[发明专利]煤气化装置、煤气化方法及煤气化复合发电系统

说明书

本发明涉及应用煤气化装置，将气化后的燃料供给燃气轮机进行发电的煤气化复合发电系统，其中主要是关于煤气化装置及煤气化方法。

作为从煤中提取能量进行发电的方式，目前最广泛使用的是将煤燃烧变换成热能，产生水蒸气再回收的方式。

与此相反，煤气化不是将煤直接燃烧，而是通过氧化剂在气化反应中变换成可燃性气体，然后将其直接供给燃气轮机或燃料电池等发电设备，变换成电能的方式。此外，这一工艺流程中产生的热量可供给蒸气轮机，从而也可变换成电能。

这种方式，与以往直接燃烧煤，产生水蒸气进行发电的方式比较，由于通过煤气直接驱动燃气轮机或燃料电池，故效率高，进而，可与蒸气轮机并用发电，所以能进一步提高效率。

基于以上理由，借助煤气化的发电系统，有望成为新一代的高效发电系统。

煤气化技术是使煤在高温下与作为氧化剂的氧，水蒸气等接触，产生由氢、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、水蒸气等组成的可燃性气体。

作为实现这种煤气化的煤气化装置，有气流层(喷流层)装置。所谓气流层，是将煤粉碎成几十微米左右的微粒，从而提高与气体接触效率的装置。由于反应速度快，该装置的气化炉内呈高温，可快速地完成反应。

此外，由于气化炉内处于高温(1400～1800℃)，可使煤中含有的灰分熔化，灰分一旦熔化，含有的有害金属被封闭于熔渣中，故有利于环境保护。因此，气流层型气化装置是既高效又利于环保的煤气化装置。

然而，由于使煤在高温(1400～1800℃)下反应，所以生成气体也处于高温。此外，在生成气体中，含有因煤不能完全起反应而残存的未反应的碳，含在煤中的灰分，以及具有腐蚀性的硫化氢、氨。如果处于1500℃以上的高温状态下，煤中的灰分也处于熔化状态(熔化后的灰分称为熔渣)，并将附着至各种设备上，故需要采取措施。

为将高温的生成气体供给燃气轮机，就目前使用的燃气轮机的结构材料而言，需要冷却至约400℃以下。

针对上述要求，提出了各种高温生成气体的冷却方案。在冷却方式中，有吸收从传热面散发的辐射热的，和利用生成气体对流的传热面进行热交换的方式。

特开昭61-228093号公报提出直接与气化炉连接设置热交换器(但并非设置在同一容器内)。

但为避免从气化炉飞散的熔渣附着在热交换器上，采用不阻挡气流，而围绕气流周围的结构来配置热交换器，即与气流平行地设置热交换器，然后，在熔渣冷却固化位置高密度地配置遮挡气流的热交换器。

在这种围绕气流的热交换器的配置方式中，使气流不会无规则流动，而能回收热量。尤其是，即使在生成气体中存在熔渣等悬浮物，由其所致的故障也并不多。但由于围绕气流设置，热交换器热交换部分的单位体积传热量减少，产生热交换器自身大型化的问题，因而，作为装置整体而言，成本将提高。

此外，由于大型化的结果，需设置多个热交换器部分，又由于与这些部分连接的部分也处于高温，因此选材，结构设计均变得复杂。尤其是气化炉气体由下而上流通时，传热部分通过连接管则自上而下流动，其结果飞散的微粒将滞留在传热部的下部，成为装置的一个问题。

特开平7-97579号公报提出，不仅以辐射还通过传热达到回收热量的目的，即设置对流传热面的方式。在这一方式中，由于可紧凑地安装多量的传热管，利于装置的小型化。然而，问题在于气流中的熔渣附着在对流传热面上，导致气体流路堵塞或形成局部高温状态。

还有将冷却用气体混合至生成气体中冷却的方式。这一方式，只要冷却用气体能很好地混合，则无需热交换器也行，但需要大量的冷却用气体来混合，因而气体总量增加，后续设置的气体处理量也将增加，其结果该设备将大型化。

上述的后续设备中包括除尘、脱硫设备等，一旦这些设备大型化，则关系到整个装置系统的大型化。

另外，还有使煤等混合至生成气体中，通过反应吸热回收热量的方式。因而这是在吸热反应时回收热量，所以可有效地提高气化效率。

但是，由于未反应的生成物混入生成气体中，对其分离回收25需要特别的装置，具体地说，需旋风分离器，过滤器等。分离这样的未反应生成物需在高温下进行，因而装置复杂。

尤其是以发电为目的时，这一分离部分的应答迟缓，其结果相对于负荷变动的气体供给量将不能保证。

本发明的目的是，提供能以低成本回收煤气化反应所产生的热量，从而减少后续设备负担的煤气化装置及煤气化方法，以及提供使用上述煤气化装置的煤气化复合发电系统。

为达到上述目的，本发明的要点如下。