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JP2576006B2 - 発電方法 - Google Patents
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JP2576006B2 - 発電方法 - Google Patents

発電方法

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JP2576006B2
JP2576006B2 JP4287504A JP28750492A JP2576006B2 JP 2576006 B2 JP2576006 B2 JP 2576006B2 JP 4287504 A JP4287504 A JP 4287504A JP 28750492 A JP28750492 A JP 28750492A JP 2576006 B2 JP2576006 B2 JP 2576006B2
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JP
Japan
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boiler
less
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sulfur content
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明義 溝口
睦範 唐崎
正樹 飯島
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低硫黄原油からボイラ
のリパワリングガスタービン用の低沸点留分と、スチー
ムタービン用の高沸点留分に分離し、リパワリングガス
タービンとボイラのスチームタービンを駆動して発電す
る方法、及び、その設備に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、日本の火力発電は、ボイラで生じ
た高温高圧のスチームでタービンを回転する発電方法が
スチームタービンによる方法が主なものである。そのボ
イラ用油燃料としては、主に重油や原油が使用されてい
る。それらの中で、原油焚きの場合はワックス分が多
く、かつ、SOX の発生量の少ない低硫黄原油、例えば
ミナス産原油や大慶産原油が公害防止の観点から好んで
使用されている。また、最近では良質燃料であるLNG
を用いたコンバインド・サイクル発電が採用されてい
る。
【0003】上記の原油や重油をボイラで焚いてスチー
ムタービンで発電する方法は、熱効率が約40%/HH
V基準(HHV:高位発熱量)と比較的低い。これに対
し、LNG焚きで採用されているコンバインド・サイク
ル発電は、圧縮機で圧縮した空気で燃料を燃焼するか、
あるいは、圧縮空気を燃焼熱で加熱して高温高圧ガスを
発生し、タービンを回転して発電すると共に、その燃焼
排ガスの有する高温熱エネルギーをボイラで回収してス
チームタービンを回転し、再度発電する方法であり、熱
効率は約48%/HHV基準と高いことが特徴である。
【0004】さらに最近、既設のボイラの発電量を簡便
な方法で向上させるために、ボイラの傍らにガスタービ
ンを追加設置し、ガスタービンで発電するとともに、ガ
スタービンの高温燃焼排ガスを空気の代わりボイラに送
り込み、ボイラ燃料を燃焼させる、所謂ボイラのリパワ
リングと称される方法が知られるようになった。このコ
ンバインド・サイクル発電に類似したボイラのリパワリ
ング方法によれば、約13vol%以上の酸素が残って
いるガスタービンの燃焼排ガスを用いてボイラ燃料を焚
くので、ボイラの燃焼には特に支障はない上、ガスター
ビンの燃焼排ガスの有する580℃程度の高温熱エネル
ギーをボイラで有効利用できるので、ボイラの燃料が節
約でき、全体として発電量を増すとともに、燃料当たり
の発電効率(熱効率)も向上させることができる。
【0005】ボイラの燃料には、上記のように原油や重
油が使用されるので、通常ボイラの周囲にはこれらの燃
料用タンクなどの貯蔵設備が既に備わっている。しか
し、これに上記のリパワリングのガスタービンを新たに
設置しようとすると、その燃料は通常天然ガスであるた
め、その貯蔵設備も新たに設置しなければならない。天
然ガスの輸送や貯蔵には極低温が必要であり、新たに多
大な設備費が必要となる上、都市部において天然ガスを
扱うことは防災上の観点からも制約が多い。また、LN
G貯蔵設備から気化した天然ガスをパイプラインにより
石油火力発電所に輸送する場合も、膨大な費用がかか
る。したがって、リパワリングのガスタービンにも天然
ガスに代えて原油や重油を使用することができればその
メリットは多大である。
【0006】欧米では、既に原油や残渣油をガスタービ
ンの燃料に使用する試みがなされているが、それらに含
まれる不純物のため、トラブルが多く発生し、軽油やL
NGを使用する場合に比べて保守費用が嵩むという問題
が指摘されている。そして、ガスタービンに使用する油
燃料の不純物含有量として、塩分を0.5ppm以下、
硫黄分を0.05重量%以下、バナジウムを0.5pp
m以下に制限することが望ましいとされている。特に、
塩分とバナジウムは相互に影響してガスタービンのブレ
ード金属の溶融点を低下させたり、灰分のブレードへの
粘着の原因となる。また、硫黄分の上記基準も同様にブ
レードの保護の観点から設定されたものである。しか
し、ボイラ焚き燃料として使用される前記のミナス産原
油や大慶産原油のような低硫黄原油でも、これらの基準
を満足できず、ガスタービン燃料としてそのまま使用す
ることができないという問題がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解消し、天然ガスに代えて低硫黄原油から、既設ボ
イラに設置されるリパワリングガスタービン用燃料を分
離し、リパワリングガスタービンとボイラのスチームタ
ービンを駆動して発電する方法、及び、その設備を提供
しようとするものである。
【0008】
【問題点を解決するための手段】本発明は、(1)原油
焚き又は重油焚きボイラによる蒸気発電とガスタービン
による発電を行う方法において、これらの発電設備に常
圧蒸留設備及び/又は減圧蒸留設備を併設し、塩分含有
量を0.5ppm以下に調整した硫黄分1重量%以下の
低硫黄原油を常圧蒸留又は減圧蒸留により、硫黄含有量
が0.5重量%以下の低沸点留分と、硫黄含有量が0.
5重量%を超える高沸点留分とに分離し、0.5重量%
以下の低沸点留分をガスタービンに供給して燃焼し、か
つ、ガスタービンの燃焼ガスをボイラに供給し、ボイラ
に硫黄含有量が0.5重量%を超える高沸点留分を供給
して燃焼させることを特徴とする発電方法、及び、
(2)原油焚き又は重油焚きボイラによる蒸気発電設
備、及び、ガスタービン発電設備からなる発電設備にお
いて、塩分含有量を0.5ppm以下に調整した硫黄分
1重量%以下の低硫黄原油を、硫黄含有量が0.5重量
%以下の低沸点留分と、硫黄含有量が0.5重量%を超
える高沸点留分とに分離するための常圧蒸留設備及び/
又は減圧蒸留設備を併設し、前記設備で分離された0.
5重量%以下の低沸点留分を前記ガスタービンに供給す
る導管と、前記ガスタービンの燃焼ガスをボイラに供給
する導管と、硫黄含有量が0.5重量%を超える高沸点
留分を前記ボイラに供給する導管とを設けたことを特徴
とする発電設備である
【0009】
【作用】本発明者等は、天然ガスに代わりに低硫黄原油
を既設ボイラに設置されるリパワリングガスタービンの
燃料に使用する方法について鋭意検討した結果、ガスタ
ービンで使用する燃料としては上記基準のように不純物
含有量の少ない燃料が望ましいものの、既設ボイラにお
いては不純物含有量の制限が比較的緩やかであること、
低硫黄原油を簡単な脱塩処理と簡単な蒸留により低沸点
留分と高沸点留分に分離するだけで必要な全ての基準を
満たすガスタービン用燃料と、不純物含有量の制限が比
較的ゆるやかなボイラ用燃料を同時に得られることに注
目し、本発明を完成させることができた。
【0010】
【実施例】図1は、本発明の1実施例であるボイラのリ
パワリング発電用燃料の製造方法を説明するための図で
ある。図1では主要工程のみ示し、付属設備等は省略し
てある。本発明で用いる低硫黄原油は、燃焼排ガスの脱
硫工程を簡略化できることからできるだけ硫黄含有量の
少ないものが好ましい。通常硫黄含有量が1重量%以
下、さらに好ましくは0.9重量%以下の原油が用いら
れる。このような原油としては前記のワックス分の多い
ミナス産原油や大慶産原油等を挙げることができる。こ
れらの原油に含まれるバナジウム量は通常0.4〜0.
5ppmである。これらの中で、ミナス産原油は硫黄含
有量が約0.1重量%以下と少なく、特に好ましい。
【0011】本発明においては、このような低硫黄原油
を脱塩処理工程1で塩分含有量を0.5ppm以下に調
整する。脱塩方法としては、通常原油に水を加えて洗浄
し、例えば2万ボルト程度の静電圧を印加して水層を分
離することにより塩分含有量を低下させることができ
る。通常の石油精製では塩分含有量が3ppm以下とし
ているが、上記水洗脱塩方法を繰り返すことにより容易
に塩分含有量を0.5ppm以下とすることができる。
【0012】塩分含有量を0.5ppm以下に調整され
た低硫黄原油は、常圧蒸留工程2または減圧蒸留工程3
において、硫黄含有量が0.05重量%以下の低沸点留
分と硫黄含有量が0.05重量%を超える高沸点留分に
分離することができる。上記の蒸留はどちらか一方のみ
でも良いし、常圧蒸留工程2で分離された沸点の高い留
分をさらに減圧蒸留工程3で分離してもよい。使用原油
により硫黄含有量が境界値0.05重量%を超える沸点
留分か、留分割合が異なるが上記のミナス産原油の場合
は軽油留分(常圧沸点に換算して約340〜460 O
以下)乃至ガス油留分(同460〜650 OF)以下の
沸点留分とそれを超える沸点留分に分離することによ
り、硫黄含有量0.05重量%の低沸点留分を約4割
と、硫黄含有量0.05重量%を超える高沸点留分を約
6割の割合で得ることができる。しかも、該低沸点留分
には、バナジウムなどの重金属はほとんど検出されず、
リパワリングのガスタービン用燃料に適したものであ
る。
【0013】上記のミナス産原油の例では、脱塩処理に
より塩分含有量を0.5ppm以下に調整した原油を沸
点650 OF以下の留分と、それを超える留分とに分離
する場合には、650 OF以下の留分割合は43.2体
積%であり、硫黄含有量は0.033重量%、バナジウ
ムは検出されず、リパワリングのガスタービン用燃料と
して最適の燃料を得ることができる。この低沸点留分を
採取した後の残渣油(REDUCED−CRUDE、沸
点650 OF以上、比重26.5 OAPI、流動点10
OF)は硫黄含有量が約0.15重量%と良質重油並
に低く、バナジウム/ニッケル/鉄分の各含有量は約1
/15/10ppmであり、ボイラ用燃料としては、何
等支障なく使用できるものである。
【0014】本発明において、使用する低硫黄原油によ
り硫黄含有量が0.05重量%を超える高沸点留分(あ
るいは残渣油)の割合が多い場合は、これをさらに分離
して上記ガスタービン用基準を満たす燃料を採取するこ
とも可能である。このような残渣油をさらに分離する方
法としては、高温・高圧の溶剤を用いる公知の超臨界溶
剤抽出・分離法(例えば、特開昭57─31989号公
報、特開昭59─170191号公報)を用いることが
できる。
【0015】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、脱塩処理した低硫黄原油から常圧蒸留又は減圧蒸
留で低沸点留分と高沸点留分に分離することにより、必
要な全ての基準を満たすガスタービン用燃料及びボイラ
用燃料を得ることができる。これらの燃料をボイラのリ
パワリングガスタービン及びそのボイラに各々使用する
ことで、ガスタービンの保守費用を抑えながら発電量を
増し、しかも全量をボイラで焚いてスチームタービンに
より発電する場合の熱効率約40%よりも高い熱効率で
発電することができ、省エネルギー及び二酸化炭素によ
る地球温暖化防止やSOX などの有害物質の発生抑制の
観点から極めて有利である。また、既設のボイラの付近
にガスタービンに焚く天然ガスのための貯蔵設備も不要
であり、簡便にリパワリングを導入できる経済的利点も
非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例である、低硫黄原油からボイ
ラのリパワリング発電用燃料及びそのボイラ用燃料を製
造するプロセスの説明図である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−106883(JP,A) 特開 昭57−177089(JP,A) 特開 昭52−25806(JP,A) 特開 昭59−74185(JP,A) 特開 昭55−165992(JP,A) 新石油精製プロセス、社団法人石油学 会編、株式会社幸書房、昭和59年12月25 日発行、17〜18ページ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原油焚き又は重油焚きボイラによる蒸気
    発電とガスタービンによる発電を行う方法において、こ
    れらの発電設備に常圧蒸留設備及び/又は減圧蒸留設備
    を併設し、塩分含有量を0.5ppm以下に調整した硫
    黄分1重量%以下の低硫黄原油を常圧蒸留及び/又は減
    圧蒸留により、硫黄含有量が0.5重量%以下の低沸点
    留分と、硫黄含有量が0.5重量%を超える高沸点留分
    とに分離し、0.5重量%以下の低沸点留分をガスター
    ビンに供給して燃焼し、かつ、ガスタービンの燃焼ガス
    をボイラに供給し、ボイラに硫黄含有量が0.5重量%
    を超える高沸点留分を供給して燃焼させることを特徴と
    する発電方法
  2. 【請求項2】 原油焚き又は重油焚きボイラによる蒸気
    発電設備、及び、ガスタービン発電設備からなる発電設
    備において、塩分含有量を0.5ppm以下に調整した
    硫黄分1重量%以下の低硫黄原油を、硫黄含有量が0.
    5重量%以下の低沸点留分と、硫黄含有量が0.5重量
    %を超える高沸点留分とに分離するための常圧蒸留設備
    及び/又は減圧蒸留設備を併設し、前記設備で分離され
    た0.5重量%以下の低沸点留分を前記ガスタービンに
    供給する導管と、前記ガスタービンの燃焼ガスをボイラ
    に供給する導管と、硫黄含有量が0.5重量%を超える
    高沸点留分を前記ボイラに供給する導管とを設けたこと
    を特徴とする発電設備
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Title
新石油精製プロセス、社団法人石油学会編、株式会社幸書房、昭和59年12月25日発行、17〜18ページ

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