(57)【要約】【課題】ガス化炉の起動時間をより短縮化し、省エネルギー化や低コスト化を図ることを目的とする。【解決手段】ガス化炉設備は、ガス化炉と、ガス化炉の内部に設けられた水系統各部２２と、水系統各部２２に接続された蒸気ドラム２１と、ガス化炉の起動時に、水系統各部２２に対して加圧された温水を供給する排熱回収ボイラと、温水が水系統各部２２と蒸気ドラム２１を循環する循環系統２４と、ガス化炉の起動時に、蒸気ドラム２１に対して加圧された窒素を供給する空気分離設備４２と、蒸気タービンの出口に設けられつつ、蒸気ドラム２１に接続され、ガス化炉の起動時に蒸気ドラム２１から水が供給される復水器７３と、復水器７３に接続され復水器７３内の気体を抽出する気体抽出装置３５とを備え、気体抽出装置３５は、蒸気タービン運転時に復水器７３から抽出される気体の抽出量よりも大きい抽出量で、ガス化炉の起動時に復水器７３から気体を抽出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化炉と、
前記ガス化炉の内部に設けられた水系統熱交換器と、
前記水系統熱交換器に接続された蒸気ドラムと、
前記水系統熱交換器に対して加圧された温水を供給する温水供給部と、
前記水系統熱交換器と前記蒸気ドラムを結び、前記温水が前記水系統熱交換器と前記蒸気ドラムを循環する循環系統と、
前記蒸気ドラムに対して加圧された不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
蒸気タービンの出口に設けられつつ、前記蒸気ドラムに接続され、前記蒸気ドラムから水が供給される復水器と、
前記復水器に接続され前記復水器内の気体を抽出し排気する気体抽出部と、
を備え、
前記ガス化炉の起動時に、前記気体抽出部は、前記蒸気タービンの定格運転時よりも大きい抽出量で、前記復水器から気体を抽出し排気することを特徴とするガス化炉設備。
【請求項２】
前記気体抽出部は、
真空ポンプと、
エゼクタと、
を有し、
所定の圧力以上では、前記真空ポンプのみによるホギング運転が行われ、前記所定の圧力未満では、前記真空ポンプと前記エゼクタによるホールディング運転が行われ、
前記気体抽出部は、前記蒸気タービンの定格運転時に前記ホールディング運転を行っているときの前記復水器から抽出される気体の抽出量よりも大きい抽出量で、前記ガス化炉の起動時に前記ホールディング運転を行いながら前記復水器から気体を抽出し排気することを特徴とする請求項１に記載のガス化炉設備。
【請求項３】
前記気体抽出部は、複数台からなり、１台当たり、前記蒸気タービンの定格運転時に前記ホールディング運転を行うことが可能な前記復水器から抽出する気体の抽出容量を有し、
前記ガス化炉の起動時に前記ホールディング運転を行うとき、前記気体抽出部を２台以上で運転されることを特徴とする請求項２に記載のガス化炉設備。
【請求項４】
前記ガス化炉の内部に設けられ、前記ガス化炉の起動完了後に前記蒸気ドラムから供給された蒸気が流通する蒸気系統熱交換器と、
前記蒸気系統熱交換器と前記復水器とを結び、前記ガス化炉の起動完了後に前記蒸気系統熱交換器からの蒸気を前記復水器へ排出するダンプ系統と、
前記ダンプ系統に設けられ、前記ダンプ系統を流れる蒸気の流量を調整する調整弁と、
前記ダンプ系統において前記調整弁よりも前記復水器側に設けられ、前記ガス化炉の少なくとも起動時に前記ダンプ系統を流れる蒸気の流通を遮断する遮断弁と、
を更に備える請求項１から３のいずれか１項に記載のガス化炉設備。
【請求項５】
炭素含有固体燃料を燃焼・ガス化することで生成ガスを生成する請求項１から４のいずれか１項に記載のガス化炉設備と、
前記ガス化炉設備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を含む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６】
ガス化炉と、前記ガス化炉の内部に設けられた水系統熱交換器と、前記水系統熱交換器に接続された蒸気ドラムとを備えるガス化炉設備の起動方法であって、
前記ガス化炉の起動時に、前記水系統熱交換器に対して加圧された温水を供給するステップと、
前記水系統熱交換器と前記蒸気ドラムを結ぶ循環系統において、前記温水が前記水系統熱交換器と前記蒸気ドラムを循環するステップと、
前記ガス化炉の起動時に、前記蒸気ドラムに対して加圧された不活性ガスを供給するステップと、
蒸気タービンの出口に設けられつつ、前記蒸気ドラムに接続された復水器が、前記ガス化炉の起動時に前記蒸気ドラムから水を回収するステップと、
前記復水器に接続された気体抽出部が、前記蒸気タービンの定格運転時に前記復水器から抽出される気体の抽出量よりも大きい抽出量で、前記ガス化炉の起動時に前記復水器から気体を抽出し排気するステップと、
を備えることを特徴とするガス化炉設備の起動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化炉設備、ガス化複合発電設備及びガス化炉設備の起動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガス化炉設備として、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素含有燃料ガス化装置（石炭ガス化設備）が知られている。
【０００３】
燃焼ガスと熱交換する機器では、低温腐食が発生するおそれがあり、例えばガス化炉の内部は、温度が酸露点以下の環境であると、燃焼ガス中に含まれる硫黄分と湿分に起因して熱交換器の伝熱管等に酸腐食が発生するおそれがある。ガス化炉は、ガス化炉設備が停止した状態から、ガス化炉に炭素含有固体燃料が投入されて点火されるまでの起動期間において、ガス化炉の内部を、酸露点を超える温度に予め上昇させる必要がある。
【０００４】
ガス化炉設備では、復水器が蒸気タービンの出口に設けられつつ、ガス化炉設備におけるシンガスクーラの蒸気ドラムにも接続されている。復水器は、例えばエゼクタ等によって真空度が高められて、ガス化炉の起動時に蒸気ドラムから水が供給される。なお、下記の特許文献１には、発電プラントにおいて、蒸気タービンに設けられた復水器を真空状態にするため、エジェクタ（エゼクタ）装置が、復水器から排ガス洗浄装置へ蒸気を流通させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５９０１３９７号公報（段落［００３１］〜［００３５］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ガス化炉の起動期間において、ガス化炉の内部を、酸露点を超える温度に予め上昇させるため、ガス化炉内部に設けられたシンガスクーラ（熱交換器）に温水を供給する。温水は、ガス化炉内部に対する加温用のウォーミング給水であり、例えば、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）の節炭器出口から供給される。シンガスクーラに供給された温水は、循環ポンプによって、熱交換器の伝熱管内部を通過し、ガス化炉の内部の気体と熱交換して、ガス化炉の内部を温度上昇させる。
【０００７】
排熱回収ボイラで発生した温水は、高温高圧の加圧温水であり、一方、ガス化炉の起動時に常圧又は若干の加圧状態で、所定圧力には至っていない状態であるシンガスクーラに供給されると、排熱回収ボイラとシンガスクーラを結ぶ配管に設けられた流量調整弁の下流側で圧力が低下して飽和圧力以下となり、フラッシュする。そのため、低温での酸腐食抑制のための操作により、新たに配管内にエロージョンが発生するおそれがあり、また、フラッシュが生じない程度に徐々に温水の供給量を増加させる必要がある。そのため、ガス化炉の起動時間が長時間必要になるという課題があった。
【０００８】
これに対し、シンガスクーラに設けられた蒸気ドラムの内部を窒素によって加圧することで、シンガスクーラの伝熱管内部が高圧になり、シンガスクーラに温水を供給する際、フラッシュの発生を防止できる。したがって、フラッシュの発生を考慮して徐々に排熱回収ボイラから供給する温水の供給量を増加させる必要がなく、単位時間当たりの温水の供給量を増加させる、すなわち急速に温水の供給量を増加させることができるため、ガス化炉の起動時間を短縮化できる。
【０００９】
しかし、ガス化炉の起動時間は、依然として数時間オーダーである。その間、ガス化炉設備の通常運転前のガス化炉起動のために、ガスタービンが軽油等の補助燃料を消費し、窒素発生のため高動力の空気分離装置（ＡＳＵ）を運転しており、エネルギー消費やコスト上昇の原因となっている。そこで、ガス化炉の起動において、さらなる省エネルギー化や低コスト化を図る必要がある。
【００１０】
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、ガス化炉の起動時間をより短縮化し、省エネルギー化や低コスト化を図ることが可能なガス化炉設備、ガス化複合発電設備及びガス化炉設備の起動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１態様に係るガス化炉設備は、ガス化炉と、前記ガス化炉の内部に設けられた水系統熱交換器と、前記水系統熱交換器に接続された蒸気ドラムと、前記水系統熱交換器に対して加圧された温水を供給する温水供給部と、前記水系統熱交換器と前記蒸気ドラムを結び、前記温水が前記水系統熱交換器と前記蒸気ドラムを循環する循環系統と、前記蒸気ドラムに対して加圧された不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、蒸気タービンの出口に設けられつつ、前記蒸気ドラムに接続され、前記蒸気ドラムから水が供給される復水器と、前記復水器に接続され前記復水器内の気体を抽出し排気する気体抽出部とを備え、前記ガス化炉の起動時に、前記気体抽出部は、前記蒸気タービンの定格運転時よりも大きい抽出量で、前記復水器から気体を抽出し排気することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、ガス化炉の内部には熱交換器が設けられ、熱交換器は、熱交換器に接続された蒸気ドラムとの間で、ガス化炉の起動時に、温水供給部から供給された加圧温水が循環するため、ガス化炉を起動する際、ガス化炉の内部が温度上昇する。また、ガス化炉の起動時に、蒸気ドラムに対して加圧された不活性ガス、例えば窒素が供給されて、循環系統や熱交換器の内部も加圧されるため、温水供給系統から加圧温水を供給する際、加圧温水がフラッシュすることがない。したがって、循環系統に対して供給する加圧温水を徐々に増加させる必要がなく、起動時間を短縮できる。温水供給系統は、例えば排熱回収ボイラである。
【００１３】
また、復水器は、蒸気タービンの出口に設けられつつ、蒸気ドラムにも接続されて、ガス化炉の起動時に蒸気ドラムから水が供給され、蒸気ドラムに対して加圧した不活性ガスが、水に溶存して復水器に供給されて復水器で不活性ガスが気中へ放出される。このとき、復水器に接続された気体抽出部によって、復水器内の気体が抽出される。気体抽出部は、例えば真空ポンプであり、蒸気タービンの定格運転時に復水器から抽出される気体の抽出量よりも大きい抽出量で、ガス化炉の起動時に復水器から気体を抽出することから、蒸気ドラムから復水器へ供給される水の中に蒸気ドラムに対して加圧した不活性ガスが溶存した場合でも、復水器内の真空度を高めることができる。
【００１４】
したがって、気体抽出部が抽出できる気体の抽出量に応じて、ガス化炉の起動時に熱交換器に対して供給される加圧温水の量を増加させることもできる。加圧温水の量を増加させると、水に対する不活性ガスの溶存量も増加して復水器での不活性ガスの放出が増加するが、上述したとおり、ガス化炉の起動時に復水器から大きい抽出量で気体を抽出できることから、復水器内の真空度を高い状態のまま維持できる。ガス化炉の起動時に熱交換器に対して供給される加圧温水の量を増加することができるので、ガス化炉の起動時間を更に短縮できる。
【００１５】
また、気体抽出部が抽出できる気体の抽出量に応じて、ガス化炉の起動時に熱交換器に対して供給される加圧温水の温度を上昇させることもできる。なお、加圧温水の温度を上昇させると、加圧温水がフラッシュしないように蒸気ドラムをより加圧する必要があり、その結果、水に対する不活性ガスの溶存量も増加する。しかし、本実施形態では、上述したとおり、ガス化炉の起動時に復水器から大きい抽出量で気体を抽出できることから、復水器内の真空度を高く維持できる。ガス化炉の起動時に熱交換器に対して供給される加圧温水の温度が上昇することから、ガス化炉の起動時間を更に短縮できる。
【００１６】
上記第１態様において、前記気体抽出部は、真空ポンプと、エゼクタとを有し、所定の圧力以上では、前記真空ポンプのみによるホギング運転が行われ、前記所定の圧力未満では、前記真空ポンプと前記エゼクタによるホールディング運転が行われ、前記気体抽出部は、前記蒸気タービンの定格運転時に前記ホールディング運転を行っているときの前記復水器から抽出される気体の抽出量よりも大きい抽出量で、前記ガス化炉の起動時に前記ホールディング運転を行いながら前記復水器から気体を抽出し排気してもよい。
【００１７】
この構成によれば、気体抽出部は、蒸気タービンの定格運転時にホールディング運転を行っているときの復水器から抽出される気体の抽出量よりも大きい抽出量で、ガス化炉の起動時にホールディング運転を行いながら復水器から気体を抽出する。
【００１８】
上記第１態様において、前記気体抽出部は、複数台からなり、１台当たり、前記蒸気タービンの定格運転時に前記ホールディング運転を行うことが可能な前記復水器から抽出する気体の抽出容量を有し、前記ガス化炉の起動時に前記ホールディング運転を行うとき、前記気体抽出部を２台以上で運転されてもよい。
【００１９】
この構成によれば、気体抽出部は、蒸気タービンの定格運転時にホールディング運転を行っているとき、１台で運転され、ガス化炉の起動時にホールディング運転を行っているとき、複数台で運転され、復水器から気体を抽出するにあたり効率的な運用ができる。
【００２０】
上記第１態様において、前記ガス化炉の内部に設けられ、前記ガス化炉の起動完了後に前記蒸気ドラムから供給された蒸気が流通する蒸気系統熱交換器と、前記蒸気系統熱交換器と前記復水器とを結び、前記ガス化炉の起動完了後に前記蒸気系統熱交換器からの蒸気を前記復水器へ排出するダンプ系統と、前記ダンプ系統に設けられ、前記ダンプ系統を流れる蒸気の流量を調整する調整弁と、前記ダンプ系統において前記調整弁よりも前記復水器側に設けられ、前記ガス化炉の少なくとも起動時に前記ダンプ系統を流れる蒸気の流通を遮断する遮断弁とを更に備えてもよい。
【００２１】
この構成によれば、ガス化炉の内部に蒸気系統熱交換器が設けられ、蒸気系統熱交換器には、ガス化炉の起動完了後に蒸気ドラムから供給された蒸気が流通する。また、ガス化炉の起動完了後、蒸気系統熱交換器から復水器へダンプ系統を介して、蒸気系統熱交換器からの蒸気を排出できる。ダンプ系統には、ダンプ系統を流れる蒸気の圧力を調整する調整弁と、調整弁よりも復水器側に遮断弁が設けられる。遮断弁は、ガス化炉の起動時にダンプ系統を流れる蒸気の流通を遮断する。これにより、ダンプ系統に調整弁のみ設けられる場合に比べて、ガス化炉を起動する際、ダンプ系統を介して復水器へ流入する不活性ガスの量を低減でき、復水器内の真空度が一時的にも低下することを抑制して真空度を高めることができる。
【００２２】
本発明の第２態様に係るガス化複合発電設備は、炭素含有固体燃料を燃焼・ガス化することで生成ガスを生成する上記第１態様のガス化炉設備と、前記ガス化炉設備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を含む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。
【００２３】
本発明の第３態様に係るガス化炉設備の起動方法は、ガス化炉と、前記ガス化炉の内部に設けられた水系統熱交換器と、前記水系統熱交換器に接続された蒸気ドラムとを備えるガス化炉設備の起動方法であって、前記ガス化炉の起動時に、前記水系統熱交換器に対して加圧された温水を供給するステップと、前記水系統熱交換器と前記蒸気ドラムを結ぶ循環系統において、前記温水が前記水系統熱交換器と前記蒸気ドラムを循環するステップと、前記ガス化炉の起動時に、前記蒸気ドラムに対して加圧された不活性ガスを供給するステップと、蒸気タービンの出口に設けられつつ、前記蒸気ドラムに接続された復水器が、前記ガス化炉の起動時に前記蒸気ドラムから水を回収するステップと、前記復水器に接続された気体抽出部が、前記蒸気タービンの定格運転時に前記復水器から抽出される気体の抽出量よりも大きい抽出量で、前記ガス化炉の起動時に前記復水器から気体を抽出し排気するステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ガス化炉の起動時間をより短縮化し、省エネルギー化や低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る石炭ガス化複合発電設備を示す概略構成図である。
【図２】図１のガス化炉設備を示した概略構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るガス化炉設備の起動時に使用する蒸気ドラム、循環系統及びブロー系統を示す概略構成図である。
【図４】本発明の一実施形態の変形例に係るガス化炉設備の起動時に使用する蒸気ドラム、循環系統及びブロー系統を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［石炭ガス化複合発電設備］
図１は、本発明の一実施形態に係るガス化炉設備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。
【００２７】
本実施形態に係るガス化炉設備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、ガス化炉設備１４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１０は、ガス化炉設備１４で生成した生成ガスを、ガス精製設備１６で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン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。ガス化炉設備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。
【００２８】
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、給炭設備１１と、ガス化炉設備１４と、チャー回収設備１５と、ガス精製設備１６と、ガスタービン１７と、蒸気タービン１８と、発電機１９と、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Heat  Recovery  Steam  Generator）２０とを備えている。
【００２９】
給炭設備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、石炭を石炭ミル（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。給炭設備１１で製造された微粉炭は、給炭ライン１１ａ出口で後述する空気分離設備（ＡＳＵ）４２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。
【００３０】
ガス化炉設備１４は、給炭設備１１で製造された微粉炭が供給されると共に、チャー回収設備１５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。
【００３１】
また、ガス化炉設備１４には、ガスタービン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１７で圧縮された圧縮空気の一部が昇圧機６８で所定圧力に昇圧されてガス化炉設備１４に供給可能となっている。空気分離設備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によって空気分離設備４２とガス化炉設備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、給炭設備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もガス化炉設備１４に接続されており、この第２窒素供給ライン４５には、チャー回収設備１５からのチャー戻しライン４６が接続されている。さらに、空気分離設備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、空気分離設備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、空気分離設備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、ガス化炉設備１４において酸化剤として利用される。
【００３２】
ガス化炉設備１４は、例えば、２段噴流床形式のガス化炉１０１（図２参照）を備えている。ガス化炉設備１４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。なお、ガス化炉設備１４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４８が設けられている。そして、このガス化炉設備１４には、チャー回収設備１５に向けて生成ガスを供給するガス生成ライン４９が接続されており、チャーを含む生成ガスが排出可能となっている。この場合、図２に示すように、ガス生成ライン４９にシンガスクーラ１０２（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１５に供給してもよい。
【００３３】
チャー回収設備１５は、集塵設備５１と供給ホッパ５２とを備えている。この場合、集塵設備５１は、１つ又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１４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５３を通してガス精製設備１６に送られる。供給ホッパ５２は、集塵設備５１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。なお、集塵設備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。
【００３４】
ガス精製設備１６は、チャー回収設備１５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１６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１７に供給する。なお、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１６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。
【００３５】
ガスタービン１７は、圧縮機６１、燃焼器６２、タービン６３を備えており、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、ガス精製設備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１７は、圧縮機６１からガス化炉設備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。したがって、燃焼器６２では、圧縮機６１から供給された圧縮空気の一部とガス精製設備１６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。
【００３６】
蒸気タービン１８は、ガスタービン１７の回転軸６４に連結されるタービン６９を備えており、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、給水とタービン６３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のシンガスクーラ１０２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。したがって、蒸気タービン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。
【００３７】
そして、排熱回収ボイラ２０の出口から煙突７５までには、ガス浄化設備７４を備えている。
【００３８】
ここで、本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１０の作動について説明する。
【００３９】
本実施形態の石炭ガス化複合発電設備１０において、給炭設備１１に原炭（石炭）が供給されると、石炭は、給炭設備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。給炭設備１１で製造された微粉炭は、空気分離設備４２から供給される窒素により第１窒素供給ライン４３を流通してガス化炉設備１４に供給される。また、後述するチャー回収設備１５で回収されたチャーが、空気分離設備４２から供給される窒素により第２窒素供給ライン４５を流通してガス化炉設備１４に供給される。さらに、後述するガスタービン１７から抽気された圧縮空気が昇圧機６８で昇圧された後、空気分離設備４２から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン４１を通してガス化炉設備１４に供給される。
【００４０】
ガス化炉設備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、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１４からガス生成ライン４９を通って排出され、チャー回収設備１５に送られる。
【００４１】
このチャー回収設備１５にて、生成ガスは、まず、集塵設備５１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５３を通してガス精製設備１６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５２に堆積され、チャー戻しライン４６を通ってガス化炉設備１４に戻されてリサイクルされる。
【００４２】
チャー回収設備１５によりチャーが分離された生成ガスは、ガス精製設備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。圧縮機６１が圧縮空気を生成して燃焼器６２に供給する。この燃焼器６２は、圧縮機６１から供給される圧縮空気と、ガス精製設備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する。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を介して圧縮機６１及び発電機１９を回転駆動する。このようにして、ガスタービン１７は発電を行うことができる。
【００４３】
そして、排熱回収ボイラ２０は、ガスタービン１７におけるタービン６３から排出された排ガスと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１８に供給する。蒸気タービン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。
なお、ガスタービン１７と蒸気タービン１８は同一軸として１つの発電機１９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。
【００４４】
その後、ガス浄化設備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、浄化された排気ガスが煙突７５から大気へ放出される。
【００４５】
次に、図１及び図２を参照して、上述した石炭ガス化複合発電設備１０におけるガス化炉設備１４について詳細に説明する。図２は、図１のガス化炉設備を示した概略構成図である。
【００４６】
ガス化炉設備１４は、図２に示すように、ガス化炉１０１と、シンガスクーラ１０２と、を備えている。
【００４７】
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（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。
【００４８】
圧力容器１１０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。本実施形態では圧力容器１１０は円筒形状で、ガス化炉壁１１１のディフューザ部１１７も円筒形状に形成されている。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。
【００４９】
ガス化炉壁１１１は、圧力容器１１０の内部を内部空間１５４と外部空間１５６に分離する。ガス化炉壁１１１は、後述するが、横断面形状がコンバスタ部１１６とリダクタ部１１８との間のディフューザ部１１７で変化する形状とされている。ガス化炉壁１１１は、鉛直上方側となるその上端部が、圧力容器１１０のガス排出口１２１に接続され、鉛直下方側となる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。ガス化炉壁１１１には、バーナ１２６、１２７が挿入され、内部空間１５４にシンガスクーラ１０２が配置されている。ガス化炉壁１１１の構造については後述する。
【００５０】
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、つまり外部空間１５６であり、空気分離設備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）との圧力差を所定圧力以内となるよう略均圧にしている。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
シンガスクーラ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の鉛直方向の上方側に設けられている。シンガスクーラ１０２は熱交換器であり、ガス化炉壁１１１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）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。これらのシンガスクーラ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。また、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。
【００５４】
ここで、上述のガス化炉設備１４の動作について説明する。
ガス化炉設備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、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。
【００５５】
［ガス化炉設備の起動］
次に、本発明の一実施形態に係るガス化炉設備の起動について説明する。図３は、本発明の一実施形態に係るガス化炉設備の起動時に使用する蒸気ドラム、循環系統及びブロー系統を示す概略構成図である。
【００５６】
図２に示したシンガスクーラ１０２は、蒸気ドラム２１が接続されており、ガス化炉設備１４の通常運転時は、蒸気ドラム２１とシンガスクーラ１０２の水系統各部（水系統熱交換器）２２との間で、水が循環し、蒸気ドラム２１からシンガスクーラ１０２の蒸気系統（蒸気系統熱交換器）２３へ蒸気が供給される。ここで、シンガスクーラ１０２の水系統各部２２は、例えば、上述した蒸発器１３１、節炭器１３４であり、シンガスクーラ１０２の蒸気系統２３は、例えば上述した過熱器１３２である。
【００５７】
図３に示した蒸気ドラム２１は、ガス化炉設備１４の通常運転時、給水系統（図示せず。）から水が供給されて、循環系統２４を介して水系統各部２２に水を供給する。ガス化炉設備１４の通常運転時、蒸気ドラム２１内の蒸気は、蒸気系統２３へ供給される。蒸気ドラム２１は、ガス化炉１０１の起動時、循環系統２４を介して、温水供給部としての排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）２０で生成された加圧温水が供給され、空気分離設備４２で生成され加圧された窒素が供給される。
【００５８】
循環系統２４は、蒸気ドラム２１と水系統各部２２とを結び、ガス化炉設備１４の通常運転時、蒸気ドラム２１と水系統各部２２の間で水が循環する。循環系統２４には、ガス化炉循環ポンプ２５が設置され、ガス化炉循環ポンプ２５の駆動力によって、循環系統２４内を水が循環する。また、循環系統２４には、後述する排熱回収ボイラ２０で生成された温水を受け入れる温水受入部２６が設けられている。本実施形態の例では、温水受入部２６は、ガス化炉循環ポンプ２５と水系統各部２２の間に設置されている。なお、本願発明は、この例に限定されず、温水受入部２６は、水系統各部２２と蒸気ドラム２１の間に設置されてもよい。温水受入部２６は、例えばマニホールドなどである。
【００５９】
ガス化炉１０１の起動時、すなわち、ガス化炉設備１４が停止した状態から、ガス化炉１０１に石炭等の炭素含有固体燃料が投入されて点火されるまでの起動期間において、循環系統２４には、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）２０で生成された温水が、ウォーミング給水として供給される。この温水は、例えば排熱回収ボイラ２０の高圧節炭器で生成され、高温高圧である。排熱回収ボイラ２０で生成された温水は、循環系統２４に設けられた温水受入部２６へ供給される。
【００６０】
蒸気供給管２７は、蒸気ドラム２１とシンガスクーラ１０２の蒸気系統２３を結び、蒸気供給管２７を介して、ガス化炉設備１４の通常運転時、蒸気ドラム２１から蒸気系統２３へ蒸気が供給される。
【００６１】
主蒸気管２８は、蒸気系統２３と排熱回収ボイラ２０とを結び、主蒸気管２８を介して、蒸気系統２３で生成された主蒸気（例えば、過熱器で生成された過熱蒸気）が排熱回収ボイラ２０へ供給される。主蒸気管２８には、主蒸気管２８を流れる蒸気圧力を調整する主蒸気弁２９と、主蒸気管２８を流れる蒸気の流通を遮断する遮断弁３０とが設けられる。ガス化炉設備１４の通常運転時、遮断弁３０は全開状態であり、主蒸気弁２９の開度が調節されることによって、主蒸気管２８を流れる蒸気圧力が調整される。ガス化炉１０１の起動時、主蒸気弁２９と遮断弁３０は、全閉状態である。
【００６２】
蒸気ダンプ系統３１は、蒸気系統２３と復水器７３とを結び、蒸気系統２３で生成された余剰蒸気を復水器７３へ排出（ダンプ）する。これにより、ガス化炉設備１４の系外へ余剰蒸気が排出される。蒸気ダンプ系統３１には、蒸気ダンプ系統３１を流れる蒸気圧力を調整する蒸気ダンプ弁３２と、蒸気ダンプ系統３１を流れる蒸気の流通を遮断する遮断弁３３とが設けられる。ガス化炉設備１４の通常運転時、遮断弁３３は全開状態であり、蒸気ダンプ弁３２の開度が調節されることによって、蒸気ダンプ系統３１を流れる蒸気圧力が調整される。ガス化炉１０１の起動時、蒸気ダンプ弁３２と遮断弁３３は、全閉状態である。
【００６３】
これにより、ガス化炉１０１の起動時、蒸気ドラム２１内の蒸気や窒素は、蒸気系統２３よりも下流側へリークすることがない。従来、蒸気ダンプ弁３２の下流側には、遮断弁３３が設置されていなかった。蒸気ダンプ弁３２は、圧力調整弁であるため、全閉であっても締め切り性が低く、高圧環境下では、流体のリークが生じる場合がある。そのため、ガス化炉１０１の起動時、蒸気ドラム２１が窒素によって加圧されたとき、蒸気や窒素が蒸気ダンプ弁３２の下流側へリークした場合は、復水器７３へ導かれて、復水器７３の真空度低下に影響していた。これに対し、遮断弁３３が設置されることによって、蒸気ドラム２１内の蒸気や窒素が、蒸気系統２３よりも下流側へリークすることを確実に防止して、復水器７３の真空度が低下することを防止できる。
【００６４】
ブロー系統３４は、蒸気ドラム２１と復水器７３とを結び、蒸気ドラム２１内の余剰な水を復水器７３へ排出（ブロー）する。これにより、ガス化炉設備１４の通常運転時と、ガス化炉１０１の起動時のいずれの場合も、ガス化炉設備１４の系外へ余剰な水が排出される。
【００６５】
本実施形態では、起動時の蒸気ドラム２１内の加圧には、空気分離設備４２から供給される加圧された窒素を用いる。空気分離設備４２は、不活性ガス供給部の一例である。なお、起動時の蒸気ドラム２１内の加圧に用いる気体は、窒素に限定されない。例えば、不活性ガスが好ましく、二酸化炭素、アルゴンや水蒸気を供給してもよい。空気分離設備４２は、窒素を生成し、ガス化炉１０１の起動時において、生成した窒素を蒸気ドラム２１へ供給する。蒸気ドラム２１内には、加圧された窒素が供給される。これにより、循環系統２４やシンガスクーラ１０２の水系統各部２２の内部も加圧されるため、排熱回収ボイラ２０から温水受入部２６で加圧温水を供給する際、加圧温水が流量調整弁３８の下流側で圧力が大きく低下して飽和圧力以下となりフラッシュすることがない。
【００６６】
復水器７３は、ガス化炉設備１４の通常運転時、蒸気タービン１８のタービン６９の駆動に用いられた蒸気が蒸気タービン１８のタービン６９から排気蒸気として回収され、熱交換して凝縮して復水とする。復水器７３は図示しない外部から導入した冷却水により蒸気タービン１８のタービン６９から供給された排気蒸気と熱交換をして凝縮させること、及び気体抽出装置３５によって、所定の真空状態に維持される。
【００６７】
また、復水器７３には、ガス化炉設備１４の通常運転時、蒸気ダンプ系統３１を介して余剰蒸気が回収され、ブロー系統３４を介して余剰な水が回収される。さらに、復水器７３には、ガス化炉１０１の起動時、ブロー系統３４を介して余剰な水が供給されて回収される。
【００６８】
気体抽出装置３５は、気体抽出部の一例であり、復水器７３内の気体を抽出して、大気へ放出する。気体抽出装置３５は、蒸気タービン１８の定格運転を含む通常運転時に復水器７３から抽出される気体の抽出量よりも大きい抽出量で、ガス化炉１０１の起動時に復水器７３から気体を抽出する。
【００６９】
気体抽出装置３５は、本実施形態では、例えば、真空ポンプとして水封回転式真空ポンプ３６と、エゼクタとして排熱回収ボイラ２０で生成した高圧蒸気の膨張エネルギーを利用するエゼクタ３７を有する。復水器７３内が所定の圧力以上の低真空域（例えば、大気圧から真空状態へ移行する圧力範囲）では、水封回転式真空ポンプ３６によって、復水器７３内の気体が大気へ排出される。このとき、復水器７３内の気体は、エゼクタ３７をバイパスして水封回転式真空ポンプ３６のみによって、吸引される。この水封回転式真空ポンプ３６のみによる運転をホギング運転という。
【００７０】
復水器７３内が所定の圧力未満の高真空域では、水封回転式真空ポンプ３６とエゼクタ３７によって、復水器７３内の気体が大気へ排出される。このとき、復水器７３内の気体は、エゼクタ３７をバイパスせずに、エゼクタ３７によって吸引されつつ、エゼクタ３７で吸引された気体が水封回転式真空ポンプ３６によって更に吸引されることで真空排気能力を高めている。水封回転式真空ポンプ３６とエゼクタ３７による運転をホールディング運転という。これにより、所定の圧力未満の高真空状態を維持できる。
【００７１】
次に、本実施形態に係るガス化炉設備１４の起動動作について説明する。
ガス化炉設備１４の起動は、ガス化炉設備１４が停止した状態から、ガス化炉１０１に石炭等の炭素含有固体燃料が投入されて点火されて所定の温度に昇温されるまでの期間であり、ガス化炉１０１の内部、少なくともシンガスクーラ１０２の出口部の温度が酸露点を超えるまでを起動として処置が必要とされる。起動完了後、ガス化炉１０１に軽油等の補助燃料が投入されて点火される。
【００７２】
ガス化炉設備１４の起動に際して、まず、軽油等の燃料を燃焼して、ガスタービン１７を駆動し、ガスタービン１７から排出された排ガスが、排熱回収ボイラ２０を流通することによって、排ガスとの熱交換が行われ、温水及び蒸気が生成される。排熱回収ボイラ２０ではボイラへの給水圧力を高くしてあるため、高圧の温水及び蒸気が生成される。また、空気分離設備４２を起動して、空気分離設備４２によって窒素が生成される。
【００７３】
排熱回収ボイラ２０で生成された温水の一部は、ウォーミング給水として、流量調整弁３８で流量を調整して循環系統２４の温水受入部２６へ供給される。温水受入部２６へ供給された温水は、ガス化炉循環ポンプ２５によって、循環系統２４内を循環する。このとき、蒸気ドラム２１には、空気分離設備４２によって生成され加圧された窒素が供給され、循環系統２４や水系統各部２２が排熱回収ボイラ２０で生成された温水がフラッシュしない圧力に加圧された状態で維持される。
【００７４】
ガス化炉１０１の起動時には、ブロー系統３４を介して、蒸気ドラム２１内の余剰な水が復水器７３へ排出（ブロー）されて、ガス化炉設備１４の系外へ余剰な水が排出される。このとき、復水器７３では、復水器７３内が減圧状態にあるため、復水器７３内へ供給された水から溶解度を超える気体が放出される。このため、気体抽出装置３５によって、復水器７３内の気体が抽出されて、大気へ排気し放出される。気体抽出装置３５は、ガス化炉１０１の起動時には、蒸気タービン１８の定格運転を含む通常運転時にホールディング運転を行っているときの復水器７３から抽出される気体の抽出量よりも大きい抽出量で、ホールディング運転を行いながら復水器７３から気体を抽出して排気する。
【００７５】
また、ガス化炉１０１の起動時、主蒸気管２８に設けられた主蒸気弁２９と遮断弁３０は、全閉状態であり、蒸気ダンプ系統３１に設けられた蒸気ダンプ弁３２と遮断弁３３も、全閉状態である。蒸気ダンプ弁３２は、圧力調整弁であるため、全閉であっても、高圧環境下では、流体のリークが生じるおそれがある。このため、ガス化炉１０１の起動時、蒸気ドラム２１が窒素によって加圧されたとき、遮断弁３３が全閉状態とされる。これにより、蒸気ドラム２１内の蒸気や窒素が、蒸気系統２３よりも下流側へリークすることが確実に防止されている。
【００７６】
これにより、ガス化炉１０１の内部に設けられた水系統各部２２は、水系統各部２２に接続された蒸気ドラム２１との間で、ガス化炉１０１の起動時に、排熱回収ボイラ２０から供給された加圧温水が循環する。これにより、ガス化炉１０１を起動する際、ガス化炉１０１の内部が温度上昇する。また、排熱回収ボイラ２０からの加圧温水の供給流量は、ガス化炉１０１の内部温度が少なくとも酸露点温度以上になるように、ガス化炉１０１の内部の温度上昇状況に対して、流量調整弁３８で制御してもよい。
【００７７】
また、ガス化炉１０１の起動時に、蒸気ドラム２１に対して加圧された窒素が供給されて、循環系統２４や水系統各部２２の内部も加圧されるため、排熱回収ボイラ２０から加圧温水を供給する際、加圧温水が飽和圧力以下となりフラッシュすることがない。したがって、循環系統２４に対して供給する加圧温水を徐々に増加させる必要がなく、起動時間を短縮できる。
【００７８】
また、復水器７３は、蒸気タービン１８の出口に設けられつつ、蒸気ドラム２１にも接続されて、ガス化炉１０１の起動時に蒸気ドラム２１から水が供給される。このとき、復水器７３に接続された気体抽出装置３５によって、復水器７３内の気体が抽出し排気される。気体抽出装置３５は、蒸気タービン１８の定格運転を含む通常運転時に復水器７３から抽出される気体の抽出量よりも大きい抽出量で、ガス化炉１０１の起動時に復水器７３から気体を抽出して排気することから、蒸気ドラム２１から復水器７３へ供給される水に加圧用の窒素が溶存して復水器７３で放出された場合でも、復水器７３内の真空度を低下することなく真空度を維持することができる。
【００７９】
したがって、気体抽出装置３５が抽出できる気体の抽出量に応じて、ガス化炉１０１の起動時に水系統各部２２に対して供給される加圧温水の量を増加させることもできる。加圧温水の量を増加させると、水に対する窒素の溶存量も増加するが、上述したとおり、ガス化炉１０１の起動時に復水器７３から大きい抽出量で気体を抽出して排気することができることから、復水器７３内の真空度を低下させることなく真空度を高いまま維持できる。ガス化炉１０１の起動時に水系統各部２２に対して供給される加圧温水の量が増加することから、ガス化炉１０１の内部が温度の上昇が速くなりガス化炉１０１の起動時間を更に短縮できる。
【００８０】
また、気体抽出装置３５が抽出できる気体の抽出量に応じて、ガス化炉１０１の起動時に水系統各部２２に対して供給される加圧温水の温度を上昇することや、蒸気ドラム２１に供給される窒素の圧力を増加させることもできる。加圧温水の温度の上昇や窒素の圧力を増加させると、水に対する窒素の溶存量も増加するが、上述したとおり、ガス化炉１０１の起動時に復水器７３から大きい抽出量で気体を抽出して排気できることから、復水器７３内の真空度を高いまま維持することができる。ガス化炉１０１の起動時に水系統各部２２に対して供給される加圧温水の温度が上昇することから、ガス化炉１０１の内部が温度の上昇が更に速くなり、ガス化炉１０１の起動時間を更に短縮できる。
【００８１】
次に、気体抽出装置３５のホールディング運転時における容量の選定方法について説明する。
気体抽出装置３５による蒸気タービン１８の定格運転を含む通常運転時における気体の抽出量は、蒸気タービン１８の通常運転時、復水器７３が蒸気タービン１８から回収する蒸気量に基づいて、決定される。
【００８２】
一方、気体抽出装置３５によるガス化炉１０１の起動時における気体（窒素）の抽出量は、例えば、下記のとおり決定される。
【００８３】
ガス化炉１０１内部の温度が酸露点を超えるまでに要する起動時間を想定し、想定された起動時間となるように、排熱回収ボイラ２０からの温水供給量や温水温度、蒸気ドラム２１へ供給する窒素の圧力を決定する。温水供給量が決定されることで、ブロー系統３４を介して蒸気ドラム２１から復水器７３へ排出される排水量が決定される。このとき、ブロー系統３４を介して蒸気ドラム２１から復水器７３へ排出される排水に溶存されている窒素の量も、温水の水温や窒素の圧力によって算出される。
【００８４】
そして、復水器７３では、溶存されている窒素が水の溶解度を超えて気化することによって、真空状態が低下する。したがって、復水器７３を高真空状態に維持するように、ガス化炉設備１４の起動時において、気体抽出装置３５がホールディング運転を行うときの気体（窒素）の抽出量が、復水器７３へ排出される排水量や、溶存されている窒素の量に基づいて、決定される。
【００８５】
したがって、本実施形態によれば、起動時間を短くするほど、排熱回収ボイラ２０からの温水供給量や温水温度、蒸気ドラム２１へ供給される窒素の圧力は増加する方向に決定される。そして、温水供給量が増加するほど、ブロー系統３４を介して蒸気ドラム２１から復水器７３へ排出される排水量が増加する。それに伴い、蒸気ドラム２１から復水器７３に排出された水からの窒素の排出量も増加する。また、温水温度や窒素の圧力が増加するほど、ブロー系統３４を介して蒸気ドラム２１から復水器７３へ排出される排水量に溶存する窒素の量が増加する。よって、ガス化炉１０１の起動時において、復水器７３を高真空状態に維持できるようにするためには、気体抽出装置３５がホールディング運転を行うときの気体からの抽出し排気する量も、蒸気ドラム２１に対して加圧された窒素を供給しない場合に比べて上昇する。
【００８６】
蒸気ドラム２１に対して加圧された窒素を供給するとき、気体抽出装置３５は、蒸気タービン１８の定格運転を含む通常運転時にホールディング運転を行っているときの復水器７３から抽出される気体の抽出量よりも大きい抽出量の抽出と排気を行う。また、ガス化炉１０１の起動時にホールディング運転を行いながら復水器７３から気体を抽出して排気する。ガス化炉１０１の起動時における気体の抽出量は、例えば、蒸気タービン１８の定格運転を含む通常運転時にホールディング運転を行っているときにおける気体の抽出量の２倍以上である。
【００８７】
図３に示すように、気体抽出装置３５を１台設置する場合、決定されたガス化炉１０１の起動時における気体（窒素）の抽出量に基づいて、気体抽出装置３５の１台の抽出し排気する容量が決定される。この場合、ガス化炉１０１の起動時、気体抽出装置３５は、定格運転で運転され、蒸気タービン１８の定格運転を含む通常運転時、気体抽出装置３５は、抽出し排気する能力を絞って運転する。
【００８８】
また、図４に示すように、気体抽出装置３５を２台又は３台以上の複数台設置してもよい。この場合、蒸気タービン１８の定格運転を含む通常運転時にホールディング運転を行っているときの気体（窒素）の抽出量に基づいて、気体抽出装置３５の１台の容量が決定される。そして、決定されたガス化炉１０１の起動時における気体（窒素）の抽出し排気する量に基づいて、残りの気体抽出装置３５の容量や台数が決定される。この場合、ガス化炉１０１の起動時、気体抽出装置３５は、ホールディング運転を行いながら複数台で運転され、蒸気タービン１８の定格運転を含む通常運転時、気体抽出装置３５は、１台で運転される。この例では、蒸気タービン１８の通常運転時、運転される気体抽出装置３５の台数が確実に減少することから、補機動力の低減が可能であり、効率的な運用が可能となる。また、蒸気タービン１８の通常運転時、万一に異常発生によって、復水器７３の真空度が低下した場合、他の複数台の気体抽出装置３５を起動することによって真空状態が低下しないよう真空度の維持を図ることができるので、プラント運転の信頼性を向上することができる。
【００８９】
決定されたガス化炉１０１の起動時における気体（窒素）の抽出量を有する気体抽出装置３５を運転する際、及び、試運転した際において、復水器７３の真空度を確認し、決定された気体抽出装置３５の気体を抽出し排気する量の能力に応じて、排熱回収ボイラ２０から循環系統２４へ供給する温水の量を調整してもよい。
【００９０】
気体抽出装置３５は、蒸気タービン１８の定格運転時に復水器７３から抽出される気体の抽出量よりも大きい抽出量で、ガス化炉１０１の起動時に復水器７３から気体を抽出することから、蒸気ドラム２１から復水器７３へ供給される水に窒素が溶存した場合でも、復水器７３内の真空度を低下することなく真空度を高く維持することができる。これに伴い、ガス化炉１０１の起動時に水系統各部２２に対して供給される加圧温水の量の増加や温度を上昇させることができ、ガス化炉１０１の起動時間を更に短縮できる。
【００９１】
その結果、ガス化炉１０１の起動時に、ガスタービンが燃料（軽油）を消費する量や、窒素発生のため空気分離設備４２を運転する時間を低減でき、省エネルギー化や低コスト化を図ることができる。また、ガスタービンがガス化炉１０１の起動時に使用する燃料（軽油）を貯蔵する貯蔵設備の容量も低減できる。
【００９２】
また、ガス化炉１０１の起動時、蒸気ドラム２１が窒素によって加圧されたとき、ダンプ系統の遮断弁が全閉状態とされ、蒸気ドラム２１内の蒸気や窒素が、蒸気系統２３よりも下流側の復水器７３へリークすることが確実に防止されている。したがって、復水器７３の真空状態の低下を防止することができる。
【００９３】
なお、上述した実施形態では、燃料として石炭を使用したが、高品位炭や低品位炭であっても適用可能であり、また、石炭に限らず、再生可能な生物由来の有機性資源として使用されるバイオマスであってもよく、例えば、間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ及びこれらを原料としたリサイクル燃料（ペレットやチップ）などを使用することも可能である。
【００９４】
また、本実施形態はガス化炉として、タワー型ガス化炉について説明してきたが、ガス化炉１０１はクロスオーバー型ガス化炉でも、ガス化炉１０１内の各機器の鉛直上下方向を生成ガスのガス流れ方向を合わせるように置き換えることで、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
１１    ：給炭設備
１１ａ  ：給炭ライン
１４    ：ガス化炉設備
１５    ：チャー回収設備
１６    ：ガス精製設備
１７    ：ガスタービン
１８    ：蒸気タービン
１９    ：発電機
２０    ：排熱回収ボイラ（温水供給部）
２１    ：蒸気ドラム
２２    ：水系統各部（水系統熱交換器）
２３    ：蒸気系統（蒸気系統熱交換器）
２４    ：循環系統
２５    ：ガス化炉循環ポンプ
２６    ：温水受入部
２７    ：蒸気供給管
２８    ：主蒸気管
２９    ：主蒸気弁
３０    ：遮断弁
３１    ：蒸気ダンプ系統
３２    ：蒸気ダンプ弁
３３    ：遮断弁
３４    ：ブロー系統
３５    ：気体抽出装置（気体抽出部）
３６    ：水封回転式真空ポンプ（真空ポンプ）
３７    ：エゼクタ（エジェクタ）
４１    ：圧縮空気供給ライン
４２    ：空気分離設備（窒素供給部）
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
４８    ：異物除去設備
４９    ：ガス生成ライン
５１    ：集塵設備
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
７３    ：復水器
７４    ：ガス浄化設備
７５    ：煙突
１０１  ：ガス化炉
１０２  ：シンガスクーラ
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
１５４  ：内部空間
１５６  ：外部空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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