JP6910872B2 - ガス化炉設備およびこれを備えたガス化複合発電設備 - Google Patents

Description

本発明は、ガス化炉本体で生成されたガス化ガスと給水との熱交換をする熱交換器を備えたガス化炉設備およびこれを備えたガス化複合発電設備に関するものである。

従来、微粉炭（炭素含有固体燃料）をガス化するガス化炉設備において、ガス化反応により生成されたガス化ガス中に混入するチャー等の粉状体が伝熱管に堆積すると、伝熱管の伝熱性能が低下することが知られている。そして、伝熱管の伝熱性能の低下を抑制するために、伝熱管面に高圧蒸気等の噴射媒体を噴射して伝熱管に堆積した粉状体を除去する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１によれば、伝熱管に堆積した粉状体を除去することで、伝熱管の伝熱性能の低下を抑制することができる。

特開２００５−３２６６号公報

しかしながら、粉状体の除去により伝熱管の伝熱性能が急激に向上すると、それに伴って伝熱管を通過したガス化ガスの温度が低下し過ぎてしまう場合がある。ガス化ガスは塩化水素とアンモニアを含む場合があり、ガス化ガスの温度が約２３０℃以下に低下すると、これらが反応して固体の塩化アンモニウムが顕著に析出することが知られている。塩化水素あるいはアンモニアがガス化ガスから除去される前に、これらが含まれるガス化ガスが約２３０℃以下に低下してしまうと、析出した塩化アンモニウムにより配管や各種の機器の閉塞や腐食を引き起こす可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ガス化炉本体で生成されたガス化ガスの温度が過度に低下して配管等の閉塞や腐食を引き起こす不具合を抑制することができるガス化炉設備およびこれを備えたガス化複合発電設備を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のガス化炉設備およびこれを備えたガス化複合発電設備は以下の手段を採用する。
本発明の一態様にかかるガス化炉設備は、炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉本体と、前記ガス化炉本体に収容され、該ガス化炉本体で生成されたガス化ガスと給水との熱交換をする熱交換器と、前記熱交換器を通過した前記ガス化ガスの温度を検出するガス温度検出部と、前記ガス温度検出部が検出する前記ガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないように、前記熱交換器で前記ガス化ガスと前記給水とが交換する熱量を制御する制御部と、を備える。

本発明の一態様にかかるガス化炉設備によれば、ガス温度検出部が検出するガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないように、熱交換器でガス化ガスと給水とが交換する熱量が制御される。そのため、例えば、伝熱面の清掃等により熱交換器の伝熱性能が急激に向上する場合であっても、ガス化ガスの温度が過度に低下せずに所定下限温度を下回らないように維持される。ここで、所定下限温度は、例えば、塩化水素あるいはアンモニアを除去する前にガス化ガスが塩化アンモニウムの顕著に析出する約２３０℃を下回らないように維持するために十分な高さの温度に設定するのが望ましい。よって、ガス化炉本体で生成されたガス化ガスの温度が過度に低下して配管等の閉塞や腐食を引き起こす不具合を抑制することができる。

本発明の参考例にかかるガス化炉設備は、前記給水を前記熱交換器へ供給する第１流路と、前記熱交換器で前記ガス化ガスと熱交換した前記給水を流通させる第２流路と、前記第１流路から前記第２流路へ前記ガス化ガスと熱交換していない前記給水を迂回させるバイパス流路と、前記バイパス流路に配置され、該バイパス流路を流通する前記給水の流量を調整するバイパス流量調整弁と、を備え、前記制御部は、前記ガス温度検出部が検出する前記ガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないように前記バイパス流量調整弁を制御する。

本発明の参考例にかかるガス化炉設備によれば、バイパス流量調整弁によって第１流路から熱交換器へ供給される給水の流量が制御され、それに伴って熱交換器でガス化ガスと給水とが交換する熱量が制御される。よって、ガス温度検出部が検出するガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないようにすることができる。

本発明の一態様にかかるガス化炉設備は、前記給水を前記熱交換器へ供給する第１流路と、前記熱交換器で前記ガス化ガスと熱交換した前記給水を流通させる第２流路と、前記第２流路から前記第１流路へ前記ガス化ガスと熱交換した前記給水を循環させる循環流路と、前記循環流路に配置され、該循環流路を流通する前記給水の流量を調整する循環流量調整弁と、を備え、前記制御部は、前記ガス温度検出部が検出する前記ガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないように前記循環流量調整弁を制御する構成としてもよい。

本構成にかかるガス化炉設備によれば、循環量調整弁によって第２流路から第１流路へ循環させる給水の流量が制御され、それに伴って第１流路から熱交換器へ供給される給水の温度と熱交換器でガス化ガスと給水とが交換する熱量が制御される。よって、ガス温度検出部が検出するガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないようにすることができる。

本発明の一態様にかかるガス化炉設備において、前記熱交換器は、第１熱交換部と第２熱交換部とを有し、前記給水を前記第１熱交換部へ供給する第１流路と、前記第２熱交換部で前記ガス化ガスと熱交換した前記給水を流通させる第２流路と、前記第１熱交換部で前記ガス化ガスと熱交換した前記給水を前記第２熱交換部へ導く第３流路と、前記第１流路から前記第３流路へ前記ガス化ガスと熱交換していない前記給水を迂回させるバイパス流路と、前記バイパス流路に配置され、該バイパス流路を流通する前記給水の流量を調整するバイパス流量調整弁と、を備え、前記制御部は、前記ガス温度検出部が検出する前記ガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないように前記バイパス流量調整弁を制御する構成としてもよい。

本構成にかかるガス化炉設備によれば、バイパス流量調整弁によって第１流路から第１熱交換部へ供給される給水の流量が制御され、それに伴って第１熱交換部でガス化ガスと給水とが交換する熱量が制御される。よって、ガス温度検出部が検出するガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないようにすることができる。

本発明の一態様にかかるガス化炉設備においては、前記熱交換器を通過した前記給水の温度を検出する給水温度検出部と、を備え、前記制御部は、前記給水温度検出部が前記給水の蒸発温度以下の所定上限温度を上回らないように、前記バイパス流量調整弁または前記循環流量調整弁の開度上限を決める構成としてもよい。

本構成にかかるガス化炉設備によれば、給水温度検出部が給水の蒸発温度以下の所定上限温度を上回らないように、バイパス流量調整弁または循環流量調整弁の開度上限が決められる。バイパス流量調整弁または循環流量調整弁の開度上限を決めることにより、熱交換器へ供給される給水の流量が調整され、それに伴って熱交換器でガス化ガスと給水とが交換する熱量が制御される。よって、第２流路を流通する給水が流路内で蒸発して熱効率が低下する不具合を抑制することができる。

上記構成にかかるガス化炉設備において、前記制御部は、前記ガス温度検出部が検出する前記ガス化ガスの温度が前記所定下限温度を下回る場合であっても、前記給水温度検出部が検出する前記給水の温度が前記所定上限温度を上回らないように前記バイパス流量調整弁または前記循環流量調整弁の開度上限を決めるようにしてもよい。
このようにすることで、第２流路を流通する給水が流路内で蒸発して熱効率が低下する不具合を優先的に抑制しつつ、ガス化炉本体で生成されたガス化ガスの温度が過度に低下する不具合を抑制することができる。

また、本発明の一態様にかかるガス化複合発電設備は、上記のいずれかに記載のガス化炉設備と、前記ガス化炉設備から導かれたガス化ガスを用いて駆動されるガスタービンと、該ガスタービンによって駆動される発電機とを備えている。

本発明によれば、ガス化炉本体で生成されたガス化ガスの温度が過度に低下して配管等の閉塞や腐食を引き起こす不具合を抑制することができるガス化炉設備を提供することができる。
また、本発明によれば、ガス化炉本体で生成されたガス化ガスの温度が過度に低下してガス化炉設備の配管等の閉塞や腐食を引き起こす不具合を抑制し、さらにガス化ガスの温度が過度に低下することによる発電効率の低下を抑制することができるガス化複合発電設備を提供することができる。

本発明の第１実施形態にかかる石炭ガス化複合発電設備を示した概略構成図である。 図１に示すガス化炉設備の概略構成図である。 本発明の第２実施形態にかかるガス化炉設備の概略構成図である。 本発明の第３実施形態にかかるガス化炉設備の概略構成図である。

〔第１実施形態〕
以下に、本発明の第１実施形態にかかるガス化炉設備について、図面を参照して説明する。図１には、本発明の第１実施形態にかかるガス化炉設備を適用した石炭ガス化複合発電設備（ガス化炉複合発電設備）の概略構成が示されている。

石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Integrated Coal Gasification Combined Cycle）１は、ガス化炉設備３を備えている。ガス化炉設備３は、空気のみまたは空気及び酸素を酸化剤として用いており、石炭等の炭素含有固体燃料から可燃性ガスを生成する空気燃焼方式を採用している。石炭ガス化複合発電設備１は、ガス化炉設備３で生成したガス化ガスを、ガス精製設備５で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン７に供給して発電を行っている。すなわち、石炭ガス化複合発電設備１は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備となっている。なお、空気吹きに代えて酸素吹きの石炭ガス化複合発電設備としても良い。ガス化炉設備３に供給する炭素含有固体燃料としては、例えば石炭が用いられる。

石炭ガス化複合発電設備１は、ガス化炉設備３と、ガス精製設備５と、ガスタービン７と、蒸気タービン１８と、発電機１９と、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Heat Recovery Steam Generator）２０と、制御装置９０とを備えている。

ガス化炉設備３は、給炭設備９を備えている。給炭設備９は、原炭として炭素含有固体燃料である石炭が給炭バンカ１２から供給され、石炭を石炭ミル１３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。石炭ミル１３で製造された微粉炭は、微粉炭ビン１７に一時貯留され、各微粉炭供給ホッパ１４から給炭ライン１５を経て、空気分離設備（ＡＳＵ）４２から供給される搬送用イナートガスとしての窒素ガスによって加圧されて、ガス化炉設備３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。

ガス化炉設備３は、給炭設備９で製造された微粉炭が供給されると共に、チャー回収設備１１で回収されたチャー（石炭の未反応分と灰分）が再利用を目的として供給されている。
ガス化炉設備３には、ガスタービン７の圧縮機６１から圧縮空気供給ライン４１が接続されており、圧縮機６１で圧縮された圧縮空気の一部が昇圧機６８で所定圧力に昇圧されてガス化炉１６に供給可能となっている。

空気分離設備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、窒素供給ライン４３によって空気分離設備４２とガス化炉設備３とが接続されている。窒素供給ライン４３には、給炭設備９からの給炭ライン１５が接続されている。空気分離設備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。

空気分離設備４２によって分離された窒素は、窒素供給ライン４３を流通することで、微粉炭の搬送用ガスとして利用される。また、空気分離設備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、ガス化炉設備３において酸化剤として利用される。

ガス化炉設備３は、例えば、２段噴流床形式のガス化炉１６を備えている。ガス化炉設備３は、内部に供給された石炭（微粉炭）およびチャーを酸化剤（空気、酸素）により部分燃焼させることでガス化させ生成ガスとする。ガス化炉１６は、微粉炭をガス化するガス化炉本体１６ａと、ガス化炉本体１６ａを内部に収容して加圧状態を保持する圧力容器１６ｂとを備えている。ガス化炉本体１６ａ内は、例えば、３〜４ＭＰａ（ゲージ圧）とされている。

バーナ３０，３１は、上下二段に設けられている。下方のバーナ３０に相当する位置には、コンバスタ部３２が設けられており、微粉炭及び/又はチャーの一部を燃焼させることでガス化のための熱、ＣＯ_２やＨ_２Ｏを供給する。上方のバーナ３１に相当する位置には、リダクタ部３３が設けられ、微粉炭をガス化する。

リダクタ部３３の下流側には、ガス冷却器としてのシンガスクーラ３５が設けられており、生成ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収設備（チャー分離器）１１に供給する。シンガスクーラ３５では蒸気が生成され、生成後の蒸気は排熱回収ボイラ２０へと導かれる。

ガス化炉設備３には、チャー回収設備１１に向けて生成ガスを供給する生成ガスライン４９が接続されており、チャーを含む生成ガスが排出可能となっている。

チャー回収設備１１は、集塵設備５１と複数のチャー供給ホッパ５２とを備えている。この場合、集塵設備５１は、１つまたは複数のサイクロンやポーラスフィルタにより構成され、ガス化炉設備３で生成された生成ガスに含有するチャーを回収することができる。そして、チャーが分離された生成ガスは、ガス排出ライン５３を通してガス精製設備５に送られる。

チャー供給ホッパ５２は、集塵設備５１で生成ガスから回収されたチャーを貯留するものである。集塵設備５１とチャー供給ホッパ５２との間には、チャービン５４が配置されている。チャービン５４に対して、複数のチャー供給ホッパ５２がそれぞれ接続されている。チャー供給ホッパ５２からのチャー戻しライン４６がチャー搬送系統４５に接続されている。

ガス精製設備５は、チャー回収設備１１によりチャーが分離された生成ガスに対して、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。
ガス精製設備５は、生成ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン７に供給する。チャーが分離された生成ガス中にはまだ硫黄分（Ｈ_２Ｓなど）が含まれているため、ガス精製設備５では、アミン吸収液などによって硫黄分を除去回収して、有効利用する。

ガス精製設備５は、熱交換器２１、スクラバ２４、Ｈ_２Ｓ吸収塔（腐食ガス除去手段）２７を備えている。

集塵設備５１から導かれたガス化ガスは、熱交換器２１にて熱交換して減温される。

スクラバ２４は、ガス化ガスに含まれる塩化水素（ＨＣＬ）およびアンモニア（ＮＨ_４）等の不純物を除去する装置である。スクラバ２４としては、例えば、水等の吸収液を噴霧してガス化ガス中に接触させる湿式スクラバが用いられる。

スクラバ２４を通過したガス化ガスは、Ｈ_２Ｓ吸収塔２７にてＨ_２Ｓが除去される。Ｈ_２Ｓ吸収塔２７にてＨ_２Ｓが除去されたガス化ガスは、精製ガス供給ライン２８を通過する際に熱交換器２１にて加温された後に、ガスタービン７の燃焼器６２へと導かれる。

ガスタービン７は、圧縮機６１、燃焼器６２、タービン６３を備えており、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、ガス精製設備５の精製ガス供給ライン２８が接続された燃料ガス供給ライン６６が接続されている。燃焼器６２には、タービン６３に燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給ライン６７が接続されている。

ガスタービン７は、圧縮機６１からガス化炉設備３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の一部とガス精製設備５から供給された燃料ガスの少なくとも一部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１８は、ガスタービン７の回転軸６４に連結されるタービン６９を備えており、発電機１９は、この回転軸６４の基端部に連結されている。ガスタービン７のタービン６３の排出側には、排ガスライン７０が接続されている。排熱回収ボイラ２０は、給水とタービン６３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１８との間に蒸気供給ライン７１が設けられている。従って、蒸気タービン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が回転駆動され、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。

排熱回収ボイラ２０の出口には、煙突７５が接続されており、燃焼ガスが大気へと放出される。なお、排熱回収ボイラ２０の出口に、ガス浄化設備を設けても良い。

制御装置９０は、石炭ガス化複合発電設備１の各部を制御する装置である。制御装置９０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。

次に、本実施形態のガス化炉設備３の給水系統について説明する。図２は、図１に示すガス化炉設備３の概略構成図である。
図２に示すように、ガス化炉設備３は、シンガスクーラ３５と、蒸気ドラム３９と、第１流路Ｌ１と、第２流路Ｌ２と、バイパス流路ＬＢと、温度センサ（ガス温度検出部）９１と、温度センサ（給水温度検出部）９２と、給水流量調整弁９３と、バイパス流量調整弁９４と、逆止弁９５と、を備える。

シンガスクーラ３５は、ガス化炉本体１６ａに収容され、ガス化炉本体１６ａで生成されたガス化ガスとボイラ給水ＢＦＷとの熱交換をする装置である。シンガスクーラ３５は、節炭器３６を有する。
節炭器３６は、第１流路Ｌ１から供給されるボイラ給水ＢＦＷをガス化ガスとの熱交換により加熱し、第２流路Ｌ２を介して気水分離器である蒸気ドラム３９に供給する。

蒸気ドラム３９で分離された蒸気は、排熱回収ボイラ２０へ供給される。

第１流路Ｌ１は、シンガスクーラ３５へボイラ給水ＢＦＷを供給する流路であり、第１流路Ｌ１を流通する給水の流量を調整する給水流量調整弁９３が設けられている。
第２流路Ｌ２は、シンガスクーラ３５でガス化ガスと熱交換したボイラ給水ＢＦＷを流通させる流路であり、シンガスクーラ３５を通過したボイラ給水ＢＦＷの温度を検出する温度センサ９２が設けられている。

バイパス流路ＬＢは、第１流路Ｌ１から第２流路Ｌ２へガス化ガスと熱交換していないボイラ給水ＢＦＷを迂回させる流路である。バイパス流路ＬＢには、バイパス流路ＬＢを流通するボイラ給水ＢＦＷの流量を調整するバイパス流量調整弁９４と、第２流路Ｌ２から第１流路Ｌ１へボイラ給水ＢＦＷが逆流することを防止する逆止弁９５とが設けられている。

温度センサ９１は、シンガスクーラ３５の節炭器３６を通過したガス化ガスの温度を検出するセンサである。温度センサ９１は、生成ガスライン４９に設けられている。なお、温度センサ９１は、ガス化炉本体１６ａの内部の、節炭器３６よりもガス化ガスの流通方向の下流側に設けてもよい。

次に、本実施形態のガス化炉設備３の動作について説明する。
なお、本実施形態において、制御装置９０は、石炭ガス化複合発電設備１の全体を制御するものであるが、ガス化炉設備３の動作を制御する制御部を有している。そして、本実施形態のガス化炉設備３は、制御装置９０が備える制御部を構成の一部として組み込んだものであってもよい。

本実施形態のガス化炉設備３において、制御装置９０は、温度センサ９１が検出するガス化ガスの温度が所定下限温度を下回るかどうかを判断し、所定下限温度を下回ると判断した場合にバイパス流量調整弁９４の開度を増加させる第１制御指令値を生成する。

ここで、所定下限温度は、例えば、塩化水素あるいはアンモニアを除去する前に、ガス化ガスが塩化アンモニウムの顕著に析出する約２３０℃を下回らないように維持するために十分な高さの温度に設定する。本実施形態では、スクラバ２４でガス化ガスから塩化水素とアンモニアが除去されるため、スクラバ２４へ流入するガス化ガスの温度が２３０℃を上回るように所定下限温度を設定する。すなわち、所定下限温度は、２３０℃に、熱交換器２１を通過する際に想定される温度降下分を加算した値以上に設定する。

次に、制御装置９０は、温度センサ９２が検出するボイラ給水ＢＦＷの温度が所定上限温度を上回るかどうかを判断し、所定上限温度を上回ると判断した場合にバイパス流量調整弁９４の開度上限を決める。

制御装置９０は、第１制御指令値をバイパス流量調整弁９４へ送信する。
バイパス流量調整弁９４は、制御装置９０から受信した第１制御指令値に応じて、開度を調整する。なお、制御装置９０は、第１制御指令値により増加するバイパス流量調整弁９４の開度が開度上限以下となるように第１制御指令値を補正する。

以上のように、制御装置９０は、温度センサ９１が検出するガス化ガスの温度が所定下限温度を下回ると判断した場合に、ガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないようにバイパス流量調整弁９４の開度を増加させる。バイパス流量調整弁９４の開度を増加させることにより、節炭器３６と熱交換せずにバイパス流路ＬＢへ迂回するボイラ給水ＢＦＷの流量が増加し、それに伴って節炭器３６を流通するボイラ給水ＢＦＷの流量が減少する。これにより、節炭器３６出口のボイラ給水ＢＦＷの温度が上昇するため、ガス化ガスとボイラ給水ＢＦＷとの温度差が小さくなり、交換する熱量が低下する。

また、制御装置９０は、温度センサ９２が検出するボイラ給水ＢＦＷの温度が所定上限温度を上回ると判断した場合に、ボイラ給水ＢＦＷの温度が所定上限温度を上回らないようにバイパス流量調整弁９４の開度上限を決める。バイパス流量調整弁９４の開度上限を決めることにより、節炭器３６に供給されるボイラ給水ＢＦＷの流量の下限が決まり、それに伴って節炭器３６でガス化ガスとの熱交換により加熱されるボイラ給水ＢＦＷの温度の上限が決まる。

以上説明した本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１が備えるガス化炉設備３によれば、温度センサ９１が検出するガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないように、節炭器３６でガス化ガスとボイラ給水ＢＦＷとが交換する熱量が制御される。そのため、例えば、節炭器３６の伝熱面（図示略）の清掃等により節炭器３６の伝熱性能が急激に向上する場合であっても、ガス化ガスの温度が過度に低下せずに所定下限温度を下回らないように維持される。よって、ガス化炉本体１６ａで生成されたガス化ガスの温度が過度に低下して配管等の閉塞や腐食を引き起こす不具合を抑制することができる。

本実施形態のガス化炉設備３は、ボイラ給水ＢＦＷを節炭器３６へ供給する第１流路Ｌ１と、節炭器３６でガス化ガスと熱交換したボイラ給水ＢＦＷを流通させる第２流路Ｌ２と、第１流路Ｌ１から第２流路Ｌ２へガス化ガスと熱交換していないボイラ給水ＢＦＷを迂回させるバイパス流路ＬＢと、バイパス流路ＬＢに配置され、バイパス流路ＬＢを流通するボイラ給水ＢＦＷの流量を調整するバイパス流量調整弁９４と、を備える。そして、制御装置９０は、温度センサ９１が検出するガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないようにバイパス流量調整弁９４を制御する。

本実施形態のガス化炉設備３によれば、バイパス流量調整弁９４によって第１流路Ｌ１から節炭器３６へ供給されるボイラ給水の流量が制御され、それに伴って節炭器３６でガス化ガスとボイラ給水ＢＦＷとが交換する熱量が制御される。よって、温度センサ９１が検出するガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないようにすることができる。

また、本実施形態のガス化炉設備３によれば、温度センサ９２が検出するボイラ給水ＢＦＷの温度が蒸発温度以下の所定上限温度を上回らないように、バイパス流量調整弁９４の開度上限が決められる。バイパス流路ＬＢに設けられたバイパス流量調整弁９４の開度上限を決めることにより、節炭器３６へ供給されるボイラ給水ＢＦＷの流量の下限が決まり、それに伴って節炭器３６でガス化ガスとボイラ給水ＢＦＷとが交換する熱量が制御される。よって、第２流路Ｌ２を流通するボイラ給水ＢＦＷが流路内で蒸発して熱効率が低下する不具合を抑制することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態の石炭ガス化複合発電設備について説明する。本実施形態の石炭ガス化複合発電設備は、第１実施形態の石炭ガス化複合発電設備１の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態の石炭ガス化複合発電設備１と同様であるものとする。

第１実施形態の石炭ガス化複合発電設備１のガス化炉設備３は、第１流路Ｌ１から第２流路Ｌ２へボイラ給水ＢＦＷを迂回させるバイパス流路ＬＢと、バイパス流路ＬＢに設けられるバイパス流量調整弁９４を備えるものであった。
それに対して、本実施形態のガス化炉設備３Ａは、第２流路Ｌ２から第１流路Ｌ１へボイラ給水ＢＦＷを循環させる循環流路ＬＣと、循環流路ＬＣに設けられる循環流量調整弁９６を備えるものである。

図３に示すように、本実施形態のガス化炉設備３Ａは、シンガスクーラ３５と、蒸気ドラム３９と、第１流路Ｌ１と、第２流路Ｌ２と、循環流路ＬＣと、温度センサ９１と、温度センサ９２と、給水流量調整弁９３と、循環流量調整弁９６と、循環ポンプ９７と、を備える。

循環流路ＬＣは、第２流路Ｌ２から第１流路Ｌ１へガス化ガスと熱交換したボイラ給水ＢＦＷを循環させる流路である。循環流路ＬＣには、循環流路ＬＣを流通するボイラ給水ＢＦＷの流量を調整する循環流量調整弁９６と、第２流路Ｌ２から第１流路Ｌ１へボイラ給水ＢＦＷを循環させる循環ポンプ９７とが設けられている。

次に、本実施形態のガス化炉設備３Ａの動作について説明する。
本実施形態のガス化炉設備３Ａにおいて、制御装置９０は、温度センサ９１が検出するガス化ガスの温度が所定下限温度を下回るかどうかを判断し、所定下限温度を下回ると判断した場合に循環流量調整弁９６の開度を増加させる第１制御指令値を生成する。
ここで、所定下限温度は、第１実施形態と同様に、塩化アンモニウムが顕著に析出する２３０℃に、熱交換器２１を通過する際に想定される温度降下分を加算した値以上に設定する。

次に、制御装置９０は、温度センサ９２が検出するボイラ給水ＢＦＷの温度が所定上限温度を上回るかどうかを判断し、所定上限温度を上回ると判断した場合に循環流量調整弁９６の開度上限を決める。

制御装置９０は、第１制御指令値を循環流量調整弁９６へ送信する。
循環流量調整弁９６は、制御装置９０から受信した第１制御指令値に応じて、開度を調整する。なお、制御装置９０は、第１制御指令値により増加する循環流量調整弁９６の開度が開度上限以下となるように第１制御指令値を補正する。

以上のように、制御装置９０は、温度センサ９１が検出するガス化ガスの温度が所定下限温度を下回ると判断した場合に、ガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないように循環流量調整弁９６の開度を増加させる。循環流量調整弁９６の開度を増加させることにより、節炭器３６と熱交換して循環流路ＬＣへ循環するボイラ給水ＢＦＷの流量が増加し、それに伴って節炭器３６へ供給されるボイラ給水ＢＦＷの温度が増加してガス化ガスとボイラ給水ＢＦＷとが交換する熱量が低下する。

また、制御装置９０は、温度センサ９２が検出するボイラ給水ＢＦＷの温度が所定上限温度を上回ると判断した場合に、ボイラ給水ＢＦＷの温度が所定上限温度を上回らないように循環流量調整弁９６の開度上限を決める。循環流量調整弁９６の開度上限を決めることにより、節炭器３６に供給されるボイラ給水ＢＦＷの流量の下限が決まり、それに伴って節炭器３６でガス化ガスとの熱交換により加熱されるボイラ給水ＢＦＷの流量の温度の上限が決まる。

以上説明した本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態のガス化炉設備３Ａは、ボイラ給水ＢＦＷを節炭器３６へ供給する第１流路Ｌ１と、節炭器３６でガス化ガスと熱交換したボイラ給水ＢＦＷを流通させる第２流路Ｌ２と、第２流路Ｌ２から第１流路Ｌ１へガス化ガスと熱交換したボイラ給水ＢＦＷを循環させる循環流路ＬＣと、循環流路ＬＣに配置され、循環流路ＬＣを流通するボイラ給水ＢＦＷの流量を調整する循環流量調整弁９６と、を備える。そして、制御装置９０は、温度センサ９１が検出するガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないように循環流量調整弁９６を制御する。

本実施形態のガス化炉設備３Ａによれば、循環流量調整弁９６によって第２流路Ｌ２から第１流路Ｌ１へ循環させるボイラ給水ＢＦＷの流量が制御され、それに伴って第１流路Ｌ１から節炭器３６へ供給されるボイラ給水ＢＦＷの温度と節炭器３６でガス化ガスとボイラ給水ＢＦＷとが交換する熱量が制御される。よって、温度センサ９１が検出するガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないようにすることができる。

また、本実施形態のガス化炉設備３Ａによれば、制御装置９０が、温度センサ９１が検出するガス化ガスの温度が所定下限温度を下回る場合であっても、温度センサ９２が検出するボイラ給水ＢＦＷの温度が所定上限温度を上回らないように循環流量調整弁９６の上限を決める。
このようにすることで、第２流路Ｌ２を流通するボイラ給水ＢＦＷが流路内で蒸発して蒸気ドラムでの汽水分離性能が低下する不具合を優先的に抑制しつつ、ガス化炉本体１６ａで生成されたガス化ガスの温度が過度に低下する不具合を抑制することができる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態の石炭ガス化複合発電設備について説明する。本実施形態の石炭ガス化複合発電設備は、第１実施形態の石炭ガス化複合発電設備１の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態の石炭ガス化複合発電設備１と同様であるものとする。

第１実施形態の石炭ガス化複合発電設備１のガス化炉設備３は、第１流路Ｌ１から第２流路Ｌ２へボイラ給水ＢＦＷを迂回させるバイパス流路ＬＢと、バイパス流路ＬＢに設けられるバイパス流量調整弁９４を備えるものであった。
それに対して、本実施形態のガス化炉設備３Ｂは、節炭器３６Ａが第１熱交換部３６Ａａと第２熱交換部３６Ａｂとを有し、第１流路Ｌ１から第３流路Ｌ３へガス化ガスと熱交換していないボイラ給水ＢＦＷを迂回させるバイパス流路ＬＢａと、バイパス流路ＬＢａに配置されるバイパス流量調整弁９９と、を備えるものである。

図４に示すように、本実施形態のガス化炉設備３Ｂは、シンガスクーラ３５Ａと、蒸気ドラム３９と、第１流路Ｌ１と、第２流路Ｌ２と、第３流路Ｌ３と、バイパス流路ＬＢａと、温度センサ９１と、温度センサ９２と、給水流量調整弁９３と、供給流量調整弁９８と、バイパス流量調整弁９９と、逆止弁１００と、を備える。
本実施形態のシンガスクーラ３５Ａが備える節炭器３６Ａは、ガス化ガスの流通方向の下流側から順に、第１熱交換部３６Ａａと、第２熱交換部３６Ａｂと、を有する。

第１流路Ｌ１は、節炭器３６Ａの第１熱交換部３６Ａａへボイラ給水ＢＦＷを供給する流路であり、第１流路Ｌ１を流通する給水の流量を調整する供給流量調整弁９８が設けられている。
第２流路Ｌ２は、節炭器３６Ａの第２熱交換部３６Ａｂでガス化ガスと熱交換したボイラ給水ＢＦＷを流通させる流路であり、節炭器３６Ａを通過したボイラ給水ＢＦＷの温度を検出する温度センサ９２が設けられている。
第３流路Ｌ３は、第１熱交換部３６Ａａを通過したボイラ給水ＢＦＷを第２熱交換部３６Ａｂへ供給する流路である。なお、第３流路Ｌ３から第１熱交換部３６Ａａへボイラ給水ＢＦＷが逆流しないように逆止弁１００が設けられている。

バイパス流路ＬＢａは、第１流路Ｌ１から第３流路Ｌ３へガス化ガスと熱交換していないボイラ給水ＢＦＷを迂回させる流路である。バイパス流路ＬＢａには、バイパス流路ＬＢａを流通するボイラ給水ＢＦＷの流量を調整するバイパス流量調整弁９９が設けられている。

次に、本実施形態のガス化炉設備３Ｂの動作について説明する。
本実施形態のガス化炉設備３において、制御装置９０は、温度センサ９１が検出するガス化ガスの温度が所定下限温度を下回るかどうかを判断し、所定下限温度を下回ると判断した場合にバイパス流量調整弁９９の開度を増加させる第１制御指令値を生成する。

ここで、所定下限温度は、第１実施形態と同様に、塩化アンモニウムが顕著に析出する２３０℃に、熱交換器２１を通過する際に想定される温度降下分を加算した値以上に設定する。

次に、制御装置９０は、温度センサ９２が検出するボイラ給水ＢＦＷの温度が所定上限温度を上回るかどうかを判断し、所定上限温度を上回ると判断した場合にバイパス流量調整弁９９の開度上限を決める。

制御装置９０は、第１制御指令値をバイパス流量調整弁９９へ送信する。
バイパス流量調整弁９９は、制御装置９０から受信した第１制御指令値に応じて、開度を調整する。なお、制御装置９０は、第１制御指令値により増加するバイパス流量調整弁９９の開度が開度上限以下となるように第１制御指令値を補正する。

以上のように、制御装置９０は、温度センサ９１が検出するガス化ガスの温度が所定下限温度を下回ると判断した場合に、ガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないようにバイパス流量調整弁９９の開度を増加させる。バイパス流量調整弁９９の開度を増加させることにより、第１熱交換部３６Ａａと熱交換せずにバイパス流路ＬＢａへ迂回するボイラ給水ＢＦＷの流量が増加し、それに伴って節炭器３６Ａ（第１熱交換部３６Ａａ）でガス化ガスとボイラ給水ＢＦＷとが交換する熱量が低下する。
なお、バイパス流量調整弁９９の開度を増加させる場合には、供給流量調整弁９８の開度を減少させるのが望ましい。ただし、供給流量調整弁９８の開度をゼロとしてしまうと第１熱交換部３６Ａａが温度上昇してしまうとため、急激な温度上昇を抑制する程度の流量を確保するのが望ましい。

また、制御装置９０は、温度センサ９２が検出するボイラ給水ＢＦＷの温度が所定上限温度を上回ると判断した場合に、ボイラ給水ＢＦＷの温度が所定上限温度を上回らないようにバイパス流量調整弁９９の開度上限を決める。バイパス流量調整弁９９の開度上限を決めることにより、節炭器３６Ａに供給されるボイラ給水ＢＦＷの流量の下限が決まり、それに伴って節炭器３６Ａでガス化ガスとの熱交換により加熱されるボイラ給水ＢＦＷの温度の上限が決まる。

以上説明した本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態のガス化炉設備３Ｂにおいて、節炭器３６Ａは、第１熱交換部３６Ａａと第２熱交換部３６Ａｂとを有し、ボイラ給水ＢＦＷを第１熱交換部３６Ａａへ供給する第１流路Ｌ１と、第２熱交換部３６Ａｂでガス化ガスと熱交換したボイラ給水ＢＦＷを流通させる第２流路Ｌ２と、第１熱交換部３６Ａａでガス化ガスと熱交換したボイラ給水ＢＦＷを第２熱交換部３６Ａｂへ導く第３流路Ｌ３と、第１流路Ｌ１から第３流路Ｌ３へガス化ガスと熱交換していないボイラ給水ＢＦＷを迂回させるバイパス流路ＬＢａと、バイパス流路ＬＢａに配置され、バイパス流路ＬＢａを流通するボイラ給水の流量を調整するバイパス流量調整弁９９と、を備える。そして、制御装置９０は、温度センサ９１が検出するガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないようにバイパス流量調整弁９９を制御する。

本実施形態のガス化炉設備３Ｂによれば、バイパス流量調整弁９９によって第１流路Ｌ１から第１熱交換部３６Ａａへ供給されるボイラ給水ＢＦＷの流量が制御され、それに伴って第１熱交換部３６Ａａでガス化ガスとボイラ給水ＢＦＷとが交換する熱量が制御される。よって、温度センサ９１が検出するガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないようにすることができる。

〔他の実施形態〕
なお、本実施形態では、石炭ガス化複合発電設備をガス化炉設備の適用例の一例として説明したが、石炭ガス化複合発電設備１以外のプラント、例えば所望の化学種を生成ガスから得るためのガス化炉設備として用いてもよい。この場合には、ガスタービン等の発電設備を省略する。

また、上述した実施形態では、燃料として石炭としたが、石炭に限らず、再生可能な生物由来の有機性資源として使用されるバイオマスであってもよく、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料（ペレットやチップ）などを使用することも可能である。

また、本実施形態はガス化炉として、タワー型ガス化炉について説明してきたが、ガスの流通経路が上部で略逆Ｕ字状に折り返すクロスオーバー型ガス化炉としても良い。

１ 石炭ガス化複合発電設備（ガス化複合発電設備）
３，３Ａ，３Ｂ ガス化炉設備
５ ガス精製設備
７ ガスタービン
１６ ガス化炉
１６ａ ガス化炉本体
１６ｂ 圧力容器
１９ 発電機
２０ 排熱回収ボイラ
２１ 熱交換器
２４ スクラバ
２７ Ｈ_２Ｓ吸収塔（腐食ガス除去手段）
２８ 精製ガス供給ライン
３５ シンガスクーラ
３６ 節炭器
３９ 蒸気ドラム
９０ 制御装置
９１ 温度センサ（ガス温度検出部）
９２ 温度センサ（給水温度検出部）
９３ 給水流量調整弁
９４，９９ バイパス流量調整弁
９５ 逆止弁
９６ 循環流量調整弁
９７ 循環ポンプ
Ｌ１ 第１流路
Ｌ２ 第２流路
ＬＢ バイパス流路

Claims (7)

1. 炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉本体と、
   前記ガス化炉本体に収容され、該ガス化炉本体で生成されたガス化ガスと給水との熱交換をする熱交換器と、
   前記熱交換器を通過した前記ガス化ガスの温度を検出するガス温度検出部と、
   前記ガス温度検出部が検出する前記ガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないように、前記熱交換器で前記ガス化ガスと前記給水とが交換する熱量を制御する制御部と、
   前記給水を前記熱交換器へ供給する第１流路と、
   前記熱交換器で前記ガス化ガスと熱交換した前記給水を流通させる第２流路と、
   前記第２流路から前記第１流路へ前記ガス化ガスと熱交換した前記給水を循環させる循環流路と、
   前記循環流路に配置され、該循環流路を流通する前記給水の流量を調整する循環流量調整弁と、を備え、
   前記制御部は、前記ガス温度検出部が検出する前記ガス化ガスの温度が前記所定下限温度を下回らないように前記循環流量調整弁を制御するガス化炉設備。
2. 炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉本体と、
   前記ガス化炉本体に収容され、該ガス化炉本体で生成されたガス化ガスと給水との熱交換をする熱交換器と、
   前記熱交換器を通過した前記ガス化ガスの温度を検出するガス温度検出部と、
   前記ガス温度検出部が検出する前記ガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないように、前記熱交換器で前記ガス化ガスと前記給水とが交換する熱量を制御する制御部と、を備え、
   前記熱交換器は、第１熱交換部と第２熱交換部とを有し、
   前記給水を前記第１熱交換部へ供給する第１流路と、
   前記第２熱交換部で前記ガス化ガスと熱交換した前記給水を流通させる第２流路と、
   前記第１熱交換部で前記ガス化ガスと熱交換した前記給水を前記第２熱交換部へ導く第３流路と、
   前記第１流路から前記第３流路へ前記ガス化ガスと熱交換していない前記給水を迂回させるバイパス流路と、
   前記バイパス流路に配置され、該バイパス流路を流通する前記給水の流量を調整するバイパス流量調整弁と、を備え、
   前記制御部は、前記ガス温度検出部が検出する前記ガス化ガスの温度が前記所定下限温度を下回らないように前記バイパス流量調整弁を制御するガス化炉設備。
3. 炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉本体と、
   前記ガス化炉本体に収容され、該ガス化炉本体で生成されたガス化ガスと給水との熱交換をする熱交換器と、
   前記熱交換器を通過した前記ガス化ガスの温度を検出するガス温度検出部と、
   前記ガス温度検出部が検出する前記ガス化ガスの温度が所定下限温度を下回らないように、前記熱交換器で前記ガス化ガスと前記給水とが交換する熱量を制御する制御部と、
   前記給水を前記熱交換器へ供給する第１流路と、
   前記熱交換器で前記ガス化ガスと熱交換した前記給水を流通させる第２流路と、
   前記第１流路から前記第２流路へ前記ガス化ガスと熱交換していない前記給水を迂回させるバイパス流路と、
   前記バイパス流路に配置され、該バイパス流路を流通する前記給水の流量を調整するバイパス流量調整弁と、
   前記熱交換器を通過した前記給水の温度を検出する給水温度検出部と、を備え、
   前記制御部は、前記給水温度検出部が前記給水の蒸発温度以下の所定上限温度を上回らないように、前記バイパス流量調整弁の開度上限を決めるガス化炉設備。
4. 前記熱交換器を通過した前記給水の温度を検出する給水温度検出部と、を備え、
   前記制御部は、前記給水温度検出部が前記給水の蒸発温度以下の所定上限温度を上回らないように、前記循環流量調整弁の開度上限を決める請求項１に記載のガス化炉設備。
5. 前記制御部は、前記ガス温度検出部が検出する前記ガス化ガスの温度が前記所定下限温度を下回る場合であっても、前記給水温度検出部が検出する前記給水の温度が前記所定上限温度を上回らないように前記バイパス流量調整弁の開度上限を決める請求項３に記載のガス化炉設備。
6. 前記制御部は、前記ガス温度検出部が検出する前記ガス化ガスの温度が前記所定下限温度を下回る場合であっても、前記給水温度検出部が検出する前記給水の温度が前記所定上限温度を上回らないように前記循環流量調整弁の開度上限を決める請求項４に記載のガス化炉設備。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のガス化炉設備と、
   前記ガス化炉設備から導かれたガス化ガスを用いて駆動されるガスタービンと、
   該ガスタービンによって駆動される発電機と、
   を備えていることを特徴とするガス化複合発電設備。

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