JPS63264696A - 石炭ガス化炉の運転制御方法 - 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〕 本発明は石炭ガス化炉のガス化温度の制御方法に係り、
特に微粉炭を噴流層石炭ガス化炉で空気等により部分酸
化してガス化する際に、負荷が変動してもガス化炉温度
を制御し生成ガス発熱量をほぼ一定にするように運転す
る制御方法に関する。

〔従来の技術〕

石炭ガス化炉は石炭を酸化剤例えば空気又は水蒸気を含
んだ空気で部分燃焼して一酸化炭素を主として含む生成
ガスを発生させる。石炭ガス化炉の生成ガスの基本的な
反応は、 ２Ｃ＋○Ｚ　＋　３　、８７　Ｎ　Ｚ　＝　２　Ｇ　Ｏ
＋　３　、８７　Ｎ　２ΔＨ＝−５８，６０ＫｃａＱ／
ｍｏＱ である。また石炭ガス化炉では炉底温度を充分高くして
灰滓を溶融状態にして炉外に出すことが行なわれ、灰分
の多い低品位炭でも有効にガス化することができる。

ところで従来、噴流層形式の石炭ガス化炉で空気の様な
比較的低濃度の酸素含有ガスをガス化剤に用いる場合、
少量のガス化剤で石炭中の灰分が溶融し得る高温度にな
るためにガス化剤を予熱することが一般に行なわれてい
た。ガス化剤を予熱する方法としては、例えば特開昭５
４−１７９０１号公報、又は特開昭５８−１０９５９３
号公報等に記載されている。その特開昭５４−１７９０
１号公報の記載によれば、ガス化剤に少量の燃料を加え
、ガス化剤中の酸素の一部で前記燃料を燃焼させること
により高温燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガス中に相当
量の酸素が残存するようにして燃焼ガスを予熱されたガ
ス化剤として利用する方法が示されている。

この方法によれば装置的に膨大になり易い熱交換器を省
略でき、予熱温度を比較的容易に変更、制御できる。し
かしガス化剤中の酸素の一部が予熱の為の燃焼に消費さ
れ、その結果酸素濃度が低下し、これを償う為に多量の
ガス化剤を供給する必要があり、ガス化効率が悪化する
欠点がある。また、特開昭５８−１０９５１３号公報の
記載によれば、石炭ガス化炉で発生する高温の生成ガス
を冷却する工程で例えば過熱水蒸気として熱回収を図り
、この得られた水蒸気とガス化剤とを熱交換してガス化
剤を予熱する方法である。この方法は特開昭５４−１７
９０１号公報のように酸素濃度低下によるガス化効率の
低下を防止できるが、熱回収段階で得られろ水蒸気の温
度に制約され、ガス化剤を十分に高温度に予熱し難い欠
点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

特に、噴流層石炭ガス化炉で石炭をガス化し、生成ガス
を発電システムの燃料として利用する石炭ガス化複合発
電においては、発電量に応じた負荷変動運転中も燃料と
する生成ガスの発熱量を一定に保たなければならない。

この為に４１位石炭量当りのガス他剤量をほぼ一定に維
持しなければならない。しかし石炭ガス化炉の炉壁によ
る炉内の冷却効果は石炭供給量を変化しても基本的に不
変であるため、低負荷時程でガス化炉に供給される石炭
流量が少なくなって炉温か低下し、炉温を石炭中の灰分
の溶融温度以上に維持することが困難になる。これを補
償する為には低負荷時程でガス化剤の予熱温度を高める
ことが有効である。しかし前述の従来技術の特開昭５４
−１７００１号公報の方法では、予熱温度を高めること
によりガス化剤中の酸素濃度が低下し生成ガス発熱量が
低くなる。

また特開昭５８−１０９５１３号公報の方法では熱回収
で得られる水蒸気の温度以上にガス化剤を予熱できず、
適応し得る負荷変動範囲が狭い。この様に従来方法では
発電システムの一部を構成するガス化炉の負荷変動に対
してガス化剤の予熱温度を満足に高めることができない
問題点があった。

従って本発明の目的は、噴流層石炭ガス化炉の低負荷時
程に起る炉温低下をガス化剤の予熱温度の上昇で補償し
、広い負荷変動範囲に対しても生成ガスの発熱量をほぼ
一定に保ち、且つ石炭灰分の溶融に必要なガス化炉温度
を維持するように運転する石炭ガス化炉の制御方法を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の石炭ガス化炉の運転制御方法は、酸素含有ガス
をガス化剤として石炭をガス化する方法において、噴流
層石炭ガス化炉から発生する生成ガスの一部又は全部を
燃焼し、その生成ガスの燃焼熱により前記ガス化剤を予
熱し、前記噴流層石炭ガス化炉に供給する石炭流量に応
じて前記ガス化剤の予熱温度及びその供給量を制御し、
負荷変Ｉ！Ｉ＋する前記噴流層石炭ガス化炉のガス化温
度の変動を抑御する運転制御方法である。

また、前記生成ガスの一部を抽気して燃焼し、発生する
燃焼ガスの熱媒体として前記ガス化剤と熱交換し、ガス
化剤の予熱温度を制御することが好しい。また、抽気し
た前記生成ガスの燃焼と、前記ガス化剤との熱交換を一
体化した装置でガス化剤の予熱を行なうことにより、装
置を簡略化できる。また、前記ガス化剤と熱交換した後
の燃焼排ガスの温度に基づいて前記生成ガスの抽気流量
を制御し、また抽気した生成ガスの燃焼ガス温度を一定
にするように必要な空気等の酸化剤流量を空燃比制御し
、且つ石炭ガス温度を実質的に一定になるように抽出し
た前記生成ガスの燃焼ガス温度を経時的に燃焼ガス温度
、石炭ガス化炉温度、及び予熱された酸化剤温度により
修正制御することが行なわれる。

また、本発明の他の方法は、噴流層石炭ガス化炉から発
生する高温の生成ガスを用いて前記ガス化剤を予熱し、
その予熱温度及びその供給量を制御し、石炭ガス化炉の
ガス化温度の変動を制御する方法である。

また、本発明の他の方法は、噴流層石炭ガス化炉から発
生する生成ガスをガスタービン燃料として使用し、ガス
タービンと蒸気タービンを併用して電力を発生する石炭
ガス化複合発電システムを設け、前記発電システムの発
電指令に応じてガス化炉への石炭供給流量を変動し、前
記石炭供給流量の変動に応じて前記ガス化剤の予熱温度
及びその供給量を制御し、負荷変動する前記噴流層石炭
ガス化炉のガス化温度の変動を抑制する方法である。尚
、この場合、前記ガス化剤の予熱を抽気した前記生成ガ
スの燃焼ガス、又は前記石炭ガス化複合発電システム内
のガスタービンと蒸気タービンによる燃焼ガス又は／及
び水蒸気で行なってもよい。

要するに本発明の方法は、石炭ガス化炉で発生する生成
ガスの一部又は全部を燃焼し、得られる高温燃焼ガスに
よりガス化剤を予熱し、石炭ガス化炉に供給される石炭
流量に応じてガス化剤の予熱剤温度と流量を制御するこ
とにより、ガス化温度を一定に維持することを達成する
ものである。

〔作用〕

石炭ガス化炉で発生する生成ガスは、石炭とガス化剤と
の供給流量比やガス化温度の制御により発熱量が一定に
され、燃料ガスとして安定に使用され、特に石炭化複合
発電システムに適する。この場合、生成ガスの一部を抽
気し、これを燃焼したとき燃焼ガスの温度制御はその燃
料ガス（生成ガス）の流量及びその空燃比により容易に
制御できるので、この燃焼ガスと熱交換してガス化剤の
予熱温度をガス化炉温度の維持に必要な温度に容易に調
節できる。この場合、ガス化剤中の酸素の消質及びガス
化剤中への他のガスの混入が無いので、ガス化剤中の酸
素濃度が変化しないため、ガス化炉生成ガスの発熱量が
石炭とガス化剤の流量比により制御可能になる。また石
炭ガス化炉のガス化温度を高温にするので、石炭中の灰
を溶融してスラグとして容易に流出させて除去し、操業
のトラブルを防ぐことができる。

〔実施例〕

実施例１ 第１図は本発明の一実施例のフローシートを示したもの
である。原料である微粉砕された石炭１は流量調節器２
を介して石炭ガス化炉１０に供給される。また空気等の
ガス化剤４１は流量調節器４２を介して熱交換器３６に
送られ、ここで予熱された後、ガス化炉１０に供給され
る。このガス化炉１０において石炭は部分酸化されて反
応し、可燃性成分として一酸化炭素を主とし水素、メタ
ン等を含む粗生成ガスに発生される。また、灰分は溶融
しスラグ１７として排出される。次に粗生成ガス１１は
冷却器１２で冷却された後、精製装置１４で脱塵・脱硫
される。その後で精製ガス１５は系外の燃焼装置へ燃料
ガス１６として取り出される。このとき、精製ガス１５
の一部分はガス他剤予熱用燃料２１として抽気され、流
量調節器２２を介して燃焼器３０に供給される。またガ
ス他剤予熱用燃料２１の燃焼用の空気３１が流量調節器
３２を介して燃焼器３ｏに供給される。この燃焼器３０
においてそれぞれ流量調節されたガス他剤予熱用燃料２
１と空気３１とが燃焼され、″ｆＪＪ温燃焼ガス３５が
発生され、熱交換器３６に送られ、ガス化剤４３の加熱
媒体として使用され、予熱されたガス化剤４４にされる
。

本発明のガス化炉の運転制御は、生成ガス発熱量制御と
、ガス化剤予熱温度によるガス化温度制御の二つのルー
プに大別される。前者は石炭の流量調節器２から出力さ
れる石炭流量信号５６を制御演算要素３に入力し、この
信号５６に基づいてガス化剤流量設定信号５７に変換し
てガス化剤の流量調節器４２に入力され、ガス化剤の流
量が制御される。制御演算要素３は石炭流量とガス化射
流量との比率が一定に保つことを基本にして制御するが
、必要に応じて生成した燃料ガス１６の発熱量がフィー
１〜バツクされて、上記流量比が微調節されてもよい。

また、後者の制御ループは更に２つのサブループに分け
られる。その一つは熱交換器３６から排出される熱媒体
の燃焼排ガス３７の温度信号５１により、燃焼排ガス３
７の温度が予じめ定められた値に保たれるように流量調
節器２２のガス他剤予熱用熱料２１の流量設定値が制御
されるサブループである。また他の一つは、ガス化炉１
０内の温度信号５３、熱交換器３６で予熱されガス化炉
１０に供給されるガス化剤４４の温度信号５４、及び燃
焼器３０で発生された高温燃焼ガスの温度信号５２が制
御演算要素３４に入力され、燃焼用空気３１の設定値信
号５５に変換され、流量制御器３２に入力されて空気の
供給量を制御するサブループである。制御演算要素３４
においては応答速度の速い高温燃焼ガスの温度信号５２
を設定値とするように流量設定信号５５が演算され、ガ
ス化炉１０の温度信号５３ないしガス化剤４４の温度信
号５４の検出速度に応じた周期で上記高温燃焼ガスの温
度信号５２に対する設定値を経時的に修正制御するのが
好しい。この場合、ガス化炉１０を代表する温度信号５
３は必ずしも熱電対等によりガス温度を直接測定する必
要はなく、炉壁耐火材内部の温度分布や水冷壁からの回
収熱量などから間接的に推定してもよい。

上述の如く本方法により水冷壁構造の噴流層ガス化炉に
ガス化剤として空気を使用するガス化の試験を行なった
。石炭供給量を最大供給量に対して３０〜１００％の範
囲で変化させ、それに対応してガス化剤の予熱温度を変
えてガス化を行ない、安定に生成ガスを得た。その結果
は第２図の石炭供給量に対するガス化剤予熱温度（線１
）及び生成ガス発熱量（ｖＡ２）の関係で示す。石炭供
給量の低減に伴う炉壁からの除熱量の増大をガス化剤の
予熱温度約２４０℃から約６２０℃に高めることによっ
て補償した。また、ガス北側供給量は上記全負荷範囲で
石炭供給量の４．９倍（重量）とする単純な制御により
、生成ガス（燃料ガス１６）の発熱量を高位発熱量で８
００±２０ＫｃａＱ／Ｋｒｎ’に維持できた。このとき
、生成ガス（精製ガス１５）全体に対して抽気するガス
他剤予熱用燃料２１の割合は、石炭供給量１００％時で
約１３％、同３０％時で約２６％であった。また、ガス
化炉水冷壁での除熱量からガス化炉内部温度は１６００
〜１７００　’Ｃと推定された。また各負荷条件で２〜
４時間の連続運転でも溶融灰分の安定した流下が確認さ
れた。

上記の様に本発明の方法に従い、単純な制御ループの組
合せによりガス化炉に供給する石炭流量が減少してもガ
ス化炉温度の低下を防止して一定に保ち、生成ガス発熱
量をほぼ一定に維持することが可能であり、また灰分を
溶融してスラップとして流出し得た。尚、ガス化剤は空
気に限定されるものでなく、酸素富化空気等を使用して
も良いことは云うまでもない。

実施例２ 本発明の方法として、燃焼器と熱交換器を一体化した装
置によりガス化剤を予熱する方法を第３図のフローシー
トに示す。第１図では燃焼器３０と熱交換器３６とを機
能上独立させて設けたが、第３図は両者を一体化した装
置である燃焼−熱交換器６１が設けられる。他の装置は
第１図の装置と同様で、同一符号は同一の装置を示す。

ガス化剤４１は燃焼−熱交換器６１で予熱され、ガス化
炉１０に供給される。また燃焼排ガス３７の温度信月５
１は流量調節器２２に人力されてガス他剤予熱用燃料ガ
ス２１の流量が制御される。またガス他剤予熱用燃料ガ
スの温度信号５８、ガス化炉の温度信号５３、及びガス
化剤の温度信号５４が制御演算要素３４に入力され、燃
焼用空気３１が流量調節器３２で制御される。このよう
に本実施例は基本的には実施例１と同様にガス他剤予熱
温度を制御する方法で、生成ガスの発熱量を一定に維持
できる。

実施例３ 本発明の他の実施例を示す。ガス化炉から発生する高温
の粗生成ガスを冷却する過程で回収する熱量によりガス
化剤を予熱する方法である。例えば第１図においてガス
化炉１０からの発生する粗生成ガス１１を冷却器１２で
冷却するとき、ガス化剤４３を冷却器１２に通して粗生
成ガスと熱交換して予熱し・、予熱されたガス化剤とし
、石炭ガス化炉１ｏに供給する。ガス化剤の予熱温度は
粗生成ガスとの熱交換条件を制御してガス化炉の負荷変
動に応じて変化させ、ガス化温度を一定にする。

実施例４ 本発明の方法を石炭ガス化複合発電システムに適用した
場合のフローシートを第４図に示す。微粉砕された石炭
１０１は噴流層石炭化ガス化炉１１０に供給され、また
空気等のガス化剤１０２は熱交器１１７で予熱されてガ
ス化炉１１０に供給される。ガス化炉１１０内において
石炭１０１はガス化剤１０２に含まれる酸素により部分
酸化され、石炭の大部分が粗生成ガス１０７に発生され
る。石炭１０１中に含まれる灰分の一部は溶融してスラ
グ１０３として取り出され塊状になり、残りの灰分は未
反応の炭素質を含むチャー粒子とした粗生成ガス１０７
に同伴されて飛散する。次に粗生成ガス１０７には冷却
器１１４で冷却された後、ガス精製塔１１５で同伴する
チャー粒子及びガス中の硫化水素のそれぞれの大部分は
不鈍物１０５として除去され、精製された燃料ガス１０
８にされる。その後でガスタービンと蒸気タービンを備
えた複合発電設備１１６で燃料ガス１０８はガスタービ
ン燃料として利用され、同時にガスタービンで回収され
ない熱エネルギーを水蒸気として回収して蒸気タービン
の駆動源にされ、電力１０６が発生される外部に出力さ
れる。このシステムにおいてガス化工程中で発生する熱
は、主にガス化炉１１０内の冷却管１１２及び冷却器１
１４内の冷却管１１３によりボイラー水１０４を加熱す
ることにより回収され、蒸発器１１１において水蒸気１
０９が発生され、この水蒸気１０９は複合発電設備１１
６内の蒸気タービンを駆動し最終的に電力１０６に変換
される。

石炭ガス化複合発電システムにおいては、発電系統から
要求される様々な発電量に迅速に対応しなければならず
、且つ要求される発電量は時々刻刻変化する。複合発ｆ
ｆｉ設備１１６で発生する電力１０６の量は複合発電設
備１０６で消費する燃料ガス１０８の流量で制御するた
め、燃料ガス１０８を要求発電量に応じて変化させねば
ならない。ガス化工程では燃料ガス１０８の発生量は基
本的に石炭１０１の供給流量に比例するため、要求発電
量の変化に応じて石炭１０１の供給流量を適切に変化さ
せる必要が生じる。特に石炭１０１の供給流量が低下す
ると、ガス化炉１１０内の冷却管１１２での除熱割合が
相対的に増大し、ガス化炉１１０内のガス化温度の低下
ををもたらす。この時、燃料ガス１０８の一部を抽気し
てガス他剤予熱用燃料１１８として使用し、これを燃焼
して燃焼ガスにして加熱媒体とし、熱交換器１１７に送
り、ガス化剤１０２を高温に予熱し、また予熱されたガ
ス化剤１０２を石炭１０１の供給流量に応じて変化させ
、ガス化炉１１０のガス化温度を実質的に一定に維持す
る。本実施例におけるガス化剤予熱温度の制御方法は基
本的に実施例１に詳述した方法と同一である。

また、ガス化剤１０２を複合発電設備１１６内のガスタ
ービンに付帯する空気圧縮機から圧縮空気を抽気し、ガ
ス化に必要な圧力まで再加圧し。

予熱することにより得てもよい。

また、ガス化炉１１０で製造した燃料ガスを燃焼する装
置がガス化炉１１０に隣接されて設けられる場合は、燃
料ガス１０８をガスタービン燃料として使用し、このガ
スタービン燃焼器をガス他剤予熱用燃焼ガス発生用の燃
焼器として利用し、ガスタービンの燃焼ガスを加熱媒体
としてガス化剤を予熱してもよい。

〔発明の効果〕

本発明の石炭ガス化炉の運転制御方法は、噴流層石炭ガ
ス化炉の負荷変動に応じて供給される石炭流量に対して
、ガス化剤の予熱温度、流量を制御してガス化温度を一
定にする方法であり、従って生成ガスの発熱量を一定に
維持でき、またガス化炉温度の低下による石炭灰分の溶
融流下阻害を防止でき、ガス化炉の運転可能最低負荷を
低負荷側に移動でき、運転可能負荷範囲を拡大できる。

なかでも、負荷変動の大きい石炭ガス化複合発電システ
ムに本発明の方法は優れた性能を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施例のフローシートを示し、第
２図は石炭供給量に対するガス化剤予熱温度及び生成ガ
ス発熱量を示し、第３図は本発明の他の実施例のフロー
シートを示し、第４図は本発明方法を複合発電システム
に応用したフローシートを示す。 １・・・石炭、２・・・流量調節器、３・・・制御演算
要素、１０・・・石炭ガス化炉、１２・・・冷却器、１
４・・・精製装置、１６・・・燃料ガス、２１・・・ガ
ス他剤予熱用燃料、２２・・・流量調節器、３０・・・
燃焼器、３１・・・空気、３２・・・流量調節器、３４
・・・制御演算要素、３６・・・熱交換器、４１・・・
ガス化剤、４２・・・流量調節器、５１〜５４・・・温
度信号、５５・・・流量設定信号、５６・・・石炭流量
信号、５７・・・ガス他剤流量設定信号、６１・・・燃
料−熱交換器、１０１・・・石炭、１０２・・・ガス化
剤、１０４・・・ボイラー水、１０６・・・電力、１０
８・・・燃料ガス、１０９・・・水蒸気、１１０・・・
噴流層石炭ガス化炉、１１１・・・蒸発器、１１２・・
・炉壁冷却管、１１４・・・ガス冷却器。 １１５・・・ガス精製塔、１１６・・・複合発電設備、
１１７・・・熱交換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸素含有ガスをガス化剤として石炭をガス化する方
   法において、噴流層石炭ガス化炉から発生する生成ガス
   の一部又は全部を燃焼し、その生成ガスの燃焼熱により
   前記ガス化剤を予熱し、前記噴流層石炭ガス化炉に供給
   する石炭流量に応じて前記ガス化剤の予熱温度及びその
   供給量を制御し、負荷変動する前記噴流層石炭ガス化炉
   のガス化温度の変動を抑制することを特徴とする石炭ガ
   ス化炉の運転制御方法。 ２、前記生成ガスの一部を抽気して燃焼し、発生する燃
   焼ガスを熱媒体として前記ガス化剤と熱交換し、ガス化
   剤の予熱温度を制御することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の石炭ガス化炉の運転制御方法。 ３、抽気した前記生成ガスの燃焼と、前記ガス化剤との
   熱交換を一体化した装置でガス化剤の予熱を行なうこと
   を特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の石炭ガス化
   炉の運転制御方法。 ４、前記ガス化剤と熱交換した後の燃焼排ガスの温度に
   基づいて前記生成ガスの抽気流量を制御することを特徴
   とする特許請求の範囲第２項又は第３項に記載の石炭ガ
   ス化炉の運転制御方法。 ５、抽気した前記生成ガスの燃焼ガス温度を、一定にす
   るように必要な酸化剤流量を空燃比制御し、且つ石炭ガ
   ス化温度を実質的に一定にするように前記燃焼ガス温度
   を経時的に制御することを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項に記載の石炭ガス化炉の運転制御方法。 ６、酸素含有ガスをガス化剤として石炭をガス化する方
   法において、噴流層石炭ガス化炉から発生する高温の生
   成ガスを用いて前記ガス化剤を予熱し、前記噴流層石炭
   ガス化炉に供給する石炭流量に応じて前記ガス化剤の予
   熱温度及びその供給量を制御し、負荷変動する前記噴流
   層石炭ガス化炉のガス化温度の変動を抑制することを特
   徴とする石炭ガス化炉の運転制御方法。 ７、酸素含有ガスをガス化剤とし石炭をガス化する方法
   において、噴流層石炭ガス化炉から発生する生成ガスを
   ガスタービンの燃料として使用し、ガスタービンと蒸気
   タービンとを併用して電力を発生させる石炭ガス化複合
   発電システムを設け、前記システムの発電指令に応じて
   ガス化炉への石炭供給量を変動させ、前記石炭供給量の
   変動に応じて前記ガス化剤の予熱温度及びその供給量を
   制御し、負荷変動する前記噴流層石炭ガス化炉のガス化
   温度の変動を抑制することを特徴とする石炭ガス化炉の
   運転制御方法。 ８、前記ガス化剤の予熱を前記石炭ガス化複合発電シス
   テム内のガスタービンと蒸気タービンによる燃焼ガス又
   は／及び水蒸気で行なうことを特徴とする特許請求の範
   囲第６項に記載の石炭ガス化炉の運転制御方法。