[发明专利]碳系燃料的气化发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及将煤、生物物质、重油等的碳系燃料气化而生成以一氧化碳和氢气为主要成分的气体，并以该生成气体作为燃料在燃气轮机中发电的碳系燃料的气化发电系统。

背景技术

作为以天然气为燃料的发电系统，存在在锅炉(boiler)中完全燃烧天然气，利用与所得燃烧气体的间接热交换而制造水蒸汽，并通过蒸汽轮机进行发电的系统，以及在燃气轮机燃烧器中燃烧天然气，并利用燃烧气体直接驱动燃气轮机的方法。

通过使用锅炉的间接热交换得到的水蒸汽的温度最高也只是700℃左右，与此相对，在燃气轮机燃烧器中所得的燃烧气体能够是其2倍以上的高温，因此，使用燃气轮机的发电系统提高发电效率的可能性大。

在使用燃气轮机的发电系统中，通过与驱动燃气轮机后的废气之间的间接热交换来制造水蒸汽，利用所得的水蒸汽驱动蒸汽轮机，而进行复合发电，由此可实现高效率化。

此外，考虑了一种系统，其不使用蒸汽轮机，将水与燃烧用空气混合，利用与燃气轮机废气之间的间接热交换使含有该水的空气升温，通过燃气轮机发电来回收燃气轮机废气具有的能量，由此，不使用蒸汽轮机也可实现与复合发电同等的发电效率。

该系统被称为湿空气透平系统（humid air turbine system)，部分负载中的发电效率高于复合发电，此外，可以比复合发电更高速地进行负载随动。

在将煤、生物物质等碳系燃料作为燃料的发电系统中，在气化炉中将碳系燃料气化而作为以一氧化碳和氢气为主要成分的生成气体，除去生成气体中的微粒、硫化物，由此能够应用使用了与天然气一样的燃气轮机的发电系统，还考虑了通过燃气轮机和蒸汽轮机来进行复合发电的系统、通过利用高湿空气的燃气轮机进行发电的系统。

如上述，利用高湿空气的燃气轮机具有部分负载中的发电效率比复合发电高，且负载随动速度快的优点，但是在将碳系燃料气化而用作燃料的情况下，则需要在将气化炉中的发热转换为电力上下功夫。

碳系燃料的发热量中的70-80%被转换为生成气体中的一氧化碳、氢气等可燃成分的发热量，而所述发热量的20-30%被转换为生成气体的显热(1300℃左右)，因此，在使用复合发电的情况下，能够将该显热作为水蒸汽进行回收，并驱动蒸汽轮机而转换为电力。

与此相对，在使用利用高湿空气的燃气轮机的情况下，由于没有蒸汽轮机，因此，即使作为水蒸汽进行回收，也不能转换为电力。

因此，例如在日本特开2001-115854号公报中公开了一种技术，其涉及通过对煤气喷射液态而成为水蒸汽，将煤气的热转换为水蒸汽的显热和潜热，并供给至燃气轮机的气化发电设备。

在该技术中，在气化炉与燃气轮机之间设置有使用吸收液的湿式脱硫装置时，则直到湿式脱硫装置之前，生成气体的温度必须下降至约40℃，因此，生成气体中附带的水蒸汽发生冷凝，不能将水蒸汽中带有的能量传递至燃气轮机。

因此，在设置于气化炉与燃气轮机之间的主要除去硫化氢的除杂质装置中，应用干式法，该干式法使用在水蒸汽不发生冷凝的300℃以上的温度下吸附硫化氢等的吸附剂。

此外，在日本特开2000-213371号公报中公开了一种技术，其中，“在将气化炉中气化的生成气体供给至燃气轮机燃烧器而使其燃烧的同时，将燃烧用的空气加湿，利用燃气轮机废气来加热该加湿的空气，并使其供给至所述燃气轮机燃烧器，来回收燃气轮机废气所带的能量的燃气轮机发电系统中，”气化炉与燃气轮机之间未设置脱硫装置，而在燃气轮机下游设置脱硫装置，来抑制向大气中排放硫化物。

专利文献1：日本特开2001-115854号公报

专利文献2：日本特开2000-213371号公报

发明内容

例如，在日本特开2001-115854号公报中记载的技术中，作为将碳系燃料气化而作为燃料供给至利用高湿空气的燃气轮机来进行发电的技术，在气化炉与燃气轮机之间设置有在高温下动作的使用吸附剂的干式脱硫装置作为除杂质装置。

然而，在上述技术中，作为干式脱硫装置需要设置2个填充有吸附剂的吸附塔，一个吸附塔中使生成气体流通来吸附硫化氢等，在此期间，在另一吸附塔中使温度比生成气体的温度高100℃左右的高温再生气体流通，从所述另一吸附塔中填充的吸附剂中解吸被吸附的硫化氢等。