JP3702396B2 - Coal gasification combined power generation system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は高効率、かつ環境保全性に優れた石炭ガス化複合発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図2は従来の、湿式脱硫設備及び硫黄回収設備を用いる石炭ガス化複合発電装置の構成の一例を示すフロ−シ−トである。該図に示される装置は、本願発明者の発明である「石炭ガス化プラントの硫黄回収方法及び装置」(特開平6−293888号公報)に記載の実施例である。
空気分離装置1においては、空気圧縮機3に吸入された空気2が、熱交換機4を経て精留塔5内で窒素7と酸素6に分離される。この酸素6をガス化剤として、石炭ホッパ9から供給される石炭8は石炭ガス化炉10にてガス化され、CO及びH2を主成分とする粗生成ガス11を生成する。粗生成ガス11は熱回収ボイラ12により冷却され、脱塵装置13を経て脱H2S塔14に供給される。脱H2S塔14では、吸収液により粗生成ガス11中のH2S、COS等の硫黄化合物がガスタ−ビン16の許容濃度以下まで除去される。精製されたガス15はガスタ−ビン16に送られ、発電機20で発電が行われる。ガスタ−ビン16からの燃焼排ガスは排熱回収ボイラ17にて熱回収された後、煙突18より大気に放出される。このボイラ17で得られた蒸気31は、熱回収ボイラ12で得られる蒸気31とともに蒸気タ−ビン19に送られ、発電機20で発電が行われる。
【0003】
脱H2S塔14でH2S、COS等の硫黄化合物を吸収した吸収液は再生塔21に送られ、吸収液の熱分解による劣化を防ぐため、10気圧以下の低圧蒸気37により加熱することで吸収しているH2S、COSを脱離し再生される。この蒸気37は、石炭ガス化炉に続く熱回収ボイラ12で得られる高圧蒸気31を減圧して使用する。再生塔21の上部より放出される再生排ガス22の硫黄化合物(H2S、COS)の濃度は、約30vol%程度となる。
【0004】
再生排ガス22は焼却炉24に導かれ、再生排ガス22中の硫黄化合物は空気23により二酸化硫黄に酸化される。焼却炉24では火炎を安定に保つため、油、LPG等の助燃料32が常に燃焼される。焼却炉24で発生する燃焼排ガス25は温度が500〜1000℃のガスであり、かつ数vol%のSO2を含むため、熱交換器26で水蒸気31aによる熱回収を行った後、吸収塔27に導かれる。吸収塔27では石灰石スラリ−28と燃焼排ガス25を接触させることにより、燃焼排ガス25に含まれるSO2は、煙突18出口のプラント排ガス44中のSO2含有量が環境規制値以下となるまで吸収除去される。吸収塔27の下部からは石灰石スラリ−28がSO2と反応することにより生成する亜硫酸カルシウム42が抜出される。次に酸化塔41に導かれ空気40により酸化されて硫酸カルシウム43となる。硫酸カルシウム43はシックナ−29に送られ、脱水された後、石膏30が回収される。
【0005】
ガス化炉起動時には、ガス化炉10に石炭を投入する前に、ガス化炉10から脱塵装置13の間をガス中の水分が凝縮しなくなる温度まで昇温する必要がある。このため補助燃料45を燃焼させることにより得られる高温の燃焼ガスを、ガス化炉10から脱塵装置13に通す。この補助燃料45の燃焼によって生成されるガス化炉起動時排ガス35は、切替弁33及び34の操作により煙突18から大気中に放出する。上記補助燃料45には通常の高圧下でのガス化運転時に使用した場合でも相変化のない液体燃料、すなわち重油、軽油等が通常用いられてい
【0006】
る。
【発明が解決しようとする課題】
前記の従来技術において、以下の点が課題とされていた。
1.石炭ガス化炉10から脱塵装置13の間は、生成した石炭ガス11中の水分が凝縮するのを防ぐために、ガス化炉起動時には補助燃料45を燃焼した燃焼ガスの熱を用いて昇温する。この際に補助燃料45として燃焼される前記液体燃料には通常硫黄分が含まれるため、燃焼排ガス35にはSO2が含まれる。湿式脱硫設備の吸収液はSO2の吸収も可能であるので、燃焼ガスを脱H2S塔14に通すことにより脱硫を行うことはできるが、その場合吸収したSO2を脱離して吸収液を再生することは困難であり、SO2を吸収した分本来の用途であるH2Sの吸収性能が減少することが問題となる。このため従来の装置においては、起動時の燃焼排ガス35を脱H2S塔14をバイパスさせ煙突18から大気へ放出させていた。
従って起動時排ガス35の脱硫は行われず、装置起動時の環境保全性は好ましいとはいえない。また起動時の補助燃料45に高硫黄分の燃料を用いた場合には、起動時においては環境規制値を満足できない可能性もあり、燃料の性状によってはガス化炉起動時の排ガス中のSO2を除去するための装置が別途必要になる。
【0007】
2.吸収液の再生塔21での吸収液加熱用の蒸気37は、吸収液の熱分解を避けるため吸収液の沸点以下であり、かつできるだけ低温の蒸気を用いることが望ましく通常約200℃程度とすべきである。従来の装置では、湿式脱硫設備の吸収液を再生するのに必要な低圧蒸気として、熱回収ボイラ12で発生する高圧蒸気31の一部を減圧して使用するため、高圧蒸気を利用した蒸気タ−ビン19における発電の効率低下を招いていた。
【0008】
本発明の目的は従来技術における上記の課題を解决し、環境保全性に優れ、かつ高効率の石炭ガス化複合発電装置を提供するにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、酸素又は酸素を主成分とするガス化剤により石炭を石炭ガス化炉でガス化し、そのガスを湿式の脱硫設備により脱硫する際に、発生するH2S含有排ガスを焼却炉で焼却し、その燃焼により発生する燃焼ガスを石灰石と反応させることにより石炭中の硫黄分を石膏として回収する石炭ガス化複合発電装置において、石炭ガス化炉の起動時に発生する排ガスを前記焼却炉に導く導入手段を備えたことを特徴とする石炭ガス化複合発電装置により達成される。
【0010】
上記目的はまた、酸素又は酸素を主成分とするガス化剤により石炭を石炭ガス化炉でガス化し、そのガスを湿式の脱硫設備により脱硫する際に、発生するH2S含有排ガスを焼却炉で焼却し、その燃焼により発生する燃焼ガスを石灰石と反応させることにより石炭中の硫黄分を石膏として回収する石炭ガス化複合発電装置において、石炭ガス化炉の起動時に発生する排ガスを前記焼却炉に導き、その排ガス中の硫黄分も石膏として回収することを特徴とする石炭ガス化複合発電装置により達成される。
ガス化炉起動時の燃焼排ガスを脱H2S塔をバイパスさせて前記焼却炉に導くことにより、起動時の排ガス中のSO2の除去が可能となり環境保全性は保たれる。
【0011】
上記目的はまた、酸素又は酸素を主成分とするガス化剤により石炭を石炭ガス化炉でガス化し、そのガスを湿式の脱硫設備により脱硫する際に、発生するH2S含有排ガスを焼却炉で焼却し、その燃焼により発生する燃焼ガスを石灰石と反応させることにより石炭中の硫黄分を石膏として回収する石炭ガス化複合発電装置において、前記焼却炉の排ガスの排熱を利用して前記脱硫設備の吸収液再生塔の再生熱源となる水蒸気を発生させる再生用蒸気発生手段と、この再生用蒸気発生手段で発生した水蒸気を前記吸収液再生塔の熱源部に送る手段を備えたことを特徴とする石炭ガス化複合発電装置により達成される。
【0012】
上記目的はまた、酸素又は酸素を主成分とするガス化剤により石炭を石炭ガス化炉でガス化し、そのガスを湿式の脱硫設備により脱硫する際に、発生するH2S含有排ガスを焼却炉で焼却し、その燃焼により発生する燃焼ガスを石灰石と反応させることにより石炭中の硫黄分を石膏として回収する石炭ガス化複合発電装置において、前記焼却炉の高温排ガスの排熱を利用して吸収液再生塔の再生熱源となる水蒸気を得、その水蒸気を前記湿式脱硫設備の吸収液再生用熱源として使用することを特徴とする石炭ガス化複合発電装置により達成される。
【0013】
焼却炉出口の排ガス温度は、石炭の組成や湿式ガス精製設備(脱H2S塔、再生塔等)の運転条件により異なるが、通常約500〜1000℃となる。吸収塔に入る前記排ガスの温度は低いほど脱硫効果が高く経済的であるため、焼却炉出口の燃焼排ガスは、再生用蒸気発生手段によってその排熱が回収されて冷却される。その排熱回収で発生する蒸気の温度は任意に選定できる。そこで、再生用蒸気発生手段で発生させる蒸気温度を吸収液再生塔の再生熱源温度とする。通常は150℃から250℃の範囲、特に200℃程度とし、その蒸気を吸収液再生塔での吸収液加熱再生用熱源として用いることで、発電のため必要となる高圧蒸気を一部減圧する等の措置を講ずることなく、経済的な蒸気系統を構成することができる。
【0014】
上記目的はまた、上記の特徴を組み合わせた石炭ガス化複合発電装置により達成される。
【0015】
【発明の実施の形態】
次に本発明を具体例によって説明する。図1は湿式脱硫設備及び硫黄回収設備を用いる石炭ガス化複合発電システムの構成の一例を示すフロ−シ−トである。空気分離装置1にて空気2から分離される酸素6をガス化剤として、石炭9は石炭ガス化炉10にてガス化され、CO及びH2を主成分とする粗生成ガス11を生成する。粗生成ガス11は熱回収ボイラ12により冷却され、脱塵装置13を経て脱H2S塔14に供給される。脱H2S塔14では、吸収液により粗生成ガス11中のH2S、COS等の硫黄化合物がガスタ−ビン16の許容濃度以下まで除去される。精製されたガス15はガスタ−ビン16に送られ、発電が行われ、ガスタ−ビン16からの燃焼排ガスは排熱回収ボイラ17にて冷却されると同時に高圧蒸気31を回収し、煙突18より大気に放出される。ここで得られた蒸気は、熱回収ボイラ12で得られる蒸気31とともに蒸気タ−ビン19に送られ、発電が行われる。
【0016】
脱H2S塔14でH2S、COS等の硫黄化合物を吸収した吸収液は再生塔21に送られ,再生用蒸気37により加熱することで吸収しているH2S、COSを脱離し再生される。再生排ガス22は焼却炉24に導かれ、再生排ガス22中の硫黄化合物は空気23により二酸化硫黄に酸化される。焼却炉24では、火炎を安定にたもつため油、LPG等の助燃料32が常に燃焼される。焼却炉24で発生する燃焼排ガス25は、温度が500〜1000℃のガスであり、かつ数vol%のSO2を含むため、高圧蒸気発生手段である熱交換器26で150〜250℃(5気圧〜40気圧)の水蒸気を発生させて冷却した後、吸収塔27に導かれる。吸収塔27では石灰石スラリ−28と燃焼排ガス25を接触させることにより燃焼排ガス25に含まれるSO2が、煙突18出口のプラント排ガス44中のSO2含有量が環境規制値以下となるまで吸収除去される。吸収塔27の下部からは石灰石スラリ−28がSO2と反応することにより生成する亜硫酸カルシウム42が抜き出され、次に酸化塔41に導かれ、そこで空気40により酸化されて硫酸カルシウム43となる。硫酸カルシウム43は、シックナ−29に送られ、脱水された後、石膏30が回収される。
【0017】
ガス化炉起動時には、石炭ガス化炉10で補助燃料45の重油又は軽油を空気又は酸素で燃焼させて高温の燃焼ガスを得、石炭ガス化炉10から脱塵装置13の間の昇温及び昇圧を行なう。この際の燃焼排ガス35は、切替弁33及び34を操作することにより脱H2S塔14をバイパスさせて焼却炉24に通す。焼却炉24では補助燃料32を空気により燃焼させておく。焼却炉出口のSO2を含む燃焼排ガス25は、熱交換器26で冷却後、石灰石による脱硫を行なう吸収塔27に導く。これにより、起動時の排ガス35中のSO2の除去が可能となる。また石炭ガス化炉10から脱塵装置13間の昇温が終了後、ガス化炉10への石炭投入開始時には、排出ガス中の硫黄分はSO2からH2Sと変化するが、この場合においても焼却炉24でH2SがSO2に酸化されるため、ガス化炉燃料切替時においても排出ガス中の硫黄分は脱硫され、環境保全性は保たれる。燃焼排ガス25中のSO2は吸収塔27で石灰石スラリ−と反応し、石膏30が回収される。
【0018】
焼却炉24から排出された燃焼排ガス25は、前記の如く熱交換器26によって熱交換が行われて焼却熱が回収され、その回収により水蒸気37を生成する。ここで36はボイラ水、38はボイラ水循環ポンプ、39はスチ−ムドラムである。この蒸気37の温度を略200℃に設定し、焼却炉24で発生した熱エネルギ−を再生塔21での吸収液加熱再生用熱源として用いる。これにより、発電のため必要となる高圧蒸気31を一部減圧する等の措置を講ずる必要がなくなる。
【0019】
本発明の他の具体例としては、石炭のガス化剤として酸素の代わりに空気を用いる方式、ガスタ−ビンの代わりに燃料電池を用いる方式等があげられる。
【0020】
【発明の効果】
本発明によれば、ガス化炉起動時に発生する硫黄酸化物の大気中への放出量を脱硫装置を通過させることなく大幅に減少させ、石炭ガス脱硫能力を損なうことなく環境保全性に優れた装置を実現する。さらに、系内で回収された高圧蒸気のエネルギ−損失を減少させ、より高い発電効率を得ることが可能になり、経済的な石炭ガス化複合発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る石炭ガス化複合発電装置の構成図である。
【図2】従来の石炭ガス化複合発電装置の構成図である。
【符号の説明】
1 空気分離装置
8 石炭
10 ガス化炉
11 粗生成ガス
12 熱回収ボイラ
14 脱H2S塔
21 再生塔
22 再生排ガス
24 焼却炉
25 燃焼排ガス
26 熱交換器
27 吸収塔
29 シックナ−
31 高圧蒸気
37 低圧蒸気
39 スチ−ムドラム
41 酸化塔
45 起動時燃料[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a combined coal gasification combined power generation apparatus having high efficiency and excellent environmental conservation.
[0002]
[Prior art]
FIG. 2 is a flowchart showing an example of the configuration of a conventional coal gasification combined power generation apparatus using a wet desulfurization facility and a sulfur recovery facility. The apparatus shown in the figure is an example described in “Sulfur recovery method and apparatus for coal gasification plant” (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-293888) which is the invention of the present inventor.
In the air separation device 1, the
[0003]
The absorption liquid that has absorbed sulfur compounds such as H 2 S and COS in the de-H 2 S tower 14 is sent to the
[0004]
The regenerated
[0005]
At the time of starting the gasifier, it is necessary to raise the temperature between the
The
[Problems to be solved by the invention]
In the prior art described above, the following points have been problems.
1. In order to prevent moisture in the generated coal gas 11 from condensing between the
Therefore, desulfurization of the start-
[0007]
2. The absorption
[0008]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art, and to provide a highly efficient coal gasification combined power generation apparatus having excellent environmental conservation and high efficiency.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The purpose is to gasify coal in a coal gasification furnace with oxygen or a gasifying agent containing oxygen as a main component, and to degas the H 2 S-containing exhaust gas generated in the incinerator when the gas is desulfurized with a wet desulfurization facility. In a combined gasification combined cycle power plant that recovers sulfur in the coal as gypsum by reacting the combustion gas generated by the combustion with limestone, the exhaust gas generated at the start of the coal gasification furnace to the incinerator This is achieved by a combined coal gasification combined cycle power generation system characterized in that it has introduction means for guiding.
[0010]
The above object is also to incinerate the H 2 S-containing exhaust gas generated when coal is gasified in a coal gasification furnace with oxygen or a gasifying agent containing oxygen as a main component and the gas is desulfurized with a wet desulfurization facility. In a combined gasification combined cycle power plant that recovers sulfur in the coal as gypsum by reacting the combustion gas generated by the combustion with limestone, the exhaust gas generated at the start of the coal gasification furnace This is achieved by a combined coal gasification combined power generation system characterized in that the sulfur content in the exhaust gas is also recovered as gypsum.
By guiding the combustion exhaust gas at the start of the gasification furnace to the incinerator by bypassing the de-H 2 S tower, SO 2 in the exhaust gas at the start can be removed, and environmental conservation is maintained.
[0011]
The above object is also to incinerate the H 2 S-containing exhaust gas generated when coal is gasified in a coal gasification furnace with oxygen or a gasifying agent containing oxygen as a main component and the gas is desulfurized with a wet desulfurization facility. In a combined gasification combined cycle power plant that recovers sulfur in coal as gypsum by reacting the combustion gas generated by the combustion with limestone, the desulfurization using the exhaust heat of the incinerator A regeneration steam generating means for generating water vapor as a regeneration heat source of the absorption liquid regeneration tower of the facility, and means for sending the steam generated by the regeneration steam generation means to the heat source section of the absorption liquid regeneration tower are provided. This is achieved by the combined coal gasification combined power generation system.
[0012]
The above object is also to incinerate the H 2 S-containing exhaust gas generated when coal is gasified in a coal gasification furnace with oxygen or a gasifying agent containing oxygen as a main component and the gas is desulfurized with a wet desulfurization facility. In the combined gasification combined cycle power plant that recovers sulfur in the coal as gypsum by reacting the combustion gas generated by the combustion with limestone, and absorbing it by using the exhaust heat of the high temperature exhaust gas from the incinerator This is achieved by a combined coal gasification combined cycle power generation apparatus characterized in that steam serving as a regeneration heat source for a liquid regeneration tower is obtained and the steam is used as a heat source for regeneration of an absorbing liquid in the wet desulfurization facility.
[0013]
The exhaust gas temperature at the incinerator outlet varies depending on the composition of coal and the operating conditions of the wet gas purification equipment (de-H 2 S tower, regeneration tower, etc.), but is usually about 500 to 1000 ° C. Since the lower the temperature of the exhaust gas entering the absorption tower, the higher the desulfurization effect and the more economical, the exhaust gas at the outlet of the incinerator is recovered and cooled by the regeneration steam generating means. The temperature of the steam generated by the exhaust heat recovery can be arbitrarily selected. Therefore, the steam temperature generated by the regeneration steam generating means is set as the regeneration heat source temperature of the absorption liquid regeneration tower. Usually, the temperature is in the range of 150 ° C. to 250 ° C., particularly about 200 ° C., and the steam is used as a heat source for heating and regenerating the absorbing liquid in the absorbing liquid regeneration tower, thereby partially reducing the pressure of the high-pressure steam necessary for power generation, etc. An economical steam system can be constructed without taking the above measures.
[0014]
The above object is also achieved by a combined coal gasification combined cycle power generation apparatus that combines the above characteristics.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described by way of specific examples. FIG. 1 is a flowchart showing an example of the configuration of a combined coal gasification combined power generation system using a wet desulfurization facility and a sulfur recovery facility.
[0016]
The absorption liquid that has absorbed sulfur compounds such as H 2 S and COS in the de-H 2 S tower 14 is sent to the
[0017]
At the start of the gasification furnace, heavy oil or light oil of the auxiliary fuel 45 is burned with air or oxygen in the
[0018]
The
[0019]
Other specific examples of the present invention include a system that uses air instead of oxygen as a gasification agent for coal, a system that uses a fuel cell instead of a gas turbine, and the like.
[0020]
【The invention's effect】
According to the present invention, the amount of sulfur oxide generated when the gasification furnace is started to the atmosphere is greatly reduced without passing through the desulfurization apparatus, and the environmental conservation is excellent without impairing the coal gas desulfurization capability. Realize the device. Furthermore, the energy loss of the high-pressure steam recovered in the system can be reduced, and higher power generation efficiency can be obtained, and an economical coal gasification combined power generation apparatus can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a combined coal gasification combined power generation apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional coal gasification combined power generation device.
[Explanation of symbols]
1 air separation unit 8
31 High-
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