流動層乾燥設備及び流動層乾燥設備を用いたガス化複合発電システム
【課題】流動層乾燥設備及び流動層乾燥設備を用いたガス化複合発電システムを提供する。
【解決手段】粉砕された粉砕石炭１０１Ａを乾燥する流動層乾燥装置１０２と、流動層乾燥装置１０２の一端側に粉砕石炭１０１Ａを投入する石炭投入ライン１２０と、乾燥容器の下部に流動化ガスである流動化蒸気１０７を供給することで流動層１１１を形成する流動化ガス供給ライン１２１と、流動層乾燥装置１０２の上方から流動化ガス及び発生蒸気１０４を排出するガス排出ライン１２２と、供給された粉砕石炭１０１Ａを加熱する加熱部である伝熱部材１０３と、石炭投入ライン１２０と異なる側の流動層１１１の上部近傍から加熱乾燥した微粒の乾燥炭１０１Ｂ F（FINE）を排出する微粒乾燥炭排出ライン１２３と、石炭投入ライン１２０と異なる側の流動層１１１の底部近傍から加熱乾燥した粗粒の乾燥炭１０１ＢR（ROUGH)を排出する粗粒乾燥炭排出ライン１２４とを具備する。
【解決手段】粉砕された粉砕石炭１０１Ａを乾燥する流動層乾燥装置１０２と、流動層乾燥装置１０２の一端側に粉砕石炭１０１Ａを投入する石炭投入ライン１２０と、乾燥容器の下部に流動化ガスである流動化蒸気１０７を供給することで流動層１１１を形成する流動化ガス供給ライン１２１と、流動層乾燥装置１０２の上方から流動化ガス及び発生蒸気１０４を排出するガス排出ライン１２２と、供給された粉砕石炭１０１Ａを加熱する加熱部である伝熱部材１０３と、石炭投入ライン１２０と異なる側の流動層１１１の上部近傍から加熱乾燥した微粒の乾燥炭１０１Ｂ F（FINE）を排出する微粒乾燥炭排出ライン１２３と、石炭投入ライン１２０と異なる側の流動層１１１の底部近傍から加熱乾燥した粗粒の乾燥炭１０１ＢR（ROUGH)を排出する粗粒乾燥炭排出ライン１２４とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭をガス化するガス化システムに適用できる流動層乾燥設備及び流動層乾燥設備を用いたガス化複合発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、石炭ガス化複合発電設備は、石炭をガス化し、コンバインドサイクル発電と組み合わせることにより、従来型の石炭火力に比べてさらなる高効率化・高環境性を目指した発電設備である。この石炭ガス化複合発電設備は、資源量が豊富な石炭を利用可能であることも大きなメリットであり、適用炭種を拡大することにより、さらにメリットが大きくなることが知られている。
【０００３】
従来の石炭ガス化複合発電設備は、一般的に、給炭装置、乾燥装置、石炭ガス化炉、ガス精製装置、ガスタービン設備、蒸気タービン設備、排熱回収ボイラ、ガス浄化装置などを有している。従って、石炭が乾燥されてから粉砕され、石炭ガス化炉に対して、微粉炭として供給されると共に、空気が取り込まれ、この石炭ガス化炉で石炭が燃焼ガス化されて生成ガス（可燃性ガス）が生成される。そして、この生成ガスがガス精製されてからガスタービン設備に供給されることで燃焼して高温・高圧の燃焼ガスを生成し、タービンを駆動する。タービンを駆動した後の排気ガスは、排熱回収ボイラで熱エネルギが回収され、蒸気を生成して蒸気タービン設備に供給され、タービンを駆動する。これにより発電が行なわれる。一方、熱エネルギが回収された排気ガスは、ガス浄化装置で有害物質が除去された後、煙突を介して大気へ放出される。
【０００４】
ところで、このような石炭ガス化複合発電システム（ＩＧＣＣ）にて使用する石炭は、瀝青炭や無煙炭のように高い発熱量を有する高品位の石炭（高品位炭）を用いている。
前記石炭ガス化複合発電システム（ＩＧＣＣ）に供給する石炭は、石炭ガス化炉内での反応性や気流搬送の観点より、微粉化する必要があり、微粉炭機として石炭ミルが用いられている。このため、原料として供給される石炭は、先ずクラッシャにより粗粉砕され、その後、乾燥機で乾燥された後、乾燥炭バンカで貯留される。次いで、石炭供給機により、石炭ミルに供給され、そこで粉砕・乾燥され、微粉炭とされ、その後、搬送ガスより搬送されて石炭ガス化炉に供給されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
ところで、乾燥機で乾燥された石炭には、微粒と粗粒とがあるが、従来では両者は一つの排出口から排出され、後流プロセスに供給されている。
特に、後流に乾燥石炭を微粉化する微粉炭機が設置されている場合には、粉砕の必要がない微粒までも供給されるために、微粉炭機の容量が必要以上に過大となるという、問題がある。
【０００７】
また、近年においては、瀝青炭や無煙炭のように高い発熱量を有する高品位の石炭（高品位炭）以外に、例えば亜瀝青炭や褐炭のように水分含有量が多く比較的低い発熱量を有する低品位の石炭（「低品位炭」又は「高水分炭」ともいう。）を用いて、ガス化することが提案されているが、この低品位炭は、水分含有量が多い（例えば水分約６０%）ので、持ち込まれる水分量が多く、この水分により発電効率が低下してしまうので、低品位炭の場合には、上述した乾燥装置により低品位炭を乾燥して水分を除去し、さらに粉砕ミルにより粉砕して石炭ガス化炉に供給する場合には、機器点数が多く、システムが複雑となると共に、機器コストが高くなるという、問題がある。
【０００８】
よって、石炭をガス化するガス化システムに高効率で供給することができ、コストの削減を図ることができる流動層乾燥設備の出現が切望されている。
【０００９】
本発明は、前記問題に鑑み、ガス化システムに高効率で供給することができ、コストの削減を図ることができる流動層乾燥設備及び流動層乾燥設備を用いたガス化複合発電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】
【００１０】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、低品位石炭を乾燥する乾燥室を形成する流動層乾燥装置と、該流動層乾燥装置の一端側に低品位炭を投入する低品位炭投入ラインと、前記乾燥容器の下部に流動化ガスを供給することで低品位炭と共に流動層を形成する流動化ガス供給ラインと、前記流動層乾燥装置の上方から流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出ラインと、前記流動層内に供給された低品位炭を加熱する加熱部と、前記石炭投入ラインと異なる側の流動層の上部近傍から加熱乾燥した微粒の乾燥炭を排出する微粒乾燥炭排出ラインと、前記石炭投入ラインと異なる側の流動層の底部近傍から加熱乾燥した粗粒の乾燥炭を排出する微粒乾燥炭排出ラインと、を具備することを特徴とする流動層乾燥設備にある。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、分離した粗粒の乾燥炭を前記低品位炭投入ライン近傍から乾燥容器内に供給する粗粒乾燥炭循環ラインを有することを特徴とする流動層乾燥設備にある。
【００１２】
第３の発明は、第１又は２の流動層乾燥設備と、前記流動層乾燥設備から供給される低品位炭が乾燥した微粒の乾燥炭を処理してガス化ガスに変換する石炭ガス化炉と、前記ガス化ガスを燃料として運転されるガスタービン（ＧＴ）と、前記ガスタービンからのタービン排ガスを導入する排熱回収ボイラで生成した蒸気により運転される蒸気タービン（ＳＴ）と、前記ガスタービン及び／又は前記蒸気タービンと連結された発電機（Ｇ）とを具備することを特徴とする石炭を用いたガス化複合発電システムにある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の流動層乾燥設備によれば、従来のような微粉化の微粉炭機を用いることなく、低品位炭を乾燥することだけでガス化することが可能となり、微粒と粗粒とを分離することができ、機器及びユーティリティコストを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施例１に係る流動層乾燥設備の概略図である。
【図２】図２は、実施例２に係る流動層乾燥設備の概略図である。
【図３】図３は、実施例３に係る石炭を用いたガス化複合発電システムの概略構成図である。
【図４】図４は、各種石炭に対するＨＧＩ指数との関係を示す図である。
【図５】図５は、乾燥炭の粒径分布の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る流動層乾燥設備の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００１６】
図１は、実施例１に係る流動層乾燥設備の概略図である。
図１に示すように、本実施例に係る流動層乾燥設備１００Ａは、低品位石炭（石炭）１０１を粉砕する粉砕機２３と、該粉砕機２３で粉砕された粉砕石炭１０１Ａを乾燥する乾燥室を形成する流動層乾燥装置１０２と、該流動層乾燥装置１０２の一端側に粉砕石炭１０１Ａを投入する低品位炭投入ライン１２０と、流動層乾燥装置１０２の下部に流動化ガスである流動化蒸気１０７を供給することで低品質炭と共に流動層１１１を形成する流動化ガス供給ライン１２１と、前記流動層乾燥装置１０２の上方から流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出ライン１２２と、前記流動層１１１内に供給された粉砕石炭１０１Ａを加熱する加熱部である伝熱部材１０３と、前記石炭の供給ライン１２０と異なる側の流動層１１１の上部近傍から加熱乾燥した微粒の乾燥炭１０１Ｂ F（FINE）を排出する微粒乾燥炭排出ライン１２３と、前記石炭投入ライン１２０と異なる側の流動層１１１の底部近傍から加熱乾燥した粗粒の乾燥炭１０１ＢR（ROUGH)を排出する粗粒乾燥炭排出ライン１２４とを具備するものである。また、前記ガス排出ライン１２２には、発生蒸気１０４中の粉塵を除去するサイクロン等の集塵装置１０５と、集塵装置１０５の下流側に介装され、発生蒸気１０４の熱を回収する熱回収システム１０６と、前記流動層乾燥装置１０２から抜き出された乾燥炭１０１Ｂを冷却する冷却器３１とを備えるものである。
なお、符号１１６は流動化ガスである流動化蒸気１０７を整流する整流板を図示する。
【００１７】
流動層乾燥設備１００Ａにおいて、石炭１０１は、図示しない供給ホッパにより粉砕機２３に供給され、粉砕され、粉砕石炭１０１Ａとされる。この粉砕石炭１０１Ａは、流動層乾燥装置１０２の図示しない投入口から内部に投入され、流動層乾燥装置１０２内に別に導入される流動化蒸気１０７により流動されて流動層１１１を形成する。
【００１８】
伝熱部材１０３は、この流動層１１１内に配置されている。伝熱部材１０３内には、例えば１５０℃の乾燥用蒸気（過熱蒸気）Ａが供給され、その高温の乾燥用蒸気（過熱蒸気）Ａの潜熱を利用して粉砕石炭１０１Ａを間接的に乾燥させるようにしている。乾燥に利用された乾燥用蒸気（過熱蒸気）Ａは、例えば１５０℃の凝縮水Ｂとして流動層乾燥装置１０２の外部に排出されている。
【００１９】
すなわち、加熱手段である伝熱部材１０３内面では、乾燥用蒸気（過熱蒸気）Ａが凝縮して液体（水分）になるので、この際に放熱される凝縮潜熱を、粉砕石炭１０１Ａの乾燥の加熱に有効利用している。なお、高温の乾燥用蒸気（過熱蒸気）Ａ以外としては、相変化を伴う熱媒であれば何れでも良く、例えばフロンやペンタンやアンモニア等を例示することができる。また、伝熱部材１０３として熱媒体を用いる以外に電気ヒータを設置してもよい。
【００２０】
伝熱部材１０３によって粉砕石炭１０１Ａが乾燥される際に発生する発生蒸気１０４は、流動層乾燥装置１０２内において、流動層１１１の上部空間に形成されるフリーボード部Ｆからガス排出ライン１２２により流動層乾燥装置１０２の外部に排出される。この発生蒸気１０４は、石炭１０１が乾燥し微粉化したものが含まれているので、例えば集塵装置１０５により集塵して固体成分１１５として分離する。
この固体成分１１５は、流動層乾燥装置１０２から抜き出された微粒の乾燥炭１０１Ｂ Fを排出する微粒乾燥炭排出ライン１２３に合流され、微粒の乾燥炭１０１Ｂ Fと混合され、冷却器１１０で冷却され、その後石炭ガス化炉１４に供給される。
【００２１】
一方、集塵装置１０５により集塵された後の発生蒸気１０４は、例えば１０５〜１１０℃の蒸気であるので、熱回収システム１０６で熱回収された後、水処理部１１２で処理され、排水１１３として流動層乾燥設備１００Ａの外部に排出されている。なお、集塵装置１０５により集塵された後の発生蒸気１０４は、例えば、熱交換器や蒸気タービン等に適用してその熱を有効利用するようにしてもよい。
【００２２】
また、集塵装置１０５により集塵された後の発生蒸気１０４の一部は、流動化ガス供給ライン１２１に介装された例えば循環ファン１１４により流動層乾燥装置１０２内に送られて、粉砕石炭１０１Ａの流動層１１１を流動させる流動化蒸気１０７として利用される。なお、流動層１１１を流動化させる流動化媒体としては、発生蒸気１０４の一部を再利用しているが、これに限定されず、例えば窒素、二酸化炭素またはこれらのガスを含む低酸素濃度の空気を用いてもよい。
【００２３】
なお、上述した流動層乾燥装置１０２は、伝熱部材１０３として、本実施例はチューブ形状の伝熱部材を例示しているが、本発明はこれに限定されず、例えば板状の伝熱部材を用いるようにしてもよい。
また、乾燥用蒸気（過熱蒸気）Ａを伝熱部材１０３に供給して粉砕石炭１０１Ａを間接的に乾燥させる構成を説明したが、これに限らず、粉砕石炭１０１Ａの流動層１１１を流動させる流動化蒸気１０７により粉砕石炭１０１Ａを直接乾燥させる構成、さらに加熱用の流動化ガスを供給して乾燥させる構成としてもよい。
【００２４】
本実施例では、流動層１１１内で形成される微粒と粗粒との偏りの分布の性質を利用して、微粒の乾燥炭１０１ＢFを排出する微粒乾燥炭排出ライン１２３と、粗粒の乾燥炭１０１ＢRを排出する粗粒乾燥炭排出ライン１２４とを、流動層１１１の層上部と層底部とに設けることにより、粗粒と微粒とを分けて排出することができる。
これにより石炭ガス化炉１４に供給する粒径のバラつきを抑制できる。
また、後流側に微粉炭機を設置する場合においても、粗粒のみを供給することで、後流プロセスの設備容量を低減することができる。
【００２５】
本発明では、石炭の種類は特に限定されるものではなく、瀝青炭や無煙炭のように高い発熱量を有する高品位の石炭（高品位炭）、例えば亜瀝青炭や褐炭のように水分含有量が多い（例えば５０〜６０％）低品位の石炭（低品位炭又は高水分炭）のいずれも適用することができる。
【００２６】
なお、瀝青炭や無煙炭のように高い発熱量を有する高品位の石炭（高品位炭）を噴流床ガス化炉に適用する場合には、微粉砕機を設置することが必須であるが、例えば亜瀝青炭や褐炭のように水分含有量が多い（例えば５０〜６０％）低品位の石炭（低品位炭又は高水分炭）の場合には、微粉炭機を用いて微粉化せずに、乾燥した石炭１０１Ｂをそのまま石炭ガス化炉１４に供給することができるので、微粉砕機の機器及びそのユーティリティコストの低減を図ることができる。
【００２７】
これは、本発明で用いる例えば亜瀝青炭や褐炭のように水分含有量が多い（例えば５０〜６０％）低品位の石炭（低品位炭又は高水分炭）は、石炭の粉砕性の指標であるＨＧＩ（ＨａｒｄＧｒｏｖｅＩｎｄｅｘ）指数が高いので、粉砕性が良好なことに起因する。
【００２８】
ここで、ＨＧＩとは、一定の石炭を所定時間粉砕に掛け、所定粒度以下の重量割合を、その指数とするものである。この為数字の大きいもの程粉砕されやすい石炭となるとしている。通常はＨＧＩ指数が５０前後であり、ＨＧＩ指数が４０以下は硬いものとされ、逆にＨＧＩ指数が６０以上はもろいと判断されている。
【００２９】
図４は、各種石炭に対するＨＧＩ指数との関係を示す図である。
図４より、高品位炭である瀝青炭に較べて、低品位炭である褐炭はＨＧＩ指数が８０以上と高く、軟らかいものであることがわかる。
この結果、流動層１１１内における摩擦、衝突による粗粒の微粒化を図ることができ、微粒化率の割合を向上させるものとなる。
【００３０】
図５は、乾燥炭の粒径分布の一例を示す図である。
図５の分布は、図４の褐炭Ａを５ｍｍ以下の粉砕物を用いて、流動層乾燥装置１０２で乾燥させた際の、ふるい上の重量割合とメッシュ（μｍ）との関係図である。
図５に示すように、流動層乾燥装置１０２で乾燥させると、１０００μｍ前後にピークを有する幅をもった粒径分布であることが判明した。
【００３１】
粉砕石炭１０１Ａの粒度は、粉砕機２３の粉砕度合いによるが、例えば１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下とするのが、後流側における乾燥装置での乾燥が良好であると共に、乾燥炭１０１Ｂの搬送が良好となり、好ましい。
ここで、粉砕機２３での粉砕の際における目標粒径範囲としては約２ｍｍ以下としているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３２】
また流動層乾燥装置１０２での乾燥度合いは、供給される粉砕石炭１０１Ａの水分含有量により異なるが、乾燥度合いが１５％以下、より好ましくは１０％以下とするのが良い。これは、乾燥状態が良好であると、石炭ガス化炉でのエネルギーロスが少なくなるからである。
【００３３】
図４及び図５より、低品位炭である褐炭は、水分含有量が高いものの、高品位炭よりもＨＧＩが高いので、軟らかいものである。そして流動層乾燥装置１０２での乾燥により水分が除去されつつ流動化されるので、メッシュ径２０００μｍ以下の割合が多いものとなり、そのままでも石炭ガス化炉でガス化しやすい特性を備えた乾燥炭１０１Ｂとなる。
【００３４】
よって、石炭として低品位炭を用いる場合には、高品位炭のような粉砕機による微粉化処理を一切省くことができる。これにより微粉炭機の設置が不要となり、ガス化複合発電システムに供給する設備のコンパクト化を図ることができる。
【００３５】
また、石炭ガス化炉１４内の空塔速度は、炉内に直接供給される乾燥及び冷却された冷却乾燥炭１０１Ｂが落下しない空塔速度とすることが好ましい。これにより、乾燥炭１０１Ｂの良好なガス化が可能となる。
【実施例２】
【００３６】
図２は、実施例２に係る流動層乾燥設備の概略図である。
図２に示すように、本実施例に係る流動層乾燥設備１００Ｂは、実施例１に係る流動層乾燥設備１００Ａにおいて、粗粒の乾燥炭１０１ＢRを粗粒乾燥炭循環ライン１２５を介して、石炭投入ライン１２０の投入口の近傍に供給し、再度粗粒の乾燥炭１０１ＢRを流動層乾燥装置１０２内に投入させている。これにより、流動層１１１内における摩擦、衝突による粗粒の微粒化を図り、微粒化率の割合を向上させることができる。
また、乾燥された粗粒の乾燥炭１０１ＢRを供給するので、湿潤材料である粉砕石炭１０１Ａの流動不良の防止を図ることができ、乾燥効率の向上を図ることができる。
【実施例３】
【００３７】
図３は、実施例３に係る石炭を用いたガス化複合発電システムの概略構成図である。
【００３８】
実施例３の石炭を用いたガス化複合発電システム（ＩＧＣＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｏａｌ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ）は、空気を酸化剤として石炭ガス化炉で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、ガス精製装置で精製した後の石炭ガスを燃料ガスとしてガスタービン設備に供給して発電を行っている。即ち、本実施例の石炭ガス化複合発電設備は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備である。本実施例では、石炭ガス化炉１４に供給する石炭原料として低品位炭を使用している。
【００３９】
実施例３において、図３に示すように、石炭ガス化複合発電設備１０は、原料炭である石炭１０１を供給する低品位炭供給設備１１と、石炭１０１を乾燥する流動層乾燥装置１０２と、乾燥低品位炭（乾燥炭）１０１Ｂを供給してガス化し可燃性ガス（生成ガス、石炭ガス）２００を生成する石炭ガス化炉１４と、ガス化ガスである可燃性ガス（生成ガス、石炭ガス）２００中のチャー１０１Ｃを回収するチャー回収装置１５と、可燃性ガス（生成ガス、石炭ガス）２００Ａを精製するガス精製装置１６と、精製された燃料ガス２００Ｂを燃焼させてタービンを駆動するガスタービン設備１７と、前記ガスタービン設備１７からのタービン排ガスを導入する排熱回収ボイラ（Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：ＨＲＳＧ）２０で生成した蒸気により運転される蒸気タービン（ＳＴ）設備１８と、前記ガスタービン設備１７及び／又は前記蒸気タービン設備１８と連結された発電機（Ｇ）１９とを具備している。
【００４０】
本実施例に係る低品位炭供給設備１１は、原炭バンカ２１と、石炭供給機２２と、粉砕機２３とを有している。原炭バンカ２１は、石炭１０１を貯留可能であって、所定量の石炭１０１を石炭供給機２２に投下することができる。石炭供給機２２は、原炭バンカ２１から投下された石炭１０１を例えばコンベアなどにより搬送し、粉砕機２３に投下することができる。この粉砕機２３は、投下された石炭１０１を所定の大きさに破砕し、粉砕石炭１０１Ａとすることができる。
【００４１】
流動層乾燥装置１０２は、低品位炭供給設備１１により投入された石炭１０１に対して乾燥用蒸気（例えば１５０℃程度の過熱蒸気）Ａを供給することで、この低品位炭を流動させながら加熱乾燥するものであり、石炭１０１が含有する水分を除去することができる。そして、この流動層乾燥装置１０２は、外部に取り出された乾燥済の乾燥炭１０１Ｂを冷却する冷却器３１が設けられ、乾燥冷却済の乾燥炭１０１Ｂが乾燥炭バンカ３４に貯留される。また、流動層乾燥装置１０２は、上部から取り出された発生蒸気１０４に同伴される乾燥炭の粒子を分離する乾燥炭サイクロン等の集塵装置１０５が設けられ、発生蒸気１０４から微粒の乾燥炭の粒子を分離している。なお、サイクロン等の集塵装置１０５で乾燥炭が分離された蒸気は、蒸気圧縮機で圧縮されてから流動層乾燥装置１０２に乾燥用蒸気として供給するようにしてもよい。
【００４２】
流動層乾燥装置１０２で乾燥され、ついで冷却器３１で冷却された乾燥冷却済の乾燥炭１０１Ｂは、流動層１１１の上部近傍から加熱乾燥した微粒の乾燥炭１０１Ｂ F（FINE）として排出され、微粒乾燥炭排出ライン１２３を介して、その後、バグフィルタ３２、ビンシステム３３を介して、一時乾燥炭バンカ３４に貯留される。
一方、前記石炭投入ライン１２０と異なる側の流動層１１１の底部近傍から加熱乾燥した粗粒の乾燥炭１０１ＢR（ROUGH)は、粗粒乾燥炭排出ライン１２４を介して、別途設置した燃焼炉１３０に供給し、ここで燃焼され、熱回収をするようにしてもよい。
【００４３】
また、実施例２に示すように、再度流動層乾燥装置１０２の投入口へ戻すようにしてもよい。
【００４４】
石炭ガス化炉１４は、乾燥炭バンカ３４から供給される微粒の乾燥炭１０１Ｂ Fが供給可能であると共に、チャー回収装置１５で回収されたチャー（石炭の未燃分）１０１Ｃが戻されてリサイクル可能となっている。
【００４５】
即ち、石炭ガス化炉１４は、ガスタービン設備１７（圧縮機６１）から圧縮空気供給ライン４１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４２は、大気中の空気４０から窒素（Ｎ2）と酸素（Ｏ2）を分離生成するものであり、第１窒素供給ライン４３が石炭ガス化炉１４に接続され、この第１窒素供給ライン４３は乾燥炭供給ライン１２３に接続されている。また、第２窒素供給ライン４５も石炭ガス化炉１４に接続され、この第２窒素供給ライン４５にチャー回収装置１５から回収されたチャー１０１Ｃを戻すチャー戻しライン４６が接続されている。更に、酸素供給ライン４７は、圧縮空気供給ライン４１に接続されている。この場合、窒素（Ｎ2）は、乾燥炭１０１Ｂやチャー１０１Ｃの搬送用ガスとして利用され、酸素（Ｏ2）は、酸化剤として利用される。
【００４６】
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、内部に供給された微粒の乾燥炭１０１Ｂ F、チャー１０１Ｃ、空気（酸素）、またはガス化剤としての水蒸気を燃焼・ガス化すると共に、一酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（生成ガス、石炭ガス）２００を発生させ、この可燃性ガス２００をガス化剤としてガス化反応を生じさせている。なお、石炭ガス化炉１４は、微粉炭の混入した溶融スラグ等の異物を除去する異物除去装置４８が設けられている。
本例では、石炭ガス化炉１４として噴流床ガス化炉を例示しているが、本発明は、これに限定されず、例えば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２００のガス生成ライン４９が設けられており、チャー１０１Ｃを含む可燃性ガス２００が排出可能となっている。この場合、ガス生成ライン４９にガス冷却器を別途を設けることで、可燃性ガス２００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。
【００４７】
チャー回収装置１５は、集塵装置５１とチャー供給ホッパ５２とを有している。この場合、集塵装置５１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で生成された可燃性ガス２００に含有するチャー１０１Ｃを分離することができる。そして、チャー１０１Ｃが分離された可燃性ガス２００Ａは、ガス排出ライン５３を通してガス精製装置１６に送られる。チャー供給ホッパ５２は、集塵装置５１で可燃性ガス２００から分離されたチャー１０１Ｃを貯留するものである。なお、集塵装置５１と供給ホッパ５２との間にビンを配置し、このビンに複数のチャー供給ホッパ５２を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ５２からのチャー戻しライン４６が第２窒素供給ライン４５に接続されている。
【００４８】
ガス精製装置１６は、チャー回収装置１５によりチャー１０１Ｃが分離された可燃性ガス２００Ａ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。そして、ガス精製装置１６は、チャー１０１Ｃが分離された可燃性ガス２００Ａを精製して燃料ガス２００Ｂを製造し、これをガスタービン設備１７に供給する。なお、このガス精製装置１６では、チャー１０１Ｃが分離された可燃性ガス２００Ａ中にはまだ硫黄分（Ｈ２Ｓ）が含まれているため、例えばアミン吸収液等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。
【００４９】
ガスタービン設備１７は、圧縮機６１、燃焼器６２、タービン６３を有しており、圧縮機６１とタービン６３は、回転軸６４により連結されている。燃焼器６２は、圧縮機６１から圧縮空気供給ライン６５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６６が接続され、タービン６３に燃焼ガス供給ライン６７が接続されている。また、ガスタービン設備１７は、圧縮機６１から石炭ガス化炉１４に延びる圧縮空気供給ライン４１が設けられており、中途部に昇圧機６８が設けられている。従って、燃焼器６２では、圧縮機６１から供給された圧縮空気４０Ａとガス精製装置１６から供給された燃料ガス２００Ｂとを混合して燃焼し、タービン６３にて、発生した燃焼ガス２０２により回転軸６４を回転することで発電機１９を駆動することができる。
【００５０】
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６４に連結されるタービン６９を有しており、発電機１９は、この回転軸６４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６３）からの排ガスライン７０に設けられており、空気４０と高温の排ガス２０３との間で熱交換を行うことで、蒸気２０４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６９との間に蒸気２０４を供給する蒸気供給ライン７１が設けられると共に、蒸気回収ライン７２が設けられ、蒸気回収ライン７２に復水器７３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２０４によりタービン６９が駆動し、回転軸６４を回転することで発電機１９を駆動することができる。
【００５１】
そして、排熱回収ボイラ２０で熱が回収された排ガス２０５は、ガス浄化装置７４により有害物質を除去され、浄化された排ガス２０５Ａは、煙突７５から大気へ放出される。
【００５２】
ここで、実施例３の石炭ガス化複合発電設備１０の作動について説明する。
【００５３】
実施例３の石炭ガス化複合発電設備１０において、低品位炭供給設備１１にて、原炭である石炭１０１が原炭バンカ２１に貯留されており、この原炭バンカ２１の石炭１０１が石炭供給機２２により粉砕機２３に投下され、ここで所定の大きさに破砕される。そして、破砕された粉砕石炭１０１Ａは、流動層乾燥装置１０２により加熱乾燥され、乾燥によって微粒の乾燥炭１０１Ｂ Fと粗粒の乾燥炭１０１ＢRとに分離し、微粒の乾燥炭１０１Ｂ Fのみを微粒乾燥炭排出ライン１２３を介して抜き出した後、冷却器３１により冷却されて冷却済の微粒の乾燥炭１０１Ｂ Fとされ、乾燥炭バンカ３４に貯留される。
【００５４】
乾燥炭バンカ３４に貯留された微粒の乾燥炭１０１Ｂ Fは、空気分離装置４２から供給される窒素により微粒乾燥炭排出ライン１２３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１０１Ｃが、空気分離装置４２から供給される窒素によりチャー戻しライン４６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３７が昇圧機６８で昇圧された後、空気分離装置４２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン４１を通して石炭ガス化炉１４に供給される。
【００５５】
石炭ガス化炉１４では、供給された微粒の乾燥炭１０１Ｂ F及びチャー１０１Ｃが圧縮空気（酸素）３７により燃焼し、微粒の乾燥炭１０１Ｂ F及びチャー１０１Ｃがガス化することで、一酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（石炭ガス）２００を生成することができる。そして、この可燃性ガス２００は、石炭ガス化炉１４からガス生成ライン４９を通して排出され、チャー回収装置１５に送られる。
【００５６】
このチャー回収装置１５にて、可燃性ガス２００は、まず、集塵装置５１に供給されることで、ここで可燃性ガス２００に含有するチャー１０１Ｃが分離される。そして、チャー１０１Ｃが分離された可燃性ガス２００Ａは、ガス排出ライン５３を通してガス精製装置１６に送られる。一方、可燃性ガス２００から分離した微粒のチャー１０１Ｃは、チャー供給ホッパ５２に堆積され、チャー戻しライン４６を通して石炭ガス化炉１４に戻されてリサイクルされる。
【００５７】
チャー回収装置１５によりチャー１０１Ｃが分離された可燃性ガス２００Ａ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ガス精製され、燃料ガス２００Ｂが製造される。そして、ガスタービン設備１７では、圧縮機６１が圧縮空気４０Ａを生成して燃焼器６２に供給すると、この燃焼器６２は、圧縮機６１から供給される圧縮空気４０Ａと、ガス精製装置１６から供給される燃料ガス２００Ｂとを混合し、燃焼することで燃焼ガス２０２を生成し、この燃焼ガス２０２によりタービン６３を駆動することで、回転軸６４を介して発電機１９を駆動し、発電を行うことができる。
【００５８】
そして、ガスタービン設備１７におけるタービン６３から排出された排ガス２０３は、排熱回収ボイラ２０にて、空気４０と熱交換を行うことで蒸気２０４を生成し、この生成した蒸気２０４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２０４によりタービン６９を駆動することで、回転軸６４を介して発電機１９を駆動し、発電を行うことができる。
【００５９】
その後、ガス浄化装置７４では、排熱回収ボイラ２０から排出された排ガス２０５の有害物質が除去され、浄化された排ガス２０５Ａが煙突７５から大気へ放出される。
【００６０】
なお、本実施例では、石炭原料として低品位炭を使用したが、高品位炭であっても適用可能であり、また、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。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 石炭ガス化複合発電設備
１１ 低品位炭供給設備
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
１００Ａ、１００Ｂ 流動層乾燥設備
１０１ 低品位炭
１０１Ａ 粉砕低品位炭（粉砕炭）
１０１Ｂ 乾燥低品位炭（乾燥炭）
１０２ 流動層乾燥装置
１０３ 伝熱部材（加熱手段）
１０４ 発生蒸気
３１ 冷却器
Ａ 乾燥用蒸気（過熱蒸気）
Ｂ 凝縮水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭をガス化するガス化システムに適用できる流動層乾燥設備及び流動層乾燥設備を用いたガス化複合発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、石炭ガス化複合発電設備は、石炭をガス化し、コンバインドサイクル発電と組み合わせることにより、従来型の石炭火力に比べてさらなる高効率化・高環境性を目指した発電設備である。この石炭ガス化複合発電設備は、資源量が豊富な石炭を利用可能であることも大きなメリットであり、適用炭種を拡大することにより、さらにメリットが大きくなることが知られている。
【０００３】
従来の石炭ガス化複合発電設備は、一般的に、給炭装置、乾燥装置、石炭ガス化炉、ガス精製装置、ガスタービン設備、蒸気タービン設備、排熱回収ボイラ、ガス浄化装置などを有している。従って、石炭が乾燥されてから粉砕され、石炭ガス化炉に対して、微粉炭として供給されると共に、空気が取り込まれ、この石炭ガス化炉で石炭が燃焼ガス化されて生成ガス（可燃性ガス）が生成される。そして、この生成ガスがガス精製されてからガスタービン設備に供給されることで燃焼して高温・高圧の燃焼ガスを生成し、タービンを駆動する。タービンを駆動した後の排気ガスは、排熱回収ボイラで熱エネルギが回収され、蒸気を生成して蒸気タービン設備に供給され、タービンを駆動する。これにより発電が行なわれる。一方、熱エネルギが回収された排気ガスは、ガス浄化装置で有害物質が除去された後、煙突を介して大気へ放出される。
【０００４】
ところで、このような石炭ガス化複合発電システム（ＩＧＣＣ）にて使用する石炭は、瀝青炭や無煙炭のように高い発熱量を有する高品位の石炭（高品位炭）を用いている。
前記石炭ガス化複合発電システム（ＩＧＣＣ）に供給する石炭は、石炭ガス化炉内での反応性や気流搬送の観点より、微粉化する必要があり、微粉炭機として石炭ミルが用いられている。このため、原料として供給される石炭は、先ずクラッシャにより粗粉砕され、その後、乾燥機で乾燥された後、乾燥炭バンカで貯留される。次いで、石炭供給機により、石炭ミルに供給され、そこで粉砕・乾燥され、微粉炭とされ、その後、搬送ガスより搬送されて石炭ガス化炉に供給されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
ところで、乾燥機で乾燥された石炭には、微粒と粗粒とがあるが、従来では両者は一つの排出口から排出され、後流プロセスに供給されている。
特に、後流に乾燥石炭を微粉化する微粉炭機が設置されている場合には、粉砕の必要がない微粒までも供給されるために、微粉炭機の容量が必要以上に過大となるという、問題がある。
【０００７】
また、近年においては、瀝青炭や無煙炭のように高い発熱量を有する高品位の石炭（高品位炭）以外に、例えば亜瀝青炭や褐炭のように水分含有量が多く比較的低い発熱量を有する低品位の石炭（「低品位炭」又は「高水分炭」ともいう。）を用いて、ガス化することが提案されているが、この低品位炭は、水分含有量が多い（例えば水分約６０%）ので、持ち込まれる水分量が多く、この水分により発電効率が低下してしまうので、低品位炭の場合には、上述した乾燥装置により低品位炭を乾燥して水分を除去し、さらに粉砕ミルにより粉砕して石炭ガス化炉に供給する場合には、機器点数が多く、システムが複雑となると共に、機器コストが高くなるという、問題がある。
【０００８】
よって、石炭をガス化するガス化システムに高効率で供給することができ、コストの削減を図ることができる流動層乾燥設備の出現が切望されている。
【０００９】
本発明は、前記問題に鑑み、ガス化システムに高効率で供給することができ、コストの削減を図ることができる流動層乾燥設備及び流動層乾燥設備を用いたガス化複合発電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】
【００１０】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、低品位石炭を乾燥する乾燥室を形成する流動層乾燥装置と、該流動層乾燥装置の一端側に低品位炭を投入する低品位炭投入ラインと、前記乾燥容器の下部に流動化ガスを供給することで低品位炭と共に流動層を形成する流動化ガス供給ラインと、前記流動層乾燥装置の上方から流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出ラインと、前記流動層内に供給された低品位炭を加熱する加熱部と、前記石炭投入ラインと異なる側の流動層の上部近傍から加熱乾燥した微粒の乾燥炭を排出する微粒乾燥炭排出ラインと、前記石炭投入ラインと異なる側の流動層の底部近傍から加熱乾燥した粗粒の乾燥炭を排出する微粒乾燥炭排出ラインと、を具備することを特徴とする流動層乾燥設備にある。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、分離した粗粒の乾燥炭を前記低品位炭投入ライン近傍から乾燥容器内に供給する粗粒乾燥炭循環ラインを有することを特徴とする流動層乾燥設備にある。
【００１２】
第３の発明は、第１又は２の流動層乾燥設備と、前記流動層乾燥設備から供給される低品位炭が乾燥した微粒の乾燥炭を処理してガス化ガスに変換する石炭ガス化炉と、前記ガス化ガスを燃料として運転されるガスタービン（ＧＴ）と、前記ガスタービンからのタービン排ガスを導入する排熱回収ボイラで生成した蒸気により運転される蒸気タービン（ＳＴ）と、前記ガスタービン及び／又は前記蒸気タービンと連結された発電機（Ｇ）とを具備することを特徴とする石炭を用いたガス化複合発電システムにある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の流動層乾燥設備によれば、従来のような微粉化の微粉炭機を用いることなく、低品位炭を乾燥することだけでガス化することが可能となり、微粒と粗粒とを分離することができ、機器及びユーティリティコストを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施例１に係る流動層乾燥設備の概略図である。
【図２】図２は、実施例２に係る流動層乾燥設備の概略図である。
【図３】図３は、実施例３に係る石炭を用いたガス化複合発電システムの概略構成図である。
【図４】図４は、各種石炭に対するＨＧＩ指数との関係を示す図である。
【図５】図５は、乾燥炭の粒径分布の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る流動層乾燥設備の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００１６】
図１は、実施例１に係る流動層乾燥設備の概略図である。
図１に示すように、本実施例に係る流動層乾燥設備１００Ａは、低品位石炭（石炭）１０１を粉砕する粉砕機２３と、該粉砕機２３で粉砕された粉砕石炭１０１Ａを乾燥する乾燥室を形成する流動層乾燥装置１０２と、該流動層乾燥装置１０２の一端側に粉砕石炭１０１Ａを投入する低品位炭投入ライン１２０と、流動層乾燥装置１０２の下部に流動化ガスである流動化蒸気１０７を供給することで低品質炭と共に流動層１１１を形成する流動化ガス供給ライン１２１と、前記流動層乾燥装置１０２の上方から流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出ライン１２２と、前記流動層１１１内に供給された粉砕石炭１０１Ａを加熱する加熱部である伝熱部材１０３と、前記石炭の供給ライン１２０と異なる側の流動層１１１の上部近傍から加熱乾燥した微粒の乾燥炭１０１Ｂ F（FINE）を排出する微粒乾燥炭排出ライン１２３と、前記石炭投入ライン１２０と異なる側の流動層１１１の底部近傍から加熱乾燥した粗粒の乾燥炭１０１ＢR（ROUGH)を排出する粗粒乾燥炭排出ライン１２４とを具備するものである。また、前記ガス排出ライン１２２には、発生蒸気１０４中の粉塵を除去するサイクロン等の集塵装置１０５と、集塵装置１０５の下流側に介装され、発生蒸気１０４の熱を回収する熱回収システム１０６と、前記流動層乾燥装置１０２から抜き出された乾燥炭１０１Ｂを冷却する冷却器３１とを備えるものである。
なお、符号１１６は流動化ガスである流動化蒸気１０７を整流する整流板を図示する。
【００１７】
流動層乾燥設備１００Ａにおいて、石炭１０１は、図示しない供給ホッパにより粉砕機２３に供給され、粉砕され、粉砕石炭１０１Ａとされる。この粉砕石炭１０１Ａは、流動層乾燥装置１０２の図示しない投入口から内部に投入され、流動層乾燥装置１０２内に別に導入される流動化蒸気１０７により流動されて流動層１１１を形成する。
【００１８】
伝熱部材１０３は、この流動層１１１内に配置されている。伝熱部材１０３内には、例えば１５０℃の乾燥用蒸気（過熱蒸気）Ａが供給され、その高温の乾燥用蒸気（過熱蒸気）Ａの潜熱を利用して粉砕石炭１０１Ａを間接的に乾燥させるようにしている。乾燥に利用された乾燥用蒸気（過熱蒸気）Ａは、例えば１５０℃の凝縮水Ｂとして流動層乾燥装置１０２の外部に排出されている。
【００１９】
すなわち、加熱手段である伝熱部材１０３内面では、乾燥用蒸気（過熱蒸気）Ａが凝縮して液体（水分）になるので、この際に放熱される凝縮潜熱を、粉砕石炭１０１Ａの乾燥の加熱に有効利用している。なお、高温の乾燥用蒸気（過熱蒸気）Ａ以外としては、相変化を伴う熱媒であれば何れでも良く、例えばフロンやペンタンやアンモニア等を例示することができる。また、伝熱部材１０３として熱媒体を用いる以外に電気ヒータを設置してもよい。
【００２０】
伝熱部材１０３によって粉砕石炭１０１Ａが乾燥される際に発生する発生蒸気１０４は、流動層乾燥装置１０２内において、流動層１１１の上部空間に形成されるフリーボード部Ｆからガス排出ライン１２２により流動層乾燥装置１０２の外部に排出される。この発生蒸気１０４は、石炭１０１が乾燥し微粉化したものが含まれているので、例えば集塵装置１０５により集塵して固体成分１１５として分離する。
この固体成分１１５は、流動層乾燥装置１０２から抜き出された微粒の乾燥炭１０１Ｂ Fを排出する微粒乾燥炭排出ライン１２３に合流され、微粒の乾燥炭１０１Ｂ Fと混合され、冷却器１１０で冷却され、その後石炭ガス化炉１４に供給される。
【００２１】
一方、集塵装置１０５により集塵された後の発生蒸気１０４は、例えば１０５〜１１０℃の蒸気であるので、熱回収システム１０６で熱回収された後、水処理部１１２で処理され、排水１１３として流動層乾燥設備１００Ａの外部に排出されている。なお、集塵装置１０５により集塵された後の発生蒸気１０４は、例えば、熱交換器や蒸気タービン等に適用してその熱を有効利用するようにしてもよい。
【００２２】
また、集塵装置１０５により集塵された後の発生蒸気１０４の一部は、流動化ガス供給ライン１２１に介装された例えば循環ファン１１４により流動層乾燥装置１０２内に送られて、粉砕石炭１０１Ａの流動層１１１を流動させる流動化蒸気１０７として利用される。なお、流動層１１１を流動化させる流動化媒体としては、発生蒸気１０４の一部を再利用しているが、これに限定されず、例えば窒素、二酸化炭素またはこれらのガスを含む低酸素濃度の空気を用いてもよい。
【００２３】
なお、上述した流動層乾燥装置１０２は、伝熱部材１０３として、本実施例はチューブ形状の伝熱部材を例示しているが、本発明はこれに限定されず、例えば板状の伝熱部材を用いるようにしてもよい。
また、乾燥用蒸気（過熱蒸気）Ａを伝熱部材１０３に供給して粉砕石炭１０１Ａを間接的に乾燥させる構成を説明したが、これに限らず、粉砕石炭１０１Ａの流動層１１１を流動させる流動化蒸気１０７により粉砕石炭１０１Ａを直接乾燥させる構成、さらに加熱用の流動化ガスを供給して乾燥させる構成としてもよい。
【００２４】
本実施例では、流動層１１１内で形成される微粒と粗粒との偏りの分布の性質を利用して、微粒の乾燥炭１０１ＢFを排出する微粒乾燥炭排出ライン１２３と、粗粒の乾燥炭１０１ＢRを排出する粗粒乾燥炭排出ライン１２４とを、流動層１１１の層上部と層底部とに設けることにより、粗粒と微粒とを分けて排出することができる。
これにより石炭ガス化炉１４に供給する粒径のバラつきを抑制できる。
また、後流側に微粉炭機を設置する場合においても、粗粒のみを供給することで、後流プロセスの設備容量を低減することができる。
【００２５】
本発明では、石炭の種類は特に限定されるものではなく、瀝青炭や無煙炭のように高い発熱量を有する高品位の石炭（高品位炭）、例えば亜瀝青炭や褐炭のように水分含有量が多い（例えば５０〜６０％）低品位の石炭（低品位炭又は高水分炭）のいずれも適用することができる。
【００２６】
なお、瀝青炭や無煙炭のように高い発熱量を有する高品位の石炭（高品位炭）を噴流床ガス化炉に適用する場合には、微粉砕機を設置することが必須であるが、例えば亜瀝青炭や褐炭のように水分含有量が多い（例えば５０〜６０％）低品位の石炭（低品位炭又は高水分炭）の場合には、微粉炭機を用いて微粉化せずに、乾燥した石炭１０１Ｂをそのまま石炭ガス化炉１４に供給することができるので、微粉砕機の機器及びそのユーティリティコストの低減を図ることができる。
【００２７】
これは、本発明で用いる例えば亜瀝青炭や褐炭のように水分含有量が多い（例えば５０〜６０％）低品位の石炭（低品位炭又は高水分炭）は、石炭の粉砕性の指標であるＨＧＩ（ＨａｒｄＧｒｏｖｅＩｎｄｅｘ）指数が高いので、粉砕性が良好なことに起因する。
【００２８】
ここで、ＨＧＩとは、一定の石炭を所定時間粉砕に掛け、所定粒度以下の重量割合を、その指数とするものである。この為数字の大きいもの程粉砕されやすい石炭となるとしている。通常はＨＧＩ指数が５０前後であり、ＨＧＩ指数が４０以下は硬いものとされ、逆にＨＧＩ指数が６０以上はもろいと判断されている。
【００２９】
図４は、各種石炭に対するＨＧＩ指数との関係を示す図である。
図４より、高品位炭である瀝青炭に較べて、低品位炭である褐炭はＨＧＩ指数が８０以上と高く、軟らかいものであることがわかる。
この結果、流動層１１１内における摩擦、衝突による粗粒の微粒化を図ることができ、微粒化率の割合を向上させるものとなる。
【００３０】
図５は、乾燥炭の粒径分布の一例を示す図である。
図５の分布は、図４の褐炭Ａを５ｍｍ以下の粉砕物を用いて、流動層乾燥装置１０２で乾燥させた際の、ふるい上の重量割合とメッシュ（μｍ）との関係図である。
図５に示すように、流動層乾燥装置１０２で乾燥させると、１０００μｍ前後にピークを有する幅をもった粒径分布であることが判明した。
【００３１】
粉砕石炭１０１Ａの粒度は、粉砕機２３の粉砕度合いによるが、例えば１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下とするのが、後流側における乾燥装置での乾燥が良好であると共に、乾燥炭１０１Ｂの搬送が良好となり、好ましい。
ここで、粉砕機２３での粉砕の際における目標粒径範囲としては約２ｍｍ以下としているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３２】
また流動層乾燥装置１０２での乾燥度合いは、供給される粉砕石炭１０１Ａの水分含有量により異なるが、乾燥度合いが１５％以下、より好ましくは１０％以下とするのが良い。これは、乾燥状態が良好であると、石炭ガス化炉でのエネルギーロスが少なくなるからである。
【００３３】
図４及び図５より、低品位炭である褐炭は、水分含有量が高いものの、高品位炭よりもＨＧＩが高いので、軟らかいものである。そして流動層乾燥装置１０２での乾燥により水分が除去されつつ流動化されるので、メッシュ径２０００μｍ以下の割合が多いものとなり、そのままでも石炭ガス化炉でガス化しやすい特性を備えた乾燥炭１０１Ｂとなる。
【００３４】
よって、石炭として低品位炭を用いる場合には、高品位炭のような粉砕機による微粉化処理を一切省くことができる。これにより微粉炭機の設置が不要となり、ガス化複合発電システムに供給する設備のコンパクト化を図ることができる。
【００３５】
また、石炭ガス化炉１４内の空塔速度は、炉内に直接供給される乾燥及び冷却された冷却乾燥炭１０１Ｂが落下しない空塔速度とすることが好ましい。これにより、乾燥炭１０１Ｂの良好なガス化が可能となる。
【実施例２】
【００３６】
図２は、実施例２に係る流動層乾燥設備の概略図である。
図２に示すように、本実施例に係る流動層乾燥設備１００Ｂは、実施例１に係る流動層乾燥設備１００Ａにおいて、粗粒の乾燥炭１０１ＢRを粗粒乾燥炭循環ライン１２５を介して、石炭投入ライン１２０の投入口の近傍に供給し、再度粗粒の乾燥炭１０１ＢRを流動層乾燥装置１０２内に投入させている。これにより、流動層１１１内における摩擦、衝突による粗粒の微粒化を図り、微粒化率の割合を向上させることができる。
また、乾燥された粗粒の乾燥炭１０１ＢRを供給するので、湿潤材料である粉砕石炭１０１Ａの流動不良の防止を図ることができ、乾燥効率の向上を図ることができる。
【実施例３】
【００３７】
図３は、実施例３に係る石炭を用いたガス化複合発電システムの概略構成図である。
【００３８】
実施例３の石炭を用いたガス化複合発電システム（ＩＧＣＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｏａｌ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ）は、空気を酸化剤として石炭ガス化炉で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、ガス精製装置で精製した後の石炭ガスを燃料ガスとしてガスタービン設備に供給して発電を行っている。即ち、本実施例の石炭ガス化複合発電設備は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備である。本実施例では、石炭ガス化炉１４に供給する石炭原料として低品位炭を使用している。
【００３９】
実施例３において、図３に示すように、石炭ガス化複合発電設備１０は、原料炭である石炭１０１を供給する低品位炭供給設備１１と、石炭１０１を乾燥する流動層乾燥装置１０２と、乾燥低品位炭（乾燥炭）１０１Ｂを供給してガス化し可燃性ガス（生成ガス、石炭ガス）２００を生成する石炭ガス化炉１４と、ガス化ガスである可燃性ガス（生成ガス、石炭ガス）２００中のチャー１０１Ｃを回収するチャー回収装置１５と、可燃性ガス（生成ガス、石炭ガス）２００Ａを精製するガス精製装置１６と、精製された燃料ガス２００Ｂを燃焼させてタービンを駆動するガスタービン設備１７と、前記ガスタービン設備１７からのタービン排ガスを導入する排熱回収ボイラ（Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：ＨＲＳＧ）２０で生成した蒸気により運転される蒸気タービン（ＳＴ）設備１８と、前記ガスタービン設備１７及び／又は前記蒸気タービン設備１８と連結された発電機（Ｇ）１９とを具備している。
【００４０】
本実施例に係る低品位炭供給設備１１は、原炭バンカ２１と、石炭供給機２２と、粉砕機２３とを有している。原炭バンカ２１は、石炭１０１を貯留可能であって、所定量の石炭１０１を石炭供給機２２に投下することができる。石炭供給機２２は、原炭バンカ２１から投下された石炭１０１を例えばコンベアなどにより搬送し、粉砕機２３に投下することができる。この粉砕機２３は、投下された石炭１０１を所定の大きさに破砕し、粉砕石炭１０１Ａとすることができる。
【００４１】
流動層乾燥装置１０２は、低品位炭供給設備１１により投入された石炭１０１に対して乾燥用蒸気（例えば１５０℃程度の過熱蒸気）Ａを供給することで、この低品位炭を流動させながら加熱乾燥するものであり、石炭１０１が含有する水分を除去することができる。そして、この流動層乾燥装置１０２は、外部に取り出された乾燥済の乾燥炭１０１Ｂを冷却する冷却器３１が設けられ、乾燥冷却済の乾燥炭１０１Ｂが乾燥炭バンカ３４に貯留される。また、流動層乾燥装置１０２は、上部から取り出された発生蒸気１０４に同伴される乾燥炭の粒子を分離する乾燥炭サイクロン等の集塵装置１０５が設けられ、発生蒸気１０４から微粒の乾燥炭の粒子を分離している。なお、サイクロン等の集塵装置１０５で乾燥炭が分離された蒸気は、蒸気圧縮機で圧縮されてから流動層乾燥装置１０２に乾燥用蒸気として供給するようにしてもよい。
【００４２】
流動層乾燥装置１０２で乾燥され、ついで冷却器３１で冷却された乾燥冷却済の乾燥炭１０１Ｂは、流動層１１１の上部近傍から加熱乾燥した微粒の乾燥炭１０１Ｂ F（FINE）として排出され、微粒乾燥炭排出ライン１２３を介して、その後、バグフィルタ３２、ビンシステム３３を介して、一時乾燥炭バンカ３４に貯留される。
一方、前記石炭投入ライン１２０と異なる側の流動層１１１の底部近傍から加熱乾燥した粗粒の乾燥炭１０１ＢR（ROUGH)は、粗粒乾燥炭排出ライン１２４を介して、別途設置した燃焼炉１３０に供給し、ここで燃焼され、熱回収をするようにしてもよい。
【００４３】
また、実施例２に示すように、再度流動層乾燥装置１０２の投入口へ戻すようにしてもよい。
【００４４】
石炭ガス化炉１４は、乾燥炭バンカ３４から供給される微粒の乾燥炭１０１Ｂ Fが供給可能であると共に、チャー回収装置１５で回収されたチャー（石炭の未燃分）１０１Ｃが戻されてリサイクル可能となっている。
【００４５】
即ち、石炭ガス化炉１４は、ガスタービン設備１７（圧縮機６１）から圧縮空気供給ライン４１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４２は、大気中の空気４０から窒素（Ｎ2）と酸素（Ｏ2）を分離生成するものであり、第１窒素供給ライン４３が石炭ガス化炉１４に接続され、この第１窒素供給ライン４３は乾燥炭供給ライン１２３に接続されている。また、第２窒素供給ライン４５も石炭ガス化炉１４に接続され、この第２窒素供給ライン４５にチャー回収装置１５から回収されたチャー１０１Ｃを戻すチャー戻しライン４６が接続されている。更に、酸素供給ライン４７は、圧縮空気供給ライン４１に接続されている。この場合、窒素（Ｎ2）は、乾燥炭１０１Ｂやチャー１０１Ｃの搬送用ガスとして利用され、酸素（Ｏ2）は、酸化剤として利用される。
【００４６】
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、内部に供給された微粒の乾燥炭１０１Ｂ F、チャー１０１Ｃ、空気（酸素）、またはガス化剤としての水蒸気を燃焼・ガス化すると共に、一酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（生成ガス、石炭ガス）２００を発生させ、この可燃性ガス２００をガス化剤としてガス化反応を生じさせている。なお、石炭ガス化炉１４は、微粉炭の混入した溶融スラグ等の異物を除去する異物除去装置４８が設けられている。
本例では、石炭ガス化炉１４として噴流床ガス化炉を例示しているが、本発明は、これに限定されず、例えば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２００のガス生成ライン４９が設けられており、チャー１０１Ｃを含む可燃性ガス２００が排出可能となっている。この場合、ガス生成ライン４９にガス冷却器を別途を設けることで、可燃性ガス２００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。
【００４７】
チャー回収装置１５は、集塵装置５１とチャー供給ホッパ５２とを有している。この場合、集塵装置５１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で生成された可燃性ガス２００に含有するチャー１０１Ｃを分離することができる。そして、チャー１０１Ｃが分離された可燃性ガス２００Ａは、ガス排出ライン５３を通してガス精製装置１６に送られる。チャー供給ホッパ５２は、集塵装置５１で可燃性ガス２００から分離されたチャー１０１Ｃを貯留するものである。なお、集塵装置５１と供給ホッパ５２との間にビンを配置し、このビンに複数のチャー供給ホッパ５２を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ５２からのチャー戻しライン４６が第２窒素供給ライン４５に接続されている。
【００４８】
ガス精製装置１６は、チャー回収装置１５によりチャー１０１Ｃが分離された可燃性ガス２００Ａ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。そして、ガス精製装置１６は、チャー１０１Ｃが分離された可燃性ガス２００Ａを精製して燃料ガス２００Ｂを製造し、これをガスタービン設備１７に供給する。なお、このガス精製装置１６では、チャー１０１Ｃが分離された可燃性ガス２００Ａ中にはまだ硫黄分（Ｈ２Ｓ）が含まれているため、例えばアミン吸収液等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。
【００４９】
ガスタービン設備１７は、圧縮機６１、燃焼器６２、タービン６３を有しており、圧縮機６１とタービン６３は、回転軸６４により連結されている。燃焼器６２は、圧縮機６１から圧縮空気供給ライン６５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６６が接続され、タービン６３に燃焼ガス供給ライン６７が接続されている。また、ガスタービン設備１７は、圧縮機６１から石炭ガス化炉１４に延びる圧縮空気供給ライン４１が設けられており、中途部に昇圧機６８が設けられている。従って、燃焼器６２では、圧縮機６１から供給された圧縮空気４０Ａとガス精製装置１６から供給された燃料ガス２００Ｂとを混合して燃焼し、タービン６３にて、発生した燃焼ガス２０２により回転軸６４を回転することで発電機１９を駆動することができる。
【００５０】
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６４に連結されるタービン６９を有しており、発電機１９は、この回転軸６４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６３）からの排ガスライン７０に設けられており、空気４０と高温の排ガス２０３との間で熱交換を行うことで、蒸気２０４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６９との間に蒸気２０４を供給する蒸気供給ライン７１が設けられると共に、蒸気回収ライン７２が設けられ、蒸気回収ライン７２に復水器７３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２０４によりタービン６９が駆動し、回転軸６４を回転することで発電機１９を駆動することができる。
【００５１】
そして、排熱回収ボイラ２０で熱が回収された排ガス２０５は、ガス浄化装置７４により有害物質を除去され、浄化された排ガス２０５Ａは、煙突７５から大気へ放出される。
【００５２】
ここで、実施例３の石炭ガス化複合発電設備１０の作動について説明する。
【００５３】
実施例３の石炭ガス化複合発電設備１０において、低品位炭供給設備１１にて、原炭である石炭１０１が原炭バンカ２１に貯留されており、この原炭バンカ２１の石炭１０１が石炭供給機２２により粉砕機２３に投下され、ここで所定の大きさに破砕される。そして、破砕された粉砕石炭１０１Ａは、流動層乾燥装置１０２により加熱乾燥され、乾燥によって微粒の乾燥炭１０１Ｂ Fと粗粒の乾燥炭１０１ＢRとに分離し、微粒の乾燥炭１０１Ｂ Fのみを微粒乾燥炭排出ライン１２３を介して抜き出した後、冷却器３１により冷却されて冷却済の微粒の乾燥炭１０１Ｂ Fとされ、乾燥炭バンカ３４に貯留される。
【００５４】
乾燥炭バンカ３４に貯留された微粒の乾燥炭１０１Ｂ Fは、空気分離装置４２から供給される窒素により微粒乾燥炭排出ライン１２３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１０１Ｃが、空気分離装置４２から供給される窒素によりチャー戻しライン４６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３７が昇圧機６８で昇圧された後、空気分離装置４２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン４１を通して石炭ガス化炉１４に供給される。
【００５５】
石炭ガス化炉１４では、供給された微粒の乾燥炭１０１Ｂ F及びチャー１０１Ｃが圧縮空気（酸素）３７により燃焼し、微粒の乾燥炭１０１Ｂ F及びチャー１０１Ｃがガス化することで、一酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（石炭ガス）２００を生成することができる。そして、この可燃性ガス２００は、石炭ガス化炉１４からガス生成ライン４９を通して排出され、チャー回収装置１５に送られる。
【００５６】
このチャー回収装置１５にて、可燃性ガス２００は、まず、集塵装置５１に供給されることで、ここで可燃性ガス２００に含有するチャー１０１Ｃが分離される。そして、チャー１０１Ｃが分離された可燃性ガス２００Ａは、ガス排出ライン５３を通してガス精製装置１６に送られる。一方、可燃性ガス２００から分離した微粒のチャー１０１Ｃは、チャー供給ホッパ５２に堆積され、チャー戻しライン４６を通して石炭ガス化炉１４に戻されてリサイクルされる。
【００５７】
チャー回収装置１５によりチャー１０１Ｃが分離された可燃性ガス２００Ａ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ガス精製され、燃料ガス２００Ｂが製造される。そして、ガスタービン設備１７では、圧縮機６１が圧縮空気４０Ａを生成して燃焼器６２に供給すると、この燃焼器６２は、圧縮機６１から供給される圧縮空気４０Ａと、ガス精製装置１６から供給される燃料ガス２００Ｂとを混合し、燃焼することで燃焼ガス２０２を生成し、この燃焼ガス２０２によりタービン６３を駆動することで、回転軸６４を介して発電機１９を駆動し、発電を行うことができる。
【００５８】
そして、ガスタービン設備１７におけるタービン６３から排出された排ガス２０３は、排熱回収ボイラ２０にて、空気４０と熱交換を行うことで蒸気２０４を生成し、この生成した蒸気２０４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２０４によりタービン６９を駆動することで、回転軸６４を介して発電機１９を駆動し、発電を行うことができる。
【００５９】
その後、ガス浄化装置７４では、排熱回収ボイラ２０から排出された排ガス２０５の有害物質が除去され、浄化された排ガス２０５Ａが煙突７５から大気へ放出される。
【００６０】
なお、本実施例では、石炭原料として低品位炭を使用したが、高品位炭であっても適用可能であり、また、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。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 石炭ガス化複合発電設備
１１ 低品位炭供給設備
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
１００Ａ、１００Ｂ 流動層乾燥設備
１０１ 低品位炭
１０１Ａ 粉砕低品位炭（粉砕炭）
１０１Ｂ 乾燥低品位炭（乾燥炭）
１０２ 流動層乾燥装置
１０３ 伝熱部材（加熱手段）
１０４ 発生蒸気
３１ 冷却器
Ａ 乾燥用蒸気（過熱蒸気）
Ｂ 凝縮水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低品位石炭を乾燥する乾燥室を形成する流動層乾燥装置と、
該流動層乾燥装置の一端側に低品位炭を投入する低品位炭投入ラインと、
前記乾燥容器の下部に流動化ガスを供給することで低品位炭と共に流動層を形成する流動化ガス供給ラインと、
前記流動層乾燥装置の上方から流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出ラインと、
前記流動層内に供給された低品位炭を加熱する加熱部と、
前記石炭投入ラインと異なる側の流動層の上部近傍から加熱乾燥した微粒の乾燥炭を排出する微粒乾燥炭排出ラインと、
前記石炭投入ラインと異なる側の流動層の底部近傍から加熱乾燥した粗粒の乾燥炭を排出する微粒乾燥炭排出ラインと、を具備することを特徴とする流動層乾燥設備。
【請求項２】
請求項１において、
分離した粗粒の乾燥炭を前記低品位炭投入ライン近傍から乾燥容器内に供給する粗粒乾燥炭循環ラインを有することを特徴とする流動層乾燥設備。
【請求項３】
請求項１又は２の流動層乾燥設備と、
前記流動層乾燥設備から供給される低品位炭が乾燥した微粒の乾燥炭を処理してガス化ガスに変換する石炭ガス化炉と、
前記ガス化ガスを燃料として運転されるガスタービン（ＧＴ）と、
前記ガスタービンからのタービン排ガスを導入する排熱回収ボイラで生成した蒸気により運転される蒸気タービン（ＳＴ）と、
前記ガスタービン及び／又は前記蒸気タービンと連結された発電機（Ｇ）とを具備することを特徴とする石炭を用いたガス化複合発電システム。
【請求項１】
低品位石炭を乾燥する乾燥室を形成する流動層乾燥装置と、
該流動層乾燥装置の一端側に低品位炭を投入する低品位炭投入ラインと、
前記乾燥容器の下部に流動化ガスを供給することで低品位炭と共に流動層を形成する流動化ガス供給ラインと、
前記流動層乾燥装置の上方から流動化ガス及び発生蒸気を排出するガス排出ラインと、
前記流動層内に供給された低品位炭を加熱する加熱部と、
前記石炭投入ラインと異なる側の流動層の上部近傍から加熱乾燥した微粒の乾燥炭を排出する微粒乾燥炭排出ラインと、
前記石炭投入ラインと異なる側の流動層の底部近傍から加熱乾燥した粗粒の乾燥炭を排出する微粒乾燥炭排出ラインと、を具備することを特徴とする流動層乾燥設備。
【請求項２】
請求項１において、
分離した粗粒の乾燥炭を前記低品位炭投入ライン近傍から乾燥容器内に供給する粗粒乾燥炭循環ラインを有することを特徴とする流動層乾燥設備。
【請求項３】
請求項１又は２の流動層乾燥設備と、
前記流動層乾燥設備から供給される低品位炭が乾燥した微粒の乾燥炭を処理してガス化ガスに変換する石炭ガス化炉と、
前記ガス化ガスを燃料として運転されるガスタービン（ＧＴ）と、
前記ガスタービンからのタービン排ガスを導入する排熱回収ボイラで生成した蒸気により運転される蒸気タービン（ＳＴ）と、
前記ガスタービン及び／又は前記蒸気タービンと連結された発電機（Ｇ）とを具備することを特徴とする石炭を用いたガス化複合発電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２１５３２６（Ｐ２０１２−２１５３２６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７９７８８（Ｐ２０１１−７９７８８）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【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１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【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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