特開2021-32189(P2021-32189A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-32189(P2021-32189A)
(43)【公開日】2021年3月1日
(54)【発明の名称】炭素系燃料のガス化発電システム
(51)【国際特許分類】
   F02C 3/28 20060101AFI20210201BHJP
   F02C 3/30 20060101ALI20210201BHJP
   F02C 7/00 20060101ALI20210201BHJP
   F01D 25/00 20060101ALI20210201BHJP
   F23R 3/00 20060101ALI20210201BHJP
   C10J 3/46 20060101ALI20210201BHJP
   B01D 53/50 20060101ALI20210201BHJP
   B01D 53/52 20060101ALI20210201BHJP
   B01D 53/62 20060101ALI20210201BHJP
   B01D 53/68 20060101ALI20210201BHJP
   B01D 53/14 20060101ALI20210201BHJP
【FI】
   F02C3/28
   F02C3/30 B
   F02C7/00 A
   F01D25/00 V
   F23R3/00 A
   C10J3/46 J
   B01D53/50 220
   B01D53/52 200
   B01D53/62
   B01D53/68 120
   B01D53/14 200
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】OL
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2019-155361(P2019-155361)
(22)【出願日】2019年8月28日
(71)【出願人】
【識別番号】514030104
【氏名又は名称】三菱パワー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】木曽 文彦
【テーマコード(参考)】
4D002
4D020
【Fターム(参考)】
4D002AA03
4D002AA09
4D002AA13
4D002AA17
4D002AC10
4D002BA02
4D002CA01
4D002CA13
4D002DA32
4D002DA35
4D002DA70
4D002GA02
4D002GB05
4D002HA01
4D002HA09
4D020AA03
4D020AA04
4D020BB03
4D020CB25
4D020CC02
4D020CD02
4D020DA01
4D020DA02
4D020DB05
4D020DB15
(57)【要約】
【課題】
本発明は、生成ガスから洗浄水を使用してアンモニアを除去すると共に、アンモニアを含有した洗浄水を有効に利用する炭素系燃料のガス化発電システムを提供する。
【解決手段】
本発明の炭素系燃料のガス化発電システムは、炭素系燃料をガス化し、生成される生成ガス中のアンモニアを除去する水洗塔を有するガス化設備と、ガス化設備で生成される燃焼用ガス及び増湿塔で加湿される燃焼用空気を燃焼する燃焼器並びに燃焼ガスによって駆動するガスタービンを有する発電設備と、を有し、アンモニアを含有した水洗塔で回収された水を増湿塔に供給し、この水を使用し、燃焼器に供給される圧縮空気を加湿するものである。
【選択図】 図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭素系燃料を酸化剤によってガス化し、一酸化炭素と水素とを含有する生成ガスを生成するガス化炉と、前記ガス化炉の下流側に設置され、生成ガス中の微粒子を除去する脱塵装置と、前記脱塵装置の下流側に設置され、前記生成ガス中のハロゲンを除去する第1水洗塔と、前記第1水洗塔の下流側に設置され、前記生成ガス中の一酸化炭素の一部を水素に変換するシフト反応器と、前記シフト反応器の下流側に設置され、前記生成ガス中のアンモニアを除去し、前記アンモニアを含有した水を排出する第2水洗塔と、前記第2水洗塔の下流側に設置され、前記生成ガス中の硫化水素及び二酸化炭素を除去し、燃焼用ガスを生成する吸収塔と、
空気を圧縮し圧縮空気を生成する圧縮機と、前記圧縮空気を加湿し、燃焼用空気を生成する増湿塔と、前記燃焼用ガスと前記燃焼用空気とを燃焼し、燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスによって駆動するガスタービンと、前記ガスタービンと接続する発電機と、
を有する炭素系燃料のガス化発電システムであって、
前記第2水洗塔から前記増湿塔への水供給配管を設置し、前記第2水洗塔のアンモニアを含有した水を、前記増湿塔に供給することを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項2】
請求項1に記載の炭素系燃料のガス化発電システムであって、
前記第2水洗塔に洗浄水を供給する配管に、流量調整弁と流量計とを設置することを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項3】
請求項1に記載の炭素系燃料のガス化発電システムであって、
前記水供給配管に、流量調節弁を設置し、前記第2水洗塔に、前記第2水洗塔に貯留される水の水位を計測する水位計を設置することを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項4】
請求項1に記載の炭素系燃料のガス化発電システムであって、
前記水供給配管に、前記増湿塔に水を供給する配管を接続し、前記配管に流量調整弁を設置し、前記配管と前記水供給配管とが接続する部位と前記増湿塔との間に、流量計を設置することを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項5】
請求項1に記載の炭素系燃料のガス化発電システムであって、
前記ガスタービンから排出される排出ガス中の水分を回収する水回収器を有し、
前記増湿塔から前記水回収器への水供給配管を設置し、前記水回収器は、前記増湿塔に貯留される水と前記ガスタービンの排出ガスとを接触させることを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項6】
請求項5に記載の炭素系燃料のガス化発電システムであって、
前記水供給配管に、流量調整弁を設置し、前記増湿塔に、前記増湿塔に貯留される水の水位を計測する水位計を設置することを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項7】
請求項5に記載の炭素系燃料のガス化発電システムであって、
前記水回収器に、前記水回収器に水を供給する配管を設置し、前記配管に流量調整弁を設置し、前記水回収器に、前記水回収器に貯留される水の水位を計測する水位計を設置することを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項8】
請求項5に記載の炭素系燃料のガス化発電システムであって、
前記ガス化炉の下流側に設置され、前記生成ガスに水を噴霧する冷却塔を有し、前記脱塵装置が、前記冷却塔の下流側に設置され、
前記水回収器に貯留される水を前記冷却塔に供給し、前記ガス化炉で生成される生成ガスと前記水とを接触させることを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項9】
請求項1に記載の炭素系燃料のガス化発電システムであって、
前記第2水洗塔に洗浄水を供給する配管に、流量調整弁を設置し、前記第2水洗塔の入口側に、生成ガスの流量を計測する流量計を設置することを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項10】
請求項1に記載の炭素系燃料のガス化発電システムであって、
前記水供給配管に、前記増湿塔に水を供給する配管を接続し、前記配管に流量調整弁を設置し、前記水供給配管に、前記水供給配管を流通する水の流量を計測する流量計を設置し、前記圧縮機から前記増湿塔に圧縮空気を供給する配管に、前記圧縮空気の流量を計測する流量計を設置することを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【請求項11】
請求項6に記載の炭素系燃料のガス化発電システムであって、
前記水回収器に貯留される水を、前記ガス化炉の上部に設置されるガス化炉熱回収部に供給し、前記ガス化炉で生成される生成ガスと前記水とを接触させることを特徴とする炭素系燃料のガス化発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、炭素系燃料のガス化発電システムに関する。
【背景技術】
【0002】
現在、石炭、バイオマス、重質油などの炭素系燃料を、ガス化炉で部分酸化させ、一酸化炭素と水素とを主成分とする生成ガスを生成する。そして、この生成ガスから、微粒子、ハロゲン、アンモニアなどを除去し、ガスタービン燃焼器(以下、燃焼器)に供給する燃料用ガスを生成する炭素系燃料のガス化発電システムが提案されている。
【0003】
また、燃焼器に供給する水を含有した燃焼用空気とガスタービンの排出ガスとを熱交換し、この水を含有した燃焼用空気を昇温し、水を含有させ、昇温させた燃焼用空気を燃焼器に供給する高湿分空気利用ガスタービンを有するガス化発電システムが提案されている。
【0004】
更に、炭素系燃料のガス化発電システムでは、地球温暖化の防止を目的に、二酸化炭素を回収する。このため、一酸化炭素と水蒸気とを反応させ、水素と二酸化炭素とに変換するシフト反応が提案されている。
【0005】
また、ガス化炉の出口側の高温の生成ガスに水を噴霧し、生成ガス中の水蒸気濃度を高めるダイレクトクエンチと呼称される方法が開発されている。
【0006】
こうした本技術分野の背景技術として、特開2013−241923号公報(特許文献1)がある。特許文献1には、炭素系燃料から生成ガスを生成するガス化炉と、生成ガスの熱を回収するガス化炉の熱回収部と、生成ガスを冷却する冷却塔と、生成ガス中の一酸化炭素と水蒸気とを反応させて二酸化炭素と水素とに変換するシフト反応器と、シフト反応器を流通した生成ガス中の硫化水素を吸収液に吸収させる吸収塔と、硫化水素を除去した生成ガスを燃料として燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスで駆動するガスタービンと、ガスタービンの排ガスを冷却して水を回収する水回収器と、燃焼器に供給する燃焼用空気に水回収器で回収した水を噴霧して加湿する増湿塔と、を有し、水回収器で回収した水を冷却水としてガス化炉、ガス化炉の熱回収部、又は、冷却塔の何れかに供給する冷却水供給系統を有する炭素系燃料のガス化発電システムが記載されている(要約参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2013−241923号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献1には、炭素系燃料のガス化発電システムが記載されている。そして、炭素系燃料のガス化発電システムは、微粒子、ハロゲン、アンモニアなどを除去する必要がある。
【0009】
しかし、特許文献1には、生成ガスから洗浄水を使用してアンモニアを除去すると共に、アンモニアを含有した洗浄水を有効に利用することについては、記載されていない。
【0010】
そこで、本発明は、生成ガスから洗浄水を使用してアンモニアを除去すると共に、アンモニアを含有した洗浄水を有効に利用する炭素系燃料のガス化発電システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するため、本発明の炭素系燃料のガス化発電システムは、炭素系燃料を酸化剤によってガス化し、一酸化炭素と水素とを含有する生成ガスを生成するガス化炉と、ガス化炉の下流側に設置され、生成ガス中の微粒子を除去する脱塵装置と、脱塵装置の下流側に設置され、生成ガス中のハロゲンを除去する第1水洗塔と、第1水洗塔の下流側に設置され、生成ガス中の一酸化炭素の一部を水素に変換するシフト反応器と、シフト反応器の下流側に設置され、生成ガス中のアンモニアを除去し、アンモニアを含有した水を排出する第2水洗塔と、第2水洗塔の下流側に設置され、生成ガス中の硫化水素及び二酸化炭素を除去し、燃焼用ガスを生成する吸収塔と、空気を圧縮し圧縮空気を生成する圧縮機と、圧縮空気を加湿し、燃焼用空気を生成する増湿塔と、燃焼用ガスと燃焼用空気とを燃焼し、燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼器の燃焼ガスによって駆動するガスタービンと、ガスタービンと接続する発電機と、を有し、第2水洗塔から増湿塔への水供給配管を設置し、第2水洗塔のアンモニアを含有した水を、増湿塔に供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、生成ガスから洗浄水を使用してアンモニアを除去すると共に、アンモニアを含有した洗浄水を有効に利用する炭素系燃料のガス化発電システムを提供することができる。
【0013】
なお、上記した以外の課題、構成及び効果については、下記する実施例の説明によって、明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】実施例1に記載する炭素系燃料のガス化発電システムの系統構成を説明する説明図である。
図2】実施例2に記載する炭素系燃料のガス化発電システムの系統構成を説明する説明図である。
図3】実施例3に記載する炭素系燃料のガス化発電システムの系統構成を説明する説明図である。
図4】実施例4に記載する炭素系燃料のガス化発電システムの系統構成を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施例を、図面を使用して説明する。なお、実質的に同一又は類似の構成には、同一の符号を付し、説明が重複する場合には、その説明を省略する場合がある。
【実施例1】
【0016】
まず、実施例1に記載する炭素系燃料のガス化発電システムの系統構成を説明する。
【0017】
図1は、実施例1に記載する炭素系燃料のガス化発電システムの系統構成を説明する説明図である。
【0018】
実施例1に記載する炭素系燃料のガス化発電システムは、炭素系燃料をガス化するガス化設備と、ガス化設備で生成される一酸化炭素と水素とを主成分とする生成ガス(燃焼用ガス)を使用して、発電する発電設備と、を有する。
【0019】
ガス化設備は、ガス化炉50、冷却塔(水噴霧設備)52、脱塵装置(脱塵設備)53、第1水洗塔56、シフト反応器57、第2水洗塔58、吸収塔59、を有する。
【0020】
発電設備は、燃焼器60、ガスタービン(膨張タービン)62、発電機63、水回収器(水回収設備)65、圧縮機61、増湿塔64、を有する。
【0021】
実施例1に記載する炭素系燃料のガス化発電システムは、炭素系燃料をガス化し、生成される生成ガス中のアンモニアを除去する第2水洗塔58を有するガス化設備と、ガス化設備で生成される燃焼用ガスを燃料として使用し、燃焼ガスを生成する燃焼器60及び燃焼ガスによって駆動するガスタービン62を有する発電設備と、を有する。また、発電設備は、燃焼器60に供給される燃焼用空気となる圧縮空気を加湿する増湿塔64を有する。
【0022】
つまり、発電設備は、燃焼用空気と燃焼用ガスとによって燃焼ガスを生成する燃料器60、燃料器60によって生成される燃焼ガスによって駆動するガスタービン62、燃焼器60に供給される圧縮空気を加湿する増湿塔64、を有する。
【0023】
そして、アンモニアを含有した第2水洗塔58で回収された水20を増湿塔64に供給し、アンモニアを含有した第2水洗塔58の水20によって、圧縮空気を加湿し、燃焼器60に供給するものである。
【0024】
実施例1では、炭素系燃料として石炭1、酸化剤として酸素2を使用する。微粉砕された石炭1は、二酸化炭素3で搬送され、ガス化炉50に供給される。つまり、ガス化炉50には、二酸化炭素3で搬送される石炭1及び酸素2が供給される。
【0025】
ガス化炉50では、石炭1と酸素2とを反応(部分酸化)させ、一酸化炭素及び水素を生成し、一酸化炭素と水素とを含有する生成ガスを生成する。なお、石炭1の灰分は、溶融したスラグ4として、ガス化炉50から排出される。つまり、ガス化炉50は、炭素系燃料を、酸化剤によって、ガス化し、一酸化炭素と水素とを含有する生成ガスを生成する。
【0026】
ガス化炉50で生成される生成ガス(ガス化生成ガス)は、ガス化炉50の上部に設置されるガス化炉熱回収部51に供給され、熱回収(冷却)される。ガス化炉熱回収部51で冷却される生成ガスは、冷却塔52に供給される。なお、ガス化炉熱回収部51には、生成ガスを冷却するため、工業用水などの水が供給される。
【0027】
冷却塔52では、生成ガスに水22が噴霧され、生成ガスと水22とを接触させ、水22を気化する。この過程で、生成ガスの顕熱が、水蒸気の顕熱及び潜熱に変換される。そして、生成ガスは、冷却塔52の下流に設置される脱塵装置53に供給される。これにより、冷却塔52では、水22を含有した生成ガス(水含有生成ガス)が生成される。つまり、冷却塔52は、ガス化炉50の下流側に設置され、生成ガスに水22を噴霧し、生成ガスに水22を含有させる。
【0028】
冷却塔52に供給する水22の流量は、流量調整弁80で調整される。そして、脱塵装置53の入口側に温度計90が設置され、流量調整弁80は、温度計90で計測される温度が、規定値(所定の温度)となるように、制御される。なお、この規定値は、脱塵装置53の最高使用温度や生成ガス中の水分凝縮防止の観点から、約300℃とすることが好ましい。
【0029】
脱塵装置53では、生成ガス中の微粒子である未燃のチャー5(石炭)が除去される。なお、防塵装置53の下部には、チャー5を保持するチャーロックホッパ54が設置され、チャーロックホッパ54の下部には、チャー5を貯留するチャーフィードホッパ55が設置される。そして、チャー5は、チャーロックホッパ54、チャーフィードホッパ55を流通し、排出される。なお、チャー5は、二酸化炭素3で搬送され、ガス化炉50に供給され、リサイクルされる。つまり、脱塵装置53は、冷却塔52の下流側に設置され、生成ガス中の微粒子を除去する。
【0030】
チャー5が除去された生成ガス(微粒子除去生成ガス)は、ガスガス熱交換器70を流通し、第1水洗塔56に供給される。
【0031】
第1水洗塔56には、洗浄水7が供給される。第1水洗塔56では、生成ガス中のハロゲンが、洗浄水7に吸収され、生成ガスからハロゲンが除去される。ハロゲンを含有した洗浄水7は、第1水洗塔56の下部から排出される。つまり、第1水洗塔56は、脱塵装置53の下流側に設置され、生成ガス中のハロゲンなどを除去する。
【0032】
なお、第1水洗塔56では、生成ガス中の水蒸気の一部が凝縮する。しかし、第1水洗塔56に供給される洗浄水7の一部が気化するため、第1水洗塔56の出口側の生成ガス中の水蒸気濃度と第1水洗塔56の入口側の水蒸気濃度とは、ほぼ同等となる。
【0033】
ハロゲンが除去された生成ガス(ハロゲン除去生成ガス)は、ガスガス熱交換器70を流通し、シフト反応器57に供給される。
【0034】
ガスガス熱交換器70では、脱塵装置53から供給された生成ガス(チャー5が除去された生成ガス)と第1水洗塔56から供給された生成ガス(ハロゲンが除去された生成ガス)とが熱交換し、第1水洗塔56から供給された生成ガスを、約300℃に昇温する。
【0035】
シフト反応器57では、生成ガス中の一酸化炭素と水蒸気とを反応させ、二酸化炭素と水素とに変換する。つまり、シフト反応器57は、第1水洗塔56の下流側に設置され、生成ガス中の一酸化炭素の一部を水素に変換する。
【0036】
シフト反応器57から供給された生成ガス(一酸化炭素と水素とを主成分とする生成ガス)は、ガスガス熱交換器71を流通し、第2水洗塔58に供給される。第2水洗塔58には、洗浄水8が供給される。洗浄水8を第2水洗塔58に供給する配管には、流量調整弁81と流量計91とが設置される。第2水洗塔58に供給する洗浄水8の流量は、流量調整弁81で調整される。そして、流量調整弁81は、流量計91で計測される流量が、規定値(所定の流量)となるように、制御される。
【0037】
なお、第2水洗塔58の入口側に、生成ガスの流量を計測する流量計(図示なし)を設置し、この流量計の計測値を使用し、第2水洗塔58に供給する洗浄水8の流量(供給量)を計算し、洗浄水8の流量を流量調整弁81で調整してもよい。
【0038】
第2水洗塔58では、生成ガス中のアンモニアが洗浄水8に溶解し、生成ガスからアンモニアが除去される。つまり、第2水洗塔58では、アンモニアを含有した生成ガスを、洗浄水8に接触させ、アンモニアを洗浄水8に溶解させ、アンモニアを生成ガスから分離する。
【0039】
アンモニアが除去された生成ガス(一酸化炭素と水素とを主成分とし、微粒子、ハロゲン、アンモニア除去生成ガス)は、吸収塔59に供給される。アンモニアを含有した洗浄水8は、第2水洗塔58の下部から排出される。つまり、第2水洗塔58は、シフト反応器57の下流側に設置され、生成ガス中のアンモニアなどを除去し、アンモニアを含有した洗浄水8を排出する。
【0040】
吸収塔59では、生成ガス中の硫化水素と二酸化炭素とが除去される。吸収塔59には、吸収液10が供給される。吸収液10には、メチルジエタノールアミンやメタノールなどが使用され、吸収方法には、メチルジエタノールアミンなどを使用する化学吸収法やメタノールなどを使用する物理吸収法がある。硫化水素と二酸化炭素とを吸収した吸収液10は、吸収塔59の下部から排出される。つまり、吸収塔59は、第2水洗塔58の下流側に設置され、生成ガス中の硫化水素及び二酸化炭素を除去し、燃焼用ガスを生成する。
【0041】
このように、実施例1に記載する炭素系燃料のガス化発電システムでは、微粒子は、脱塵装置53で、ハロゲンは、第1水洗塔56で、アンモニアは、第2水洗塔58で、それぞれ除去される。
【0042】
そして、吸収塔59から供給された生成ガスは、ガスガス熱交換器71を流通し、燃焼用ガスとして、燃焼器60に供給される。つまり、吸収塔59から供給された生成ガスは、硫化水素と二酸化炭素とが除去された生成ガスであり、燃焼用ガス(一酸化炭素と水素とを主成分とし、微粒子、ハロゲン、アンモニア、硫化水素、二酸化炭素除去生成ガス)として、燃焼器60に供給される。
【0043】
ガスガス熱交換器71では、シフト反応器57から供給された生成ガスと吸収塔59から供給された生成ガスとが熱交換し、吸収塔59から供給された生成ガスを昇温する。
【0044】
一方、燃焼器60には、燃焼用空気も供給される。燃焼用空気は圧縮空気に水分を含有させ、生成される。圧縮空気は、圧縮機61で生成される。空気6が、圧縮機61に供給され、圧縮される。つまり、圧縮機61は、空気6を圧縮し、圧縮空気を生成する。圧縮機61の圧縮空気は、増湿塔64に供給される。このように、燃焼器60は、吸収塔59から供給される生成ガス(燃焼用ガス)と増湿塔64で加湿される圧縮空気(燃焼用空気)とを燃焼し、燃焼ガスを生成する。
【0045】
増湿塔64には、工業用水などの水9が供給される。水9を増湿塔64に供給する配管には、流量調整弁83と流量計92とが設置される。増湿塔64に供給する水9の流量は、流量調整弁83で調整される。そして、流量調整弁83は、流量計92で計測される流量が、規定値(所定の流量)となるように、制御される。このように、増湿塔64では、圧縮空気と水9とを接触させ、圧縮空気を加湿する。これにより、圧縮空気に水9を含有させた燃焼用空気が生成される。つまり、増湿塔64は、圧縮機61の圧縮空気を加湿し、燃焼用空気を生成する。
【0046】
増湿塔64から供給された燃焼用空気は、熱交換器73を流通し、燃焼器60に供給される。これにより、圧縮空気に水9を含有させ、昇温させた燃焼用空気が生成される。つまり、加湿昇温された燃焼用空気が生成される。
【0047】
燃焼器60では、燃焼用ガスと燃焼用空気とが燃焼し、高温の燃焼ガスを生成する。高温の燃焼ガスは、ガスタービン62に供給され、ガスタービン62が駆動する。つまり、ガスタービン62は、燃焼器60の燃焼ガスによって、駆動する。
【0048】
発電機63は、ガスタービン62と接続し、ガスタービン62の駆動に伴い、発電機63が駆動し、発電する。そして、ガスタービン62は、排出ガスを排出する。なお、圧縮機61も、ガスタービン62や発電機63と接続する。
【0049】
熱交換器73では、増湿塔64から供給された燃焼用空気とガスタービン62から排出された排出ガスとが熱交換し、増湿塔64から供給された燃焼用空気を昇温する。
【0050】
熱交換器73で熱交換されたガスタービン62の排出ガスは、熱交換器74を流通し、水回収器65に供給される。
【0051】
水回収器65には、工業用水などの水25が供給され、ガスタービン62の排出ガスは、水25と接触し、温度が低下し、ガスタービン62の排出ガス中の水分が凝縮し、凝縮した水分が水回収器65に回収される。
【0052】
また、水回収器65は、増湿塔64から水回収器65に供給される水(増湿塔64の下部に貯留される水)21とガスタービン62の排出ガスとを接触させ、ガスタービン62の排出ガスの温度を低下させ、ガスタービン62の排出ガス中の水蒸気を、液体として、回収する。つまり、水回収器65は、ガスタービン62から排出される排出ガス中の水分を、回収する。そして、ガスタービン62の排出ガスは、煙突66から排出される。
【0053】
水回収器65には、水回収器65の下部に貯留される水22の水位を計測する水位計98が設置される。また、水回収器65に、水回収器65に水25を供給する配管を設置し、水回収器65に水25を供給する配管には、流量調整弁84が設置される。水回収器65に供給する水25の流量は、流量調整弁84で調整される。そして、流量調整弁84は、水位計98で計測される水位が、規定値(所定の水位)となるように、制御される。
【0054】
熱交換器74では、ガスタービン62の排出ガスと水回収器65の下部に貯留される水22とを熱交換し、水回収器65の下部に貯留される水22を昇温すると共に、ガスタービン62の排出ガスの温度を低下させる。
【0055】
そして、水回収器65の水22は、水回収器65から冷却塔52への水供給配管(水回収器65の下部と冷却塔52の上部とを接続する水供給配管)221を流通し、水冷塔52に供給される。なお、流量調整弁80は、この水供給配管221に設置される。また、この水供給配管221には、水回収器65の水22を冷却塔52に供給するポンプ31が設置される。水回収器65の水22は、ポンプ31によって、冷却塔52に供給される。
【0056】
増湿塔64には、増湿塔64の下部に貯留される水21の水位を計測する水位計97が設置される。また、増湿塔64から水回収器65への水供給配管(増湿塔64の下部と水回収器65の上部とを接続する水供給配管)211が設置され、増湿塔64の水21は、増湿塔64から水回収器65への水供給配管211を流通し、水回収器65に供給される。
【0057】
そして、この水供給配管211には、流量調整弁85が設置される。水回収器65に供給される増湿塔64の水21の流量は、流量調整弁85で調整される。また、流量調整弁85は、水位計97で計測される水位が、規定値(所定の水位)となるように、制御される。この水供給配管211には、増湿塔64の水21を水回収器65に供給するポンプ30が設置される。増湿塔64の水21は、ポンプ30によって、水回収器65に供給される。
【0058】
第2水洗塔58には、第2水洗塔58の下部に貯留される水(アンモニアを含有した洗浄水8)20の水位を計測する水位計96が設置される。また、第2水洗塔58の水20は、第2水洗塔58から増湿塔64への水供給配管(第2水洗塔58の下部と増湿塔64の上部とを接続する水供給配管)201及び水9を増湿塔64に供給する配管を流通し、増湿塔64に供給される。
【0059】
そして、この水供給配管201には、流量調整弁82が設置される。増湿塔64に供給される第2水洗塔58の水20の流量は、流量調整弁82で調整される。流量調整弁82は、水位計96で計測される水位が、規定値(所定の水位)となるように、制御される。なお、第2水洗塔58から増湿塔64への水供給配管201は、水9を増湿塔64に供給する配管に設置される流量計92よりも上流側で、水9を増湿塔64に供給する配管に合流(接続)する。
【0060】
つまり、実施例1では、第2水洗塔58から増湿塔64への水供給配管201を設置し、アンモニアを含有した第2水洗塔58の水20を増湿塔64に供給する。
【0061】
なお、圧縮空気を加湿するために使用する水20の流量が不足する場合には、水9が補充される。流量計92によって、水20の流量が計測され、水20の流量が不足する場合には、流量調整弁83が制御され、水9が補充される。
【0062】
このように、水供給配管201に、水9を増湿塔64に供給する配管を接続し、この配管に流量調整弁83を設置し、この配管と水供給配管201とが合流(接続)する部位よりも、下流側(増湿塔64側)に、つまり、この配管と水供給配管201とが合流(接続)する部位と増湿塔64との間に、流量計92を設置する。そして、流量調整弁83は、流量計92で計測される流量が、規定値(所定の流量)となるように、制御される。
【0063】
また、水供給配管201に、水9を増湿塔64に供給する配管を接続し、この配管に流量調整弁83を設置し、この配管と水供給配管201とが合流(接続)する部位よりも、上流側(第2水洗塔58側)に、水供給配管201を流通する水20の流量を計測する流量計A(図示なし)を設置する。更に、圧縮機61から増湿塔64に圧縮空気を供給する配管に、この配管を流通する圧縮空気の流量を計測する流量計B(図示なし)を設置する。そして、流量計Aと流量計Bとの計測値を使用し、水9の流量(供給量)を計算し、水9の流量を流量調整弁83で調整してもよい。
【0064】
このように、増湿塔64では、圧縮空気と水20とを接触させ、圧縮空気を加湿する。これにより、圧縮空気に水20を含有させた燃焼用空気が生成される。水20に含有されるアンモニアは、燃焼用空気と共に、燃焼器60に供給される。燃焼器60は、例えば、1300℃以上と、高温であるため、水20に含有されるアンモニアは、窒素と水素とに、熱分解される。また、水素は、酸素と反応し、水蒸気になる。このため、水20に含有されるアンモニアを除去する排水処理が不要となる。
【0065】
アンモニアを除去する排水処理は、水20を、水蒸気と熱交換することによって、昇温し、アンモニアを水20から除去し、アンモニアを除去した水20を、再度、使用するものであり、排水処理設備が必要となる。
【0066】
実施例1によれば、こうした排水処理設備を削減することができ、発電システムの建設コストを低減することができると共に、この水蒸気の使用量や排水処理設備の稼働動力を削減することができ、発電システムの発電効率を向上させることができる。
【0067】
このように実施例1に記載する炭素系燃料のガス化発電システムは、炭素系燃料を酸化剤によってガス化し、一酸化炭素と水素とを含有する生成ガスを生成するガス化炉50と、ガス化炉50の下流側に設置され、生成ガスに水を噴霧する冷却塔52と、冷却塔52の下流側に設置され、生成ガス中の微粒子を除去する脱塵装置53と、脱塵装置53の下流側に設置され、生成ガス中のハロゲンを除去する第1水洗塔56と、第1水洗塔56の下流側に設置され、生成ガス中の一酸化炭素の一部を水素に変換するシフト反応器57と、シフト反応器57の下流側に設置され、生成ガス中のアンモニアを除去し、アンモニアを含有した水を排出する第2水洗塔58と、第2水洗塔58の下流側に設置され、生成ガス中の硫化水素及び二酸化炭素を除去し、燃焼用ガスを生成する吸収塔59と、空気を圧縮し圧縮空気を生成する圧縮機61と、圧縮空気を加湿し、燃焼用空気を生成する増湿塔64と、燃焼用ガスと燃焼用空気とを燃焼し、燃焼ガスを生成する燃焼器60と、燃焼器60の燃焼ガスによって駆動するガスタービン62と、ガスタービン62と接続する発電機63と、ガスタービン62から排出される排出ガス中の水分を回収する水回収器65と、を有する。
【0068】
そして、第2水洗塔58から増湿塔59への水供給配管を設置し、第2水洗塔58のアンモニアを含有した水を、増湿塔59に供給する。
【0069】
これにより、生成ガスから洗浄水8を使用してアンモニアを除去すると共に、アンモニアを含有した洗浄水8を有効に利用する炭素系燃料のガス化発電システムを提供することができる。
【実施例2】
【0070】
次に、実施例2に記載する炭素系燃料のガス化発電システムの系統構成を説明する。
【0071】
図2は、実施例2に記載する炭素系燃料のガス化発電システムの系統構成を説明する説明図である。
【0072】
実施例2に記載する炭素系燃料のガス化発電システムは、実施例1に記載する炭素系燃料のガス化発電システムと比較して、流量計91及び流量計92の代わりに、流量計93、流量計94、流量計95を設置する点で、相違する。
【0073】
実施例2では、シフト反応器57から第2水洗塔58に生成ガスを供給する配管であって、第2水洗塔58の入口側に、生成ガスの流量を計測する流量計93を設置し、この流量計の計測値を使用し、第2水洗塔58に供給する洗浄水8の流量(供給量)を計算し、洗浄水8の流量を流量調整弁81で調整する。
【0074】
また、実施例2では、水9を増湿塔64に供給する配管と水供給配管201とが合流(接続)する部位よりも、上流側(第2水洗塔58側)の水供給配管201に、水供給配管201を流通する水20の流量を計測する流量計94を設置する。更に、圧縮機61から増湿塔64に圧縮空気を供給する配管に、この配管を流通する圧縮空気の流量を計測する流量計95を設置する。そして、流量計94と流量計95との計測値を使用し、水9の流量(供給量)を計算し、水9の流量を流量調整弁83で調整する。
【0075】
つまり、圧縮空気の流量に対して、水20の流量が少ない場合には、流量調整弁83を調整し、水9を供給し、又は、水9の流量を増加する。
【0076】
これにより、圧縮空気を加湿するために供給する水量を適正化することができ、適正な燃焼用空気を生成することができる。
【実施例3】
【0077】
次に、実施例3に記載する炭素系燃料のガス化発電システムの系統構成を説明する。
【0078】
図3は、実施例3に記載する炭素系燃料のガス化発電システムの系統構成を説明する説明図である。
【0079】
実施例3に記載する炭素系燃料のガス化発電システムは、実施例1に記載する炭素系燃料のガス化発電システムと比較して、冷却塔52を削減し、水22をガス化炉熱回収部51に供給する点で、相違する。
【0080】
実施例3では、ガス化炉熱回収部51で、ガス化炉50の出口側の高温の生成ガスに、水22を噴霧し、生成ガス中の水蒸気濃度を高めると共に、ガス化炉50の出口側の高温の生成ガスの温度を低下させる。つまり、実施例3では、炭素系燃料のガス化発電システムにダイレクトクエンチと呼称される方法を使用する。
【0081】
なお、ガス化炉熱回収部51に供給する水22の流量は、水供給配管221に設置される流量調整弁80で調整される。そして、ガス化炉熱回収部51から脱塵装置53に生成ガスを供給する配管であって、脱塵装置53の入口側に、温度計90が設置され、流量調整弁80は、温度計90で計測される温度が、規定値(所定の温度)となるように、制御される。
【0082】
また、ガス化炉熱回収部51は、所定の間隔で、複数の水噴霧ノズル(図示なし)を有し、水22が複数の配管に分割して供給される。このように水22を分割して供給することにより、それぞれ水が噴霧される部位における生成ガスと水との接触効率を高め、例えば、水がガス化炉熱回収部51の壁面に衝突する前に、水を蒸発させることができる。
【0083】
これにより、ガス化炉熱回収部51に供給される生成ガスを冷却するための水の使用量を低減することができ、発電システムの発電効率を向上させることができる。
【実施例4】
【0084】
次に、実施例4に記載する炭素系燃料のガス化発電システムの系統構成を説明する。
【0085】
図4は、実施例4に記載する炭素系燃料のガス化発電システムの系統構成を説明する説明図である。
【0086】
実施例4に記載する炭素系燃料のガス化発電システムは、実施例1に記載する炭素系燃料のガス化発電システムと比較して、以下の点で、相違する。
【0087】
つまり、実施例1では、第1水洗塔56からシフト反応器57に供給される生成ガスが、ガスガス熱交換器70を流通し、シフト反応器57に供給され、吸収塔59から燃焼器60に供給される生成ガスが、ガスガス熱交換器71を流通し、燃焼器60に供給される。
【0088】
これに対して、実施例4では、第1水洗塔56からシフト反応器57に供給される生成ガスが、ガスガス熱交換器71を流通し、シフト反応器57に供給され、吸収塔59から燃焼器60に供給される生成ガスが、ガスガス熱交換器70を流通し、燃焼器60に供給される。
【0089】
実施例4では、脱塵装置53の出口側の生成ガスと吸収塔59の出口側の生成ガスとの間で、ガスガス熱交換器70を使用して、熱交換する。つまり、脱塵装置53の出口側の生成ガスで、吸収塔59の出口側の生成ガスを、昇温し、燃焼用ガスとして、燃焼器60に供給する。
【0090】
また、実施例4では、第1水洗塔56の出口側の生成ガスとシフト反応器57の出口側の生成ガスとの間で、ガスガス熱交換器71を使用して、熱交換する。つまり、シフト反応器57の出口側の生成ガスで、第1水洗塔56の出口側の生成ガスを、昇温し、シフト反応器57に供給する。
【0091】
このように、実施例4では、脱塵装置53の出口側の生成ガスの顕熱とシフト反応器57の出口側の生成ガスの顕熱とを有効に使用する。
【0092】
これにより、燃焼器60に供給する燃焼用ガスを、更に高温化することができ、発電システムの発電効率を向上させることができる。
【0093】
なお、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成の一部に置き換えることができ、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることもできる。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の一部を追加し、他の実施例の構成の一部と置換し、実施例の構成の一部を削除することもできる。
【符号の説明】
【0094】
1…石炭、2…酸素、3…二酸化炭素、4…スラグ、5…チャー、6…空気、7、8…洗浄水、9、20、21、22、25…水、10…吸収液、30、31…ポンプ、50…ガス化炉、51…ガス化炉熱回収部、52…冷却塔、53…脱塵装置、54…チャーロックホッパ、55…チャーフィードホッパ、56…第1水洗塔、57…シフト反応器、58…第2水洗塔、59…吸収塔、60…燃焼器、61…圧縮機、62…ガスタービン、63…発電機、64…増湿塔、65…水回収器、66…煙突、70、71…ガスガス熱交換器、73、74…熱交換器、80、81、82、83、84、85…流量調整弁、90…温度計、91、92、93、94、95…流量計、96、97、98…水位計、201、211、221…水供給配管。
図1
図2
図3
図4