JP2011202514A - ガス化複合発電システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガス化複合発電システム1は、ガス化燃料を生成するガス化装置20と、酸化剤を圧縮する第1の圧縮機10と、この圧縮された酸化剤の少なくとも一部を圧縮し、ガス化剤としてガス化装置へ供給する第2の圧縮機18と、第1の圧縮機で圧縮された酸化剤とガス化装置から供給されるガス化燃料とを混合して燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器12と、燃焼器からの燃焼ガスで順次駆動される第1と第2のタービン14、16と、第2のタービンに動力伝達可能に結合される発電機と、を有し、第1と第2の圧縮機と第1のタービンは動力伝達可能に連結され、第1と第2の圧縮機は第1のタービンによって回転駆動され、第1のタービンと、この後流側に配置される第2のタービンとは軸系としては結合されておらず、それぞれ異なる回転数で回転可能とする。
【選択図】 図1
Description
図5に示すガス化複合発電システム100は、ガス化装置120、ガスタービン102、および発電機126を有する。また、ガスタービン102は空気圧縮機110、燃焼器112およびタービン114からなる。
ガス化装置120は、ガス化燃料を生成し、燃料供給経路134を介して燃焼器112にガス化燃料を供給するように構成される。空気圧縮機110は、大気から空気を取り入れて昇圧するように構成される。燃焼器112は、空気圧縮機110で昇圧された高圧の空気と、ガス化装置120から供給されるガス化燃料とを混合し、この混合ガスを燃焼させるように構成される。タービン114は、燃焼器112における燃焼ガスから動力を抽出するように構成される。発電機126は、ガスタービン102によって駆動されて発電するように構成される。
ガス化複合発電システム100は、さらに、抽気空気経路136、ガス化剤圧縮機118およびガス化剤供給経路138を有する。
抽気空気経路136は、空気圧縮機110の出口空気の一部を抽気するように構成される。ガス化剤圧縮機118は、ガスタービン102とは別軸として配置され、抽気空気経路136で抽気された空気を昇圧するように構成される。ガス化剤供給経路138は、ガス化剤圧縮機118で昇圧された空気をガス化剤としてガス化装置120へ供給するように構成される。
なお、ここでは排熱回収ボイラや蒸気タービンの構成(ボトミング系統)については記載と説明を省略する。
空気圧縮機110で圧縮された空気の一部は抽気されて抽気空気経路136を介してガス化剤圧縮機118で昇圧されてガス化装置120へ導かれ、ここでガス化燃料が生成され、ガス化燃料は燃料供給経路134を介してガスタービン102の燃焼器112へ供給される。
ガスタービン102にて得られた動力は、発電機126を駆動して発電を行う。この場合、軸回転数は一般的に供給電力周波数によって決まるため、複合発電システム100の作動条件によらずに一定回転数(同期回転数)で運転される。また、ガス化剤圧縮機118はモータ128などの駆動機によって駆動される。
軸流圧縮機では、吸込流量の低下に伴い、サージによる運転限界圧力比が低下する。このため、ガス化剤圧縮機118の圧力比が高い状態でガス化剤圧縮機118の吸込流量を低下させた場合、ガス化剤圧縮機118のサージ運用限界を超えるため、運転を継続することができなくなる。
一方、サージ圧力比を増加させるために、圧縮機の段数を増加させることも可能であるが、定格負荷運転条件では本来不要な翼列を追加することになるため、ガス化剤圧縮機118の効率が低下し、全体性能も低下することになる。
これらの構成によれば、回転数を調整することによってガス化剤圧縮機118の吸込流量の調整を行うことができる。このため、バイパス運転することなく、ガス化剤の流量条件を設定することが可能となり、ガス化剤圧縮機118の軸動力を低減し、ガス化複合発電システムの部分負荷効率をある程度向上させることができる。
本発明に係るガス化複合発電システムは、ガス化燃料を生成するガス化装置と、
酸化剤(例えば空気)を圧縮する第1の圧縮機(例えば空気圧縮機)と、前記第1の圧縮機で圧縮された酸化剤の少なくとも一部または外部(別のプロセス)から供給された酸化剤を圧縮し、ガス化剤として前記ガス化装置へ供給する第2の圧縮機(例えばガス化剤圧縮機)と、前記第1の圧縮機で圧縮された酸化剤と前記ガス化装置から供給される前記ガス化燃料とを混合して燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器に後置接続され、前記高温高圧の燃焼ガスで順次駆動される第1と第2のタービン(例えば高圧タービンと低圧タービン)と、前記第2のタービンに動力伝達可能に結合される発電機と、を有し、前記第1と第2の圧縮機と前記第1のタービンは動力伝達可能に連結され、前記第1と第2の圧縮機は前記第1のタービンによって回転駆動され、前記第1のタービンの後流側に前記第2のタービンが配置されており、前記第1と第2のタービンは軸系としては結合されておらず、それぞれ異なる回転数で回転可能であること、を特徴とする。
以下、図1を参照して、本発明の第1の実施形態に係るガス化複合発電システムについて説明する。
図1のガス化複合発電システム1は、空気圧縮機10(第1の圧縮機)と、燃焼器12と、高圧タービン14(第1のタービン)と、低圧タービン16(第2のタービン)と、発電機26と、ガス化剤圧縮機18(第2の圧縮機)、ガス化装置20とからなる。空気圧縮機10と、高圧タービン14と、ガス化剤圧縮機18とは同一回転軸に結合されており、ガスジェネレータ部40を構成している。また、低圧タービン16と発電機26とは同一回転軸に結合されており、パワータービン部42を構成している。ここで、高圧タービン14と低圧タービン16とは軸系としては結合されておらず、異なる回転数で回転可能となるように構成されている。すなわち、ガスジェネレータ部40とパワータービン部42とは、それぞれ異なる回転数で回転可能となるように構成されている。
なお、ここでは排熱回収ボイラや蒸気タービンの構成(ボトミング系統)については記載と説明を省略する。
また、空気圧縮機10で圧縮される空気は、燃焼器12における燃焼用空気と、ガス化装置20におけるガス化剤として、いずれも酸化剤として作用することがわかる。
ガス化複合発電システム1を図示しない起動装置を用いて起動する。ガス化剤圧縮機18は空気圧縮機10と共に高圧タービン14によって回転駆動され、空気圧縮機10の出口空気から抽気された空気はガス化剤圧縮機18で昇圧されてガス化剤としてガス化装置20に供給される。ガス化装置20では燃料源とガス化剤によってガス化燃料が生成される。空気圧縮機10で圧縮された空気とガス化燃料ガスとを混合し、燃焼器12で燃焼させることによって高温高圧の燃焼ガスを発生させる。発生した高温高圧の燃焼ガスのエネルギーによって高圧タービン14と、その後流側の低圧タービン16とが回転駆動される。そして低圧タービン16は発電機26を駆動し、発電を行う。
一方、電力需要が少なく、ガス化複合発電システム1を定格出力よりも低い出力(部分負荷)で運転する場合、必要なガス化剤流量と燃焼用空気流量、すなわちガス化剤圧縮機18と空気圧縮機10の吸込流量は定格出力の場合よりも少なくなる。そこで、部分負荷では、ガスジェネレータ部40の回転数を定格回転数から低下させて運転する。これに対し、パワータービン部42は同期回転数に維持される。なお、ここでガスジェネレータ部40の定格回転数とは、ガス化複合発電システム1が定格出力を発生する時の回転数を意味するが、この回転数は前記同期回転数と必ずしも同一に設定する必要はなく、適宜設計条件によって選択することが可能である。
図2aにおいて、横軸は圧縮機の吸込流量、縦軸は圧縮機の断熱効率を示す。一方、図2bにおいて、横軸は同じく圧縮機の吸込流量、縦軸は圧縮機の吸込圧力と吐出圧力との比(圧力比)を示す。
次に、図3を参照して、本発明の第2の実施形態に係るガス化複合発電システムについて説明する。ただし、第1の実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明は省略する。
図3に示す第2の実施形態のガス化複合発電システム3において、第1の実施形態のガス化複合発電システム1と異なる点は、ガス化剤圧縮機18が増速機22を介して空気圧縮機10と結合されている点である。なお、増速機22は公知のものを用いることができ、特に限定されるものではない。
次に、図4を参照して、本発明の第3の実施形態に係るガス化複合発電システムについて説明する。ただし、第1の実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明は省略する。
図4に示す第3の実施形態のガス化複合発電システム4において、第1の実施形態のガス化複合発電システム1とはガス化剤の供給源が異なっている。すなわち、空気圧縮機10の抽気空気をガス化剤として用いるのではなく、他のプロセス46から導入された流体をガス化剤圧縮機24で昇圧し、ガス化剤(酸化剤)として用いる構成となっている。
10 空気圧縮機(第1の圧縮機)
12 燃焼器
14 高圧タービン(第1のタービン)
16 低圧タービン(第2のタービン)
18,24 ガス化剤圧縮機(第2の圧縮機)
20 ガス化装置
22 増速機
26 発電機
30 バイパス経路
34 ガス化燃料供給経路
36 抽気空気経路
38 ガス化剤供給経路
40 ガスジェネレータ部
42 パワータービン部
46 他のプロセス
Claims (4)
- ガス化燃料を生成するガス化装置と、
酸化剤を圧縮する第1の圧縮機と、
第1の圧縮機で圧縮された酸化剤の少なくとも一部または外部から供給された酸化剤を圧縮し、ガス化剤として前記ガス化装置へ供給する第2の圧縮機と、
前記第1の圧縮機で圧縮された酸化剤と前記ガス化装置から供給される前記ガス化燃料とを混合して燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼器に後置接続され、前記高温高圧の燃焼ガスで順次駆動される第1と第2のタービンと、
前記第2のタービンに動力伝達可能に結合される発電機と、を有し、
前記第1と第2の圧縮機と前記第1のタービンは動力伝達可能に連結され、前記第1と第2の圧縮機は前記第1のタービンによって回転駆動され、
前記第1のタービンの後流側に前記第2のタービンが配置されており、前記第1と第2のタービンは軸系としては結合されておらず、それぞれ異なる回転数で回転可能であること、
を特徴とするガス化複合発電システム。 - 請求項1記載のガス化複合発電システムにおいて、
前記第1の圧縮機と前記第2の圧縮機とは増速機または減速機を介して結合されていること
を特徴とするガス化複合発電システム。 - 請求項1または2記載のガス化複合発電システムにおいて、第2の圧縮機で圧縮された酸化剤を第2の圧縮機の入口側に還流させるバイパス流路を有すること
を特徴とするガス化複合発電システム。 - ガス化複合発電システムを運転する方法であって、
ガス化燃料を生成するガス化装置と、
酸化剤を圧縮する第1の圧縮機と、
第1の圧縮機で圧縮された酸化剤の少なくとも一部または外部から供給された酸化剤を圧縮し、ガス化剤として前記ガス化装置へ供給する第2の圧縮機と、
前記第1の圧縮機で圧縮された酸化剤と前記ガス化装置から供給される前記ガス化燃料とを混合して燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼器に後置接続され、前記高温高圧の燃焼ガスで順次駆動される第1と第2のタービンと、
前記第2のタービンに動力伝達可能に結合される発電機と、を有し、
前記第1と第2の圧縮機と前記第1のタービンは動力伝達可能に連結され、前記第1と第2の圧縮機は前記第1のタービンによって回転駆動されるガスジェネレータ部を構成し、
前記第1のタービンの後流側に第2のタービンが配置されており、第1と第2のタービンは軸系としては結合されておらず、それぞれ異なる回転数で回転可能であり、第2のタービンは動力伝達可能に前記発電機に結合されてパワータービン部を構成しているガス化複合発電システムにおいて、
ガス化複合発電システムの部分負荷運転時は定格運転時の回転数よりも低い回転数でガスジェネレータ部を運転し、前記第1と第2の圧縮機出口の流量ないし圧力を定格運転時よりも低下させること、
を特徴とするガス化複合発電システムの運転方法。
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2010
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