ガス化発電プラント
【課題】ガス化発電プラントから排出される排熱を有効に利用して、プラント効率を改善することが可能なガス化発電プラントを提供することを目的とする。
【解決手段】燃料ガスを燃焼する燃焼器５と、燃焼器５から排出される排ガスによって回転駆動されるタービン７と、タービン７に接続される回転軸８と、回転軸８上に設けられて回転軸８が駆動されることによって空気を圧縮する圧縮機６と、を備えるガスタービン４と、石炭をガス化して燃料ガスにするガス化炉３と、ガスタービン４の回転軸８に接続されて回転軸８が駆動されることによって発電する発電機１６と、を備えるガス化発電プラント１において、圧縮機６には、ガス化発電プラント１から排出される排熱を回収した排熱回収気体が導かれることを特徴とする。
【解決手段】燃料ガスを燃焼する燃焼器５と、燃焼器５から排出される排ガスによって回転駆動されるタービン７と、タービン７に接続される回転軸８と、回転軸８上に設けられて回転軸８が駆動されることによって空気を圧縮する圧縮機６と、を備えるガスタービン４と、石炭をガス化して燃料ガスにするガス化炉３と、ガスタービン４の回転軸８に接続されて回転軸８が駆動されることによって発電する発電機１６と、を備えるガス化発電プラント１において、圧縮機６には、ガス化発電プラント１から排出される排熱を回収した排熱回収気体が導かれることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化発電プラントに関し、特に、ガス化発電プラントの排熱利用に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、乾式給炭空気吹きの石炭ガス化複合発電プラントは、原炭バンカーから微粉炭機へと石炭が供給され、微粉炭機において石炭が微粉砕される。粉砕された石炭（以下「微粉炭」という。）は、空気分離器によって空気から発生させた不活性ガスである窒素ガスを用いて乾燥および石炭ガス化炉への搬送が行われる。
【０００３】
石炭ガス化炉に供給された微粉炭は、後述するガスタービンから導出された空気と共に燃焼されてガス化される。ガス化された生成ガスは、石炭ガス化炉からフィルタへと導かれる。フィルタに導かれた生成ガスは、フィルタを介して生成ガス中に含まれるチャーが分離される。フィルタによって分離されたチャーは、石炭ガス化炉へと回収されて微粉炭と共に燃焼される。その際に、チャーは、空気分離器によって発生させた窒素ガスによって石炭ガス化炉へと搬送される。
【０００４】
フィルタにおいてチャーが分離された生成ガスは、ガス精製装置へと導かれる。ガス精製装置に導かれた生成ガスは、ガス精製装置によって生成ガス中に含まれる硫黄化合物や窒素化合物などが取り除かれる。ガス精製装置において硫黄化合物や窒素化合物などが取り除かれた生成ガスは、燃料ガスとしてガスタービンへと導かれる。ガスタービンに導かれた燃料ガスは、ガスタービンの燃焼器において空気と共に燃焼されて排ガスを排出する。
【０００５】
燃焼器から排出された排ガスは、ガスタービンのタービンを回転駆動させる。タービンが回転駆動することによって、タービンに接続されている回転軸が回転する。回転軸が回転することによって、同軸上に設けられている圧縮機が回転駆動されて空気を圧縮する。圧縮機が圧縮した空気は、ガスタービンの燃焼器および石炭ガス化炉へと供給される。
また、回転軸が回転することによって、回転軸の端部に接続されている発電機が回転駆動されて電気を発生する。
【０００６】
ガスタービンの圧縮機によって圧縮された空気は、温度が４００℃から５００℃の高温とされる。この高温の圧縮空気は、前述した石炭ガス化炉へと導かれる途中において、再生熱交換器へと導かれる。再生熱交換器へと導かれた高温の圧縮空気は、後述する再加圧された圧縮空気と熱交換されて温度が下げられる。再生熱交換器によって温度が下げられた圧縮空気は、さらに水と熱交換する冷却器へと導かれる。冷却器によって圧縮空気の温度は、５０℃から８０℃に下げられて昇圧機へと導かれる。このようにして、昇圧機に導かれた圧縮空気は、昇圧機の入口温度に適した温度に下げられることになる。
【０００７】
昇圧機に導かれた圧縮空気は、昇圧機によって再加圧される。ここで圧縮空気は、昇圧機によって石炭ガス化炉やガス精製設備を圧縮空気もしくは生成ガスが通過する際に生じる圧力損失を考慮した圧力まで再加圧される。再加圧された圧縮空気は、前述した再生熱交換器へと導かれる。再加圧された圧縮空気は、再生熱交換器において圧縮機から導出された高温の圧縮空気と熱交換して温度が上昇する。温度の上昇した再加圧された圧縮空気は、石炭ガス化炉へと導かれる。
【０００８】
特許文献１には、空気分離器によって分離された酸素や排ガス凝縮器によって分離回収された二酸化炭素を圧縮機の吸気に導くことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平４−１４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、氷点下以下の低大気温度の下でガスタービンを運転させた場合には、圧縮機がサージングを生じる恐れがあった。これを防止するために、ガスタービンのＩＧＶ開度を閉じたり燃焼温度を低下させたりしている。しかし、これらの場合には、ガス化発電プラントのプラント効率が著しく低下するという問題があった。
また、特許文献１に記載の発明は、ガスタービンの燃焼器に導かれる酸素量や空気量を制御するものであるため、圧縮機のサージングを防止してガス化発電プラントのプラント効率低下を防止することができないという問題があった。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ガス化発電プラントから排出される排熱を有効に利用して、プラント効率を改善することが可能なガス化発電プラント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】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のガス化発電プラントは、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るガス化発電プラントによれば、燃料ガスを燃焼する燃焼器と、該燃焼器から排出される排ガスによって回転駆動されるタービンと、該タービンに接続される回転軸と、該回転軸上に設けられて該回転軸が駆動されることによって空気を圧縮する圧縮機と、を備えるガスタービンと、石炭をガス化して燃料ガスにするガス化炉と、前記ガスタービンの前記回転軸に接続されて該回転軸が駆動されることによって発電する発電機と、を備えるガス化発電プラントにおいて、前記圧縮機には、当該ガス化発電プラントから排出される排熱を回収した排熱回収気体が導かれることを特徴とする。
【００１３】
圧縮機の吸気空気が氷点下以下等の低大気温度の場合には、圧縮機が吸気する重量流量が増加する。圧縮機の吸気空気の重量流量が過剰な場合には、圧縮機にサージングを生じる。これを防止するために、ガスタービンのＩＧＶ開度を閉じたり燃焼温度を低下させたりする結果としてガスタービンのタービン効率が低下し、ガス化発電プラントのプラント効率が低下する。
【００１４】
そこで、圧縮機の吸気には、ガス化発電プラントから排出される排熱を回収した排熱回収気体を供給することとした。そのため、圧縮機の吸気空気の温度を上昇させることができ、ガスタービンの性能改善を図ることができる。したがって、ガス化発電プラントの排熱を有効活用して、ガス化発電プラントのプラント効率を改善することができる。
【００１５】
さらに、本発明に係るガス化発電プラントによれば、前記ガス化炉によってガス化された燃料ガスと空気とが熱交換するガス精製装置用熱交換器と、該ガス精製装置用熱交換器を通過した燃料ガスを脱硫する脱硫装置とを有するガス精製装置を備え、前記排熱回収気体として、前記ガス精製装置用熱交換器によって燃料ガスと熱交換した空気が用いられることを特徴とする。
【００１６】
ガス精製装置において燃料ガスは、ガス精製装置用熱交換器によって空気と熱交換して温度が下げられて脱硫装置へと導かれる。ガス精製装置用熱交換器において燃料ガスと熱交換して温度が上昇した空気は、ガス化発電プラントからそのまま排出される。
【００１７】
そこで、ガス精製装置用熱交換器において燃料ガスと熱交換して温度が上昇した空気を排熱回収気体として用いることとした。そのため、圧縮機の吸気空気の温度を上昇させることができ、低大気温度条件でのガスタービンの性能改善を図ることができる。したがって、ガス化発電プラントの排熱を有効活用することができ、ガス化発電プラントのプラント効率を改善することができる。
【００１８】
さらに、本発明に係るガス化発電プラントによれば、前記圧縮機から導出された圧縮空気と再加圧空気とが熱交換する第１の再生用熱交換器と、該第１の再生用熱交換器によって温度が低下した圧縮空気と空気とが熱交換する第２の再生用熱交換機と、該第２の再生用熱交換機によって温度が低下した圧縮空気を再加圧して再加圧空気とする昇圧機と、を備え、前記排熱回収気体として、前記第２の再生用熱交換機によって圧縮空気と熱交換した空気が用いられることを特徴とする。
【００１９】
空気吹き石炭ガス化炉では、ガス化剤として圧縮機から抽気した圧縮空気を昇圧機によって再加圧して用いる。昇圧機によって圧縮空気を再加圧する場合には、昇圧機の入口温度に制限があるため昇圧機に導かれる圧縮空気を熱交換器によって熱交換させて温度を下げている。
【００２０】
そこで、第２の再生用熱交換機によって圧縮空気と熱交換して温度の上昇した空気を排熱回収気体として用いることとした。そのため、圧縮機の吸気空気の温度を上昇させることができ、ガスタービンの性能改善を図ることができる。したがって、ガス化発電プラントの排熱を有効活用することができ、ガス化発電プラントのプラント効率を改善することができる。
【００２１】
さらに、本発明に係るガス化発電プラントによれば、大気吸込みの空気を圧縮する空気分離装置用圧縮機と、該空気分離装置用圧縮機によって圧縮された空気中の湿分を除去する吸着器と、該吸着器によって湿分が除去された空気から酸素と窒素とを分離する凝縮器とを有し、分離された窒素を用いて石炭を前記ガス化炉へと搬入する空気分離装置を備え、前記排熱回収気体として、前記空気分離装置から前記吸着器に導いた窒素が用いられることを特徴とする。
【００２２】
空気分離装置の吸着器は、吸着した湿分を除去するために、空気分離装置用圧縮機によって圧縮された後に空気分離装置によって分離された圧縮された窒素を通過させて再生させている。そのため、吸着器を通過した窒素は、顕熱を有することになる。
【００２３】
そこで、吸着器を通過して顕熱を有する窒素を排熱回収気体として用いることとした。そのため、圧縮機の吸気空気の温度を上昇させることができ、ガスタービンの性能改善を図ることができる。したがって、ガス化発電プラントの排熱を有効活用することができ、ガス化発電プラントのプラント効率を改善することができる。
【００２４】
さらに、本発明に係るガス化発電プラントによれば、前記ガス精製装置は、燃料ガス中の二酸化炭素を圧縮して回収する二酸化炭素回収装置と、該二酸化炭素回収装置によって回収された二酸化炭素を圧縮する二酸化炭素回収用圧縮機と、該二酸化炭素回収用圧縮機によって圧縮された二酸化炭素と空気とが熱交換する二酸化炭素回収用熱交換器と、を備え、前記排熱回収気体として、前記二酸化炭素回収用熱交換器によって圧縮された二酸化炭素と熱交換した空気が用いられることを特徴とする。
【００２５】
二酸化炭素は、二酸化炭素回収装置によって回収された後、二酸化炭素回収用圧縮機にて圧縮されて廃棄される。圧縮された二酸化炭素は、顕熱によって温度が上昇する。この顕熱は、廃熱としてガス化発電プラントからそのまま排出される。
【００２６】
そこで、二酸化炭素回収用圧縮機によって圧縮された二酸化炭素と二酸化炭素回収用熱交換器において熱交換した空気を排熱回収気体として用いることとした。そのため、圧縮機の吸気空気の温度を上昇させることができ、ガスタービンの性能改善を図ることができる。したがって、ガス化発電プラントの排熱を有効活用することができ、ガス化発電プラントのプラント効率を改善することができる。
【発明の効果】
【００２７】
上述した発明によれば、圧縮機の吸気には、ガス化発電プラントから排出される排熱を回収した排熱回収気体を供給することとした。そのため、圧縮機の吸気空気の温度を上昇させることができ、ガスタービンの性能改善を図ることができる。したがって、ガス化発電プラントの排熱を有効活用して、ガス化発電プラントのプラント効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガス化発電プラントの概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る大気温度に対する調整弁の開度と、大気温度および調整弁の開度に対する圧縮機の出力との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第２実施形態に係るガス化発電プラントの概略構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係るガス化発電プラントの概略構成図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係るガス化発電プラントの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態に係るガス化発電プラントの概略構成図が示されている。
図１に示されているように、石炭を燃料とする石炭ガス化複合発電プラント（ガス化発電プラント）１は、主として、石炭供給設備１０と、石炭供給設備１０から供給された微粉炭（石炭）をガス化する石炭ガス化炉（ガス化炉）３と、石炭ガス化炉３によってガス化された燃料ガスを燃焼して駆動されるガスタービン４と、ガスタービン４から導出される排ガスの熱を利用して発生した蒸気が導かれる蒸気タービン９と、ガスタービン４および蒸気タービン９によって駆動される発電機１６とを備えている。
【００３０】
石炭供給設備１０は、石炭ガス化炉３の上流側に設けられており、石炭ガス化炉３へと微粉炭を供給する。石炭供給設備１０は、原料炭が備蓄されている原炭バンカー１１と、原料炭を微粉砕する微粉炭機１２と、微粉炭機１２によって粉砕された微粉炭を貯留する微粉炭ホッパ１３とを備えている。
【００３１】
原炭バンカー１１から微粉炭機１２へと導かれた原料炭は、微粉炭機１２によって数μｍ〜数百μｍの微粉炭に粉砕される。微粉炭機１２が粉砕した微粉炭は、微粉炭を一時的に蓄えるじょうご形状の微粉炭ホッパ１３へと導かれる。
【００３２】
微粉炭ホッパ１３内の微粉炭は、空気から窒素と酸素とを分離する空気分離装置２０によって分離された窒素によって一定流量ずつ石炭ガス化炉３へと搬送される。ここで、窒素は、微粉炭を石炭ガス化炉３へと搬送する搬送ガスとして用いられる。
【００３３】
石炭ガス化炉３は、下方から上方へとガスが流されるように形成された石炭ガス化部３ａと、石炭ガス化部３ａの下流側に接続されて上方から下方へとガスが流されるように形成された熱交換部３ｂとを備えている。
石炭ガス化部３ａの下方には、コンバスタ（図示せず）及びリダクタ（図示せず）が設けられている。コンバスタは、微粉炭及びチャーの一部分を燃焼させ、残りは熱分解により揮発分（一酸化炭素、水素、低級炭化水素）として放出させる部分である。コンバスタには、噴流床が採用されている。しかし、流動床式や固定床式であっても構わない。
【００３４】
コンバスタ及びリダクタには、それぞれ、コンバスタバーナー（図示せず）及びリダクタバーナー（図示せず）が設けられている。これらのバーナーに対して微粉炭ホッパ１３から微粉炭が供給される。
コンバスタバーナーには、後述するガスタービン４の圧縮機６が圧縮した空気が供給されるようになっている。ここで、ガスタービン４の圧縮機６から供給される空気は、ガス化剤として用いられる。
【００３５】
リダクタでは、コンバスタからの高温ガスによって微粉炭がガス化される。これにより、微粉炭から一酸化炭素や水素等の可燃性の生成ガスが生成される。石炭ガス化反応は、微粉炭及びチャー中の炭素が高温ガス中の二酸化炭素及び水分と反応して一酸化炭素や水素を生成する吸熱反応である。
【００３６】
石炭ガス化炉３のリダクタにおいて生成された生成ガスは、脱じん装置１４へと導かれる。脱じん装置１４は、生成ガスが通過することによって生成ガス中に混在するチャーを捕捉する。脱じん装置１４によって捕捉されたチャーは、チャーを一時的に蓄えるチャーホッパ１５へと導かれる。チャーホッパ１５に回収されたチャーは、空気分離装置２０によって分離された窒素と共に石炭ガス化炉３のコンバスタバーナーへと返送されてリサイクルされる。
【００３７】
脱じん装置１４を通過した生成ガスには、硫化水素や硫化カルボニルといった硫黄化合物が含まれている。そのため、脱じん装置１４からガス精製装置３０へと生成ガスを導く。ガス精製装置３０は、ガス精製装置用ガス熱交換器３１と、ガス精製装置用空気熱交換器（ガス精製装置用熱交換器）３２と、スクラバー３３と、脱硫装置３４とを備えている。
【００３８】
ガス精製装置用ガス熱交換器３１は、ガス精製装置３０に導かれた生成ガスと、脱硫装置３４によって硫黄化合物が除去された生成ガス（以下「燃料ガス」という。）とが熱交換するものである。
【００３９】
ガス精製装置用空気熱交換器３２は、ガス精製装置用ガス熱交換器３１において燃料ガスと熱交換して温度が低下した生成ガスが空気と熱交換するものである。ガス精製装置用空気熱交換器３２において、生成ガスと熱交換した空気（以下「排熱回収気体」という。）は、温度が上昇する。この排熱回収気体は、後述するガスタービン４の圧縮機６の吸気へと導かれる。
【００４０】
スクラバー３３は、ガス精製装置用空気熱交換器３２において温度が下げられた生成ガスを通過させて、生成ガス中に含まれている水溶性のハロゲン化物等を除去するものである。
脱硫装置３４は、スクラバー３３を通過した生成ガスをメチルジエタノールアミン（MDEA）吸収液等のアミン系吸収液に通過させて、生成ガス中の硫黄分を除去して燃料ガスに精製するものである。
【００４１】
脱硫装置３４から導出された燃料ガスは、ガス精製装置用ガス熱交換器３１においてガス精製装置３０に導かれた生成ガスと熱交換して、温度が上昇する。温度が上昇した燃料ガスは、ガス精製装置用ガス熱交換器３１からガスタービン４へと導かれる。ガスタービン４に導かれた燃料ガスは、ガスタービン４の燃焼器５へと送られる。
【００４２】
ガスタービン４は、燃焼器５と、燃焼器５から排出された排ガスによって駆動されるタービン７と、燃焼器５へと高圧の圧縮空気を送り出す圧縮機６とを備えている。
燃焼器５では、導かれた燃料ガスと、後述する圧縮空気とが燃焼されて排ガスが排出される。燃焼器５から排出された排ガスは、タービン７へと導かれる。タービン７に導かれた排ガスは、タービン７を回転駆動する。タービン７が排ガスによって駆動されることによって、タービン７に接続されている回転軸８が回転駆動される。
【００４３】
回転軸８が回転駆動されることによって、回転軸８上に設けられている圧縮機６が回転駆動されて空気と、前述したガス精製装置３０から導出された温度の上昇した排熱回収気体とを吸引する。圧縮機６に吸引された空気と排熱回収気体とは、圧縮機６によって圧縮される。圧縮機６によって圧縮された空気と排熱回収気体（以下「圧縮空気」という。）の一部は、圧縮機６から燃焼器５へと導かれる。燃焼器５に導かれた圧縮空気は、燃料ガスと共に燃焼される。なお、残りの圧縮空気は、後述する昇圧機２２へと導かれる。
【００４４】
圧縮機６およびタービン７が設けられている回転軸８には、発電機１６が接続されている。そのため、タービン７の回転駆動に伴い回転軸８が回転駆動することによって、発電機１６が駆動される。発電機１６が駆動されることによって発電機１６は、電気を発生する。
【００４５】
タービン７を回転駆動させた排ガスは、排熱回収ボイラ１７へと導かれる。排熱回収ボイラ１７は、タービン７から導かれた排ガスの熱によって蒸気を発生するものである。後述する復水器１９から排熱回収ボイラ１７に導かれる水に熱を与えて蒸気を発生させた排ガスは、煙突１８から石炭ガス化複合発電プラント１外へと排出される。
【００４６】
排熱回収ボイラ１７においてタービン７から導かれた高温の排ガスによって発生された蒸気は、蒸気タービン９へと供給される。蒸気タービン９は、ガスタービン７と同じ回転軸８に接続されており、いわゆる一軸式のコンバインドシステムとなっている。なお、一軸式のコンバインドシステムに限らず、別軸式のコンバインドシステムであっても構わない。
【００４７】
タービン７によって回転駆動されている回転軸８は、蒸気タービン９によって駆動力が増加する。そのため、回転軸８に接続されている発電機１６の発電量が増加する。
蒸気タービン９を回転駆動した蒸気は、復水器１９へと導かれる。復水器１９によって、蒸気タービン９を回転駆動した蒸気は、冷却されて水に戻される。復水器１９によって戻された水は、排熱回収ボイラ１７および後述する昇圧機用熱交換器２３へと導かれる。
【００４８】
圧縮機６から導出された高圧の圧縮空気の一部は、昇圧機用再生熱交換器２１へと導かれる。
昇圧機用再生熱交換器２１は、圧縮機６から導出された圧縮空気と、後述する昇圧機２２によって昇圧された圧縮空気（以下、「再加圧空気」という。）とが熱交換するものである。圧縮機６から導出された圧縮空気は、温度が上昇している。そのため、圧縮機６から導出された高温の圧縮空気は、昇圧機用再生熱交換器２１において再加圧空気に熱を与えて温度が低下する。
【００４９】
昇圧機用再生熱交換器２１において温度が下げられた圧縮空気は、排熱回収ボイラ１７から導かれた水を冷媒とする昇圧機用熱交換器２３へと導かれる。
昇圧機用熱交換器２３は、昇圧機用再生熱交換器２１から導出された圧縮空気と、冷媒である水とが熱交換するものである。昇圧機用熱交換器２３において、水と熱交換した圧縮空気は、温度が下げられる。
【００５０】
昇圧機用熱交換器２３によって温度が下げられた圧縮空気は、昇圧機２２へと導かれる。昇圧機２２に導かれた圧縮空気は、昇圧機２２によって昇圧されて再加圧空気とされる。再加圧空気は、前述した昇圧機用再生熱交換器２１へと導かれる。昇圧機用再生熱交換器２１に導かれた再加圧空気は、圧縮機６から導出された圧縮空気と熱交換して温度が上昇する。
昇圧機用再生熱交換器２１を通過して温度が上昇した再加圧空気は、石炭ガス化炉３へと供給される。
【００５１】
次に、本実施形態に係る排熱回収気体の流れ、圧縮機に導かれる排熱回収気体と大気空気との制御方法について説明する。
排熱回収気体は、ガス精製装置３０に設けられているガス精製装置用空気熱交換器３２において、生成ガスと熱交換して温度が上昇した空気である。排熱回収気体は、ガス精製装置用空気熱交換器３２を通過後、ガスタービン４に設けられている圧縮機６に接続されている吸気系路へと合流する。
【００５２】
圧縮機６に接続されている吸気系路は、大気の空気を、吸気フィルタ（図示せず）を介して取り込むものである。吸気フィルタと圧縮機６との間の吸気系路には、前述した排熱回収気体が合流されている。排熱回収気体が合流する上流側の吸気系路であって吸気フィルタの下流側には、図示しない調整弁が設けられている。この調整弁は、吸気フィルタから吸いこまれた大気の温度に応じて開度が制御される。
【００５３】
圧縮機６が回転駆動されることによって、圧縮機６には、吸気系路より大気（空気）と、ガス精製装置用空気熱交換器３２から導かれた排熱回収気体とが吸気される。この際、吸気系路に設けられている調整弁の開度が制御される。
【００５４】
図２には、大気温度に対する調整弁の開度と、大気温度および調整弁の開度に対する圧縮機の出力とを示したグラフが示されている。
図２に示すグラフは、横軸に大気温度を、左縦軸に調整弁の開度を、右縦軸に圧縮機の出力を表している。グラフ中の実線は、大気温度に対する調整弁の開度の関係を示している。また、グラフ中の太線は、大気温度および調整弁の開度に対する圧縮機６の出力の関係を示している。
【００５５】
図２のグラフの実線が示すように、大気温度が、例えば氷点下以下の場合には、調整弁の開度が絞られる。これにより、圧縮機６には、温度の低い大気の流入が減る。圧縮機６には、温度の上昇した排熱回収気体が供給されているため、吸気空気の温度が上昇する。そのため、図２のグラフの太線が示すように、圧縮機６の出力が維持されることとなる。
【００５６】
以上の通り、本実施形態に係るガス化発電プラントによれば、以下の作用効果を奏する。
圧縮機６の吸気には、石炭ガス化複合発電プラント（ガス化発電プラント）１から排出された排熱を回収した排熱回収気体を供給することとした。そのため、圧縮機６の吸気空気の温度を上昇させることができ、低大気温度条件でのガスタービン４の性能改善を図ることができる。したがって、石炭ガス化複合発電プラント１の排熱を有効活用して、石炭ガス化複合発電プラント１のプラント効率を改善することができる。
【００５７】
ガス精製装置用空気熱交換器（ガス精製装置用熱交換器）３２において生成ガスと熱交換して温度が上昇した空気を排熱回収気体として用いることとした。そのため、圧縮機６の吸気空気の温度を上昇させることができ、ガスタービン４の性能改善を図ることができる。したがって、石炭ガス化複合発電プラント１の排熱を有効活用して、石炭ガス化複合発電プラント１のプラント効率を改善することができる。
【００５８】
[第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態のガス化発電プラントは、昇圧機用再生熱交換器と昇圧機用熱交換器との間に昇圧機用空気熱交換器を設け、昇圧機用空気熱交換器において熱交換した空気を排熱回収気体として圧縮機の吸気に導く点で第１実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成、流れおよび制御方法については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
図３には、本発明の第２実施形態に係るガス化発電プラントの概略構成図が示されている。
昇圧機用再生熱交換器（第１の再生用熱交換器）２１と昇圧機用熱交換器２３との間には、昇圧機用空気熱交換器（第２の再生用熱交換機）２５が設けられている。昇圧機用再生熱交換器２１において、再加圧空気と熱交換した圧縮空気は、例えば、１５０℃に温度が下げられる。温度が下げられた圧縮空気は、昇圧機用空気熱交換器２５へと導かれる。
【００６０】
昇圧機用空気熱交換器２５は、圧縮空気と、冷媒である空気とが熱交換するものである。昇圧機用空気熱交換器２５において圧縮空気と熱交換した空気は、温度が上昇した排熱回収気体として導出される。昇圧機用空気熱交換器２５から導出された排熱回収気体は、圧縮機６の吸気系路に合流される。
【００６１】
一方、昇圧機用空気熱交換器２５において空気と熱交換した圧縮空気は、温度が低下する。温度が低下した圧縮空気は、昇圧機用熱交換器２３へと導かれる。昇圧機用熱交換器２３に導かれた圧縮空気は、水と熱交換することによって、例えば、４０℃に温度がさらに下げられる。
【００６２】
以上の通り、本実施形態に係るガス化発電プラントによれば、以下の作用効果を奏する。
昇圧機用空気熱交換器（第２の再生用熱交換機）２５によって圧縮空気と熱交換して温度の上昇した空気を排熱回収気体として用いることとした。そのため、圧縮機６の吸気空気の温度を上昇させることができる、ガスタービン４の性能改善を図ることができる。したがって、石炭ガス化複合発電プラント（ガス化発電プラント）１の排熱を有効活用して、石炭ガス化複合発電プラント１のプラント効率を改善することができる。
【００６３】
[第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態のガス化発電プラントは、空気分離装置から導出された空気を排熱回収気体として圧縮機の吸気に導く点で第１実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成、流れおよび制御方法については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図４には、本発明の第３実施形態に係るガス化発電プラントの概略構成図が示されている。
【００６４】
空気分離装置２０は、吸着器（図示せず）と、空気分離装置用圧縮機（図示せず）と、凝縮器（図示せず）とを備えている。
吸着器は、空気分離装置２０に取り込まれる空気中の湿分を除去するものである。
空気分離装置用圧縮機は、吸着器に導かれる空気を圧縮するものである。
凝縮器は、供給された空気から酸素と窒素とを分離するものである。
【００６５】
吸気フィルタ（図示せず）を介して取り込まれた大気からの空気は、空気分離装置用圧縮機によって圧縮される。空気分離装置用圧縮機によって圧縮された空気は、吸着器において空気中の湿分が吸着除去される。吸着器に吸着された湿分は、凝縮器によって分離された窒素ガスの一部を吸着器に通過させることによって除去される。吸着器に窒素ガスを通過させることによって吸着器は、乾燥されて再生される。
【００６６】
空気中の湿分が吸着除去された乾燥空気は、低温の製品酸素及び窒素との熱交換により温度を低減した後、凝縮器に導かれ、沸点差を利用して窒素と酸素とに分離される。
【００６７】
凝縮器によって空気から分離された窒素の一部は、吸着器へと導かれる。吸着器に導かれた窒素は、前述したように吸着器を再生する。吸着器を再生した窒素は、顕熱を有しながら吸着器から導出される。この吸着器から導出された顕熱を有する窒素を排熱回収気体として、圧縮機６に接続されている吸気系統に合流させる。
なお、凝縮器によって分離された酸素は、石炭ガス化炉（ガス化炉）３へと導かれる。また、凝縮器から導出された窒素の残りは、微粉炭の搬送ガスおよびチャーの搬送ガスとして用いられる。
【００６８】
以上の通り、本実施形態に係るガス化発電プラントによれば、以下の作用効果を奏する。
吸着器を通過して顕熱を有する窒素を排熱回収気体としてとして用いることとした。そのため、圧縮機６の吸気空気の温度を上昇させることができ、ガスタービン４の性能改善を図ることができる。したがって、石炭ガス化複合発電プラント（ガス化発電プラント）１の排熱を有効活用することができ、石炭ガス化複合発電プラント１のプラント効率を改善することができる。
【００６９】
[第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態のガス化発電プラントは、脱硫装置の下流側に二酸化炭素回収装置と、圧縮機の上流側に二酸化炭素回収用熱交換器とを設け、二酸化炭素回収用熱交換器から導出された空気を排熱回収気体として圧縮機の吸気に導く点で第１実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成、流れおよび制御方法については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図５には、本発明の第４実施形態に係るガス化発電プラントの概略構成図が示されている。
【００７０】
脱硫装置３５は、二酸化炭素回収装置（図示せず）を備えている。二酸化炭素回収装置は、燃料ガス中の二酸化炭素を回収するものである。二酸化炭素回収装置によって回収された二酸化炭素は、二酸化炭素回収用圧縮機（図示せず）によって圧縮される。二酸化炭素回収用圧縮機によって圧縮された二酸化炭素は、二酸化炭素回収用熱交換器２６へと導かれる。
【００７１】
二酸化炭素回収用熱交換器２６は、空気を冷媒として二酸化炭素回収用圧縮機から導かれた圧縮された二酸化炭素と熱交換するものである。
二酸化炭素回収用圧縮機によって圧縮された二酸化炭素は、顕熱を有している。そのため、二酸化炭素回収用熱交換器２６において二酸化炭素が有する顕熱は、冷媒である空気に付加される。そのため、二酸化炭素回収用熱交換器２６から導出された空気は、温度が上昇する。この温度の上昇した空気は、排熱回収気体として圧縮機６に接続されている吸気系統に合流される。
一方、二酸化炭素回収用熱交換器２６において空気と熱交換した二酸化炭素は、図示しない貯蔵庫、または、地中に溜められる。
【００７２】
以上の通り、本実施形態に係るガス化発電プラントによれば、以下の作用効果を奏する。
二酸化炭素回収用熱交換器２６において、二酸化炭素回収用圧縮機によって圧縮された二酸化炭素と熱交換した空気を排熱回収気体として用いることとした。そのため、圧縮機６の吸気空気の温度を上昇させることができ、ガスタービン４の性能改善を図ることができる。したがって、石炭ガス化複合発電プラント（ガス化発電プラント）１の排熱を有効活用することができ、石炭ガス化複合発電プラント１のプラント効率を改善することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１ ガス化発電プラント（石炭ガス化複合発電プラント）
３ ガス化炉（石炭ガス化炉）
４ ガスタービン
５ 燃焼器
６ 圧縮機
７ タービン
８ 回転軸
１６ 発電機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化発電プラントに関し、特に、ガス化発電プラントの排熱利用に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、乾式給炭空気吹きの石炭ガス化複合発電プラントは、原炭バンカーから微粉炭機へと石炭が供給され、微粉炭機において石炭が微粉砕される。粉砕された石炭（以下「微粉炭」という。）は、空気分離器によって空気から発生させた不活性ガスである窒素ガスを用いて乾燥および石炭ガス化炉への搬送が行われる。
【０００３】
石炭ガス化炉に供給された微粉炭は、後述するガスタービンから導出された空気と共に燃焼されてガス化される。ガス化された生成ガスは、石炭ガス化炉からフィルタへと導かれる。フィルタに導かれた生成ガスは、フィルタを介して生成ガス中に含まれるチャーが分離される。フィルタによって分離されたチャーは、石炭ガス化炉へと回収されて微粉炭と共に燃焼される。その際に、チャーは、空気分離器によって発生させた窒素ガスによって石炭ガス化炉へと搬送される。
【０００４】
フィルタにおいてチャーが分離された生成ガスは、ガス精製装置へと導かれる。ガス精製装置に導かれた生成ガスは、ガス精製装置によって生成ガス中に含まれる硫黄化合物や窒素化合物などが取り除かれる。ガス精製装置において硫黄化合物や窒素化合物などが取り除かれた生成ガスは、燃料ガスとしてガスタービンへと導かれる。ガスタービンに導かれた燃料ガスは、ガスタービンの燃焼器において空気と共に燃焼されて排ガスを排出する。
【０００５】
燃焼器から排出された排ガスは、ガスタービンのタービンを回転駆動させる。タービンが回転駆動することによって、タービンに接続されている回転軸が回転する。回転軸が回転することによって、同軸上に設けられている圧縮機が回転駆動されて空気を圧縮する。圧縮機が圧縮した空気は、ガスタービンの燃焼器および石炭ガス化炉へと供給される。
また、回転軸が回転することによって、回転軸の端部に接続されている発電機が回転駆動されて電気を発生する。
【０００６】
ガスタービンの圧縮機によって圧縮された空気は、温度が４００℃から５００℃の高温とされる。この高温の圧縮空気は、前述した石炭ガス化炉へと導かれる途中において、再生熱交換器へと導かれる。再生熱交換器へと導かれた高温の圧縮空気は、後述する再加圧された圧縮空気と熱交換されて温度が下げられる。再生熱交換器によって温度が下げられた圧縮空気は、さらに水と熱交換する冷却器へと導かれる。冷却器によって圧縮空気の温度は、５０℃から８０℃に下げられて昇圧機へと導かれる。このようにして、昇圧機に導かれた圧縮空気は、昇圧機の入口温度に適した温度に下げられることになる。
【０００７】
昇圧機に導かれた圧縮空気は、昇圧機によって再加圧される。ここで圧縮空気は、昇圧機によって石炭ガス化炉やガス精製設備を圧縮空気もしくは生成ガスが通過する際に生じる圧力損失を考慮した圧力まで再加圧される。再加圧された圧縮空気は、前述した再生熱交換器へと導かれる。再加圧された圧縮空気は、再生熱交換器において圧縮機から導出された高温の圧縮空気と熱交換して温度が上昇する。温度の上昇した再加圧された圧縮空気は、石炭ガス化炉へと導かれる。
【０００８】
特許文献１には、空気分離器によって分離された酸素や排ガス凝縮器によって分離回収された二酸化炭素を圧縮機の吸気に導くことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平４−１４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、氷点下以下の低大気温度の下でガスタービンを運転させた場合には、圧縮機がサージングを生じる恐れがあった。これを防止するために、ガスタービンのＩＧＶ開度を閉じたり燃焼温度を低下させたりしている。しかし、これらの場合には、ガス化発電プラントのプラント効率が著しく低下するという問題があった。
また、特許文献１に記載の発明は、ガスタービンの燃焼器に導かれる酸素量や空気量を制御するものであるため、圧縮機のサージングを防止してガス化発電プラントのプラント効率低下を防止することができないという問題があった。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ガス化発電プラントから排出される排熱を有効に利用して、プラント効率を改善することが可能なガス化発電プラント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】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のガス化発電プラントは、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るガス化発電プラントによれば、燃料ガスを燃焼する燃焼器と、該燃焼器から排出される排ガスによって回転駆動されるタービンと、該タービンに接続される回転軸と、該回転軸上に設けられて該回転軸が駆動されることによって空気を圧縮する圧縮機と、を備えるガスタービンと、石炭をガス化して燃料ガスにするガス化炉と、前記ガスタービンの前記回転軸に接続されて該回転軸が駆動されることによって発電する発電機と、を備えるガス化発電プラントにおいて、前記圧縮機には、当該ガス化発電プラントから排出される排熱を回収した排熱回収気体が導かれることを特徴とする。
【００１３】
圧縮機の吸気空気が氷点下以下等の低大気温度の場合には、圧縮機が吸気する重量流量が増加する。圧縮機の吸気空気の重量流量が過剰な場合には、圧縮機にサージングを生じる。これを防止するために、ガスタービンのＩＧＶ開度を閉じたり燃焼温度を低下させたりする結果としてガスタービンのタービン効率が低下し、ガス化発電プラントのプラント効率が低下する。
【００１４】
そこで、圧縮機の吸気には、ガス化発電プラントから排出される排熱を回収した排熱回収気体を供給することとした。そのため、圧縮機の吸気空気の温度を上昇させることができ、ガスタービンの性能改善を図ることができる。したがって、ガス化発電プラントの排熱を有効活用して、ガス化発電プラントのプラント効率を改善することができる。
【００１５】
さらに、本発明に係るガス化発電プラントによれば、前記ガス化炉によってガス化された燃料ガスと空気とが熱交換するガス精製装置用熱交換器と、該ガス精製装置用熱交換器を通過した燃料ガスを脱硫する脱硫装置とを有するガス精製装置を備え、前記排熱回収気体として、前記ガス精製装置用熱交換器によって燃料ガスと熱交換した空気が用いられることを特徴とする。
【００１６】
ガス精製装置において燃料ガスは、ガス精製装置用熱交換器によって空気と熱交換して温度が下げられて脱硫装置へと導かれる。ガス精製装置用熱交換器において燃料ガスと熱交換して温度が上昇した空気は、ガス化発電プラントからそのまま排出される。
【００１７】
そこで、ガス精製装置用熱交換器において燃料ガスと熱交換して温度が上昇した空気を排熱回収気体として用いることとした。そのため、圧縮機の吸気空気の温度を上昇させることができ、低大気温度条件でのガスタービンの性能改善を図ることができる。したがって、ガス化発電プラントの排熱を有効活用することができ、ガス化発電プラントのプラント効率を改善することができる。
【００１８】
さらに、本発明に係るガス化発電プラントによれば、前記圧縮機から導出された圧縮空気と再加圧空気とが熱交換する第１の再生用熱交換器と、該第１の再生用熱交換器によって温度が低下した圧縮空気と空気とが熱交換する第２の再生用熱交換機と、該第２の再生用熱交換機によって温度が低下した圧縮空気を再加圧して再加圧空気とする昇圧機と、を備え、前記排熱回収気体として、前記第２の再生用熱交換機によって圧縮空気と熱交換した空気が用いられることを特徴とする。
【００１９】
空気吹き石炭ガス化炉では、ガス化剤として圧縮機から抽気した圧縮空気を昇圧機によって再加圧して用いる。昇圧機によって圧縮空気を再加圧する場合には、昇圧機の入口温度に制限があるため昇圧機に導かれる圧縮空気を熱交換器によって熱交換させて温度を下げている。
【００２０】
そこで、第２の再生用熱交換機によって圧縮空気と熱交換して温度の上昇した空気を排熱回収気体として用いることとした。そのため、圧縮機の吸気空気の温度を上昇させることができ、ガスタービンの性能改善を図ることができる。したがって、ガス化発電プラントの排熱を有効活用することができ、ガス化発電プラントのプラント効率を改善することができる。
【００２１】
さらに、本発明に係るガス化発電プラントによれば、大気吸込みの空気を圧縮する空気分離装置用圧縮機と、該空気分離装置用圧縮機によって圧縮された空気中の湿分を除去する吸着器と、該吸着器によって湿分が除去された空気から酸素と窒素とを分離する凝縮器とを有し、分離された窒素を用いて石炭を前記ガス化炉へと搬入する空気分離装置を備え、前記排熱回収気体として、前記空気分離装置から前記吸着器に導いた窒素が用いられることを特徴とする。
【００２２】
空気分離装置の吸着器は、吸着した湿分を除去するために、空気分離装置用圧縮機によって圧縮された後に空気分離装置によって分離された圧縮された窒素を通過させて再生させている。そのため、吸着器を通過した窒素は、顕熱を有することになる。
【００２３】
そこで、吸着器を通過して顕熱を有する窒素を排熱回収気体として用いることとした。そのため、圧縮機の吸気空気の温度を上昇させることができ、ガスタービンの性能改善を図ることができる。したがって、ガス化発電プラントの排熱を有効活用することができ、ガス化発電プラントのプラント効率を改善することができる。
【００２４】
さらに、本発明に係るガス化発電プラントによれば、前記ガス精製装置は、燃料ガス中の二酸化炭素を圧縮して回収する二酸化炭素回収装置と、該二酸化炭素回収装置によって回収された二酸化炭素を圧縮する二酸化炭素回収用圧縮機と、該二酸化炭素回収用圧縮機によって圧縮された二酸化炭素と空気とが熱交換する二酸化炭素回収用熱交換器と、を備え、前記排熱回収気体として、前記二酸化炭素回収用熱交換器によって圧縮された二酸化炭素と熱交換した空気が用いられることを特徴とする。
【００２５】
二酸化炭素は、二酸化炭素回収装置によって回収された後、二酸化炭素回収用圧縮機にて圧縮されて廃棄される。圧縮された二酸化炭素は、顕熱によって温度が上昇する。この顕熱は、廃熱としてガス化発電プラントからそのまま排出される。
【００２６】
そこで、二酸化炭素回収用圧縮機によって圧縮された二酸化炭素と二酸化炭素回収用熱交換器において熱交換した空気を排熱回収気体として用いることとした。そのため、圧縮機の吸気空気の温度を上昇させることができ、ガスタービンの性能改善を図ることができる。したがって、ガス化発電プラントの排熱を有効活用することができ、ガス化発電プラントのプラント効率を改善することができる。
【発明の効果】
【００２７】
上述した発明によれば、圧縮機の吸気には、ガス化発電プラントから排出される排熱を回収した排熱回収気体を供給することとした。そのため、圧縮機の吸気空気の温度を上昇させることができ、ガスタービンの性能改善を図ることができる。したがって、ガス化発電プラントの排熱を有効活用して、ガス化発電プラントのプラント効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガス化発電プラントの概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る大気温度に対する調整弁の開度と、大気温度および調整弁の開度に対する圧縮機の出力との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第２実施形態に係るガス化発電プラントの概略構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係るガス化発電プラントの概略構成図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係るガス化発電プラントの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態に係るガス化発電プラントの概略構成図が示されている。
図１に示されているように、石炭を燃料とする石炭ガス化複合発電プラント（ガス化発電プラント）１は、主として、石炭供給設備１０と、石炭供給設備１０から供給された微粉炭（石炭）をガス化する石炭ガス化炉（ガス化炉）３と、石炭ガス化炉３によってガス化された燃料ガスを燃焼して駆動されるガスタービン４と、ガスタービン４から導出される排ガスの熱を利用して発生した蒸気が導かれる蒸気タービン９と、ガスタービン４および蒸気タービン９によって駆動される発電機１６とを備えている。
【００３０】
石炭供給設備１０は、石炭ガス化炉３の上流側に設けられており、石炭ガス化炉３へと微粉炭を供給する。石炭供給設備１０は、原料炭が備蓄されている原炭バンカー１１と、原料炭を微粉砕する微粉炭機１２と、微粉炭機１２によって粉砕された微粉炭を貯留する微粉炭ホッパ１３とを備えている。
【００３１】
原炭バンカー１１から微粉炭機１２へと導かれた原料炭は、微粉炭機１２によって数μｍ〜数百μｍの微粉炭に粉砕される。微粉炭機１２が粉砕した微粉炭は、微粉炭を一時的に蓄えるじょうご形状の微粉炭ホッパ１３へと導かれる。
【００３２】
微粉炭ホッパ１３内の微粉炭は、空気から窒素と酸素とを分離する空気分離装置２０によって分離された窒素によって一定流量ずつ石炭ガス化炉３へと搬送される。ここで、窒素は、微粉炭を石炭ガス化炉３へと搬送する搬送ガスとして用いられる。
【００３３】
石炭ガス化炉３は、下方から上方へとガスが流されるように形成された石炭ガス化部３ａと、石炭ガス化部３ａの下流側に接続されて上方から下方へとガスが流されるように形成された熱交換部３ｂとを備えている。
石炭ガス化部３ａの下方には、コンバスタ（図示せず）及びリダクタ（図示せず）が設けられている。コンバスタは、微粉炭及びチャーの一部分を燃焼させ、残りは熱分解により揮発分（一酸化炭素、水素、低級炭化水素）として放出させる部分である。コンバスタには、噴流床が採用されている。しかし、流動床式や固定床式であっても構わない。
【００３４】
コンバスタ及びリダクタには、それぞれ、コンバスタバーナー（図示せず）及びリダクタバーナー（図示せず）が設けられている。これらのバーナーに対して微粉炭ホッパ１３から微粉炭が供給される。
コンバスタバーナーには、後述するガスタービン４の圧縮機６が圧縮した空気が供給されるようになっている。ここで、ガスタービン４の圧縮機６から供給される空気は、ガス化剤として用いられる。
【００３５】
リダクタでは、コンバスタからの高温ガスによって微粉炭がガス化される。これにより、微粉炭から一酸化炭素や水素等の可燃性の生成ガスが生成される。石炭ガス化反応は、微粉炭及びチャー中の炭素が高温ガス中の二酸化炭素及び水分と反応して一酸化炭素や水素を生成する吸熱反応である。
【００３６】
石炭ガス化炉３のリダクタにおいて生成された生成ガスは、脱じん装置１４へと導かれる。脱じん装置１４は、生成ガスが通過することによって生成ガス中に混在するチャーを捕捉する。脱じん装置１４によって捕捉されたチャーは、チャーを一時的に蓄えるチャーホッパ１５へと導かれる。チャーホッパ１５に回収されたチャーは、空気分離装置２０によって分離された窒素と共に石炭ガス化炉３のコンバスタバーナーへと返送されてリサイクルされる。
【００３７】
脱じん装置１４を通過した生成ガスには、硫化水素や硫化カルボニルといった硫黄化合物が含まれている。そのため、脱じん装置１４からガス精製装置３０へと生成ガスを導く。ガス精製装置３０は、ガス精製装置用ガス熱交換器３１と、ガス精製装置用空気熱交換器（ガス精製装置用熱交換器）３２と、スクラバー３３と、脱硫装置３４とを備えている。
【００３８】
ガス精製装置用ガス熱交換器３１は、ガス精製装置３０に導かれた生成ガスと、脱硫装置３４によって硫黄化合物が除去された生成ガス（以下「燃料ガス」という。）とが熱交換するものである。
【００３９】
ガス精製装置用空気熱交換器３２は、ガス精製装置用ガス熱交換器３１において燃料ガスと熱交換して温度が低下した生成ガスが空気と熱交換するものである。ガス精製装置用空気熱交換器３２において、生成ガスと熱交換した空気（以下「排熱回収気体」という。）は、温度が上昇する。この排熱回収気体は、後述するガスタービン４の圧縮機６の吸気へと導かれる。
【００４０】
スクラバー３３は、ガス精製装置用空気熱交換器３２において温度が下げられた生成ガスを通過させて、生成ガス中に含まれている水溶性のハロゲン化物等を除去するものである。
脱硫装置３４は、スクラバー３３を通過した生成ガスをメチルジエタノールアミン（MDEA）吸収液等のアミン系吸収液に通過させて、生成ガス中の硫黄分を除去して燃料ガスに精製するものである。
【００４１】
脱硫装置３４から導出された燃料ガスは、ガス精製装置用ガス熱交換器３１においてガス精製装置３０に導かれた生成ガスと熱交換して、温度が上昇する。温度が上昇した燃料ガスは、ガス精製装置用ガス熱交換器３１からガスタービン４へと導かれる。ガスタービン４に導かれた燃料ガスは、ガスタービン４の燃焼器５へと送られる。
【００４２】
ガスタービン４は、燃焼器５と、燃焼器５から排出された排ガスによって駆動されるタービン７と、燃焼器５へと高圧の圧縮空気を送り出す圧縮機６とを備えている。
燃焼器５では、導かれた燃料ガスと、後述する圧縮空気とが燃焼されて排ガスが排出される。燃焼器５から排出された排ガスは、タービン７へと導かれる。タービン７に導かれた排ガスは、タービン７を回転駆動する。タービン７が排ガスによって駆動されることによって、タービン７に接続されている回転軸８が回転駆動される。
【００４３】
回転軸８が回転駆動されることによって、回転軸８上に設けられている圧縮機６が回転駆動されて空気と、前述したガス精製装置３０から導出された温度の上昇した排熱回収気体とを吸引する。圧縮機６に吸引された空気と排熱回収気体とは、圧縮機６によって圧縮される。圧縮機６によって圧縮された空気と排熱回収気体（以下「圧縮空気」という。）の一部は、圧縮機６から燃焼器５へと導かれる。燃焼器５に導かれた圧縮空気は、燃料ガスと共に燃焼される。なお、残りの圧縮空気は、後述する昇圧機２２へと導かれる。
【００４４】
圧縮機６およびタービン７が設けられている回転軸８には、発電機１６が接続されている。そのため、タービン７の回転駆動に伴い回転軸８が回転駆動することによって、発電機１６が駆動される。発電機１６が駆動されることによって発電機１６は、電気を発生する。
【００４５】
タービン７を回転駆動させた排ガスは、排熱回収ボイラ１７へと導かれる。排熱回収ボイラ１７は、タービン７から導かれた排ガスの熱によって蒸気を発生するものである。後述する復水器１９から排熱回収ボイラ１７に導かれる水に熱を与えて蒸気を発生させた排ガスは、煙突１８から石炭ガス化複合発電プラント１外へと排出される。
【００４６】
排熱回収ボイラ１７においてタービン７から導かれた高温の排ガスによって発生された蒸気は、蒸気タービン９へと供給される。蒸気タービン９は、ガスタービン７と同じ回転軸８に接続されており、いわゆる一軸式のコンバインドシステムとなっている。なお、一軸式のコンバインドシステムに限らず、別軸式のコンバインドシステムであっても構わない。
【００４７】
タービン７によって回転駆動されている回転軸８は、蒸気タービン９によって駆動力が増加する。そのため、回転軸８に接続されている発電機１６の発電量が増加する。
蒸気タービン９を回転駆動した蒸気は、復水器１９へと導かれる。復水器１９によって、蒸気タービン９を回転駆動した蒸気は、冷却されて水に戻される。復水器１９によって戻された水は、排熱回収ボイラ１７および後述する昇圧機用熱交換器２３へと導かれる。
【００４８】
圧縮機６から導出された高圧の圧縮空気の一部は、昇圧機用再生熱交換器２１へと導かれる。
昇圧機用再生熱交換器２１は、圧縮機６から導出された圧縮空気と、後述する昇圧機２２によって昇圧された圧縮空気（以下、「再加圧空気」という。）とが熱交換するものである。圧縮機６から導出された圧縮空気は、温度が上昇している。そのため、圧縮機６から導出された高温の圧縮空気は、昇圧機用再生熱交換器２１において再加圧空気に熱を与えて温度が低下する。
【００４９】
昇圧機用再生熱交換器２１において温度が下げられた圧縮空気は、排熱回収ボイラ１７から導かれた水を冷媒とする昇圧機用熱交換器２３へと導かれる。
昇圧機用熱交換器２３は、昇圧機用再生熱交換器２１から導出された圧縮空気と、冷媒である水とが熱交換するものである。昇圧機用熱交換器２３において、水と熱交換した圧縮空気は、温度が下げられる。
【００５０】
昇圧機用熱交換器２３によって温度が下げられた圧縮空気は、昇圧機２２へと導かれる。昇圧機２２に導かれた圧縮空気は、昇圧機２２によって昇圧されて再加圧空気とされる。再加圧空気は、前述した昇圧機用再生熱交換器２１へと導かれる。昇圧機用再生熱交換器２１に導かれた再加圧空気は、圧縮機６から導出された圧縮空気と熱交換して温度が上昇する。
昇圧機用再生熱交換器２１を通過して温度が上昇した再加圧空気は、石炭ガス化炉３へと供給される。
【００５１】
次に、本実施形態に係る排熱回収気体の流れ、圧縮機に導かれる排熱回収気体と大気空気との制御方法について説明する。
排熱回収気体は、ガス精製装置３０に設けられているガス精製装置用空気熱交換器３２において、生成ガスと熱交換して温度が上昇した空気である。排熱回収気体は、ガス精製装置用空気熱交換器３２を通過後、ガスタービン４に設けられている圧縮機６に接続されている吸気系路へと合流する。
【００５２】
圧縮機６に接続されている吸気系路は、大気の空気を、吸気フィルタ（図示せず）を介して取り込むものである。吸気フィルタと圧縮機６との間の吸気系路には、前述した排熱回収気体が合流されている。排熱回収気体が合流する上流側の吸気系路であって吸気フィルタの下流側には、図示しない調整弁が設けられている。この調整弁は、吸気フィルタから吸いこまれた大気の温度に応じて開度が制御される。
【００５３】
圧縮機６が回転駆動されることによって、圧縮機６には、吸気系路より大気（空気）と、ガス精製装置用空気熱交換器３２から導かれた排熱回収気体とが吸気される。この際、吸気系路に設けられている調整弁の開度が制御される。
【００５４】
図２には、大気温度に対する調整弁の開度と、大気温度および調整弁の開度に対する圧縮機の出力とを示したグラフが示されている。
図２に示すグラフは、横軸に大気温度を、左縦軸に調整弁の開度を、右縦軸に圧縮機の出力を表している。グラフ中の実線は、大気温度に対する調整弁の開度の関係を示している。また、グラフ中の太線は、大気温度および調整弁の開度に対する圧縮機６の出力の関係を示している。
【００５５】
図２のグラフの実線が示すように、大気温度が、例えば氷点下以下の場合には、調整弁の開度が絞られる。これにより、圧縮機６には、温度の低い大気の流入が減る。圧縮機６には、温度の上昇した排熱回収気体が供給されているため、吸気空気の温度が上昇する。そのため、図２のグラフの太線が示すように、圧縮機６の出力が維持されることとなる。
【００５６】
以上の通り、本実施形態に係るガス化発電プラントによれば、以下の作用効果を奏する。
圧縮機６の吸気には、石炭ガス化複合発電プラント（ガス化発電プラント）１から排出された排熱を回収した排熱回収気体を供給することとした。そのため、圧縮機６の吸気空気の温度を上昇させることができ、低大気温度条件でのガスタービン４の性能改善を図ることができる。したがって、石炭ガス化複合発電プラント１の排熱を有効活用して、石炭ガス化複合発電プラント１のプラント効率を改善することができる。
【００５７】
ガス精製装置用空気熱交換器（ガス精製装置用熱交換器）３２において生成ガスと熱交換して温度が上昇した空気を排熱回収気体として用いることとした。そのため、圧縮機６の吸気空気の温度を上昇させることができ、ガスタービン４の性能改善を図ることができる。したがって、石炭ガス化複合発電プラント１の排熱を有効活用して、石炭ガス化複合発電プラント１のプラント効率を改善することができる。
【００５８】
[第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態のガス化発電プラントは、昇圧機用再生熱交換器と昇圧機用熱交換器との間に昇圧機用空気熱交換器を設け、昇圧機用空気熱交換器において熱交換した空気を排熱回収気体として圧縮機の吸気に導く点で第１実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成、流れおよび制御方法については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
図３には、本発明の第２実施形態に係るガス化発電プラントの概略構成図が示されている。
昇圧機用再生熱交換器（第１の再生用熱交換器）２１と昇圧機用熱交換器２３との間には、昇圧機用空気熱交換器（第２の再生用熱交換機）２５が設けられている。昇圧機用再生熱交換器２１において、再加圧空気と熱交換した圧縮空気は、例えば、１５０℃に温度が下げられる。温度が下げられた圧縮空気は、昇圧機用空気熱交換器２５へと導かれる。
【００６０】
昇圧機用空気熱交換器２５は、圧縮空気と、冷媒である空気とが熱交換するものである。昇圧機用空気熱交換器２５において圧縮空気と熱交換した空気は、温度が上昇した排熱回収気体として導出される。昇圧機用空気熱交換器２５から導出された排熱回収気体は、圧縮機６の吸気系路に合流される。
【００６１】
一方、昇圧機用空気熱交換器２５において空気と熱交換した圧縮空気は、温度が低下する。温度が低下した圧縮空気は、昇圧機用熱交換器２３へと導かれる。昇圧機用熱交換器２３に導かれた圧縮空気は、水と熱交換することによって、例えば、４０℃に温度がさらに下げられる。
【００６２】
以上の通り、本実施形態に係るガス化発電プラントによれば、以下の作用効果を奏する。
昇圧機用空気熱交換器（第２の再生用熱交換機）２５によって圧縮空気と熱交換して温度の上昇した空気を排熱回収気体として用いることとした。そのため、圧縮機６の吸気空気の温度を上昇させることができる、ガスタービン４の性能改善を図ることができる。したがって、石炭ガス化複合発電プラント（ガス化発電プラント）１の排熱を有効活用して、石炭ガス化複合発電プラント１のプラント効率を改善することができる。
【００６３】
[第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態のガス化発電プラントは、空気分離装置から導出された空気を排熱回収気体として圧縮機の吸気に導く点で第１実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成、流れおよび制御方法については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図４には、本発明の第３実施形態に係るガス化発電プラントの概略構成図が示されている。
【００６４】
空気分離装置２０は、吸着器（図示せず）と、空気分離装置用圧縮機（図示せず）と、凝縮器（図示せず）とを備えている。
吸着器は、空気分離装置２０に取り込まれる空気中の湿分を除去するものである。
空気分離装置用圧縮機は、吸着器に導かれる空気を圧縮するものである。
凝縮器は、供給された空気から酸素と窒素とを分離するものである。
【００６５】
吸気フィルタ（図示せず）を介して取り込まれた大気からの空気は、空気分離装置用圧縮機によって圧縮される。空気分離装置用圧縮機によって圧縮された空気は、吸着器において空気中の湿分が吸着除去される。吸着器に吸着された湿分は、凝縮器によって分離された窒素ガスの一部を吸着器に通過させることによって除去される。吸着器に窒素ガスを通過させることによって吸着器は、乾燥されて再生される。
【００６６】
空気中の湿分が吸着除去された乾燥空気は、低温の製品酸素及び窒素との熱交換により温度を低減した後、凝縮器に導かれ、沸点差を利用して窒素と酸素とに分離される。
【００６７】
凝縮器によって空気から分離された窒素の一部は、吸着器へと導かれる。吸着器に導かれた窒素は、前述したように吸着器を再生する。吸着器を再生した窒素は、顕熱を有しながら吸着器から導出される。この吸着器から導出された顕熱を有する窒素を排熱回収気体として、圧縮機６に接続されている吸気系統に合流させる。
なお、凝縮器によって分離された酸素は、石炭ガス化炉（ガス化炉）３へと導かれる。また、凝縮器から導出された窒素の残りは、微粉炭の搬送ガスおよびチャーの搬送ガスとして用いられる。
【００６８】
以上の通り、本実施形態に係るガス化発電プラントによれば、以下の作用効果を奏する。
吸着器を通過して顕熱を有する窒素を排熱回収気体としてとして用いることとした。そのため、圧縮機６の吸気空気の温度を上昇させることができ、ガスタービン４の性能改善を図ることができる。したがって、石炭ガス化複合発電プラント（ガス化発電プラント）１の排熱を有効活用することができ、石炭ガス化複合発電プラント１のプラント効率を改善することができる。
【００６９】
[第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態のガス化発電プラントは、脱硫装置の下流側に二酸化炭素回収装置と、圧縮機の上流側に二酸化炭素回収用熱交換器とを設け、二酸化炭素回収用熱交換器から導出された空気を排熱回収気体として圧縮機の吸気に導く点で第１実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成、流れおよび制御方法については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図５には、本発明の第４実施形態に係るガス化発電プラントの概略構成図が示されている。
【００７０】
脱硫装置３５は、二酸化炭素回収装置（図示せず）を備えている。二酸化炭素回収装置は、燃料ガス中の二酸化炭素を回収するものである。二酸化炭素回収装置によって回収された二酸化炭素は、二酸化炭素回収用圧縮機（図示せず）によって圧縮される。二酸化炭素回収用圧縮機によって圧縮された二酸化炭素は、二酸化炭素回収用熱交換器２６へと導かれる。
【００７１】
二酸化炭素回収用熱交換器２６は、空気を冷媒として二酸化炭素回収用圧縮機から導かれた圧縮された二酸化炭素と熱交換するものである。
二酸化炭素回収用圧縮機によって圧縮された二酸化炭素は、顕熱を有している。そのため、二酸化炭素回収用熱交換器２６において二酸化炭素が有する顕熱は、冷媒である空気に付加される。そのため、二酸化炭素回収用熱交換器２６から導出された空気は、温度が上昇する。この温度の上昇した空気は、排熱回収気体として圧縮機６に接続されている吸気系統に合流される。
一方、二酸化炭素回収用熱交換器２６において空気と熱交換した二酸化炭素は、図示しない貯蔵庫、または、地中に溜められる。
【００７２】
以上の通り、本実施形態に係るガス化発電プラントによれば、以下の作用効果を奏する。
二酸化炭素回収用熱交換器２６において、二酸化炭素回収用圧縮機によって圧縮された二酸化炭素と熱交換した空気を排熱回収気体として用いることとした。そのため、圧縮機６の吸気空気の温度を上昇させることができ、ガスタービン４の性能改善を図ることができる。したがって、石炭ガス化複合発電プラント（ガス化発電プラント）１の排熱を有効活用することができ、石炭ガス化複合発電プラント１のプラント効率を改善することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１ ガス化発電プラント（石炭ガス化複合発電プラント）
３ ガス化炉（石炭ガス化炉）
４ ガスタービン
５ 燃焼器
６ 圧縮機
７ タービン
８ 回転軸
１６ 発電機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを燃焼する燃焼器と、該燃焼器から排出される排ガスによって回転駆動されるタービンと、該タービンに接続される回転軸と、該回転軸上に設けられて該回転軸が駆動されることによって空気を圧縮する圧縮機と、を備えるガスタービンと、
石炭をガス化して燃料ガスにするガス化炉と、
前記ガスタービンの回転軸に接続されて該回転軸が駆動されることによって発電する発電機と、を備えるガス化発電プラントにおいて、
前記圧縮機には、当該ガス化発電プラントから排出される排熱を回収した排熱回収気体が導かれるガス化発電プラント。
【請求項２】
前記ガス化炉によってガス化された燃料ガスと空気とが熱交換するガス精製装置用熱交換器と、該ガス精製装置用熱交換器を通過した燃料ガスを脱硫する脱硫装置とを有するガス精製装置を備え、
前記排熱回収気体として、前記ガス精製装置用熱交換器によって燃料ガスと熱交換した空気が用いられる請求項１に記載のガス化発電プラント。
【請求項３】
前記圧縮機から導出された圧縮空気と再加圧空気とが熱交換する第１の再生用熱交換器と、
該第１の再生用熱交換器によって温度が低下した圧縮空気と空気とが熱交換する第２の再生用熱交換機と、
該第２の再生用熱交換機によって温度が低下した圧縮空気を再加圧して再加圧空気とする昇圧機と、を備え、
前記排熱回収気体として、前記第２の再生用熱交換機によって圧縮空気と熱交換した空気が用いられる請求項１に記載のガス化発電プラント。
【請求項４】
大気吸込みの空気を圧縮する空気分離装置用圧縮機と、該空気分離装置用圧縮機によって圧縮された空気中の湿分を除去する吸着器と、該吸着器によって湿分が除去された空気から酸素と窒素とを分離する凝縮器とを有し、分離された窒素を用いて石炭を前記ガス化炉へと搬入する空気分離装置を備え、
前記排熱回収気体として、前記空気分離装置から前記吸着器に導いた窒素が用いられる請求項１に記載のガス化発電プラント。
【請求項５】
前記ガス精製装置は、燃料ガス中の二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置と、該二酸化炭素回収装置によって回収された二酸化炭素を圧縮する二酸化炭素回収用圧縮機と、該二酸化炭素回収用圧縮機によって圧縮された二酸化炭素と空気とが熱交換する二酸化炭素回収用熱交換器と、を備え、
前記排熱回収気体として、前記二酸化炭素回収用熱交換器によって圧縮された二酸化炭素と熱交換した空気が用いられる請求項１または請求項２に記載のガス化発電プラント。
【請求項１】
燃料ガスを燃焼する燃焼器と、該燃焼器から排出される排ガスによって回転駆動されるタービンと、該タービンに接続される回転軸と、該回転軸上に設けられて該回転軸が駆動されることによって空気を圧縮する圧縮機と、を備えるガスタービンと、
石炭をガス化して燃料ガスにするガス化炉と、
前記ガスタービンの回転軸に接続されて該回転軸が駆動されることによって発電する発電機と、を備えるガス化発電プラントにおいて、
前記圧縮機には、当該ガス化発電プラントから排出される排熱を回収した排熱回収気体が導かれるガス化発電プラント。
【請求項２】
前記ガス化炉によってガス化された燃料ガスと空気とが熱交換するガス精製装置用熱交換器と、該ガス精製装置用熱交換器を通過した燃料ガスを脱硫する脱硫装置とを有するガス精製装置を備え、
前記排熱回収気体として、前記ガス精製装置用熱交換器によって燃料ガスと熱交換した空気が用いられる請求項１に記載のガス化発電プラント。
【請求項３】
前記圧縮機から導出された圧縮空気と再加圧空気とが熱交換する第１の再生用熱交換器と、
該第１の再生用熱交換器によって温度が低下した圧縮空気と空気とが熱交換する第２の再生用熱交換機と、
該第２の再生用熱交換機によって温度が低下した圧縮空気を再加圧して再加圧空気とする昇圧機と、を備え、
前記排熱回収気体として、前記第２の再生用熱交換機によって圧縮空気と熱交換した空気が用いられる請求項１に記載のガス化発電プラント。
【請求項４】
大気吸込みの空気を圧縮する空気分離装置用圧縮機と、該空気分離装置用圧縮機によって圧縮された空気中の湿分を除去する吸着器と、該吸着器によって湿分が除去された空気から酸素と窒素とを分離する凝縮器とを有し、分離された窒素を用いて石炭を前記ガス化炉へと搬入する空気分離装置を備え、
前記排熱回収気体として、前記空気分離装置から前記吸着器に導いた窒素が用いられる請求項１に記載のガス化発電プラント。
【請求項５】
前記ガス精製装置は、燃料ガス中の二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収装置と、該二酸化炭素回収装置によって回収された二酸化炭素を圧縮する二酸化炭素回収用圧縮機と、該二酸化炭素回収用圧縮機によって圧縮された二酸化炭素と空気とが熱交換する二酸化炭素回収用熱交換器と、を備え、
前記排熱回収気体として、前記二酸化炭素回収用熱交換器によって圧縮された二酸化炭素と熱交換した空気が用いられる請求項１または請求項２に記載のガス化発電プラント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１７４４５４（Ｐ２０１１−１７４４５４Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４１０８５（Ｐ２０１０−４１０８５）
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【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２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【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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