JP3530352B2

JP3530352B2 - 発電方法及び発電装置

Info

Publication number: JP3530352B2
Application number: JP25427997A
Authority: JP
Inventors: 正樹飯島; 一登小林; 亘松原; 洋牧原
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-09-03
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 2004-05-24
Anticipated expiration: 2017-09-03
Also published as: JPH1182058A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱用ガスを供給
して石炭を乾留処理し、留出分並びに残分に分離し、該
留出分を分離してガス成分と液成分に分離し、該ガス成
分の一部を乾留直後の留出分と、乾留直後の残分と、さ
らに、ガスタービン排ガスと熱交換することにより加熱
し、加熱用ガスとして乾留工程に循環し、該ガス成分の
残部並びに該液成分をガスタービンに供給して発電し、
該残分をボイラに供給してスチームを発生させ、スチー
ムタービンにより発電するコンバインド・サイクル発
電、排気再燃コンバインド・サイクル発電の方法及び発
電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃焼によるエネルギーをタービン等の原
動機を通じて電気エネルギーに変換する方法には、スチ
ームタービンによる発電方法、ガスタービンによる発電
方法及びこれらを組み合わせたコンバインド・サイクル
発電方法がある。スチームタービンは、燃料に重油、原
油又は石炭等を使用し、ボイラで発生した高温、高圧の
スチームによりタービンを駆動して発電するが、熱効率
が３８〜３９％／ＨＨＶ基準（ＨＨＶ：高位発熱量、以
下特に断らない限り発電の熱効率はＨＨＶ基準で示す）
と比較的低い。

【０００３】また、ガスタービンは、燃料に液化天然ガ
ス（ＬＮＧ）、灯油、軽油等を使用して、燃料を圧縮空
気で、さらには、圧縮空気を燃焼熱で予熱して燃焼さ
せ、発生した高温、高圧のガスによりタービンを駆動し
て発電する。発電効率は２０〜３５％であるが、ガスタ
ービンの排ガスは、例えば、４５０〜７００℃と高温で
あるのでこの熱を利用することができる。

【０００４】これらを組み合わせたコンバインド・サイ
クル発電では、燃料にＬＮＧを使用し、圧縮空気で燃料
を燃焼させ、その高温高圧ガスでガスタービンを回転さ
せて発電させ、さらにその排ガスを排熱回収ボイラに供
給してスチームを発生させて、スチームタービンを駆動
させることにより発電する方法が実施されており、熱効
率が４６〜４７％と高いことが特徴である。従って発電
設備の老朽化により設備を更新する際には、燃料使用量
を増加することなく今後の電力需要増に対処するため
に、熱効率の高いコンバインド・サイクル発電への転換
が進められている。しかしながら、前記ＬＮＧによるコ
ンバインド・サイクル発電では、燃料のＬＮＧは貯蔵に
コストがかかり、供給に問題を生じるおそれがある。

【０００５】欧米では、ＬＮＧや灯油、軽油以外に、原
油や残渣油をガスタービンの燃料に使用している実績が
有るが、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ＬＮＧを使用する場合に比べ保守費用が
かさむ問題点が指摘されている。金属製ガスタービンに
使用する燃料は、不純物含有量として、ナトリウム及び
カリウム分の合計で０．５重量ｐｐｍ以下、バナジウム
分を０．５ｐｐｍ重量以下に制限することが望ましいと
されている。特にこれらは金属製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付
着の原因となる。なお、金属製ガスタービンとは、ター
ビンノズル、ロータ、ブレード、熱交換器、高温ガス流
路等の高温に接触する部分が金属材料で構成されている
ものであり、セラミック製ガスタービンとは上記高温に
接触する部分の一部又は全部がセラミック材料で構成さ
れているものである。

【０００６】一方、火力発電は、石油やＬＮＧの他に、
天然に多量に埋蔵されている石炭を燃料として使用する
ことができる。しかしながら、石炭をコンバインド・サ
イクル発電に利用するには、石炭を一度ガスに変換する
必要があり、ガスへの変換効率が問題である。このた
め、ガス化炉に噴流床方式を使用し、送電端効率約４３
％の石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ）が検討されてい
る。

【０００７】近年、地球の温暖化現象の原因の一つとし
て、二酸化炭素による温室効果が指摘され、地球環境を
守る上で国際的にもその対策が急務となってきた。二酸
化炭素の発生源としては、化石燃料を燃焼させるあらゆ
る人間の活動分野に及び、その排出抑制への要求が一層
強まる傾向にある。また化石燃料はその種類により程度
の差はあるものの、燃焼によりＮＯx（窒素酸化物）や
ＳＯx（硫黄酸化物）などの汚染物質を発生させる。こ
れらは大気汚染や酸性雨の原因とされ、その排出基準が
強化される傾向にある。これに伴い大量の化石燃料を使
用する火力発電所などの動力発生設備を対象に、熱効率
を高めて化石燃料の使用量を低減させる方法とともに、
ボイラの燃焼排ガスを処理して燃焼排ガス中の二酸化炭
素を除去、回収する方法、および回収された二酸化炭素
を大気へ放出することなく貯蔵する方法が精力的に研究
され、また、ボイラの燃焼排ガスを脱硝工程や脱硫工程
で処理する対策が採られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、化石
燃料として豊富に存在し、価格の安い石炭を利用して、
発電用燃料を製造し、得られた燃料を使用して高効率の
発電を行い、燃料のエネルギーを有効に利用することで
あり、更には、エネルギー効率を高めることにより石炭
使用量を低減し、燃焼排ガスを減らして、環境への影響
が少なく、設備費の安い方法、装置、特に、上記発電方
法、発電装置において、環境への影響が少なく、設備費
の安い石炭の乾留に使用するガス、及びその加熱方法を
提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、石炭を利用
した発電について鋭意検討した結果、石炭を乾留処理に
よりガス分と液体分と固体分に適切に分離することによ
り、ガス分と液体分の性質、品質、発生量及び熱量がガ
スタービンの燃料用に適するものであり、固体分の性
質、発生量及び熱量がスチームタービンの燃料用に適す
るものであることを見い出した。また、本発明者らは、
石炭を乾留工程において加熱用ガスを供給して乾留処理
するに際し、留出分、コークスなどの生成固体残分、ガ
スタービン排ガスなどの持つ顕熱を有効利用し、前記加
熱用ガスとして生成ガス成分の一部をこれらと熱交換す
ることにより加熱し、循環使用することにより熱効率が
格段に高められることを見出し本発明を完成するに至っ
た。

【００１０】すなわち本発明の第１は、加熱用ガスを供
給して石炭を乾留工程において乾留処理し、留出分並び
に残分に分離し、該留出分をガス成分と液成分に分離
し、該ガス成分の一部をガスタービン排ガスと熱交換す
ることにより加熱した後、加熱用ガスとして乾留工程に
循環し、該ガス成分の残部並びに該液成分をガスタービ
ンに供給して燃焼させ、燃焼により発生した駆動用燃焼
ガスによりガスタービンを駆動して発電し、ガスタービ
ン駆動後のガスタービン排ガスを該ガス成分の一部と熱
交換し、該残分をボイラに供給して燃焼させ、発生した
スチームによりスチームタービンを駆動させ発電するこ
とを特徴とする発電方法に関するものである。本発明の
第２は、気液分離された液成分の少なくとも一部を洗浄
液に使用し、そのまま又は冷却した洗浄液により留出分
を洗浄して、ガス成分と液成分に分離し、洗浄分離され
たガス成分の一部を乾留直後の留出分と熱交換した後、
ガスタービン排ガスと熱交換する上記発電方法に関する
ものである。また、本発明の第３は、乾留直後の留出分
と熱交換したガス成分の一部を、さらに、乾留直後の残
分と熱交換した後、ガスタービン排ガスと熱交換する上
記発電方法に関するものである。更に又、本発明の第４
は、ガス成分の一部を、乾留直後の留出分、乾留直後の
残分、及びガスタービン排ガスと熱交換する際に、ガス
成分の一部が最大に加熱される順番で熱交換が行われる
上記発電方法に関するものである。本発明の第５は、ガ
スタービン排ガスをボイラに供給して排気再燃すること
を特徴とする上記発電方法に関するものである。また本
発明の第６は、加熱用ガスを供給して石炭を乾留処理し
て、留出分並びに残分に分離する乾留装置、該留出分を
ガス成分と液成分に分離する気液分離器、該ガス成分の
一部とガスタービン排ガスとを熱交換させる熱交換器、
該ガス成分の残部並びに該液成分を供給して燃焼させ、
燃焼により発生した燃焼ガスにより駆動されるガスター
ビン、該ガスタービンにより駆動されるガスタービン用
発電機、該残分を供給して燃焼させスチームを発生させ
るボイラ、発生したスチームにより駆動されるスチーム
タービン及びスチームタービンにより駆動されるスチー
ムタービン用発電機からなる発電装置に関するものであ
る。本発明の第７は、気液分離器に代わる洗浄装置、及
びガス成分の一部を乾留直後の留出分と熱交換する熱交
換器を含んでなり、気液分離された液成分の一部を洗浄
液に使用し、そのまま又は冷却した洗浄液により留出分
を洗浄して、ガス成分と液成分に分離し、洗浄分離され
たガス成分の一部を乾留直後の留出分と熱交換した後、
ガスタービン排ガスと熱交換する上記発電装置に関する
ものである。本発明の第８は、ガス成分の一部を乾留直
後の残分と熱交換するための熱交換器を含んでなり、乾
留直後の留出分と熱交換したガス成分の一部を、乾留直
後の残分と熱交換する上記発電装置に関するものであ
る。

【００１１】本発明の発電方法、発電装置を用いると、
石炭を乾留するために供給するガスをガスタービン排ガ
スや乾留直後の留出分や乾留直後の残分と熱交換して加
熱するので発電装置全体の熱効率が高くなり、単位電力
当たりの燃料石炭の使用量が低減され、電力コスト、二
酸化炭素による温室効果、大気汚染物質の低減などの環
境への影響等の点で有利となる。なお、本発明で留出物
からのガス成分の一部をガスタービン排ガスや乾留直後
の留出分や乾留直後の残分と熱交換して加熱する場合、
温度の低いものから高いものと順番に熱交換して、ガス
成分の一部をもっとも効率よく熱交換するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に用いられる発電用燃料
は、加熱用ガスを供給して石炭を乾留工程において乾留
処理し、留出分及び残分に分離することにより製造され
る。留出分及び残分はそのまま、あるいは留出分をガス
成分と液成分に気液分離して、又は液成分を水分と油分
に分離して、さらには油分を蒸留分離して、ガスタービ
ン用燃料及びボイラ用燃料として使用することができ
る。

【００１３】本発明で原料として用いられる石炭として
は、褐炭、黒褐炭、低度瀝青炭、高度瀝青炭、半瀝青
炭、半無煙炭、無煙炭等が挙げられる。好ましくは揮発
分含有量が２０重量％以上のものである。

【００１４】本発明で用いられる石炭の乾留処理として
は、原料である石炭を少なくともガスタービン用燃料に
使用できる成分を含む留出分とボイラ用燃料に使用でき
る残分に分離できる方法であれば、いかなる方法も使用
できる。

【００１５】本発明において、留出とは固体の石炭か
ら、乾留処理して生じた成分を気体又は液体で分離する
ことを言う。したがって、留出分はガス成分と液成分で
あり、液成分には一度気化して凝縮して液化したもの
も、液体状態で発生したものも含まれる。本発明におい
て、残分とは固体の石炭から、上記留出分が発生した後
の残りのものを言い、常温で固体である。

【００１６】本発明で用いられる乾留は、石炭を、酸素
の低減された状態、好ましくは、空気を断って、蒸し焼
きにし、留出分を水冷等により冷却して、凝縮しないガ
ス成分と、凝縮する液化成分と、デカンテーションによ
り分離される液体成分と固体成分とに化学的に転換する
操作である。乾留方法は、レトルトを使用する方法であ
っても、いわゆるコークス炉を使用する方法であっても
よい。また、回分法、半回分法、連続法のいずれの操作
方法によっても可能である。

【００１７】乾留を行う前に、原料の石炭は予め乾燥さ
せておくことが好ましい。乾留のための石炭の加熱は、
単に乾留用の炉を外部から加熱し、あるいは、所定温度
の、例えば燃料を燃焼して得られた４００〜１３００℃
の加熱用ガスを供給して加熱し、加熱用ガスに同伴して
揮発分を留出させるが、本発明においては、これらの加
熱用ガスの一部または全部として、生成ガス成分の一部
を留出分、コークスなどの生成固体残分、ガスタービン
排ガスと、あるいはこれらを組み合わせて熱交換し、こ
れらの持つ顕熱を有効利用して加熱し、循環使用するこ
とにより熱効率が格段に高められる。

【００１８】乾留は、最終加熱温度が８００℃以下の低
温乾留と、それ以上で通常１０００℃付近で行われる高
温乾留とがあり、本発明では両方法が使用できるが、好
ましくは、低温乾留である。低温乾留では液成分や燃料
に使用されるチャーが多く得られ、高温乾留ではコーク
ス炉ガスや高炉又は鋳物用に使用されるコークスが多く
得られる。又、本発明で行う乾留は、５００℃以下の熱
分解炭化過程のみでシンタリング過程を含まないでもよ
い。この場合には、残分は、炭種によっては粉末のまま
で得られたり、軟化溶融して塊となるが、ボイラの形式
により使い分けることができる。本発明において乾留と
は、上記低温乾留、高温乾留、熱分解炭化又はこれらの
組み合わされたものをいう。

【００１９】所定温度の、例えば、燃料を燃焼して得ら
れた４００〜１３００℃の加熱用ガスを乾留工程に供給
して石炭を加熱し、加熱用ガスに同伴して揮発分を留出
させる。留出分は、ガス成分及び／又は液成分である。
留出分は、一度気体又は液体となるので、固体分の混入
は少ないが、必要によりサイクロン、フィルター、スト
レーナー等により除去することができる。

【００２０】留出分は、そのまま気液分離器でガス成分
と液成分とに分離し、該ガス成分の一部をガスタービン
排ガスと熱交換することにより加熱し、加熱用ガスの全
部または一部として乾留工程に循環し使用する。該ガス
成分の残部及び該液成分はガスタービン用燃料として使
用する。または、該留出分をガス成分の一部と熱交換す
ることにより冷却し非凝縮性のガス成分と凝縮した液成
分に分離し、凝縮した液成分の一部を、そのまま、また
は冷却して、洗浄液として循環し該留出分（該非凝縮性
のガス成分）を洗浄し、ガス成分と液成分に分離し、洗
浄分離されたガス成分の一部は該留出分と熱交換し、さ
らにガスタービン排ガスと熱交換することにより加熱
し、加熱用ガスの全部または一部として乾留工程に循環
使用する。あるいは、洗浄分離されたガス成分の一部は
該留出分と熱交換し、次いで乾留工程から排出される固
体の残分と接触熱交換し、さらにガスタービン排ガスと
熱交換することにより加熱した後、加熱用ガスの全部ま
たは一部として乾留工程に循環使用する。該ガス成分の
残部並びに該液成分はガスタービン用燃料として使用す
る。洗浄分離されたガス成分の一部と残分との接触熱交
換およびガスタービン排ガスと熱交換の順序は乾留条
件、ガスタービン発電条件等により適宜変えてもよい。
また、新規追加加熱用ガスと循環ガス成分の割合は乾留
条件、ガスタービン発電条件等により適宜選定する。

【００２１】洗浄分離されたガス成分の一部と留出分と
の熱交換あるいはガス成分の一部とガスタービン排ガス
の熱交換に用いる熱交換器としては、気−液熱交換、気
−気熱交換に一般的に用いられる形式のものなら何れで
も使用できる。例えば、多管式熱交換器をはじめ、多管
円筒形熱交換器、ヒートパイプ形熱交換器、コイル式熱
交換器、二重管熱交換器、平板熱交換器、スパイラル熱
交換器、カスケード式熱交換器等が挙げられる。ガス成
分の一部と残分とを接触熱交換させる熱交換器として
は、気−固接触型の乾燥器に用いられるものなら、回分
式、連続式を問わず何れの形式のものでも熱交換器とし
て本発明において使用できる。例えば、並行流箱型、通
気箱型、回転式、通気回転式、気流式、流動層式、通気
竪型式、トンネル式（並行流）、並行流バンド式、通気
バンド式、溝型撹拌式、加熱管付き回転式等が挙げられ
る。

【００２２】ガス成分は、炭種や製造条件によるが、一
例を挙げると（特に断らない限りガス成分では以下容量
％で示す）、水素５０％、メタン３０％、一酸化炭素８
％、エチレン、ベンゼン等の炭化水素３％等が有効成分
であり、水分、窒素、二酸化炭素、アンモニア、微量成
分として一酸化窒素、青酸、ピリジン、硫化水素、二硫
化炭素、硫化カルボニル、タール等を含んでいる。ガス
成分は、後述する液成分又は油分により洗浄して精製し
てもよい。

【００２３】乾留によるガス成分の発生量は、低温乾留
又は熱分解炭化による場合には１００〜２００Ｎｍ³／
ｔ石炭であり、高温乾留による場合には３００〜４００
Ｎｍ³／ｔ石炭であり、それらのガスの発熱量は、低温
乾留又は熱分解炭化によるガスでは６２００〜８０００
ｋｃａｌ／Ｎｍ³であり、高温乾留によるガスでは４７
００〜５４００ｋｃａｌ／Ｎｍ³である。

【００２４】液成分は水分と油分であり、必要により水
分を分離して油分のみをガスタービン燃料として利用す
ることができる。水分にはナトリウム、カリウム、カル
シウムなどの塩分、バナジウム分等の無機物が濃縮され
るので、油分のみを利用することが好ましい。分離され
た水分は、アルコールやカルボン酸等を溶解しているの
でボイラの燃料に混入することができる。また、液成
分、水分もしくは油分はストレーナー、フィルター等に
より固形分を除去して使用することができる。

【００２５】油分は、主としてナフサ、タール及びアル
コール分である。アルコールの発生量は、５０〜１５０
リットル／ｔ石炭である。ナフサ及びタールの発生量
は、低温乾留又は熱分解炭化による場合には９０〜１８
０リットル／ｔ石炭であり、高温乾留による場合には４
０〜８０リットル／ｔ石炭である。

【００２６】油分は、さらに蒸留等により精製分離して
使用してもよい。蒸留残渣にはナトリウム、カリウム、
カルシウム等の塩分、鉛、バナジウム分等の無機物が濃
縮されるので、蒸留精製すればさらに好ましいガスター
ビン用燃料が得られる。この場合、残渣はボイラの燃料
に混入することができる。

【００２７】ガスタービン用燃料中の不純物は、例え
ば、ナトリウムとカリウム分の合計含有量０．５重量ｐ
ｐｍ以下及びバナジウム分含有量０．５重量ｐｐｍ以下
であり、カルシウム分も硬い析出物を生じるので０．５
重量ｐｐｍ以下が好ましく、鉛分は腐食を生じ更に腐食
防止のためのマグネシウム添加物の効果を低下させるた
めに０．５重量ｐｐｍ以下であることが好ましい。本発
明の製造方法によりこのような好ましいガスタービン用
燃料が容易に得られる。

【００２８】残分は、低温乾留による場合にはチャーで
あり、高温乾留による場合にはコークスであり、熱分解
炭化による場合にはシンターリングが起こっていないの
でほぼ石炭の形状を保ったものであり、本発明では熱分
解炭化残分という。炭種による影響が大きいが、低温乾
留によるチャーの発生量は、高温乾留によるコークスの
発生量よりも多く、熱分解炭化の場合には残分の発生量
は更に多く８００ｋｇ／ｔ石炭程度に達することがあ
る。残分には灰分が濃縮され、灰分には上記塩分、バナ
ジウム分等のタービンブレード腐食成分が濃縮される。
残分はスチームタービン用ボイラ燃料として利用でき
る。

【００２９】本発明の発電方法としては、上記ガスター
ビン用燃料をガスタービンに供給して燃焼し、燃焼によ
り発生した駆動用燃焼ガスによりガスタービンを駆動し
て発電し、上記ボイラ用燃料をスチームタービンのボイ
ラーに供給して燃焼し、発生したスチームによりスチー
ムタービンを駆動して発電する発電方法、ガスタービン
排ガスを排熱ボイラに供給してスチームを発生させ、発
生したスチームによりスチームタービンを駆動して発電
する前記発電方法、ガスタービン排ガスをボイラに供給
して再燃する前記発電方法、ガスタービン排ガスをボイ
ラに供給して、残分を空気を供給して燃焼させる前記発
電方法、ボイラの燃焼をガスタービン排ガスのみで行う
前記発電方法、排熱ボイラ排出ガスをボイラに供給する
前記発電方法などが挙げられる。

【００３０】本発明の発電装置としては、ボイラがガス
タービン排ガスを供給して残分を再燃させるボイラであ
る前記発電装置、ボイラの燃焼をガスタービン排ガスと
空気を加えて行う前記発電装置、排熱ボイラの排出ガス
をボイラに供給する前記発電装置などが挙げられる。な
お、本発明で単にボイラというときにはボイラ・スチー
ムタービンシステムのボイラを言い、廃熱回収ボイラと
区別される。

【００３１】本発明で用いられるガスタービンは公知の
開放単純サイクル形式、密閉サイクル形式、サイクル効
率を高めるためにこれらに再生器、中間冷却器、再熱器
などを目的用途に応じ適宜組み合わせた複合形式のいず
れも使用することができる。また、これらは一軸形式、
二軸形式を問わない。また、一段、多段形式を問わな
い。

【００３２】本発明で用いられるスチームタービンは公
知の種類および形式のものが目的用途に応じ適宜いずれ
も使用できる。蒸気の作動・構造・機能・用途の面から
種々分けられるが、例えば機能・用途別のタービン形式
で示すと復水タービン、抽気復水タービン、背圧タービ
ン、抽気背圧タービン、飽和蒸気タービン、混圧タービ
ンなどいずれも適宜使用できる。

【００３３】本発明では、加熱用ガスを供給して石炭を
乾留工程において乾留処理し、留出分並びに残分に分離
し、該留出分を気液分離してガス成分と液成分に分離
し、または該留出分をガス成分の一部と熱交換すること
により冷却し、分離される液成分の一部を、そのまま、
または冷却して、洗浄液として該留出分を洗浄し、ガス
成分と液成分に分離し、該ガス成分の一部を留出分、残
分、ガスタービン排ガス等と熱交換することにより加熱
し、加熱用ガスとして乾留工程に循環し、該ガス成分の
残部並びに該液成分をガスタービンに供給して燃焼し、
燃焼により発生した駆動用燃焼ガスによりガスタービン
を駆動させ発電し、ガスタービン排ガスを前記熱交換し
た後、該残分をボイラに供給、燃焼し、発生したスチー
ムによりスチームタービンを駆動させ発電する。

【００３４】本発明においては、更にまた、ガス成分と
液成分をガスタービンに供給して燃焼し、発生した駆動
用燃焼ガスによりガスタービンを駆動して発電し、ガス
タービン排ガスを別途、排熱ボイラに供給して熱回収し
スチームを発生させ、発生したスチームによりスチーム
タービンを駆動して発電し、該残分をボイラに供給して
燃焼し、発生したスチームによりスチームタービンを駆
動して発電する方法も行うことができる。さらに、排熱
ボイラ排出ガスをボイラに供給する発電方法等も組み合
わせて用いることができる。

【００３５】即ち、本発明で用いられるガスタービン−
スチームタービンコンバインド・サイクル発電方式の種
類は、排熱回収、排気助燃、排気再燃、過給ボイラ、給
水加熱方式のいずれも使用できる。排熱回収、排気助
燃、排気再燃、過給ボイラ方式が好ましい。

【００３６】ガスタービン−スチームタービンコンバイ
ンド・サイクル発電において、ガスタービン用熱量対ス
チームタービン用熱量の比率は、フル稼働時では、３０
〜６０％対７０〜４０％、好ましくは、３５〜４５％対
６５〜５５％である。従って、留出分対残分の燃料とし
て使用できる熱量の比率は上記比率に合わせられる。こ
のために、石炭としては揮発分が２０重量％以上のもの
が好ましい。

【００３７】本発明で石炭乾留の留出分、残分などを燃
料とする発電装置の燃焼排ガスは、例えば脱硝工程、電
気集塵機などの集塵工程、脱硫工程、脱炭酸工程等を経
て排気される。

【００３８】以下、本発明について図によってさらに詳
細に説明する。図１〜３では発電装置部分の主要部のみ
を示し、ポンプ、熱交換器、サイクロン、ストレーナ
ー、フィルター、貯槽、固体搬送手段、加熱用ガス発生
設備等の付属装置や排煙脱硝、脱硫、脱炭酸等の付帯設
備は一部省略した。

【００３９】図１において、石炭１が、好ましくは予め
乾燥されて、乾留装置（ここでは低温乾留の場合につい
て説明する）２に供給され、後述する加熱用ガス２０及
び必要に応じて別途燃料を燃焼して発生した追加加熱用
ガス２８により所定の温度に加熱される。加熱用ガス２
０に同伴して留出分３が得られる。乾留装置２の底部か
ら残分（ここではチャー）５が排出される。加熱用ガス
２０の温度が低い場合や乾留に要する熱量が不足する場
合には、追加加熱用ガス２８を補足的に供給することが
できる。追加加熱用ガス２８を発生させるための燃料と
しては上記石炭、留出分、ガス分、油分の一部あるいは
重質油等その他の燃料を使用することができる。

【００４０】留出分３はサイクロン（図示せず）で固形
分を除去され、気液分離器７により液成分１０とガス成
分１１に分離される。ガス成分１１の一部１４は熱交換
器１９によりガスタービン排ガス１８と熱交換すること
により加熱され、上記加熱用ガス２０として乾留装置２
に循環される。ガス成分１１の残部は，燃料ガスコンプ
レッサー１５を経由し、液成分１０とガスタービン（ガ
スタービンの本体、空気圧縮機、燃焼室、ガスタービン
用発電機からなる）１７の燃焼室に供給され、圧縮空気
（酸素富化空気でもよい）と混合し、燃焼されて、高温
高圧の駆動用燃焼ガスを発生し、駆動用燃焼ガスにより
ガスタービンを駆動し、ガスタービンの軸に取り付けら
れたガスタービン用発電機により発電する。ガスタービ
ン１７から排出されたガスタービン排ガス１８は、上記
ガス成分１１の一部と熱交換器１９により熱交換した
後、ボイラ２１に供給されて、排ガス中の残余の熱と１
０〜１５容量％の残存酸素により残分５をボイラ２１で
燃焼（即ち排気再燃）させ、発生したスチームによりス
チームタービン（スチームタービン、スチームタービン
用発電機からなる）２２により発電する。排気再燃方法
によれば、新たに空気２９（通常大気温度）を送り込む
必要がなく且つ排ガスの残余の熱を利用できるために、
コンバインド・サイクル発電の熱効率を高めることがで
きるし、排ガス処理も経済的になるので好ましい。もち
ろん、残分５は空気２９を加えて燃焼することもでき
る。上記で、ガスタービン１７から排出されたガスター
ビン排ガス１８は他の排熱回収ボイラに供給してスチー
ム発生等により熱回収してもよく、さらに、排熱ボイラ
に供給した後、排熱ボイラ排出ガスをボイラに供給して
排気再燃することもできる。また、ガスタービンは、ガ
ス成分と液成分を混合して燃焼させても、ガス成分専焼
ガスタービン、液成分専焼ガスタービンを別々に設け
て、別々に燃焼させてもよい。なお、本発明では、金属
製ガスタービンも、セラミック製ガスタービンも使用で
きる。スチームタービンには復水器２３が設けられ、負
圧の状態でスチームを凝縮させてスチームタービン排気
を復水させ、メイクアップ水と共にボイラ給水としてボ
イラ２１へリサイクルする。

【００４１】図２は、図１において気液分離器７の代り
に、ガス洗浄塔９を設けたものである。図２に示すよう
に、留出分３は熱交換器８でガス成分の一部１４により
冷却されて、ガス洗浄塔９の下部に導入され、ガス洗浄
塔９において後述する洗浄液により洗浄されて、ガス成
分１１と液成分１０に分離することができる。ガス洗浄
塔９の洗浄液には液成分１０の一部をそのまま、または
冷却器により冷却して使用し、ガス洗浄塔９の頂部に供
給して気液接触させることができる。ガス成分の一部１
４は熱交換器８により留出直後の留出分３と熱交換さ
れ、さらに熱交換器１９によりガスタービン排ガス１８
と熱交換することにより加熱され、加熱用ガス２０とし
て乾留装置２に循環される。ガス成分１１の残部は，燃
料ガスコンプレッサー１５によりガスタービン（ガスタ
ービンの本体、空気圧縮機、燃焼室、ガスタービン用発
電機からなる）１７の燃焼室に供給され燃焼される。液
成分１０はそのままガスタービン用燃料にしてもよい
が、要すればストレーナーにより固形分を除去し、分液
槽により水層を分離して油分のみをガスタービン用燃料
にしてもよい。水層はボイラ２１の燃料として加えるこ
とができる。このように処理することにより、ガスター
ビンのナトリウムとカリウム分、バナジウム分による腐
食が防止され、ガスタービンの寿命を長くすることがで
きる。なお、本発明において乾留直後の留出分とは、乾
留により発生した留出分が実質的に温度が低下していな
い留出分ということであり、サイクロン等で粉塵を除去
した後の留出分であってもよい。あるいはサイクロンは
熱交換器８の後に設けることもできる。

【００４２】図３は、図２において乾留に用いるガス成
分１１の一部を更に乾留直後の残分５と熱交換して加熱
する方法である。図３に示すように、ガス成分の一部１
４は、熱交換器８により留出分３と熱交換され、次いで
熱交換器４により残分５と接触熱交換され、さらに熱交
換器１９によりガスタービン排ガス１８と熱交換するこ
とにより加熱され、加熱用ガス２０として乾留装置２に
循環することもできる。残分５は熱交換器４によりガス
成分の一部１４と接触熱交換され、ボイラ２１の燃料と
してとして使用される。熱交換器４によるガス成分の一
部１４と残分５との接触熱交換と熱交換器１９によるガ
ス成分の一部１４とガスタービン排ガス１８との熱交換
の順序は乾留条件、ガスタービン発電条件等により適宜
変更することができる。また、加熱用ガスとして循環す
るガス成分１１の割合、追加加熱用ガスの割合等もこれ
ら条件に合わせて適宜選定することができる。このよう
にして発電することにより熱効率がより高められる。な
お、本発明において乾留直後の残分とは、乾留により発
生した残分が実質的に温度が低下していない残分という
ことである。

【００４３】このように本発明では、燃料はコンバイン
ド・サイクル発電で使用されて最大の効果があるもので
あるから、本発明による石炭を乾留処理して、留出分並
びに残分に分離する乾留装置は発電設備に併設して設け
られることが好ましい。

【００４４】本発明によれば、石炭を原料にして、乾留
により生じたガス成分及び液成分をガスタービン用燃料
に使用し、残分をボイラ用燃料に使用して発電を行い、
またガス成分の一部を高温のガスタービン排ガスと熱交
換することにより、あるいはガス成分の一部を乾留直後
の留出分及び／又は残分と熱交換した後さらに高温のガ
スタービン排ガスと熱交換することにより熱効率が向上
する。本発明によれば、全量をボイラで焚いてスチーム
タービンで発電する場合の熱効率約３８〜３９％（送電
端）に比べて、熱効率約４５〜４７％（送電端）で発電
することができ、この熱効率は石炭ガス化発電と同程度
以上の効率であって、しかもガスタービンを使用しても
腐食が起こらず、設備費が安く、原料の豊富さ、経済
性、既存設備の利用、熱効率が高いため発生単位電力当
たりの排ガス量が少なく地球環境への影響の点で極めて
有利となる。

【００４５】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。即
ち、本発明で留出物からのガス成分の一部をガスタービ
ン排ガスや乾留直後の留出分や乾留直後の残分と熱交換
して加熱する場合、温度の低いものから高いものと順番
に熱交換して、ガス成分の一部をもっとも効率よく熱交
換するものであり、乾留温度によって、熱交換する順番
が異なり、例えば１０００℃で高温乾留した場合には、
ガスタービン排ガスと熱交換後、留出分や残分と熱交換
することができるがこのような実施態様も本発明に含ま
れる。

【００４６】（実施例１）実施例１図１に示す装置を使用して、下記乾燥後石炭を乾留する
ための加熱用ガスとして、後述するガスタービン排ガス
と熱交換したガス成分の一部、及び、別途石炭を燃焼し
て得た燃焼ガスを追加加熱用ガスとして供給して、同石
炭１０００ｋｇ／ｈｒを、約１０００℃で高温乾留し、
留出分とコークスを得る。留出分は気液分離し、ガス成
分と液成分を得る。原料炭（乾燥後）水分：２重量％揮発分：３０重量％固定炭素：５１重量％灰分：１７重量％発熱量：５７８０ｋｃａｌ／ｋｇ乾留用リサイクルガス成分温度：５２０℃ 供給量：１５００Ｎm³／ｈｒ追加加熱用ガス（ガス成分の一部を燃焼して得る）温度：１１００℃ 供給量：２４００Ｎm³／ｈｒコークス生成量：５５０ｋｇ／ｈｒ揮発分：２重量％固定炭素：６７重量％灰分：３１重量％発熱量：６３００ｋｃａｌ／ｋｇガス成分新規生成量：３６８Ｎm³／ｈｒリサイクルガス成分：１５００Ｎm³／ｈｒ発熱量：５０５０ｋｃａｌ／Ｎm³ 油分生成量：５０ｋｇ／ｈｒ発熱量：９１００ｋｃａｌ／ｋｇガス成分の一部は石炭乾留用にリサイクルされ、ガス成
分の残部（新規生成量）と液成分は、ガスタービン用燃
料とし、コークスはボイラ用燃料とする。ガスタービン
排ガスは、５８５℃であり、酸素を１３容量％含んでい
る。ガスタービン排ガスはガス成分と熱交換した後、ス
チームタービン用ボイラに供給する。このガスによりコ
ークスを燃焼する。ガスタービン排ガスと熱交換し、加
熱されたガス成分の一部は前記別途製造した加熱用ガス
を追加し乾留工程に循環する。コンバインド・サイクル
発電の熱効率は４５％（送電端）である。

【００４７】（参考例）図２に示す装置を使用して、下
記の乾燥した石炭１０００ｋｇ／ｈｒを、６００℃で低
温乾留し、留出分とチャーを得る。留出分は、液成分に
より冷却洗浄し、ガス成分と液成分を得る。液成分より
分液槽により水層を分離して、油分を得る。水分：４重量％揮発分：３１重量％固定炭素：５０重量％灰分：１５重量％発熱量：６６３０ｋｃａｌ／ｋｇチャー生成量：７８０ｋｇ／ｈｒ揮発分：１１重量％固定炭素：６５重量％灰分：２４重量％発熱量：６５００ｋｃａｌ／ｋｇガス成分生成量：１８０Ｎm³／ｈｒ発熱量：６０００ｋｃａｌ／Ｎm³ 油分生成量：１１０ｋｇ／ｈｒ発熱量：９１１０ｋｃａｌ／ｋｇガス成分と油分は、ガスタービン用燃料とし、チャーと
留出分中の分離した水層はアルコール分、酸分等を含む
のでボイラ用燃料とする。ガス成分と油分をガスタービ
ンに供給して燃焼し、ガスタービン排ガスはスチームタ
ービン用ボイラに供給する。ガスタービン排ガスは、５
８０℃であり、酸素を１３容量％含んでいる。このガス
により残分を燃焼する。この結果、コンバインド・サイ
クル発電の熱効率は４５％（送電端）に達する。

【００４８】（実施例２）図２に示す装置を使用し、加
熱用ガスとして後述するガスタービン排ガスと熱交換し
たガス成分の一部、及び、別途参考例で用いた石炭を燃
焼して得た燃焼ガスを供給して、同石炭１０００ｋｇ／
ｈｒを、約６００℃で低温乾留し、留出分とチャーを得
る。留出分は、後述するガス成分の一部と熱交換した
後、液成分により冷却洗浄し、ガス成分と液成分を得
る。ガス成分の一部は乾留用ガス成分として留出分と熱
交換した後更にガスタービン排ガスと熱交換して乾留用
ガスとして使用する。ガス成分の残部はガスタービン用
燃料とする。液成分は分液槽により水層が分離され、油
分が得られガスタービン用燃料とする。前記水層及びチ
ャーはボイラ用燃料とする。乾留用リサイクルガス成分温度：５２０℃ 供給量：１５００Ｎm³／ｈｒ追加加熱用ガス（ガス成分の一部を燃焼する）供給量：１８００Ｎm³／ｈｒチャー生成量：７８０ｋｇ／ｈｒ揮発分：１１重量％固定炭素：６５重量％灰分：２４重量％発熱量：６５００ｋｃａｌ／ｋｇガス成分生成量２７０Ｎm³／ｈｒリサイクルガス成分：１５００Ｎm³／ｈｒ発熱量：４０００ｋｃａｌ／Ｎm³ 油分生成量：１１０ｋｇ／ｈｒ発熱量：９１１０ｋｃａｌ／ｋｇガスタービン排ガスは、留出分と熱交換されたガス成分
の一部と熱交換した後、スチームタービン用ボイラに供
給してチャーを燃焼する。この結果、コンバインド・サ
イクル発電の熱効率は４５％（送電端）に達する。留出
分と熱交換され、さらにガスタービン排ガスと熱交換
し、加熱されたガス成分は、前記別途製造した加熱用ガ
スを追加し乾留工程に循環する。これにより参考例に比
較して乾留用熱量が４５０００ｋｃａｌ／ｈｒ節約され
る。

【００４９】（実施例３）図２に示す装置を使用し、加
熱用ガスとして後述するガスタービン排ガスと熱交換し
たガス成分の一部を供給して、実施例２で用いた石炭１
０００ｋｇ／ｈｒを４５０℃で熱分解炭化し、留出分
と、残分チャーを得る。留出分は、後述するガス成分の
一部と熱交換した後、液成分により冷却洗浄し、ガス成
分と液成分を得る。ガス成分の一部は乾留用ガス成分と
して留出分と熱交換した後更にガスタービン排ガスと熱
交換して乾留用ガスとして使用する。ガス成分の残部は
ガスタービン用燃料とする。液成分は分液槽により水層
が分離され、分離された油分は減圧蒸留して精製留分と
残渣ピッチに分離する。乾留用リサイクルガス成分温度：５２０℃ 供給量：２２００Ｎm³／ｈｒチャー生成量：８００ｋｇ／ｈｒ揮発分：１３重量％固定炭素：６３重量％灰分：２４重量％発熱量：６５００ｋｃａｌ／ｋｇガス成分生成量：６０Ｎm³／ｈｒリサイクルガス成分：２２００Ｎm³／ｈｒ発熱量：６８５０ｋｃａｌ／Ｎm³ 油分生成量：９０ｋｇ／ｈｒ発熱量：９１１０ｋｃａｌ／ｋｇ精製留分生成量：７０ｋｇ／ｈｒ発熱量：９４００ｋｃａｌ／ｋｇピッチ生成量：２０ｋｇ／ｈｒ発熱量：８０５０ｋｃａｌ／ｋｇガス成分と精製留分は、ガスタービン用燃料とし、ガス
タービンに供給、燃焼し、発電する。留出分と熱交換さ
れたガス成分の一部は、ガスタービン排ガスと熱交換し
た後乾留工程に循環する。残分、分離した水層及び残渣
ピッチはボイラ用燃料として、空気を供給して燃焼す
る。ガス成分、液成分中のナトリウムとカリウム分の合
計及びバナジウム分はそれぞれ０．５重量ｐｐｍであ
り、タービンブレード等の腐食は生じない。この場合、
乾留のための追加加熱用のガスは不要であり、乾留のた
めに使用する熱量が大幅に節約される。

【００５０】（実施例４）実施例１と同様にして、得ら
れたガス成分と液成分は、ガスタービンに供給して燃焼
し、発電する。ガス成分の一部と熱交換したガスタービ
ン排ガスは５８０℃であり、排熱回収ボイラにより熱を
回収する。

【００５１】（実施例５）図３に示す装置を使用し（但
し熱交換を行う順番は図３と異なりガス成分の一部が最
大に加熱されるように下記の順番である）、実施例２に
おいて、留出分と熱交換されたガス成分をガスタービン
排ガスと熱交換した後、さらに乾留工程から排出された
６００℃のチャーと熱交換して前記別途製造したの加熱
用ガスを追加し乾留工程に循環した以外は実施例２と同
様に実施する。この結果、追加加熱用ガスの発生に使用
するガス分の量を４Ｎm³／ｈｒ減少させることができ
る。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、石炭を原料にして、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、これらの燃料を使用して発電することによ
り、全量をボイラで焚いてスチームタービンで発電する
場合の熱効率約３８〜３９％（送電端）に比べて、熱効
率約４５％（送電端）で発電することができ、この熱効
率は石炭ガス化発電と同程度以上の効率であって、しか
もガスタービンを使用しても腐食が起こらない。さら
に、乾留用の加熱ガスの使用量が１０００℃の高温乾留
や６００℃の低温乾留では減少し、４５０℃の熱分解炭
化では不要になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で、気液分離器で留出分をガス成分と液
成分に分離し、ガス成分の一部をガスタービン排ガスと
熱交換し加熱ガスとして循環する場合の発電装置部分の
プロセスフロー図である。

【図２】本発明で、ガス洗浄塔で留出分をガス成分と液
成分に分離し、ガス成分の一部を留出分及びガスタービ
ン排ガスと熱交換し加熱ガスとして循環する場合の発電
装置部分のプロセスフロー図である。

【図３】本発明で、ガス洗浄塔で留出分をガス成分と液
成分に分離し、ガス成分の一部を留出分、残分及びガス
タービン排ガスと熱交換し加熱ガスとして循環する場合
の発電装置部分のプロセスフロー図である。

【符号の簡単な説明】

１石炭２乾留装置３留出分４熱交換器（または冷却器）５残分７気液分離器８熱交換器９ガス洗浄塔１０液成分１１ガス成分１４ガス成分の一部１５燃料ガスコンプレッサー１６空気１７ガスタービン（ガスタービンの本体、空気圧縮
機、燃焼室、ガスタービン用発電機からなる）１８ガスタービン排ガス１９熱交換器２０加熱用ガス２１ボイラ２２スチームタービン（スチームタービン、スチーム
タービン用発電機からなる）２３復水器２８追加加熱用ガス２９空気３０供給水

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＣ１０Ｌ 5/00 Ｃ１０Ｌ 5/00 Ｆ０１Ｋ 23/10 Ｆ０１Ｋ 23/10 ＴＦ０２Ｃ 6/18 Ｆ０２Ｃ 6/18 Ａ 7/22 7/22 Ｄ 9/28 9/28 Ｃ (72)発明者牧原洋広島県広島市西区観音新町四丁目６番22 号三菱重工業株式会社広島研究所内 (56)参考文献特開平８−177522（ＪＰ，Ａ) 米国特許5255507（ＵＳ，Ａ) 国際公開97／09515（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02C 3/28,6/18,7/22,9/28 F01K 23/10 C10J 3/72 C10B 27/00 C10L 5/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱用ガスを供給して石炭を乾留工程に
おいて乾留処理し、留出分並びに残分に分離し、該留出
分をガス成分と液成分に分離し、該ガス成分の一部をガ
スタービン排ガスと熱交換することにより加熱した後、
加熱用ガスとして乾留工程に循環し、該ガス成分の残部
並びに該液成分をガスタービンに供給して燃焼させ、燃
焼により発生した駆動用燃焼ガスによりガスタービンを
駆動して発電し、ガスタービン駆動後のガスタービン排
ガスを該ガス成分の一部と熱交換し、該残分をボイラに
供給して燃焼させ、発生したスチームによりスチームタ
ービンを駆動させ発電することを特徴とする発電方法。
【請求項２】気液分離された液成分の少なくとも一部
を洗浄液に使用し、そのまま又は冷却した洗浄液により
留出分を洗浄して、ガス成分と液成分に分離し、洗浄分
離されたガス成分の一部を乾留直後の留出分と熱交換し
た後、ガスタービン排ガスと熱交換することを特徴とす
る請求項１記載の発電方法。
【請求項３】乾留直後の留出分と熱交換したガス成分
の一部を、さらに、乾留直後の残分と熱交換した後、ガ
スタービン排ガスと熱交換することを特徴とする請求項
２記載の発電方法。
【請求項４】ガス成分の一部を、乾留直後の留出分、
乾留直後の残分、及びガスタービン排ガスと熱交換する
際に、ガス成分の一部が最大に加熱される順番で熱交換
が行われることを特徴とする請求項２記載の発電方法。
【請求項５】ガスタービン排ガスをボイラに供給して
排気再燃することを特徴とする請求項１〜４のいずれか
に記載の発電方法。
【請求項６】加熱用ガスを供給して石炭を乾留処理し
て、留出分並びに残分に分離する乾留装置、該留出分を
ガス成分と液成分に分離する気液分離器、該ガス成分の
一部とガスタービン排ガスとを熱交換させる熱交換器、
該ガス成分の残部並びに該液成分を供給して燃焼させ、
燃焼により発生した燃焼ガスにより駆動されるガスター
ビン、該ガスタービンにより駆動されるガスタービン用
発電機、該残分を供給して燃焼させスチームを発生させ
るボイラ、発生したスチームにより駆動されるスチーム
タービン及びスチームタービンにより駆動されるスチー
ムタービン用発電機からなる発電装置。
【請求項７】気液分離器に代わる洗浄装置、及びガス
成分の一部を乾留直後の留出分と熱交換する熱交換器を
含んでなり、気液分離された液成分の一部を洗浄液に使
用し、そのまま又は冷却した洗浄液により留出分を洗浄
して、ガス成分と液成分に分離し、洗浄分離されたガス
成分の一部を乾留直後の留出分と熱交換した後、ガスタ
ービン排ガスと熱交換することを特徴とする請求項６記
載の発電装置。
【請求項８】ガス成分の一部を乾留直後の残分と熱交
換するための熱交換器を含んでなり、乾留直後の留出分
と熱交換したガス成分の一部を、乾留直後の残分と熱交
換することを特徴とする請求項７記載の発電装置。