JPH073178B2 - 石炭ガス化複合発電プラント - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明利用分野〕 本発明は、加圧式空気酸化石炭ガス化複合発電プラント
の部分負荷時における石炭ガス化炉の変圧運転制御方法
に関する。

〔発明の背景〕

石炭ガス化複合発電プラントの運転制御方法の公知例と
して“エントレイント ガシフイケーシヨン コンバイ
ンドサイクル コントロール スタデイ”（イーピーア
ールアイ エイピー 1422,ジユーン1980）（Entrained
Gasification Combined−Cycle Control Study （EPRI
AP−1422,JUNE 1980）”）に加圧式酸素酸化石炭ガス化
複合発電プラントの運転制御方法が記載されている。

この文献に記載されている運転制御方法では石炭ガス化
炉の圧力を定格負荷から部分負荷までプラント負荷に関
係なく、常に、一定になるように制御している。しか
し、ガスタービンの圧縮機の吐出圧力は部分負荷では定
格負荷に比べて減少するため、燃焼器入口の燃料ガス供
給圧力も部分負荷時は定格負荷に比べて低下する。

従つて、ガスタービンへ供給する燃料ガスの圧力を部分
負荷時に下げるように石炭ガス化炉の圧力を制御すれ
ば、石炭ガス化炉へ供給するガス化用空気の供給圧力を
部分負荷時には低下させ空気圧縮機の動力を低減し、プ
ラントの総合効率の向上を図ることができる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、加圧空気酸化石炭ガス化複合発電プラ
ントの部分負荷運転において、加圧式空気酸化石炭ガス
化炉の圧力を、ガスタービンが必要とする燃料ガスを供
給できる最低圧力まで下げ、加圧式空気酸化石炭ガス化
炉の変圧運転を行なうことにり、ガス化炉に空気を供給
する空気圧縮機の所要動力を減少させてプラント効率の
向上を図ることにある。

〔発明の概要〕

加圧式石炭ガス化炉を用いた石炭がす化複合発電プラン
トの部分負荷運転では、ガスタービンが必要とする燃料
供給圧力は定格負荷運転に比べて減少するが、従来の加
圧式石炭ガス化複合発電プラントの運転では、プラント
負荷にかかわらず、石炭ガス化炉の圧力を常に一定にし
ていた。このため、部分負荷運転時には、ガス化炉の圧
力を必要以上に高く保つことになり、ガス化炉へ空気を
供給する空気圧縮機の所要動力は部分負荷運転時にも大
きなものとなつていた。

ガスタービンでの燃料流量のコントロールには、ガスタ
ービン燃料流量制御弁へ供給する燃料ガスの圧力を一定
として燃料流量制御弁で絞つて流量をコントロールする
方法と、燃料流量制御弁は一定開度として、供給する燃
料ガスの圧力を下げて流量をコントロールする方法が考
えられる。本発明の石炭ガス化炉変圧運転は、後者の方
法によるもので、ガスタービンへ供給する燃料ガスの圧
力は石炭ガス化炉の圧力を変えることにより変化させて
おり、石炭ガス化炉の圧力は石炭供給量と空気圧縮機の
圧力をコントロールすることにより制御することを特徴
とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

石炭ガス化炉１に石炭２と空気３が供給され、石炭ガス
化炉１では石炭と空気が反応し、粗生成ガス４が生成さ
れる。

粗生成ガス４はガス精製設備５に送られ、除塵・脱硫さ
れてクリーンな燃料ガス６となる。

燃料ガス６はガスタービン７の燃焼器８へ送られ、コン
プレツサ９から送られる空気により燃焼し、高温高圧の
ガスを発生する。燃焼器８で発生したガスはガスタービ
ン10を駆動し、さらに、発電機11で電気出力を発生す
る。

石炭ガス化炉１へ供給される空気３はガスタービン７の
コンプレツサ９により圧縮された空気の一部を抽気し、
さらに、昇圧圧縮機12により昇圧された後、石炭ガス化
炉１へ送られる。

次に、本システムの制御の概要を説明する。まず、外部
よりの負荷要求信号13がプラント制御装置14にはいり、
プラント制御装置14では発電機11から送られてくる電気
出力の信号15と比較演算をし、石炭ガス化炉の石炭供給
量制御装置16へ石炭供給量増減の信号17を送る。

石炭供給量制御装置16はプラント制御装置14からの石炭
供給量信号17により、石炭供給量調整弁18をコントロー
ルし、石炭供給量を制御する。

石炭ガス化炉１への空気供給量は、空気／石炭化制御装
置19によつて制御される。空気／石炭比制御装置19へ
は、石炭流量信号20と空気圧力計21からの空気圧信号22
と空気流量計23からの空気流量信号24が送られ、これら
三つの信号から空気圧力変化による空気流量の補正及び
最適空気流量の演算を行う。空気／石炭化制御装置19は
この演算結果により、空気流量調整弁25へ弁開度増減の
信号26を送り、空気流量を制御する。

一方、空気流量調整弁25へ送られる空気の圧力は昇圧圧
縮機12の回転数により制御される。昇圧圧縮制御装置27
は、昇圧圧縮機入口空気圧力計28と昇圧圧縮機出口空気
圧力計29からの圧力信号を受けて、昇圧圧縮機の入口と
出口の空気圧力比が常に一定となるよう昇圧圧縮機の回
転数を制御する。昇圧圧縮機12の回転数はモータをサイ
リスタ制御とするか、もしくは、流体継手等を用いるこ
とにより制御される。

ガスタービン７の入口の燃料流量調整弁30は、部分負荷
時には弁の開度を一定とする。燃料流量調整弁30の開度
一定の場合、燃料流量は弁入口の燃料ガス圧力に比例
し、燃料ガス圧力は石炭ガス化炉１の圧力に依存するた
め、燃料ガス流量は石炭ガス化炉の圧力によつて決まる
ことになる。また、石炭ガス化炉の圧力は発生する粗生
成ガスの流量に比例するので、結局、ガスタービンの出
力は石炭ガス化炉の生成ガス流量によつて決まる。

第２図にガスタービンの部分負荷特性図を示す。第２図
の横軸はガスタービンの負荷を示し、縦軸は圧力を示
す。31はガスタービンのコンプレツサ出口空気圧力の特
性を示す。コンプレツサ出口空気圧力31はガスタービン
が部分負荷になるとしだいに減少し、また、80％負荷付
近で圧力低下の比率が変化している。これは、100％負
荷〜80％負荷まではガスタービンのコンプレツサ入口に
設置しているインレツトガイドベーンを絞つてコンプレ
ツサの空気量を減少させているのに対し、80％負荷まで
はインレツトガイドベーンを一定開度としてコンプレツ
サの空気量を一定とし、燃料器の燃焼温度のみが変化し
ているためである。

また、第２図の32はガスタービンへの燃料ガス必要供給
圧力を示している。燃焼ガス必要供給圧力32もコンプレ
ツサ出口空気圧力31と同様の傾向を示しており、部分負
荷ではガスタービンへ供給する燃料ガスの圧力を低減さ
せることが可能であることがわかる。

33は従来のガス化炉定圧運転の場合の燃料ガス供給圧力
を示しており、斜線で示した33の燃料ガス圧力と32の燃
料ガス圧力の差分は燃料ガス流量調整弁を絞つて燃料流
量を制御している部分である。従つて、部分負荷時には
燃料流量調整弁の開度を一定として、斜線で示した分の
圧力を石炭ガス化炉で低減させて運転すれば、石炭ガス
化炉へ空気を供給する昇圧圧縮機の動力を低減すること
ができる。

次に第３図に、第１図のシステムの各装置でのガス圧力
及び空気圧力の変化を示す。第３図の横軸は各装置を示
し、縦軸は圧力を示している。

34は100％負荷時のガス圧力及び空気圧力を示してお
り、100％負荷運転時の石炭ガス化炉の圧力は100％負荷
運転時のガスタービン燃焼器の圧力に燃料流量調整弁で
減圧分とガス精製設備・配管等のガス系統の圧力損失分
を加えた圧力となる。また、昇圧圧縮機の出口空気圧力
は石炭ガス化炉の圧力に空気流量調整弁，配管等の空気
系統の圧力損失を加えた圧力となる。また、昇圧圧縮機
の出口空気圧力は石炭ガス化圧の圧力に空気流量調整弁
・配管等の空気系統の圧力損失を加えた圧力となる。

部分負荷時の圧力変化の一例として、35は50％負荷時の
ガス圧力及び空気圧力を示している。第２図で説明した
ように、部分負荷時にはガスタービン燃焼器圧力・コン
プレツサ出口空気圧力、燃焼ガス必要供給圧力は低下す
る。従つて、燃料流量調整弁を絞り込まずに一定開度と
した場合には、35のように石炭ガス化炉の圧力は低下す
る。

一方、空気系ではガスタービンのコンプレツサ出口空気
圧力も低下するので、昇圧圧縮機の圧力比一定となるよ
う昇圧圧縮機の回転数を制御して、昇圧圧縮機の出口空
気圧力をコントロールする。

第４図に他の実施例を示す。第４図の実施例は、第１図
の実施例に、プラント制御装置14から昇圧圧縮制御装置
27への信号36が加わっている。

第１図の実施例では、信号の流れがプラント制御装置14
→石炭供給量制御装置16→空気／石炭比制御装置19→空
気流量調整弁25となり、さらに空気流量調整弁25が作動
して空気流量調整弁入口空気圧力、すなわち、昇圧圧縮
機出口側空気圧力の変動を検知して昇圧圧縮機出口側空
気圧力の変動を検知して昇圧圧縮機の回転数を制御する
ことになる。この場合、大きな負荷変化時には空気流量
のコントロールが遅れることも考えられるので、第４図
ように、プラント制御装置14から石炭供給量制御装置16
へ信号を出すのと同時に昇圧圧縮機制御装置27へも空気
流量変化の信号、すなわち、空気圧力比を変える信号を
送ることにより、大きな負荷変化にも十分対応できるよ
うになる。

第２図に示したように、燃料ガス圧力は、石炭ガス化炉
定圧運転に対し、石炭ガス化炉変圧運転は80％負荷で約
20％、50％負荷で約25％低く、さらに、負荷が低くなる
に従い圧力の差は大きくなる。石炭ガス化炉の圧力も燃
料ガス圧力とほぼ同様の傾向を示し、従つて、昇圧圧縮
機の吐出圧も同じように低下させる事ができる。

本発明の変圧運転制御方法で昇圧圧縮機を運転した場合
の昇圧圧縮機動力と、定圧運転の場合の昇圧圧縮機動力
の比較を第５図に示す。

37が定圧運転時の昇圧圧縮機動力を示し、38が変圧運転
時の昇圧圧縮機動力を示す。第５図から明らかなよう
に、斜線の部分が昇圧圧縮機動力の節減部分であり、80
％負荷で約20％、60％負荷では約40％の動力節減となつ
ており、大幅な動力の低減がはかれる。図中18は石炭供
給量調整弁である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、石炭ガス化炉の変圧運転を行ない石炭
ガス化炉の圧力を部分負荷時に下げることによつて、昇
圧圧縮機の吐出圧を下げることができるので、昇圧圧縮
機動力を低減させプラント効率の向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系統図、第２図ガスタービ
ンの部分負荷特性図、第３図は各装置でのガス圧力及び
空気圧力特性図、第４図は本発明の他の実施例の系統
図、第５図は本発明の昇圧圧縮機動力低減の効果を示す
図である。 １……石炭ガス化炉、５……ガス精製設備、7,10……ガ
スタービン、８……燃焼器、９……コンプレツサ、11…
…発電機、12……昇圧圧縮機、14……プラント制御装
置、16……石炭供給量制御装置、18……石炭供給量調整
弁、19……空気／石炭比制御装置、21,28,29……空気圧
力計、23……空気流量計、25……空気流量調整弁、27…
…昇圧圧縮機制御装置、30……燃料流量調整弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉田 成久 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 長崎 伸男 茨城県日立市幸町３丁目２番１号 日立エ ンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−205340（ＪＰ，Ａ) 特公 平３−31895（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭59−49410（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】石炭供給量調整弁を介して石炭が、また、
   空気流量調整弁を介して空気が、夫々供給されて燃料ガ
   スを得る石炭ガス化炉と、 インレットガイドベーンを介して導入された空気を圧縮
   するコンプレッサと、前記圧縮空気と前記燃料ガスとを
   燃焼させ、燃焼ガスを得る燃焼器と、前記燃焼ガスによ
   り駆動するガスタービンと、 前記圧縮空気を抽気して更に昇圧し、前記空気流量調整
   弁を介して前記石炭ガス化炉に供給する昇圧圧縮機と、
   を有する石炭ガス化複合発電プラントにおいて、 前記ガスタービンの負荷の大きさに応じて、前記石炭ガ
   ス化炉に供給する石炭供給量と空気供給量との比を保ち
   ながら空気流量調整弁を制御する制御装置と、 前記コンプレッサに導入される空気量又は前記燃焼ガス
   温度に応じて、前記昇圧圧縮機の入口側圧力と出口側圧
   力との比をほぼ一定とすべく昇圧圧縮機の回転数を制御
   する制御装置とを有することを特徴とする石炭ガス化複
   合発電プラント。