JP5535713B2 - Gasification combined power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、ガス化複合発電システムのガス化剤圧縮機および空気圧縮機の駆動方式に関するものである。 The present invention relates to a driving method for a gasifying agent compressor and an air compressor of a combined gasification power generation system.
ガス化複合発電システムとは、石炭や残渣油などの固体や液体の燃料源をガス化装置においてガス化し、このガス化燃料をガスタービンの燃焼器で燃焼させ、タービンを駆動して発電すると共に、ガスタービンの排気ガスを排熱回収ボイラに導入し、ここで発生した蒸気によって蒸気タービンを駆動して発電するものである(例えば特許文献1)。 The combined gasification power generation system gasifies solid and liquid fuel sources such as coal and residual oil in a gasifier, burns this gasified fuel in a gas turbine combustor, and drives the turbine to generate electricity. The gas turbine exhaust gas is introduced into an exhaust heat recovery boiler, and the steam turbine is driven by the steam generated here to generate electric power (for example, Patent Document 1).
ここで、空気吹きのガス化装置の場合、ガスタービンの空気圧縮機の出口空気の一部を抽気し、これを別置きの圧縮機で昇圧してガス化装置に導き、ガス化剤として使用している。これを、例示的に図5を用いて説明する。
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。
Here, in the case of an air-blown gasifier, a part of the outlet air of the gas turbine air compressor is extracted, and this is boosted by a separate compressor, led to the gasifier, and used as a gasifying agent doing. This will be exemplarily described with reference to FIG.
A gasification combined
The gasifier 120 is configured to generate gasified fuel and supply the gasified fuel to the
The combined gasification
The
In addition, description and description are abbreviate | omitted here about the structure (bottoming system | strain) of a waste heat recovery boiler and a steam turbine.
図5に示す複合発電システムにおいて、ガス化装置120から供給されたガス化燃料は、燃焼器112に供給される。次に、空気圧縮機110で圧縮された空気とガス化燃料とを混合し、燃焼器112で燃焼させることによって発生した高温高圧の燃焼ガスのエネルギーによってタービン114が回転駆動される。空気圧縮機110はタービン114と一体に結合されているので、空気圧縮機110はタービン114によって駆動される。
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。
In the combined power generation system shown in FIG. 5, the gasified fuel supplied from the gasifier 120 is supplied to the
A part of the air compressed by the air compressor 110 is extracted and pressurized by the gasifying agent compressor 118 via the
The power obtained by the
ガス化複合発電システム100の動力調整は、燃料の流量調整によって行う。前述のとおり、ガス化複合発電システム100では、空気圧縮機110から抽気された空気をガス化剤圧縮機118で昇圧し、この空気を用いてガス化燃料を生成して燃焼器112に供給している。従って、ガス化燃料の流量調整はガス化剤圧縮機118の流量調整を意味する。ガス化剤圧縮機118が軸流圧縮機である場合、ガス化剤圧縮機118の吸込流量の調整はガス化剤圧縮機118の入口に設けられた図示しない可変静翼により行う。この時、調整可能なガス化剤の流量範囲は、可変静翼の開度範囲、またはガス化剤圧縮機118のサージ限界によって制限される。このため、必要となるガス化剤の流量範囲がガス化剤圧縮機118単体にて可能となる調整範囲を超える場合は、図5に示すようにガス化剤をガス化剤圧縮機118の出口からバイパス経路130を介してガス化剤圧縮機118の入口にバイパスして還流させることにより、ガス化剤圧縮機118の吸込流量を確保する。
The power adjustment of the combined gasification
ガス化複合発電システム100の必要燃料流量が小さい部分負荷運転時にガス化剤のバイパスを行う場合、ガスタービン102が要求する以上の量のガス化剤を昇圧することになり、必要以上のガス化剤圧縮機118の動力を消費することになるため、結果的に全体効率が低下する。
When bypassing the gasifying agent at the time of partial load operation where the required fuel flow rate of the combined gasification
また、部分負荷運転時にガス化剤圧縮機118の流量調整範囲を制限するのは、ガス化剤圧縮機118の限界圧力比の低下(限界圧力比は流量にほぼ比例する)と、流量低下時のガス化剤圧縮機118の効率の低下が挙げられる。
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。
Further, the flow rate adjustment range of the gasifying agent compressor 118 during the partial load operation is limited when the limit pressure ratio of the gasifying agent compressor 118 decreases (the limit pressure ratio is almost proportional to the flow rate) and when the flow rate decreases. The efficiency of the gasifying agent compressor 118 is reduced.
In the axial flow compressor, the operating limit pressure ratio due to surge decreases as the suction flow rate decreases. For this reason, if the suction flow rate of the gasifying agent compressor 118 is reduced while the pressure ratio of the gasifying agent compressor 118 is high, the surge operation limit of the gasifying agent compressor 118 will be exceeded, and the operation should be continued. Can not be.
On the other hand, in order to increase the surge pressure ratio, it is possible to increase the number of stages of the compressor. However, in the rated load operation condition, an originally unnecessary blade row is added. Efficiency is reduced and overall performance is also reduced.
このため、ガス化剤圧縮機118を駆動するモータなどを回転数可変とすることが考えられる。
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。
For this reason, it is conceivable that the motor for driving the gasifying agent compressor 118 or the like can be made variable in rotational speed.
According to these configurations, the suction flow rate of the gasifying agent compressor 118 can be adjusted by adjusting the rotational speed. For this reason, it becomes possible to set the flow conditions of the gasifying agent without performing a bypass operation, to reduce the shaft power of the gasifying agent compressor 118, and to improve the partial load efficiency of the gasification combined power generation system to some extent. Can do.
しかしながら、ガスタービン自体が発電機を一定の定格回転数で駆動している以上、これと一体に結合される空気圧縮機もガスタービンと同じ一定の定格回転数で運転されている。このため、部分負荷においても、空気圧縮機は相当の空気を吸い込み、高い圧力比を発生しているため、相当の軸動力を消費していることになる。更に、ガス化剤圧縮機は空気圧縮機の抽気空気を昇圧していることから、部分負荷においても空気圧縮機の圧力比が高い(出口圧力が高い)ということは、すわなち、ガス化剤圧縮機の吸込圧力も高いことを意味する。この結果、部分負荷においても、空気圧縮機の抽気空気を更に昇圧するガス化剤圧縮機も余分な動力を消費することになる。従って、単にガス化剤圧縮機を回転数可変とするだけでは、部分負荷の効率向上はあまり期待できない。さらに、既存の構成ではガス化剤圧縮機を駆動するための付帯設備を必要とすることから、ガス化複合発電システムの製造コストも増加している。 However, since the gas turbine itself drives the generator at a constant rated speed, the air compressor coupled integrally with the generator is also operated at the same constant speed as the gas turbine. For this reason, even in a partial load, the air compressor sucks in a considerable amount of air and generates a high pressure ratio, so that a considerable amount of shaft power is consumed. Furthermore, since the gasifying agent compressor boosts the bleed air of the air compressor, the fact that the pressure ratio of the air compressor is high (the outlet pressure is high) even at a partial load means gasification. This means that the suction pressure of the agent compressor is also high. As a result, even at the partial load, the gasifying agent compressor that further boosts the bleed air of the air compressor consumes extra power. Therefore, the efficiency improvement of the partial load cannot be expected so much simply by changing the rotation speed of the gasifying agent compressor. Furthermore, since the existing configuration requires ancillary facilities for driving the gasifying agent compressor, the manufacturing cost of the gasification combined power generation system is also increasing.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、構造的にシンプルであり、低コストで、より効率の高いガス化複合発電システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a gasification combined power generation system that is structurally simple, low-cost, and more efficient.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
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一部を圧縮し、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。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The combined gasification power generation system according to the present invention includes a gasification device that generates gasified fuel, a first compressor (for example, an air compressor) that compresses an oxidant (for example, air), and the first compressor. A second compressor (for example, a gasifying agent compressor) that compresses a part of the oxidizing agent compressed in step 1 and supplies the gasifying device as a gasifying agent, and the oxidation compressed by the first compressor A combustor that mixes and burns the agent and the gasified fuel supplied from the gasifier, and generates a high-temperature and high-pressure combustion gas; and a post-connector connected to the combustor, the high-temperature and high-pressure combustion gas A first and a second turbine (for example, a high-pressure turbine and a low-pressure turbine) that are driven in sequence, and a generator that is coupled to the second turbine so as to be capable of transmitting power; And the first turbine are connected to each other so that power can be transmitted. The second compressor is rotationally driven by the first turbine, the second turbine is disposed on the downstream side of the first turbine, and the first and second turbines are as shaft systems. They are not coupled and can be rotated at different rotational speeds.
本発明に係るガス化複合発電システムによれば、第1と第2の圧縮機は、第2のタービンとは独立した回転数で回転可能な第1のタービンによって駆動されることから、モータなどの付帯設備を有することなく、第1と第2の圧縮機の可変流量範囲を拡大でき、製造コストの低減およびシステム全体の効率を向上できるという効果を奏する。 According to the combined gasification power generation system according to the present invention, the first and second compressors are driven by the first turbine that can rotate at a rotational speed independent of the second turbine, so that the motor and the like Without having the incidental equipment, the variable flow ranges of the first and second compressors can be expanded, and the production cost can be reduced and the efficiency of the entire system can be improved.
上記ガス化複合発電システムにおいて、前記第2の圧縮機は増速機または減速機を介して前記第1の圧縮機に結合されていてもよい。 In the combined gasification power generation system, the second compressor may be coupled to the first compressor via a speed increaser or a speed reducer.
このようなガス化複合発電システムでは、第2の圧縮機を第1の圧縮機とは異なる定格回転数で設計をすることが可能となり、第1と第2の圧縮機がそれぞれ最適な空力性能となるように設計できることからシステム全体の効率が向上する。 In such a combined gasification power generation system, it is possible to design the second compressor at a rated rotational speed different from that of the first compressor, and the first and second compressors each have optimum aerodynamic performance. The efficiency of the entire system is improved.
また、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り、前記第2の圧縮機で圧縮された酸化剤を前記第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、を特徴とする。 In addition, the combined gasification power generation system according to the present invention includes a gasification device that generates gasified fuel, a first compressor (eg, air compressor) that compresses an oxidant (eg, air), and the first A second compressor (for example, a gasifying agent) that compresses at least a part of the oxidizing agent compressed by the compressor or an oxidizing agent supplied from the outside (another process) and supplies the compressed oxidizing agent to the gasifier A compressor), a combustor that mixes and burns the oxidant compressed by the first compressor and the gasified fuel supplied from the gasifier, and generates high-temperature and high-pressure combustion gas; First and second turbines (for example, a high-pressure turbine and a low-pressure turbine) that are connected downstream from the combustor and sequentially driven by the high-temperature and high-pressure combustion gas, and are coupled to the second turbine so that power can be transmitted. A first generator and a second generator. The compressor and the first turbine are connected so as to be capable of transmitting power, and the first and second compressors are driven to rotate by the first turbine, and the second turbine is disposed downstream of the first turbine. A turbine is disposed, the first and second turbines are not coupled as a shaft system, can rotate at different rotational speeds, and the oxidant compressed by the second compressor is It is characterized by having a bypass flow path for recirculation on the inlet side of the second compressor .
このようなガス化複合発電システムでは、ガス化装置に導かれるガス化剤の流量調整は、第2の圧縮機の回転数だけでなく、ガス化剤のバイパス流量調整によっても行うことができるので、ガス化装置に導かれるガス化剤流量の制御性が向上する。 In such a combined gasification power generation system, the flow rate adjustment of the gasifying agent led to the gasification device can be performed not only by the rotation speed of the second compressor, but also by the bypass flow rate adjustment of the gasifying agent. The controllability of the flow rate of the gasifying agent guided to the gasifier is improved.
本発明に係るガス化複合発電システムを運転する方法は、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一部を圧縮し、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、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り、前記第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、前記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前記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。 A method for operating a combined gasification power generation system according to the present invention includes a gasification device that generates gasified fuel, a first compressor that compresses an oxidant, and an oxidant that is compressed by the first compressor . A second compressor that compresses a part and supplies the gasification device as a gasification agent; an oxidant compressed by the first compressor; and the gasification fuel supplied from the gasification device; Combusting and generating a high-temperature and high-pressure combustion gas; first and second turbines connected downstream from the combustor and sequentially driven by the high-temperature and high-pressure combustion gas; A generator coupled to the second turbine so as to be capable of transmitting power, wherein the first and second compressors and the first turbine are coupled so as to be capable of transmitting power, and the first and second compressions are coupled to each other. The machine constitutes a gas generator unit that is rotationally driven by the first turbine, A second turbine is disposed on the downstream side of the first turbine, and the first and second turbines are not coupled as a shaft system and can rotate at different rotational speeds, In the combined gasification combined power generation system in which the second turbine is coupled to the generator so as to be able to transmit power to form a power turbine unit, the partial load operation of the combined gasification combined generation system is based on the rotational speed at the rated operation. The gas generator section is operated at a lower rotational speed, and the flow rates or pressures at the outlets of the first and second compressors are reduced as compared with the rated operation.
本発明に係るガス化複合発電システムを運転する方法によれば、ガスジェネレータ部を可変速運転とすることにより、第1および第2の圧縮機の効率を損なうことなく、ガス化複合発電システムの圧力比を低下させることができ、部分負荷運転が可能となることから、システム全体の効率を向上できるという効果を奏する。 According to the method of operating the gasification combined power generation system according to the present invention, the gas generator combined power generation system can be operated without changing the efficiency of the first and second compressors by changing the gas generator unit to variable speed operation. Since the pressure ratio can be reduced and partial load operation is possible, there is an effect that the efficiency of the entire system can be improved.
本発明に係るガス化複合発電システムによれば、製造コストを低減できると共に、システム全体の効率を向上させることができるという効果を奏する。 According to the combined gasification power generation system according to the present invention, it is possible to reduce the manufacturing cost and improve the efficiency of the entire system.
[第1の実施形態]
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。
[First Embodiment]
Hereinafter, the combined gasification power generation system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
1 includes an air compressor 10 (first compressor), a
空気圧縮機10は、大気から取り入れた空気を圧縮するように構成されている。ガス化剤圧縮機18は、空気圧縮機10の出口空気の一部が抽気され、抽気空気経路36を介して導かれた空気(抽気空気)をガス化剤(酸化剤)として昇圧するように構成されている。ガス化装置は、燃料源と、ガス化剤圧縮機18で昇圧され、ガス化剤供給経路38を介して導かれたガス化剤とによってガス化燃料が生成されるように構成されている。生成されたガス化燃料は、ガス化燃料供給経路34を介して燃焼器12に供給されるように構成されている。燃焼器12は、空気圧縮機10で圧縮された空気に、ガス化装置20から供給されたガス化燃料を噴射して燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスを生成するように構成されている。高圧タービン14は、燃焼器12で生成された高温高圧の燃焼ガスが導かれて回転駆動されると共に、同一回転軸に結合された空気圧縮機10と、ガス化剤圧縮機18とを回転駆動するように構成されている。低圧タービン16は、高圧タービン14の出口ガスが導かれて回転駆動されると共に、同一回転軸に結合された発電機26を回転駆動するように構成されている。発電機26は低圧タービン16によって回転駆動され、発電す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。
The
In addition, description and description are abbreviate | omitted here about the structure (bottoming system | strain) of a waste heat recovery boiler and a steam turbine.
ここで、ガス化装置の燃料源としては、石炭や残渣油などが挙げられる。また、燃料源のガス化に空気を用いていることから第1の実施形態は空気吹き式ガス化装置に分類される。
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。
Here, coal, residual oil, etc. are mentioned as a fuel source of a gasifier. Further, since air is used for gasification of the fuel source, the first embodiment is classified as an air blowing type gasifier.
Moreover, it turns out that the air compressed with the
次に、本発明の第1実施形態に係るガス化複合発電システムの運転方法について説明する。
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。
Next, an operation method of the gasification combined power generation system according to the first embodiment of the present invention will be described.
The gasification combined power generation system 1 is started up using a starter (not shown). The gasifying
通常、発電機は一定の周波数(同期周波数、たとえば60Hz)で送電する必要性から、ガス化複合発電システム1の作動条件によらず、パワータービン部42は送電系と同期する一定の回転数(同期回転数、例えば3600min−1)で運転される。
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。
Usually, since the generator needs to transmit power at a constant frequency (synchronous frequency, for example, 60 Hz), the
On the other hand, when the power generation demand is low and the gasification combined power generation system 1 is operated at an output (partial load) lower than the rated output, the required gasifying agent flow rate and combustion air flow rate, that is, the gasifying
次に、電力需要が多くなり、ガス化複合発電システム1を定格出力で運転する場合、必要なガス化剤流量と燃焼用空気流量が多くなることから、ガスジェネレータ部40の回転数を上昇させ、定格回転数に到達させる。これにより、パワータービン部42に流入する燃焼ガスの圧力と温度が上昇し、パワータービン部42の出力が増加することから、ガス化複合発電システム1を定格出力で運転することができる。
Next, when the electric power demand increases and the gasification combined power generation system 1 is operated at the rated output, the required gasifying agent flow rate and the combustion air flow rate increase, so the rotational speed of the
ここで、図2aと図2bに可変回転数の圧縮機の特性線図を示す。
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。
Here, FIG. 2a and FIG. 2b show characteristic diagrams of a compressor having a variable speed.
In FIG. 2a, the horizontal axis represents the suction flow rate of the compressor, and the vertical axis represents the heat insulation efficiency of the compressor. On the other hand, in FIG. 2b, the horizontal axis shows the suction flow rate of the compressor, and the vertical axis shows the ratio (pressure ratio) between the suction pressure and the discharge pressure of the compressor.
図2aと図2bから解るように、定格回転数である100%回転数から85%回転数まで低下させると、吸込流量は定格流量の45%程度まで減少させることが出来るが、断熱効率は定格時から殆んど低下していないことが解る。従って、ガスジェネレータ部40を可変速運転とすることにより、ガス化剤圧縮機18および空気圧縮機10の効率を損なうことなく、ガス化複合発電システム1の圧力比を低下させることができ、部分負荷運転が可能となる。
As can be seen from FIGS. 2a and 2b, when the rated rotational speed is reduced from 100% rotational speed to 85% rotational speed, the suction flow rate can be reduced to about 45% of the rated flow rate. It turns out that it has hardly decreased since time. Therefore, by setting the
また、図1の構成では、ガスジェネレータ部40において、空気圧縮機10は機械的な回転制御装置を介することなく高圧タービン14に一体的に結合されているので、機械的な動力の損失もなく、公知のガスタービンと同一の構造を踏襲することが出来ることから構造が簡単であり、ガス化複合発電システム1の信頼性を確保できる。
In the configuration of FIG. 1, in the
また、図1に示すように、ガス化剤圧縮機18の吐出ガスをガス化剤圧縮機18の入口に還流させるバイパス経路30を設ける構成としても良い。これにより、ガス化剤の流量調整は、ガス化剤圧縮機18の回転数だけでなく、ガス化剤のバイパス流量調整によっても行うことができるので、ガス化装置20に導かれるガス化剤流量の制御性が向上する。
Further, as shown in FIG. 1, a configuration may be provided in which a
[第2の実施形態]
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。
[Second Embodiment]
Next, a combined gasification combined power generation system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. However, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The gasification combined power generation system 3 according to the second embodiment shown in FIG. 3 is different from the gasification combined power generation system 1 according to the first embodiment in that the gasifying
体積流量ベースで空気圧縮機10の吸込流量よりもガス化剤圧縮機18の吸込流量の方が小さい場合、圧縮機の体格としては、空気圧縮機10よりもガス化剤圧縮機18の方が小さくなる。ここで、空気圧縮機10の効率が最適となるように設計した場合、ガス化剤圧縮機18の回転数が空気圧縮機10の回転数と同一であれば、体格の小さいガス化剤圧縮機18の図示しない回転翼の周速(回転翼の半径と回転角速度の積)が小さくなってしまい、本来期待できる効率よりも低い効率となってしまう。
When the suction flow rate of the gasifying
言い換えれば、回転翼の半径が小さいガス化剤圧縮機18の回転翼の周速を確保するためには、空気圧縮機10よりもガス化剤圧縮機18の回転数を大きくする必要がある。このため、本実施形態では、増速機22を介して、ガス化剤圧縮機18を空気圧縮機10よりも大きく、最適な効率を達成する回転数で回転駆動することを可能としている。
In other words, in order to ensure the peripheral speed of the rotating blades of the gasifying
一方、体積流量ベースで空気圧縮機10よりもガス化剤圧縮機18の吸込流量の方が大きい場合も考えられる。この場合は、圧縮機の体格としては、空気圧縮機10よりもガス化剤圧縮機18の方が大きくなる。このため、各々の圧縮機を最適な回転数で設計して運転する場合は、ガス化剤圧縮機18は減速機を介して空気圧縮機10と結合する構成とし、ガス化剤圧縮機18に対し、空気圧縮機10の回転数が大きくなるようにすれば良い。
On the other hand, there may be a case where the suction flow rate of the gasifying
上記の構成とすることにより、いずれの場合においても、空気圧縮機10とガス化剤圧縮機18とをそれぞれ最適な効率が得られるように設計することが可能となり、ガス化複合発電システム3の効率を最適化することができる。
By adopting the above configuration, in any case, the
[第3の実施形態]
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。
[Third Embodiment]
Next, a combined gasification combined power generation system according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. However, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The gasification combined
ここで、ガス化複合発電システムにおけるガス化装置としては、第1の実施形態で説明した、ガス化装置に供給されるガス化剤の酸素濃度が21vol%程度である空気吹き式のものの他に、より酸素濃度の高い酸素吹き式(酸素濃度95vol%)や改良空気吹き式(酸素濃度21〜40vol%)のものも計画されている。これらのガス化装置を備えるガス化複合発電システムにおいては、ガスタービンの圧縮機の抽気空気をガス化剤として用いるのではなく、空気を酸素と窒素とに分離するための空気分離装置などに挙げられるような他のプロセス46において生成された、所定の酸素濃度に調整された流体がガス化剤として使用される。
Here, as the gasification apparatus in the combined gasification power generation system, in addition to the air blowing type apparatus described in the first embodiment, the oxygen concentration of the gasifying agent supplied to the gasification apparatus is about 21 vol%. Further, oxygen blowing type with higher oxygen concentration (
このため、図4に示す第3の実施形態では、酸素吹き式または改良空気吹き式ガス化装置を備えるガス化複合発電システムにおいて、別のプロセスにおいて予め生成した流体をガス化剤としてガス化装置に供給するために圧縮するガス化剤圧縮機24を空気圧縮機10に動力伝達可能に結合して駆動する構成とした。ここで、第1の実施形態と同様に、空気圧縮機10と、高圧タービン14と、ガス化剤圧縮機24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。
Therefore, in the third embodiment shown in FIG. 4, in the gasification combined power generation system including the oxygen-blown or improved air-blown gasifier, the gasifier that uses a fluid previously generated in another process as a gasification agent The gasifying agent compressor 24 that compresses the air to be supplied to the
図4の構成においても、ガス化複合発電システム4の動力調整はガス化燃料の流量調整によって行われる。従って、空気吹き式ガス化装置の場合と同様に、ガス化燃料の流量は燃料のガス化に使用されるガス化剤の流量に対応する。
Also in the configuration of FIG. 4, the power adjustment of the gasification combined
電力需要が少なく、ガス化複合発電システム4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24と空気圧縮機10の吸込流量が少ないことから、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4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。
When the demand for electric power is small and the gasification combined
次に、電力需要が多くなり、ガス化複合発電システム4を定格出力で運転する場合、必要なガス化剤流量と燃焼用空気流量が多くなることから、ガスジェネレータ部40の回転数を上昇させ、定格回転数に到達させる。これにより、パワータービン部42に流入する燃焼ガスの圧力と温度が上昇し、パワータービン部42の出力が増加することから、ガス化複合発電システム4を定格出力で運転することができる。
Next, when the power demand increases and the combined gasification
上記の構成とすることにより、ガスジェネレータ部40を可変速運転とすることができるため、ガス化剤圧縮機24および空気圧縮機10の効率を損なうことなく、ガス化複合発電システム4の圧力比を低下させることができ、部分負荷運転が可能となる。
With the above configuration, the
また、ガス化剤圧縮機24の吐出ガスをガス化剤圧縮機24の入口に還流させるバイパス経路30を設ける構成としても良い。このような構成とすることにより、ガス化装置20に導かれるガス化剤の制御性が向上する。
Further, a configuration may be provided in which a
また、ガス化剤圧縮機24を増速機または減速機を介して空気圧縮機10と結合して駆動される構成としても良い(図示せず)。このような構成とすることにより、ガス化剤圧縮機24と空気圧縮機10の体格が異なる場合であっても、各々を理想的な回転数で設計することが可能となる。
Further, the gasifying agent compressor 24 may be driven by being coupled to the
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更・変形が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
1,3,4 ガス化複合発電システム
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
1, 3, 4 Combined gasification
12 Combustor 14 High-pressure turbine (first turbine)
16 Low pressure turbine (second turbine)
18, 24 Gasifier compressor (second compressor)
20
Claims (4)
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一部を圧縮し、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。 A gasifier for generating gasified fuel;
A first compressor for compressing the oxidant;
A second compressor that compresses a part of the oxidant compressed by the first compressor and supplies the gasification device as a gasifying agent;
A combustor that mixes and burns the oxidant compressed by the first compressor and the gasified fuel supplied from the gasifier to generate a high-temperature and high-pressure combustion gas;
First and second turbines connected downstream from the combustor and sequentially driven by the high-temperature and high-pressure combustion gas;
A generator coupled to the second turbine to transmit power,
The first and second compressors and the first turbine are coupled so as to be able to transmit power, and the first and second compressors are rotationally driven by the first turbine,
The second turbine is arranged on the downstream side of the first turbine, and the first and second turbines are not coupled as a shaft system and can rotate at different rotational speeds. ,
A gasification combined power generation system characterized by
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り、
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。 A gasifier for generating gasified fuel;
A first compressor for compressing the oxidant;
A second compressor that compresses at least a part of the oxidant compressed by the first compressor or an oxidant supplied from the outside and supplies the compressed oxidant to the gasifier as a gasifying agent;
A combustor that mixes and burns the oxidant compressed by the first compressor and the gasified fuel supplied from the gasifier to generate a high-temperature and high-pressure combustion gas;
First and second turbines connected downstream from the combustor and sequentially driven by the high-temperature and high-pressure combustion gas;
A generator coupled to the second turbine to transmit power,
The first and second compressors and the first turbine are coupled so as to be able to transmit power, and the first and second compressors are rotationally driven by the first turbine,
The first of said and second turbine disposed downstream of the turbine, the first and second turbine is not bound as a shaft system, Ri rotatable der at different rotational speed, respectively ,
Having a bypass flow path for refluxing the oxidant compressed by the second compressor to the inlet side of the second compressor;
A gasification combined power generation system characterized by
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。 The combined gasification power generation system according to claim 1 or 2 ,
The combined gasification power generation system, wherein the first compressor and the second compressor are coupled via a speed increaser or a speed reducer.
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一部を圧縮し、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。 A method for operating a combined gasification power generation system, comprising:
A gasifier for generating gasified fuel;
A first compressor for compressing the oxidant;
A second compressor that compresses a part of the oxidant compressed by the first compressor and supplies the gasification device as a gasifying agent;
A combustor that mixes and burns the oxidant compressed by the first compressor and the gasified fuel supplied from the gasifier to generate a high-temperature and high-pressure combustion gas;
First and second turbines connected downstream from the combustor and sequentially driven by the high-temperature and high-pressure combustion gas;
A generator coupled to the second turbine to transmit power,
The first and second compressors and the first turbine are coupled so as to be able to transmit power, and the first and second compressors constitute a gas generator unit that is rotationally driven by the first turbine,
A second turbine is arranged on the downstream side of the first turbine, and the first and second turbines are not coupled as a shaft system and can rotate at different rotational speeds, respectively. In the combined gasification combined power generation system in which the power turbine is coupled to the generator so as to be able to transmit power and constitutes a power turbine section,
During partial load operation of the combined gasification power generation system, the gas generator unit is operated at a rotational speed lower than the rotational speed at the rated operation, and the flow rates or pressures at the outlets of the first and second compressors are set higher than those at the rated operation. Reducing,
A method for operating a gasification combined cycle system characterized by the above.
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