JP3973772B2 - 石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラント - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭ガス化プラントに、ガスタービンプラント、排熱回収ボイラ、蒸気タービンプラントを組み合せた石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の火力発電プラントでは、化石燃料の使用量を少なくさせてプラント熱効率のより一層の向上が望まれている。
【０００３】
火力発電プラントに使用される化石燃料は、石炭が石油や天然ガスに較べて埋蔵量が豊富であり、かつ安価で長期的安定供給が可能であるにも拘らず、ＣＯ２，ＳＯｘ等の環境汚染物の排出が多く、このため高価であっても石油や天然ガスをはじめとする比較的クリーンな燃料の使用が主流を占めている。
【０００４】
しかし、１９７０年代の石油危機以来、エネルギ源の過剰な石油依存の危険性が指摘されたり、石油、天然ガスの可採用年数が５０年程度（平成３年度のエネ庁総合エネルギ統計より）であることなどを考慮すると、クリーン燃料の長期的安定価格と供給は難しくなりつつある。このため可採用年数が約３００年以上の埋蔵量をもつ石炭の火力発電プラントへの再活用化が見直されている。
【０００５】
最近、石炭をガス化させ、環境汚染物としてのＣＯ２，ＳＯｘ，ＮＯｘの発生を少なくさせた石炭ガス化ガス燃料を使用する石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントが実現しており、その構成として図１６に示すものがある。
【０００６】
石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラント（以下ＩＧＣＣと記す）は、石炭ガス化プラント１に、ガスタービンプラント２、排熱回収ボイラ３および蒸気タービンプラント４を組み合せた構成になっている。
【０００７】
石炭ガス化プラント１は、石炭供給部５、酸素製造装置６、石炭ガス化炉７を備え、石炭供給部５からの微粉炭と酸素製造装置６からの酸素ガスを石炭ガス化炉７に供給し、ここで微粉炭の一部を燃焼させ、石炭灰融点以上の温度１５００℃〜１８００℃を保ちつつ、残りの微粉炭を次式に基づいて反応させ、一酸化炭素（ＣＯ）を主成分とする可燃性石炭ガスを精製するようになっている。
【０００８】
【数１】
ＣＯ２＋Ｃ＝２ＣＯ
【０００９】
酸素製造装置６は、モータ８で駆動される空気圧縮機９を備え、空気圧縮機９で吸い込んだ空気を圧縮して高圧化させ、その高圧空気から酸素ガスをと窒素ガスとに分離させ、分離後の酸素ガスを石炭ガス化炉７に供給する、いわゆる酸素吹きにして上述可燃性石炭ガスを精製する一方、分離後の窒素ガスをガスタービンプラント２に供給する。
【００１０】
また、石炭ガス化プラント１は、冷却器１０と脱硫・脱塵装置１１を備え、上述の石炭ガス化炉７で精製された可燃性石炭ガスを冷却器１０で約４００℃に冷却させた後、脱硫・脱塵装置１１で硫黄・塵埃等の不純物を除去し、クリーンな石炭ガス化ガス燃料としてガスタービンプラント２に供給するようになっている。なお、冷却器１０は、冷却水として蒸気タービンプラント４から求め、可燃性石炭ガスを冷却させた後、再び蒸気タービンプラント４に回収させて熱の有効活用を図っている。
【００１１】
一方、ガスタービンプラント２は、空気圧縮機１２、ガスタービン燃焼器１３、ガスタービン１４、発電機１５を備え、空気圧縮機１２で吸い込んだ空気を圧縮して高圧化させ、その高圧空気を、石炭ガス化プラント１の脱硫・脱塵装置１１からのクリーンな石炭ガス化ガス燃料および酸素製造装置６からの窒素ガスとともにガスタービン燃焼器１３に供給し、ここで石炭ガス化ガス燃料を窒素ガスで希薄化させてＮＯｘ濃度の低い燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスをガスタービン１４で膨張仕事をさせ、その際に発生する回転トルクで発電機１５を駆動させ、膨張仕事を終えた燃焼ガスを排ガス（排熱）として排熱回収ボイラ３に供給する。
【００１２】
排熱回収ボイラ３は、過熱器、蒸発器、節炭器等の熱交換器１６を収容し、ガスタービンプラント２のガスタービン１４から供給された排ガスを熱源とし、蒸気タービンプラント４から供給された復水・給水を熱交換器１６で熱交換させて蒸気を発生させ、その蒸気を蒸気タービンプラント４に供給する。
【００１３】
蒸気タービンプラント４は、蒸気タービン１７、発電機１８、復水器１９、給水ポンプ２０を備え、排熱回収ボイラ３からの蒸気と上述石炭ガス化プラント１の冷却器１０からの蒸気とを合流させてタービン駆動蒸気にし、そのタービン駆動蒸気を蒸気タービン１７に供給し、ここで膨張仕事をさせ、その際に発生する回転トルクで発電機１８を駆動し、膨張仕事を終えたタービン駆動蒸気（タービン排気）を復水器１９で凝縮させて復水・給水にし、その復水・給水を給水ポンプ２０を介して一部を冷却器１０に供給するとともに、残りを排熱回収ボイラ３に還流させる。
【００１４】
このように、石炭ガス化プラント１に、ガスタービンプラント２、排熱回収ボイラ３、蒸気タービンプラント４を組み合せたＩＧＣＣでは、石炭ガス化プラント１から精製されたクリーンな石炭ガス化ガス燃料をガスタービン駆動ガスに使用する一方、ガスタービンプラント２の持つブレイトンサイクルと蒸気タービンプラント４の持つランキンサイクルとを巧みに組み合せ、低ＮＯｘ化とプラント熱効率の向上を図り、石炭の再活用化に対処させていた。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図１６で示した従来のＩＧＣＣには、クリーンな燃料として石炭ガス化ガス燃料を使用し、ＮＯｘ濃度を法律規定値以内に収めることができるものの、それで幾つかの問題点があり、その一つにプラント熱効率の向上の問題がある。
【００１６】
ＩＧＣＣは、ガスタービンプラント２にガスタービン駆動ガス温度１３００℃級のガスタービン１４を組み込んだ場合、試算（エネルギ新技術大系；社団法人日本伝熱学会編）によれば、プラント熱効率が４０％を上廻ると評価されている。
【００１７】
プラント熱効率を４０％以上に維持させることができるのは、ガスタービンプラント２のガスタービン燃焼器１３やガスタービン１４に組み込まれている燃焼器ライナ、ガスタービン静翼、ガスタービン動翼、ガスタービンロータ等のガスタービン高温部への冷却技術に依存するところが大きい。
【００１８】
一般に、この種の原動機は、ガスタービン駆動ガス温度を高くすればするほどプラント熱効率が向上することが知られている。
【００１９】
しかし、ガスタービン高温部に適用される耐熱鋼は、その許容温度がせいぜい９００℃程度である。このため、ガスタービン駆動ガスを高温化させつつ、ガスタービン高温部の強度を許容値以内に維持させるには、例えばガスタービンプラント２の空気圧縮機１２から発生した高圧空気の一部を抽気し、抽気した高圧空気による対流冷却方式、フィルム方式、インピンジ冷却方式を適宜組み合せてガスタービン静翼やガスタービン動翼等を冷却させていた。
【００２０】
しかし、高圧空気による対流冷却方式、フィルム冷却方式、インピンジ冷却方式を適宜組み合せてガスタービン高温部を冷却させることは既に限界にきている。すなわち、ガスタービン駆動ガスを高温化すれば、それに比例してガスタービン高温部を冷却させる高圧空気の使用量も増加する。この高圧空気のガスタービン高温部への供給増加は、ガスタービン１４の膨張仕事に寄与していないので、プラント熱効率を考察してみると、ガスタービン駆動ガスの高温化の割合にはむしろ低下する問題があった。
【００２１】
また、石炭ガス化プラント１から精製される石炭ガス化ガス燃料は、クリーンなエネルギ源と言えども、その中に若干の塵埃等の不純物が含まれており、その不純物がガスタービン静翼やガスタービン動翼等にデポジットし、高圧空気による対流冷却方式、フィルム冷却方式、インピンジ冷却方式を適宜組み合せても設計値通りの冷却能力を発揮していない問題点があった。
【００２２】
このように、ガスタービン高温部への高圧空気による冷却技術には、幾つかの問題があり、より一層のプラント熱効率を向上させる上で、高圧空気に代る新たな代替冷却技術の実現が必要とされている。
【００２３】
最近、高圧空気に代えて比熱が高いが故に冷却能力の高い蒸気が提案されているが、現在、模索中である。
【００２４】
本発明は、このような背景技術に照してなされたもので、ガスタービン駆動ガスの高温化にあたりガスタービン高温部を蒸気で冷却させてガスタービン高温部の構成部品の強度を高く維持させるとともに、ガスタービン高温部を冷却させた蒸気を回収させてそのエネルギの再活用を図り、結果としてプラント熱効率のより一層の向上を図った石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントを提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項１に記載したように、石炭ガス化プラントに、ガスタービンプラント、排熱回収ボイラおよび蒸気タービンプラントを組み合せた石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントにおいて、上記石炭ガス化プラントにおける冷却器から生成される蒸気を冷却用蒸気として上記ガスタービンプラントの高温部を構成するガスタービンに供給する冷却蒸気供給系と、上記ガスタービンを冷却させる冷却用蒸気を上記蒸気タービンプラントに回収させる冷却蒸気回収系と、上記冷却蒸気供給系に接続され、上記ガスタービンプラントを構成する空気圧縮機からの高圧空気を冷却用空気として上記ガスタービンに供給する冷却用空気供給系と、上記ガスタービンを冷却させる冷却用空気を上記排熱回収ボイラに回収させる冷却空気回収系とを備えたものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの実施形態を図面および図中に付した符号を引用して説明する。
【００２９】
図１は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１実施形態を示す概略系統図である。
【００３０】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラント２１に、ガスタービンプラント２２、排熱回収ボイラ２３および蒸気タービンプラント２４を組み合わせた構成になっている。
【００３１】
石炭ガス化プラント２１は、石炭供給部２５、酸素製造装置２６、石炭ガス化炉２７を備え、石炭供給部２５からの微粉炭と酸素製造装置２６からの酸素ガスを石炭ガス化炉２７に供給し、ここで微粉炭の一部を燃焼させ、石炭灰融点以上の温度１５００゜〜１８００℃を保ちつつ、残りの微粉炭を次式に基づいて反応させ、一酸化炭素（ＣＯ）を主成分とする可燃性石炭ガスを精製するようになっている。
【００３２】
【数２】
ＣＯ２＋Ｃ＝２ＣＯ
【００３３】
酸素製造装置２６はモータ２８で駆動される空気圧縮機２９を備え、空気圧縮機２９で吸い込んだ空気を圧縮して高圧化させ、その高圧空気から酸素ガスと窒素ガスとに分離させ、分離後の酸素ガスを石炭ガス化炉２７に供給する、いわゆる酸素吹きにして上述可燃性石炭ガスを精製する一方、分離後の窒素ガスをガスタービンプラント２２に供給する。
【００３４】
また、石炭ガス化プラント２１は、冷却器３０と脱硫・脱塵装置３１を備え、上述の石炭ガス化炉２７で精製された可燃性石炭ガスを冷却器３０で約４００℃に冷却させた後、脱硫・脱塵装置３１で硫黄・塵埃等の不純物を除去し、クリーンな石炭ガス化ガス燃料としてガスタービンプラント２２に供給するようになっている。
【００３５】
一方、ガスタービンプラント２は、空気圧縮機３２、ガスタービン燃焼器３３、ガスタービン３４、発電機３５を備え、空気圧縮機３２で吸い込んだ空気を圧縮して高圧化させ、その高圧空気を石炭ガス化プラント２１の脱硫・脱塵装置３１からのクリーンな石炭ガス化ガス燃料および酸素製造装置２６からの窒素ガスとともにガスタービン燃焼器３３に供給し、ここで石炭ガス化ガス燃料を窒素ガスで希薄化させてＮＯｘ濃度の低い燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスをガスタービン３４で膨張仕事をさせ、その際に発生する回転トルクで発電機３５を駆動させ、膨張仕事を終えた燃焼ガスを排ガス（排熱）として排熱回収ボイラ２３に供給する。
【００３６】
排熱回収ボイラ２３は、過熱器、蒸発器、節炭器等の一次熱交換器３６を収容し、ガスタービンプラント２２のガスタービン３４から供給された排ガスを熱源とし、蒸気タービンプラント２４から供給された復水・給水を一次熱交換器３６で熱交換させて蒸気を発生させ、その蒸気を蒸気タービンプラント２４に供給する。
【００３７】
蒸気タービンプラント２４は、蒸気タービン３７、発電機３８、復水器３９、給水ポンプ４０を備え、排熱回収ボイラ２３からの蒸気をタービン駆動蒸気として蒸気タービン３７に供給し、ここで膨張仕事をさせ、その際に発生する回転トルクで発電機３８を駆動し、膨張仕事を終えたタービン起動蒸気（タービン排気）を復水器３９で凝縮させて復水・給水にし、その復水・給水を給水ポンプ４０を介して一部を冷却器３０に供給するとともに、残りを排熱回収ボイラ２３に還流させる。
【００３８】
また、石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラント２１の冷却器３０の出口側をガスタービン３４のガスタービン高温部４１、例えばガスタービン静翼、ガスタービン動翼、ガスタービンロータ等に接続させる冷却蒸気供給系４２とガスタービン高温部４１の出口側を蒸気タービンプラント２４の蒸気タービン３７の入口側に接続させる冷却蒸気回収系４３とをそれぞれ設け、石炭ガス化炉２７からの高温石炭ガス化ガス燃料と蒸気タービンプラント２４からの復水・給水とを冷却器３０で熱交換させ、その際に発生する蒸気を冷却用蒸気としてガスタービン３４のガスタービン高温部４１に供給し、ガスタービン高温部４１を冷却させるとともに、ガスタービン高温部を冷却させた後の冷却用蒸気を蒸気タービン３７に回収させたものである。
【００３９】
このように本実施形態は、冷却器３０とガスタービン３４のガスタービン高温部４１とを接続させる冷却蒸気供給系４２を設けるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気を蒸気タービン３７に回収させる冷却蒸気回収系４３を設けたので、ガスタービン高温部４１を冷却させてその構成部品の強度を高く維持させることができ、冷却用蒸気の蒸気タービン３７への回収により熱の有効活用を図ることができる。
【００４０】
したがって、本実施形態によれば、ガスタービン高温部４１の効果的な冷却と相まって熱エネルギの有効活用を図ったので、ガスタービン駆動ガスのより一層の高温化とともにプラント熱効率を向上させることができる。
【００４１】
図２は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第２実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００４２】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラント１の冷却器３０の出口側をガスタービン燃焼器３３の燃焼器高温部４４、例えば燃焼器ライナ、トランジションピース等を介してガスタービン３４のガスタービン高温部４１に接続させる冷却蒸気供給系４２とガスタービン高温部４１の出口側を蒸気タービンプラント２４の蒸気タービン３７の入口側に接続させる冷却蒸気回収系４３とをそれぞれ設け、石炭ガス化炉２７からの高温石炭ガス化ガス燃料と蒸気タービンプラント２４からの復水・給水とを冷却器３０で熱交換させ、その際に発生する蒸気を冷却用蒸気として燃焼器高温部４４およびガスタービン高温部４１に直列に供給し、燃焼器高温部４４およびガスタービン高温部４１を冷却させるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた後の冷却用蒸気を蒸気タービン３７に回収させたものである。
【００４３】
このように、本実施形態は、冷却器３０から燃焼器高温部４４を介してガスタービン高温部４１に接続する冷却蒸気供給系４２を設けるとともに、燃焼器高温部４４およびガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気を蒸気タービン３７に回収させる冷却蒸気回収系４３を設けたので、燃焼器高温部４４およびガスタービン高温部４１を冷却させて各構成部品の強度を高く維持させることができ、冷却用蒸気の蒸気タービン３７への回収により熱の有効活用を図ることができる。
【００４４】
したがって、本実施形態によれば、燃焼器高温部４４およびガスタービン高温部４１の効果的な冷却と相まって熱エネルギの有効活用を図ったので、ガスタービン駆動ガスのより一層の高温化とともに、プラント熱効率を向上させることができる。
【００４５】
図３は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第３実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００４６】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラント１の冷却器３０の出口側をガスタービン燃焼器３３の燃焼器高温部４４、例えば燃焼器ライナ、トランジションピース等を介してガスタービン３４のガスタービン高温部４１に接続させる冷却蒸気供給系４２とガスタービン高温部４１の出口側を排熱回収ボイラ２３の一次熱交換器３６における中間熱交換器、例えば中圧節炭器に接続させる冷却蒸気回収系４３とをそれぞれ設け、石炭ガス化炉２７からの高温石炭ガス化ガス燃料と蒸気タービンプラント２４からの復水・給水とを冷却器３０で熱交換させ、その際に発生する蒸気を冷却用蒸気として燃焼器高温部４４およびガスタービン高温部４１に直列に供給し、燃焼器高温部４４およびガスタービン高温部４１を冷却させるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた後の冷却用蒸気を熱交換器３６の中間熱交換器に回収させたものである。
【００４７】
このように、本実施形態は、冷却器３０から燃焼器高温部４４を介してガスタービン高温部４１に接続する冷却蒸気供給系４２を設けるとともに、燃焼器高温部４４およびガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気を排熱回収ボイラ２３の一次熱交換器３６における中間熱交換器に回収させる冷却蒸気回収系４３を設けたので、燃焼器高温部４４およびガスタービン高温部４１を冷却させて各構成部品の強度を高く維持させることができ、冷却用蒸気の排熱回収ボイラ２３の一次熱交換器３６における中間熱交換器への回収により熱の有効活用を図ることができる。特に、ガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気を排熱回収ボイラ２３の一次熱交換器３６における中間熱交換器に回収させれば、排熱回収ボイラ２３で再び適圧適温に加熱させて蒸気タービン３７に供給することができ、蒸気タービン３７の出力を増加させてプラント熱効率を向上させることができる。
【００４８】
図４は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第４実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００４９】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、排熱回収ボイラ２３の一次熱交換器３６における中間熱交換器、例えば高圧節炭器の出口側をガスタービン３４のガスタービン高温部４１に接続させる冷却蒸気供給系４２とガスタービン高温部４１の出口側を石炭ガス化プラント２１の石炭ガス化炉２７に接続させる冷却蒸気回収系４３とをそれぞれ設ける一方、石炭ガス化プラント２１の空気圧縮機２９から石炭ガス化炉２７に酸化剤として高圧空気を供給する酸化剤用空気系４５をバイパスして石炭供給部２５に接続させる微粉炭搬送用空気系４６を設けたものである。なお、本実施形態は、石炭ガス化炉２７から精製される石炭ガス化ガス燃料が低カロリーになっているので石炭ガス化炉２７に純酸素ガスが供給されていない。
【００５０】
このように、本実施形態は、排熱回収ボイラ２３の一次熱交換器３６における中間熱交換器をガスタービン高温部４１に接続させる冷却蒸気供給系４２を設けるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気をガス化剤として石炭ガス化炉２７に回収させる冷却蒸気回収系４３を設けたので、ガスタービン高温部４１を冷却し、その構成部品の強度を高く維持させてガスタービン駆動ガスのより一層の高温化を図ることができ、冷却用蒸気をガス化剤として石炭ガス化炉２７に回収させて石炭ガス化ガス燃料を精製するに要する熱エネルギを節約することができ、結果としてプラント熱効率を向上させることができる。
【００５１】
または、本実施形態は、石炭ガス化プラント２１の空気圧縮機２９から石炭ガス化炉２７に酸化剤として高圧空気を供給する酸化剤用空気系４５にバイパスして石炭供給部２５に接続させる微粉炭搬送用空気系４６を設けたので、微粉炭搬送に必要な付帯設備およびそれに要する動力費を少なくさせることができる。
【００５２】
図５は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第５実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符合を付す。
【００５３】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラント２２の空気圧縮機３２から抽気した高圧空気を、ガスタービン３４のガスタービン高温部４１に供給する冷却空気供給系４７とガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用空気を石炭ガス化プラント２１の石炭ガス化炉２７に供給する冷却空気回収系４８とを設けたものである。
【００５４】
このように、本実施形態は、ガスタービンプラント２２の空気圧縮機３２から抽気した高圧空気を冷却用空気としてガスタービン高温部４１に供給する冷却空気供給系４７を設けるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用空気を酸化剤として石炭ガス化炉２７に供給する冷却空気回収系４８を設けたので、ガスタービン高温部４１を冷却し、その構成部品の強度を高く維持させてガスタービン駆動ガスのより一層の高温化を図ることができ、冷却用空気を酸化剤として石炭ガス化炉２７に回収させ、石炭ガス化プラント２１の空気圧縮機２９に何らからの事故があっても石炭ガス化炉２７を自立運転させることができ、結果として熱の有効活用を図ってプラント熱効率を向上させることができる。
【００５５】
図６は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第６実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００５６】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、排熱回収ボイラ２３の排ガス下流側に収容した二次熱交換器４９、例えば低圧節炭器を、蒸気タービンプラント２４の給水ポンプ４０の出口側に接続する復水・給水系５０を備えるとともに、二次熱交換器４９で加温（予熱）させた復水・給水をガスタービン３４のガスタービン高圧部４１に供給する加温水供給系５１とガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用加温復水・給水を石炭ガス化プラント２１の石炭供給部２５に回収させる加温水回収系５２を設けたものである。
【００５７】
このように、本実施形態は、排熱回収ボイラ２３の排ガス下流側に収容した二次熱交換器４９を給水ポンプ４０の出口側に接続する復水・給水系５０を備えるとともに、二次熱交換器４９で加温させた復水・給水をガスタービン高温部４１に供給する加温水供給系５１を設けるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用加温復水・給水を微粉炭スラリ用として石炭供給部２５に供給する加温水回収系５２を設けたので、ガスタービン高温部４１を冷却し、その構成部品の強度を高く維持させてガスタービン駆動ガスのより一層の高温化を図ることができ、冷却用加温復水・給水を微粉炭スラリ用として石炭供給部２５に回収させ、微粉炭スラリの生成に必要な付帯設備およびそれに要する動力費を少なくさせることができる。
【００５８】
図７は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第７実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００５９】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、第６実施形態と同様に、排熱回収ボイラ２３の排ガス下流側に収容した二次熱交換器４９、例えば低圧節炭器を、蒸気タービンプラント２４の給水ポンプ４０の出口側に接続する復水・給水系５０を備えるとともに、二次熱交換器４９で加温（予熱）させた復水・給水をガスタービン３４のガスタービン高温部４１に供給する加温水供給系５１とガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用加温復水・給水を排熱回収ボイラ２３の一次熱交換器３６に回収させる加温水回収系５２を設けたものである。
【００６０】
このように、本実施形態は、排熱回収ボイラ２３の排ガス下流側に収容した二次熱交換器４９を給水ポンプ４０の出口側に接続する復水・給水系５０を備えるとともに、二次熱交換器で加温させた復水・給水をガスタービン高温部４１に供給する加温水供給系５１を設けるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用加温復水・給水を排熱回収ボイラ２３の一次熱交換器３６に回収する加温水回収系５２を設けたので、ガスタービン高温部４１を冷却し、その構成部品の強度を高く維持させてガスタービン駆動ガスのより一層の高温化を図ることができ、冷却用加温復水・給水を一次熱交換器３６に回収させ、冷却用加温復水・給水の循環に伴う熱エネギの回収を図ることができ、プラント熱効率を向上させることができる。
【００６１】
図８は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第８実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００６２】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、蒸気タービンプラント２４の蒸気タービン３７を高圧タービン５３と低圧タービン５４とに区分けする一方、区分けした高圧タービン５３のタービン排気の一部をガスタービン３４のガスタービン高温部４１に冷却用蒸気として供給する冷却蒸気供給系４２を設けるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気を、排熱回収ボイラ２３に収容した補助熱交換器５５を介して低圧タービン５４に回収させる冷却蒸気回収系４３を設けたものである。なお、高圧タービン５３は、残りのタービン排気を、石炭ガス化プラント２１の冷却器３０から発生した蒸気および上述のガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気に合流させて補助熱交換器５５に供給する構成になっている。
【００６３】
このように、本実施形態は、蒸気タービン３７を高圧タービン５３と低圧タービン５４とに区分けし、区分けした高圧タービン５３のタービン排気の一部をガスタービン高温部４１に冷却用蒸気として供給する冷却蒸気供給系４２を設けるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気としてのタービン排気を、冷却器３０からの蒸気と高圧タービン３７からの残りのタービン排気とに合流させ、合流蒸気を補助熱交換器５５で圧力・温度調整後、低圧タービン５４に回収させる冷却蒸気回収系４３を設けたので、ガスタービン高温部４１を冷却し、その構成部品の強度を高く維持させてガスタービン駆動ガスのより一層の高温化を図ることができ、ガスタービン高温部４１の冷却後のタービン排気の熱回収を図ることができ、結果としてプラント熱効率を向上させることができる。
【００６４】
図９は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第９実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００６５】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラント２１の冷却器３０から発生する蒸気をガスタービン３４のガスタービン高温部４１に冷却用蒸気として供給する冷却蒸気供給系４２とガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気を排熱回収ボイラ２３の一次熱交換器３６、例えば過熱器で発生した蒸気と合流させて蒸気タービン３７に供給する冷却蒸気回収系４３とを設けるとともに、起動運転時、冷却器３６の蒸気が発生していないとき、空気圧縮機３２からの高圧空気の一部を冷却用空気としてガスタービン高温部４１に供給する冷却空気供給系４７とガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用空気を排熱回収ボイラ２３に供給する冷却空気回収系４８とをそれぞれ設けたものである。
【００６６】
このように、本実施形態は、ガスタービン高温部４１に冷却蒸気供給系４２と冷却空気供給系４７とをそれぞれ設け、起動運転時からガスタービン高温部４１を冷却させるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気または冷却用空気を、蒸気タービン３７および排熱回収ボイラ２３のそれぞれ回収させる冷却蒸気回収系４３および冷却空気回収系４８のそれぞれを設けたので、常にガスタービン高温部４１は冷却させることができ、ガスタービン駆動ガスの高温化に伴うガスタービン３４に安定運転を行わせることができる。
【００６７】
図１０は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１０実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００６８】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラント２１の酸素製造装置２６に高圧空気を供給する空気圧縮機２９に空気圧縮機駆動タービン５６を設け、起動運転時、空気圧縮機２９をモータ３８で駆動し、負荷運転時、空気圧縮機２９を空気圧縮機駆動タービン５６で駆動させたものである。なお、空気圧縮機駆動タービン５６は、石炭ガス化プラント２１の冷却器３０から発生し、蒸気タービンプラント２４の蒸気タービン３７に供給する蒸気の一部を駆動源とするとともに、膨張仕事を終えたタービン排気を蒸気タービンプラント２４の復水器３９に回収させている。
【００６９】
このように、本実施形態は、起動運転時、空気圧縮機２９をモータ２８で駆動させ、負荷運転時、空気圧縮機２９を冷却器３０から発生する蒸気の一部を利用して空気圧縮機駆動タービン５６で駆動させたので、空気圧縮機２９を駆動させるに必要なエネルギを節約することができ、結果としてプラント熱効率を向上させることができる。
【００７０】
図１１は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１１実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００７１】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラント２１の酸素製造装置２６の出口側をガスタービン３４のガスタービン高温部４１の入口側に接続させる冷却窒素ガス供給系５７とガスタービン高温部４１の出口側をガスタービンプラント２２のガスタービン燃焼器３３および石炭ガス化プラント２１の脱硫・脱塵装置３１のそれぞれの入口側に接続させる冷却窒素ガス回収系５８とをそれぞれ設け、空気圧縮機２９から酸素製造装置２６に供給された高圧空気を酸素ガスと窒素ガスとに分離させ、分離させた窒素ガスを冷却用窒素ガスとしてガスタービン高温部４１に供給し、ガスタービン高温部４１を冷却させるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた後の冷却用窒素ガスをガスタービン燃焼器３３および脱硫・脱塵装置３１のそれぞれに回収させたものである。
【００７２】
このように、本実施形態は、酸素製造装置２６からガスタービン高温部４１に接続する冷却窒素ガス供給系５７を設けると、ガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用窒素ガスをガスタービン燃焼器３３および脱硫・脱塵装置３１のそれぞれに回収させる冷却窒素ガス回収系５８を設けたので、ガスタービン高温部４１を冷却させて各構成部品の強度を高く維持させることができ、ガスタービン燃焼器３１の石炭ガス化ガス燃料に窒素ガスを加えて生成される燃焼ガスのＮＯｘ濃度を低くすることができ、脱硫・脱塵装置のフィルタに窒素ガスを供給して逆洗浄することができる。
【００７３】
したがって、本実施形態によれば、ガスタービン高温部４１の効果的な冷却と相まって窒素ガスの有効活用を図ったので、ガスタービン駆動ガスのより一層高温化とともに、プラント熱効率を向上させることができる。
【００７４】
図１２は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１２実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部品と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００７５】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラント２１の脱硫・脱塵装置３１からガスタービン燃焼器３３に供給する石炭ガス化ガス燃料の一部を抽気し、燃料改質器５９に供給する石炭ガス化ガス燃料供給系６０と、冷却器３０から発生した蒸気を冷却用蒸気としてガスタービン３４のガスタービン高温部４１に供給する冷却蒸気供給系４２とガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気を燃料改質器５９に回収させる冷却蒸気回収系４３とをそれぞれ設けたものである。
【００７６】
このように、本実施形態は、冷却器３０からガスタービン高温部４１に接続させる冷却蒸気供給系４２とガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気を燃料改質器５９に回収させる冷却蒸気回収系４３とを設けるとともに、脱硫・脱塵装置３１からの石炭ガス化ガス燃料を燃料改質器５９に供給する石炭ガス化ガス燃料供給系６０を設けたので、ガスタービン高温部４１を冷却させて各構成部品の強度を高く維持させることができ、燃料改質器５９で石炭ガス化ガス燃料と冷却用蒸気とにより新たな燃料を生成して他の分野にも広く有効に活用することができる。特に、燃料改質器５９を、例えば燃料電池発電プラントに組み込めば、エネルギの有効活用を図ることができる。
【００７７】
図１３は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１３実施形態を示す概略制御系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００７８】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラント２１の脱硫・脱塵装置３１からガスタービンプラント２２のガスタービン燃焼器３３に供給する石炭ガス化ガス燃料の発熱量を検出端６１を介して検出する発熱量検出器６２と発熱量検出器６２で検出した信号を演算する演算制御器６３と演算制御器６３で演算した信号に基づいて石炭ガス化プラント２１の冷却器３０から冷却蒸気供給系４２を介してガスタービン３４のガスタービン高温部４１に供給する冷却用蒸気の流量を調節する冷却用蒸気流量調節部６４とを備えたものである。
【００７９】
このように、本実施形態は、脱硫・脱塵装置３１からガスタービン燃焼器３３に供給される石炭ガス化ガス燃料の発熱量を発熱量検出器６２で検出し、検出した発熱量信号に基づいて冷却器３０からガスタービン高温部４１に供給される冷却用蒸気を冷却用蒸気流量調節部６４で調節したので、ガスタービン高温部４１に安定した冷却用蒸気を供給することができ、ガスタービン３４に安定運転を行わせることができる。
【００８０】
図１４は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１４実施形態を示す概略制御系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００８１】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラント２１の脱硫・脱塵装置３１からガスタービンプラント２２のガスタービン燃焼器３３に供給する石炭ガス化ガス燃料の発熱量を検出端６１を介して検出する発熱量検出器６２と発熱量検出器６２で検出した信号を演算する演算制御器６３と演算制御器６３で演算した信号に基づいてガスタービンプラント２２の空気圧縮機３２からガスタービン燃焼器３３に供給する高圧空気を調節する空気流量調節部６５とを備えたものである。
【００８２】
このように、本実施形態は、脱硫・脱塵装置３１からガスタービン燃焼器３３に供給される石炭ガス化ガス燃料の発熱量を発熱量検出器６２で検出し、検出した発熱量信号に基づいて空気圧縮機３２からガスタービン燃焼器３３に供給される高圧空気を空気流量調節部６５で調節し、石炭ガス化プラント２１の冷却器３０からガスタービン３４のガスタービン高温部４１に供給される冷却用蒸気の流量に見合うようにガスタービン燃焼器３３から生成されたガスタービン駆動ガスをガスタービン３４に供給したので、ガスタービン３４に安定運転を行わせることができる。なお、本実施形態は、ガスタービン高温部４１に供給される冷却用蒸気の流量に見合うように、空気圧縮機３２からガスタービン燃焼器３３に供給される高圧空気の流量を調節したものであるが、この実施形態に限らず、例えば図１５に示すように、ガスタービン３４を冷却しない場合、空気圧縮機３２からガスタービン燃焼器３３に供給される高圧空気を空気流量調節部６５で調節しても良い。特に、石炭ガス化プラント２１からガスタービンプラント２２のガスタービン燃焼器３３に供給される石炭ガス化ガス燃料の流量に対し、空気圧縮機３２からガスタービン燃焼器３３に供給される高圧空気を空気流量調節部６５で調整して対応させれば、ガスタービン燃焼器３３のガスタービン駆動ガス（燃焼ガス）の失火を防止できる点で有効である。
【００８３】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラントから発生する蒸気を利用してガスタービンプラントの高温部を冷却させる冷却蒸気供給系を備えるとともに、ガスタービンプラントの高温部を冷却させた冷却用蒸気を蒸気タービンプラントに回収させる冷却蒸気回収系を備えるので、ガスタービンプラントの高温部の強度を高く維持させてガスタービン駆動ガスの高温化を図ることができ、熱エネルギの有効活用を図ってプラント熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１実施形態を示す概略系統図。
【図２】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第２実施形態を示す概略系統図。
【図３】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第３実施形態を示す概略系統図。
【図４】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第４実施形態を示す概略系統図。
【図５】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第５実施形態を示す概略系統図。
【図６】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第６実施形態を示す概略系統図。
【図７】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第７実施形態を示す概略系統図。
【図８】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第８実施形態を示す概略系統図。
【図９】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第９実施形態を示す概略系統図。
【図１０】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１０実施形態を示す概略系統図。
【図１１】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１１実施形態を示す概略系統図。
【図１２】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１２実施形態を示す概略系統図。
【図１３】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１３実施形態を示す概略制御系統図。
【図１４】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１４実施形態を示す概略制御系統図。
【図１５】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１４実施形態における変形例を示す概略制御系統図。
【図１６】 従来の石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントを示す概略系統図。
【符号の説明】
１ 石炭ガス化プラント
２ ガスタービンプラント
３ 排熱回収ボイラ
４ 蒸気タービンプラント
５ 石炭供給部
６ 酸素製造装置
７ 石炭ガス化炉
８ モータ
９ 空気圧縮機
１０ 冷却器
１１ 脱硫・脱塵装置
１２ 空気圧縮機
１３ ガスタービン燃焼器
１４ ガスタービン
１５ 発電機
１６ 熱交換器
１７ 蒸気タービン
１８ 発電機
１９ 復水器
２０ 給水ポンプ
２１ 石炭ガス化プラント
２２ ガスタービンプラント
２３ 排熱回収ボイラ
２４ 蒸気タービンプラント
２５ 石炭供給部
２６ 酸素製造装置
２７ 石炭ガス化炉
２８ モータ
２９ 空気圧縮機
３０ 冷却器
３１ 脱硫・脱塵装置
３２ 空気圧縮機
３３ ガスタービン燃焼器
３４ ガスタービン
３５ 発電機
３６ 一次熱交換器
３７ 蒸気タービン
３８ 発電機
３９ 復水器
４０ 給水ポンプ
４１ ガスタービン高温部
４２ 冷却蒸気供給系
４３ 冷却蒸気回収系
４４ 燃焼器高温部
４５ 酸化剤用空気系
４６ 微粉炭用空気系
４７ 冷却空気供給系
４８ 冷却空気回収系
４９ 二次熱交換器
５０ 復水・給水系
５１ 加温水供給系
５２ 加温水回収系
５３ 高圧タービン
５４ 低圧タービン
５５ 補助熱交換器
５６ 空気圧縮機駆動タービン
５７ 冷却窒素ガス供給系
５８ 冷却窒素ガス回収系
５９ 燃料改質器
６０ 石炭ガス化ガス燃料供給系
６１ 検出端
６２ 発熱量検出器
６３ 演算制御器
６４ 冷却用蒸気流量調節部
６５ 空気流量調節部
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭ガス化プラントに、ガスタービンプラント、排熱回収ボイラ、蒸気タービンプラントを組み合せた石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の火力発電プラントでは、化石燃料の使用量を少なくさせてプラント熱効率のより一層の向上が望まれている。
【０００３】
火力発電プラントに使用される化石燃料は、石炭が石油や天然ガスに較べて埋蔵量が豊富であり、かつ安価で長期的安定供給が可能であるにも拘らず、ＣＯ２，ＳＯｘ等の環境汚染物の排出が多く、このため高価であっても石油や天然ガスをはじめとする比較的クリーンな燃料の使用が主流を占めている。
【０００４】
しかし、１９７０年代の石油危機以来、エネルギ源の過剰な石油依存の危険性が指摘されたり、石油、天然ガスの可採用年数が５０年程度（平成３年度のエネ庁総合エネルギ統計より）であることなどを考慮すると、クリーン燃料の長期的安定価格と供給は難しくなりつつある。このため可採用年数が約３００年以上の埋蔵量をもつ石炭の火力発電プラントへの再活用化が見直されている。
【０００５】
最近、石炭をガス化させ、環境汚染物としてのＣＯ２，ＳＯｘ，ＮＯｘの発生を少なくさせた石炭ガス化ガス燃料を使用する石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントが実現しており、その構成として図１６に示すものがある。
【０００６】
石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラント（以下ＩＧＣＣと記す）は、石炭ガス化プラント１に、ガスタービンプラント２、排熱回収ボイラ３および蒸気タービンプラント４を組み合せた構成になっている。
【０００７】
石炭ガス化プラント１は、石炭供給部５、酸素製造装置６、石炭ガス化炉７を備え、石炭供給部５からの微粉炭と酸素製造装置６からの酸素ガスを石炭ガス化炉７に供給し、ここで微粉炭の一部を燃焼させ、石炭灰融点以上の温度１５００℃〜１８００℃を保ちつつ、残りの微粉炭を次式に基づいて反応させ、一酸化炭素（ＣＯ）を主成分とする可燃性石炭ガスを精製するようになっている。
【０００８】
【数１】
ＣＯ２＋Ｃ＝２ＣＯ
【０００９】
酸素製造装置６は、モータ８で駆動される空気圧縮機９を備え、空気圧縮機９で吸い込んだ空気を圧縮して高圧化させ、その高圧空気から酸素ガスをと窒素ガスとに分離させ、分離後の酸素ガスを石炭ガス化炉７に供給する、いわゆる酸素吹きにして上述可燃性石炭ガスを精製する一方、分離後の窒素ガスをガスタービンプラント２に供給する。
【００１０】
また、石炭ガス化プラント１は、冷却器１０と脱硫・脱塵装置１１を備え、上述の石炭ガス化炉７で精製された可燃性石炭ガスを冷却器１０で約４００℃に冷却させた後、脱硫・脱塵装置１１で硫黄・塵埃等の不純物を除去し、クリーンな石炭ガス化ガス燃料としてガスタービンプラント２に供給するようになっている。なお、冷却器１０は、冷却水として蒸気タービンプラント４から求め、可燃性石炭ガスを冷却させた後、再び蒸気タービンプラント４に回収させて熱の有効活用を図っている。
【００１１】
一方、ガスタービンプラント２は、空気圧縮機１２、ガスタービン燃焼器１３、ガスタービン１４、発電機１５を備え、空気圧縮機１２で吸い込んだ空気を圧縮して高圧化させ、その高圧空気を、石炭ガス化プラント１の脱硫・脱塵装置１１からのクリーンな石炭ガス化ガス燃料および酸素製造装置６からの窒素ガスとともにガスタービン燃焼器１３に供給し、ここで石炭ガス化ガス燃料を窒素ガスで希薄化させてＮＯｘ濃度の低い燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスをガスタービン１４で膨張仕事をさせ、その際に発生する回転トルクで発電機１５を駆動させ、膨張仕事を終えた燃焼ガスを排ガス（排熱）として排熱回収ボイラ３に供給する。
【００１２】
排熱回収ボイラ３は、過熱器、蒸発器、節炭器等の熱交換器１６を収容し、ガスタービンプラント２のガスタービン１４から供給された排ガスを熱源とし、蒸気タービンプラント４から供給された復水・給水を熱交換器１６で熱交換させて蒸気を発生させ、その蒸気を蒸気タービンプラント４に供給する。
【００１３】
蒸気タービンプラント４は、蒸気タービン１７、発電機１８、復水器１９、給水ポンプ２０を備え、排熱回収ボイラ３からの蒸気と上述石炭ガス化プラント１の冷却器１０からの蒸気とを合流させてタービン駆動蒸気にし、そのタービン駆動蒸気を蒸気タービン１７に供給し、ここで膨張仕事をさせ、その際に発生する回転トルクで発電機１８を駆動し、膨張仕事を終えたタービン駆動蒸気（タービン排気）を復水器１９で凝縮させて復水・給水にし、その復水・給水を給水ポンプ２０を介して一部を冷却器１０に供給するとともに、残りを排熱回収ボイラ３に還流させる。
【００１４】
このように、石炭ガス化プラント１に、ガスタービンプラント２、排熱回収ボイラ３、蒸気タービンプラント４を組み合せたＩＧＣＣでは、石炭ガス化プラント１から精製されたクリーンな石炭ガス化ガス燃料をガスタービン駆動ガスに使用する一方、ガスタービンプラント２の持つブレイトンサイクルと蒸気タービンプラント４の持つランキンサイクルとを巧みに組み合せ、低ＮＯｘ化とプラント熱効率の向上を図り、石炭の再活用化に対処させていた。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図１６で示した従来のＩＧＣＣには、クリーンな燃料として石炭ガス化ガス燃料を使用し、ＮＯｘ濃度を法律規定値以内に収めることができるものの、それで幾つかの問題点があり、その一つにプラント熱効率の向上の問題がある。
【００１６】
ＩＧＣＣは、ガスタービンプラント２にガスタービン駆動ガス温度１３００℃級のガスタービン１４を組み込んだ場合、試算（エネルギ新技術大系；社団法人日本伝熱学会編）によれば、プラント熱効率が４０％を上廻ると評価されている。
【００１７】
プラント熱効率を４０％以上に維持させることができるのは、ガスタービンプラント２のガスタービン燃焼器１３やガスタービン１４に組み込まれている燃焼器ライナ、ガスタービン静翼、ガスタービン動翼、ガスタービンロータ等のガスタービン高温部への冷却技術に依存するところが大きい。
【００１８】
一般に、この種の原動機は、ガスタービン駆動ガス温度を高くすればするほどプラント熱効率が向上することが知られている。
【００１９】
しかし、ガスタービン高温部に適用される耐熱鋼は、その許容温度がせいぜい９００℃程度である。このため、ガスタービン駆動ガスを高温化させつつ、ガスタービン高温部の強度を許容値以内に維持させるには、例えばガスタービンプラント２の空気圧縮機１２から発生した高圧空気の一部を抽気し、抽気した高圧空気による対流冷却方式、フィルム方式、インピンジ冷却方式を適宜組み合せてガスタービン静翼やガスタービン動翼等を冷却させていた。
【００２０】
しかし、高圧空気による対流冷却方式、フィルム冷却方式、インピンジ冷却方式を適宜組み合せてガスタービン高温部を冷却させることは既に限界にきている。すなわち、ガスタービン駆動ガスを高温化すれば、それに比例してガスタービン高温部を冷却させる高圧空気の使用量も増加する。この高圧空気のガスタービン高温部への供給増加は、ガスタービン１４の膨張仕事に寄与していないので、プラント熱効率を考察してみると、ガスタービン駆動ガスの高温化の割合にはむしろ低下する問題があった。
【００２１】
また、石炭ガス化プラント１から精製される石炭ガス化ガス燃料は、クリーンなエネルギ源と言えども、その中に若干の塵埃等の不純物が含まれており、その不純物がガスタービン静翼やガスタービン動翼等にデポジットし、高圧空気による対流冷却方式、フィルム冷却方式、インピンジ冷却方式を適宜組み合せても設計値通りの冷却能力を発揮していない問題点があった。
【００２２】
このように、ガスタービン高温部への高圧空気による冷却技術には、幾つかの問題があり、より一層のプラント熱効率を向上させる上で、高圧空気に代る新たな代替冷却技術の実現が必要とされている。
【００２３】
最近、高圧空気に代えて比熱が高いが故に冷却能力の高い蒸気が提案されているが、現在、模索中である。
【００２４】
本発明は、このような背景技術に照してなされたもので、ガスタービン駆動ガスの高温化にあたりガスタービン高温部を蒸気で冷却させてガスタービン高温部の構成部品の強度を高く維持させるとともに、ガスタービン高温部を冷却させた蒸気を回収させてそのエネルギの再活用を図り、結果としてプラント熱効率のより一層の向上を図った石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントを提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、上記目的を達成するために、請求項１に記載したように、石炭ガス化プラントに、ガスタービンプラント、排熱回収ボイラおよび蒸気タービンプラントを組み合せた石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントにおいて、上記石炭ガス化プラントにおける冷却器から生成される蒸気を冷却用蒸気として上記ガスタービンプラントの高温部を構成するガスタービンに供給する冷却蒸気供給系と、上記ガスタービンを冷却させる冷却用蒸気を上記蒸気タービンプラントに回収させる冷却蒸気回収系と、上記冷却蒸気供給系に接続され、上記ガスタービンプラントを構成する空気圧縮機からの高圧空気を冷却用空気として上記ガスタービンに供給する冷却用空気供給系と、上記ガスタービンを冷却させる冷却用空気を上記排熱回収ボイラに回収させる冷却空気回収系とを備えたものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの実施形態を図面および図中に付した符号を引用して説明する。
【００２９】
図１は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１実施形態を示す概略系統図である。
【００３０】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラント２１に、ガスタービンプラント２２、排熱回収ボイラ２３および蒸気タービンプラント２４を組み合わせた構成になっている。
【００３１】
石炭ガス化プラント２１は、石炭供給部２５、酸素製造装置２６、石炭ガス化炉２７を備え、石炭供給部２５からの微粉炭と酸素製造装置２６からの酸素ガスを石炭ガス化炉２７に供給し、ここで微粉炭の一部を燃焼させ、石炭灰融点以上の温度１５００゜〜１８００℃を保ちつつ、残りの微粉炭を次式に基づいて反応させ、一酸化炭素（ＣＯ）を主成分とする可燃性石炭ガスを精製するようになっている。
【００３２】
【数２】
ＣＯ２＋Ｃ＝２ＣＯ
【００３３】
酸素製造装置２６はモータ２８で駆動される空気圧縮機２９を備え、空気圧縮機２９で吸い込んだ空気を圧縮して高圧化させ、その高圧空気から酸素ガスと窒素ガスとに分離させ、分離後の酸素ガスを石炭ガス化炉２７に供給する、いわゆる酸素吹きにして上述可燃性石炭ガスを精製する一方、分離後の窒素ガスをガスタービンプラント２２に供給する。
【００３４】
また、石炭ガス化プラント２１は、冷却器３０と脱硫・脱塵装置３１を備え、上述の石炭ガス化炉２７で精製された可燃性石炭ガスを冷却器３０で約４００℃に冷却させた後、脱硫・脱塵装置３１で硫黄・塵埃等の不純物を除去し、クリーンな石炭ガス化ガス燃料としてガスタービンプラント２２に供給するようになっている。
【００３５】
一方、ガスタービンプラント２は、空気圧縮機３２、ガスタービン燃焼器３３、ガスタービン３４、発電機３５を備え、空気圧縮機３２で吸い込んだ空気を圧縮して高圧化させ、その高圧空気を石炭ガス化プラント２１の脱硫・脱塵装置３１からのクリーンな石炭ガス化ガス燃料および酸素製造装置２６からの窒素ガスとともにガスタービン燃焼器３３に供給し、ここで石炭ガス化ガス燃料を窒素ガスで希薄化させてＮＯｘ濃度の低い燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスをガスタービン３４で膨張仕事をさせ、その際に発生する回転トルクで発電機３５を駆動させ、膨張仕事を終えた燃焼ガスを排ガス（排熱）として排熱回収ボイラ２３に供給する。
【００３６】
排熱回収ボイラ２３は、過熱器、蒸発器、節炭器等の一次熱交換器３６を収容し、ガスタービンプラント２２のガスタービン３４から供給された排ガスを熱源とし、蒸気タービンプラント２４から供給された復水・給水を一次熱交換器３６で熱交換させて蒸気を発生させ、その蒸気を蒸気タービンプラント２４に供給する。
【００３７】
蒸気タービンプラント２４は、蒸気タービン３７、発電機３８、復水器３９、給水ポンプ４０を備え、排熱回収ボイラ２３からの蒸気をタービン駆動蒸気として蒸気タービン３７に供給し、ここで膨張仕事をさせ、その際に発生する回転トルクで発電機３８を駆動し、膨張仕事を終えたタービン起動蒸気（タービン排気）を復水器３９で凝縮させて復水・給水にし、その復水・給水を給水ポンプ４０を介して一部を冷却器３０に供給するとともに、残りを排熱回収ボイラ２３に還流させる。
【００３８】
また、石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラント２１の冷却器３０の出口側をガスタービン３４のガスタービン高温部４１、例えばガスタービン静翼、ガスタービン動翼、ガスタービンロータ等に接続させる冷却蒸気供給系４２とガスタービン高温部４１の出口側を蒸気タービンプラント２４の蒸気タービン３７の入口側に接続させる冷却蒸気回収系４３とをそれぞれ設け、石炭ガス化炉２７からの高温石炭ガス化ガス燃料と蒸気タービンプラント２４からの復水・給水とを冷却器３０で熱交換させ、その際に発生する蒸気を冷却用蒸気としてガスタービン３４のガスタービン高温部４１に供給し、ガスタービン高温部４１を冷却させるとともに、ガスタービン高温部を冷却させた後の冷却用蒸気を蒸気タービン３７に回収させたものである。
【００３９】
このように本実施形態は、冷却器３０とガスタービン３４のガスタービン高温部４１とを接続させる冷却蒸気供給系４２を設けるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気を蒸気タービン３７に回収させる冷却蒸気回収系４３を設けたので、ガスタービン高温部４１を冷却させてその構成部品の強度を高く維持させることができ、冷却用蒸気の蒸気タービン３７への回収により熱の有効活用を図ることができる。
【００４０】
したがって、本実施形態によれば、ガスタービン高温部４１の効果的な冷却と相まって熱エネルギの有効活用を図ったので、ガスタービン駆動ガスのより一層の高温化とともにプラント熱効率を向上させることができる。
【００４１】
図２は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第２実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００４２】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラント１の冷却器３０の出口側をガスタービン燃焼器３３の燃焼器高温部４４、例えば燃焼器ライナ、トランジションピース等を介してガスタービン３４のガスタービン高温部４１に接続させる冷却蒸気供給系４２とガスタービン高温部４１の出口側を蒸気タービンプラント２４の蒸気タービン３７の入口側に接続させる冷却蒸気回収系４３とをそれぞれ設け、石炭ガス化炉２７からの高温石炭ガス化ガス燃料と蒸気タービンプラント２４からの復水・給水とを冷却器３０で熱交換させ、その際に発生する蒸気を冷却用蒸気として燃焼器高温部４４およびガスタービン高温部４１に直列に供給し、燃焼器高温部４４およびガスタービン高温部４１を冷却させるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた後の冷却用蒸気を蒸気タービン３７に回収させたものである。
【００４３】
このように、本実施形態は、冷却器３０から燃焼器高温部４４を介してガスタービン高温部４１に接続する冷却蒸気供給系４２を設けるとともに、燃焼器高温部４４およびガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気を蒸気タービン３７に回収させる冷却蒸気回収系４３を設けたので、燃焼器高温部４４およびガスタービン高温部４１を冷却させて各構成部品の強度を高く維持させることができ、冷却用蒸気の蒸気タービン３７への回収により熱の有効活用を図ることができる。
【００４４】
したがって、本実施形態によれば、燃焼器高温部４４およびガスタービン高温部４１の効果的な冷却と相まって熱エネルギの有効活用を図ったので、ガスタービン駆動ガスのより一層の高温化とともに、プラント熱効率を向上させることができる。
【００４５】
図３は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第３実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００４６】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラント１の冷却器３０の出口側をガスタービン燃焼器３３の燃焼器高温部４４、例えば燃焼器ライナ、トランジションピース等を介してガスタービン３４のガスタービン高温部４１に接続させる冷却蒸気供給系４２とガスタービン高温部４１の出口側を排熱回収ボイラ２３の一次熱交換器３６における中間熱交換器、例えば中圧節炭器に接続させる冷却蒸気回収系４３とをそれぞれ設け、石炭ガス化炉２７からの高温石炭ガス化ガス燃料と蒸気タービンプラント２４からの復水・給水とを冷却器３０で熱交換させ、その際に発生する蒸気を冷却用蒸気として燃焼器高温部４４およびガスタービン高温部４１に直列に供給し、燃焼器高温部４４およびガスタービン高温部４１を冷却させるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた後の冷却用蒸気を熱交換器３６の中間熱交換器に回収させたものである。
【００４７】
このように、本実施形態は、冷却器３０から燃焼器高温部４４を介してガスタービン高温部４１に接続する冷却蒸気供給系４２を設けるとともに、燃焼器高温部４４およびガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気を排熱回収ボイラ２３の一次熱交換器３６における中間熱交換器に回収させる冷却蒸気回収系４３を設けたので、燃焼器高温部４４およびガスタービン高温部４１を冷却させて各構成部品の強度を高く維持させることができ、冷却用蒸気の排熱回収ボイラ２３の一次熱交換器３６における中間熱交換器への回収により熱の有効活用を図ることができる。特に、ガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気を排熱回収ボイラ２３の一次熱交換器３６における中間熱交換器に回収させれば、排熱回収ボイラ２３で再び適圧適温に加熱させて蒸気タービン３７に供給することができ、蒸気タービン３７の出力を増加させてプラント熱効率を向上させることができる。
【００４８】
図４は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第４実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００４９】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、排熱回収ボイラ２３の一次熱交換器３６における中間熱交換器、例えば高圧節炭器の出口側をガスタービン３４のガスタービン高温部４１に接続させる冷却蒸気供給系４２とガスタービン高温部４１の出口側を石炭ガス化プラント２１の石炭ガス化炉２７に接続させる冷却蒸気回収系４３とをそれぞれ設ける一方、石炭ガス化プラント２１の空気圧縮機２９から石炭ガス化炉２７に酸化剤として高圧空気を供給する酸化剤用空気系４５をバイパスして石炭供給部２５に接続させる微粉炭搬送用空気系４６を設けたものである。なお、本実施形態は、石炭ガス化炉２７から精製される石炭ガス化ガス燃料が低カロリーになっているので石炭ガス化炉２７に純酸素ガスが供給されていない。
【００５０】
このように、本実施形態は、排熱回収ボイラ２３の一次熱交換器３６における中間熱交換器をガスタービン高温部４１に接続させる冷却蒸気供給系４２を設けるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気をガス化剤として石炭ガス化炉２７に回収させる冷却蒸気回収系４３を設けたので、ガスタービン高温部４１を冷却し、その構成部品の強度を高く維持させてガスタービン駆動ガスのより一層の高温化を図ることができ、冷却用蒸気をガス化剤として石炭ガス化炉２７に回収させて石炭ガス化ガス燃料を精製するに要する熱エネルギを節約することができ、結果としてプラント熱効率を向上させることができる。
【００５１】
または、本実施形態は、石炭ガス化プラント２１の空気圧縮機２９から石炭ガス化炉２７に酸化剤として高圧空気を供給する酸化剤用空気系４５にバイパスして石炭供給部２５に接続させる微粉炭搬送用空気系４６を設けたので、微粉炭搬送に必要な付帯設備およびそれに要する動力費を少なくさせることができる。
【００５２】
図５は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第５実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符合を付す。
【００５３】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラント２２の空気圧縮機３２から抽気した高圧空気を、ガスタービン３４のガスタービン高温部４１に供給する冷却空気供給系４７とガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用空気を石炭ガス化プラント２１の石炭ガス化炉２７に供給する冷却空気回収系４８とを設けたものである。
【００５４】
このように、本実施形態は、ガスタービンプラント２２の空気圧縮機３２から抽気した高圧空気を冷却用空気としてガスタービン高温部４１に供給する冷却空気供給系４７を設けるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用空気を酸化剤として石炭ガス化炉２７に供給する冷却空気回収系４８を設けたので、ガスタービン高温部４１を冷却し、その構成部品の強度を高く維持させてガスタービン駆動ガスのより一層の高温化を図ることができ、冷却用空気を酸化剤として石炭ガス化炉２７に回収させ、石炭ガス化プラント２１の空気圧縮機２９に何らからの事故があっても石炭ガス化炉２７を自立運転させることができ、結果として熱の有効活用を図ってプラント熱効率を向上させることができる。
【００５５】
図６は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第６実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００５６】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、排熱回収ボイラ２３の排ガス下流側に収容した二次熱交換器４９、例えば低圧節炭器を、蒸気タービンプラント２４の給水ポンプ４０の出口側に接続する復水・給水系５０を備えるとともに、二次熱交換器４９で加温（予熱）させた復水・給水をガスタービン３４のガスタービン高圧部４１に供給する加温水供給系５１とガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用加温復水・給水を石炭ガス化プラント２１の石炭供給部２５に回収させる加温水回収系５２を設けたものである。
【００５７】
このように、本実施形態は、排熱回収ボイラ２３の排ガス下流側に収容した二次熱交換器４９を給水ポンプ４０の出口側に接続する復水・給水系５０を備えるとともに、二次熱交換器４９で加温させた復水・給水をガスタービン高温部４１に供給する加温水供給系５１を設けるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用加温復水・給水を微粉炭スラリ用として石炭供給部２５に供給する加温水回収系５２を設けたので、ガスタービン高温部４１を冷却し、その構成部品の強度を高く維持させてガスタービン駆動ガスのより一層の高温化を図ることができ、冷却用加温復水・給水を微粉炭スラリ用として石炭供給部２５に回収させ、微粉炭スラリの生成に必要な付帯設備およびそれに要する動力費を少なくさせることができる。
【００５８】
図７は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第７実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００５９】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、第６実施形態と同様に、排熱回収ボイラ２３の排ガス下流側に収容した二次熱交換器４９、例えば低圧節炭器を、蒸気タービンプラント２４の給水ポンプ４０の出口側に接続する復水・給水系５０を備えるとともに、二次熱交換器４９で加温（予熱）させた復水・給水をガスタービン３４のガスタービン高温部４１に供給する加温水供給系５１とガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用加温復水・給水を排熱回収ボイラ２３の一次熱交換器３６に回収させる加温水回収系５２を設けたものである。
【００６０】
このように、本実施形態は、排熱回収ボイラ２３の排ガス下流側に収容した二次熱交換器４９を給水ポンプ４０の出口側に接続する復水・給水系５０を備えるとともに、二次熱交換器で加温させた復水・給水をガスタービン高温部４１に供給する加温水供給系５１を設けるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用加温復水・給水を排熱回収ボイラ２３の一次熱交換器３６に回収する加温水回収系５２を設けたので、ガスタービン高温部４１を冷却し、その構成部品の強度を高く維持させてガスタービン駆動ガスのより一層の高温化を図ることができ、冷却用加温復水・給水を一次熱交換器３６に回収させ、冷却用加温復水・給水の循環に伴う熱エネギの回収を図ることができ、プラント熱効率を向上させることができる。
【００６１】
図８は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第８実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００６２】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、蒸気タービンプラント２４の蒸気タービン３７を高圧タービン５３と低圧タービン５４とに区分けする一方、区分けした高圧タービン５３のタービン排気の一部をガスタービン３４のガスタービン高温部４１に冷却用蒸気として供給する冷却蒸気供給系４２を設けるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気を、排熱回収ボイラ２３に収容した補助熱交換器５５を介して低圧タービン５４に回収させる冷却蒸気回収系４３を設けたものである。なお、高圧タービン５３は、残りのタービン排気を、石炭ガス化プラント２１の冷却器３０から発生した蒸気および上述のガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気に合流させて補助熱交換器５５に供給する構成になっている。
【００６３】
このように、本実施形態は、蒸気タービン３７を高圧タービン５３と低圧タービン５４とに区分けし、区分けした高圧タービン５３のタービン排気の一部をガスタービン高温部４１に冷却用蒸気として供給する冷却蒸気供給系４２を設けるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気としてのタービン排気を、冷却器３０からの蒸気と高圧タービン３７からの残りのタービン排気とに合流させ、合流蒸気を補助熱交換器５５で圧力・温度調整後、低圧タービン５４に回収させる冷却蒸気回収系４３を設けたので、ガスタービン高温部４１を冷却し、その構成部品の強度を高く維持させてガスタービン駆動ガスのより一層の高温化を図ることができ、ガスタービン高温部４１の冷却後のタービン排気の熱回収を図ることができ、結果としてプラント熱効率を向上させることができる。
【００６４】
図９は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第９実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００６５】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラント２１の冷却器３０から発生する蒸気をガスタービン３４のガスタービン高温部４１に冷却用蒸気として供給する冷却蒸気供給系４２とガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気を排熱回収ボイラ２３の一次熱交換器３６、例えば過熱器で発生した蒸気と合流させて蒸気タービン３７に供給する冷却蒸気回収系４３とを設けるとともに、起動運転時、冷却器３６の蒸気が発生していないとき、空気圧縮機３２からの高圧空気の一部を冷却用空気としてガスタービン高温部４１に供給する冷却空気供給系４７とガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用空気を排熱回収ボイラ２３に供給する冷却空気回収系４８とをそれぞれ設けたものである。
【００６６】
このように、本実施形態は、ガスタービン高温部４１に冷却蒸気供給系４２と冷却空気供給系４７とをそれぞれ設け、起動運転時からガスタービン高温部４１を冷却させるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気または冷却用空気を、蒸気タービン３７および排熱回収ボイラ２３のそれぞれ回収させる冷却蒸気回収系４３および冷却空気回収系４８のそれぞれを設けたので、常にガスタービン高温部４１は冷却させることができ、ガスタービン駆動ガスの高温化に伴うガスタービン３４に安定運転を行わせることができる。
【００６７】
図１０は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１０実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００６８】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラント２１の酸素製造装置２６に高圧空気を供給する空気圧縮機２９に空気圧縮機駆動タービン５６を設け、起動運転時、空気圧縮機２９をモータ３８で駆動し、負荷運転時、空気圧縮機２９を空気圧縮機駆動タービン５６で駆動させたものである。なお、空気圧縮機駆動タービン５６は、石炭ガス化プラント２１の冷却器３０から発生し、蒸気タービンプラント２４の蒸気タービン３７に供給する蒸気の一部を駆動源とするとともに、膨張仕事を終えたタービン排気を蒸気タービンプラント２４の復水器３９に回収させている。
【００６９】
このように、本実施形態は、起動運転時、空気圧縮機２９をモータ２８で駆動させ、負荷運転時、空気圧縮機２９を冷却器３０から発生する蒸気の一部を利用して空気圧縮機駆動タービン５６で駆動させたので、空気圧縮機２９を駆動させるに必要なエネルギを節約することができ、結果としてプラント熱効率を向上させることができる。
【００７０】
図１１は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１１実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００７１】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラント２１の酸素製造装置２６の出口側をガスタービン３４のガスタービン高温部４１の入口側に接続させる冷却窒素ガス供給系５７とガスタービン高温部４１の出口側をガスタービンプラント２２のガスタービン燃焼器３３および石炭ガス化プラント２１の脱硫・脱塵装置３１のそれぞれの入口側に接続させる冷却窒素ガス回収系５８とをそれぞれ設け、空気圧縮機２９から酸素製造装置２６に供給された高圧空気を酸素ガスと窒素ガスとに分離させ、分離させた窒素ガスを冷却用窒素ガスとしてガスタービン高温部４１に供給し、ガスタービン高温部４１を冷却させるとともに、ガスタービン高温部４１を冷却させた後の冷却用窒素ガスをガスタービン燃焼器３３および脱硫・脱塵装置３１のそれぞれに回収させたものである。
【００７２】
このように、本実施形態は、酸素製造装置２６からガスタービン高温部４１に接続する冷却窒素ガス供給系５７を設けると、ガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用窒素ガスをガスタービン燃焼器３３および脱硫・脱塵装置３１のそれぞれに回収させる冷却窒素ガス回収系５８を設けたので、ガスタービン高温部４１を冷却させて各構成部品の強度を高く維持させることができ、ガスタービン燃焼器３１の石炭ガス化ガス燃料に窒素ガスを加えて生成される燃焼ガスのＮＯｘ濃度を低くすることができ、脱硫・脱塵装置のフィルタに窒素ガスを供給して逆洗浄することができる。
【００７３】
したがって、本実施形態によれば、ガスタービン高温部４１の効果的な冷却と相まって窒素ガスの有効活用を図ったので、ガスタービン駆動ガスのより一層高温化とともに、プラント熱効率を向上させることができる。
【００７４】
図１２は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１２実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成部品と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００７５】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラント２１の脱硫・脱塵装置３１からガスタービン燃焼器３３に供給する石炭ガス化ガス燃料の一部を抽気し、燃料改質器５９に供給する石炭ガス化ガス燃料供給系６０と、冷却器３０から発生した蒸気を冷却用蒸気としてガスタービン３４のガスタービン高温部４１に供給する冷却蒸気供給系４２とガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気を燃料改質器５９に回収させる冷却蒸気回収系４３とをそれぞれ設けたものである。
【００７６】
このように、本実施形態は、冷却器３０からガスタービン高温部４１に接続させる冷却蒸気供給系４２とガスタービン高温部４１を冷却させた冷却用蒸気を燃料改質器５９に回収させる冷却蒸気回収系４３とを設けるとともに、脱硫・脱塵装置３１からの石炭ガス化ガス燃料を燃料改質器５９に供給する石炭ガス化ガス燃料供給系６０を設けたので、ガスタービン高温部４１を冷却させて各構成部品の強度を高く維持させることができ、燃料改質器５９で石炭ガス化ガス燃料と冷却用蒸気とにより新たな燃料を生成して他の分野にも広く有効に活用することができる。特に、燃料改質器５９を、例えば燃料電池発電プラントに組み込めば、エネルギの有効活用を図ることができる。
【００７７】
図１３は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１３実施形態を示す概略制御系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００７８】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラント２１の脱硫・脱塵装置３１からガスタービンプラント２２のガスタービン燃焼器３３に供給する石炭ガス化ガス燃料の発熱量を検出端６１を介して検出する発熱量検出器６２と発熱量検出器６２で検出した信号を演算する演算制御器６３と演算制御器６３で演算した信号に基づいて石炭ガス化プラント２１の冷却器３０から冷却蒸気供給系４２を介してガスタービン３４のガスタービン高温部４１に供給する冷却用蒸気の流量を調節する冷却用蒸気流量調節部６４とを備えたものである。
【００７９】
このように、本実施形態は、脱硫・脱塵装置３１からガスタービン燃焼器３３に供給される石炭ガス化ガス燃料の発熱量を発熱量検出器６２で検出し、検出した発熱量信号に基づいて冷却器３０からガスタービン高温部４１に供給される冷却用蒸気を冷却用蒸気流量調節部６４で調節したので、ガスタービン高温部４１に安定した冷却用蒸気を供給することができ、ガスタービン３４に安定運転を行わせることができる。
【００８０】
図１４は、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１４実施形態を示す概略制御系統図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一または対応する部分には同一符号を付す。
【００８１】
本実施形態に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラント２１の脱硫・脱塵装置３１からガスタービンプラント２２のガスタービン燃焼器３３に供給する石炭ガス化ガス燃料の発熱量を検出端６１を介して検出する発熱量検出器６２と発熱量検出器６２で検出した信号を演算する演算制御器６３と演算制御器６３で演算した信号に基づいてガスタービンプラント２２の空気圧縮機３２からガスタービン燃焼器３３に供給する高圧空気を調節する空気流量調節部６５とを備えたものである。
【００８２】
このように、本実施形態は、脱硫・脱塵装置３１からガスタービン燃焼器３３に供給される石炭ガス化ガス燃料の発熱量を発熱量検出器６２で検出し、検出した発熱量信号に基づいて空気圧縮機３２からガスタービン燃焼器３３に供給される高圧空気を空気流量調節部６５で調節し、石炭ガス化プラント２１の冷却器３０からガスタービン３４のガスタービン高温部４１に供給される冷却用蒸気の流量に見合うようにガスタービン燃焼器３３から生成されたガスタービン駆動ガスをガスタービン３４に供給したので、ガスタービン３４に安定運転を行わせることができる。なお、本実施形態は、ガスタービン高温部４１に供給される冷却用蒸気の流量に見合うように、空気圧縮機３２からガスタービン燃焼器３３に供給される高圧空気の流量を調節したものであるが、この実施形態に限らず、例えば図１５に示すように、ガスタービン３４を冷却しない場合、空気圧縮機３２からガスタービン燃焼器３３に供給される高圧空気を空気流量調節部６５で調節しても良い。特に、石炭ガス化プラント２１からガスタービンプラント２２のガスタービン燃焼器３３に供給される石炭ガス化ガス燃料の流量に対し、空気圧縮機３２からガスタービン燃焼器３３に供給される高圧空気を空気流量調節部６５で調整して対応させれば、ガスタービン燃焼器３３のガスタービン駆動ガス（燃焼ガス）の失火を防止できる点で有効である。
【００８３】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントは、石炭ガス化プラントから発生する蒸気を利用してガスタービンプラントの高温部を冷却させる冷却蒸気供給系を備えるとともに、ガスタービンプラントの高温部を冷却させた冷却用蒸気を蒸気タービンプラントに回収させる冷却蒸気回収系を備えるので、ガスタービンプラントの高温部の強度を高く維持させてガスタービン駆動ガスの高温化を図ることができ、熱エネルギの有効活用を図ってプラント熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１実施形態を示す概略系統図。
【図２】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第２実施形態を示す概略系統図。
【図３】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第３実施形態を示す概略系統図。
【図４】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第４実施形態を示す概略系統図。
【図５】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第５実施形態を示す概略系統図。
【図６】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第６実施形態を示す概略系統図。
【図７】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第７実施形態を示す概略系統図。
【図８】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第８実施形態を示す概略系統図。
【図９】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第９実施形態を示す概略系統図。
【図１０】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１０実施形態を示す概略系統図。
【図１１】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１１実施形態を示す概略系統図。
【図１２】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１２実施形態を示す概略系統図。
【図１３】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１３実施形態を示す概略制御系統図。
【図１４】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１４実施形態を示す概略制御系統図。
【図１５】 本発明に係る石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントの第１４実施形態における変形例を示す概略制御系統図。
【図１６】 従来の石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントを示す概略系統図。
【符号の説明】
１ 石炭ガス化プラント
２ ガスタービンプラント
３ 排熱回収ボイラ
４ 蒸気タービンプラント
５ 石炭供給部
６ 酸素製造装置
７ 石炭ガス化炉
８ モータ
９ 空気圧縮機
１０ 冷却器
１１ 脱硫・脱塵装置
１２ 空気圧縮機
１３ ガスタービン燃焼器
１４ ガスタービン
１５ 発電機
１６ 熱交換器
１７ 蒸気タービン
１８ 発電機
１９ 復水器
２０ 給水ポンプ
２１ 石炭ガス化プラント
２２ ガスタービンプラント
２３ 排熱回収ボイラ
２４ 蒸気タービンプラント
２５ 石炭供給部
２６ 酸素製造装置
２７ 石炭ガス化炉
２８ モータ
２９ 空気圧縮機
３０ 冷却器
３１ 脱硫・脱塵装置
３２ 空気圧縮機
３３ ガスタービン燃焼器
３４ ガスタービン
３５ 発電機
３６ 一次熱交換器
３７ 蒸気タービン
３８ 発電機
３９ 復水器
４０ 給水ポンプ
４１ ガスタービン高温部
４２ 冷却蒸気供給系
４３ 冷却蒸気回収系
４４ 燃焼器高温部
４５ 酸化剤用空気系
４６ 微粉炭用空気系
４７ 冷却空気供給系
４８ 冷却空気回収系
４９ 二次熱交換器
５０ 復水・給水系
５１ 加温水供給系
５２ 加温水回収系
５３ 高圧タービン
５４ 低圧タービン
５５ 補助熱交換器
５６ 空気圧縮機駆動タービン
５７ 冷却窒素ガス供給系
５８ 冷却窒素ガス回収系
５９ 燃料改質器
６０ 石炭ガス化ガス燃料供給系
６１ 検出端
６２ 発熱量検出器
６３ 演算制御器
６４ 冷却用蒸気流量調節部
６５ 空気流量調節部
Claims (1)
- 石炭ガス化プラントに、ガスタービンプラント、排熱回収ボイラおよび蒸気タービンプラントを組み合せた石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラントにおいて、上記石炭ガス化プラントにおける冷却器から生成される蒸気を冷却用蒸気として上記ガスタービンプラントの高温部を構成するガスタービンに供給する冷却蒸気供給系と、上記ガスタービンを冷却させる冷却用蒸気を上記蒸気タービンプラントに回収させる冷却蒸気回収系と、上記冷却蒸気供給系に接続され、上記ガスタービンプラントを構成する空気圧縮機からの高圧空気を冷却用空気として上記ガスタービンに供給する冷却用空気供給系と、上記ガスタービンを冷却させる冷却用空気を上記排熱回収ボイラに回収させる冷却空気回収系とを備えたことを特徴とする石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラント。
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