JP6621310B2 - ガス化装置、制御装置、ガス化複合発電設備及び制御方法 - Google Patents

ガス化装置、制御装置、ガス化複合発電設備及び制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、石炭等の炭素含有固体燃料をガス化することで生成ガスを生成するガス化装置、ガス化装置の制御装置、ガス化複合発電設備及びガス化装置の制御方法に関するものである。
従来、ガス化装置として、石炭等の炭素含有固体燃料をガス化炉内に供給し、炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化することで、可燃性ガスを生成する炭化質燃料ガス化装置（石炭ガス化装置）が知られている（例えば、特許文献１参照）。石炭ガス化装置は、ガス化炉の内部に熱交換器が設けられており、この熱交換器は、ハンガーチューブ（ハンガー管）によって支持されている。
また、ガス化炉内に設けられる熱交換器を吊り下げ支持する冷却管（ハンガー管）を備えるガス化装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２のガス化装置では、給水系統を２系統に分岐させており、一方の給水系統を熱交換器の一つである節炭器に接続し、他方の給水系統を冷却管に接続している。
特開昭６１−２０７４９３号公報 特開２０１３−２２１０６８号公報
ところで、ガス化装置は、給水をハンガー管に供給しハンガー管から流出した給水を節炭器（ＥＣＯ：Economizer）に流入させる構成が考えられており、この場合、ハンガー管には、給水系統から供給される給水の全量が流通することになる。このため、予め規定された給水量を節炭器に供給するためには、給水の流量を確保するために流速を速くする必要がある。給水の流速が速くなると、ハンガー管内の酸化被膜の腐食、いわゆる、流れ加速型腐食（ＦＡＣ：Flow Accelerated Corrosion）が促進されてしまう。また、ハンガー管を通って節炭器に流入するまでの流路の長さが長くなることから、流路の圧力損失が大きくなってしまうため、給水ポンプの負荷が大きくなる。
特許文献２のガス化装置では、給水系統を２系統に分岐させ、一方の給水系統を節炭器に接続し、他方の給水系統をハンガー管に接続していることから、節炭器側の給水系統が閉塞する場合、節炭器への給水が止まってしまい、節炭器が過熱してしまう可能性がある。
そこで、本発明は、熱交換器及びハンガー管への給水を好適に行うことができるガス化装置、ガス化装置の制御装置、ガス化複合発電設備及びガス化装置の制御方法を提供することを課題とする。
本発明のガス化装置は、炭素含有固体燃料をガス化させることで生成ガスを生成するガス化装置であって、生成される前記生成ガスが内部を流通するガス化炉と、前記ガス化炉の内部で前記生成ガスが流通する下流側に設けられ、前記生成ガスと熱交換する熱交換器と、前記熱交換器の荷重を支持すると共に、給水通路から供給される給水の少なくとも一部を流通させるハンガー管と、前記ハンガー管から流出した前記給水を、前記熱交換器の流入側に流通させる熱交換器流入通路と、前記給水通路から分岐し、前記ハンガー管へ供給する前記給水の残部を、前記熱交換器流入通路に流通させるバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられるバイパス弁と、前記ガス化炉の負荷であるガス化炉負荷に応じて、前記バイパス弁の開度を制御して、前記ハンガー管と前記バイパス通路とに供給する前記給水の量を調整する制御装置と、を備えることを特徴とする。
また、本発明のガス化装置の制御装置は、炭素含有固体燃料をガス化することで生成ガスを生成するガス化装置の制御装置であって、前記ガス化装置は、生成される前記生成ガスが内部を流通するガス化炉と、前記ガス化炉の内部で前記生成ガスが流通する下流側に設けられ、前記生成ガスと熱交換する熱交換器と、前記熱交換器の荷重を支持すると共に、給水通路から供給される給水の少なくとも一部を流通させるハンガー管と、前記ハンガー管から流出した前記給水を、前記熱交換器の流入側に流通させる熱交換器流入通路と、前記給水通路から分岐し、前記ハンガー管へ供給する前記給水の残部を、前記熱交換器流入通路に流通させるバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられるバイパス弁と、を備え、前記ガス化炉の負荷であるガス化炉負荷に応じて、前記バイパス弁の開度を制御して、前記ハンガー管と前記バイパス通路とに供給する前記給水の量を調整することを特徴とする。
また、本発明のガス化装置の制御方法は、炭素含有固体燃料をガス化することで生成ガスを生成するガス化装置の制御方法であって、前記ガス化装置は、生成される前記生成ガスが内部を流通するガス化炉と、前記ガス化炉の内部で前記生成ガスが流通する下流側に設けられ、前記生成ガスと熱交換する熱交換器と、前記熱交換器の荷重を支持すると共に、給水通路から供給される給水の少なくとも一部を流通させるハンガー管と、前記ハンガー管から流出した前記給水を、前記熱交換器の流入側に流通させる熱交換器流入通路と、前記給水通路から分岐し、前記ハンガー管へ供給する前記給水の残部を、前記熱交換器流入通路に流通させるバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられるバイパス弁と、を備え、前記ガス化炉の負荷であるガス化炉負荷に応じて、前記バイパス弁の開度を制御して、前記ハンガー管と前記バイパス通路とに供給する前記給水の量を調整することを特徴とする。
この構成によれば、給水通路から供給された給水は、ハンガー管を流通した後、熱交換器流入通路を流通して、熱交換器に流入する。また、バイパス弁が開いている場合、給水通路から供給された給水は、バイパス通路を流通して、熱交換器に流入する。このため、ハンガー管における給水の流速が速くなる場合、バイパス弁を開くことで、給水をバイパス通路に流入させることができるため、ハンガー管の流れ加速型腐食を抑制することができる。また、給水をバイパス通路に流通させることで、給水通路から熱交換器に流入するまでの流路の長さを短くすることができるため、熱交換器までの流路の圧力損失を低減することができる。さらに、バイパス通路が閉塞する場合であっても、ハンガー管及び熱交換器に給水を流通させることができるため、ハンガー管及び熱交換器の過熱を抑制することができる。
また、前記制御装置は、前記ガス化炉の内部に前記炭素含有固体燃料が投入される起動時から、前記ガス化炉負荷が設定負荷になるまで、前記バイパス弁を閉弁させており、前記設定負荷は、前記ハンガー管の流速が設計上規定される上限流速以下となる前記ガス化炉負荷であることが好ましい。
この構成によれば、起動時から設定負荷になるまでは、給水通路から供給される給水の全量が少ないことから、給水通路からの給水の全量を、ハンガー管に流通させることができる。このため、ハンガー管及び熱交換器を好適に冷却することができる。これにより、ハンガー管の流量が減少してハンガー管が異常加熱することによるハンガー管の強度低下を防止することができる。ここで、上限流速を、ハンガー管の流れ加速型腐食が促進されない流速とし、また、設定負荷を上限流速以下としていることから、給水の全量をハンガー管に流通させる場合であっても、ハンガー管の流れ加速型腐食を抑制することができる。
また、前記制御装置は、前記ガス化炉の内部に前記炭素含有固体燃料が投入される起動時から、前記ガス化炉負荷が設定負荷になるまで、前記バイパス弁を最小開度で開弁させており、前記設定負荷は、前記ハンガー管の流速が設計上規定される上限流速以下となる前記ガス化炉負荷であることが好ましい。
この構成によれば、起動時から設定負荷になるまでの間において、給水通路から供給される給水の少量をバイパス通路に流通させることができ、また、給水通路から供給される給水の残りの全量をハンガー管に流通させることができる。このため、バイパス通路に給水を流通させることができるため、バイパス弁が閉弁した状態で固着することを抑制することができ、ハンガー管及び熱交換器に流れる給水を好適に流通させることができる。つまり、バイパス弁の最小開度は、バイパス弁の固着を防止可能な開度となっており、例えば、１〜５０％程度の開度となっている。
また、前記制御装置は、前記ガス化炉負荷が設定負荷以上となる場合、前記バイパス弁を開弁側に動作させる開弁動作制御を実行しており、前記設定負荷は、前記ハンガー管の流速が設計上規定される上限流速以下となる前記ガス化炉負荷であることが好ましい。
この構成によれば、設定負荷以上になると、バイパス弁を開弁側に動作させることにより、給水通路から供給される給水の一部をバイパス通路に流通させることができる。このため、ハンガー管を流通する給水の流速を上限流速よりも低くできることから、ハンガー管の流れ加速型腐食を抑制することができ、また、熱交換器までの流路の圧力損失を低減することができる。
また、前記制御装置は、前記バイパス弁の前記開弁動作制御の実行時において、前記バイパス弁の開度を所定の一定開度とすることが好ましい。
この構成によれば、バイパス弁の開度を所定の一定開度に維持することができるため、バイパス弁の開度を調整する必要がないことから、ハンガー管及びバイパス通路において給水を安定的に流通させることができる。なお、バイパス弁の所定の一定開度は、ハンガー管を流通する給水の流速が上限流速を超えないような開度に設定される。
また、前記ハンガー管と前記熱交換器流入通路との間に設けられる出口ヘッダと、前記出口ヘッダ内の前記給水の温度を検出する第１温度検出部と、をさらに備え、前記制御装置は、前記第１温度検出部により検出された第１検出温度が、前記給水の圧力における飽和水蒸気温度よりも低い目標監視温度以上となる場合、前記バイパス弁を閉弁側に動作させる閉弁動作制御を実行することが好ましい。
この構成によれば、第１検出温度が上昇して、目標監視温度に達すると、バイパス弁を閉弁側に動作させるため、ハンガー管に流通する給水量が多くなる。ハンガー管に流通する給水量が多くなると、給水の温度が低下するため、ハンガー管から出口ヘッダに供給される給水の温度を低下させることができる。よって、出口ヘッダにおける給水の蒸発を抑制できることから、出口ヘッダから熱交換器流入通路を介して熱交換器へ向けて、給水を好適に流通させることができる。
また、前記ハンガー管と前記熱交換器流入通路との間に設けられる出口ヘッダと、前記出口ヘッダ内の前記給水の温度を検出する第１温度検出部と、をさらに備え、前記制御装置は、前記バイパス弁の前記開弁動作制御の実行時において、前記第１温度検出部により検出された第１検出温度が、前記給水の圧力における飽和水蒸気温度よりも低い目標監視温度以下となるように、前記バイパス弁の開度を調整することが好ましい。
この構成によれば、第１検出温度に基づいて、バイパス弁の開度を調整することができるため、給水の温度を目標監視温度以下とすることができる。このため、出口ヘッダにおける給水の蒸発を抑制できることから、出口ヘッダから熱交換器流入通路を介して熱交換器へ向けて、給水を好適に流通させることができる。
また、前記熱交換器の流出口から流出する前記給水の温度を検出する第２温度検出部をさらに備え、前記制御装置は、前記第２温度検出部により検出された第２検出温度が、前記給水の圧力における飽和水蒸気温度よりも低い目標監視温度に達する場合、前記バイパス弁を開弁側に動作させる開弁動作制御を実行することが好ましい。
この構成によれば、第２検出温度が上昇して、目標監視温度に達すると、バイパス弁の開度が大きくなるため、バイパス通路に流通する給水量が多くなる。バイパス通路に流通する給水量が多くなると、給水の温度が低下するため、バイパス通路から熱交換器に供給される給水の温度を低下させることができる。よって、熱交換器の流出口から流出する給水の蒸発を抑制することができる。
本発明のガス化複合発電設備は、炭素含有固体燃料をガス化することで生成ガスを生成する、上記のガス化装置と、前記ガス化装置で生成した前記生成ガスの少なくとも一部を燃焼させることで回転駆動するガスタービンと、前記ガスタービンから排出されるタービン排ガスを導入する排熱回収ボイラで生成した蒸気により回転駆動する蒸気タービンと、前記ガスタービンおよび前記蒸気タービンと連結された発電機とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、信頼性の高いガス化装置によって生成された生成ガスをガスタービンに供給し、ガスタービン及び蒸気タービンが回転駆動することによって、発電機による発電を行うことができる。
図１は、実施形態１に係るガス化装置を適用した石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。 図２は、実施形態１に係るガス化装置を表す概略構成図である。 図３は、実施形態１に係るガス化装置の給水系統を表す模式図である。 図４は、ガス化炉負荷に応じて変化する給水流量（ハンガー流量）及びバイパス流量に関するグラフである。 図５は、ガス化炉負荷に応じて変化するバイパス弁開度に関するグラフである。 図６は、ガス化炉負荷に応じて変化する給水流速（ハンガー流速）に関するグラフである。 図７は、ガス化炉負荷に応じて変化する給水温度に関するグラフである。 図８は、ガス化炉負荷に応じて変化するサブクール温度に関するグラフである。
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。
［実施形態１］
図１は、実施形態１に係るガス化装置を適用した石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。図２は、実施形態１に係るガス化装置を表す概略構成図である。図３は、実施形態１に係るガス化装置の給水系統を表す模式図である。
実施形態１に係るガス化装置１４が適用される石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Integrated Coal Gasification Combined Cycle）１０は、空気を酸化剤として用いており、ガス化装置１４において、燃料から生成ガスを生成する空気燃焼方式を採用している。そして、石炭ガス化複合発電設備１０は、ガス化装置１４で生成した生成ガスを、ガス精製装置１６で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン設備１７に供給して発電を行っている。すなわち、実施形態１の石炭ガス化複合発電設備１０は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備となっている。ガス化装置１４に供給する燃料としては、例えば、石炭等の炭素含有固体燃料が用いられる。
石炭ガス化複合発電設備（ガス化複合発電設備）１０は、図１に示すように、給炭装置１１と、ガス化装置１４と、チャー回収装置１５と、ガス精製装置１６と、ガスタービン設備１７と、蒸気タービン設備１８と、発電機１９と、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Heat Recovery Steam Generator）２０とを有している。
給炭装置１１は、原炭として炭素含有固体燃料である石炭が供給され、石炭ミル（図示略）などで粉砕することで、細かい粒子状に粉砕した微粉炭を製造する。給炭装置１１で製造された微粉炭は、後述する空気分離装置４２から供給される搬送用イナートガスとしての窒素によってガス化装置１４へ向けて供給される。イナートガスとは、酸素含有率が約５体積％以下の不活性ガスであり、窒素ガスや二酸化炭素ガスやアルゴンガスなどが代表例であるが、必ずしも約５％以下に制限されるものではない。
ガス化装置１４は、給炭装置１１で製造された微粉炭が供給されると共に、チャー回収装置１５で回収されたチャー（石炭の未燃分）が戻されて再利用可能に供給されている。
また、ガス化装置１４には、ガスタービン設備１７（圧縮機６１）からの圧縮空気供給ライン４１が接続されており、ガスタービン設備１７で圧縮された圧縮空気がガス化装置１４に供給可能となっている。空気分離装置４２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４３によって空気分離装置４２とガス化装置１４とが接続されている。そして、この第１窒素供給ライン４３には、給炭装置１１からの給炭ライン１１ａが接続されている。また、第１窒素供給ライン４３から分岐する第２窒素供給ライン４５もガス化装置１４に接続されており、この第２窒素供給ライン４５には、チャー回収装置１５からのチャー戻しライン４６が接続されている。更に、空気分離装置４２は、酸素供給ライン４７によって、圧縮空気供給ライン４１と接続されている。そして、空気分離装置４２によって分離された窒素は、第１窒素供給ライン４３及び第２窒素供給ライン４５を流通することで、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用される。また、空気分離装置４２によって分離された酸素は、酸素供給ライン４７及び圧縮空気供給ライン４１を流通することで、ガス化装置１４において酸化剤として利用される。
ガス化装置１４は、例えば、２段噴流床形式のガス化炉を有している。ガス化装置１４は、内部に供給された石炭（微粉炭）を酸化剤（空気、酸素）により部分燃焼させることで、可燃性ガスを生成する。なお、ガス化装置１４は、微粉炭に混入した異物を除去する異物除去装置４８が設けられている。なお、ガス化装置１４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、このガス化装置１４には、チャー回収装置１５に向けて可燃性ガスを供給するガス生成ライン４９が接続されており、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４９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１５に供給してもよい。
チャー回収装置１５は、集塵装置５１と供給ホッパ５２とを有している。この場合、集塵装置５１は、１つまたは複数のポーラスフィルタやサイクロンにより構成され、ガス化装置１４で生成された可燃性ガスに含有するチャーを分離することができる。そして、チャーが分離された可燃性ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製装置１６に送られる。供給ホッパ５２は、集塵装置５１で可燃性ガスから分離されたチャーを貯留するものである。なお、集塵装置５１と供給ホッパ５２との間にビンを配置し、このビンに複数の供給ホッパ５２を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ５２からのチャー戻しライン４６が第２窒素供給ライン４５に接続されている。
ガス精製装置１６は、チャー回収装置１５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１６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１７に供給する。なお、チャーが分離された可燃性ガス中にはまだ硫黄分（Ｈ２Ｓなど）が含まれているため、このガス精製装置１６では、アミン吸収液によって硫黄分を除去することで、硫黄分を最終的には石膏として回収し、有効利用する。
ガスタービン設備１７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とは、回転軸６４により連結されている。燃焼器６２には、圧縮機６１からの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１６からの燃料ガス供給ライン６６が接続され、また、タービン６３に向かって延びる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１７は、圧縮機６１からガス化装置１４に延びる圧縮空気供給ライン４１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１６から供給された燃料ガスとを混合して燃焼させることで燃焼ガスを発生させ、発生させた燃焼ガスをタービン６３へ向けて供給する。そして、タービン６３は、供給された燃焼ガスにより回転軸６４を回転駆動させることで発電機１９を回転駆動させる。
蒸気タービン設備１８は、ガスタービン設備１７の回転軸６４に連結されるタービン６９を有しており、発電機１９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２０は、ガスタービン設備１７（タービン６３）からの排ガスライン７０が接続されており、給水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。そして、排熱回収ボイラ２０は、蒸気タービン設備１８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。また、排熱回収ボイラ２０で生成する蒸気には、ガス化炉１０１の熱交換器１０２で生成ガスと熱交換して生成された蒸気を排熱回収ボイラ２０で更に熱交換したものを含んでもよい。従って、蒸気タービン設備１８では、排熱回収ボイラ２０から供給された蒸気によりタービン６９が回転駆動し、回転軸６４を回転させることで発電機１９を回転駆動させる。
そして、排熱回収ボイラ２０で熱が回収された排ガスは、ガス浄化装置７４により有害物質が除去され、浄化された排ガスは、煙突７５から大気へ放出される。
ここで、実施形態１の石炭ガス化複合発電設備１０の作動について説明する。
実施形態１の石炭ガス化複合発電設備１０において、給炭装置１１に原炭（石炭）が供給されると、石炭は、給炭装置１１において細かい粒子状に粉砕されることで微粉炭となる。給炭装置１１で製造された微粉炭は、空気分離装置４２から供給される窒素により第１窒素供給ライン４３を流通してガス化装置１４に供給される。また、後述するチャー回収装置１５で回収されたチャーが、空気分離装置４２から供給される窒素により第２窒素供給ライン４５を流通してガス化装置１４に供給される。更に、後述するガスタービン設備１７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４２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン４１を通してガス化装置１４に供給される。
ガス化装置１４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、可燃性ガス（生成ガス）を生成する。そして、この可燃性ガスは、ガス化装置１４からガス生成ライン４９を通って排出され、チャー回収装置１５に送られる。
このチャー回収装置１５にて、可燃性ガスは、まず、集塵装置５１に供給されることで、可燃性ガスに含有する微粒のチャーが分離される。そして、チャーが分離された可燃性ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製装置１６に送られる。一方、可燃性ガスから分離した微粒チャーは、供給ホッパ５２に堆積され、チャー戻しライン４６を通ってガス化装置１４に戻されてリサイクルされる。
チャー回収装置１５によりチャーが分離された可燃性ガスは、ガス精製装置１６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１７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１６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を回転駆動することで、回転軸６４を介して発電機１９を回転駆動し、発電を行うことができる。
そして、ガスタービン設備１７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２０にて、給水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１８に供給する。蒸気タービン設備１８では、排熱回収ボイラ２０から供給された蒸気によりタービン６９を回転駆動することで、回転軸６４を介して発電機１９を回転駆動し、発電を行うことができる。
その後、ガス浄化装置７４では、排熱回収ボイラ２０から排出された排気ガスの有害物質が除去され、浄化された排ガスが煙突７５から大気へ放出される。
次に、図１から図３を参照して、上述した石炭ガス化複合発電設備１０におけるガス化装置１４について詳細に説明する。
ガス化装置１４は、図２及び図３に示すように、ガス化炉１０１と、熱交換器１０２と、ハンガー管１０３と、給水系統１０４と、制御装置１０５とを備えている。
ガス化炉１０１は、鉛直方向に延びて形成されており、鉛直方向の下方側に微粉炭及び酸素が供給され、部分燃焼させてガス化した可燃性ガス（生成ガス）が鉛直方向の下方側から上方側に向かって流通している。ガス化炉１０１は、圧力容器１１０と、圧力容器１１０の内部に設けられるガス化炉壁１１１とを有している。そして、ガス化炉１０１は、圧力容器１１０とガス化炉壁１１１との間の空間にアニュラス部１１５を形成している。また、ガス化炉１０１は、ガス化炉壁１１１の内部の空間において、鉛直方向の下方側（つまり、生成ガスの流通方向の上流側）から順に、コンバスタ部１１６、ディフューザ部１１７、リダクタ部１１８を形成している。
圧力容器１１０は、内部が中空空間となる円筒形状に形成され、上端部にガス排出口１２１が形成される一方、下端部（底部）にスラグホッパ１２２が形成されている。ガス化炉壁１１１は、内部が中空空間となる角筒形状に形成され、その壁面が圧力容器１１０の内面と対向して設けられている。そして、ガス化炉壁１１１は、図示しない支持部材により圧力容器１１０内面に連結されている。
ガス化炉壁１１１の一部は、複数の伝熱管１４１と、各伝熱管の間に設けられる複数のフィン１４２とを有し、伝熱管１４１とフィン１４２とが溶接等によって相互に接合されることで形成されている。このガス化炉壁１１１は、その上端部が、圧力容器１１０のガス排出口１２１に接続され、その下端部が圧力容器１１０の底部と隙間を空けて設けられている。そして、圧力容器１１０の底部に形成されるスラグホッパ１２２には、貯留水が溜められており、ガス化炉壁１１１の下端部が貯留水に浸水することで、ガス化炉壁１１１の内外を封止している。
アニュラス部１１５は、圧力容器１１０の内側とガス化炉壁１１１の外側に形成された空間であり、空気分離装置４２で分離された不活性ガスである窒素が、図示しない窒素供給ラインを通って供給される。このため、アニュラス部１１５は、窒素が充満する空間となる。なお、このアニュラス部１１５の鉛直方向の上部付近には、ガス化炉１０１内を均圧にするための図示しない炉内均圧管が設けられている。炉内均圧管は、ガス化炉壁１１１の内外を連通して設けられ、ガス化炉壁１１１の内部（コンバスタ部１１６、ディフューザ部１１７及びリダクタ部１１８）と外部（アニュラス部１１５）とを均圧にしている。
コンバスタ部１１６は、微粉炭及びチャーと空気とを一部燃焼させる空間となっており、コンバスタ部１１６におけるガス化炉壁１１１には、複数のバーナ１２６からなる燃焼装置が配置されている。コンバスタ部１１６で微粉炭及びチャーの一部を燃焼した高温の燃焼ガスは、ディフューザ部１１７を通過してリダクタ部１１８に流入する。
リダクタ部１１８は、ガス化反応に必要な高温状態に維持されコンバスタ部１１６からの燃焼ガスに微粉炭を供給して、微粉炭を揮発分（一酸化炭素、水素、低級炭化水素等）へと熱分解してガス化することで可燃性ガスを生成する空間となっている。リダクタ部１１８におけるガス化炉壁１１１には、複数のバーナ１２７からなる燃焼装置が配置されている。
熱交換器１０２は、ガス化炉壁１１１の内部に設けられると共に、リダクタ部１１８のバーナ１２７の鉛直上方側に設けられている。熱交換器１０２は、ガス化炉壁１１１の鉛直下方側（生成ガスの流通方向の上流側）から順に、蒸発器（エバポレータ）１３１、過熱器（スーパーヒータ）１３２、節炭器（エコノマイザ）１３４が配置されている。これらの熱交換器１０２は、リダクタ部１１８において生成された生成ガスと熱交換を行うことで、生成ガスを冷却する。なお、蒸発器（エバポレータ）１３１、過熱器（スーパーヒータ）１３２、節炭器（エコノマイザ）１３４は、図に記載されたその数量を限定するものではない。
ハンガー管１０３は、図３に示すように、鉛直方向に延びて設けられており、水平方向に複数並べて設けられている。ハンガー管１０３は、その鉛直方向上部がガス化炉１０１の上部に接続され、熱交換器１０２を吊り下げてその荷重を支持している。ハンガー管１０３の内部は、後述する給水系統１０４の給水管１５７が接続されており、給水管１５７から供給される給水が、鉛直方向の下方側から上方側、つまり、生成ガスの流通方向の上流側から下流側に向かって流通することで、ハンガー管１０３の強度低下を招くような過剰な温度上昇を防止している。
給水系統１０４は、給水管（給水通路）１５７と、出口ヘッダ１５５と、出口ヘッダ１５５から節炭器（熱交換器）１３４へ向かう通路である節炭器流入ライン（熱交換器流入通路）１５６と、節炭器１３４から流出する通路である節炭器流出ライン１５８と、節炭器流出ライン１５８に接続される蒸気ドラム１５１とを有している。また、給水系統１０４は、バイパス管（バイパス通路）１６１と、バイパス管１６１に設けられるバイパス弁１６２とを有している。
給水管１５７は、石炭ガス化複合発電設備１０に設けられる図示しない給水設備から供給される給水が流通しており、給水弁１６５が設けられている。給水管１５７は、ハンガー管１０３の流入口に接続されており、ハンガー管１０３へ向けて給水を流通させている。給水弁１６５は、制御装置１０５が接続されており、制御装置１０５によって開度を調整することにより、給水の全量を調整可能となっている。
出口ヘッダ１５５は、ハンガー管１０３の流出口側に接続されており、ハンガー管１０３から流出する給水が流入する。出口ヘッダ１５５には、出口ヘッダ１５５内の給水の温度を検出する第１温度検出センサ（第１温度検出部）１７１が設けられている。第１温度検出センサ１７１は、制御装置１０５に接続されており、検出した第１検出温度を、制御装置１０５へ向けて出力している。
節炭器流入ライン１５６は、出口ヘッダ１５５の流出口と節炭器１３４の流入口とを接続しており、出口ヘッダ１５５から流出した給水を節炭器１３４へ向けて流通させている。節炭器流出ライン１５８は、節炭器１３４の流出口と蒸気ドラム１５１の流入口とを接続しており、節炭器１３４から流出した給水を蒸気ドラム１５１へ向けて流通させている。
バイパス管１６１は、給水管１５７から分岐して節炭器流入ライン１５６に接続されており、給水管１５７の給水を、ハンガー管１０３を迂回して、節炭器１３４へ流入する通路となっている。
バイパス弁１６２は、制御装置１０５が接続されており、制御装置１０５によって開度を調整することにより、バイパス管１６１を流通する給水量を調整可能となっている。
蒸気ドラム１５１は、内部の給水を汽水分離しており、分離した蒸気を、蒸気管１５９を介して過熱器１３２に送る。過熱器１３２は、生成ガスにより蒸気を過熱し、過熱した過熱蒸気を排熱回収ボイラ２０で更に熱交換して過熱して、蒸気タービン等の蒸気利用設備へ供給する。また、蒸気ドラム１５１は、分離した給水の一部を、送水管１６０を介して蒸発器１３１に送る。蒸発器１３１は、生成ガスにより給水を加熱し、加熱した給水を再び蒸気ドラム１５１に送る。
ここで、上述した実施形態１のガス化装置１４の作動について説明する。
ガス化装置１４のガス化炉１０１において、リダクタ部１１８のバーナ１２７により窒素と微粉炭が投入されて点火されると共に、コンバスタ部１１６のバーナ１２６により微粉炭及びチャーと圧縮空気（酸素）が投入されて点火される。すると、コンバスタ部１１６では、微粉炭とチャーの一部燃焼により高温燃焼ガスが発生する。また、コンバスタ部１１６では、微粉炭とチャーの燃焼により高温ガス中で溶融スラグが生成され、この溶融スラグがガス化炉壁１１１へ付着すると共に、炉底へ落下し、最終的にスラグホッパ１２２内の貯水へ排出される。そして、コンバスタ部１１６で発生した高温燃焼ガスは、ディフューザ部１１７を通ってリダクタ部１１８に上昇する。このリダクタ部１１８では、微粉炭が高温燃焼ガスと混合し、高温の還元雰囲気場においてガス化反応が行われ、可燃性ガス（生成ガス）が生成される。
このとき、給水管１５７からハンガー管１０３へ向けて給水が行われ、ハンガー管１０３を流通した給水は、出口ヘッダ１５５及び節炭器流入ライン１５６を通って節炭器１３４に流入する。一方で、バイパス弁１６２が開弁している場合、給水管１５７から供給された給水は、バイパス管１６１を通って節炭器流入ライン１５６に合流する。そして、節炭器１３４に流入した給水は、節炭器１３４で加熱された後、節炭器流出ライン１５８を通って蒸気ドラム１５１に流入する。
次に、制御装置１０５によるバイパス弁１６２の開閉制御について説明する。制御装置１０５は、ガス化炉１０１の負荷であるガス化炉負荷（ＧＩＤ）に応じて、バイパス弁１６２を制御している。ガス化炉負荷（ＧＩＤ）が１００％のときにガス化炉は定格負荷となる。具体的に、制御装置１０５は、ＧＩＤが設定負荷に達するまで（低ＧＩＤとなる期間）は、バイパス弁１６２を閉弁させている。バイパス弁１６２が閉弁しているときは、給水管１５７からの給水の全量がハンガー管１０３へ給水される。ここで、低ＧＩＤとなる期間は、ガス化炉１０１の内部に微粉炭が投入される起動時から、ガス化炉負荷が設定負荷になるまでの期間として設定し管理することができる。ここで、設定負荷は、ハンガー管１０３の流速が設計上規定される上限流速以下となるガス化炉負荷である。ハンガー管１０３の設計による上限流速は、炭素鋼や低合金鋼配管で製作されるハンガー管内の酸化被膜の腐食による減肉、いわゆる、流れ加速型腐食（ＦＡＣ：Flow Accelerated Corrosion）が促進されない範囲であり、また、ハンガー管１０３を通って節炭器１３４に流入するまでの長い流路での圧力損失が大きくなり給水ポンプの負荷が過剰とならないものである。このため、具体的には例えば、上限流速（例：3〜10m/s）以下としている。一方、ハンガー管１０３の中の給水温度が飽和水蒸気温度以上に上昇すると、圧力損出が増加するため、飽和水蒸気温度にサブクール温度を加えた温度に上昇しないための下限流速が設定される。ここで、ハンガー管１０３の流速が上限流速以下となるようなガス化炉の設定負荷としては、例えば、ＧＩＤが３０％〜５０％となる負荷であり、より好ましくは、４０％〜４５％となる負荷であり、更に好適には、４５％となる負荷である。このように、起動時からＧＩＤが設定負荷まで、バイパス弁１６２を閉のままとするので、制御が容易で給水系統１０４の安定した運転が可能となる。
続いて、制御装置１０５は、ガス化炉負荷が設定負荷以上となる場合、バイパス弁１６２を開弁側に動作させる開弁動作制御を実行する。制御装置１０５は、開弁動作制御を実行する場合、バイパス弁１６２の開度が所定の一定開度となるように開弁動作制御を実行してもよいし、バイパス弁１６２の開度をハンガー出口温度などが所定の温度となるように調整する開閉調整制御を実行してもよい。制御装置１０５は、開閉調整制御を実行する場合、ハンガー出口温度である第１温度検出センサ１７１の第１検出温度が、給水が蒸気となる蒸気発生化温度（飽和水蒸気温度）よりも低い目標監視温度以下となるようにして蒸気発生による圧力損失の急増を防止するよう、バイパス弁１６２の開度をフィードバック制御する。具体的に、開閉調整制御時における目標監視温度は、蒸気ドラム１５１の圧力に基づいて算出した飽和水蒸気温度から、所定のサブクール温度（例えば、約５０℃）を差し引いた温度としている。
次に、図４から図８を参照して、ガス化炉負荷（ＧＩＤ）に応じて変化する、ハンガー管１０３を流通する給水の各種パラメータについて説明する。図４は、ガス化炉負荷に応じて変化する給水流量（ハンガー流量）及びバイパス流量に関するグラフである。図５は、ガス化炉負荷に応じて変化するバイパス弁開度に関するグラフである。図６は、ガス化炉負荷に応じて変化する給水流速（ハンガー流速）に関するグラフである。図７は、ガス化炉負荷に応じて変化する給水温度に関するグラフである。図８は、ガス化炉負荷に応じて変化するサブクール温度に関するグラフである。なお、図４から図８では、ガス化炉負荷が設定負荷以上となる場合、制御装置１０５が、バイパス弁１６２の開度を所定の一定開度とする開弁動作制御を実行するときのグラフとなっている。所定の一定開度は、ガス化炉負が定格（１００％）もしくは過負荷（１２０％）になってもハンガー管１０３内の流速は限流速を越えないものである。
図４は、その横軸がガス化炉負荷となっており、紙面右側にＧＩＤ＝１００％の時の値をプロットしている。また、図４は、その縦軸が給水の流量となっている。図５は、その横軸がガス化炉負荷となっており、その縦軸がバイパス弁１６２の開度となっている。さらに、図６は、その横軸がガス化炉負荷となっており、その縦軸がハンガー管１０３を流通する給水の流速となっている。
ガス化炉負荷が設定負荷よりも小さい場合、バイパス弁１６２は閉弁していることから、ガス化炉負荷が上昇するにつれて、ハンガー管１０３を流通する給水の流量（ハンガー流量）は増大する。一方で、バイパス管１６１を流通する給水の流量（バイパス流量）はゼロとなる。また、ハンガー管１０３を流通する給水の流量（ハンガー流量）は増大するので、ハンガー管１０３を流通する給水の流速（ハンガー流速）は、ガス化炉負荷が上昇するにつれて増大する。
そして、ガス化炉負荷が設定負荷に達すると、バイパス弁１６２を開弁することで、バイパス管１６１に給水が流通することから、ハンガー管１０３を流通するハンガー流量が一旦は減少する。一方で、バイパス管１６１を流通するバイパス流量が増加する。そして、ガス化炉負荷が設定負荷よりも上昇するにつれて、ハンガー流量及びバイパス流量が増大する。また、ハンガー管１０３を流通する給水の流速は、バイパス弁１６２を開弁することで、ハンガー流速が減少するものの、ガス化炉負荷が設定負荷よりも上昇するにつれて、ハンガー流速が増大する。
ガス化炉負荷が設定負荷よりも上昇すると、ハンガー管１０３の流速が上限流速に近づき、流れ加速型腐食（ＦＡＣ）が促進やハンガー管１０３を通って節炭器１３４に流入する流路での圧力損失が大きくなることへ向かうため、バイパス弁１６２の開度を調整する。ここで、バイパス弁１６２の開度を所定の一定開度とする場合、バイパス弁１６２の開度は、ガス化炉負荷が１００％になる場合であっても、ハンガー流量及びバイパス流量が、予め設定された上限流量及び下限流量の範囲である所定の運用幅となるように設定されている。上限流量は、ハンガー流量が上限流速となる流量である。また、下限流量は、ハンガー管１０３を流通する給水の温度が、同給水の飽和温度よりも低い目標監視温度に上昇する流量である。そして、図６に示すように、ハンガー流速は、ガス化炉負荷の全域に亘って、上限流速以下となっている。
図７は、その横軸がガス化炉負荷となっており、その縦軸が給水の流体温度となっている。また、図８は、その横軸がガス化炉負荷となっており、その縦軸がサブクール温度となっている。
ガス化炉負荷が設定負荷よりも小さい場合、バイパス弁１６２は閉弁していることから、ガス化炉負荷が上昇するにつれて、ハンガー管１０３から流出する給水の温度（ハンガー出口温度）、節炭器１３４から流出する給水の温度（ＥＣＯ出口温度）、給水管１５７を流通する給水の温度（給水温度）、及び給水の飽和温度は、徐々に増大する。一方で、ガス化炉負荷が上昇するにつれて、飽和水蒸気温度に比して、ハンガー出口温度の上昇幅が大きいことから、ハンガー管１０３の出口におけるサブクール温度（ハンガー出口サブクール温度）は減少する。同様に、ガス化炉負荷が上昇するにつれて、飽和温度に比して、ＥＣＯ出口温度の上昇幅が大きいことから、節炭器１３４の出口におけるサブクール温度（ＥＣＯ出口サブクール温度）は減少する。
そして、ガス化炉負荷が設定負荷に達すると、バイパス弁１６２を開弁することで、バイパス流量が増大する一方で、ハンガー流量が減少することから、ハンガー出口温度が上昇する。なお、節炭器１３４には、節炭器流入ライン１５６を流通する給水と、バイパス管１６１を流通する給水とが合流するため、ＥＣＯ出口温度に大きな変化はない。また、ガス化炉負荷が設定負荷に達すると、ハンガー出口温度が上昇することから、ハンガー出口サブクール温度は減少する。
このように、制御装置１０５は、設定負荷に達すると、バイパス弁１６２の開弁動作制御を実行することで、ハンガー管１０３を流通する給水の流速を低下させることができ、また、ハンガー管１０３の温度が僅かに上昇するものの、ハンガー出口サブクール温度の運用幅内に収めることができる。
次に、制御装置１０５は、バイパス弁１６２を所定の一定開度としていた開弁動作制御の実行時において、第１温度検出センサ１７１の第１検出温度に基づくバイパス弁１６２の制御を一時的に実行してもよい。具体的に、制御装置１０５は、第１温度検出センサ１７１の第１検出温度が、予め設定された目標監視温度以上となる場合、一時的に、バイパス弁１６２を閉弁側に動作させる閉弁動作制御を実行している。ここで、目標監視温度は、出口ヘッダ１５５の給水が蒸気となる蒸気発生化温度（飽和水蒸気温度）よりも低い温度となっている。このため、バイパス弁１６２の開度を小さくすることで、ハンガー管１０３に流通する給水の流量を増大させることになるので、ハンガー管１０３から流出する給水の温度を低下させることができる。
さらに、制御装置１０５は、バイパス弁１６２の開弁動作制御の実行時において、節炭器流出ライン１５８の温度である第２温度検出センサ１７２の第２検出温度に基づくバイパス弁１６２の制御を実行している。具体的に、制御装置１０５は、第２温度検出センサ１７２の第２検出温度が、予め設定された目標監視温度以上となる場合、一時的に、バイパス弁１６２の開度が大きくなるようにして蒸気発生による圧力損失の急増を防止するよう開弁動作制御を実行している。ここで、目標監視温度は、節炭器流出ライン１５８を流通する給水が蒸気となる蒸気発生化温度（飽和水蒸気温度）よりも低い温度となっている。このため、バイパス弁１６２の開度が大きくなることで、バイパス管１６１に流通する給水の流量を増大させることにより、節炭器１３４から流出する給水の温度を低下させることができる。
なお、制御装置１０５は、第１検出温度及び第２検出温度が目標監視温度以上となる場合には、給水弁１６５を開弁して、ハンガー管１０３及びバイパス管１６１に供給する給水の全量を増大させてもよい。
以上のように、実施形態１によれば、給水管１５７から供給された給水は、ハンガー管１０３を流通した後、節炭器流入ライン１５６を流通して、節炭器１３４に流入する。また、バイパス弁１６２が開いている場合、給水管１５７から供給された給水は、バイパス管１６１を流通して、節炭器１３４に流入する。このため、制御装置１０５は、ハンガー管１０３における給水の流速が速くなる場合、バイパス弁１６２を開くことで、給水をバイパス管１６１に流入させることができるため、ハンガー管１０３の流れ加速型腐食を抑制することができる。また、給水をバイパス管１６１に流通させることで、給水管１５７から節炭器１３４に流入するまでの流路の長さを短くすることができるため、節炭器１３４までの流路の圧力損失を低減することができる。さらに、バイパス管１６１が閉塞する場合であっても、ハンガー管１０３及び節炭器１３４に給水を流通させることができるため、ハンガー管１０３及び節炭器１３４の過熱を抑制することができる。
また、実施形態１によれば、制御装置１０５は、ガス化炉負荷が設定負荷になるまでは、給水管１５７から供給される給水の全量が少ないことから、ハンガー管１０３の流速が上限流速に達することなく、給水管１５７からの給水の全量を、ハンガー管１０３に流通させることができる。このため、ハンガー管１０３及び節炭器１３４を好適に冷却することができる。また、ハンガー管１０３の温度が過剰に上昇して強度低下することが無いので、安全に熱交換器１０２を吊り下げ支持することができる。
また、実施形態１によれば、制御装置１０５は、ガス化炉負荷が設定負荷以上になると、バイパス弁１６２を開弁することにより、給水管１５７から供給される給水の一部をバイパス管１６１に流通させることができる。このため、ハンガー管１０３の流速の増加が防止され、流れ加速型腐食を抑制することができ、また、節炭器１３４までの流路の圧力損失を低減することができる。
また、実施形態１によれば、制御装置１０５は、バイパス弁１６２の開弁動作の実行時において、バイパス弁１６２の開度を所定の一定開度に維持することができるため、バイパス弁１６２の開度を調整する必要がないことから、給水制御を簡易化させるとともに、ハンガー管１０３及びバイパス管１６１において給水を安定的に流通させることができる。
また、実施形態１によれば、制御装置１０５は、第１検出温度が上昇して、目標監視温度に達すると、バイパス弁１６２の開度を小さくするため、ハンガー管１０３に流通する給水量を多くすることで、ハンガー管１０３から出口ヘッダ１５５に供給される給水の温度を低下させることができる。よって、出口ヘッダ１５５における給水の蒸発を抑制できることから、出口ヘッダ１５５から節炭器流入ライン１５６を介して節炭器１３４へ向けて、給水を好適に流通させることができる。
また、実施形態１によれば、制御装置１０５は、バイパス弁１６２の開弁動作制御の実行時において、第１検出温度に基づいて、バイパス弁１６２の開度を調整することも可能であり、この場合、給水の温度を目標監視温度以下とすることができる。この場合も、出口ヘッダ１５５における給水の蒸発を抑制できることから、出口ヘッダ１５５から節炭器流入ライン１５６を介して節炭器１３４へ向けて、給水を好適に流通させることができる。
また、実施形態１によれば、制御装置１０５は、第２検出温度が上昇して、目標監視温度に達すると、バイパス弁１６２の開度を大きくすることができるため、バイパス管１６１に流通する給水量を多くすることができる。このため、バイパス管１６１から節炭器１３４に供給される給水の温度を低下させることができるため、節炭器１３４の流出口から流出する給水の蒸発を抑制することができ、節炭器１３４を流れる給水を好適に流通させることができる。
また、実施形態１によれば、信頼性の高いガス化装置１４によって生成された生成ガスをガスタービン設備１７に供給し、タービン６３及びタービン６９が回転駆動することによって、発電機１９による発電を行うことができる。
［実施形態２］
次に、実施形態２に係るガス化装置１４について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。
実施形態１において、制御装置１０５は、ガス化炉負荷が設定負荷になるまでの間、バイパス弁１６２を閉弁していたが、実施形態２において、制御装置１０５は、ガス化炉負荷が設定負荷になるまでの間、バイパス弁１６２の開度を、最小開度としている。バイパス弁１６２の最小開度は、バイパス弁１６２の固着を防止可能な開度となっており、例えば、１〜５０％程度の開度となっている。なお、ガス化炉負荷が設定負荷以上となる場合、実施形態２の制御装置１０５は、実施形態１と同様の制御を実行する。
以上のように、実施形態２によれば、ガス化炉負荷が設定負荷になるまでの間において、給水管１５７から供給される給水の少量をバイパス管１６１に流通させることができ、また、給水管１５７から供給される給水の残りの全量をハンガー管１０３に流通させることができる。このため、バイパス管１０３に給水を流通させることができるため、バイパス弁１６２が閉弁した状態で固着することを抑制することができ、ハンガー管１０３と節炭器１３４を流れる給水を好適に流通させることができる。
なお、実施形態１および実施形態２ではタワー型ガス化炉について説明してきたが、ガス化炉はクロスオーバー型ガス化炉でも同様に実施が可能である。
１０ 石炭ガス化複合発電設備（ガス化複合発電設備）
１１ 給炭装置
１１ａ 給炭ライン
１４ ガス化装置
１５ チャー回収装置
１６ ガス精製装置
１７ ガスタービン設備
１８ 蒸気タービン設備
１９ 発電機
２０ 排熱回収ボイラ
４１ 圧縮空気供給ライン
４２ 空気分離装置
４３ 第１窒素供給ライン
４５ 第２窒素供給ライン
４６ チャー戻しライン
４７ 酸素供給ライン
４９ ガス生成ライン
５１ 集塵装置
５２ 供給ホッパ
５３ ガス排出ライン
６１ 圧縮機
６２ 燃焼器
６３ タービン
６４ 回転軸
６５ 圧縮空気供給ライン
６６ 燃料ガス供給ライン
６７ 燃焼ガス供給ライン
６８ 昇圧機
６９ タービン
７０ 排ガスライン
７１ 蒸気供給ライン
７２ 蒸気回収ライン
７４ ガス浄化装置
７５ 煙突
１０１ ガス化炉
１０２ 熱交換器
１０３ ハンガー管
１０４ 給水系統
１０５ 制御装置
１１０ 圧力容器
１１１ ガス化炉壁
１１５ アニュラス部
１１６ コンバスタ部
１１７ ディフューザ部
１１８ リダクタ部
１２１ ガス排出口
１２２ スラグホッパ
１２６ バーナ
１２７ バーナ
１３１ 蒸発器
１３２ 過熱器
１３４ 節炭器（熱交換器）
１４１ 伝熱管
１４２ フィン
１５１ 蒸気ドラム
１５５ 出口ヘッダ
１５６ 節炭器流入ライン
１５７ 給水管
１５８ 節炭器流出ライン
１５９ 蒸気管
１６０ 送水管
１６１ バイパス管
１６２ バイパス弁
１６５ 給水弁
１７１ 第１温度検出センサ
１７２ 第２温度検出センサ

Claims (11)

  1. 炭素含有固体燃料をガス化させることで生成ガスを生成するガス化装置であって、
    生成される前記生成ガスが内部を流通するガス化炉と、
    前記ガス化炉の内部で前記生成ガスが流通する下流側に設けられ、前記生成ガスと熱交換する熱交換器と、
    前記熱交換器の荷重を支持すると共に、給水通路から供給される給水の少なくとも一部を流通させるハンガー管と、
    前記ハンガー管から流出した前記給水を、前記熱交換器の流入側に流通させる熱交換器流入通路と、
    前記給水通路から分岐し、前記ハンガー管へ供給する前記給水の残部を、前記熱交換器流入通路に流通させるバイパス通路と、
    前記バイパス通路に設けられるバイパス弁と、
    前記ガス化炉の負荷であるガス化炉負荷に応じて、前記バイパス弁の開度を制御して、前記ハンガー管と前記バイパス通路とに供給する前記給水の量を調整する制御装置と、を備えることを特徴とするガス化装置。
  2. 前記制御装置は、前記ガス化炉の内部に前記炭素含有固体燃料が投入される起動時から、前記ガス化炉負荷が設定負荷になるまで、前記バイパス弁を閉弁させており、
    前記設定負荷は、前記ハンガー管の流速が設計上規定される上限流速以下となる前記ガス化炉負荷であることを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。
  3. 前記制御装置は、前記ガス化炉の内部に前記炭素含有固体燃料が投入される起動時から、前記ガス化炉負荷が設定負荷になるまで、前記バイパス弁を最小開度で開弁させており、
    前記設定負荷は、前記ハンガー管の流速が設計上規定される上限流速以下となる前記ガス化炉負荷であることを特徴とする請求項１に記載のガス化装置。
  4. 前記制御装置は、前記ガス化炉負荷が設定負荷以上となる場合、前記バイパス弁を開弁側に動作させる開弁動作制御を実行しており、
    前記設定負荷は、前記ハンガー管の流速が設計上規定される上限流速以下となる前記ガス化炉負荷であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガス化装置。
  5. 前記制御装置は、前記バイパス弁の前記開弁動作制御の実行時において、前記バイパス弁の開度を所定の一定開度とすることを特徴とする請求項４に記載のガス化装置。
  6. 前記ハンガー管と前記熱交換器流入通路との間に設けられる出口ヘッダと、
    前記出口ヘッダ内の前記給水の温度を検出する第１温度検出部と、をさらに備え、
    前記制御装置は、前記第１温度検出部により検出された第１検出温度が、前記給水の圧力における飽和水蒸気温度よりも低い目標監視温度以上となる場合、前記バイパス弁を閉弁側に動作させる閉弁動作制御を実行することを特徴とする請求項５に記載のガス化装置。
  7. 前記ハンガー管と前記熱交換器流入通路との間に設けられる出口ヘッダと、
    前記出口ヘッダ内の前記給水の温度を検出する第１温度検出部と、をさらに備え、
    前記制御装置は、前記バイパス弁の前記開弁動作制御の実行時において、前記第１温度検出部により検出された第１検出温度が、前記給水の圧力における飽和水蒸気温度よりも低い目標監視温度以下となるように、前記バイパス弁の開度を調整することを特徴とする請求項４に記載のガス化装置。
  8. 前記熱交換器の流出口から流出する前記給水の温度を検出する第２温度検出部をさらに備え、
    前記制御装置は、前記第２温度検出部により検出された第２検出温度が、前記給水の圧力における飽和水蒸気温度よりも低い目標監視温度に達する場合、前記バイパス弁を開弁側に動作させる開弁動作制御を実行することを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載のガス化装置。
  9. 炭素含有固体燃料をガス化することで生成ガスを生成するガス化装置の制御装置であって、
    前記ガス化装置は、
    生成される前記生成ガスが内部を流通するガス化炉と、
    前記ガス化炉の内部で前記生成ガスが流通する下流側に設けられ、前記生成ガスと熱交換する熱交換器と、
    前記熱交換器の荷重を支持すると共に、給水通路から供給される給水の少なくとも一部を流通させるハンガー管と、
    前記ハンガー管から流出した前記給水を、前記熱交換器の流入側に流通させる熱交換器流入通路と、
    前記給水通路から分岐し、前記ハンガー管へ供給する前記給水の残部を、前記熱交換器流入通路に流通させるバイパス通路と、
    前記バイパス通路に設けられるバイパス弁と、を備え、
    前記ガス化炉の負荷であるガス化炉負荷に応じて、前記バイパス弁の開度を制御して、前記ハンガー管と前記バイパス通路とに供給する前記給水の量を調整することを特徴とするガス化装置の制御装置。
  10. 炭素含有固体燃料をガス化することで生成ガスを生成する、請求項１から８のいずれか１項に記載のガス化装置と、
    前記ガス化装置で生成した前記生成ガスの少なくとも一部を燃焼させることで回転駆動するガスタービンと、
    前記ガスタービンから排出されるタービン排ガスを導入する排熱回収ボイラで生成した蒸気により回転駆動する蒸気タービンと、
    前記ガスタービンおよび前記蒸気タービンと連結された発電機とを備えたことを特徴とするガス化複合発電設備。
  11. 炭素含有固体燃料をガス化することで生成ガスを生成するガス化装置の制御方法であって、
    前記ガス化装置は、
    生成される前記生成ガスが内部を流通するガス化炉と、
    前記ガス化炉の内部で前記生成ガスが流通する下流側に設けられ、前記生成ガスと熱交換する熱交換器と、
    前記熱交換器の荷重を支持すると共に、給水通路から供給される給水の少なくとも一部を流通させるハンガー管と、
    前記ハンガー管から流出した前記給水を、前記熱交換器の流入側に流通させる熱交換器流入通路と、
    前記給水通路から分岐し、前記ハンガー管へ供給する前記給水の残部を、前記熱交換器流入通路に流通させるバイパス通路と、
    前記バイパス通路に設けられるバイパス弁と、を備え、
    前記ガス化炉の負荷であるガス化炉負荷に応じて、前記バイパス弁の開度を制御して、前記ハンガー管と前記バイパス通路とに供給する前記給水の量を調整することを特徴とするガス化装置の制御方法。
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