成果報告書詳細
管理番号20140000000587
タイトル平成25年度成果報告書 ゼロエミッション石炭火力基盤技術 次世代高効率石炭ガス化技術最適化調査研究 次世代高効率石炭ガス化技術に関する検討
公開日2014/8/21
報告書年度2013 - 2013
委託先名一般財団法人電力中央研究所 一般財団法人エネルギー総合工学研究所
プロジェクト番号P07021
部署名環境部
和文要約件名:平成25年度成果報告書 ゼロエミッション石炭火力基盤技術 次世代高効率石炭ガス化技術最適化調査研究 「次世代高効率石炭ガス化技術に関する検討」
高効率石炭火力発電として期待されている石炭ガス化複合発電(IGCC)の次世代技術として、ガスタービン排熱で作る水蒸気を低温ガス化に利用し、ガス化効率の向上により更なる高効率化を目指す次世代高効率IGCCの概念が提唱されている。本調査研究では、次世代高効率IGCCのコンセプトに対し、技術的に確立した噴流床ガス化を適用したときの熱効率向上の見通しを検討するとともに、世界で開発されている低温ガス化技術の動向調査や、所内動力を低減可能とする高効率酸素製造技術の動向調査を実施した。
噴流床ガス化炉に水蒸気を添加したときのガス化炉性能への影響と、IGCCシステムの熱効率を評価した。まず、ガス化反応速度と物質収支および熱収支を考慮した一次元数値解析手法を用い、二段噴流床方式および一段噴流床方式のガス化炉を対象にガス化炉性能を見積もったところ、いずれの炉形式でも、水蒸気を添加することにより酸素比を低減でき、冷ガス効率が向上する運転条件があることを見いだした。次に、冷ガス効率が向上したガス化条件に対し、IGCCシステム全体の性能解析を実施したところ、ガス化炉への水蒸気添加量の増加により、冷ガス効率が上昇するためガスタービン出力が向上する一方で、水蒸気の一部をガス化剤として抽気するため蒸気タービン出力は減少した。送電端効率としては向上する条件がある可能性を見いだしたが、機器の概念設計も含めた詳細検討が必要である。
世界で開発されている低温ガス化技術の最新動向として、米国Southern Company社のKemper IGCCについて、循環流動床をベースとしたTRIG技術(ガス化温度930-1,100℃)の建設状況を調査した。更にバブリング流動床の中国SES社U-Gas炉(同950-1,100℃)を調査すると共に、触媒ガス化(同600-700℃)についても文献調査したところ、実用段階にある流動床ガス化炉は、タールの発生を回避するため比較的高い温度で運転していた。噴流床ガス化と比較するためには、IGCCとしての運用性・保守性について十分な実績を挙げる必要がある。
IGCCの所内動力の大半を占める酸素製造について、従来の深冷分離法よりも低い酸素製造原単位が期待される高温酸素透過膜を用いた酸素製造技術の開発動向を調査した。調査結果に基づいて酸素製造システム単体の性能解析を実施したところ、システムの組み方により酸素製造動力原単位が異なる結果となった。高温酸素透過膜を用いた酸素製造技術の優位性は、酸素製造動力原単位で評価することはできず、IGCCシステムとのインテグレーションを検討し、所内率によって評価する必要があると言える。
英文要約Title: Research on advanced high efficiency coal gasification technology (FY2013); Final Report
The integrated coal gasification combined cycle (IGCC) plant is expected as a next-generation high-efficiency coal-fired power plant, and the concept of the advanced IGCC (A-IGCC) system, which generates steam by heat recovery of gas turbine exhaust and use a part of the steam for low-temperature gasification to improve the thermal efficiency, has been proposed as a future technology. In this research, the prospect of the improvement of thermal efficiency was discussed, applying the existing high-temperature entrained-flow gasification technology to the concept of A-IGCC. The development trend of low-temperature gasification technologies in the world was also investigated. And the trend of high-efficiency air separation technologies was also investigated, because they were expected to reduce an auxiliary load for an air separation unit (ASU).
In order to evaluate the influence of supplying steam to entrained-flow gasifiers, the gasification performance was predicted using a one-dimensional numerical-analysis technique which calculated heat and material balance with gasification reaction rates. As a result, the operating condition to reduce oxygen ratio and improve cold gas efficiency with steam supply was found. System analysis of the IGCC systems was also conducted in the gasification conditions whose cold gas efficiency improved by supplying steam to entrained-flow gasifiers. As a result, the gas turbine output increased and the steam turbine output decreased by the increase in steam supply to the gasifier. The operating condition which could improve the net power output was found, but it should be necessary to study details including concept design of utilities.
To investigate the latest trend of low-temperature gasification technologies, the construction site of Kemper IGCC with TRIG technology of Southern Company in the US. The hearing survey of U-Gas technology of SES in China was also conducted, and literatures on catalyst gasification were reviewed. In these developed fluidized-bed gasification technologies, a gasifier is operated at comparatively high temperature to prevent tar forming, and therefore low-temperature gasification is hardly actualized.
Since IGCC system required large amount of auxiliary load to separate oxygen form air, the development trend of high-temperature oxygen transport membrane technology was investigated and the system analysis of the ASU with the membrane was conducted. It was found that the integration with an IGCC system was necessary to evaluate the advantage of the oxygen transport membrane technology.
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