JP7434031B2

JP7434031B2 - ガス化複合発電設備及びその運転方法

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Publication number: JP7434031B2
Application number: JP2020063372A
Authority: JP
Inventors: 治品田; 智弥林
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2024-02-20
Anticipated expiration: 2040-03-31
Also published as: JP2021161924A; WO2021200256A1; US20230151766A1; CN115427671A

Description

本開示は、ガス化複合発電設備及びその運転方法に関するものである。

従来、ガス化複合発電設備として、炭素含有固体燃料である石炭をガス化炉で部分燃焼させてガス化し、ガス化された可燃性ガスを用いてガスタービンを駆動するとともにガスタービンの排熱を利用して発電するガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Integrated Coal Gasification Combined Cycle）が知られている。

乾式給炭方式により石炭をガス化炉に供給するガス化設備では、微粉炭供給設備からガス化炉へ微粉炭を搬送する際の閉塞防止を目的として、微粉炭機で石炭を粉砕して微粉炭とし、乾燥ガスによって微粉炭を乾燥させる。ここで、微粉炭の乾燥には、特に集塵器での微粉炭の自然発火防止の観点から低酸素濃度のガスを使用する必要があり、ガスタービンの排ガスを利用する（特許文献１及び２参照）。

特許文献１では、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）の上流側と下流側の２箇所から排ガスを抽気し、微粉炭乾燥に必要な温度及び流量に調整することで、プラント効率の最適化を図っている。

特許文献２では、定格負荷よりも低負荷となる起動時等のようにガスタービンの排ガスの酸素濃度が一時的に既定値よりも増加する場合に、排熱回収ボイラに設置した助燃バーナを起動して酸素濃度を低減するようにしている。

特開昭６１－１７５２４１号公報特許第４９３９５１１号公報

しかし、特許文献２のように助燃バーナの起動によって、ガスタービンの排ガスの酸素濃度を低減することは一つの対策になるが、助燃バーナ用の燃料供給設備が必要となり、機器点数の増加（設備費の高騰）や助燃バーナ用燃料供給による燃料費高騰、プラント効率低下を招く一因となる。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、助燃バーナを用いることなく粉砕機で粉砕された微粉燃料の自然発火の可能性を低減することができるガス化複合発電設備及びその運転方法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、本開示のガス化複合発電設備は、炭素含有固体燃料を粉砕して微粉燃料とする粉砕機と、前記粉砕機で粉砕された微粉燃料をガス化するガス化炉と、前記ガス化炉でガス化されたガス化ガスを燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮機と、前記燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンによって駆動されて発電する発電機と、前記ガスタービンの排ガスの一部を前記粉砕機へ導く排ガス供給流路と、前記圧縮機から前記燃焼器へ供給する空気量を調整する供給空気量調整手段と、前記排ガス供給流路を介して前記粉砕機へ供給される前記排ガスの酸素濃度が、前記燃焼器の設定燃焼温度から算出される設定空気量に基づく酸素濃度よりも小さい酸素濃度となるように前記供給空気量調整手段を制御する空気量低減運転を行う制御部と、を備えている。

本開示のガス化複合発電設備の運転方法は、炭素含有固体燃料を粉砕して微粉燃料とする粉砕機と、前記粉砕機で粉砕された微粉燃料をガス化するガス化炉と、前記ガス化炉でガス化されたガス化ガスを燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮機と、前記燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンによって駆動されて発電する発電機と、前記ガスタービンの排ガスの一部を前記粉砕機へ導く排ガス供給流路と、前記圧縮機から前記燃焼器へ供給する空気量を調整する供給空気量調整手段と、を備えたガス化複合発電設備の運転方法であって、前記排ガス供給流路を介して前記粉砕機へ供給される前記排ガスの酸素濃度が、前記燃焼器の設定燃焼温度から算出された設定空気量に基づく酸素濃度よりも小さい酸素濃度となるように前記供給空気量調整手段を制御する空気量低減運転を行う。

ガスタービンの燃焼器へ供給する空気量を低減するので、助燃バーナを用いることなく粉砕機で粉砕された微粉燃料の自然発火の可能性を低減することができる。

本開示の一実施形態に係るガス化複合発電設備を示した概略構成図である。乾燥用ガスの酸素濃度調整方法を示したグラフである。乾燥用ガスの酸素濃度調整方法を示したグラフである。変形例２を示した概略構成図である。変形例３を示した概略構成図である。変形例４を示した概略構成図である。変形例５を示した概略構成図である。変形例６を示した概略構成図である。変形例７を示した概略構成図である。変形例８を示した概略構成図である。

以下に、本開示に係る一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、本実施形態に係るガス化複合発電設備１が示されている。ガス化複合発電設備（以下「ＩＧＣＣ」という。）１は、空気や酸素を酸化剤としてガス化炉４で石炭をガス化した可燃性ガスを生成する空気燃焼方式を採用している。ＩＧＣＣ１は、ガス化炉４でガス化した生成ガス（ガス化ガス，石炭ガス）をガス精製装置（図示せず）で精製した後の精製ガス（ガス化ガス，石炭ガス）を燃料ガスとしてガスタービン５の燃焼器６へ供給する。

ガスタービン５は、燃焼器６と、燃焼器６から燃焼ガスの供給を受けて回転駆動されるタービン１１と、タービン１１と共通の回転軸８を有する圧縮機７とを備えている。圧縮機７の上流側には、大気からの吸引空気量を調整するＩＧＶ（Inlet Guide Vane：供給空気量調整手段）１４が設けられている。ＩＧＶ１４の開度は、図示しない制御部によって制御される。

ＩＧＣＣ１は、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Heat Recovery Steam Generator）９を通過する排ガスの一部を乾燥用ガスとして導入し、この乾燥用ガスが微粉炭機（粉砕機）１０の入口に供給され、また原料となる石炭が１０の入口に供給される。微粉炭機１０では、乾燥用ガスにより供給された石炭を加熱し、石炭中の水分を除去しながら細かい粒子状に粉砕して微粉炭（微粉燃料）を製造する。

微粉炭機１０にて製造された微粉炭は、乾燥用ガスにより集塵器１２へ搬送される。集塵器１２の内部では、乾燥用ガス等のガス成分と微粉炭（粒子成分）とが分離され、ガス成分は誘引ファン１３を介して排熱回収ボイラ９の出口から排気される。集塵器１２には、集塵器１２内の酸素濃度を計測する酸素濃度センサ１２ａが設けられている。

集塵器１２で分離された粒子成分の微粉炭は、重力により落下してビン１５を介してホッパ１７へと供給される。

ホッパ１７内に回収された微粉炭は、ＡＳＵ（空気分離装置：Air Separation Unit）２０から加圧搬送用として導入した窒素ガス（搬送用ガス）により、ガス化炉４内へ搬送される。

ガス化炉４には、生成ガスの原料として微粉炭及びチャーが供給される。ガス化炉４では、ガスタービン５の圧縮機７から供給される圧縮空気及び空気分離装置２０から供給される酸素、又はこれらのどちらか一方を酸化剤として、微粉炭及びチャーをガス化した生成ガスが製造される。ガス化炉４で生成された生成ガスは、ガス精製設備（図示せず）へと導かれる。

ガス精製設備で硫黄物等を除去した精製ガスは、ガスタービン５の燃焼器６に供給され、圧縮機７から導かれた圧縮空気とともに燃焼し、高温高圧の燃焼ガスが生成される。燃焼ガスは、タービン１１へと導かれてタービン１１を回転駆動する。回転駆動されたタービン１１は、タービン１１の回転軸に連結されたガスタービン発電機（図示せず）を駆動して発電を行う。

タービン１１から排出された高温の排ガスは、排熱回収ボイラ９に供給され、蒸気を生成する熱源として使用される。排熱回収ボイラ９で生成された蒸気は、図示しない発電用の蒸気タービン等に供給される。排熱回収ボイラ９で蒸気生成に使用された排ガスは、脱硝装置等により必要な処理を施した後、大気へ排気される。

排熱回収ボイラ９で蒸気生成に使用された排ガスは、一部が微粉炭機１０の乾燥用ガスとして抽出される。この乾燥用ガスには、脱硝等の処理を施した排ガスが用いられる。具体的に説明すると、排熱回収ボイラ９の脱硝装置（図示せず）の直下流あたりに接続された高温排ガス抽気流路（排ガス供給流路）２２と、高温排ガス抽気流路２２よりも下流側に接続された低温排ガス抽気流路（排ガス供給流路）２３とが設けられている。高温排ガス抽気流路２２と低温排ガス抽気流路２３とは下流側で合流排ガス抽気流路２４に合流されている。合流排ガス抽気流路２４の下流側は、微粉炭機１０に接続されている。

高温排ガス抽気流路２２と低温排ガス抽気流路２３とには、それぞれ、流量計２２ａ，２３ａと温度調節用のダンパ２２ｂ，２３ｂが設けられている。各流量計２２ａ，２３ａの計測値は制御部に送信される。制御部では、各流量計２２ａ，２３ａの計測値と、微粉炭機１０の微粉炭排出流路２６に設けた温度センサ２６ａの計測値とに基づいて、各ダンパ２２ｂ，２３ｂの開度を制御する。これにより、微粉炭機１０に供給される乾燥用ガスの温度と流量が調整される。

制御部は、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。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

＜乾燥用ガス酸素濃度調整１＞
次に、微粉炭機１０へ供給される乾燥用ガスの酸素濃度の調整方法について図２を用いて説明する。
図２において、横軸はプラント負荷、縦軸は下方側がガスタービン５へ供給される空気量を調整するＩＧＶ開度、上方側が微粉炭機１０へ供給される乾燥用ガスの酸素濃度を示す。破線で示された線が、設定空気量運転Ｍ０を示し、燃焼器６の設定燃焼温度及び燃料ガス組成（発熱量）から算出されるＩＧＶ１４の設定ＩＧＶ開度と、この設定ＩＧＶ開度から決まる設定酸素濃度が示されている。乾燥用ガスの酸素濃度は、集塵器１２の酸素濃度センサ１２ａによって計測される酸素濃度に相当する。一般に、ＩＧＣＣ１の設計時に、プラント負荷に応じて燃焼器６の設定燃焼温度が決定され、この設定燃焼温度に応じて精製ガスの組成から必要な空気量が算出され、破線で示すように設定ＩＧＶ開度が決まる。設定ＩＧＶ開度は、制御部にプログラムされる。

これに対して、本実施形態では、実線で示すようにＩＧＶ開度を制御する。具体的には、破線で示した設定酸素濃度に相当する空気量よりも小さい空気量となるようにＩＧＶ開度を制御する（空気量低減運転Ｍ１）。これにより、図２にて一点鎖線で示した微粉炭の自然発火のおそれがある限界酸素濃度（例えば１３体積％）を下回るように制御することができる。換言すると、プラント負荷の全体にわたって限界酸素濃度を超える場合には、図２に示すようにプラント負荷の全体にわたって破線で示した設定ＩＧＶ開度よりも小さくなるようにＩＧＶ１４を制御する。

このように、ＩＧＶ開度を制御して空気量低減運転Ｍ１を行うことによって、乾燥用ガスの酸素濃度すなわち微粉炭機１０や集塵器１２における酸素濃度を低減することができる。したがって、特許文献２のような助燃バーナを用いることなく微粉炭機１０で粉砕された微粉炭の自然発火の可能性を低減することができる。

＜乾燥用ガス酸素濃度調整２＞
また、図３のように制御することもできる。すなわち、ＩＧＣＣ１の起動時などの低負荷時に排熱回収ボイラ９を流れる排ガスの酸素濃度が上昇する。このような場合には、図３に示すように、低負荷時のみＩＧＶ開度を破線で示した設定ＩＧＶ開度よりも小さくなるように制御して空気量低減運転Ｍ１を行う。空気量低減運転Ｍ１を行う低負荷の設定値Ａ１は、定格の５０％以下、または４０％以下とされる。
一方で、設定値Ａ１以上の高負荷側では、設定ＩＧＶ開度を用いた設定空気量運転Ｍ０を行う。これにより、高負荷側ではプラント効率を所望値に維持することができる。

また、本実施形態は以下のように変形することができる。
＜変形例１＞
亜瀝青炭や褐炭等の低品位炭のように石炭の燃料比（固定炭素／揮発分）が所定値（例えば高品位炭の燃料比）よりも小さい場合には、自然発火が発生する可能性が高くなるので、設定空気量運転Ｍ０から空気量低減運転Ｍ１に切り換える運転を行うこととしても良い。燃料比の所定値としては、例えば０．７～１．２が用いられる。

例えば高品位炭のように燃料比が所定値よりも大きい場合には制御部において設定空気量運転Ｍ０が選択され、例えば低品位炭のように燃料比が所定値よりも小さい場合には制御部において空気量低減運転Ｍ１が選択される。設定空気量運転Ｍ０と空気量低減運転Ｍ１との切り換えは、石炭の燃料比等の性状を検出するセンサの計測値に基づいて行っても良いし、オペレータの手動によって行っても良い。あるいは、ＩＧＣＣ１の運転中に、酸素濃度センサ１２ａにて計測した酸素濃度が所定値（１３体積％）を超えた場合に設定空気量運転Ｍ０から空気量低減運転Ｍ１に切り換えるようにしても良い。

＜変形例２＞
図４に示すように、ＡＳＵ（酸素濃度低減手段）２０にて製造された窒素を微粉炭機１０の入口側に供給しても良い。具体的には、ＡＳＵ２０にて製造された窒素を供給する窒素供給流路３０を合流排ガス抽気流路２４に接続する。窒素供給流路３０に窒素弁３０ａを設け、流量計３０ｂの計測値を参照しながら制御部によって窒素弁３０ａの開度を制御する。
これにより、乾燥用ガスの酸素濃度を低減することができ、微粉炭の自然発火の可能性を低減することができる。
なお、微粉炭機１０の出口側（集塵器１２の上流側）に窒素供給流路３０を接続することとしても良い。これにより、微粉炭機１０の下流側に設けられた集塵器１２やビン１５、ホッパ１７などにおける自然発火の可能性を低減することができる。
また、酸素濃度センサ１２ａにて計測した酸素濃度が所定値（１３体積％）を超えないように、窒素弁３０ａを制御するようにしても良い。

＜変形例３＞
図５に示すように、ガス化炉４から導かれた石炭ガス（生成ガス）から、ガス精製装置に設置されるＣＯ２を回収するＣＯ２回収装置（酸素濃度低減手段）３２を備えることとしても良い。この場合には、ＣＯ２回収装置３２にて回収されたＣＯ２を微粉炭機１０の入口側に供給する。具体的には、ＣＯ２回収装置３２にて回収されたＣＯ２を供給するＣＯ２供給流路３３を合流排ガス抽気流路２４に接続する。ＣＯ２供給流路３３にＣＯ２弁３３ａを設け、流量計３３ｂの計測値を参照しながら制御部によってＣＯ２弁３３ａの開度を制御する。
これにより、ＩＧＶ開度制御による空気量低減運転Ｍ１に加えて、乾燥用ガスの酸素濃度を低減することができ、微粉炭の自然発火の可能性を低減することができる。

なお、微粉炭機１０の出口側（集塵器１２の上流側）にＣＯ２供給流路３３を接続することとしても良い。これにより、微粉炭機１０の下流側に設けられた集塵器１２やビン１５、ホッパ１７などにおける自然発火の可能性を低減することができる。
また、酸素濃度センサ１２ａにて計測した酸素濃度が所定値（１３体積％）を超えないように、ＣＯ２弁３３ａを制御するようにしても良い。

＜変形例４＞
図６に示すように、補助ボイラのバーナ等の燃焼装置（酸素濃度低減手段）３５を備えることとしても良い。この場合には、燃焼装置３５にて発生した燃焼ガスを微粉炭機１０の入口側に供給する。具体的には、燃焼装置３５にて発生した燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給流路３６を合流排ガス抽気流路２４に接続する。燃焼ガス供給流路３６に燃焼ガス弁３６ａを設け、流量計３６ｂの計測値を参照しながら制御部によって燃焼ガス弁３６ａの開度を制御する。
これにより、ＩＧＶ開度制御による空気量低減運転Ｍ１に加えて、乾燥用ガスの酸素濃度を低減することができ、微粉炭の自然発火の可能性を低減することができる。
なお、微粉炭機１０の出口側（温度センサ２６ａの上流側）に燃焼ガス供給流路３６を接続することとしても良い。これにより、微粉炭機１０の下流側に設けられた集塵器１２やビン１５、ホッパ１７などにおける自然発火の可能性を低減することができる。
また、酸素濃度センサ１２ａにて計測した酸素濃度が所定値（１３体積％）を超えないように、燃焼ガス弁３６ａを制御するようにしても良い。

＜変形例５＞
図７に示すように、燃焼器６に水、水蒸気、又は窒素を添加する添加手段３８を設けても良い。燃焼器６に水、水蒸気又は窒素を添加することで、燃焼ガスの酸素濃度を低減することができる。これは、ＩＧＶ開度制御による空気量低減運転Ｍ１に加えて行うことができる。これにより、微粉燃料の自然発火の可能性を低減することができる。なお、添加手段３８に弁を設け、この弁を制御するようにしても良い。
また、酸素濃度センサ１２ａにて計測した酸素濃度が所定値（１３体積％）を超えないように、水、水蒸気、又は窒素の添加量を制御するようにしても良い。

＜変形例６＞
図８に示すように、燃焼器６へ供給する空気を調整する手段として、圧縮機７の出口側に制御部によって制御される放風弁（放風手段）４０を設けても良い。放風弁４０は、圧縮機７の出口と燃焼器６の入口との間に接続された放風流路（放風手段）４１に設けられている。放風流路４１の下流側は大気に開放されている。

放風弁４０を開とすることによって、圧縮機７から燃焼器６へ導かれる圧縮空気の一部を大気へ放出することで、燃焼器６へ導かれる空気量を低減することができる。これにより、図２及び図３を用いて説明した空気量低減運転Ｍ１を行うことができる。放風弁４０の制御は、図１を用いて説明したＩＧＶ開度の制御に代えて、又はＩＧＶ開度の制御とともに用いることができる。

＜変形例７＞
図９に示すように、燃焼器６へ供給する空気を調整する手段として、圧縮機７の出口と圧縮機７の入口とを接続する再循環流路４４を設けても良い。再循環流路４４の下流側は、ＩＧＶ１４の上流側に接続されている。再循環流路４４には、制御部によって制御される再循環弁４５が設けられている。

再循環弁４５を開とすることによって、圧縮機７からの吐出空気の一部を再循環させることで、昇温された圧縮機７からの吐出空気で圧縮機７に吸入される空気を加熱することによって吸入空気の密度を小さくすることで、燃焼器６へ導かれる空気量を低減することができる。これにより、図２及び図３を用いて説明した空気量低減運転Ｍ１を行うことができる。再循環弁４５の制御は、図１を用いて説明したＩＧＶ開度の制御に代えて、又はＩＧＶ開度の制御とともに用いることができる。

＜変形例８＞
図１０に示すように、燃焼器６へ供給する空気を調整する手段として、ＩＧＶ１４の上流側に熱交換器（加熱手段）４７を設けても良い。熱交換器４７では、蒸気と大気（空気）とが熱交換される。これにより、圧縮機７に吸入される空気が加熱される。蒸気としては、ＩＧＣＣ１で発生した蒸気や、外部の補助ボイラ等で発生した蒸気を用いることができる。制御部は、蒸気を熱交換器４７に流す流量やタイミング等を制御することによって、圧縮機７へ導かれる空気の加熱のタイミングと量を決定する。

圧縮機７に吸入される空気を熱交換器４７で加熱することによって吸入空気の密度を小さくすることで、燃焼器６へ導かれる空気量を低減することができる。これにより、図２及び図３を用いて説明した空気量低減運転Ｍ１を行うことができる。熱交換器４７へ蒸気を供給する制御は、図１を用いて説明したＩＧＶ開度の制御に代えて、又はＩＧＶ開度の制御とともに用いることができる。また、熱交換器４７に供給する加熱媒体としては、蒸気に代えて加熱された給水としても良い。また、熱交換器４７へ蒸気（又は給水）を供給する経路に弁を設け、この弁を制御するようにしても良い。

なお、上述した実施形態及び変形例では、炭素含有固体燃料として石炭を用いて説明したが、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としてもよく、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、石炭とともにバイオマスやリサイクル燃料を用いてもよい。

以上説明した各実施形態に記載のガス化複合発電設備及びその運転方法は、例えば以下のように把握される。

本開示の一態様に係るガス化複合発電設備（１）は、炭素含有固体燃料を粉砕して微粉燃料とする粉砕機（１０）と、前記粉砕機で粉砕された微粉燃料をガス化するガス化炉（４）と、前記ガス化炉でガス化されたガス化ガスを燃焼させる燃焼器（６）と、前記燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮機（７）と、前記燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるガスタービン（５）と、前記ガスタービンによって駆動されて発電する発電機と、前記ガスタービンの排ガスの一部を前記粉砕機へ導く排ガス供給流路（２２，２３，２４）と、前記圧縮機から前記燃焼器へ供給する空気量を調整する供給空気量調整手段（１４）と、前記燃焼器の設定燃焼温度から算出される設定空気量よりも小さい空気量となるように前記供給空気量調整手段を制御する空気量低減運転を行う制御部と、を備えている。

燃焼器へ供給される吸入空気量を小さくすることによって燃焼ガスの酸素濃度を低減することができる。そこで、燃焼器の設定燃焼温度から決まる設定空気量よりも小さい空気量とすることによって、設定時よりも酸素濃度を低減することとした。酸素濃度が低減された燃焼ガスはガスタービンを経て排ガス供給流路を介して粉砕機へと導かれる。これにより、助燃バーナを用いることなく粉砕機で粉砕された微粉燃料の自然発火の可能性を低減することができる。
なお、燃焼器の設定燃焼温度は、一般に、ガス化複合発電設備のプラント負荷、より具体的にはガスタービンの負荷に応じて決まる。そして、設定燃焼温度が決まると、ガス化された精製ガスなどの燃料ガスの組成から燃焼器で必要な空気量が決まる。

本開示の一態様に係るガス化複合発電設備（１）では、前記制御部は、前記ガス化複合発電設備のプラント負荷が低負荷とされているときに前記空気量低減運転を行うとともに、該低負荷を超えるときは前記設定燃焼温度から算出される前記設定空気量となるように前記供給空気量調整手段を制御する設定空気量運転を行う。

プラント負荷が低負荷となると、ガスタービンからの排ガスの酸素濃度が増加する傾向にあるので、プラント負荷が低負荷のときに空気量低減運転を行うことが好ましい。一方で、プラント負荷が低負荷を超える場合は、設定空気量運転を行うことによってプラント効率を所望値に維持することができる。
なお、低負荷としては、定格の５０％以下、または４０％以下とされる。また、低負荷には、ガス化複合発電設備の起動時も含まれる。

本開示の一態様に係るガス化複合発電設備（１）では、前記制御部は、燃料比が所定値よりも小さい炭素含有固体燃料を用いる場合に、前記空気量低減運転に切り換える。

燃料比（固定炭素／揮発分）が所定値よりも小さい炭素含有固体燃料を用いる場合には、微粉燃料としたときに自然発火が発生する可能性が高くなる。そこで、燃料比が所定値よりも小さい炭素含有固体燃料を用いる場合には空気量低減運転に切り換えることとした。これにより、自然発火の可能性を低減することができる。
燃料比が所定値よりも大きい炭素含有固体燃料を用いる場合には、空気量低減運転を行わずに設定空気量運転を行うことができる。
燃料比の所定値としては、例えば０．７～１．２とされる。

本開示の一態様に係るガス化複合発電設備（１）では、前記供給空気量調整手段は、前記圧縮機に設けられたインレットガイドベーン（１４）とされている。

供給空気量調整手段として圧縮機に設けられたインレットガイドベーン（ＩＧＶ）を用いることによって、空気量低減運転時に吸入空気量を低減することができる。

本開示の一態様に係るガス化複合発電設備（１）では、前記供給空気量調整手段は、前記圧縮機の出口と入口とを接続する再循環流路（４４）を備えている。

圧縮機の出口と入口とを接続する再循環流路を設けることによって、吐出空気を再循環させることで空気量低減運転時に燃焼器へ導かれる空気量を低減することができる。

本開示の一態様に係るガス化複合発電設備（１）では、前記供給空気量調整手段は、前記圧縮機に吸入される空気を加熱する加熱手段（４７）を備えている。

圧縮機に吸入される空気を加熱手段で加熱することによって吸入空気の密度を小さくすることで、空気量低減運転時に燃焼器へ導かれる空気量を低減することができる。

本開示の一態様に係るガス化複合発電設備（１）では、前記供給空気量調整手段は、前記圧縮機から前記燃焼器へ導かれる圧縮空気を外部へ放出する放風手段（４０，４１）を備えている。

圧縮機から燃焼器へ導かれる圧縮空気を外部へ放出することによって、空気量低減運転時に燃焼器へ導かれる空気量を低減することができる。

本開示の一態様に係るガス化複合発電設備（１）では、前記粉砕機の入口又は出口の酸素濃度を低減する酸素濃度低減手段（２０）を備えている。

上記の空気量低減運転に加えて、粉砕機の入口又は出口の酸素濃度を低減する酸素濃度低減手段を設けることで、微粉燃料の自然発火の可能性をさらに低減することができる。

本開示の一態様に係るガス化複合発電設備（１）では、前記粉砕機の出口側に設けられた酸素濃度計（１２ａ）を備え、前記制御部は、前記酸素濃度計の計測値に基づいて、前記酸素濃度低減手段を制御する。

粉砕機の出口側に設けた酸素濃度計の計測値に基づいて酸素濃度を低減することで、より確実に微粉燃料の自然発火の可能性を低減することができる。

本開示の一態様に係るガス化複合発電設備（１）では、空気分離装置（２０）を備え、前記酸素濃度低減手段は、前記空気分離装置で生成された窒素を前記粉砕機の入口又は出口に供給する窒素供給流路（３０）を備えている。

空気分離装置（ASU：Air Separation Unit）にて生成された窒素を粉砕機の入口又は出口に供給することで、酸素濃度を低減することができる。これにより、微粉燃料の自然発火の可能性を低減することができる。なお、窒素としては、窒素を主成分とする窒素ガスが用いられる。
粉砕機の出口に窒素を供給する場合には、粉砕機の下流側に設けられた集塵機やビン、ホッパなどにおける自然発火の可能性を低減することができる。

本開示の一態様に係るガス化複合発電設備（１）では、ＣＯ２回収装置（３２）を備え、前記酸素濃度低減手段は、前記ＣＯ２回収装置で生成されたＣＯ２を前記粉砕機の入口又は出口に供給するＣＯ２供給流路（３３）を備えている。

ＣＯ２回収装置にて生成されたＣＯ２を粉砕機の入口又は出口に供給することで、酸素濃度を低減することができる。これにより、微粉燃料の自然発火の可能性を低減することができる。なお、ＣＯ２としては、ＣＯ２を主成分とするＣＯ２ガスが用いられる。
粉砕機の出口にＣＯ２を供給する場合には、粉砕機の下流側に設けられた集塵機やビン、ホッパなどにおける自然発火の可能性を低減することができる。

本開示の一態様に係るガス化複合発電設備（１）では、前記燃焼ガスとは異なる燃焼ガスを生成する燃焼装置（３５）を備え、前記酸素濃度低減手段は、前記燃焼装置で生成された燃焼ガスを前記粉砕機の入口又は出口に供給する燃焼ガス供給流路（３６）を備えている。

燃焼装置にて生成された燃焼ガス（燃焼器で発生した燃焼ガスとは異なる燃焼ガス）を粉砕機の入口又は出口に供給することで、酸素濃度を低減することができる。これにより、微粉燃料の自然発火の可能性を低減することができる。
粉砕機の出口に燃焼ガスを供給する場合には、粉砕機の下流側に設けられた集塵機やビン、ホッパなどにおける自然発火の可能性を低減することができる。
燃焼装置としては、例えば補助ボイラのバーナなどが挙げられる。

本開示の一態様に係るガス化複合発電設備（１）では、前記酸素濃度低減手段は、前記燃焼器に水、及び／又は、水蒸気、及び／又は、窒素を添加する添加手段（３８）を備えている。

燃焼器に水、及び／又は、水蒸気、及び／又は、窒素を添加することで、燃焼ガスの酸素濃度を低減することができる。これにより、微粉燃料の自然発火の可能性を低減することができる。

本開示の一態様に係るガス化複合発電設備（１）の運転方法は、炭素含有固体燃料を粉砕して微粉燃料とする粉砕機と、前記粉砕機で粉砕された微粉燃料をガス化するガス化炉と、前記ガス化炉でガス化されたガス化ガスを燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮機と、前記燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンによって駆動されて発電する発電機と、前記ガスタービンの排ガスの一部を前記粉砕機へ導く排ガス供給流路と、前記圧縮機から前記燃焼器へ供給する空気量を調整する供給空気量調整手段と、を備えたガス化複合発電設備の運転方法であって、前記燃焼器の設定燃焼温度から算出された設定空気量よりも小さい空気量となるように前記供給空気量調整手段を制御する空気量低減運転を行う。

１ＩＧＣＣ（ガス化複合発電設備）
４ガス化炉
５ガスタービン
６燃焼器
７圧縮機
９排熱回収ボイラ
１０微粉炭機（粉砕機）
１２ａ酸素濃度センサ
１４ＩＧＶ（供給空気量調整手段）
２０ＡＳＵ（空気分離装置）
２２高温排ガス抽気流路（排ガス供給流路）
２３低温排ガス抽気流路（排ガス供給流路）
２４合流排ガス抽気流路（排ガス供給流路）
３０窒素供給流路
３２ＣＯ２回収装置（酸素濃度低減手段）
３３ＣＯ２供給流路
３５燃焼装置（酸素濃度低減手段）
３８添加手段
４０放風弁（放風手段）
４１放風流路（放風手段）
４４再循環流路
４７熱交換器（加熱手段）

Claims

炭素含有固体燃料を粉砕して微粉燃料とする粉砕機と、
前記粉砕機で粉砕された微粉燃料をガス化するガス化炉と、
前記ガス化炉でガス化されたガス化ガスを燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮機と、
前記燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、
前記ガスタービンによって駆動されて発電する発電機と、
前記ガスタービンの排ガスの一部を前記粉砕機へ導く排ガス供給流路と、
前記圧縮機から前記燃焼器へ供給する空気量を調整する供給空気量調整手段と、
前記排ガス供給流路を介して前記粉砕機へ供給される前記排ガスの酸素濃度が、前記燃焼器の設定燃焼温度から算出される設定空気量に基づく酸素濃度よりも小さい酸素濃度となるように前記供給空気量調整手段を制御する空気量低減運転を行う制御部と、
を備えているガス化複合発電設備。
前記制御部は、前記ガス化複合発電設備のプラント負荷が低負荷とされているときに前記空気量低減運転を行うとともに、該低負荷を超えるときは前記設定燃焼温度から算出される前記設定空気量となるように前記供給空気量調整手段を制御する設定空気量運転を行う請求項１に記載のガス化複合発電設備。
炭素含有固体燃料を粉砕して微粉燃料とする粉砕機と、
前記粉砕機で粉砕された微粉燃料をガス化するガス化炉と、
前記ガス化炉でガス化されたガス化ガスを燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮機と、
前記燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、
前記ガスタービンによって駆動されて発電する発電機と、
前記ガスタービンの排ガスの一部を前記粉砕機へ導く排ガス供給流路と、
前記圧縮機から前記燃焼器へ供給する空気量を調整する供給空気量調整手段と、
前記排ガス供給流路を介して前記粉砕機へ供給される前記排ガスの酸素濃度が、前記燃焼器の設定燃焼温度から算出される設定空気量に基づく酸素濃度よりも小さい酸素濃度となるように前記供給空気量調整手段を制御する空気量低減運転を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、燃料比が所定値よりも小さい炭素含有固体燃料を用いる場合に、前記空気量低減運転に切り換えるガス化複合発電設備。
前記供給空気量調整手段は、前記圧縮機に設けられたインレットガイドベーンとされている請求項１から３のいずれかに記載のガス化複合発電設備。
前記供給空気量調整手段は、前記圧縮機の出口と入口とを接続する再循環流路を備えている請求項１から４のいずれかに記載のガス化複合発電設備。
前記供給空気量調整手段は、前記圧縮機に吸入される空気を加熱する加熱手段を備えている請求項１から５のいずれかに記載のガス化複合発電設備。
前記供給空気量調整手段は、前記圧縮機から前記燃焼器へ導かれる圧縮空気を外部へ放出する放風手段を備えている請求項１から６のいずれかに記載のガス化複合発電設備。
前記粉砕機の入口又は出口の酸素濃度を低減する酸素濃度低減手段を備えている請求項１から７のいずれかに記載のガス化複合発電設備。
前記粉砕機の出口側に設けられた酸素濃度計を備え、
前記制御部は、前記酸素濃度計の計測値に基づいて、前記酸素濃度低減手段を制御する請求項８に記載のガス化複合発電設備。
空気分離装置を備え、
前記酸素濃度低減手段は、前記空気分離装置で生成された窒素を前記粉砕機の入口又は出口に供給する窒素供給流路を備えている請求項８又は９に記載のガス化複合発電設備。
ＣＯ２回収装置を備え、
前記酸素濃度低減手段は、前記ＣＯ２回収装置で生成されたＣＯ２を前記粉砕機の入口又は出口に供給するＣＯ２供給流路を備えている請求項８又は９に記載のガス化複合発電設備。
前記燃焼ガスとは異なる燃焼ガスを生成する燃焼装置を備え、
前記酸素濃度低減手段は、前記燃焼装置で生成された燃焼ガスを前記粉砕機の入口又は出口に供給する燃焼ガス供給流路を備えている請求項８又は９に記載のガス化複合発電設備。
前記酸素濃度低減手段は、前記燃焼器に水、及び／又は、水蒸気、及び／又は、窒素を添加する添加手段を備えている請求項８又は９に記載のガス化複合発電設備。
炭素含有固体燃料を粉砕して微粉燃料とする粉砕機と、
前記粉砕機で粉砕された微粉燃料をガス化するガス化炉と、
前記ガス化炉でガス化されたガス化ガスを燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮機と、
前記燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、
前記ガスタービンによって駆動されて発電する発電機と、
前記ガスタービンの排ガスの一部を前記粉砕機へ導く排ガス供給流路と、
前記圧縮機から前記燃焼器へ供給する空気量を調整する供給空気量調整手段と、
を備えたガス化複合発電設備の運転方法であって、
前記排ガス供給流路を介して前記粉砕機へ供給される前記排ガスの酸素濃度が、前記燃焼器の設定燃焼温度から算出された設定空気量に基づく酸素濃度よりも小さい酸素濃度となるように前記供給空気量調整手段を制御する空気量低減運転を行うガス化複合発電設備の運転方法。
炭素含有固体燃料を粉砕して微粉燃料とする粉砕機と、
前記粉砕機で粉砕された微粉燃料をガス化するガス化炉と、
前記ガス化炉でガス化されたガス化ガスを燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器に圧縮空気を供給する圧縮機と、
前記燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、
前記ガスタービンによって駆動されて発電する発電機と、
前記ガスタービンの排ガスの一部を前記粉砕機へ導く排ガス供給流路と、
前記圧縮機から前記燃焼器へ供給する空気量を調整する供給空気量調整手段と、
を備えたガス化複合発電設備の運転方法であって、
前記排ガス供給流路を介して前記粉砕機へ供給される前記排ガスの酸素濃度が、前記燃焼器の設定燃焼温度から算出された設定空気量に基づく酸素濃度よりも小さい酸素濃度となるように前記供給空気量調整手段を制御する空気量低減運転を行うとともに、燃料比が所定値よりも小さい炭素含有固体燃料を用いる場合に、前記空気量低減運転に切り換えるガス化複合発電設備の運転方法。