JP5615199B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス化炉やガスタービンなどの高圧反応炉に使用される燃焼装置に関するものである。

例えば、石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ）は、石炭をガス化し、コンバインドサイクル発電と組み合わせることにより、従来型の石炭火力に比べてさらなる高効率化・高環境性を目指した発電設備である。この石炭ガス化複合発電設備は、資源量が豊富な石炭を利用可能であることも大きなメリットであり、適用炭種を拡大することにより、さらにメリットが大きくなることが知られている。

従来の石炭ガス化複合発電設備は、一般的に、給炭装置、石炭ガス化炉、チャー回収装置、ガスタービン設備、蒸気タービン設備、排熱回収ボイラ、ガス浄化装置を有している。従って、石炭ガス化炉に対して、給炭装置により石炭（微粉炭）が供給されると共に、空気が取り込まれ、この石炭ガス化炉で石炭が燃焼ガス化されて生成ガス（可燃性ガス）が生成される。そして、この生成ガスは、チャー回収装置にて、石炭の未燃分（チャー）が除去されてからガス精製され、ガスタービン設備に供給されることで燃焼して高温・高圧の燃焼ガスを生成し、タービンを駆動する。タービンを駆動した後の排気ガスは、排熱回収ボイラで熱エネルギが回収され、蒸気を生成して蒸気タービン設備に供給され、タービンを駆動する。これにより発電が行なわれる。一方、熱エネルギが回収された排気ガスは、ガス浄化装置で有害物質が除去された後、煙突を介して大気へ放出される。

上述した石炭ガス化複合発電設備における石炭ガス化炉は、内部に供給された微粉炭、チャー、圧縮空気（酸素）、または、ガス化剤としての水蒸気を燃焼・ガス化すると共に、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガスを発生させ、この可燃性ガスをガス化剤としてガス化反応が起こるものである。この場合、石炭ガス化炉は、燃焼装置として、起動用バーナと燃焼用バーナとを有しており、起動時には、起動用バーナを用いて補助燃料（例えば、灯油、軽油）を燃焼して昇温させ、その後、燃焼用バーナを用いて微粉炭を燃焼して燃焼・ガス化を行うようにしている。

このような石炭ガス化炉としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがあり、補助燃料の供給装置としては、例えば、下記特許文献２に記載されたものがある。

特開２００９−１７９７９０号公報 特開平０６−０１１０９９号公報

近年、石炭ガス化炉やその下流側に装着されるガスタービンにて、高出力化が求められており、その結果、石炭ガス化炉やガスタービンでは、燃焼装置によって供給する燃料を高圧にする必要があり、燃料圧力が臨界圧力に達するおそれがある。燃焼装置により供給される燃料の圧力が臨界圧力になると、この臨界圧力の近傍では、燃料の圧力変化に対する燃料の密度が理想気体に対して大きくなる。すると、高圧燃料の計測に誤差が生じて炉内に供給する燃料流量の調整制御が困難となる。そのため、内部の圧力変動に対応した燃料流量制御ができず、燃焼・ガス化が不安定となってしまう。この場合、燃料を昇圧する前に計量することが考えられるが、安全性の観点から、燃料タンク及び昇圧機からバーナまでの距離が長く設定されており、燃料を昇圧する前に計量すると制御遅れが発生して高精度な燃料流量制御ができなくなる。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、安定した燃料流量制御を可能とする燃焼装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の燃焼装置は、燃料を貯留する燃料タンクと、該燃料タンクの燃料を高圧反応炉に供給する燃料供給ラインと、該燃料供給ラインに設けられて燃料を昇圧する昇圧装置と、前記燃料供給ラインに設けられて昇圧後の燃料を加熱する加熱装置と、前記燃料供給ラインに設けられて昇圧及び加熱した燃料の流量を調整する燃料流量調整装置と、前記高圧反応炉の運転要求に応じて前記昇圧装置により燃料を臨界圧力を超えて昇圧すると共に前記加熱装置により臨界温度を超えて加熱してから前記燃料流量調整装置により前記高圧反応炉へ供給する燃料の流量を設定する制御装置と、を備えることを特徴とするものである。

従って、高圧反応炉の運転要求があったとき、燃料が臨界圧力を超えて昇圧されると共に臨界温度を超えて加熱され、その流量が調整されてから高圧反応炉へ供給されることとなり、燃料を臨界圧力及び臨界温度の近傍で制御する必要がないことから、燃料は、圧力変化や温度変化に対して、実際の燃料の密度と理想的な燃料の密度との偏差がほとんどなくなり、燃料流量調整装置による安定した燃料流量制御を可能とすることができる。

本発明の燃焼装置では、前記制御装置は、前記高圧反応炉に対して燃料を臨界圧力を超えて昇圧する要求があったときに、燃料を臨界圧力を超えて昇圧した後に臨界温度を超えて加熱し、その後、燃料の温度を臨界温度から所定温度離れた領域で増減することを特徴としている。

従って、燃料は、臨界圧力を超えて昇圧された後に臨界温度を超えて加熱され、その後、高圧反応炉の運転要求に応じて、燃料の温度を臨界温度から所定温度離れた領域で増減して調整することとなり、安定した燃料流量制御を行うことができる。

本発明の燃焼装置では、前記昇圧装置により昇圧された燃料の圧力を検出する圧力センサと、前記加熱装置により加熱された燃料の温度を検出する温度センサとを設け、前記制御装置は、前記圧力センサの検出結果に基づいて前記圧力反応炉に供給する燃料の目標温度を設定し、前記温度センサの検出結果に基づいて燃料の温度が目標温度となるように前記加熱装置を制御することを特徴としている。

従って、制御装置は、燃料の温度が、昇圧後の燃料の圧力に基づいて設定された目標温度となるように、加熱装置を制御するため、高精度な燃料の温度制御を行うことができる。

本発明の燃焼装置では、燃料は、タンク等の貯蔵装置で液体となる燃料であって、前記制御装置は、この燃料を液体の状態で臨界圧力を超えて昇圧した後、前記加熱装置により臨界温度を超えて加熱して密度が安定化した状態で前記高圧反応炉へ供給することを特徴としている。

従って、燃料は、液体の状態で臨界圧力を超えて昇圧された後、臨界温度を超えて加熱されることで密度が安定化し、この状態で高圧反応炉へ供給されることとなり、流量制御の安定化を可能とすることができる。

本発明の燃焼装置によれば、高圧反応炉の運転要求に応じて昇圧装置により燃料を臨界圧力を超えて昇圧すると共に加熱装置により臨界温度を超えて加熱してから燃料流量調整装置により高圧反応炉へ供給する燃料の流量を設定するので、安定した燃料流量制御を可能とすることができる。

図１は、本発明の一実施例に係る燃焼装置を表す概略構成図である。 図２は、燃料温度と燃料圧力との関係におけるＬＰＧの状態を表すグラフである。 図３は、燃料圧力と燃料密度との関係を表すグラフである。 図４は、燃料温度と燃料密度との関係を表すグラフである。 図５は、本実施例の燃焼装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る燃焼装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本発明の一実施例に係る燃焼装置を表す概略構成図、図２は、燃料温度と燃料圧力との関係におけるＬＰＧの状態を表すグラフ、図３は、燃料圧力と燃料密度との関係を表すグラフ、図４は、燃料温度と燃料密度との関係を表すグラフ、図５は、本実施例の燃焼装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。

本実施例の石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｏａｌ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ）は、空気を酸化剤としてガス化炉で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、ガス精製装置で精製した後の石炭ガスを燃料ガスとしてガスタービン設備に供給して発電を行っている。即ち、本実施例の石炭ガス化複合発電設備は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備である。

本実施例の石炭ガス化複合発電設備は、図５に示すように、給炭装置１１、石炭ガス化炉１２、チャー回収装置１３、ガス精製装置１４、ガスタービン設備１５、蒸気タービン設備１６、発電機１７、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１８、ガス浄化装置１９を有している。

給炭装置１１は、流動層乾燥装置２１と、石炭粉砕機（ミル）２２とを有している。流動層乾燥装置２１は、投入される石炭に対して乾燥用ガスを供給することで、石炭を加熱し、含有する水分を除去するものである。石炭粉砕機２２は、流動層乾燥装置２１により乾燥された石炭を細かい粒子状に粉砕して微粉炭を製造するものである。この場合、流動層乾燥装置２１で用いる乾燥用ガスとして、ガスタービン設備１５や排熱回収ボイラ１８、または、大気中に放出する排ガスの一部を利用するとよい。また、石炭粉砕機２２の下流側に、サイクロンを設けて乾燥用ガス等のガス成分と、微粉炭（粒子成分）とに分離し、粒子成分の微粉炭を重力により落下させてホッパに回収する一方、ガス成分を排気するとよい。

石炭ガス化炉１２は、給炭装置１１から給炭ライン３１が接続されており、この給炭装置１１で処理された微粉炭が供給可能となっている。また、石炭ガス化炉１２は、チャー回収装置１３からチャー戻しライン３２が接続されており、このチャー回収装置１３で回収されたチャー（石炭の未燃分）が戻されてリサイクル可能となっている。

更に、石炭ガス化炉１２は、ガスタービン設備１５（圧縮機６１）から圧縮空気供給ライン３３が接続されており、このガスタービン設備１５で圧縮された圧縮空気が供給可能となっている。空気分離装置３４は、大気中の空気から窒素と酸素を分離生成するものであり、第１窒素供給ライン３５が給炭ライン３１に接続されると共に、第２窒素供給ライン３６がチャー戻しライン３２に接続され、酸素供給ライン３７が圧縮空気供給ライン３３に接続されている。この場合、窒素は、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用され、酸素は、酸化剤として利用される。

また、石炭ガス化炉１２は、燃料タンク３８から燃料ライン３９が接続されており、この燃料タンク３８に貯留された補助燃料としてのＬＰＧ（液化石油ガス、ＬＰＧ：Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｇａｓ）が供給可能となっている。

石炭ガス化炉１２は、例えば、噴流床形式のガス化炉であって、内部に供給された石炭、チャー、空気（酸素）、またはガス化剤としての水蒸気を燃焼・ガス化すると共に、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（生成ガス、石炭ガス）が発生し、この可燃性ガスをガス化剤としてガス化反応が起こる。なお、石炭ガス化炉１２は噴流床ガス化炉に限らず、流動床ガス化炉や固定床ガス化炉としてもよい。そして、この石炭ガス化炉１２は、チャー回収装置１３に向けて可燃性ガスのガス生成ライン４０が設けられており、チャーを含む可燃性ガスが排出可能となっている。この場合、ガス生成ライン４０にガス冷却器を設けることで、可燃性ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収装置１３に供給するとよい。

チャー回収装置１３は、第１サイクロン４１と、第２サイクロン４２と、ホッパ４３と、未燃分貯留部として構成されるビン４４及びホッパ４５ａ，４５ｂとを有している。第１サイクロン４１は、石炭ガス化炉１２で生成された可燃性ガスに含有する粗粒のチャーを分離するものであり、上部に粗粒チャーが分離された可燃性ガスを排出する第１ガス排出ライン４６が接続されると共に、下部に可燃性ガスから分離した粗粒チャーを排出する第１チャー排出ライン４７が接続されている。第２サイクロン４２は、第１サイクロン４１により粗粒チャーが分離された可燃性ガスに含有する微粒のチャーを分離するものであり、上部に微粒チャーが分離された可燃性ガスを排出する第２ガス排出ライン４８が接続されると共に、下部に可燃性ガスから分離した微粒チャーを排出する第２チャー排出ライン４９が接続されている。

ホッパ４３は、第２チャー排出ライン４９に設けられており、第２サイクロン４２により可燃性ガスから分離した微粒チャーを一時的に堆積（貯留）させるものである。そして、第１ガス排出ライン４６とビン４４との間には、両者の圧力を均一化させる第１均圧ライン５０が設けられている。

ビン４４は、第１チャー排出ライン４７及び第２チャー排出ライン４９の下流端部が接続されており、第１サイクロン４１及び第２サイクロン４２により可燃性ガスから分離された粗粒チャーや微粒チャーを貯留するものである。各ホッパ４５ａ，４５ｂは、ビン４４と切替ライン５１ａ，５１ｂを介して接続され、この切替ライン５１ａ，５１ｂは、ホッパ４５ａ，４５ｂの上流側に第１切替弁５２ａ，５２ｂが装着され、下流側に第２切替弁５３ａ，５３ｂが装着されている。即ち、各切替弁５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂにより使用する切替ライン５１ａ，５１ｂを切り替えることで、ホッパ４５ａ，４５ｂを交互に使用して連続運転を可能としている。そして、各切替ライン５１ａ，５１ｂは、ホッパ４５ａ，４５ｂの下流側で合流し、チャー戻しライン３２に接続されている。この場合、本実施例では、２つの切替ライン５１ａ，５１ｂ（２つのホッパ４５ａ，４５ｂ）のために、その上流側にビン４４を配置しており、チャーを一時的に貯留するビン４４を未燃分貯留部として構成したが、ビン４４を配置しない構成でもよい。

ガス精製装置１４は、チャー回収装置１３によりチャーが分離された可燃性ガスに対して、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物を取り除くことで、ガス精製を行うものである。そして、ガス精製装置１４は、可燃性ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン設備１５に供給する。

ガスタービン設備１５は、圧縮機６１、燃焼器６２、タービン６３を有しており、圧縮機６１とタービン６３は、回転軸６４により連結されている。燃焼器６２は、圧縮機６１から圧縮空気供給ライン６５が接続されると共に、ガス精製装置１４から燃料ガス供給ライン６６が接続され、タービン６３に燃焼ガス供給ライン６７が接続されている。また、ガスタービン設備１５は、圧縮機６１から石炭ガス化炉１２に延びる圧縮空気供給ライン３３が設けられており、中途部に昇圧機６８が設けられている。従って、燃焼器６２では、圧縮機６１から供給された圧縮空気とガス精製装置１４から供給された燃料ガスとを混合して燃焼し、タービン６３にて、発生した燃焼ガスにより回転軸６４を回転することで発電機１７を駆動することができる。

蒸気タービン設備１６は、ガスタービン設備１５における回転軸６４に連結されるタービン６９を有しており、発電機１７は、この回転軸６４の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ１８は、ガスタービン設備１５（タービン６３）からの排ガスライン７０に設けられており、空気と高温の排ガスとの間で熱交換を行うことで、蒸気を生成するものである。そのため、排熱回収ボイラ１８は、蒸気タービン設備１６のタービン６９との間に蒸気供給ライン７１が設けられると共に、蒸気回収ライン７２が設けられ、蒸気回収ライン７２に復水器７３が設けられている。従って、蒸気タービン設備１５では、排熱回収ボイラ１８から供給された蒸気によりタービン６９が駆動し、回転軸６４を回転することで発電機１７を駆動することができる。

ガス浄化装置１９は、排熱回収ボイラ１８で熱が回収された排ガスから、有害物質を除去するものであり、浄化された排ガスは、煙突７４から大気へ放出される。

ここで、本実施例の石炭ガス化複合発電設備の作動について説明する。

本実施例の石炭ガス化複合発電設備において、給炭装置１１にて、石炭は、流動層乾燥装置２１により乾燥され、石炭粉砕機２２により粉砕されて微粉炭が製造される。この微粉炭は、空気分離装置３４から供給される窒素により給炭ライン３１を通して石炭ガス化炉１２に供給される。また、後述するチャー回収装置１３で回収されたチャーが、空気分離装置３４から供給される窒素によりチャー戻しライン３２を通して石炭ガス化炉１２に供給される。更に、後述するガスタービン設備１５から抽気された圧縮空気が昇圧機６８で昇圧された後、空気分離装置３４から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン３３を通して石炭ガス化炉１２に供給される。

なお、石炭ガス化炉１２は、起動時に、燃料タンク３８のＬＰＧが燃料ライン３９を通して供給され、図示しない点火トーチにより着火されることで、ＬＰＧが燃焼して昇温される。そして、石炭ガス化炉１２は、内部が所定の温度まで加熱されると、上述したように、微粉炭が給炭ライン３１を通して石炭ガス化炉１２に供給されることで、この微粉炭が燃焼する。

そして、石炭ガス化炉１２では、供給された微粉炭及びチャーが圧縮空気（酸素）により燃焼し、微粉炭及びチャーがガス化することで、二酸化炭素を主成分とする可燃性ガス（石炭ガス）を生成することができる。そして、この可燃性ガスは、石炭ガス化炉１２からガス生成ライン４０を通して排出され、チャー回収装置１３に送られる。

このチャー回収装置１３にて、可燃性ガスは、まず、第１サイクロン４１に供給されることで、ここで可燃性ガスからこのガスに含有する粗粒チャーが分離される。そして、粗粒チャーが分離された可燃性ガスは、第１ガス排出ライン４６に排出される一方、可燃性ガスから分離した粗粒チャーは、第１チャー排出ライン４７を通してビン４４に払い出される。

第１サイクロン４１で粗粒チャーが分離されて第１ガス排出ライン４６に排出された可燃性ガスは、次に、第２サイクロン４２に供給されることで、ここで可燃性ガスからこのガスに含有する微粒チャーが分離される。そして、微粒チャーが分離された可燃性ガスは、第２ガス排出ライン４８に排出される一方、可燃性ガスから分離した微粒チャーは、ホッパ４３に堆積され、第２チャー排出ライン４９を通してビン４４に払い出される。ここで、ビン４４は、第１チャー排出ライン４７を通してビン４４に払い出される粗粒チャーと、第２チャー排出ライン４９を通してビン４４に払い出される微粒チャーとが合流するとき、その流れを安定化することができる。

そして、ビン４４に貯留されたチャーは、切替弁５２ａ，５３ａと切替弁５２ｂ，５３ｂを交互に開閉することで、切替ライン５１ａ及びホッパ４５ａと、切替ライン５１ｂ及びホッパ４５ｂを交互に使用するようにしている。例えば、切替弁５２ａ，５３ａを開放して切替弁５２ｂ，５３ｂを閉止することで、ビン４４のチャーを切替ライン５１ａによりホッパ４５ａに貯留する。そしてこのホッパ４５ａが一杯になったら、切替弁５２ａ，５３ａを閉止して切替弁５２ｂ，５３ｂを開放することで、ビン４４のチャーを切替ライン５１ｂによりホッパ４５ｂに貯留する。これによりチャーの貯留作業を連続して行うことができ、チャー回収装置１３の連続運転が可能となる。その後、ホッパ４５ａ，４５ｂに貯留されているチャーは、チャー戻しライン３２を通して石炭ガス化炉１２に戻されてリサイクルされる。

チャー回収装置１３によりチャーが分離された可燃性ガスは、ガス精製装置１４にて、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物が取り除かれてガス精製され、燃料ガスが製造される。そして、ガスタービン設備１５では、圧縮機６１が圧縮空気を生成して燃焼器６２に供給すると、この燃焼器６２は、圧縮機６１から供給される圧縮空気と、ガス精製装置１４から供給される燃料ガスとを混合し、燃焼することで燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスによりタービン６３を駆動することで、回転軸６４を介して発電機１７を駆動し、発電を行うことができる。

そして、ガスタービン設備１５におけるタービン６３から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ１８にて、空気と熱交換を行うことで蒸気を生成し、この生成した蒸気を蒸気タービン設備１６に供給する。蒸気タービン設備１６では、排熱回収ボイラ１８から供給された蒸気によりタービン６９を駆動することで、回転軸６４を介して発電機１７を駆動し、発電を行うことができる。

そして、ガス浄化装置１９では排熱回収ボイラ１８から排出された排気ガスは、ガス浄化装置１９により有害物質が除去され、浄化された排ガスが煙突７４から大気へ放出される。

ここで、上述した石炭ガス化複合発電設備における起動用の燃焼装置、つまり、燃料タンク３８から石炭ガス化炉１２までの燃料ライン３９について説明する。

本実施例の燃焼装置は、図１に示すように、補助燃料を高圧・高温とし、高圧反応炉として使用される石炭ガス化炉１２に搬送して燃焼するものである。ここで使用する補助燃料は、貯蔵設備で液体となる燃料、つまり、液化石油ガスとして使用されるプロパンが主成分のＬＰＧである。

燃料タンク３８は、このＬＰＧを常温で液体として貯留可能となっている。燃料供給ラインとしての燃料ライン３９は、基端部が燃料タンク３８に連結され、先端部が石炭ガス化炉１２の起動用バーナ１０１に連結されており、この起動用バーナ１０１に対して酸化剤（酸素）が供給可能となっている。

昇圧装置としてのポンプ１０２は、燃料ライン３９における燃料タンク３８の近傍に配置され、燃料タンク３８からＬＰＧを吸い込んで所定圧力を超えて昇圧することができる。加熱装置としての蒸発器（熱交換器）１０３は、燃料ライン３９におけるポンプ１０２より下流側に配置され、この燃料ライン３９を流れる昇圧後の高圧のＬＰＧと加熱媒体（例えば、過熱蒸気）との間で熱交換を行うことで、このＬＰＧを加熱することができる。

燃料流量調整装置としての流量調整弁１０４は、燃料ライン３９における蒸発器１０３より下流側に配置され、この燃料ライン３９を流れる高温高圧で密度が安定化したＬＰＧの流量を調整することができる。

制御装置１０５は、ポンプ１０２、蒸発器１０３、流量調整弁１０４を制御可能となっている。即ち、制御装置１０５は、ポンプ１０２の回転数を調整することで、ＬＰＧの昇圧量を調整することができる。また、制御装置１０５は、蒸発器１０３における過熱蒸気の温度や流量を調整することで、加熱温度を調整することができる。また、制御装置１０５は、流量調整弁１０４の開度を調整することで、燃料ライン３９を通して起動用バーナ１０１に供給するＬＰＧの供給量を調整することができる。

燃料ライン３９は、ポンプ１０２より下流側に、このポンプ１０２により昇圧されたＬＰＧの圧力を検出する圧力センサ１０６が設けられている。また、燃料ライン３９は、流量調整弁１０４より下流側で、且つ、起動用バーナより上流側に、蒸発器１０３により加熱されたＬＰＧの温度を検出する温度センサ１０７が設けられている。更に、燃料ライン３９は、流量調整弁１０４より下流側に、起動用バーナに供給されるＬＰＧの供給量を検出する流量センサ１０８が設けられている。そして、各センサ１０６，１０７，１０８は、検出結果を制御装置１０５に出力している。制御装置１０５は、各センサ１０６，１０７，１０８の検出結果に基づいてポンプ１０２、蒸発器１０３、流量調整弁１０４を調整している。

具体的に、本実施例にて、制御装置１０５は、石炭ガス化炉１２の運転要求に応じて、ポンプ１０２を制御してＬＰＧを臨界圧力を超えて昇圧すると共に、蒸発器１０３を制御して臨界温度を超えて加熱し、その後、流量調整弁１０４を制御して石炭ガス化炉１２へ供給する燃料の流量を設定している。この場合、制御装置１０５は、石炭ガス化炉１２に対してＬＰＧを臨界圧力を超えて昇圧する要求があったときに、このＬＰＧを臨界圧力を超えて昇圧した後に臨界温度を超えて加熱し、その後、ＬＰＧの温度を臨界温度から所定温度離れた領域で増減するようにしている。

即ち、制御装置１０５は、圧力センサ１０６の検出結果に基づいて石炭ガス化炉１２に供給するＬＰＧの目標温度を設定し、温度センサ１０７の検出結果に基づいてＬＰＧの温度が目標温度となるように蒸発器１０３を制御する。

ここで、上述したＬＰＧの昇圧及び加熱について、図２に基づいて詳細に説明する。この図２は、燃料温度と燃料圧力との関係におけるＬＰＧの状態を表すグラフであり、実線の左側が液体の状態、右側が気体の状態に維持されている。本実施例では、まず、ＬＰＧを液体の状態で加熱せずに臨界圧力を超えて昇圧し、次に、高圧で液体のＬＰＧを臨界温度を超えて加熱し、密度を安定化する。この状態で、ＬＰＧを起動用バーナ１０１により石炭ガス化炉１２に供給し、石炭ガス化炉１２の運転状態に応じてＬＰＧの温度を調整する。また、石炭ガス化炉１２の運転状態に応じてＬＰＧの供給量を調整する。

図３は、燃料圧力の上昇に伴って変化する燃料密度を表すグラフである。図３に示すように、ＬＰＧは、常温（昇温前）の状態で昇圧すると、燃料密度が上昇していき、臨界圧力を超えると、大幅に変動し、理想気体の圧力に対して大きな変位が発生する。一方、ＬＰＧを所定温度（約１５０℃）まで加熱した状態で昇圧すると、燃料密度がほぼ均一に上昇していき、臨界圧力を超えても大幅には変動せず、理想気体の圧力に対してほぼ同様となる。

また、図４は、燃料温度の上昇に伴って変化する燃料密度を表すグラフである。図４に示すように、ＬＰＧを所定の圧力（例えば、４ＭＰａ）に昇圧すると、低温領域では、燃料密度が温度低下に伴って理想気体より大きく増加する傾向を示すが、燃料温度が臨界温度を超えて上昇すると、燃料密度は、温度上昇に伴って減少し、理想気体に近似する傾向を示す。但し、ＬＰＧは、燃料温度が臨界温度近傍では、まだ安定しているとは言えず、燃料温度が臨界温度より５０℃を超えた領域でほぼ安定する。しかし、加熱コストを考慮すると、燃料温度が臨界温度より２００℃以下の安定した領域を適用することが望ましい。

このようにＬＰＧは、臨界圧力を超えて昇圧すると共に臨界温度を超えて加熱することで、その密度が安定することから、この状態で流量制御を行うことが望ましい。その結果、ＬＰＧの流量計測に誤差が生じることが少なく、石炭ガス化炉１２に供給するＬＰＧ流量の調整制御を高精度に行うことが可能となる。

このように本実施例の燃焼装置にあっては、ＬＰＧを貯留する燃料タンク３８と、燃料タンク３８のＬＰＧを石炭ガス化炉１２に供給する燃料ライン３９と、燃料ライン３９に設けられてＬＰＧを昇圧するポンプ１０２と、燃料ライン３９に設けられて昇圧後のＬＰＧを加熱する蒸発器１０３と、燃料ライン３９に設けられて昇圧及び加熱した燃料の流量を調整する流量調整弁１０４と、石炭ガス化炉１２の運転要求に応じてポンプ１０２によりＬＰＧを臨界圧力を超えて昇圧すると共に蒸発器１０３により臨界温度を超えて加熱してから流量調整弁１０４により石炭ガス化炉１２へ供給するＬＰＧの流量を設定する制御装置１０５とを設けている。

従って、石炭ガス化炉１２の運転要求があったとき、ＬＰＧが臨界圧力を超えて昇圧されると共に臨界温度を超えて加熱され、その流量が調整されてから石炭ガス化炉１２へ供給されることとなり、燃料を臨界圧力及び臨界温度の近傍でＬＰＧの流量を制御する必要がないことから、ＬＰＧは、圧力変化や温度変化に対して、実際のＬＰＧの密度と理想的な密度との偏差がほとんどなくなり、流量調整弁１０４による安定したＬＰＧの流量制御を可能とすることができる。

また、本実施例の燃焼装置では、制御装置１０５は、石炭ガス化炉１２に対してＬＰＧを臨界圧力を超えて昇圧する要求があったときに、ＬＰＧを臨界圧力を超えて昇圧した後に臨界温度を超えて加熱し、その後、ＬＰＧの温度を臨界温度から所定温度離れた領域で増減するようにしている。従って、ＬＰＧは、臨界圧力を超えて昇圧された後に臨界温度を超えて加熱され、その後、石炭ガス化炉１２の運転要求に応じて、ＬＰＧの温度を臨界温度から所定温度離れた領域で増減して調整することとなり、安定したＬＰＧの流量制御を行うことができる。

また、本実施例の燃焼装置では、ポンプ１０２により昇圧されたＬＰＧの圧力を検出する圧力センサ１０６と、蒸発器１０３により加熱されたＬＰＧの温度を検出する温度センサ１０７とを設け、制御装置１０５は、圧力センサ１０６の検出結果に基づいて石炭ガス化炉１２に供給するＬＰＧの目標温度を設定し、温度センサ１０７の検出結果に基づいてＬＰＧの温度が目標温度となるように蒸発器１０３を制御している。従って、制御装置１０５は、ＬＰＧの温度が、昇圧後のＬＰＧの圧力に基づいて設定された目標温度となるように蒸発器１０３を制御するため、高精度なＬＰＧの温度制御を行うことができる。

また、本実施例の燃焼装置では、制御装置１０５は、このプロパンを液体の状態で臨界圧力を超えて昇圧した後、臨界温度を超えて加熱して石炭ガス化炉１２へ供給するようにしている。従って、プロパンは、液体の状態で臨界圧力を超えて昇圧された後、臨界温度を超えて加熱されることで密度が安定化した状態で石炭ガス化炉１２へ供給されることとなり、安定した流量制御を行うことができる。

なお、上述した実施例にて、昇圧装置をポンプ１０２としたが、この構成に限定されるものではなく、また、加熱装置を蒸発器１０３としたが、電気ヒータであってもよい。また、燃料をプロパンとしたが、例えば、ＬＰＧやＬＮＧでもよく、つまり、燃料は、昇圧段階で臨界圧力を超える燃料であればよい。

１１ 給炭装置
１２ 石炭ガス化炉
１３ チャー回収装置
１４ ガス精製装置
１５ ガスタービン設備
１６ 蒸気タービン設備
１７ 発電機
１８ 排熱回収ボイラ
１９ ガス浄化装置
３８ 燃料タンク
３９ 燃料ライン（燃料供給ライン）
１０１ 起動用バーナ
１０２ ポンプ（昇圧装置）
１０３ 蒸発器（加熱装置）
１０４ 流量調整弁（燃料流量調整装置）
１０５ 制御装置
１０６ 圧力センサ
１０７ 温度センサ
１０８ 流量センサ

Claims (3)

1. 燃料を貯留する燃料タンクと、
   該燃料タンクの燃料を高圧反応炉に供給する燃料供給ラインと、
   該燃料供給ラインに設けられて燃料を昇圧する昇圧装置と、
   前記燃料供給ラインに設けられて昇圧後の燃料を加熱する加熱装置と、
   前記燃料供給ラインに設けられて昇圧及び加熱した燃料の状態で流量を調整する流量調整弁と、
   前記高圧反応炉の運転要求に応じて前記昇圧装置により燃料を臨界圧力を超えて昇圧すると共に前記加熱装置により臨界温度を超えて加熱してから前記流量調整弁により前記高圧反応炉へ供給する燃料の流量を設定する制御装置と、
   を備え、
   前記昇圧装置により昇圧された燃料の圧力を検出する圧力センサと、前記加熱装置により加熱された燃料の温度を検出する温度センサとを設け、前記制御装置は、前記圧力センサの検出結果に基づいて前記圧力反応炉に供給する燃料の目標温度を設定し、前記温度センサの検出結果に基づいて燃料の温度が目標温度となるように前記加熱装置を制御する、
   ことを特徴とする燃焼装置。
2. 前記制御装置は、前記高圧反応炉に対して燃料を臨界圧力を超えて昇圧する要求があったときに、燃料を臨界圧力を超えて昇圧した後に臨界温度を超えて加熱し、その後、燃料の温度を臨界温度から所定温度離れた領域で増減することを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
3. 燃料は、タンク等の貯蔵装置で液体となる燃料であって、前記制御装置は、この燃料を液体の状態で臨界圧力を超えて昇圧した後、前記加熱装置により臨界温度を超えて加熱して密度が安定化した状態で前記高圧反応炉へ供給することを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼装置。

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