JPH10299507A - 石炭ガス化発電プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】石炭ガス化発電プラントにおいて、ガス化炉圧
力を一定に保ちながら負荷追従する運転方法を提供す
る。 【解決手段】石炭ガス化ガス製造部とガスタービン燃焼
器の間に圧力調整弁を設置し、石炭ガス化圧力と設定圧
力との偏差によって前記圧力調整弁を制御する。 【効果】石炭ガス化炉の圧力変動を小さく抑えることが
できる。酸素供給部および石炭供給部と石炭ガス化炉の
差圧で決まる石炭，酸素供給量の制御性が向上する。制
御性が向上することにより、石炭ガス化効率が向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は酸素，酸素富化空
気、あるいは空気を用いて石炭を部分酸化し、得られる
石炭ガス化ガスを燃料としてガスタービンを用いて発電
する石炭ガス化発電プラントに関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンを利用する発電プラントの
燃料としては天然ガスが一般的であり、従来の石炭ガス
化発電プラントはこの天然ガスの替わりに石炭ガス化ガ
スを利用する装置となっている。また、運転方法も天然
ガスを燃料とする発電プラントと同様の方法が適用され
てきた。すなわち、特開平6−58104号公報，特開平5−1
63961号公報及び特開平5−149149 号公報に示されてい
るように、負荷指令に応じてガスタービン燃焼器入り口
の圧力調整弁，流量調整弁を制御することによって負荷
追従する運転方法である。ここで弁が２つ必要となるの
はガス流量の制御性向上のためである。すなわち、圧力
調整弁によってこの弁より下流の圧力を一定とした場
合、圧力調整弁より下流に設置される流量調整弁による
流量制御は基本的に弁の開度のみで決定できるため、ガ
スタービン燃焼器への燃料流量の制御性が向上する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の運転方
法は石炭ガス化発電に対しては必ずしも適していない。
この理由は、石炭ガス化発電プラントにおいてガスター
ビン燃焼器よりも上流を従来のＬＮＧ発電プラントと同
じ圧力、すなわち２６〜２７ata にする場合、石炭ガス
化炉への石炭供給，酸素供給はこの圧力よりもさらに高
い圧力が必要となり、また、石炭ガス化炉から下流の熱
回収ボイラ，ガス精製部などすべて２６〜２７ata の圧
力に耐えられるものにする必要があるからである。系内
の圧力を高くすることで機器の大きさをコンパクトにす
ることができるが、加圧することにより安全性の問題点
が大きくなり、この対策が必要となるため、機器の大き
さがコンパクトになった効果が相殺されていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】石炭ガス化発電プラント
の系内の圧力の最適値は、機器の大きさ，安全性，ガス
タービン燃焼器に供給するために必要なガス圧力などか
ら決まるものである。ガスタービン燃焼器に供給するガ
ス圧力は１０〜１５ata あれば十分であることから、ガ
スタービン燃焼器よりも上流を１０〜１５ata とする。
また、ＬＮＧ発電プラントで設置していた圧力調整弁，
流量調整弁のうち、流量調整弁は設置せず、圧力調整弁
のみとする。発電指令に対する負荷追従は石炭ガス化炉
圧力を一定に保てる範囲で実施する。石炭ガス化炉圧力
を設定値に保つために石炭ガス化炉圧力を検出し、この
値と設定圧力との偏差によってガスタービン燃焼器入り
口の圧力調整弁を制御する。

【０００５】本発明によれば、石炭ガス化炉の圧力変動
を小さく抑えることができる。従って酸素供給部および
石炭供給部と石炭ガス化炉の差圧を必要な値に設定する
ために、酸素供給部あるいは石炭供給部の絶対圧力を検
出して必要な値に設定すればよく、ガス化炉圧力を検出
して補正する必要がない。従ってこの差圧で決まる石
炭、酸素供給量の制御性が向上する。石炭ガス化の効率
はこの石炭と酸素の比に大きく依存する。この制御性が
向上することにより、石炭ガス化効率を向上することが
できる。

【０００６】ガスタービン燃焼器よりも上流を１０〜１
５ata とすることができるが、この圧力は機器の大きさ
をコンパクトにしつつ、なおかつ安全上の問題を抑える
最適な値であることから従来に比べ、機器コストが低減
できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明で対象とする石炭ガ
ス化複合発電プラントの一実施例を示している。このシ
ステムは大きく石炭供給部１００，酸化剤供給部となる
酸素製造装置２００，石炭ガス化部３００，ガス精製部
４００，複合発電部５００から構成され、石炭供給部１
００から供給される石炭１と酸素製造装置２００から供
給される酸化剤（酸素あるいは酸素富化空気）６を石炭
ガス化部において反応させ、生成した水素と一酸化炭素
を主成分とする石炭ガス化ガス７をガス精製部４００に
おいて脱塵，脱硫し、この精製ガスを燃料として複合発
電部５００においてガスタービンと蒸気タービンを用い
た複合発電をするシステムである。

【０００８】次に各部の詳細な構造を示す。石炭供給部
１００は石炭バンカ１０１，ミル１０２，ロックホッパ
１０３で構成される。石炭バンカ１０１は石炭を保管す
る施設であり、ミル１０２は石炭を１００メッシュアン
ダー９０％に粉砕し、粗粘物を除去する装置であり、ロ
ックホッパ１０３は微粉石炭を酸素製造装置２００から
の副産物である窒素によって加圧し、ガス化炉バーナへ
供給するための装置である。

【０００９】酸素製造装置２００は空気３を圧縮機２１
０で圧縮した圧縮空気、あるいはガスタービン圧縮機５
１１から抽気した圧縮空気４を冷却して空気中の窒素と
酸素を沸点の違いを利用して分留する装置である。

【００１０】石炭ガス化部３００は石炭ガス化炉３１
０，熱回収部３２０から構成される。石炭ガス化炉３１
０は石炭１及び酸化剤６を供給するための下段バーナ３
１１，上段バーナ３１２，反応ガスを冷却するための熱
回収部３２０，石炭灰分が溶融して生じるスラグを捕集
するためのスラグ水冷槽３３０を備えている。

【００１１】ガス精製部４００はサイクロン４１０,ダ
ストフィルタ４２０,脱硫装置４３０，ガス−ガス熱交
換器４４０から構成される。サイクロン４１０及びダス
トフィルタ４２０は石炭ガス化ガス中の固体微粒子を捕
集するための装置であり、脱硫装置４３０は反応ガス中
の硫化水素を除去するための装置である。脱硫方法とし
ては例えばＭＤＥＡ（メチルジエタノールアミン）を吸
収液とする方法が利用できる。この方法では硫化水素を
一旦有機溶媒に吸収し、溶媒中の硫化水素濃度が高くな
った時点でＨ₂Ｓ を抽出し、この濃縮された硫化水素ガ
スを酸化して二酸化硫黄とし、従来の石炭火力発電所な
どで用いられている方法、すなわち炭酸カルシウムのス
ラリーと反応させて石膏として固定する方法を用いて脱
硫する。この他にも炭酸カルシウム、あるいは酸化亜鉛
の微粉粒子によって硫化水素を直接固定する乾式脱硫法
なども用いることができる。

【００１２】複合発電部５００はガスタービン圧縮機５
１１，燃焼器５１２，ガスタービン５１３，排熱回収ボ
イラ５３０，蒸気タービン５２０，復水器５５０，発電
機５４０から構成され、複合発電（コンバインドサイク
ル発電）を行う。ガスタービン圧縮機５１１は空気３を
加圧して圧縮空気４を生成し、燃焼器５１２はこの圧縮
空気４で精製された水素，一酸化炭素を主成分とする石
炭ガス化ガス７を燃焼し、この燃焼ガスでガスタービン
５１３を駆動し、発電機５４０を回転させる。排熱回収
ボイラ５３０はガスタービン５１３の排ガス８から熱エ
ネルギーを水蒸気１０の形態で回収する装置である。こ
の排熱回収ボイラ５３０から得られた水蒸気１０によっ
て蒸気タービン５２０を駆動し、発電機５４０を回転さ
せる。また、蒸気タービン５２０を駆動した水蒸気１０
は復水器によって液体に戻され、排熱回収ボイラ５３０
及びガス化炉の熱回収部３２０に供給される。

【００１３】ガス精製部４００とガスタービン燃焼器５
１２の間には圧力調整弁９１を設置する。

【００１４】次に本発明の石炭ガス化発電プラントの運
転条件を示す。本実施例では圧力調整弁９１の上流は１
０〜１５ata とする。石炭ガス化炉の圧力調整はガス化
炉圧力インジケータ６１で検出した圧力とガス化炉圧力
設定値２１との偏差をもとに燃料供給系制御量算出関数
器４１で算出し、燃料供給系コントローラ５１により圧
力調整弁９１およびガスタービン圧縮機５１１のインレ
ットガイドベーンを制御する。この実施例で示した石炭
ガス化発電プラントでの負荷追従は石炭ガス化炉の圧力
が一定に保てる範囲で実施するものとし、負荷指令、あ
るいは最大負荷変化量に応じて石炭，酸素を石炭ガス化
炉へ供給する。この場合、酸素，石炭の供給に時間遅れ
が生じることはなく、また、酸素，石炭の供給量もガス
化炉圧力が一定に保たれているために大きく変動するこ
とがなく、石炭ガス化炉において負荷変動中の温度異常
の発生を防止できる。

【００１５】

【発明の効果】石炭ガス化炉の圧力変動を小さく抑える
ことができる。従って酸素供給部および石炭供給部と石
炭ガス化炉の差圧を必要な値に設定するために、酸素供
給部あるいは石炭供給部の絶対圧力を検出して必要な値
に設定すればよく、ガス化炉圧力を検出して補正する必
要がない。従ってこの差圧で決まる石炭，酸素供給量の
制御性が向上する。石炭ガス化の効率は石炭と酸素の比
に大きく依存する。この制御性が向上することにより、
石炭ガス化効率を向上することができる。

【００１６】ガスタービン燃焼器よりも上流を１０〜１
５ata とすることができるが、この圧力は機器の大きさ
をコンパクトにしつつ、なおかつ安全上の問題を抑える
最適な値であることから従来に比べて、機器コストが低
減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による石炭ガス化発電プラントの一実施
例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１…石炭、３…空気、４…圧縮空気、５…窒素、６…酸
化剤、７…石炭ガス化ガス、８…排ガス、９…冷却水、
１０…水蒸気、１１…スラグ、２１…ガス化炉圧力設定
値、４１…燃料供給系制御量算出関数器、５１…燃料供
給系コントローラ、６１…ガス化炉圧力インジケータ、
９１…圧力調整弁、１００…石炭供給部、１０１…石炭
バンカ、１０２…ミル、１０３…ロックホッパ、２００
…酸素製造装置、２１０…空気圧縮機、３００，３１０
…石炭ガス化部、３１１…下段バーナ、３１２…上段バ
ーナ、３２０…熱回収部、３３０…スラグ水冷槽、４０
０…ガス精製部、４１０…サイクロン、４２０…ダスト
フィルター、４３０…脱硫装置、４４０…ガス−ガス熱
交換器、５００…複合発電部、５１１…ガスタービン圧
縮機、５１２…燃焼器、５１３…ガスタービン、５１４
…圧縮空気抽気弁、５２０…蒸気タービン、５３０…排
熱回収ボイラ、５４０…発電機、５５０…復水器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ // Ｃ１０Ｊ 3/46 Ｃ１０Ｊ 3/46 Ｌ Ｆ (72)発明者 森原 淳 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 高橋 貞夫 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 田中 真二 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 穐山 徹 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 福原 広嗣 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 大澤 陽 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 片桐 幸徳 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸素製造装置で製造された酸素あるいは酸
   素富化空気を酸化剤に用いて石炭をガス化し、生成した
   ガスを燃料としてガスタービンにより発電する石炭ガス
   化発電プラントにおいて、石炭ガス化時の炉内圧力を検
   出し、この値と設定圧力との偏差によってガスタービン
   入り口の圧力調整弁を制御するようにしたことを特徴と
   する石炭ガス化発電プラント。