JPH1122485A - 石炭ガス化発電方法及び発電プラント - Google Patents
石炭ガス化発電方法及び発電プラントInfo
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- JPH1122485A JPH1122485A JP9173498A JP17349897A JPH1122485A JP H1122485 A JPH1122485 A JP H1122485A JP 9173498 A JP9173498 A JP 9173498A JP 17349897 A JP17349897 A JP 17349897A JP H1122485 A JPH1122485 A JP H1122485A
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- Air Supply (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】石炭ガス化炉の状態を安定に保ちながら負荷変
化に追従する。 【解決手段】空気中の窒素と酸素を沸点の違いを利用し
て分留する酸素製造装置によって製造した酸素又は酸素
富化空気を用いて石炭をガス化し、ガスタービンにより
発電するものにおいて、負荷変動時に、ガスタービン燃
焼器の燃料供給量及び石炭ガス化炉の石炭供給量の制御
に先立って、酸素製造装置の原料空気供給量を負荷指令
を満たすように制御する。 【効果】大きな負荷変動においても、ガス化炉の圧力変
動を小さく抑さえることができる。
化に追従する。 【解決手段】空気中の窒素と酸素を沸点の違いを利用し
て分留する酸素製造装置によって製造した酸素又は酸素
富化空気を用いて石炭をガス化し、ガスタービンにより
発電するものにおいて、負荷変動時に、ガスタービン燃
焼器の燃料供給量及び石炭ガス化炉の石炭供給量の制御
に先立って、酸素製造装置の原料空気供給量を負荷指令
を満たすように制御する。 【効果】大きな負荷変動においても、ガス化炉の圧力変
動を小さく抑さえることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は酸素あるいは酸素富
化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
ス化発電方法および石炭ガス化発電プラントに関する。
化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
ス化発電方法および石炭ガス化発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば特開平3−290025 号公報にみられ
るように、従来の石炭ガス化発電プラントでは負荷指令
が変化した場合、石炭ガス化炉への燃料投入量，ガスタ
ービン燃焼器への燃料投入量のどちらかを最初に変化さ
せる、あるいはこの両方をプラント状態に応じて重み付
けして変化させるのが一般的である。このような制御方
法を用いた場合でも、負荷変化割合が２〜３％／分であ
れば、酸化剤供給系が時間遅れなく追従するため、負荷
指令を満たすと同時に石炭ガス化炉圧力を一定に保つこ
とができる。
るように、従来の石炭ガス化発電プラントでは負荷指令
が変化した場合、石炭ガス化炉への燃料投入量，ガスタ
ービン燃焼器への燃料投入量のどちらかを最初に変化さ
せる、あるいはこの両方をプラント状態に応じて重み付
けして変化させるのが一般的である。このような制御方
法を用いた場合でも、負荷変化割合が２〜３％／分であ
れば、酸化剤供給系が時間遅れなく追従するため、負荷
指令を満たすと同時に石炭ガス化炉圧力を一定に保つこ
とができる。
【０００３】しかし、酸化剤供給系に酸素製造装置を用
いる石炭ガス化発電プラントでは、負荷変化割合が５〜
１０％／分となった場合、酸素製造装置の負荷追従性能
は一般に２〜３％／分なので燃料投入に対する酸化剤供
給がバランスしなくなる。
いる石炭ガス化発電プラントでは、負荷変化割合が５〜
１０％／分となった場合、酸素製造装置の負荷追従性能
は一般に２〜３％／分なので燃料投入に対する酸化剤供
給がバランスしなくなる。
【０００４】例えば負荷上昇時には酸化剤が急激に不足
し、石炭ガス化炉の温度，圧力が急激に低下する。石炭
ガス化炉の温度が急激に低下すると、石炭ガス化反応が
起こらなくなり、ガスタービン燃焼に必要な発熱量が確
保できなくなる。また、微粉炭が直接系外に排出されや
すくなり、下流の伝熱管への付着，脱塵フィルターの目
詰まりなどが生じる。温度低下によって溶融していたス
ラグの固化が始まり、スラグ排出孔が閉塞する事態に至
ることもある。石炭ガス化炉の圧力が低下した場合、石
炭ガス化炉への石炭および酸化剤の供給は石炭ガス化炉
と供給系の差圧によって送出されているものであるか
ら、石炭，酸素の供給量の制御が困難になり、温度，圧
力の制御がさらに困難となる悪循環に陥る。
し、石炭ガス化炉の温度，圧力が急激に低下する。石炭
ガス化炉の温度が急激に低下すると、石炭ガス化反応が
起こらなくなり、ガスタービン燃焼に必要な発熱量が確
保できなくなる。また、微粉炭が直接系外に排出されや
すくなり、下流の伝熱管への付着，脱塵フィルターの目
詰まりなどが生じる。温度低下によって溶融していたス
ラグの固化が始まり、スラグ排出孔が閉塞する事態に至
ることもある。石炭ガス化炉の圧力が低下した場合、石
炭ガス化炉への石炭および酸化剤の供給は石炭ガス化炉
と供給系の差圧によって送出されているものであるか
ら、石炭，酸素の供給量の制御が困難になり、温度，圧
力の制御がさらに困難となる悪循環に陥る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は発電出力の負
荷変化割合が５〜１０％／分となった場合においても、
石炭ガス化炉に対する石炭と酸素の供給バランスを保
ち、石炭ガス化炉の状態を安定に保持しながら、かつ負
荷変化に追従できるようにすることにある。
荷変化割合が５〜１０％／分となった場合においても、
石炭ガス化炉に対する石炭と酸素の供給バランスを保
ち、石炭ガス化炉の状態を安定に保持しながら、かつ負
荷変化に追従できるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、空気中の窒素
と酸素を沸点の違いを利用して分留する酸素製造装置に
よって製造した酸素又は酸素富化空気を用いて石炭ガス
化炉にて石炭をガス化し、得られた石炭ガス化ガスを燃
料としてガスタービンにより発電する石炭ガス化発電方
法において、負荷変動時に、ガスタービン燃焼器への燃
料供給量及び石炭ガス化炉への石炭供給量を制御するの
に先立って、前記酸素製造装置へ供給する原料空気の供
給量を負荷指令を満たすように制御することを特徴とす
る石炭ガス化発電方法にある。
と酸素を沸点の違いを利用して分留する酸素製造装置に
よって製造した酸素又は酸素富化空気を用いて石炭ガス
化炉にて石炭をガス化し、得られた石炭ガス化ガスを燃
料としてガスタービンにより発電する石炭ガス化発電方
法において、負荷変動時に、ガスタービン燃焼器への燃
料供給量及び石炭ガス化炉への石炭供給量を制御するの
に先立って、前記酸素製造装置へ供給する原料空気の供
給量を負荷指令を満たすように制御することを特徴とす
る石炭ガス化発電方法にある。
【０００７】また、空気中の窒素と酸素を沸点の違いを
利用して分留する酸素製造装置と、該酸素製造装置で製
造された酸素又は酸素富化空気を用いて石炭をガス化す
る石炭ガス化炉と、該石炭ガス化炉にて得られた石炭ガ
ス化ガスを燃料として発電するガスタービン発電装置と
を具備した石炭ガス化発電プラントにおいて、負荷変動
時に負荷指令を満たすための酸素供給量を負荷指令，酸
素／石炭の比の設定値及び実発電出力とから計算する酸
素供給量計算装置と、該酸素供給量計算装置で得られた
酸素供給量を前記石炭ガス化炉の状態に応じて補正する
酸素供給量補正装置と、該酸素供給量補正装置によって
得られた酸素供給量が達成されるように前記酸素製造装
置へ原料空気を供給する系統を制御するコントローラと
を備えたことを特徴とする石炭ガス化発電プラントにあ
る。
利用して分留する酸素製造装置と、該酸素製造装置で製
造された酸素又は酸素富化空気を用いて石炭をガス化す
る石炭ガス化炉と、該石炭ガス化炉にて得られた石炭ガ
ス化ガスを燃料として発電するガスタービン発電装置と
を具備した石炭ガス化発電プラントにおいて、負荷変動
時に負荷指令を満たすための酸素供給量を負荷指令，酸
素／石炭の比の設定値及び実発電出力とから計算する酸
素供給量計算装置と、該酸素供給量計算装置で得られた
酸素供給量を前記石炭ガス化炉の状態に応じて補正する
酸素供給量補正装置と、該酸素供給量補正装置によって
得られた酸素供給量が達成されるように前記酸素製造装
置へ原料空気を供給する系統を制御するコントローラと
を備えたことを特徴とする石炭ガス化発電プラントにあ
る。
【０００８】更に前記石炭ガス化発電プラントにおい
て、石炭ガス化炉へ供給すべき石炭量を負荷指令から計
算する石炭供給量計算装置と、該石炭供給量計算装置で
得られた値を前記酸素供給量補正装置で得られた酸素供
給量及び実酸素供給量によって補正する石炭供給量補正
装置と、該石炭供給量補正装置で補正された石炭供給量
が達成されるように前記石炭ガス化炉へ石炭を供給する
系統を制御するコントローラとを備えたことを特徴とす
る石炭ガス化発電プラントにある。
て、石炭ガス化炉へ供給すべき石炭量を負荷指令から計
算する石炭供給量計算装置と、該石炭供給量計算装置で
得られた値を前記酸素供給量補正装置で得られた酸素供
給量及び実酸素供給量によって補正する石炭供給量補正
装置と、該石炭供給量補正装置で補正された石炭供給量
が達成されるように前記石炭ガス化炉へ石炭を供給する
系統を制御するコントローラとを備えたことを特徴とす
る石炭ガス化発電プラントにある。
【０００９】更に又、前記石炭ガス化発電プラントにお
いて、酸素供給量補正装置は石炭ガス化炉圧力の実測値
と設定値との差を検出し、石炭ガス化炉圧力が一定に保
たれるように酸素供給量を補正するものからなることを
特徴とする石炭ガス化発電プラントにある。
いて、酸素供給量補正装置は石炭ガス化炉圧力の実測値
と設定値との差を検出し、石炭ガス化炉圧力が一定に保
たれるように酸素供給量を補正するものからなることを
特徴とする石炭ガス化発電プラントにある。
【００１０】また、前記石炭ガス化発電プラントにおい
て、石炭ガス化炉を１室２段式のガス化炉とし、該石炭
ガス化炉におけるスラグ流下状態が悪化した場合に下段
バーナへの酸素供給量を増やし、石炭ガス化ガスの精製
ガス組成から石炭ガス化率が低下したと判断された場合
に上段バーナへの酸素供給量を減らす酸素供給量コント
ローラを備えたことを特徴とする石炭ガス化発電プラン
トにある。
て、石炭ガス化炉を１室２段式のガス化炉とし、該石炭
ガス化炉におけるスラグ流下状態が悪化した場合に下段
バーナへの酸素供給量を増やし、石炭ガス化ガスの精製
ガス組成から石炭ガス化率が低下したと判断された場合
に上段バーナへの酸素供給量を減らす酸素供給量コント
ローラを備えたことを特徴とする石炭ガス化発電プラン
トにある。
【００１１】酸素製造装置を有し、酸化剤として酸素、
あるいは酸素富化空気を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、本発明は以下のような方法
で負荷指令に従ってまず、先行的に酸化剤供給系を操作
し、負荷追従する。すなわち、負荷変動時に負荷指令を
満たすために必要な酸素供給量を、負荷指令，酸素／石
炭の比の設定値，実発電出力とから計算し、この酸素供
給量をガス化炉の状態に応じて補正し、この酸素供給量
が得られるように原料空気圧縮機、あるいはガスタービ
ン圧縮機，圧縮空気抽気弁を制御し、石炭ガス化炉へ供
給すべき石炭量は負荷指令から計算し、この値を上記酸
素供給量によって補正し、この値を用いて石炭供給用の
フィーダーを制御する。
あるいは酸素富化空気を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、本発明は以下のような方法
で負荷指令に従ってまず、先行的に酸化剤供給系を操作
し、負荷追従する。すなわち、負荷変動時に負荷指令を
満たすために必要な酸素供給量を、負荷指令，酸素／石
炭の比の設定値，実発電出力とから計算し、この酸素供
給量をガス化炉の状態に応じて補正し、この酸素供給量
が得られるように原料空気圧縮機、あるいはガスタービ
ン圧縮機，圧縮空気抽気弁を制御し、石炭ガス化炉へ供
給すべき石炭量は負荷指令から計算し、この値を上記酸
素供給量によって補正し、この値を用いて石炭供給用の
フィーダーを制御する。
【００１２】ここで、上記の負荷指令，酸素／石炭の比
の設定値，実発電出力とから計算した石炭ガス化炉へ供
給する酸素量は、石炭ガス化炉圧力の実測値と設定値と
の差によって補正し、石炭ガス化炉圧力を一定に保つ。
の設定値，実発電出力とから計算した石炭ガス化炉へ供
給する酸素量は、石炭ガス化炉圧力の実測値と設定値と
の差によって補正し、石炭ガス化炉圧力を一定に保つ。
【００１３】また、この酸素量は、石炭ガス化炉として
石炭ガス化炉の上部と下部に石炭と酸素の供給バーナを
有し、石炭ガス化炉下部からスラグを排出する１室２段
式を用いた場合、石炭ガス化炉の状態としてスラグ流下
状態と精製ガス組成を用いて補正する。すなわち、スラ
グ流下状態が悪化した場合には石炭ガス化炉下部への酸
素供給量を増やし、精製ガス組成から石炭ガス化率が低
下したと判断された場合には石炭ガス化炉上部への酸素
供給量を減らす。
石炭ガス化炉の上部と下部に石炭と酸素の供給バーナを
有し、石炭ガス化炉下部からスラグを排出する１室２段
式を用いた場合、石炭ガス化炉の状態としてスラグ流下
状態と精製ガス組成を用いて補正する。すなわち、スラ
グ流下状態が悪化した場合には石炭ガス化炉下部への酸
素供給量を増やし、精製ガス組成から石炭ガス化率が低
下したと判断された場合には石炭ガス化炉上部への酸素
供給量を減らす。
【００１４】上記の石炭ガス化発電プラントにさらにガ
スタービン排ガスの熱を水蒸気として回収する排熱回収
装置を設け、水蒸気を蒸気タービンに供給して発電し、
ガスタービンと蒸気タービンを用いて複合発電すること
も可能である。
スタービン排ガスの熱を水蒸気として回収する排熱回収
装置を設け、水蒸気を蒸気タービンに供給して発電し、
ガスタービンと蒸気タービンを用いて複合発電すること
も可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は本発明の対象とする石炭ガ
ス化発電プラントの酸素供給に関する部分を示し、図３
は石炭供給に関する部分を示している。まず、この図１
と図３を用いて石炭ガス化発電プラントの概略を説明す
る。石炭ガス化発電プラントは石炭１と酸素あるいは酸
素富化空気６を石炭ガス化炉３１０に供給して反応さ
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を脱塵・脱硫し、これにより得られた精製ガス
を燃料としてガスタービン５３０を用いて発電をするシ
ステムである。
ス化発電プラントの酸素供給に関する部分を示し、図３
は石炭供給に関する部分を示している。まず、この図１
と図３を用いて石炭ガス化発電プラントの概略を説明す
る。石炭ガス化発電プラントは石炭１と酸素あるいは酸
素富化空気６を石炭ガス化炉３１０に供給して反応さ
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を脱塵・脱硫し、これにより得られた精製ガス
を燃料としてガスタービン５３０を用いて発電をするシ
ステムである。
【００１６】次に各部の概略を示す。石炭供給はまず石
炭１を１００メッシュアンダーに粉砕し、粗粘物を除去
し、ロックホッパ１０３で酸素製造装置２００からの副
産物である窒素５によって加圧し、ガス化炉バーナへ供
給することによって行う。
炭１を１００メッシュアンダーに粉砕し、粗粘物を除去
し、ロックホッパ１０３で酸素製造装置２００からの副
産物である窒素５によって加圧し、ガス化炉バーナへ供
給することによって行う。
【００１７】酸素製造装置２００は、空気３を空気圧縮
機２１０で圧縮した圧縮空気、あるいはガスタービン圧
縮機５１１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。
機２１０で圧縮した圧縮空気、あるいはガスタービン圧
縮機５１１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。
【００１８】図１と図３に示した石炭ガス化炉３１０は
１室２段式であるが、この方式では下段バーナ３１１か
らの供給は酸素／石炭比を高目にして石炭中の灰分を溶
融する温度を維持し、上段バーナ３１２からの供給は酸
素／石炭比を低目にして高い石炭ガス化効率を得られる
ようにする。石炭の灰分が溶融して生じるスラグ１１は
下部から排出してスラグ水冷槽３３０にて捕集する。ま
た、各段にはバーナが４本ずつ配置され、微粉石炭がガ
ス化反応するための十分な粒子滞留時間を得るために、
炉内で旋回流が形成されるようにする。
１室２段式であるが、この方式では下段バーナ３１１か
らの供給は酸素／石炭比を高目にして石炭中の灰分を溶
融する温度を維持し、上段バーナ３１２からの供給は酸
素／石炭比を低目にして高い石炭ガス化効率を得られる
ようにする。石炭の灰分が溶融して生じるスラグ１１は
下部から排出してスラグ水冷槽３３０にて捕集する。ま
た、各段にはバーナが４本ずつ配置され、微粉石炭がガ
ス化反応するための十分な粒子滞留時間を得るために、
炉内で旋回流が形成されるようにする。
【００１９】脱塵は石炭ガス化炉においてスラグとして
排出することができなかった石炭中の灰分、およびガス
化されなかった微粉石炭を捕集するために必要であり、
サイクロンとダストフィルターの組み合わせによって行
う。図１，図３の熱回収・脱塵部４０１がこれに相当す
る。脱硫装置４０２は精製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も用いられる。
排出することができなかった石炭中の灰分、およびガス
化されなかった微粉石炭を捕集するために必要であり、
サイクロンとダストフィルターの組み合わせによって行
う。図１，図３の熱回収・脱塵部４０１がこれに相当す
る。脱硫装置４０２は精製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も用いられる。
【００２０】発電はガスタービンを用いて行うが、この
方法は精製ガスをガスタービン圧縮機５１１からの圧縮
空気４を用いて燃焼器５１２にて燃焼し、この高温・高
圧の燃焼ガスが持つエネルギーをガスタービン５３０に
よって運動エネルギーに変換し、発電機５４０によって
電力に変換するものである。ガスタービンの排ガス８は
系外へ排出される。
方法は精製ガスをガスタービン圧縮機５１１からの圧縮
空気４を用いて燃焼器５１２にて燃焼し、この高温・高
圧の燃焼ガスが持つエネルギーをガスタービン５３０に
よって運動エネルギーに変換し、発電機５４０によって
電力に変換するものである。ガスタービンの排ガス８は
系外へ排出される。
【００２１】次に本石炭ガス化発電プラントの運転方法
を示す。
を示す。
【００２２】まず酸素供給に関する部分を図２を用いて
示す。酸素供給にかかわるのは図２の太線部分であり、
この太線部分と装置のつながりを示したのが図１であ
る。まず最初に、負荷指令２１，酸素／石炭比の設定値
２２，実発電出力，石炭ガス化炉圧力設定値２３と実測
値との差から酸素供給量計算装置４０にて以下の式によ
って酸素供給量を計算する。
示す。酸素供給にかかわるのは図２の太線部分であり、
この太線部分と装置のつながりを示したのが図１であ
る。まず最初に、負荷指令２１，酸素／石炭比の設定値
２２，実発電出力，石炭ガス化炉圧力設定値２３と実測
値との差から酸素供給量計算装置４０にて以下の式によ
って酸素供給量を計算する。
【００２３】
【数１】
【００２４】α：負荷指令と実発電出力の差に応じた補
正 β：ガス化炉圧力設定とガス化炉実圧力の差に応じ補正 ここで、部分負荷効率はプラント固有の関係であり、試
運転時に求めるものである。
正 β：ガス化炉圧力設定とガス化炉実圧力の差に応じ補正 ここで、部分負荷効率はプラント固有の関係であり、試
運転時に求めるものである。
【００２５】また、実発電力および石炭ガス化炉圧力は
図１ではそれぞれ発電機出力インジケータ６５およびガ
ス化炉圧力インジケータ６３でモニターした値であり、
これらの値と負荷指令或いはガス化炉設定圧力との差の
補正には通常、比例積分制御を利用する。計算によって
求めたこの酸素量はガス化炉の状態に応じて更に酸素供
給量補正装置５０にて補正する。石炭ガス化炉として石
炭ガス化炉の上部と下部に石炭と酸素の供給バーナを有
し、石炭ガス化炉下部からスラグを排出する１室２段式
を用いた場合には、石炭ガス化炉の状態としてスラグ流
下状態と精製ガス組成を用いて補正する。すなわち、ス
クグ流下状態が悪化した場合には石炭ガス化炉下部への
酸素供給量を増やし、精製ガス組成から石炭ガス化率が
低下したと判断された場合には石炭ガス化炉上部への酸
素供給量を減らす。スラグ流下状況を監視するために図
１のようにスラグ流下状況インジケータ６２を設置す
る。ここで、ガス化炉とスラグ流下状態を判断する方法
としては例えばスラグが急冷・破砕用の水を蓄えたスラ
グ水冷槽３３０に滴下する音をモニターし、この滴下す
る間隔を用いる方法，スラグ排出孔（石炭ガス化炉３１
０とスラグ水冷槽330の接続部）の画像を撮影し、画像
処理してこの開口面積を算出し、この値を用いる方法な
どがある。例えばスラグ滴下間隔をモニターする場合、
以下に示す式で補正係数を算出する。
図１ではそれぞれ発電機出力インジケータ６５およびガ
ス化炉圧力インジケータ６３でモニターした値であり、
これらの値と負荷指令或いはガス化炉設定圧力との差の
補正には通常、比例積分制御を利用する。計算によって
求めたこの酸素量はガス化炉の状態に応じて更に酸素供
給量補正装置５０にて補正する。石炭ガス化炉として石
炭ガス化炉の上部と下部に石炭と酸素の供給バーナを有
し、石炭ガス化炉下部からスラグを排出する１室２段式
を用いた場合には、石炭ガス化炉の状態としてスラグ流
下状態と精製ガス組成を用いて補正する。すなわち、ス
クグ流下状態が悪化した場合には石炭ガス化炉下部への
酸素供給量を増やし、精製ガス組成から石炭ガス化率が
低下したと判断された場合には石炭ガス化炉上部への酸
素供給量を減らす。スラグ流下状況を監視するために図
１のようにスラグ流下状況インジケータ６２を設置す
る。ここで、ガス化炉とスラグ流下状態を判断する方法
としては例えばスラグが急冷・破砕用の水を蓄えたスラ
グ水冷槽３３０に滴下する音をモニターし、この滴下す
る間隔を用いる方法，スラグ排出孔（石炭ガス化炉３１
０とスラグ水冷槽330の接続部）の画像を撮影し、画像
処理してこの開口面積を算出し、この値を用いる方法な
どがある。例えばスラグ滴下間隔をモニターする場合、
以下に示す式で補正係数を算出する。
【００２６】
【数２】
【００２７】同様に、スラグ排出孔の開口面積をモニタ
ーする場合、以下に示す式で補正係数を算出する。
ーする場合、以下に示す式で補正係数を算出する。
【００２８】
【数３】
【００２９】この関数ｆは図７のような形状とする。す
なわち、スラグ流下が定格時よりも順調な場合（図７の
横軸が１.０ 以下の場合）は補正の必要はないので補正
係数（図７の縦軸）は１.０ である。定格流量から酸素
供給量を増やすことは効率低下につながるので本来望ま
しくないので、スラグ流下状況が多少悪化しても酸素供
給量は大きく変化させない。しかし、いったん排出孔が
閉塞すると運転不能な状態になるので、スラグ流下状況
がさらに悪化してきた場合には速やかに酸素供給量を増
量する。ただし、酸素供給量の増量はガス温度の上昇を
もたらすものであり、ガス化炉壁にとっては好ましいも
のではない。そこで、酸素供給量の増量はガス化炉壁が
損傷しない値をもって上限値とする必要がある。このよ
うにして求めたこの酸素供給量に応じて石炭ガス化炉の
下段酸素供給弁９２、および上段酸素供給弁９３の開度
を計算し、下段酸素供給弁コントローラ５２，上段酸素
供給弁コントローラ５３によって弁を操作する。また、
この酸素供給量が得られるようにガスタービン圧縮機の
制御量を計算し、ガスタービン圧縮機コントローラ５５
によって空気流量調整弁９５とインレットガイドベーン
９８を操作する。同様に原料空気圧縮機２１０の制御
量，圧縮空気抽気弁９１の開度を計算し、それぞれ原料
空気圧縮機コントローラ５７，圧縮空気抽気弁コントロ
ーラ５１を用いて弁を操作する。
なわち、スラグ流下が定格時よりも順調な場合（図７の
横軸が１.０ 以下の場合）は補正の必要はないので補正
係数（図７の縦軸）は１.０ である。定格流量から酸素
供給量を増やすことは効率低下につながるので本来望ま
しくないので、スラグ流下状況が多少悪化しても酸素供
給量は大きく変化させない。しかし、いったん排出孔が
閉塞すると運転不能な状態になるので、スラグ流下状況
がさらに悪化してきた場合には速やかに酸素供給量を増
量する。ただし、酸素供給量の増量はガス温度の上昇を
もたらすものであり、ガス化炉壁にとっては好ましいも
のではない。そこで、酸素供給量の増量はガス化炉壁が
損傷しない値をもって上限値とする必要がある。このよ
うにして求めたこの酸素供給量に応じて石炭ガス化炉の
下段酸素供給弁９２、および上段酸素供給弁９３の開度
を計算し、下段酸素供給弁コントローラ５２，上段酸素
供給弁コントローラ５３によって弁を操作する。また、
この酸素供給量が得られるようにガスタービン圧縮機の
制御量を計算し、ガスタービン圧縮機コントローラ５５
によって空気流量調整弁９５とインレットガイドベーン
９８を操作する。同様に原料空気圧縮機２１０の制御
量，圧縮空気抽気弁９１の開度を計算し、それぞれ原料
空気圧縮機コントローラ５７，圧縮空気抽気弁コントロ
ーラ５１を用いて弁を操作する。
【００３０】次に石炭供給に関する部分を図４を用いて
示す。石炭供給に関するのは図４の太線部分であり、こ
の太線部分と装置のつながりを示したのが図３である。
まず負荷指令から石炭ガス化炉へ供給すべき石炭量を石
炭供給量計算装置６０にて以下の式を用いて計算する。
示す。石炭供給に関するのは図４の太線部分であり、こ
の太線部分と装置のつながりを示したのが図３である。
まず負荷指令から石炭ガス化炉へ供給すべき石炭量を石
炭供給量計算装置６０にて以下の式を用いて計算する。
【００３１】
【数４】
【００３２】この値を上記のようにして求めた酸素供給
量、および実際に石炭ガス化炉へ供給されている実酸素
供給量の差によって石炭供給量補正装置７０にて補正す
る。ここで実酸素供給量は図３では酸素流量インジケー
タ６１によって計測した値であり、この補正には通常、
比例積分制御を用いる。この値を用いて石炭供給用のフ
ィーダー回転数を計算し、石炭供給モータコントローラ
５６を用いてフィーダーのモータ９６を制御する。
量、および実際に石炭ガス化炉へ供給されている実酸素
供給量の差によって石炭供給量補正装置７０にて補正す
る。ここで実酸素供給量は図３では酸素流量インジケー
タ６１によって計測した値であり、この補正には通常、
比例積分制御を用いる。この値を用いて石炭供給用のフ
ィーダー回転数を計算し、石炭供給モータコントローラ
５６を用いてフィーダーのモータ９６を制御する。
【００３３】次にガスタービンへの精製ガス供給に関す
る部分を図６を用いて示す。ガスタービンへの精製ガス
供給に関するのは図６の太線部分であり、この太線部分
と装置のつながりを示したのが図５である。まず負荷指
令，精製ガス組成の実測値から精製ガス供給量を計算す
る。この精製ガス供給量を負荷指令と実発電力との差か
ら補正する。さらに、石炭ガス化炉の圧力設定値と石炭
ガス化炉の圧力の実測値によって補正する。これらの補
正には、通常、比例積分制御を利用する。ここで、実発
電力および石炭ガス化炉圧力は図５ではそれぞれ発電機
出力インジケータ６５およびガス化炉圧力インジケータ
６３でモニターした値である。このようにして求めた精
製ガス供給量の値を用いてガスタービン燃焼器への燃料
流量調整弁９４の開度を計算し、精製ガス流量調整弁コ
ントローラ５４によって燃料流量調整弁９４を操作す
る。また、上記の精製ガス供給量，精製ガス組成，精製
ガス流量の実測値によってガスタービン燃焼器へ供給す
る空気量を補正する。空気量の補正には、通常、比例積
分制御を利用する。ここで、精製ガス組成および精製ガ
ス流量は図５ではそれぞれ精製ガス組成インジケータ６
４，精製ガス流量インジケータ６６でモニターした値で
ある。さらに、この空気量は天然ガスを燃料とする通常
のガスタービンと同様の酸素補正も加える。このように
して補正した空気量に応じてガスタービン圧縮機５１１
の制御量を計算し、ガスタービン圧縮機コントローラ５
５によって空気流量調整弁９５とインレットガイドベー
ン９８を操作する。なお、ガスタービン圧縮機制御量は
ここで示したガスタービン燃焼器へ供給するための空気
量と前記した酸素製造に必要な空気量を足しあわせた量
が確保できるように求める。
る部分を図６を用いて示す。ガスタービンへの精製ガス
供給に関するのは図６の太線部分であり、この太線部分
と装置のつながりを示したのが図５である。まず負荷指
令，精製ガス組成の実測値から精製ガス供給量を計算す
る。この精製ガス供給量を負荷指令と実発電力との差か
ら補正する。さらに、石炭ガス化炉の圧力設定値と石炭
ガス化炉の圧力の実測値によって補正する。これらの補
正には、通常、比例積分制御を利用する。ここで、実発
電力および石炭ガス化炉圧力は図５ではそれぞれ発電機
出力インジケータ６５およびガス化炉圧力インジケータ
６３でモニターした値である。このようにして求めた精
製ガス供給量の値を用いてガスタービン燃焼器への燃料
流量調整弁９４の開度を計算し、精製ガス流量調整弁コ
ントローラ５４によって燃料流量調整弁９４を操作す
る。また、上記の精製ガス供給量，精製ガス組成，精製
ガス流量の実測値によってガスタービン燃焼器へ供給す
る空気量を補正する。空気量の補正には、通常、比例積
分制御を利用する。ここで、精製ガス組成および精製ガ
ス流量は図５ではそれぞれ精製ガス組成インジケータ６
４，精製ガス流量インジケータ６６でモニターした値で
ある。さらに、この空気量は天然ガスを燃料とする通常
のガスタービンと同様の酸素補正も加える。このように
して補正した空気量に応じてガスタービン圧縮機５１１
の制御量を計算し、ガスタービン圧縮機コントローラ５
５によって空気流量調整弁９５とインレットガイドベー
ン９８を操作する。なお、ガスタービン圧縮機制御量は
ここで示したガスタービン燃焼器へ供給するための空気
量と前記した酸素製造に必要な空気量を足しあわせた量
が確保できるように求める。
【００３４】
【発明の効果】ガスタービン燃焼器への燃料供給制御，
石炭ガス化炉への石炭供給制御に先立って、酸素製造装
置への原料空気供給を制御するため、大きな負荷変動中
においても石炭ガス化炉の圧力変動を小さく押さえるこ
とができる。このため、負荷変動中の石炭，酸化剤の供
給量の制御精度が飛躍的に向上し、目標とする酸素／石
炭比が常に維持できる。石炭ガス化効率を最大とし、な
おかつ石炭中に含まれる灰分をスラグとして流下させる
運転が負荷変動中においても可能となる。
石炭ガス化炉への石炭供給制御に先立って、酸素製造装
置への原料空気供給を制御するため、大きな負荷変動中
においても石炭ガス化炉の圧力変動を小さく押さえるこ
とができる。このため、負荷変動中の石炭，酸化剤の供
給量の制御精度が飛躍的に向上し、目標とする酸素／石
炭比が常に維持できる。石炭ガス化効率を最大とし、な
おかつ石炭中に含まれる灰分をスラグとして流下させる
運転が負荷変動中においても可能となる。
【図１】本発明による石炭ガス化発電プラントの酸素供
給に関する部分の一実施例を示した図である。
給に関する部分の一実施例を示した図である。
【図２】本発明による石炭ガス化発電プラントの制御方
式の一実施例を示す図である。
式の一実施例を示す図である。
【図３】本発明による石炭ガス化発電プラントの石炭供
給に関する部分の一実施例を示した図である。
給に関する部分の一実施例を示した図である。
【図４】本発明による石炭ガス化発電プラントの制御方
式の一実施例を示す図である。
式の一実施例を示す図である。
【図５】本発明による石炭ガス化発電プラントのガスタ
ービンへの精製ガス供給に関する部分の一実施例を示し
た図である。
ービンへの精製ガス供給に関する部分の一実施例を示し
た図である。
【図６】本発明による石炭ガス化発電プラントの制御方
式の一実施例を示す図である。
式の一実施例を示す図である。
【図７】本発明による石炭ガス化発電プラントの制御系
統の一実施例を示す図である。
統の一実施例を示す図である。
１…石炭、３…空気、４…圧縮空気、５…窒素、６…酸
素あるいは酸素富化空気、７…石炭ガス化ガス、８…排
ガス、１１…スラグ、２１…負荷指令、２２…酸素／石
炭比の設定値、２３…石炭ガス化炉圧力設定値、４０…
酸素供給量計算装置、５０…酸素供給量補正装置、５１
…圧縮空気抽気弁コントローラ、５２…下段酸素供給弁
コントローラ、５３…上段酸素供給弁コントローラ、５
４…精製ガス流量調整弁コントローラ、５５…ガスター
ビン圧縮機コントローラ、５６…石炭供給モータコント
ローラ、５７…原料空気圧縮機コントローラ、６０…石
炭供給量計算装置、６１…酸素流量インジケータ、６２
…スラグ流下状況インジケータ、６３…ガス化炉圧力イ
ンジケータ、６４…精製ガス組成インジケータ、６５…
発電機出力インジケータ、６６…精製ガス流量インジケ
ータ、７０…石炭供給量補正装置、９１…圧縮空気抽気
弁、９２…下段酸素供給弁、９３…上段酸素供給弁、９
４…燃料流量調整弁、９５…空気流量調整弁、９６…モ
ータ、９８…インレットガイドベーン、１０３…ロック
ホッパ、２００…酸素製造装置、２１０…原料空気圧縮
機、３１０…石炭ガス化炉、３１１…下段バーナ、３１
２…上段バーナ、３３０…スラグ水冷槽、４０１…熱回
収・脱塵部、４０２…脱硫装置、５１１…ガスタービン
圧縮機、５１２…燃焼器、５３０…ガスタービン、５４
０…発電機。
素あるいは酸素富化空気、７…石炭ガス化ガス、８…排
ガス、１１…スラグ、２１…負荷指令、２２…酸素／石
炭比の設定値、２３…石炭ガス化炉圧力設定値、４０…
酸素供給量計算装置、５０…酸素供給量補正装置、５１
…圧縮空気抽気弁コントローラ、５２…下段酸素供給弁
コントローラ、５３…上段酸素供給弁コントローラ、５
４…精製ガス流量調整弁コントローラ、５５…ガスター
ビン圧縮機コントローラ、５６…石炭供給モータコント
ローラ、５７…原料空気圧縮機コントローラ、６０…石
炭供給量計算装置、６１…酸素流量インジケータ、６２
…スラグ流下状況インジケータ、６３…ガス化炉圧力イ
ンジケータ、６４…精製ガス組成インジケータ、６５…
発電機出力インジケータ、６６…精製ガス流量インジケ
ータ、７０…石炭供給量補正装置、９１…圧縮空気抽気
弁、９２…下段酸素供給弁、９３…上段酸素供給弁、９
４…燃料流量調整弁、９５…空気流量調整弁、９６…モ
ータ、９８…インレットガイドベーン、１０３…ロック
ホッパ、２００…酸素製造装置、２１０…原料空気圧縮
機、３１０…石炭ガス化炉、３１１…下段バーナ、３１
２…上段バーナ、３３０…スラグ水冷槽、４０１…熱回
収・脱塵部、４０２…脱硫装置、５１１…ガスタービン
圧縮機、５１２…燃焼器、５３０…ガスタービン、５４
０…発電機。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (5)
- 【請求項１】空気中の窒素と酸素を沸点の違いを利用し
て分留する酸素製造装置によって製造した酸素又は酸素
富化空気を用いて石炭ガス化炉にて石炭をガス化し、得
られた石炭ガス化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方法において、負荷変動時に、
ガスタービン燃焼器への燃料供給量及び石炭ガス化炉へ
の石炭供給量を制御するのに先立って、前記酸素製造装
置へ供給する原料空気の供給量を負荷指令を満たすよう
に制御することを特徴とする石炭ガス化発電方法。 - 【請求項２】空気中の窒素と酸素を沸点の違いを利用し
て分留する酸素製造装置と、該酸素製造装置で製造され
た酸素又は酸素富化空気を用いて石炭をガス化する石炭
ガス化炉と、該石炭ガス化炉にて得られた石炭ガス化ガ
スを燃料として発電するガスタービン発電装置とを具備
した石炭ガス化発電プラントにおいて、負荷変動時に負
荷指令を満たすための酸素供給量を負荷指令，酸素／石
炭の比の設定値及び実発電出力とから計算する酸素供給
量計算装置と、該酸素供給量計算装置で得られた酸素供
給量を前記石炭ガス化炉の状態に応じて補正する酸素供
給量補正装置と、該酸素供給量補正装置によって得られ
た酸素供給量が達成されるように前記酸素製造装置への
原料空気の供給系統を制御するコントローラとを備えた
ことを特徴とする石炭ガス化発電プラント。 - 【請求項３】請求項２に記載の石炭ガス化発電プラント
において、前記石炭ガス化炉へ供給すべき石炭量を負荷
指令から計算する石炭供給量計算装置と、該石炭供給量
計算装置で得られた値を前記酸素供給量補正装置で得ら
れた酸素供給量及び実酸素供給量によって補正する石炭
供給量補正装置と、該石炭供給量補正装置で補正された
石炭供給量が達成されるように前記石炭ガス化炉へ石炭
を供給する系統を制御するコントローラとを備えたこと
を特徴とする石炭ガス化発電プラント。 - 【請求項４】請求項２に記載の石炭ガス化発電プラント
において、前記酸素供給量補正装置は石炭ガス化炉圧力
の実測値と設定値との差を検出し、石炭ガス化炉圧力が
一定に保たれるように酸素供給量を補正するものからな
ることを特徴とする石炭ガス化発電プラント。 - 【請求項５】請求項２に記載の石炭ガス化発電プラント
において、前記石炭ガス化炉を１室２段式のガス化炉と
し、該石炭ガス化炉におけるスラグ流下状態が悪化した
場合に下段バーナへの酸素供給量を増やし、石炭ガス化
ガスの精製ガス組成から石炭ガス化率が低下したと判断
された場合に上段バーナへの酸素供給量を減らす酸素供
給量コントローラを備えたことを特徴とする石炭ガス化
発電プラント。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17349897A JP3646479B2 (ja) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | 石炭ガス化発電プラント |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17349897A JP3646479B2 (ja) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | 石炭ガス化発電プラント |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1122485A true JPH1122485A (ja) | 1999-01-26 |
| JP3646479B2 JP3646479B2 (ja) | 2005-05-11 |
Family
ID=15961639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17349897A Expired - Lifetime JP3646479B2 (ja) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | 石炭ガス化発電プラント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3646479B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006038629A1 (ja) | 2004-10-05 | 2006-04-13 | Jgc Corporation | ガス化複合発電設備、その制御方法、燃料ガスの製造方法 |
| JP2010031859A (ja) * | 2008-07-28 | 2010-02-12 | General Electric Co <Ge> | 複合サイクル発電プラントを作動させるための方法及びシステム |
| WO2014175405A1 (ja) * | 2013-04-26 | 2014-10-30 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガス化発電プラントの制御装置、ガス化発電プラント、及びガス化発電プラントの制御方法 |
-
1997
- 1997-06-30 JP JP17349897A patent/JP3646479B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006038629A1 (ja) | 2004-10-05 | 2006-04-13 | Jgc Corporation | ガス化複合発電設備、その制御方法、燃料ガスの製造方法 |
| EP1798385A1 (en) * | 2004-10-05 | 2007-06-20 | Jgc Corporation | Gasifying complex power generation system, control method therefor, fuel gas producing method |
| EP1798385A4 (en) * | 2004-10-05 | 2012-08-22 | Jgc Corp | GASIFYING COMPLEX ENERGY GENERATING SYSTEM, METHOD OF CONTROLLING THE SAME, PROCESS FOR PRODUCING COMBUSTIBLE GAS |
| JP2010031859A (ja) * | 2008-07-28 | 2010-02-12 | General Electric Co <Ge> | 複合サイクル発電プラントを作動させるための方法及びシステム |
| WO2014175405A1 (ja) * | 2013-04-26 | 2014-10-30 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガス化発電プラントの制御装置、ガス化発電プラント、及びガス化発電プラントの制御方法 |
| JP2014214706A (ja) * | 2013-04-26 | 2014-11-17 | 三菱重工業株式会社 | ガス化発電プラントの制御装置、ガス化発電プラント、及びガス化発電プラントの制御方法 |
| US10233835B2 (en) | 2013-04-26 | 2019-03-19 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Gasification power plant control device, gasification power plant, and gasification power plant control method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3646479B2 (ja) | 2005-05-11 |
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