JPS59134331A - 加圧式ガス化複合発電プラントの変圧運転制御方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、加圧式石炭ガス化複合発電プラントの部分負
荷時における石炭ガス化炉の変圧運転の制御方法、及び
その制御装置に関するものである。

〔従来技術〕

第１図は石炭ガス化複合発電プラントの１例を示すシス
テム構成図である。

ガス化炉３に対して石炭供給設備１から石炭２が供給さ
れ、同時に酸素供給設備４から石炭ガス化剤としての酸
素５が供給される。ガス化炉３では石炭と酸素とが反応
し、組成ガス６が生成される。組成ガス６はガス冷却設
備７で冷却されると共に蒸気８を発生する。冷却された
組成ガス９はガス精製設備１０に送られ、脱塵・脱硫さ
れて精製ガス１１となる。

精製ガス１１は複合発電設備のガスクーピン１２へ送ら
れ、燃焼してタービンを駆動し、電気を発生する。燃焼
してタービンを駆動した後のガスは、高温の排ガス１３
として排熱回収ボイラ１４へ送られる。高温の排ガス１
３は排熱回収ボイラ１４で熱を蒸気として回収され、比
較的低温の排ガス３４として排出される。排熱回収ボイ
ラ１４で発生した蒸気と、ガス冷却７からの蒸気８は、
排熱回収ボイラ１４で過熱され、過熱蒸気１５として蒸
気タービン１６へ送られる。過熱蒸気１５は蒸気タービ
ン１６を駆動し、電気を発生する。

石炭ガス化複合発電プラントの従来の運転方法の一例を
第２図により説明する。

中央制御装置７０からの負荷要求信号１７がガスタービ
ン制御装置１８にはいり、ガスタービン制御装置１８は
要求された負荷に応じて、燃料流量調整弁１９を開閉し
、燃料流量をコントロールすることによってガスタービ
ン１２の出力を制御する。

一方、中央制御装置７０には、ガス精製出口の設定圧力
２０がセットされており、このガス精製出口の設定圧力
２０は、プラントの負荷に関係なく一定の圧力に設定さ
れる。

ガス精製設備１０の圧力は圧力計２１から圧力信号２２
としてガス精製圧力制御装置２３に送られ、中央制御装
置７０からの設定圧力信号２０と比較され、設定圧力（
一定値）との差によって石炭供給量制御装置２４に石炭
供給量の増減の信号２５を送る。

石炭供給量制御装置２４は、ガス精製圧力制御装置２３
からの信号と、石炭流量計２６からの信号２７によシ、
石炭供給量調整弁２８へ石炭供給量の増減の信号２９を
送る。

まだ、酸素の供給量は酸素／石炭比制御装置３３０によ
シ制御される。酸素／石炭比制御装置３０へは、石炭流
量計３１と酸素流量計３２から、それぞれ石炭供給量、
酸素供給量の信号が送られる。酸素／石炭比制御装置３
０は、石炭と酸素の供給量の比が一定となるように、酸
素供給量調整弁３３によシ酸素供給量を調整する。

第２図の例では、ガス精製出口の圧力が一定となるよう
に制御しており、これは、定格負荷時。

部分負荷時をとわず常に一定にしている。したがって、
ガス化炉３の圧力は部分負荷時においても組成ガスの流
量が減少することによって圧損が減少した分だけ下がる
だけであシ、定格負荷時の圧力とあまり変わらない。

従来の運転方法の他の１例を第３図に示す。

第２図の例との違いは、第２図の例では負荷要求信号１
７がガスタービン側にはいシ、ガス精製設備の設定圧力
信号２０がガス化炉側にはいるのに対し、第３図の例で
は、負荷要求信号１７がガス化炉側にはいり、ガス精製
の設定圧力信号２０がガスタービン側にはいることであ
る。第２図の例はガスタービンにガス化炉が追従してい
くガスタービン主導型であるのに対し、第３図の例はガ
ス化炉にガスタービンが追従していくガス化炉主導型と
なっている。

ガスタービン主導型とガス化炉主導型の違いはあっても
、第２図の例と同様に第３図の例でも、ガス精製設備出
口圧力がプラント負荷に関係なく一定になるように制御
している。

以上に例を挙げて説明したように、従来における石炭ガ
ス化複合発電プラントの運転方法は、ガスタービンが必
要とする燃料ガスの圧力を一定に保持して行なわれてい
る。従来一般に上記のように定圧運転制御を行なってい
るのは主として制御技術的な理由によるものであるが、
後述するごとく、部分負荷運転時においても定格時と同
じガス圧を保つことは、ガス圧縮に費すエネルギー損失
の面から不経済である。

第４図は、ガス化剤としての酸素が圧縮機から送出され
た後、ガス化炉、排熱回収ボイラ、などを順次に経由し
て減圧してゆく状態を表わした図表で、縦軸に圧力をと
シ、この圧力は圧力調整弁出口における定格時圧力を１
００％として表わしである。

実線で示した定格運転時のガス化炉圧力３５は、定格運
転時のガスタービン燃焼器入口燃料圧力３６にガスター
ビン燃料流量圧力調整弁での減圧分と圧力調整弁・ガス
精製設備・熱回収ボイラ等の系統の圧力損失分を加えた
圧力となる。定格運転時の酸素吐出圧力３７は、定格運
転時のガス化炉圧力３５に若干の圧力を加えたものとな
る。

破線で示したカーブ３８は、前述のごとくガス圧を一定
に保つように制御する従来の方法において５０チ部分負
荷運転時のガス圧を示す。

定格時におけるガスタービン燃焼器入口圧力は点３６が
表わす圧力であるのに比して、５０％負荷時は点３９が
表わす圧力で足シる。しかし前述のように部分負荷時に
もガス圧を一定に保つ制御方法であるため、余分の圧力
Ｐをガスタービン燃料流量圧力調整弁で落として使うこ
とになる。

すなわち、ガス精製設備出口圧力を一定に保つ場合、ガ
ス流量が定格運転時の半分となるため、排熱回収ボイラ
、ガス精製設備での圧力損失が減少するので、ガス化炉
圧力３８は定格運転時よシも若干低い圧力となる。部分
負荷運転時のガスタービン燃焼器入口燃料圧力３９は定
格運転時の圧力３６よ漫も下がるので、ガスタービン燃
料流量圧力調整弁は定格運転時に比べて大きな減圧をす
ることになシ、非常に不経済である。

一方、部分負荷時においてガス化炉からガスタービン燃
焼器入口までの間に弁を絞って減圧するようなことをせ
ずに、単に圧損のみを考慮した場合、ガス化炉の圧力は
仮想線４０で示しだようになシ、この場合の酸素吐出圧
力は点４１が表わす圧力で足りることになろうこれを従
来の制御方法と比較すると、従来の部分負荷運転時の酸
素圧力４２は、熱回収ボイラ、ガス精製設備、圧力調整
弁、ガスタービン燃料圧力調整弁の圧損のみによって決
まった酸素圧力４１に比べて、斜線で示した分だけ高い
圧力となる。

との斜線で示した圧力差分は、必要以上に酸素圧力を高
めている分であるため、酸素圧縮機の動力を余分に使っ
ていることになシブラント効率の損失を招く。特に石炭
ガス化複合発電プラントでは、酸素圧縮機の動力の発電
端出力に対する比率が約１割もあり高いので、酸素圧縮
機の動力を低減させることが、大きなプラント効率の向
上につながる。

〔発明の目的〕

本発明は上述の検討に基づいて為されたもので、その目
的は、加圧式石炭ガス化複合発電プラントの部分負荷運
転において、加圧式石炭ガス化炉の圧力を、ガスタービ
ンが必要とする燃料ガス圧力を供給できる最低圧力まで
下げ、加圧式石炭ガス化炉の変圧運転を行なうことによ
シ、ガス化炉に酸素を供給する酸素圧縮機の所要動力を
減少させて、プラント効率の向上に貢献し得る変圧式の
制御方法、および変圧式の制御装置を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため、本発明の制御方法は、加圧
式石炭ガス化炉と、ガス精製設備と、ガスタービンを含
む複合発電設備と、ガス化剤供給設備とよシなる加圧式
石炭ガス化複合発電プラントにおいて、予め変圧モード
を設定したガス化炉制御装置を設け、このガス化炉制御
装置に負荷要求信号を入力せしめ、同ガス化炉制御装置
により石炭供給設備及びガス北側圧縮機に対して負荷に
応じた指令信号を与え、部分負荷運転時におけるガスタ
ービンの燃料供給圧力を自動的に制御して変圧運転を行
なわせることを特徴とする。

また、本発明の制御装置は上記の制御方法を容易に実施
してその効果を充分に発揮せしめるため、加圧式石炭ガ
ス化炉と、ガス精製設備と、ガスタービンを含む複合発
電設備と、ガδ化剤供給設備とよシなる加圧式石炭ガス
化複合発電プラントにおいて、−変圧モードを設定し得
るように構成したガス化炉制御装置を設けるとともに、
上記のガス化炉制御装置に負荷信号を入力し得べくなし
、かつ、上記のガス化炉制御装置により石炭供給設備に
対して負荷に応じた石炭供給量の信号を与えるとともに
ガス北側圧縮機に対して負荷に応じたガス北側流量の信
号を与えるように構成したことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

第５図は本発明方法および本発明装置の１実施例の説明
図である。

中央制御装置７０からの負荷要求信号１７がまずガス化
炉制御装置４３にはいる。ガス化炉制御装置４３には、
負荷に応じた酸素圧力、酸素圧縮機回転数、及び石炭供
給量が設定されておシ、負荷要求に応じて酸素圧縮機４
４２石炭石炭供給量調整弁４へ信号を送る。

石炭供給量制御装置２４はガス化炉制御装置４３からの
石炭供給量の信号と、石炭流量計２６からの信号によっ
て、石炭供給量調整弁２８に石炭供給量の増減の信号を
送る。

ガス化炉への酸素供給量は、酸素／石炭比制御装置３０
によって制御される。酸素／石炭比制御装置３０へは酸
素圧力計４５と酸素流量計３２と石炭供給量制御装置２
４からの信号がはいり、圧力変化における流量計指示を
補正するこれら３つの信号によシ酸素／石炭比制御装置
３０は酸素供給量の増減の信号を酸素圧縮機４４へ送る
。

酸素圧縮機４４は、酸素／石炭比制御装置３０からの酸
素供給量の信号とガス化炉圧力制御装置４３からの酸素
圧力の信号により制御される。酸素圧縮機４４は蒸気タ
ービン（図示せず）で駆動され、圧縮機の回転数を制御
することにより、酸素の流量及び圧力を調整する。また
、酸素圧縮機がモーター駆動の場合は、サイリスク制御
とするか、もしくは流体継手等を用いることにより、圧
縮機の回転数を制御するかベーンで流量をコントロール
する。

ガスタービン１２の入口の燃料流量調整弁１９は、部分
負荷においては弁の開度を一定とし、ガス化炉で生成し
たガスの流量は、ガス圧力低下に伴い比容積が増し、減
少する。したがってガスタービン１２の出力はガス化炉
で生成するガスの流量変化に応じて変化する。

第６図は上記と異なる実施例の説明図である。

前例に比して本例は、ガス化炉圧力制御装置４３からガ
スタービン制御装置１８への燃料ガス圧力補正信号のラ
インが追加されておシ、この信号によってガスタービン
入口燃料圧力を微調整することができ、急激な負荷変化
へ対応することが可能となる。

また、酸素流量計は設置せず、酸素圧力計の圧力によっ
て酸素流量を算出する。

第７図に、酸素圧縮機の流量と効率・圧力・軸動力の関
係を示す。一般にガスタービンの燃料圧力・流量をコン
トロールするには、圧力調整弁で絞ってノズル面積を変
えるコントロール方法と、ノズル面積を一定にして圧力
を変えるコントロール方法とがある。本発明は後者の変
圧運転を行なうものであるが、ガス精製設備出口の圧力
調整弁でガス圧力を調整せずに石炭供給量と酸素ガス圧
縮機吐出圧とによってガスタービンの燃料圧力・流量を
コントロールする。

ガス化炉定圧の場合は、吐出弁を絞った時の流量・圧力
の関係が本図の曲線４６のごとくになり、ベーンコント
ロールの場合は曲線４７となる。

これに対し、ガス化炉変圧の場合で、ベーンコントロー
ルまたは圧縮機回転数制御の時は、流量と圧力の関係は
カーブ４８となる。ここで、ガス化炉で必要とする酸素
圧力は、ガス化炉定圧の場合は４７に示す圧力であり、
ガス化炉変圧の場合は４８に示す圧力とする。したがっ
て、ガス化炉定圧に比べて、ガス化炉変圧の場合は、４
７の圧力と４８の圧力の差分の圧力が、酸素圧縮機にお
いて低減できる圧力となる。

圧縮機の効率は、回転数一定の場合は４９に示す曲線と
なり、回転数を変える場合は５０に示す曲線となる。第
７図の４９と５０の関係から、圧縮機の効率は回転数を
変えて制御した方が、回転数一定でベーン・吐出弁等で
制御するよりも、良いことがわかる。

軸動力は、ガス化炉定圧・圧縮機回転数一定・吐出弁絞
りの場合が５１の曲線となり、ガス化炉定圧・圧縮機回
転数一定・ベーンコントロールの場合が５２の曲線とな
シ、ガス化炉変圧・圧縮機回転数一定・ベーンコントロ
ールの場合が５３の曲線となり、ガス化炉変圧・圧縮機
回転数制御の場合が５４の曲線となる。軸動力の大きさ
は第７図かられかるように、５１，５２，５３．５４の
順に減少し、ガス化炉変圧・圧縮機回転数制御の場合が
最も小さくなる。

上述の作用を総括して、本発明装置を用いて本発明方法
によって変圧運転制御を行なった場合のガス圧縮機消費
動力（カーブ５４）は、従来技術におけるガス圧縮機消
費動力（カーブ５２）に比して、斜線を付して示した分
だけ低減される。

酸素ガス圧縮機の動力節減が、発電プラント全体の効率
向上に及はす影響の一例を第８図について次に述べる。

本図表の左側縦軸は相対的な効率向上を百分率で表わし
、右側縦軸は発電端出力に対する発゛眠プラント内消費
率（所内率）を、マイナス百分率で表わしている。横軸
は発電機の負荷率である。

従来の定圧運転方法における酸素圧縮機の所内率はカー
ブ５７のととくであシ、本発明の適用によってカーブ５
８のように変わる。従って斜線を付して示した部分が所
内率の低減を表わす。この結果、発電プラント全体の効
率はカーブ５９に示す分だけ向上する。本発明の作用原
理から明らかなように、定格負荷時には本発明によ不効
率向上は現われず、負荷率の低い状態において著しく効
率向上が現われる。カーブ５５は原料空気圧縮機の所内
率、カーブ５６は原料空気圧縮機及び酸素圧縮機を除く
機器類の所内率である。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明の変圧運転制御方法は、加圧
式石炭ガス化炉と、ガス精製設備と、ガスタービンを含
む複合発電設備と、ガス北側供給設備とよりなる加圧式
石炭ガス化複合発電プラントにおいて、予め変圧モード
を設定したガス化炉制御装置を設け、このガス化炉制御
装置に負荷要求信号を入力せしめ、同ガス化炉制御装置
により石炭供給設備及びガス化剤圧縮機に対して負荷に
応じた指令信号を与え、部分負荷運転時におけるガスタ
ービンの燃料供給圧力を自動的に制御して変圧運転を行
なわせることによシ、ガス化炉に酸素を供給する酸素圧
縮機の消費動力を低減し、プラント効率の向上に貢献す
るところ多大である。

また、本発明の変圧運転制御装置は、加圧式石炭ガス化
炉と、ガス精製設備と、ガスタービンを含む複合発電設
備と、ガス北側供玲設備とよりなる加圧式石炭ガス化複
合発電プラントにおいて、変圧モードを設定し得るよう
に構成したガス化炉制御装置を設けるとともに、上記の
ガス化炉制御装置に負荷信号を入力し得べくなし、かっ
、上記のガス化炉制御装置によυ石炭供給設備に対して
負荷に応じた石炭供給量の信号を与えるとともにガス化
剤圧縮機に対して負荷に応じたガス北側流量の信号を与
えるように構成することによシ、前記の本発明方法を容
易に実施してその効果を充分に発揮させることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は石炭ガス化複合発電プラントのシステム構成図
、第２図及び第３図は従来の石炭ガス化複合発電プラン
トの運転方法の説明図、第４図は石炭ガス化複合発電プ
ラントの各機器でのガス圧力を示す図表、第５図及び第
６図はそれぞれ本発明の加圧式石炭ガス化複合発電プラ
ントの変圧運転ガス化複合発電プラントの変圧運転制御
方法及び制御装置の１実施例を示す説明図、第７図は酸
素圧縮機の流量・圧力・効率・軸動力の関係を示す図表
、第８図は本発明の詳細な説明するための図表である。 １９・・・燃料流量調節弁、２６・・・石炭流量計、２
８・・・石炭供給量調整弁、３１・・・石炭流量計、３
２・・・酸素流量計、３３・・・酸素供給量調整弁。 代理人　弁理士　秋本正実 茅７　目 茅８　口 手続補正書（自発） 昭和５ｇ年・１月　１日 特許庁長官若杉和夫　殿 １、事件の表示 昭和ｓｔｙ　年特ｈｊｊ４第７３６３　号２、発明の名
称　加圧式石炭ガス化複合発電プラントの変圧運転制御
方法およびその装置 ３、補正をする者 イ］−所（居所）日立エンジニアリング株式会社４、代
理人 （１）発明の詳細な説明の相第Ｓ頁ｊ行目末の「３」を
削除する手続補正書（自発） ｊｉ＋ 昭和５に年・１月十日 特許庁長官若杉廂夫　殿 １６　事件の表示 昭和ｓｇ　　年特願第７３ｔ３　　号 ３、補正をする者 住所（居所）日立工／ソニアリング株式会社４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、加圧式石炭ガス化炉と、ガス精製設備と、ガスター
   ビンを含む複合発電設備と、ガス化剤供給設備とよシな
   る加圧式石炭ガス化複合発電プラントにおいて、予め変
   圧モードを設定したガス化炉制御装置を設け、このガス
   化炉制御装置に負荷要求信号を入力せしめ、同ガス化炉
   制御装置によシ石炭供給設備及びガス化剤圧縮機に対し
   て負荷に応じた指令信号を与え、部分負荷運転時におけ
   るガスタービンの燃料供給圧力を自動的に制御して変圧
   運転を行なわせることを特徴とする加圧式石炭ガス化複
   合発電プラントの変圧運転制御方法。 ２、加圧式石炭ガス化炉と、ガス精製設備と、ガスター
   ビンを含む複合発電設備と、ガス化剤供給設備とよりな
   る加圧式石炭ガス化複合発電プラントにおいて、変圧モ
   ードを設定し得るように構成したガス化炉制御装置を設
   けるとともに、上記のガス化炉制御装置に負荷信号を入
   力し得べくなし、かつ、上記のガス化炉制御装置により
   石炭供給設備に対して負荷に応じた石炭供給量の信号を
   与えるとともにガス化剤圧縮機に対して負荷に応じたガ
   ス化剤流量の信号を与えるように措成しだことを特徴と
   する加圧式石炭ガス化複合発電プラントの変圧運転制御
   装置っ ３、前記のガス化剤圧縮機は、前記のガス化炉制御装置
   の指令信号、及び、ガス化剤／石炭比制御装置の指令信
   号を受けてその回転速度が自動的に制御されるように構
   成したものであることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項に記載の加圧式石炭ガス化複合発電プラントの変圧運
   転制御装置。