特許第6621310号(P6621310)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許6621310ガス化装置、制御装置、ガス化複合発電設備及び制御方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6621310
(24)【登録日】2019年11月29日
(45)【発行日】2019年12月18日
(54)【発明の名称】ガス化装置、制御装置、ガス化複合発電設備及び制御方法
(51)【国際特許分類】
   C10J 3/46 20060101AFI20191209BHJP
   C10J 3/48 20060101ALI20191209BHJP
   F22B 37/14 20060101ALI20191209BHJP
   F01K 23/10 20060101ALI20191209BHJP
【FI】
   C10J3/46 D
   C10J3/48
   F22B37/14
   F01K23/10 A
【請求項の数】11
【全頁数】20
(21)【出願番号】特願2015-225917(P2015-225917)
(22)【出願日】2015年11月18日
(65)【公開番号】特開2017-95530(P2017-95530A)
(43)【公開日】2017年6月1日
【審査請求日】2018年11月9日
(73)【特許権者】
【識別番号】514030104
【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】羽有 健太
(72)【発明者】
【氏名】柴田 泰成
(72)【発明者】
【氏名】竹井 康裕
(72)【発明者】
【氏名】北田 昌司
(72)【発明者】
【氏名】中馬 文広
(72)【発明者】
【氏名】武田 茂賢
【審査官】 森 健一
(56)【参考文献】
【文献】 特開2014−80506(JP,A)
【文献】 特開昭64−56787(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C10J 3/46
F01K 23/10
F22B 37/14
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭素含有固体燃料をガス化させることで生成ガスを生成するガス化装置であって、
生成される前記生成ガスが内部を流通するガス化炉と、
前記ガス化炉の内部で前記生成ガスが流通する下流側に設けられ、前記生成ガスと熱交換する熱交換器と、
前記熱交換器の荷重を支持すると共に、給水通路から供給される給水の少なくとも一部を流通させるハンガー管と、
前記ハンガー管から流出した前記給水を、前記熱交換器の流入側に流通させる熱交換器流入通路と、
前記給水通路から分岐し、前記ハンガー管へ供給する前記給水の残部を、前記熱交換器流入通路に流通させるバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられるバイパス弁と、
前記ガス化炉の負荷であるガス化炉負荷に応じて、前記バイパス弁の開度を制御して、前記ハンガー管と前記バイパス通路とに供給する前記給水の量を調整する制御装置と、を備えることを特徴とするガス化装置。
【請求項2】
前記制御装置は、前記ガス化炉の内部に前記炭素含有固体燃料が投入される起動時から、前記ガス化炉負荷が設定負荷になるまで、前記バイパス弁を閉弁させており、
前記設定負荷は、前記ハンガー管の流速が設計上規定される上限流速以下となる前記ガス化炉負荷であることを特徴とする請求項1に記載のガス化装置。
【請求項3】
前記制御装置は、前記ガス化炉の内部に前記炭素含有固体燃料が投入される起動時から、前記ガス化炉負荷が設定負荷になるまで、前記バイパス弁を最小開度で開弁させており、
前記設定負荷は、前記ハンガー管の流速が設計上規定される上限流速以下となる前記ガス化炉負荷であることを特徴とする請求項1に記載のガス化装置。
【請求項4】
前記制御装置は、前記ガス化炉負荷が設定負荷以上となる場合、前記バイパス弁を開弁側に動作させる開弁動作制御を実行しており、
前記設定負荷は、前記ハンガー管の流速が設計上規定される上限流速以下となる前記ガス化炉負荷であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のガス化装置。
【請求項5】
前記制御装置は、前記バイパス弁の前記開弁動作制御の実行時において、前記バイパス弁の開度を所定の一定開度とすることを特徴とする請求項4に記載のガス化装置。
【請求項6】
前記ハンガー管と前記熱交換器流入通路との間に設けられる出口ヘッダと、
前記出口ヘッダ内の前記給水の温度を検出する第1温度検出部と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記第1温度検出部により検出された第1検出温度が、前記給水の圧力における飽和水蒸気温度よりも低い目標監視温度以上となる場合、前記バイパス弁を閉弁側に動作させる閉弁動作制御を実行することを特徴とする請求項5に記載のガス化装置。
【請求項7】
前記ハンガー管と前記熱交換器流入通路との間に設けられる出口ヘッダと、
前記出口ヘッダ内の前記給水の温度を検出する第1温度検出部と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記バイパス弁の前記開弁動作制御の実行時において、前記第1温度検出部により検出された第1検出温度が、前記給水の圧力における飽和水蒸気温度よりも低い目標監視温度以下となるように、前記バイパス弁の開度を調整することを特徴とする請求項4に記載のガス化装置。
【請求項8】
前記熱交換器の流出口から流出する前記給水の温度を検出する第2温度検出部をさらに備え、
前記制御装置は、前記第2温度検出部により検出された第2検出温度が、前記給水の圧力における飽和水蒸気温度よりも低い目標監視温度に達する場合、前記バイパス弁を開弁側に動作させる開弁動作制御を実行することを特徴とする請求項5から7のいずれか1項に記載のガス化装置。
【請求項9】
炭素含有固体燃料をガス化することで生成ガスを生成するガス化装置の制御装置であって、
前記ガス化装置は、
生成される前記生成ガスが内部を流通するガス化炉と、
前記ガス化炉の内部で前記生成ガスが流通する下流側に設けられ、前記生成ガスと熱交換する熱交換器と、
前記熱交換器の荷重を支持すると共に、給水通路から供給される給水の少なくとも一部を流通させるハンガー管と、
前記ハンガー管から流出した前記給水を、前記熱交換器の流入側に流通させる熱交換器流入通路と、
前記給水通路から分岐し、前記ハンガー管へ供給する前記給水の残部を、前記熱交換器流入通路に流通させるバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられるバイパス弁と、を備え、
前記ガス化炉の負荷であるガス化炉負荷に応じて、前記バイパス弁の開度を制御して、前記ハンガー管と前記バイパス通路とに供給する前記給水の量を調整することを特徴とするガス化装置の制御装置。
【請求項10】
炭素含有固体燃料をガス化することで生成ガスを生成する、請求項1から8のいずれか1項に記載のガス化装置と、
前記ガス化装置で生成した前記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るタービン排ガスを導入する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、
前記ガスタービンおよび前記蒸気タービンと連結された発電機とを備えたことを特徴とするガス化複合発電設備。
【請求項11】
炭素含有固体燃料をガス化することで生成ガスを生成するガス化装置の制御方法であって、
前記ガス化装置は、
生成される前記生成ガスが内部を流通するガス化炉と、
前記ガス化炉の内部で前記生成ガスが流通する下流側に設けられ、前記生成ガスと熱交換する熱交換器と、
前記熱交換器の荷重を支持すると共に、給水通路から供給される給水の少なくとも一部を流通させるハンガー管と、
前記ハンガー管から流出した前記給水を、前記熱交換器の流入側に流通させる熱交換器流入通路と、
前記給水通路から分岐し、前記ハンガー管へ供給する前記給水の残部を、前記熱交換器流入通路に流通させるバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられるバイパス弁と、を備え、
前記ガス化炉の負荷であるガス化炉負荷に応じて、前記バイパス弁の開度を制御して、前記ハンガー管と前記バイパス通路とに供給する前記給水の量を調整することを特徴とするガス化装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、石炭等の炭素含有固体燃料をガス化することで生成ガスを生成するガス化装置、ガス化装置の制御装置、ガス化複合発電設備及びガス化装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、ガス化装置として、石炭等の炭素含有固体燃料をガス化炉内に供給し、炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化することで、可燃性ガスを生成する炭化質燃料ガス化装置(石炭ガス化装置)が知られている(例えば、特許文献1参照)。石炭ガス化装置は、ガス化炉の内部に熱交換器が設けられており、この熱交換器は、ハンガーチューブ(ハンガー管)によって支持されている。
【0003】
また、ガス化炉内に設けられる熱交換器を吊り下げ支持する冷却管(ハンガー管)を備えるガス化装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。特許文献2のガス化装置では、給水系統を2系統に分岐させており、一方の給水系統を熱交換器の一つである節炭器に接続し、他方の給水系統を冷却管に接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開昭61−207493号公報
【特許文献2】特開2013−221068号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、ガス化装置は、給水をハンガー管に供給しハンガー管から流出した給水を節炭器(ECO:Economizer)に流入させる構成が考えられており、この場合、ハンガー管には、給水系統から供給される給水の全量が流通することになる。このため、予め規定された給水量を節炭器に供給するためには、給水の流量を確保するために流速を速くする必要がある。給水の流速が速くなると、ハンガー管内の酸化被膜の腐食、いわゆる、流れ加速型腐食(FAC:Flow Accelerated Corrosion)が促進されてしまう。また、ハンガー管を通って節炭器に流入するまでの流路の長さが長くなることから、流路の圧力損失が大きくなってしまうため、給水ポンプの負荷が大きくなる。
【0006】
特許文献2のガス化装置では、給水系統を2系統に分岐させ、一方の給水系統を節炭器に接続し、他方の給水系統をハンガー管に接続していることから、節炭器側の給水系統が閉塞する場合、節炭器への給水が止まってしまい、節炭器が過熱してしまう可能性がある。
【0007】
そこで、本発明は、熱交換器及びハンガー管への給水を好適に行うことができるガス化装置、ガス化装置の制御装置、ガス化複合発電設備及びガス化装置の制御方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明のガス化装置は、炭素含有固体燃料をガス化させることで生成ガスを生成するガス化装置であって、生成される前記生成ガスが内部を流通するガス化炉と、前記ガス化炉の内部で前記生成ガスが流通する下流側に設けられ、前記生成ガスと熱交換する熱交換器と、前記熱交換器の荷重を支持すると共に、給水通路から供給される給水の少なくとも一部を流通させるハンガー管と、前記ハンガー管から流出した前記給水を、前記熱交換器の流入側に流通させる熱交換器流入通路と、前記給水通路から分岐し、前記ハンガー管へ供給する前記給水の残部を、前記熱交換器流入通路に流通させるバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられるバイパス弁と、前記ガス化炉の負荷であるガス化炉負荷に応じて、前記バイパス弁の開度を制御して、前記ハンガー管と前記バイパス通路とに供給する前記給水の量を調整する制御装置と、を備えることを特徴とする。
【0009】
また、本発明のガス化装置の制御装置は、炭素含有固体燃料をガス化することで生成ガスを生成するガス化装置の制御装置であって、前記ガス化装置は、生成される前記生成ガスが内部を流通するガス化炉と、前記ガス化炉の内部で前記生成ガスが流通する下流側に設けられ、前記生成ガスと熱交換する熱交換器と、前記熱交換器の荷重を支持すると共に、給水通路から供給される給水の少なくとも一部を流通させるハンガー管と、前記ハンガー管から流出した前記給水を、前記熱交換器の流入側に流通させる熱交換器流入通路と、前記給水通路から分岐し、前記ハンガー管へ供給する前記給水の残部を、前記熱交換器流入通路に流通させるバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられるバイパス弁と、を備え、前記ガス化炉の負荷であるガス化炉負荷に応じて、前記バイパス弁の開度を制御して、前記ハンガー管と前記バイパス通路とに供給する前記給水の量を調整することを特徴とする。
【0010】
また、本発明のガス化装置の制御方法は、炭素含有固体燃料をガス化することで生成ガスを生成するガス化装置の制御方法であって、前記ガス化装置は、生成される前記生成ガスが内部を流通するガス化炉と、前記ガス化炉の内部で前記生成ガスが流通する下流側に設けられ、前記生成ガスと熱交換する熱交換器と、前記熱交換器の荷重を支持すると共に、給水通路から供給される給水の少なくとも一部を流通させるハンガー管と、前記ハンガー管から流出した前記給水を、前記熱交換器の流入側に流通させる熱交換器流入通路と、前記給水通路から分岐し、前記ハンガー管へ供給する前記給水の残部を、前記熱交換器流入通路に流通させるバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられるバイパス弁と、を備え、前記ガス化炉の負荷であるガス化炉負荷に応じて、前記バイパス弁の開度を制御して、前記ハンガー管と前記バイパス通路とに供給する前記給水の量を調整することを特徴とする。
【0011】
この構成によれば、給水通路から供給された給水は、ハンガー管を流通した後、熱交換器流入通路を流通して、熱交換器に流入する。また、バイパス弁が開いている場合、給水通路から供給された給水は、バイパス通路を流通して、熱交換器に流入する。このため、ハンガー管における給水の流速が速くなる場合、バイパス弁を開くことで、給水をバイパス通路に流入させることができるため、ハンガー管の流れ加速型腐食を抑制することができる。また、給水をバイパス通路に流通させることで、給水通路から熱交換器に流入するまでの流路の長さを短くすることができるため、熱交換器までの流路の圧力損失を低減することができる。さらに、バイパス通路が閉塞する場合であっても、ハンガー管及び熱交換器に給水を流通させることができるため、ハンガー管及び熱交換器の過熱を抑制することができる。
【0012】
また、前記制御装置は、前記ガス化炉の内部に前記炭素含有固体燃料が投入される起動時から、前記ガス化炉負荷が設定負荷になるまで、前記バイパス弁を閉弁させており、前記設定負荷は、前記ハンガー管の流速が設計上規定される上限流速以下となる前記ガス化炉負荷であることが好ましい。
【0013】
この構成によれば、起動時から設定負荷になるまでは、給水通路から供給される給水の全量が少ないことから、給水通路からの給水の全量を、ハンガー管に流通させることができる。このため、ハンガー管及び熱交換器を好適に冷却することができる。これにより、ハンガー管の流量が減少してハンガー管が異常加熱することによるハンガー管の強度低下を防止することができる。ここで、上限流速を、ハンガー管の流れ加速型腐食が促進されない流速とし、また、設定負荷を上限流速以下としていることから、給水の全量をハンガー管に流通させる場合であっても、ハンガー管の流れ加速型腐食を抑制することができる。
【0014】
また、前記制御装置は、前記ガス化炉の内部に前記炭素含有固体燃料が投入される起動時から、前記ガス化炉負荷が設定負荷になるまで、前記バイパス弁を最小開度で開弁させており、前記設定負荷は、前記ハンガー管の流速が設計上規定される上限流速以下となる前記ガス化炉負荷であることが好ましい。
【0015】
この構成によれば、起動時から設定負荷になるまでの間において、給水通路から供給される給水の少量をバイパス通路に流通させることができ、また、給水通路から供給される給水の残りの全量をハンガー管に流通させることができる。このため、バイパス通路に給水を流通させることができるため、バイパス弁が閉弁した状態で固着することを抑制することができ、ハンガー管及び熱交換器に流れる給水を好適に流通させることができる。つまり、バイパス弁の最小開度は、バイパス弁の固着を防止可能な開度となっており、例えば、1〜50%程度の開度となっている。
【0016】
また、前記制御装置は、前記ガス化炉負荷が設定負荷以上となる場合、前記バイパス弁を開弁側に動作させる開弁動作制御を実行しており、前記設定負荷は、前記ハンガー管の流速が設計上規定される上限流速以下となる前記ガス化炉負荷であることが好ましい。
【0017】
この構成によれば、設定負荷以上になると、バイパス弁を開弁側に動作させることにより、給水通路から供給される給水の一部をバイパス通路に流通させることができる。このため、ハンガー管を流通する給水の流速を上限流速よりも低くできることから、ハンガー管の流れ加速型腐食を抑制することができ、また、熱交換器までの流路の圧力損失を低減することができる。
【0018】
また、前記制御装置は、前記バイパス弁の前記開弁動作制御の実行時において、前記バイパス弁の開度を所定の一定開度とすることが好ましい。
【0019】
この構成によれば、バイパス弁の開度を所定の一定開度に維持することができるため、バイパス弁の開度を調整する必要がないことから、ハンガー管及びバイパス通路において給水を安定的に流通させることができる。なお、バイパス弁の所定の一定開度は、ハンガー管を流通する給水の流速が上限流速を超えないような開度に設定される。
【0020】
また、前記ハンガー管と前記熱交換器流入通路との間に設けられる出口ヘッダと、前記出口ヘッダ内の前記給水の温度を検出する第1温度検出部と、をさらに備え、前記制御装置は、前記第1温度検出部により検出された第1検出温度が、前記給水の圧力における飽和水蒸気温度よりも低い目標監視温度以上となる場合、前記バイパス弁を閉弁側に動作させる閉弁動作制御を実行することが好ましい。
【0021】
この構成によれば、第1検出温度が上昇して、目標監視温度に達すると、バイパス弁を閉弁側に動作させるため、ハンガー管に流通する給水量が多くなる。ハンガー管に流通する給水量が多くなると、給水の温度が低下するため、ハンガー管から出口ヘッダに供給される給水の温度を低下させることができる。よって、出口ヘッダにおける給水の蒸発を抑制できることから、出口ヘッダから熱交換器流入通路を介して熱交換器へ向けて、給水を好適に流通させることができる。
【0022】
また、前記ハンガー管と前記熱交換器流入通路との間に設けられる出口ヘッダと、前記出口ヘッダ内の前記給水の温度を検出する第1温度検出部と、をさらに備え、前記制御装置は、前記バイパス弁の前記開弁動作制御の実行時において、前記第1温度検出部により検出された第1検出温度が、前記給水の圧力における飽和水蒸気温度よりも低い目標監視温度以下となるように、前記バイパス弁の開度を調整することが好ましい。
【0023】
この構成によれば、第1検出温度に基づいて、バイパス弁の開度を調整することができるため、給水の温度を目標監視温度以下とすることができる。このため、出口ヘッダにおける給水の蒸発を抑制できることから、出口ヘッダから熱交換器流入通路を介して熱交換器へ向けて、給水を好適に流通させることができる。
【0024】
また、前記熱交換器の流出口から流出する前記給水の温度を検出する第2温度検出部をさらに備え、前記制御装置は、前記第2温度検出部により検出された第2検出温度が、前記給水の圧力における飽和水蒸気温度よりも低い目標監視温度に達する場合、前記バイパス弁を開弁側に動作させる開弁動作制御を実行することが好ましい。
【0025】
この構成によれば、第2検出温度が上昇して、目標監視温度に達すると、バイパス弁の開度が大きくなるため、バイパス通路に流通する給水量が多くなる。バイパス通路に流通する給水量が多くなると、給水の温度が低下するため、バイパス通路から熱交換器に供給される給水の温度を低下させることができる。よって、熱交換器の流出口から流出する給水の蒸発を抑制することができる。
【0026】
本発明のガス化複合発電設備は、炭素含有固体燃料をガス化することで生成ガスを生成する、上記のガス化装置と、前記ガス化装置で生成した前記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るタービン排ガスを導入する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、前記ガスタービンおよび前記蒸気タービンと連結された発電機とを備えたことを特徴とする。
【0027】
この構成によれば、信頼性の高いガス化装置によって生成された生成ガスをガスタービンに供給し、ガスタービン及び蒸気タービンが回転駆動することによって、発電機による発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
図1図1は、実施形態1に係るガス化装置を適用した石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
図2図2は、実施形態1に係るガス化装置を表す概略構成図である。
図3図3は、実施形態1に係るガス化装置の給水系統を表す模式図である。
図4図4は、ガス化炉負荷に応じて変化する給水流量(ハンガー流量)及びバイパス流量に関するグラフである。
図5図5は、ガス化炉負荷に応じて変化するバイパス弁開度に関するグラフである。
図6図6は、ガス化炉負荷に応じて変化する給水流速(ハンガー流速)に関するグラフである。
図7図7は、ガス化炉負荷に応じて変化する給水温度に関するグラフである。
図8図8は、ガス化炉負荷に応じて変化するサブクール温度に関するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0029】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。
【0030】
[実施形態1]
図1は、実施形態1に係るガス化装置を適用した石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。図2は、実施形態1に係るガス化装置を表す概略構成図である。図3は、実施形態1に係るガス化装置の給水系統を表す模式図である。
【0031】
実施形態1に係るガス化装置14が適用される石炭ガス化複合発電設備(IGCC:Integrated Coal Gasification Combined Cycle)10は、空気を酸化剤として用いており、ガス化装置14において、燃料から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10は、ガス化装置14で生成した生成ガスを、ガス精製装置16で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン設備17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10は、空気燃焼方式(空気吹き)の発電設備となっている。ガス化装置14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。
【0032】
石炭ガス化複合発電設備(ガス化複合発電設備)10は、図1に示すように、給炭装置11と、ガス化装置14と、チャー回収装置15と、ガス精製装置16と、ガスタービン設備17と、蒸気タービン設備18と、発電機19と、排熱回収ボイラ(HRSG:Heat Recovery Steam Generator)20とを有している。
【0033】
給炭装置11は、原炭として炭素含有固体燃料である石炭が供給され、石炭ミル(図示略)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。給炭装置11で製造された微粉炭は、後述する空気分離装置42から供給される搬送用イナートガスとしての窒素によってガス化装置14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%以下に制限されるものではない。
【0034】
ガス化装置14は、給炭装置11で製造された微粉炭が供給されると共に、チャー回収装置15で回収されたチャー(石炭の未燃分)が戻されて再利用可能に供給されている。
【0035】
また、ガス化装置14には、ガスタービン設備17(圧縮機61)からの圧縮空気供給ライン41が接続されており、ガスタービン設備17で圧縮された圧縮空気がガス化装置14に供給可能となっている。空気分離装置42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43によって空気分離装置42とガス化装置14とが接続されている。そして、この第1窒素供給ライン43には、給炭装置11からの給炭ライン11aが接続されている。また、第1窒素供給ライン43から分岐する第2窒素供給ライン45もガス化装置14に接続されており、この第2窒素供給ライン45には、チャー回収装置15からのチャー戻しライン46が接続されている。更に、空気分離装置42は、酸素供給ライン47によって、圧縮空気供給ライン41と接続されている。そして、空気分離装置42によって分離された窒素は、第1窒素供給ライン43及び第2窒素供給ライン45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。また、空気分離装置42によって分離された酸素は、酸素供給ライン47及び圧縮空気供給ライン41を流通することで、ガス化装置14において酸化剤として利用される。
【0036】
ガス化装置14は、例えば、2段噴流床形式のガス化炉を有している。ガス化装置14は、内部に供給された石炭(微粉炭)を酸化剤(空気、酸素)により部分燃焼させることで、可燃性ガスを生成する。なお、ガス化装置14は、微粉炭に混入した異物を除去する異物除去装置48が設けられている。なお、ガス化装置14は噴流床ガス化炉に限らず、流動床ガス化炉や固定床ガス化炉としてもよい。そして、このガス化装置14には、チャー回収装置15に向けて可燃性ガスを供給するガス生成ライン49が接続されており、チャーを含む可燃性ガスが排出可能となっている。この場合、ガス生成ライン49にガス冷却器を設けることで、可燃性ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収装置15に供給してもよい。
【0037】
チャー回収装置15は、集塵装置51と供給ホッパ52とを有している。この場合、集塵装置51は、1つまたは複数のポーラスフィルタやサイクロンにより構成され、ガス化装置14で生成された可燃性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可燃性ガスは、ガス排出ライン53を通してガス精製装置16に送られる。供給ホッパ52は、集塵装置51で可燃性ガスから分離されたチャーを貯留するものである。なお、集塵装置51と供給ホッパ52との間にビンを配置し、このビンに複数の供給ホッパ52を接続するように構成してもよい。そして、供給ホッパ52からのチャー戻しライン46が第2窒素供給ライン45に接続されている。
【0038】
ガス精製装置16は、チャー回収装置15によりチャーが分離された可燃性ガスに対して、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、ガス精製装置16は、可燃性ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン設備17に供給する。なお、チャーが分離された可燃性ガス中にはまだ硫黄分(HSなど)が含まれているため、このガス精製装置16では、アミン吸収液によって硫黄分を除去することで、硫黄分を最終的には石膏として回収し、有効利用する。
【0039】
ガスタービン設備17は、圧縮機61、燃焼器62、タービン63を有しており、圧縮機61とタービン63とは、回転軸64により連結されている。燃焼器62には、圧縮機61からの圧縮空気供給ライン65が接続されると共に、ガス精製装置16からの燃料ガス供給ライン66が接続され、また、タービン63に向かって延びる燃焼ガス供給ライン67が接続されている。また、ガスタービン設備17は、圧縮機61からガス化装置14に延びる圧縮空気供給ライン41が設けられており、中途部に昇圧機68が設けられている。従って、燃焼器62では、圧縮機61から供給された圧縮空気とガス精製装置16から供給された燃料ガス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63へ向けて供給する。そして、タービン63は、供給された燃焼ガスにより回転軸64を回転駆動させることで発電機19を回転駆動させる。
【0040】
蒸気タービン設備18は、ガスタービン設備17の回転軸64に連結されるタービン69を有しており、発電機19は、この回転軸64の基端部に連結されている。排熱回収ボイラ20は、ガスタービン設備17(タービン63)からの排ガスライン70が接続されており、給水と高温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20は、蒸気タービン設備18のタービン69との間に蒸気供給ライン71が設けられると共に、蒸気回収ライン72が設けられ、蒸気回収ライン72に復水器73が設けられている。また、排熱回収ボイラ20で生成する蒸気には、ガス化炉101の熱交換器102で生成ガスと熱交換して生成された蒸気を排熱回収ボイラ20で更に熱交換したものを含んでもよい。従って、蒸気タービン設備18では、排熱回収ボイラ20から供給された蒸気によりタービン69が回転駆動し、回転軸64を回転させることで発電機19を回転駆動させる。
【0041】
そして、排熱回収ボイラ20で熱が回収された排ガスは、ガス浄化装置74により有害物質が除去され、浄化された排ガスは、煙突75から大気へ放出される。
【0042】
ここで、実施形態1の石炭ガス化複合発電設備10の作動について説明する。
【0043】
実施形態1の石炭ガス化複合発電設備10において、給炭装置11に原炭(石炭)が供給されると、石炭は、給炭装置11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。給炭装置11で製造された微粉炭は、空気分離装置42から供給される窒素により第1窒素供給ライン43を流通してガス化装置14に供給される。また、後述するチャー回収装置15で回収されたチャーが、空気分離装置42から供給される窒素により第2窒素供給ライン45を流通してガス化装置14に供給される。更に、後述するガスタービン設備17から抽気された圧縮空気が昇圧機68で昇圧された後、空気分離装置42から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン41を通してガス化装置14に供給される。
【0044】
ガス化装置14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、可燃性ガス(生成ガス)を生成する。そして、この可燃性ガスは、ガス化装置14からガス生成ライン49を通って排出され、チャー回収装置15に送られる。
【0045】
このチャー回収装置15にて、可燃性ガスは、まず、集塵装置51に供給されることで、可燃性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可燃性ガスは、ガス排出ライン53を通してガス精製装置16に送られる。一方、可燃性ガスから分離した微粒チャーは、供給ホッパ52に堆積され、チャー戻しライン46を通ってガス化装置14に戻されてリサイクルされる。
【0046】
チャー回収装置15によりチャーが分離された可燃性ガスは、ガス精製装置16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。そして、ガスタービン設備17では、圧縮機61が圧縮空気を生成して燃焼器62に供給すると、この燃焼器62は、圧縮機61から供給される圧縮空気と、ガス精製装置16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し、この燃焼ガスによりタービン63を回転駆動することで、回転軸64を介して発電機19を回転駆動し、発電を行うことができる。
【0047】
そして、ガスタービン設備17におけるタービン63から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ20にて、給水と熱交換を行うことで蒸気を生成し、この生成した蒸気を蒸気タービン設備18に供給する。蒸気タービン設備18では、排熱回収ボイラ20から供給された蒸気によりタービン69を回転駆動することで、回転軸64を介して発電機19を回転駆動し、発電を行うことができる。
【0048】
その後、ガス浄化装置74では、排熱回収ボイラ20から排出された排気ガスの有害物質が除去され、浄化された排ガスが煙突75から大気へ放出される。
【0049】
次に、図1から図3を参照して、上述した石炭ガス化複合発電設備10におけるガス化装置14について詳細に説明する。
【0050】
ガス化装置14は、図2及び図3に示すように、ガス化炉101と、熱交換器102と、ハンガー管103と、給水系統104と、制御装置105とを備えている。
【0051】
ガス化炉101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可燃性ガス(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101は、圧力容器110と、圧力容器110の内部に設けられるガス化炉壁111とを有している。そして、ガス化炉101は、圧力容器110とガス化炉壁111との間の空間にアニュラス部115を形成している。また、ガス化炉101は、ガス化炉壁111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116、ディフューザ部117、リダクタ部118を形成している。
【0052】
圧力容器110は、内部が中空空間となる円筒形状に形成され、上端部にガス排出口121が形成される一方、下端部(底部)にスラグホッパ122が形成されている。ガス化炉壁111は、内部が中空空間となる角筒形状に形成され、その壁面が圧力容器110の内面と対向して設けられている。そして、ガス化炉壁111は、図示しない支持部材により圧力容器110内面に連結されている。
【0053】
ガス化炉壁111の一部は、複数の伝熱管141と、各伝熱管の間に設けられる複数のフィン142とを有し、伝熱管141とフィン142とが溶接等によって相互に接合されることで形成されている。このガス化炉壁111は、その上端部が、圧力容器110のガス排出口121に接続され、その下端部が圧力容器110の底部と隙間を空けて設けられている。そして、圧力容器110の底部に形成されるスラグホッパ122には、貯留水が溜められており、ガス化炉壁111の下端部が貯留水に浸水することで、ガス化炉壁111の内外を封止している。
【0054】
アニュラス部115は、圧力容器110の内側とガス化炉壁111の外側に形成された空間であり、空気分離装置42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115は、窒素が充満する空間となる。なお、このアニュラス部115の鉛直方向の上部付近には、ガス化炉101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111の内外を連通して設けられ、ガス化炉壁111の内部(コンバスタ部116、ディフューザ部117及びリダクタ部118)と外部(アニュラス部115)とを均圧にしている。
【0055】
コンバスタ部116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116におけるガス化炉壁111には、複数のバーナ126からなる燃焼装置が配置されている。コンバスタ部116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117を通過してリダクタ部118に流入する。
【0056】
リダクタ部118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116からの燃焼ガスに微粉炭を供給して、微粉炭を揮発分(一酸化炭素、水素、低級炭化水素等)へと熱分解してガス化することで可燃性ガスを生成する空間となっている。リダクタ部118におけるガス化炉壁111には、複数のバーナ127からなる燃焼装置が配置されている。
【0057】
熱交換器102は、ガス化炉壁111の内部に設けられると共に、リダクタ部118のバーナ127の鉛直上方側に設けられている。熱交換器102は、ガス化炉壁111の鉛直下方側(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)131、過熱器(スーパーヒータ)132、節炭器(エコノマイザ)134が配置されている。これらの熱交換器102は、リダクタ部118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。なお、蒸発器(エバポレータ)131、過熱器(スーパーヒータ)132、節炭器(エコノマイザ)134は、図に記載されたその数量を限定するものではない。
【0058】
ハンガー管103は、図3に示すように、鉛直方向に延びて設けられており、水平方向に複数並べて設けられている。ハンガー管103は、その鉛直方向上部がガス化炉101の上部に接続され、熱交換器102を吊り下げてその荷重を支持している。ハンガー管103の内部は、後述する給水系統104の給水管157が接続されており、給水管157から供給される給水が、鉛直方向の下方側から上方側、つまり、生成ガスの流通方向の上流側から下流側に向かって流通することで、ハンガー管103の強度低下を招くような過剰な温度上昇を防止している。
【0059】
給水系統104は、給水管(給水通路)157と、出口ヘッダ155と、出口ヘッダ155から節炭器(熱交換器)134へ向かう通路である節炭器流入ライン(熱交換器流入通路)156と、節炭器134から流出する通路である節炭器流出ライン158と、節炭器流出ライン158に接続される蒸気ドラム151とを有している。また、給水系統104は、バイパス管(バイパス通路)161と、バイパス管161に設けられるバイパス弁162とを有している。
【0060】
給水管157は、石炭ガス化複合発電設備10に設けられる図示しない給水設備から供給される給水が流通しており、給水弁165が設けられている。給水管157は、ハンガー管103の流入口に接続されており、ハンガー管103へ向けて給水を流通させている。給水弁165は、制御装置105が接続されており、制御装置105によって開度を調整することにより、給水の全量を調整可能となっている。
【0061】
出口ヘッダ155は、ハンガー管103の流出口側に接続されており、ハンガー管103から流出する給水が流入する。出口ヘッダ155には、出口ヘッダ155内の給水の温度を検出する第1温度検出センサ(第1温度検出部)171が設けられている。第1温度検出センサ171は、制御装置105に接続されており、検出した第1検出温度を、制御装置105へ向けて出力している。
【0062】
節炭器流入ライン156は、出口ヘッダ155の流出口と節炭器134の流入口とを接続しており、出口ヘッダ155から流出した給水を節炭器134へ向けて流通させている。節炭器流出ライン158は、節炭器134の流出口と蒸気ドラム151の流入口とを接続しており、節炭器134から流出した給水を蒸気ドラム151へ向けて流通させている。
【0063】
バイパス管161は、給水管157から分岐して節炭器流入ライン156に接続されており、給水管157の給水を、ハンガー管103を迂回して、節炭器134へ流入する通路となっている。
【0064】
バイパス弁162は、制御装置105が接続されており、制御装置105によって開度を調整することにより、バイパス管161を流通する給水量を調整可能となっている。
【0065】
蒸気ドラム151は、内部の給水を汽水分離しており、分離した蒸気を、蒸気管159を介して過熱器132に送る。過熱器132は、生成ガスにより蒸気を過熱し、過熱した過熱蒸気を排熱回収ボイラ20で更に熱交換して過熱して、蒸気タービン等の蒸気利用設備へ供給する。また、蒸気ドラム151は、分離した給水の一部を、送水管160を介して蒸発器131に送る。蒸発器131は、生成ガスにより給水を加熱し、加熱した給水を再び蒸気ドラム151に送る。
【0066】
ここで、上述した実施形態1のガス化装置14の作動について説明する。
【0067】
ガス化装置14のガス化炉101において、リダクタ部118のバーナ127により窒素と微粉炭が投入されて点火されると共に、コンバスタ部116のバーナ126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116では、微粉炭とチャーの一部燃焼により高温燃焼ガスが発生する。また、コンバスタ部116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111へ付着すると共に、炉底へ落下し、最終的にスラグホッパ122内の貯水へ排出される。そして、コンバスタ部116で発生した高温燃焼ガスは、ディフューザ部117を通ってリダクタ部118に上昇する。このリダクタ部118では、微粉炭が高温燃焼ガスと混合し、高温の還元雰囲気場においてガス化反応が行われ、可燃性ガス(生成ガス)が生成される。
【0068】
このとき、給水管157からハンガー管103へ向けて給水が行われ、ハンガー管103を流通した給水は、出口ヘッダ155及び節炭器流入ライン156を通って節炭器134に流入する。一方で、バイパス弁162が開弁している場合、給水管157から供給された給水は、バイパス管161を通って節炭器流入ライン156に合流する。そして、節炭器134に流入した給水は、節炭器134で加熱された後、節炭器流出ライン158を通って蒸気ドラム151に流入する。
【0069】
次に、制御装置105によるバイパス弁162の開閉制御について説明する。制御装置105は、ガス化炉101の負荷であるガス化炉負荷(GID)に応じて、バイパス弁162を制御している。ガス化炉負荷(GID)が100%のときにガス化炉は定格負荷となる。具体的に、制御装置105は、GIDが設定負荷に達するまで(低GIDとなる期間)は、バイパス弁162を閉弁させている。バイパス弁162が閉弁しているときは、給水管157からの給水の全量がハンガー管103へ給水される。ここで、低GIDとなる期間は、ガス化炉101の内部に微粉炭が投入される起動時から、ガス化炉負荷が設定負荷になるまでの期間として設定し管理することができる。ここで、設定負荷は、ハンガー管103の流速が設計上規定される上限流速以下となるガス化炉負荷である。ハンガー管103の設計による上限流速は、炭素鋼や低合金鋼配管で製作されるハンガー管内の酸化被膜の腐食による減肉、いわゆる、流れ加速型腐食(FAC:Flow Accelerated Corrosion)が促進されない範囲であり、また、ハンガー管103を通って節炭器134に流入するまでの長い流路での圧力損失が大きくなり給水ポンプの負荷が過剰とならないものである。このため、具体的には例えば、上限流速(例:3〜10m/s)以下としている。一方、ハンガー管103の中の給水温度が飽和水蒸気温度以上に上昇すると、圧力損出が増加するため、飽和水蒸気温度にサブクール温度を加えた温度に上昇しないための下限流速が設定される。ここで、ハンガー管103の流速が上限流速以下となるようなガス化炉の設定負荷としては、例えば、GIDが30%〜50%となる負荷であり、より好ましくは、40%〜45%となる負荷であり、更に好適には、45%となる負荷である。このように、起動時からGIDが設定負荷まで、バイパス弁162を閉のままとするので、制御が容易で給水系統104の安定した運転が可能となる。
【0070】
続いて、制御装置105は、ガス化炉負荷が設定負荷以上となる場合、バイパス弁162を開弁側に動作させる開弁動作制御を実行する。制御装置105は、開弁動作制御を実行する場合、バイパス弁162の開度が所定の一定開度となるように開弁動作制御を実行してもよいし、バイパス弁162の開度をハンガー出口温度などが所定の温度となるように調整する開閉調整制御を実行してもよい。制御装置105は、開閉調整制御を実行する場合、ハンガー出口温度である第1温度検出センサ171の第1検出温度が、給水が蒸気となる蒸気発生化温度(飽和水蒸気温度)よりも低い目標監視温度以下となるようにして蒸気発生による圧力損失の急増を防止するよう、バイパス弁162の開度をフィードバック制御する。具体的に、開閉調整制御時における目標監視温度は、蒸気ドラム151の圧力に基づいて算出した飽和水蒸気温度から、所定のサブクール温度(例えば、約50℃)を差し引いた温度としている。
【0071】
次に、図4から図8を参照して、ガス化炉負荷(GID)に応じて変化する、ハンガー管103を流通する給水の各種パラメータについて説明する。図4は、ガス化炉負荷に応じて変化する給水流量(ハンガー流量)及びバイパス流量に関するグラフである。図5は、ガス化炉負荷に応じて変化するバイパス弁開度に関するグラフである。図6は、ガス化炉負荷に応じて変化する給水流速(ハンガー流速)に関するグラフである。図7は、ガス化炉負荷に応じて変化する給水温度に関するグラフである。図8は、ガス化炉負荷に応じて変化するサブクール温度に関するグラフである。なお、図4から図8では、ガス化炉負荷が設定負荷以上となる場合、制御装置105が、バイパス弁162の開度を所定の一定開度とする開弁動作制御を実行するときのグラフとなっている。所定の一定開度は、ガス化炉負が定格(100%)もしくは過負荷(120%)になってもハンガー管103内の流速は限流速を越えないものである。
【0072】
図4は、その横軸がガス化炉負荷となっており、紙面右側にGID=100%の時の値をプロットしている。また、図4は、その縦軸が給水の流量となっている。図5は、その横軸がガス化炉負荷となっており、その縦軸がバイパス弁162の開度となっている。さらに、図6は、その横軸がガス化炉負荷となっており、その縦軸がハンガー管103を流通する給水の流速となっている。
【0073】
ガス化炉負荷が設定負荷よりも小さい場合、バイパス弁162は閉弁していることから、ガス化炉負荷が上昇するにつれて、ハンガー管103を流通する給水の流量(ハンガー流量)は増大する。一方で、バイパス管161を流通する給水の流量(バイパス流量)はゼロとなる。また、ハンガー管103を流通する給水の流量(ハンガー流量)は増大するので、ハンガー管103を流通する給水の流速(ハンガー流速)は、ガス化炉負荷が上昇するにつれて増大する。
【0074】
そして、ガス化炉負荷が設定負荷に達すると、バイパス弁162を開弁することで、バイパス管161に給水が流通することから、ハンガー管103を流通するハンガー流量が一旦は減少する。一方で、バイパス管161を流通するバイパス流量が増加する。そして、ガス化炉負荷が設定負荷よりも上昇するにつれて、ハンガー流量及びバイパス流量が増大する。また、ハンガー管103を流通する給水の流速は、バイパス弁162を開弁することで、ハンガー流速が減少するものの、ガス化炉負荷が設定負荷よりも上昇するにつれて、ハンガー流速が増大する。
【0075】
ガス化炉負荷が設定負荷よりも上昇すると、ハンガー管103の流速が上限流速に近づき、流れ加速型腐食(FAC)が促進やハンガー管103を通って節炭器134に流入する流路での圧力損失が大きくなることへ向かうため、バイパス弁162の開度を調整する。ここで、バイパス弁162の開度を所定の一定開度とする場合、バイパス弁162の開度は、ガス化炉負荷が100%になる場合であっても、ハンガー流量及びバイパス流量が、予め設定された上限流量及び下限流量の範囲である所定の運用幅となるように設定されている。上限流量は、ハンガー流量が上限流速となる流量である。また、下限流量は、ハンガー管103を流通する給水の温度が、同給水の飽和温度よりも低い目標監視温度に上昇する流量である。そして、図6に示すように、ハンガー流速は、ガス化炉負荷の全域に亘って、上限流速以下となっている。
【0076】
図7は、その横軸がガス化炉負荷となっており、その縦軸が給水の流体温度となっている。また、図8は、その横軸がガス化炉負荷となっており、その縦軸がサブクール温度となっている。
【0077】
ガス化炉負荷が設定負荷よりも小さい場合、バイパス弁162は閉弁していることから、ガス化炉負荷が上昇するにつれて、ハンガー管103から流出する給水の温度(ハンガー出口温度)、節炭器134から流出する給水の温度(ECO出口温度)、給水管157を流通する給水の温度(給水温度)、及び給水の飽和温度は、徐々に増大する。一方で、ガス化炉負荷が上昇するにつれて、飽和水蒸気温度に比して、ハンガー出口温度の上昇幅が大きいことから、ハンガー管103の出口におけるサブクール温度(ハンガー出口サブクール温度)は減少する。同様に、ガス化炉負荷が上昇するにつれて、飽和温度に比して、ECO出口温度の上昇幅が大きいことから、節炭器134の出口におけるサブクール温度(ECO出口サブクール温度)は減少する。
【0078】
そして、ガス化炉負荷が設定負荷に達すると、バイパス弁162を開弁することで、バイパス流量が増大する一方で、ハンガー流量が減少することから、ハンガー出口温度が上昇する。なお、節炭器134には、節炭器流入ライン156を流通する給水と、バイパス管161を流通する給水とが合流するため、ECO出口温度に大きな変化はない。また、ガス化炉負荷が設定負荷に達すると、ハンガー出口温度が上昇することから、ハンガー出口サブクール温度は減少する。
【0079】
このように、制御装置105は、設定負荷に達すると、バイパス弁162の開弁動作制御を実行することで、ハンガー管103を流通する給水の流速を低下させることができ、また、ハンガー管103の温度が僅かに上昇するものの、ハンガー出口サブクール温度の運用幅内に収めることができる。
【0080】
次に、制御装置105は、バイパス弁162を所定の一定開度としていた開弁動作制御の実行時において、第1温度検出センサ171の第1検出温度に基づくバイパス弁162の制御を一時的に実行してもよい。具体的に、制御装置105は、第1温度検出センサ171の第1検出温度が、予め設定された目標監視温度以上となる場合、一時的に、バイパス弁162を閉弁側に動作させる閉弁動作制御を実行している。ここで、目標監視温度は、出口ヘッダ155の給水が蒸気となる蒸気発生化温度(飽和水蒸気温度)よりも低い温度となっている。このため、バイパス弁162の開度を小さくすることで、ハンガー管103に流通する給水の流量を増大させることになるので、ハンガー管103から流出する給水の温度を低下させることができる。
【0081】
さらに、制御装置105は、バイパス弁162の開弁動作制御の実行時において、節炭器流出ライン158の温度である第2温度検出センサ172の第2検出温度に基づくバイパス弁162の制御を実行している。具体的に、制御装置105は、第2温度検出センサ172の第2検出温度が、予め設定された目標監視温度以上となる場合、一時的に、バイパス弁162の開度が大きくなるようにして蒸気発生による圧力損失の急増を防止するよう開弁動作制御を実行している。ここで、目標監視温度は、節炭器流出ライン158を流通する給水が蒸気となる蒸気発生化温度(飽和水蒸気温度)よりも低い温度となっている。このため、バイパス弁162の開度が大きくなることで、バイパス管161に流通する給水の流量を増大させることにより、節炭器134から流出する給水の温度を低下させることができる。
【0082】
なお、制御装置105は、第1検出温度及び第2検出温度が目標監視温度以上となる場合には、給水弁165を開弁して、ハンガー管103及びバイパス管161に供給する給水の全量を増大させてもよい。
【0083】
以上のように、実施形態1によれば、給水管157から供給された給水は、ハンガー管103を流通した後、節炭器流入ライン156を流通して、節炭器134に流入する。また、バイパス弁162が開いている場合、給水管157から供給された給水は、バイパス管161を流通して、節炭器134に流入する。このため、制御装置105は、ハンガー管103における給水の流速が速くなる場合、バイパス弁162を開くことで、給水をバイパス管161に流入させることができるため、ハンガー管103の流れ加速型腐食を抑制することができる。また、給水をバイパス管161に流通させることで、給水管157から節炭器134に流入するまでの流路の長さを短くすることができるため、節炭器134までの流路の圧力損失を低減することができる。さらに、バイパス管161が閉塞する場合であっても、ハンガー管103及び節炭器134に給水を流通させることができるため、ハンガー管103及び節炭器134の過熱を抑制することができる。
【0084】
また、実施形態1によれば、制御装置105は、ガス化炉負荷が設定負荷になるまでは、給水管157から供給される給水の全量が少ないことから、ハンガー管103の流速が上限流速に達することなく、給水管157からの給水の全量を、ハンガー管103に流通させることができる。このため、ハンガー管103及び節炭器134を好適に冷却することができる。また、ハンガー管103の温度が過剰に上昇して強度低下することが無いので、安全に熱交換器102を吊り下げ支持することができる。
【0085】
また、実施形態1によれば、制御装置105は、ガス化炉負荷が設定負荷以上になると、バイパス弁162を開弁することにより、給水管157から供給される給水の一部をバイパス管161に流通させることができる。このため、ハンガー管103の流速の増加が防止され、流れ加速型腐食を抑制することができ、また、節炭器134までの流路の圧力損失を低減することができる。
【0086】
また、実施形態1によれば、制御装置105は、バイパス弁162の開弁動作の実行時において、バイパス弁162の開度を所定の一定開度に維持することができるため、バイパス弁162の開度を調整する必要がないことから、給水制御を簡易化させるとともに、ハンガー管103及びバイパス管161において給水を安定的に流通させることができる。
【0087】
また、実施形態1によれば、制御装置105は、第1検出温度が上昇して、目標監視温度に達すると、バイパス弁162の開度を小さくするため、ハンガー管103に流通する給水量を多くすることで、ハンガー管103から出口ヘッダ155に供給される給水の温度を低下させることができる。よって、出口ヘッダ155における給水の蒸発を抑制できることから、出口ヘッダ155から節炭器流入ライン156を介して節炭器134へ向けて、給水を好適に流通させることができる。
【0088】
また、実施形態1によれば、制御装置105は、バイパス弁162の開弁動作制御の実行時において、第1検出温度に基づいて、バイパス弁162の開度を調整することも可能であり、この場合、給水の温度を目標監視温度以下とすることができる。この場合も、出口ヘッダ155における給水の蒸発を抑制できることから、出口ヘッダ155から節炭器流入ライン156を介して節炭器134へ向けて、給水を好適に流通させることができる。
【0089】
また、実施形態1によれば、制御装置105は、第2検出温度が上昇して、目標監視温度に達すると、バイパス弁162の開度を大きくすることができるため、バイパス管161に流通する給水量を多くすることができる。このため、バイパス管161から節炭器134に供給される給水の温度を低下させることができるため、節炭器134の流出口から流出する給水の蒸発を抑制することができ、節炭器134を流れる給水を好適に流通させることができる。
【0090】
また、実施形態1によれば、信頼性の高いガス化装置14によって生成された生成ガスをガスタービン設備17に供給し、タービン63及びタービン69が回転駆動することによって、発電機19による発電を行うことができる。
【0091】
[実施形態2]
次に、実施形態2に係るガス化装置14について説明する。なお、実施形態2では、重複した記載を避けるべく、実施形態1と異なる部分について説明し、実施形態1と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。
【0092】
実施形態1において、制御装置105は、ガス化炉負荷が設定負荷になるまでの間、バイパス弁162を閉弁していたが、実施形態2において、制御装置105は、ガス化炉負荷が設定負荷になるまでの間、バイパス弁162の開度を、最小開度としている。バイパス弁162の最小開度は、バイパス弁162の固着を防止可能な開度となっており、例えば、1〜50%程度の開度となっている。なお、ガス化炉負荷が設定負荷以上となる場合、実施形態2の制御装置105は、実施形態1と同様の制御を実行する。
【0093】
以上のように、実施形態2によれば、ガス化炉負荷が設定負荷になるまでの間において、給水管157から供給される給水の少量をバイパス管161に流通させることができ、また、給水管157から供給される給水の残りの全量をハンガー管103に流通させることができる。このため、バイパス管103に給水を流通させることができるため、バイパス弁162が閉弁した状態で固着することを抑制することができ、ハンガー管103と節炭器134を流れる給水を好適に流通させることができる。
【0094】
なお、実施形態1および実施形態2ではタワー型ガス化炉について説明してきたが、ガス化炉はクロスオーバー型ガス化炉でも同様に実施が可能である。
【符号の説明】
【0095】
10 石炭ガス化複合発電設備(ガス化複合発電設備)
11 給炭装置
11a 給炭ライン
14 ガス化装置
15 チャー回収装置
16 ガス精製装置
17 ガスタービン設備
18 蒸気タービン設備
19 発電機
20 排熱回収ボイラ
41 圧縮空気供給ライン
42 空気分離装置
43 第1窒素供給ライン
45 第2窒素供給ライン
46 チャー戻しライン
47 酸素供給ライン
49 ガス生成ライン
51 集塵装置
52 供給ホッパ
53 ガス排出ライン
61 圧縮機
62 燃焼器
63 タービン
64 回転軸
65 圧縮空気供給ライン
66 燃料ガス供給ライン
67 燃焼ガス供給ライン
68 昇圧機
69 タービン
70 排ガスライン
71 蒸気供給ライン
72 蒸気回収ライン
74 ガス浄化装置
75 煙突
101 ガス化炉
102 熱交換器
103 ハンガー管
104 給水系統
105 制御装置
110 圧力容器
111 ガス化炉壁
115 アニュラス部
116 コンバスタ部
117 ディフューザ部
118 リダクタ部
121 ガス排出口
122 スラグホッパ
126 バーナ
127 バーナ
131 蒸発器
132 過熱器
134 節炭器(熱交換器)
141 伝熱管
142 フィン
151 蒸気ドラム
155 出口ヘッダ
156 節炭器流入ライン
157 給水管
158 節炭器流出ライン
159 蒸気管
160 送水管
161 バイパス管
162 バイパス弁
165 給水弁
171 第1温度検出センサ
172 第2温度検出センサ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8