JPS62241990A - 石炭ガス化複合発電プラント - 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、加圧式空気酸化石炭ガス化複合発電プラント
の部分負荷運転時における石炭ガス化炉の変圧運転制御
装置に関する。

〔′従来の技術〕

従来の石炭ガス化複合発電プラントは、米国特許第４２
８８９７９　　号に記載のように、定格負荷の熱効率を
向上するためのサイクル構成については検討されている
が、部分負荷運転時のプラント熱効率を向上させる運転
方法については言及されていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、ガスタービンへ供給する燃料圧力及び
石炭ガス化炉の圧力を定格負荷から部分負荷までガスタ
ービン負荷に関係なく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時
には、定格負荷時に比較して減少するため９、燃焼器の
圧力も減少し、ガスタービンへ供給する燃料ガスの所要
圧も減少する。

従って、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
分負荷時に低下させることができる。

これに対し、従来は石炭ガス化炉及びガス化用空気の供
給圧力をガスタービン負荷に関わらず一定にしていたた
め、部分負荷時に昇圧圧縮機の動力が大きいという問題
があった。

又、ガス化用空気の供給圧力を一定圧にすると、昇圧圧
縮機を回転数制御する必要があるため、制御が複雑とな
り、流体継手を設置する必要がある等の問題もあった。

本発明の目的は、部分負荷時に、石炭ガス化炉圧力及び
ガス化用空気の供給圧力を低下させることによシ昇圧圧
縮機の動力を低減し、プラントの総合効率の向上を図る
事のできる石炭ガス化腹合発電プラントの変圧運転装置
ｄを提供すること、にある。

〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、プラント負荷に関わらず昇圧圧縮機の回転
数を常に一定にし、空気流量は空気／石炭比制御装置か
らの信号による空気流量調整弁によって制御し、石炭ガ
ス化炉の圧力について、昇圧圧縮機を一定回転数とした
時の昇圧圧縮機の吐出圧力特性に合わせた圧力パターン
を予め制御装置に設定し、プラント負荷に対応して制御
装置に設定した石炭ガス化炉の圧力パターンとなるよう
に、石炭ガス化炉圧力を制御し、ガスタービン燃料流量
調整弁は石炭ガス化炉圧力の変圧パターンを考慮した燃
料流量とガスタービン負荷の関数をあらかじめ与えてお
き、ガスタービン負荷に応じた燃料流量に燃料流ｆｔ調
整弁を制御することによシ達成される。

〔作用〕

石炭ガス化炉へ空気を供給する昇圧圧縮機は、プラント
負荷に関係なく一定回転数で運転される。

昇圧圧縮機の入口圧力と出口圧力の比である圧力比はプ
ラント負荷が低くなると増加するが、昇圧圧縮機の入口
圧力はプラント負荷が低くなるとガスタービン圧縮機の
吐出圧力の低下に従って低下するため、昇圧圧縮機の吐
出圧力は低下する。

石炭ガス化炉の圧力は、昇圧圧縮機の負荷と吐出圧力の
特性に対応した圧力をあらかじめ制御装置に設定してお
き、石炭ガス化炉出口、または、ガス精製出口に設置し
た圧力計の実圧が設定圧力になるよつに石炭量、及び、
空気量を調整する事によって制御される。なお、石炭ガ
ス化炉の圧力パターンを昇圧圧縮機の吐出圧力パターン
に合わせて設定しているため、空気流量ｇ４整弁は従来
の定圧運転の場合と同じ弁を使用することができる。

燃料流量調整弁は、従来の定圧運転の場合、供給される
燃料の圧切が一定である丸め、燃料流量（体積、流量）
と弁開度の設定値に燃料圧力を考慮していないが、変圧
運転の場合は、プラント負荷と燃料圧力の関係をあらか
じめ考慮して燃料流量（体積流量）と弁開度の設定値を
決めておく。

この設定値に、燃料ガスの実圧力、実温度の補正を加え
た制御信号を燃料流量調整弁へ送ることにより、ガスタ
ービンの負荷を制御することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について第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、圧縮
機９から送られる空気によって燃焼し、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１
．０を駆動し、さらに、発′成機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の圧縮機９によシ圧縮された空気の一部を抽気し、さ
らに、昇圧圧縮機１２によシ昇圧された後、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＃Ｌ１４には
いり、プラント制御装置１４では発電機１１から送られ
てくる電気出力信号１５と比較演算し、さらに燃料の実
圧力と実温度の補正信号を加えて、燃料流量、ｉ＃！整
弁１６へ弁開度信号１７を送り、ガスタービンの出力を
制御する。

一方、ガス精製出口の燃料ガス圧力はプラント制御装置
１４ｉｃあらかじめ設定されている負荷に対応した変圧
パターンになるように制御される。

プラント制御装置１４の燃料ガス設定圧力と燃料ガス圧
力計１８からの信号１９の偏差により、プラント制御装
置１４から石炭供給量制御装置２０へ石炭供給量信号２
１が送られる。石炭供給量制御装置２０は石炭流量調整
弁２２へ石炭流量の増減信号を送る事によプ、石炭流量
が変化し、石炭ガス化炉１の粗生成ガス発生量が変化し
て、燃料ガス６の圧力が制御される。

石炭ガス化炉１へ供給される空気３の流量は、空気／石
炭比制御装置１２３によって制御される。

空気／石炭比制御装置″２３へは、石炭流量計２４から
の石炭流量信号２５と空気流量計２６からの空気流量信
号２７と空気圧力計２８からの空気圧力信号２９と空気
温度計３０からの空気温度信号３１が送られ、これら四
つの信号から空気圧力、温度による空気流量の補正及び
最適空気量の演算を行なう。空気／石炭比制御装置２３
は、この演算結果によシ空気流量調整弁３２へ弁開度増
減の信号３３１に送り、空気流量を制御する。

昇圧圧縮機１２はプラント負荷に関係なく、常に、一定
回転数で運転される。従って、昇圧圧縮機１２の出口空
気圧力は、ガスタービンの圧縮機９の特性及び昇圧圧縮
機１２の特性によシ決まる。

第２図にガスタービンの負荷とプラント各部の圧力の関
係を示す。横軸はガスタービンの負荷、縦軸は圧力を示
す。

ガスタービンの圧縮機出口空気圧力３４はガスタービン
が部分負荷になると次第に減少し、また７０％負荷付近
で圧力低下の比率が変化する。

１００％負荷〜７０％負荷までは、ガスタービンの圧縮
機入口に設置しているインレットガイドベーンを絞って
圧縮機の空気量を減少させ、燃焼温度が一定のままで負
荷を減少させている。これに対し７０％負荷以下ではイ
ンレットガイドベーンを一定開度として圧縮機の空気量
を一定とし、燃焼温度を下げて負荷を減少させている。

このため、７０％負荷付近で負荷に対する圧縮機出口圧
力の低下の比率が変化している。

定圧運転の場合は、ガスタービンの圧縮機出口空気圧力
３４（昇圧圧縮機入口空気圧力）が部分負荷で低下して
も、昇圧圧縮機の吐出圧力３５が一定となるように、昇
圧圧縮機の回転数を制御している。また、ガス化炉圧力
３６、及び、カスタービンへの燃料供給圧力３７も一定
圧力としている。

これに対して、カスタービン燃料流量調整弁入口の所要
圧力３８は部分負荷ではガスタービンの圧縮機出口空気
圧力の低下に伴い、低下するため、燃料供給圧力３７と
燃料流ｉｐ４整弁入口の所要圧力３８の圧力差分は、不
必要に燃料圧力を高くしていることになり、プラントロ
スとなる。

一方、本発明にＬる変圧運転の場合は、昇圧圧縮機の回
転数を負荷によらず一定としているため、昇圧圧縮機は
部分負荷時に圧力比が上昇するが、ガスタービンの圧縮
機出口空気圧力は部分負荷時に低下するので、昇圧圧縮
機の出口圧力３９は負荷の低下に伴って低下する。又、
血書ガス化炉の圧力４０を昇圧圧縮機の吐出圧力の特性
に合わせて設定することＫより石炭ガス化炉へ供給する
空気の流量調整弁は従来の定圧運転と同じ制御方法で対
応できる。石炭ガス化炉圧力４０の特性に対応した燃料
ガス圧力４１は、定圧運転時の燃料ガス圧力３７とガス
タービン燃料流量調整弁入口所要圧力３８の中間の圧力
となる。

〔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事によって、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
の動力を低減し、プラント効率の向上を図ることができ
る。

第２図に示したように、昇圧圧縮機の吐出圧力について
は定圧運転時の圧力、３５に対し、変圧運転時の圧力３
９は負荷が低い程、低い圧力になシ差は大きくなる。

本発明による変圧運転方法の昇圧圧縮機動力と定圧運転
時の昇圧圧縮機動力の比較を第３図に示す。４２は定圧
運転時の昇圧圧縮機動力を示し、４３は変圧運転時の昇
圧圧縮機動力を示す。第３図に示すように、斜線の部分
が昇圧圧縮機動力の節減部分であり、１００％負荷での
動力の約ｌＯ％の動力節減が図れる。

定圧運転は昇圧圧縮機の回転数を一定とする変圧運転に
比べて、負荷が低くなる程、昇圧圧縮機の圧力比を大き
くする必要があるため、昇圧圧縮機の容量を大きくする
必要がある。すなわち、定圧運転の場合は、１００％負
荷では昇圧圧縮機の回転数を落して運転し、負荷が低く
なるに従って昇圧圧縮機の回転数をあげて４転すること
になるため、１００％負荷では必要以上の容量を持つこ
とになる。これに対し、昇圧圧縮機の回転数を一定とす
る変圧運転の場合は、１００％負荷で昇圧圧縮機の容量
が決まるため、必要以上の容量金持つ事がないので、定
圧運転に比べて昇圧圧縮機の容量低減が図れる。

第４図に定圧運転と変圧運転の時の昇圧圧縮機の容量の
比較を示す。４４が定圧運転時の昇圧圧縮機の容量を示
し、４５が変圧運転時の昇圧圧縮機容量を示している。

本発明によれば、定圧運転の場合は昇圧圧縮機を回転数
制御するため、流体継手等が必要となるのに対し、昇圧
圧縮機回転数一定の変圧運転では、回転数を変えないた
め、流体継手を設置する必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の系統図、第２図はガスタービ
ン負荷と各部圧力の関係図、第３図はプラント負荷と昇
圧圧縮機動力の関係図、第４図は昇圧圧縮機容量の比較
を示す図である。 茶２図 ｊ′スターヒ”ン４術（勾 ｈＢ図 ０　　　２０　　　１ｍ　　　６０　　　８０　　　１
００７°ランド負荷ｒ幻 ω２−−一定圧 ４３−一一受圧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、加圧式空気酸化石炭ガス化炉、ガス精製設備、ガス
   タービンを含む複合発電設備、昇圧圧縮機より構成され
   る石炭ガス化複合発電プラントにおいて、部分負荷運転
   時に前記ガスタービンに供給する燃料ガス圧力を下げる
   変圧運転を行なうため、前記昇圧圧縮機の回転数をプラ
   ント負荷に関わらず一定とし、前記昇圧圧縮機の吐出圧
   力特性に合わせた石炭ガス化炉圧力パターンをあらかじ
   め制御装置に設定し、ガスタービン燃料流量調整弁に前
   記石炭ガス化炉の圧力パターンを考慮した燃料流量調整
   弁の開度と前記ガスタービンの負荷の関数をあらかじめ
   設定することにより、部分負荷時の前記石炭ガス化炉の
   変圧運転を行なうことを特徴とする石炭ガス化複合発電
   プラント。