JPS6388225A - 石炭ガス化ガスタ−ビン抽気昇圧圧縮機構 - 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ガスタービンの抽気昇圧圧縮機に係
り、特に定圧運転式ガス化炉へ一定圧の空気を供給する
ことが出来、しかも各種運転状態に応じて抽気昇圧圧縮
用の消費動力を低減するように改良した抽気昇圧圧縮機
構に関するものである。

〔従来技術〕

従来の装置は実開昭５１−５２１０５に記載のようにガ
スタービンの抽気昇圧圧縮機（同文献ではブースタコン
プレッサと云っている）は１台である。

しかし、ガス化炉及びガスタービンの負荷変化によって
変化する抽気流量、昇圧圧縮機の圧力比に関する対応に
ついては配慮されていなかった。

第２図は従来技術に係る抽気昇圧圧縮機構を備えた石炭
ガス化ガスタービンの系統図である。

１はガス化炉であって、燃料として石炭を使用する。２
はガス化炉で発生したガスを浄化するためのガス精製装
置である。３はガスタービン圧縮機、４はガスタービン
燃焼器、５はガスタービン。

６は発電機である。ガス精製装！！！２から供給される
精製された燃料ガスは燃焼器４で燃焼し２高温ガスとな
ってガスタービン５を駆動し、該ガスタービン５は発電
機６を駆動する。一方、圧縮機３はその吐出空気の一部
を抽気してガス化炉１へ供給するが、途中抽気昇圧圧縮
機８で空気圧力を高める。油気はまず冷却４１７で約４
００℃から約１００℃まで冷却される。

上記の油気冷却器７を設けた理由は次の如くである。即
ち、ガスタービン圧縮機３の吐出空気温度３００〜４０
０℃をそのまＮ昇圧圧縮機に入れると消費動力が大きく
なる上に構造設計上無理なので該吐出空気を１００℃以
下に冷却する。

１１は流量計、１２は圧力計、１４は温度計であり、油
気流量は連続して測定され、ガス化炉１における空気流
量と石炭量との比を制御している。

第３図は抽気昇圧圧縮機の性能をモデル化して描いた図
表で、横軸に実容積流量、縦軸に圧力比を示す１図中Ａ
点はガス化炉及びガスタービンの定格点における抽気昇
圧圧縮機に要求されている仕様であり、ガス化炉及びガ
スタービンの部分負荷運転に従い、抽気昇圧圧縮機に要
求される仕様は破線に沿って変化し、Ｂ点に至る０部分
負荷時の抽気昇圧圧縮機に要求される仕様は必ずしも一
本の曲線（図中破線）上では表現できず、ガス化ガスの
性状、気温、ガスタービンの特性により変化するが１図
中ｗｅ　Ｘｐ　ｙｔ　Ｚの範囲で示されるようにある幅
をもった変化で表現できる。Ｂ点はガス化炉、ガスター
ビンプラントとして運転可能な範囲の中、抽気昇圧圧縮
機に要求される最小流量、最大圧力比の点である。定格
点Ａを抽気昇圧圧縮機に要求される最大流量、最小圧力
比の点とすれば、抽気昇圧圧縮機の仕様はＡ点からＢ点
まである幅をもって運転できればよいことになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の石炭ガス化ガスタービンの抽気昇圧圧縮機構によ
っては、前記Ａ、　Ｂ１１１ｉ点の双方を満足せしめる
ことが困難である。

即ち、Ａ点を通るカーブａはＢ点を通らず、Ｂ点を通る
カーブｂはＡ点を通らない。

１台の圧縮機でＡ、Ｂ点を満足できるようにするために
は、第２図に示す抽気昇圧圧縮機の可変人口案内翼１０
の角度を調節するか、あるいはバイパス弁１５により１
ＩｊＩ？ｉすることになる。したがって１台の圧縮機と
して必要な仕様は第４図に示すＡ−Ｂ’線ではなく、Ａ
’−Ｂｌ！であり、大形の圧縮機を絞って運転すること
になり、特に稼働率の高い定格点Ａにて大きく絞って運
転することは省エネ上得策ではない。

上記従来技術（第２図）は定格点から部分負荷点までの
圧力比変化及び流量変化に対応させるため、大きな絞り
（圧縮機の入口弁、入口案内翼。

出口弁など）を行っており、特に定格点での圧力を下げ
る操作が必要となるため、定格点での効率低下を招き、
運転費の経済性の配慮がされていなかった。

本発明の目的は、この圧力比変化及び流量変化に対応し
て抽気昇圧圧縮機の入口弁、入口案内翼。

出口弁などの圧力抵抗体の絞り量をできる限り少なくし
、効率低下を最少限ならしめ得る抽気昇圧圧縮機構を提
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、抽気昇圧圧縮機を２台または３台で構成し
、大小の２台で構成されるシステムでは、流量大、圧力
比小のときは大形圧縮機のみ運転し。

流量小、圧力比大のときは大形及び小形両方の圧縮機を
直列に運転する。３台で構成されるシステムでは、流量
大、圧力比小のときは２合併列運転とし、流量小、圧力
比大のときは２台直列運転ができる系統により達成され
る。

〔作用〕 抽気昇圧圧縮機を３台で構成する場合は同一仕様のもの
を３台製作することにより製作費の低減を計ることがで
きる。１台当りの流量はシステムの最大流量の半分とし
、そのときの圧力比をシステムの最小流量のときの圧力
比の平方根にとれば、２合併列運転と２台直列運転とが
システムとして要求される仕様の適合することができる
。

２台で構成する場合は２台目はステップアップに用いる
ものであるから同一仕様とはならず、大形圧縮機と小形
圧縮機との組合せとなる。つまり、システムの最大流量
のときの条件で１台の圧縮機を設計製作し、システムの
最大圧力比に対する不足圧力を２台目の小形圧縮機でス
テップアップするものとすることにより、圧力比変化お
よび流量変化に対応して抽気昇圧圧縮機の所要動力を軽
減し得る。

〔実施例〕

次に５本発明の１実施例を第１図について説明する。こ
の実施例は第２図の従来例に本発明を適用して３台の抽
気昇圧圧縮機８−１．８−２．８−３を設けたものであ
る。１６−１．１６−２゜１６−３は入口止弁、８−１
．８−２．８−３は抽気昇圧圧縮機、９−１．９−２．
９−３は圧縮機駆動用電動機、１０−１．１０−２．１
０−３は圧縮機可変人口案内翼、１７−１．１７−２゜
１７−３．１７−４は圧縮機出口止弁、１８−１゜１８
−２．１８−３は逆止弁、１５は圧縮機バイパス弁、１
３は圧縮機出口圧力計、１９は抽気流量制御弁である。

上記のように構成した第１図の実施例において次掲の第
１表に示す機器操作手順に従って運転すると、第３図に
示した必要仕様Ｗｅ　Ｘ　＋　’／　ｌ　ｚを満足する
ことができる。この場合、カーブａは２台の抽気昇圧圧
縮機を併列運転するときの特性カーブに相当する。また
カーブｂは２台の抽気昇圧圧縮機を直列運転するときの
特性カーブに相当する。

２の状態に対しては、圧縮機８−１．８−２を運転し、
８−３を停止する。入口案内翼１０−１を全開とし、１
０−２は必要な圧力になるよう全開または適度に絞る。

弁は１６−３．１７−２゜１７−３．１７−４を閉とし
、１６−１．１６−２及び１７−１を開け２台圧縮機を
直列にて運転する。ｙの状態に対しては３台の圧縮機８
−１゜８−２．８−３を運転し、入口案内翼１０−１は
全開とし、１０−２．１０−３は必要な圧力になるよう
絞る。弁は１６−１．１６−２．１６−３を開け、１７
−１．１７−４を開け、１７−２゜１７−３は閉じる。

２からｙへの移行のとき、入口案内翼１０−３は絞りの
位置にしておき、弁１６−３を開け、圧縮機８−３を起
動する。圧力Ｐ１３−３がＰＩ３−２と同じになったと
き止弁１７−４を自動的に開き圧縮機８−２及び８−３
の吐出空気が合流して圧縮機８−１に流れるようにする
。Ｘの状態に対しては引続き３台の圧縮機を運転し、入
口案内翼１０−１は開から絞りに変え、１０−３を絞り
から開に変える。弁１７−２．１７−３は閉から開に、
１７−４は開から閉に変える。ｙからＸへの移行のとき
は、まず最初に弁１７−３を開き次に弁１７−４を閉じ
る。その後、入口案内翼１〇−３を開き、１０−１を絞
る。Ｗは状態に対しては圧縮機８−１を度止し、入口案
内翼１０−２゜１０−３は必要な圧力になるよう開、絞
り間で調整する。第１６−１．１７−１は開から閉に変
える。ＸからＷへの移行のときは、まず圧縮機８−１を
停止し、それから弁１６−１及び１７−１を閉じ、必要
な圧力になるように入口案内翼１０−２．１０−３開度
を調節する。各状態間の逆の移行での機器の操作は上記
の逆の手順で処理できる。

第５図は前記と異なる実施例を示す、この実施例は、第
４図に示すＡ、Ｂ’点点間結ぶ特性カーブｄを有する圧
縮機８−５と、Ｂ′点からＢ点へあるいはＡ点からＡ′
点へ、即ちカーブｄからカーブｅへの昇圧を目的とする
圧縮機８−４とから成る。この２台の圧縮機を第２表に
示す機器操作手順にて運転すれば、第４図に示す必要仕
様Ｗ。

Ｘ、ｙ、ｚを満足することができる。

第２表 温度計１４によって油気温度を監視しながら冷却水量を
制御する。ガス化炉１へ供給される空気の流量は流量計
（第１，２図では１１−４、第５図では１１−６と表示
しである）により測定し、制御弁１９により制御する。

圧力は圧力計（第１図では１３−４、第２図では１３、
第５図では１３−６と表示しである）により測定し、各
圧縮機の入口案内翼１０により制御される。

第４図に示した２の領域に相当する状態においては、圧
縮機８−４．８−５を運転（２台運転の特性はカーブｅ
で表わされる）し、入口案内翼１０−４．１０−５は開
き、弁１６−４及び」７−４を開き弁１７−５を閉じる
。２領域からｙ領域への変化に対しては、入口案内翼１
ｏ−４を開から紋に変えるのみで他は変更ない、ｙから
Ｘへの状態変化に対しては、入口案内翼１０−５の開度
を、必要圧力を得るよう調節し、弁１７−５を閉から開
に変える。ＸからＷへの状態変化に対しては、弁１６−
４および１７−４を開から閉に変え、入口案内翼１０−
５は開とし、圧縮機８−４を停止する。状態Ｘ、）’、
Ｚに対しては圧縮機２台の直列運転であり、Ｗに対して
は圧縮機１台運転となる。バイパス弁１５は圧縮機８の
サージ防止用として設けられる。

上に述べた第５図の実施例又は第１図の実施例の如く、
石炭ガス化炉から発生する燃料ガスを燃焼器で燃焼する
ガスタービンの圧縮機吐出空気の一部を抽気し、冷却し
て昇圧し、ガス化炉に一定圧で供給するための抽気昇圧
圧縮機において、一つの系統で２または３台の抽気圧縮
機を併列または直列にて運転できるよう構成した場合の
油気昇正圧縮機の消費動力は、１台の抽気昇圧圧縮機を
設けた場合の消費動力に比して１０％程度少なく出来る
。

上記の消費動力節減効果は、部分負荷運転時には著しく
ないが、定格負荷運転時において優に１０％強の節減が
可能である。火力発電所においては、部分負荷運転され
る時間に比して定格に近い負荷で運転される時間は遥か
に多いので、長期的視野において見れば約１０％の節減
が期待できる。

而して、抽気昇圧圧縮機消費動力が石炭ガス化ガスター
ビン発電プラント全体の動力消費に対して占めている比
率は約１４％である。前述の如く、この１４％（対・全
プラント比率）の内の約１０％が節減されるので、この
１４％という値が本実施例においては１２〜１３％（実
測値）となった。

これはガスタービン全体の消費動力から見て１〜２％の
省エネであり、プラント効率を１〜２％上昇せしめる効
果として現われる０例えば従来形の石炭ガス化ガスター
ビン発電プラントの熱効率が３０％である場合、本発明
の適用によって熱効率を３１〜３２％に向上せしめるこ
とが期待される。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明を適用すると、石炭ガス化
ガスタービン設備における負荷状態の変化に応じて抽気
昇圧圧縮機の運転台数、並びに接続状態を切り換えて圧
力抵抗体の絞り損失を著しく軽減するという優れた実用
的効果を奏し１石炭ガス化ガスタービンプラントの効率
向上に貢献するところ多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す系統図、第２図は従来
例の系統図である。第３図及び第４図は抽気昇圧圧縮機
の性能特性をモデル化して示した図表である。第５図は
前記と異なる実施例の系統図である。 ８．８−１．８−２〜８−５・・・抽気昇圧圧縮機、１
１−１〜１１−４・・・空気流量計、１２・・・圧Ｍ機
入ロ空気圧力計、１３−１〜１３−４・・・圧ｍ機吐出
空気圧力計、１４−１．１４−２・・・空気温度計、１
５・・・圧縮機バイパス弁、１６−１〜１６−３・・・
圧縮機人口止弁、１７−１〜１７−４・・・圧縮機人口
止弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、定圧運転されるガス化炉を有する石炭ガス化ガスタ
   ービン発電設備において、複数台の抽気昇圧圧縮機を設
   置するとともに、上記複数台の抽気昇圧圧縮機の内の少
   なくとも２台を併列運転するための配管、同じく直列運
   転するための配管、及び、上記の運転状態を切り換える
   ための弁手段を設けたことを特徴とする石炭ガス化ガス
   タービン抽気昇圧圧縮機構。 ２、前記複数台の抽気昇圧圧縮機は、これを２台とした
   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
   ス化ガスタービン抽気昇圧圧縮機構。 ３、前記複数台の抽気昇圧圧縮機は、これを３台とした
   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
   ス化ガスタービン抽気昇圧圧縮機構。