ガス化設備および石炭ガス化複合発電設備
【課題】粉体燃料の搬送ガスとして可燃性ガスを用いても安定した運転を図ることが可能なガス化設備および石炭ガス化複合発電設備を提供する。
【解決手段】本発明のガス化設備１１は、微粉炭供給ホッパ２４から石炭ガス化炉２５へ微粉炭を搬送する搬送ガスとして可燃成分を含む可燃性ガス２８を用いるガス化設備であり、微粉炭供給ホッパ２４からオフガス燃焼炉１６に可燃成分を含む排気ガス２８を送給する搬送ガス送給管６１と、搬送ガス送給管６１に設けられ、搬送ガス送給管６１に不活性ガス６３を供給する不活性ガス供給部６４とを有する。微粉炭供給ホッパ２４から排出される排気ガス２８を不活性ガス６３で希釈し、オフガス燃焼炉１６に供給される排気ガス２８中に含まれる可燃成分の濃度を低くすることで、石炭ガス化複合発電設備１０を常時安定した状態で安全に運転することが可能となる。
【解決手段】本発明のガス化設備１１は、微粉炭供給ホッパ２４から石炭ガス化炉２５へ微粉炭を搬送する搬送ガスとして可燃成分を含む可燃性ガス２８を用いるガス化設備であり、微粉炭供給ホッパ２４からオフガス燃焼炉１６に可燃成分を含む排気ガス２８を送給する搬送ガス送給管６１と、搬送ガス送給管６１に設けられ、搬送ガス送給管６１に不活性ガス６３を供給する不活性ガス供給部６４とを有する。微粉炭供給ホッパ２４から排出される排気ガス２８を不活性ガス６３で希釈し、オフガス燃焼炉１６に供給される排気ガス２８中に含まれる可燃成分の濃度を低くすることで、石炭ガス化複合発電設備１０を常時安定した状態で安全に運転することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ；Integrated Coal Gasification Combined Cycle）用ガス化炉や化学用ガス化炉等を備えたガス化設備に適用され、ガス化原料の搬送媒体として可燃性ガスを使用するガス化設備および石炭ガス化複合発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体燃料である石炭を石炭ガス化炉によって石炭ガス化ガスに変換し、ガスタービン複合発電に用いる石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ）が知られている。石炭ガス化複合発電は、埋蔵量が豊富な石炭資源を利用している点、従来の微粉炭火力発電よりも熱効率が高く、二酸化炭素などの大気汚染物質の排出量が少ない点、石炭の灰がガラス質の溶融スラグとして排出され、体積が小さくなる点、などの利点を有している。そのため、石炭ガス化複合発電は、今後の石炭火力発電の主力となる技術として開発が進められている。
【０００３】
ＩＧＣＣ用ガス化炉として、効率に優れる空気吹きガス化炉や、空気吹きガス化炉構造を適用した化学用酸素吹きガス化炉が適用されている。化学用ガス化炉では、発電用ガス化炉と異なり、搬送ガス中に窒素などの不活性ガスの含有量が多いと、製品である化工品の純度が低下してしまうため、搬送ガスの純度が重要となる。
【０００４】
そのため、化学用ガス化炉では搬送等のガス媒体としてＣＯ2やプロセスガスなどが用いられ、プロセスガスとしては、精製後のガス化ガス（Clean Syngas）や化学合成後のテイルガス（Tail gas）があるが、これらのガスを有効利用することはプラント全体の効率を上昇させるためにも重要である。
【０００５】
そこで、例えば、微粉炭およびチャーをガス化炉に供給する搬送ガスとして可燃性ガスを用いた石炭ガス化システムが提案されている。この石炭ガス化システムによれば、ガス化炉で生成された可燃性ガスからチャーを回収した後、一部を取り出したものが使用されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３２８０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、微粉炭のような粉体燃料を気流搬送する搬送ガスとして可燃性ガスを用いる場合、減圧排気ガスを処理して大気に放出し、ＩＧＣＣ用ガス化炉などを含むガス化設備の安全を確保しつつ、運転効率の向上を図っている。その場合、より安定した運転を図るため、排ガス処理に送給される減圧排気ガスに含まれる可燃成分の濃度を可燃性限界以下として送給する必要がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、粉体燃料の搬送ガスとして可燃性ガスを用いても安定した運転を図ることが可能なガス化設備および石炭ガス化複合発電設備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】
【０００９】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、粉体燃料を貯蔵する燃料供給ホッパからガス化炉へ前記粉体燃料を搬送する搬送ガスとして可燃成分を含む可燃性ガスを用いるガス化設備であり、前記燃料供給ホッパから排出される前記可燃性ガスを送給する搬送ガス送給管と、前記搬送ガス送給管に設けられ、前記搬送ガス送給管内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段とを有することを特徴とするガス化設備である。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記燃料供給ホッパと前記搬送ガス送給管との何れか一方または両方に、前記可燃性搬送ガスに含まれる前記可燃成分の濃度を測定する可燃性ガス濃度測定器を有するガス化設備である。
【００１１】
第３の発明は、粉体燃料を搬送する搬送ガスとして可燃成分を含む可燃性ガスを用い、前記粉体燃料を処理して気体燃料を生成する石炭ガス化炉を備える第１又は第２の発明のガス化設備と、前記気体燃料を精製し、精製ガスを生成するガス精製設備と、前記気体燃料を燃料として運転するガスタービン設備と、前記ガスタービン設備から排出される燃焼排ガスが導入された排熱回収ボイラにおいて生成された蒸気により運転される蒸気タービン設備と、前記ガス化設備から排出される可燃性ガスと気体燃料と前記ガス精製設備から排出されるオフガスを焼却処理するオフガス燃焼炉とを有することを特徴とする石炭ガス化複合発電設備である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、粉体燃料の搬送ガスとして可燃性ガスを用いても安定した運転を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明による実施形態に係るガス化設備を適用した石炭ガス化複合発電設備の構成を簡略に示す図である。
【図２】図２は、石炭ガス化複合発電設備に備えられるガス化設備の他の構成を簡略に示す図である。
【図３】図３は、石炭ガス化複合発電設備に備えられるガス化設備の他の構成を簡略に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を好適に実施するための形態（以下、実施形態という。）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。本発明は以下の実施形態に記載した内容により限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００１５】
図１は、本発明による実施形態に係るガス化設備を適用した石炭ガス化複合発電設備の構成を簡略に示す図である。図１に示すように、石炭ガス化複合発電設備１０は、ガス化設備１１と、ガス精製設備１２と、ガスタービン設備１３と、排熱回収ボイラ１４と、蒸気タービン設備１５と、オフガス燃焼炉１６とを有する。
【００１６】
本実施形態のガス化設備１１は、原炭バンカ２１と、微粉炭機２２と、微粉炭貯蔵ホッパ２３と、微粉炭供給ホッパ２４と、石炭ガス化炉２５と、チャー回収・リサイクル装置２６とを有するものである。
【００１７】
ガス化の原料（燃料）となる石炭Ｓは、例えば貯炭場から原炭バンカ２１に供給され、石炭Ｓを一時的に原炭バンカ２１に貯蔵した後、微粉炭機２２に供給する。微粉炭機２２は、原炭バンカ２１から供給された石炭Ｓを粉砕するものであって、例えば、数μｍから数百μｍ程度の所望の粒径に粉砕し、微粉炭とするものである。所望の粒径に粉砕された微粉炭は、燃焼排ガス等により微粉炭機２２から微粉炭貯蔵ホッパ２３に供給される。
【００１８】
微粉炭機２２としては、例えば、チューブミル、ボールミル、ローラミルなど圧砕する形式のものを用いることができるが、特に限定するものではなく、石炭Ｓを粉砕することができるものであればよい。
【００１９】
可燃性ガス２８は、可燃成分を含み、可燃性を有するガスであれば特に限定されるものではなく、可燃成分としては、例えば、ＣＯ、Ｈ2、ＣＨ4などの低級炭化水素などを含むガスが挙げられる。
【００２０】
本実施形態では、石炭ガス化複合発電設備１０に可燃性ガス２８を供給するための装置として可燃性ガス供給部２７を設けるようにしているが、可燃性ガス２８の種類や供給源については特に限定されるものではなく、石炭ガス化炉２５の石炭ガス化部３１で生成される可燃性ガスの一部を、石炭ガス化部３１の下流側から抜き出し、可燃性ガス２８として用いるようにしてもよい。
【００２１】
微粉炭は、微粉炭機２２から微粉炭貯蔵ホッパ２３に送給され、一時貯蔵される。微粉炭貯蔵ホッパ２３に貯蔵された微粉炭機２２のうち必要量だけ微粉炭供給ホッパ２４に供給される。また、微粉炭供給ホッパ２４には、可燃性ガス供給部２７から可燃成分を含む可燃性ガス２８が搬送ガス（搬送媒体）として供給される。微粉炭供給ホッパ２４に供給された微粉炭は、微粉炭供給ホッパ２４内で加圧され、微粉炭供給ホッパ２４に供給された可燃性ガス２８により石炭ガス化部３１に供給される可燃性ガス２８に搬送され、空気吹きの石炭ガス化部３１に供給される。すなわち、微粉炭供給ホッパ２４は、大気圧の微粉炭機２２から微粉炭貯蔵ホッパ２３に供給された微粉炭を受け入れ、内圧が大気圧より高い石炭ガス化部３１内へ微粉炭を投入するため、微粉炭を石炭ガス化部３１に供給する際、微粉炭は、加圧して、可燃性ガス２８に供給される。例えば、石炭ガス化部３１内の圧力をＰｇとしたとき、微粉炭を微粉炭機２２から受け入れる際の大気圧から投入時の圧力「Ｐｇ＋α」までの範囲で加減圧が調整される。可燃性ガス２８により搬送されて石炭ガス化部３１に供給された微粉炭は、石炭ガス化部３１でガス化される。
【００２２】
図１では、微粉炭供給ホッパ２４は１つしか設けられていないが、本実施形態では、実際には、微粉炭供給ホッパ２４は並列に複数設けられている。各微粉炭供給ホッパ２４は、大気圧の状態である微粉炭機２２から微粉炭を受け入れるための微粉炭供給ホッパ２４内の減圧と、石炭ガス化部３１内へ送給される可燃性ガス２８に微粉炭を投入するための可燃性ガス２８による加圧とを順次繰り返して行う。石炭ガス化部３１に供給される可燃性ガス２８に微粉炭を投入する微粉炭供給ホッパ２４を、順次、切り換えることにより、石炭ガス化部３１に微粉炭を連続して投入するようにしている。
【００２３】
石炭ガス化部３１内に供給する可燃性ガス２８の供給位置については、特に限定されるものではなく、石炭ガス化部３１の塔底部、塔中部、塔上部のいずれから導入するようにしてもよい。
【００２４】
石炭ガス化炉２５は、微粉炭およびチャーの一部を燃焼し、ガス化する石炭ガス化部３１と、石炭ガス化部３１の下流側に接続されて、石炭ガス化部３１で生成された可燃性ガスを冷却し、熱回収するガス冷却部３２とを有するものである。石炭ガス化部３１では、供給された微粉炭およびチャーが燃焼され、ガス化されることにより、ＣＯ、Ｈ2などの可燃成分を主成分として含む気体燃料（石炭ガス）３３が生成される。気体燃料３３は、可燃成分を含んでいるため、可燃性ガス２８として、微粉炭供給ホッパ２４や石炭ガス化部３１に供給する微粉炭の搬送媒体として用いてもよい。
【００２５】
石炭ガス化部３１で生成された気体燃料３３は、ガス冷却部３２に送給され、気体燃料３３が保有する熱を回収する。石炭ガス化炉２５のガス冷却部３２には、石炭ガス化部３１から導かれた気体燃料３３から顕熱を回収する図示しない複数の熱交換器が設けられている。前記熱交換器により回収された熱は、排熱回収ボイラ１４を介して蒸気タービン設備１５に蒸気として供給される。
【００２６】
石炭ガス化炉２５から流出する気体燃料３３は、チャー回収・リサイクル装置２６に送給される。チャー回収・リサイクル装置２６は、石炭ガス化炉２５から流出した気体燃料３３からチャーを分離するものである。気体燃料３３は、上述の通り、ＣＯ、Ｈ2などの可燃成分の他にもチャー（未燃分）や硫黄分等を含んでおり、石炭ガス化炉２５を出た気体燃料３３は、チャー回収・リサイクル装置２６で気体燃料３３中に含まれているチャー等が除去される。回収されたチャーは、加圧され、搬送用ガスにより石炭ガス化部３１に送給され、再度ガス化される。チャー回収・リサイクル装置２６でチャーが分離された気体燃料３３は、ガス精製設備１２に供給される。チャー回収・リサイクル装置２６としては、気体燃料３３からチャーを分離するものであればよく、例えば、サイクロン方式の集塵機等が挙げられるが、本実施形態は、特にこれらに限定されるものではない。
【００２７】
ガス精製設備１２は、気体燃料３３を精製し、精製ガス３４を生成するものである。本実施形態では、ガス精製設備１２は、脱硫装置３５を含んで構成されている。脱硫装置３５は、気体燃料３３中に含まれる硫黄分を除去するものである。硫黄分としては、例えば、硫化水素、硫化カルボニル等の硫黄化合物などが挙げられる。気体燃料３３は、上述の通り、可燃性ガスの他に硫黄分等を含んでいるため、脱硫装置３５は、気体燃料３３を脱硫し、気体燃料３３中に含まれている硫黄分を除去する。脱硫装置３５は、気体燃料３３中に含まれている硫黄分を除去することができるものであればよく、脱硫装置３５としては、例えば、水と向流接触させ、気体燃料３３中に含まれている硫黄分を水中に回収する吸収塔などが挙げられる。
【００２８】
ガス精製設備１２は、脱硫装置３５の他に、気体燃料３３が含有する成分に応じて気体燃料３３中に含まれる成分を除去する装置を適宜設けるようにする。例えば、気体燃料３３がＨｇなど他の成分を含んでいる場合、ガス精製設備１２は、Ｈｇなど他の成分を除去する装置を含むように構成する。
【００２９】
本実施形態では、ガス精製設備１２は、脱硫装置３５を含んでいるが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、気体燃料３３中に硫黄分が含まれていない場合には、ガス精製設備１２は、脱硫装置３５を含まなくてもよい。
【００３０】
脱硫装置３５で硫黄分が除去された気体燃料３３は、精製ガス３４となり、ガスタービン設備１３に燃料として送給される。また、脱硫装置３５で分離されたオフガス３６は、オフガス燃焼炉１６に送給されて焼却処理される。
【００３１】
ガスタービン設備１３は、ターボ圧縮機４１と、ガスタービン燃焼器４２と、ガスタービン４３と、回転軸４４と、空気昇圧機４５とを有する。ターボ圧縮機４１は、空気を吸入して圧縮した後、圧縮した空気をガスタービン燃焼器４２に供給する。また、ターボ圧縮機４１は、回転軸４４に設けられ、回転軸４４により回転駆動される。
【００３２】
ガスタービン燃焼器４２は、ターボ圧縮機４１から供給された圧縮空気とガス精製設備１２から供給された精製ガス３４との混合気を燃焼させる。ガスタービン燃焼器４２で精製ガス３４を燃焼させることにより高温高圧の燃焼ガスを発生させ、この発生した燃焼ガスをガスタービン４３に供給する。
【００３３】
ガスタービン４３は、ガスタービン燃焼器４２により生成された燃焼ガスを用いて回転駆動させるものであり、燃焼ガスの有する熱エネルギなどの一部を回転エネルギに変換する。
【００３４】
回転軸４４は、ガスタービン４３において発生された回転駆動力を、ターボ圧縮機４１およびガスタービン発電機４６に伝達するものであり、回転軸４４には、ターボ圧縮機４１、ガスタービン４３およびガスタービン発電機４６が配置されている。ガスタービン４３において発生した回転駆動力は、回転軸４４を介してターボ圧縮機４１およびガスタービン発電機４６に伝達され、ガスタービン発電機４６が回転駆動される。ガスタービン発電機４６を駆動することにより発電が行われる。
【００３５】
ガスタービン設備１３においてガスタービン４３のロータを回転させた燃焼ガスは、高温の燃焼排ガスとして排熱回収ボイラ１４へ供給される。
【００３６】
排熱回収ボイラ１４は、蒸気タービン設備１５から排出される蒸気をガスタービン４３から供給される燃焼排ガス及びオフガス燃焼炉１６から供給される燃焼排ガスと熱交換し、熱を回収して高温の蒸気を生成する。ガスタービン４３から排出される燃焼排ガスの他に、オフガス燃焼炉１６からも高温の燃焼排ガスが排出されるため、オフガス燃焼炉１６から排出される燃焼排ガスも排熱回収ボイラ１４に供給されて、排熱回収ボイラ１４の加熱源として使用される。
【００３７】
ガスタービン設備１３及びオフガス燃焼炉１６から排出された燃焼排ガスは、排熱回収ボイラ１４において、蒸気タービン設備１５から排出される蒸気と熱交換させて蒸気生成に使用され、排熱が回収された後、燃焼排ガスは、公知の必要な処理を施された後、煙突４７から大気中に放出される。
【００３８】
空気昇圧機４５は、ターボ圧縮機４１から圧縮空気の一部を抽気して、さらに昇圧して、石炭ガス化部３１に供給するものである。石炭ガス化部３１に供給される圧縮空気は、微粉炭やチャーと共に石炭ガス化部３１の内部に送給される。
【００３９】
蒸気タービン設備１５は、高圧タービン５１と、中圧タービン５２と、低圧タービン５３と、回転軸５４とを有する。高圧タービン５１、中圧タービン５２および低圧タービン５３は、排熱回収ボイラ１４においてガスタービン４３から排出された燃焼排ガスと熱交換することで発生した高圧蒸気を用いて回転駆動力を発生させるものであり、高圧蒸気の有する熱エネルギなどの一部を回転エネルギに変換する。
【００４０】
排熱回収ボイラ１４において発生された高圧蒸気は、高圧タービン５１に直接供給される。高圧タービン５１から排出された蒸気は排熱回収ボイラ１４に戻され、ガスタービン設備１３から送給された燃焼排ガスと熱交換し、再熱されて、高温の再熱蒸気として中圧タービン５２に供給される。中圧タービン５２から排出された蒸気は低圧タービン５３に供給される。
【００４１】
回転軸５４には、高圧タービン５１、中圧タービン５２および低圧タービン５３が設けられ、高圧タービン５１、中圧タービン５２および低圧タービン５３において発生された回転駆動力は、回転軸５４を介して蒸気タービン発電機５５に伝達される。蒸気タービン発電機５５は、ガスタービン設備１３の回転軸５４により回転駆動される。蒸気タービン発電機５５を駆動することにより発電が行われる。
【００４２】
本実施形態では、微粉炭供給ホッパ２４内に供給される可燃性ガス２８は、微粉炭供給ホッパ２４内の微粉炭を石炭ガス化部３１に搬送する搬送媒体として用いられる。微粉炭供給ホッパ２４内に供給された可燃性ガス２８は、微粉炭供給ホッパ２４内を加圧して微粉炭供給ホッパ２４内の微粉炭を石炭ガス化部３１に搬送した後、微粉炭供給ホッパ２４内に残留する可燃性ガス２８は、微粉炭貯蔵ホッパ２３から新たに微粉炭を受け入れる際に、微粉炭供給ホッパ２４内を減圧することにより排気ガス２８として搬送ガス送給管６１から排出される。
【００４３】
搬送ガス送給管６１は、微粉炭供給ホッパ２４とオフガス燃焼炉１６とを連結し、微粉炭供給ホッパ２４から排出される可燃性ガス（排気ガス）２８をオフガス燃焼炉１６に送給するための管である。搬送ガス送給管６１には、排気バグフィルタ６２が設けられている。微粉炭供給ホッパ２４から排出される排気ガス２８は、搬送ガス送給管６１を介して排気バグフィルタ６２に送給される。微粉炭供給ホッパ２４から排出される排気ガス２８は、排気バグフィルタ６２で排気ガス２８中に含まれる粒子成分等を除去し、除塵した後、オフガス燃焼炉１６へ供給される。微粉炭供給ホッパ２４から回収された排気ガス２８は、脱硫装置３５から供給されるオフガス３６と共に、オフガス燃焼炉１６で焼却処理される。オフガス燃焼炉１６で、排気ガス２８およびオフガス３６を焼却処理する際に発生する排熱は、上述の通り、排熱回収ボイラ１４で蒸気生成に有効利用される。複数の微粉炭供給ホッパ２４は、各微粉炭供給ホッパ２４が順番に加減圧を行って微粉炭を石炭ガス化部３１へ連続投入するので、減圧時に微粉炭供給ホッパ２４から排出される排気ガス２８は順次処理される。
【００４４】
搬送ガス送給管６１には、搬送ガス送給管６１内に不活性ガス６３を供給する不活性ガス供給部（手段）６４が設けられている。不活性ガス供給部６４から不活性ガス６３を搬送ガス送給管６１に供給することで、排気ガス２８を不活性ガス６３で希釈することができるので、排気ガス２８中に含まれる可燃成分の濃度を低くすることができる。これにより、排気ガス２８中に含まれる可燃成分の濃度を可燃限界以下の濃度にすることができる。このため、排気ガス２８は、排気ガス２８中に含まれる可燃成分の濃度を可燃限界以下の状態を維持した状態でオフガス燃焼炉１６に供給されるため、排気ガス２８を安全に処理することができ、石炭ガス化複合発電設備１０を常時安定した状態で運転することができる。
【００４５】
搬送ガス送給管６１には、不活性ガス６３の可燃成分の濃度を測定する可燃性ガス濃度測定器６５が設けられている。可燃性ガス濃度測定器６５で測定された排気ガス２８中の可燃成分の濃度の測定結果は、制御装置６６に伝達される。制御装置６６は、可燃性ガス濃度測定器６５で測定された排気ガス２８の可燃成分の濃度の測定結果に基づいて搬送ガス送給管６１に適正な量の不活性ガス６３を任意の量として供給することができる。これにより、排気ガス２８の可燃成分の濃度を測定することで、搬送ガス送給管６１に供給される不活性ガス６３の供給量を調整することが容易となるため、搬送ガス送給管６１に供給される不活性ガス６３の供給量を最小限とすることができる。
【００４６】
本実施形態では、搬送ガス送給管６１に可燃性ガス濃度測定器６５を設けているが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、図２に示すように、微粉炭供給ホッパ２４に設けるようにしてもよい。特に、可燃性ガス２８に微粉炭を極力含有せず、可燃性ガス２８のガス成分のみをより適正に測定する観点から、微粉炭供給ホッパ２４の可燃性ガス２８が排出される出口近傍に設けるのが好ましい。これにより、排気ガス２８中に含まれる可燃成分の濃度をより確実に測定することができるため、搬送ガス送給管６１に供給される不活性ガス６３の供給量をより確実に調整することができる。また、図３に示すように、搬送ガス送給管６１と微粉炭供給ホッパ２４の可燃性ガス２８が排出される出口近傍とに可燃性ガス濃度測定器６５−１、６５−２を設けるようにしてもよい。これにより、更に確実に排気ガス２８中に含まれる可燃成分の濃度を測定することができるため、搬送ガス送給管６１に供給される不活性ガス６３の供給量を更に確実に調整することが可能となる。
【００４７】
不活性ガス６３は、排気ガス２８中に含まれる可燃成分の濃度を希釈し、排気ガス２８に含まれる可燃成分の濃度を可燃限界以下としてオフガス燃焼炉１６に供給されるものであるため、不活性ガス６３の純度は特に高いものでなくてもよい。
【００４８】
不活性ガス６３としては、特に限定されるものではなく、例えば、Ｎ2ガス、Ａｒガスなどが好適に用いられる。また、本実施形態では、不活性ガス供給部６４を設け、不活性ガス供給部６４から不活性ガス６３を搬送ガス送給管６１に供給するようにしているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、石炭ガス化部３１に供給する酸化剤として用いられる酸素を製造(空気分離)する際に、Ｎ2ガスが副生物として得られるため、酸化剤を生成する際に副生物として得られるＮ2ガスを不活性ガス６３として用いることで、別途新たに不活性ガス６３を製造するための設備を設けることなく、搬送ガス送給管６１に不活性ガス６３を供給することができる。
【００４９】
本実施形態では、搬送ガス送給管６１に可燃性ガス濃度測定器６５を設けるようにしているが、搬送ガス送給管６１に供給される不活性ガス６３の供給量が一定で決まっている場合や排気ガス２８の可燃成分の濃度の測定する必要がない場合には、可燃性ガス濃度測定器６５は、設けなくてもよい。
【００５０】
微粉炭の搬送ガスとして使用され、微粉炭供給ホッパ２４内に残留した可燃性ガス２８は、排気ガスとしてオフガス燃焼炉１６に送給された後、上述の通り、オフガス燃焼炉１６で焼却処理され、焼却処理して発生した燃焼排ガスが排熱回収ボイラ１４を介して煙突４７から大気へ放出される。このため、微粉炭供給ホッパ２４内に残留した使用済みの可燃性ガス２８は、オフガス燃焼炉１６で焼却処理することにより、大気へ安全に放出することができる。
【００５１】
このように、本実施形態のガス化設備１１を備えた石炭ガス化複合発電設備１０によれば、微粉炭供給ホッパ２４から排出される使用済みの排気ガス２８可中に不活性ガス６３を供給し、排気ガス２８を不活性ガス６３で希釈することで、排気ガス２８中に含まれる可燃成分の濃度を低くすることができる。このため、排気ガス２８中に含まれる可燃成分の濃度を可燃限界以下の状態を維持した状態で排気ガス２８をオフガス燃焼炉１６に常時安定して供給することができるため、オフガス燃焼炉１６で可燃性ガス２８を常時安定して焼却処理して安全に大気へ放出することができる。これにより、石炭ガス化複合発電設備１０は、常時安定した状態で安全を確保した状態で運転することができる。
【００５２】
不活性ガス６３はガス化の阻害要因となる傾向が高いのに対し、可燃性ガス２８はガス化効率がよいことから、ガス化原料となる微粉炭等の粉体燃料を石炭ガス化部３１まで気流搬送する搬送ガスとして可燃性ガス２８を使用することで、搬送ガスとして不活性ガスを石炭ガス化部３１で使用する場合に比べて、粉体燃料のガス化効率の向上を図ることができる。
【００５３】
排気ガス２８をオフガス燃焼炉１６で焼却処理することにより排出される高温の燃焼排ガスは、大気へ放出する際、排熱回収ボイラ１４を介して蒸気生成に使用されるので、可燃性ガスである排気ガス２８が有する熱量（カロリー）を回収することにより、ガス化設備１１及び石炭ガス化複合発電設備１０の熱効率の向上を図ることができる。
【００５４】
したがって、石炭ガス化複合発電設備１０は、ガス化原料となる微粉炭を石炭ガス化部３１まで搬送する搬送媒体として可燃性ガス２８を使用しても、微粉炭を石炭ガス化部３１まで搬送する搬送媒体として用いた可燃性ガス２８と、微粉炭供給ホッパ２４内に残留した使用済みの可燃性ガス２８とは、いずれもオフガス燃焼炉１６、排熱回収ボイラ１４で常時安定して焼却処理されるため、安定した状態で安全を確保しながら運転することができると共に、運転効率の向上を図ることができる。
【００５５】
本実施形態では、粉体燃料として微粉炭を用いた石炭ガス化複合発電設備１０に備えられるガス化設備１１の場合について説明したが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、粉体燃料としては、たとえばバイオマス、微粉炭とバイオマス等のように複数種の粉体を混合した粉体燃料などについても同様に用いることができる。
【００５６】
本実施形態では、石炭ガス化複合発電設備１０用のガス化設備１１に適用した場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、たとえば化学用石炭ガス化炉等のように、微粉炭や他の粉体を原料（燃料）としてガス化するガス化炉を備えたガス化設備にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上のように、本発明のガス化設備および石炭ガス化複合発電設備は、ガス化原料の搬送媒体として可燃性ガスを使用するガス化設備に有用であり、ＩＧＣＣ用のガス化炉や化学用ガス化炉等を備えたガス化設備に適している。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 石炭ガス化複合発電設備
１１ ガス化設備
１２ ガス精製設備
１３ ガスタービン設備
１４ 排熱回収ボイラ
１５ 蒸気タービン設備
１６ オフガス燃焼炉
２１ 原炭バンカ
２２ 微粉炭機
２３ 微粉炭貯蔵ホッパ
２４ 微粉炭供給ホッパ（燃料供給ホッパ）
２５ 石炭ガス化炉
２６ チャー回収・リサイクル装置
２７ 可燃性ガス供給部
２８ 可燃性ガス（搬送媒体）、排気ガス
３１ 石炭ガス化部
３２ ガス冷却部
３３ 気体燃料（石炭ガス）
３４ 精製ガス
３５ 脱硫装置
３６ オフガス
４１ ターボ圧縮機
４２ ガスタービン燃焼器
４３ ガスタービン
４４ 回転軸
４５ 空気昇圧機
４６ ガスタービン発電機
４７ 煙突
５１ 高圧タービン
５２ 中圧タービン
５３ 低圧タービン
５４ 回転軸
５５ 蒸気タービン発電機
６１ 搬送ガス送給管
６２ 排気バグフィルタ
６３ 不活性ガス
６４ 不活性ガス供給部（手段）
６５、６５−１、６５−２ 可燃性ガス濃度測定器
６６ 制御装置
Ｓ 石炭（燃料）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ；Integrated Coal Gasification Combined Cycle）用ガス化炉や化学用ガス化炉等を備えたガス化設備に適用され、ガス化原料の搬送媒体として可燃性ガスを使用するガス化設備および石炭ガス化複合発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体燃料である石炭を石炭ガス化炉によって石炭ガス化ガスに変換し、ガスタービン複合発電に用いる石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ）が知られている。石炭ガス化複合発電は、埋蔵量が豊富な石炭資源を利用している点、従来の微粉炭火力発電よりも熱効率が高く、二酸化炭素などの大気汚染物質の排出量が少ない点、石炭の灰がガラス質の溶融スラグとして排出され、体積が小さくなる点、などの利点を有している。そのため、石炭ガス化複合発電は、今後の石炭火力発電の主力となる技術として開発が進められている。
【０００３】
ＩＧＣＣ用ガス化炉として、効率に優れる空気吹きガス化炉や、空気吹きガス化炉構造を適用した化学用酸素吹きガス化炉が適用されている。化学用ガス化炉では、発電用ガス化炉と異なり、搬送ガス中に窒素などの不活性ガスの含有量が多いと、製品である化工品の純度が低下してしまうため、搬送ガスの純度が重要となる。
【０００４】
そのため、化学用ガス化炉では搬送等のガス媒体としてＣＯ2やプロセスガスなどが用いられ、プロセスガスとしては、精製後のガス化ガス（Clean Syngas）や化学合成後のテイルガス（Tail gas）があるが、これらのガスを有効利用することはプラント全体の効率を上昇させるためにも重要である。
【０００５】
そこで、例えば、微粉炭およびチャーをガス化炉に供給する搬送ガスとして可燃性ガスを用いた石炭ガス化システムが提案されている。この石炭ガス化システムによれば、ガス化炉で生成された可燃性ガスからチャーを回収した後、一部を取り出したものが使用されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３２８０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、微粉炭のような粉体燃料を気流搬送する搬送ガスとして可燃性ガスを用いる場合、減圧排気ガスを処理して大気に放出し、ＩＧＣＣ用ガス化炉などを含むガス化設備の安全を確保しつつ、運転効率の向上を図っている。その場合、より安定した運転を図るため、排ガス処理に送給される減圧排気ガスに含まれる可燃成分の濃度を可燃性限界以下として送給する必要がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、粉体燃料の搬送ガスとして可燃性ガスを用いても安定した運転を図ることが可能なガス化設備および石炭ガス化複合発電設備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】
【０００９】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、粉体燃料を貯蔵する燃料供給ホッパからガス化炉へ前記粉体燃料を搬送する搬送ガスとして可燃成分を含む可燃性ガスを用いるガス化設備であり、前記燃料供給ホッパから排出される前記可燃性ガスを送給する搬送ガス送給管と、前記搬送ガス送給管に設けられ、前記搬送ガス送給管内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段とを有することを特徴とするガス化設備である。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記燃料供給ホッパと前記搬送ガス送給管との何れか一方または両方に、前記可燃性搬送ガスに含まれる前記可燃成分の濃度を測定する可燃性ガス濃度測定器を有するガス化設備である。
【００１１】
第３の発明は、粉体燃料を搬送する搬送ガスとして可燃成分を含む可燃性ガスを用い、前記粉体燃料を処理して気体燃料を生成する石炭ガス化炉を備える第１又は第２の発明のガス化設備と、前記気体燃料を精製し、精製ガスを生成するガス精製設備と、前記気体燃料を燃料として運転するガスタービン設備と、前記ガスタービン設備から排出される燃焼排ガスが導入された排熱回収ボイラにおいて生成された蒸気により運転される蒸気タービン設備と、前記ガス化設備から排出される可燃性ガスと気体燃料と前記ガス精製設備から排出されるオフガスを焼却処理するオフガス燃焼炉とを有することを特徴とする石炭ガス化複合発電設備である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、粉体燃料の搬送ガスとして可燃性ガスを用いても安定した運転を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明による実施形態に係るガス化設備を適用した石炭ガス化複合発電設備の構成を簡略に示す図である。
【図２】図２は、石炭ガス化複合発電設備に備えられるガス化設備の他の構成を簡略に示す図である。
【図３】図３は、石炭ガス化複合発電設備に備えられるガス化設備の他の構成を簡略に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を好適に実施するための形態（以下、実施形態という。）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。本発明は以下の実施形態に記載した内容により限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００１５】
図１は、本発明による実施形態に係るガス化設備を適用した石炭ガス化複合発電設備の構成を簡略に示す図である。図１に示すように、石炭ガス化複合発電設備１０は、ガス化設備１１と、ガス精製設備１２と、ガスタービン設備１３と、排熱回収ボイラ１４と、蒸気タービン設備１５と、オフガス燃焼炉１６とを有する。
【００１６】
本実施形態のガス化設備１１は、原炭バンカ２１と、微粉炭機２２と、微粉炭貯蔵ホッパ２３と、微粉炭供給ホッパ２４と、石炭ガス化炉２５と、チャー回収・リサイクル装置２６とを有するものである。
【００１７】
ガス化の原料（燃料）となる石炭Ｓは、例えば貯炭場から原炭バンカ２１に供給され、石炭Ｓを一時的に原炭バンカ２１に貯蔵した後、微粉炭機２２に供給する。微粉炭機２２は、原炭バンカ２１から供給された石炭Ｓを粉砕するものであって、例えば、数μｍから数百μｍ程度の所望の粒径に粉砕し、微粉炭とするものである。所望の粒径に粉砕された微粉炭は、燃焼排ガス等により微粉炭機２２から微粉炭貯蔵ホッパ２３に供給される。
【００１８】
微粉炭機２２としては、例えば、チューブミル、ボールミル、ローラミルなど圧砕する形式のものを用いることができるが、特に限定するものではなく、石炭Ｓを粉砕することができるものであればよい。
【００１９】
可燃性ガス２８は、可燃成分を含み、可燃性を有するガスであれば特に限定されるものではなく、可燃成分としては、例えば、ＣＯ、Ｈ2、ＣＨ4などの低級炭化水素などを含むガスが挙げられる。
【００２０】
本実施形態では、石炭ガス化複合発電設備１０に可燃性ガス２８を供給するための装置として可燃性ガス供給部２７を設けるようにしているが、可燃性ガス２８の種類や供給源については特に限定されるものではなく、石炭ガス化炉２５の石炭ガス化部３１で生成される可燃性ガスの一部を、石炭ガス化部３１の下流側から抜き出し、可燃性ガス２８として用いるようにしてもよい。
【００２１】
微粉炭は、微粉炭機２２から微粉炭貯蔵ホッパ２３に送給され、一時貯蔵される。微粉炭貯蔵ホッパ２３に貯蔵された微粉炭機２２のうち必要量だけ微粉炭供給ホッパ２４に供給される。また、微粉炭供給ホッパ２４には、可燃性ガス供給部２７から可燃成分を含む可燃性ガス２８が搬送ガス（搬送媒体）として供給される。微粉炭供給ホッパ２４に供給された微粉炭は、微粉炭供給ホッパ２４内で加圧され、微粉炭供給ホッパ２４に供給された可燃性ガス２８により石炭ガス化部３１に供給される可燃性ガス２８に搬送され、空気吹きの石炭ガス化部３１に供給される。すなわち、微粉炭供給ホッパ２４は、大気圧の微粉炭機２２から微粉炭貯蔵ホッパ２３に供給された微粉炭を受け入れ、内圧が大気圧より高い石炭ガス化部３１内へ微粉炭を投入するため、微粉炭を石炭ガス化部３１に供給する際、微粉炭は、加圧して、可燃性ガス２８に供給される。例えば、石炭ガス化部３１内の圧力をＰｇとしたとき、微粉炭を微粉炭機２２から受け入れる際の大気圧から投入時の圧力「Ｐｇ＋α」までの範囲で加減圧が調整される。可燃性ガス２８により搬送されて石炭ガス化部３１に供給された微粉炭は、石炭ガス化部３１でガス化される。
【００２２】
図１では、微粉炭供給ホッパ２４は１つしか設けられていないが、本実施形態では、実際には、微粉炭供給ホッパ２４は並列に複数設けられている。各微粉炭供給ホッパ２４は、大気圧の状態である微粉炭機２２から微粉炭を受け入れるための微粉炭供給ホッパ２４内の減圧と、石炭ガス化部３１内へ送給される可燃性ガス２８に微粉炭を投入するための可燃性ガス２８による加圧とを順次繰り返して行う。石炭ガス化部３１に供給される可燃性ガス２８に微粉炭を投入する微粉炭供給ホッパ２４を、順次、切り換えることにより、石炭ガス化部３１に微粉炭を連続して投入するようにしている。
【００２３】
石炭ガス化部３１内に供給する可燃性ガス２８の供給位置については、特に限定されるものではなく、石炭ガス化部３１の塔底部、塔中部、塔上部のいずれから導入するようにしてもよい。
【００２４】
石炭ガス化炉２５は、微粉炭およびチャーの一部を燃焼し、ガス化する石炭ガス化部３１と、石炭ガス化部３１の下流側に接続されて、石炭ガス化部３１で生成された可燃性ガスを冷却し、熱回収するガス冷却部３２とを有するものである。石炭ガス化部３１では、供給された微粉炭およびチャーが燃焼され、ガス化されることにより、ＣＯ、Ｈ2などの可燃成分を主成分として含む気体燃料（石炭ガス）３３が生成される。気体燃料３３は、可燃成分を含んでいるため、可燃性ガス２８として、微粉炭供給ホッパ２４や石炭ガス化部３１に供給する微粉炭の搬送媒体として用いてもよい。
【００２５】
石炭ガス化部３１で生成された気体燃料３３は、ガス冷却部３２に送給され、気体燃料３３が保有する熱を回収する。石炭ガス化炉２５のガス冷却部３２には、石炭ガス化部３１から導かれた気体燃料３３から顕熱を回収する図示しない複数の熱交換器が設けられている。前記熱交換器により回収された熱は、排熱回収ボイラ１４を介して蒸気タービン設備１５に蒸気として供給される。
【００２６】
石炭ガス化炉２５から流出する気体燃料３３は、チャー回収・リサイクル装置２６に送給される。チャー回収・リサイクル装置２６は、石炭ガス化炉２５から流出した気体燃料３３からチャーを分離するものである。気体燃料３３は、上述の通り、ＣＯ、Ｈ2などの可燃成分の他にもチャー（未燃分）や硫黄分等を含んでおり、石炭ガス化炉２５を出た気体燃料３３は、チャー回収・リサイクル装置２６で気体燃料３３中に含まれているチャー等が除去される。回収されたチャーは、加圧され、搬送用ガスにより石炭ガス化部３１に送給され、再度ガス化される。チャー回収・リサイクル装置２６でチャーが分離された気体燃料３３は、ガス精製設備１２に供給される。チャー回収・リサイクル装置２６としては、気体燃料３３からチャーを分離するものであればよく、例えば、サイクロン方式の集塵機等が挙げられるが、本実施形態は、特にこれらに限定されるものではない。
【００２７】
ガス精製設備１２は、気体燃料３３を精製し、精製ガス３４を生成するものである。本実施形態では、ガス精製設備１２は、脱硫装置３５を含んで構成されている。脱硫装置３５は、気体燃料３３中に含まれる硫黄分を除去するものである。硫黄分としては、例えば、硫化水素、硫化カルボニル等の硫黄化合物などが挙げられる。気体燃料３３は、上述の通り、可燃性ガスの他に硫黄分等を含んでいるため、脱硫装置３５は、気体燃料３３を脱硫し、気体燃料３３中に含まれている硫黄分を除去する。脱硫装置３５は、気体燃料３３中に含まれている硫黄分を除去することができるものであればよく、脱硫装置３５としては、例えば、水と向流接触させ、気体燃料３３中に含まれている硫黄分を水中に回収する吸収塔などが挙げられる。
【００２８】
ガス精製設備１２は、脱硫装置３５の他に、気体燃料３３が含有する成分に応じて気体燃料３３中に含まれる成分を除去する装置を適宜設けるようにする。例えば、気体燃料３３がＨｇなど他の成分を含んでいる場合、ガス精製設備１２は、Ｈｇなど他の成分を除去する装置を含むように構成する。
【００２９】
本実施形態では、ガス精製設備１２は、脱硫装置３５を含んでいるが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、気体燃料３３中に硫黄分が含まれていない場合には、ガス精製設備１２は、脱硫装置３５を含まなくてもよい。
【００３０】
脱硫装置３５で硫黄分が除去された気体燃料３３は、精製ガス３４となり、ガスタービン設備１３に燃料として送給される。また、脱硫装置３５で分離されたオフガス３６は、オフガス燃焼炉１６に送給されて焼却処理される。
【００３１】
ガスタービン設備１３は、ターボ圧縮機４１と、ガスタービン燃焼器４２と、ガスタービン４３と、回転軸４４と、空気昇圧機４５とを有する。ターボ圧縮機４１は、空気を吸入して圧縮した後、圧縮した空気をガスタービン燃焼器４２に供給する。また、ターボ圧縮機４１は、回転軸４４に設けられ、回転軸４４により回転駆動される。
【００３２】
ガスタービン燃焼器４２は、ターボ圧縮機４１から供給された圧縮空気とガス精製設備１２から供給された精製ガス３４との混合気を燃焼させる。ガスタービン燃焼器４２で精製ガス３４を燃焼させることにより高温高圧の燃焼ガスを発生させ、この発生した燃焼ガスをガスタービン４３に供給する。
【００３３】
ガスタービン４３は、ガスタービン燃焼器４２により生成された燃焼ガスを用いて回転駆動させるものであり、燃焼ガスの有する熱エネルギなどの一部を回転エネルギに変換する。
【００３４】
回転軸４４は、ガスタービン４３において発生された回転駆動力を、ターボ圧縮機４１およびガスタービン発電機４６に伝達するものであり、回転軸４４には、ターボ圧縮機４１、ガスタービン４３およびガスタービン発電機４６が配置されている。ガスタービン４３において発生した回転駆動力は、回転軸４４を介してターボ圧縮機４１およびガスタービン発電機４６に伝達され、ガスタービン発電機４６が回転駆動される。ガスタービン発電機４６を駆動することにより発電が行われる。
【００３５】
ガスタービン設備１３においてガスタービン４３のロータを回転させた燃焼ガスは、高温の燃焼排ガスとして排熱回収ボイラ１４へ供給される。
【００３６】
排熱回収ボイラ１４は、蒸気タービン設備１５から排出される蒸気をガスタービン４３から供給される燃焼排ガス及びオフガス燃焼炉１６から供給される燃焼排ガスと熱交換し、熱を回収して高温の蒸気を生成する。ガスタービン４３から排出される燃焼排ガスの他に、オフガス燃焼炉１６からも高温の燃焼排ガスが排出されるため、オフガス燃焼炉１６から排出される燃焼排ガスも排熱回収ボイラ１４に供給されて、排熱回収ボイラ１４の加熱源として使用される。
【００３７】
ガスタービン設備１３及びオフガス燃焼炉１６から排出された燃焼排ガスは、排熱回収ボイラ１４において、蒸気タービン設備１５から排出される蒸気と熱交換させて蒸気生成に使用され、排熱が回収された後、燃焼排ガスは、公知の必要な処理を施された後、煙突４７から大気中に放出される。
【００３８】
空気昇圧機４５は、ターボ圧縮機４１から圧縮空気の一部を抽気して、さらに昇圧して、石炭ガス化部３１に供給するものである。石炭ガス化部３１に供給される圧縮空気は、微粉炭やチャーと共に石炭ガス化部３１の内部に送給される。
【００３９】
蒸気タービン設備１５は、高圧タービン５１と、中圧タービン５２と、低圧タービン５３と、回転軸５４とを有する。高圧タービン５１、中圧タービン５２および低圧タービン５３は、排熱回収ボイラ１４においてガスタービン４３から排出された燃焼排ガスと熱交換することで発生した高圧蒸気を用いて回転駆動力を発生させるものであり、高圧蒸気の有する熱エネルギなどの一部を回転エネルギに変換する。
【００４０】
排熱回収ボイラ１４において発生された高圧蒸気は、高圧タービン５１に直接供給される。高圧タービン５１から排出された蒸気は排熱回収ボイラ１４に戻され、ガスタービン設備１３から送給された燃焼排ガスと熱交換し、再熱されて、高温の再熱蒸気として中圧タービン５２に供給される。中圧タービン５２から排出された蒸気は低圧タービン５３に供給される。
【００４１】
回転軸５４には、高圧タービン５１、中圧タービン５２および低圧タービン５３が設けられ、高圧タービン５１、中圧タービン５２および低圧タービン５３において発生された回転駆動力は、回転軸５４を介して蒸気タービン発電機５５に伝達される。蒸気タービン発電機５５は、ガスタービン設備１３の回転軸５４により回転駆動される。蒸気タービン発電機５５を駆動することにより発電が行われる。
【００４２】
本実施形態では、微粉炭供給ホッパ２４内に供給される可燃性ガス２８は、微粉炭供給ホッパ２４内の微粉炭を石炭ガス化部３１に搬送する搬送媒体として用いられる。微粉炭供給ホッパ２４内に供給された可燃性ガス２８は、微粉炭供給ホッパ２４内を加圧して微粉炭供給ホッパ２４内の微粉炭を石炭ガス化部３１に搬送した後、微粉炭供給ホッパ２４内に残留する可燃性ガス２８は、微粉炭貯蔵ホッパ２３から新たに微粉炭を受け入れる際に、微粉炭供給ホッパ２４内を減圧することにより排気ガス２８として搬送ガス送給管６１から排出される。
【００４３】
搬送ガス送給管６１は、微粉炭供給ホッパ２４とオフガス燃焼炉１６とを連結し、微粉炭供給ホッパ２４から排出される可燃性ガス（排気ガス）２８をオフガス燃焼炉１６に送給するための管である。搬送ガス送給管６１には、排気バグフィルタ６２が設けられている。微粉炭供給ホッパ２４から排出される排気ガス２８は、搬送ガス送給管６１を介して排気バグフィルタ６２に送給される。微粉炭供給ホッパ２４から排出される排気ガス２８は、排気バグフィルタ６２で排気ガス２８中に含まれる粒子成分等を除去し、除塵した後、オフガス燃焼炉１６へ供給される。微粉炭供給ホッパ２４から回収された排気ガス２８は、脱硫装置３５から供給されるオフガス３６と共に、オフガス燃焼炉１６で焼却処理される。オフガス燃焼炉１６で、排気ガス２８およびオフガス３６を焼却処理する際に発生する排熱は、上述の通り、排熱回収ボイラ１４で蒸気生成に有効利用される。複数の微粉炭供給ホッパ２４は、各微粉炭供給ホッパ２４が順番に加減圧を行って微粉炭を石炭ガス化部３１へ連続投入するので、減圧時に微粉炭供給ホッパ２４から排出される排気ガス２８は順次処理される。
【００４４】
搬送ガス送給管６１には、搬送ガス送給管６１内に不活性ガス６３を供給する不活性ガス供給部（手段）６４が設けられている。不活性ガス供給部６４から不活性ガス６３を搬送ガス送給管６１に供給することで、排気ガス２８を不活性ガス６３で希釈することができるので、排気ガス２８中に含まれる可燃成分の濃度を低くすることができる。これにより、排気ガス２８中に含まれる可燃成分の濃度を可燃限界以下の濃度にすることができる。このため、排気ガス２８は、排気ガス２８中に含まれる可燃成分の濃度を可燃限界以下の状態を維持した状態でオフガス燃焼炉１６に供給されるため、排気ガス２８を安全に処理することができ、石炭ガス化複合発電設備１０を常時安定した状態で運転することができる。
【００４５】
搬送ガス送給管６１には、不活性ガス６３の可燃成分の濃度を測定する可燃性ガス濃度測定器６５が設けられている。可燃性ガス濃度測定器６５で測定された排気ガス２８中の可燃成分の濃度の測定結果は、制御装置６６に伝達される。制御装置６６は、可燃性ガス濃度測定器６５で測定された排気ガス２８の可燃成分の濃度の測定結果に基づいて搬送ガス送給管６１に適正な量の不活性ガス６３を任意の量として供給することができる。これにより、排気ガス２８の可燃成分の濃度を測定することで、搬送ガス送給管６１に供給される不活性ガス６３の供給量を調整することが容易となるため、搬送ガス送給管６１に供給される不活性ガス６３の供給量を最小限とすることができる。
【００４６】
本実施形態では、搬送ガス送給管６１に可燃性ガス濃度測定器６５を設けているが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、図２に示すように、微粉炭供給ホッパ２４に設けるようにしてもよい。特に、可燃性ガス２８に微粉炭を極力含有せず、可燃性ガス２８のガス成分のみをより適正に測定する観点から、微粉炭供給ホッパ２４の可燃性ガス２８が排出される出口近傍に設けるのが好ましい。これにより、排気ガス２８中に含まれる可燃成分の濃度をより確実に測定することができるため、搬送ガス送給管６１に供給される不活性ガス６３の供給量をより確実に調整することができる。また、図３に示すように、搬送ガス送給管６１と微粉炭供給ホッパ２４の可燃性ガス２８が排出される出口近傍とに可燃性ガス濃度測定器６５−１、６５−２を設けるようにしてもよい。これにより、更に確実に排気ガス２８中に含まれる可燃成分の濃度を測定することができるため、搬送ガス送給管６１に供給される不活性ガス６３の供給量を更に確実に調整することが可能となる。
【００４７】
不活性ガス６３は、排気ガス２８中に含まれる可燃成分の濃度を希釈し、排気ガス２８に含まれる可燃成分の濃度を可燃限界以下としてオフガス燃焼炉１６に供給されるものであるため、不活性ガス６３の純度は特に高いものでなくてもよい。
【００４８】
不活性ガス６３としては、特に限定されるものではなく、例えば、Ｎ2ガス、Ａｒガスなどが好適に用いられる。また、本実施形態では、不活性ガス供給部６４を設け、不活性ガス供給部６４から不活性ガス６３を搬送ガス送給管６１に供給するようにしているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、石炭ガス化部３１に供給する酸化剤として用いられる酸素を製造(空気分離)する際に、Ｎ2ガスが副生物として得られるため、酸化剤を生成する際に副生物として得られるＮ2ガスを不活性ガス６３として用いることで、別途新たに不活性ガス６３を製造するための設備を設けることなく、搬送ガス送給管６１に不活性ガス６３を供給することができる。
【００４９】
本実施形態では、搬送ガス送給管６１に可燃性ガス濃度測定器６５を設けるようにしているが、搬送ガス送給管６１に供給される不活性ガス６３の供給量が一定で決まっている場合や排気ガス２８の可燃成分の濃度の測定する必要がない場合には、可燃性ガス濃度測定器６５は、設けなくてもよい。
【００５０】
微粉炭の搬送ガスとして使用され、微粉炭供給ホッパ２４内に残留した可燃性ガス２８は、排気ガスとしてオフガス燃焼炉１６に送給された後、上述の通り、オフガス燃焼炉１６で焼却処理され、焼却処理して発生した燃焼排ガスが排熱回収ボイラ１４を介して煙突４７から大気へ放出される。このため、微粉炭供給ホッパ２４内に残留した使用済みの可燃性ガス２８は、オフガス燃焼炉１６で焼却処理することにより、大気へ安全に放出することができる。
【００５１】
このように、本実施形態のガス化設備１１を備えた石炭ガス化複合発電設備１０によれば、微粉炭供給ホッパ２４から排出される使用済みの排気ガス２８可中に不活性ガス６３を供給し、排気ガス２８を不活性ガス６３で希釈することで、排気ガス２８中に含まれる可燃成分の濃度を低くすることができる。このため、排気ガス２８中に含まれる可燃成分の濃度を可燃限界以下の状態を維持した状態で排気ガス２８をオフガス燃焼炉１６に常時安定して供給することができるため、オフガス燃焼炉１６で可燃性ガス２８を常時安定して焼却処理して安全に大気へ放出することができる。これにより、石炭ガス化複合発電設備１０は、常時安定した状態で安全を確保した状態で運転することができる。
【００５２】
不活性ガス６３はガス化の阻害要因となる傾向が高いのに対し、可燃性ガス２８はガス化効率がよいことから、ガス化原料となる微粉炭等の粉体燃料を石炭ガス化部３１まで気流搬送する搬送ガスとして可燃性ガス２８を使用することで、搬送ガスとして不活性ガスを石炭ガス化部３１で使用する場合に比べて、粉体燃料のガス化効率の向上を図ることができる。
【００５３】
排気ガス２８をオフガス燃焼炉１６で焼却処理することにより排出される高温の燃焼排ガスは、大気へ放出する際、排熱回収ボイラ１４を介して蒸気生成に使用されるので、可燃性ガスである排気ガス２８が有する熱量（カロリー）を回収することにより、ガス化設備１１及び石炭ガス化複合発電設備１０の熱効率の向上を図ることができる。
【００５４】
したがって、石炭ガス化複合発電設備１０は、ガス化原料となる微粉炭を石炭ガス化部３１まで搬送する搬送媒体として可燃性ガス２８を使用しても、微粉炭を石炭ガス化部３１まで搬送する搬送媒体として用いた可燃性ガス２８と、微粉炭供給ホッパ２４内に残留した使用済みの可燃性ガス２８とは、いずれもオフガス燃焼炉１６、排熱回収ボイラ１４で常時安定して焼却処理されるため、安定した状態で安全を確保しながら運転することができると共に、運転効率の向上を図ることができる。
【００５５】
本実施形態では、粉体燃料として微粉炭を用いた石炭ガス化複合発電設備１０に備えられるガス化設備１１の場合について説明したが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、粉体燃料としては、たとえばバイオマス、微粉炭とバイオマス等のように複数種の粉体を混合した粉体燃料などについても同様に用いることができる。
【００５６】
本実施形態では、石炭ガス化複合発電設備１０用のガス化設備１１に適用した場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、たとえば化学用石炭ガス化炉等のように、微粉炭や他の粉体を原料（燃料）としてガス化するガス化炉を備えたガス化設備にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上のように、本発明のガス化設備および石炭ガス化複合発電設備は、ガス化原料の搬送媒体として可燃性ガスを使用するガス化設備に有用であり、ＩＧＣＣ用のガス化炉や化学用ガス化炉等を備えたガス化設備に適している。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 石炭ガス化複合発電設備
１１ ガス化設備
１２ ガス精製設備
１３ ガスタービン設備
１４ 排熱回収ボイラ
１５ 蒸気タービン設備
１６ オフガス燃焼炉
２１ 原炭バンカ
２２ 微粉炭機
２３ 微粉炭貯蔵ホッパ
２４ 微粉炭供給ホッパ（燃料供給ホッパ）
２５ 石炭ガス化炉
２６ チャー回収・リサイクル装置
２７ 可燃性ガス供給部
２８ 可燃性ガス（搬送媒体）、排気ガス
３１ 石炭ガス化部
３２ ガス冷却部
３３ 気体燃料（石炭ガス）
３４ 精製ガス
３５ 脱硫装置
３６ オフガス
４１ ターボ圧縮機
４２ ガスタービン燃焼器
４３ ガスタービン
４４ 回転軸
４５ 空気昇圧機
４６ ガスタービン発電機
４７ 煙突
５１ 高圧タービン
５２ 中圧タービン
５３ 低圧タービン
５４ 回転軸
５５ 蒸気タービン発電機
６１ 搬送ガス送給管
６２ 排気バグフィルタ
６３ 不活性ガス
６４ 不活性ガス供給部（手段）
６５、６５−１、６５−２ 可燃性ガス濃度測定器
６６ 制御装置
Ｓ 石炭（燃料）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体燃料を貯蔵する燃料供給ホッパからガス化炉へ前記粉体燃料を搬送する搬送ガスとして可燃成分を含む可燃性ガスを用いるガス化設備であり、
前記燃料供給ホッパから排出される前記可燃性ガスを送給する搬送ガス送給管と、
前記搬送ガス送給管に設けられ、前記搬送ガス送給管内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段とを有することを特徴とするガス化設備。
【請求項２】
請求項１において、
前記燃料供給ホッパと前記搬送ガス送給管との何れか一方または両方に、前記可燃性搬送ガスに含まれる前記可燃成分の濃度を測定する可燃性ガス濃度測定器を有するガス化設備。
【請求項３】
粉体燃料を搬送する搬送ガスとして可燃成分を含む可燃性ガスを用い、前記粉体燃料を処理して気体燃料を生成する石炭ガス化炉を備える請求項１又は２のガス化設備と、
前記気体燃料を精製し、精製ガスを生成するガス精製設備と、
前記気体燃料を燃料として運転するガスタービン設備と、
前記ガスタービン設備から排出される燃焼排ガスが導入された排熱回収ボイラにおいて生成された蒸気により運転される蒸気タービン設備と、
前記ガス化設備から排出される可燃性ガスと気体燃料と前記ガス精製設備から排出されるオフガスを焼却処理するオフガス燃焼炉と
を有することを特徴とする石炭ガス化複合発電設備。
【請求項１】
粉体燃料を貯蔵する燃料供給ホッパからガス化炉へ前記粉体燃料を搬送する搬送ガスとして可燃成分を含む可燃性ガスを用いるガス化設備であり、
前記燃料供給ホッパから排出される前記可燃性ガスを送給する搬送ガス送給管と、
前記搬送ガス送給管に設けられ、前記搬送ガス送給管内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段とを有することを特徴とするガス化設備。
【請求項２】
請求項１において、
前記燃料供給ホッパと前記搬送ガス送給管との何れか一方または両方に、前記可燃性搬送ガスに含まれる前記可燃成分の濃度を測定する可燃性ガス濃度測定器を有するガス化設備。
【請求項３】
粉体燃料を搬送する搬送ガスとして可燃成分を含む可燃性ガスを用い、前記粉体燃料を処理して気体燃料を生成する石炭ガス化炉を備える請求項１又は２のガス化設備と、
前記気体燃料を精製し、精製ガスを生成するガス精製設備と、
前記気体燃料を燃料として運転するガスタービン設備と、
前記ガスタービン設備から排出される燃焼排ガスが導入された排熱回収ボイラにおいて生成された蒸気により運転される蒸気タービン設備と、
前記ガス化設備から排出される可燃性ガスと気体燃料と前記ガス精製設備から排出されるオフガスを焼却処理するオフガス燃焼炉と
を有することを特徴とする石炭ガス化複合発電設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１１１８１９（Ｐ２０１２−１１１８１９Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６０６０９（Ｐ２０１０−２６０６０９）
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【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６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【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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