ガス化システム
【課題】燃料合成時において、窒素を有効に活用しながら、褐炭を効率良く乾燥させることが可能なガス化システムを提供する。
【解決手段】流動層乾燥装置１２と、空気分離装置１４２と、石炭ガス化炉１４と、発電設備２２と、燃料合成装置２１と、を備え、発電設備２２による発電運転時において、発電設備２２には、燃料ガス（ガス化ガス）が供給され、流動層乾燥装置１２には、流動化ガスとして蒸気が供給される一方で、流動化ガスとして空気分離装置１４２から窒素が供給されず、伝熱管３８の内部には、高温流体が流通し、燃料合成装置２１による燃料合成時において、燃料合成装置２１には、燃料ガスが供給され、流動層乾燥装置１２には、流動化ガスとして蒸気が供給されると共に、流動化ガスとして空気分離装置１４２から窒素が供給され、伝熱管３８の内部には、高温流体に比して低温となる低温流体が流通する。
【解決手段】流動層乾燥装置１２と、空気分離装置１４２と、石炭ガス化炉１４と、発電設備２２と、燃料合成装置２１と、を備え、発電設備２２による発電運転時において、発電設備２２には、燃料ガス（ガス化ガス）が供給され、流動層乾燥装置１２には、流動化ガスとして蒸気が供給される一方で、流動化ガスとして空気分離装置１４２から窒素が供給されず、伝熱管３８の内部には、高温流体が流通し、燃料合成装置２１による燃料合成時において、燃料合成装置２１には、燃料ガスが供給され、流動層乾燥装置１２には、流動化ガスとして蒸気が供給されると共に、流動化ガスとして空気分離装置１４２から窒素が供給され、伝熱管３８の内部には、高温流体に比して低温となる低温流体が流通する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、褐炭等の湿潤燃料を乾燥させて乾燥燃料とし、乾燥燃料をガス化して燃料ガスとするガス化システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このようなガス化システムとして、石炭を粉砕・乾燥して微粉燃料とし、微粉燃料をガス化炉に供給してガス化し、石炭ガスをガスタービンに供給して発電を行い、ガスタービンの排ガスを排熱回収ボイラに導入して蒸気を発生し、発生蒸気を蒸気タービンに供給して発電を行う石炭焚複合発電設備が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２７９６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の石炭焚複合発電設備のようなガス化システムにおいて、ガスタービンによる発電を行わない場合、ガス化炉を有効活用すべく、ガス化炉でガス化した石炭ガスからメタノールやジメチルエーテル等の液体燃料を合成する燃料合成装置を併設している。燃料合成装置を用いて燃料合成を行う場合、空気分離装置において分離された酸素は、ガス化炉への供給量が多くなる。このため、空気分離装置において分離された窒素が余ってしまい、窒素を有効に活用することが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、燃料合成時において、窒素を有効に活用しながら、湿潤燃料を効率良く乾燥させることが可能なガス化システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のガス化システムは、流動化ガスによって流動する湿潤燃料を、内部に設けた伝熱管により加熱することで乾燥燃料とする流動層乾燥装置と、空気を窒素と酸素とに分離可能な空気分離装置と、空気分離装置から供給される酸素を用いて、乾燥燃料をガス化してガス化ガスとするガス化炉と、ガス化炉でガス化されたガス化ガスを燃焼させることにより発電可能な発電装置と、ガス化炉でガス化されたガス化ガスを用いて、液体燃料を合成可能な燃料合成装置と、を備え、発電装置による発電運転時において、発電装置には、ガス化ガスが供給され、流動層乾燥装置には、流動化ガスとして蒸気が供給される一方で、流動化ガスとして空気分離装置から窒素が供給されず、伝熱管の内部には、高温流体が流通し、燃料合成装置による燃料合成時において、燃料合成装置には、ガス化ガスが供給され、流動層乾燥装置には、流動化ガスとして蒸気が供給されると共に、流動化ガスとして空気分離装置から窒素が供給され、伝熱管の内部には、高温流体に比して低温となる低温流体が流通することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、燃料合成装置により液体燃料を合成する場合、空気分離装置で分離される酸素の使用量が多くなり、分離された余剰の窒素は、流動化ガスとして流動層乾燥装置に供給することができる。このため、燃料合成時において余剰となる窒素を有効に活用することができる。このとき、窒素は非凝縮性ガスであるため、窒素を流動化ガスとして用いると、凝縮性ガスである蒸気を流動化ガスとして用いる場合に比して、低温で湿潤燃料を乾燥することができる。これにより、伝熱管に供給する流体を低温流体とすることができ、湿潤燃料の乾燥の効率化を図ることができる。なお、低温流体は、ガス化炉の発電運転時の蒸気による流動化の際に、伝熱管に流通する高温流体に較べて低温である。
【０００８】
この場合、発電装置において燃焼するガス化ガスの排熱を回収する排熱回収装置をさらに備え、流動化ガスとして供給される蒸気は、排熱回収装置によって回収された排熱によって発生する蒸気であることが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、ガス化ガスの排熱によって発生する蒸気を利用することができるため、湿潤燃料をさらに効率良く乾燥させることができる。
【００１０】
この場合、ガス化炉でガス化されたガス化ガスの不純物を除去するガス精製装置をさらに備え、低温流体は、ガス精製装置から得られる熱媒であることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、ガス精製装置から得られる熱媒を利用することができるため、湿潤燃料をさらに効率良く乾燥させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のガス化システムによれば、燃料合成時において、余剰となる窒素を流動化ガスとして流動層乾燥装置に供給することができるため、窒素を有効に活用することができ、また、伝熱管に供給する流体を低温流体とすることができるため、湿潤燃料の乾燥の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本実施例に係る石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付した図面を参照して、本発明に係るガス化システムについて説明する。なお、以下の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例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、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００１５】
図１は、本実施例に係る石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。本実施例のガス化システムは、いわゆる、石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｏａｌ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ）１０である。石炭ガス化複合発電設備１０は、空気を酸化剤としてガス化炉で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、ガス精製装置１６で精製した後の石炭ガスをガス化ガスとしてガスタービン設備１７に供給して発電を行っている。すなわち、本実施例の石炭ガス化複合発電設備１０は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備である。この場合、ガス化炉に供給する湿潤原料として褐炭を使用している。
【００１６】
なお、本実施例では、湿潤原料として褐炭を適用したが、水分含量の高いものであれば、亜瀝青炭等を含む低品位炭や、スラッジ等の泥炭を適用してもよく、また、高品位炭であっても適用可能である。また、湿潤原料として、褐炭等の石炭に限らず、再生可能な生物由来の有機性資源として使用されるバイオマスであってもよく、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料（ペレットやチップ）などを使用することも可能である。
【００１７】
本実施例において、図１に示すように、石炭ガス化複合発電設備１０は、給炭装置１１、流動層乾燥装置１２、微粉炭機（ミル）１３、石炭ガス化炉１４、チャー回収装置１５、ガス精製装置１６、ガスタービン設備１７と蒸気タービン設備１８と発電機１９とからなる発電設備（発電装置）２２、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０、燃料合成装置２１、これらを制御する制御装置２３を有している。
【００１８】
給炭装置１１は、原炭バンカ１２１と、石炭供給機１２２と、クラッシャ１２３とを有している。原炭バンカ１２１は、褐炭を貯留可能であって、所定量の褐炭を石炭供給機１２２に投下する。石炭供給機１２２は、原炭バンカ１２１から投下された褐炭をコンベアなどにより搬送し、クラッシャ１２３に投下する。このクラッシャ１２３は、投下された褐炭を細かく破砕して細粒化する。
【００１９】
流動層乾燥装置１２は、給炭装置１１により投入された褐炭を、流動化ガスにより流動させながら、加熱乾燥させるものである。流動層乾燥装置１２は、内部に褐炭が供給される乾燥炉３０と、乾燥炉３０の内部に設けられたガス分散板３１と、を備えている。乾燥炉３０は、長方体の箱状に形成されている。ガス分散板３１は、乾燥炉３０内部の空間を、鉛直方向下方側（図示下側）に位置するチャンバ室３５と、鉛直方向上方側（図示上側）に位置する乾燥室３６とに区分けしている。ガス分散板３１には、多数の貫通孔が形成され、チャンバ室３５には、蒸気や窒素等の流動化ガスが導入される。これにより、乾燥炉３０に供給された褐炭は、流動化ガスにより流動することで、乾燥炉３０内に流動層２５を形成する。また、流動層乾燥装置１２は、流動層２５内に設けられた伝熱管３８を有している。この伝熱管３８の内部には、流体流入ライン３９を介して乾燥用蒸気（高温流体）が流入する。この流体流入ライン３９には、伝熱管用第１開閉弁４０が介設されており、伝熱管用第１開閉弁４０が開弁して乾燥用蒸気が流入すると、伝熱管３８は、流体の潜熱を利用して、乾燥室３６内の褐炭を乾燥させる。
【００２０】
この流動層乾燥装置１２には、下部から取り出された乾燥済の褐炭（乾燥炭）を冷却する冷却器１３１が接続され、乾燥冷却済の乾燥炭は、冷却器１３１に接続された乾燥炭バンカ１３２に貯留される。また、流動層乾燥装置１２は、上部から排出された排出ガスから乾燥炭の粒子を分離する乾燥炭サイクロン１３３と乾燥炭電気集塵機１３４とが順に接続され、排出ガスから分離された乾燥炭の粒子が乾燥炭バンカ１３２に貯留される。なお、乾燥炭電気集塵機１３４で乾燥炭が分離された排出ガスは、低圧タービンを用いた発電により潜熱回収される。
【００２１】
微粉炭機１３は、流動層乾燥装置１２により乾燥された褐炭（乾燥炭）を細かい粒子状に粉砕して微粉炭を製造するものである。すなわち、微粉炭機１３は、乾燥炭バンカ１３２に貯留された乾燥炭が石炭供給機１３６により投下されると、この乾燥炭を所定粒径以下の微粉炭とする。そして、微粉炭機１３で粉砕後の微粉炭は、微粉炭バグフィルタ１３７ａ，１３７ｂにより搬送用ガスから分離され、微粉炭供給ホッパ１３８ａ，１３８ｂに貯留される。
【００２２】
石炭ガス化炉１４は、微粉炭機１３で処理された微粉炭が供給されると共に、チャー回収装置１５で回収されたチャー（石炭の未燃分）が供給される。
【００２３】
石炭ガス化炉１４は、ガスタービン設備１７（圧縮機１６１）から圧縮空気供給ライン１４１が接続されており、このガスタービン設備１７で圧縮された圧縮空気が供給可能となっている。空気分離装置１４２は、大気中の空気から窒素と酸素を分離生成するものであり、第１窒素供給ライン１４３が石炭ガス化炉１４に接続され、この第１窒素供給ライン１４３に微粉炭供給ホッパ１３８ａ，１３８ｂからの給炭ライン１４４ａ，１４４ｂが接続されている。また、第２窒素供給ライン１４５も石炭ガス化炉１４に接続され、この第２窒素供給ライン１４５にチャー回収装置１５からのチャー戻しライン１４６が接続されている。加えて、第３窒素供給ライン１５０は後述する蒸気排出ライン１７５に接続され、第３窒素供給ライン１５０には、流動化用第１開閉弁８０が介設されている。更に、酸素供給ライン１４７は、圧縮空気供給ライン１４１に接続されている。この場合、窒素は、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用され、酸素は、酸化剤として利用される。
【００２４】
石炭ガス化炉１４は、例えば、噴流床形式のガス化炉であって、内部に供給された石炭、チャー、空気（酸素）、またはガス化剤としての水蒸気を燃焼・ガス化する。これにより、石炭ガス化炉１４では、二酸化炭素を主成分とする燃料ガス（生成ガス、石炭ガス、ガス化ガス）が発生し、この燃料ガスをガス化剤としてガス化反応が起こる。なお、石炭ガス化炉１４は、微粉炭の混入した異物を除去する異物除去装置１４８が設けられている。この場合、石炭ガス化炉１４は噴流床ガス化炉に限らず、流動床ガス化炉や固定床ガス化炉としてもよい。そして、この石炭ガス化炉１４は、チャー回収装置１５に向けて可燃性ガスを供給するガス生成ライン１４９が設けられており、チャーを含む可燃性ガスが排出可能となっている。この場合、ガス生成ライン１４９にガス冷却器を設けることで、燃料ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収装置１５に供給するとよい。
【００２５】
チャー回収装置１５は、集塵装置１５１と供給ホッパ１５２とを有している。この場合、集塵装置１５１は、１つまたは複数のバグフィルタやサイクロンにより構成され、石炭ガス化炉１４で生成された燃料ガス（ガス化ガス）に含有するチャーを分離することができる。そして、チャーが分離された燃料ガスは、ガス排出ライン１５３を通してガス精製装置１６に送られる。供給ホッパ１５２は、集塵装置１５１で可燃性ガスから分離されたチャーを貯留するものである。なお、集塵装置１５１と供給ホッパ１５２との間にビンを配置し、このビンに複数の供給ホッパ１５２を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ１５２からのチャー戻しライン１４６が第２窒素供給ライン１４５に接続されている。
【００２６】
ガス精製装置１６は、チャー回収装置１５によりチャーが分離された燃料ガスに対して、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物を取り除くことで、ガス精製を行うものである。ガス精製装置１６は、吸収塔４１と再生塔４２とを有しており、吸収塔４１は、燃料ガスと不純物吸収液とを接触させて燃料ガス中の不純物を除去し、再生塔４２は、吸収塔４１で不純物を吸収した不純物吸収液中の不純物を除去して再生している。このとき、流動層乾燥装置１２の伝熱菅３８の内部には、再生塔４２から抽気された蒸気や温水等の低温流体（熱媒）が、抽気ライン１５５を介して供給可能となっている。この低温流体は、流体流入ライン３９を通って供給される乾燥用蒸気よりも低温となっている。つまり、抽気ライン１５５は、流体流入ライン３９に接続されており、この抽気ライン１５５には、伝熱管用第２開閉弁１５６が介設されている。
【００２７】
そして、ガス精製装置１６は、燃料ガスを精製し、精製後の燃料ガスをガスタービン設備１７および燃料合成装置２１に供給する。ここで、ガス精製装置１６は、発電設備２２による発電の運転状況に応じて、燃料ガスをガスタービン設備１７および燃料合成装置２１に適宜供給している。つまり、電力需要が多い場合、ガス精製装置１６は、精製した燃料ガスを発電設備２２へ向けて供給する一方で、電力需要が少ない場合、ガス精製装置１６は、精製した燃料ガスを燃料合成装置２１へ向けて供給する。なお、このガス精製装置１６では、チャーが分離された燃料ガス中にはまだ硫黄分（Ｈ２Ｓ）が含まれているため、アミン吸収液によって除去することで、硫黄分を最終的には石膏として回収し、有効利用する。
【００２８】
燃料合成装置２１は、ガス精製装置１６から供給された燃料ガスを用いて、メチルアルコールやエチルアルコール等の液体燃料を合成するものである。なお、詳細は後述するが、燃料合成装置２１において燃料合成を行う場合、空気分離装置１４２から石炭ガス化炉１４へ供給される酸素の割合は、燃料合成を行わない場合に比して多くなる。このため、燃料合成を行う場合、空気分離装置１４２により分離される窒素は余る。
【００２９】
ガスタービン設備１７は、圧縮機１６１、燃焼器１６２、タービン１６３を有しており、圧縮機１６１とタービン１６３は、回転軸１６４により連結されている。燃焼器１６２は、圧縮機１６１から圧縮空気供給ライン１６５が接続されると共に、ガス精製装置１６から燃料ガス供給ライン１６６が接続され、タービン１６３に燃焼ガス供給ライン１６７が接続されている。また、ガスタービン設備１７は、圧縮機１６１から石炭ガス化炉１４に延びる圧縮空気供給ライン１４１が設けられており、圧縮空気供給ライン１４１に昇圧機１６８が介設されている。従って、燃焼器１６２では、圧縮機１６１から供給された圧縮空気とガス精製装置１６から供給された燃料ガスとを混合して燃焼し、タービン１６３にて、発生した燃焼ガスにより回転軸１６４を回転することで発電機１９を駆動することができる。
【００３０】
蒸気タービン設備１８は、ガスタービン設備１７における回転軸１６４に連結されるタービン１６９を有しており、発電機１９は、この回転軸１６４の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ２０は、ガスタービン設備１７（タービン１６３）からの排ガスライン１７０に設けられており、空気と高温の排ガスとの間で熱交換を行うことで、蒸気を生成するものである。そのため、排熱回収ボイラ２０は、蒸気タービン設備１８のタービン１６９との間に蒸気供給ライン１７１が設けられると共に、蒸気回収ライン１７２が設けられ、蒸気回収ライン１７２に復水器１７３が設けられている。従って、蒸気タービン設備１８では、排熱回収ボイラ２０から供給された蒸気によりタービン１６９が駆動し、回転軸１６４を回転することで発電機１９を駆動することができる。
【００３１】
また、排熱回収ボイラ２０には、排熱によって加熱された蒸気を排出する蒸気排出ライン１７５が接続されており、蒸気排出ライン１７５は、流動層乾燥装置１２のチャンバ室３５に接続されている。蒸気排出ライン１７５には、流動化用第２開閉弁１７６が介設されると共に、上記の第３窒素供給ライン１５０が接続されている。そして、排熱回収ボイラ２０で熱が回収された排ガスは、ガス浄化装置１７４により有害物質を除去され、浄化された排ガスは、煙突１７８から大気へ放出される。
【００３２】
制御装置２５は、給炭装置１１、流動層乾燥装置１２、微粉炭機１３、石炭ガス化炉１４、チャー回収装置１５、ガス精製装置１６、発電設備２２、排熱回収ボイラ２０、燃料合成装置２１を制御している。この制御装置２５には、上記の伝熱管用第１開閉弁４０と、伝熱管用第２開閉弁１５６と、流動化用第１開閉弁８０と、流動化用第２開閉弁１７６とが接続されており、各開閉弁４０，８０，１５６，１７６の開閉を制御している。制御装置２５は、発電設備２２により発電運転が行われると、伝熱管用第２開閉弁１５６および流動化用第１開閉弁８０を閉弁する一方で、伝熱管用第１開閉弁４０および流動化用第２開閉弁１７６を開弁する。一方で、制御装置２５は、発電設備２２により発電運転が行われず、燃料合成装置２１により燃料合成が行われると、伝熱管用第１開閉弁４０および流動化用第２開閉弁１７６を閉弁する一方で、伝熱管用第２開閉弁１５６および流動化用第１開閉弁８０を開弁する。
【００３３】
ここで、発電設備２２による発電運転時における石炭ガス化複合発電設備１０の作動と、燃料合成装置２１による燃料合成時における石炭ガス化複合発電設備１０の作動とについてそれぞれ説明する。まず、発電設備２２による発電運転時における石炭ガス化複合発電設備１０の作動について説明する。
【００３４】
本実施例の石炭ガス化複合発電設備１０において、発電設備２２による発電運転を行う場合、給炭装置１１にて、原炭バンカ１２１に貯留された褐炭が石炭供給機１２２によりクラッシャ１２３に投下され、ここで所定の大きさに破砕される。そして、破砕された褐炭は、流動層乾燥装置１２により加熱乾燥される。このとき、制御装置２５は、伝熱管用第２開閉弁１５６および流動化用第１開閉弁８０を閉弁する一方で、伝熱管用第１開閉弁４０および流動化用第２開閉弁１７６を開弁している。このため、流動層乾燥装置１２に供給される流動化ガスは、排熱回収ボイラ２０から蒸気排出ライン１７５を通って供給される蒸気となっており、流動層乾燥装置１２の伝熱管３８に供給される流体は、流体流入ライン３９を通って供給される乾燥用蒸気となっている。
【００３５】
乾燥された褐炭は、冷却器１３１により冷却され、乾燥炭バンカ１３２に貯留される。また、流動層乾燥装置１の上部から排出された排出ガスは、乾燥炭サイクロン１３３および乾燥炭電気集塵機１３４により乾燥炭の粒子が分離される。蒸気から分離された乾燥炭の粒子は、乾燥炭バンカ１３２に貯留される。
【００３６】
乾燥炭バンカ１３２に貯留される乾燥炭は、石炭供給機１３６により微粉炭機１３に投入され、ここで、細かい粒子状に粉砕されて微粉炭が製造され、微粉炭バグフィルタ１３７ａ，１３７ｂを介して微粉炭供給ホッパ１３８ａ，１３８ｂに貯留される。この微粉炭供給ホッパ１３８ａ，１３８ｂに貯留される微粉炭は、空気分離装置１４２から供給される窒素により第１窒素供給ライン１４３を通して石炭ガス化炉１４に供給される。また、後述するチャー回収装置１５で回収されたチャーが、空気分離装置１４２から供給される窒素により第２窒素供給ライン１４５を通して石炭ガス化炉１４に供給される。更に、後述するガスタービン設備１７から抽気された圧縮空気が昇圧機１６８で昇圧された後、空気分離装置１４２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン１４１を通して石炭ガス化炉１４に供給される。
【００３７】
石炭ガス化炉１４では、供給された微粉炭及びチャーが圧縮空気（酸素）により燃焼し、微粉炭及びチャーがガス化することで、二酸化炭素を主成分とする燃料ガス（石炭ガス）を生成することができる。そして、この燃料ガスは、石炭ガス化炉１４からガス生成ライン１４９を通して排出され、チャー回収装置１５に送られる。
【００３８】
このチャー回収装置１５にて、燃料ガスは、まず、集塵装置１５１に供給され、集塵装置１５１は、燃料ガスに含まれるチャーを分離する。そして、チャーが分離された燃料ガスは、ガス排出ライン１５３を通してガス精製装置１６に送られる。一方、燃料ガスから分離した微粒チャーは、ホッパ１５２に堆積され、チャー戻しライン１４６を通して石炭ガス化炉１４に戻されてリサイクルされる。
【００３９】
チャー回収装置１５によりチャーが分離された燃料ガスは、ガス精製装置１６にて、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物が取り除かれて精製される。ガス精製装置１６で精製された燃料ガスは、ガスタービン設備１７へ向けて供給される一方で、燃料合成装置２１へ向けて供給されない。そして、ガスタービン設備１７では、圧縮機１６１が圧縮空気を生成して燃焼器１６２に供給すると、この燃焼器１６２は、圧縮機１６１から供給される圧縮空気と、ガス精製装置１６から供給される燃料ガスとを混合し、燃焼することで燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスによりタービン１６３を駆動することで、回転軸１６４を介して発電機１９を駆動し、発電を行うことができる。
【００４０】
そして、ガスタービン設備１７におけるタービン１６３から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ２０にて、空気と熱交換を行うことで蒸気を生成し、この生成した蒸気を蒸気タービン設備１８に供給する。蒸気タービン設備１８では、排熱回収ボイラ２０から供給された蒸気によりタービン１６９を駆動することで、回転軸１６４を介して発電機１９を駆動し、発電を行うことができる。また、排熱回収ボイラ２０は、生成した蒸気を流動化ガスとして、蒸気排出ライン１７５を通って、流動層乾燥装置１２のチャンバ室３５へ供給する。
【００４１】
その後、ガス浄化装置１７４では、排熱回収ボイラ２０から排出された排気ガスの有害物質が除去され、浄化された排ガスが煙突１７８から大気へ放出される。
【００４２】
次に、燃料合成装置２１による燃料合成時における石炭ガス化複合発電設備１０の作動について説明する。なお、重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明する。本実施例の石炭ガス化複合発電設備１０において、燃料合成装置２１による燃料合成を行う場合、給炭装置１１から流動層乾燥装置１２へ供給された褐炭は、流動層乾燥装置１２により加熱乾燥される。このとき、制御装置２３は、伝熱管用第１開閉弁４０および流動化用第２開閉弁１７６を閉弁する一方で、伝熱管用第２開閉弁１５６および流動化用第１開閉弁８０を開弁している。このため、流動層乾燥装置１２に供給される流動化ガスは、空気分離装置１４２から第３窒素供給ライン１５０を通って供給される窒素となっており、流動層乾燥装置１２の伝熱管３８に供給される流体は、ガス精製装置１６の再生塔４２から抽気ライン１５５を通って供給される蒸気や温水等の低温流体となっている。
【００４３】
乾燥された褐炭は、冷却器１３１や乾燥炭バンカ１３２等の装置を通過して、石炭ガス化炉１４に供給される。このとき、空気分離装置１４２は、発電設備２２が発電運転を行う場合に比して、石炭ガス化炉１４へ供給する酸素の割合が増大する。このため、空気分離装置１４２で分離される窒素は余るが、上記したように余剰の窒素は、第３窒素供給ライン１５０を通って流動層乾燥装置１２のチャンバ室３５へ供給される。
【００４４】
石炭ガス化炉１４では、供給された微粉炭及びチャーが圧縮空気（酸素）により燃焼し、微粉炭及びチャーがガス化することで、二酸化炭素を主成分とする燃料ガス（石炭ガス）を生成することができる。生成された燃料ガスは、チャー回収装置１５を通過して、ガス精製装置１６にて、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物が取り除かれて精製される。
【００４５】
ガス精製装置１６で精製された燃料ガスは、燃料合成装置２１へ向けて供給される一方で、ガスタービン設備１７へ向けて供給されない。そして、燃料合成装置２１では、燃料ガスが供給されることで、液体燃料を合成できる。
【００４６】
以上のように、本実施例の構成によれば、燃料合成装置２１により液体燃料を合成する場合、空気分離装置１４２で分離される酸素の使用量が多くなり、分離された余剰の窒素は、流動化ガスとして流動層乾燥装置１２に供給することができる。このため、燃料合成時において余剰となる窒素を有効に活用することができる。このとき、窒素は非凝縮性ガスであるため、窒素を流動化ガスとして用いると、凝縮性ガスである蒸気を流動化ガスとして用いる場合に比して、低温で褐炭を乾燥することができる。これにより、伝熱管３８に供給する流体を低温流体とすることができ、褐炭の乾燥の効率化を図ることができる。
【００４７】
また、本実施例の構成によれば、流動層乾燥装置１２の流動化ガスとして、排熱回収ボイラ２０によって回収された排熱によって発生する蒸気を利用することができるため、褐炭をさらに効率良く乾燥させることができる。なお、本実施例では、流動層乾燥装置１２へ供給する高温流体となる蒸気を、排熱回収ボイラ２０から得たが、この構成に限らず、石炭ガス化複合発電設備１０における他の部分において抽気してもよい。
【００４８】
また、本実施例の構成によれば、伝熱管３８の低温流体として、ガス精製装置１６から得られる熱媒を利用することができるため、褐炭をさらに効率良く乾燥させることができる。なお、本実施例では、低温流体として、ガス精製装置１６の再生塔４２から抽気された蒸気や温水であったが、この構成に限らず、石炭ガス化複合発電設備１０における他の部分において抽気してもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 石炭ガス化複合発電設備
１１ 給炭装置
１２ 流動層乾燥装置
１３ 微粉炭機
１４ 石炭ガス化炉
１５ チャー回収装置
１６ ガス精製装置
１７ ガスタービン設備
１８ 蒸気タービン設備
１９ 発電機
２０ 排熱回収ボイラ
２１ 燃料合成装置
２２ 発電設備
２３ 制御装置
３５ チャンバ室
３８ 伝熱管
３９ 流体流入ライン
４０ 伝熱管用第１開閉弁
４１ 吸収塔
４２ 再生塔
８０ 流動化用第１開閉弁
１４２ 空気分離装置
１５０ 第３窒素供給ライン
１５５ 抽気ライン
１５６ 伝熱管用第２開閉弁
１７５ 蒸気排出ライン
１７６ 流動化用第２開閉弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、褐炭等の湿潤燃料を乾燥させて乾燥燃料とし、乾燥燃料をガス化して燃料ガスとするガス化システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このようなガス化システムとして、石炭を粉砕・乾燥して微粉燃料とし、微粉燃料をガス化炉に供給してガス化し、石炭ガスをガスタービンに供給して発電を行い、ガスタービンの排ガスを排熱回収ボイラに導入して蒸気を発生し、発生蒸気を蒸気タービンに供給して発電を行う石炭焚複合発電設備が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２７９６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の石炭焚複合発電設備のようなガス化システムにおいて、ガスタービンによる発電を行わない場合、ガス化炉を有効活用すべく、ガス化炉でガス化した石炭ガスからメタノールやジメチルエーテル等の液体燃料を合成する燃料合成装置を併設している。燃料合成装置を用いて燃料合成を行う場合、空気分離装置において分離された酸素は、ガス化炉への供給量が多くなる。このため、空気分離装置において分離された窒素が余ってしまい、窒素を有効に活用することが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、燃料合成時において、窒素を有効に活用しながら、湿潤燃料を効率良く乾燥させることが可能なガス化システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のガス化システムは、流動化ガスによって流動する湿潤燃料を、内部に設けた伝熱管により加熱することで乾燥燃料とする流動層乾燥装置と、空気を窒素と酸素とに分離可能な空気分離装置と、空気分離装置から供給される酸素を用いて、乾燥燃料をガス化してガス化ガスとするガス化炉と、ガス化炉でガス化されたガス化ガスを燃焼させることにより発電可能な発電装置と、ガス化炉でガス化されたガス化ガスを用いて、液体燃料を合成可能な燃料合成装置と、を備え、発電装置による発電運転時において、発電装置には、ガス化ガスが供給され、流動層乾燥装置には、流動化ガスとして蒸気が供給される一方で、流動化ガスとして空気分離装置から窒素が供給されず、伝熱管の内部には、高温流体が流通し、燃料合成装置による燃料合成時において、燃料合成装置には、ガス化ガスが供給され、流動層乾燥装置には、流動化ガスとして蒸気が供給されると共に、流動化ガスとして空気分離装置から窒素が供給され、伝熱管の内部には、高温流体に比して低温となる低温流体が流通することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、燃料合成装置により液体燃料を合成する場合、空気分離装置で分離される酸素の使用量が多くなり、分離された余剰の窒素は、流動化ガスとして流動層乾燥装置に供給することができる。このため、燃料合成時において余剰となる窒素を有効に活用することができる。このとき、窒素は非凝縮性ガスであるため、窒素を流動化ガスとして用いると、凝縮性ガスである蒸気を流動化ガスとして用いる場合に比して、低温で湿潤燃料を乾燥することができる。これにより、伝熱管に供給する流体を低温流体とすることができ、湿潤燃料の乾燥の効率化を図ることができる。なお、低温流体は、ガス化炉の発電運転時の蒸気による流動化の際に、伝熱管に流通する高温流体に較べて低温である。
【０００８】
この場合、発電装置において燃焼するガス化ガスの排熱を回収する排熱回収装置をさらに備え、流動化ガスとして供給される蒸気は、排熱回収装置によって回収された排熱によって発生する蒸気であることが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、ガス化ガスの排熱によって発生する蒸気を利用することができるため、湿潤燃料をさらに効率良く乾燥させることができる。
【００１０】
この場合、ガス化炉でガス化されたガス化ガスの不純物を除去するガス精製装置をさらに備え、低温流体は、ガス精製装置から得られる熱媒であることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、ガス精製装置から得られる熱媒を利用することができるため、湿潤燃料をさらに効率良く乾燥させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のガス化システムによれば、燃料合成時において、余剰となる窒素を流動化ガスとして流動層乾燥装置に供給することができるため、窒素を有効に活用することができ、また、伝熱管に供給する流体を低温流体とすることができるため、湿潤燃料の乾燥の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本実施例に係る石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付した図面を参照して、本発明に係るガス化システムについて説明する。なお、以下の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例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、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００１５】
図１は、本実施例に係る石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。本実施例のガス化システムは、いわゆる、石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｏａｌ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ）１０である。石炭ガス化複合発電設備１０は、空気を酸化剤としてガス化炉で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、ガス精製装置１６で精製した後の石炭ガスをガス化ガスとしてガスタービン設備１７に供給して発電を行っている。すなわち、本実施例の石炭ガス化複合発電設備１０は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備である。この場合、ガス化炉に供給する湿潤原料として褐炭を使用している。
【００１６】
なお、本実施例では、湿潤原料として褐炭を適用したが、水分含量の高いものであれば、亜瀝青炭等を含む低品位炭や、スラッジ等の泥炭を適用してもよく、また、高品位炭であっても適用可能である。また、湿潤原料として、褐炭等の石炭に限らず、再生可能な生物由来の有機性資源として使用されるバイオマスであってもよく、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料（ペレットやチップ）などを使用することも可能である。
【００１７】
本実施例において、図１に示すように、石炭ガス化複合発電設備１０は、給炭装置１１、流動層乾燥装置１２、微粉炭機（ミル）１３、石炭ガス化炉１４、チャー回収装置１５、ガス精製装置１６、ガスタービン設備１７と蒸気タービン設備１８と発電機１９とからなる発電設備（発電装置）２２、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０、燃料合成装置２１、これらを制御する制御装置２３を有している。
【００１８】
給炭装置１１は、原炭バンカ１２１と、石炭供給機１２２と、クラッシャ１２３とを有している。原炭バンカ１２１は、褐炭を貯留可能であって、所定量の褐炭を石炭供給機１２２に投下する。石炭供給機１２２は、原炭バンカ１２１から投下された褐炭をコンベアなどにより搬送し、クラッシャ１２３に投下する。このクラッシャ１２３は、投下された褐炭を細かく破砕して細粒化する。
【００１９】
流動層乾燥装置１２は、給炭装置１１により投入された褐炭を、流動化ガスにより流動させながら、加熱乾燥させるものである。流動層乾燥装置１２は、内部に褐炭が供給される乾燥炉３０と、乾燥炉３０の内部に設けられたガス分散板３１と、を備えている。乾燥炉３０は、長方体の箱状に形成されている。ガス分散板３１は、乾燥炉３０内部の空間を、鉛直方向下方側（図示下側）に位置するチャンバ室３５と、鉛直方向上方側（図示上側）に位置する乾燥室３６とに区分けしている。ガス分散板３１には、多数の貫通孔が形成され、チャンバ室３５には、蒸気や窒素等の流動化ガスが導入される。これにより、乾燥炉３０に供給された褐炭は、流動化ガスにより流動することで、乾燥炉３０内に流動層２５を形成する。また、流動層乾燥装置１２は、流動層２５内に設けられた伝熱管３８を有している。この伝熱管３８の内部には、流体流入ライン３９を介して乾燥用蒸気（高温流体）が流入する。この流体流入ライン３９には、伝熱管用第１開閉弁４０が介設されており、伝熱管用第１開閉弁４０が開弁して乾燥用蒸気が流入すると、伝熱管３８は、流体の潜熱を利用して、乾燥室３６内の褐炭を乾燥させる。
【００２０】
この流動層乾燥装置１２には、下部から取り出された乾燥済の褐炭（乾燥炭）を冷却する冷却器１３１が接続され、乾燥冷却済の乾燥炭は、冷却器１３１に接続された乾燥炭バンカ１３２に貯留される。また、流動層乾燥装置１２は、上部から排出された排出ガスから乾燥炭の粒子を分離する乾燥炭サイクロン１３３と乾燥炭電気集塵機１３４とが順に接続され、排出ガスから分離された乾燥炭の粒子が乾燥炭バンカ１３２に貯留される。なお、乾燥炭電気集塵機１３４で乾燥炭が分離された排出ガスは、低圧タービンを用いた発電により潜熱回収される。
【００２１】
微粉炭機１３は、流動層乾燥装置１２により乾燥された褐炭（乾燥炭）を細かい粒子状に粉砕して微粉炭を製造するものである。すなわち、微粉炭機１３は、乾燥炭バンカ１３２に貯留された乾燥炭が石炭供給機１３６により投下されると、この乾燥炭を所定粒径以下の微粉炭とする。そして、微粉炭機１３で粉砕後の微粉炭は、微粉炭バグフィルタ１３７ａ，１３７ｂにより搬送用ガスから分離され、微粉炭供給ホッパ１３８ａ，１３８ｂに貯留される。
【００２２】
石炭ガス化炉１４は、微粉炭機１３で処理された微粉炭が供給されると共に、チャー回収装置１５で回収されたチャー（石炭の未燃分）が供給される。
【００２３】
石炭ガス化炉１４は、ガスタービン設備１７（圧縮機１６１）から圧縮空気供給ライン１４１が接続されており、このガスタービン設備１７で圧縮された圧縮空気が供給可能となっている。空気分離装置１４２は、大気中の空気から窒素と酸素を分離生成するものであり、第１窒素供給ライン１４３が石炭ガス化炉１４に接続され、この第１窒素供給ライン１４３に微粉炭供給ホッパ１３８ａ，１３８ｂからの給炭ライン１４４ａ，１４４ｂが接続されている。また、第２窒素供給ライン１４５も石炭ガス化炉１４に接続され、この第２窒素供給ライン１４５にチャー回収装置１５からのチャー戻しライン１４６が接続されている。加えて、第３窒素供給ライン１５０は後述する蒸気排出ライン１７５に接続され、第３窒素供給ライン１５０には、流動化用第１開閉弁８０が介設されている。更に、酸素供給ライン１４７は、圧縮空気供給ライン１４１に接続されている。この場合、窒素は、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用され、酸素は、酸化剤として利用される。
【００２４】
石炭ガス化炉１４は、例えば、噴流床形式のガス化炉であって、内部に供給された石炭、チャー、空気（酸素）、またはガス化剤としての水蒸気を燃焼・ガス化する。これにより、石炭ガス化炉１４では、二酸化炭素を主成分とする燃料ガス（生成ガス、石炭ガス、ガス化ガス）が発生し、この燃料ガスをガス化剤としてガス化反応が起こる。なお、石炭ガス化炉１４は、微粉炭の混入した異物を除去する異物除去装置１４８が設けられている。この場合、石炭ガス化炉１４は噴流床ガス化炉に限らず、流動床ガス化炉や固定床ガス化炉としてもよい。そして、この石炭ガス化炉１４は、チャー回収装置１５に向けて可燃性ガスを供給するガス生成ライン１４９が設けられており、チャーを含む可燃性ガスが排出可能となっている。この場合、ガス生成ライン１４９にガス冷却器を設けることで、燃料ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収装置１５に供給するとよい。
【００２５】
チャー回収装置１５は、集塵装置１５１と供給ホッパ１５２とを有している。この場合、集塵装置１５１は、１つまたは複数のバグフィルタやサイクロンにより構成され、石炭ガス化炉１４で生成された燃料ガス（ガス化ガス）に含有するチャーを分離することができる。そして、チャーが分離された燃料ガスは、ガス排出ライン１５３を通してガス精製装置１６に送られる。供給ホッパ１５２は、集塵装置１５１で可燃性ガスから分離されたチャーを貯留するものである。なお、集塵装置１５１と供給ホッパ１５２との間にビンを配置し、このビンに複数の供給ホッパ１５２を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ１５２からのチャー戻しライン１４６が第２窒素供給ライン１４５に接続されている。
【００２６】
ガス精製装置１６は、チャー回収装置１５によりチャーが分離された燃料ガスに対して、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物を取り除くことで、ガス精製を行うものである。ガス精製装置１６は、吸収塔４１と再生塔４２とを有しており、吸収塔４１は、燃料ガスと不純物吸収液とを接触させて燃料ガス中の不純物を除去し、再生塔４２は、吸収塔４１で不純物を吸収した不純物吸収液中の不純物を除去して再生している。このとき、流動層乾燥装置１２の伝熱菅３８の内部には、再生塔４２から抽気された蒸気や温水等の低温流体（熱媒）が、抽気ライン１５５を介して供給可能となっている。この低温流体は、流体流入ライン３９を通って供給される乾燥用蒸気よりも低温となっている。つまり、抽気ライン１５５は、流体流入ライン３９に接続されており、この抽気ライン１５５には、伝熱管用第２開閉弁１５６が介設されている。
【００２７】
そして、ガス精製装置１６は、燃料ガスを精製し、精製後の燃料ガスをガスタービン設備１７および燃料合成装置２１に供給する。ここで、ガス精製装置１６は、発電設備２２による発電の運転状況に応じて、燃料ガスをガスタービン設備１７および燃料合成装置２１に適宜供給している。つまり、電力需要が多い場合、ガス精製装置１６は、精製した燃料ガスを発電設備２２へ向けて供給する一方で、電力需要が少ない場合、ガス精製装置１６は、精製した燃料ガスを燃料合成装置２１へ向けて供給する。なお、このガス精製装置１６では、チャーが分離された燃料ガス中にはまだ硫黄分（Ｈ２Ｓ）が含まれているため、アミン吸収液によって除去することで、硫黄分を最終的には石膏として回収し、有効利用する。
【００２８】
燃料合成装置２１は、ガス精製装置１６から供給された燃料ガスを用いて、メチルアルコールやエチルアルコール等の液体燃料を合成するものである。なお、詳細は後述するが、燃料合成装置２１において燃料合成を行う場合、空気分離装置１４２から石炭ガス化炉１４へ供給される酸素の割合は、燃料合成を行わない場合に比して多くなる。このため、燃料合成を行う場合、空気分離装置１４２により分離される窒素は余る。
【００２９】
ガスタービン設備１７は、圧縮機１６１、燃焼器１６２、タービン１６３を有しており、圧縮機１６１とタービン１６３は、回転軸１６４により連結されている。燃焼器１６２は、圧縮機１６１から圧縮空気供給ライン１６５が接続されると共に、ガス精製装置１６から燃料ガス供給ライン１６６が接続され、タービン１６３に燃焼ガス供給ライン１６７が接続されている。また、ガスタービン設備１７は、圧縮機１６１から石炭ガス化炉１４に延びる圧縮空気供給ライン１４１が設けられており、圧縮空気供給ライン１４１に昇圧機１６８が介設されている。従って、燃焼器１６２では、圧縮機１６１から供給された圧縮空気とガス精製装置１６から供給された燃料ガスとを混合して燃焼し、タービン１６３にて、発生した燃焼ガスにより回転軸１６４を回転することで発電機１９を駆動することができる。
【００３０】
蒸気タービン設備１８は、ガスタービン設備１７における回転軸１６４に連結されるタービン１６９を有しており、発電機１９は、この回転軸１６４の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ２０は、ガスタービン設備１７（タービン１６３）からの排ガスライン１７０に設けられており、空気と高温の排ガスとの間で熱交換を行うことで、蒸気を生成するものである。そのため、排熱回収ボイラ２０は、蒸気タービン設備１８のタービン１６９との間に蒸気供給ライン１７１が設けられると共に、蒸気回収ライン１７２が設けられ、蒸気回収ライン１７２に復水器１７３が設けられている。従って、蒸気タービン設備１８では、排熱回収ボイラ２０から供給された蒸気によりタービン１６９が駆動し、回転軸１６４を回転することで発電機１９を駆動することができる。
【００３１】
また、排熱回収ボイラ２０には、排熱によって加熱された蒸気を排出する蒸気排出ライン１７５が接続されており、蒸気排出ライン１７５は、流動層乾燥装置１２のチャンバ室３５に接続されている。蒸気排出ライン１７５には、流動化用第２開閉弁１７６が介設されると共に、上記の第３窒素供給ライン１５０が接続されている。そして、排熱回収ボイラ２０で熱が回収された排ガスは、ガス浄化装置１７４により有害物質を除去され、浄化された排ガスは、煙突１７８から大気へ放出される。
【００３２】
制御装置２５は、給炭装置１１、流動層乾燥装置１２、微粉炭機１３、石炭ガス化炉１４、チャー回収装置１５、ガス精製装置１６、発電設備２２、排熱回収ボイラ２０、燃料合成装置２１を制御している。この制御装置２５には、上記の伝熱管用第１開閉弁４０と、伝熱管用第２開閉弁１５６と、流動化用第１開閉弁８０と、流動化用第２開閉弁１７６とが接続されており、各開閉弁４０，８０，１５６，１７６の開閉を制御している。制御装置２５は、発電設備２２により発電運転が行われると、伝熱管用第２開閉弁１５６および流動化用第１開閉弁８０を閉弁する一方で、伝熱管用第１開閉弁４０および流動化用第２開閉弁１７６を開弁する。一方で、制御装置２５は、発電設備２２により発電運転が行われず、燃料合成装置２１により燃料合成が行われると、伝熱管用第１開閉弁４０および流動化用第２開閉弁１７６を閉弁する一方で、伝熱管用第２開閉弁１５６および流動化用第１開閉弁８０を開弁する。
【００３３】
ここで、発電設備２２による発電運転時における石炭ガス化複合発電設備１０の作動と、燃料合成装置２１による燃料合成時における石炭ガス化複合発電設備１０の作動とについてそれぞれ説明する。まず、発電設備２２による発電運転時における石炭ガス化複合発電設備１０の作動について説明する。
【００３４】
本実施例の石炭ガス化複合発電設備１０において、発電設備２２による発電運転を行う場合、給炭装置１１にて、原炭バンカ１２１に貯留された褐炭が石炭供給機１２２によりクラッシャ１２３に投下され、ここで所定の大きさに破砕される。そして、破砕された褐炭は、流動層乾燥装置１２により加熱乾燥される。このとき、制御装置２５は、伝熱管用第２開閉弁１５６および流動化用第１開閉弁８０を閉弁する一方で、伝熱管用第１開閉弁４０および流動化用第２開閉弁１７６を開弁している。このため、流動層乾燥装置１２に供給される流動化ガスは、排熱回収ボイラ２０から蒸気排出ライン１７５を通って供給される蒸気となっており、流動層乾燥装置１２の伝熱管３８に供給される流体は、流体流入ライン３９を通って供給される乾燥用蒸気となっている。
【００３５】
乾燥された褐炭は、冷却器１３１により冷却され、乾燥炭バンカ１３２に貯留される。また、流動層乾燥装置１の上部から排出された排出ガスは、乾燥炭サイクロン１３３および乾燥炭電気集塵機１３４により乾燥炭の粒子が分離される。蒸気から分離された乾燥炭の粒子は、乾燥炭バンカ１３２に貯留される。
【００３６】
乾燥炭バンカ１３２に貯留される乾燥炭は、石炭供給機１３６により微粉炭機１３に投入され、ここで、細かい粒子状に粉砕されて微粉炭が製造され、微粉炭バグフィルタ１３７ａ，１３７ｂを介して微粉炭供給ホッパ１３８ａ，１３８ｂに貯留される。この微粉炭供給ホッパ１３８ａ，１３８ｂに貯留される微粉炭は、空気分離装置１４２から供給される窒素により第１窒素供給ライン１４３を通して石炭ガス化炉１４に供給される。また、後述するチャー回収装置１５で回収されたチャーが、空気分離装置１４２から供給される窒素により第２窒素供給ライン１４５を通して石炭ガス化炉１４に供給される。更に、後述するガスタービン設備１７から抽気された圧縮空気が昇圧機１６８で昇圧された後、空気分離装置１４２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン１４１を通して石炭ガス化炉１４に供給される。
【００３７】
石炭ガス化炉１４では、供給された微粉炭及びチャーが圧縮空気（酸素）により燃焼し、微粉炭及びチャーがガス化することで、二酸化炭素を主成分とする燃料ガス（石炭ガス）を生成することができる。そして、この燃料ガスは、石炭ガス化炉１４からガス生成ライン１４９を通して排出され、チャー回収装置１５に送られる。
【００３８】
このチャー回収装置１５にて、燃料ガスは、まず、集塵装置１５１に供給され、集塵装置１５１は、燃料ガスに含まれるチャーを分離する。そして、チャーが分離された燃料ガスは、ガス排出ライン１５３を通してガス精製装置１６に送られる。一方、燃料ガスから分離した微粒チャーは、ホッパ１５２に堆積され、チャー戻しライン１４６を通して石炭ガス化炉１４に戻されてリサイクルされる。
【００３９】
チャー回収装置１５によりチャーが分離された燃料ガスは、ガス精製装置１６にて、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物が取り除かれて精製される。ガス精製装置１６で精製された燃料ガスは、ガスタービン設備１７へ向けて供給される一方で、燃料合成装置２１へ向けて供給されない。そして、ガスタービン設備１７では、圧縮機１６１が圧縮空気を生成して燃焼器１６２に供給すると、この燃焼器１６２は、圧縮機１６１から供給される圧縮空気と、ガス精製装置１６から供給される燃料ガスとを混合し、燃焼することで燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスによりタービン１６３を駆動することで、回転軸１６４を介して発電機１９を駆動し、発電を行うことができる。
【００４０】
そして、ガスタービン設備１７におけるタービン１６３から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ２０にて、空気と熱交換を行うことで蒸気を生成し、この生成した蒸気を蒸気タービン設備１８に供給する。蒸気タービン設備１８では、排熱回収ボイラ２０から供給された蒸気によりタービン１６９を駆動することで、回転軸１６４を介して発電機１９を駆動し、発電を行うことができる。また、排熱回収ボイラ２０は、生成した蒸気を流動化ガスとして、蒸気排出ライン１７５を通って、流動層乾燥装置１２のチャンバ室３５へ供給する。
【００４１】
その後、ガス浄化装置１７４では、排熱回収ボイラ２０から排出された排気ガスの有害物質が除去され、浄化された排ガスが煙突１７８から大気へ放出される。
【００４２】
次に、燃料合成装置２１による燃料合成時における石炭ガス化複合発電設備１０の作動について説明する。なお、重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明する。本実施例の石炭ガス化複合発電設備１０において、燃料合成装置２１による燃料合成を行う場合、給炭装置１１から流動層乾燥装置１２へ供給された褐炭は、流動層乾燥装置１２により加熱乾燥される。このとき、制御装置２３は、伝熱管用第１開閉弁４０および流動化用第２開閉弁１７６を閉弁する一方で、伝熱管用第２開閉弁１５６および流動化用第１開閉弁８０を開弁している。このため、流動層乾燥装置１２に供給される流動化ガスは、空気分離装置１４２から第３窒素供給ライン１５０を通って供給される窒素となっており、流動層乾燥装置１２の伝熱管３８に供給される流体は、ガス精製装置１６の再生塔４２から抽気ライン１５５を通って供給される蒸気や温水等の低温流体となっている。
【００４３】
乾燥された褐炭は、冷却器１３１や乾燥炭バンカ１３２等の装置を通過して、石炭ガス化炉１４に供給される。このとき、空気分離装置１４２は、発電設備２２が発電運転を行う場合に比して、石炭ガス化炉１４へ供給する酸素の割合が増大する。このため、空気分離装置１４２で分離される窒素は余るが、上記したように余剰の窒素は、第３窒素供給ライン１５０を通って流動層乾燥装置１２のチャンバ室３５へ供給される。
【００４４】
石炭ガス化炉１４では、供給された微粉炭及びチャーが圧縮空気（酸素）により燃焼し、微粉炭及びチャーがガス化することで、二酸化炭素を主成分とする燃料ガス（石炭ガス）を生成することができる。生成された燃料ガスは、チャー回収装置１５を通過して、ガス精製装置１６にて、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物が取り除かれて精製される。
【００４５】
ガス精製装置１６で精製された燃料ガスは、燃料合成装置２１へ向けて供給される一方で、ガスタービン設備１７へ向けて供給されない。そして、燃料合成装置２１では、燃料ガスが供給されることで、液体燃料を合成できる。
【００４６】
以上のように、本実施例の構成によれば、燃料合成装置２１により液体燃料を合成する場合、空気分離装置１４２で分離される酸素の使用量が多くなり、分離された余剰の窒素は、流動化ガスとして流動層乾燥装置１２に供給することができる。このため、燃料合成時において余剰となる窒素を有効に活用することができる。このとき、窒素は非凝縮性ガスであるため、窒素を流動化ガスとして用いると、凝縮性ガスである蒸気を流動化ガスとして用いる場合に比して、低温で褐炭を乾燥することができる。これにより、伝熱管３８に供給する流体を低温流体とすることができ、褐炭の乾燥の効率化を図ることができる。
【００４７】
また、本実施例の構成によれば、流動層乾燥装置１２の流動化ガスとして、排熱回収ボイラ２０によって回収された排熱によって発生する蒸気を利用することができるため、褐炭をさらに効率良く乾燥させることができる。なお、本実施例では、流動層乾燥装置１２へ供給する高温流体となる蒸気を、排熱回収ボイラ２０から得たが、この構成に限らず、石炭ガス化複合発電設備１０における他の部分において抽気してもよい。
【００４８】
また、本実施例の構成によれば、伝熱管３８の低温流体として、ガス精製装置１６から得られる熱媒を利用することができるため、褐炭をさらに効率良く乾燥させることができる。なお、本実施例では、低温流体として、ガス精製装置１６の再生塔４２から抽気された蒸気や温水であったが、この構成に限らず、石炭ガス化複合発電設備１０における他の部分において抽気してもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 石炭ガス化複合発電設備
１１ 給炭装置
１２ 流動層乾燥装置
１３ 微粉炭機
１４ 石炭ガス化炉
１５ チャー回収装置
１６ ガス精製装置
１７ ガスタービン設備
１８ 蒸気タービン設備
１９ 発電機
２０ 排熱回収ボイラ
２１ 燃料合成装置
２２ 発電設備
２３ 制御装置
３５ チャンバ室
３８ 伝熱管
３９ 流体流入ライン
４０ 伝熱管用第１開閉弁
４１ 吸収塔
４２ 再生塔
８０ 流動化用第１開閉弁
１４２ 空気分離装置
１５０ 第３窒素供給ライン
１５５ 抽気ライン
１５６ 伝熱管用第２開閉弁
１７５ 蒸気排出ライン
１７６ 流動化用第２開閉弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動化ガスによって流動する湿潤燃料を、内部に設けた伝熱管により加熱することで乾燥燃料とする流動層乾燥装置と、
空気を窒素と酸素とに分離可能な空気分離装置と、
前記空気分離装置から供給される前記酸素を用いて、前記乾燥燃料をガス化してガス化ガスとするガス化炉と、
前記ガス化炉でガス化された前記ガス化ガスを燃焼させることにより発電可能な発電装置と、
前記ガス化炉でガス化された前記ガス化ガスを用いて、液体燃料を合成可能な燃料合成装置と、を備え、
前記発電装置による発電運転時において、前記発電装置には、前記ガス化ガスが供給され、前記流動層乾燥装置には、前記流動化ガスとして蒸気が供給される一方で、前記流動化ガスとして前記空気分離装置から前記窒素が供給されず、前記伝熱管の内部には、高温流体が流通し、
前記燃料合成装置による燃料合成時において、前記燃料合成装置には、前記ガス化ガスが供給され、前記流動層乾燥装置には、前記流動化ガスとして蒸気が供給されると共に、前記流動化ガスとして前記空気分離装置から前記窒素が供給され、前記伝熱管の内部には、前記高温流体に比して低温となる低温流体が流通することを特徴とするガス化システム。
【請求項２】
前記発電装置において燃焼する前記ガス化ガスの排熱を回収する排熱回収装置をさらに備え、
前記流動化ガスとして供給される前記蒸気は、前記排熱回収装置によって回収された排熱によって発生する蒸気であることを特徴とする請求項１に記載のガス化システム。
【請求項３】
前記ガス化炉でガス化された前記ガス化ガスの不純物を除去するガス精製装置をさらに備え、
前記低温流体は、前記ガス精製装置から得られる熱媒であることを特徴とする請求項１または２に記載のガス化システム。
【請求項１】
流動化ガスによって流動する湿潤燃料を、内部に設けた伝熱管により加熱することで乾燥燃料とする流動層乾燥装置と、
空気を窒素と酸素とに分離可能な空気分離装置と、
前記空気分離装置から供給される前記酸素を用いて、前記乾燥燃料をガス化してガス化ガスとするガス化炉と、
前記ガス化炉でガス化された前記ガス化ガスを燃焼させることにより発電可能な発電装置と、
前記ガス化炉でガス化された前記ガス化ガスを用いて、液体燃料を合成可能な燃料合成装置と、を備え、
前記発電装置による発電運転時において、前記発電装置には、前記ガス化ガスが供給され、前記流動層乾燥装置には、前記流動化ガスとして蒸気が供給される一方で、前記流動化ガスとして前記空気分離装置から前記窒素が供給されず、前記伝熱管の内部には、高温流体が流通し、
前記燃料合成装置による燃料合成時において、前記燃料合成装置には、前記ガス化ガスが供給され、前記流動層乾燥装置には、前記流動化ガスとして蒸気が供給されると共に、前記流動化ガスとして前記空気分離装置から前記窒素が供給され、前記伝熱管の内部には、前記高温流体に比して低温となる低温流体が流通することを特徴とするガス化システム。
【請求項２】
前記発電装置において燃焼する前記ガス化ガスの排熱を回収する排熱回収装置をさらに備え、
前記流動化ガスとして供給される前記蒸気は、前記排熱回収装置によって回収された排熱によって発生する蒸気であることを特徴とする請求項１に記載のガス化システム。
【請求項３】
前記ガス化炉でガス化された前記ガス化ガスの不純物を除去するガス精製装置をさらに備え、
前記低温流体は、前記ガス精製装置から得られる熱媒であることを特徴とする請求項１または２に記載のガス化システム。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−２４１１２０（Ｐ２０１２−２４１１２０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１３３３１（Ｐ２０１１−１１３３３１）
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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