JPH01106908A - 石炭気化器を備えた石炭コンビブロックの出力調整方法および同方法によって運転される石炭発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ガスタービンと蒸気タービンとの組み合わせ
プロセスによって、燃焼室と蒸気タービンを備えた蒸気
発生器から成る蒸気動力装置とガスタービン装置とを用
いて運転される石炭発電装置であり、この装置の下で石
炭が石炭気化器内で部分的にガス化され、ガスタービン
に発生した燃焼ガスおよび、蒸気発生器の燃焼室の残留
コークスか供給される石炭発電装置の出力調整方法およ
び、本方法によって運転される石炭発電装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 西ドイツ公開特許第２８５３６４５号にこの形式の方法
と石炭発電装置が記載されている。

但し、全負荷と部分負荷間の調整に関しては記述されて
いない。

これに類似の方法が西ドイツ公開特許第３６０３０９５
号にも記載され、特に、ガスタービン装置と蒸気発生器
の燃焼室との間に配置されている液体ナトリウムつきの
熱伝達システムが図示されている。ここでも全負荷と部
分負荷における調整に関しては記述されていない。

［発明が解決しようとする課題］ 従って、本発明は、できるだけ高い総効率を維持しなが
ら、全負荷と部分負荷の間に広い調整範囲を持つことの
できる、石炭発電装置の出力調整方法を提供することを
課題としている。

［課題を解決するための手段］ この課題は、上述の形式の発電装置において、全負荷か
ら部分負荷に至る発電装置の総出力に対するガスタービ
ン装置の出力配分および全負荷から部分負荷に至る石炭
気化器の気化の程度がガスタービンの出力要求に合わせ
て調整された発生燃焼ガスの量、および蒸気タービンの
出力要求に合わせて調整され、全体としての石炭供給が
減少しているために減少している残留コークス配分によ
り調整される、本発明に係る出力調整方法又は発電装置
によフて解決される。

本発明は、部分負荷運転におけるガスタービン装置の効
率が蒸気動力装置より早く低下するという認識に基づい
ている。従って、本発明に係る調整方法によって、ガス
タービン装置の出力をできるだけ有利な範囲に維持する
ことができる。それに反して、蒸気動力装置は部分負荷
領域において総効率が基本的には低下しないにも拘らず
、蒸気動力装置の出力供給は比較にならない種火ぎく低
下する。

石炭気化器内、ガスタービン装置内、蒸気発生器の燃焼
室内における熱供給を全負荷又は部分負荷での要求に適
合させるために、ガスタービン装置、蒸気発生器の燃焼
室、および石炭気化器の間に熱伝達システムがあり、そ
の温度は全負荷から部分負荷に向かって上昇するように
調整される。この調整方法は特にガスタービン装置にお
いて、供給された燃焼ガスおよび／もしくは圧縮空気の
温度示上昇した場合に、又、石炭気化器において、プロ
セス空気の温度が上昇した場合に、あるいは石炭気化器
に導入されたプロセス空気の量が変化した場合に行なわ
れる。

熱伝達システムにおける可能な最高温度は、従って、石
炭発電装置の全負荷の場合は設定する必要はなく、部分
負荷領域においてのみ必要となる。これは即ち、ある一
定の負荷点からガス化程度高くなるにも拘らず、石炭気
化器のガス生産が減少している場合でも、ガスタービン
へのエネルギー供給の均一が導入された燃焼ガスおよび
圧縮空気の温度を高くすることによって可能であること
を意味する。

さらに、石炭気化器内でのガス化の程度が変りやすいに
も拘らず、実際には、一定のガス品質が保証される。ガ
ス化の程度をより高くするために、同じように対応して
、石炭気化器の作業温度を高めなけらばならない。それ
は、普通の場合、自動温度プロセスにおける強力な部分
燃焼、つまり、空気等の酸化剤の供給を増やすことによ
って達成できる。しかし、この結果、ガスの品質を低下
させる、発生燃焼ガスの窒素負荷が高くなる。導入され
たプロセス空気の予熱温度を高くすることによって、こ
の欠点を防ぐ。

部分負荷運転中、対応する出力増加を可能にするために
、発電装置の指定点におけるガス化度を意図的に低くす
るので、負荷範囲の上部範囲における蒸気発生器の燃焼
室には、石炭気化器からの残留コークスとは別に、付加
の燃料、例えば石炭が補給される。

特にガスタービン装置への圧縮空気は、第１段階ではガ
スタービン排気ガスから、第２段階では蒸気発生器の燃
焼室から、熱を導入して、２段階に分けて予熱される。

ガスタービンの燃焼室に送られる前の圧縮空気の調節は
従って非常に簡単に次のようにできる。ガスタービン排
気ガス管内に配置されているレキュペレイターが全負荷
の際はフルに動かない。その間に、ガスタービン排気ガ
スの一部がレキュペレイターについている調整可能なバ
イパスを通って導かれる。その結果、ガスタービンに入
る温度、およびブロックの部分負荷範囲におけるガス状
燃料の供給が少ない場合でさえ、ガスタービン出力は一
定に保たれる。

特に有利な実施態様は、蒸気発生器とガスタービンの間
にある、熱伝達システムにおいて、超過圧力が低く、温
度が高い場合に、圧縮空気を熱するために、ナトリウム
等の液体状の熱伝達物質を用いることである。その利点
については、西ドイツ公開特許第３６０３０９５号に各
々記載されている。

既に述べられたように、部分負荷運転の場合のガスター
ビンの出力はかなり低下するので、ガスタービン装置を
根本的に一定の出力を保つように、又、蒸気動力装置は
、発電装置の全負荷から部分負荷にかけて出力が低くな
るように調整しなけらばならない。全負荷と部分負荷の
間の広い調整範囲に対しては、基本的に均一の出力で運
転できる、いくつかのユニットにガスタービン出力を分
けると有利である。その際、ガスタービン出力は一つ又
は複数のユニットを遮断することにより、また、蒸気タ
ービン出力は発電装置の全負荷から部分負荷の間で減少
させることにより調整される。熱力学上、これは、全体
のプロセスに対して、二つの影響を与える。その一つに
よって、プロセスに定められた、ガスタービンの出力配
分が一定のよい効率（指定点）で運転され、もう一つに
よって、蒸気発生器に収容されなければならない、ガス
タービンの排気ガス供給が減少する。蒸気発生器へのガ
スタービン−排気カスの収容は、燃焼室内へ一定の余剰
空気を強制的に送り込まなければならないだけでなく、
化学量に近い（ｎａｈｓｔｉ５−ｃｈｉｏｍｅｔｒｉｓ
ｃｈｅ）燃焼に比べてより多い余剰空気によってより多
量の煙ガスをも後から追加された加熱面において冷却し
なければならないことを意味する。基本的にガスタービ
ンの排ガス量によって定まる煙ガス量が部分負荷範囲に
おいて減少しないので（部分負荷範囲におけるガスター
ビンの場合と同様である。）全体のプロセスにおいて、
熱源と有効な熱低減との間に不均衡が起る。蒸気動力装
置の凝縮水量およびボイラー用水量か負荷が減って著し
く減少すると、蒸気発生器の煙ガスを望みの入炉温度に
冷却するのはもはや不可能であり、性能が低下する。

これはいくつかのカスタービンユニットに分けることに
よって避けられる。

基本的な課題は、本発明に係る石炭発電装置、すなわち
、ガスタービン装置、蒸気発生器の燃焼室および石炭気
化器の間に配置され、超過圧力が低下し、温度が高い場
合のために液体状の熱伝達物質と熱交換器を、平行な、
調節可能なバイパスを備えたガスタービン装置の排気ガ
ス流中に備えた、熱伝達システムによる既述の方式の石
炭発電装置によって解決される。この熱伝達システムに
よって、必要に応じて熱は蒸気動力装置から開放されて
、ガスタービン装置と石炭気化器に伝達される。その際
、超過圧力が少なく、温度が高い場合に液体の熱伝達物
質を用いることによって、熱伝達システム内の高い温度
水手を維持することができる。

この目的のために、熱伝達システムは、蒸気発生器の中
に配置された熱伝達物質加熱器、プロセス空気予熱器、
プロセス蒸気発生器、燃焼ガス予熱器、ガスタービン装
置の圧縮空気用の予熱器から成り立っている。この際、
圧縮空気の２段階予熱システムの第１段階をガスタービ
ン装置の排気ガス流の中に配置された熱交換器が、第２
段階を熱伝達物質によって作動される予熱器が形成する
。この配置によって、ガスタービン装置の圧縮空気の温
度か単純な方法で、排気ガス熱交換器に平行に取り付け
られたバイパスによって調整できる。全負荷の場合は、
排気ガスの一部が排気ガス熱交換器を通過する。

全装置の高い効率を、広い負荷範囲にわたって、一定に
保つために、必要に応じてスイッチを入れたり切ったり
できる、二つ以上の、平行に取り付けられたガスタービ
ンによって、ガスタービン装置を形成できる。

本発明に係る方法および同方法によって運転される石炭
発電装置は、ガスタービンに対する熱供給を増やすため
に、熱伝達システムの温度をブロック負荷が低下するに
つれて上昇させること、部分負荷の場合にも、個々のガ
スタービンが出力をフルに維持できること、さらに、ブ
ロック負荷が低下した場合のプロセス空気温度も、石炭
気化器におけるガス化率をガスの品質を低下させること
なく高めるために上昇することを特徴とする。

［実施例］ 本発明は、添付図による詳細な実施例によって明らかに
される。

粉砕機１によって、石炭粉末はガス化炉２に送られる。

その発生ガスおよび残留コークスが分離装置３４におい
て分離される。分離装置３４から発生ガスは発生ガス導
管３によって、残留コークスはコークス輸送管３５によ
って運ばれる。ガス化に必要な空気は圧縮器４によって
プロセス空気導管５に圧し込まれ、ガス化炉２に流れ込
む。プロセス空気導管５にはプロセス空気予熱器６があ
り、これは、回転ポンプ８を備えたナトリウム循環器７
によって熱と共に作動する。

ガス化に必要な水蒸気はプロセス蒸気発生器２２におい
て作られ、そこでポンプ２３および導管２４によってボ
イラー用の水が得られる。

プロセス蒸気発生器２２に蒸気が供給されると２２はプ
ロセス蒸気加熱器として機能する。ナトリウムはナトリ
ウム加熱器９において蒸気発生器１１の燃焼室１０の煙
ガスから熱を取り除く。

蒸気発生器１１の蒸発装置１３で発生した蒸気は先ず過
熱器１４に導かれてから、高圧部と低圧部のある蒸気タ
ービン１６に到達する。蒸気タービン１６は発電機１２
を動かす。蒸気タービン１３の高圧部と低圧部の間に中
間過熱器１５が配置されている。蒸気タービン１６には
ボイラー用水子熱器１９におけるボイラー用水の予熱に
役立つ穴がある。蒸気タービン１３から出てきた蒸気は
復水装置１７の中で液化（または凝縮）され、復水ポン
プ１８によって、ボイラー用水子熱器１９に送り込まれ
、さらにボイラー用水ポンプ２０によって、蒸気発生器
１１に導かれる。

燃焼ガスは導管３を通って、燃焼ガス予熱器２１　（同
じくナトリウム循環器７の中に配置されていて、燃焼装
置１０から診た熱によって作動する）に到達する。加熱
された燃焼ガスは燃焼ガス輸送管３０によって燃焼室２
５．４２に到達する。そこに、輸送管３１．４８によっ
て圧縮され、予熱された空気が送られてくる。空気は圧
縮器２６．４３において圧縮され、レキュペレイターと
して形成されている熱交換器２７．４６に到達し、そこ
から、ナトリウム循環器７からの加熱されたナトリウム
によって作動している、空気加熱器２８．４７に送られ
る。そこで圧縮空気は２段階にわたって予熱される。第
１段階はレキュペレイタ−２７，４６によって、第２段
階は空気過熱器２８．４７によって行われる。

燃焼室２５．４２からの燃焼ガスは輸送管３２．４４に
よってガスタービン２９．３９に到達する。このガスタ
ービンは並列２段式ガスタービンとして作られてもよく
、圧縮器２６゜４３および発電機３７．４０を動かす。

ガスタービン２９．３９からの排気ガスはレキュベレイ
タ−２７，４６を通り抜け、全負荷の場合は一部バイパ
ス管４１．４５へ流れる（燃焼室１０の輸送管３３によ
って導かれる）、、排気ガスはまた酸素比率が高いので
、燃焼温度を許容範囲以上に上昇させないためには、ガ
スタービン２９．３９はかなりの余剰空気で運転されな
ければならない。従って、排気ガスは、燃焼室１０に輸
送管３５によって導入された残留コークスおよび、全負
荷の場合に輸送管３６によって導入された追加の石炭粉
末に対する酸化剤として用いられる。燃焼室１０から煙
ガスが煙突３８を通って外へ出る。

ナトリウム加熱器９、プロセス空気予熱器６、プロセス
蒸気発生器２２、燃焼ガス予熱器２１および燃焼空気予
熱器２８．４７から成り立つ熱伝達システム内の温度は
レキュペレイター２７．４６内の圧縮空気の予熱と似た
形で調整される。その場合、燃焼室１０からの煙ガスの
一部が全負荷の場合は、ナトリウム加熱器９に誘導され
、一方、部分負荷の場合は、煙ガスによるナトリウム加
熱器９の作動はより大きくなる。従ってナトリウム循環
器７内の温度も対応して高くなる。この方法で、ガス化
炉２に対する熱供給も多くなり、従って、ガス化炉２内
で、燃焼ガスの品質は一定でガス化効率が高くなり、ガ
スタービン２９．３９を遮断することにより、燃焼ガス
量が減少した場合にも一定の出力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る発電装置１の実施例の概略を示
す。 １・・・粉砕機　　　　　　２・・・ガス化炉３・・・
導管　　　　　　　４・・・圧縮器５・・・空気導管　
　　　　６・・・空気予熱器７・・・ナトリウム循環器
　１ｏ・・・燃焼室１１・・・蒸気発生器　　　　１２
・・・発電機１３・・・蒸気装置　　　　　１４・・・
加熱器１５・・・中間過熱器　　　　１６・・・蒸気タ
ービン１７・・・復水装置　　　　　１８・・・復水ポ
ンプ１９・・・ボイラー用水子熱器 ２０・・・ボイラー用水ポンプ ２１・・・燃焼ガス予熱器 ２３・・・ポンプ　　　　　　２４・・・導管２５．４
２・・・燃焼室　　　　２６．４３・・・圧縮器２７．
４６・・・熱交換器（レキュペレイター）２８．４７・
・・空気加熱器　　２９．３９・・・ガスタービン３０
・・・燃焼ガス輸送管 ３１．３２，３３，３５，３６，４４．４８・・・輸送
管３４・・・分離装置　　　　　３７．４０・・・発電
機３８・・・煙突　　　　　　　４１．４５・・・バイ
パス管１色３　る

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　燃焼室と蒸気タービンを備えた蒸気発生装置からで
   きている蒸気動力装置と、ガスタービンを用いた、ガス
   タービンと蒸気タービンとの組み合わせプロセスによっ
   て運転される石炭発電装置であって、発生した燃焼ガス
   をガスタービンに導き、残留コークスを蒸気発生装置の
   燃焼室に導く石炭発電装置におい て、全負荷から部分負荷にわたる発電装置の総出力に対
   するガスタービン装置の出力配 分、および石炭気化器の気化効率がガスタービンの出力
   要求に合わせて、全負荷から部分負荷に向かって増える
   ように調整された、発生燃焼ガスの量と蒸気タービンの
   出力要求に合わせて調整された、全体としての石炭供給
   が減っているために少ない残留コークス配分によって、
   調整されることを特徴とする石炭発電装置の出力調整方
   法。 ２　ガスタービン、蒸気発生装置の燃焼室および石炭気
   化器の間に熱伝達装置があり、その温度は全負荷から部
   分負荷に向かって上昇するように調整されることを特徴
   とする請求項１に記載の方法。 ３　全負荷から部分負荷にわたって、発電装置の総出力
   に対するガスタービン装置の出力配分はガスタービン装
   置に供給される燃焼ガスもしくは、圧縮空気の温度によ
   って調整されることを特徴とする請求項２に記載の方法
   。 ４　石炭気化器内のガス化の効率はプロセス空気温度の
   上昇、もしくは、石炭気化器に供給されたプロセス空気
   量の変化によって調整されることを特徴とする請求項２
   又は３に記載の方法。 ５　蒸気発生器に、高い負荷範囲において、残留コーク
   ス以外にさらに追加の燃料が石炭気化器から供給される
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載
   の方法。 ６　ガス化の効率を高めた際のプロセス空気温度の上昇
   によって、ガスの品質を基本的に一定に保たれることを
   特徴とする請求項２乃至５のいずれか１つに記載の方法
   。 ７　ガスタービン燃焼室の前の圧縮空気の温度が、ガス
   タービン排気管の中に配置された、それに平行し調整可
   能なバイパスを備えた、レキュペレイターによって調節
   されることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１つ
   に記載の方法。 ８　ガスタービン装置の圧縮空気を２段階の熱供給によ
   る予熱、即ち、第１段階では、ガスタービン装置排気ガ
   スから、第２段階では、蒸気発生装置の燃焼室からの熱
   供給によって予熱することを特徴とする請求項７に記載
   の方法。 ９　超過圧力が高い場合に、熱伝達システム内において
   、液体状の熱伝達物質を使用することを特徴とする請求
   項２に記載の方法。 １０　ガスタービン装置は出力が基本的に一定に保たれ
   るように調整され、また、蒸気タービンは、発電装置の
   全負荷から部分負荷に至って出力が減少するように調整
   されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つ
   に記載の方法。 １１　基本的に一定の出力で運転されるガスタービン装
   置が複数のユニットに分けられていること、およびガス
   タービン出力が一つ又は複数のユニットを遮断すること
   によって調整され、蒸気タービン出力が全負荷から部分
   負荷に至って減少するように調整されることを特徴とす
   る請求項１乃至９のいずれか一つに記載の方法。 １２　燃焼装置と蒸気タービンを備えた蒸気発生器から
   成る蒸気動力装置とガスタービン装置を備え、ガスター
   ビンと蒸気タービンとの組合わせプロセスによって運転
   され、石炭気化器内で石炭が一部ガス化され、発生した
   ガスタービン装置の燃焼ガスおよび蒸気発生器の燃焼装
   置が送られてくる石炭発電装置であ り、ガスタービン（２９、３９）、蒸気発生器（１１）
   の燃焼室（１０）、および石炭気化器（２）の間に熱伝
   達システム（６、９、２１、２２、２８）が配置されて
   おり、このシステムには、超過圧力が少な く、温度が高い場合のための液体熱伝達物質および、ガ
   スタービン装置（２９、３９）の排気ガスの流れの中に
   圧縮空気を予熱するための熱交換器（２７、４６）がそ
   れに平行し、調整可能なバイパスと共に配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１つに記
   載の方法を実施する石炭発電装置。 １３　熱伝達システムが、蒸気発生器（１１）の燃焼室
   （１０）の中に配置された熱伝達物質加熱器（９）、プ
   ロセス空気予熱器（６）、プロセス蒸気発生器（２２）
   、燃焼ガス予熱器（２１）、ガスタービン装置の圧縮空
   気を加熱するための予熱器（２８、４７）から成り立っ
   ていることを特徴とする請求項１２に記載の石炭発電装
   置。 １４　ガスタービン装置の圧縮空気に対する２段階予熱
   において、熱交換器（２７、４６）が第１段階を、加熱
   器（２８、４７）が第２段階を受け持つことを特徴とす
   る請求項１２または１３に記載の石炭発電装置。 １５　ガスタービン装置が２つ以上の平行に配置された
   ガスタービン（２９、３９）からできていることを特徴
   とする請求項１２乃至１４のいずれか１つに記載の石炭
   発電装置。