WO2020105629A1 - 微粉炭機の微粉炭乾燥システム及びその微粉炭乾燥方法並びに微粉炭乾燥プログラム、微粉炭機、ガス化複合発電設備 - Google Patents
微粉炭機の微粉炭乾燥システム及びその微粉炭乾燥方法並びに微粉炭乾燥プログラム、微粉炭機、ガス化複合発電設備Info
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Definitions
- the present invention relates to a pulverized coal drying system of a pulverized coal machine, a pulverized coal drying method therefor, a pulverized coal drying program, a pulverized coal machine, and a gasification combined cycle power generation facility.
- carbon-containing solid fuel such as coal is pulverized by a pulverizer (mill) into a fine powder smaller than a predetermined particle size and supplied to a combustion device.
- the mill grinds carbon-containing solid fuel such as coal put on the rotary table by biting between the rotary table and the rollers, and pulverized by a fluid (carrier gas) supplied from the outer circumference of the rotary table.
- High-temperature combustion gas is generated by selecting a fuel having a small particle size with a classifier and transporting it to a combustion device installed in a boiler or the like for combustion. For example, in a thermal power plant, steam is generated by heat exchange with combustion gas generated by combustion in a boiler, and the steam is driven to rotate a turbine to generate electric power.
- the carbon-containing solid fuel (coal, etc.) is pulverized in a pulverizer and is dried by a fluid (carrier gas) supplied to the pulverizer so as to have a predetermined water content or less.
- a fluid carrier gas
- the properties (moisture content and calorific value) of the carbon-containing solid fuels are different.
- the relationship (air volume curve) between the coal supply amount and the flow rate of the drying fluid required to dry the pulverized coal of the coal supply amount is used, and it is appropriate when switching the coal type.
- the plant may be operated by selecting the air volume curve each time. For this reason, an error may occur when a complicated judgment is required to select the air volume curve when switching the coal type. It took a lot of time to select the airflow curve when switching the coal type. In particular, it may be difficult to determine the timing of switching coal types.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and stably stabilizes carbon-containing solid fuel (such as coal) regardless of the type of carbon-containing solid fuel used (coal type such as coal).
- An object is to provide a pulverized coal drying system of a pulverized coal machine which can be dried, a pulverized coal drying method thereof, a pulverized coal drying program, a pulverized coal machine, and a gasification combined cycle power generation facility.
- a first aspect of the present invention is a pulverized coal drying system of a pulverized coal machine for drying a supplied carbon-containing solid fuel using a drying fluid, which is capable of drying a plurality of types of carbon-containing solid fuel having different water contents.
- the flow rate control unit that controls the flow rate of the dry fluid so that the temperature of the dry fluid discharged from the pulverized coal machine approaches a target temperature. It is a pulverized coal drying system equipped with.
- the upper and lower limit ranges of the flow rate of the dry fluid are set so that a plurality of types of carbon-containing solid fuel can be dried, and the temperature of the dry fluid discharged from the pulverized coal machine approaches the target temperature.
- the flow rate of the dry fluid is controlled within the upper and lower limits, it is possible to handle a plurality of types of carbon-containing solid fuel.
- data such as the air volume curve is stored for each coal type, and there is no need to reselect the appropriate air volume curve based on the judgment of the coal type data to be used by the operator. It is possible to suppress the occurrence of human error when switching seeds, save the trouble of data selection, and reduce the burden.
- the type of carbon-containing solid fuel is classified according to the water content of the carbon-containing solid fuel. For example, when the carbon-containing solid fuel is coal, the degree of coalification and the water content have a correlation, so the type of coal is classified by the degree of coalification.
- the upper and lower limit ranges include the most water content in a state where the dry fluid discharged from the pulverized coal machine reaches the target temperature for a predetermined carbon-containing solid fuel supply amount.
- the flow rate of the dry fluid for drying the carbon-containing solid fuel may be set as an upper limit value, and the flow rate of the dry fluid for drying the carbon-containing solid fuel containing the least water may be set as the lower limit value. ..
- the plurality of types of carbon-containing solid fuel it is appropriate for the plurality of types of carbon-containing solid fuel to be used when the dry fluid discharged from the pulverized coal machine reaches the target temperature. It is possible to set the upper and lower limits of the flow rate of the drying fluid. Therefore, it is possible to properly set the flow rate of the dry fluid with respect to the plurality of types of carbon-containing solid fuels.
- the target temperature is lowered at a predetermined temperature, or the flow rate of the drying fluid reaches the lower limit of the upper and lower limit range.
- a temperature setting unit that raises the target temperature at a predetermined temperature may be provided.
- the target temperature of the dry fluid discharged from the pulverized coal machine is determined.
- the target temperature of the dry fluid discharged from the pulverized coal machine is set at the predetermined temperature.
- the mechanism for adjusting the flow rate of the dry fluid may be in a state close to the limit of the movable range (for example, the valve opening is fully open). In such a case, the responsiveness of the flow rate control may decrease. Therefore, by reducing the target temperature of the dry fluid discharged from the pulverized coal machine to a predetermined temperature, the required flow rate of the dry fluid can be reduced. Therefore, allow a mechanism to adjust the flow rate of the dry fluid. You can Therefore, it is possible to suppress the decrease in the response of the flow rate of the dry fluid and improve the response of the flow rate of the dry fluid.
- the predetermined temperature is a temperature change amount within a range in which the target temperature of the dry fluid discharged from the pulverized coal machine can be changed a plurality of times to allow the performance change to the system for supplying the pulverized coal.
- the predetermined temperature may be set to, for example, 0.5 ° C to 2 ° C, and more preferably 0.5 ° C to 1 ° C.
- the conversion rate for converting carbonyl sulfide to hydrogen sulfide is brought close to a predetermined reference conversion rate.
- a temperature setting unit that changes the target temperature may be provided.
- the conversion rate is evaluated by evaluating that the sulfur content in the purified gas at the outlet of the desulfurization facility (not shown) is less than the limit value.
- the limitation of the sulfur content in the purified gas at the desulfurization facility outlet differs depending on the laws and regulations of the plant construction site.
- a setting unit may be provided.
- the drainage flow rate is due to the amount of water in the produced gas, and the amount of water in the produced gas is the amount of water contained in pulverized coal.
- the drainage flow rate is due to the dry state of the pulverized coal. Therefore, by changing the target temperature of the dry fluid discharged from the pulverized coal machine, it is possible to adjust the dry state of the pulverized coal and adjust the drainage flow rate.
- a second aspect of the present invention is a pulverized coal machine including the above pulverized coal drying system.
- a coal feeding facility equipped with the above pulverized coal machine, a gas turbine rotatably driven by burning at least a part of the produced gas produced in the gasification furnace facility, and the gas turbine Gasification composite including a steam turbine that is driven to rotate by steam generated in an exhaust heat recovery boiler using the exhaust gas that has been discharged, and a generator that is connected to the gas turbine and / or the rotational drive of the steam turbine. It is a power generation facility.
- 4th aspect of this invention is a pulverized coal drying method of the pulverized coal machine which dries the supplied carbon-containing solid fuel using a dry fluid, Comprising: Drying several types of said carbon-containing solid fuel with different water content.
- a flow rate control step of controlling the flow rate of the dry fluid Within the upper and lower limit range of the flow rate of the dry fluid set to do so that the temperature of the dry fluid discharged from the pulverized coal machine approaches a target temperature, a flow rate control step of controlling the flow rate of the dry fluid. Is a pulverized coal drying method.
- a fifth aspect of the present invention is a pulverized coal drying program of a pulverized coal machine for drying the supplied carbon-containing solid fuel using a dry fluid, which is for drying a plurality of types of carbon-containing solid fuel having different water contents.
- a flow rate control process for controlling the flow rate of the dry fluid.
- the carbon-containing solid fuel (coal etc.) can be stably dried regardless of the type of carbon-containing solid fuel used (coal type such as coal).
- FIG. 1 It is a figure showing the schematic structure of the solid fuel grinding system concerning a 1st embodiment of the present invention. It is a functional block diagram showing a function with which a control part concerning a 1st embodiment of the present invention is provided. It is a figure which shows an example of the upper and lower limit range in the control part which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is the figure which showed the flowchart of the pulverized coal drying process by the control part which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is the figure which showed the flowchart of the target temperature change process by the control part which concerns on 1st Embodiment of this invention. It is a figure which shows an example of the air volume curve in a reference example.
- FIG. 1 It is a figure which shows an example of the air volume curve in a reference example. It is a schematic structure of the integrated coal gasification combined cycle power generation equipment concerning a 2nd embodiment of the present invention. It is a schematic block diagram which showed the gasification furnace equipment of FIG. It is a figure which shows schematic structure of the power generation plant which concerns on 2nd Embodiment of this invention. It is the figure which showed the flowchart of the target temperature change process by the control part which concerns on 2nd Embodiment of this invention. It is the figure which showed the flowchart of the target temperature change process by the control part which concerns on 2nd Embodiment of this invention.
- the solid fuel crushing apparatus 100 of the present embodiment uses, as an example, a carbon-containing solid fuel such as coal as a fuel, crushes the carbon-containing solid fuel (coal), and generates pulverized fuel such as pulverized coal. It is a device that supplies the burner unit (combustion device) 220.
- the carbon-containing solid fuel is not limited to coal and may be, for example, biomass fuel.
- the boiler 200 may be a gasification furnace facility 140 described later. In this embodiment, coal is used as the carbon-containing solid fuel, and a case will be described in which coal is crushed to generate pulverized coal.
- the carbon-containing solid fuel is a fuel containing carbon, and represents coal (fuel before being crushed) and pulverized coal (fuel after being crushed) in a unified manner.
- a boiler system (solid fuel crushing system) 1 including the solid fuel crushing apparatus 100 and the boiler 200 shown in FIG. 1 includes, for example, one solid fuel crushing apparatus 100. However, the system may include a plurality of solid fuel crushing devices 100 corresponding to the plurality of burner units 220 of one boiler 200.
- the solid fuel crushing apparatus 100 of this embodiment includes a mill (pulverized coal machine) 10, a coal feeder (fuel supply machine) 20, a blower unit 30, a state detection unit 40, and a control unit (control device) 50. Is equipped with.
- the upper side and the upper side refer to the vertical upper side direction
- the “upper” such as the upper side and the upper surface refer to the vertically upper side portion.
- “below” indicates a vertically lower portion.
- the mill 10 includes a housing 11, a rotary table 12, rollers 13, a driving unit 14, a classifying unit 16, a fuel supply unit 17, and a motor 18 that rotationally drives the classifying unit 16.
- the housing 11 is a casing that is formed in a cylindrical shape extending in the vertical direction and that houses the rotary table 12, the rollers 13, the classifying unit 16, and the fuel supply unit 17.
- the fuel supply unit 17 is attached to the central portion of the ceiling portion 42 of the housing 11.
- the fuel supply unit 17 supplies the coal (solid fuel containing carbon) introduced from the bunker 21 into the housing 11, is arranged at the center position of the housing 11 along the vertical direction, and the lower end portion is the housing 11 It is extended to the inside.
- the drive unit 14 is installed near the bottom surface 41 of the housing 11, and the rotary table 12 that is rotated by the drive force transmitted from the drive unit 14 is rotatably arranged.
- the rotary table 12 is a circular member in a plan view, and is arranged so that the lower ends of the fuel supply units 17 face each other.
- the upper surface of the rotary table 12 may have, for example, a slanted shape such that the center portion is low and the height is high toward the outside, and the outer peripheral portion may be bent upward.
- the fuel supply unit 17 supplies coal from the upper side to the lower rotary table 12, and the rotary table 12 crushes the supplied coal between the roller 13 and the roller 13, and is also called a crushing table.
- the coal When the coal is fed from the fuel supply unit 17 toward the center of the rotary table 12, the coal is guided to the outer peripheral side of the rotary table 12 by the centrifugal force generated by the rotation of the rotary table 12, and is sandwiched between the roller 13. Be crushed.
- the crushed coal becomes pulverized coal, which is rolled up by the carrier gas guided from the carrier gas flow path 100a and guided to the classifying unit 16. That is, air outlets (not shown) are provided at a plurality of positions on the outer peripheral side of the rotary table 12 so that the carrier gas flowing from the carrier gas flow passage 100a flows into the space above the rotary table 12 in the housing 11. ing.
- a vane (not shown) is installed above the outlet to give a swirling force to the carrier gas blown from the outlet.
- the carrier gas to which the swirling force is applied by the vane becomes an air flow having a swirling velocity component, and guides the coal (pulverized coal) crushed on the rotary table 12 to the upper classification unit 16 in the housing 11. ..
- the pulverized products of coal mixed with the carrier gas those having a particle size larger than a predetermined particle size are classified by the classifying unit 16 or dropped and returned to the rotary table 12 without reaching the classifying unit 16. It is crushed again.
- the carrier gas transports pulverized coal (pulverized fuel) from the outlet 19 together with the carrier gas to the supply channel 100b, and also drys the pulverized coal inside the mill 10. That is, the carrier gas also serves as a drying fluid. As will be described later, the flow rate (air volume) of the carrier gas is controlled by the blower unit 30 so as to dry the pulverized pulverized coal.
- the roller (crushing roller) 13 is a rotating body that crushes the coal supplied from the fuel supply unit 17 to the rotary table 12.
- the roller 13 is pressed against the upper surface of the rotary table 12 and cooperates with the rotary table 12 to crush coal.
- FIG. 1 only one roller 13 is shown as a representative, but a plurality of rollers 13 are arranged facing each other at regular intervals in the circumferential direction so as to press the upper surface of the rotary table 12. It
- the three rollers 13 are evenly arranged in the circumferential direction with an angular interval of 120 ° on the outer peripheral portion. In this case, the portions where the three rollers 13 are in contact with the upper surface of the rotary table 12 (the portions that are pressed) have the same distance from the center of the rotary table 12.
- the roller 13 is swingable up and down by a journal head 45, and is supported by the upper surface of the rotary table 12 so that the roller 13 can approach and separate freely.
- the roller 13 receives the rotational force from the rotary table 12 and rotates together.
- coal is supplied from the fuel supply unit 17, the coal is pressed between the roller 13 and the rotary table 12 to be pulverized into pulverized coal.
- the support arm 47 of the journal head 45 is supported by a support shaft 48 having an intermediate portion along the horizontal direction so as to be swingable in the roller vertical direction on the side surface of the housing 11 about the support shaft 48.
- a pressing device 49 is provided on the upper end portion of the support arm 47 on the vertically upper side. The pressing device 49 is fixed to the housing 11 and applies a load to the roller 13 via the support arm 47 or the like so as to press the roller 13 against the rotary table 12.
- the drive unit 14 is a device that transmits a driving force to the rotary table 12 and rotates the rotary table 12 around the central axis.
- the drive unit 14 generates a driving force that rotates the turntable 12.
- the classifying unit 16 is provided in the upper portion of the housing 11 and has a hollow, substantially inverted conical shape. A plurality of classifying blades extending in the vertical direction on the circumferential side are provided at predetermined intervals (equal intervals) around the central axis. ing.
- the classifying unit 16 uses the coal crushed by the roller 13 as a coarse fuel, which is larger than a predetermined particle size (for example, 70 to 100 ⁇ m in the case of coal) (particularly, crushed coal (pulverized coal) having a particle size exceeding the predetermined particle size).
- the classifying unit 16 has, for example, an inverted frustoconical outer shape, is attached above the housing 11 along the cylindrical axis of the substantially cylindrical housing 11, and includes a plurality of classifying blades on the outer peripheral side.
- the rotary classifier that classifies by rotation in the classifying unit 16 is also called a rotary separator, is given a driving force by a motor 18, and is centered on a cylindrical shaft (not shown) extending in the vertical direction of the housing 11. It rotates around the supply unit 17.
- the pulverized coal that has reached the classification unit 16 is blown off by the classification blade due to the relative balance between the centrifugal force generated by the rotation of the classification blade and the centripetal force due to the flow of the carrier gas. Then, the pulverized fuel is returned to the rotary table 12 and pulverized again, and the pulverized coal is guided to the outlet 19 in the ceiling portion 42 of the housing 11.
- the pulverized coal classified by the classifying unit 16 is discharged from the outlet 19 to the supply channel 100b and is transported together with the transport gas.
- the pulverized coal flowing out to the supply flow path 100b is supplied to the burner unit 220 of the boiler 200.
- the fuel supply unit 17 has a lower end extending vertically along the vertical direction so as to penetrate the upper end of the housing 11 and is attached to the inside of the housing 11.
- the fuel supply unit 17 supplies coal input from the upper part to a substantially central region of the rotary table 12. To do.
- the fuel supply unit 17 is supplied with coal from the coal feeder 20.
- the coal feeder 20 includes a bunker 21, a transfer unit 22, and a motor 23.
- the transport unit 22 transports the coal discharged from the lower end portion of the down spout unit 24 located immediately below the bunker 21 by the driving force provided by the motor 23, and is guided to the fuel supply unit 17 of the mill 10.
- a carrier gas for carrying pulverized coal which is crushed coal, is supplied to the inside of the mill 10 to increase the pressure.
- Fuel is held in a stacked state inside a down spout portion 24, which is a vertically extending pipe just below the bunker 21, and a fuel layer stacked inside the down spout portion 24 causes The sealing property is secured so that the carrier gas and pulverized coal do not flow back.
- the amount of coal supplied to the mill 10 may be adjusted by the belt speed of the belt conveyor of the transport unit 22.
- the blower unit 30 is a device that dries the coal (pulverized coal) crushed by the rollers 13 and blows a carrier gas for supplying to the classification unit 16 into the housing 11.
- the blower unit 30 adjusts the temperature of the carrier gas blown to the housing 11 to an appropriate temperature by using a hot gas blower 30a, a cold gas blower 30b, a hot gas damper (high temperature dry gas flow rate adjustment damper) 30c, and a cold blower. And a gas damper (low temperature dry gas flow rate adjusting damper) 30d.
- the high temperature air blown by the hot gas blower 30a and the low temperature air blown by the cold gas blower 30b are mixed and conveyed as a conveying gas.
- the hot gas blower 30a is a blower that blows heated high-temperature air supplied from a heat exchanger (heater) such as an air preheater.
- a hot gas damper (first blower) 30c is provided on the downstream side of the hot gas blower 30a.
- the opening of the hot gas damper 30c is controlled by the controller 50.
- the flow rate of the hot air blown by the hot gas blower 30a is determined by the opening degree of the hot gas damper 30c.
- the cold gas blower 30b is, for example, a blower that blows low temperature air that is the outside air at room temperature.
- a cold gas damper (second blower) 30d is provided on the downstream side of the cold gas blower 30b.
- the opening degree of the cold gas damper 30d is controlled by the control unit 50.
- the flow rate of the low temperature air blown by the cold gas blower 30b is determined by the opening degree of the cold gas damper 30d.
- the flow rate of the carrier gas is the total flow rate of the high temperature air blown by the hot gas blower 30a and the low temperature air blown by the cold gas blower 30b.
- the carrier gas is in a high temperature state because it also serves as a drying fluid.
- the flow rate of the carrier gas is mainly the flow rate of the hot air blown by the hot gas blower 30a. That is, the flow rate of the transport gas is mainly controlled by the hot gas damper 30c.
- the temperature of the carrier gas is determined by the mixing ratio of the carrier gas blown by the hot gas blower 30a and the carrier gas blown by the cold gas blower 30b, and is controlled by the controller 50.
- the carrier gas is in a high temperature state because it also serves as a drying fluid. Therefore, the temperature of the carrier gas is adjusted mainly by the temperature of the high temperature air blown by the hot gas blower 30a and the flow rate of the low temperature air blown by the cold gas blower 30b.
- the temperature of the carrier gas is mainly controlled by the cold gas damper 30d.
- a part of the combustion gas discharged from the boiler 200 that has passed through an environmental device such as an electric dust collector via a gas recirculation blower is introduced into the transfer gas blown by the hot gas blower 30a, and the mixed gas is transferred.
- the oxygen concentration of the carrier gas flowing in from the working gas channel 100a may be adjusted.
- the method of controlling the flow rate and temperature of the carrier gas described above is an example. That is, the method of controlling the flow rate and temperature of the carrier gas is not limited to the above based on the operating conditions of the equipment to be applied (for example, the temperature of high temperature air in the equipment to be applied).
- the air heated by the heat exchanger is used as the high-temperature air and the outside air is used as the low-temperature air, but it is not limited to the above as long as it is a high-temperature fluid and a low-temperature fluid.
- a high temperature gas supplied from the exhaust heat recovery boiler 400 (for example, bleeding from the downstream side of the denitration device) is used as the high temperature air, and the high temperature gas is discharged as the low temperature air.
- low-temperature gas supplied from the heat recovery boiler 400 for example, extraction air from between the medium-pressure economizer and the high-pressure economizer.
- the carrier gas (dry fluid) is not limited to being generated by mixing a fluid in a high temperature state and a fluid in a low temperature state as long as the flow rate and the temperature can be controlled.
- the state detection unit 40 of the housing 11 transmits the measured or detected data to the control unit 50.
- the state detection unit 40 of the present embodiment is, for example, a differential pressure measuring unit, and a portion where the carrier gas flows from the carrier gas flow channel 100a into the mill 10 and the carrier gas from the inside of the mill 10 to the supply channel 100b.
- the differential pressure between the pulverized coal and the outlet 19 is measured as the differential pressure in the mill 10.
- the pulverized coal can be supplied to the burner section 220 provided in the boiler 200.
- the state detecting unit 40 of the present embodiment is, for example, a temperature measuring unit, and is provided by a blower unit 30 that blows a carrier gas for supplying the coal crushed by the rollers 13 to the classifying unit 16 into the housing 11.
- the temperature of the temperature-controlled carrier gas in the housing 11 is detected to control the blower unit 30. Since the transport gas is cooled by transporting the pulverized material in the housing 11 while drying it, the temperature of the upper space of the housing 11 is, for example, about 60 to 90 ° C.
- the boiler 200 includes a furnace 210 and a burner section 220, and combusts using pulverized coal supplied from the solid fuel pulverizer 100 to generate steam.
- the combustion gas discharged from the boiler 200 is subjected to a predetermined treatment in an environmental device (not shown in a denitration device, an electric dust collector, etc.), and heat exchange with outside air is performed in a heat exchanger (not shown) such as an air preheater. It is carried out, is guided to a chimney (not shown) through an induction fan (not shown), and is discharged to the atmosphere.
- the outside air heated by heat exchange with the combustion gas in the heat exchanger is sent to the hot gas blower 30a described above.
- Water supplied to each heat exchanger of the boiler 200 is heated in an economizer (not shown) and then further heated by an evaporator (not shown) and a superheater (not shown) to generate high-temperature and high-pressure steam. It is sent to a turbine (not shown) to rotate a generator (not shown) to generate electricity.
- the control unit 50 is a device that controls each unit of the solid fuel crushing apparatus 100.
- the control unit 50 can control the rotation of the turntable 12 with respect to the operation of the mill 10 by transmitting a drive instruction to the drive unit 14, for example.
- the control unit 50 adjusts the classification performance by transmitting a drive instruction to the motor 18 of the classifying unit 16 to control the number of revolutions, thereby optimizing the differential pressure in the mill 10 to supply pulverized coal. Can be stabilized.
- the control unit 50 can adjust the amount of coal to be supplied to the fuel supply unit 17 by the transfer unit 22 by transferring the drive instruction to the motor 23 of the coal feeder 20, for example.
- the control unit 50 can control the flow rate and temperature of the carrier gas by transmitting the opening degree instruction to the blower unit 30 to control the opening degree of the hot gas damper 30c and the cold gas damper 30d.
- the control unit 50 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and a computer-readable storage medium.
- a series of processes for realizing various functions are stored in a storage medium or the like in the form of a program as an example, and the CPU reads the program into a RAM or the like to execute information processing / arithmetic processing.
- the program may be installed in a ROM or other storage medium in advance, provided in a state where the program is stored in a computer-readable storage medium, or delivered via wired or wireless communication means. May be applied.
- the computer-readable storage medium is a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like.
- FIG. 2 is a functional block diagram showing the functions of the control unit 50.
- the control unit (pulverized coal drying system) 50 includes a flow rate control unit 51 and a temperature setting unit 52.
- the flow rate control unit 51 and the temperature setting unit 52 particularly execute a process for drying pulverized coal (process of the pulverized coal drying system).
- the flow rate control unit 51 discharges from the mill 10 within the upper and lower limits of the flow rate of the carrier gas (drying fluid) set for drying a plurality of types of coal (carbon-containing solid fuel) having different water contents.
- the flow rate of the carrier gas is controlled so that the temperature of the carrier gas approaches the target temperature.
- Plural types of coal are those classified into a plurality according to the water content, and are coals that are scheduled to be used in the mill 10. For example, types of coal are classified by the degree of coalification of coal having a correlation with the water content of coal (for example, bituminous coal and subbituminous coal).
- the flow rate control unit 51 acquires the current temperature To of the carrier gas discharged from the mill 10 from the thermometer (state detection unit 40) provided on the outlet side of the mill 10. Then, the flow rate of the carrier gas is controlled so that the acquired temperature To approaches the target temperature.
- the temperature of the carrier gas discharged from the mill 10 is affected by the dry state of the pulverized coal. Since the amount of heat possessed by the carrier gas is used as part of the heat of vaporization of the water in the pulverized coal, for example, when the coal has a high water content and the pulverized coal also has a high water content, the carrier gas If the flow rate is low, the temperature of the carrier gas discharged from the mill 10 decreases.
- the carrier gas discharged from the mill 10 is sufficient if the flow rate of the carrier gas is sufficient.
- the temperature will rise. That is, there is a correlation between the dry state of the pulverized coal and the temperature of the carrier gas discharged from the mill 10.
- the target temperature is the temperature of the carrier gas discharged from the mill 10 that is assumed when the pulverized coal after drying is in a desired dry state, and the temperature of the carrier gas discharged from the mill 10 is the target temperature.
- the target temperature is set to about 60 to 90 ° C., for example.
- the desired dry state means that the water content in the pulverized coal at the outlet of the mill after drying is 20% or less, or there is no surface moisture, to prevent the pulverized coal from recombining with each other and preventing grain growth, and to facilitate the transportation by the transportation gas. Is ready to go.
- the flow rate control unit 51 controls the flow rate of the carrier gas (dry fluid) within the upper and lower limit range of the carrier gas flow rate set for drying a plurality of types of coal having different water contents.
- FIG. 3 shows an example of the upper and lower limits.
- the upper and lower limit range is the upper limit of the flow rate of the carrier gas for drying the coal containing the most water in the state where the carrier gas discharged from the mill 10 reaches the target temperature with respect to the coal supply amount.
- the flow rate of the carrier gas for drying coal that does not contain water is set as the lower limit value.
- a predetermined temperature state may be used instead of the target temperature state.
- the predetermined temperature state is the maximum temperature of the carrier gas that can be supplied.
- the opening (opening) of the hot gas damper 30c is fully open and the opening (open) of the cold gas damper 30d is the temperature (maximum temperature) of the carrier gas in the fully closed state.
- a value obtained by subtracting a predetermined allowance from the maximum temperature of the transportable gas may be set as the predetermined temperature state.
- the upper limit is the flow rate of the carrier gas for drying the coal containing the most water among the plurality of coal species used when the temperature of the carrier gas that can be supplied is the highest temperature
- the lower limit The value is the flow rate of the carrier gas for drying the coal containing the least water among the coal types used when the temperature of the carrier gas that can be supplied is the highest.
- the carrier gas also plays a role of carrying the pulverized coal to the supply flow path, and therefore the lower limit value of the upper and lower limit ranges is set to be equal to or higher than the minimum flow rate at which the pulverized coal can be carried.
- the temperature setting unit 52 lowers the target temperature at a predetermined temperature when the flow rate of the carrier gas reaches the upper limit of the upper / lower limit range due to an increase in the coal supply amount, etc., and the flow rate of the carrier gas reaches the upper / lower limit range.
- the target temperature is raised by a predetermined temperature.
- the flow rate of the carrier gas used to carry the pulverized coal is adjusted by adjusting the openings of the hot gas damper 30c and the cold gas damper 30d as described above. Therefore, when the flow rate of the carrier gas reaches the upper limit or the lower limit of the upper and lower limits, the opening of each damper is close to the mechanical movable range limit (low opening range or high opening range). It may be in a state. For example, when the flow rate of the transport gas reaches the upper limit of the upper and lower limit range, the opening degree of the hot gas damper 30c is in the high opening range (for example, 90% or more) and the opening degree of the cold gas damper 30d is low. It is in the opening range (for example, less than 10%).
- the opening degree of the hot gas damper 30c is in the low opening range and the opening degree of the cold gas damper 30d is in the high opening range.
- the damper is out of the predetermined range in which the control of the opening is effective, improving the responsiveness of flow rate control. Need to let.
- the temperature setting unit 52 improves the controllability of each damper by changing the target temperature at a predetermined temperature when the flow rate of the carrier gas reaches the upper limit or the lower limit of the upper and lower limit range. Specifically, when the flow rate of the carrier gas reaches the upper limit of the upper and lower limits, the opening degree of the hot gas damper 30c is in the high opening range and the opening degree of the cold gas damper 30d is in the low opening range. Therefore, the target temperature is lowered by a predetermined temperature. By reducing the target temperature by a predetermined temperature, it is possible to allow the opening degree of each damper to have a margin with respect to the mechanical range of motion.
- the opening of the hot gas damper 30c is in the low opening range and the opening of the cold gas damper 30d is in the high opening range. Raise the temperature at a given temperature.
- the predetermined temperature is set on condition that the performance change to the system for supplying the pulverized coal is within an allowable range even if the target temperature of the carrier gas discharged from the mill 10 is changed a plurality of times.
- the predetermined temperature may be set to, for example, 0.5 ° C to 2 ° C, and more preferably 0.5 ° C to 1 ° C.
- the temperature setting unit 52 determines whether or not the flow rate of the carrier gas reaches the upper limit or the lower limit of the upper and lower limit ranges, and determines that the opening degree of each damper is close to the mechanical range of motion. It may be determined whether or not the target temperature is changed, and when both determinations are affirmative, the target temperature may be changed.
- the temperature To of the carrier gas (dry fluid) discharged from the mill 10 is acquired (S101).
- the temperature To of the carrier gas is equal to or higher than the target temperature (YES determination in S102)
- the temperature To of the carrier gas discharged from the mill 10 is sufficiently high, and the pulverized coal is appropriately dried. Since it can be estimated, the process is terminated without adjusting the flow rate of the carrier gas (the current setting is maintained).
- the temperature To of the carrier gas When the temperature To of the carrier gas is not equal to or higher than the target temperature (NO determination in S102), the temperature To of the carrier gas approaches the target temperature within a preset upper and lower limit range of the flow rate of the carrier gas. The flow rate of the transport gas is increased (S103).
- the flow shown in FIG. 5 is repeatedly executed at a predetermined control cycle when the mill 10 is operating. Then, the set (updated) target temperature is used in the pulverized coal drying process by the control unit 50 described above.
- the pulverized coal drying system of the pulverized coal machine and the pulverized coal drying method, the pulverized coal drying program, and the pulverized coal machine according to the present embodiment it is possible to transport a plurality of types of coal so that they can be dried. Since the upper and lower limits of the gas flow rate are set and the temperature of the carrier gas discharged from the mill 10 approaches the target temperature, the carrier gas flow rate is controlled within the upper and lower limit ranges, so it is compatible with multiple types of coal. It becomes possible to do. Conventionally, as shown in FIGS. 6 and 7, it is necessary to retain data such as an air flow curve for each coal type.
- FIG. 6 is an air volume curve corresponding to coal type A
- the upper and lower limits of the flow rate of the carrier gas are set so that plural types of coal can be dried according to the coal supply amount, and the carrier gas discharged from the mill 10 is conveyed so that the temperature approaches the target temperature. Since the flow rate of the working gas is controlled within the upper and lower limits, it is possible to suppress the occurrence of human error during coal type switching and reduce the load of data selection.
- the upper and lower limits of the flow rate of the carrier gas can be set appropriately for the multiple types of coal used, it is possible to appropriately set the flow rate of the carrier gas for multiple types of coal.
- the target temperature of the carrier gas When the flow rate of the carrier gas reaches the upper limit, the target temperature of the carrier gas is lowered by a predetermined temperature, and when the flow rate of the carrier gas reaches the lower limit, the target temperature of the carrier gas is kept at the predetermined temperature. Since the temperature is increased, it is possible to suppress the decrease in the responsiveness of the flow rate of the carrier gas.
- the mechanism that adjusts the flow rate of the transport gas may be in a state close to the limit of the movable range (for example, the valve opening is fully open). In such a case, it is necessary to improve the responsiveness of the flow rate control.
- the rotary classifier has been described as the classifying unit 16, but not limited to the rotary classifier, a fixed classifier (cyclone separator) or a combined rotary / fixed type may be adopted. Is also possible.
- FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the integrated coal gasification combined cycle facility 1000.
- An integrated coal gasification combined cycle (IGCC) 1000 to which the gasification furnace facility 140 is applied uses air as an oxidant mainly, and in the gasification furnace facility 140, it is combustible from fuel. An air combustion system that produces gas (produced gas) is used.
- the integrated coal gasification combined cycle power generation facility 1000 refines the generated gas generated in the gasification furnace facility 140 into the fuel gas in the gas purification facility 160, and then supplies the gas to the gas turbine 170 for power generation. That is, the integrated coal gasification combined cycle power generation facility 1000 of Embodiment 1 is an air combustion type (air blowing) power generation facility.
- the fuel supplied to the gasification furnace facility 140 for example, carbon-containing solid fuel such as coal is used.
- the coal gasification combined cycle power generation facility (gasification combined power generation facility) 1000 is a solid fuel pulverizer (coal supply facility) 100, a gasification furnace facility 140, a char recovery facility 150, and a gas refining facility.
- a facility 160, a gas turbine 170, a steam turbine 180, a generator 190, and an exhaust heat recovery boiler (HRSG: Heat Recovery Steam Generator) 400 are provided.
- the solid fuel crushing apparatus 100 is supplied with coal, which is a carbon-containing solid fuel, as raw coal, and pulverizes the coal in a mill 10 or the like to produce pulverized coal pulverized into fine particles.
- the pulverized coal produced by the solid fuel pulverizer 100 is pressurized at the outlet of the coal feed line 110a by nitrogen gas as a transport inert gas supplied from an air separation facility 420 described later, and is directed toward the gasification furnace facility 140. Supplied.
- the inert gas is an inert gas having an oxygen content of about 5% by volume or less, and is typically a nitrogen gas, carbon dioxide gas, or argon gas, but is not necessarily limited to about 5% by volume or less. ..
- the gasification furnace facility 140 is supplied with the pulverized coal produced by the solid fuel pulverizer 100, and the char (unreacted content of coal and ash content) recovered by the char recovery facility 150 is supplied for the purpose of reuse. ing.
- a compressed air supply line 410 from a gas turbine 170 (compressor 610) is connected to the gasification furnace facility 140, and a part of the compressed air compressed by the gas turbine 170 is boosted to a predetermined pressure by a booster 680.
- the gasification furnace facility 140 can then be supplied.
- the air separation equipment 420 separates and produces nitrogen and oxygen from air in the atmosphere, and the air separation equipment 420 and the gasification furnace equipment 140 are connected by the first nitrogen supply line 430. Then, to the first nitrogen supply line 430, a coal supply line 110a from the solid fuel pulverizing apparatus 100 is connected.
- a second nitrogen supply line 450 branched from the first nitrogen supply line 430 is also connected to the gasification furnace facility 140, and a char return line 460 from the char recovery facility 150 is connected to the second nitrogen supply line 450.
- the air separation facility 420 is connected to the compressed air supply line 410 by the oxygen supply line 470.
- the nitrogen separated by the air separation facility 420 is used as a coal or char carrying gas by flowing through the first nitrogen supply line 430 and the second nitrogen supply line 450.
- the oxygen separated by the air separation facility 420 is used as an oxidant in the gasification furnace facility 140 by flowing through the oxygen supply line 470 and the compressed air supply line 410.
- the gasification furnace facility 140 includes, for example, a two-stage spouted bed type gasification furnace 1010 (see FIG. 9).
- the gasification furnace facility 140 partially combusts the coal (pulverized coal) and the char supplied therein with an oxidant (air, oxygen) to gasify the gas and generate the produced gas.
- the gasification furnace facility 140 is provided with a foreign matter removing facility 480 for removing foreign matter (slag) mixed in the pulverized coal.
- a gas generation line 490 for supplying the generated gas to the char recovery facility 150 is connected to the gasification furnace facility 140, and the generated gas containing char can be discharged. In this case, as shown in FIG. 9, by providing a syngas cooler 1020 (gas cooler) in the gas generation line 490, the generated gas may be cooled to a predetermined temperature and then supplied to the char recovery facility 150.
- the char recovery facility 150 includes a dust collection facility 510 and a supply hopper 520.
- the dust collection equipment 510 is configured by one or more cyclones or porous filters and can separate the char contained in the produced gas produced in the gasification furnace equipment 140. Then, the generated gas from which the char has been separated is sent to the gas refining facility 160 through the gas discharge line 530.
- the supply hopper 520 stores the char separated from the generated gas in the dust collecting equipment 510.
- a bin may be arranged between the dust collecting equipment 510 and the supply hopper 520, and a plurality of supply hoppers 520 may be connected to this bin.
- the char return line 460 from the supply hopper 520 is connected to the second nitrogen supply line 450.
- the gas purification facility 160 purifies the gas by removing impurities such as sulfur compounds and nitrogen compounds from the generated gas from which the char has been separated by the char recovery facility 150. Then, the gas purification facility 160 purifies the generated gas to produce a fuel gas, and supplies the fuel gas to the gas turbine 170. Since the generated gas from which the char has been separated still contains a sulfur content (H2S, etc.), in this gas purification facility 160, the sulfur content is removed and recovered by an amine absorbing solution or the like, and is effectively utilized.
- H2S sulfur content
- the gas turbine 170 includes a compressor 610, a combustor 620, and a turbine 630, and the compressor 610 and the turbine 630 are connected by a rotary shaft 640.
- a compressed air supply line 650 from the compressor 610 is connected to the combustor 620
- a fuel gas supply line 660 from the gas purification facility 160 is connected to the combustor 620
- a combustion gas supply line 670 extending toward the turbine 630 is connected.
- the gas turbine 170 is provided with a compressed air supply line 410 extending from the compressor 610 to the gasification furnace facility 140, and a booster 680 is provided in the middle thereof.
- combustor 620 a part of the compressed air supplied from the compressor 610 and at least a part of the fuel gas supplied from the gas purification facility 160 are mixed and burned to generate a combustion gas, which is generated.
- the generated combustion gas is supplied to the turbine 630.
- the turbine 630 rotationally drives the rotating shaft 640 by the supplied combustion gas to rotationally drive the generator 190.
- the steam turbine 180 includes a turbine 690 connected to a rotary shaft 640 of the gas turbine 170, and the generator 190 is connected to a base end portion of the rotary shaft 640.
- the exhaust heat recovery boiler 400 is connected to the exhaust gas line 700 from the gas turbine 170 (turbine 630), and by exchanging heat between the water supplied to the exhaust heat recovery boiler 400 and the exhaust gas of the turbine 630, steam is recovered. Is generated.
- the exhaust heat recovery boiler 400 is provided with a steam supply line 710 and a steam recovery line 720 between it and the turbine 690 of the steam turbine 180, and a steam recovery line 720 is provided with a condenser 730.
- the steam generated in the exhaust heat recovery boiler 400 may include steam generated by heat exchange with the generated gas in the syngas cooler 1020 of the gasification furnace 1010. Therefore, in the steam turbine 180, the turbine 690 is rotationally driven by the steam supplied from the exhaust heat recovery boiler 400, and the rotating shaft 640 is rotated to rotationally drive the generator 190.
- a gas purification facility 740 is provided from the exit of the exhaust heat recovery boiler 400 to the chimney 750.
- the coal when raw coal (coal) is supplied to the solid fuel crushing device 100, the coal is pulverized into fine particles by the solid fuel pulverizing device 100, and thus pulverized coal.
- the pulverized coal produced by the solid fuel pulverizing apparatus 100 is supplied to the gasification furnace facility 140 through the first nitrogen supply line 430 by the nitrogen supplied from the air separation facility 420.
- the char recovered by the char recovery facility 150 which will be described later, is supplied to the gasification furnace facility 140 through the second nitrogen supply line 450 by the nitrogen supplied from the air separation facility 420.
- the compressed air extracted from the gas turbine 170 which will be described later, is pressurized by the booster 680 and then supplied to the gasification furnace facility 140 through the compressed air supply line 410 together with oxygen supplied from the air separation facility 420.
- the supplied pulverized coal and char are combusted by compressed air (oxygen), and the pulverized coal and char are gasified to generate a produced gas. Then, the generated gas is discharged from the gasification furnace facility 140 through the gas generation line 490 and sent to the char recovery facility 150.
- the generated gas is first supplied to the dust collecting facility 510, so that the fine char contained in the generated gas is separated. Then, the generated gas from which the char has been separated is sent to the gas refining facility 160 through the gas discharge line 530. On the other hand, the fine char separated from the produced gas is accumulated in the supply hopper 520 and returned to the gasification furnace facility 140 through the char return line 460 for recycling.
- the produced gas from which the char has been separated by the char recovery facility 150 is purified by the gas refining facility 160 by removing impurities such as sulfur compounds and nitrogen compounds to produce a fuel gas.
- Compressor 610 produces compressed air and supplies it to combustor 620.
- the combustor 620 mixes the compressed air supplied from the compressor 610 with the fuel gas supplied from the gas purification facility 160, and combusts it to generate combustion gas.
- the turbine 630 By rotating the turbine 630 with this combustion gas, the compressor 610 and the generator 190 are rotated via the rotating shaft 640. In this way, the gas turbine 170 can generate electricity.
- the exhaust heat recovery boiler 400 generates steam by exchanging heat between the exhaust gas discharged from the turbine 630 of the gas turbine 170 and the water supply to the exhaust heat recovery boiler 400, and the generated steam is used in the steam turbine 180.
- the turbine 690 is rotationally driven by the steam supplied from the exhaust heat recovery boiler 400, so that the generator 190 can be rotationally driven via the rotating shaft 640 to generate electric power.
- the gas turbine 170 and the steam turbine 180 do not need to rotate one generator 190 with the same axis, and may rotate multiple generators with another axis.
- FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing the gasification furnace facility of FIG. 8.
- the gasification furnace facility 140 includes a gasification furnace 1010 and a syngas cooler 1020.
- the gasification furnace 1010 is formed so as to extend in the vertical direction. Pulverized coal and oxygen are supplied to the lower side in the vertical direction, and the product gas gasified by partial combustion goes from the lower side to the upper side in the vertical direction. Are in circulation.
- the gasification furnace 1010 has a pressure vessel 1100 and a gasification furnace wall (furnace wall) 1110 provided inside the pressure vessel 1100.
- the gasification furnace 1010 has an annulus portion 1150 formed in the space between the pressure vessel 1100 and the gasification furnace wall 1110.
- a combustor section 1160, a diffuser section 1170, and a reducer section 1180 are formed in order from the lower side in the vertical direction (that is, the upstream side in the flow direction of generated gas). is doing.
- the pressure vessel 1100 is formed in a tubular shape having a hollow space inside, and a gas discharge port 1210 is formed at the upper end portion, while a slag hopper 1220 is formed at the lower end portion (bottom portion).
- the gasification furnace wall 1110 is formed in a tubular shape having a hollow space inside, and its wall surface is provided so as to face the inner surface of the pressure vessel 1100.
- the pressure vessel 1100 has a cylindrical shape, and the diffuser portion 1170 of the gasification furnace wall 1110 is also formed in a cylindrical shape.
- the gasification furnace wall 1110 is connected to the inner surface of the pressure vessel 1100 by a support member (not shown).
- the gasification furnace wall 1110 separates the inside of the pressure vessel 1100 into an internal space 1540 and an external space 1560. As will be described later, the gasification furnace wall 1110 has a cross-sectional shape that changes at the diffuser portion 1170 between the combustor portion 1160 and the reducer portion 1180.
- the upper end of the gasification furnace wall 1110 on the vertically upper side is connected to the gas discharge port 1210 of the pressure vessel 1100, and the lower end on the vertically lower side is provided with a gap from the bottom of the pressure vessel 1100. ing.
- the stored water is stored in the slag hopper 1220 formed at the bottom of the pressure vessel 1100, and the lower end of the gasification furnace wall 1110 is submerged in the stored water to seal the inside and outside of the gasification furnace wall 1110. It has stopped. Burners 1260 and 1270 are inserted in the gasification furnace wall 1110, and a syngas cooler 1020 is arranged in the internal space 1540. The structure of the gasification furnace wall 1110 will be described later.
- the annulus portion 1150 is a space formed inside the pressure vessel 1100 and outside the gasification furnace wall 1110, that is, an external space 1560, and nitrogen, which is an inert gas separated by the air separation facility 420, is not shown in the drawing. Supplied through the supply line. Therefore, the annulus portion 1150 becomes a space filled with nitrogen.
- a not-illustrated in-furnace pressure equalizing pipe for equalizing the pressure in the gasification furnace 1010 is provided near the vertical upper portion of the annulus portion 1150.
- the in-furnace pressure equalizing pipe is provided so as to communicate with the inside and outside of the gasification furnace wall 1110, and the pressure between the inside (combustor section 1160, the diffuser section 1170 and the reducer section 1180) and the outside (annulus section 1150) of the gasification furnace wall 1110.
- the pressure is approximately equalized so that the difference is within a predetermined pressure.
- the combustor unit 1160 is a space for partially combusting pulverized coal and char and air, and the gasification furnace wall 1110 in the combustor unit 1160 is provided with a combustion device including a plurality of burners 1260.
- the high temperature combustion gas obtained by burning pulverized coal and a part of char in the combustor unit 1160 passes through the diffuser unit 1170 and flows into the reducer unit 1180.
- the reductor unit 1180 is maintained at a high temperature necessary for the gasification reaction and supplies pulverized coal to the combustion gas from the combustor unit 1160 to partially burn the pulverized coal into volatile components (carbon monoxide, hydrogen, lower hydrocarbons, etc.). ) And is gasified to generate product gas, and a combustion device including a plurality of burners 1270 is arranged on the gasification furnace wall 1110 in the reducer unit 1180.
- the syngas cooler 1020 is provided inside the gasification furnace wall 1110 and above the burner 1270 of the reducer unit 1180 in the vertical direction.
- the syngas cooler 1020 is a heat exchanger, and includes an evaporator (evaporator) 1310, a superheater (superheater) 1320, and a section in order from the lower side in the vertical direction of the gasification furnace wall 1110 (upstream side in the flowing direction of generated gas).
- a charcoal device (economizer) 1340 is arranged.
- These syngas coolers 1020 cool the generated gas by exchanging heat with the generated gas generated in the reducer unit 1180.
- the evaporator (evaporator) 1310, the superheater (super heater) 1320, and the economizer 1340 are not limited to the numbers shown in the drawings.
- molten slag is generated in the high-temperature gas due to combustion of pulverized coal and char, and the molten slag adheres to the gasification furnace wall 1110 and drops to the furnace bottom, and finally the stored water in the slag hopper 1220. Is discharged to. Then, the high temperature combustion gas generated in the combustor unit 1160 passes through the diffuser unit 1170 and rises to the reducer unit 1180.
- the pulverized coal is maintained at a high temperature required for the gasification reaction, the pulverized coal is mixed with the high-temperature combustion gas, and the pulverized coal is partially combusted in the high-temperature reducing atmosphere to perform the gasification reaction. Is generated.
- the gasified product gas flows from the lower side to the upper side in the vertical direction.
- FIG. 10 a schematic configuration of the solid fuel crushing apparatus 100 is shown in FIG.
- the peripheral devices of the solid fuel crushing device 100 are shown by simplifying the configuration of FIG. 8.
- the solid fuel crushing apparatus 100, the gasification furnace equipment 140, the gas purification equipment 160, the gas turbine 170, and the exhaust heat recovery boiler 400 are shown.
- the pulverized coal classified by the classifying unit 16 is discharged from the outlet 19 to the supply passage 100b together with the carrier gas.
- the discharged pulverized coal is supplied to the pulverized coal dust collector 60.
- a gas component such as a carrier gas and the pulverized coal (particle component) are separated.
- the gas components such as the carrier gas are pressure-fed by the blower 61, supplied to the exhaust heat recovery boiler 400, and exhausted from the chimney 750.
- the pulverized coal (particle component) is supplied to the bottle 62 and the hopper 63.
- the pulverized coal recovered in the hopper 63 is supplied to the gasification furnace facility 140 through the first nitrogen supply line 430 by the nitrogen supplied from the air separation facility 420.
- the gasifier furnace equipment 140 is supplied with the pulverized coal produced by the solid fuel pulverizer 100, and the char (unreacted content and ash content of coal) recovered by the char recovery equipment 150 is returned for reuse. Is being supplied.
- the gasification furnace facility 140 includes, for example, a two-stage spouted bed type gasification furnace.
- the gasification furnace facility 140 partially combusts the coal (pulverized coal) and the char supplied therein with an oxidant (air, oxygen) to gasify the gas and generate the produced gas.
- the gasification furnace facility is provided with a foreign matter removing facility 480 for removing foreign matter (slag) mixed in the pulverized coal. Then, the generated gas containing char is discharged from the gasification furnace facility, and the char is separated by the char recovery facility 150. The produced gas from which the char has been separated is sent to the gas purification facility 160.
- the gas purification facility 160 purifies the gas by removing impurities such as sulfur compounds (S content) from the generated gas from which the char has been separated by the char recovery facility 150. Then, the gas purification facility 160 purifies the generated gas to produce a fuel gas, and supplies the fuel gas to the gas turbine 170.
- impurities such as sulfur compounds (S content)
- the gas purification facility 160 includes a converter (not shown) and an absorber (not shown).
- the converter converts carbonyl sulfide (hereinafter, referred to as “COS”) in the generated gas into hydrogen sulfide (hereinafter, referred to as “H 2 S”) in order to remove the sulfur content (S content) contained in the generated gas. Convert to.
- COS carbonyl sulfide
- H 2 S hydrogen sulfide
- a ⁇ -alumina catalyst is used to convert COS (carbonyl sulfide) + H 2 O (water) ⁇ H 2 S (hydrogen sulfide) + CO 2 (carbon dioxide). That is, COS contained in the product gas supplied to the converter is converted into H 2 S.
- the product gas that has been converted by the converter is supplied to the absorber.
- the sulfur content contained in the product gas is removed by recovering H 2 S from the product gas.
- the water contained in the generated gas is also recovered as a raw material that is converted into H 2 S, and is drained through the wastewater treatment device.
- a measuring instrument for measuring the total sulfur content (total sulfur: TOS) of COS and H 2 S contained in the produced gas is provided on the outlet side of the gas purification facility 160.
- TOS total sulfur content
- the total sulfur content (TOS) with a measuring instrument, how much the COS of the product gas discharged from the gas refining equipment 160 is reduced with respect to the COS of the product gas supplied to the gas refining equipment 160. Can be estimated, the conversion rate from COS to H 2 S can also be estimated.
- the COS of the produced gas supplied to the gas purification facility 160 can be confirmed by, for example, a produced gas analyzer (not shown) installed at the inlet of the gas purification facility.
- the hot gas damper 30c (first blower unit) is supplied with high-temperature gas on the upstream side (for example, the downstream side of the denitration device) in the exhaust heat recovery boiler 400.
- the flow rate of the supplied high temperature gas is controlled by the opening degree of the hot gas damper 30c (first air blower).
- the exhaust heat recovery boiler 400 is composed of, for example, a high-pressure economizer, an intermediate-pressure economizer, a low-pressure economizer, a denitration device, and the like.
- the location where the high temperature gas and the low temperature gas are extracted is not limited to the above.
- the low temperature gas on the downstream side (for example, between the medium pressure economizer and the high pressure economizer) of the exhaust heat recovery boiler 400 is supplied to the cold gas damper 30d (second air blower).
- the flow rate of the supplied low temperature gas is controlled by the opening degree of the cold gas damper 30d (second blower).
- the sources of the high-temperature fluid supplied to the hot gas damper 30c and the low-temperature fluid supplied to the cold gas damper 30d are not limited to the above, and can be appropriately designed.
- the flow rate of the carrier gas is determined mainly by the flow rate of the high temperature gas controlled by the hot gas damper 30c.
- the carrier gas is determined by the mixing ratio of the high temperature gas and the low temperature gas, and is adjusted by the flow rate of the low temperature gas controlled by the cold gas damper 30d.
- the control unit 50 in the present embodiment changes the target temperature of the temperature of the carrier gas discharged from the mill 10 in consideration of the processing in the gas purification facility 160.
- the temperature setting unit 52 brings the conversion rate for converting carbonyl sulfide into hydrogen sulfide into a predetermined reference conversion rate in the produced gas produced by partial combustion and gasification of pulverized coal in the gasification furnace facility 140. So that the target temperature is changed.
- a converter is provided in front of the absorber so that the sulfur content in the produced gas can be recovered by the absorber as H 2 S.
- carbonyl sulfide (COS) in the produced gas is converted to hydrogen sulfide (H 2 S) (COS + H 2 O ⁇ H 2 S + CO 2 ).
- the conversion rate from COS to H 2 S is due to the amount of water (H 2 O) in the produced gas. Then, the amount of water in the generated gas depends on the dry state (content of water) of the pulverized coal. Since the H 2 S conversion rate varies depending on the properties of the produced gas, the conversion rate is evaluated by determining that the sulfur content in the purified gas at the outlet of the desulfurization facility (not shown) is less than the limit value.
- the limitation of the sulfur content in the purified gas at the desulfurization facility outlet differs depending on the laws and regulations of the plant construction site.
- the temperature setting unit 52 adjusts the dry state of the pulverized coal by changing the target temperature, and controls the conversion rate from COS to H 2 S.
- the temperature setting unit 52 acquires the sulfur content TOS contained in the produced gas discharged from the gas purification facility 160 from the measuring device, and estimates the conversion rate from COS to H 2 S based on TOS. Then, the target temperature is changed so that the conversion rate approaches (matches) the reference conversion rate.
- the standard conversion rate is determined by the allowable amount of sulfur contained in the produced gas discharged from the gas purification facility 160, and is set by, for example, an operator of the integrated coal gasification combined cycle facility 1000.
- the target temperature of the carrier gas discharged from the mill 10 is updated in consideration of the amount of water (H 2 O) in the generated gas required based on the conversion rate from COS to H 2 S. Therefore, the sulfur content in the produced gas can be more reliably removed in the gas purification facility 160.
- the temperature setting unit 52 in the generated gas generated by the partial combustion and gasification of pulverized coal, the necessary water content (H 2 O) in the generated gas based on the flow rate of the waste water recovered from the generated gas.
- the target temperature of the carrier gas discharged from the mill 10 is changed in consideration of the amount.
- the water contained in the produced gas is also recovered as a raw material for conversion into H 2 S, and is drained through the wastewater treatment facility or the like.
- the flow rate of wastewater is large, there is a possibility that the allowable amount of wastewater treatment equipment will be exceeded and the environmental load will increase.
- the flow rate of wastewater depends on the water content in the generated gas, and the water content in the generated gas depends on the dry state (water content) of the pulverized coal. Therefore, the temperature setting unit 52 adjusts the dry state of the pulverized coal by changing the target temperature of the carrier gas discharged from the mill 10 to control the drainage flow rate.
- the temperature setting unit 52 acquires the drainage flow rate from the measuring instrument and changes the target temperature so that the drainage flow rate approaches (matches) the reference drainage flow rate.
- the standard wastewater flow rate is determined by the allowable amount of the wastewater treatment facility and the like, and is set by, for example, the operator of the integrated coal gasification combined cycle facility 1000.
- the drainage rate is not limited to the drainage rate.
- the flow shown in FIG. 11 is repeatedly executed at a predetermined control cycle when the integrated coal gasification combined cycle facility 1000 is operating. Then, the set (updated) target temperature of the carrier gas discharged from the mill 10 is used in the pulverized coal drying process by the control unit 50 described above.
- the target temperature is lowered at a predetermined temperature (S304), and the process returns to S301. .
- the flow shown in FIG. 12 is repeatedly executed in a predetermined control cycle when the integrated coal gasification combined cycle facility 1000 is operating. Then, the set (updated) target temperature of the carrier gas discharged from the mill 10 is used in the pulverized coal drying process by the control unit 50 described above.
- the flow rate of wastewater discharged from the gas refining equipment 160 is acquired (S401).
- the target temperature is increased by a predetermined temperature (S403), and the process returns to S401.
- the pulverized coal is discharged from the mill 10.
- the target temperature of the carrier gas it is possible to adjust the dry state of the pulverized coal and bring the H 2 S conversion rate close to the reference conversion rate. Therefore, the sulfur content contained in the produced gas can be effectively removed, and the environmental load can be suppressed.
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Abstract
使用する炭素含有固体燃料の炭種によらずに、炭素含有固体燃料を安定的に乾燥することのできる微粉炭機の微粉炭乾燥システム及びその微粉炭乾燥方法並びに微粉炭乾燥プログラム、微粉炭機、ガス化複合発電設備を提供することを目的とする。供給された炭素含有固体燃料を乾燥流体を用いて乾燥するミル(10)の制御部(50)であって、水分含有量の異なる複数種の炭素含有固体燃料を乾燥するために設定された乾燥流体の流量の上下限範囲内において、ミル(10)から排出された乾燥流体の温度が目標温度へ近づくように、乾燥流体の流量を制御する流量制御部を備える。
Description
本発明は、微粉炭機の微粉炭乾燥システム及びその微粉炭乾燥方法並びに微粉炭乾燥プログラム、微粉炭機、ガス化複合発電設備に関するものである。
従来、石炭等の炭素含有固体燃料は、粉砕機(ミル)で所定粒径より小さい微粉状に粉砕して、燃焼装置へ供給される。ミルは、回転テーブルへ投入された石炭等の炭素含有固体燃料を、回転テーブルとローラの間で噛み砕くことで粉砕し、回転テーブルの外周から供給される流体(搬送ガス)によって、粉砕されて微粉状となった燃料を分級機で粒径サイズの小さいものを選別し、ボイラ等に設置された燃焼装置へ搬送して燃焼させることで高温の燃焼ガスを生成している。例えば、火力発電プラントでは、ボイラで燃焼して生成された燃焼ガスとの熱交換により蒸気を発生させ、該蒸気によりタービンを回転駆動することで発電が行なわれる。
石炭ガス化発電プラントでは、石炭ガス化炉において粉砕機によって粉砕された炭素含有固体燃料(粉砕した微粉炭)を部分燃焼させてガス化し、生成された生成ガス(可燃性ガス)によって発電が行われる(例えば、特許文献1)。
炭素含有固体燃料(石炭等)は、粉砕機において、粉砕されつつ、粉砕機に供給される流体(搬送ガス)によって所定の水分含有量以下となるように乾燥される。しかしながら、使用する炭素含有固体燃料(石炭等)が複数種ある場合、炭素含有固体燃料の性状(水分含有量や発熱量)がそれぞれ異なる。一般的には、炭種毎に、給炭量と該給炭量の微粉炭を乾燥するために必要な乾燥流体の流量との関係(風量カーブ)を用い、炭種の切り替え時において適切な風量カーブを都度選択し、プラントの運転を行っている場合がある。このため、炭種の切り替え時において、風量カーブの選択に複雑な判断が必要とされる場合には、誤りが発生する可能性がある。炭種の切り替え時において、風量カーブを選択することに、手間がかかっていた。特に炭種の切り替わりのタイミングの見極めが難しい場合がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、使用する炭素含有固体燃料の種類(石炭等の炭種)によらずに、炭素含有固体燃料(石炭等)を安定的に乾燥することのできる微粉炭機の微粉炭乾燥システム及びその微粉炭乾燥方法並びに微粉炭乾燥プログラム、微粉炭機、ガス化複合発電設備を提供することを目的とする。
本発明の第1態様は、供給された炭素含有固体燃料を乾燥流体を用いて乾燥する微粉炭機の微粉炭乾燥システムであって、水分含有量の異なる複数種の前記炭素含有固体燃料を乾燥するために設定された前記乾燥流体の流量の上下限範囲内において、前記微粉炭機から排出された前記乾燥流体の温度が目標温度へ近づくように、前記乾燥流体の流量を制御する流量制御部を備える微粉炭乾燥システムである。
上記のような構成によれば、複数種類の炭素含有固体燃料を乾燥可能なように乾燥流体の流量の上下限範囲を設定し、微粉炭機から排出された乾燥流体の温度が目標温度へ近づくように乾燥流体の流量を上下限範囲内で制御するため、複数種類の炭素含有固体燃料に対応することが可能となる。具体的には、従来のように、炭種毎に風量カーブ等のデータを保有し、使用する炭種のデータを運転員などによる判断で適切な風量カーブを再度選択する必要がないため、炭種の切り替え時におけるヒューマンエラーの発生を抑制し、データ選択の手間を省き負担を軽減することが可能となる。このため、使用する炭素含有固体燃料の炭種によらずに、炭素含有固体燃料を安定的に乾燥することが可能となる。炭素含有固体燃料の種類とは、炭素含有固体燃料の水分含有量により分類したものである。例えば、炭素含有固体燃料が石炭の場合、石炭化度と水分含有量は相関関係を有しているため、石炭の種類は、石炭化度によって分類される。
上記微粉炭乾燥システムにおいて、前記上下限範囲は、所定の炭素含有固体燃料供給量に対して、前記微粉炭機から排出された前記乾燥流体が前記目標温度になる状態において、最も水分を含む前記炭素含有固体燃料を乾燥するための前記乾燥流体の流量を上限値とし、最も水分を含まない前記炭素含有固体燃料を乾燥するための前記乾燥流体の流量を下限値として設定されることとしてもよい。
上記のような構成によれば、炭素含有固体燃料供給量に対して、微粉炭機から排出された乾燥流体が目標温度になる状態において、使用する複数種類の炭素含有固体燃料に対応して適切に乾燥流体の流量の上下限範囲を設定することができる。このため、複数種類の炭素含有固体燃料に対する乾燥流体の流量を適切に設定することが可能となる。
上記微粉炭乾燥システムにおいて、前記乾燥流体の流量が前記上下限範囲の上限に達した場合に、前記目標温度を所定温度で下げ、または、前記乾燥流体の流量が前記上下限範囲の下限に達した場合に、前記目標温度を所定温度で上げる温度設定部を備えることとしてもよい。
上記のような構成によれば、乾燥流体の流量が上限値に達したときに、供給した炭素含有固体燃料流量での水分が高いと判断して微粉炭機から排出された乾燥流体の目標温度を所定温度で下げ、乾燥流体の流量が下限値に達したときに、供給した炭素含有固体燃料での水分が低いと判断して微粉炭機から排出された乾燥流体の目標温度を所定温度で上げるため、乾燥流体の流量の応答性の低下を抑制することができる。例えば、乾燥流体の流量が上限値に達したときには、乾燥流体の流量を調整する機構が可動域の限界に近い状態(例えば弁の開度が全開)となっている場合がある。このような場合には、流量制御の応答性が低下する可能性がある。そこで、微粉炭機から排出された乾燥流体の目標温度を所定温度で下げることで、必要な乾燥流体の流量を低減することができるため、乾燥流体の流量を調整する機構に余裕を持たせることができる。このため、乾燥流体の流量の応答性の低下を抑制して、乾燥流体の流量の応答性を向上することができる。所定温度とは、微粉炭機から排出された乾燥流体の目標温度を、複数回にわたり変化させることでも微粉炭を供給するシステムへの性能変化を許容できる範囲での温度変化量である。所定温度とは、例えば0.5℃から2℃で設定されても良く、さらに好ましくは0.5℃から1℃である。
上記微粉炭乾燥システムにおいて、記炭素含有固体燃料が部分燃焼してガス化されることにより生成された生成ガスにおいて、硫化カルボニルを硫化水素に変換する変換率を所定の基準変換率へ近づけるように、前記目標温度を変更する温度設定部を備えることとしてもよい。
硫化カルボニル(COS)を硫化水素(H2S)へ変換することで、生成ガス中から硫黄分(S分)を回収しやすくなる。しかしながら、硫化カルボニルから硫化水素への変換(H2S変換率)は、生成ガス中の水分量に起因し、生成ガス中の水分量は微粉炭に含まれる水分量に依存する。すなわち、H2S変換率は、微粉炭の乾燥状態に起因する。そこで、炭素含有固体燃料が部分燃焼してガス化されることにより生成された生成ガスにおいて、温度設定部で微粉炭機から排出された乾燥流体の目標温度を変更することによって、微粉炭の乾燥状態を調整し、H2S変換率を所定の基準変換率へ近づけることが可能となる。H2S変換率は生成ガス性状により異なるため、変換率の評価は、図示されていない脱硫設備出口の精製ガス中の硫黄分が制限値未満であることを評価する。ここで、脱硫設備出口の精製ガス中の硫黄分の制限は、プラント建設地の法令などにより異なる。
上記微粉炭乾燥システムにおいて、前記炭素含有固体燃料が部分燃焼してガス化されることにより生成された生成ガスにおいて、前記生成ガスから回収された排水流量に基づいて、前記目標温度を変更する温度設定部を備えることとしてもよい。
炭素含有固体燃料が部分燃焼してガス化されることにより生成された生成ガスにおいて、排水流量は、生成ガス中の水分量に起因し、生成ガス中の水分量は微粉炭に含まれる水分量に依存する。すなわち、排水流量は、微粉炭の乾燥状態に起因する。そこで、微粉炭機から排出された乾燥流体の目標温度を変更することによって、微粉炭の乾燥状態を調整し、排水流量を調整することが可能となる。
本発明の第2態様は、上記の微粉炭乾燥システムを備える微粉炭機である。
本発明の第3態様は、上記の微粉炭機を備えた給炭設備と、ガス化炉設備で生成した生成ガスの少なくとも一部を燃焼させることで回転駆動するガスタービンと、前記ガスタービンから排出された排ガスを用いて排熱回収ボイラで生成した蒸気により回転駆動する蒸気タービンと、前記ガスタービン及び/または前記蒸気タービンの回転駆動に連結された発電機と、を備えているガス化複合発電設備である。
本発明の第4態様は、供給された炭素含有固体燃料を乾燥流体を用いて乾燥する微粉炭機の微粉炭乾燥方法であって、水分含有量の異なる複数種の前記炭素含有固体燃料を乾燥するために設定された前記乾燥流体の流量の上下限範囲内において、前記微粉炭機から排出された前記乾燥流体の温度が目標温度へ近づくように、前記乾燥流体の流量を制御する流量制御工程を有する微粉炭乾燥方法である。
本発明の第5態様は、供給された炭素含有固体燃料を乾燥流体を用いて乾燥する微粉炭機の微粉炭乾燥プログラムであって、水分含有量の異なる複数種の前記炭素含有固体燃料を乾燥するために設定された前記乾燥流体の流量の上下限範囲内において、前記微粉炭機から排出された前記乾燥流体の温度が目標温度へ近づくように、前記乾燥流体の流量を制御する流量制御処理をコンピュータに実行させるための微粉炭乾燥プログラムである。
本発明によれば、使用する炭素含有固体燃料の種類(石炭等の炭種)によらずに、炭素含有固体燃料(石炭等)を安定的に乾燥することができるという効果を奏する。
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の固体燃料粉砕装置100は、一例として石炭等の炭素含有固体燃料を燃料とし、炭素含有固体燃料(石炭)を粉砕し、微粉炭などの微粉燃料を生成して、例えばボイラ200のバーナ部(燃焼装置)220へ供給する装置である。炭素含有固体燃料は、石炭に限定されず、例えばバイオマス燃料としてもよい。ボイラ200は後述するガス化炉設備140としてもよい。本実施形態では、炭素含有固体燃料として石炭を用いることとし、石炭を粉砕して微粉炭を生成する場合について説明する。炭素含有固体燃料とは、炭素を含む燃料であり、石炭(粉砕される前の燃料)及び微粉炭(粉砕された後の燃料)を統一的に表す。図1に示す固体燃料粉砕装置100とボイラ200とを含むボイラシステム(固体燃料粉砕システム)1は、例えば1台の固体燃料粉砕装置100を備えるものである。しかしながら、1台のボイラ200の複数のバーナ部220のそれぞれに対応する複数台の固体燃料粉砕装置100を備えるシステムとしてもよい。
以下、本発明の第1実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の固体燃料粉砕装置100は、一例として石炭等の炭素含有固体燃料を燃料とし、炭素含有固体燃料(石炭)を粉砕し、微粉炭などの微粉燃料を生成して、例えばボイラ200のバーナ部(燃焼装置)220へ供給する装置である。炭素含有固体燃料は、石炭に限定されず、例えばバイオマス燃料としてもよい。ボイラ200は後述するガス化炉設備140としてもよい。本実施形態では、炭素含有固体燃料として石炭を用いることとし、石炭を粉砕して微粉炭を生成する場合について説明する。炭素含有固体燃料とは、炭素を含む燃料であり、石炭(粉砕される前の燃料)及び微粉炭(粉砕された後の燃料)を統一的に表す。図1に示す固体燃料粉砕装置100とボイラ200とを含むボイラシステム(固体燃料粉砕システム)1は、例えば1台の固体燃料粉砕装置100を備えるものである。しかしながら、1台のボイラ200の複数のバーナ部220のそれぞれに対応する複数台の固体燃料粉砕装置100を備えるシステムとしてもよい。
本実施形態の固体燃料粉砕装置100は、ミル(微粉炭機)10と、給炭機(燃料供給機)20と、送風部30と、状態検出部40と、制御部(制御装置)50とを備えている。
本実施形態では、上側や上方とは鉛直上側の方向を、上部や上面などの“上”とは鉛直上側の部分を示している。同様に“下”とは鉛直下側の部分を示している。
本実施形態では、上側や上方とは鉛直上側の方向を、上部や上面などの“上”とは鉛直上側の部分を示している。同様に“下”とは鉛直下側の部分を示している。
ミル10は、ハウジング11と、回転テーブル12と、ローラ13と、駆動部14と、分級部16と、燃料供給部17と、分級部16を回転駆動させるモータ18とを備えている。
ハウジング11は、鉛直方向に延びる筒状に形成されるとともに、回転テーブル12とローラ13と分級部16と、燃料供給部17とを収容する筐体である。
ハウジング11の天井部42の中央部には、燃料供給部17が取り付けられている。この燃料供給部17は、バンカ21から導かれた石炭(炭素含有固体燃料)をハウジング11内に供給するものであり、ハウジング11の中心位置に上下方向に沿って配置され、下端部がハウジング11内部まで延設されている。
ハウジング11は、鉛直方向に延びる筒状に形成されるとともに、回転テーブル12とローラ13と分級部16と、燃料供給部17とを収容する筐体である。
ハウジング11の天井部42の中央部には、燃料供給部17が取り付けられている。この燃料供給部17は、バンカ21から導かれた石炭(炭素含有固体燃料)をハウジング11内に供給するものであり、ハウジング11の中心位置に上下方向に沿って配置され、下端部がハウジング11内部まで延設されている。
ハウジング11の底面部41付近には駆動部14が設置され、この駆動部14から伝達される駆動力により回転する回転テーブル12が回転自在に配置されている。
回転テーブル12は、平面視円形の部材であり、燃料供給部17の下端部が対向するように配置されている。回転テーブル12の上面は、例えば、中心部が低く、外側に向けて高くなるような傾斜形状をなし、外周部が上方に曲折した形状をなしていてもよい。燃料供給部17は、石炭を上方から下方の回転テーブル12に向けて供給し、回転テーブル12は供給された石炭をローラ13との間で粉砕するもので、粉砕テーブルとも呼ばれる。
回転テーブル12は、平面視円形の部材であり、燃料供給部17の下端部が対向するように配置されている。回転テーブル12の上面は、例えば、中心部が低く、外側に向けて高くなるような傾斜形状をなし、外周部が上方に曲折した形状をなしていてもよい。燃料供給部17は、石炭を上方から下方の回転テーブル12に向けて供給し、回転テーブル12は供給された石炭をローラ13との間で粉砕するもので、粉砕テーブルとも呼ばれる。
石炭が燃料供給部17から回転テーブル12の中央へ向けて投入されると、回転テーブル12の回転による遠心力によって石炭は回転テーブル12の外周側へと導かれ、ローラ13との間に挟み込まれて粉砕される。粉砕された石炭は微粉炭となり、搬送用ガス流路100aから導かれた搬送用ガスによって上方へと巻き上げられ、分級部16へと導かれる。すなわち、回転テーブル12の外周側の複数箇所には、搬送用ガス流路100aから流入する搬送用ガスをハウジング11内の回転テーブル12の上方の空間に流出させる吹出口(図示省略)が設けられている。吹出口の上方にはベーン(図示省略)が設置されており、吹出口から吹き出した搬送用ガスに旋回力を与える。ベーンにより旋回力が与えられた搬送用ガスは、旋回する速度成分を有する気流となって、回転テーブル12上で粉砕された石炭(微粉炭)をハウジング11内の上方の分級部16へと導く。搬送用ガスに混合した石炭の粉砕物のうち、所定粒径より大きいものは分級部16により分級されて、または、分級部16まで到達することなく、落下して回転テーブル12に戻されて、再び粉砕される。
搬送用ガスは、出口19から微粉炭(微粉燃料)を搬送用ガスとともに供給流路100bへ搬送するとともに、ミル10内部で微粉炭を乾燥させる。すなわち、搬送用ガスは、乾燥流体としての役割も担う。後述するように、搬送用ガスは、粉砕された微粉炭を乾燥するように、送風部30によって流量(風量)が制御される。
ローラ(粉砕ローラ)13は、燃料供給部17から回転テーブル12に供給された石炭を粉砕する回転体である。ローラ13は、回転テーブル12の上面に押圧されて回転テーブル12と協働して石炭を粉砕する。
図1では、ローラ13が代表して1つのみ示されているが、回転テーブル12の上面を押圧するように、周方向に一定の間隔を空けて、複数のローラ13が対向して配置される。例えば、外周部上に120°の角度間隔を空けて、3つのローラ13が周方向に均等間隔配置される。この場合、3つのローラ13が回転テーブル12の上面と接する部分(押圧する部分)は、回転テーブル12の中心からの距離が等距離となる。
図1では、ローラ13が代表して1つのみ示されているが、回転テーブル12の上面を押圧するように、周方向に一定の間隔を空けて、複数のローラ13が対向して配置される。例えば、外周部上に120°の角度間隔を空けて、3つのローラ13が周方向に均等間隔配置される。この場合、3つのローラ13が回転テーブル12の上面と接する部分(押圧する部分)は、回転テーブル12の中心からの距離が等距離となる。
ローラ13は、ジャーナルヘッド45によって、上下に揺動可能となっており、回転テーブル12の上面に対して接近離間自在に支持されている。ローラ13は、外周面が回転テーブル12の上面に接触した状態で、回転テーブル12が回転すると、回転テーブル12から回転力を受けて連れ回りするようになっている。燃料供給部17から石炭が供給されると、ローラ13と回転テーブル12との間で石炭が押圧されて粉砕されて、微粉炭となる。
ジャーナルヘッド45の支持アーム47は、中間部が水平方向に沿った支持軸48によって、ハウジング11の側面部に支持軸48を中心としてローラ上下方向に揺動可能に支持されている。支持アーム47の鉛直上側にある上端部には、押圧装置49が設けられている。押圧装置49は、ハウジング11に固定され、ローラ13を回転テーブル12に押し付けるように、支持アーム47等を介してローラ13に荷重を付与する。
駆動部14は、回転テーブル12に駆動力を伝達し、回転テーブル12を中心軸回りに回転させる装置である。駆動部14は、回転テーブル12を回転させる駆動力を発生する。
分級部16は、ハウジング11の上部に設けられ中空状の略逆円錐形状であり、周側に上下方向に延在する複数の分級羽根が中心軸線周りに所定の間隔(均等間隔)で設けられている。分級部16は、ローラ13により粉砕された石炭を所定粒径(例えば、石炭では70~100μm)より大きいもの(特に、所定粒径を超える粉砕された石炭(微粉炭)を「粗粉燃料」という。)と所定粒径以下のもの(特に、所定粒径以下の粉砕された石炭(微粉炭)を「微粉燃料」という。)に分級する装置である。分級部16は、例えば外形が逆円錐台形状とされ、略円筒形状のハウジング11の円筒軸に沿ってハウジング11内の上方に取り付けられ、外周側に複数の分級羽根を備えている。分級部16のうち、回転により分級する回転式分級機は、ロータリセパレータとも呼ばれ、モータ18により駆動力を与えられ、ハウジング11の上下方向に延在する円筒軸(図示省略)を中心に燃料供給部17の周りを回転する。
分級部16は、ハウジング11の上部に設けられ中空状の略逆円錐形状であり、周側に上下方向に延在する複数の分級羽根が中心軸線周りに所定の間隔(均等間隔)で設けられている。分級部16は、ローラ13により粉砕された石炭を所定粒径(例えば、石炭では70~100μm)より大きいもの(特に、所定粒径を超える粉砕された石炭(微粉炭)を「粗粉燃料」という。)と所定粒径以下のもの(特に、所定粒径以下の粉砕された石炭(微粉炭)を「微粉燃料」という。)に分級する装置である。分級部16は、例えば外形が逆円錐台形状とされ、略円筒形状のハウジング11の円筒軸に沿ってハウジング11内の上方に取り付けられ、外周側に複数の分級羽根を備えている。分級部16のうち、回転により分級する回転式分級機は、ロータリセパレータとも呼ばれ、モータ18により駆動力を与えられ、ハウジング11の上下方向に延在する円筒軸(図示省略)を中心に燃料供給部17の周りを回転する。
分級部16に到達した微粉炭は、分級羽根の回転により生じる遠心力と、搬送用ガスの気流による向心力との相対的なバランスにより、大きな径の粗粉燃料は、分級羽根によって叩き落とされる。そして、粗粉燃料は、回転テーブル12へと戻されて再び粉砕され、微粉炭はハウジング11の天井部42にある出口19に導かれる。
分級部16によって分級された微粉炭は、出口19から供給流路100bへ排出され、搬送用ガスとともに搬送される。供給流路100bへ流出した微粉炭は、ボイラ200のバーナ部220へ供給される。
分級部16によって分級された微粉炭は、出口19から供給流路100bへ排出され、搬送用ガスとともに搬送される。供給流路100bへ流出した微粉炭は、ボイラ200のバーナ部220へ供給される。
燃料供給部17は、ハウジング11の上端を貫通するように上下方向に沿って下端部がハウジング11内部まで延設されて取り付けられ、上部から投入される石炭を回転テーブル12の略中央領域に供給する。燃料供給部17は、給炭機20から石炭が供給される。
給炭機20は、バンカ21と、搬送部22と、モータ23とを備える。搬送部22は、モータ23から与えられる駆動力によってバンカ21の直下にあるダウンスパウト部24の下端部から排出される石炭を搬送し、ミル10の燃料供給部17に導かれる。
通常、ミル10の内部には、粉砕した石炭である微粉炭を搬送するための搬送用ガスが供給されて、圧力が高くなっている。バンカ21の直下にある上下方向に延在する管であるダウンスパウト部24には内部に燃料が積層状態で保持されていて、ダウンスパウト部24内に積層された燃料層により、ミル10側の搬送用ガスと微粉炭が逆流入しないようなシール性を確保している。
ミル10へ供給する石炭の供給量は、搬送部22のベルトコンベアのベルト速度で調整されてもよい。
通常、ミル10の内部には、粉砕した石炭である微粉炭を搬送するための搬送用ガスが供給されて、圧力が高くなっている。バンカ21の直下にある上下方向に延在する管であるダウンスパウト部24には内部に燃料が積層状態で保持されていて、ダウンスパウト部24内に積層された燃料層により、ミル10側の搬送用ガスと微粉炭が逆流入しないようなシール性を確保している。
ミル10へ供給する石炭の供給量は、搬送部22のベルトコンベアのベルト速度で調整されてもよい。
送風部30は、ローラ13により粉砕された石炭(微粉炭)を乾燥させるとともに分級部16へ供給するための搬送用ガスをハウジング11の内部へ送風する装置である。
送風部30は、ハウジング11へ送風される搬送用ガスを適切な温度に調整するために、熱ガス送風機30aと、冷ガス送風機30bと、熱ガスダンパ(高温乾燥ガス流量調整ダンパ)30cと、冷ガスダンパ(低温乾燥ガス流量調整ダンパ)30dとを備えている。熱ガス送風機30aにより送風される高温空気と、冷ガス送風機30bにより送風される低温空気とが混合され、搬送用ガスとして搬送される。
送風部30は、ハウジング11へ送風される搬送用ガスを適切な温度に調整するために、熱ガス送風機30aと、冷ガス送風機30bと、熱ガスダンパ(高温乾燥ガス流量調整ダンパ)30cと、冷ガスダンパ(低温乾燥ガス流量調整ダンパ)30dとを備えている。熱ガス送風機30aにより送風される高温空気と、冷ガス送風機30bにより送風される低温空気とが混合され、搬送用ガスとして搬送される。
熱ガス送風機30aは、例えば空気予熱器などの熱交換器(加熱器)から供給される熱せられた高温空気を送風する送風機である。熱ガス送風機30aの下流側には熱ガスダンパ(第1送風部)30cが設けられている。熱ガスダンパ30cの開度は制御部50によって制御される。熱ガスダンパ30cの開度によって熱ガス送風機30aが送風する高温空気の流量が決定する。
冷ガス送風機30bは、例えば常温の外気である低温空気を送風する送風機である。冷ガス送風機30bの下流側には冷ガスダンパ(第2送風部)30dが設けられている。冷ガスダンパ30dの開度は制御部50によって制御される。冷ガスダンパ30dの開度によって冷ガス送風機30bが送風する低温空気の流量が決定する。
搬送用ガスの流量は、熱ガス送風機30aが送風する高温空気の流量と冷ガス送風機30bが送風する低温空気の流量の合計の流量となる。搬送用ガスは乾燥流体としての役割も持つため高温状態である。このため、搬送用ガスの流量は、主として熱ガス送風機30aが送風する高温空気の流量となる。すなわち、搬送用ガスの流量は、主に熱ガスダンパ30cによって制御される。搬送用ガスの温度は、熱ガス送風機30aが送風する搬送用ガスと冷ガス送風機30bが送風する搬送用ガスの混合比率で決まり、制御部50によって制御される。搬送用ガスは乾燥流体としての役割も持つため高温状態である。このため、搬送用ガスの温度は、熱ガス送風機30aが送風する高温空気の温度を主として、冷ガス送風機30bが送風する低温空気の流量によって調節される。すなわち、搬送用ガスの温度は、主に冷ガスダンパ30dによって制御される。
熱ガス送風機30aが送風する搬送用ガスに、ガス再循環通風機を介して電気集塵機など環境装置を通過したボイラ200から排出された燃焼ガスの一部を導き、混合気とすることで、搬送用ガス流路100aから流入する搬送用ガスの酸素濃度を調整してもよい。上記の搬送用ガスの流量及び温度の制御方法については一例である。すなわち、搬送用ガスの流量及び温度の制御方法については、適用する設備の運転条件等(例えば、適用する設備における高温空気の温度等)に基づいて上記に限定されず適用できる。
搬送用ガスの流量は、熱ガス送風機30aが送風する高温空気の流量と冷ガス送風機30bが送風する低温空気の流量の合計の流量となる。搬送用ガスは乾燥流体としての役割も持つため高温状態である。このため、搬送用ガスの流量は、主として熱ガス送風機30aが送風する高温空気の流量となる。すなわち、搬送用ガスの流量は、主に熱ガスダンパ30cによって制御される。搬送用ガスの温度は、熱ガス送風機30aが送風する搬送用ガスと冷ガス送風機30bが送風する搬送用ガスの混合比率で決まり、制御部50によって制御される。搬送用ガスは乾燥流体としての役割も持つため高温状態である。このため、搬送用ガスの温度は、熱ガス送風機30aが送風する高温空気の温度を主として、冷ガス送風機30bが送風する低温空気の流量によって調節される。すなわち、搬送用ガスの温度は、主に冷ガスダンパ30dによって制御される。
熱ガス送風機30aが送風する搬送用ガスに、ガス再循環通風機を介して電気集塵機など環境装置を通過したボイラ200から排出された燃焼ガスの一部を導き、混合気とすることで、搬送用ガス流路100aから流入する搬送用ガスの酸素濃度を調整してもよい。上記の搬送用ガスの流量及び温度の制御方法については一例である。すなわち、搬送用ガスの流量及び温度の制御方法については、適用する設備の運転条件等(例えば、適用する設備における高温空気の温度等)に基づいて上記に限定されず適用できる。
本実施形態では、高温空気として熱交換器で熱せられた空気を用い、低温空気として外気を用いることとしているが、高温状態の流体と低温状態の流体であれば上記に限定されない。例えば、後述する石炭ガス化複合発電設備1000の場合では、高温空気として、排熱回収ボイラ400から供給された高温ガス(例えば、脱硝装置の後流側から抽気)を用い、低温空気として、排熱回収ボイラ400から供給された低温ガス(例えば、中圧節炭器と高圧節炭器の間から抽気)を用いることとしてもよい。搬送用ガス(乾燥流体)は、流量及び温度が制御可能であれば、高温状態の流体と低温状態の流体とを混合することにより生成される場合に限定されない。
本実施形態では、ハウジング11の状態検出部40により、計測または検出したデータを制御部50に送信する。本実施形態の状態検出部40は、例えば、差圧計測手段であり、搬送用ガス流路100aからミル10内部へ搬送用ガスが流入する部分及びミル10内部から供給流路100bへ搬送用ガス及び微粉炭が排出する出口19との差圧をミル10内の差圧として計測する。例えば分級部16の分級性能により、ミル10内部を循環する微粉炭の循環量の増減とこれに対するミル10内の差圧の上昇低減が変化する。すなわち、ミル10の内部に供給する石炭に対して、出口19から排出させる微粉炭を調整して管理することができるので、微粉炭の粒度がバーナ部220の燃焼性に影響しない範囲で、多くの微粉炭をボイラ200に設けられたバーナ部220に供給することができる。
本実施形態の状態検出部40は、例えば、温度計測手段であり、ローラ13により粉砕された石炭を分級部16へ供給するための搬送用ガスを、ハウジング11の内部に送風する送風部30により温度調整される搬送用ガスのハウジング11での温度を検出して、送風部30を制御する。搬送用ガスは、ハウジング11内において、粉砕物を乾燥しながら搬送することによって冷却されるので、ハウジング11の上部空間の温度は、例えば約60~90℃程度となる。
本実施形態の状態検出部40は、例えば、温度計測手段であり、ローラ13により粉砕された石炭を分級部16へ供給するための搬送用ガスを、ハウジング11の内部に送風する送風部30により温度調整される搬送用ガスのハウジング11での温度を検出して、送風部30を制御する。搬送用ガスは、ハウジング11内において、粉砕物を乾燥しながら搬送することによって冷却されるので、ハウジング11の上部空間の温度は、例えば約60~90℃程度となる。
ボイラ200は、火炉210とバーナ部220とを備えており、固体燃料粉砕装置100から供給される微粉炭を用いて燃焼を行って蒸気を発生させる。ボイラ200から排出された燃焼ガスは、環境装置(脱硝装置、電気集塵機などで図示省略)で所定の処理を行うとともに、空気予熱器などの熱交換器(図示省略)で外気との熱交換が行われ、誘引通風機(図示省略)を介して煙突(図示省略)へと導かれて大気へと放出される。熱交換器において燃焼ガスとの熱交換により加熱された外気は、前述した熱ガス送風機30aに送られる。ボイラ200の各熱交換器への給水は、エコノマイザ(図示省略)において加熱された後に、蒸発器(図示省略)及び過熱器(図示省略)によって更に加熱されて高温高圧の蒸気が生成され、蒸気タービン(図示省略)へと送られて発電機(図示省略)を回転駆動して発電が行われる。
制御部50は、固体燃料粉砕装置100の各部を制御する装置である。制御部50は、例えば、駆動部14に駆動指示を伝達することによりミル10の運転に対する回転テーブル12の回転を制御することができる。制御部50は、例えば分級部16のモータ18へ駆動指示を伝達して回転数を制御することで、分級性能を調整することにより、ミル10内の差圧を適正化して微粉炭の供給を安定化させることができる。制御部50は、例えば給炭機20のモータ23へ駆動指示を伝達することにより、搬送部22が石炭を搬送して燃料供給部17へ供給する石炭の供給量を調整することができる。制御部50は、開度指示を送風部30に伝達することにより、熱ガスダンパ30c及び冷ガスダンパ30dの開度を制御して搬送用ガスの流量と温度を制御することができる。
制御部50は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。プログラムは、ROMやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線または無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリ等である。
図2は、制御部50が備える機能を示した機能ブロック図である。図2に示されるように、制御部(微粉炭乾燥システム)50は、流量制御部51と、温度設定部52とを備えている。制御部50において、流量制御部51及び温度設定部52は、特に微粉炭を乾燥するための処理(微粉炭乾燥システムの処理)を実行する。
流量制御部51は、水分含有量の異なる複数種類の石炭(炭素含有固体燃料)を乾燥するために設定された搬送用ガス(乾燥流体)の流量の上下限範囲内において、ミル10から排出された搬送用ガスの温度が目標温度へ近づくように、搬送用ガスの流量を制御する。複数種類の石炭とは、水分含有量によって複数に分類されたものを示し、ミル10において使用が予定されている石炭である。例えば、石炭の種類は、石炭の水分含有量と相関関係を有する石炭の石炭化度によって分類される(例えば、瀝青炭や亜瀝青炭等)。
具体的には、流量制御部51は、ミル10の出口側に設けた温度計(状態検出部40)から、ミル10から排出された搬送用ガスの現在の温度Toを取得する。そして、取得した温度Toを目標温度に近づけるように搬送用ガスの流量を制御する。ミル10から排出された搬送用ガスの温度は、微粉炭の乾燥状態によって影響を受ける。搬送用ガスの保有熱量は微粉炭の水分の気化熱の一部に使用されることから、例えば、使用する石炭の水分含有量が多く、粉砕後の微粉炭の水分も多い場合、搬送用ガスの流量が少ないと、ミル10から排出された搬送用ガスの温度は低下する。一方で、使用する石炭の水分含有量が多く、粉砕後の微粉炭に含まれる水分も多い場合であっても、搬送用ガスの流量が十分であれば、ミル10から排出された搬送用ガスの温度は高くなる。すなわち、微粉炭の乾燥状態とミル10から排出された搬送用ガスの温度との間には相関関係がある。
このため、乾燥後の微粉炭が所望の乾燥状態となった場合に想定されるミル10から排出された搬送用ガスの温度を目標温度とし、ミル10から排出された搬送用ガスの温度が目標温度となるように搬送用ガスの流量を制御することで、微粉炭をより確実に乾燥するように管理することができる。目標温度は、例えば、約60~90℃程度に設定される。所望の乾燥状態とは、乾燥後のミル出口の微粉炭中水分が20%以下または表面水分がない状態として微粉炭同士の再結合や粒成長を防止して、搬送用ガスによる搬送を容易とする状態である。
流量制御部51は、搬送用ガス(乾燥流体)の流量を、水分含有量の異なる複数種類の石炭を乾燥するために設定された搬送用ガスの流量の上下限範囲内で制御する。図3に上下限範囲の一例を示す。上下限範囲は、石炭供給量に対して、ミル10から排出された搬送用ガスが目標温度になる状態において、最も水分を含む石炭を乾燥するための搬送用ガスの流量を上限値とし、最も水分が含まれない石炭を乾燥するための搬送用ガスの流量を下限値として設定される。目標温度になる状態ではなく、所定の温度状態としてもよい。所定の温度状態とは、供給可能な搬送用ガスの最高温度である。すなわち、熱ガスダンパ30cの開度が全開であり、冷ガスダンパ30dの開度が全閉の状態における搬送用ガスの温度(最高温度)である。供給可能な搬送用ガスの最高温度に対して所定の余裕度を減算した値を所定の温度状態としてもよい。
すなわち、上限値は、供給可能な搬送用ガスの温度が最高温度である場合に、使用する複数の炭種のうち最も多く水分を含む石炭を乾燥するための搬送用ガスの流量であり、下限値は、供給可能な搬送用ガスの温度が最高温度である場合に、使用する複数の炭種のうち最も水分を含まない石炭を乾燥するための搬送用ガスの流量である。このように、上下限範囲内で搬送用ガスの流量を制御することで、使用する複数の炭種に対応して、いずれの炭種でも確実に乾燥することが可能となる。本実施形態では搬送用ガスは、微粉炭を供給流路へ搬送する役割も担っているため、上下限範囲の下限値については、微粉炭を搬送可能な最低限の流量以上に設定される。
温度設定部52は、石炭供給量が増加するなどして、搬送用ガスの流量が上下限範囲の上限に達した場合に、目標温度を所定温度で下げ、搬送用ガスの流量が上下限範囲の下限に達した場合に、目標温度を所定温度で上げる。
微粉炭の搬送に用いる搬送用ガスの流量は、上述のように、熱ガスダンパ30cと冷ガスダンパ30dとの開度の調節によって行われている。このため、搬送用ガスの流量が上下限範囲の上限または下限値に達した場合には、各ダンパの開度が機械的な可動域の限度(低開度域または高開度域)に近い状態となっている可能性がある。例えば、搬送用ガスの流量が上下限範囲の上限に達した場合には、熱ガスダンパ30cの開度が高開度域(例えば90%以上)となっており、冷ガスダンパ30dの開度が低開度域(例えば10%未満)となっている。搬送用ガスの流量が上下限範囲の下限に達した場合には、熱ガスダンパ30cの開度が低開度域となっており、冷ガスダンパ30dの開度が高開度域となっている。各ダンパの開度が機械的な可動域の限度に近い状態となっている場合には、該ダンパによる開度の制御が有効となる所定の範囲から外れており、流量制御の応答性を向上させる必要がある。
そこで、温度設定部52は、搬送用ガスの流量が上下限範囲の上限または下限に達した場合に、目標温度を所定温度で変更することで、各ダンパの制御性を向上させる。具体的には、搬送用ガスの流量が上下限範囲の上限に達した場合、熱ガスダンパ30cの開度が高開度域となっており、冷ガスダンパ30dの開度が低開度域となっているため、目標温度を所定温度下げる。目標温度を所定温度で下げることで、各ダンパの開度を機械的な可動域の限度に対して余裕を持たせることができる。搬送用ガスの流量が上下限範囲の下限に達した場合、熱ガスダンパ30cの開度が低開度域となっており、冷ガスダンパ30dの開度が高開度域となっているため、目標温度を所定温度で上げる。目標温度を所定温度で上げることで、各ダンパの開度を機械的な可動域の限度に対して余裕を持たせることができる。所定温度とは、ミル10から排出された搬送用ガスの目標温度を複数回にわたり変化させても、微粉炭を供給するシステムへの性能変化が許容できる範囲内であることを条件として設定される温度変化量である。所定温度とは、例えば0.5℃から2℃で設定されても良く、さらに好ましくは0.5℃から1℃である。
搬送用ガスの流量が上下限範囲の下限に達した場合でも、各ダンパの開度が機械的な可動域の限度に近い状態となっていない可能性もある。このため、温度設定部52は、搬送用ガスの流量が上下限範囲の上限または下限に達しているか否かを判定するとともに、各ダンパの開度が機械的な可動域の限度に近い状態となっているか否かを判定し、両判定が肯と判定した場合に、目標温度を変更することとしてもよい。
次に、上述の制御部50による微粉炭乾燥処理について図4を参照して説明する。図4に示すフローは、ミル10が稼働している場合に所定の制御周期で繰り返し実行される。
まず、ミル10から排出された搬送用ガス(乾燥流体)の温度Toを取得する(S101)。
次に、搬送用ガスの温度Toが目標温度以上か否かを判定する(S102)。
搬送用ガスの温度Toが目標温度以上の場合(S102のYES判定)には、ミル10から排出された搬送用ガスの温度Toは十分高い状態であり、微粉炭は適切に乾燥されていると推定できるため、搬送用ガスの流量調整は行わずに、処理を終了する(現状設定を維持)。
搬送用ガスの温度Toが目標温度以上でない場合(S102のNO判定)には、予め設定された搬送用ガスの流量の上下限範囲内において、搬送用ガスの温度Toが目標温度に近づくように、搬送用ガスの流量を増加させる(S103)。
次に、上述の制御部50による目標温度変更処理について図5を参照して説明する。図5に示すフローは、ミル10が稼働している場合に所定の制御周期で繰り返し実行される。そして、設定(更新)された目標温度は、上述の制御部50による微粉炭乾燥処理にて用いられる。
まず、搬送用ガスの流量が上下限範囲の上限値に達したか否かを判定する(S201)。
搬送用ガスの流量が上下限範囲の上限値に達しない場合(S201のNO判定)には、搬送用ガスの流量が上下限範囲の下限値に達したか否かを判定する(S202)。搬送用ガスの流量が上下限範囲の下限値に達していない場合(S202のNO判定)には、搬送用ガスの流量は上下限に対して余裕がある状態と推定し、処理を終了する。
搬送用ガスの流量が上下限範囲の上限値に達した場合(S201のYES判定)には、目標温度を所定温度で下げ(S203)、S201へ戻る。
搬送用ガスの流量が上下限範囲の下限値に達した場合(S202のYES判定)には、目標温度を所定温度で上げ(S204)、S201へ戻る。
以上説明したように、本実施形態に係る微粉炭機の微粉炭乾燥システム及びその微粉炭乾燥方法並びに微粉炭乾燥プログラム、微粉炭機によれば、複数種類の石炭を乾燥可能なように搬送用ガスの流量の上下限範囲を設定し、ミル10から排出された搬送用ガスの温度が目標温度へ近づくように搬送用ガスの流量を上下限範囲内で制御するため、複数種類の石炭に対応することが可能となる。従来では、図6及び図7に示すように、炭種毎に風量カーブ等のデータを保有する必要があった。図6は炭種Aに対応した風量カーブであり、図7は炭種Bに対応した風量カーブである。すなわち、使用する炭種に応じて運転員などの操作で風量カーブを適切に選択等する必要があった。しかしながら、石炭供給量に応じて複数種類の石炭を乾燥可能なように搬送用ガスの流量の上下限範囲を設定し、ミル10から排出された搬送用ガスの温度が目標温度へ近づくように搬送用ガスの流量を上下限範囲内で制御するため、炭種切り替え時におけるヒューマンエラーの発生を抑制し、データ選択の負担を軽減することが可能となる。
使用する複数種類の石炭に対応して適切に搬送用ガスの流量の上下限範囲を設定することができるため、複数種類の石炭に対する搬送用ガスの流量を適切に設定することが可能となる。
搬送用ガスの流量が上限値に達したときに、搬送用ガスの目標温度を所定温度で下げ、搬送用ガスの流量が下限値に達したときに、搬送用ガスの目標温度を所定温度で上げるため、搬送用ガスの流量の応答性の低下を抑制することができる。例えば、搬送用ガスの流量が上限値に達したときには、搬送用ガスの流量を調整する機構が可動域の限界に近い状態(例えば、弁の開度が全開)となっている場合がある。このような場合には、流量制御の応答性を向上させる必要がある。そこで、目標温度を下げることで、必要な搬送用ガスの流量を低減することができるため、搬送用ガスの流量を調整する機構に余裕を持たせることができる。このため、搬送用ガスの流量の応答性を向上させることができる。
本実施形態は分級部16として、回転式分級機について説明してきたが、回転式分級機に限らず、固定式分級機(サイクロンセパレータ)、または回転式/固定式を組み合わせた方式を採用することも可能である。
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態に係る微粉炭機の微粉炭乾燥システム及びその微粉炭乾燥方法並びに微粉炭乾燥プログラム、微粉炭機、ガス化複合発電設備について説明する。
上述した第1実施形態では固体燃料粉砕装置100が石炭火力発電プラント(燃料を燃料することで生成した蒸気によってタービンを回転駆動)に適用される場合について説明したが、本実施形態では、固体燃料粉砕装置100が石炭ガス化複合発電設備(IGCC)1000に適用される場合について説明する。以下、本実施形態に係る微粉炭機の微粉炭乾燥システム及びその微粉炭乾燥方法並びに微粉炭乾燥プログラム、微粉炭機、ガス化複合発電設備について、第1実施形態と異なる点について主に説明する。
次に、本発明の第2実施形態に係る微粉炭機の微粉炭乾燥システム及びその微粉炭乾燥方法並びに微粉炭乾燥プログラム、微粉炭機、ガス化複合発電設備について説明する。
上述した第1実施形態では固体燃料粉砕装置100が石炭火力発電プラント(燃料を燃料することで生成した蒸気によってタービンを回転駆動)に適用される場合について説明したが、本実施形態では、固体燃料粉砕装置100が石炭ガス化複合発電設備(IGCC)1000に適用される場合について説明する。以下、本実施形態に係る微粉炭機の微粉炭乾燥システム及びその微粉炭乾燥方法並びに微粉炭乾燥プログラム、微粉炭機、ガス化複合発電設備について、第1実施形態と異なる点について主に説明する。
まず、石炭ガス化複合発電設備(IGCC)1000の構成について説明する。
図8は、石炭ガス化複合発電設備1000の概略構成図である。
以下においては、上方及び下方の表現を用いて説明した各構成要素の位置関係は、各々鉛直上方側、鉛直下方側を示すものである。
ガス化炉設備140が適用される石炭ガス化複合発電設備(IGCC:Integrated Coal Gasification Combined Cycle)1000は、空気を主とする酸化剤として用いており、ガス化炉設備140において、燃料から可燃性ガス(生成ガス)を生成する空気燃焼方式を採用している。そして、石炭ガス化複合発電設備1000は、ガス化炉設備140で生成した生成ガスを、ガス精製設備160で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン170に供給して発電を行っている。すなわち、実施形態1の石炭ガス化複合発電設備1000は、空気燃焼方式(空気吹き)の発電設備となっている。ガス化炉設備140に供給する燃料としては、例えば、石炭等の炭素含有固体燃料が用いられる。
図8は、石炭ガス化複合発電設備1000の概略構成図である。
以下においては、上方及び下方の表現を用いて説明した各構成要素の位置関係は、各々鉛直上方側、鉛直下方側を示すものである。
ガス化炉設備140が適用される石炭ガス化複合発電設備(IGCC:Integrated Coal Gasification Combined Cycle)1000は、空気を主とする酸化剤として用いており、ガス化炉設備140において、燃料から可燃性ガス(生成ガス)を生成する空気燃焼方式を採用している。そして、石炭ガス化複合発電設備1000は、ガス化炉設備140で生成した生成ガスを、ガス精製設備160で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン170に供給して発電を行っている。すなわち、実施形態1の石炭ガス化複合発電設備1000は、空気燃焼方式(空気吹き)の発電設備となっている。ガス化炉設備140に供給する燃料としては、例えば、石炭等の炭素含有固体燃料が用いられる。
石炭ガス化複合発電設備(ガス化複合発電設備)1000は、図8に示すように、固体燃料粉砕装置(給炭設備)100と、ガス化炉設備140と、チャー回収設備150と、ガス精製設備160と、ガスタービン170と、蒸気タービン180と、発電機190と、排熱回収ボイラ(HRSG:Heat Recovery Steam Generator)400とを備えている。
固体燃料粉砕装置100は、原炭として炭素含有固体燃料である石炭が供給され、石炭をミル10などで粉砕することで、細かい粒子状に粉砕した微粉炭を製造する。固体燃料粉砕装置100で製造された微粉炭は、給炭ライン110a出口で後述する空気分離設備420から供給される搬送用イナートガスとしての窒素ガスによって加圧されて、ガス化炉設備140へ向けて供給される。イナートガスとは、酸素含有率が約5体積%以下の不活性ガスであり、窒素ガスや二酸化炭素ガスやアルゴンガスなどが代表例であるが、必ずしも約5体積%以下に制限されるものではない。
ガス化炉設備140は、固体燃料粉砕装置100で製造された微粉炭が供給されるとともに、チャー回収設備150で回収されたチャー(石炭の未反応分と灰分)が再利用を目的として供給されている。
ガス化炉設備140には、ガスタービン170(圧縮機610)からの圧縮空気供給ライン410が接続されており、ガスタービン170で圧縮された圧縮空気の一部が昇圧機680で所定圧力に昇圧されてガス化炉設備140に供給可能となっている。空気分離設備420は、大気中の空気から窒素と酸素を分離生成するものであり、第1窒素供給ライン430によって空気分離設備420とガス化炉設備140とが接続されている。そして、この第1窒素供給ライン430には、固体燃料粉砕装置100からの給炭ライン110aが接続されている。第1窒素供給ライン430から分岐する第2窒素供給ライン450もガス化炉設備140に接続されており、この第2窒素供給ライン450には、チャー回収設備150からのチャー戻しライン460が接続されている。更に、空気分離設備420は、酸素供給ライン470によって、圧縮空気供給ライン410と接続されている。そして、空気分離設備420によって分離された窒素は、第1窒素供給ライン430及び第2窒素供給ライン450を流通することで、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用される。空気分離設備420によって分離された酸素は、酸素供給ライン470及び圧縮空気供給ライン410を流通することで、ガス化炉設備140において酸化剤として利用される。
ガス化炉設備140は、例えば、2段噴流床形式のガス化炉1010(図9参照)を備えている。ガス化炉設備140は、内部に供給された石炭(微粉炭)及びチャーを酸化剤(空気、酸素)により部分燃焼させることでガス化させ生成ガスとする。ガス化炉設備140は、微粉炭に混入した異物(スラグ)を除去する異物除去設備480が設けられている。そして、このガス化炉設備140には、チャー回収設備150に向けて生成ガスを供給するガス生成ライン490が接続されており、チャーを含む生成ガスが排出可能となっている。この場合、図9に示すように、ガス生成ライン490にシンガスクーラ1020(ガス冷却器)を設けることで、生成ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収設備150に供給してもよい。
チャー回収設備150は、集塵設備510と供給ホッパ520とを備えている。この場合、集塵設備510は、1つまたは複数のサイクロンやポーラスフィルタにより構成され、ガス化炉設備140で生成された生成ガスに含有するチャーを分離することができる。そして、チャーが分離された生成ガスは、ガス排出ライン530を通してガス精製設備160に送られる。供給ホッパ520は、集塵設備510で生成ガスから分離されたチャーを貯留するものである。集塵設備510と供給ホッパ520との間にビンを配置し、このビンに複数の供給ホッパ520を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ520からのチャー戻しライン460が第2窒素供給ライン450に接続されている。
ガス精製設備160は、チャー回収設備150によりチャーが分離された生成ガスに対して、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物を取り除くことで、ガス精製を行うものである。そして、ガス精製設備160は、生成ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン170に供給する。チャーが分離された生成ガス中にはまだ硫黄分(H2Sなど)が含まれているため、このガス精製設備160では、アミン吸収液などによって硫黄分を除去回収して、有効利用する。
ガスタービン170は、圧縮機610、燃焼器620、タービン630を備えており、圧縮機610とタービン630とは、回転軸640により連結されている。燃焼器620には、圧縮機610からの圧縮空気供給ライン650が接続されるとともに、ガス精製設備160からの燃料ガス供給ライン660が接続され、タービン630に向かって延びる燃焼ガス供給ライン670が接続されている。ガスタービン170は、圧縮機610からガス化炉設備140に延びる圧縮空気供給ライン410が設けられており、中途部に昇圧機680が設けられている。従って、燃焼器620では、圧縮機610から供給された圧縮空気の一部とガス精製設備160から供給された燃料ガスの少なくとも一部とを混合して燃焼させることで燃焼ガスを発生させ、発生させた燃焼ガスをタービン630へ向けて供給する。そして、タービン630は、供給された燃焼ガスにより回転軸640を回転駆動させることで発電機190を回転駆動させる。
蒸気タービン180は、ガスタービン170の回転軸640に連結されるタービン690を備えており、発電機190は、この回転軸640の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ400は、ガスタービン170(タービン630)からの排ガスライン700が接続されており、排熱回収ボイラ400への給水とタービン630の排ガスとの間で熱交換を行うことで、蒸気を生成するものである。そして、排熱回収ボイラ400は、蒸気タービン180のタービン690との間に蒸気供給ライン710が設けられるとともに蒸気回収ライン720が設けられ、蒸気回収ライン720に復水器730が設けられている。排熱回収ボイラ400で生成する蒸気には、ガス化炉1010のシンガスクーラ1020で生成ガスと熱交換して生成された蒸気を含んでもよい。従って、蒸気タービン180では、排熱回収ボイラ400から供給された蒸気によりタービン690が回転駆動し、回転軸640を回転させることで発電機190を回転駆動させる。
そして、排熱回収ボイラ400の出口から煙突750までには、ガス浄化設備740を備えている。
ここで、本実施形態の石炭ガス化複合発電設備1000の作動について説明する。
本実施形態の石炭ガス化複合発電設備1000において、固体燃料粉砕装置100に原炭(石炭)が供給されると、石炭は、固体燃料粉砕装置100において細かい粒子状に粉砕されることで微粉炭となる。固体燃料粉砕装置100で製造された微粉炭は、空気分離設備420から供給される窒素により第1窒素供給ライン430を流通してガス化炉設備140に供給される。後述するチャー回収設備150で回収されたチャーが、空気分離設備420から供給される窒素により第2窒素供給ライン450を流通してガス化炉設備140に供給される。更に、後述するガスタービン170から抽気された圧縮空気が昇圧機680で昇圧された後、空気分離設備420から供給される酸素とともに圧縮空気供給ライン410を通してガス化炉設備140に供給される。
ガス化炉設備140では、供給された微粉炭及びチャーが圧縮空気(酸素)により燃焼し、微粉炭及びチャーがガス化することで、生成ガスを生成する。そして、この生成ガスは、ガス化炉設備140からガス生成ライン490を通って排出され、チャー回収設備150に送られる。
このチャー回収設備150にて、生成ガスは、まず、集塵設備510に供給されることで、生成ガスに含有する微粒のチャーが分離される。そして、チャーが分離された生成ガスは、ガス排出ライン530を通してガス精製設備160に送られる。一方、生成ガスから分離した微粒のチャーは、供給ホッパ520に堆積され、チャー戻しライン460を通ってガス化炉設備140に戻されてリサイクルされる。
チャー回収設備150によりチャーが分離された生成ガスは、ガス精製設備160にて、硫黄化合物や窒素化合物などの不純物が取り除かれてガス精製され、燃料ガスが製造される。圧縮機610が圧縮空気を生成して燃焼器620に供給する。この燃焼器620は、圧縮機610から供給される圧縮空気と、ガス精製設備160から供給される燃料ガスとを混合し、燃焼することで燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスによりタービン630を回転駆動することで、回転軸640を介して圧縮機610及び発電機190を回転駆動する。このようにして、ガスタービン170は発電を行うことができる。
そして、排熱回収ボイラ400は、ガスタービン170におけるタービン630から排出された排ガスと排熱回収ボイラ400への給水とで熱交換を行うことにより蒸気を生成し、この生成した蒸気を蒸気タービン180に供給する。蒸気タービン180では、排熱回収ボイラ400から供給された蒸気によりタービン690を回転駆動することで、回転軸640を介して発電機190を回転駆動し、発電を行うことができる。
ガスタービン170と蒸気タービン180は同一軸として1つの発電機190を回転駆動しなくてもよく、別の軸として複数の発電機を回転駆動しても良い。
ガスタービン170と蒸気タービン180は同一軸として1つの発電機190を回転駆動しなくてもよく、別の軸として複数の発電機を回転駆動しても良い。
その後、ガス浄化設備740では、排熱回収ボイラ400から排出された排気ガスの有害物質が除去され、浄化された排気ガスが煙突750から大気へ放出される。
次に、図8及び図9を参照して、上述した石炭ガス化複合発電設備1000におけるガス化炉設備140について詳細に説明する。図9は、図8のガス化炉設備を示した概略構成図である。
ガス化炉設備140は、図2に示すように、ガス化炉1010と、シンガスクーラ1020と、を備えている。
ガス化炉1010は、鉛直方向に延びて形成されており、鉛直方向の下方側に微粉炭及び酸素が供給され、部分燃焼させてガス化した生成ガスが鉛直方向の下方側から上方側に向かって流通している。ガス化炉1010は、圧力容器1100と、圧力容器1100の内部に設けられるガス化炉壁(炉壁)1110とを有している。そして、ガス化炉1010は、圧力容器1100とガス化炉壁1110との間の空間にアニュラス部1150を形成している。ガス化炉1010は、ガス化炉壁1110の内部の空間において、鉛直方向の下方側(つまり、生成ガスの流通方向の上流側)から順に、コンバスタ部1160、ディフューザ部1170、リダクタ部1180を形成している。
圧力容器1100は、内部が中空空間となる筒形状に形成され、上端部にガス排出口1210が形成される一方、下端部(底部)にスラグホッパ1220が形成されている。ガス化炉壁1110は、内部が中空空間となる筒形状に形成され、その壁面が圧力容器1100の内面と対向して設けられている。本実施形態では圧力容器1100は円筒形状で、ガス化炉壁1110のディフューザ部1170も円筒形状に形成されている。そして、ガス化炉壁1110は、図示しない支持部材により圧力容器1100内面に連結されている。
ガス化炉壁1110は、圧力容器1100の内部を内部空間1540と外部空間1560に分離する。ガス化炉壁1110は、後述するが、横断面形状がコンバスタ部1160とリダクタ部1180との間のディフューザ部1170で変化する形状とされている。ガス化炉壁1110は、鉛直上方側となるその上端部が、圧力容器1100のガス排出口1210に接続され、鉛直下方側となるその下端部が圧力容器1100の底部と隙間を空けて設けられている。そして、圧力容器1100の底部に形成されるスラグホッパ1220には、貯留水が溜められており、ガス化炉壁1110の下端部が貯留水に浸水することで、ガス化炉壁1110の内外を封止している。ガス化炉壁1110には、バーナ1260、1270が挿入され、内部空間1540にシンガスクーラ1020が配置されている。ガス化炉壁1110の構造については後述する。
アニュラス部1150は、圧力容器1100の内側とガス化炉壁1110の外側に形成された空間、つまり外部空間1560であり、空気分離設備420で分離された不活性ガスである窒素が、図示しない窒素供給ラインを通って供給される。このため、アニュラス部1150は、窒素が充満する空間となる。このアニュラス部1150の鉛直方向の上部付近には、ガス化炉1010内を均圧にするための図示しない炉内均圧管が設けられている。炉内均圧管は、ガス化炉壁1110の内外を連通して設けられ、ガス化炉壁1110の内部(コンバスタ部1160、ディフューザ部1170及びリダクタ部1180)と外部(アニュラス部1150)との圧力差を所定圧力以内となるように略均圧にしている。
コンバスタ部1160は、微粉炭及びチャーと空気とを一部燃焼させる空間となっており、コンバスタ部1160におけるガス化炉壁1110には、複数のバーナ1260からなる燃焼装置が配置されている。コンバスタ部1160で微粉炭及びチャーの一部を燃焼した高温の燃焼ガスは、ディフューザ部1170を通過してリダクタ部1180に流入する。
リダクタ部1180は、ガス化反応に必要な高温状態に維持されコンバスタ部1160からの燃焼ガスに微粉炭を供給し部分燃焼させて、微粉炭を揮発分(一酸化炭素、水素、低級炭化水素等)へと分解してガス化されて生成ガスを生成する空間となっており、リダクタ部1180におけるガス化炉壁1110には、複数のバーナ1270からなる燃焼装置が配置されている。
シンガスクーラ1020は、ガス化炉壁1110の内部に設けられるとともに、リダクタ部1180のバーナ1270の鉛直方向の上方側に設けられている。シンガスクーラ1020は熱交換器であり、ガス化炉壁1110の鉛直方向の下方側(生成ガスの流通方向の上流側)から順に、蒸発器(エバポレータ)1310、過熱器(スーパーヒータ)1320、節炭器(エコノマイザ)1340が配置されている。これらのシンガスクーラ1020は、リダクタ部1180において生成された生成ガスと熱交換を行うことで、生成ガスを冷却する。蒸発器(エバポレータ)1310、過熱器(スーパーヒータ)1320、節炭器(エコノマイザ)1340は、図に記載されたその数量を限定するものではない。
ここで、上述のガス化炉設備140の動作について説明する。
ガス化炉設備140のガス化炉1010において、リダクタ部1180のバーナ1270により窒素と微粉炭が投入されて点火されるとともに、コンバスタ部1160のバーナ1260により微粉炭及びチャーと圧縮空気(酸素)が投入されて点火される。すると、コンバスタ部1160では、微粉炭とチャーの燃焼により高温燃焼ガスが発生する。コンバスタ部1160では、微粉炭とチャーの燃焼により高温ガス中で溶融スラグが生成され、この溶融スラグがガス化炉壁1110へ付着するとともに、炉底へ落下し、最終的にスラグホッパ1220内の貯水へ排出される。そして、コンバスタ部1160で発生した高温燃焼ガスは、ディフューザ部1170を通ってリダクタ部1180に上昇する。このリダクタ部1180では、ガス化反応に必要な高温状態に維持されて、微粉炭が高温燃焼ガスと混合し、高温の還元雰囲気において微粉炭を部分燃焼させてガス化反応が行われ、生成ガスが生成される。ガス化した生成ガスが鉛直方向の下方側から上方側に向かって流通する。
ガス化炉設備140のガス化炉1010において、リダクタ部1180のバーナ1270により窒素と微粉炭が投入されて点火されるとともに、コンバスタ部1160のバーナ1260により微粉炭及びチャーと圧縮空気(酸素)が投入されて点火される。すると、コンバスタ部1160では、微粉炭とチャーの燃焼により高温燃焼ガスが発生する。コンバスタ部1160では、微粉炭とチャーの燃焼により高温ガス中で溶融スラグが生成され、この溶融スラグがガス化炉壁1110へ付着するとともに、炉底へ落下し、最終的にスラグホッパ1220内の貯水へ排出される。そして、コンバスタ部1160で発生した高温燃焼ガスは、ディフューザ部1170を通ってリダクタ部1180に上昇する。このリダクタ部1180では、ガス化反応に必要な高温状態に維持されて、微粉炭が高温燃焼ガスと混合し、高温の還元雰囲気において微粉炭を部分燃焼させてガス化反応が行われ、生成ガスが生成される。ガス化した生成ガスが鉛直方向の下方側から上方側に向かって流通する。
本実施形態における石炭ガス化複合発電設備1000において、固体燃料粉砕装置100の概略構成を図10に示す。図10では、固体燃料粉砕装置100の周辺装置について図8の構成を簡略化して示している。図10では、固体燃料粉砕装置100と、ガス化炉設備140と、ガス精製設備160と、ガスタービン170と、排熱回収ボイラ400とを示している。
本実施形態における固体燃料粉砕装置100において、分級部16によって分級された微粉炭は、搬送用ガスとともに出口19から供給流路100bへ排出される。排出された微粉炭は、微粉炭集塵器60へ供給される。微粉炭集塵器60では、搬送用ガス等のガス成分と微粉炭(粒子成分)とが分離される。搬送用ガス等のガス成分は、送風機61で圧送され、排熱回収ボイラ400に供給されたり、煙突750から排気される。一方で、微粉炭(粒子成分)は、ビン62及びホッパ63へ供給される。ホッパ63において回収された微粉炭は、空気分離設備420から供給される窒素により第1窒素供給ライン430を流通してガス化炉設備140に供給される。
ガス化炉設備140は、固体燃料粉砕装置100で製造された微粉炭が供給されるとともに、チャー回収設備150で回収されたチャー(石炭の未反応分と灰分)が戻されて再利用可能に供給されている。ガス化炉設備140は、例えば、2段噴流床形式のガス化炉を備えている。ガス化炉設備140は、内部に供給された石炭(微粉炭)及びチャーを酸化剤(空気、酸素)により部分燃焼させることでガス化させ生成ガスとする。ガス化炉設備は、微粉炭に混入した異物(スラグ)を除去する異物除去設備480が設けられている。そして、ガス化炉設備から、チャーを含む生成ガスが排出され、チャー回収設備150によってチャーが分離される。そしてチャーが分離された生成ガスは、ガス精製設備160に送られる。
ガス精製設備160は、チャー回収設備150によりチャーが分離された生成ガスに対して、硫黄化合物(S分)などの不純物を取り除くことで、ガス精製を行うものである。そして、ガス精製設備160は、生成ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン170に供給する。
具体的には、ガス精製設備160は、変換器(不図示)と、吸収器(不図示)とを備えている。変換器は、生成ガスに含まれる硫黄分(S分)を除去するために、生成ガス中の硫化カルボニル(以下、「COS」という。)を硫化水素(以下、「H2S」という。)へ変換する。変換器では、例えばγ-アルミナ触媒を用いて、COS(硫化カルボニル)+H2O(水)→H2S(硫化水素)+CO2(二酸化炭素)の変換を行う。すなわち、変換器へ供給された生成ガスに含まれるCOSはH2Sへ変換される。
変換器で変換処理が行われた生成ガスは、吸収器へ供給される。吸収器では、生成ガスからH2Sを回収することにより、生成ガスに含まれる硫黄分を除去する。吸収器では、生成ガスに含まれる水分もH2Sへと変換する原料として回収し、排水処理装置を介して排水される。ガス精製設備160の出口側には、生成ガス中に含まれるCOSとH2Sの全硫黄分(トータルサルファ:TOS)を計測する計測器が設けられている。ガス精製設備160では、吸収器によってH2Sが回収されているため、ガス精製設備160から排出された生成ガス中に含まれる硫黄分は、変換器によって変換されなかったCOS分と略等しくなる。すなわち、計測器によって全硫黄分(TOS)を計測することで、ガス精製設備160に供給された生成ガスのCOSに対して、ガス精製設備160から排出された生成ガスのCOSがどれくらい減少したかを推定できるため、COSからH2Sへの変換率も推定することができる。ガス精製設備160に供給された生成ガスのCOSについては、例えばガス精製設備入口に設置している生成ガス分析計(不図示)により確認できる。
本実施形態における送風部30において、熱ガスダンパ30c(第1送風部)には、排熱回収ボイラ400における上流側(例えば、脱硝装置の後流側)の高温ガスが供給される。供給された高温ガスは、熱ガスダンパ30c(第1送風部)の開度によって流量が制御される。排熱回収ボイラ400は、例えば、高圧節炭器、中圧節炭器、低圧節炭器、脱硝装置等により構成されている。高温ガス及び低温ガスを抽気する箇所については上記に限定されない。
冷ガスダンパ30d(第2送風部)には、排熱回収ボイラ400における下流側(例えば、中圧節炭器と高圧節炭器の間)の低温ガスが供給される。供給された低温ガスは、冷ガスダンパ30d(第2送風部)の開度によって流量が制御される。熱ガスダンパ30cに供給される高温流体及び冷ガスダンパ30dに供給される低温流体の供給元は、上記に限定されず適宜設計可能である。
一例としては、搬送用ガスの流量は、主として熱ガスダンパ30cにより制御された高温ガスの流量によって決定する。そして、搬送用ガスは、高温ガスと低温ガスの混合比率で決まり、特に、冷ガスダンパ30dにより制御された低温ガスの流量によって調整される。
本実施形態における制御部50は、ガス精製設備160における処理を考慮して、ミル10から排出された搬送用ガスの温度の目標温度を変更する。
温度設定部52は、ガス化炉設備140で微粉炭が部分燃焼してガス化されることにより生成された生成ガスにおいて、硫化カルボニルを硫化水素に変換する変換率を所定の基準変換率へ近づけるように、目標温度を変更する。具体的には、ガス精製設備160では、生成ガス中の硫黄分をH2Sとして吸収器で回収可能なように、吸収器の前段に変換器を設けている。変換器では、生成ガス中の硫化カルボニル(COS)を硫化水素(H2S)に変換している(COS+H2O→H2S+CO2)。しかしながら、COSからH2Sへの変換率(H2S変換率)は、生成ガス中の水分(H2O)量に起因している。そして、生成ガス中の水分量は、微粉炭の乾燥状態(含有水分量)に依存する。H2S変換率は生成ガス性状により異なるため、変換率の評価は、図示されていない脱硫設備出口の精製ガス中の硫黄分が制限値未満であること評価する。ここで、脱硫設備出口の精製ガス中の硫黄分の制限は、プラント建設地の法令などにより異なる。
つまり、ガス精製設備160において効果的に生成ガス中の硫黄分を除去するためには、COSからH2Sの変換率を向上させることが必要であり、そのためには微粉炭が水分をある程度含んでいる必要がある。そこで、温度設定部52は、目標温度を変更することによって微粉炭の乾燥状態を調整し、COSからH2Sへの変換率を制御している。
温度設定部52は、計測器からガス精製設備160から排出された生成ガスに含まれる硫黄分TOSを取得し、TOSに基づいてCOSからH2Sへの変換率を推定する。そして、変換率が基準変換率に近づくように(一致するように)、目標温度を変更する。基準変換率は、ガス精製設備160から排出された生成ガスに含まれる硫黄分の許容量等によって決定され、例えば石炭ガス化複合発電設備1000の運転員等によって設定される。
温度設定部52において、COSからH2Sへの変換率に基づいて必要な生成ガス中の水分(H2O)量を考慮して、ミル10から排出された搬送用ガスの目標温度を更新するため、ガス精製設備160においてより確実に生成ガス中の硫黄分を除去することができる。
温度設定部52は、微粉炭が部分燃焼してガス化されることにより生成された生成ガスにおいて、生成ガスから回収された排水流量に基づいて、必要な生成ガス中の水分(H2O)量を考慮して、ミル10から排出された搬送用ガスの目標温度を変更する。ガス精製設備160では、生成ガス中に含まれる水分もH2Sへの変換の原料として回収されており、排水処理設備等を介して排水される。しかしながら、排水流量が多いと、排水処理設備の許容量を超過したり、環境負荷が増加してしまう可能性がある。
排水流量は、生成ガス中の水分含有量に起因し、生成ガス中の水分含有量は、微粉炭の乾燥状態(水分含有量)に依存する。そこで、温度設定部52では、ミル10から排出された搬送用ガスの目標温度を変更することによって微粉炭の乾燥状態を調整し、排水流量を制御している。
温度設定部52は、計測器から排水流量を取得し、排水流量が基準排水流量に近づくように(一致するように)、目標温度を変更する。基準排水流量は、排水処理設備の許容量等によって決定され、例えば石炭ガス化複合発電設備1000の運転員等によって設定される。排水流量に限らず、排水量としてもよい。
次に、上述の制御部50によるH2S変換率に基づくミル10から排出された搬送用ガスの目標温度変更処理について図11を参照して説明する。図11に示すフローは、石炭ガス化複合発電設備1000が稼働している場合に所定の制御周期で繰り返し実行される。そして、設定(更新)されたミル10から排出された搬送用ガスの目標温度は、上述の制御部50による微粉炭乾燥処理にて用いられる。
まず、生成ガスに含まれる全硫黄分(トータルサルファ)を取得する(S301)。
次に、硫化カルボニル(COS)から硫化水素(H2S)への変換率を推定する(S302)。
次に、変換率が基準変換率以上であるか否かを判定する(S303)。
変換率が基準変換率以上である場合(S303のYES判定)には、ガス精製設備160において硫黄分が十分除去されていると推定し、処理を終了する。
変換率が基準変換率以上でない場合(S303のNO判定)には、ガス精製設備160において硫黄分が十分除去されていないと推定し、目標温度を所定温度で下げて(S304)、S301へ戻る。
次に、上述の制御部50による排水流量に基づくミル10から排出された搬送用ガスの目標温度変更処理について図12を参照して説明する。図12に示すフローは、石炭ガス化複合発電設備1000が稼働している場合に所定の制御周期で繰り返し実行される。そして、設定(更新)されたミル10から排出された搬送用ガスの目標温度は、上述の制御部50による微粉炭乾燥処理にて用いられる。
まず、ガス精製設備160から排出された排水流量を取得する(S401)。
次に、排水流量が基準排水流量以下であるか否かを判定する(S402)。
排水流量が基準排水流量以下である場合(S402のYES判定)には、排水流量が過剰状態でないと推定し、処理を終了する。
排水流量が基準排水流量以下でない場合(S402のNO判定)には、排水流量が過剰状態であると推定し、目標温度を所定温度で上げて(S403)、S401へ戻る。
以上説明したように、本実施形態に係る微粉炭機の微粉炭乾燥システム及びその微粉炭乾燥方法並びに微粉炭乾燥プログラム、微粉炭機、ガス化複合発電設備によれば、ミル10から排出された搬送用ガスの目標温度を変更することによって、微粉炭の乾燥状態を調整し、H2S変換率を基準変換率へ近づけることが可能となる。このため、生成ガス中に含まれる硫黄分を効果的に除去し、環境負荷を抑制することができる。
ミル10から排出された搬送用ガスの目標温度を変更することによって、微粉炭の乾燥状態を調整し、排水流量を調整することが可能となる。このため、排水流量を抑制することができ、環境負荷を抑制することができる。
本発明は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施が可能である。各実施形態を組み合わせることも可能である。
1 :固体燃料粉砕システム
10 :ミル
11 :ハウジング
12 :回転テーブル
13 :ローラ
14 :駆動部
16 :分級部
17 :燃料供給部
18 :モータ
19 :出口
20 :給炭機
21 :バンカ
22 :搬送部
23 :モータ
24 :ダウンスパウト部
30 :送風部
30a :熱ガス送風機
30b :冷ガス送風機
30c :熱ガスダンパ
30d :冷ガスダンパ
40 :状態検出部
41 :底面部
42 :天井部
45 :ジャーナルヘッド
47 :支持アーム
48 :支持軸
49 :押圧装置
50 :制御部(微粉炭乾燥システム)
51 :流量制御部
52 :温度設定部
60 :微粉炭集塵器
61 :送風機
62 :ビン
63 :ホッパ
100 :固体燃料粉砕装置(給炭設備)
100a :搬送用ガス流路
100b :供給流路
110a :給炭ライン
140 :ガス化炉設備
150 :チャー回収設備
160 :ガス精製設備
170 :ガスタービン
180 :蒸気タービン
190 :発電機
200 :ボイラ
210 :火炉
220 :バーナ部
400 :排熱回収ボイラ
410 :圧縮空気供給ライン
420 :空気分離設備
430 :第1窒素供給ライン
450 :第2窒素供給ライン
460 :チャー戻しライン
470 :酸素供給ライン
480 :異物除去設備
490 :ガス生成ライン
510 :集塵設備
520 :供給ホッパ
530 :ガス排出ライン
610 :圧縮機
620 :燃焼器
630 :タービン
640 :回転軸
650 :圧縮空気供給ライン
660 :燃料ガス供給ライン
670 :燃焼ガス供給ライン
680 :昇圧機
690 :タービン
700 :排ガスライン
710 :蒸気供給ライン
720 :蒸気回収ライン
730 :復水器
740 :ガス浄化設備
750 :煙突
1000 :石炭ガス化複合発電設備(ガス化複合発電設備)
1010 :ガス化炉
1020 :シンガスクーラ
1100 :圧力容器
1110 :ガス化炉壁
1150 :アニュラス部
1160 :コンバスタ部
1170 :ディフューザ部
1180 :リダクタ部
1210 :ガス排出口
1220 :スラグホッパ
1260 :バーナ
1270 :バーナ
1540 :内部空間
1560 :外部空間
A :炭種
B :炭種
TOS :硫黄分
To :温度
10 :ミル
11 :ハウジング
12 :回転テーブル
13 :ローラ
14 :駆動部
16 :分級部
17 :燃料供給部
18 :モータ
19 :出口
20 :給炭機
21 :バンカ
22 :搬送部
23 :モータ
24 :ダウンスパウト部
30 :送風部
30a :熱ガス送風機
30b :冷ガス送風機
30c :熱ガスダンパ
30d :冷ガスダンパ
40 :状態検出部
41 :底面部
42 :天井部
45 :ジャーナルヘッド
47 :支持アーム
48 :支持軸
49 :押圧装置
50 :制御部(微粉炭乾燥システム)
51 :流量制御部
52 :温度設定部
60 :微粉炭集塵器
61 :送風機
62 :ビン
63 :ホッパ
100 :固体燃料粉砕装置(給炭設備)
100a :搬送用ガス流路
100b :供給流路
110a :給炭ライン
140 :ガス化炉設備
150 :チャー回収設備
160 :ガス精製設備
170 :ガスタービン
180 :蒸気タービン
190 :発電機
200 :ボイラ
210 :火炉
220 :バーナ部
400 :排熱回収ボイラ
410 :圧縮空気供給ライン
420 :空気分離設備
430 :第1窒素供給ライン
450 :第2窒素供給ライン
460 :チャー戻しライン
470 :酸素供給ライン
480 :異物除去設備
490 :ガス生成ライン
510 :集塵設備
520 :供給ホッパ
530 :ガス排出ライン
610 :圧縮機
620 :燃焼器
630 :タービン
640 :回転軸
650 :圧縮空気供給ライン
660 :燃料ガス供給ライン
670 :燃焼ガス供給ライン
680 :昇圧機
690 :タービン
700 :排ガスライン
710 :蒸気供給ライン
720 :蒸気回収ライン
730 :復水器
740 :ガス浄化設備
750 :煙突
1000 :石炭ガス化複合発電設備(ガス化複合発電設備)
1010 :ガス化炉
1020 :シンガスクーラ
1100 :圧力容器
1110 :ガス化炉壁
1150 :アニュラス部
1160 :コンバスタ部
1170 :ディフューザ部
1180 :リダクタ部
1210 :ガス排出口
1220 :スラグホッパ
1260 :バーナ
1270 :バーナ
1540 :内部空間
1560 :外部空間
A :炭種
B :炭種
TOS :硫黄分
To :温度
Claims (9)
- 供給された炭素含有固体燃料を乾燥流体を用いて乾燥する微粉炭機の微粉炭乾燥システムであって、
水分含有量の異なる複数種の前記炭素含有固体燃料を乾燥するために設定された前記乾燥流体の流量の上下限範囲内において、前記微粉炭機から排出された前記乾燥流体の温度が目標温度へ近づくように、前記乾燥流体の流量を制御する流量制御部を備える微粉炭乾燥システム。 - 前記上下限範囲は、所定の炭素含有固体燃料供給量に対して、前記微粉炭機から排出された前記乾燥流体が前記目標温度になる状態において、最も水分を含む前記炭素含有固体燃料を乾燥するための前記乾燥流体の流量を上限値とし、最も水分を含まない前記炭素含有固体燃料を乾燥するための前記乾燥流体の流量を下限値として設定される請求項1に記載の微粉炭乾燥システム。
- 前記乾燥流体の流量が前記上下限範囲の上限に達した場合に、前記目標温度を所定温度で下げ、または、前記乾燥流体の流量が前記上下限範囲の下限に達した場合に、前記目標温度を所定温度で上げる温度設定部を備える請求項1または2に記載の微粉炭乾燥システム。
- 前記炭素含有固体燃料が部分燃焼してガス化されることにより生成された生成ガスにおいて、硫化カルボニルを硫化水素に変換する変換率を所定の基準変換率へ近づけるように、前記目標温度を変更する温度設定部を備える請求項1または2に記載の微粉炭乾燥システム。
- 前記炭素含有固体燃料が部分燃焼してガス化されることにより生成された生成ガスにおいて、前記生成ガスから回収された排水流量に基づいて、前記目標温度を変更する温度設定部を備える請求項1または2に記載の微粉炭乾燥システム。
- 請求項1から5のいずれか1項に記載の微粉炭乾燥システムを備える微粉炭機。
- 請求項6に記載の微粉炭機を備えた給炭設備と、
ガス化炉設備で生成した生成ガスの少なくとも一部を燃焼させることで回転駆動するガスタービンと、
前記ガスタービンから排出された排ガスを用いて排熱回収ボイラで生成した蒸気により回転駆動する蒸気タービンと、
前記ガスタービン及び/または前記蒸気タービンの回転駆動に連結された発電機と、
を備えているガス化複合発電設備。 - 供給された炭素含有固体燃料を乾燥流体を用いて乾燥する微粉炭機の微粉炭乾燥方法であって、
水分含有量の異なる複数種の前記炭素含有固体燃料を乾燥するために設定された前記乾燥流体の流量の上下限範囲内において、前記微粉炭機から排出された前記乾燥流体の温度が目標温度へ近づくように、前記乾燥流体の流量を制御する流量制御工程を有する微粉炭乾燥方法。 - 供給された炭素含有固体燃料を乾燥流体を用いて乾燥する微粉炭機の微粉炭乾燥プログラムであって、
水分含有量の異なる複数種の前記炭素含有固体燃料を乾燥するために設定された前記乾燥流体の流量の上下限範囲内において、前記微粉炭機から排出された前記乾燥流体の温度が目標温度へ近づくように、前記乾燥流体の流量を制御する流量制御処理をコンピュータに実行させるための微粉炭乾燥プログラム。
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