JP3585544B2

JP3585544B2 - 石炭ガス化複合発電プラントの運転方法

Info

Publication number: JP3585544B2
Application number: JP28303394A
Authority: JP
Inventors: 雅文福田; 仁志田邉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-11-17
Filing date: 1994-11-17
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: JPH08144784A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は空気吹の石炭ガス化複合発電プラント（以下ＩＧＣＣプラントと略す。）の運転方法に係わり、とりわけ、ガス化炉で必要とする空気の全部または一部をガスタービンの圧縮機から供給するＩＧＣＣプラントの運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の空気吹ＩＧＣＣプラントの系統構成を図３に示す。
図３においてＩＧＣＣプラント１を構成する石炭前処理装置５には石炭５１および一次空気５４が投入される。石炭５１は石炭前処理装置５内で微粉状になるまで粉砕され、一次空気５４と混合しガス化炉２へ送られる。一次空気５４の供給量は供給される石炭５１の量に応じて、一次空気供給配管６０に配設された一次空気流量調節弁２７で調節される。ガス化炉２にはこの微粉炭と一次空気５４の混合気の他に、二次空気５５が供給される。二次空気５５の量も一次空気と同様に供給される石炭５１の量に応じて二次空気供給配管６１に配設された二次空気流量調節弁２８によって調節される。ガス化炉２では微粉炭が不完全燃焼することにより、低カロリーな所謂石炭ガスが発生する。このガスは脱硫装置３へ導かれ、硫化水素等のガスに含まれ大気汚染の原因となる硫黄分が取り除かれる。そして、硫黄分が取り除かれたガスは脱塵装置４に導かれ塵等の固形物が取り除かれ精製ガスとなる。
【０００３】
精製ガスは燃料ガス圧力調節弁２１を通り、燃料ガス流量調節弁２２からガスタービン６の燃焼器８に導かれる。燃料ガス圧力調節弁２１はその下流の燃料ガス圧力計４１の指示により当部の圧力を調節する。燃料ガス流量調節弁２２はガスタービン６への要求負荷指令に応じて、ガスタービン６へ投入される石炭ガスの量を調節する。
【０００４】
圧縮機７によって圧縮された空気と脱塵装置４から導かれた石炭ガスが燃焼器８で混合して燃焼する。その結果発生した高温高圧の燃焼ガスは圧縮機７に同軸状にロータ６２で接続されたタービン９に導かれ、膨張仕事をして排気配管５３から排気され、同じく同軸状に接続された発電機６３を回転させる。圧縮機７の入口には大気から空気を導く空気配管６５が配設された入口案内翼１０が設けられ、ガスタービン排ガス温度計４２の指示をガスタービン６の運転条件に応じた適正な値になるように角度を調節している。この適正な値とは、例えばガスタービン６の最大出力の近辺では、タービン９の入口温度が許容最高温度になるような排ガス温度の値である。
【０００５】
圧縮機７からは抽気流量調節弁２３を通して圧縮された空気が抽気される。抽気された空気は熱交換器１１で冷却される。そして、第１空気冷却器１２、第２空気冷却器１３により再び冷却される。第２空気冷却器１３で冷却された空気は、空気昇圧機１４でガス化炉２の炉内圧力よりも若干量高い圧力まで昇圧される。この空気の一部は空気昇圧機１４のサージングを防止するために、昇圧機循環流量調節弁２４を介して第２空気冷却器１３の上流に戻される。また、空気昇圧機１４の起動時には昇圧機起動用放風弁２５から大気へ昇圧された空気を放風する。プラント通常運転時には空気昇圧機１４から出た空気の全ては昇圧空気逆止弁３２、昇圧空気止め弁３１を介して熱交換器１１および一次空気流量調節弁２７に導かれる。一次空気量調節弁２７は石炭前処理装置５で必要とする石炭輸送用の一次空気５４の量を調節する。また、熱交換器１１に導かれた空気はガスタービン６の圧縮機７から抽気された空気を冷却するとともに、自身は昇温する。昇温した空気は二次空気流量調節弁２８を通してガス化炉２へ供給される。
【０００６】
プラント起動時にはガス化炉２へ供給される空気は空気供給管６４を介して起動用圧縮機１５から供給される。起動圧縮機１５は大気から空気供給管６４を介して空気を吸入し昇圧した後、起動用空気逆止弁２９、起動用空気止め弁３０を通して昇圧空気止め弁３１の下流側に供給される。起動時には昇圧空気止め弁３１が閉じられ、ガス化炉２で必要とする空気は起動用圧縮機１５から供給されるようになっている。ガスタービン６の出力が５０％前後で起動圧縮機１５の流量は最大となる。この時、昇圧空気止め弁３１を徐々に開け空気昇圧機１４からの空気量を増加させる。同時に昇圧空気止め弁３１の下流に配設された空気圧力計４３の指示を一定にするべく、起動用圧縮機放風弁２６が操作され、徐々に開いてゆく。このようにしてガス化炉２側へ供給される空気は徐々に起動用圧縮機１５からガスタービン６の圧縮機７の抽気に切り替えられて行く。この空気源の切り替えが完了すると、起動用空気止め弁３０は全閉され、すべての空気が空気昇圧機１４の側から供給されるようになる。
【０００７】
この後ガスタービン６の出力を増加するにはガスタービン６の負荷要求指令を上げ、ガスタービン６へ供給される石炭ガス流量を増加させる。これに伴い、ガス化炉２への石炭５１の供給量を増加させ、一次空気５４、二次空気５５も増加させる。そして、一次空気５４と二次空気５５の供給源である圧縮機７からの抽気量も増加させて行く。ガスタービン６が最大出力になると、ガスタービン６の入口案内翼１０は全開となり、圧縮機７へ空気配管６５から流れる空気量は最大になる。
【０００８】
このＩＧＣＣプラントにこれ以上の負荷要求をしようとすると、石炭ガス流量を増加させ、結果として圧縮機７の抽気流量も増加させる必要があるが、入口案内翼１０はすでに全開になっているため、圧縮機７の流量を増加させることができない。そのため、ガスタービン排ガス温度の調節ができない。それゆえ、入口案内翼１０が全開で、かつガスタービン排ガス温度が規定値になった状態がプラントの最大出力運転点となる。
【０００９】
図４はガスタービンプラント出力０％から１００％に至る起動用圧縮機１５からガス化炉２への空気流量（実線Ａで示す）、圧縮機７からガス化炉２への抽気空気流量（一点鎖線Ｂで示す）、ガスタービン６への石炭ガス流量（破線Ｃで示す）、圧縮機７の吸込空気流量（実線Ｄで示す）の動きを示している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなシステムでは通常運転時（ガスタービン６の出力が５０％前後で、空気源の切り替えが完了した後）にはガス化炉で必要とする空気の全てはガスタービン６から供給され、結果として大気温度によりプラントの最大出力が変化する。図５にこの様子を示す。この図５の実線Ｅに見られるように、プラント最大出力は大気温度の上昇に伴って減少する。近年、大気温度上昇時のクーラー使用量の増加によって夏期の電力需要が高まり、電力供給の最大の問題となっている。このような状況では大気温度が高い時に、より高いプラント出力が要求されるのであるが、これまでのＩＧＣＣプラントのシステムでは大気温度が上昇すると逆にプラント最大出力が減少するという課題があった。
そこで、本発明は、上述の不具合点を鑑み、大気温度上昇時にも高いプラント出力を維持できるＩＧＣＣプラント運転方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に係る本発明においては、供給される空気によって微粉炭を不完全燃焼させ石炭ガスを発生させるガス化炉と、このガス化炉で発生した石炭ガスを燃焼させる燃焼器と、この燃焼器で発生した燃焼ガスが導かれるタービンと、このタービンに同軸状に接続され空気を案内翼から吸入し前記燃焼器および前記ガス化炉へ供給する圧縮機と、前記圧縮機から前記ガス化炉へ空気を供給するための系統に接続され、少なくとも起動時に前記ガス化炉へ空気を供給する起動用圧縮機と、この起動用圧縮機の下流側を分岐し、その一端の前記起動用圧縮機と前記接続点の間に止め弁を設けるとともに、その他端は放風弁を介して大気側と結ぶ系統を有する石炭ガス化複合発電プラントの運転方法において、通常運転時でかつ発電プラントが所定出力以上となった場合に前記止め弁を開くとともに前記放風弁を制御することにより前記ガス化炉へ供給する空気圧力を一定もしくは前記ガス化炉の要求圧力にしつつ前記圧縮機と起動用圧縮機の双方から空気を供給させて成ることを特徴とする石炭ガス化複合発電プラントの運転方法の提供である。
また、上記目的を達成するために請求項２に係る本発明においては、前記起動用圧縮機は起動時および通常運転時でかつ所定出力以上の場合のみ駆動し、起動時には、前記止め弁を開くとともに前記放風弁を制御することにより前記ガス化炉へ供給する空気を前記圧縮機からの空気に徐々に切り替えるとともに、通常運転時でかつ所定出力以上の時には、前記止め弁を開くとともに前記放風弁を制御することにより前記ガス化炉へ供給する空気圧力を一定もしくは前記ガス化炉の要求圧力にすることを特徴とする石炭ガス化複合発電プラントの運転方法の提供である。
さらに、上記目的を達成するために請求項３に係る本発明においては、前記起動用圧縮機は起動時および通常運転時の双方で常に駆動し、起動時には、前記止め弁を開くとともに前記放風弁を制御することにより前記ガス化炉へ供給する空気を徐々に増加させるとともに、前記圧縮機は発電プラントの出力が前記起動用圧縮機から供給される空気で運転できる出力以上になった時に駆動されて成ることを特徴とする石炭ガス化複合発電プラントの運転方法の提供である。
【００１２】
【作用】
この様に構成された請求項１および２記載の本発明においては、従来最大出力とされてきた出力以上で、ガス化炉へ起動用圧縮機から追加の空気を送風できるようになるので、従来より高いプラント出力を達成できる。
【００１３】
また、請求項３記載の本発明においては、ガス化炉の空気源としてガスタービン抽気と起動用圧縮機からの抽気の双方を使えるので、従来より高いプラント出力を達成することができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明に係わるＩＧＣＣプラントの運転方法の第１実施例を、図３および図１を参照して説明する。なお、従来の実施例と同一の構成部分には同一符号を付す。
【００１５】
本発明は従来方法の１００％ガスタービン出力以上たとえば１２０％のガスタービン出力を得るものとして説明する。図３は本発明の実施対象であるＩＧＣＣプラントを示す概略系統図である。系統構成そのものは前述の従来例と同じであるので説明を省略する。
【００１６】
図１は本発明による運転の一実施例である。なお、図１において実線Ｆは起動用圧縮機１５からガス化炉２への空気流量を示し、一点鎖線Ｇは圧縮機７からガス化炉２への抽気空気流量を示し、破線Ｈはガスタービン６への石炭ガス流量を示し、実線Ｉは圧縮機７の吸込空気流量を示している。図１に示すように、０％から１００％のプラント出力においては従来と全く同じ運転である。入口案内翼１０が全開し、ガスタービン出力が１００％以上となった状態においては、圧縮機７からの抽気量は一定、またはガスタービン６の状態例えば排ガス温度を規定値に保つように抽気流量調節弁２３によって調節される。起動用空気止め弁３０は１００％まで達した時に全閉から全開に駆動される。１００％以上のプラント出力では、起動用圧縮機放風弁２６を操作し、放風量を調節することにより、空気圧力計４３の指示を一定値またはガス化炉２からの要求圧力値になるような制御をする。放風された空気以外はガス化炉２へ供給される。
【００１７】
１００％の運転条件では圧縮機空気流量、圧縮機抽気流量、石炭ガス流量は従来と全く同じ値になる。１００％を越えると、起動用空気止め弁３０が開かれるので起動用圧縮機１５からガス化炉２へ空気を供給できるようになる。ガスタービン６の出力を増加させるにはガスタービン６の負荷要求指令を上げ、ガスタービン６へ供給される石炭ガス流量を増加させる。これに伴い、ガス化炉２への石炭５１の供給量が増加し、一次空気５４、二次空気５５も増加する。一次空気５４と二次空気５５の供給源としては、本発明では圧縮機７からの抽気以外に、起動用圧縮機１５の吐出空気も利用できるようになっている。圧縮機７からの抽気は一定またはガスタービン６の状態を規定値に保つように抽気流量調節弁２３により制御されているので、一次空気５４、二次空気５５の流量が増加した場合、圧縮機７からの抽気は必ずしも増加するとは限らない。この場合、この追加流量を補完するのは、起動用圧縮機１５の吐出空気である。一次空気５４、二次空気５５の流量が増加し始めると、空気圧力計４３の指示が下がりはじめるが、これを抑えるべく起動用圧縮機放風弁２６が閉動作し、ガス化炉２側への空気量を増加させ、空気圧力計４３を一定値またはガス化炉２からの要求圧力値になるように制御する。
【００１８】
その結果、従来の最大出力を越えたプラント出力でもガス化に必要とされる空気がガス化炉２へ供給することができるようになり、ガス化炉２は従来例よりも多量の石炭ガスを安定して供給することができ、従来よりも高いプラント出力が達成される。
【００１９】
次に図２を参照して本発明の第２実施例について説明する。
図２は本発明のＩＧＣＣプラント運転の第２実施例を示す特性図である。
説明の都合上、第１実施例と同様に１００％のガスタービン出力を従来方法でのガスタービン最大出力とする。ここで図２において、実線Ｊは起動用圧縮機１５からガス化炉２への空気流量を示し、実線Ｋは圧縮機７の吸込空気流量を示し、一点鎖線Ｌは圧縮機７からガス化炉２への抽気空気流量を示し、破線Ｍはガスタービン６への石炭ガス流量を示している。
【００２０】
図２に示される様にプラント起動時にはガス化炉２へ供給される空気は起動用圧縮機１５から供給される。起動用圧縮機１５は空気供給配管１４から空気を吸入し、昇圧した後、起動用空気逆止弁２９、起動用空気止め弁３０を介して昇圧空気止め弁３１の下流に供給される。起動時には昇圧空気止め弁３１が閉鎖されており、ガス化炉２で必要とする空気は起動用圧縮機１５から供給されるようになっている。ガスタービン６の出力が約５０％で起動用圧縮機１５の流量は最大となる。この時、昇圧空気止め弁３１を徐々に開け、全開として空気昇圧機１４から空気を送入できるようにする。この時点で、従来方法と第１実施例ではガス化炉２への全ての供給空気を空気昇圧機１４からの空気ひいては圧縮機７からの抽気空気に置き換える空気源切り替えが行われたが、本第２実施例ではこの空気源切り替えを行わない。そして、抽気流量調節弁２３を操作し、圧縮機７からの抽気空気流量を調節し、空気圧力計４３の指示が一定値またはガス化炉２からの要求圧力値になるように制御を行う。
【００２１】
以上の運転方法において、プラント起動時には従来例と同様にガス化炉２へ供給される空気は起動用圧縮機１５から供給される。起動用圧縮機１５は空気供給配管６４から空気を吸入し、昇圧した後、起動用空気逆止弁２９、起動用空気止め弁３０を介して昇圧空気止め弁３１の下流に供給される。起動時には昇圧空気止め弁３１が閉鎖されており、ガス化炉２で必要とする空気は起動用圧縮機１５から供給されるようになっている。ガスタービン６の出力が約５０％前後で起動用圧縮機１５の流量は最大となる。
【００２２】
この後、ガスタービン６の出力を増加するにはガスタービン６の負荷要求指令を上げ、ガスタービン６へ供給される石炭ガス流量を増加させる。これに伴い、ガス化炉２への石炭５１の供給量が増加し、一次空気５４、二次空気５５も増加する。しかし、起動用圧縮機１５はすでに最大流量を供給しているので起動用圧縮機１５からの空気はこれ以上の空気は期待できない。従来例ではこの時点で空気源切り替えを行い、すべての空気を圧縮機７からの抽気に切り替えていたが、本発明では起動用圧縮機１５の吐出空気は最大流量をそのまま利用し、圧縮機７からの抽気を追加することにより増加するガス化炉２への供給空気を賄うこととする。一次空気５４、二次空気５５の流量が増加し始めると、空気圧力計４３の指示が下がりはじめるが、本発明ではこれを抑えるべく抽気流量調節弁２６が開き勝手となり、ガス化炉２側への空気量を増加させ、空気圧力計４３を一定値またはガス化炉２からの要求圧力値になるように制御する。さらにプラント出力を増加させると、ガスタービン６の排ガス温度が上昇し、これを規定値に抑えるべく入口案内翼１０が開く。プラント出力を上昇させ、入口案内翼１０が全開した状態が最大出力である。この出力は従来例での最大出力を１００％とすると、１００％以上になり、例えば１２８％になるとの試算もある。
【００２３】
その結果、従来の最大プラント出力以上でもガス化に必要とされる空気がガス化炉２へ供給することができるようになり、従来よりも高いプラント出力を安定して供給することができる。さらに、起動用圧縮機１５が所定出力の範囲で停止させる必要もなく、運転制御をより容易にすることができる。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１および請求項２に係る本発明においては、通常運転時で所定出力以上となった場合に圧縮機と起動用圧縮機の双方から空気を供給するので空気供給量を増加させることができ、プラント出力をより効率的に増加させることができる。
【００２５】
請求項３に係る本発明においては、上述した効果の他に起動用圧縮機を所定出力の範囲で停止させる制御が必要となり、運転制御をより容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る石炭ガス化複合発電プラントの運転方法を示す特性図。
【図２】本発明の第２実施例に係る石炭ガス化複合発電プラントの運転方法を示す特性図。
【図３】本発明に適用される石炭複合発電プラントの概略系統図。
【図４】石炭ガス化複合発電プラントの運転方法の従来例を示す特性図。
【図５】プラント出力と大気温度の関係を示す特性図。
【符号の説明】
１…石炭ガス化複合発電プラント（ＩＧＣＣプラント）
２…ガス化炉
６…ガスタービン
７…圧縮機
８…燃焼器
９…タービン
１０…入口案内翼
１４…空気昇圧機
１５…起動用圧縮機

Claims

供給される空気によって微粉炭を不完全燃焼させ石炭ガスを発生させるガス化炉と、
このガス化炉で発生した石炭ガスを燃焼させる燃焼器と、
この燃焼器で発生した燃焼ガスが導かれるタービンと、
このタービンに同軸状に接続され空気を案内翼から吸入し前記燃焼器および前記ガス化炉へ供給する圧縮機と、
前記圧縮機から前記ガス化炉へ空気を供給するための系統に接続され、少なくとも起動時に前記ガス化炉へ空気を供給する起動用圧縮機と、
この起動用圧縮機の下流側を分岐し、その一端の前記起動用圧縮機と前記接続点の間に止め弁を設けるとともに、その他端は放風弁を介して大気側と結ぶ系統を有する石炭ガス化複合発電プラントの運転方法において、
通常運転時でかつ発電プラントが所定出力以上となった場合に
前記止め弁を開くとともに前記放風弁を制御することにより前記ガス化炉へ供給する空気圧力を一定もしくは前記ガス化炉の要求圧力にしつつ前記圧縮機と起動用圧縮機の双方から空気を供給させて成ることを特徴とする石炭ガス化複合発電プラントの運転方法。
前記起動用圧縮機は起動時および通常運転時でかつ所定出力以上の場合のみ駆動し、
起動時には、前記止め弁を開くとともに前記放風弁を制御することにより前記ガス化炉へ供給する空気を前記圧縮機からの空気に徐々に切り替えるとともに、
通常運転時でかつ所定出力以上の時には、前記止め弁を開くとともに前記放風弁を制御することにより前記ガス化炉へ供給する空気圧力を一定もしくは前記ガス化炉の要求圧力にすることを特徴とする請求項１記載の石炭ガス化複合発電プラントの運転方法。
前記起動用圧縮機は起動時および通常運転時の双方で常に駆動し、
起動時には、前記止め弁を開くとともに前記放風弁を制御することにより前記ガス化炉へ供給する空気を徐々に増加させるとともに、
前記圧縮機は発電プラントの出力が前記起動用圧縮機から供給される空気で運転できる出力以上になった時に駆動されて成ることを特徴とする請求項１記載の石炭ガス化複合発電プラントの運転方法。