して吸収液を再生する再生塔と、
前記再生塔の下流側に設置され該再生塔で吸収液から分離した硫化水素及び二酸化炭素から二酸化炭素と硫化水素を分離する二酸化炭素／硫化水素分離器と、
前記二酸化炭素／硫化水素分離器から前記ガス化炉に至る二酸化炭素供給系統を配設し、
前記二酸化炭素／硫化水素分離器で分離した二酸化炭素をこの二酸化炭素供給系統を通じて前記ガス化炉に供給することを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、
前記ガス化炉の下流側に設置した前記脱塵設備の入口に生成ガスの温度を検出する温度計を設置し、
前記冷却水供給系統に冷却水の供給量を調節する流量調整弁を設置し、
前記温度計で検出した生成ガスの温度に基づいて前記流量調整弁による冷却水の供給量を調節して、前記冷却水供給系統を通じて前記水回収器から冷却水を前記ガス化炉、前記熱回収部、及び前記冷却塔の何れかに供給する冷却水の供給量を制御したことを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項１０】
請求項３に記載の炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、
前記水回収器で回収した水の一部を冷却水として該水回収器から前記ガス化炉に設けた熱回収部に供給する冷却水供給系統を複数に分岐させて前記ガス化炉の熱回収部に複数段に分割して供給する分岐配管を配設し、
これらの分岐配管に前記ガス化炉の熱回収部に冷却水を噴霧するノズルを設けると共に、複数段に分割した各分岐配管に流量調整弁をそれぞれ設置し、
前記ガス化炉の熱回収部出口に生成ガスの温度を検出する温度計を設置し、
前記温度計で検出したガス化炉の熱回収部出口の生成ガスの検出温度に基づいて分岐配管に設置した前記流量調整弁の開度を操作する制御装置を設置し、
前記温度計で検出したガス化炉の熱回収部出口での生成ガスの検出温度に基づいてこの制御装置によって前記流量調整弁の開度を調節してこれらの分岐配管に設けたノズルから前記ガス化炉の熱回収部に噴霧する冷却水の噴霧量を調節して前記ガス化炉の熱回収部出口に生成ガスの温度を制御することを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項１１】
請求項３の炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、
前記ガス化炉熱回収部を複数の水冷管を用いた水冷壁構造で構成し、
これらの水冷管に冷却水の一部をガス化炉熱回収部を流下する生成ガスに噴霧する孔或いはノズルを設け、
前記水回収器から供給した冷却水を前記ガス化炉熱回収部で生成ガスの熱によって昇温させ、このガス化炉熱回収部で昇温した昇温水を前記水冷管に設けた孔或いはノズルから生成ガスに噴霧するように構成したことを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項１２】
請求項３の炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、
ガスタービンの排ガスから水回収器で回収した水の一部を貯留するタンクと、
このタンクで貯留した水をガス化炉の熱回収部に導く供給配管と、
前記供給配管に設けられタンクで貯留した水を前記ガス化炉の熱回収部に供給するポンプと、
前記ガス化炉の熱回収部からタンクに水を戻す戻り配管と、
前記戻り配管に設けられ該戻り配管を通じて前記ガス化炉の熱回収部とタンクとの間を流れる水の流量を調節する流量調整弁と、
前記ガス化炉の熱回収部の出口に設置されこのガス化炉の熱回収部の出口での生成ガスの温度を検出する温度計と、
この温度計で検出したガス化炉の熱回収部の出口での生成ガスの温度に基づいて前記流量調整弁による水の流量を調節する第２の制御装置を設置し、
前記温度計で検出したガス化炉の熱回収部出口での生成ガスの検出温度に基づいてこの第２の制御装置によって前記流量調整弁の開度を調節して前記ガス化炉の熱回収部出口での生成ガスの温度を制御することを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、
ガスタービンから排出する排ガスを熱源としてガスタービン燃焼器に供給するガスタービン燃焼用の空気と熱交換してガスタービン燃焼用の空気を加熱するガスガス熱交換器と、
前記ガスガス熱交換器を経た排ガスを冷却して前記排ガスに含まれた水分を凝縮する凝縮熱交換器を設置し、
前記凝縮熱交換器で凝縮した排ガス中の水分を前記水回収器に供給するようにしたことを特徴とする炭素系燃料の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、石炭やバイオマス、重質油などの炭素系燃料をガス化して一酸化炭素と水素を主成分とするガスを生成し、この生成ガスを燃料としてガスタービンで発電する炭素系燃料のガス化発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスを燃料とした発電システムとしては、天然ガスをボイラで完全燃焼し、得られ燃焼ガスとの間接熱交換で水蒸気を製造し、蒸気タービンで発電するシステムと、天然ガスをガスタービン燃焼器で燃焼し、燃焼ガスで直接ガスタービンを駆動する方法がある。
【０００３】
ボイラを用いた間接熱交換で得られる水蒸気の温度が最高でも７００℃程度であるのに対し、ガスタービン燃焼器で得られる燃焼ガスは、その倍以上の高温にすることができるため、ガスタービンを用いる発電システムの方が、発電効率を高められる可能性が大きい。
【０００４】
ガスタービンを用いる発電システムでは、ガスタービンを駆動した後の排ガスとの間接熱交換で水蒸気を製造し、得られた水蒸気で蒸気タービンを駆動する複合発電にすることによって、高効率化が図られている。
【０００５】
また、蒸気タービンを用いず、燃焼用空気に水を含ませ、この水を含んだ空気をガスタービン排ガスとの間接熱交換で昇温し、ガスタービン排ガスの持つエネルギーをガスタービン発電で回収することで、蒸気タービンを用いずに複合発電と同等の発電効率を実現するシステムが考案されている。
【０００６】
このシステムは高湿分空気利用ガスタービンと呼ばれており、部分負荷における発電効率は、複合発電より高く、また、複合発電よりも高速負荷追従が可能とされている。
【０００７】
石炭やバイオマスなどの炭素系燃料を燃料とする発電システムでも、炭素系燃料をガス化炉でガス化して一酸化炭素と水素を主成分とする生成ガスとして、生成ガス中の微粒子や硫黄化合物を除去することで、天然ガスと同様のガスタービンを用いた発電システムが適用できるようになり、ガスタービンと蒸気タービンで複合発電するシステムや、高湿分空気利用ガスタービンで発電するシステムが考案されている。
【０００８】
前述したように、高湿分空気利用ガスタービンは複合発電より部分負荷における発電効率が高く、負荷追従速度が速いという利点があるが、炭素系燃料をガス化して燃料とする場合、ガス化炉における発熱を、電力に変換する工夫が必要となる。
【０００９】
炭素系燃料の発熱量のうち、７０〜８０％は生成ガス中の一酸化炭素、水素などの可燃成分の発熱量に変換されるが、前記発熱量の２０〜３０％は生成ガスの顕熱（１３００℃前後）に変換されるので、複合発電を用いる場合はこの顕熱を水蒸気として回収し、蒸気タービンを駆動して電力に変換することができる。
【００１０】
これに対して、高湿分空気利用ガスタービンを用いる場合は、蒸気タービンがないので、水蒸気として回収しても電力に変換することができない。
【００１１】
そこで、例えば特開２００１−１１５８５４号公報には、石炭ガスに液体の水を噴霧して水蒸気とすることで、石炭ガスの熱を水蒸気の顕熱と潜熱に変換し、ガスタービンに供給するガス化発電プラントに関する技術が開示されている。
【００１２】
この技術では、ガス化炉とガスタービンの間に吸収液を用いる湿式脱硫装置を設置すると、湿式脱硫装置の前までに生成ガスの温度を約４０℃まで下げなければならないので、生成ガスに付与した水蒸気が凝縮し、水蒸気の持つエネルギーをガスタービンに伝えることができなくなる。
【００１３】
そこで、ガス化炉とガスタービンの間に設置する主に硫化水素を除去する不純物除去装置には、水蒸気が凝縮しない３００℃以上で硫化水素などを吸着する吸着剤を用いる乾式法を適用している。
【００１４】
また、特開２０００−２１３３７１号公報には、「ガス化炉でガス化した生成ガスをガスタービン燃焼器に供給して燃焼させると共に、燃焼用の空気を加湿して該加湿した空気をガスタービン排ガスで加熱して前記ガスタービン燃焼器に供給させてガスタービン排ガスの持つエネルギーを回収するガスタービン発電システムにおいて、」ガス化炉とガスタービンの間には脱硫装置を設置せず、ガスタービン下流に脱硫装置を設置して、大気への硫黄化合物排出を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００１−１１５８５４号公報
【特許文献２】特開２０００−２１３３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
例えば特開２００１−１１５８５４号公報に記載された技術には、炭素系燃料をガス化して高湿分空気利用ガスタービンに燃料として供給して発電する技術として、ガス化炉とガスタービンの間に不純物除去装置として高温で作動する吸着剤を用いる乾式脱硫装置を設置していた。
【００１７】
ところで、前記した技術においては、乾式脱硫装置として吸着剤を充填した吸着塔を二塔設置し、一方の吸着塔に生成ガスを流通して硫化水素などを吸着している間に、他方の吸着塔には生成ガスの温度より１００℃程度高温の再生ガスを流通して、前記他方の吸着塔に充填した吸着剤から吸着された硫化水素などを脱着する必要がある。
【００１８】
そして前記乾式脱硫装置では、生成ガス中の水蒸気の凝縮を防止するために、約４００℃で生成ガス中の硫化水素などを吸着剤に吸着させると、この吸着剤を再生させる再生ガスの温度は約５００℃が必要で、この約５００℃の温度の再生ガスを得るためには、この再生ガスの温度よりもさらに約１００℃高い熱源が必要であることから熱交換に伴う熱損失が大きくなり、ガス化した燃料を使用するガス化発電システムの発電効率が低下する課題があった。
【００１９】
本発明の目的は、炭素系燃料をガス化してガスタービンに燃料として供給して発電する炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、ガス化炉とガスタービンの間に低温で作動する吸収液を用いる脱硫装置を設置した場合でも、ガス化炉の排熱をガスタービンまで導いて高い発電効率を得ることを可能にした炭素系燃料の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】
【００２０】
本発明の炭素系燃料のガス化発電システムは、炭素系燃料を酸化剤でガス化して一酸化炭素と水素を主成分とする生成ガスを製造するガス化炉と、前記ガス化炉の上部に設置されガス化炉で製造された生成ガスの熱を回収する熱回収部と、前記ガス化炉の下流側に設置されガス化炉で製造された生成ガスに水を噴霧して生成ガスを冷却するとともに、水蒸気を発生させる冷却塔と、前記冷却塔の下流側に設置されガス化炉で製造された生成ガスを脱塵する脱塵設備と、前記脱塵設備の下流側に設置され脱塵設備を流下した生成ガスの熱で水洗塔を経た生成ガスを昇温する第１の熱交換器と、前記熱交換器の下流側に設置され第１の熱交換器で発生した水蒸気を付加した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器と、前記シフト反応器の下流側に設置されシフト反応器を経た生成ガス中の少なくとも硫化水素を吸収液に吸収させる吸収塔と、前記吸収塔から取り出され生成ガス中の硫化水素を除去した生成ガスを前記シフト反応器を経た生成ガスと間接熱交換させて該生成ガスを昇温する前記シフト反応器の下流側に設置された第２の熱交換器と、前記第２の熱交換器で昇温した生成ガスを燃料として導いて燃焼させ燃焼ガスを発生するガスタービン燃焼器と、前記ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガスで駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンによって駆動され発電を行う発電機と、前記ガスタービンから排出された排ガスの流路に設置され該ガスタービンから排出された排ガスを冷却して該排ガスに含まれた水分を回収する水回収器と、前記ガスタービンの圧縮機で加圧され前記ガスタービン燃焼器に供給される燃焼用空気に前記水回収器で回収した水分の一部を噴霧して該燃焼用空気を加湿する増湿塔を備え、更に前記水回収器で回収した水の一部を冷却水として前記水回収器から前記ガス化炉、前記ガス化炉に設けた熱回収部、及び前記ガス化炉の下流側に設置された冷却塔の何れかに供給する冷却水供給系統を配設して、この冷却水供給系統を通じて前記水回収器から冷却水を前記ガス化炉、前記熱回収部、及び前記冷却塔の何れかに供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、炭素系燃料をガス化してガスタービンに燃料として供給して発電する炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、ガス化炉とガスタービンの間に低温で作動する吸収液を用いる脱硫装置を設置した場合でも、ガス化炉の排熱をガスタービンまで導いて高い発電効率を得ることを可能にした炭素系燃料のガス化発電システムが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施例である炭素系燃料のガス化発電システムの構成を示した概略系統図。
【図２】本発明の第２実施例である炭素系燃料のガス化発電システムの構成を示した概略系統図。
【図３】図２に示した第２実施例の炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、ガスタービン排ガスから回収した水をガス化炉熱回収部に噴霧する構成を示すガス化炉熱回収部の部分図。
【図４】本発明の第３実施例である炭素系燃料のガス化発電システムの構成を示した概略系統図。
【図５】本発明の第４実施例である炭素系燃料のガス化発電システムの構成を示した概略系統図。
【図６】図５に示した第４実施例の炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、ガス化炉熱回収部を水冷管で構成した構造を示すガス化炉熱回収部の部分図。
【図７】本発明の第５実施例である炭素系燃料のガス化発電システムの構成を示した概略系統図。
【図８】本発明の第６実施例である炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、ガスタービン排ガスから回収した水をガス化炉熱回収部の水冷管に供給し、この水冷管から熱回収部内の生成ガスに水を噴霧する構成を示すガス化炉熱回収部の部分図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の炭素系燃料のガス化発電システムの実施例について、図面を引用して以下に説明する。
【実施例１】
【００２４】
本発明の第１実施例である炭素系燃料のガス化発電システムについて図１を用いて説明する。
【００２５】
図１に示した本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムは、炭素系燃料として石炭１、酸化剤として酸素２を用いており、微粉砕した石炭１を窒素３で搬送してガス化炉５０に供給する。
【００２６】
ガス化炉５０には酸素２も供給されており、このガス化炉５０にて石炭１と酸素２を反応させて、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。
【００２７】
生成ガス２０とならなかった石炭中の灰分は、溶融したスラグ５の状態でガス化炉５０から排出する。ガス化炉５０で得られた生成ガス２０は、ガス化炉５０の上部に設けたガス化炉熱回収部５１を経由して前記ガス化炉５０の下流側に設置した冷却塔５２に導いて冷却する。
【００２８】
前記冷却塔５２では排ガスから水を回収する水回収器６５で回収した水３３の一部を水回収器６５から冷却水供給系統ａを通じて水３４として冷却塔５２に供給して生成ガス２０に噴霧して冷却するので、水３４は生成ガス２０と気液接触して気化する。
【００２９】
この過程で生成ガス２０の顕熱が、水蒸気の顕熱及び潜熱に変換され、生成ガス２０中の水蒸気濃度は４０％程度になる。生成ガス２０は、前記冷却塔５２から該冷却塔５２の下流側に設置した脱塵装置５３に供給される。
【００３０】
冷却塔５２に供給する水３４の量は、冷却塔５２の下流側に設置した脱塵装置５３の入口に設けた温度計９０で検出する生成ガス２０の検出温度が規定値となるように、水３４の供給量を調節する流量調整弁８０で制御する。
【００３１】
この温度計９０による検出温度の規定値は、脱塵装置５３の下流側に設置したシフト反応器５５で求められる入口ガス温度が約３００℃であることから、３００℃以上の検出温度となるように設定する。
【００３２】
また、生成ガス２０中の水蒸気量が、生成ガス中の一酸化炭素量以上になると、その分が生成ガス２０中に残存し、前記シフト反応器５５の下流側に設置した吸収液を用いる吸収塔５６で凝縮して発電効率が低下する。
【００３３】
そこで、生成ガス２０中の水蒸気量が多くなりすぎないように、脱塵装置５３の入口の温度の規定値を設定する。
【００３４】
このため、脱塵装置５３の入口のガス温度の規定値は、３５０〜４００℃の範囲となる。この温度範囲の値は、生成ガス２０の露点に対して十分に高い値であり、脱塵装置５３における水分凝縮を防止することができる。
【００３５】
冷却塔５２に供給される水３４の量は、上述のように脱塵装置５３の入口の生成ガス２０の温度が規定値になるように増減するが、ガス化炉５０に供給する石炭１の供給量とほぼ同等の量となる。
【００３６】
脱塵装置５３では、生成ガス２０中に含まれる未燃の石炭（チャー）６が除去される。このチャー６は窒素４により搬送してガス化炉５０にリサイクルする。
【００３７】
脱塵装置５３を経た生成ガス２０は、次に脱塵装置５３の下流側に設置したガスガス熱交換器７０を通して該ガスガス熱交換器７０の下流側に設置された水洗塔５４に導かれる。
【００３８】
水洗塔５４には液体の水８が供給されており、水洗塔５４で生成ガス２０中のハロゲンを前記水８に吸収させ、水洗塔５４の下部から抜き出す。
【００３９】
水洗塔５４において生成ガス２０中の水蒸気の一部は凝縮するが、水洗塔５４に供給した水８の一部が気化するため、水洗塔５４の出口の生成ガス２０中の水蒸気濃度は、水洗塔５４の入口と同等の値となる。
【００４０】
水洗塔５４の出口の生成ガス２０は、ガスガス熱交換器７０で脱塵装置５３を出た生成ガス２０と熱交換し、約３００℃に昇温して水洗塔５４の下流側に設置したシフト反応器５５に供給される。
【００４１】
シフト反応器５５の内部にはシフト反応触媒が充填されており、生成ガス２０中の一酸化炭素と水蒸気がシフト反応して二酸化炭素と水素になる。このシフト反応触媒を作動させるためには、シフト反応器５５の入口ガス温度は約３００℃が必要である。
【００４２】
前記シフト反応器５５が設置されていない場合、シフト反応器５５の下流側に設置した約４０℃で運用する吸収塔５６で生成ガス２０中の水蒸気が凝縮し、この凝縮熱は発電に寄与しないため、ガス化発電システムの発電効率が大きく低下する。
【００４３】
一方、本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムにおいては、シフト反応器５５で生成ガス２０中の水蒸気が一酸化炭素とシフト反応することで、沸点が０℃以下の二酸化炭素と水素に変換されるので、シフト反応器５５の下流側に生成ガス２０から硫化水素及び二酸化炭素を吸収液１１に吸収する吸収塔５６を設置しても、ガス化発電システムの発電効率の低下は小さく抑えられる。
【００４４】
前記シフト反応器５５を出た生成ガス２０は、シフト反応器５５の下流側に設置したガスガス熱交換器７１と冷却器７２に順次通ガスされ、シフト反応器５５の下流側に設置された吸収塔５６に供給される。
【００４５】
吸収塔５６にはメチルジエタノールアミンなどの吸収液１１を流して、この吸収液１１に生成ガス２０に含まれた硫化水素を吸収させ、吸収塔５６の下部から硫化水素を吸収した吸収液１１を抜き出す。
【００４６】
ここで、吸収塔５６に供給される吸収液１１であるアルカリ性のアミン吸収液は、硫化水素だけでなく、二酸化炭素も吸収することができるが、二酸化炭素はガスタービン燃焼器６０で燃焼反応には寄与しないものの、ガスタービン６２を駆動する媒体にはなるので、ガス化発電システムの発電効率を高めるためには二酸化炭素は除去しない方が望ましい。
【００４７】
そこで、吸収塔５６に供給される吸収液１１には二酸化炭素の吸収を阻害する物質を添加し、硫化水素を選択的に吸収するようにしたものを用いる。
【００４８】
そして吸収塔５６を出た生成ガス２０は、ガスガス熱交換器７１でシフト反応器５５の出口の生成ガス２０との熱交換で昇温した後に、ガスタービン燃焼器６０に燃料として供給する。
【００４９】
ガスタービン燃焼器６０には、水９の噴霧及び増湿塔６４によって加湿した圧縮空気２２も供給して燃料の生成ガス２１と燃焼反応させ、高温の燃焼ガスを生成する。
【００５０】
この加湿した圧縮空気２２は、以下のようにして得られる。すなわち、ガスタービン圧縮機６１の入口で空気６に約２重量％の水９を噴霧して圧縮機６１で圧縮し、得られた圧縮空気をさらに増湿塔６４に導いて水と接触させて１０重量％前後の水を含む圧縮空気２２とし、ガスタービン排ガスと熱交換するガスガス熱交換７３により昇温した後に、前記ガスタービン燃焼器６０にガスタービン燃焼用の空気として導くことによって加湿した圧縮空気２２を得ている。
【００５１】
ガスタービン燃焼器６０で燃焼して生成した高温の燃焼ガスはガスタービン６２を駆動し、ガスタービン６２の回転軸に連結された発電機６３を回転させることで、電力が得られる。
【００５２】
ガスタービン６２から排出した排ガスは前記ガスガス熱交換器７３に導いて、排ガスの持つ顕熱の一部を前述した圧縮空気２２の昇温に用いる。
【００５３】
前記ガスガス熱交換器７３を経た排ガスは次に凝縮熱交換器７４に導びかれ、前記水回収器６５で回収した水３０をこの凝縮熱交換器７４に供給して前記凝縮熱交換器７４に流入した排ガスとの間接熱交換で排ガスを冷却し、この排ガスに含まれた水分を凝縮させる。
【００５４】
すなわち、排ガスが持つ顕熱と水蒸気の潜熱が、前記凝縮熱交換器７４を経由して前記水回収器６５から冷却水供給系統ａを通じてガス化炉５０、ガス化炉熱回収部５１、或いは冷却塔５２に供給される水に付与される。
【００５５】
このため、従来は温度レベルが低く、発電効率向上のために使うことのできなかったこれらの熱を、ガス化炉５０で得られた生成ガス２０に付与してガスタービンによる発電に使うことで、ガス化発電システムの発電効率向上を図ることが可能となった。
【００５６】
前記凝縮熱交換器７４を経た排ガスと凝縮した水は水回収器６５に導かれて排ガスと水を分離し、この水回収器６５で分離した排ガス２３は煙突６６から大気に放出される。
【００５７】
また、水回収器６５で排ガスと分離して回収された水３０の一部はガスタービン圧縮空気の増湿のための増湿塔６４の供給水３２として供給されると共に、前記水回収器６５で分離して回収された水３０の一部はガス化炉５０で得られた生成ガス２０を冷却するために噴霧する水３４として冷却塔５２に供給されるように構成している。
【００５８】
このように水を循環利用することで水消費量が抑えられる。ただし、水の循環利用で微量成分が濃縮するので、水回収器６５で分離した微量成分を含む一部の水３１は循環利用せず、排水処理を施す。そして、微量成分を含まない水１０を、水回収器６５の水位のレベルが一定になるように外部から水回収器６５に供給するように構成している。
【００５９】
上記した本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムによる付加的な効果を列挙すると次に通りとなる。
【００６０】
本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムでは、ガス化炉の下流にシフト反応器を設置し、シフト反応器で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とした後に吸収液を用いる吸収塔に導き、生成ガス中の硫化水素を除去するため、不純物除去装置として約４０℃で生成ガス中の硫化水素などを吸収する湿式脱硫装置が適用可能となる。
【００６１】
また本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムでは、湿式脱硫装置は吸収液中の硫化水素を減圧して約１００℃とすることで再生することができるため、乾式脱硫装置によるガス精製より熱損失が小さく、高効率発電が可能となる。
【００６２】
また本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムでは、湿式脱硫装置によるガス精製で用いる吸収液は液体であるため、ハンドリングが容易であり、固体の吸着剤を用いる乾式ガス精製を適用する場合よりも運用性を高めることができ、吸収液の寿命は吸着剤よりも長いことから、廃棄物の少ない環境に優しい設備とすることができた。
【００６３】
また本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムでは、天然ガスを燃料とする場合と同じ材料のガスタービンが適用可能となる。
【００６４】
また本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムでは、ガスタービン排ガスから回収した水をガスタービンにリサイクルする系統における炭酸カルシウムや硫酸カルシウムの析出を抑制する回収水からイオンを除去する設備の設置が不要となる。
【００６５】
本実施例によれば、炭素系燃料をガス化してガスタービンに燃料として供給して発電する炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、ガス化炉とガスタービンの間に低温で作動する吸収液を用いる脱硫装置を設置した場合でも、ガス化炉の排熱をガスタービンまで導いて高い発電効率を得ることを可能にした炭素系燃料のガス化発電システムが実現できる。
【実施例２】
【００６６】
次に本発明の第２実施例である炭素系燃料のガス化発電システムについて図２を用いて説明する。
【００６７】
図２に示した本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムは、図１に示した第１実施例の炭素系燃料のガス化発電システムと基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成は説明を省略し、相違する構成について以下に説明する。
【００６８】
図２に示した本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムでは、ガス化炉５０に設けたガス化炉熱回収部５１の下流側には冷却塔５２が備えられておらず、ノックアウトドラム５７がガス化炉熱回収部５１の下流側で、脱塵装置５３の上流側となる位置に設置されている。
【００６９】
更に、前記水回収器６５とガス化炉５０の上部に設けたガス化炉熱回収部５１との間に水回収器６５で分離して回収された水３０の一部を導く冷却水供給系統ａ２が配設されている。
【００７０】
水回収器６５で分離して回収された水３０は、ガスタービン圧縮空気の増湿のための増湿塔６４への供給水３２と、ガス化炉５０で得られた生成ガス２０へ噴霧する水３３に用いるだけでなく、前記水回収器６５で排ガスと分離して回収された水３０の一部の水３４を、水回収器６５から前記冷却水供給系統ａ２を通じてガス化炉５０の上部に設けたガス化炉熱回収部５１に供給し、この水回収器６５に複数段に分けて噴霧する噴霧水３４として噴霧し、ガス化炉５０で生成した生成ガス２０と水３４を接触させるように構成している。
【００７１】
冷却水供給系統ａ２を通じて供給し、ガス化炉熱回収部５１に複数段に分けて噴霧する水３４の供給量は、脱塵装置５３の入口に設けた温度計９０で検出する検出温度が規定値となるように、この温度計９０の検出温度に基づいて冷却水供給系統ａ２に設置した流量調整弁８０の開度を調節し、ガス化炉熱回収部５１に複数段に分けて噴霧する水３４の供給量を制御する。
【００７２】
このノックアウトドラム５７の設置によって、ガス化炉５０の起動時や停止時など、ガス化炉５０で生成した生成ガス２０のガス温度が低く、ガス化炉熱回収部５１にガス化炉熱回収部５１に噴霧した水３４の一部が気化せずに生成ガス２０中に同伴した場合でも、液体の水を生成ガス２０から分離して脱塵装置５３に流入するのを防止している。
【００７３】
本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムでは、水回収器６５でガスタービン排ガスから回収した水３０の一部を、噴霧水３４としてガス化炉５０に設けたガス化炉熱回収部５１に複数段に分けて噴霧し、ガス化炉５０で生成した生成ガス２０と噴霧した水３４を接触させるように構成しているので、生成ガス２０が局所的に低温になることが防止できる。
【００７４】
また、ガス化炉熱回収部５１に噴霧水３４を複数段に分けて噴霧して生成ガス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３４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６）が液体の水の介在により凝集することを防止している。
【００７５】
ガス化炉３上部に設けたガス化炉熱回収部５１に複数段に分けて水３４を噴霧するために、本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムでは、図３に部分図として示したように、生成ガス温度制御手段を構成する複数段の円管状の水噴霧用ヘッダー７６をガス化炉熱回収部５１の外周側に設け、これらの各段の水噴霧用ヘッダー７６から放射状にガス化炉５０のガス化炉熱回収部５１に水３４を供給する水噴霧用配管７７をそれぞれ設置し、この水噴霧用配管７７の先端に水噴霧ノズルを接続してガス化炉熱回収部５１の内部に水３４を噴霧する。
【００７６】
そして、ガス化炉熱回収部５１の内部に複数段に分けて噴霧される水３４の噴霧量は制御装置９８によって制御される。
【００７７】
ここで、ガス化炉熱回収部５１に複数段に分けて設けた水噴霧用ヘッダー７６からそれぞれの水噴霧用配管７７を通じてガス化炉熱回収部５１内に噴霧する水３４の噴霧量は、ガス化炉熱回収部５１の出口に設けた温度計９７で検出した生成ガス２０の温度に基づいて前記制御装置９８で噴霧水３４の噴霧量を演算し、この制御装置９８からの指令信号に基づいて前記複数段の水噴霧用ヘッダー７６に供給される水３４の供給量を制御する流量調整弁８６〜８９の開度を調節することで、複数段の水噴霧用ヘッダー７６から水噴霧用配管７７を通じてガス化炉熱回収部５１に噴霧する水３４の噴霧量を各段ごとに可変として、ガス化炉熱回収部５１出口の生成ガス２０の温度を制御する。
【００７８】
上記した生成ガス温度制御手段が必要な理由は、シフト反応器５５の入口の水蒸気／一酸化炭素比はシフト反応触媒の性能によって決まる範囲に制御する必要があるので、石炭１の炭種とガス化炉３の運転条件が決まれば増減できる水３４の供給量が決まり、制御可能な生成ガス２０の温度範囲が決まるので、設計炭と大きく性状の異なる炭種を使用する場合には、脱塵装置５３入口の生成ガス２０のガス温度が設定温度よりも高すぎたり、低すぎたりする可能性があるからである。
【００７９】
この生成ガス２０の温度を制御する生成ガス温度制御手段を設置したことによって、設計炭と大きく性状の異なる石炭１の炭種でも、脱塵装置５３入口の生成ガス２０の温度を適切な範囲に制御することが可能となる。
【００８０】
次に、この生成ガス温度制御手段による制御方法について具体的に説明する。前記複数段の水噴霧用ヘッダー７６の各段から水噴霧用配管７７を通じてガス化炉熱回収部５１内に複数段に分けて噴霧される水３４の噴霧量が等しい条件から、温度計９７で検出したガス化炉熱回収部５１出口の生成ガス温度２０が設定値よりも低下した場合には、制御装置９８で演算した指令信号によって前記ガス化炉熱回収部５１の最下段への水噴霧量を制御する流量調整弁Ａ８６の開度を大きくして該熱回収部５１の最下段への水３４の噴霧量を多くなるように調節し、ガス化炉熱回収部５１の最上段への水噴霧量を制御する流量調整弁Ｄ８９の開度を小さくして該熱回収部５１の最上段への水３４の噴霧量を少なくなるように調節して、前記熱回収部５１の最下部における生成ガス２０の温度低下を大きくする。
【００８１】
この熱回収部５１における熱回収量は、生成ガス２０の温度とガス化炉熱回収部５１の壁面温度に比例するので、熱回収部５１の最下部の生成ガス２０の温度低下が大きくなると、熱回収部５１における熱回収量が減少し、これに伴って熱回収部５１の出口の生成ガス２０の温度を上昇させることができる。
【００８２】
また逆に、前記複数段の水噴霧用ヘッダー７６の各段から水噴霧用配管７７を通じてガス化炉熱回収部５１内に複数段に分けて噴霧される水３４の噴霧量が等しい条件から、温度計９７で検出したガス化炉熱回収部５１出口の生成ガス温度２０が設定値よりも上昇した場合には、制御装置９８で演算した指令信号によって前記ガス化炉熱回収部５１の最下段への水噴霧量を制御する流量調整弁Ａ８６の開度を小さくして該熱回収部５１の最下段への水３４の噴霧量を少なくなるように調節し、ガス化炉熱回収部５１の最上段への水噴霧量を制御する流量調整弁Ｄ８９の開度を大きくして該熱回収部５１の最上段への水３４の噴霧量を多くなるように調節して、前記熱回収部５１の最下部における生成ガス２０の温度を上昇させる。
【００８３】
前記熱回収部５１の最下段の生成ガス２０の温度が上昇すると、この部位から上の熱回収部５１における熱回収量が増加するので、熱回収部５１の出口の生成ガス２０の温度を低下させることができる。
【００８４】
このように、生成ガス温度制御手段による制御方法を適用することによって、前記複数段の水噴霧用ヘッダー７６の各段から水噴霧用配管７７を通じてガス化炉熱回収部５１内に複数段に分けて噴霧される水３４の噴霧量を増減させて、熱回収部５１の出口の生成ガス２０の温度を制御して設定温度に維持する。
【００８５】
本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムにおける付加的な効果として、小型のノックアウトドラムを設置するだけで大型の冷却塔を設置する必要がないので、ガス化発電システムの機器構成を簡素化することが可能となる。
【００８６】
本実施例によれば、炭素系燃料をガス化してガスタービンに燃料として供給して発電する炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、ガス化炉とガスタービンの間に低温で作動する吸収液を用いる脱硫装置を設置した場合でも、ガス化炉の排熱をガスタービンまで導いて高い発電効率を得ることを可能にした炭素系燃料のガス化発電システムが実現できる。
【実施例３】
【００８７】
次に本発明の第３実施例である炭素系燃料のガス化発電システムについて図４を用いて説明する。
【００８８】
図４に示した本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムは、図１に示した第１実施例の炭素系燃料のガス化発電システムと基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成は説明を省略し、相違する構成について以下に説明する。
【００８９】
地球温暖化防止のため、火力発電所からの二酸化炭素排出を削減することが求められている。図１に示した第１実施例の炭素系燃料のガス化発電システムでは、吸収塔５６で硫化水素を選択的に除去する実施例の場合を示したが、地球温暖化防止の観点からは、吸収塔５６で硫化水素だけでなく、二酸化炭素も回収することが望ましい。この場合の例を本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムに示す。
【００９０】
図４に示した本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムでは、吸収塔５６で用いるメチルジエタノールアミンなどのアルカリ性の吸収液１１は、酸性ガスである硫化水素と二酸化炭素の両方を吸収することができる。このため、吸収塔５６に供給された吸収液１１は生成ガス２０と接触し、生成ガス２０中の硫化水素と二酸化炭素を吸収する。
【００９１】
吸収塔５６で生成ガス２０中の硫化水素と二酸化炭素を吸収した吸収液１１は、吸収塔５６から再生塔５８に導かれて、前記再生塔５８にて吸収液１１の温度を上げることで、この吸収液１１から該吸収液１１に吸収した硫化水素と二酸化炭素を脱離させる。
【００９２】
本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムでは、吸収液１１に吸収した硫化水素と二酸化炭素を脱離させるために再生塔５８を用いたが、吸収液１１の温度を上げるとともに減圧する方法でも、吸収液１１から該吸収液１１に吸収した硫化水素と二酸化炭素を分離することができる。
【００９３】
本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムでは、再生塔５８の出口には、再生塔５８で該吸収液１１から分離した硫化水素と二酸化炭素の混合ガス４０が得られるが、二酸化炭素を固定するためには二酸化炭素の純度を上げる必要がある。
【００９４】
そのために、硫化水素と二酸化炭素の混合ガス４０を、再生塔５８の下流側に設置した二酸化炭素／硫化水素分離器５９に導く。
【００９５】
前記二酸化炭素／硫化水素分離器５９には、例えば硫化水素を吸着する吸着剤を充填した吸着塔を用いることができる。この吸着塔を２塔以上設置し、一つの吸着塔で硫化水素を吸着している間に、別の吸着塔に空気を流通して、吸着剤から硫化水素を脱着させるとともに、空気中の酸素と反応させて二酸化硫黄４１とする。
【００９６】
この二酸化硫黄は石膏法で石膏として回収する。すなわち、二酸化硫黄を含むガスを石灰石スラリーと反応させてガス中の硫黄を固体の石膏として固定し、石灰石スラリーから分離する。
【００９７】
二酸化炭素／硫化水素分離器５９で得られた純度の高い二酸化炭素４２は、前記二酸化炭素／硫化水素分離器５９の下流側に設置した圧縮機６７に供給して圧縮し、別設された図示していない二酸化炭素貯蔵器に供給して液体として貯蔵する。
【００９８】
更に、二酸化炭素／硫化水素分離器５９の下流側に設置した圧縮機６７とガス化炉５０との間に前記二酸化炭素／硫化水素分離器５９で得られた二酸化炭素を二酸化炭素に供給する二酸化炭素供給系統ｂが配設されている。
【００９９】
そして、前記二酸化炭素／硫化水素分離器５９で得られた４ＭＰａ程度の圧力となった二酸化炭素４２の一部を抜き出し、二酸化炭素／硫化水素分離器５９とガス化炉５０との間に配設した二酸化炭素供給系統ｂを通じて、この二酸化炭素４２を前記二酸化炭素／硫化水素分離器５９からガス化炉５０に供給し、石炭１やチャー６の搬送、ガス化炉５０の冷却、ガス化炉５０に設置する圧力計等の圧端パージに用いる。
【０１００】
本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムにおける付加的な効果として、二酸化炭素／硫化水素分離器５９で純度の高い二酸化炭素を分離できるので、水分等を除去する前処理を行わずに分離した二酸化炭素を圧縮機で圧縮できて、二酸化炭素をガス化発電システムの系内に有効に活用することが可能となる。
【０１０１】
本実施例によれば、炭素系燃料をガス化してガスタービンに燃料として供給して発電する炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、ガス化炉とガスタービンの間に低温で作動する吸収液を用いる脱硫装置を設置した場合でも、ガス化炉の排熱をガスタービンまで導いて高い発電効率を得ることを可能にした炭素系燃料のガス化発電システムが実現できる。
【実施例４】
【０１０２】
次に本発明の第４実施例である炭素系燃料のガス化発電システムについて図５を用いて説明する。
【０１０３】
図５に示した本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムは、図１に示した第１実施例の炭素系燃料のガス化発電システムと基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成は説明を省略し、相違する構成について以下に説明する。
【０１０４】
図５に示した本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムは、ガスタービン排ガスから回収した水３０の一部をガス化炉５０の水冷壁や、ガス化炉熱回収部５１で昇温した後に、ガス化炉５０の下流で生成ガス２０中に噴霧する構成を示している。
【０１０５】
ガスタービンと蒸気タービンを持つ複合発電を用いて発電する場合、ガス化炉５０の水冷壁や、ガス化炉熱回収部５１にボイラ水を供給してガス化炉排熱で水蒸気を製造し、この水蒸気を蒸気タービンに供給して電力を得ている。
【０１０６】
しかしながら、本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムは蒸気タービンを備えていないので、ガス化炉５０の水冷壁や、ガス化炉熱回収部５１で水蒸気を製造しても、この水蒸気の一部はユーティリティーとして使用するが、大部分は電力に変換されないので、ガス化発電システムの発電効率が低下する。
【０１０７】
そこで、本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムでは、水回収器６５とガス化炉５０の上部に設けたガス化炉熱回収部５１との間に、水回収器６５で回収した水３０の一部の水３３をガス化炉熱回収部５１に供給する冷却水供給系統ａ２を配設している。
【０１０８】
そして、水回収器６５でガスタービンの排ガスから回収された水３０の一部の水３３を、図５及び図６に示すように、水回収器６５から冷却水供給系統ａ２を通じてガス化炉５０の上部に設けたガス化炉熱回収部５１に供給し、このガス化炉熱回収部５１で生成ガス２０の熱を水３３に回収する。
【０１０９】
冷却水供給系統ａ２を通じて供給され、前記ガス化炉熱回収部５１で生成ガス２０の熱を回収して昇温した水３３は、このガス化炉熱回収部５１から脱塵装置５３の下流側に設置した水洗塔５４に供給する昇温水供給系統ｂから分岐して冷却塔５２に供給され、噴霧水３４として冷却塔５２を流下する生成ガス２０に噴霧するように構成している。
【０１１０】
冷却塔５２に噴霧する噴霧水３４の噴霧量は流量調整弁８０によって調節される。
【０１１１】
ガス化炉５０の上部に設けたガス化炉熱回収部５１の構造は、図６に示すように、鉛直方向に立てた水冷管７８を並べて円筒状とした構造、或いは水冷管７８を螺旋状に巻いて円筒状とした構造を採用する。
【０１１２】
水回収器６５から前記ガス化炉熱回収部５１に供給する水３３の供給量は、ガス化炉熱回収部５１を構成する材料が高温にならないように設定し、配管上に設定した流量計９２の指示値が規定値になるように、流量調整弁８２を操作することによって制御する。
【０１１３】
このように一定量の水３３を前記ガス化炉熱回収部５１に流通させ、前記ガス化炉熱回収部５１を経た水３３の全量を噴霧水３４として流量調整弁８０を介して冷却塔５２に噴霧すると、ガス化炉５０の運転条件によっては脱塵装置５３前の生成ガス２０のガス温度が規定値を下回る。
【０１１４】
そこで、脱塵装置５３入口に設置した温度計９０の指示値が規定値になるように、前記ガス化炉熱回収部５１から冷却塔５２への水３４の供給量は流量調整弁８０で制御する。
【０１１５】
そして、ガス化炉熱回収部５１と脱塵装置５３の下流側に設置した水洗塔５４との間に昇温水供給系統ｂを配設して、ガス化炉熱回収部５１で昇温され冷却塔５２に供給されない余剰の水２４を、この昇温水供給系統ｂを通じて水洗塔５４へ供給するように構成している。
【０１１６】
本実施例によれば、炭素系燃料をガス化してガスタービンに燃料として供給して発電する炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、ガス化炉とガスタービンの間に低温で作動する吸収液を用いる脱硫装置を設置した場合でも、ガス化炉の排熱をガスタービンまで導いて高い発電効率を得ることを可能にした炭素系燃料の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実施例である炭素系燃料のガス化発電システムについて図７を用いて説明する。
【０１１８】
図７に示した本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムは、図１に示した第１実施例の炭素系燃料のガス化発電システムと基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成は説明を省略し、相違する構成について以下に説明する。
【０１１９】
図７に示した本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムは、前記水回収器６５とガス化炉５０の水冷壁との間に水回収器６５で分離して回収された水３０の一部を導く冷却水供給系統ａ３が配設されている。
【０１２０】
そして、ガスタービンの水回収器６５で排ガスから回収された水３０の一部を、冷却水供給系統ａ３を通じてガス化炉５０の水冷壁に供給し、このガス化炉５０の水冷壁で生成ガス２０によって昇温した水３３の一部を、このガス化炉５０の水冷壁から冷却塔５２に供給して噴霧水３４として噴霧するように構成している。冷却塔５２に噴霧する噴霧水３４の噴霧量は流量調整弁８０によって調節される。
【０１２１】
前記ガス化炉５０の水冷壁も、熱回収部５１と同様に、鉛直方向に立てた水冷管を並べて円筒状とした構造や、水冷管を螺旋状に巻いて円筒状とした構造とし、必要に応じて耐火材を施工して、ガス化炉５０内の高温から金属材料を保護する構造とする。
【０１２２】
冷却水供給系統ａ３を通じて水回収器６５からガス化炉５０の水冷壁に供給する水３０の供給量はガス化炉５０の水冷壁の材料を保護するために、前記冷却水供給系統ａ３に流量計９２及び流量調整弁８２を設けて規定量の水３０の供給量が流れるように設定し、前記冷却水供給系統ａ３に設置した流量計９２の流量検出値が規定値になるように、流量調整弁８２の開度を調節して水３０の供給量を制御する。
【０１２３】
このように冷却水供給系統ａ３を通じて一定量の水３０の供給量をガス化炉５０の水冷壁に流通させ、該ガス化炉５０の水冷壁から昇温した冷却水３４を冷却塔５２に噴霧させると、ガス化炉５０の運転条件によっては脱塵装置５３の入口のガス温度が規定値を下回る可能性がある。
【０１２４】
そこで、脱塵装置５３の入口に温度計９０を設置し、この温度計９０の検出温度が規定値になるように、ガス化炉５０の水冷壁から冷却塔５２に供給される昇温した冷却水３４の供給量を流量調整弁８０で制御するようにして、ガス化炉５０の運転条件に拘わらず脱塵装置５３の入口のガス温度が規定値を常に満たすようにした。
【０１２５】
そして、ガス化炉５０の水冷壁と脱塵装置５３の下流側に設置した水洗塔５４との間に昇温水供給系統ｂを配設して、ガス化炉５０の水冷壁で昇温され冷却塔５２に供給されない余剰の水２４を、前記昇温水供給系統ｂを通じて脱塵装置５３の下流側に設置した水洗塔５４へ供給するように構成した。
【０１２６】
また、水回収器６５でガスタービンの排ガスから回収された水を、図５に示した第４実施例では冷却水供給系統ａを通じてガス化炉熱回収部５１のみに供給し、図７に示した第５実施例では冷却水供給系統ａ３を通じてガス化炉５の水冷壁のみに供給しているが、冷却水供給系統ａ及び冷却水供給系統ａ３の双方を配設して水回収器６５から排ガスから回収された水をガス化炉熱回収部５１とガス化炉５の水冷壁との両方に供給するように構成しても良い。
【０１２７】
本実施例によれば、炭素系燃料をガス化してガスタービンに燃料として供給して発電する炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、ガス化炉とガスタービンの間に低温で作動する吸収液を用いる脱硫装置を設置した場合でも、ガス化炉の排熱をガスタービンまで導いて高い発電効率を得ることを可能にした炭素系燃料のガス化発電システムが実現できる。
【実施例６】
【０１２８】
次に本発明の第６実施例である炭素系燃料のガス化発電システムについて図８を用いて説明する。
【０１２９】
図８に示した本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムは、図１に示した第１実施例の炭素系燃料のガス化発電システムと基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成は説明を省略し、相違する構成について以下に説明する。
【０１３０】
図８に示した本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、図５に示した実施例４では、水回収器６５でガスタービンの排ガスから回収した水３０の一部である水３３を、該水回収器６５から冷却水供給系統ａ２を通じてガス化炉熱回収部５１の水冷管７８に供給して生成ガス２０の熱で昇温させ、昇温した水３３をガス化炉熱回収部５１から水洗塔５４に供給する昇温水供給系統ｂから分岐して冷却塔５２に供給し、噴霧水３４として冷却塔５２を流下する生成ガス２０に噴霧する実施例を示したが、ガス化炉熱回収部５１の水冷管７８に孔を開け、冷却水供給系統ａ２を通じてガス化炉熱回収部５１に供給する水３３をガス化炉熱回収部５１内の生成ガス２０に噴霧するようにしても良い。
【０１３１】
この場合、ガス化炉熱回収部５１の水冷管７８の孔に噴霧ノズルを埋め込み、噴霧ノズルから水３３を微細な水滴としてガス化炉熱回収部５１内の生成ガス２０と接触させることが望ましい。
【０１３２】
前記ガス化炉熱回収部５１の水冷管７８に孔を開け、ガス化炉熱回収部５１で水３３を噴霧させる場合には、図８に示した本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムのように、ガス化炉５０に供給する水として水回収器６５で回収した水の一部を水回収器６５から導いて貯留するタンク６７を設け、このタンク６７からポンプ６８で昇圧してガス化炉熱回収部５１の水冷管７８に水３３を供給する供給配管を配設する。
【０１３３】
また、ガス化炉熱回収部５１の水冷管７８から生成ガス２０によって昇温した昇温水２４をタンク６７に戻す複数の戻り配管を設置する。
【０１３４】
ガス化炉熱回収部５１の水冷管７８には、ガス化炉熱回収部５１を構成する材料が高温にならないように水を流す必要がある。そこで、ガス化炉熱回収部５１の水冷管７８から昇温水２４をタンク６７に戻す前記複数の戻り配管に、昇温水２４の温度を計測する温度計９５、９６と、昇温水２４の流量を調節する流量調整弁８４、８５をそれぞれ設置し、前記温度計９５、９６で検出した昇温水２４の温度の検出温度に基づいて流量調整弁８４、８５の開度を操作して昇温水２４の流量を調節する第２の制御装置９９を設置している。
【０１３５】
そして、前記温度計９５、９６で検出した昇温水２４の検出温度が高い場合には、第２の制御装置９９によって流量調整弁８４、８５の開度を大きくなるように操作してタンク６７からガス化炉熱回収部５１の水冷管７８に供給する水３３の循環量を増やし、昇温水２４の温度上昇を抑える。
【０１３６】
また、前記温度計９５、９６で検出した昇温水２４の検出温度が低い場合には、第２の制御装置９９によって流量調整弁８４、８５の開度を小さくなるように操作してタンク６７からガス化炉熱回収部５１の水冷管７８に供給する水３３の循環量を減らし、昇温水２４の温度を上昇させる。
【０１３７】
ガス化炉熱回収部５１の出口の生成ガス２０の温度を規定値に維持するためには、ガス化炉熱回収部５１に噴霧される冷却水３３の噴霧量を増減する必要がある。そのために、ポンプ６８の出口側の供給配管に圧力を計測する圧力計９４を設置し、この圧力計９４で検出した生成ガス２０の圧力の設定値を、ガス化炉熱回収部５１の下流側に設置したノックアウトドラム５９の上流に設置した温度計９０で検出した生成ガス２０の温度が規定値を維持するように、温度計９０で検出した生成ガス２０の検出温度に基づき第２の制御装置９９によってポンプ６８の圧力の設定を調節する。
【０１３８】
すなわち、温度計９０で検出したガス化炉熱回収部５１の下流側でノックアウトドラム５９の上流側の生成ガス２０の検出温度が低い場合は、前記第２の制御装置９９からの指令信号に基づいてポンプ６８の圧力の設定値を下げて、ガス化炉熱回収部５１の水冷管７８に流れる水３３の量を減少させ、ガス化炉熱回収部５１から生成ガス２０に噴霧される水３３の噴霧量が減るようにする。
【０１３９】
また、温度計９０で検出したガス化炉熱回収部５１の下流側でノックアウトドラム５９の上流側の生成ガス２０の検出温度が高い場合は、第２の制御装置９９からの指令信号に基づいてポンプ６８の圧力の設定値を上げて、ガス化炉熱回収部５１の水冷管７８に流れる水３３の量を増加させ、ガス化炉熱回収部５１から生成ガス２０に噴霧される水３３の噴霧量が増えるようにして、温度計９０で検出したガス化炉熱回収部５１の出口での生成ガス２０の温度が規定値を維持するように制御する。
【０１４０】
ポンプ６８出口の水３３の圧力を調整するために、ポンプ６８の出口からタンク６７に戻る第２の配管を設け、この第２の配管に流量調整弁８３を設置する。
【０１４１】
そして、圧力計９４で検出したポンプ６８出口の水３３の圧力が設定値より高い場合には、圧力計９４で検出した検出圧力に基づき制御装置９９から出力された指令信号によってこの流量調整弁８３の開度が大きくなるように調節し、また、圧力計９４で検出したポンプ６８出口の水３３の圧力が設定値より低い場合には、制御装置９９から出力された指令信号によってこの流量調整弁８３の開度が小さくなるように調節する制御を行う。
【０１４２】
上記した本実施例の炭素系燃料のガス化発電システムによる付加的な効果として、制御装置によってガス化発電システムの信頼性を向上させることが可能となる。
【０１４３】
本実施例によれば、炭素系燃料をガス化してガスタービンに燃料として供給して発電する炭素系燃料のガス化発電システムにおいて、ガス化炉とガスタービンの間に低温で作動する吸収液を用いる脱硫装置を設置した場合でも、ガス化炉の排熱をガスタービンまで導いて高い発電効率を得ることを可能にした炭素系燃料のガス化発電システムが実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１４４】
本発明は石炭やバイオマスなどの炭素系燃料を原料として発電する炭素系燃料のガス化発電システムに適用可能であり、特に、炭素系燃料をガス化してガスタービンを用いて発電する炭素系燃料のガス化発電システムに適用可能である。
【符号の説明】
【０１４５】
ａ：冷却水供給系統、ａ２：冷却水供給系統、ａ３：冷却水供給系統、ｂ：昇温水供給系統、ｃ：二酸化炭素供給系統、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：ガスタービン空気への噴霧水  、１０：水回収器への供給水、１１：吸収液、５０：ガス化炉、５１：ガス化炉熱回収部、５２：冷却器、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：水回収塔、６６：煙突、７０〜７４：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、８０〜８９：流量調整弁、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、９５〜９７：温度計、９８、９９：制御装置。
【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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