(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料をガス化・冷却して粗ガスを生成するガス化・冷却設備Ａと、粗ガスを湿度で精製ガスにするガス精製設備Ｂと、精製ガスを燃焼させて複合発電するガスタービン複合発電設備Ｃと、を備えたガス化複合発電設備において、
粗ガス及び精製ガスより圧力の高い熱媒体により粗ガスを冷却し精製ガスを加熱する間接ガス冷却加熱装置を備え、
前記間接ガス冷却加熱装置は、ガス化・冷却設備Ａとガス精製設備Ｂとの間に設けられ粗ガスを冷却して熱媒体を加熱する粗ガス冷却器と、ガス精製設備Ｂとガスタービン複合発電設備Ｃの間に設けられ精製ガスを加熱された熱媒体で加熱する精製ガス加熱器と、粗ガス冷却器と精製ガス加熱器の間を熱媒体を循環させる媒体循環ラインとを備えた、ことを特徴とするガス化複合発電設備。
【請求項２】
前記熱媒体は水及び水蒸気であり、粗ガス冷却器で蒸発し精製ガス加熱器で凝縮するように媒体循環ラインの圧力が設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載のガス化複合発電設備。
【請求項３】
前記熱媒体は高圧の液体又は気体であり、粗ガス冷却器と精製ガス加熱器の間を液体又は気体のまま循環するように媒体循環ラインの圧力が設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載のガス化複合発電設備。
【請求項４】
リーク検出のための検出器がガスタービン発電装置上流に取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の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、炭化水素系燃料をガス化してガスタービンの燃料にするガス化複合発電設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来のガス化複合発電設備の全体フロー図である。この図において、Ａはガス化・冷却設備であり、ガス化炉１でガス化した粗ガスを輻射粗ガス冷却器２と対流粗ガス冷却器３で冷却し、ガス精製設備Ｂに供給する。対流粗ガス冷却器３は、エコノマイザとエバポレータを有し、粗ガス冷却器に給水すると共に余剰蒸気を排熱回収ボイラ８に供給するようになっている。
【０００３】
ガス精製設備Ｂは、湿式ガス精製装置を構成する高温スクラバー、ヒーター、ＣＯＳ転換器、ノックアウトドラム、ボイラ水加熱器、クーラー、低温スクラバー、脱硫塔等からなり、脱塵、冷却、脱硫して粗ガスを湿式で精製するようになっている。
また、Ｃはガスタービン複合発電設備であり、ガスタービン発電装置７、排熱回収ボイラ８、蒸気タービン発電装置９、等からなり、精製ガスを燃焼させてガスタービン発電装置７と蒸気タービン発電装置９で複合発電するようになっている。
【０００４】
上述したガス精製設備Ｂは、更にその最下流部に通常、サチュレーション設備５を備える。このサチュレーション設備は、ガスと水が接触する多段接触塔と熱水を循環させるポンプからなり、湿式精製した比較的低温（例えば約４０℃）の精製ガスを熱水を用いて約１３０℃前後（ｔ３）まで加熱するとともに、この温度における飽和点まで水蒸気を加湿している。このように、精製ガスを昇温及び加湿することにより、燃焼ガスの流量を増加させてガスタービン発電装置７の出力を増大させ、同時に加湿された水蒸気によりＮＯx 発生量を低減している。なお、ＮＯx 制限条件等によっては、サチュレーション設備を省く場合がある。また、本出願における各温度の値は例示にすぎず、蒸気タービン発電装置等の条件により種々に変化することは勿論である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
更に、サチュレーション設備５を出た精製ガスの温度は、約１３０℃前後（ｔ３）であり、システム熱効率の向上のためには更に昇温することが望まれる。そのため、従来のガス化複合発電設備では、図３に示すように、ガス化・冷却設備Ａとガス精製設備Ｂの間に精製ガス加熱器６を設け、この加熱器により、精製ガスを約４００℃（ｔ４）まで加熱してガスタービン発電装置へ供給し、システム効率の向上を図っていた。なお、この図において、ｔ1 は約４２０℃、ｔ2 は約２３０℃である。
【０００６】
精製ガス加熱器６は、シェルアンドチューブ型の熱交換器であり、そのチューブ側を粗ガスが流れ、シェル側を精製ガスが流れる。しかし、かかる従来のガス化複合発電設備には以下の問題点があった。
▲１▼粗ガスには、粉塵（ダストや煤埃）が大量に含まれており、ダスト等が堆積・固着して発電設備の操業を停止させるおそれがある。また、この対策のため、スーツブロアを設けたり流速を制御する等が不可欠となり、装置が複雑化となる。▲２▼高速ダストによりチューブに貫通穴ができるおそれがあり、貫通穴ができるとダスト等ガスタービン阻害成分がガスタービンに流入し、タービンブレード等に致命的な損傷を与えるおそれがある。これを防止するためにチューブ材質を上げると大幅な価格上昇となり、また十数年間の運転で全く貫通穴ができないと断言できない。▲３▼ガスとガスの熱交換器であるため、熱伝達率が小さく大型である。
【０００７】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、ガス精製設備Ｂを出た精製ガスを十分昇温してガスタービン複合発電設備に供給することができ、かつ内部の詰まりやダスト等のガスタービン発電装置への流入のおそれがなく、更に精製ガス加熱システムのコンパクト化が可能なガス化複合発電設備を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、燃料をガス化・冷却して粗ガスを生成するガス化・冷却設備Ａと、粗ガスを湿度で精製ガスにするガス精製設備Ｂと、精製ガスを燃焼させて複合発電するガスタービン複合発電設備Ｃと、を備えたガス化複合発電設備において、粗ガス及び精製ガスより圧力の高い熱媒体により粗ガスを冷却し精製ガスを加熱する間接ガス冷却加熱装置を備え、前記間接ガス冷却加熱装置は、ガス化・冷却設備Ａとガス精製設備Ｂとの間に設けられ粗ガスを冷却して熱媒体を加熱する粗ガス冷却器と、ガス精製設備Ｂとガスタービン複合発電設備Ｃの間に設けられ精製ガスを加熱された熱媒体で加熱する精製ガス加熱器と、粗ガス冷却器と精製ガス加熱器の間を熱媒体を循環させる媒体循環ラインとを備えたことを特徴とするガス化複合発電設備が提供される。
【０００９】
上記本発明の構成によれば、粗ガス及び精製ガスより圧力の高い熱媒体により粗ガスを冷却し精製ガスを加熱する間接ガス冷却加熱装置を備えるので、熱媒体（例えばボイラ水）が粗ガス冷却器と精製ガス加熱器間を循環することで、粗ガスのもつ熱を精製ガスへ伝達し、精製ガスを例えば約３８０℃まで加熱することができる。また、熱媒体（ボイラ水）の圧力が粗ガス及び精製ガスの圧力よりも高いので、粗ガス冷却器の熱交換部（チューブ）に穴が開いても、ボイラ水が粗ガス側に流れ込むだけであり、致命的な影響はなく、ガスタービン発電装置を保護したまま、精製ガスを昇温することができ、信頼性と高効率の両立が達成される。
【００１１】
前記熱媒体は水及び水蒸気であり、粗ガス冷却器で蒸発し精製ガス加熱器で凝縮するように媒体循環ラインの圧力が設定されている。また、別の実施形態によれば、前記熱媒体は高圧の液体又は気体であり、粗ガス冷却器と精製ガス加熱器の間を液体又は気体のまま循環するように媒体循環ラインの圧力が設定されている。更にリーク検出のための検出器がガスタービン発電装置上流に取り付けられていることが好ましい。
【００１２】
上述した本発明によれば、粗ガス冷却器と精製ガス加熱器が粗ガスと精製ガスを熱媒体（好ましくは高温水又は高温蒸気）で間接冷却／加熱する液ガスの熱交換器（例えばシェルアンドチューブ型）であるので、熱媒体をチューブおよびシェルのいずれの側に通してもダスト等がないため、堆積・固着等により発電設備を停止させるおそれがなく、かつスーツブロア等の複雑な装置が不要であり、更に、ダストが含まれないのでチューブに貫通穴ができることがなく、万が一貫通穴ができても熱媒体のほうが、圧力を高くしてあるため、ガス側に漏れ出すことになり、結果的に水蒸気分がガスタービン発電装置に供給されるだけで無害であり、タービンブレード等への影響がほとんどなく、更に液ガスの熱交換器であるため、熱伝達率が大きくコンパクト化できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
図１は、本発明のガス化複合発電設備を示す全体フロー図である。この図において、本発明のガス化複合発電設備は、燃料をガス化・冷却して粗ガスを生成するガス化・冷却設備Ａと、粗ガスを湿式精製して精製ガスにするガス精製設備Ｂと、精製ガスを燃焼させて複合発電するガスタービン複合発電設備Ｃとを備えている。また、ガス精製設備Ｂにはその最下流部に精製ガスと熱水を直接接触させて精製ガスを加熱するとともに加湿するサチュレーション設備５が設けられている。ガス化・冷却設備Ａ、ガス精製設備Ｂ及びガスタービン複合発電設備Ｃを構成する機器は、図３に示した従来のガス化複合発電設備と同様である。
【００１４】
図１において、本発明のガス化複合発電設備は、粗ガス及び精製ガスより圧力の高い熱媒体により粗ガスを冷却し精製ガスを加熱する間接ガス冷却加熱装置１０を備えている。この間接ガス冷却加熱装置１０は、ガス化・冷却設備Ａとガス精製設備Ｂとの間に設けられ粗ガスを冷却して熱媒体を加熱する粗ガス冷却器１２と、ガス精製設備Ｂとガスタービン複合発電設備Ｃの間に設けられ精製ガスを加熱された熱媒体で加熱する精製ガス加熱器１４と、粗ガス冷却器１２と精製ガス加熱器１４の間を熱媒体を循環させる媒体循環ライン１６とからなる。
【００１５】
粗ガス冷却器１２及び精製ガス加熱器１４は液ガスの熱交換器（例えばシェルアンドチューブ型）である。更に媒体循環ライン１６には、循環ポンプ１７と媒体用バッファタンク１８が設けられ、熱媒体を循環ポンプ１７から粗ガス冷却器１２，精製ガス加熱器１４，及び媒体用バッファタンク１８を介して循環ポンプ１７に戻るようになっている。なお、バッファタンク１８は不可欠ではなく、必要に応じて外部から媒体を補給してもよい。
【００１６】
この実施形態において、熱媒体は水及び水蒸気である。また、媒体循環ライン１６の圧力は、粗ガス冷却器１２で供給水が蒸発し、精製ガス加熱器１４で凝縮するように設定されている。この構成により、熱伝達率の非常に高い蒸発伝熱及び凝縮伝熱を積極的に利用することができ、粗ガス冷却器１２及び精製ガス加熱器１４の必要な伝熱面積を小さくし、かつ必要な循環水量を少なくすることができる。
【００１７】
なお、本発明はこの構成に限定されず、熱媒体を他の熱媒体または気体とし、媒体循環ライン１６の圧力を粗ガス冷却器１２と精製ガス加熱器１４の間を液体又は気体のまま循環するように設定してもよい。この構成により、粗ガス冷却器１２及び精製ガス加熱器１４の運転温度範囲を広くすることができる。
【００１８】
更に、図１の実施形態において、リーク検出のための検出器１９がガスタービン発電装置７の上流に取り付けられている。また、この検出器１９がリークを検出した際にアラーム等を発するリーク表示計２０が併設されている。かかる検出器１９及びリーク表示計２０を設置することにより、ガスタービン発電装置７の上流付近でガスリークが発生した場合に、早期にこれを検出して、アラーム等を発することができる。なお、検出器１９の設置場所は、ガスタービン発電装置７の上流に限定されず、その他の部分に設けてもよいことは無論である。
【００１９】
上述した構成における、各部の温度は、一例として行ったシステム計算の結果、ｔ1 ：約４２０℃、ｔ2 ：約２３０℃、ｔ3 ：約１３０℃、ｔ4 ：約３８０℃、ｔ5 ：約４００℃、ｔ6 ：約１５０℃となる。なお、ｔ5 は、加熱された熱媒体（高温蒸気）の温度、ｔ6 は冷却後の熱媒体（水）の温度である。
【００２０】
図２は、本発明のガス化複合発電設備を示す別の全体フロー図である。この図において、粗ガス冷却器１２と精製ガス加熱器１４をそれぞれ２つずつ備えている。その他の構成は、図１の実施形態と同様である。図１の実施形態は、水を熱媒体とする場合には、ｔ4 が約３１０℃以下に適しており、他の熱媒体のときは広い温度範囲で適用できる。一方、図２の実施形態は、水を熱媒体とする場合に、ｔ4 が約３１０℃以上に適している。
【００２１】
上述した本発明の構成によれば、粗ガス冷却器１２と精製ガス加熱器１４が粗ガスと精製ガスを熱媒体（高温水又は高温蒸気）で間接冷却／加熱する液ガスの熱交換器（例えばシェルアンドチューブ型）であるので、熱媒体をチューブおよびシェルのいずれの側に通してもダスト等がないため、堆積・固着等により発電設備を停止させるおそれがなく、かつスーツブロア等の複雑な装置が不要である。更に、熱媒体にはダストが含まれないのでチューブに貫通穴ができることがなく、万が一貫通穴ができても熱媒体のほうが、圧力が高いため、ガス側に漏れ出すことになり、結果的に無害な熱媒体がガスタービン発電装置に供給されるだけで無害であり、タービンブレード等への影響がほとんどなく、更に液ガスの熱交換器であるため、熱伝達率が大きくコンパクト化できる。
【００２２】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。
【００２３】
【発明の効果】
上述したように本発明の構成によれば、粗ガス及び精製ガスより圧力の高い熱媒体（例えばボイラ水）により粗ガスを冷却し精製ガスを加熱する間接ガス冷却加熱装置１０を備えるので、熱媒体が粗ガス冷却器１２と精製ガス加熱器１４の間を循環することで、粗ガスのもつ熱を精製ガスへ伝達し、精製ガスを例えば約３８０℃まで加熱することができる。また、熱媒体（ボイラ水）の圧力が粗ガス及び精製ガスの圧力よりも高いので、粗ガス冷却器１２の熱交換部（チューブ）に穴が開いても、ボイラ水が粗ガス側に流れ込むだけであり、致命的な影響はなく、ガスタービン発電装置を保護したまま、精製ガスを昇温することができ、信頼性と高効率の両立が達成される。
【００２４】
従って、本発明のガス化複合発電設備は、ガス精製設備Ｂを出た精製ガスを十分昇温してガスタービン複合発電設備に供給することができ、かつ内部の詰まりやダスト等のガスタービン発電装置への流入のおそれがなく、更に精製ガス加熱システムのコンパクト化が可能である、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス化複合発電設備を示す全体フロー図である。
【図２】本発明のガス化複合発電設備を示す別の全体フロー図である。
【図３】従来のガス化複合発電設備のフロー図である。
【符号の説明】
Ａ  ガス化・冷却設備
Ｂ  ガス精製設備
Ｃ  ガスタービン複合発電設備
１  ガス化炉
２  輻射粗ガス冷却器
３  対流粗ガス冷却器
５  サチュレーション設備
６  精製ガス加熱器
７  ガスタービン発電装置
８  排熱回収ボイラ
９  蒸気タービン発電装置
１０  間接ガス冷却加熱装置
１２  粗ガス冷却器
１４  精製ガス加熱器
１６  媒体循環ライン
１７  循環ポンプ又は縦貫圧縮機
１８  バッファタンク
１９  リーク検出器
２０  リーク表示器
【図１】
0003807702.tif 000002
【図２】
0003807702.tif 000003
【図３】
0003807702.tif 000004