IGCC
石炭ガス化複合発電プラント

三菱重工業株式会社
エナジードメイン〒220-8401 神奈川県横浜市西区みなとみらい3-3-1
power.mhi.com/jp

METP-01IG01J1-A-0, (1.0)21-09, ZEG

私たちの情熱でクリーンな電力と地球環境を世界を希望で満たす、思いはひとつ

この星の未来のため、安定した信頼性の高い、クリーンな電力が求められています。
電力という希望を世界の人々と共に。

1-2

世界では今、エネルギーの脱炭素化が強く求められています。一方で、歴史に基づき、常にお客様と真摯に向き合ってきました。その結果、複合発電プラント（IGCC）、スチームパワープラント、地熱発電プラント、10人に１人が安定した電力供給のない状態での生活を強いられて幅広い出力レンジでの発電プラントの開発、設計、製作から土建・総合排煙処理システムやインテリジェントソリューションTOMONI™

おり、電 力の 需 要 は 増 大し 続 け ています。私 たち三 菱 重 工 は 、据付工事、試運転、サービスに至るまで、全てのニーズに自社技術などを活用した各種提案を通じクリーンな電力供給に貢献しています。

安定した信頼性の高い、クリーンなエネルギーを提供することで、で応えることができます。

そのような世界のニーズに応えています。

私たち三菱重工は、長い歴史の中で培われた高い技術力に最先端の三菱重工の製品のひとつであるガスタービン・コンバインドサイクル

知見を取り入れ、カーボンニュートラル社会の実現に向けたエナジー

三菱重工は、エンジニアリングとものづくりのグローバルリーダー

発電プラント（GTCC ）は、世界最高レベルの効率で、CO 2の排出トランジション、モビリティの電化・知能化、サイバー・セキュリティとして、長年にわたる製品開発と100 年以上におよぶ製品供給のを抑えながら安定した電力を供 給しています。また、石炭ガ ス化

分野の発展に取り組み、人々の豊かな暮らしを実現します。

IGCC

世界最高水準の発電効率

低品位炭の適用が可能

48%LHV（送電端）

炭種適合性

低NOx、低 SOx、低ばいじん濃度

従来型石炭焚き火力発電に対してCO2排出量高い環境特性

約15%減

石炭ガス化複合発電プラント
三菱重工の次世代発電システムである石炭ガス化複合発電プラント（IGCC）は、石炭をガス化し、コンバインドサイクル発電（GTCC）と組み合わせることにより、発電効率と環境性能の飛躍的な向上を実現させました。

高効率発電システム

幅広い石炭に適用が可能

石炭ガ ス化 複 合 発 電 (IGCC) は、石炭をガ ス化 炉 でガ ス化し、コンバ

従 来 型石炭 火 力発電では、スラッギ ングやファウリング 防止のため、インドサイクル 発電（ GTCC ）と組み合わせることにより、発電 効率と灰融点の低い石炭の使用が困難でしたが、IGCC ではガス化炉で灰分を環 境 性 能 を 飛 躍 的 に 向 上さ せ た 次 世 代 の 火 力 発 電 システムで す 。

溶融して排出するため、灰融点の低い炭種に適しており、これ まで 発 電

大 型 IGCC では 従 来 型石炭 焚き火 力発電と比べ、発電 効率を約 15 ％向きではなかった低 品 位 炭 やペトロコークスも使 用可能となります。

向上させ、CO 2の低減も図ることができます。

IGCC のシステム

ガス化実績のある石炭（高灰溶融温度の場合、IGCC ではフラックス添加にて対応）

石炭

ガス化炉

ガスタービン

発電 機

電気

9.5

ペトロコークス
最大100%専焼

9.0

蒸気排 熱 回収ボイラー

蒸気タービン

発電 機

電気

燃料比︵固定炭素・揮発分︶

排熱

4.0

ペトロコークス
75%混焼

ボイラー向き

3.5
3.0
2.5

IGCC向き2.0
1.5
1.00.51,100

高い環境性能IGCC はシステムの高 効 率化により、発電電 力量（キロワットアワー）あたりのSOx、NOx、ばいじんの排出量を低減できます。また従 来 型石炭火力発電と比較して温排水量を約 3 割低減できます。
さらに、従来型石炭火力発電の排煙脱硫 装置は、燃料を燃やした後の排ガス段階で排 煙 処 理を行うため、多量の用水を必要としましたが、IGCC は高圧で容 積の小さい燃料ガスの段階で処 理を行うため、用水使用量を大幅に低減できます。

IGCC の環境性能(%)
140120+10 ~15%100

USC（蒸気温 度600°Cの場合）▲10 ~15%80▲30%60▲60%

402003-4

プラント効率

CO 2量

灰量
温排水量
（容積ベース）

1,200

1,300
1,400
1,500
灰溶融温度
（°C）

1,600

1,700

モ デル ケース

2つのガス化技術

高効率石炭火力発電所を求める声に応じて三菱重工は、空気吹きと酸素吹きという2 つの石炭ガス化技術を保有し、技術力で世界をリードしています。IGCCは、石炭 資 源の 有効 活用と、環 境 保 全の両 面で 今後さらにニーズが高まると予想され、世界中から注目を集めています。

空気吹きガス化炉

酸素吹きガス化炉

典型的な50万kW 級 IGCC の仕様
出力50Hz60Hz

空気吹きガス化炉は、供給された石炭をガス化剤と反応させて、一酸化酸素吹きガス化炉は、円筒炉の上下段に複数のバーナを設置した一室54万kW

46万kW

炭素（CO）と水素（H2）を主成分とする高温の可燃性ガスを生成します。

二段旋回型噴流床ガス化方式です。炭種に応じて、下段部では灰の溶融

ガス化炉は、下段のコンバスタ（ 1段目）と上 段のリダクタ（ 2 段目）でに必要な温 度、上段部では高効率なガス化反 応条 件になるよう、上下機能を 分離した二室 二 段 方 式により、ガスタービンの燃 焼に必要な段の酸素 / 石炭比を適正に配分することができます。また、炉内に旋回石炭ガ ス化ガ スのカロリーを確 保しつつ、ガ ス化 炉 内で灰を溶 融さ流を発生させることで、石炭粒子の滞留時間を確保し、かつ、灰の飛散せて円滑に排出するという二つの機能を同時に可能としています。

を抑制できます。

熱効率GT モデル
ガス化炉
燃料

48%LHV
M701F

M501GAC二室二段方式

空気吹きガス化炉

褐炭、亜瀝青炭、パウダーリバー炭（PRB）など幅広い炭種

空気吹きガス化炉
現在、世界 の電 気 の 40% が 石炭の 燃料 に依 存しています。

により、三菱重工は発電所における高い発電効率と、安定した2040 年を見据えて、国際エネルギー機関（ IEA ）が発表した「 World Energy Outlook 2017 」によれば、依 然、世界の電気の約 30%は石炭での発電とされています。

信頼度の高い最適な運転を実現することができました。例えに決して満足することなく、三菱重工は、ガス化およびコンバ
しかしながら、石炭 火 力発電は 厳しい課 題 に直 面していま

インド サ イクル 発 電 の バ ランス と 効 率 の さらなる向上のす。地球温暖化を食い止めるため、COP21で採択されたパリため、技術の高度化に取り組み続けていきます。」

温度低下

ガスの発熱量増加

リダクタ「典 型 的 な 600 C 級 超 々臨 界 圧 石炭 火 力 発 電 設 備と 比 較運転を継続することができなくなってしまいます。

所 か ら の 発 電 端 で の C O 2 排 出 量 は 、世 界 平 均 でこ の 厳 し い 環 境 に お い て 、三 菱 重 工 の 次 世 代 I G C C

950g-CO 2/kWhですが、IGCC では 650g-CO 2/kWhを目標（ 2020 年 頃）としています（ ）。加 えて 、I G C C で は 、燃 料 と（Integrated Gasification Combined Cycle）発電は、世しては適 用困難であった灰融 点の 低い褐炭などの低品位炭界 中から大きな 期 待が 寄せられている、付 加 価 値の高いソを含め、幅広い炭種を使用できます。

※

水冷壁低コンバスタ

高→ガス化反応に必要な高温ガスを発生→石炭中の灰分を溶融し排出

酸化反応（燃焼・発熱）
C＋O 2→ CO 2
H2＋1/2O 2→H2O

高 性 能 な ガ ス化 炉 と 、先 進 のコンバインド サ イクル 発 電

世界の CO 2 のうち、40% を排出する発電部門と、その部門の中で 70 ％以 上の 排 出量を石炭 火 力発電 所 が占めていると低 減しながら、石炭 火 力発電 所の効率を飛躍的に高めます。

いう状 況 の中 で 、IG CC は 、手 頃 な 燃 料 の 石 炭を 使 い 続 け
な がらも、世界の CO 2 排出量削減に寄与する信 頼性の高い

40 年間にもおよぶ試験と実証に裏付けられた信頼性
IGCC プロセスグループの主任 松尾 悟は、次のように説明しています。
「 三菱重工では、40 年間にもわたって、ガス化炉パ材料溶射などによる炉壁の保護。

以上、大きく3つの改善を図り、これにより、酸素吹きガス化炉の課題を解決しました。

酸素吹きガス化炉

石炭生成ガス（CO, H2）

チャー

空気

〈スラグカメラ画像〉

絞り部

上段バーナ
溶融スラグ

石炭酸素低酸素比｝

灰流動点

空塔速度
水面

下段バーナ
石炭酸素｝

高酸素比

1100

電力源となります。
スラグ

このように、三 菱 重 工の先 端 技 術は、IGCC によって世界 のイロットプラントの 試 験と 実 証 運 転を行う中で、ガ ス化 技

CO 2排出量を減少させるという重要な役割を果たし、発電に術の検証と改良を繰り返してきました。その深い知識と経験おける環境負荷の低減に貢献することができます。」（※）IGCC の目標 CO 2 排出値に基づく
出典：経済産業省作成の次世代火力発電に係る技術ロードマップ技術参考資料集

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2．炉壁水冷管の狭ピッチ化による冷 却強化や、局所高温部 への耐熱溶融灰（スラグ）排出孔を保温・加熱することによるスラグ安定流下。

リューションを提供しています。IGCC は、三菱重工が 有する（ GTCC ）とを組み合わせることにより、CO 2 排 出量を大 幅にを防止。

3 ．炉 内 の 高 温 ガ ス 流 れ（自己 循 環 流）や、スラグ 流 下 促 進 ノズ ルで蒸気C＋CO 2→2CO
C＋H2O → CO＋H2
ガス温度

して、三 菱 重 工 の IGCC システムは、発 電 効 率 を 10 〜15%向上させ、CO 2 排出量も同程度低減できます。石炭火力発 電

ガス精製設備へガス化反応（吸熱）

生成ガス発熱量れました。CO 2 排出量を削 減 するために世界 の規 制 機 関は、新 たな 環 境 保 護 対策を実 施し、規制値を超える発電設備はルガス供 給 方法 の改善により、絞り部 への灰付着（スラッギ ング）

給水→生成ガス温度を下げる→HRSG 給水で熱回収（蒸気として回収）→石炭を乾留（揮発分と不揮発分に分解）→石炭ガス化反応により、可燃性ガスを生成
石炭協定において、「 世界の平均気 温の上昇 幅を、産 業革命前と比較して2 度未満に抑える」という世界共通の目標が 定めら

1．上下段の酸 素 / 石炭 比の適 正化やガス化炉出ロ（絞り部）でのシー

シンガス冷却器（SGC:Syn Gas Cooler）

ば 2013 年には、勿来発電所10 号機において、商用運転開 始
後 連 続 運 転 3 ,917 時 間 の 記 録を 達 成しました。この 結果

酸素吹きガス化炉では、

圧力容器

1600°
C

ガスタービン三菱重工は、長年にわたりガスタービンの開発に取り組み、最新の空力設計技術、冷却設計技術、材料技術などを融合して高効率・高信頼性を実現する数々の製品を生み出してきました。

M701F

進化を続けるF 形
M701F 形ガスタービンは、1991年に開発を完了した60Hz 発電用高性 能 ガ スタービ ン M501F 形 の 50Hz 地 域 向け 相 似 設 計 機として、1992 年に完成しました。三菱重工は、その後も F 形ガスタービンの改良設 計を続け、豊富な実 績を持つ G 形ガスタービンで実 証 済み の 先進 要 素 技 術 や 材 料 技 術 をフィードバックしつつ、継続的な性能向上

M501GAC

G形の進化形主力機
現在の主力機であるGAC 形は、三菱重工が新たに開発した最新空気冷却式燃 焼器を G 形の蒸気冷却燃 焼器に代えたことで生まれた進化の結果です。この燃焼器（GAC 形空気冷却 DLN 式燃焼器）の冷却には、圧縮機 吐出空気を用いているため、蒸気サイクル系統からの冷却用蒸気を必要とせず、プラントの柔軟な運用性を実現しました。

を図っています。
より高圧力比の圧縮機
より効率的な圧縮機

GAC 形 の圧 縮 機 は 実 績 あ る G 形 の圧 縮 機 を 採 用していま す。この圧縮機の第 1〜第 6 段動翼を長翼化することで、従来の F 形ガスタービ

圧 縮 機 は、高 度 な 空 力設 計 手 法により設 計され た、大 容 量、高効率、ンと比較して、流量が約 6％増加し、大容量化が図られました。また、圧高圧力比の軸 流 圧 縮 機です。可変式の入口案内翼を制 御することに縮 機の第 1〜第 6 段 動静翼には三菱 重 工ガスタービンの改 良 翼 設 計より、起 動時の運 用安定性を確保し、また、コンバインドサイクル 運転から得られ た実 績に基づく改 良 が 加えられました。可変式の入口案

時には、部分負荷性能の改善を図っています。

内翼を制御することにより、起 動時の運 用安定性を確保し、またコンクリーンな燃焼システム

超低 NOx 燃焼器
M5 01G A C に は 、16 個 の 燃 焼 器 が ありま す。中 心 に 配 置した パイ
ロットノズルの周囲に8 個のメインノズルを配置し、パイロットノズルの既存のF 形および G 形ガスタービンの運転実績から得た知見を基に、こ形 成 する拡 散 火 炎により予混 合火 炎を 安 定 燃 焼させる方 式 の 超 低バインドサイクル 運転時には、部分負荷性能の改善を図っています。

れまでのF形ガスタービンよりタービン入口温度の高温化を図りました。

NOx 燃 焼 器です。GAC 形では、G 形 の蒸気 冷 却式 燃焼器に代えて、新予混合方式の低 NOx 燃焼器には、拡散燃焼を行うパイロットノズル1本たに開発した空気冷却式燃 焼器を採用しており、これによってボトミと、それを取り囲んで 予混 燃 焼を行う8 本のメインノズルがあります。

ングサイクルからの冷却蒸気の供給が 不要となり、プラントの柔軟なそして、燃焼領域の燃空比を適切な値に調節するための空気バイパス運用性が実現しました。

機構を備えています。

4 段軸流反動式タービン
より優れたタービン

タービンは三次 元空気力学設 計を採 用した 4 段軸流 反 動式です。第 1

第 1 、第 2 段はフリースタンディング 翼、第 3 、第 4 段にはインテグラル〜第 3 段動翼には空冷翼を採用し、外部の冷却器で冷却した圧縮機吐シュラウド翼を採 用しています。静翼は、各段 独 立した翼 環で支持さ出空気により冷却しています。このうち、第 1 、第 2 段には遮熱コーティれており、タービン車室の熱変形の影響を直接受けない構造です。

ング（TBC）を施した、一方向疑固（DS）翼を使用しています。また、第 1、第 2 段はフリースタンディング翼、第 3 、第 4 段にはインテグラルシュラウド翼を採用しています。第 1〜第 3 段静翼も空 冷 翼 で、第 1 段 静 翼は
圧 縮 機 吐 出 空 気、第 2 、第 3 段 静 翼は 圧 縮 機 中間 段 からの 抽 気 で 冷却しています。静 翼は、各 段 独 立した翼 環で支 持されており、タービン車室の熱 変 形 の影 響を直接受けない構造です。

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ボトミングサイクル

制御システムサービス

三菱重工の蒸気タービン、ボイラー、発電機は、先新的なコンバインドサイクル発

三菱重工の制御システムは、IoT（Internet of Things）時多様化するお客様のニーズに合わせた、電の信頼性と高効率をサポートします。

代 を 迎 え、膨 大 な プ ロ セ ス情 報、ロ ーカル 機 器 情 報 を、きめ細やかなサービスを提 案します。

キー・デバイスとなって、上位システムと連携し、最適運用を図るため、オープン性と高いセキュリティの両立の実現を目指しています。

蒸気タービン発電機

1世紀以上にわたり世界中で電力供給に貢献
三菱 重 工の蒸気タービンは、約 1世 紀にわたる歴 史を持ち、自社内の三 菱 重 工は、幅 広いニーズにきめ 細かく対応し、80 年 以 上の長い実績で培った確かな技術で、高い信頼性を得ている高効率の発電機を提検 証 試 験 設 備 で 検 証さ れ た、高 効 率かつ 高 信 頼 性 の 製 品 を 世界中供しています。のお客様へ納入しています。

プラント制御システム

長崎

蒸 気タービ ンから地 熱 発 電 用 蒸 気タービ ンまで、幅 広いラインアッ

1,000 台以上の納入実績を誇るタービン発電機
三菱重工は、これまでに1,000 台以上のタービン発電機を世界中に納プ を持っています。さまざまな用 途・運 用 性を考慮したラインアップ入しています。そ の 運 転 実 績 から、製 品 の 信 頼 性 に 対 する高い評 価を揃え、お客 様のニーズに応えた高効率なタービンを提供することにを得てきました。

高い信頼性と稼働率を誇る制御システムサービス

三菱重工は、世界中の発電プラントにおいて、数十年間におよぶ機械設備さまざまな形式の発電ユニットにおける長年の経験から培ったメンテのライフサイクルを通して、高い信頼性と高稼働率を維持しつつ、さらにナンス技術をもとに、お客様の多様なニーズに合わせたきめ細やかな保守サポートや安全要求に応えられる制御システムを開発・提 供してソリューションを提供しています。

きました。

三菱重工ではTOMONI HUB (Analytics and Performance Center)

三菱 重 工は、産 業 用自家発、火 力発電 用蒸気タービン、原子力発電 用

よって、CO 2削減と地球環境保全に貢献しています。
幅広いニーズにきめ細かく対応
空気冷却方式をはじめ、水素冷却方式、水・水素冷却方式など、さまざま

排熱回収ボイラー（ HRSG ）三菱重工は、長年培ってきた安定した品質と、最先端の技術開発で、世界最高の品質・性能の HRSG を世界中に納入しています。
排熱回収ボイラー（HRSG：Heat Recovery Steam Generator）は、熱効率が 高くCO 2 排出量が少ないコンバインドサイクル 発電（ GTCC ）を構成する主要な機器の一つであり、ガスタービンの排ガスから極限まで 熱を回収する熱交換 器です。この熱は蒸気として回収され、蒸気タービンの動力源となります。

HRSG の伝 熱管に伝 熱 性能に優れたフィン付チューブを採用し、コンパクトな設計にすることにより、専有面積を低減します。
また、排煙脱硝装置（ SCR ）を HRSG 内部に設置して、大気に放出されな冷却方式を採用したタービン発電機を提供するとともに、短絡発電機などの特殊用途向け発電機も設計・製造し、幅広いニーズにきめ細かく対応しています。
また、サービスやメンテナンスを含む、製品ライフサイクル全般にわたるソリューションを提供しています。

にて、ガス化炉を含めたIGCCプラント全体を24 時間 365日監視できる
そして現在、IoT時代を迎え、膨大なプロセス情報、ローカル機器情報を、体制を構築しております。IGCC という高 効 率かつ 新 技 術を採 用する制御システムがキー・デバイスとなって、上位システムと連 携し、最 適上で の 不 安 要 素 や 現 場 の負 担 軽減を図るべく、試運転時から納入後運用を図るため、オープン性と高いセキュリティの両立を実現することまで、三菱重工のエキスパートによる監視や 保守についてのサポートが求められています。

を行 います。監視に際しては、最先端の ICT( 情報 通信技術 ) 、インテリDIASYSシリーズ

ならず、メーカーとしての知見を活かした性能診断、異常診 断、動画やシステムとしての高い信頼性と稼働率を満足しつつ、プラントメーカーAIを用いた監視などを進化させながら、高効率運 用、高稼 働率維持をが持つ豊富なノウハウ、制御技術を搭載し、オペレーター、プラントエン念 頭 にした多 様 なソリューションを、お 客 様 のご 要望に応じて提 供ジニア、メンテナンスエンジニアの誰にとっても扱いやすいプラントしていきます。

ジェントソリューションTOMONITMを駆使した運 転 データの管 理のみ制 御システム（ DCS :Distributed Control System ）。それ が、“ DIASYS（Digital Intelligent Automation SYStem）”です。

さらに 、遠 隔 監 視 と 定 期 検 査 記 録 、部 品 の 長 期 間 の 履 歴 管 理 な どのさまざまなデータから、定期検査の工事計画などの長期運用のためる排ガス中の窒素酸化物を低減できます。のアドバイス提供にも対応しており、これらを包括して長期保守契約（※）
を提供していきます。

ガス化炉で発生した熱もHRSG で熱交換することで、一層の効率化を図っています。その結果、従来の GTCC よりも蒸気タービンに投入する（※）予備品供給、定期検査の一括請負、定期検査におけるテクニカルアドバイザーの派遣など、お客様のニーズに合わせた提案が可能です。

蒸気量が増えます。

DIASYSシリーズ／DIASYS Netmation 4S

9-10

TOMONI HUB