石炭ガス化の実用化のため、平成 19 年 9 月より実証試験を開始。
さまざまな初期トラブルを経験したが、全体としてはほぼ順調に推移し、5 年半の実証試験を
通して全ての試験項目を完了させるとともに、商用機設計に必要なデータは全て得られたでつ。
ということで…
平成 25 年 3 月末をもって実証試験は終了することになったでつ。
研究設備は研究の終了とともに解体するのが通常だけど、昨今の電力不足で
25 万ｋW は貴重な供給力として活用できること、また IGCC 設備を運転し続けることにより
今後も貴重な知見が得られることから、平成 25 年 4 月以降は、常磐共同火力㈱に設備を
引き取っていただき、商用設備として運転を継続してたでつが、実施機が完成したので
実証機は令和になって卒業したでつ。
改めて実証機の実績を振り返ると…
空気吹き IGCC の特徴、実証試験の概要、実証試験の成果と評価等を記載すると…
空気吹き IGCC の特徴は、石炭ガス化の歴史は化学工業分野ではかなり古く、アンモニア製造、
メタノール製造、ガソリン合成等に広く実用化されている。欧米で開発が進んでいる IGCC の
ガス化炉は全て化学工業用のガス化炉を転用したものであり、酸素吹き方式である。
化学工業の世界では、製品の純度が最も重要視されるため不純物としての窒素の混じらない
酸素吹き方式を使用してきたでつ。
発電用途に使用した場合には、酸素製造に多くの動力を使用してしまうため、
送電端の発電効率るでつ。
そこで、日本で開発を進める IGCC は、欧米に比べて約 10 年遅れたものの、
より高い送電端効率が得られる空気吹きガス化方式を採用することとし、国からの補助も
受けながらその開発を続けてきたでつ。
空気吹き IGCC による発電効率の向は、ガスタービンの燃焼温度が
高くなるほど、発電効率は上昇していくことがわかる。
すでに LNG を燃料とする複合発電（コンバインドサイクル）では、1500℃級が多数稼動して、
1600℃級も試運転が開始され、1700℃級も研究開発中と言う。
LNG で開発が進んでいるこれらのガスタービンを IGCC に適用することにより、
商用段階では 50％に近い送電端効率（LHV ベース）での発電が可能。
空気吹き IGCC 実証試験の概要は、まずは 実証試験の位置づけでつ。
空気吹き IGCC の開発は、昭和 58 年に 2ｔ/日規模の小型ガス化炉試験からスタート。
平成3～8 年度には 200ｔ/日規模のパイロットプラント試験が、IGC 研究組合のもと、
国から 90％の補助を受けて実施。
本実証試験はこれらの成果を踏まえて、長年進めてきた空気吹き IGCC技術開発の
最終段階として行われ、IGCC の実用性を確認するとともに、商用機設計に必要な
全てのデータを取得することが目的。
商用機にとって必要な、信頼性、環境性、高効率、炭種適合性、経済性、
運用性の各項目に対して目標を定め、これをクリアできるかでつ。
試験場所は、空気吹き IGCC の実証試験は、平成 19 年 9 より実施。
勿来発電所は、主に石炭を燃料とする４ユニット合計 162.5 万ｋＷの発電所であり、
石炭設備、送電線等のインフラが整っていることからこの地を選定。
IGCC 実証機は海外からは「勿来 IGCC」の名前で知られているでつ。
実証機の出力は、商用機出力の半分の 25 万ｋＷとするため、ガスタービンの燃焼温度は
1200℃級を採用。
D型でつなぁ～
このため目標送電端効率を 4０%。
ただし、商用段階においては 1400℃～1500℃級ガスタービンを採用することにより
出力 50～60 万ｋW、送電端効率48％～50％が達成できる見込。
各設備の特徴について簡単は…
まずは、ガス化炉の特徴は、二室二段噴流床方式の採用。
ガス化炉においては、ガスタービンの燃焼に必要な石炭ガス化ガスのカロリーを確保しつつ、
ガス化炉内で灰を溶融させて円滑に排出するという二つの機能が求められるでつ。
これらを達成するためにはガス化炉内を高温に保つ必要があるが、空気吹きのガス化炉は、
酸素吹きに比べて大量の窒素が存在するため炉内温度が上がり難く、技術的難度が高い。
この課題を解決するため、ガス化炉を燃焼室（コンバスター）とガス化室（リダクター）を
分けた二室二段噴流床方式を採用。
乾式給炭、窒素加圧、高濃度搬送方式の採用を採用したでつ。
ガス化炉は 30 気圧近い高圧であり、ここに粉体である石炭（微粉炭）を投入する必要。
微粉炭は安全性を考慮して窒素で加圧することとし、また窒素のガス化炉への投入量を
極力少なくするため、高濃度搬送方式を採用。
このため窒素を製造するための深冷分離タイプの空気分離装置を有しているでつが、
酸素吹き IGCC に比べて ASU 容量は非常に小さい。
なお、同時に発生する酸素についてはガス化の補助剤として空気に混ぜて使用。
セルフコーティング方式の採用は、コンバスター内部は石炭灰が溶融・流下する高温と
なるでつが、耐火材は用いず、溶けた石炭灰（スラグ）が旋回流によって
炉壁（水冷壁）に付着して炉壁を高温の輻射から保護するセルフコーティング方式を採用。
チャーリサイクル方式の採用は、ガス化炉内では石炭は部分燃焼するため、
石炭ガス中には未燃炭素と石炭灰の混合物（これをチャーと呼んでいる。）が含まれるため、
これをポーラスフィルタで分離し、再びガス化炉に戻すチャーリサイクル方式を採用。
これにより、石炭中の炭素分は 99.9％以上ガス化することができ、またガス化炉の炉底から
排出される溶融スラグ中の残留炭素分は 0.1％以下。
スラグ流下の監視は、ガス化炉の安定運転上、ガス化炉のコンバスターから安定して
溶融スラグが落下することが重要。
中央操作室においてスラグの流下状況が映像により常時監視でつ。
さらに画像監視できなくなった場合を考え、流下音による監視も可能。
ガス精製設備の特徴は、ガス精製設備としては薬液を用いる湿式ガス精製方式を採用。
石炭ガス中には、硫化水素H2S、アンモニア NH3、塩化水素 HCl 等の不純物を含むでつが、
アンモニア NH3 と塩化水素HCl は水洗浄により、硫化水素 H2S はアミン吸収液に吸収させ、
ガスタービンの上流側で除去。
これによってガスタービンを保護するとともに、クリーンな大気環境を実現。
なお、除去した硫黄分は石膏に変換し、有効利用。
複合発電設備の特徴は、ＬＮＧを燃料とする複合発電設備は、既に多数稼動しており、
実績のあるシステム。
LNG の発熱量が約 13,000kcal/kg であるのに対し、空気吹きガス化炉から発生する石炭ガスの
発熱量はその 1/10 程度と低く、ガスタービンの燃焼器のタイプは異なるでつが、
それ以外のシステムは基本的には同じ。
石炭ガス化ガスは低発熱量ではあるでつが、ガスタービンで燃焼させる上では全く問題なく、
むしろ発生するサーマル NOx の濃度が低くなるため、LNG の燃焼器に比べてよりシンプルな
拡散型の燃焼器が適用可能。
インテグレーションは、IGCC は、ガス化炉、ガス精製、複合発電の大きく三つの設備から
構成される。
相互の空気や蒸気のやりとり（インテグレーション）の仕方で、得られる発電効率が
変わってくるでつ。
勿来IGCC では、・ 石炭ガス化用の空気は、ガスタービンの空気圧縮機より抽気し、
さらに抽気空気圧縮機で必要圧力まで昇圧して使用、ガス化炉の熱交換器で発生する蒸気は、
蒸気タービンの駆動力として使用、石炭の乾燥熱源として排熱回収ボイラ（HRSG）の
高温排ガスを使用等のインテグレーションをかけて、送電端効率の向上。
実証試験の成果と評価は、平成 19 年 9 月のガス化炉点火をもって実証試験をスタートさせ、
半年後の平成 20 年 3 月には定格出力 250ＭＷ運転を達成、１年後の平成 20 年 9 月には
2,000 時間連続運転を達成し、平成 21 年 6月～平成 22 年 6 月には 5,000 時間耐久運転試験を
実施。
この時点で国が設定した試験項目とその目標を全てクリアしたため、国の補助事業としては
ここで終。
その後は、さらに信頼性、炭種適合性、経済性の向上を目指し、9 電力会社、
電源開発(株)、(財)電力中央研究所の負担で実証試験を継続。
各試験で得られた成果および評価は、 発電効率の評価として、
目標の送電端効率は 42％（LHV ベース）であったが、性能試験においては
42.4～42.9％の送電端効率が得られ、目標達成。
環境特性の評価は、 大気環境特性として、煙突出口の SOx 濃度 8ppm、NOx 濃度 5ppm、
ばいじん濃度 4mg/m3Nの目標を掲げたでつが、性能試験結果にも示すとおり、
これらは実証試験開始半年後の定格出力運転においてクリア。
運用性の評価は、IGCC は石炭火力であることからベースロードでの運用が想定。
ミドルロード運用も想定し、通常との火力発電設備と同等の運用性を目標。
例えば、実績として起動時間 15 時間、最低負荷 36％、負荷変化速度 3％/分等、
既存の火力発電設備と同等の運用性を確認。
また、大気以外の、水質、騒音、振動等の環境特性についても、すべてクリアは…
信頼性の評価は、信頼性については、日本では夏場に電力需要が高いことから、
少なくとも夏場の 3 か月間に相する 2000 時間はノンストップで運転できることを目標。
そして実証試験開始１年後に2,039 時間の連続運転を達成したけど、トラブルも…
その後、東日本大震災被災後の平成 24 年度には 2,238 時間の連続運転を達成しているでつが、
現時点では…
連続運転時間に対して大きな制限要因がある訳では無いので、今後の運転継続の中で、
さらに連続運転時間延長は厳しい…
耐久性の評価は、耐久性に関しては、5,000 時間運転後に設備を開放点検し、
各設備に重大な損傷の無いことを実証試験の目標。
5,000 時間耐久運転試験は、平成 21 年 6 月にスタートし、この頃様々な
初期トラブルに見舞われ、何度かプラント停止に至ったものの、丁度１年後の
平成 22 年 6 月に運転時間が 5,000 時間に到達。
その後設備開放点検の結果、設備の重大な損傷はなく、
長時間運転に対する耐久性が確認。
さらに、平成 23 年 3 月 11 日の東日本大震災で、震度 6 弱の地震で設備が揺すられ、
その後の津波で設備全体が 1.3～2.0ｍの海水に水没し、甚大な被害を受けたでつ。
地震時には、タービンの振動大により設備が安全に自動停止できたこと、
また地震・津波による設備の被害は甚大であったが、約 4 か月の期間で設備復旧できたことから、
図らずも設備の地震・津波に対する耐久性があることも実証。
炭種適合性の評価は、
IGCC 実証機の設計炭は、中国の神華炭。
神華炭に対しては想定通りの安定運転を確認できた後、
米国、インドネシアの亜瀝青炭、インドネシア、コロンビア、ロシア、カナダの瀝青炭、
全９炭種についてガス化試験。
なお、IGCC に向いた石炭は、燃料比が低く、灰融点の低い石炭であり、微粉炭火力に
向いた石炭とは異なるでつ。
燃料比が低い石炭とは、揮発分の多いガス化し易い石炭であり、亜瀝青炭等の炭化度の
進んでいない若い石炭に多い。
また灰融点の低い石炭が IGCC に向くのは、IGCC はガス化炉内で灰を溶融して排出する
ためであり、微粉炭火力に向いた石炭とは正反対。
試験炭は主として IGCC に向いた石炭から選定し、いずれの試験炭もガス化可能なことは確認。
炭種が変わると様々な事象が発生し、安定運転のためには様々な対応が必要となることも判明。
概要は…
亜瀝青炭（高水分炭）対応は、亜瀝青炭のガス化自体は良好であったが、
亜瀝青炭は水分が多いため、微粉炭機の乾燥能力の制約、石炭ガス組成が若干変化することに
よるガス精製設備の一部設備の容量制約、排水量が増えるための排水処理設備の容量制約が発生。
このため亜瀝青炭専焼での運転出力は、炭種によって 60～80％に制約。
実証機においては、神華炭をベースに設計したためにこのような制約が発生。
商用機においては実証機の各種試験結果を反映して適切に設計を行えば、
亜瀝青炭の定格負荷専焼運転も可能。
灰溶融点炭の高い石炭への対応は、IGCC では石炭灰は溶融させてスラグとして排出するため、
灰溶融温度の低い石炭の方が扱いやすいでつ。
設計炭では灰流動点 1,400℃程度以下を想定。
実証機ではこれを超える石炭に対しては、灰流動点の低い石炭との混炭等の対応が必要。
石炭灰の溶融温度は、フラックス（石灰石等のカルシウム）を添加することにより
下げることができ、パイロットプラント試験の段階で確認済。
商用機においてはフラックス添加設備を設置して高灰溶融点炭を専焼する選択肢もあり。
SGC 熱交換器の詰まり対応は、ガス化炉の出口には SGC 熱交換器（シンガスクーラー）が設置。
1,100℃程度の石炭ガスから熱を吸収して蒸気を発生。
SGC 熱交換器の入口部の伝熱管上にチャーが堆積し、このチャーを一定時間以上
放置しておくと焼結を起こして詰まる可能性があるでつ。
高圧除媒装置により定期的にチャーを取り除くでつ。
実証試験の結果、石炭の種類によっては比較的短時間で焼結が起こり、
SGC 入口部が閉塞傾向となることが判明。
SGC 入口部で出来るだけチャーの溜まらない構造にすること、および高圧除媒の頻度を
上げることにより対応可能なことが判明。
商用機においては適切な設計を行い様々な石炭に対して対応可能。
石炭灰の処理は、IGCC では石炭灰はガス化炉内で溶融スラグとなり、
水で急冷することにより砕け、ガラス質の水砕スラグの形で排出。
実証機においては、セメント原料と道路の路盤材として 100％有効利用。
実証試験の中で、スラグはアスファルトの骨材やコンクリートの骨材に使用できることも確認。
商用段階でスラグ排出量が増えた場合には、このような用途への有効利用も可能。
ただし利用拡大のためには、IGCC スラグの JIS 化等の対応が必要。
なお、商用段階での IGCC からのスラグ発生量は、従来型微粉炭火力のフライアッシュに
比べて容積は半分。
石炭灰が溶融することにより体積が小さくなることと、発電効率が２割向上することにより
石炭灰発生量そのものが少なくなるため。
また、IGCC スラグはガラス質となっているため、含まれている微量成分が
溶出しないという環境優位性ないでつ。
実証機での経験を踏まえた商用機反映事項としては、 初期トラブル対策の反映でつなぁ～
初期トラブルは、平成 21 年 6 月から 1 年間実施した 5,000 時間耐久運転試験の時に
多く発生。
初期トラブルは、ガス化炉、ガス精製、ガスタービンと言った主要設備ではなく、
付属設備に多く発生。
この時に実施した対策の妥当性を確認するため、対策実施後に 2 年間運転を継続。
2 年間の延長運転の中で、特にその後の運転上の問題は認められず、対策の妥当性が確認。
生成ガス配管の適正な材料選択として、ガス化炉 SGC 熱交換器出口からガス精製設備に
至る生成ガス配管は、生成ガス中の硫黄分による高温硫化腐食が厳しい環境であるでつが、
実証機においては、ある程度の腐食は許容して低合金鋼を採用。
腐食速度はほぼ想定通りであったが、発生した錆がガス精製設備内に蓄積し、
あるいはガスタービン入口のストレーナを閉塞させ、これに伴う運転制約あるいは
プラント停止を幾度か経験。
商用機においては生成ガス配管にステンレス系の材料を採用すれば、この問題は解消。
生成ガス配管の摩耗対策は、生成ガス配管を流れる石炭ガス中には
チャー（未燃炭素とフライアッシュの混合物）が含まれているでつ。
チャーには摩耗性があり、温度計の挿入部、あるいは配管の曲り部分で摩耗による
穴あきを経験。
配管の曲り部分については、耐摩耗材料を使用していたが施工範囲が狭かったため、
施工範囲外で摩耗を起こしたでつ。
これらの経験を踏まえ、商用機では適切な摩耗対策を行うでつ。
炭種適合設計は、前述の通り、商用機において高水分炭を焚く場合には、
微粉炭機の乾燥能力を強化するとともに、ガス精製設備、排水処理設備の容量を
適正に設計。
また、SGC 熱交換器の入口部は、伝熱管の適正配置、高圧除媒装置の適正化等を行い、
どのような炭種を焚いてもチャー焼結による詰まりが発生しないよう対策。
設備の簡素化も重要。
実証機においては、ガス化炉のスラグ排出部にスラグの塊を粉砕するための
ロールクラッシャーが設置されていたり、またガス化炉のガス化室には壁面をきれいに
するためのすす吹き装置（デスラッガ）を設置されていたでつが、
これらは使用しなくても安定運転が可能であったことから、商用機のおいては省略可能。
また、SGC 熱交換器内の伝熱管は、形状変更することにより、チャー溜まりを
少なくするとともに、SGC 熱交換器を大幅に小型化できることが判明。
商用機においては、これら対策を実施することにより、設備のコンパクト化かつ
コストダウンを進める計画。
実証機の商用転用後の運用計画は、IGCC 実証試験は平成 25 年 3 月末に終了し、
平成 25 年 4 月 1 日以降は、実証機の 25 万ｋW を電力供給力として活用すること、
また運転継続により IGCC 技術をさらに成熟化させていくという二つの目的から、
常磐共同火力㈱に設備を引き取っていただき、商用設備として運転を継続。
商用転用の手続きについては、IGCC 実証機の電気事業法上の位置づけは
「自家用電気工作物」であり、商用転用後も位置づけは変わらないことから、
電気事業法上は、㈱クリーンコールパワー研究所から常磐共同火力㈱への設備承継の
手続きを行うのみ。
なお、実証機は国からの補助金を受けて建設していることから、商用転用の手続きを行い、
補助金の一部を国庫納付。
常磐共同火力への移管形態は、㈱クリーンコールパワー研究所は常磐共同火力㈱に
吸収合併されて消滅し、常磐共同火力が存続会社として設備を引き取り、
常磐共同火力の 10 号機として商用運転。
10 年間を目途にベースロード運用を基本に、商用設備として運転いく計画。
実証機での成果やトラブルが全く活かされてない商用機。
地球温暖化、３R、脱炭素、再生化という時代の流れを読めず、
税金の無駄使いに終わりそうでつ。
ごみのガス化溶融炉、固形燃料化と同じ忘れさられた設備になるでつ。
プラント内は、危険区域もあって、そりが街中にある。
無用の長物でつなぁ～
だけど街の真ん中に、発電所内に危険区域があるのは、怖いなぁ～
しかもガス化は微量の放射能も出るとかで、周辺毎日測定しないといけない気がするけど…
まぁ～無炭素化と逆行する石炭ガス化の先は全くないでつなぁ～
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さまざまな初期トラブルを経験したが、全体としてはほぼ順調に推移し、5 年半の実証試験を
通して全ての試験項目を完了させるとともに、商用機設計に必要なデータは全て得られたでつ。
ということで…
平成 25 年 3 月末をもって実証試験は終了することになったでつ。
研究設備は研究の終了とともに解体するのが通常だけど、昨今の電力不足で
25 万ｋW は貴重な供給力として活用できること、また IGCC 設備を運転し続けることにより
今後も貴重な知見が得られることから、平成 25 年 4 月以降は、常磐共同火力㈱に設備を
引き取っていただき、商用設備として運転を継続してたでつが、実施機が完成したので
実証機は令和になって卒業したでつ。
改めて実証機の実績を振り返ると…
空気吹き IGCC の特徴、実証試験の概要、実証試験の成果と評価等を記載すると…
空気吹き IGCC の特徴は、石炭ガス化の歴史は化学工業分野ではかなり古く、アンモニア製造、
メタノール製造、ガソリン合成等に広く実用化されている。欧米で開発が進んでいる IGCC の
ガス化炉は全て化学工業用のガス化炉を転用したものであり、酸素吹き方式である。
化学工業の世界では、製品の純度が最も重要視されるため不純物としての窒素の混じらない
酸素吹き方式を使用してきたでつ。
発電用途に使用した場合には、酸素製造に多くの動力を使用してしまうため、
送電端の発電効率るでつ。
そこで、日本で開発を進める IGCC は、欧米に比べて約 10 年遅れたものの、
より高い送電端効率が得られる空気吹きガス化方式を採用することとし、国からの補助も
受けながらその開発を続けてきたでつ。
空気吹き IGCC による発電効率の向は、ガスタービンの燃焼温度が
高くなるほど、発電効率は上昇していくことがわかる。
すでに LNG を燃料とする複合発電（コンバインドサイクル）では、1500℃級が多数稼動して、
1600℃級も試運転が開始され、1700℃級も研究開発中と言う。
LNG で開発が進んでいるこれらのガスタービンを IGCC に適用することにより、
商用段階では 50％に近い送電端効率（LHV ベース）での発電が可能。
空気吹き IGCC 実証試験の概要は、まずは 実証試験の位置づけでつ。
空気吹き IGCC の開発は、昭和 58 年に 2ｔ/日規模の小型ガス化炉試験からスタート。
平成3～8 年度には 200ｔ/日規模のパイロットプラント試験が、IGC 研究組合のもと、
国から 90％の補助を受けて実施。
本実証試験はこれらの成果を踏まえて、長年進めてきた空気吹き IGCC技術開発の
最終段階として行われ、IGCC の実用性を確認するとともに、商用機設計に必要な
全てのデータを取得することが目的。
商用機にとって必要な、信頼性、環境性、高効率、炭種適合性、経済性、
運用性の各項目に対して目標を定め、これをクリアできるかでつ。
試験場所は、空気吹き IGCC の実証試験は、平成 19 年 9 より実施。
勿来発電所は、主に石炭を燃料とする４ユニット合計 162.5 万ｋＷの発電所であり、
石炭設備、送電線等のインフラが整っていることからこの地を選定。
IGCC 実証機は海外からは「勿来 IGCC」の名前で知られているでつ。
実証機の出力は、商用機出力の半分の 25 万ｋＷとするため、ガスタービンの燃焼温度は
1200℃級を採用。
D型でつなぁ～
このため目標送電端効率を 4０%。
ただし、商用段階においては 1400℃～1500℃級ガスタービンを採用することにより
出力 50～60 万ｋW、送電端効率48％～50％が達成できる見込。
各設備の特徴について簡単は…
まずは、ガス化炉の特徴は、二室二段噴流床方式の採用。
ガス化炉においては、ガスタービンの燃焼に必要な石炭ガス化ガスのカロリーを確保しつつ、
ガス化炉内で灰を溶融させて円滑に排出するという二つの機能が求められるでつ。
これらを達成するためにはガス化炉内を高温に保つ必要があるが、空気吹きのガス化炉は、
酸素吹きに比べて大量の窒素が存在するため炉内温度が上がり難く、技術的難度が高い。
この課題を解決するため、ガス化炉を燃焼室（コンバスター）とガス化室（リダクター）を
分けた二室二段噴流床方式を採用。
乾式給炭、窒素加圧、高濃度搬送方式の採用を採用したでつ。
ガス化炉は 30 気圧近い高圧であり、ここに粉体である石炭（微粉炭）を投入する必要。
微粉炭は安全性を考慮して窒素で加圧することとし、また窒素のガス化炉への投入量を
極力少なくするため、高濃度搬送方式を採用。
このため窒素を製造するための深冷分離タイプの空気分離装置を有しているでつが、
酸素吹き IGCC に比べて ASU 容量は非常に小さい。
なお、同時に発生する酸素についてはガス化の補助剤として空気に混ぜて使用。
セルフコーティング方式の採用は、コンバスター内部は石炭灰が溶融・流下する高温と
なるでつが、耐火材は用いず、溶けた石炭灰（スラグ）が旋回流によって
炉壁（水冷壁）に付着して炉壁を高温の輻射から保護するセルフコーティング方式を採用。
チャーリサイクル方式の採用は、ガス化炉内では石炭は部分燃焼するため、
石炭ガス中には未燃炭素と石炭灰の混合物（これをチャーと呼んでいる。）が含まれるため、
これをポーラスフィルタで分離し、再びガス化炉に戻すチャーリサイクル方式を採用。
これにより、石炭中の炭素分は 99.9％以上ガス化することができ、またガス化炉の炉底から
排出される溶融スラグ中の残留炭素分は 0.1％以下。
スラグ流下の監視は、ガス化炉の安定運転上、ガス化炉のコンバスターから安定して
溶融スラグが落下することが重要。
中央操作室においてスラグの流下状況が映像により常時監視でつ。
さらに画像監視できなくなった場合を考え、流下音による監視も可能。
ガス精製設備の特徴は、ガス精製設備としては薬液を用いる湿式ガス精製方式を採用。
石炭ガス中には、硫化水素H2S、アンモニア NH3、塩化水素 HCl 等の不純物を含むでつが、
アンモニア NH3 と塩化水素HCl は水洗浄により、硫化水素 H2S はアミン吸収液に吸収させ、
ガスタービンの上流側で除去。
これによってガスタービンを保護するとともに、クリーンな大気環境を実現。
なお、除去した硫黄分は石膏に変換し、有効利用。
複合発電設備の特徴は、ＬＮＧを燃料とする複合発電設備は、既に多数稼動しており、
実績のあるシステム。
LNG の発熱量が約 13,000kcal/kg であるのに対し、空気吹きガス化炉から発生する石炭ガスの
発熱量はその 1/10 程度と低く、ガスタービンの燃焼器のタイプは異なるでつが、
それ以外のシステムは基本的には同じ。
石炭ガス化ガスは低発熱量ではあるでつが、ガスタービンで燃焼させる上では全く問題なく、
むしろ発生するサーマル NOx の濃度が低くなるため、LNG の燃焼器に比べてよりシンプルな
拡散型の燃焼器が適用可能。
インテグレーションは、IGCC は、ガス化炉、ガス精製、複合発電の大きく三つの設備から
構成される。
相互の空気や蒸気のやりとり（インテグレーション）の仕方で、得られる発電効率が
変わってくるでつ。
勿来IGCC では、・ 石炭ガス化用の空気は、ガスタービンの空気圧縮機より抽気し、
さらに抽気空気圧縮機で必要圧力まで昇圧して使用、ガス化炉の熱交換器で発生する蒸気は、
蒸気タービンの駆動力として使用、石炭の乾燥熱源として排熱回収ボイラ（HRSG）の
高温排ガスを使用等のインテグレーションをかけて、送電端効率の向上。
実証試験の成果と評価は、平成 19 年 9 月のガス化炉点火をもって実証試験をスタートさせ、
半年後の平成 20 年 3 月には定格出力 250ＭＷ運転を達成、１年後の平成 20 年 9 月には
2,000 時間連続運転を達成し、平成 21 年 6月～平成 22 年 6 月には 5,000 時間耐久運転試験を
実施。
この時点で国が設定した試験項目とその目標を全てクリアしたため、国の補助事業としては
ここで終。
その後は、さらに信頼性、炭種適合性、経済性の向上を目指し、9 電力会社、
電源開発(株)、(財)電力中央研究所の負担で実証試験を継続。
各試験で得られた成果および評価は、 発電効率の評価として、
目標の送電端効率は 42％（LHV ベース）であったが、性能試験においては
42.4～42.9％の送電端効率が得られ、目標達成。
環境特性の評価は、 大気環境特性として、煙突出口の SOx 濃度 8ppm、NOx 濃度 5ppm、
ばいじん濃度 4mg/m3Nの目標を掲げたでつが、性能試験結果にも示すとおり、
これらは実証試験開始半年後の定格出力運転においてクリア。
運用性の評価は、IGCC は石炭火力であることからベースロードでの運用が想定。
ミドルロード運用も想定し、通常との火力発電設備と同等の運用性を目標。
例えば、実績として起動時間 15 時間、最低負荷 36％、負荷変化速度 3％/分等、
既存の火力発電設備と同等の運用性を確認。
また、大気以外の、水質、騒音、振動等の環境特性についても、すべてクリアは…
信頼性の評価は、信頼性については、日本では夏場に電力需要が高いことから、
少なくとも夏場の 3 か月間に相する 2000 時間はノンストップで運転できることを目標。
そして実証試験開始１年後に2,039 時間の連続運転を達成したけど、トラブルも…
その後、東日本大震災被災後の平成 24 年度には 2,238 時間の連続運転を達成しているでつが、
現時点では…
連続運転時間に対して大きな制限要因がある訳では無いので、今後の運転継続の中で、
さらに連続運転時間延長は厳しい…
耐久性の評価は、耐久性に関しては、5,000 時間運転後に設備を開放点検し、
各設備に重大な損傷の無いことを実証試験の目標。
5,000 時間耐久運転試験は、平成 21 年 6 月にスタートし、この頃様々な
初期トラブルに見舞われ、何度かプラント停止に至ったものの、丁度１年後の
平成 22 年 6 月に運転時間が 5,000 時間に到達。
その後設備開放点検の結果、設備の重大な損傷はなく、
長時間運転に対する耐久性が確認。
さらに、平成 23 年 3 月 11 日の東日本大震災で、震度 6 弱の地震で設備が揺すられ、
その後の津波で設備全体が 1.3～2.0ｍの海水に水没し、甚大な被害を受けたでつ。
地震時には、タービンの振動大により設備が安全に自動停止できたこと、
また地震・津波による設備の被害は甚大であったが、約 4 か月の期間で設備復旧できたことから、
図らずも設備の地震・津波に対する耐久性があることも実証。
炭種適合性の評価は、
IGCC 実証機の設計炭は、中国の神華炭。
神華炭に対しては想定通りの安定運転を確認できた後、
米国、インドネシアの亜瀝青炭、インドネシア、コロンビア、ロシア、カナダの瀝青炭、
全９炭種についてガス化試験。
なお、IGCC に向いた石炭は、燃料比が低く、灰融点の低い石炭であり、微粉炭火力に
向いた石炭とは異なるでつ。
燃料比が低い石炭とは、揮発分の多いガス化し易い石炭であり、亜瀝青炭等の炭化度の
進んでいない若い石炭に多い。
また灰融点の低い石炭が IGCC に向くのは、IGCC はガス化炉内で灰を溶融して排出する
ためであり、微粉炭火力に向いた石炭とは正反対。
試験炭は主として IGCC に向いた石炭から選定し、いずれの試験炭もガス化可能なことは確認。
炭種が変わると様々な事象が発生し、安定運転のためには様々な対応が必要となることも判明。
概要は…
亜瀝青炭（高水分炭）対応は、亜瀝青炭のガス化自体は良好であったが、
亜瀝青炭は水分が多いため、微粉炭機の乾燥能力の制約、石炭ガス組成が若干変化することに
よるガス精製設備の一部設備の容量制約、排水量が増えるための排水処理設備の容量制約が発生。
このため亜瀝青炭専焼での運転出力は、炭種によって 60～80％に制約。
実証機においては、神華炭をベースに設計したためにこのような制約が発生。
商用機においては実証機の各種試験結果を反映して適切に設計を行えば、
亜瀝青炭の定格負荷専焼運転も可能。
灰溶融点炭の高い石炭への対応は、IGCC では石炭灰は溶融させてスラグとして排出するため、
灰溶融温度の低い石炭の方が扱いやすいでつ。
設計炭では灰流動点 1,400℃程度以下を想定。
実証機ではこれを超える石炭に対しては、灰流動点の低い石炭との混炭等の対応が必要。
石炭灰の溶融温度は、フラックス（石灰石等のカルシウム）を添加することにより
下げることができ、パイロットプラント試験の段階で確認済。
商用機においてはフラックス添加設備を設置して高灰溶融点炭を専焼する選択肢もあり。
SGC 熱交換器の詰まり対応は、ガス化炉の出口には SGC 熱交換器（シンガスクーラー）が設置。
1,100℃程度の石炭ガスから熱を吸収して蒸気を発生。
SGC 熱交換器の入口部の伝熱管上にチャーが堆積し、このチャーを一定時間以上
放置しておくと焼結を起こして詰まる可能性があるでつ。
高圧除媒装置により定期的にチャーを取り除くでつ。
実証試験の結果、石炭の種類によっては比較的短時間で焼結が起こり、
SGC 入口部が閉塞傾向となることが判明。
SGC 入口部で出来るだけチャーの溜まらない構造にすること、および高圧除媒の頻度を
上げることにより対応可能なことが判明。
商用機においては適切な設計を行い様々な石炭に対して対応可能。
石炭灰の処理は、IGCC では石炭灰はガス化炉内で溶融スラグとなり、
水で急冷することにより砕け、ガラス質の水砕スラグの形で排出。
実証機においては、セメント原料と道路の路盤材として 100％有効利用。
実証試験の中で、スラグはアスファルトの骨材やコンクリートの骨材に使用できることも確認。
商用段階でスラグ排出量が増えた場合には、このような用途への有効利用も可能。
ただし利用拡大のためには、IGCC スラグの JIS 化等の対応が必要。
なお、商用段階での IGCC からのスラグ発生量は、従来型微粉炭火力のフライアッシュに
比べて容積は半分。
石炭灰が溶融することにより体積が小さくなることと、発電効率が２割向上することにより
石炭灰発生量そのものが少なくなるため。
また、IGCC スラグはガラス質となっているため、含まれている微量成分が
溶出しないという環境優位性ないでつ。
実証機での経験を踏まえた商用機反映事項としては、 初期トラブル対策の反映でつなぁ～
初期トラブルは、平成 21 年 6 月から 1 年間実施した 5,000 時間耐久運転試験の時に
多く発生。
初期トラブルは、ガス化炉、ガス精製、ガスタービンと言った主要設備ではなく、
付属設備に多く発生。
この時に実施した対策の妥当性を確認するため、対策実施後に 2 年間運転を継続。
2 年間の延長運転の中で、特にその後の運転上の問題は認められず、対策の妥当性が確認。
生成ガス配管の適正な材料選択として、ガス化炉 SGC 熱交換器出口からガス精製設備に
至る生成ガス配管は、生成ガス中の硫黄分による高温硫化腐食が厳しい環境であるでつが、
実証機においては、ある程度の腐食は許容して低合金鋼を採用。
腐食速度はほぼ想定通りであったが、発生した錆がガス精製設備内に蓄積し、
あるいはガスタービン入口のストレーナを閉塞させ、これに伴う運転制約あるいは
プラント停止を幾度か経験。
商用機においては生成ガス配管にステンレス系の材料を採用すれば、この問題は解消。
生成ガス配管の摩耗対策は、生成ガス配管を流れる石炭ガス中には
チャー（未燃炭素とフライアッシュの混合物）が含まれているでつ。
チャーには摩耗性があり、温度計の挿入部、あるいは配管の曲り部分で摩耗による
穴あきを経験。
配管の曲り部分については、耐摩耗材料を使用していたが施工範囲が狭かったため、
施工範囲外で摩耗を起こしたでつ。
これらの経験を踏まえ、商用機では適切な摩耗対策を行うでつ。
炭種適合設計は、前述の通り、商用機において高水分炭を焚く場合には、
微粉炭機の乾燥能力を強化するとともに、ガス精製設備、排水処理設備の容量を
適正に設計。
また、SGC 熱交換器の入口部は、伝熱管の適正配置、高圧除媒装置の適正化等を行い、
どのような炭種を焚いてもチャー焼結による詰まりが発生しないよう対策。
設備の簡素化も重要。
実証機においては、ガス化炉のスラグ排出部にスラグの塊を粉砕するための
ロールクラッシャーが設置されていたり、またガス化炉のガス化室には壁面をきれいに
するためのすす吹き装置（デスラッガ）を設置されていたでつが、
これらは使用しなくても安定運転が可能であったことから、商用機のおいては省略可能。
また、SGC 熱交換器内の伝熱管は、形状変更することにより、チャー溜まりを
少なくするとともに、SGC 熱交換器を大幅に小型化できることが判明。
商用機においては、これら対策を実施することにより、設備のコンパクト化かつ
コストダウンを進める計画。
実証機の商用転用後の運用計画は、IGCC 実証試験は平成 25 年 3 月末に終了し、
平成 25 年 4 月 1 日以降は、実証機の 25 万ｋW を電力供給力として活用すること、
また運転継続により IGCC 技術をさらに成熟化させていくという二つの目的から、
常磐共同火力㈱に設備を引き取っていただき、商用設備として運転を継続。
商用転用の手続きについては、IGCC 実証機の電気事業法上の位置づけは
「自家用電気工作物」であり、商用転用後も位置づけは変わらないことから、
電気事業法上は、㈱クリーンコールパワー研究所から常磐共同火力㈱への設備承継の
手続きを行うのみ。
なお、実証機は国からの補助金を受けて建設していることから、商用転用の手続きを行い、
補助金の一部を国庫納付。
常磐共同火力への移管形態は、㈱クリーンコールパワー研究所は常磐共同火力㈱に
吸収合併されて消滅し、常磐共同火力が存続会社として設備を引き取り、
常磐共同火力の 10 号機として商用運転。
10 年間を目途にベースロード運用を基本に、商用設備として運転いく計画。
実証機での成果やトラブルが全く活かされてない商用機。
地球温暖化、３R、脱炭素、再生化という時代の流れを読めず、
税金の無駄使いに終わりそうでつ。
ごみのガス化溶融炉、固形燃料化と同じ忘れさられた設備になるでつ。
プラント内は、危険区域もあって、そりが街中にある。
無用の長物でつなぁ～
だけど街の真ん中に、発電所内に危険区域があるのは、怖いなぁ～
しかもガス化は微量の放射能も出るとかで、周辺毎日測定しないといけない気がするけど…
まぁ～無炭素化と逆行する石炭ガス化の先は全くないでつなぁ～
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