JP2009216334A - 火力発電プラントの燃料ガス供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製鉄所から発生する副生ガスを主燃料とする火力発電設備へ重油及び／又はコークス炉ガスに代わる保炎用燃料を供給可能な燃料ガス供給装置を提供する。
【解決手段】製鉄所から発生する高炉ガス、転炉ガス、及び製鉄所から発生する副生ガスを混合したミックスガスのうち少なくとも一種以上のガスをボイラーへ供給する主燃料ガス供給手段１４と、製鉄所から発生するコークス炉ガスをボイラーへ供給するコークス炉ガス供給手段３２と、ガスハイドレートを貯蔵可能なタンクを有し、貯蔵するガスハイドレートを急速にガス化させる急速ガス化手段を備えるガスハイドレートガス化装置１２０と、前記主燃料ガス供給手段１４が供給する燃料ガスの一部と前記ガスハイドレートガス化装置から送出されるガスとを所定の割合で混合し、前記コークス炉ガス供給手段３２に送出する代替コークス炉ガス供給手段７４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、火力発電プラントの燃料ガス供給装置に関する。
本発明において、製鉄所から発生する副生ガスは、高炉ガス、転炉ガス、コークス炉ガスであり、製鉄所から発生する副生ガスを混合したミックスガスとは、高炉ガス、転炉ガス、コークス炉ガスのうち２種又は３種のガスを混合したガスを言う。

現在、製鉄所から発生する副生ガスである高炉ガス、転炉ガス、コークス炉ガス、これらガスを混合したミックスガスを燃料ガスとするガス専焼、高炉ガス、転炉ガス、コークス炉ガス、これらガスを混合したミックスガス及び重油を燃焼可能な混焼、及び重油専焼が可能な火力発電プラントでは、燃料費が安価なガス専焼で燃料に見合った発電出力とするガス成り運転が経済的な理由から主な運用となっている。

ガス専焼は、発熱量の低い高炉ガス、転炉ガス及びミックスガスが、安定した燃焼を継続する火種としての保炎性がないため、火種として保炎性に優れるコークス炉ガスを全熱量の１０〜２０％程度助燃する必要がある。重油混焼は、製鉄所の操業変動によるコークス炉ガス不足時、高炉ガスの熱量不足等による最低出力維持及び給電要請による焚き増し時に行っている。重油専焼は、製鉄所からの副生ガスの供給が停止した場合に必要である。

今日、硫黄酸化物による大気汚染やＣＯ_２による地球環境問題の観点から、重油使用の削減が求められている。これに対して本出願人は、重油に代え保炎用燃料としてＬＮＧを気化させた天然ガスを用いて安価な代替コークス炉ガスを製造する技術を開発し、既に特許出願を行っている（特許文献１参照）。
特開２００７−１０７４０１号公報

特許文献１に記載の技術は、天然ガスと高炉ガスとを混合（増熱）し代替コークス炉ガスを製造し、これを重油に代え保炎用燃料とするものであり、既設のボイラーを改造することなくそのまま使用することが可能な有用な技術である。しかしながら天然ガス源としてＬＮＧを使用する場合、火力発電プラントとＬＮＧ受入基地とが離れた場所にあると、何十キロメートルとパイプラインを敷設する必要があり、このような場合にはコストを含め容易に実施できるとは言い難い。また今日ＬＮＧの調達も厳しさを増している。これらのことから重油に代わる保炎用燃料として、特許文献１に記載の技術以外の技術も求められているところである。この場合、特許文献１に記載の技術と同様、既設のボイラーを改造することなくそのまま使用することが可能な技術であることが好ましい。

本発明の目的は、製鉄所から発生する副生ガスを燃料とする火力発電プラントのボイラーへ重油及び／又はコークス炉ガスに代わる保炎用燃料を供給可能な燃料ガス供給装置を提供することである。

請求項１に記載の本発明は、製鉄所から発生する高炉ガス、転炉ガス、及び製鉄所から発生する副生ガスを混合したミックスガスのうち少なくとも一種以上のガスをボイラーへ供給する主燃料ガス供給手段と、製鉄所から発生するコークス炉ガスをボイラーへ供給するコークス炉ガス供給手段と、ガスハイドレートを貯蔵可能なタンクを有し、貯蔵するガスハイドレートを急速にガス化させる急速ガス化手段を備えるガスハイドレートガス化装置と、前記主燃料ガス供給手段が供給する燃料ガスの一部と前記ガスハイドレートガス化装置から送出されるガスとを所定の割合で混合し、前記コークス炉ガス供給手段に送出する代替コークス炉ガス供給手段と、を備えることを特徴とする火力発電プラントの燃料ガス供給装置である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の火力発電プラントの燃料ガス供給装置において、前記ガスハイドレートが天然ガスハイドレート及び／又はメタンハイドレートであることを特徴とする。

請求項３に記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の火力発電プラントの燃料ガス供給装置において、前記急速ガス化手段は、加熱水を貯留する加熱水タンクを有し、ガスハイドレートに加熱水を噴射可能な加熱水噴射装置であり、加熱水をボイラー排ガスの熱を利用して製造することを特徴とする。

請求項４に記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の火力発電プラントの燃料ガス供給装置において、さらに前記主燃料ガス供給手段が供給する燃料ガスの一部と前記ガスハイドレートガス化装置から送出されるガスとを所定の割合で混合し、前記主燃料ガス供給手段に送出可能な代替コークス炉ガス調整手段を備え、前記代替コークス炉ガス調整手段を介して、常時、前記主燃料ガス供給手段が供給する燃料ガスの一部と前記ガスハイドレートガス化装置から送出される少量のガスとを所定の割合で混合し、前記主燃料ガス供給手段に送出することを特徴とする。

請求項５に記載の本発明は、請求項４に記載の火力発電プラントの燃料ガス供給装置において、前記ガスハイドレートガス化装置から送出される少量のガスが、ボイルオフガスであることを特徴とする。

本発明の火力発電プラントの燃料ガス供給装置は、製鉄所から発生する高炉ガス等をボイラーへ供給する主燃料ガス供給手段、製鉄所から発生するコークス炉ガスをボイラーへ供給するコークス炉ガス供給手段の他、ガスハイドレートガス化装置、主燃料ガス供給手段が供給する燃料ガスの一部とガスハイドレートガス化装置から送出されるガスとを所定の割合で混合し、コークス炉ガス供給手段に送出する代替コークス炉ガス供給手段を有するので、代替コークス炉ガスを保炎用燃料として使用することができる。これにより重油を保炎用燃料としている火力発電プラントにあっては、重油の使用を抑制することができる。またコークス炉ガスを保炎用燃料としている火力発電プラントにあっては、製鉄所の操業によりコークス炉ガスが不足してもガス専焼運転の継続、発電出力の維持ができる。代替コークス炉ガスは、コークス炉ガス供給手段を通じてボイラーに供給されるので、既設のボイラーを改良することなくそのまま使用することができる。またガスハイドレートガス化装置は、ガスハイドレートを急速にガス化させる急速ガス化手段を備えるので、急な保炎用燃料の要求に対しても迅速に対応することができる。

また本発明によれば、前記ガスハイドレートが天然ガスハイドレート及び／又はメタンハイドレートであるので、天然ガス及び／又はメタンガスを増熱用燃料として使用することで簡単に代替コークス炉ガスを製造することができる。

また本発明によれば、前記急速ガス化手段は、加熱水を貯留する加熱水タンクを有し、ガスハイドレートに加熱水を噴射可能な加熱水噴射装置であるので、急な保炎用燃料の要求に対しても迅速に対応することができる。さらに加熱水タンクに貯留する加熱水をボイラー排ガスの熱を利用して製造するのでエネルギの有効利用、省エネルギにつながる。

また本発明によれば、さらに前記主燃料ガス供給手段が供給する燃料ガスの一部と前記ガスハイドレートガス化装置から送出されるガスとを所定の割合で混合し、前記主燃料ガス供給手段に送出可能な代替コークス炉ガス調整手段を備え、前記代替コークス炉ガス調整手段を介して、常時、前記主燃料ガス供給手段が供給する燃料ガスの一部と前記ガスハイドレートガス化装置から送出される少量のガスとを所定の割合で混合し、前記主燃料ガス供給手段に送出するので、急な保炎用燃料の要求に対しても迅速に対応することができる。代替コークス炉ガスの製造を開始してから発熱量が安定するには時間を要するので、保炎用燃料の要求があって初めて保炎用燃料の製造を始めると、要求に間に合わない場合もあるが、本発明では、このような心配はない。

また本発明によれば、前記ガスハイドレートガス化装置から送出される少量のガスが、ボイルオフガスであるので、ボイルオフガスを有効に利用することができる。またボイルオフガスを利用することで、代替コークス炉ガスの調整を常時行うことが可能となり、急な保炎用燃料の要求に対しても迅速に対応することができる。

図１は、本発明の第１実施形態としての火力発電プラントの燃料ガス供給装置１０の概略的構成を示すプロセスフロー図である。また図２は、火力発電プラントの燃料ガス供給装置１０の一部を構成する天然ガスハイドレートガス化装置１２０の概略的構成を示す。ここでは天然ガスハイドレート（以下ＮＧＨと記す）としてペレット状のＮＧＨを使用する例を示す。なお、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。

燃料ガス供給装置１０は、ボイラー１２へ燃料ガスを供給する装置であって、燃料系統として、製鉄所から発生する高炉ガスをボイラー１２へ供給する高炉ガス系統、製鉄所から発生するコークス炉ガスをボイラー１２へ供給するコークス炉ガス系統、コークス炉ガスの代替ガスである代替コークス炉ガスを製造しボイラー１２へ供給する系統を有する。またボイラー１２は、重油をバックアップ用の燃料とする。

高炉ガスは、ボイラー１２の主燃料であり、高炉ガス供給手段１４を介してボイラー１２の高炉ガスバーナ１６に供給される。高炉ガス供給手段１４は、高炉ガスバーナ１６と接続する高炉ガス配管１８を備え、高炉ガス配管１８の途中には、上流側から順に製鉄所から送られる高炉ガスの発熱量を測定するカロリー計２０、Ｕ字水封弁２２、流量計２４、緊急水封弁２６、流量制御ダンパー２８及びバーナ弁３０が設けられている。

コークス炉ガスは、主としてボイラー１２の保炎用燃料として使用されるガスであり、コークス炉ガス供給手段３２を介してボイラー１２のコークス炉ガスバーナ３４に供給される。コークス炉ガス供給手段３２は、コークス炉ガスバーナ３４と接続するコークス炉ガス配管３６を備え、コークス炉ガス配管３６の途中には、上流側から順に製鉄所から送られるコークス炉ガスの発熱量を測定するカロリー計３８、Ｕ字水封弁４０、流量計４２、逆流防止ダンパー４４、緊急水封弁４８、流量制御ダンパー５０及びバーナ弁５２が設けられている。

重油は、主として製鉄所からの副生ガスの供給が停止したような場合に発電を維持する
バックアップ用の燃料であり、重油供給手段５４を介してボイラー１２の重油バーナ５６に供給される。重油供給手段５４は、重油を貯留する重油タンク５８、重油を圧送する重油ポンプ６０、重油バーナ５６に接続する重油配管６２を備え、重油ポンプ６０及び重油配管６２を通じて重油を重油バーナ５６に供給する。重油配管６２の途中には、上流側から順に流量計６４、流量制御弁６６、遮断弁６８及びバーナ弁７０が設けられ、重油ポンプ６０の吐出部には圧力調節用の制御弁７２を備える。

代替コークス炉ガスは、代替コークス炉ガス供給手段７４により製造され、コークス炉ガス供給手段３２を介してボイラー１２のコークス炉ガスバーナ３４に供給される。代替コークス炉ガスは、高炉ガスと天然ガスとを混合することで製造する。代替コークス炉ガス供給手段７４は、ＮＧＨガス化装置１２０から送出される天然ガスを混合器７６へ導く天然ガス配管７８、高炉ガス配管１８に接続し高炉ガスの一部を混合器７６へ導く高炉ガス分岐管８０、天然ガス及び高炉ガスを混合する混合器７６、混合したガスをコークス炉ガス配管３６に導く代替コークス炉ガス配管８２を備える。

天然ガス配管７８の途中には、上流側から順に天然ガスの発熱量を測定するカロリー計８４、流量制御弁８６、流量計８８、遮断弁９０が設けられると共に、ＮＧＨガス化装置１２０で発生するボイルオフガスを混合器７６へ送出するためのバイパス管９２が、流量制御弁８６、流量計８８、遮断弁９０をバイパスする形で設らけれている。バイパス管９２には、流量制御弁９４、流量計９６が設けられている。高炉ガス分岐管８０は、高炉ガス配管１８内を流れる高炉ガスの発熱量を測定するカロリー計２０の下流側でかつＵ字水封弁２２の上流側の高炉ガス配管１８に接続し、途中に流量計９８、流量制御ダンパー１００及び送風量の異なる高炉ガス供給ファン１０２、１０４が設けられている。混合器７６とコークス炉ガス配管３６を結ぶ代替コークス炉ガス配管８２の途中には、混合ガスの発熱量を測定するカロリー計１０６、代替コークス炉ガス配管８２内の圧力が所定の圧力以上となった場合にガスを系外に排出する安全弁１０８、流量計１０９、流量制御ダンパー１１０を備える。

さらに燃料ガス供給装置１０は、代替コークス炉ガスの発熱量が安定するまで、製造した代替コークス炉ガスを高炉ガス配管１８へ流す代替コークス炉ガス調整手段１１２を備える。代替コークス炉ガス調整手段１１２は、代替コークス炉ガス供給手段７４と代替コークス炉ガス調整配管１１４とを含み、代替コークス炉ガス調整配管１１４は、途中に流量計１１５、遮断弁１１６を備え、一端をカロリー計１０６よりも下流側の代替コークス炉ガス配管８２に、他端を流量計２４によりも下流側の高炉ガス配管１８に接続する。この代替コークス炉ガス調整手段１１２を利用して、常時少量の混合ガスを高炉ガス配管１８へ流しておけば、代替コークス炉ガスの要求に迅速に対応することができる。

天然ガスは、ＮＧＨガス化装置１２０を通じて供給される。周知のように、ＮＧＨは、水分子が形成するかご状の結晶構造の空間に天然ガスが取込まれた包接化合物であり、氷状の固体物質である。このＮＧＨは、ＮＧＨ１ｍ^３当り約１６０Ｎｍ^３と多くの天然ガスを包蔵することができる。ＮＧＨは、大気圧下、約−８０℃の温度で安定的に存在し、さらに約−２０℃の温度で分解が抑制される自己保存性も知られており、加熱することで容易に天然ガスを取り出すことができる。

ＮＧＨガス化装置１２０は、ＮＧＨペレット１２２を貯蔵可能なタンク１２４を有する。タンク１２４の壁面は、断熱性を有し、例えば自己保存性を発現する−２０℃程度のＮＧＨペレット１２２を長期間貯蔵することができる。タンク１２４の中間部にはスクリーン１２６が取付けられており、ＮＧＨペレット導入管１２８を介して供給されるＮＧＨペレット１２２は、スクリーン１２６上に堆積する。タンク１２４内の上部には、ＮＧＨペレット１２２を加熱しガス化させるための加熱水を噴射するスプレー管１３０が、スクリーン１２６の上方には、ＮＧＨペレット１２２を加熱しガス化させるためのＮＧＨ加熱器１３２が設けられている。

スプレー管１３０は、複数のスプレーノズル１３４を備え、加熱水流量制御弁１３６を備える加熱水配管１３８を通じて加熱水タンク１４０と接続し、スプレーノズル１３４を通じて９０℃程度の加熱水がＮＧＨペレット１２２に噴射される。これにより急速にＮＧＨペレット１２２をガス化させることができる。さらにスプレー管１３０には、タービン油冷却器１４２及び／又は軸冷水冷却器１４４と熱交換し３０℃程度となった温水を供給する温水配管１４６が接続し、温水をＮＧＨペレット１２２に噴射することもできる。タービン油冷却器１４２及び／又は軸冷水冷却器１４４と熱交換し３０℃程度となった温水を供給する温水配管１４６には、途中に流量制御弁１４７が設けられ、スプレー管１３０と接続すると共に、加熱水タンク１４０と接続し加熱水タンク１４０に温水を供給する分岐管１４８を有する。

加熱水タンク１４０は、スプレー管１３０に高温の加熱水を供給するための加熱水を貯留するタンクであって、加熱水を製造するための加熱水タンク加熱器１５０、加熱水温度を検出する温度検出器１５２、水位検出器１５４を備え、水位検出器１５４の信号は水位調節器１５５に送られ、水位調節器１５５は、加熱水タンク１４０の水位を所定の水位に調節する。加熱水タンク加熱器１５０は、間接加熱式の熱交換器であって、循環水加熱器１５６と加熱水タンク加熱器循環水配管１５８、ＮＧＨ加熱器循環水配管１６２を通じて接続し、循環水加熱器１５６で加熱された高温の加熱水は、ＮＧＨ加熱器循環水配管１６２途中に設けられた循環水ポンプ１６０を介して加熱水タンク加熱器１５０に送られ加熱水タンク１４０内の水を加熱する。循環水ポンプ１６０は、回転数を可変可能なポンプであり、回転数制御により吐出流量を調節する。

循環水加熱器１５６は、ＮＧＨ加熱器循環水配管１６２を通じてＮＧＨ加熱器１３２とも接続し、ＮＧＨ加熱器循環水配管１６２の途中に設けられた三方弁１６４、１６６を切替えることで、循環水を加熱水タンク加熱器１５０又はＮＧＨ加熱器１３２に送ることができる。循環水加熱器１５６の加熱源は、ボイラー１２から排出されるボイラー排ガスである。ボイラー排ガスダクト１６８には、ボイラー排ガス分岐ダクト１７０が設けられ、ボイラー排ガス分岐ダクト１７０は、循環水加熱器１５６の高温側と接続する。ボイラー排ガスダクト１６８には加温ガス流量制御補助ダンパー１７２が、ボイラー排ガス分岐ダクト１７０には加温ガス流量制御ダンパー１７４が設けれ、これら開度を調節することで、循環水加熱器１５６を所定の温度に加熱することができる。

タンク１２４の上部には、汽水分離器１７６が設けられ、ＮＧＨペレット１２２がガス化し発生する天然ガスを送出する天然ガス配管７８が接続する。またタンク上部には、タンク１２４内の圧力が所定の圧力を超えた場合に、タンク１２４内の天然ガスを放出してタンク１２４の破損を防止する安全弁１７８が装着されている。ＮＧＨガス化装置１２０は、貯蔵するＮＧＨペレット１２２を積極的に冷却する冷凍設備を有していないので、ＮＧＨペレット１２２を積極的に加熱しない場合であってもタンク１２４壁面を通じての自然入熱によりＮＧＨペレット１２２がガス化され、ボイルオフガス（以下ＢＯＧと記す）が発生するけれども、このＢＯＧは、天然ガス配管７８のバイパス管９２を通じて混合器７６へ送られるので、有効に利用することができる。

タンク１２４の下部には、ＮＧＨペレット１２２のガス化に伴い発生する５℃程度の冷水１８０を貯留する冷水プール１８２が設けられていると共に、タンク１２４下部には冷水送水管１８４が連結し、冷水送水ポンプ１８６を介してタービン油冷却器１４２及び／又は軸冷水冷却器１４４へ冷水が送られる。冷水送水ポンプ１８６の出口部には冷水流量制御弁１８８、三方弁１９０が設けられ、三方弁１９０を切替えることでタービン油冷却器１４２及び／又は軸冷水冷却器１４４に冷水が冷却媒体の一つとして送られる。タービン油冷却器１４２及び／又は軸冷水冷却器１４４と熱交換し温度の高くなった冷水が流れる温水配管１４６には、三方弁１９２が設けられ、温水は温水配管１４６を通じてスプレーノズル１３４に送られる他、系外に送出することもできる。またタンク１２４の下部には、冷水プール１８２の水位を調節するための水位検出器１９４、水位調節器１９６、水位制御弁１９８が装着されており、これらにより冷水プール１８２の水位を任意の高さに調節することができる。

この他、ＮＧＨガス化装置１２０には、タンク１２４内の圧力を検出しタンク１２４内の圧力を調節する圧力検出器２００及び圧力調節器２０２、ＮＧＨペレット１２２のレベルを検出しＮＧＨペレット供給弁２０４の動作を調節するレベル検出器２０６及びレベル調節器２０８が設けられている。またＮＧＨ加熱器循環水配管１６２に設けられた三方弁１６４、１６６、循環水ポンプ１６０、冷水送水ポンプ１８６等、機器、弁の動作を制御する制御装置２１０を備える。さらに冷水の温度を検出する温度検出器２１２、系外に送出する温水の温度を検出する温度検出器２１４、ＮＧＨ加熱器循環水配管１６２に設けられ循環水の温度を検出する温度検出器２１６、２１８を備える。

以上のような構成からなる燃料ガス供給装置１０の使用例を以下に示す。燃料ガス供給装置１０は、製鉄所から発生する副生ガスである高炉ガス、コークス炉ガスを優先的にボイラー１２に供給し、ボイラー１２を備える火力発電プラントは、コークス炉ガスを保炎用燃料としたガス専焼運転を行う。製鉄所から供給される高炉ガス及びコークス炉ガスの発熱量及び流量データは、ボイラー自動燃焼制御装置（図示を省略）へ送られ、ボイラー自動燃焼制御装置は、ボイラー圧力を所定の圧力に維持するための制御信号に基づき所定流量の燃焼空気ならびに燃料を高炉バーナ１６、コークス炉バーナ３４へ送るように制御する。重油系統は、基本的には使用せず、副生ガスの供給が停止したような場合に使用する。コークス炉ガスが製鉄所から十分に供給されガス専焼運転が維持できる場合には、代替コークス炉ガスは特に必要ない。代替コークス炉ガスを必要としない場合、ＮＧＨガス化装置１２０は、スタンバイ状態にある。スタンバイ状態のＮＧＨガス化装置１２０は、ＮＧＨ加熱器１３２の加熱、スプレーノズル１３４からの加熱水の噴射を行わない。

さらにタービン油冷却器１４２等への冷水の供給も停止する一方、ボイラー排ガスの熱を利用して、加熱水タンク１４０内に貯留する水を所定の温度まで加熱する。制御装置２１０は、加熱水タンク１４０内の水の温度が約９０℃となるように、循環水ポンプ１６０を起動し、循環水加熱器１５６で加熱した循環水を加熱水タンク加熱器１５０に送るように制御する。温度調節は、循環水ポンプ１６０の回転数制御、加温ガス流量制御補助ダンパー１７２、加温ガス流量制御ダンパー１７４のダンパー開度を調節することで行う。加熱水タンク１４０に加熱水を貯留しておくことで、代替コークス炉ガスの供給要請があると、加熱水タンク１４０内の加熱水をＮＧＨペレット１２２に直に噴射することができる。加熱水タンク１４０内の加熱水は９０℃程度に加熱されているので温度が高く、加熱水を噴射することで直に天然ガスを発生させることができ、代替コークス炉ガスの供給要請に迅速に対応することができる。

待機状態のＮＧＨガス化装置１２０は、ＮＧＨペレット１２２を積極的にガス化させないけれども、冷凍機を備えていないので、自然入熱によりＢＯＧが発生する。このＢＯＧは、代替コークス炉ガス調整手段１１２を介して高炉ガス配管１８に送られ、ここで高炉ガスと混合し燃焼される。具体的にはＢＯＧは、バイパス管９２を介して混合器７６に送られる。同時に混合器７６には、混合ガスの発熱量が所定の発熱量となるように、高炉ガスが小容量の高炉ガス供給ファン１０４で昇圧され送られる。混合器７６で混合された混合ガスからなる代替コークス炉ガスは、代替コークス炉ガス調整配管１１４を通じて高炉ガス配管１８に送られ、ここで高炉ガスと混合する。これら制御は、ボイラー自動燃焼制御装置が行う。高炉ガスに混合される代替コークス炉ガスの発熱量及び流量データはボイラー自動燃焼制御装置に送られ、ボイラー自動燃焼制御装置はこれらのデータに基づき高炉ガス、コークス炉ガス量ならびに燃焼空気量を制御する。これによりＮＧＨガス化装置１２０から発生するＢＯＧが無駄にならず、さらにＢＯＧを利用して代替コークス炉ガスの調整を行うことで、製造初期に見られる発熱量の不安定性が解消され、代替コークス炉ガスの供給要請があった場合、直に発熱量の安定した代替コークス炉ガスを供給することができる。高炉ガスバーナ１６は、燃焼可能な燃料の発熱量の範囲が広いため、少量の代替コークス炉ガスを高炉ガスに混合しても問題はない。

製鉄所の操業状況の変化によりコークス炉ガスの供給量が減少したときは、ボイラー自動燃焼制御装置は、代替コークス炉ガス供給手段７４に代替コークス炉ガスの製造に必要な天然ガスと高炉ガスとを混合器７６に送り所定の割合で混合し、流量制御ダンパー１１０を制御して不足するコークス炉ガスに対応する代替コークス炉ガスを供給すると共に燃焼空気量の制御を行う。代替コークス炉ガスは代替コークス炉ガス供給配管８２を通じてコークス炉ガス配管３６に送る。コークス炉ガス配管３６に送り込まれた代替コークス炉ガスは、発熱量がコークス炉ガスと同一となるように製造され燃焼空気量が調節されているので、コークス炉バーナ３４（設計範囲内）で燃焼させることができる。

代替コークス炉ガスの製造に必要な天然ガスは、次の要領で混合器７６に送られる。代替コークス炉ガスの供給要請に基づき、天然ガス配管７８上の遮断弁９０が開き、流量制御弁８６が徐々に所定の弁開度となる。一方、ＢＯＧを送出するバイパス管９２上の流量制御弁９４は流量制御弁８６に合わせて徐々に閉じる。遮断弁９０及び流量制御弁８６が開き、タンク１２４内の圧力が低下すると、圧力調節器２０２は、タンク１２４内の圧力が所定の圧力となるように加熱水流量制御弁１３６を開け、加熱水タンク１４０に貯留する高温の加熱水をスプレーノズル１３４からＮＧＨペレット１２２に噴射し、ＮＧＨペレット１２２を強制的にガス化させる。また圧力調節器２０２は、ＮＧＨ加熱器１３２に循環水を供給するように、ＮＧＨ加熱器循環水配管１６２に介装された三方弁１６４、１６６を切替え、循環水ポンプ１６０の回転数を調節する。ＮＧＨ加熱器１３２を稼働させても直に大量の天然ガスを発生させることはできないけれども、高温の加熱水を噴射することで直に大量の天然ガスを発生させることができる。天然ガスの発生量が安定すると、加熱水の噴射は停止しＮＧＨ加熱器１３２によりＮＧＨペレット１２２をガス化させる。タンク１２４内の圧力調節は、ＮＧＨ加熱器１３２に供給する循環水の温度、流量を調節することで行う。

一方、代替コークス炉ガスの製造に必要な高炉ガスは、次の要領で混合器７６に送られる。代替コークス炉ガスの供給要請に基づき、ＢＯＧを利用した代替コークス炉ガスに必要な高炉ガス量に流量制御ダンパー１００で調節しながら稼働中の小容量の高炉ガス供給ファン１０４から大容量の高炉ガス供給ファン１０２に切り替えて小容量の高炉ガス供給ファン１０４を停止する。この後、所定の流量の高炉ガスを所定の圧力まで昇圧して混合器７６に送る。

代替コークス炉ガスの製造時、ＮＧＨガス化装置１２０では、ＮＧＨペレット１２２のガス化に伴い冷水１８０が発生する。冷水プール１８２に所定量の冷水が溜まると、冷水送水ポンプ１８６を起動し、タービン油冷却器１４２及び／又は軸冷水冷却器１４４に冷水を送り、冷水をタービン油冷却器１４２及び／又は軸冷水冷却器１４４の冷却媒体とする。冷水はタービン油冷却器１４２及び／又は軸冷水冷却器１４４と熱交換し温水となり、温水は、必要に応じて温水配管１４６を通じてスプレー管１３０に導き、スプレーノズル１３４を介してＮＧＨペレット１２２に噴射し、ＮＧＨペレット１２２のガス化に利用してもよい。これによりＮＧＨ加熱器１３２の周りのみＮＧＨペレット１２２が溶けることを防止できる。温水をＮＧＨペレト１２２のガス化に利用しない場合や加熱水タンク１４０への補給が不要な場合は、三方弁１９２を切替え、温水を系外に送り、構内の補給水等に利用する。温水をＮＧＨガス化装置１２０に戻さないことで、冷水１８０を低い温度に維持することができる。

代替コークス炉ガスを供給している状態から、代替コークス炉ガスが不要となった場合には、ＮＧＨ加熱器１３２の加熱を停止する。また加熱水タンク１４０が所定の水位に達していない場合はタービン油冷却器１４２及び／又は軸冷水冷却器１４４と熱交換し温水となった水を分岐管１４８を通じて加熱水タンク１４０に送り、加熱水タンク１４０を所定の水位とする。加熱水タンク１４０が所定の水位となった後、冷水送水ポンプ１８６を停止し、ＮＧＨ加熱器循環水配管１６２に設けられた三方弁１６４、１６６を加熱水タンク１４０側に切替え、スタンバイ状態に入る。

以上のように本発明の火力発電プラントの燃料ガス供給装置１０は、ＮＧＨを使用して天然ガスを製造し、この天然ガスと高炉ガスとを混合することで代替コークス炉ガスを製造し、コークス炉ガスを供給するコークス炉ガス配管３６を通じて、コークス炉バーナ３４で燃焼させることができる。これにより代替コークス炉ガスを保炎用燃料として使用することで、重油を保炎用燃料としている火力発電プラントにあっては、重油の使用を抑制することができる。コークス炉ガスを保炎用燃料としている火力発電プラントにあっては、製鉄所の操業によりコークス炉ガスが不足してもガス専焼運転の継続、発電出力の維持ができる。代替コークス炉ガスは、コークス炉ガス供給手段３２を通じてボイラー１２に供給されるので、既設のボイラーを改良することなくそのまま使用することができる。

コークス炉ガスが不足した場合、短時間内に代替コークス炉ガスを供給できない場合、重油を保炎用燃料として使用するか、重油供給系統を有しない火力発電プラントにあっては運転を停止することが必要なケースも生じるけれども、本発明の火力発電プラントの燃料ガス供給装置１０は、代替コークス炉ガスが必要ないときも、ＮＧＨガス化装置１２０の加熱水タンク１４０に加熱水を貯留することで、急な代替コークス炉ガスの供給要請に対しても迅速に対応することができる。さらに代替コークス炉ガスが必要ないときも、ＢＯＧを利用して代替コークス炉ガスの調整を行うことで、急な代替コークス炉ガスの供給要請に対してもより迅速に対応することができる。なお上記実施形態では、代替コークス炉ガスが必要ないとき、ＢＯＧを利用して代替コークス炉ガスの調整を行う例を示したけれども、ＢＯＧに代え、常時、ＮＧＨを少しガス化させ、発生する少量の天然ガスを利用してもよい。さらに、代替コークス炉ガスの供給要請があった場合に、代替コークス炉ガス調整手段１１２を通じて混合ガスの発熱量を安定させ、発熱量が安定した後にコークス炉ガス配管３４に送り込んでもよい。

上記実施形態では、高炉ガスをボイラー１２の主燃料とする例を示したけれども、ボイラー１２の主燃料は、高炉ガスに限定されるものではない。製鉄所の副生ガスには、高炉ガスの他、転炉ガス、コークス炉ガスがあり、転炉ガスを高炉ガスに代え、又は高炉ガスと共にボイラー１２の主燃料ガスとしてもよい。さらに高炉ガス、転炉ガス、コークス炉ガスのうちいずれか２種類以上のガスを混合したミックスガスを、高炉ガス又は転炉ガスに代え、高炉ガス又は転炉ガスと共にボイラー１２の主燃料ガスとしてもよい。この場合、高炉ガスの他、ボイラー１２に転炉ガス用のガスバーナ及び／又はミックスガス用のガスバーナを設け、それぞれのガスバーナにそれぞれの燃料ガスを供給可能な燃料ガス系統を設けてもよく、また一の燃料ガス系統を利用して高炉ガス、転炉ガス、ミックスガス又はこれらを混合したガスをボイラー１２に供給してもよい。複数の燃料ガス系統を通じて主燃料ガスをボイラー１２に供給する場合には、本実施形態に示した代替コークス炉ガス供給手段７４及び代替コークス炉ガス調整手段１１２と同じ要領で、代替コークス炉ガス供給手段及び代替コークス炉ガス調整手段を燃料ガス系統毎に設ける。また上記実施形態では、重油をバックアップ燃料とするボイラー１２の例を示したけれども、重油供給系統を有しないボイラーに、本発明の火力発電プラントの燃料ガス供給装置１０を使用可能なことは言うまでもない。

また上記実施形態では、ガスハイドレートとしてＮＧＨを使用する例を示したけれども、ガスハイドレートは特定のガスハイドレートに限定されるものではなく、メタン、エタン、プロパン又はこれら混合物からなるガスハイドレートであってもよい。またガスハイドレートの形状もペレット形状に限定されるものではない。

本発明の第１実施形態としての火力発電プラントの燃料ガス供給装置１０の概略的構成を示すプロセスフロー図である。 図１の火力発電プラントの燃料ガス供給装置１０の一部を構成する天然ガスハイドレートガス化装置１２０の概略的構成を示す図である。

符号の説明

１０ 燃料ガス供給装置
１２ ボイラー
１４ 高炉ガス供給手段
３２ コークス炉ガス供給手段
７４ 代替コークス炉ガス供給手段
７６ 混合器
７８ 天然ガス配管
８０ 高炉ガス分岐管
８２ 代替コークス炉ガス配管
１１２ 代替コークス炉ガス調整手段
１１４ 代替コークス炉ガス調整配管
１２０ 天然ガスハイドレートガス化装置
１２２ 天然ガスハイドレートペレット
１２４ タンク
１３４ スプレーノズル
１４０ 加熱水タンク
１５６ 循環水加熱器
１７０ ボイラー排ガス分岐ダクト

Claims (5)

1. 製鉄所から発生する高炉ガス、転炉ガス、及び製鉄所から発生する副生ガスを混合したミックスガスのうち少なくとも一種以上のガスをボイラーへ供給する主燃料ガス供給手段と、
   製鉄所から発生するコークス炉ガスをボイラーへ供給するコークス炉ガス供給手段と、
   ガスハイドレートを貯蔵可能なタンクを有し、貯蔵するガスハイドレートを急速にガス化させる急速ガス化手段を備えるガスハイドレートガス化装置と、
   前記主燃料ガス供給手段が供給する燃料ガスの一部と前記ガスハイドレートガス化装置から送出されるガスとを所定の割合で混合し、前記コークス炉ガス供給手段に送出する代替コークス炉ガス供給手段と、
   を備えることを特徴とする火力発電プラントの燃料ガス供給装置。
2. 前記ガスハイドレートが天然ガスハイドレート及び／又はメタンハイドレートであることを特徴とする請求項１に記載の火力発電プラントの燃料ガス供給装置。
3. 前記急速ガス化手段は、加熱水を貯留する加熱水タンクを有し、ガスハイドレートに加熱水を噴射可能な加熱水噴射装置であり、加熱水をボイラー排ガスの熱を利用して製造することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の火力発電プラントの燃料ガス供給装置。
4. さらに前記主燃料ガス供給手段が供給する燃料ガスの一部と前記ガスハイドレートガス化装置から送出されるガスとを所定の割合で混合し、前記主燃料ガス供給手段に送出可能な代替コークス炉ガス調整手段を備え、
   前記代替コークス炉ガス調整手段を介して、常時、前記主燃料ガス供給手段が供給する燃料ガスの一部と前記ガスハイドレートガス化装置から送出される少量のガスとを所定の割合で混合し、前記主燃料ガス供給手段に送出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の火力発電プラントの燃料ガス供給装置。
5. 前記ガスハイドレートガス化装置から送出される少量のガスが、ボイルオフガスであることを特徴とする請求項４に記載の火力発電プラントの燃料ガス供給装置。

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