石炭火力発電システム
【課題】排ガス中の余剰窒素を有効利用し、微粉炭機で石炭を乾燥するのに要するエネルギーを低減することができる石炭ガス化複合発電システムを提供する。
【解決手段】石炭供給設備２より供給された石炭をガス化して石炭ガス化ガスを生成する石炭ガス化炉３と、石炭ガス化ガスを燃焼して発電機の動力を得るガスタービン５と、ガスタービン５から排出された排ガスより酸素及び窒素を分離する空気分離装置８とを備え、石炭ガス化炉３に、排ガス中の二酸化炭素及び空気分離装置８の酸素がガス化剤として供給されるように構成し、空気分離装置８から分離された窒素を用いて石炭供給設備２の石炭を乾燥させる。
【解決手段】石炭供給設備２より供給された石炭をガス化して石炭ガス化ガスを生成する石炭ガス化炉３と、石炭ガス化ガスを燃焼して発電機の動力を得るガスタービン５と、ガスタービン５から排出された排ガスより酸素及び窒素を分離する空気分離装置８とを備え、石炭ガス化炉３に、排ガス中の二酸化炭素及び空気分離装置８の酸素がガス化剤として供給されるように構成し、空気分離装置８から分離された窒素を用いて石炭供給設備２の石炭を乾燥させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭火力発電システムに関し、特に、石炭ガス化発電システムやOxy-fuel型の発電システムなど、二酸化炭素を回収する石炭火力発電システムにおいて、空気分離装置で発生する余剰窒素を有効利用する場合に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
石炭は世界の広い地域に存在し、可採埋蔵量が多く、価格が安定しているため、供給安定性が高く発熱量あたりの価格が低廉である。かかる石炭を燃料とする火力発電の一つの方式として、石炭ガス化複合発電（IGCC：Integrated Coal Gasfication Combined Cycle）システムが知られている。石炭ガス化複合発電システムでは、石炭を不完全燃焼させて得られた石炭ガス化ガスを燃料としてガスタービンを駆動して電力を得ると共に、ガスタービンの排気熱を回収して蒸気を発生させ、発生した蒸気により蒸気タービンを駆動して電力を得ている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
石炭ガス化複合発電システムの一例には、ガスタービンから排出される排ガスから二酸化炭素を回収し、その一部を石炭と共に石炭ガス化炉にガス化剤として供給するものがある。また、石炭ガス化複合発電システムには、空気から酸素や窒素を分離する空気分離装置が設置されており、空気分離装置で得られた酸素も石炭ガス化炉に供給される。二酸化炭素は、石炭のガス化を促進する作用があるので、空気、酸素濃度を高めた空気、または酸素で石炭をガス化することに比べ、二酸化炭素を供給するようにした石炭ガス化炉では、回収二酸化炭素の純度が大幅に向上する。
【０００４】
また、昨今地球温暖化対策の一つとして、発電所などから発生する二酸化炭素を分離、回収し貯留するCCS(Carbon Capture and Storage)が世界各国で検討されている。上述の石炭ガス化複合発電システムはCCSを実現するものとして有望視されている。すなわち、排ガスは高濃度の二酸化炭素となるため、該二酸化炭素を石炭ガス化炉に供給すれば、従来のPre-combustionシステム（IGCCにおいて生成ガスから二酸化炭素を分離するCCSシステム）で行われる二酸化炭素分離工程が不要となり、二酸化炭素排出量を低減できるからである。さらに、その分離工程が不要となることで設備、運転コストが大幅に低減されるとともに、二酸化炭素回収後も40%以上の高い発電効率が維持されると期待されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
このように、石炭ガス化複合発電システムでは、排ガスから回収された二酸化炭素は、石炭のガス化のために有効利用される一方で、空気分離装置で発生する余剰窒素は、有効利用されていないのが現状である。特に、クローズド型のガスタービンを採用する場合では、窒素は大量に発生するため、余剰の窒素の有効利用を図ることは重要な課題となっている。
【０００６】
例えば、石炭ガス化炉において、二酸化炭素は供給せずに酸素を供給してガス化を行う場合では、窒素酸化物対策を行うために、ガスタービンの前で石炭ガス化ガス（生成ガス）中に空気分離装置で発生する余剰窒素を供給することは可能である。
【０００７】
しかし、この例と同様に、二酸化炭素をガス化剤として用いる石炭ガス化炉に余剰窒素を供給すると、二酸化炭素の濃度が相対的に低下し、回収二酸化炭素の純度が低下してしまう。このため、石炭ガス化炉でのガス化に余剰窒素を利用することは、好ましくない。
【０００８】
また、石炭ガス化複合発電システムには、石炭を粉砕して石炭ガス化炉に供給する微粉炭機が設けられている。石炭は、表面に水分が付着しているため、微粉炭機では、石炭を粉砕すると共に、高温の空気で石炭を乾燥させている。この乾燥のため、多くのエネルギーが必要となるので、石炭ガス化複合発電システム全体のエネルギー効率が下がる要因となっている。
【０００９】
なお、このような問題は、石炭ガス化複合発電システムに限らず、微粉砕した石炭を燃焼する発電システム一般に存在する。例えば、CCSの他の手法であるOxy-fuelを用いたCCS対応石炭火力発電システムでも同様である。Oxy-fuelを用いたCCS対応火力発電システムは、微粉砕した石炭をボイラで燃焼し、ボイラから排出された排ガス中の二酸化炭素の一部をボイラに供給すると共に、残余の二酸化炭素を圧縮して地層などに隔離する設備を有する。
【００１０】
現時点ではOxy-fuelを用いた石炭火力発電システムでは、空気分離装置で発生する余剰窒素を放風廃棄するもようである。また、既に稼働中の酸素吹き石炭ガス化プラントにおいても、相当量の余剰窒素が放風廃棄されているもようであり、余剰窒素は有効利用されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５―１７１１４８号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】“Development of oxy-fuel IGCC system with CO2 recirculation for CO2 capture”, Oki.Y.,et al, Proceeding of10th International Conference on Greenhouse Gas Control Technology,2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑み、空気分離装置で発生する余剰窒素を有効利用し、微粉炭機で石炭を乾燥するのに要するエネルギーを低減することができる石炭火力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】
【００１４】
上記目的を達成するための第１の態様は、石炭供給設備より供給された石炭を用いて発電する発電手段と、空気から酸素及び窒素を分離し、石炭の燃焼又は石炭のガス化のために酸素を発電手段に供給する空気分離装置と、前記空気分離装置で発生した窒素を用いて前記石炭供給設備の石炭を乾燥させる乾燥手段とを備えることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００１５】
かかる第１の態様では、空気分離装置で発生する余剰窒素を石炭供給設備に供給し、その窒素を石炭の乾燥に用いるので、空気分離装置で大量に生じた窒素の有効利用を図ることができる。また、大量に生じた余剰の窒素で石炭が乾燥されるので、石炭の乾燥のために必要なエネルギーを低減することができ、石炭火力発電システム全体の効率を向上することができる。
【００１６】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、前記石炭供給設備は、コンベアにより搬送された石炭を貯蔵する石炭バンカと、石炭バンカの下部に配設された計量給炭機を介して石炭が供給される微粉炭機とから構成され、前記乾燥手段は、石炭が前記微粉炭機に供給される前に該石炭を前記窒素で乾燥させるように構成されていることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００１７】
かかる第２の態様では、微粉炭機で石炭を粉砕する前に石炭を乾燥するので、微粉炭機で必要となる石炭の乾燥のためのエネルギーを低減することができる。
【００１８】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、前記乾燥手段は、前記コンベアに搬送される石炭を前記窒素で乾燥するように構成されていることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００１９】
かかる第３の態様では、コンベアに搬送される石炭を空気分離装置からの窒素で乾燥させることができる。
【００２０】
本発明の第４の態様は、第２又は第３の態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、前記乾燥手段は、前記コンベアと前記石炭バンカとの間に配設された石炭バンカ室に貯蔵された石炭を前記窒素で乾燥するように構成されていることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００２１】
かかる第４の態様では、石炭バンカに投入される前の石炭を余剰の窒素で乾燥させることができる。
【００２２】
本発明の第５の態様は、第２〜第４の何れか一つの態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、前記乾燥手段は、前記石炭バンカと前記微粉炭機との間に石炭が供給される流動床乾燥機を設置し、該流動床乾燥機に前記窒素を供給するように構成されていることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００２３】
かかる第５の態様では、微粉炭機の前段階で予備的に石炭が流動床乾燥機で乾燥されるので、微粉炭機で石炭の乾燥に要するエネルギーを低減することができ、また、空気分離装置からの窒素を有効利用することができる。
【００２４】
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、前記流動床乾燥機に供給される窒素を加熱する熱交換器を備えることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００２５】
かかる第６の態様では、より高温の窒素が流動床乾燥機に供給されることで、石炭は、より乾燥し、微粉炭機で石炭の乾燥に要するエネルギーをさらに低減することができる。
【００２６】
本発明の第７の態様は、第２〜第４の何れか一つの態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、前記乾燥手段は、前記石炭バンカと前記微粉炭機との間に石炭が供給されるロータリーキルン型乾燥機を設置し、該ロータリーキルン型乾燥機に前記窒素を供給するように構成されていることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００２７】
かかる第７の態様では、ロータリーキルン型乾燥機の円筒体の回転で石炭が転がり、石炭の表面全体が窒素雰囲気に晒されることになるので、石炭の表面全体を万遍なく乾燥させることができる。
【００２８】
本発明の第８の態様は、第７の態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、前記ロータリーキルン型乾燥機は、外熱式であることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００２９】
かかる第８の態様では、ロータリーキルン型乾燥機内部の石炭は、加熱されるため、石炭をより一層乾燥させることができる。
【００３０】
本発明の第９の態様は、第８の態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、外熱式の前記ロータリーキルン型乾燥機に供給される窒素を、排ガスの残存酸素処理炉で発生する熱で予熱する加熱手段を備えることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００３１】
かかる第９の態様では、より高温の窒素がロータリーキルン型乾燥機に供給されることで、石炭は、より乾燥し、微粉炭機で石炭の乾燥に要するエネルギーをさらに低減することができる。
【００３２】
本発明の第１０の態様は、第１〜第９の何れか一つの態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、前記発電手段は、石炭をガス化して石炭ガス化ガスを生成する石炭ガス化炉と、前記石炭ガス化ガスを燃焼して発電機の動力を得るガスタービンとを備え、前記石炭ガス化炉に、前記排ガス中の二酸化炭素及び前記空気分離装置の酸素がガス化剤として供給されるように構成されていることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００３３】
かかる第１０の態様では、余剰窒素を石炭の乾燥に有効利用すると共に、余剰窒素を石炭ガス化炉に投入しないので、石炭ガス化炉内の二酸化炭素濃度が維持され、炭素転換率及び回収二酸化炭素純度が低下してしまうことを回避できる。
【００３４】
本発明の第１１の態様は、第１０の態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、前記発電手段は、前記排ガスの熱を回収して得られた蒸気を膨張することで発電機の動力を得る蒸気タービンとをさらに備えることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００３５】
かかる第１１の態様では、ガスタービンの発電動力に加えて、蒸気タービンの発電動力を用いて発電することができ、より効率の高い発電を行うことができる。
【００３６】
本発明の第１２の態様は、第１〜第９の何れか一つの態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、前記発電手段は、石炭を燃焼するボイラと、該ボイラで生じた熱により得られた蒸気を膨張することで発電機の動力を得る蒸気タービンとを備え、ボイラからの排ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、該二酸化炭素の一部をボイラに供給すると共に残余の二酸化炭素を貯留するように構成されていることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００３７】
かかる第１２の態様では、いわゆるOxy-fuel型の石炭火力発電システムにおいて、空気分離装置で発生する余剰窒素を用い、各種乾燥手段で石炭の乾燥を促進できる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、空気分離装置で発生する余剰窒素を有効利用し、微粉炭機で石炭を乾燥するのに要するエネルギーを低減することができる石炭火力発電システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る石炭火力発電システムの一例である石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
【図２】実施形態１に係る石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。
【図３】実施形態２に係る石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。
【図４】実施形態３に係る石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。
【図５】実施形態３に係る石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。
【図６】実施形態４に係る石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。
【図７】実施形態４に係る石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。
【図８】実施形態５に係る石炭火力発電システムにおける石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態に係る石炭ガス化発電システムの一例である石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
【００４１】
図示するように、石炭ガス化複合発電システム１は、石炭を石炭ガス化炉に供給する石炭供給設備２を備えている。石炭供給設備２は、詳細は後述するが、貯蔵した石炭を微粉炭機で粉砕し、石炭ガス化炉３に供給する設備である。
【００４２】
石炭供給設備２で粉砕された石炭は、石炭ガス化炉３に供給される。石炭ガス化炉３には、系内からの二酸化炭素、すなわち、ガスタービン５で仕事を終え、排熱回収ボイラ６で熱交換された排ガスから分離された二酸化炭素が供給されるようになっている。また、石炭ガス化炉３には、空気分離装置８で原料空気から分離された酸素も供給されるようになっている。
【００４３】
これらの二酸化炭素と、酸素は、石炭のガス化剤として機能する。石炭ガス化炉３では、石炭がガス化剤と反応することで石炭ガス化ガスが生成される。二酸化炭素及び酸素で石炭をガス化することで、二酸化炭素のガス化促進効果により、空気、酸素濃度を高めた空気、または酸素で石炭をガス化することに比べ、炭素転換率が大幅に向上する。
【００４４】
石炭ガス化ガスには、一酸化炭素や水素ガスなどの可燃成分が含まれ、また、水溶性不純物、凝縮性不純物、粒子状不純物、及びガス状不純物が含まれている。石炭ガス化炉３で生成された石炭ガス化ガスは、除塵手段（特に図示せず）により除塵され、熱交換器（特に図示せず）で所定温度に調整され、ガス精製設備４に供給される。
【００４５】
ガス精製設備４としては、石炭ガス化ガスの温度を、露点を上回る温度に維持して運転する乾式法や、湿式法により石炭ガス化ガスの不純物を除去するものが用いられる。上述の各種不純物を除去できるものであれば特に構成は限定されないが、例えば、ガス精製設備４として、ハロゲン化物除去装置、脱硫装置、アンモニア除去装置、水銀除去装置などの不純物除去装置を用いることができる。
【００４６】
ガス精製設備４に石炭ガス化ガスが送られると、各種の不純物除去装置により不純物が除去されて精製され、燃料ガスが得られる。
【００４７】
ガスタービン５には、ガス精製設備４で精製された燃料ガスが供給される。詳細には、特に図示しないが燃焼器、圧縮機がガスタービン５に接続されており、燃焼器に燃料ガスが送られる。さらに燃焼器には、空気分離装置８で製造された高濃度の酸素が送られ、燃料ガスが燃焼される。また、排熱回収ボイラ６で熱回収された排ガス中の二酸化炭素は圧縮機で圧縮され、燃焼器に投入されるようになっている。燃焼器での燃焼により生じた燃焼ガスは、ガスタービン５に送られ、ガスタービン５は燃焼ガスの膨張で発電機を駆動する動力を得る。
【００４８】
ガスタービン５で仕事を終えた排ガスは排熱回収ボイラ６に送られる。排熱回収ボイラ６は、排ガスの熱回収を行い、この熱で生じた蒸気を蒸気タービン７に供給する。
【００４９】
蒸気タービン７は、排熱回収ボイラ６から供給された蒸気の膨張で発電機を駆動する動力を得る。上述した圧縮機、ガスタービン５、蒸気タービン７及び発電機（特に図示せず）は、同軸状態で接続されている。直列に接続されたガスタービン５及び蒸気タービン７の動力により発電機が駆動され、ガスタービン５と蒸気タービン７による複合発電が行われる。
【００５０】
排熱回収ボイラ６で熱回収された排ガスは、二酸化炭素が分離され、その一部はガスタービン５や石炭ガス化炉３に送られる。また、残余の二酸化炭素は、外部に搬送され、地層などに貯留される。
【００５１】
空気分離装置８は、極低温の冷媒で原料空気を冷却し、排ガス中に含まれる窒素、酸素、アルゴン等の各種ガスの沸点に応じて、それらのガスを分離するものである。詳細には、原料空気は、吸着器で水分が除去されて、空気分離装置８で冷却される。このため、空気分離装置８から得られた窒素（沸点−１９６℃）には、沸点が異なる水分（沸点１００℃）は含まれず、乾燥した大量の窒素が得られる。
【００５２】
空気分離装置８で分離された酸素は、上述したように、石炭ガス化炉３やガスタービン５（燃焼器）に送られる。さらに、空気分離装置８から分離した窒素は、石炭供給設備２に供給され、窒素の有効利用が図られている。
【００５３】
図２を用いて、窒素を有効利用するための石炭供給設備について説明する。図示するように、石炭供給設備２は、コンベア１０で搬送された石炭を一時的に貯蔵するバンカ室１１及び石炭バンカ１２と、石炭バンカ１２の下部に配設された計量給炭機１３と、微粉炭機１４とから構成されている。
【００５４】
コンベア１０は、上方に設置されたバンカ室１１に石炭を搬送するために上方に傾斜して設置されており、コンベア１０の周囲には、コンベア１０を覆うカバー１５が設けられている。バンカ室１１に貯蔵された石炭は、石炭バンカ１２を介して計量給炭機１３に払い出される。計量給炭機１３は、石炭を計量しながら所定量の石炭を微粉炭機１４に供給するものである。
【００５５】
微粉炭機１４は、計量給炭機１３から供給された石炭が供給されると共に、乾燥用の高温の空気が供給されるようになっている。微粉炭機１４は、この石炭を粉砕すると共に、乾燥用の空気で石炭を乾燥する。微粉炭機１４で粉砕、乾燥された石炭は、気流搬送で石炭ガス化炉３に供給される。
【００５６】
このような構成の石炭供給設備２には、空気分離装置８（図１参照）から分離された窒素を用いて、石炭を乾燥させる乾燥手段が設けられている。具体的には、乾燥手段は、石炭を搬送するコンベア１０とそのコンベア１０を覆うカバー１５との間の空間に、空気分離装置８からの窒素を投入することにより構成されている。
【００５７】
上述したように、空気分離装置８から得られる窒素は、水分が殆ど含まれず、乾燥しているので、コンベア１０で搬送される石炭に付着した水分は蒸発しやすくなり、石炭の乾燥を促進できる。
【００５８】
このように微粉炭機１４に供給される前の段階で、窒素により石炭を乾燥することで、微粉炭機１４において、石炭の乾燥用の空気を加熱するのに要するエネルギーを低減することができる。
【００５９】
以上に説明したように、本実施形態に係る石炭ガス化複合発電システム１は、空気分離装置８で発生する余剰窒素を石炭供給設備２に供給し、その窒素を石炭の乾燥に用いるので、空気分離装置８で大量に生じた窒素の有効利用を図ることができる。また、微粉炭機１４で石炭を粉砕する前に石炭を乾燥するので、微粉炭機１４で必要となる石炭の乾燥のためのエネルギーを低減することができ、石炭ガス化複合発電システム１全体の効率を向上することができる。
【００６０】
また、余剰窒素を石炭ガス化炉３に投入しないので、石炭ガス化炉３内の二酸化炭素濃度が維持され、炭素転換率及び二酸化炭素純度が低下してしまうことを回避できる。
【００６１】
〈実施形態２〉
実施形態１では、石炭供給設備２のコンベア１０とカバー１５との間の空間に、空気分離装置８からの窒素を投入する乾燥手段について説明したが、窒素の投入箇所は、これに限られない。以下、乾燥手段の種々の態様について説明する。
【００６２】
図３は、実施形態２に係る石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６３】
図示するように、本実施形態の乾燥手段は、バンカ室１１の一部に、外部と連通する投入口１６を設け、空気分離装置８からの窒素を投入口１６に供給するように構成されている。このように、バンカ室１１に窒素が供給されることで、石炭バンカ１２に投入される前の石炭を乾燥させることができる。これにより、実施形態１と同様に、微粉炭機１４で石炭の乾燥に要するエネルギーを低減することができる。
【００６４】
〈実施形態３〉
微粉炭機１４の前に石炭の乾燥させる乾燥手段として、流動床乾燥機を用いることができる。図４は、実施形態３に係る石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６５】
図示するように、流動床乾燥機１７は、石炭バンカ１２と微粉炭機１４との間に設置されている。石炭バンカ１２から給炭され、計量給炭機１３で計量された石炭は、流動床乾燥機１７に所定量供給される。
【００６６】
また、流動床乾燥機１７には、石炭の下方から石炭に吹き付けられる高温の空気と一緒に、空気分離装置８から供給された窒素が供給されように構成されている。すなわち、流動床乾燥機１７では、空気分離装置８からの窒素も石炭の乾燥に用いている。
【００６７】
このように、微粉炭機１４の前段階で予備的に石炭が流動床乾燥機１７で乾燥されるので、微粉炭機１４で石炭の乾燥に要するエネルギーを低減することができ、また、空気分離装置８からの窒素を有効利用することができる。
【００６８】
さらに、図５に示すように、空気分離装置８から流動床乾燥機１７に供給する窒素を、熱交換機１８により加熱してもよい。この場合においては、より高温の窒素が流動床乾燥機１７に供給されることで、石炭は、より乾燥し、微粉炭機１４で石炭の乾燥に要するエネルギーをさらに低減することができる。
【００６９】
なお、熱交換機１８の熱源は特に限定はないが、石炭ガス化複合発電システム１の系内で生じた熱を用いることで、系全体の熱効率を向上することができる。
【００７０】
〈実施形態４〉
微粉炭機１４の前に石炭の乾燥させる乾燥手段として、ロータリーキルン型乾燥機を用いることができる。図６は、実施形態４に係る石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７１】
図示するように、ロータリーキルン型乾燥機１９は、傾斜した円筒体を回転させながら、その中に処理対象物である石炭を流通させ、石炭に所定の温度、時間で加熱するものである。また、ロータリーキルン型乾燥機１９にはロードセルを設置することなどにより計量機能を持たせておく。
【００７２】
ロータリーキルン型乾燥機１９は、石炭バンカ１２と微粉炭機１４との間に設置されている。すなわち、石炭バンカ１２から給炭された石炭は、ロータリーキルン型乾燥機１９により計量され、微粉炭機１４に供給される。
【００７３】
そして、ロータリーキルン型乾燥機１９には、空気分離装置８からの窒素が内部に供給されるようになっている。このため、ロータリーキルン型乾燥機１９内部では、乾燥した雰囲気の下で石炭が加熱されて乾燥される。
【００７４】
このように、微粉炭機１４の前段階で予備的に石炭がロータリーキルン型乾燥機１９で乾燥されるので、微粉炭機１４で石炭の乾燥に要するエネルギーを低減することができ、また、空気分離装置８からの窒素を有効利用することができる。
【００７５】
また、上述したロータリーキルン型乾燥機１９は、いわゆる外熱式のロータリーキルン型乾燥機１９であり、乾燥した窒素雰囲気の下で石炭を加熱したが、必ずしも加熱する必要はない。すなわち、石炭がロータリーキルン型乾燥機１９に投炭され、回転する円筒体内部を流通しながら出口から排出されるまでの間に、空気分離装置８から供給された窒素雰囲気に晒すだけでもよい。
【００７６】
この場合においては、ロータリーキルン型乾燥機１９の円筒体の回転で石炭が転がり、石炭の表面全体が窒素雰囲気に晒されることになるので、石炭の表面全体を万遍なく乾燥させることができる。
【００７７】
さらに、図７に示すように、空気分離装置８からロータリーキルン型乾燥機１９に供給する窒素を、ガスタービン５（図１参照）の排ガスに含まれる残存酸素処理炉（特に図示せず）で発生する熱で加熱してもよい。この場合においては、より高温の窒素がロータリーキルン型乾燥機１９に供給されることで、石炭は、より乾燥し、微粉炭機１４で石炭の乾燥に要するエネルギーをさらに低減することができる。
【００７８】
なお、ロータリーキルン型乾燥機１９に供給する窒素の熱源は、上述の残存酸素処理炉の熱に限定されない。
【００７９】
〈実施形態５〉
実施形態１〜実施形態４では、石炭火力発電システムの一例として、石炭ガス化複合発電システムを例に挙げたが、本発明は、いわゆるOxy-fuel型の石炭火力発電システムにも適用することができる。
【００８０】
図８は、実施形態５に係る石炭火力発電システムにおける石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８１】
本実施形態に係る石炭火力発電システムの発電手段は、石炭を燃焼するボイラ２０と、ボイラ２０で生じた熱により得られた蒸気を膨張することで発電機の動力を得る蒸気タービン（特に図示せず）とを備えている。
【００８２】
また、空気分離装置８（特に図示せず）は、実施形態１と同様に原料空気から酸素を分離し、その酸素をボイラ２０に供給している。
【００８３】
ボイラ２０で発生した排ガス中の二酸化炭素は回収され、一部は、ボイラ２０に供給され、残余は外部に搬送され、地層等に貯留されるように構成されている。
【００８４】
このような構成のOxy-fuel型の石炭火力発電システムにおいても、空気分離装置８で発生した余剰窒素を石炭供給設備２に供給し、石炭の乾燥を促進させることができる。具体的には、実施形態１〜実施形態４で説明したような各種乾燥手段を適用することで石炭を余剰窒素で乾燥させる。
【００８５】
図８に乾燥手段の一例を示す。すなわち、実施形態１と同様に、石炭を搬送するコンベア１０と該コンベア１０の周囲を覆うカバー１５との間の空間に、空気分離装置８からの窒素を投入するようにした。もちろん、実施形態２〜実施形態４で説明した乾燥手段を用いてもよい。
【００８６】
このような構成の石炭火力発電システムにおいても、二酸化炭素の排出を抑えると共に、空気分離装置８で発生した余剰窒素で石炭供給設備２の石炭の乾燥を促進でき、微粉炭機１４で石炭の乾燥に要するエネルギーを低減することができる。
【００８７】
〈他の実施形態〉
以上に説明した実施形態１〜実施形態５では、乾燥手段は、石炭供給設備２の各所に一つ設けられていたが、複合的であってもよい。すなわち、実施形態１〜実施形態５で説明した各乾燥手段を組み合わせて用いてもよい。
【００８８】
また、実施形態１〜実施形態４では、石炭ガス化発電システムとして石炭ガス化複合発電システム１を例に挙げたが、必ずしもこのような態様に限らず、例えば、蒸気タービン７を設けずにガスタービン５のみで発電を行うものであってもよい。要するに、本発明は、石炭ガス化複合発電システムに限らず、石炭ガス化ガスを燃焼してガスタービンを駆動し、その排ガス中の二酸化炭素を石炭のガス化に利用する発電システムに適用することができる。
【００８９】
さらに、乾燥手段を設ける態様は、実施形態１〜５に説明した場合に限定されず、微粉炭機１４に供給される前の段階で、石炭を空気分離装置８からの窒素を用いて乾燥させるようにすればよい。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、石炭から石炭ガス化ガスを生成し、石炭ガス化ガスを燃焼してガスタービンを駆動し、その排ガス中の二酸化炭素を石炭のガス化に利用する発電システムで利用することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１ 石炭ガス化複合発電システム
２ 石炭供給設備
３ 石炭ガス化炉
４ ガス精製設備
５ ガスタービン
６ 排熱回収ボイラ
７ 蒸気タービン
８ 空気分離装置
１０ コンベア
１１ バンカ室
１２ 石炭バンカ
１３ 計量給炭機
１４ 微粉炭機
１５ カバー
１６ 投入口
１７ 流動床乾燥機
１８ 熱交換機
１９ ロータリーキルン型乾燥機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭火力発電システムに関し、特に、石炭ガス化発電システムやOxy-fuel型の発電システムなど、二酸化炭素を回収する石炭火力発電システムにおいて、空気分離装置で発生する余剰窒素を有効利用する場合に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
石炭は世界の広い地域に存在し、可採埋蔵量が多く、価格が安定しているため、供給安定性が高く発熱量あたりの価格が低廉である。かかる石炭を燃料とする火力発電の一つの方式として、石炭ガス化複合発電（IGCC：Integrated Coal Gasfication Combined Cycle）システムが知られている。石炭ガス化複合発電システムでは、石炭を不完全燃焼させて得られた石炭ガス化ガスを燃料としてガスタービンを駆動して電力を得ると共に、ガスタービンの排気熱を回収して蒸気を発生させ、発生した蒸気により蒸気タービンを駆動して電力を得ている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
石炭ガス化複合発電システムの一例には、ガスタービンから排出される排ガスから二酸化炭素を回収し、その一部を石炭と共に石炭ガス化炉にガス化剤として供給するものがある。また、石炭ガス化複合発電システムには、空気から酸素や窒素を分離する空気分離装置が設置されており、空気分離装置で得られた酸素も石炭ガス化炉に供給される。二酸化炭素は、石炭のガス化を促進する作用があるので、空気、酸素濃度を高めた空気、または酸素で石炭をガス化することに比べ、二酸化炭素を供給するようにした石炭ガス化炉では、回収二酸化炭素の純度が大幅に向上する。
【０００４】
また、昨今地球温暖化対策の一つとして、発電所などから発生する二酸化炭素を分離、回収し貯留するCCS(Carbon Capture and Storage)が世界各国で検討されている。上述の石炭ガス化複合発電システムはCCSを実現するものとして有望視されている。すなわち、排ガスは高濃度の二酸化炭素となるため、該二酸化炭素を石炭ガス化炉に供給すれば、従来のPre-combustionシステム（IGCCにおいて生成ガスから二酸化炭素を分離するCCSシステム）で行われる二酸化炭素分離工程が不要となり、二酸化炭素排出量を低減できるからである。さらに、その分離工程が不要となることで設備、運転コストが大幅に低減されるとともに、二酸化炭素回収後も40%以上の高い発電効率が維持されると期待されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
このように、石炭ガス化複合発電システムでは、排ガスから回収された二酸化炭素は、石炭のガス化のために有効利用される一方で、空気分離装置で発生する余剰窒素は、有効利用されていないのが現状である。特に、クローズド型のガスタービンを採用する場合では、窒素は大量に発生するため、余剰の窒素の有効利用を図ることは重要な課題となっている。
【０００６】
例えば、石炭ガス化炉において、二酸化炭素は供給せずに酸素を供給してガス化を行う場合では、窒素酸化物対策を行うために、ガスタービンの前で石炭ガス化ガス（生成ガス）中に空気分離装置で発生する余剰窒素を供給することは可能である。
【０００７】
しかし、この例と同様に、二酸化炭素をガス化剤として用いる石炭ガス化炉に余剰窒素を供給すると、二酸化炭素の濃度が相対的に低下し、回収二酸化炭素の純度が低下してしまう。このため、石炭ガス化炉でのガス化に余剰窒素を利用することは、好ましくない。
【０００８】
また、石炭ガス化複合発電システムには、石炭を粉砕して石炭ガス化炉に供給する微粉炭機が設けられている。石炭は、表面に水分が付着しているため、微粉炭機では、石炭を粉砕すると共に、高温の空気で石炭を乾燥させている。この乾燥のため、多くのエネルギーが必要となるので、石炭ガス化複合発電システム全体のエネルギー効率が下がる要因となっている。
【０００９】
なお、このような問題は、石炭ガス化複合発電システムに限らず、微粉砕した石炭を燃焼する発電システム一般に存在する。例えば、CCSの他の手法であるOxy-fuelを用いたCCS対応石炭火力発電システムでも同様である。Oxy-fuelを用いたCCS対応火力発電システムは、微粉砕した石炭をボイラで燃焼し、ボイラから排出された排ガス中の二酸化炭素の一部をボイラに供給すると共に、残余の二酸化炭素を圧縮して地層などに隔離する設備を有する。
【００１０】
現時点ではOxy-fuelを用いた石炭火力発電システムでは、空気分離装置で発生する余剰窒素を放風廃棄するもようである。また、既に稼働中の酸素吹き石炭ガス化プラントにおいても、相当量の余剰窒素が放風廃棄されているもようであり、余剰窒素は有効利用されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５―１７１１４８号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】“Development of oxy-fuel IGCC system with CO2 recirculation for CO2 capture”, Oki.Y.,et al, Proceeding of10th International Conference on Greenhouse Gas Control Technology,2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑み、空気分離装置で発生する余剰窒素を有効利用し、微粉炭機で石炭を乾燥するのに要するエネルギーを低減することができる石炭火力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】
【００１４】
上記目的を達成するための第１の態様は、石炭供給設備より供給された石炭を用いて発電する発電手段と、空気から酸素及び窒素を分離し、石炭の燃焼又は石炭のガス化のために酸素を発電手段に供給する空気分離装置と、前記空気分離装置で発生した窒素を用いて前記石炭供給設備の石炭を乾燥させる乾燥手段とを備えることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００１５】
かかる第１の態様では、空気分離装置で発生する余剰窒素を石炭供給設備に供給し、その窒素を石炭の乾燥に用いるので、空気分離装置で大量に生じた窒素の有効利用を図ることができる。また、大量に生じた余剰の窒素で石炭が乾燥されるので、石炭の乾燥のために必要なエネルギーを低減することができ、石炭火力発電システム全体の効率を向上することができる。
【００１６】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、前記石炭供給設備は、コンベアにより搬送された石炭を貯蔵する石炭バンカと、石炭バンカの下部に配設された計量給炭機を介して石炭が供給される微粉炭機とから構成され、前記乾燥手段は、石炭が前記微粉炭機に供給される前に該石炭を前記窒素で乾燥させるように構成されていることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００１７】
かかる第２の態様では、微粉炭機で石炭を粉砕する前に石炭を乾燥するので、微粉炭機で必要となる石炭の乾燥のためのエネルギーを低減することができる。
【００１８】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、前記乾燥手段は、前記コンベアに搬送される石炭を前記窒素で乾燥するように構成されていることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００１９】
かかる第３の態様では、コンベアに搬送される石炭を空気分離装置からの窒素で乾燥させることができる。
【００２０】
本発明の第４の態様は、第２又は第３の態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、前記乾燥手段は、前記コンベアと前記石炭バンカとの間に配設された石炭バンカ室に貯蔵された石炭を前記窒素で乾燥するように構成されていることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００２１】
かかる第４の態様では、石炭バンカに投入される前の石炭を余剰の窒素で乾燥させることができる。
【００２２】
本発明の第５の態様は、第２〜第４の何れか一つの態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、前記乾燥手段は、前記石炭バンカと前記微粉炭機との間に石炭が供給される流動床乾燥機を設置し、該流動床乾燥機に前記窒素を供給するように構成されていることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００２３】
かかる第５の態様では、微粉炭機の前段階で予備的に石炭が流動床乾燥機で乾燥されるので、微粉炭機で石炭の乾燥に要するエネルギーを低減することができ、また、空気分離装置からの窒素を有効利用することができる。
【００２４】
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、前記流動床乾燥機に供給される窒素を加熱する熱交換器を備えることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００２５】
かかる第６の態様では、より高温の窒素が流動床乾燥機に供給されることで、石炭は、より乾燥し、微粉炭機で石炭の乾燥に要するエネルギーをさらに低減することができる。
【００２６】
本発明の第７の態様は、第２〜第４の何れか一つの態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、前記乾燥手段は、前記石炭バンカと前記微粉炭機との間に石炭が供給されるロータリーキルン型乾燥機を設置し、該ロータリーキルン型乾燥機に前記窒素を供給するように構成されていることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００２７】
かかる第７の態様では、ロータリーキルン型乾燥機の円筒体の回転で石炭が転がり、石炭の表面全体が窒素雰囲気に晒されることになるので、石炭の表面全体を万遍なく乾燥させることができる。
【００２８】
本発明の第８の態様は、第７の態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、前記ロータリーキルン型乾燥機は、外熱式であることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００２９】
かかる第８の態様では、ロータリーキルン型乾燥機内部の石炭は、加熱されるため、石炭をより一層乾燥させることができる。
【００３０】
本発明の第９の態様は、第８の態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、外熱式の前記ロータリーキルン型乾燥機に供給される窒素を、排ガスの残存酸素処理炉で発生する熱で予熱する加熱手段を備えることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００３１】
かかる第９の態様では、より高温の窒素がロータリーキルン型乾燥機に供給されることで、石炭は、より乾燥し、微粉炭機で石炭の乾燥に要するエネルギーをさらに低減することができる。
【００３２】
本発明の第１０の態様は、第１〜第９の何れか一つの態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、前記発電手段は、石炭をガス化して石炭ガス化ガスを生成する石炭ガス化炉と、前記石炭ガス化ガスを燃焼して発電機の動力を得るガスタービンとを備え、前記石炭ガス化炉に、前記排ガス中の二酸化炭素及び前記空気分離装置の酸素がガス化剤として供給されるように構成されていることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００３３】
かかる第１０の態様では、余剰窒素を石炭の乾燥に有効利用すると共に、余剰窒素を石炭ガス化炉に投入しないので、石炭ガス化炉内の二酸化炭素濃度が維持され、炭素転換率及び回収二酸化炭素純度が低下してしまうことを回避できる。
【００３４】
本発明の第１１の態様は、第１０の態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、前記発電手段は、前記排ガスの熱を回収して得られた蒸気を膨張することで発電機の動力を得る蒸気タービンとをさらに備えることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００３５】
かかる第１１の態様では、ガスタービンの発電動力に加えて、蒸気タービンの発電動力を用いて発電することができ、より効率の高い発電を行うことができる。
【００３６】
本発明の第１２の態様は、第１〜第９の何れか一つの態様に記載する石炭火力発電システムにおいて、前記発電手段は、石炭を燃焼するボイラと、該ボイラで生じた熱により得られた蒸気を膨張することで発電機の動力を得る蒸気タービンとを備え、ボイラからの排ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、該二酸化炭素の一部をボイラに供給すると共に残余の二酸化炭素を貯留するように構成されていることを特徴とする石炭火力発電システムにある。
【００３７】
かかる第１２の態様では、いわゆるOxy-fuel型の石炭火力発電システムにおいて、空気分離装置で発生する余剰窒素を用い、各種乾燥手段で石炭の乾燥を促進できる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、空気分離装置で発生する余剰窒素を有効利用し、微粉炭機で石炭を乾燥するのに要するエネルギーを低減することができる石炭火力発電システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る石炭火力発電システムの一例である石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
【図２】実施形態１に係る石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。
【図３】実施形態２に係る石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。
【図４】実施形態３に係る石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。
【図５】実施形態３に係る石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。
【図６】実施形態４に係る石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。
【図７】実施形態４に係る石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。
【図８】実施形態５に係る石炭火力発電システムにおける石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態に係る石炭ガス化発電システムの一例である石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
【００４１】
図示するように、石炭ガス化複合発電システム１は、石炭を石炭ガス化炉に供給する石炭供給設備２を備えている。石炭供給設備２は、詳細は後述するが、貯蔵した石炭を微粉炭機で粉砕し、石炭ガス化炉３に供給する設備である。
【００４２】
石炭供給設備２で粉砕された石炭は、石炭ガス化炉３に供給される。石炭ガス化炉３には、系内からの二酸化炭素、すなわち、ガスタービン５で仕事を終え、排熱回収ボイラ６で熱交換された排ガスから分離された二酸化炭素が供給されるようになっている。また、石炭ガス化炉３には、空気分離装置８で原料空気から分離された酸素も供給されるようになっている。
【００４３】
これらの二酸化炭素と、酸素は、石炭のガス化剤として機能する。石炭ガス化炉３では、石炭がガス化剤と反応することで石炭ガス化ガスが生成される。二酸化炭素及び酸素で石炭をガス化することで、二酸化炭素のガス化促進効果により、空気、酸素濃度を高めた空気、または酸素で石炭をガス化することに比べ、炭素転換率が大幅に向上する。
【００４４】
石炭ガス化ガスには、一酸化炭素や水素ガスなどの可燃成分が含まれ、また、水溶性不純物、凝縮性不純物、粒子状不純物、及びガス状不純物が含まれている。石炭ガス化炉３で生成された石炭ガス化ガスは、除塵手段（特に図示せず）により除塵され、熱交換器（特に図示せず）で所定温度に調整され、ガス精製設備４に供給される。
【００４５】
ガス精製設備４としては、石炭ガス化ガスの温度を、露点を上回る温度に維持して運転する乾式法や、湿式法により石炭ガス化ガスの不純物を除去するものが用いられる。上述の各種不純物を除去できるものであれば特に構成は限定されないが、例えば、ガス精製設備４として、ハロゲン化物除去装置、脱硫装置、アンモニア除去装置、水銀除去装置などの不純物除去装置を用いることができる。
【００４６】
ガス精製設備４に石炭ガス化ガスが送られると、各種の不純物除去装置により不純物が除去されて精製され、燃料ガスが得られる。
【００４７】
ガスタービン５には、ガス精製設備４で精製された燃料ガスが供給される。詳細には、特に図示しないが燃焼器、圧縮機がガスタービン５に接続されており、燃焼器に燃料ガスが送られる。さらに燃焼器には、空気分離装置８で製造された高濃度の酸素が送られ、燃料ガスが燃焼される。また、排熱回収ボイラ６で熱回収された排ガス中の二酸化炭素は圧縮機で圧縮され、燃焼器に投入されるようになっている。燃焼器での燃焼により生じた燃焼ガスは、ガスタービン５に送られ、ガスタービン５は燃焼ガスの膨張で発電機を駆動する動力を得る。
【００４８】
ガスタービン５で仕事を終えた排ガスは排熱回収ボイラ６に送られる。排熱回収ボイラ６は、排ガスの熱回収を行い、この熱で生じた蒸気を蒸気タービン７に供給する。
【００４９】
蒸気タービン７は、排熱回収ボイラ６から供給された蒸気の膨張で発電機を駆動する動力を得る。上述した圧縮機、ガスタービン５、蒸気タービン７及び発電機（特に図示せず）は、同軸状態で接続されている。直列に接続されたガスタービン５及び蒸気タービン７の動力により発電機が駆動され、ガスタービン５と蒸気タービン７による複合発電が行われる。
【００５０】
排熱回収ボイラ６で熱回収された排ガスは、二酸化炭素が分離され、その一部はガスタービン５や石炭ガス化炉３に送られる。また、残余の二酸化炭素は、外部に搬送され、地層などに貯留される。
【００５１】
空気分離装置８は、極低温の冷媒で原料空気を冷却し、排ガス中に含まれる窒素、酸素、アルゴン等の各種ガスの沸点に応じて、それらのガスを分離するものである。詳細には、原料空気は、吸着器で水分が除去されて、空気分離装置８で冷却される。このため、空気分離装置８から得られた窒素（沸点−１９６℃）には、沸点が異なる水分（沸点１００℃）は含まれず、乾燥した大量の窒素が得られる。
【００５２】
空気分離装置８で分離された酸素は、上述したように、石炭ガス化炉３やガスタービン５（燃焼器）に送られる。さらに、空気分離装置８から分離した窒素は、石炭供給設備２に供給され、窒素の有効利用が図られている。
【００５３】
図２を用いて、窒素を有効利用するための石炭供給設備について説明する。図示するように、石炭供給設備２は、コンベア１０で搬送された石炭を一時的に貯蔵するバンカ室１１及び石炭バンカ１２と、石炭バンカ１２の下部に配設された計量給炭機１３と、微粉炭機１４とから構成されている。
【００５４】
コンベア１０は、上方に設置されたバンカ室１１に石炭を搬送するために上方に傾斜して設置されており、コンベア１０の周囲には、コンベア１０を覆うカバー１５が設けられている。バンカ室１１に貯蔵された石炭は、石炭バンカ１２を介して計量給炭機１３に払い出される。計量給炭機１３は、石炭を計量しながら所定量の石炭を微粉炭機１４に供給するものである。
【００５５】
微粉炭機１４は、計量給炭機１３から供給された石炭が供給されると共に、乾燥用の高温の空気が供給されるようになっている。微粉炭機１４は、この石炭を粉砕すると共に、乾燥用の空気で石炭を乾燥する。微粉炭機１４で粉砕、乾燥された石炭は、気流搬送で石炭ガス化炉３に供給される。
【００５６】
このような構成の石炭供給設備２には、空気分離装置８（図１参照）から分離された窒素を用いて、石炭を乾燥させる乾燥手段が設けられている。具体的には、乾燥手段は、石炭を搬送するコンベア１０とそのコンベア１０を覆うカバー１５との間の空間に、空気分離装置８からの窒素を投入することにより構成されている。
【００５７】
上述したように、空気分離装置８から得られる窒素は、水分が殆ど含まれず、乾燥しているので、コンベア１０で搬送される石炭に付着した水分は蒸発しやすくなり、石炭の乾燥を促進できる。
【００５８】
このように微粉炭機１４に供給される前の段階で、窒素により石炭を乾燥することで、微粉炭機１４において、石炭の乾燥用の空気を加熱するのに要するエネルギーを低減することができる。
【００５９】
以上に説明したように、本実施形態に係る石炭ガス化複合発電システム１は、空気分離装置８で発生する余剰窒素を石炭供給設備２に供給し、その窒素を石炭の乾燥に用いるので、空気分離装置８で大量に生じた窒素の有効利用を図ることができる。また、微粉炭機１４で石炭を粉砕する前に石炭を乾燥するので、微粉炭機１４で必要となる石炭の乾燥のためのエネルギーを低減することができ、石炭ガス化複合発電システム１全体の効率を向上することができる。
【００６０】
また、余剰窒素を石炭ガス化炉３に投入しないので、石炭ガス化炉３内の二酸化炭素濃度が維持され、炭素転換率及び二酸化炭素純度が低下してしまうことを回避できる。
【００６１】
〈実施形態２〉
実施形態１では、石炭供給設備２のコンベア１０とカバー１５との間の空間に、空気分離装置８からの窒素を投入する乾燥手段について説明したが、窒素の投入箇所は、これに限られない。以下、乾燥手段の種々の態様について説明する。
【００６２】
図３は、実施形態２に係る石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６３】
図示するように、本実施形態の乾燥手段は、バンカ室１１の一部に、外部と連通する投入口１６を設け、空気分離装置８からの窒素を投入口１６に供給するように構成されている。このように、バンカ室１１に窒素が供給されることで、石炭バンカ１２に投入される前の石炭を乾燥させることができる。これにより、実施形態１と同様に、微粉炭機１４で石炭の乾燥に要するエネルギーを低減することができる。
【００６４】
〈実施形態３〉
微粉炭機１４の前に石炭の乾燥させる乾燥手段として、流動床乾燥機を用いることができる。図４は、実施形態３に係る石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６５】
図示するように、流動床乾燥機１７は、石炭バンカ１２と微粉炭機１４との間に設置されている。石炭バンカ１２から給炭され、計量給炭機１３で計量された石炭は、流動床乾燥機１７に所定量供給される。
【００６６】
また、流動床乾燥機１７には、石炭の下方から石炭に吹き付けられる高温の空気と一緒に、空気分離装置８から供給された窒素が供給されように構成されている。すなわち、流動床乾燥機１７では、空気分離装置８からの窒素も石炭の乾燥に用いている。
【００６７】
このように、微粉炭機１４の前段階で予備的に石炭が流動床乾燥機１７で乾燥されるので、微粉炭機１４で石炭の乾燥に要するエネルギーを低減することができ、また、空気分離装置８からの窒素を有効利用することができる。
【００６８】
さらに、図５に示すように、空気分離装置８から流動床乾燥機１７に供給する窒素を、熱交換機１８により加熱してもよい。この場合においては、より高温の窒素が流動床乾燥機１７に供給されることで、石炭は、より乾燥し、微粉炭機１４で石炭の乾燥に要するエネルギーをさらに低減することができる。
【００６９】
なお、熱交換機１８の熱源は特に限定はないが、石炭ガス化複合発電システム１の系内で生じた熱を用いることで、系全体の熱効率を向上することができる。
【００７０】
〈実施形態４〉
微粉炭機１４の前に石炭の乾燥させる乾燥手段として、ロータリーキルン型乾燥機を用いることができる。図６は、実施形態４に係る石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７１】
図示するように、ロータリーキルン型乾燥機１９は、傾斜した円筒体を回転させながら、その中に処理対象物である石炭を流通させ、石炭に所定の温度、時間で加熱するものである。また、ロータリーキルン型乾燥機１９にはロードセルを設置することなどにより計量機能を持たせておく。
【００７２】
ロータリーキルン型乾燥機１９は、石炭バンカ１２と微粉炭機１４との間に設置されている。すなわち、石炭バンカ１２から給炭された石炭は、ロータリーキルン型乾燥機１９により計量され、微粉炭機１４に供給される。
【００７３】
そして、ロータリーキルン型乾燥機１９には、空気分離装置８からの窒素が内部に供給されるようになっている。このため、ロータリーキルン型乾燥機１９内部では、乾燥した雰囲気の下で石炭が加熱されて乾燥される。
【００７４】
このように、微粉炭機１４の前段階で予備的に石炭がロータリーキルン型乾燥機１９で乾燥されるので、微粉炭機１４で石炭の乾燥に要するエネルギーを低減することができ、また、空気分離装置８からの窒素を有効利用することができる。
【００７５】
また、上述したロータリーキルン型乾燥機１９は、いわゆる外熱式のロータリーキルン型乾燥機１９であり、乾燥した窒素雰囲気の下で石炭を加熱したが、必ずしも加熱する必要はない。すなわち、石炭がロータリーキルン型乾燥機１９に投炭され、回転する円筒体内部を流通しながら出口から排出されるまでの間に、空気分離装置８から供給された窒素雰囲気に晒すだけでもよい。
【００７６】
この場合においては、ロータリーキルン型乾燥機１９の円筒体の回転で石炭が転がり、石炭の表面全体が窒素雰囲気に晒されることになるので、石炭の表面全体を万遍なく乾燥させることができる。
【００７７】
さらに、図７に示すように、空気分離装置８からロータリーキルン型乾燥機１９に供給する窒素を、ガスタービン５（図１参照）の排ガスに含まれる残存酸素処理炉（特に図示せず）で発生する熱で加熱してもよい。この場合においては、より高温の窒素がロータリーキルン型乾燥機１９に供給されることで、石炭は、より乾燥し、微粉炭機１４で石炭の乾燥に要するエネルギーをさらに低減することができる。
【００７８】
なお、ロータリーキルン型乾燥機１９に供給する窒素の熱源は、上述の残存酸素処理炉の熱に限定されない。
【００７９】
〈実施形態５〉
実施形態１〜実施形態４では、石炭火力発電システムの一例として、石炭ガス化複合発電システムを例に挙げたが、本発明は、いわゆるOxy-fuel型の石炭火力発電システムにも適用することができる。
【００８０】
図８は、実施形態５に係る石炭火力発電システムにおける石炭供給設備と乾燥手段の概略構成図である。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８１】
本実施形態に係る石炭火力発電システムの発電手段は、石炭を燃焼するボイラ２０と、ボイラ２０で生じた熱により得られた蒸気を膨張することで発電機の動力を得る蒸気タービン（特に図示せず）とを備えている。
【００８２】
また、空気分離装置８（特に図示せず）は、実施形態１と同様に原料空気から酸素を分離し、その酸素をボイラ２０に供給している。
【００８３】
ボイラ２０で発生した排ガス中の二酸化炭素は回収され、一部は、ボイラ２０に供給され、残余は外部に搬送され、地層等に貯留されるように構成されている。
【００８４】
このような構成のOxy-fuel型の石炭火力発電システムにおいても、空気分離装置８で発生した余剰窒素を石炭供給設備２に供給し、石炭の乾燥を促進させることができる。具体的には、実施形態１〜実施形態４で説明したような各種乾燥手段を適用することで石炭を余剰窒素で乾燥させる。
【００８５】
図８に乾燥手段の一例を示す。すなわち、実施形態１と同様に、石炭を搬送するコンベア１０と該コンベア１０の周囲を覆うカバー１５との間の空間に、空気分離装置８からの窒素を投入するようにした。もちろん、実施形態２〜実施形態４で説明した乾燥手段を用いてもよい。
【００８６】
このような構成の石炭火力発電システムにおいても、二酸化炭素の排出を抑えると共に、空気分離装置８で発生した余剰窒素で石炭供給設備２の石炭の乾燥を促進でき、微粉炭機１４で石炭の乾燥に要するエネルギーを低減することができる。
【００８７】
〈他の実施形態〉
以上に説明した実施形態１〜実施形態５では、乾燥手段は、石炭供給設備２の各所に一つ設けられていたが、複合的であってもよい。すなわち、実施形態１〜実施形態５で説明した各乾燥手段を組み合わせて用いてもよい。
【００８８】
また、実施形態１〜実施形態４では、石炭ガス化発電システムとして石炭ガス化複合発電システム１を例に挙げたが、必ずしもこのような態様に限らず、例えば、蒸気タービン７を設けずにガスタービン５のみで発電を行うものであってもよい。要するに、本発明は、石炭ガス化複合発電システムに限らず、石炭ガス化ガスを燃焼してガスタービンを駆動し、その排ガス中の二酸化炭素を石炭のガス化に利用する発電システムに適用することができる。
【００８９】
さらに、乾燥手段を設ける態様は、実施形態１〜５に説明した場合に限定されず、微粉炭機１４に供給される前の段階で、石炭を空気分離装置８からの窒素を用いて乾燥させるようにすればよい。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、石炭から石炭ガス化ガスを生成し、石炭ガス化ガスを燃焼してガスタービンを駆動し、その排ガス中の二酸化炭素を石炭のガス化に利用する発電システムで利用することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１ 石炭ガス化複合発電システム
２ 石炭供給設備
３ 石炭ガス化炉
４ ガス精製設備
５ ガスタービン
６ 排熱回収ボイラ
７ 蒸気タービン
８ 空気分離装置
１０ コンベア
１１ バンカ室
１２ 石炭バンカ
１３ 計量給炭機
１４ 微粉炭機
１５ カバー
１６ 投入口
１７ 流動床乾燥機
１８ 熱交換機
１９ ロータリーキルン型乾燥機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭供給設備より供給された石炭を用いて発電する発電手段と、
空気から酸素及び窒素を分離し、石炭の燃焼又は石炭のガス化のために酸素を発電手段に供給する空気分離装置と、
前記空気分離装置で発生した窒素を用いて前記石炭供給設備の石炭を乾燥させる乾燥手段とを備える
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載する石炭火力発電システムにおいて、
前記石炭供給設備は、コンベアにより搬送された石炭を貯蔵する石炭バンカと、石炭バンカの下部に配設された計量給炭機を介して石炭が供給される微粉炭機とから構成され、
前記乾燥手段は、石炭が前記微粉炭機に供給される前に該石炭を前記窒素で乾燥させるように構成されている
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項３】
請求項２に記載する石炭火力発電システムにおいて、
前記乾燥手段は、前記コンベアに搬送される石炭を前記窒素で乾燥するように構成されている
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載する石炭火力発電システムにおいて、
前記乾燥手段は、前記コンベアと前記石炭バンカとの間に配設された石炭バンカ室に貯蔵された石炭を前記窒素で乾燥するように構成されている
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項５】
請求項２〜請求項４の何れか一項に記載する石炭火力発電システムにおいて、
前記乾燥手段は、前記石炭バンカと前記微粉炭機との間に石炭が供給される流動床乾燥機を設置し、該流動床乾燥機に前記窒素を供給するように構成されている
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項６】
請求項５に記載する石炭火力発電システムにおいて、
前記流動床乾燥機に供給される窒素を加熱する熱交換器を備える
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項７】
請求項２〜請求項４の何れか一項に記載する石炭火力発電システムにおいて、
前記乾燥手段は、前記石炭バンカと前記微粉炭機との間に石炭が供給されるロータリーキルン型乾燥機を設置し、該ロータリーキルン型乾燥機に前記窒素を供給するように構成されている
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項８】
請求項７に記載する石炭火力発電システムにおいて、
前記ロータリーキルン型乾燥機は、外熱式である
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項９】
請求項８に記載する石炭火力発電システムにおいて、
外熱式の前記ロータリーキルン型乾燥機に供給される窒素を、排ガスの残存酸素処理炉で発生する熱で予熱する加熱手段を備える
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９の何れか一項に記載する石炭火力発電システムにおいて、
前記発電手段は、石炭をガス化して石炭ガス化ガスを生成する石炭ガス化炉と、前記石炭ガス化ガスを燃焼して発電機の動力を得るガスタービンとを備え、
前記石炭ガス化炉に、前記排ガス中の二酸化炭素及び前記空気分離装置の酸素がガス化剤として供給されるように構成されている
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載する石炭火力発電システムにおいて、
前記発電手段は、前記排ガスの熱を回収して得られた蒸気を膨張することで発電機の動力を得る蒸気タービンとをさらに備える
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項１２】
請求項１〜請求項９の何れか一項に記載する石炭火力発電システムにおいて、
前記発電手段は、石炭を燃焼するボイラと、該ボイラで生じた熱により得られた蒸気を膨張することで発電機の動力を得る蒸気タービンとを備え、
ボイラからの排ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、該二酸化炭素の一部をボイラに供給すると共に残余の二酸化炭素を貯留するように構成されている
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項１】
石炭供給設備より供給された石炭を用いて発電する発電手段と、
空気から酸素及び窒素を分離し、石炭の燃焼又は石炭のガス化のために酸素を発電手段に供給する空気分離装置と、
前記空気分離装置で発生した窒素を用いて前記石炭供給設備の石炭を乾燥させる乾燥手段とを備える
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載する石炭火力発電システムにおいて、
前記石炭供給設備は、コンベアにより搬送された石炭を貯蔵する石炭バンカと、石炭バンカの下部に配設された計量給炭機を介して石炭が供給される微粉炭機とから構成され、
前記乾燥手段は、石炭が前記微粉炭機に供給される前に該石炭を前記窒素で乾燥させるように構成されている
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項３】
請求項２に記載する石炭火力発電システムにおいて、
前記乾燥手段は、前記コンベアに搬送される石炭を前記窒素で乾燥するように構成されている
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載する石炭火力発電システムにおいて、
前記乾燥手段は、前記コンベアと前記石炭バンカとの間に配設された石炭バンカ室に貯蔵された石炭を前記窒素で乾燥するように構成されている
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項５】
請求項２〜請求項４の何れか一項に記載する石炭火力発電システムにおいて、
前記乾燥手段は、前記石炭バンカと前記微粉炭機との間に石炭が供給される流動床乾燥機を設置し、該流動床乾燥機に前記窒素を供給するように構成されている
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項６】
請求項５に記載する石炭火力発電システムにおいて、
前記流動床乾燥機に供給される窒素を加熱する熱交換器を備える
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項７】
請求項２〜請求項４の何れか一項に記載する石炭火力発電システムにおいて、
前記乾燥手段は、前記石炭バンカと前記微粉炭機との間に石炭が供給されるロータリーキルン型乾燥機を設置し、該ロータリーキルン型乾燥機に前記窒素を供給するように構成されている
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項８】
請求項７に記載する石炭火力発電システムにおいて、
前記ロータリーキルン型乾燥機は、外熱式である
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項９】
請求項８に記載する石炭火力発電システムにおいて、
外熱式の前記ロータリーキルン型乾燥機に供給される窒素を、排ガスの残存酸素処理炉で発生する熱で予熱する加熱手段を備える
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９の何れか一項に記載する石炭火力発電システムにおいて、
前記発電手段は、石炭をガス化して石炭ガス化ガスを生成する石炭ガス化炉と、前記石炭ガス化ガスを燃焼して発電機の動力を得るガスタービンとを備え、
前記石炭ガス化炉に、前記排ガス中の二酸化炭素及び前記空気分離装置の酸素がガス化剤として供給されるように構成されている
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載する石炭火力発電システムにおいて、
前記発電手段は、前記排ガスの熱を回収して得られた蒸気を膨張することで発電機の動力を得る蒸気タービンとをさらに備える
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【請求項１２】
請求項１〜請求項９の何れか一項に記載する石炭火力発電システムにおいて、
前記発電手段は、石炭を燃焼するボイラと、該ボイラで生じた熱により得られた蒸気を膨張することで発電機の動力を得る蒸気タービンとを備え、
ボイラからの排ガスに含まれる二酸化炭素を回収し、該二酸化炭素の一部をボイラに供給すると共に残余の二酸化炭素を貯留するように構成されている
ことを特徴とする石炭火力発電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−８７９７４（Ｐ２０１２−８７９７４Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３４０８４（Ｐ２０１０−２３４０８４）
【出願日】平成２２年１０月１８日（２０１０．１０．１８）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１８日（２０１０．１０．１８）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
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