煤氣化複合發電設備的製作方法

2023-11-04 17:43:17

專利名稱：煤氣化複合發電設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及適於將例如褐煤及次煙煤等低品質煤用作燃料的煤氣化複合發電設備。
背景技術：
煤氣化複合發電(以下標記為"IGCC")通過將煤進行氣化並與C/C(複合循環發 電)進行組合，與現有的燃煤火力發電相比，是一種以更高效、更環保為目標的發電系統。
已知IGCC具有可利用資源量豐富的煤的優點，通過擴大使用煤種，可進一步發揚 其優點。 例如，在採用乾式加煤方式的IGCC中，雖然也可應用較高水分的煤，但存在如下
問題由褐煤及次煙煤等低品質煤所帶入的水分多，該水分將會降低發電效率。
為了解決上述的問題，已知有使用高溫氣化煤氣使煤乾燥的技術、使用燃氣渦輪
機廢氣將煤粉碎的技術、以及進行乾燥的技術等(例如，參照專利文獻1及2)。 專利文獻1 :日本特開2002-155288號公報 專利文獻2 :日本特表平8-500850號公報 但是，上述專利文獻1及2所述的技術中，由於使用高溫煤氣，因而存在如下問題 不能無視火用(exergy)損失，且有助於提高作為發電系統的效率的比例小。

發明內容
本發明是為了解決上述問題而進行的，其目的在於提供一種即使使用水分含量比 較高的低品質煤也可以防止發電效率降低的煤氣化複合發電設備。
為了實現上述目的，本發明提供了以下的裝置。 本發明提供一種煤氣化複合發電設備，其中，設有氣化部，對供給的煤進行氣化； 煤氣發電部，使用從該氣化部供給的煤氣進行發電；蒸汽發電部，使用從該煤氣發電部排出 的廢氣的熱進行發電；煤乾燥部，使用從該蒸汽發電部排出的廢熱進行煤的乾燥，並向上述 氣化部供給乾燥後的煤。 根據本發明，由於煤在供給到氣化部之前通過煤乾燥部進行了乾燥，因而即使使 用水分含量多的煤即低品質煤，也能夠抑制因含有水分的蒸發、及水蒸氣排出而將熱帶走 等引起的熱能的損失。 此外，由於煤的乾燥中使用從蒸汽發電部排出的廢熱，因而可提高熱能的利用效 率。另一方面，與為了使煤乾燥而另外設置產生熱的發熱部的情況相比較，不必投入新的燃 料及能量。 在上述發明中，優選在上述蒸汽發電部設有回收從上述蒸汽發電部排出的蒸氣的 熱的冷凝器，且上述煤乾燥部使用由上述冷凝器回收的熱來進行煤的乾燥。
這樣，通過使用由冷凝器回收的熱來進行煤的乾燥，可以不與水蒸氣接觸而使煤 乾燥，從而防止煤吸收水蒸氣的水分。
在上述發明中，優選如下構成在上述蒸汽發電部中設有蒸汽渦輪機部，該蒸汽渦 輪機部供給利用從上述煤氣發電部排出的廢氣的熱而生成的水蒸氣，且向上述氣化部供給 從上述蒸汽渦輪機部抽出的水蒸氣作為上述煤的氣化劑。 這樣，由於將從蒸汽渦輪機部抽出的水蒸氣用作氣化劑，因而不需要設置例如提 高氣化劑壓力的升壓壓縮機及生成氣化劑的大規模氧氣製造裝置等。 在上述構成中，優選向上述氣化部供給從上述煤氣發電部排出的廢氣作為加熱用 熱源。 這樣，將廢氣導入氣化部，利用廢氣的熱對氣化部進行加熱。因此，不需要為了維 持氣化部的溫度而另外投入燃料及能量等。 在上述的發明中，優選在上述蒸汽發電部設有使用從上述煤氣發電部排出的廢氣 的熱生成水蒸氣的鍋爐，且向上述氣化部供給從上述鍋爐排出的上述廢氣作為上述煤的氣 化劑。 這樣，由於將從煤氣發電部排出、且在鍋爐內用於生成水蒸氣之後的廢氣用作氣 化劑，因而不需要設置例如提高氣化劑壓力的升壓壓縮機及生成氣化劑的大規模氧氣製造
裝置等。 在此，作為煤氣發電部，可以例示使用以由氣化部供給的煤氣作為燃料的燃氣渦 輪機的燃氣渦輪發電部、將上述煤氣用作燃料的燃料電池發電部等。 在上述發明中，優選在上述蒸汽發電部設有使用從上述煤氣發電部排出的廢氣的 熱生成水蒸氣的鍋爐，且向上述氣化部供給從上述鍋爐排出的上述廢氣作為上述煤的氣化 劑，向上述氣化部供給由上述鍋爐生成的水蒸氣作為上述煤的氣化劑。 這樣，由於將鍋爐生成的水蒸氣用作氣化劑，因而不需要另外設置例如提高氣化 劑壓力的升壓壓縮機、及生成氣化劑的大規模氧氣製造裝置等。 此外，將生成的水蒸氣導入氣化部，利用水蒸氣的熱對氣化部進行加熱。因此，不 需要為了維持氣化部的溫度而另外投入燃料及能量。 根據本發明的煤氣化複合發電設備，由於煤在供給到氣化部之前通過煤乾燥部進 行乾燥，因而即使使用水分含量多的煤即低品質煤，也可以抑制因含有水分的蒸發、及水蒸 氣的排出而將熱帶走等引起的熱能的損失。即，實現即使使用水分含量比較高的低品質煤 也可防止發電效率降低的效果。


圖1是說明本發明第一實施方式的煤氣化複合發電設備的構成的模式圖； 圖2是說明本發明第二實施方式的煤氣化複合發電設備的構成的模式圖。 符號說明 1、101煤氣化複合發電設備 3、103氣化部 4、104燃氣渦輪發電部(煤氣發電部) 5、105蒸汽發電部 is乾燥部(煤乾燥部) 72、 172蒸汽渦輪機(蒸汽渦輪機部)
74冷凝器
具體實施例方式[第一實施方式] 下面，參照圖1說明本發明第一實施方式的煤氣化複合發電設備。
圖1是說明本實施方式的煤氣化複合發電設備的構成的模式圖。 本實施方式的煤氣化複合發電設備1是一種以褐煤及次煙煤等水分量比較高的
低品質煤作為燃料進行發電的裝置。 如圖1所示，煤氣化複合發電設備1設有進行煤的預處理及乾燥等的預處理部
2 ;對煤進行氣化的氣化部3 ;使用由氣化部3供給的煤氣進行發電的燃氣渦輪發電部(燃
氣發電部)4 ;和使用燃氣渦輪發電部4的廢氣的熱進行發電的蒸汽發電部5。
預處理部2是對供給到煤氣化複合發電設備1的褐煤及次煙煤等煤實施預處理、
並將實施了預處理的煤供給到氣化部3的裝置。預處理是指使煤適合氣化部3中的煤的氣
化反應的處理，例如，其包含對所供給的煤進行微粒化的處理、和混合使氣化反應溫度降
低的催化劑的處理等。 在預處理部2中設有供給褐煤等煤的煤供給部(未圖示)；對所供給的煤進行微 粒化並將其調成煤泥的煤泥床部(》，'」床部)12 ;對煤泥進行加熱的煤泥熱交換部13 ; 將煤泥中含有的過剩水及催化劑除去的過濾部14 ;使微粒化後的煤乾燥的乾燥部(煤乾燥 部)15 ;對含有催化劑的過剩水進行加熱的灰熱交換部16 ;供給含有催化劑的水的水催化 劑供給部(未圖示)；和對供給到乾燥部15的冷凝器廢氣進行加熱的乾燥用熱交換部18。
煤供給部是從外部向煤氣化複合發電設備1供給褐煤等煤的部位。
煤供給部與水催化劑供給部和煤泥床部12之間的路徑連接，以能夠與含有催化 劑的水一起將煤向煤泥床部12供給的方式來進行連接。 煤泥床部12為將所供給的煤粉碎成適合氣化部3中的煤氣化的粒徑並使用含有 催化劑的水進行煤泥化的裝置。在煤泥床部12所生成的煤泥中按重量比計含有約90%的 水。此外，作為粉碎後的煤的粒徑，從促進氣化爐31內的煤的氣化反應的觀點出發，優選約 lmm以下。 煤泥床部12與煤泥熱交換部13連接，在煤泥床部12所生成的煤泥以可流入煤泥 熱交換部13的方式構成。另外，作為煤泥床部12的構成可採用公知的構成，並無特別限定。
煤泥熱交換部13是將在下述的煤氣清洗部41中回收的熱施加到由煤泥床部12 生成的煤泥中來對煤泥進行加熱的裝置。 煤泥熱交換部13配置於煤泥床部12和過濾部14之間，以使煤泥可在煤泥熱交換 部13內通過的方式來構成。此外，煤泥熱交換部13以在與煤氣清洗部41的熱管熱交換部 44之間傳遞熱的熱介質循環的方式構成。 過濾部14是從在煤泥床部12生成的煤泥中除去過剩的水及催化劑、而得到使微 粒化後的煤中含有的水分量降低的脫水泥餅的裝置。在脫水泥餅中按重量比計含有約70% 的水。 過濾部14配置於煤泥熱交換部13和乾燥部15之間，以使煤泥流入過濾部14並 且將脫水泥餅14從過濾部14供給到乾燥部15的方式來構成。另一方面，以使通過過濾部14除去的含有催化劑的過剩水流入灰熱交換部16的方式來構成。 另外，作為過濾部14可例示真空脫水機等，但並非特別限定於此。 乾燥部15是進一步除去在過濾部14生成的脫水泥餅中含有的水以使其乾燥的裝
置。在乾燥部15乾燥後的微粒化煤中按重量比計含有約20% 約30%的水。 乾燥部15配置於過濾部14和氣化部3之間，以將由過濾部14生成的脫水泥餅供
給到乾燥部15、並將在乾燥部15乾燥後的微粒化煤供給到氣化部3的氣化爐31中的方式
來構成。 另一方面，在乾燥部15上連接有將從下述的冷凝器74排出的乾燥用空氣(冷凝 器排氣)供給到乾燥部15的乾燥用流路21。乾燥部15使用從乾燥用流路21供給的乾燥 用空氣來除去脫水泥餅的水分，形成可乾燥的構成。 此外，以使從乾燥部15回收的含有催化劑的水流入灰熱交換部16的方式來構成。 另外，作為乾燥部15的構成，可採用公知的構成，並無特別限定。 在乾燥用流路21中設置有對乾燥用空氣進行加熱的乾燥用熱交換部18。乾燥用
熱交換部18以可使乾燥用空氣通過的方式構成，同時供給從鍋爐71排出的渦輪機63的廢
氣的一部分。 灰熱交換部16是對從過濾部14及乾燥部15回收的含有催化劑的過剩水進行加 熱的裝置。 灰熱交換部16配置於過濾部14及乾燥部15與水催化劑供給部之間，以使從過濾 部14及乾燥部15回收的含有催化劑的過剩水通過的方式來構成。另一方面，以向灰熱交 換部16供給從氣化爐31排出的灰、且在灰與含有催化劑的過剩水之間可進行熱交換的方 式來構成。 此外，作為灰熱交換部16可採用公知的構成，並無特別限定。 水催化劑供給部是供給含有催化劑的水的裝置，也是利用與微粒化後的煤一起供 給到氣化爐31的催化劑及水來補充不足部分的裝置。 水催化劑供給部配置於灰熱交換部16和煤泥床部12之間，是向從灰熱交換部16 流出的含有催化劑的過剩水供給含有催化劑的水的裝置。 在此，作為催化劑，使用在比約100(TC低的溫度下促進煤的氣化反應的催化劑。具 體而言，可以列舉含有鹼土及鹼金屬等的催化劑。 氣化部3是對從預處理部2供給的煤進行氣化處理、並將生成的煤氣供給到燃氣 渦輪發電部4的裝置。 在氣化部3中設置有對煤進行氣化的氣化爐31、和向氣化爐31內供熱的外熱交 換部32。 氣化爐31為通過氣化反應由煤生成可燃性煤氣的爐，是將生成的煤氣供給到燃 氣渦輪發電部4的裝置。 氣化爐31內的壓力為常壓，溫度為約100(TC以下，更優選約60(rC 約70(rC的範 圍，在這樣的條件下利用氣化反應對煤進行氣化。 以從乾燥部15向氣化爐31中供給微粒化煤、同時從蒸汽發電部5向氣化爐31中 供給水蒸氣作為氣化劑的方式來構成。另一方面，從氣化爐31向灰熱交換部16排出灰的 同時，向燃氣渦輪發電部4供給所生成的煤氣。
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從氣化爐31排出的灰為通過氣化反應由煤生成的灰。 另外，作為氣化爐31，可使用具有氣流床及流化床等公知結構的裝置，並無特別限定。 外熱交換部32對進行吸熱反應即氣化反應的氣化爐31供熱。 在外熱交換部32以使氣化爐31內的氣化劑等可通過的方式構成，同時，以使在與
燃氣渦輪機熱交換部65之間傳導熱的熱介質循環的方式構成。換言之，以向通過外熱交換
部32的氣化劑等賦予從燃氣渦輪機熱交換部65傳導來的熱的方式進行構成。 在氣化部3與燃氣渦輪發電部4之間設置有煤氣清洗部41和生成煤氣壓縮機51。 煤氣清洗部41是除去由氣化爐31生成的生成煤氣中含有的雜質等、同時回收生
成煤氣的一部分熱的裝置。 在煤氣清洗部41中設置有對生成煤氣進行清洗的清洗器42、回收生成煤氣的一 部分熱的熱管43、將熱管43中回收的熱傳導給煤泥熱交換部13的熱管熱交換部44。
清洗器42為除去在通過內部的生成煤氣中含有的雜質等的裝置。
清洗器42配置於氣化爐31與生成煤氣壓縮機51之間，以在內部使生成煤氣通過 的方式構成。此外，在清洗器42的壁面等上配置有熱管43，以使生成煤氣的熱傳遞到熱管 43的方式構成。 另外，作為清洗器42的構成，可採用公知的構成，並無特別限定。 熱管43是將通過清洗器42內部的生成煤氣中含有的一部分熱傳遞到熱管熱交換
部44的裝置。 熱管43配置於清洗器42的周圍，並且以可與熱管熱交換部44進行熱交換的方式 來配置。 作為熱管43可採用公知的構成，並無特別限定。 熱管熱交換部44是將由熱管43回收的生成煤氣的一部分熱傳遞到煤泥熱交換部 13中的裝置。 在熱管熱交換部44中安裝有熱管43，以在與煤泥熱交換部13之間傳導熱的熱介 質進行循環的方式來構成。 生成煤氣壓縮機51是對在氣化爐31中生成的生成煤氣進行升壓、並將升壓後的 生成煤氣供給到燃氣渦輪發電部4的燃燒器62中的裝置。 生成煤氣壓縮機51配置於煤氣清洗部41和燃燒器62之間，以吸入由煤氣清洗部
41清洗後的生成煤氣、並將升壓後的生成煤氣向燃燒器62噴出的方式構成。
作為生成煤氣壓縮機51可採用公知的構成，並無特別限定。 燃氣渦輪發電部4為使由氣化部3生成的生成煤氣燃燒來進行發電的裝置。 在燃氣渦輪發電部4中設置有吸入空氣並進行壓縮的壓縮機61、使生成煤氣燃
燒的燃燒器62、產生旋轉驅動力的渦輪機63、進行發電的燃氣渦輪發電機64。 壓縮機61通過渦輪機63驅動旋轉，吸入大氣中的空氣並壓縮後，將其供給到燃燒
器62中。 壓縮機61與渦輪機63同軸地配置，以傳遞渦輪機63中產生的旋轉驅動力的方式 配置。 作為壓縮機61的構成可採用公知的構成，並無特別限定。
燃燒器62是使來自氣化部3的生成煤氣燃燒、並且對向氣化爐31供給的抽出水 蒸氣進行加熱的裝置。 以從壓縮機61向燃燒器62中供給壓縮空氣、並且從氣化部3向燃燒器62中供給 生成煤氣的方式來構成。此外，燃燒器62以在燃燒器62內使生成煤氣燃燒並將生成的燃 燒氣體供給到渦輪機63中的方式構成。 另一方面，在燃燒器62的周圍配置有使從蒸汽發電部5抽出並供給到氣化爐31 中的抽出水蒸氣流動的氣化劑流路75。通過這樣配置氣化劑流路75，可利用在燃燒器62 中的生成煤氣的燃燒熱對供給到氣化爐31中的抽出水蒸氣進行加熱。
渦輪機63是利用由燃燒器62供給的燃燒氣體產生旋轉驅動力、來旋轉驅動壓縮 機61及燃氣渦輪發電部4的裝置。渦輪機63與壓縮機61同軸配置，以將旋轉驅動力傳遞 到壓縮機61及燃氣渦輪發電部4的方式配置。 此外，渦輪機63以將從渦輪機63排出的廢氣供給到燃氣渦輪機熱交換部65的方 式來構成。 作為渦輪機63的構成可採用公知的構成，並無特別限定。 燃氣渦輪發電機64為利用由渦輪機63產生的旋轉驅動力來旋轉並進行發電的裝 置。燃氣渦輪發電機64以從渦輪機63傳遞旋轉驅動力的方式來構成。
作為燃氣渦輪發電機64的構成，可採用公知的構成，並無特別限定。
在燃氣渦輪發電部4和蒸汽發電部5之間設置有燃氣渦輪機熱交換部65。
燃氣渦輪機熱交換部65是回收從渦輪機63排出的廢氣的一部分熱並將其供給到 外熱交換部32的裝置。 燃氣渦輪機熱交換部65配置於渦輪機63和鍋爐71之間，以使廢氣通過內部的方 式構成。此外，以使在與外熱交換部32之間傳遞熱的熱介質進行循環的方式構成。
蒸汽發電部5是利用從燃氣渦輪發電部4排出的廢氣的熱進行發電的裝置。
在蒸汽發電部5中設置有產生水蒸氣的鍋爐71、從水蒸氣產生旋轉驅動力的蒸 汽渦輪機(蒸汽渦輪機部)72、進行發電的蒸汽渦輪發電機73、回收從蒸汽渦輪機72排出 的水蒸氣的一部分熱的冷凝器74。 鍋爐71是利用燃氣渦輪發電部4的廢氣的熱生成水蒸氣的裝置。 鍋爐71配置於燃氣渦輪機熱交換部65的下遊，以使燃氣渦輪發電部4的廢氣通
過的方式構成。另一方面，以使由冷凝器74凝縮的水向鍋爐71流動的方式構成。換言之，
以在廢氣和凝縮的水之間進行熱交換以產生水蒸氣的方式構成。 另一方面，通過鍋爐71的廢氣的一部分被導入乾燥用熱交換部18，用於乾燥用空 氣的加熱，並將過剩的廢氣作為排煙釋放。 蒸汽渦輪機72是利用從鍋爐71供給的水蒸氣產生旋轉驅動力的裝置。 蒸汽渦輪機72配置於鍋爐71和冷凝器74之間，以從鍋爐71流入水蒸氣、且使從
蒸汽渦輪機72排出的水蒸氣流入冷凝器74的方式來構成。 作為蒸汽渦輪機72，可採用公知的構成，並無特別限定。 另一方面，在蒸汽渦輪機72上連接有抽出供給到蒸汽渦輪機72中的水蒸氣的一 部分、並作為氣化劑導入氣化爐31的氣化劑流路75。 氣化劑流路75將蒸汽渦輪機72和氣化爐31之間聯接，並且配置成在與燃燒器62之間可進行熱交換。換言之，以利用燃燒器62中的燃燒熱對在氣化劑流路75內流動的水 蒸氣進行加熱的方式來構成。 蒸汽渦輪發電機73是利用在蒸汽渦輪機72中產生的旋轉驅動力進行發電的裝
置。蒸汽渦輪發電機73構成為從蒸汽渦輪機72傳遞旋轉驅動力。 作為蒸汽渦輪發電機73的構成，可採用公知的構成，並無特別限定。 冷凝器74是使從蒸汽渦輪機72排出的水蒸氣凝縮並回收水蒸氣的一部分熱的裝置。 冷凝器74配置於蒸汽渦輪機72和鍋爐71之間，以從蒸汽渦輪機72水蒸氣流入
並使由冷凝器74凝縮的水流入鍋爐71的方式來構成。另一方面，以使從大氣導入的乾燥
用空氣通過冷凝器74內並流入乾燥用流路21的方式來構成。 下面，參照圖1說明包含上述構成的煤氣化複合發電設備1的發電方法。 將供給到煤供給部的煤與從水催化劑供給部等供給的含有催化劑的水一起供給
到煤泥床部12。在煤泥床部12將供給的煤粉碎進行微粒化生成煤泥。此時，優選煤的粒徑
為約lmm以下。由煤泥床部12所生成的煤泥按重量比計約含90%的水，達到約10(TC 約
20(TC的溫度。 煤泥從煤泥床部12流入到煤泥熱交換部13，利用從煤氣清洗部41的熱管熱交換
部44供給的熱進行加熱。將加熱後的煤泥從煤泥熱交換部13供給到過濾部14。 過濾部14除去在供給的煤泥中含有的過剩的水及催化劑，生成脫水泥餅。由過濾
部14所生成的脫水泥餅中按重量比計含有約70%的水。另一方面，將除去的過剩的水及催
化劑供給到灰熱交換部16。 脫水泥餅從過濾部14供給到乾燥部15，利用從乾燥用流路21供給的乾燥用空氣 進行乾燥，並供給到氣化爐31。乾燥後的微粒化煤中按重量比計含有約20% 約30%的 水。 另一方面，乾燥用空氣從大氣導入，在冷凝器74中利用水蒸氣的熱加熱到約80°C 之後，在乾燥用熱交換部18中利用廢氣的熱再次加熱，並供給到乾燥部15。在乾燥部15中 將從脫水泥餅中奪走水分的乾燥用空氣釋放到外部。 在乾燥部15中從脫水泥餅中分離出的過剩的水及催化劑，與過濾部14中分離出 的過剩的水及催化劑一起向灰熱交換部16供給。 向灰熱交換部16供給的包含催化劑的水，在灰熱交換部16中利用從氣化爐31排 出的灰的熱進行加熱。加熱後的含有催化劑的水向煤泥床部12流動，從水催化劑供給部接 受新的含有催化劑的水的補給，從煤供給部接受煤的供給之後，再次流入煤泥床部12。
向氣化爐31從乾燥部15供給微粒化煤的同時，供給從蒸汽渦輪機72抽出的水蒸 氣即氣化劑。此外，經由外熱交換部32向氣化爐31供給廢氣的熱，將氣化爐31保持在例 如約60(TC 約700°C。 氣化爐31內保持為常壓，通過煤的氣化反應而生成可燃性煤氣。所生成的煤氣從 氣化爐31供給到煤氣清洗部41。由於煤中含有催化劑，因而即使是例如約60(TC 約70(rC 的溫度也可以進行煤的氣化反應而生成可燃性的煤氣。 這樣，通過使用催化劑使煤的氣化反應溫度在低於約IOO(TC的溫度下進行，與在 更高溫度下進行氣化反應的情況相比較，可極大地抑制火用(有效能量)損失。即，可進行高效率發電。 向氣化爐31供給的氣化劑即水蒸氣，在經由氣化劑流路75從蒸汽渦輪機72向氣 化爐31流動的期間，接受燃燒器62中的燃燒熱的供給而被加熱。具體而言，在從蒸汽渦 輪機72抽出的階段，例如不足約15(TC溫度的水蒸氣通過接受燃燒熱，而被加熱至例如約 70(TC的溫度。更優選加熱到比氣化爐31內的氣化反應溫度高數十t:的溫度。 此外，通過選定從蒸汽渦輪機72抽出蒸氣的部位，將具有接近於氣化爐31內的壓
力的水蒸氣供給到氣化爐31中。 另一方面，在煤釋放出可燃性的生成煤氣之後，生成灰並供給到灰熱交換部16。另 外，作為煤的氣化反應，可使用公知的反應，並無特別限定。 由氣化爐31生成的生成煤氣流入煤氣清洗部41的清洗器42，除去雜質的同時，生 成煤氣所具有的一部分熱被熱管43回收。 從氣化爐31流出的生成煤氣的溫度為例如不足約500°C ，通過在煤氣清洗部41中 回收一部分熱，使溫度降低至例如不足約300°C 。 煤氣清洗部41的熱管43回收生成煤氣的一部分熱，並將回收的熱經由熱管熱交 換部44供給到煤泥熱交換部13。 除去雜質後的生成煤氣流入生成煤氣壓縮機51，在升壓之後供給到燃燒器62。作 為升壓後的生成煤氣的壓力，可以例示約1. 5MPa。 向燃燒器62供給升壓後的生成煤氣和通過壓縮機61壓縮後的空氣，進行生成煤 氣的燃燒。作為壓縮後的空氣的溫度，可以例示不足約30(TC的溫度。 通過生成煤氣的燃燒而產生的一部分熱用於對在氣化劑流路75內流動的水蒸氣 進行升溫，殘餘的熱與燃燒器廢氣一起流入渦輪機63。S卩，將達到高溫的燃燒器廢氣供給到 渦輪機63中。作為燃燒器廢氣的溫度，可以例示約100(TC以上、更優選1200°C 150(TC的溫度。 在渦輪機63內，從高溫的燃燒器廢氣獲得旋轉驅動力，將旋轉驅動力傳遞到壓縮 機61及燃氣渦輪發電機64中。換言之，通過向渦輪機63供給高溫的燃燒器廢氣，旋轉驅 動壓縮機61及燃氣渦輪發電機64。 通過旋轉驅動燃氣渦輪發電機64而進行發電，使壓縮機61對從大氣導入的空氣 進行壓縮，並向燃燒器62供給壓縮後的空氣。 旋轉驅動渦輪機63的廢氣，從渦輪機63流入燃氣渦輪機熱交換部65，將該一部分 熱回收之後，使其流入鍋爐71。作為流入鍋爐71的廢氣的溫度，可以例示不足約60(TC的溫度。 回收至燃氣渦輪機熱交換部65的熱經由外熱交換部32供給到氣化爐31中。
在鍋爐71內，將流入的廢氣的一部分熱供給到從冷凝器74供給的水中而生成水 蒸氣。在鍋爐71內生成的水蒸氣供給到蒸汽渦輪機72中，使蒸汽渦輪機72旋轉驅動。
將在蒸汽渦輪機72內獲得的旋轉驅動力傳遞到蒸汽渦輪發電機73中用於發電。
向蒸汽渦輪機72供給的水蒸氣的一部分從蒸汽渦輪機72中抽出，經由氣化劑流 路75供給到氣化爐31中。另一方面，供給到蒸汽渦輪機72的水蒸氣的大半部分流入冷凝 器74並在冷凝器74中凝縮。
向冷凝器74供給從蒸汽渦輪機72排出的水蒸氣和從大氣導入的乾燥用空氣。在 冷凝器74中，排出的水蒸氣的熱被乾燥用空氣奪走，而使排出的水蒸氣凝縮。將凝縮的水 再次供給到鍋爐71中而成為水蒸氣。 另一方面，吸收排出的水蒸氣的熱而升溫後的乾燥用空氣流入乾燥用流路21中 並向乾燥部15流動。 將從冷凝器74流出的廢氣的一部分供給到乾燥用熱交換部18，用於乾燥用空 氣的升溫。另一方面，大半部分廢氣作為排煙排出。作為排出的廢氣的溫度，可以例示約 8(TC 約15(TC範圍的溫度。 根據上述構成，由於煤在向氣化部3供給之前通過乾燥部15進行乾燥，因而，即使 使用水分含量多的煤即低品質煤，也能夠抑制因含有水分的蒸發及水蒸氣排出而將熱帶走 等引起的熱能的損失，進而可防止發電效率的降低。 此外，由於在冷凝器74中將從蒸汽發電部5排出的廢熱用於煤的乾燥，因而可提 高熱能的利用效率。另一方面，與為了使煤乾燥而另外設置產生熱的發熱部的情況相比較， 不需要投入新的燃料和能量，可以防止發電效率的降低。 通過使用由蒸汽發電部5的冷凝器74回收的熱進行煤的乾燥，可不與水蒸氣接觸
而使煤乾燥，進而能夠防止煤吸收水蒸氣的水分，可以防止發電效率的降低。 由於將從蒸汽渦輪機72抽出的水蒸氣用作氣化劑，因而不需要設置例如提高氣
化劑壓力的升壓壓縮機及生成氣化劑的大規模氧氣製造裝置等。 將燃氣渦輪發電部4的廢氣導入氣化部3，利用廢氣的熱對氣化爐31進行加熱。 因此，不需要為了維持氣化爐31內的溫度而另外投入燃料及能量，從而可防止發電效率的 降低。 另外，在上述的實施方式中，在從大氣導入流入冷凝器74的乾燥用空氣的例子中 應用來進行說明，但是，也可以將從壓縮機61抽出的壓縮空氣用作乾燥用空氣，並無特別 限定。 通過將從壓縮機61抽出的壓縮空氣用作乾燥用空氣，與從大氣導入乾燥用空氣 的方法相比較，可以將更乾燥的空氣用作乾燥用空氣，從而可以更有效地進行乾燥部15的 乾燥。 另外，在上述實施方式中，在將由氣化部3生成的生成煤氣作為燃料供給到燃氣 渦輪發電部4來進行發電的例子中應用進行說明，但是也可以使用以生成煤氣作為燃料的 燃料電池進行發電，並無特別限定。
[第二實施方式] 下面，參照圖2說明本發明第二實施方式的煤氣化複合發電設備。 圖2是說明本實施方式的煤氣化複合發電設備的構成的模式圖。 另外，對於與第一實施方式相同的構成要素標註相同的符號，省略其說明。 本實施方式的煤氣化複合發電設備101與第一實施方式的煤氣化複合發電設備1
相比較，氣化部3作為加壓系統這一點大不相同，且電路構成也不同。因此，下面說明與第
一實施方式的煤氣化複合發電設備1的不同之處。 如圖2所示，煤氣化複合發電設備101中設有進行煤的預處理及乾燥等的預處 理部102 ;對煤進行氣化的氣化部103 ;使用由氣化部103供給的煤氣進行發電的燃氣渦輪發電部(燃氣發電部)104 ;和使用燃氣渦輪發電部104的廢氣的熱進行發電的蒸汽發電部 105。 預處理部102是對向煤氣化複合發電設備101供給的褐煤及次煙煤等煤實施預處 理、並將實施了預處理的煤供給到氣化部103的裝置。 預處理部102中設有供給褐煤等煤的煤供給部(未圖示)；對供給的煤進行微粒 化並將其調成煤泥的煤泥床部12 ;將煤泥中含有的過剩水及催化劑除去的過濾部14 ;使微 粒化後的煤乾燥的乾燥部15 ;對含有催化劑的過剩水進行加熱的灰熱交換部16 ;和供給含 有催化劑的水的水催化劑供給部。 另一方面，在乾燥部15上連接有將從下述的冷凝器74排出的乾燥用空氣(冷凝 器廢氣)供給到乾燥部15中的乾燥用流路121。乾燥部15使用從乾燥用流路121供給的 乾燥用空氣除去脫水泥餅的水分，製成可乾燥的構成。 氣化部103是對從上述預處理部102供給的煤進行氣化處理、並將生成的煤氣供 給到燃氣渦輪發電部104中的裝置。 在氣化部103中設置有對煤進行氣化的氣化爐131，氣化爐131將生成的煤氣供給 到燃氣渦輪發電部104。 將氣化爐131內加壓到規定壓力的同時，將溫度設為約100(TC以下、更優選約
600°C 約700°C的範圍，在這樣的條件下利用氣化反應對煤進行氣化。 向氣化爐131中從乾燥部15供給微粒化煤的同時，作為氣化劑供給燃氣渦輪發電
部104的廢氣的一部分，且供給在鍋爐171中生成的水蒸氣。另一方面，從氣化爐131向灰
熱交換部16排出灰的同時，向燃氣渦輪發電部104供給所生成的煤氣，此外，向蒸汽渦輪機
172供給水蒸氣。 另外，作為氣化爐131可使用具有氣流床及流化床等公知的結構的裝置，並無特 別限定。 在氣化部103和燃氣渦輪發電部104之間設置有煤氣清洗部141。煤氣清洗部141 是將在由氣化爐131生成的生成煤氣中含有的雜質等除去、並回收生成煤氣的一部分熱的 裝置。 在煤氣清洗部141中對生成煤氣進行清洗的清洗器142配置於氣化爐131和燃燒 器162之間。 清洗器142以使生成煤氣通過其內部的方式構成，此外，以在向煤泥床部12供給 的含有催化劑的水和生成煤氣之間進行熱交換的方式構成。換言之，其以對含有催化劑的 水進行加熱的方式構成。 另外，作為清洗器142的構成，可使用公知的結構，並無特別限定。 燃氣渦輪發電部104是使由氣化部103生成的生成煤氣燃燒來進行發電的裝置。 在燃氣渦輪發電部104中設有吸入空氣並將其壓縮的壓縮機61、使生成煤氣燃
燒的燃燒器162、產生旋轉驅動力的渦輪機63、和進行發電的燃氣渦輪發電機64。 燃燒器162是使來自氣化部103的生成煤氣燃燒的同時對供給到氣化爐131的水
蒸氣進行加熱的裝置。 以向燃燒器162從壓縮機61供給壓縮空氣、且從氣化部103供給生成煤氣的方式 構成。此外，燃燒器162以在燃燒器162內生成煤氣燃燒並將生成的燃燒氣體供給到渦輪
12機63的方式構成。 另一方面，在燃燒器162的周圍配置有使從鍋爐171向氣化爐131供給的水蒸氣 流動的氣化劑流路175。通過這樣配置氣化劑流路175，使得供給到氣化爐131的水蒸氣利 用燃燒器162中的生成煤氣的燃燒熱來進行加熱。 蒸汽發電部105是利用從燃氣渦輪發電部104排出的廢氣的熱來進行發電的裝置。 在蒸汽發電部105上設有產生水蒸氣的鍋爐171、由水蒸氣產生旋轉驅動力的蒸 汽渦輪機(蒸汽渦輪機部)172、進行發電的蒸汽渦輪發電機73、回收從蒸汽渦輪機172排 出的水蒸氣的一部分熱的冷凝器74。 鍋爐171是利用燃氣渦輪發電部104的廢氣的熱而生成水蒸氣的裝置。 鍋爐171配置於渦輪機63的下遊，以使燃氣渦輪發電部104的廢氣通過的方式構
成。另一方面，以在鍋爐171中由冷凝器74凝縮後的水流動的方式構成。換言之，以在廢
氣和凝縮後的水之間進行熱交換、且產生水蒸氣的方式構成。 另一方面，通過鍋爐171的一部分廢氣導入氣化爐131作為氣化劑使用，殘餘的廢 氣作為排煙釋放。 蒸汽渦輪機172是利用經由氣化爐131從鍋爐171供給的水蒸氣產生旋轉驅動力 的裝置。 蒸汽渦輪機172配置於氣化爐131和冷凝器74之間，其以使水蒸氣經由氣化爐 131從鍋爐171流入、且使從蒸汽渦輪機172排出的水蒸氣流入冷凝器74的方式構成。
作為蒸汽渦輪機172，可使用公知的構成，並無特別限定。
下面，參照圖2說明包含上述構成的煤氣化複合發電設備101的發電方法。
將供給到煤供給部的煤與在煤氣清洗部141中加熱的含有催化劑的水一起供給 到煤泥床部12。作為此時的含有催化劑的水的溫度，可以例示不足約20(TC的溫度。
在煤泥床部12將供給的煤粉碎進行微粒化，生成煤泥。由煤泥床部12生成的煤 泥，按重量比計含有約90%的水，溫度達到約10(TC 約200°C。 將煤泥供給到過濾部14，在過濾部14除去供給的煤泥中含有的過剩的水及催化 劑，生成脫水泥餅。在由過濾部14所生成的脫水泥餅中，按重量比計含有約80%的水。另 一方面，將除去的過剩的水及催化劑供給到灰熱交換部16。 將脫水泥餅從過濾部14供給到乾燥部15，利用從乾燥用流路121供給的乾燥用空 氣進行乾燥，並供給到氣化爐131中。乾燥後的微粒化煤中按重量比計含有約40%的水。
另一方面，乾燥用空氣在從大氣導入並在冷凝器74中利用水蒸氣的熱而加熱到 約8(TC之後，供給到乾燥部15中。將在乾燥部15從脫水泥餅中奪走水分的乾燥用空氣釋 放到外部。 在乾燥部15從脫水泥餅中分離出的過剩的水及催化劑，與在過濾部14分離出的 過剩的水及催化劑一起向灰熱交換部16供給。 向灰熱交換部16供給的含有催化劑的水，在灰熱交換部16利用從氣化爐131排 出的灰的熱而進行加熱。 加熱後的含有催化劑的水進一步在煤氣清洗部141從生成煤氣中吸收熱而升溫， 並再次流入煤泥床部12。
13
向氣化爐131中從乾燥部15供給微粒化煤的同時，供給從燃氣渦輪發電部104排 出並通過鍋爐171的一部分廢氣作為氣化劑。此外，經由燃燒器162從鍋爐171向氣化爐 131中供給水蒸氣。 將氣化爐131加壓到規定壓力，且保持在例如約60(TC 約700°C 。
在氣化爐131內通過煤的氣化反應而生成可燃性煤氣。所生成的煤氣從氣化爐 131供給到煤氣清洗部141中。由於煤中含有催化劑，因而即使是例如約60(TC 約700°C 的溫度，也可對煤進行氣化反應而生成可燃性的煤氣。 向氣化爐131供給的水蒸氣，在從鍋爐171向氣化爐131流動的期間，接受燃燒器
162中的燃燒熱的供給而被加熱。例如，在從鍋爐171流出的階段，不足約45(TC溫度的水
蒸氣通過獲取燃燒熱，而被加熱至約70(TC的溫度。更優選加熱至比氣化爐131內的氣化反應溫度高數十t:的溫度。 將向氣化爐131供給的水蒸氣的一部分熱在氣化爐131中釋放，並向蒸汽渦輪機
172流出。在向蒸汽渦輪機172流出的階段水蒸氣的溫度可以例示不足約55(TC的溫度。 另一方面，在煤釋放出可燃性的生成煤氣之後，生成灰並將其供給到灰熱交換部
16。另外，作為煤的氣化反應可使用公知的反應，並無特別限定。 由氣化爐131生成的生成煤氣流入煤氣清洗部141的清洗器142中，除去雜質的 同時，生成煤氣所具有的一部分熱被含有催化劑的水回收。 從氣化爐131流出的生成煤氣的溫度為例如不足約500°C ，通過在煤氣清洗部141 中回收一部分熱，使溫度降低至例如不足約300°C 。 向燃燒器162供給除去雜質後的生成煤氣和由壓縮機61壓縮後的空氣，進行生成
煤氣的燃燒。作為壓縮後的空氣的溫度，可以例示不足約40(TC的溫度。 通過生成煤氣的燃燒而產生的一部分熱用於從鍋爐171向氣化爐131供給的水蒸
氣的加熱，殘餘的熱與燃燒器廢氣一起流入渦輪機63。S卩，將達到高溫的燃燒器廢氣供給到
渦輪機63中。作為燃燒器廢氣的溫度，可以例示約100(TC以上、更優選1200°C 150(TC的溫度。 由於燃氣渦輪發電部104之後的作用與第一實施方式相同，因而省略其說明。
將從燃氣渦輪發電部104排出的廢氣供給到鍋爐171中，在鍋爐171內將流入的 廢氣的一部分熱供給到從冷凝器74供給的水中而生成水蒸氣。在鍋爐171內生成的水蒸 氣經由燃燒器162向氣化爐131供給，之後，向蒸汽渦輪機172供給。 向蒸汽渦輪機172供給的水蒸氣旋轉驅動蒸汽渦輪機172，通過旋轉驅動力而在 蒸汽渦輪發電機73中進行發電。 從蒸汽渦輪機172排出的水蒸氣流入冷凝器74，且在冷凝器74中凝縮。 根據上述構成，由於將從燃氣渦輪發電部104排出、並用於在鍋爐171中生成水蒸
氣之後的廢氣用作氣化劑，因而不需要設置例如提高氣化劑壓力的升壓壓縮機及生成氣化
劑的大規模氧氣製造裝置等。 此外，將在鍋爐171內生成的水蒸氣導入氣化爐131，利用水蒸氣的熱對氣化爐 131進行加熱。因此，不需要為了維持氣化爐131的溫度而另外投入燃料及能量等，從而可 以防止發電效率的降低。
權利要求
一種煤氣化複合發電設備，其中，設有氣化部，對供給的煤進行氣化；煤氣發電部，使用從該氣化部供給的煤氣進行發電；蒸汽發電部，使用從該煤氣發電部排出的廢氣的熱進行發電；和煤乾燥部，使用從該蒸汽發電部排出的廢熱對煤進行乾燥，並向所述氣化部供給乾燥後的煤。
2. 如權利要求l所述的煤氣化複合發電設備，其中，在所述蒸汽發電部中設有回收從所述蒸汽發電部排出的蒸氣的熱的冷凝器，且所述煤乾燥部使用由所述冷凝器回收的熱進行煤的乾燥。
3. 如權利要求1或2所述的煤氣化複合發電設備，其中，在所述蒸汽發電部中設有蒸汽渦輪機部，該蒸氣渦輪機部供給利用從所述煤氣發電部排出的廢氣的熱而生成的水蒸氣，並向所述氣化部供給從所述蒸汽渦輪機部抽出的水蒸氣作為所述煤的氣化劑。
4. 如權利要求3所述的煤氣化複合發電設備，其中，向所述氣化部供給從所述煤氣發電部排出的廢氣作為加熱用熱源。
5. 如權利要求1或2所述的煤氣化複合發電設備，其中，在所述蒸汽發電部中設有使用從所述煤氣發電部排出的廢氣的熱來生成水蒸氣的鍋爐，並向所述氣化部供給從所述鍋爐排出的所述廢氣作為所述煤的氣化劑。
6. 如權利要求5所述的煤氣化複合發電設備，其中，向所述氣化部供給由所述鍋爐生成的水蒸氣作為所述煤的氣化劑。
全文摘要
本發明提供一種煤氣化複合發電設備，其即使使用水分含量較高的低品質煤也可以防止發電效率的降低，其特徵在於，設有氣化部(3)，對供給的煤進行氣化；煤氣發電部(4)，使用由氣化部(3)供給的煤氣進行發電；蒸汽發電部(5)，使用從煤氣發電部(4)排出的廢氣的熱進行發電；煤乾燥部(15)，使用從蒸汽發電部(5)排出的廢熱進行煤的乾燥，並向氣化部(3)供給乾燥後的煤。
文檔編號C10J3/46GK101743383SQ200880024750
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月6日 優先權日2007年11月30日
發明者原田達朗, 太田一廣, 小山智規, 山元崇, 德田君代, 持田勳, 石井弘實 申請人:三菱重工業株式會社