流動床複合発電システム
【課題】ガスタービンの膨張機等の構成機器の腐食や煤塵付着をなくすことで発電性能の劣化をなくし、且つ部品交換を不要にし、また系外に排出される熱量を低減することにより発電効率を向上させる。
【解決手段】流動床燃焼ボイラ１と、流動床燃焼ボイラ１の発生熱を熱源とするガスタービンと、前記ガスタービンの排熱と前記流動床燃焼ボイラの発生熱の少なくとも一方を熱源とする蒸気タービン５と、少なくともガスタービンの作動流体を圧縮する圧縮機３を組合せ、ガスタービンと蒸気タービン５で発電を行う流動床複合発電システムにおいて、ガスタービンの膨張機２の作動流体を、気体加熱器１１で流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３０により加熱した気体２４のみとして、流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３０が含有しないようにしたものである。
【解決手段】流動床燃焼ボイラ１と、流動床燃焼ボイラ１の発生熱を熱源とするガスタービンと、前記ガスタービンの排熱と前記流動床燃焼ボイラの発生熱の少なくとも一方を熱源とする蒸気タービン５と、少なくともガスタービンの作動流体を圧縮する圧縮機３を組合せ、ガスタービンと蒸気タービン５で発電を行う流動床複合発電システムにおいて、ガスタービンの膨張機２の作動流体を、気体加熱器１１で流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３０により加熱した気体２４のみとして、流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３０が含有しないようにしたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動床燃焼炉とガスタービン及び蒸気タービンを組合せた複合発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭等を固体燃料として使用した発電設備として、常圧流動床燃焼ボイラと蒸気タービンとを組合せた複合発電設備、即ち常圧流動床複合発電設備がある。
【０００３】
図１１はかかる常圧流動床複合発電設備の概略を示すシステム構成図である。
【０００４】
図１１に示すように流動床燃焼ボイラ１に石炭２７と脱硫剤３８を供給すると共に、送風機１８にて大気１９を吸込み、燃焼用空気２０として流入させる。
【０００５】
ここで、脱硫剤３８は例えば炭酸カルシウムを主成分とする石灰石が用いられ、流動媒体として振舞うものであり、さらに流動砂を流動媒体として追加してもよい。
【０００６】
また、石炭２７と脱硫剤３８は燃焼用空気２０により流動し、石炭２７が燃焼して燃焼排ガスを発生する。そして、脱硫剤３８は石炭２７と共に流動しながら、燃焼排ガス中の硫黄分と反応し、酸化反応も経ることで硫酸カルシウム等の硫酸化物が生成される。
【０００７】
上記流動床燃焼ボイラ１内の対流部や流動部分にはボイラ伝熱管が配置され、燃焼により発生した熱により伝熱管内の水４７を加熱する。さて、石炭２７に含まれている未燃成分である二酸化珪素等は灰となって残るため、この灰と前記硫酸化物を残さ物（ここではチャーと呼ぶ）２８として、流動床燃焼ボイラ１から排出する。この流動床燃焼ボイラ１から排出されるチャー２８には、脱硫剤３８の一部も同伴し含まれている。
【０００８】
また、流動床燃焼ボイラ１から脱硫された燃焼排ガス３０が流出し、この燃焼排ガス３０は例えばフィルタやサイクロンからなる脱塵器９を通過し、燃焼排ガス３２になる。脱塵器９は燃焼排ガス３０内に煤塵として含有する、チャー２８と同じ成分である飛灰５１を捕獲し、系外に排出する。
【０００９】
燃焼排ガス３２は第1の排熱回収ボイラ１３に流入し、ボイラ伝熱管内の水４１を加熱して燃焼排ガス２６となり、例えば電気集塵機からなる脱塵器１７にて飛灰４０を除去した後、燃焼排ガス２６は排気３７として大気に放出される。
【００１０】
第１の排熱回収ボイラ１３のボイラ伝熱管内には、水５０をポンプ１４により水４１として搬送され、第１の排熱回収ボイラ１３にて加熱されて気液二相流４７となり、さらに流動床燃焼ボイラ１に流入して加熱され、蒸気４８となる。この蒸気４８により蒸気タービン５を駆動し、発電機６により発電する。
【００１１】
蒸気４８は蒸気タービン５で仕事を終えると膨張して蒸気４９となり、復水器１５にて海水等により冷却されて水５０に戻る。
【００１２】
ここで、図示していないが、チャー２８や飛灰５１は充分高温であるため、これらに保有している熱を回収し、この回収熱で燃焼用空気２０を予熱後、系外に排出することもできる。この場合、チャー２８からの排熱回収は、気体を用いた搬送や、水を混合してスラリ状にして行う搬送と異なり、他の物質を加えないで図１４に示すような構成の排熱回収部にて搬送を行っている。
【００１３】
図１４において、例えばチャー２８をスクリュ搬送機等で搬送し、搬送部分を覆ったジャケット内に燃焼用空気２０（２２）を流すことで、熱回収する。高温のチャー２８と燃焼用空気２０（２２）とを熱交換させる熱交換器６２を設けて、チャー２８は熱を燃焼用空気２０（２２）に与えることで温度低下し、チャー６１となって系外に排出される。
【００１４】
このような常圧流動床複合発電設備においては、燃焼用空気２０（２２）が加熱されて燃焼用空気６０となり、流動床燃料ボイラ１に流入し、回収した熱量はガスタービン発電等に有効活用されるので、発電効率を向上させることができる。
【００１５】
図１２は加圧流動床燃焼ボイラとガスタービン及び蒸気タービンを組合せた複合発電設備、即ち加圧流動床複合発電設備の構成図で、図１１と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００１６】
図１２において、大気５３を圧縮機３で圧縮し、燃焼用空気２２として流動床燃焼ボイラ１に搬入する。また、高温高圧である燃焼排ガス３２は膨張機２に流入し、膨張機２を駆動させ、発電機４により発電する。
【００１７】
この圧縮機３は膨張機２と同軸で接続されており、膨張機２の回転により回転駆動する。これ以降、圧縮機３と膨張機２の組合せをガスタービンとして扱う。膨張した燃焼排ガスはガス２５となり、排熱回収ボイラ１３に流入する。
【００１８】
なお、蒸気タービン５の作動流体に関しては前記常圧流動床複合発電設備と同じである。
【００１９】
ここで、図示していないが、前記常圧流動床複合発電設備と同様に、チャー２８や飛灰５１は充分高温であるため、これらに保有している熱を回収し、その回収熱で燃焼用空気２２を予熱後、系外に排出するようにすれば、発電効率を向上させることができる。
【００２０】
このような加圧流動床複合発電設備においては、ガスタービンと蒸気タービン５により発電しているので、前述の常圧流動床複合発電設備より発電効率を高くできる。
【００２１】
図１３は前述の加圧流動床複合発電設備を変形した高度加圧流動床複合発電設備の構成を示すもので、図１１，１２と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００２２】
図１３において、大気５３を圧縮機３で圧縮し、その圧縮空気５５の一部を流動床燃焼ボイラ１の燃焼用空気２２として流入させ、残りを乾留炉７へ乾留炉用空気５６として流入する。
【００２３】
この乾留炉７は例えば流動床方式の炉であり、石炭２７と脱硫剤３８を搬入する。この場合、乾留炉７には流動砂を流動媒体として追加してもよい。
【００２４】
乾留炉７では石炭２７を乾留炉用空気５６により部分酸化させ、乾溜反応により、炭素固体と乾留ガスになる。また、乾留炉用空気５６内にある気体状態の炭素分と石炭２７の燃焼で発生する気体状態の水分があるので、一酸化炭素と水素が発生する。この時、炭酸カルシウム等である脱硫剤３８は乾留ガス中の硫黄分と反応し、硫化カルシウム等の硫化物が発生する。
【００２５】
乾留炉７内において、石炭２７に含まれている未反応成分である二酸化珪素等が灰となって残るため、この灰と前記炭素固体と前記硫化物はチャー２１として、乾留炉７から流動床燃焼ボイラ１へ排出する。この場合、チャー２１に同伴して脱硫剤２７の一部も排出される。
【００２６】
この乾燥炉７で脱硫された乾留ガス２９は流出後、例えばフィルタやサイクロンからなる脱塵器８を通過し、乾留ガス３１になる。この場合、乾留ガス２９内にチャー２１と同じ成分である飛灰５２を煤塵として含有しているので、脱塵器８ではその煤塵を捕獲した後、系外に排出する。
【００２７】
さて、流動床燃焼ボイラ１に搬入されたチャー２１は燃焼用空気２２により流動しながら燃焼し、燃焼排ガス３０を発生する。この場合、流動床燃焼ボイラ１には流動砂を流動媒体として追加してもよい。
【００２８】
燃焼排ガス３０は流動床燃焼ボイラ１から流出後、例えばフィルタやサイクロンからなる脱塵器９を通過し、燃焼排ガス３２になる。また、燃焼排ガス３０内には、チャー２８と同じ成分である飛灰５１が煤塵として含有しているので、この煤塵は脱塵器９にて捕獲され、系外に排出する。
【００２９】
これら脱塵器８，９で煤塵が取除かれた乾留ガス３１と燃焼排ガス３２は、燃焼器１０に流入する。この燃焼器１０において、乾留ガス３１は燃料になる一酸化炭素と水素を充分に含有しており、燃焼排ガス３２には酸素が残留しているので、乾留ガス３１は燃焼し、燃焼排ガス２４が発生する。高温高圧である燃焼排ガス２４は膨張機２に流入して膨張機２を駆動させ、発電機４により発電する。
【００３０】
膨張した燃焼排ガス２４はガス２５となり、第1の排熱回収ボイラ１３に流入する。蒸気タービン５の作動流体に関しては前述の常圧流動床複合発電設備や加圧流動床複合発電設備と同じである。
【００３１】
この方式ではガスタービンと蒸気タービン５により発電し、前述の常圧流動床複合発電設備や前記加圧流動床複合発電設備より発電効率が高い。この場合、図示していないが、チャー２８や飛灰５１や飛灰５２は充分高温であるため、これらに保有している熱を回収し、回収熱で燃焼用空気２２又は乾留炉用空気５６を予熱した後、系外に排出することもできる。
【００３２】
このような高度加圧流動床複合発電設備においても、前述の常圧流動床複合発電設備や加圧流動床複合発電設備と同様に発電効率を向上させることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
前述した加圧流動床複合発電設備と高度加圧流動床複合発電設備には以下のような課題がある。
【００３４】
（１）加圧流動床複合発電設備では流動床燃焼ボイラ１内で、また高度加圧流動床複合発電設備では乾留炉７内で、脱硫工程を実施しているが、完全な脱硫はできない。したがって、硫黄分を含んだ燃焼排ガス３２，２４が膨張機２内に流入し、さらに膨張機２からの排ガス２５が第1の排熱回収ボイラ１３内を通過するため、硫酸による金属材料の腐食が次第に進んでいき、部品交換せざるを得なくなる。
【００３５】
よって、腐食を防止することが望まれている。
【００３６】
（２）加圧流動床複合発電設備では脱塵器９で、高度加圧流動床複合発電設備では脱塵器８，９で脱塵工程を実施しているが、完全な脱塵はできない。したがって、煤塵を含んだ燃焼排ガス３２，２４が膨張機２内を、排ガス２５が第1の排熱回収ボイラ１３内を通過するので、その構成機器やガス流路に煤塵が付着していく。
【００３７】
煤塵が膨張機２の翼表面等に付着するとタービン効率が低下し、第1の排熱回収ボイラ１３の伝熱管表面に付着すると伝熱性能が低下する。そのため、ガスタービンも蒸気タービン５も発電効率が低下し、全体の発電効率が低下する。したがって、定期的に部品交換または清掃をせざるを得なくなる。
【００３８】
よって、煤塵を流入させないことが望まれている。
【００３９】
（３）チャー２８や飛灰５１又は飛灰５２は充分高温であるため、燃焼用空気２２を予熱した後で系外に排出する構成の場合でも、高温であり、排出物と共に多量の熱エネルギが系外に排出されている。
【００４０】
例えば、前述した図１４のようにチャー２８から排熱回収する場合、チャー６１の温度は、仮に理想的な熱回収ができたとしても圧縮機３により温度上昇している燃焼用空気２２よりも低くならない上、現実的には粉体からの熱回収は難しく、実際には燃焼用空気２２の温度より充分に高い温度までしかチャー６１は冷却できないため、回収される熱量に制約がある。排熱回収を実施する構成であっても、系外に排出される熱量は充分に大きい。飛炭５１，５２から排熱回収する構成も、チャ-２８と同様であり、系外に排出される熱量は充分大きい。この排出熱量を減らせば、第１の排熱回収ボイラでの回収熱量が増加し、蒸気タービン５での発電量が増える。回収熱で燃焼用空気２２を予熱している構成の場合は、ガスタービンの発電効率が増える。即ち、全体の発電効率が増加する。
【００４１】
よって、系外に無駄に排出される熱量を減らすことが望まれている。
【００４２】
（４）チャー２８、チャー２１、飛灰５１、飛灰５２は粉体であるため、気体や液体と異なり、搬送が容易ではない。このような粉体の搬送方式として、スクリュ搬送機による搬送や、気体に随伴させての搬送や、水と混合してスラリ状にさせて行う搬送等があるが、粉体による詰まりが発生し易く、また搬送機に高温対策が必要な場合もある。
【００４３】
よって、搬送する粉体の量を減らして、粉体搬送それも高温紛体に関する運用性を向上させることが望まれている。
【００４４】
（５）チャー２８や飛灰５１又は飛灰５２は充分高温であるため、保有している熱を回収し、その回収熱で燃焼用空気２２を予熱してから、系外に排出することが望ましいが、この燃焼用空気の予熱は粉体と空気との熱交換であることから容易ではない。
【００４５】
また、燃焼用空気との熱交換器として、スクリュ搬送機を空気流路で囲んだ熱交換器や、気体で攪拌しながら空気配管に接触させる熱交換器や、水と混合してスラリ状にさせて流通させる熱交換器等があるが、粉体は気体や液体と異なり接触面積が小さいことや対流伝熱がない等のため、いずれも伝熱量は確保しにくく、また粉体の詰まりにより搬送の信頼性を確保しにくい。
【００４６】
よって、排熱回収する紛体の量を減らして、粉体を扱う熱交換器の運用性を向上させることが望まれている。
【００４７】
（６）図示していないが、圧縮機３に大気５３を流入させる直前にダストを除去する吸気フィルタを設置している。しかし、除去しきれなかったダストが圧縮機３や膨張機２の翼表面や、排熱回収ボイラ１３の空気側伝熱面に付着していくため、圧縮機３や膨張機２は性能低下し、排熱回収ボイラ１３は伝熱性能が低下する要因となり、また定期的に部品交換又は清掃をせざるを得なくなる。
【００４８】
よって、大気からのダストを流入させないことが望まれている。
【００４９】
（７）圧縮機３に大気５３を流入させる直前にダストを除去する目的で設けられる図示しない吸気フィルタには圧損があるため、その分、圧縮機３の出口圧力は低く、ガスタービンサイクルの効率は下がっている。特に、ダストで目詰まりしつつある吸気フィルタは大きく効率を下げる。
【００５０】
よって、吸気フィルタの圧損をなくすことが望まれている。
【００５１】
（８）既存の常圧流動床複合発電設備を発電効率のより高いガスタービン発電を加えた流動床複合発電設備に改造したくても、加圧流動床複合発電設備に改造するには、流動床燃焼ボイラ１は高圧に耐える構造でなくてはならないため、常圧流動床複合発電設備に用いる流動床燃焼ボイラ１をそのまま流用できない。常圧流動床複合発電設備に用いる流動床燃焼ボイラ１を流用しながら、発電効率のより高い流動床複合発電設備に改造したい。
【００５２】
（９）そもそも発電設備として、発電効率をより向上させることが望まれている。
【００５３】
本発明は、上記のような問題を解消して膨張機や排熱回収ボイラの腐食や煤塵の付着をなくして、劣化による部品交換を不要にし、且つ清掃頻度を最小にして発電効率を向上させることができる流動床複合発電システム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】
【００５４】
本発明は、上記の目的を達成するため、次のような手段により流動床複合発電システムを構成するものである。
【００５５】
請求項１に対応する発明は、流動床燃焼炉と、この流動床燃焼炉の発生熱を熱源とする作動流体により駆動する圧縮機及び膨張機からなるガスタービンと、このガスタービンの前記膨張機からの排熱と前記流動床燃焼炉の発生熱の少なくとも一方を熱源とする作動媒体により駆動する蒸気タービンとを備え、前記ガスタービンと前記蒸気タービンで発電を行う流動床複合発電システムにおいて、前記流動床燃焼炉の排ガスにより前記ガスタービンの膨張機の作動流体を加熱する気体加熱器を設け、この気体加熱器で加熱された作動流体を前記ガスタービンの膨張機に前記流動床燃焼炉の燃焼排ガスを含有しない気体として流入する。
【００５６】
請求項２に対応する発明は、固体燃料の部分ガス化を行う乾留炉と、この乾留炉で発生した燃料固体を燃焼させる流動床燃焼炉と、前記乾留炉で発生した燃料ガスを燃焼させる燃焼器と、この燃焼器の燃焼排ガスと前記流動床燃焼炉の燃焼排ガスの少なくとも一方を熱源とする作動流体により駆動する圧縮機及び膨張機からなるガスタービンと、このガスタービンの前記膨張機からの排熱と前記流動床燃焼炉の発生熱の少なくとも一方を熱源とする作動媒体により駆動する蒸気タービンとを備え、前記ガスタービンと前記蒸気タービンで発電を行う流動床複合発電システムにおいて、前記燃焼器の燃焼排ガス及び流動床燃焼炉の排ガスの少なくとも一方により前記ガスタービンの膨張機の作動流体を加熱する気体加熱器を設け、この気体加熱器で加熱された作動流体を前記ガスタービンの膨張機に前記流動床燃焼炉の燃焼排ガスを含有しない気体として流入する。
【００５７】
請求項３に対応する発明は、請求項１に対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、脱硫剤を前記流動床燃焼炉に搬入せず、前記気体加熱器より下流側の燃焼排ガスの流路に脱硫剤を搬入する。
【００５８】
請求項４に対応する発明は、請求項２に対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、脱硫剤を前記乾留炉に搬入せず、前記気体加熱器より下流側の燃焼排ガスの流路に脱硫剤を搬入する。
【００５９】
請求項５に対応する発明は、請求項１乃至請求項４の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記流動床燃焼炉から排出される固体から熱回収する熱交換器を具備する。
【００６０】
請求項６に対応する発明は、請求項１乃至請求項５の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記流動床燃焼炉から排出される排ガスから回収した飛灰から熱回収する熱交換器を具備する。
【００６１】
請求項７に対応する発明は、請求項２又は請求項４に対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記乾留炉から排出される排ガスから回収した飛灰から熱回収する熱交換器を具備する。
【００６２】
請求項８に対応する発明は、請求項１、請求項３、請求項５、請求項６の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記ガスタービンの排ガスから熱回収し、前記蒸気タービンの作動媒体を加熱する第１の排熱回収ボイラと、前記流動床燃焼器の燃焼排ガスから熱回収し、前記蒸気タービンの作動媒体を加熱する第２の排熱回収ボイラとを設ける。
【００６３】
請求項９に対応する発明は、請求項２、請求項４、請求項５乃至請求項７の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記ガスタービンの排ガスから熱回収し、前記蒸気タービンの作動媒体を加熱する第1の排熱回収ボイラと、前記燃焼器の燃焼排ガスから熱回収し、前記蒸気タービンの作動媒体を加熱する第２の排熱回収ボイラを設ける。
【００６４】
請求項１０に対応する発明は、請求項１乃至請求項９の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記ガスタービンの圧縮機により圧縮した気体の一部を前記流動床燃焼炉に搬入する。
【００６５】
請求項１１に対応する発明は、請求項１乃至請求項９の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記流動床燃焼炉が常圧流動床燃焼炉であり、前記ガスタービンの圧縮機により圧縮した気体を前記流動床燃焼炉に搬入しない。
【００６６】
請求項１２に対応する発明は、請求項１０に対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記ガスタービンの排気を冷却した後、前記圧縮機入口に流入する気体の一部とする。
【００６７】
請求項１３に対応する発明は、請求項１乃至請求項１１の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記圧縮機が圧縮した気体の全量を冷却した後、前記ガスタービンの膨張機の作動流体とし、前記ガスタービンの排気の全量を前記圧縮機に流入する気体とする。
【００６８】
請求項１４に対応する発明は、請求項１３に対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記ガスタービンの膨張機の作動流体を空気よりも前記ガスタービンの発電効率を高くし得る気体、または伝熱性能を高くし得る気体とする。
【００６９】
請求項１５に対応する発明は、請求項１乃至請求項１１の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記気体加熱器で加熱された空気を助燃用燃料を助燃用燃焼器に流入させ燃焼反応を行い、前記助燃用燃焼器の燃焼排ガスを前記ガスタービンの膨張機に流入させ、前記ガスタービンの膨張機の作動流体とする。
【００７０】
請求項１６に対応する発明は、請求項１乃至請求項１５の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記気体加熱器がセラミック製である。
【００７１】
請求項１７に対応する発明は、請求項１乃至請求項１６の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記流動床燃焼炉あるいは前記乾留炉の燃料を石炭とする。
【００７２】
請求項１８に対応する発明は、請求項１乃至請求項１６の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記流動床燃焼炉あるいは前記乾留炉の燃料を産業廃棄物あるいは一般廃棄物とする。
【発明の効果】
【００７３】
本発明は、膨張機や排熱回収ボイラの腐食や煤塵の付着をなくして、発電性能の劣化をなくし、かつ部品交換を不要にし、清掃頻度を最小にすることができる。また、系外に排出される熱量を低減することなどにより発電効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７４】
以下本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００７５】
図１は本発明による流動床複合発電システムの第１の実施形態を示す構成図で、図１２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【００７６】
図１に示すように流動床燃焼ボイラ１に石炭２７と脱硫剤３８を供給すると共に、送風機１８にて大気１９を吸込み、燃焼用空気２０として流入させると共に、この流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３０を脱塵器９にて飛灰５１を除去した後、燃焼排ガス３３として例えばセラミック製の気体加熱器１１に流入する。また、圧縮機３から排出された圧縮空気２３を気体加熱器１１に流入し、燃焼排ガス３３により加熱されて加熱空気２４となり、膨張器２に流入する。
【００７７】
この膨張器２の排ガス２５は第1の排熱回収ボイラ１３に流入し、蒸気タービン５の作動流体を加熱する。また、燃焼排ガス３３は気体加熱器１１を通過し、燃焼排ガス３４となって第２の排熱回収ボイラ１２に流入し、蒸気タービン５の作動流体を加熱する。
【００７８】
気体加熱器１１を通過した燃焼排ガス３４は第２の排熱回収ボイラ１２を流出し、燃焼排ガス３５となって、脱塵器１７に入る。この脱塵器１７は例えばフィルタやサイクロン又は電気集塵機であり、飛灰４０を除去するものである。
【００７９】
第２の排熱回収ボイラ１２を通過した燃焼排ガス３５は脱塵器１７を通過し、燃焼排ガス３７となり、また膨脹機２からの排ガス２５は第1の排熱回収ボイラ１３を通過して排ガス２６となり、これら燃焼排ガス３７と排ガス２６は合流し、排気５７となって大気に放出される。
【００８０】
一方、第１の排熱回収ボイラ１３は、膨張機２の排ガス２５から熱回収し、蒸気タービン５の作動媒体、即ちポンプ１４により送られてくる水４１を伝熱管により加熱して水と蒸気４２とし、その一部の水と蒸気４３を第２の排熱回収ボイラ１２に流入させ、残りの水と蒸気４６はさらに伝熱管で加熱された水と蒸気４５となる。
【００８１】
また、第２の排熱回収ボイラ１２は、流動床燃焼ボイラ1の燃焼排ガス３３が気体加熱器１１を通して流入する排ガス３４から熱回収し、第１の排熱回収ボイラ１３より流入する水と蒸気４３を伝熱管により加熱し、その水と蒸気４４を上記第１の排熱回収ボイラ１３より流出する水と蒸気４５と合流させて流動床燃焼炉１に水と蒸気４７として流入する構成としている。
【００８２】
その他の構成については、図１２と同じである。
【００８３】
このような構成の流動床複合発電システムにおいて、ガスタービンの圧縮機３に大気５３を流入させ、この圧縮機３より流出する圧縮空気２３を気体加熱器１１に流入させ、またこの気体加熱器１１に流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３０を脱塵器９にて飛灰５１を除去した後、燃焼排ガス３３として流入させ、この燃焼排ガス３３で圧縮空気２３を加熱してガスタービンの膨脹機２に流入させるようにしたので、流動床燃焼ボイラ1の燃焼排ガス３３が膨張機２の作動流体に混入することはない。
【００８４】
したがって、膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３に硫黄分が流通しないので、金属材料が腐食することがなくなり、膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３を腐食によって交換する必要がなくなる。
【００８５】
また、膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３に煤塵が流通しないので、膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３に煤塵が付着することがなくなる。このことにより、ガスタービンも蒸気タービン５も発電効率が低下することがなく、また膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３の清掃頻度も大きく低減できる。
【００８６】
さらに、気体加熱器１１を金属製とすると、腐食により交換する必要があるが、この気体加熱器１１をセラミック製とすることで、腐食することがなく、部品交換が不要になる。
【００８７】
気体加熱器１１を通過するガス３３と空気２３の差圧は小さいので、強度的にも支障はない。
【００８８】
一方、膨張機２の排ガス２５は第１の排熱回収ボイラ１３に流入し、流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３３は第２の排熱回収ボイラ１２に流入してボイラ伝熱管内の水４１を加熱して熱回収するとともに、膨張機２の排ガス２５を流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３３の両方から熱回収しているので、系内の燃焼熱を有効に回収することができ、蒸気タービン５の発電量を増大することができる。
【００８９】
また、第１の排熱回収ボイラ１３の熱源となる膨張機２の排ガス２５と第２の排熱回収ボイラ１２の熱源となる流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３３とは混合しないので、第１の排熱回収ボイラ１３を流通する高温ガス２５に硫黄分が混入することはない。また、第２の排熱回収ボイラ１２は腐食しないように排ガス３５の温度が酸露点温度以下にならないように熱回収量を抑えなければならないが、第１の排熱回収ボイラ１３は腐食しないので、より低い排ガス２６の温度になるまで熱回収できる。
【００９０】
したがって、膨張機２の排ガス２５と流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３３が混合するような排熱回収の構成の場合よりも、熱回収量が大きくなり、蒸気タービン５の発電量が大きくできる。
【００９１】
従来のシステムと比較すると、膨張機２の作動ガス２４の温度が低くなり、圧縮機３の動力と送風機１８の動力の和は増加するが、合計のシステム発電量は増加し、発電効率を向上させることができる。
【００９２】
図２は本発明による流動床複合発電システムの第２の実施形態を示す構成図で、図１及び図１２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【００９３】
第２の実施形態では、図２に示すように第２の排熱回収ボイラ１２の下流に脱硫剤３８が搬入される脱硫器１６を設け、この脱硫器１６で脱硫反応により発生する硫酸化物３９を排出した燃焼排ガス３６を脱塵器１７に流入し、この脱塵器１７で飛灰４０が除去された燃焼排ガス３７を第１の排熱回収ボイラ１３より流出する排ガス２６と合流させて外部に排気５７として排出するようにしたものである。
【００９４】
このような構成の流動床複合発電システムにおいて、膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３が腐食しない構成では、流動床燃焼炉１の燃焼排ガス３０が大気に放出される前に脱硫されればよいので、気体加熱器１１より下流側で脱硫されても支障はない。
【００９５】
本実施形態では、脱硫剤３８の搬入位置が気体加熱器１１より下流側になるので、流動床燃焼ボイラ１の底部から排出されるチャー２８や脱塵器９から排出される飛灰５１は、脱硫反応と酸化反応により発生する硫酸化物や余剰の脱硫剤３８がないので、その分少量になる。
【００９６】
ところで、流動床燃焼ボイラ１より排出されるチャー２８や脱塵器９より排出される飛灰５１から排熱回収して、例えば燃焼用空気２０を加熱する場合、チャー２８や飛灰５１が元々の燃焼用空気２０の温度より低い温度になるまでしか排熱回収できない。
【００９７】
前述した図１４に示すように熱交換器６２によりチャー２８から排熱回収する場合、チャー６１の温度は、仮に理想的な熱回収ができたとしても圧縮機３により温度上昇している燃焼用空気２０よりも低くならない上、現実的には粉体からの熱回収は難しく、実際には燃焼用空気２０の温度より充分に高い温度までしかチャー６１は冷却できないため、回収される熱量に制約がある。
【００９８】
よって、排熱回収後のチャー２８や飛灰５１の温度は、流量によらず同じであり、排出物に伴って系外に排出される熱量はチャー２８や飛灰５１が少量になるほど小さくなる。また、より下流である位置で硫酸化物３９を排出することになるので、第２の排熱回収ボイラ１２で排熱回収され、温度がより低い状態になっている燃焼排ガス３５により加熱された硫酸化物３９は、より温度が低くなっている。
【００９９】
これらの理由から、排出物に伴って系外に排出している熱量が、このチャー２８や飛灰５１が燃焼用空気２０を予熱した後で系外に排出している構成であるか否かにかかわらず、低減される。
【０１００】
また、排出熱量の低減により、第１の排熱回収ボイラ１３での回収熱量が増加し、蒸気タービン５での発電量が増える。燃焼用空気２０を予熱している構成の場合は、ガスタービンの発電量が増える。即ち、全体の発電効率が増加する。
【０１０１】
さらに、粉体であるチャー２８、飛灰５１の量が減ったことにより、粉体搬送それも高温粉体搬送に関する運用性が向上する。粉体であるチャー２８、飛灰５１から排熱回収して燃焼用空気２０を予熱する構成の場合、粉体であるチャー２８、飛灰５１の量が減ったことにより、燃焼用空気２０を予熱する熱交換器の運用性が向上する。
【０１０２】
また、燃焼排ガス３３の温度はより高くなるので、気体加熱器１１で加熱された空気２４の温度もより高くなり、ガスタービンによる発電量が増えることから、全体の発電効率が向上する。
【０１０３】
図３は本発明による加圧流動床複合発電システムの第３の実施形態を示す構成図で、図２及び図１２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【０１０４】
第３の実施形態では、図３に示すように圧縮機３より排出した圧縮空気５５の一部を気体加熱器１１に流入する圧縮空気２３とし、残りを流動床燃焼ボイラ１に燃焼用空気２２として流入させるようにしたものである。
【０１０５】
このような構成とすれば、第１及び第２の実施形態と同様の作用効果が得られることに加えて、圧縮機３により燃焼用空気２２を流動床燃焼ボイラ１に搬送できるので、別途に送風機を設ける必要がない。
【０１０６】
図４は本発明による加圧流動床複合発電システムの第４の実施形態を示す構成図で、図３及び図１２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【０１０７】
第４の実施形態では、図４に示すように第1の排熱回収ボイラ１３の排ガス２６を大気に放出せず、大気５３と合流させて、圧縮機３の吸込み空気５４として流入させるようにして半閉サイクルを構成したものである。この場合、大気５３と燃焼用空気２２は同じ質量流量である。
【０１０８】
このような構成の加圧流動床複合発電システムにおいて、圧縮機２として、同じ圧縮機を使用した場合は、入口ガス２４の温度は大気より高くなる影響で、吸込み質量流量が減少する。この吸込み質量流量が減少した分、圧縮機２の動力は減るが、膨張機３の仕事が減少し、また定格運転条件とのずれが大きく、圧縮機効率も低くなるので、ガスタービンの発電量は低下する。
【０１０９】
しかし、圧縮機２として入口ガス２４の条件に合わせた圧縮機を用いれば、吸込み質量流量が低下することはなく、また圧縮機効率も大きくは低くならない。
【０１１０】
さて、第1の排熱回収ボイラ１３の排ガス２６が大気に放出される際に大気に捨てていた熱量が、系外に排出されないので、蒸気タービン５の発電量が低下する。この時、膨張機２の排ガス２５の温度が高くなるため、第1の排熱回収ボイラ１３の回収熱量が増えている。したがって、全ての差引きの発電量は増加し、全体の発電効率は向上する。
【０１１１】
図５は本発明による流動床複合発電システムの第５の実施形態を示す構成図で、図２及び図１２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【０１１２】
第５の実施形態では、図５に示すように第１の排熱回収ボイラ１３の排ガス２６を大気に放出せず、圧縮機３に吸込み空気として流入させるようにして閉サイクルを構成したものである。
【０１１３】
このような構成の流動床複合発電システムとすれば、第２の実施形態と同様の作用効果が得られることに加え、次のような作用効果を得ることができる。
【０１１４】
従来では圧縮機３直前に大気５３からダストを除去する吸気フィルタを設置していても、除去しきれなかったダストが圧縮機３に付着すると、圧縮機３や膨張機２の性能が低下するが、本実施形態では閉サイクル構成となっているため、空気流路にダストが吸込まれるようなことがない。
【０１１５】
従って、圧縮機３や膨張機２の性能劣化はなく、また気体加熱器１１や第1の排熱回収ボイラ１３の空気側伝熱面へのダスト付着による伝熱性能の劣化をなくすことができる。
【０１１６】
また、圧縮機３や膨張機２や、気体加熱器１１や第1の排熱回収ボイラ１３の空気流路側に関する清掃頻度も低減できる。また、吸気フィルタが不要になり、設置しないことにより圧損がなくなり、その分、圧縮機３の出口圧力は高くなり、ガスタービンサイクルの効率を上げることができる。
【０１１７】
図６は本発明による流動床複合発電システムの第６の実施形態を示す構成図で、図２及び図１２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【０１１８】
第６の実施形態では、図６に示すように気体加熱器１１で加熱された空気２４と助燃用燃料５９を助燃用燃焼器５８に流入させ、この助燃用燃料５９で空気２４を燃焼用空気として燃焼することで発生する燃焼排ガス６３を膨張機２に流入させて、膨張機２を回転駆動するようにしたものである。
【０１１９】
このような構成とすれば、前述した第２の実施形態と同様の作用効果が得られることに加えて、次のような作用効果を得ることができる。
【０１２０】
助燃によりガスタービンの出力が増加するので、全体の発電量として占めるガスタービンの発電量を増すことができる。また、ガスタービンの発電効率が蒸気タービン５の発電効率より高いため、全体の発電効率を向上させることができる。この場合、助燃燃料５９は硫黄分を含まない燃料とすることで、膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３、或いは助燃用燃焼器５８で発生する燃焼排ガス６３の流路が腐食するようなことはない。
【０１２１】
図７は本発明による流動床複合発電システムの第７の実施形態を示す構成図で、図１３と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【０１２２】
図７に示すように大気１９を送風機１８にて空気２０として搬送し、この空気２０の一部を乾留炉用空気５６として乾留炉７に流入し、残りを燃焼用空気２２として流動床燃焼ボイラ1に流入する。この乾留炉７には石炭２７が搬入され、乾留炉７から排出されたチャー２１を流動床燃焼ボイラ１に挿入すると共に、乾留ガス２９は脱塵器８にて飛灰５２を除去した後、乾留ガス３１として燃焼器１０に流入する。
【０１２３】
また、流動床燃焼ボイラ1から排出された燃焼排ガス３０から脱塵器９にて飛灰５１を除去した後、燃焼排ガス３２として燃焼器１０に流入する。
【０１２４】
この燃焼器１０から排出される燃焼排ガス３３は気体加熱器１１に流入する。また、圧縮機３から排出された圧縮空気２３を気体加熱器１１に流入し、燃焼排ガス３３により加熱されて加熱空気２４となり、膨張器２に流入する。
【０１２５】
この膨張器２の排ガス２５は第1の排熱回収ボイラ１３に流入し、蒸気タービン５の作動流体を加熱する。また、燃焼器１０からの燃焼排ガス３３は気体加熱器１１を通過し、燃焼排ガス３４となって第２の排熱回収ボイラ１２に流入し、蒸気タービン５の作動流体を加熱する。
【０１２６】
気体加熱器１１を通過した燃焼排ガス３４は第２の排熱回収ボイラ１２より排出され、燃焼排ガス３５となって脱硫器１６に入る。この脱硫器１６には脱硫剤３８が搬入され、この脱硫器１６で燃焼排ガス３５から脱硫反応により発生する硫酸化物３９を排出した燃焼排ガス３６を例えばフィルタやサイクロン又は電気集塵機等の脱塵器１７に流入し、この脱塵器１７で飛灰４０が除去された燃焼排ガス３７を第１の排熱回収ボイラ１３より流出する排ガス２６と合流させて外部に排気５７として排出する。
【０１２７】
一方、第１の排熱回収ボイラ１３は、膨張機２の排ガス２５から熱回収し、蒸気タービン５の作動媒体、即ちポンプ１４により送られてくる水４１を伝熱管により加熱して水と蒸気４２とし、その一部の水と蒸気４３を第２の排熱回収ボイラ１２に流入させ、残りの水と蒸気４６はさらに伝熱管で加熱された水と蒸気４５となる。
【０１２８】
また、第２の排熱回収ボイラ１２は、流動床燃焼ボイラ1の燃焼排ガス３３が気体加熱器１１を通して流入する排ガス３４から熱回収し、第１の排熱回収ボイラ１３より流入する水と蒸気４３を伝熱管により加熱し、その水と蒸気４４を上記第１の排熱回収ボイラ１３より流出する水と蒸気４５と合流させて流動床燃焼炉１に水と蒸気４７として流入する構成としている。
【０１２９】
その他の構成については、図１３と同じである。
【０１３０】
このような構成の流動床複合発電システムにおいて、ガスタービンの圧縮機３に大気５３を流入することで、この圧縮機３より流出する圧縮空気２３を気体加熱器１１に流入させ、また燃焼器１０の燃焼排ガス３３を気体加熱器１１に流入させ、この気体加熱器１１で圧縮機３から排出された圧縮空気２３を燃焼器１０の燃焼排ガス３３により加熱し、加熱空気２４として膨張器２に流入させるようにしたので、燃焼器１０の燃焼排ガス３３に含有する硫黄分が膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３に混入することはない。
【０１３１】
したがって、金属材料が腐食することがなくなるので、膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３を腐食によって交換する必要がなくなる。
【０１３２】
また、膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３に煤塵が流通しないので、膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１４に煤塵が付着することがなくなる。このことにより、ガスタービンも蒸気タービン５も発電効率が低下することがなく、また膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３の清掃頻度も大きく低減できる。
【０１３３】
さらに、気体加熱器１１を金属製とすると、腐食により交換する必要があるが、この気体加熱器１１をセラミック製とすることで、腐食することがなく、部品交換が不要になる。
【０１３４】
しかも、気体加熱器１１を通過するガス３３と空気２３の差圧は小さいので、強度的にも支障はない。
【０１３５】
一方、膨張機２の排ガス２５は第１の排熱回収ボイラ１３に流入し、流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３３は第２の排熱回収ボイラ１２に流入してボイラ伝熱管内の水４１を加熱して熱回収するようにしているので、膨張機２の排ガス２５と流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３３の両方から熱回収しているので、系内の燃焼熱を有効に回収することができ、蒸気タービン５の発電量を増大することができる。
【０１３６】
また、第１の排熱回収ボイラ１３の熱源となる膨張機２の排ガス２５と第２の排熱回収ボイラ１２の熱源となる流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３３とは混合しないので、第１の排熱回収ボイラ１３を流通する高温ガス２５に硫黄分が混入することはない。また、第２の排熱回収ボイラ１２は腐食しないように排ガス３５の温度が酸露点温度以下にならないように熱回収量を抑えなければならないが、第１の排熱回収ボイラ１３は腐食しないので、より低い排ガス２６の温度になるまで熱回収できる。
【０１３７】
したがって、膨張機２の排ガス２５と流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３３が混合するような排熱回収の構成の場合よりも、熱回収量が大きくなり、蒸気タービン５の発電量が大きくできる。
【０１３８】
従来のシステムと比較すると、膨張機２の作動ガス２４の温度が燃焼排ガス３３より低い温度まで低くなり、圧縮機３の動力と送風機１８の動力の和は増加するが、合計のシステム発電量は増加し、発電効率を向上させることができる。
【０１３９】
このように膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３が腐食しない構成では、流動床燃焼ボイラ１から排出される燃焼排ガス３０や乾留炉７から排出される乾留ガス２９、或いは燃焼器１０から排出される燃焼排ガス３３は、大気に放出される前に脱硫されればよいので、気体加熱器１１より下流で脱硫されても支障はない。
【０１４０】
また、脱硫剤３８の搬入位置が気体加熱器１１より下流側になるので、流動床燃焼ボイラ１の底部から排出するチャー２８や脱塵器８，９で除去される飛灰５１，５２は、脱硫反応と酸化反応により発生する硫酸化物や余剰の脱硫剤３８がないので、その分少量になる。
【０１４１】
ところで、チャー２８や飛灰５１，５２から排熱回収する場合は、例えば燃焼用空気２２を加熱するが、チャー２８や飛灰５１，５２が元々の燃焼用空気２０の温度より低い温度になるまでしか排熱回収できない。
【０１４２】
前述した図１４に示すように熱交換器６２によりチャー２８から排熱回収する場合、チャー６１の温度は、仮に理想的な熱回収ができたとしても圧縮機３により温度上昇している燃焼用空気２２よりも低くならない上、現実的には粉体からの熱回収は難しく、実際には燃焼用空気２２の温度より充分に高い温度までしかチャー６１は冷却できないため、回収される熱量に制約がある。
【０１４３】
チャー２８や飛灰５１，５２から排熱回収する場合は、例えば燃焼用空気２０を加熱するが、チャー２８や飛灰５１，５２が元々の燃焼用空気２０の温度より低い温度になるまでしか排熱回収できないので、排熱回収後のチャー２８や飛灰５１，５２の温度は、流量によらず同じであり、排出物と共に系外に排出される熱量はチャー２８や飛灰５１，５２が少量になるほど小さくなる。
【０１４４】
また、空気加熱器１１より下流側で第２の排熱回収ボイラ１２の排出側に設けられた脱硫器１６により硫酸化物３９を排出することになるので、排熱回収されて温度がより低い状態になっている燃焼排ガス３５により加熱された硫酸化物３９は、より温度が低くなっている。
【０１４５】
これらの理由から、排出物と共に系外に排出している熱量が、このチャー２８や飛灰５１，５２が燃焼用空気２２を予熱した後で系外に排出している構成であるか否かにかかわらず、低減される。
【０１４６】
また、排出熱量の低減により、第1の排熱回収ボイラ１３での回収熱量が増加し、蒸気タービン５での発電量が増える。燃焼用空気２２を予熱している構成の場合は、ガスタービンの発電量が増える。即ち、全体の発電効率が増加する。
【０１４７】
さらに、流動床炉１から排出される粉体であるチャー２８及び乾留炉７から排出される粉体であるチャー２１、脱塵器９，８により取除かれる飛灰５１，５２の量が減る。なお、チャー２１は脱硫反応で発生する硫化物が全くなくなるので、石炭２７の灰分のみに減ったことにより、粉体搬送それも高温粉体搬送に関する運用性が向上する。
【０１４８】
また、前述した粉体であるチャー２８、チャー２１、飛灰５１、飛灰５２から排熱回収し燃焼用空気２０を予熱する構成の場合、粉体であるチャー２８、チャー２１、飛灰５１、飛灰５２の量が減ったことにより、燃焼用空気２２を予熱する熱交換器の運用性が向上する。
【０１４９】
さらに、脱硫器１６を通過した燃焼排ガス３６の温度はより高くなるので、気体加熱器１１で加熱された空気２４の温度もより高くなり、ガスタービンによる発電量が増えることでも、全体の発電効率が向上する。
【０１５０】
因みに、乾留炉７から排出されるチャー２１と脱塵器８から排出される飛灰５２の合計重量は６％減少し、流動床燃焼ボイラ１から排出されるチャー２８と飛灰５１の合計重量は６３％減少し、ＨＨＶ換算の送電端効率が４６．２％から４６．４％に向上した試算例もある。
【０１５１】
図８は本発明による高度加圧流動床複合発電システムの第８の実施形態を示す構成図で、図７及び図１３と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【０１５２】
第８の実施形態では、圧縮機３より排出した圧縮空気５５の一部を気体加熱器１１に圧縮空気２３として流入させ、残りを流動床燃焼ボイラ１と乾留炉７に燃焼用空気２２，５６として流入させるようにしたものである。
【０１５３】
このような構成とすれば、第７の実施形態と同様の作用効果に加えて、圧縮機３により燃焼用空気２２を流動床燃焼ボイラ１に搬送できるので、別途に送風機を設ける必要がない。
【０１５４】
図９は本発明による高度加圧流動床複合発電システムの第９の実施形態を示す構成図で、図８及び図１３と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【０１５５】
第９の実施形態では、第１の排熱回収ボイラ１３の排ガス２６を大気に放出せず、大気５３と合流させて、圧縮機３に吸込み空気５４として流入させるようにして半閉サイクルを構成したものである。
【０１５６】
このような構成の高度加圧流動床複合発電システムにおいても、第８の実施形態と同様の作用効果が得られることに加えて、次のような作用効果を得ることができる。
【０１５７】
圧縮機２として、同じ圧縮機を使用した場合は、入口ガス２４の温度は大気より高くなる影響で、吸込み質量流量が減少する。この吸込み質量流量が減少した分、圧縮機２の動力は減るが、膨張機３の仕事が減少し、また定格運転条件とのずれが大きく、圧縮機効率も低くなるので、ガスタービンの発電量は低下する。
【０１５８】
しかし、圧縮機２として入口ガス２４の条件に合わせた圧縮機を用いれば、吸込み質量流量が低下することはなく、また圧縮機効率も大きくは低くならない。
【０１５９】
さて、第1の排熱回収ボイラ１３の排ガス２６が大気に放出される際に大気に捨てていた熱量が、系外に排出されないので、蒸気タービン５の発電量が低下する。この時、膨張機２の排ガス２５の温度が高くなるため、第1の排熱回収ボイラ１３の回収熱量が増えている。したがって、全ての差引きの発電量は増加し、全体の発電効率は向上する。
【０１６０】
図１０は本発明による流動床複合発電システムの第１０の実施形態を示す構成図で、図７及び図１３と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【０１６１】
第１０の実施形態では、第１の排熱回収ボイラ１３の排ガス２６を大気に放出せず、圧縮機３に流入させるようにして閉サイクルを構成したものである。
【０１６２】
このような構成の流動床複合発電システムにおいても、第７の実施形態と同様の作用効果が得られることに加え、次のような作用効果を得ることができる。
【０１６３】
第４の実施形態と同様の作用効果があり、ＨＨＶ基準の送電端効率が０．１ポイント弱、向上した試算例もある。さらに、次のような作用効果も得ることができる。
【０１６４】
従来では圧縮機３直前に大気５３からダストを除去する吸気フィルタを設置していても、除去しきれなかったダストが圧縮機３に付着すると、圧縮機３や膨張機２の性能が低下するが、本実施形態では閉サイクル構成となっているため、空気流路にダストが吸込まれるようなことがない。
【０１６５】
従って、圧縮機３や膨張機２の性能劣化はなく、また気体加熱器１１や第1の排熱回収ボイラ１３の空気側伝熱面へのダスト付着による伝熱性能の劣化をなくすことができる。
【０１６６】
また、圧縮機３や膨張機２や、気体加熱器１１や第1の排熱回収ボイラ１３の空気流路側に関する清掃頻度も低減できる。また、吸気フィルタが不要になり、設置しないことにより圧損がなくなり、その分、圧縮機３の出口圧力は高くなり、ガスタービンサイクルの効率を上げることができる。
【０１６７】
ガスタービンサイクルが閉サイクルの場合、作動流体は大気と同じ空気である必要はない。例えばヘリウムを用いたり、複数気体の混合気体を用いてもよい。さらに、圧縮機３や膨張機２を含むガスタービンサイクルの作動流体を、空気よりもガスタービン発電効率を高くし得る気体、または伝熱効率を高くし得る気体とすると、ガスタービン効率が向上し、全体の発電効率が向上する。
【０１６８】
前述した各実施形態では、石炭２７を流動床燃焼ボイラ１や乾留炉７を組込んだ流動床複合発電システムの燃料とすることで、埋蔵量が多い資源による発電が可能である。
【０１６９】
また、流動床燃焼ボイラ１や乾留炉７を組込んだ流動床複合発電システムにおいて、燃料として石炭でなく、一般廃棄物あるいは産業廃棄物とすることもできる。一般廃棄物あるいは産業廃棄物を燃料とすることで、人類が発生する廃棄物による発電が可能である。
【０１７０】
なお、図１１に示す既存の常圧流動床複合発電設備を、ガスタービン発電を加えた発電設備に改造する場合、高圧に耐える構造の流動床燃焼ボイラ１に入換えて加圧流動床発電設備に改造しなくても、常圧用の流動床燃焼ボイラ１をそのまま流用することで、図２に示すような常圧用の流動床複合発電設備の構成が実現できる。即ち、流動床燃焼ボイラ１を入換えることなく、発電効率のより高い流動床複合発電設備に改造できる。
【０１７１】
また、図１１に示す既存の常圧流動床複合発電設備を、乾留炉７とガスタービン発電機を加えた発電設備に改造する場合、高圧に耐える構造の流動床燃焼ボイラ１に入れ換えることなく、常圧用の流動床燃焼ボイラ１をそのまま流用して、図７に示すような高度圧力流動床複合発電設備の構成が実現できる。即ち、流動床燃焼ボイラ１を入換えることなく、発電効率のより高い流動床複合発電設備に改造できる。
【図面の簡単な説明】
【０１７２】
【図１】本発明による流動床複合発電システムの第１の実施形態を示す構成図。
【図２】本発明による流動床複合発電システムの第２の実施形態を示す構成図。
【図３】本発明による流動床複合発電システムの第３の実施形態を示す構成図。
【図４】本発明による流動床複合発電システムの第４の実施形態を示す構成図。
【図５】本発明による流動床複合発電システムの第５の実施形態を示す構成図。
【図６】本発明による流動床複合発電システムの第６の実施形態を示す構成図。
【図７】本発明による流動床複合発電システムの第７の実施形態を示す構成図。
【図８】本発明による流動床複合発電システムの第８の実施形態を示す構成図。
【図９】本発明による流動床複合発電システムの第９の実施形態を示す構成図。
【図１０】本発明による流動床複合発電システムの第１０の実施形態を示す構成図。
【図１１】従来の常圧流動床複合発電設備を示す構成図。
【図１２】従来の加圧流動床複合発電設備を示す構成図。
【図１３】従来の高度加圧流動床複合発電設備を示す構成図。
【図１４】燃焼用空気の熱交換器を示す構成図。
【符号の説明】
【０１７３】
１…流動床燃焼炉、２…膨張機、３…圧縮機、４…発電機、５…蒸気タービン、６…発電機、７…乾留炉、８…脱塵器、９…脱塵器、１０…燃焼器、１１…気体加熱器、１２…第２の排熱回収ボイラ、１３…第１の排熱回収ボイラ、１４… ポンプ、１５…復水器、１６…脱硫器、１７…脱塵器、１８…送風機、１９，５３…大気、２０…空気、２１，２８，６１…チャー、２２，６０…燃焼用空気、２３…圧縮空気、２４…加熱空気、２５…膨張機排ガス、２６，３７…排ガス、２７…石炭、２９…乾留ガス、３０，３２，６３…燃焼排ガス、３１…乾留ガス、３３〜３６、３８…脱硫剤、３９…硫酸化物、４０，５１，５２…飛灰、４１，５０…水、４２〜４７…水と蒸気、４８，４９…蒸気、５４…吸込み空気、５５…圧縮空気、５６…乾留炉用空気、５７…排気、５８…助燃用燃焼器、５９…助燃用燃料、６２…熱交換器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動床燃焼炉とガスタービン及び蒸気タービンを組合せた複合発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭等を固体燃料として使用した発電設備として、常圧流動床燃焼ボイラと蒸気タービンとを組合せた複合発電設備、即ち常圧流動床複合発電設備がある。
【０００３】
図１１はかかる常圧流動床複合発電設備の概略を示すシステム構成図である。
【０００４】
図１１に示すように流動床燃焼ボイラ１に石炭２７と脱硫剤３８を供給すると共に、送風機１８にて大気１９を吸込み、燃焼用空気２０として流入させる。
【０００５】
ここで、脱硫剤３８は例えば炭酸カルシウムを主成分とする石灰石が用いられ、流動媒体として振舞うものであり、さらに流動砂を流動媒体として追加してもよい。
【０００６】
また、石炭２７と脱硫剤３８は燃焼用空気２０により流動し、石炭２７が燃焼して燃焼排ガスを発生する。そして、脱硫剤３８は石炭２７と共に流動しながら、燃焼排ガス中の硫黄分と反応し、酸化反応も経ることで硫酸カルシウム等の硫酸化物が生成される。
【０００７】
上記流動床燃焼ボイラ１内の対流部や流動部分にはボイラ伝熱管が配置され、燃焼により発生した熱により伝熱管内の水４７を加熱する。さて、石炭２７に含まれている未燃成分である二酸化珪素等は灰となって残るため、この灰と前記硫酸化物を残さ物（ここではチャーと呼ぶ）２８として、流動床燃焼ボイラ１から排出する。この流動床燃焼ボイラ１から排出されるチャー２８には、脱硫剤３８の一部も同伴し含まれている。
【０００８】
また、流動床燃焼ボイラ１から脱硫された燃焼排ガス３０が流出し、この燃焼排ガス３０は例えばフィルタやサイクロンからなる脱塵器９を通過し、燃焼排ガス３２になる。脱塵器９は燃焼排ガス３０内に煤塵として含有する、チャー２８と同じ成分である飛灰５１を捕獲し、系外に排出する。
【０００９】
燃焼排ガス３２は第1の排熱回収ボイラ１３に流入し、ボイラ伝熱管内の水４１を加熱して燃焼排ガス２６となり、例えば電気集塵機からなる脱塵器１７にて飛灰４０を除去した後、燃焼排ガス２６は排気３７として大気に放出される。
【００１０】
第１の排熱回収ボイラ１３のボイラ伝熱管内には、水５０をポンプ１４により水４１として搬送され、第１の排熱回収ボイラ１３にて加熱されて気液二相流４７となり、さらに流動床燃焼ボイラ１に流入して加熱され、蒸気４８となる。この蒸気４８により蒸気タービン５を駆動し、発電機６により発電する。
【００１１】
蒸気４８は蒸気タービン５で仕事を終えると膨張して蒸気４９となり、復水器１５にて海水等により冷却されて水５０に戻る。
【００１２】
ここで、図示していないが、チャー２８や飛灰５１は充分高温であるため、これらに保有している熱を回収し、この回収熱で燃焼用空気２０を予熱後、系外に排出することもできる。この場合、チャー２８からの排熱回収は、気体を用いた搬送や、水を混合してスラリ状にして行う搬送と異なり、他の物質を加えないで図１４に示すような構成の排熱回収部にて搬送を行っている。
【００１３】
図１４において、例えばチャー２８をスクリュ搬送機等で搬送し、搬送部分を覆ったジャケット内に燃焼用空気２０（２２）を流すことで、熱回収する。高温のチャー２８と燃焼用空気２０（２２）とを熱交換させる熱交換器６２を設けて、チャー２８は熱を燃焼用空気２０（２２）に与えることで温度低下し、チャー６１となって系外に排出される。
【００１４】
このような常圧流動床複合発電設備においては、燃焼用空気２０（２２）が加熱されて燃焼用空気６０となり、流動床燃料ボイラ１に流入し、回収した熱量はガスタービン発電等に有効活用されるので、発電効率を向上させることができる。
【００１５】
図１２は加圧流動床燃焼ボイラとガスタービン及び蒸気タービンを組合せた複合発電設備、即ち加圧流動床複合発電設備の構成図で、図１１と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００１６】
図１２において、大気５３を圧縮機３で圧縮し、燃焼用空気２２として流動床燃焼ボイラ１に搬入する。また、高温高圧である燃焼排ガス３２は膨張機２に流入し、膨張機２を駆動させ、発電機４により発電する。
【００１７】
この圧縮機３は膨張機２と同軸で接続されており、膨張機２の回転により回転駆動する。これ以降、圧縮機３と膨張機２の組合せをガスタービンとして扱う。膨張した燃焼排ガスはガス２５となり、排熱回収ボイラ１３に流入する。
【００１８】
なお、蒸気タービン５の作動流体に関しては前記常圧流動床複合発電設備と同じである。
【００１９】
ここで、図示していないが、前記常圧流動床複合発電設備と同様に、チャー２８や飛灰５１は充分高温であるため、これらに保有している熱を回収し、その回収熱で燃焼用空気２２を予熱後、系外に排出するようにすれば、発電効率を向上させることができる。
【００２０】
このような加圧流動床複合発電設備においては、ガスタービンと蒸気タービン５により発電しているので、前述の常圧流動床複合発電設備より発電効率を高くできる。
【００２１】
図１３は前述の加圧流動床複合発電設備を変形した高度加圧流動床複合発電設備の構成を示すもので、図１１，１２と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００２２】
図１３において、大気５３を圧縮機３で圧縮し、その圧縮空気５５の一部を流動床燃焼ボイラ１の燃焼用空気２２として流入させ、残りを乾留炉７へ乾留炉用空気５６として流入する。
【００２３】
この乾留炉７は例えば流動床方式の炉であり、石炭２７と脱硫剤３８を搬入する。この場合、乾留炉７には流動砂を流動媒体として追加してもよい。
【００２４】
乾留炉７では石炭２７を乾留炉用空気５６により部分酸化させ、乾溜反応により、炭素固体と乾留ガスになる。また、乾留炉用空気５６内にある気体状態の炭素分と石炭２７の燃焼で発生する気体状態の水分があるので、一酸化炭素と水素が発生する。この時、炭酸カルシウム等である脱硫剤３８は乾留ガス中の硫黄分と反応し、硫化カルシウム等の硫化物が発生する。
【００２５】
乾留炉７内において、石炭２７に含まれている未反応成分である二酸化珪素等が灰となって残るため、この灰と前記炭素固体と前記硫化物はチャー２１として、乾留炉７から流動床燃焼ボイラ１へ排出する。この場合、チャー２１に同伴して脱硫剤２７の一部も排出される。
【００２６】
この乾燥炉７で脱硫された乾留ガス２９は流出後、例えばフィルタやサイクロンからなる脱塵器８を通過し、乾留ガス３１になる。この場合、乾留ガス２９内にチャー２１と同じ成分である飛灰５２を煤塵として含有しているので、脱塵器８ではその煤塵を捕獲した後、系外に排出する。
【００２７】
さて、流動床燃焼ボイラ１に搬入されたチャー２１は燃焼用空気２２により流動しながら燃焼し、燃焼排ガス３０を発生する。この場合、流動床燃焼ボイラ１には流動砂を流動媒体として追加してもよい。
【００２８】
燃焼排ガス３０は流動床燃焼ボイラ１から流出後、例えばフィルタやサイクロンからなる脱塵器９を通過し、燃焼排ガス３２になる。また、燃焼排ガス３０内には、チャー２８と同じ成分である飛灰５１が煤塵として含有しているので、この煤塵は脱塵器９にて捕獲され、系外に排出する。
【００２９】
これら脱塵器８，９で煤塵が取除かれた乾留ガス３１と燃焼排ガス３２は、燃焼器１０に流入する。この燃焼器１０において、乾留ガス３１は燃料になる一酸化炭素と水素を充分に含有しており、燃焼排ガス３２には酸素が残留しているので、乾留ガス３１は燃焼し、燃焼排ガス２４が発生する。高温高圧である燃焼排ガス２４は膨張機２に流入して膨張機２を駆動させ、発電機４により発電する。
【００３０】
膨張した燃焼排ガス２４はガス２５となり、第1の排熱回収ボイラ１３に流入する。蒸気タービン５の作動流体に関しては前述の常圧流動床複合発電設備や加圧流動床複合発電設備と同じである。
【００３１】
この方式ではガスタービンと蒸気タービン５により発電し、前述の常圧流動床複合発電設備や前記加圧流動床複合発電設備より発電効率が高い。この場合、図示していないが、チャー２８や飛灰５１や飛灰５２は充分高温であるため、これらに保有している熱を回収し、回収熱で燃焼用空気２２又は乾留炉用空気５６を予熱した後、系外に排出することもできる。
【００３２】
このような高度加圧流動床複合発電設備においても、前述の常圧流動床複合発電設備や加圧流動床複合発電設備と同様に発電効率を向上させることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
前述した加圧流動床複合発電設備と高度加圧流動床複合発電設備には以下のような課題がある。
【００３４】
（１）加圧流動床複合発電設備では流動床燃焼ボイラ１内で、また高度加圧流動床複合発電設備では乾留炉７内で、脱硫工程を実施しているが、完全な脱硫はできない。したがって、硫黄分を含んだ燃焼排ガス３２，２４が膨張機２内に流入し、さらに膨張機２からの排ガス２５が第1の排熱回収ボイラ１３内を通過するため、硫酸による金属材料の腐食が次第に進んでいき、部品交換せざるを得なくなる。
【００３５】
よって、腐食を防止することが望まれている。
【００３６】
（２）加圧流動床複合発電設備では脱塵器９で、高度加圧流動床複合発電設備では脱塵器８，９で脱塵工程を実施しているが、完全な脱塵はできない。したがって、煤塵を含んだ燃焼排ガス３２，２４が膨張機２内を、排ガス２５が第1の排熱回収ボイラ１３内を通過するので、その構成機器やガス流路に煤塵が付着していく。
【００３７】
煤塵が膨張機２の翼表面等に付着するとタービン効率が低下し、第1の排熱回収ボイラ１３の伝熱管表面に付着すると伝熱性能が低下する。そのため、ガスタービンも蒸気タービン５も発電効率が低下し、全体の発電効率が低下する。したがって、定期的に部品交換または清掃をせざるを得なくなる。
【００３８】
よって、煤塵を流入させないことが望まれている。
【００３９】
（３）チャー２８や飛灰５１又は飛灰５２は充分高温であるため、燃焼用空気２２を予熱した後で系外に排出する構成の場合でも、高温であり、排出物と共に多量の熱エネルギが系外に排出されている。
【００４０】
例えば、前述した図１４のようにチャー２８から排熱回収する場合、チャー６１の温度は、仮に理想的な熱回収ができたとしても圧縮機３により温度上昇している燃焼用空気２２よりも低くならない上、現実的には粉体からの熱回収は難しく、実際には燃焼用空気２２の温度より充分に高い温度までしかチャー６１は冷却できないため、回収される熱量に制約がある。排熱回収を実施する構成であっても、系外に排出される熱量は充分に大きい。飛炭５１，５２から排熱回収する構成も、チャ-２８と同様であり、系外に排出される熱量は充分大きい。この排出熱量を減らせば、第１の排熱回収ボイラでの回収熱量が増加し、蒸気タービン５での発電量が増える。回収熱で燃焼用空気２２を予熱している構成の場合は、ガスタービンの発電効率が増える。即ち、全体の発電効率が増加する。
【００４１】
よって、系外に無駄に排出される熱量を減らすことが望まれている。
【００４２】
（４）チャー２８、チャー２１、飛灰５１、飛灰５２は粉体であるため、気体や液体と異なり、搬送が容易ではない。このような粉体の搬送方式として、スクリュ搬送機による搬送や、気体に随伴させての搬送や、水と混合してスラリ状にさせて行う搬送等があるが、粉体による詰まりが発生し易く、また搬送機に高温対策が必要な場合もある。
【００４３】
よって、搬送する粉体の量を減らして、粉体搬送それも高温紛体に関する運用性を向上させることが望まれている。
【００４４】
（５）チャー２８や飛灰５１又は飛灰５２は充分高温であるため、保有している熱を回収し、その回収熱で燃焼用空気２２を予熱してから、系外に排出することが望ましいが、この燃焼用空気の予熱は粉体と空気との熱交換であることから容易ではない。
【００４５】
また、燃焼用空気との熱交換器として、スクリュ搬送機を空気流路で囲んだ熱交換器や、気体で攪拌しながら空気配管に接触させる熱交換器や、水と混合してスラリ状にさせて流通させる熱交換器等があるが、粉体は気体や液体と異なり接触面積が小さいことや対流伝熱がない等のため、いずれも伝熱量は確保しにくく、また粉体の詰まりにより搬送の信頼性を確保しにくい。
【００４６】
よって、排熱回収する紛体の量を減らして、粉体を扱う熱交換器の運用性を向上させることが望まれている。
【００４７】
（６）図示していないが、圧縮機３に大気５３を流入させる直前にダストを除去する吸気フィルタを設置している。しかし、除去しきれなかったダストが圧縮機３や膨張機２の翼表面や、排熱回収ボイラ１３の空気側伝熱面に付着していくため、圧縮機３や膨張機２は性能低下し、排熱回収ボイラ１３は伝熱性能が低下する要因となり、また定期的に部品交換又は清掃をせざるを得なくなる。
【００４８】
よって、大気からのダストを流入させないことが望まれている。
【００４９】
（７）圧縮機３に大気５３を流入させる直前にダストを除去する目的で設けられる図示しない吸気フィルタには圧損があるため、その分、圧縮機３の出口圧力は低く、ガスタービンサイクルの効率は下がっている。特に、ダストで目詰まりしつつある吸気フィルタは大きく効率を下げる。
【００５０】
よって、吸気フィルタの圧損をなくすことが望まれている。
【００５１】
（８）既存の常圧流動床複合発電設備を発電効率のより高いガスタービン発電を加えた流動床複合発電設備に改造したくても、加圧流動床複合発電設備に改造するには、流動床燃焼ボイラ１は高圧に耐える構造でなくてはならないため、常圧流動床複合発電設備に用いる流動床燃焼ボイラ１をそのまま流用できない。常圧流動床複合発電設備に用いる流動床燃焼ボイラ１を流用しながら、発電効率のより高い流動床複合発電設備に改造したい。
【００５２】
（９）そもそも発電設備として、発電効率をより向上させることが望まれている。
【００５３】
本発明は、上記のような問題を解消して膨張機や排熱回収ボイラの腐食や煤塵の付着をなくして、劣化による部品交換を不要にし、且つ清掃頻度を最小にして発電効率を向上させることができる流動床複合発電システム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】
【００５４】
本発明は、上記の目的を達成するため、次のような手段により流動床複合発電システムを構成するものである。
【００５５】
請求項１に対応する発明は、流動床燃焼炉と、この流動床燃焼炉の発生熱を熱源とする作動流体により駆動する圧縮機及び膨張機からなるガスタービンと、このガスタービンの前記膨張機からの排熱と前記流動床燃焼炉の発生熱の少なくとも一方を熱源とする作動媒体により駆動する蒸気タービンとを備え、前記ガスタービンと前記蒸気タービンで発電を行う流動床複合発電システムにおいて、前記流動床燃焼炉の排ガスにより前記ガスタービンの膨張機の作動流体を加熱する気体加熱器を設け、この気体加熱器で加熱された作動流体を前記ガスタービンの膨張機に前記流動床燃焼炉の燃焼排ガスを含有しない気体として流入する。
【００５６】
請求項２に対応する発明は、固体燃料の部分ガス化を行う乾留炉と、この乾留炉で発生した燃料固体を燃焼させる流動床燃焼炉と、前記乾留炉で発生した燃料ガスを燃焼させる燃焼器と、この燃焼器の燃焼排ガスと前記流動床燃焼炉の燃焼排ガスの少なくとも一方を熱源とする作動流体により駆動する圧縮機及び膨張機からなるガスタービンと、このガスタービンの前記膨張機からの排熱と前記流動床燃焼炉の発生熱の少なくとも一方を熱源とする作動媒体により駆動する蒸気タービンとを備え、前記ガスタービンと前記蒸気タービンで発電を行う流動床複合発電システムにおいて、前記燃焼器の燃焼排ガス及び流動床燃焼炉の排ガスの少なくとも一方により前記ガスタービンの膨張機の作動流体を加熱する気体加熱器を設け、この気体加熱器で加熱された作動流体を前記ガスタービンの膨張機に前記流動床燃焼炉の燃焼排ガスを含有しない気体として流入する。
【００５７】
請求項３に対応する発明は、請求項１に対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、脱硫剤を前記流動床燃焼炉に搬入せず、前記気体加熱器より下流側の燃焼排ガスの流路に脱硫剤を搬入する。
【００５８】
請求項４に対応する発明は、請求項２に対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、脱硫剤を前記乾留炉に搬入せず、前記気体加熱器より下流側の燃焼排ガスの流路に脱硫剤を搬入する。
【００５９】
請求項５に対応する発明は、請求項１乃至請求項４の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記流動床燃焼炉から排出される固体から熱回収する熱交換器を具備する。
【００６０】
請求項６に対応する発明は、請求項１乃至請求項５の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記流動床燃焼炉から排出される排ガスから回収した飛灰から熱回収する熱交換器を具備する。
【００６１】
請求項７に対応する発明は、請求項２又は請求項４に対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記乾留炉から排出される排ガスから回収した飛灰から熱回収する熱交換器を具備する。
【００６２】
請求項８に対応する発明は、請求項１、請求項３、請求項５、請求項６の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記ガスタービンの排ガスから熱回収し、前記蒸気タービンの作動媒体を加熱する第１の排熱回収ボイラと、前記流動床燃焼器の燃焼排ガスから熱回収し、前記蒸気タービンの作動媒体を加熱する第２の排熱回収ボイラとを設ける。
【００６３】
請求項９に対応する発明は、請求項２、請求項４、請求項５乃至請求項７の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記ガスタービンの排ガスから熱回収し、前記蒸気タービンの作動媒体を加熱する第1の排熱回収ボイラと、前記燃焼器の燃焼排ガスから熱回収し、前記蒸気タービンの作動媒体を加熱する第２の排熱回収ボイラを設ける。
【００６４】
請求項１０に対応する発明は、請求項１乃至請求項９の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記ガスタービンの圧縮機により圧縮した気体の一部を前記流動床燃焼炉に搬入する。
【００６５】
請求項１１に対応する発明は、請求項１乃至請求項９の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記流動床燃焼炉が常圧流動床燃焼炉であり、前記ガスタービンの圧縮機により圧縮した気体を前記流動床燃焼炉に搬入しない。
【００６６】
請求項１２に対応する発明は、請求項１０に対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記ガスタービンの排気を冷却した後、前記圧縮機入口に流入する気体の一部とする。
【００６７】
請求項１３に対応する発明は、請求項１乃至請求項１１の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記圧縮機が圧縮した気体の全量を冷却した後、前記ガスタービンの膨張機の作動流体とし、前記ガスタービンの排気の全量を前記圧縮機に流入する気体とする。
【００６８】
請求項１４に対応する発明は、請求項１３に対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記ガスタービンの膨張機の作動流体を空気よりも前記ガスタービンの発電効率を高くし得る気体、または伝熱性能を高くし得る気体とする。
【００６９】
請求項１５に対応する発明は、請求項１乃至請求項１１の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記気体加熱器で加熱された空気を助燃用燃料を助燃用燃焼器に流入させ燃焼反応を行い、前記助燃用燃焼器の燃焼排ガスを前記ガスタービンの膨張機に流入させ、前記ガスタービンの膨張機の作動流体とする。
【００７０】
請求項１６に対応する発明は、請求項１乃至請求項１５の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記気体加熱器がセラミック製である。
【００７１】
請求項１７に対応する発明は、請求項１乃至請求項１６の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記流動床燃焼炉あるいは前記乾留炉の燃料を石炭とする。
【００７２】
請求項１８に対応する発明は、請求項１乃至請求項１６の何れかに対応する発明の流動床複合発電システムにおいて、前記流動床燃焼炉あるいは前記乾留炉の燃料を産業廃棄物あるいは一般廃棄物とする。
【発明の効果】
【００７３】
本発明は、膨張機や排熱回収ボイラの腐食や煤塵の付着をなくして、発電性能の劣化をなくし、かつ部品交換を不要にし、清掃頻度を最小にすることができる。また、系外に排出される熱量を低減することなどにより発電効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７４】
以下本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００７５】
図１は本発明による流動床複合発電システムの第１の実施形態を示す構成図で、図１２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【００７６】
図１に示すように流動床燃焼ボイラ１に石炭２７と脱硫剤３８を供給すると共に、送風機１８にて大気１９を吸込み、燃焼用空気２０として流入させると共に、この流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３０を脱塵器９にて飛灰５１を除去した後、燃焼排ガス３３として例えばセラミック製の気体加熱器１１に流入する。また、圧縮機３から排出された圧縮空気２３を気体加熱器１１に流入し、燃焼排ガス３３により加熱されて加熱空気２４となり、膨張器２に流入する。
【００７７】
この膨張器２の排ガス２５は第1の排熱回収ボイラ１３に流入し、蒸気タービン５の作動流体を加熱する。また、燃焼排ガス３３は気体加熱器１１を通過し、燃焼排ガス３４となって第２の排熱回収ボイラ１２に流入し、蒸気タービン５の作動流体を加熱する。
【００７８】
気体加熱器１１を通過した燃焼排ガス３４は第２の排熱回収ボイラ１２を流出し、燃焼排ガス３５となって、脱塵器１７に入る。この脱塵器１７は例えばフィルタやサイクロン又は電気集塵機であり、飛灰４０を除去するものである。
【００７９】
第２の排熱回収ボイラ１２を通過した燃焼排ガス３５は脱塵器１７を通過し、燃焼排ガス３７となり、また膨脹機２からの排ガス２５は第1の排熱回収ボイラ１３を通過して排ガス２６となり、これら燃焼排ガス３７と排ガス２６は合流し、排気５７となって大気に放出される。
【００８０】
一方、第１の排熱回収ボイラ１３は、膨張機２の排ガス２５から熱回収し、蒸気タービン５の作動媒体、即ちポンプ１４により送られてくる水４１を伝熱管により加熱して水と蒸気４２とし、その一部の水と蒸気４３を第２の排熱回収ボイラ１２に流入させ、残りの水と蒸気４６はさらに伝熱管で加熱された水と蒸気４５となる。
【００８１】
また、第２の排熱回収ボイラ１２は、流動床燃焼ボイラ1の燃焼排ガス３３が気体加熱器１１を通して流入する排ガス３４から熱回収し、第１の排熱回収ボイラ１３より流入する水と蒸気４３を伝熱管により加熱し、その水と蒸気４４を上記第１の排熱回収ボイラ１３より流出する水と蒸気４５と合流させて流動床燃焼炉１に水と蒸気４７として流入する構成としている。
【００８２】
その他の構成については、図１２と同じである。
【００８３】
このような構成の流動床複合発電システムにおいて、ガスタービンの圧縮機３に大気５３を流入させ、この圧縮機３より流出する圧縮空気２３を気体加熱器１１に流入させ、またこの気体加熱器１１に流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３０を脱塵器９にて飛灰５１を除去した後、燃焼排ガス３３として流入させ、この燃焼排ガス３３で圧縮空気２３を加熱してガスタービンの膨脹機２に流入させるようにしたので、流動床燃焼ボイラ1の燃焼排ガス３３が膨張機２の作動流体に混入することはない。
【００８４】
したがって、膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３に硫黄分が流通しないので、金属材料が腐食することがなくなり、膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３を腐食によって交換する必要がなくなる。
【００８５】
また、膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３に煤塵が流通しないので、膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３に煤塵が付着することがなくなる。このことにより、ガスタービンも蒸気タービン５も発電効率が低下することがなく、また膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３の清掃頻度も大きく低減できる。
【００８６】
さらに、気体加熱器１１を金属製とすると、腐食により交換する必要があるが、この気体加熱器１１をセラミック製とすることで、腐食することがなく、部品交換が不要になる。
【００８７】
気体加熱器１１を通過するガス３３と空気２３の差圧は小さいので、強度的にも支障はない。
【００８８】
一方、膨張機２の排ガス２５は第１の排熱回収ボイラ１３に流入し、流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３３は第２の排熱回収ボイラ１２に流入してボイラ伝熱管内の水４１を加熱して熱回収するとともに、膨張機２の排ガス２５を流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３３の両方から熱回収しているので、系内の燃焼熱を有効に回収することができ、蒸気タービン５の発電量を増大することができる。
【００８９】
また、第１の排熱回収ボイラ１３の熱源となる膨張機２の排ガス２５と第２の排熱回収ボイラ１２の熱源となる流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３３とは混合しないので、第１の排熱回収ボイラ１３を流通する高温ガス２５に硫黄分が混入することはない。また、第２の排熱回収ボイラ１２は腐食しないように排ガス３５の温度が酸露点温度以下にならないように熱回収量を抑えなければならないが、第１の排熱回収ボイラ１３は腐食しないので、より低い排ガス２６の温度になるまで熱回収できる。
【００９０】
したがって、膨張機２の排ガス２５と流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３３が混合するような排熱回収の構成の場合よりも、熱回収量が大きくなり、蒸気タービン５の発電量が大きくできる。
【００９１】
従来のシステムと比較すると、膨張機２の作動ガス２４の温度が低くなり、圧縮機３の動力と送風機１８の動力の和は増加するが、合計のシステム発電量は増加し、発電効率を向上させることができる。
【００９２】
図２は本発明による流動床複合発電システムの第２の実施形態を示す構成図で、図１及び図１２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【００９３】
第２の実施形態では、図２に示すように第２の排熱回収ボイラ１２の下流に脱硫剤３８が搬入される脱硫器１６を設け、この脱硫器１６で脱硫反応により発生する硫酸化物３９を排出した燃焼排ガス３６を脱塵器１７に流入し、この脱塵器１７で飛灰４０が除去された燃焼排ガス３７を第１の排熱回収ボイラ１３より流出する排ガス２６と合流させて外部に排気５７として排出するようにしたものである。
【００９４】
このような構成の流動床複合発電システムにおいて、膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３が腐食しない構成では、流動床燃焼炉１の燃焼排ガス３０が大気に放出される前に脱硫されればよいので、気体加熱器１１より下流側で脱硫されても支障はない。
【００９５】
本実施形態では、脱硫剤３８の搬入位置が気体加熱器１１より下流側になるので、流動床燃焼ボイラ１の底部から排出されるチャー２８や脱塵器９から排出される飛灰５１は、脱硫反応と酸化反応により発生する硫酸化物や余剰の脱硫剤３８がないので、その分少量になる。
【００９６】
ところで、流動床燃焼ボイラ１より排出されるチャー２８や脱塵器９より排出される飛灰５１から排熱回収して、例えば燃焼用空気２０を加熱する場合、チャー２８や飛灰５１が元々の燃焼用空気２０の温度より低い温度になるまでしか排熱回収できない。
【００９７】
前述した図１４に示すように熱交換器６２によりチャー２８から排熱回収する場合、チャー６１の温度は、仮に理想的な熱回収ができたとしても圧縮機３により温度上昇している燃焼用空気２０よりも低くならない上、現実的には粉体からの熱回収は難しく、実際には燃焼用空気２０の温度より充分に高い温度までしかチャー６１は冷却できないため、回収される熱量に制約がある。
【００９８】
よって、排熱回収後のチャー２８や飛灰５１の温度は、流量によらず同じであり、排出物に伴って系外に排出される熱量はチャー２８や飛灰５１が少量になるほど小さくなる。また、より下流である位置で硫酸化物３９を排出することになるので、第２の排熱回収ボイラ１２で排熱回収され、温度がより低い状態になっている燃焼排ガス３５により加熱された硫酸化物３９は、より温度が低くなっている。
【００９９】
これらの理由から、排出物に伴って系外に排出している熱量が、このチャー２８や飛灰５１が燃焼用空気２０を予熱した後で系外に排出している構成であるか否かにかかわらず、低減される。
【０１００】
また、排出熱量の低減により、第１の排熱回収ボイラ１３での回収熱量が増加し、蒸気タービン５での発電量が増える。燃焼用空気２０を予熱している構成の場合は、ガスタービンの発電量が増える。即ち、全体の発電効率が増加する。
【０１０１】
さらに、粉体であるチャー２８、飛灰５１の量が減ったことにより、粉体搬送それも高温粉体搬送に関する運用性が向上する。粉体であるチャー２８、飛灰５１から排熱回収して燃焼用空気２０を予熱する構成の場合、粉体であるチャー２８、飛灰５１の量が減ったことにより、燃焼用空気２０を予熱する熱交換器の運用性が向上する。
【０１０２】
また、燃焼排ガス３３の温度はより高くなるので、気体加熱器１１で加熱された空気２４の温度もより高くなり、ガスタービンによる発電量が増えることから、全体の発電効率が向上する。
【０１０３】
図３は本発明による加圧流動床複合発電システムの第３の実施形態を示す構成図で、図２及び図１２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【０１０４】
第３の実施形態では、図３に示すように圧縮機３より排出した圧縮空気５５の一部を気体加熱器１１に流入する圧縮空気２３とし、残りを流動床燃焼ボイラ１に燃焼用空気２２として流入させるようにしたものである。
【０１０５】
このような構成とすれば、第１及び第２の実施形態と同様の作用効果が得られることに加えて、圧縮機３により燃焼用空気２２を流動床燃焼ボイラ１に搬送できるので、別途に送風機を設ける必要がない。
【０１０６】
図４は本発明による加圧流動床複合発電システムの第４の実施形態を示す構成図で、図３及び図１２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【０１０７】
第４の実施形態では、図４に示すように第1の排熱回収ボイラ１３の排ガス２６を大気に放出せず、大気５３と合流させて、圧縮機３の吸込み空気５４として流入させるようにして半閉サイクルを構成したものである。この場合、大気５３と燃焼用空気２２は同じ質量流量である。
【０１０８】
このような構成の加圧流動床複合発電システムにおいて、圧縮機２として、同じ圧縮機を使用した場合は、入口ガス２４の温度は大気より高くなる影響で、吸込み質量流量が減少する。この吸込み質量流量が減少した分、圧縮機２の動力は減るが、膨張機３の仕事が減少し、また定格運転条件とのずれが大きく、圧縮機効率も低くなるので、ガスタービンの発電量は低下する。
【０１０９】
しかし、圧縮機２として入口ガス２４の条件に合わせた圧縮機を用いれば、吸込み質量流量が低下することはなく、また圧縮機効率も大きくは低くならない。
【０１１０】
さて、第1の排熱回収ボイラ１３の排ガス２６が大気に放出される際に大気に捨てていた熱量が、系外に排出されないので、蒸気タービン５の発電量が低下する。この時、膨張機２の排ガス２５の温度が高くなるため、第1の排熱回収ボイラ１３の回収熱量が増えている。したがって、全ての差引きの発電量は増加し、全体の発電効率は向上する。
【０１１１】
図５は本発明による流動床複合発電システムの第５の実施形態を示す構成図で、図２及び図１２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【０１１２】
第５の実施形態では、図５に示すように第１の排熱回収ボイラ１３の排ガス２６を大気に放出せず、圧縮機３に吸込み空気として流入させるようにして閉サイクルを構成したものである。
【０１１３】
このような構成の流動床複合発電システムとすれば、第２の実施形態と同様の作用効果が得られることに加え、次のような作用効果を得ることができる。
【０１１４】
従来では圧縮機３直前に大気５３からダストを除去する吸気フィルタを設置していても、除去しきれなかったダストが圧縮機３に付着すると、圧縮機３や膨張機２の性能が低下するが、本実施形態では閉サイクル構成となっているため、空気流路にダストが吸込まれるようなことがない。
【０１１５】
従って、圧縮機３や膨張機２の性能劣化はなく、また気体加熱器１１や第1の排熱回収ボイラ１３の空気側伝熱面へのダスト付着による伝熱性能の劣化をなくすことができる。
【０１１６】
また、圧縮機３や膨張機２や、気体加熱器１１や第1の排熱回収ボイラ１３の空気流路側に関する清掃頻度も低減できる。また、吸気フィルタが不要になり、設置しないことにより圧損がなくなり、その分、圧縮機３の出口圧力は高くなり、ガスタービンサイクルの効率を上げることができる。
【０１１７】
図６は本発明による流動床複合発電システムの第６の実施形態を示す構成図で、図２及び図１２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【０１１８】
第６の実施形態では、図６に示すように気体加熱器１１で加熱された空気２４と助燃用燃料５９を助燃用燃焼器５８に流入させ、この助燃用燃料５９で空気２４を燃焼用空気として燃焼することで発生する燃焼排ガス６３を膨張機２に流入させて、膨張機２を回転駆動するようにしたものである。
【０１１９】
このような構成とすれば、前述した第２の実施形態と同様の作用効果が得られることに加えて、次のような作用効果を得ることができる。
【０１２０】
助燃によりガスタービンの出力が増加するので、全体の発電量として占めるガスタービンの発電量を増すことができる。また、ガスタービンの発電効率が蒸気タービン５の発電効率より高いため、全体の発電効率を向上させることができる。この場合、助燃燃料５９は硫黄分を含まない燃料とすることで、膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３、或いは助燃用燃焼器５８で発生する燃焼排ガス６３の流路が腐食するようなことはない。
【０１２１】
図７は本発明による流動床複合発電システムの第７の実施形態を示す構成図で、図１３と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【０１２２】
図７に示すように大気１９を送風機１８にて空気２０として搬送し、この空気２０の一部を乾留炉用空気５６として乾留炉７に流入し、残りを燃焼用空気２２として流動床燃焼ボイラ1に流入する。この乾留炉７には石炭２７が搬入され、乾留炉７から排出されたチャー２１を流動床燃焼ボイラ１に挿入すると共に、乾留ガス２９は脱塵器８にて飛灰５２を除去した後、乾留ガス３１として燃焼器１０に流入する。
【０１２３】
また、流動床燃焼ボイラ1から排出された燃焼排ガス３０から脱塵器９にて飛灰５１を除去した後、燃焼排ガス３２として燃焼器１０に流入する。
【０１２４】
この燃焼器１０から排出される燃焼排ガス３３は気体加熱器１１に流入する。また、圧縮機３から排出された圧縮空気２３を気体加熱器１１に流入し、燃焼排ガス３３により加熱されて加熱空気２４となり、膨張器２に流入する。
【０１２５】
この膨張器２の排ガス２５は第1の排熱回収ボイラ１３に流入し、蒸気タービン５の作動流体を加熱する。また、燃焼器１０からの燃焼排ガス３３は気体加熱器１１を通過し、燃焼排ガス３４となって第２の排熱回収ボイラ１２に流入し、蒸気タービン５の作動流体を加熱する。
【０１２６】
気体加熱器１１を通過した燃焼排ガス３４は第２の排熱回収ボイラ１２より排出され、燃焼排ガス３５となって脱硫器１６に入る。この脱硫器１６には脱硫剤３８が搬入され、この脱硫器１６で燃焼排ガス３５から脱硫反応により発生する硫酸化物３９を排出した燃焼排ガス３６を例えばフィルタやサイクロン又は電気集塵機等の脱塵器１７に流入し、この脱塵器１７で飛灰４０が除去された燃焼排ガス３７を第１の排熱回収ボイラ１３より流出する排ガス２６と合流させて外部に排気５７として排出する。
【０１２７】
一方、第１の排熱回収ボイラ１３は、膨張機２の排ガス２５から熱回収し、蒸気タービン５の作動媒体、即ちポンプ１４により送られてくる水４１を伝熱管により加熱して水と蒸気４２とし、その一部の水と蒸気４３を第２の排熱回収ボイラ１２に流入させ、残りの水と蒸気４６はさらに伝熱管で加熱された水と蒸気４５となる。
【０１２８】
また、第２の排熱回収ボイラ１２は、流動床燃焼ボイラ1の燃焼排ガス３３が気体加熱器１１を通して流入する排ガス３４から熱回収し、第１の排熱回収ボイラ１３より流入する水と蒸気４３を伝熱管により加熱し、その水と蒸気４４を上記第１の排熱回収ボイラ１３より流出する水と蒸気４５と合流させて流動床燃焼炉１に水と蒸気４７として流入する構成としている。
【０１２９】
その他の構成については、図１３と同じである。
【０１３０】
このような構成の流動床複合発電システムにおいて、ガスタービンの圧縮機３に大気５３を流入することで、この圧縮機３より流出する圧縮空気２３を気体加熱器１１に流入させ、また燃焼器１０の燃焼排ガス３３を気体加熱器１１に流入させ、この気体加熱器１１で圧縮機３から排出された圧縮空気２３を燃焼器１０の燃焼排ガス３３により加熱し、加熱空気２４として膨張器２に流入させるようにしたので、燃焼器１０の燃焼排ガス３３に含有する硫黄分が膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３に混入することはない。
【０１３１】
したがって、金属材料が腐食することがなくなるので、膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３を腐食によって交換する必要がなくなる。
【０１３２】
また、膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３に煤塵が流通しないので、膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１４に煤塵が付着することがなくなる。このことにより、ガスタービンも蒸気タービン５も発電効率が低下することがなく、また膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３の清掃頻度も大きく低減できる。
【０１３３】
さらに、気体加熱器１１を金属製とすると、腐食により交換する必要があるが、この気体加熱器１１をセラミック製とすることで、腐食することがなく、部品交換が不要になる。
【０１３４】
しかも、気体加熱器１１を通過するガス３３と空気２３の差圧は小さいので、強度的にも支障はない。
【０１３５】
一方、膨張機２の排ガス２５は第１の排熱回収ボイラ１３に流入し、流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３３は第２の排熱回収ボイラ１２に流入してボイラ伝熱管内の水４１を加熱して熱回収するようにしているので、膨張機２の排ガス２５と流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３３の両方から熱回収しているので、系内の燃焼熱を有効に回収することができ、蒸気タービン５の発電量を増大することができる。
【０１３６】
また、第１の排熱回収ボイラ１３の熱源となる膨張機２の排ガス２５と第２の排熱回収ボイラ１２の熱源となる流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３３とは混合しないので、第１の排熱回収ボイラ１３を流通する高温ガス２５に硫黄分が混入することはない。また、第２の排熱回収ボイラ１２は腐食しないように排ガス３５の温度が酸露点温度以下にならないように熱回収量を抑えなければならないが、第１の排熱回収ボイラ１３は腐食しないので、より低い排ガス２６の温度になるまで熱回収できる。
【０１３７】
したがって、膨張機２の排ガス２５と流動床燃焼ボイラ１の燃焼排ガス３３が混合するような排熱回収の構成の場合よりも、熱回収量が大きくなり、蒸気タービン５の発電量が大きくできる。
【０１３８】
従来のシステムと比較すると、膨張機２の作動ガス２４の温度が燃焼排ガス３３より低い温度まで低くなり、圧縮機３の動力と送風機１８の動力の和は増加するが、合計のシステム発電量は増加し、発電効率を向上させることができる。
【０１３９】
このように膨張機２や第1の排熱回収ボイラ１３が腐食しない構成では、流動床燃焼ボイラ１から排出される燃焼排ガス３０や乾留炉７から排出される乾留ガス２９、或いは燃焼器１０から排出される燃焼排ガス３３は、大気に放出される前に脱硫されればよいので、気体加熱器１１より下流で脱硫されても支障はない。
【０１４０】
また、脱硫剤３８の搬入位置が気体加熱器１１より下流側になるので、流動床燃焼ボイラ１の底部から排出するチャー２８や脱塵器８，９で除去される飛灰５１，５２は、脱硫反応と酸化反応により発生する硫酸化物や余剰の脱硫剤３８がないので、その分少量になる。
【０１４１】
ところで、チャー２８や飛灰５１，５２から排熱回収する場合は、例えば燃焼用空気２２を加熱するが、チャー２８や飛灰５１，５２が元々の燃焼用空気２０の温度より低い温度になるまでしか排熱回収できない。
【０１４２】
前述した図１４に示すように熱交換器６２によりチャー２８から排熱回収する場合、チャー６１の温度は、仮に理想的な熱回収ができたとしても圧縮機３により温度上昇している燃焼用空気２２よりも低くならない上、現実的には粉体からの熱回収は難しく、実際には燃焼用空気２２の温度より充分に高い温度までしかチャー６１は冷却できないため、回収される熱量に制約がある。
【０１４３】
チャー２８や飛灰５１，５２から排熱回収する場合は、例えば燃焼用空気２０を加熱するが、チャー２８や飛灰５１，５２が元々の燃焼用空気２０の温度より低い温度になるまでしか排熱回収できないので、排熱回収後のチャー２８や飛灰５１，５２の温度は、流量によらず同じであり、排出物と共に系外に排出される熱量はチャー２８や飛灰５１，５２が少量になるほど小さくなる。
【０１４４】
また、空気加熱器１１より下流側で第２の排熱回収ボイラ１２の排出側に設けられた脱硫器１６により硫酸化物３９を排出することになるので、排熱回収されて温度がより低い状態になっている燃焼排ガス３５により加熱された硫酸化物３９は、より温度が低くなっている。
【０１４５】
これらの理由から、排出物と共に系外に排出している熱量が、このチャー２８や飛灰５１，５２が燃焼用空気２２を予熱した後で系外に排出している構成であるか否かにかかわらず、低減される。
【０１４６】
また、排出熱量の低減により、第1の排熱回収ボイラ１３での回収熱量が増加し、蒸気タービン５での発電量が増える。燃焼用空気２２を予熱している構成の場合は、ガスタービンの発電量が増える。即ち、全体の発電効率が増加する。
【０１４７】
さらに、流動床炉１から排出される粉体であるチャー２８及び乾留炉７から排出される粉体であるチャー２１、脱塵器９，８により取除かれる飛灰５１，５２の量が減る。なお、チャー２１は脱硫反応で発生する硫化物が全くなくなるので、石炭２７の灰分のみに減ったことにより、粉体搬送それも高温粉体搬送に関する運用性が向上する。
【０１４８】
また、前述した粉体であるチャー２８、チャー２１、飛灰５１、飛灰５２から排熱回収し燃焼用空気２０を予熱する構成の場合、粉体であるチャー２８、チャー２１、飛灰５１、飛灰５２の量が減ったことにより、燃焼用空気２２を予熱する熱交換器の運用性が向上する。
【０１４９】
さらに、脱硫器１６を通過した燃焼排ガス３６の温度はより高くなるので、気体加熱器１１で加熱された空気２４の温度もより高くなり、ガスタービンによる発電量が増えることでも、全体の発電効率が向上する。
【０１５０】
因みに、乾留炉７から排出されるチャー２１と脱塵器８から排出される飛灰５２の合計重量は６％減少し、流動床燃焼ボイラ１から排出されるチャー２８と飛灰５１の合計重量は６３％減少し、ＨＨＶ換算の送電端効率が４６．２％から４６．４％に向上した試算例もある。
【０１５１】
図８は本発明による高度加圧流動床複合発電システムの第８の実施形態を示す構成図で、図７及び図１３と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【０１５２】
第８の実施形態では、圧縮機３より排出した圧縮空気５５の一部を気体加熱器１１に圧縮空気２３として流入させ、残りを流動床燃焼ボイラ１と乾留炉７に燃焼用空気２２，５６として流入させるようにしたものである。
【０１５３】
このような構成とすれば、第７の実施形態と同様の作用効果に加えて、圧縮機３により燃焼用空気２２を流動床燃焼ボイラ１に搬送できるので、別途に送風機を設ける必要がない。
【０１５４】
図９は本発明による高度加圧流動床複合発電システムの第９の実施形態を示す構成図で、図８及び図１３と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【０１５５】
第９の実施形態では、第１の排熱回収ボイラ１３の排ガス２６を大気に放出せず、大気５３と合流させて、圧縮機３に吸込み空気５４として流入させるようにして半閉サイクルを構成したものである。
【０１５６】
このような構成の高度加圧流動床複合発電システムにおいても、第８の実施形態と同様の作用効果が得られることに加えて、次のような作用効果を得ることができる。
【０１５７】
圧縮機２として、同じ圧縮機を使用した場合は、入口ガス２４の温度は大気より高くなる影響で、吸込み質量流量が減少する。この吸込み質量流量が減少した分、圧縮機２の動力は減るが、膨張機３の仕事が減少し、また定格運転条件とのずれが大きく、圧縮機効率も低くなるので、ガスタービンの発電量は低下する。
【０１５８】
しかし、圧縮機２として入口ガス２４の条件に合わせた圧縮機を用いれば、吸込み質量流量が低下することはなく、また圧縮機効率も大きくは低くならない。
【０１５９】
さて、第1の排熱回収ボイラ１３の排ガス２６が大気に放出される際に大気に捨てていた熱量が、系外に排出されないので、蒸気タービン５の発電量が低下する。この時、膨張機２の排ガス２５の温度が高くなるため、第1の排熱回収ボイラ１３の回収熱量が増えている。したがって、全ての差引きの発電量は増加し、全体の発電効率は向上する。
【０１６０】
図１０は本発明による流動床複合発電システムの第１０の実施形態を示す構成図で、図７及び図１３と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【０１６１】
第１０の実施形態では、第１の排熱回収ボイラ１３の排ガス２６を大気に放出せず、圧縮機３に流入させるようにして閉サイクルを構成したものである。
【０１６２】
このような構成の流動床複合発電システムにおいても、第７の実施形態と同様の作用効果が得られることに加え、次のような作用効果を得ることができる。
【０１６３】
第４の実施形態と同様の作用効果があり、ＨＨＶ基準の送電端効率が０．１ポイント弱、向上した試算例もある。さらに、次のような作用効果も得ることができる。
【０１６４】
従来では圧縮機３直前に大気５３からダストを除去する吸気フィルタを設置していても、除去しきれなかったダストが圧縮機３に付着すると、圧縮機３や膨張機２の性能が低下するが、本実施形態では閉サイクル構成となっているため、空気流路にダストが吸込まれるようなことがない。
【０１６５】
従って、圧縮機３や膨張機２の性能劣化はなく、また気体加熱器１１や第1の排熱回収ボイラ１３の空気側伝熱面へのダスト付着による伝熱性能の劣化をなくすことができる。
【０１６６】
また、圧縮機３や膨張機２や、気体加熱器１１や第1の排熱回収ボイラ１３の空気流路側に関する清掃頻度も低減できる。また、吸気フィルタが不要になり、設置しないことにより圧損がなくなり、その分、圧縮機３の出口圧力は高くなり、ガスタービンサイクルの効率を上げることができる。
【０１６７】
ガスタービンサイクルが閉サイクルの場合、作動流体は大気と同じ空気である必要はない。例えばヘリウムを用いたり、複数気体の混合気体を用いてもよい。さらに、圧縮機３や膨張機２を含むガスタービンサイクルの作動流体を、空気よりもガスタービン発電効率を高くし得る気体、または伝熱効率を高くし得る気体とすると、ガスタービン効率が向上し、全体の発電効率が向上する。
【０１６８】
前述した各実施形態では、石炭２７を流動床燃焼ボイラ１や乾留炉７を組込んだ流動床複合発電システムの燃料とすることで、埋蔵量が多い資源による発電が可能である。
【０１６９】
また、流動床燃焼ボイラ１や乾留炉７を組込んだ流動床複合発電システムにおいて、燃料として石炭でなく、一般廃棄物あるいは産業廃棄物とすることもできる。一般廃棄物あるいは産業廃棄物を燃料とすることで、人類が発生する廃棄物による発電が可能である。
【０１７０】
なお、図１１に示す既存の常圧流動床複合発電設備を、ガスタービン発電を加えた発電設備に改造する場合、高圧に耐える構造の流動床燃焼ボイラ１に入換えて加圧流動床発電設備に改造しなくても、常圧用の流動床燃焼ボイラ１をそのまま流用することで、図２に示すような常圧用の流動床複合発電設備の構成が実現できる。即ち、流動床燃焼ボイラ１を入換えることなく、発電効率のより高い流動床複合発電設備に改造できる。
【０１７１】
また、図１１に示す既存の常圧流動床複合発電設備を、乾留炉７とガスタービン発電機を加えた発電設備に改造する場合、高圧に耐える構造の流動床燃焼ボイラ１に入れ換えることなく、常圧用の流動床燃焼ボイラ１をそのまま流用して、図７に示すような高度圧力流動床複合発電設備の構成が実現できる。即ち、流動床燃焼ボイラ１を入換えることなく、発電効率のより高い流動床複合発電設備に改造できる。
【図面の簡単な説明】
【０１７２】
【図１】本発明による流動床複合発電システムの第１の実施形態を示す構成図。
【図２】本発明による流動床複合発電システムの第２の実施形態を示す構成図。
【図３】本発明による流動床複合発電システムの第３の実施形態を示す構成図。
【図４】本発明による流動床複合発電システムの第４の実施形態を示す構成図。
【図５】本発明による流動床複合発電システムの第５の実施形態を示す構成図。
【図６】本発明による流動床複合発電システムの第６の実施形態を示す構成図。
【図７】本発明による流動床複合発電システムの第７の実施形態を示す構成図。
【図８】本発明による流動床複合発電システムの第８の実施形態を示す構成図。
【図９】本発明による流動床複合発電システムの第９の実施形態を示す構成図。
【図１０】本発明による流動床複合発電システムの第１０の実施形態を示す構成図。
【図１１】従来の常圧流動床複合発電設備を示す構成図。
【図１２】従来の加圧流動床複合発電設備を示す構成図。
【図１３】従来の高度加圧流動床複合発電設備を示す構成図。
【図１４】燃焼用空気の熱交換器を示す構成図。
【符号の説明】
【０１７３】
１…流動床燃焼炉、２…膨張機、３…圧縮機、４…発電機、５…蒸気タービン、６…発電機、７…乾留炉、８…脱塵器、９…脱塵器、１０…燃焼器、１１…気体加熱器、１２…第２の排熱回収ボイラ、１３…第１の排熱回収ボイラ、１４… ポンプ、１５…復水器、１６…脱硫器、１７…脱塵器、１８…送風機、１９，５３…大気、２０…空気、２１，２８，６１…チャー、２２，６０…燃焼用空気、２３…圧縮空気、２４…加熱空気、２５…膨張機排ガス、２６，３７…排ガス、２７…石炭、２９…乾留ガス、３０，３２，６３…燃焼排ガス、３１…乾留ガス、３３〜３６、３８…脱硫剤、３９…硫酸化物、４０，５１，５２…飛灰、４１，５０…水、４２〜４７…水と蒸気、４８，４９…蒸気、５４…吸込み空気、５５…圧縮空気、５６…乾留炉用空気、５７…排気、５８…助燃用燃焼器、５９…助燃用燃料、６２…熱交換器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動床燃焼炉と、この流動床燃焼炉の発生熱を熱源とする作動流体により駆動する圧縮機及び膨張機からなるガスタービンと、このガスタービンの前記膨張機からの排熱と前記流動床燃焼炉の発生熱の少なくとも一方を熱源とする作動媒体により駆動する蒸気タービンとを備え、前記ガスタービンと前記蒸気タービンで発電を行う流動床複合発電システムにおいて、前記流動床燃焼炉の排ガスにより前記ガスタービンの膨張機の作動流体を加熱する気体加熱器を設け、この気体加熱器で加熱された作動流体を前記ガスタービンの膨張機に前記流動床燃焼炉の燃焼排ガスを含有しない気体として流入するようにしたことを特徴とする流動床複合発電システム。
【請求項２】
固体燃料の部分ガス化を行う乾留炉と、この乾留炉で発生した燃料固体を燃焼させる流動床燃焼炉と、前記乾留炉で発生した燃料ガスを燃焼させる燃焼器と、この燃焼器の燃焼排ガスと前記流動床燃焼炉の燃焼排ガスの少なくとも一方を熱源とする作動流体により駆動する圧縮機及び膨張機からなるガスタービンと、このガスタービンの前記膨張機からの排熱と前記流動床燃焼炉の発生熱の少なくとも一方を熱源とする作動媒体により駆動する蒸気タービンとを備え、前記ガスタービンと前記蒸気タービンで発電を行う流動床複合発電システムにおいて、前記燃焼器の燃焼排ガス及び流動床燃焼炉の排ガスの少なくとも一方により前記ガスタービンの膨張機の作動流体を加熱する気体加熱器を設け、この気体加熱器で加熱された作動流体を前記ガスタービンの膨張機に前記流動床燃焼炉の燃焼排ガスを含有しない気体として流入するようにしたことを特徴とする流動床複合発電システム。
【請求項３】
脱硫剤を前記流動床燃焼炉に搬入せず、前記気体加熱器より下流側の燃焼排ガスの流路に脱硫剤を搬入することを特徴とする請求項１記載の流動床複合発電システム。
【請求項４】
脱硫剤を前記乾留炉に搬入せず、前記気体加熱器より下流側の燃焼排ガスの流路に脱硫剤を搬入することを特徴とする請求項２記載の流動床複合発電システム。
【請求項５】
前記流動床燃焼炉から排出される固体から熱回収する熱交換器を具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項６】
前記流動床燃焼炉から排出される排ガスから回収した飛灰から熱回収する熱交換器を具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項７】
前記乾留炉から排出される排ガスから回収した飛灰から熱回収する熱交換器を具備したことを特徴とする請求項２又は請求項４記載の流動床複合発電システム。
【請求項８】
前記ガスタービンの排ガスから熱回収し、前記蒸気タービンの作動媒体を加熱する第１の排熱回収ボイラと、前記流動床燃焼器の燃焼排ガスから熱回収し、前記蒸気タービンの作動媒体を加熱する第２の排熱回収ボイラとを設けたことを特徴とする請求項１、請求項３、請求項５、請求項６の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項９】
前記ガスタービンの排ガスから熱回収し、前記蒸気タービンの作動媒体を加熱する第1の排熱回収ボイラと、前記燃焼器の燃焼排ガスから熱回収し、前記蒸気タービンの作動媒体を加熱する第２の排熱回収ボイラを設けたことを特徴とする請求項２、請求項４、請求項５乃至請求項７の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項１０】
前記流動床燃焼炉が加圧流動床燃焼炉であり、前記ガスタービンの圧縮機により圧縮した気体の一部を前記流動床燃焼炉に搬入することを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項１１】
前記流動床燃焼炉が常圧流動床燃焼炉であり、前記ガスタービンの圧縮機により圧縮した気体を前記流動床燃焼炉に搬入しないことを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項１２】
前記ガスタービンの排気を冷却した後、前記圧縮機入口に流入する気体の一部とすることを特徴とする請求項１０記載の流動床複合発電システム。
【請求項１３】
前記圧縮機が圧縮した気体の全量を冷却した後、前記ガスタービンの膨張機の作動流体とし、前記ガスタービンの排気の全量を前記圧縮機に流入する気体とすることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項１４】
前記ガスタービンの膨張機の作動流体を空気よりも前記ガスタービンの発電効率を高くし得る気体、または伝熱性能を高くし得る気体とすることを特徴とする請求項１３記載の流動床複合発電システム。
【請求項１５】
前記気体加熱器で加熱された空気を助燃用燃料を助燃用燃焼器に流入させ燃焼反応を行い、前記助燃用燃焼器の燃焼排ガスを前記ガスタービンの膨張機に流入させ、前記ガスタービンの膨張機の作動流体とすることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項１６】
前記気体加熱器がセラミック製であることを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項１７】
前記流動床燃焼炉あるいは前記乾留炉の燃料を石炭とすることを特徴とする請求項１乃至請求項１６の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項１８】
前記流動床燃焼炉あるいは前記乾留炉の燃料を産業廃棄物あるいは一般廃棄物とすることを特徴とする請求項１乃至請求項１６の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項１】
流動床燃焼炉と、この流動床燃焼炉の発生熱を熱源とする作動流体により駆動する圧縮機及び膨張機からなるガスタービンと、このガスタービンの前記膨張機からの排熱と前記流動床燃焼炉の発生熱の少なくとも一方を熱源とする作動媒体により駆動する蒸気タービンとを備え、前記ガスタービンと前記蒸気タービンで発電を行う流動床複合発電システムにおいて、前記流動床燃焼炉の排ガスにより前記ガスタービンの膨張機の作動流体を加熱する気体加熱器を設け、この気体加熱器で加熱された作動流体を前記ガスタービンの膨張機に前記流動床燃焼炉の燃焼排ガスを含有しない気体として流入するようにしたことを特徴とする流動床複合発電システム。
【請求項２】
固体燃料の部分ガス化を行う乾留炉と、この乾留炉で発生した燃料固体を燃焼させる流動床燃焼炉と、前記乾留炉で発生した燃料ガスを燃焼させる燃焼器と、この燃焼器の燃焼排ガスと前記流動床燃焼炉の燃焼排ガスの少なくとも一方を熱源とする作動流体により駆動する圧縮機及び膨張機からなるガスタービンと、このガスタービンの前記膨張機からの排熱と前記流動床燃焼炉の発生熱の少なくとも一方を熱源とする作動媒体により駆動する蒸気タービンとを備え、前記ガスタービンと前記蒸気タービンで発電を行う流動床複合発電システムにおいて、前記燃焼器の燃焼排ガス及び流動床燃焼炉の排ガスの少なくとも一方により前記ガスタービンの膨張機の作動流体を加熱する気体加熱器を設け、この気体加熱器で加熱された作動流体を前記ガスタービンの膨張機に前記流動床燃焼炉の燃焼排ガスを含有しない気体として流入するようにしたことを特徴とする流動床複合発電システム。
【請求項３】
脱硫剤を前記流動床燃焼炉に搬入せず、前記気体加熱器より下流側の燃焼排ガスの流路に脱硫剤を搬入することを特徴とする請求項１記載の流動床複合発電システム。
【請求項４】
脱硫剤を前記乾留炉に搬入せず、前記気体加熱器より下流側の燃焼排ガスの流路に脱硫剤を搬入することを特徴とする請求項２記載の流動床複合発電システム。
【請求項５】
前記流動床燃焼炉から排出される固体から熱回収する熱交換器を具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項６】
前記流動床燃焼炉から排出される排ガスから回収した飛灰から熱回収する熱交換器を具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項７】
前記乾留炉から排出される排ガスから回収した飛灰から熱回収する熱交換器を具備したことを特徴とする請求項２又は請求項４記載の流動床複合発電システム。
【請求項８】
前記ガスタービンの排ガスから熱回収し、前記蒸気タービンの作動媒体を加熱する第１の排熱回収ボイラと、前記流動床燃焼器の燃焼排ガスから熱回収し、前記蒸気タービンの作動媒体を加熱する第２の排熱回収ボイラとを設けたことを特徴とする請求項１、請求項３、請求項５、請求項６の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項９】
前記ガスタービンの排ガスから熱回収し、前記蒸気タービンの作動媒体を加熱する第1の排熱回収ボイラと、前記燃焼器の燃焼排ガスから熱回収し、前記蒸気タービンの作動媒体を加熱する第２の排熱回収ボイラを設けたことを特徴とする請求項２、請求項４、請求項５乃至請求項７の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項１０】
前記流動床燃焼炉が加圧流動床燃焼炉であり、前記ガスタービンの圧縮機により圧縮した気体の一部を前記流動床燃焼炉に搬入することを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項１１】
前記流動床燃焼炉が常圧流動床燃焼炉であり、前記ガスタービンの圧縮機により圧縮した気体を前記流動床燃焼炉に搬入しないことを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項１２】
前記ガスタービンの排気を冷却した後、前記圧縮機入口に流入する気体の一部とすることを特徴とする請求項１０記載の流動床複合発電システム。
【請求項１３】
前記圧縮機が圧縮した気体の全量を冷却した後、前記ガスタービンの膨張機の作動流体とし、前記ガスタービンの排気の全量を前記圧縮機に流入する気体とすることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項１４】
前記ガスタービンの膨張機の作動流体を空気よりも前記ガスタービンの発電効率を高くし得る気体、または伝熱性能を高くし得る気体とすることを特徴とする請求項１３記載の流動床複合発電システム。
【請求項１５】
前記気体加熱器で加熱された空気を助燃用燃料を助燃用燃焼器に流入させ燃焼反応を行い、前記助燃用燃焼器の燃焼排ガスを前記ガスタービンの膨張機に流入させ、前記ガスタービンの膨張機の作動流体とすることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項１６】
前記気体加熱器がセラミック製であることを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項１７】
前記流動床燃焼炉あるいは前記乾留炉の燃料を石炭とすることを特徴とする請求項１乃至請求項１６の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【請求項１８】
前記流動床燃焼炉あるいは前記乾留炉の燃料を産業廃棄物あるいは一般廃棄物とすることを特徴とする請求項１乃至請求項１６の何れかに記載の流動床複合発電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−２６６２５９（Ｐ２００６−２６６２５９Ａ）
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３５９１（Ｐ２００６−３３５９１）
【出願日】平成１８年２月１０日（２００６．２．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１０日（２００６．２．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]