(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素含有固体燃料のガス化を行うガス化炉と、
前記ガス化炉を格納する圧力容器と、
前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、
前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、
前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、
前記ガス化炉側の第１圧力と前記圧力保持部側の第２圧力との第１圧力差を検出または推定する圧力差検出推定装置と、
前記圧力差検出推定装置の検出結果または推定結果に基づいて前記第１圧力より前記第２圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御する制御装置と、
を備え、
前記圧力差検出推定装置は、前記均圧管における前記ガス化炉側の開口部の第３圧力と前記圧力保持部側の開口部の第４圧力との第２圧力差を検出または推定し、前記制御装置は、前記圧力差検出推定装置の検出結果または推定結果に基づいて前記第３圧力より前記第４圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御し、
前記圧力差検出推定装置は、第１圧力を検出する第１圧力センサと、前記圧力保持部の下部の第２圧力を検出する第２圧力センサと、前記第１圧力センサの検出値と前記第２圧力センサの検出値と前記均圧管の高さ位置とから前記第２圧力差を推定する推定部を有し、前記制御装置は、前記第２圧力差が予め設定された所定の範囲内に維持されるように前記加圧用ガス供給装置を制御する、
ことを特徴とするガス化装置。
【請求項２】
炭素含有固体燃料のガス化を行うガス化炉と、
前記ガス化炉を格納する圧力容器と、
前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、
前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、
前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、
前記ガス化炉側の第１圧力と前記圧力保持部側の第２圧力との第１圧力差を検出または推定する圧力差検出推定装置と、
前記圧力差検出推定装置の検出結果または推定結果に基づいて前記第１圧力より前記第２圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御する制御装置と、
を備え、
加圧用ガスの供給量は、基準供給量と変動供給量の合計量として制御され、基準供給量は、第１圧力差が通常の定格運転時の標準時の圧力差が得られる所定の圧力差以上となるように設定され、前記制御装置は、前記圧力保持部の第２圧力センサによる第２圧力の圧力上昇速度により追加で供給する変動供給量を算出する、
ことを特徴とするガス化装置。
【請求項３】
前記圧力差検出推定装置は、前記均圧管よりガス流れ方向に離間して前記ガス化炉の第１圧力を検出する第１圧力センサと、前記均圧管よりガス流れ方向に離間して前記圧力保持部の第２圧力を検出する第２圧力センサと、前記第１圧力センサの検出値と前記第２圧力センサの検出値とから前記第１圧力差を算出する算出部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス化装置。
【請求項４】
前記ガス化炉の鉛直方向上部に熱交換器が配置され、前記均圧管は、前記熱交換器より鉛直方向の上方に配置され、前記圧力差検出推定装置は、前記第３圧力を検出する第３圧力センサと、前記第４圧力を検出する第４圧力センサと、前記第３圧力センサの検出値と前記第４圧力センサの検出値から前記第２圧力差を算出する算出部を有し、前記制御装置は、前記第２圧力差が予め設定された余裕度を加味した下限値以上となるように前記加圧用ガス供給装置を制御す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５】
前記第３圧力センサと前記第４圧力センサは、同じ高さ位置に配置され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】
前記加圧用ガス供給装置による前記圧力保持部への加圧用ガスの供給位置は、前記均圧管から所定距離だけ鉛直方向の下方に離間した位置に設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のガス化装置。
【請求項７】
前記圧力差検出推定装置は、前記均圧管よりガス流れ方向に離間して前記ガス化炉の第１圧力を検出する第１圧力センサと、前記均圧管よりガス流れ方向に離間して前記圧力保持部の第２圧力を検出する第２圧力センサと、前記第１圧力センサの検出値と前記第２圧力センサの検出値とから第２圧力差を算出する算出部を有し、前記制御装置は、前記第２圧力差が前記ガス化炉の炉壁強度に基づいて設定された上限値以下となるように前記加圧用ガス供給装置を制御することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のガス化装置。
【請求項８】
炭素含有固体燃料のガス化を行うガス化炉と、
前記ガス化炉を格納する圧力容器と、
前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、
前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、
前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、
前記ガス化炉側の第１圧力と前記圧力保持部側の第２圧力との第１圧力差を検出または推定する圧力差検出推定装置と、
前記圧力差検出推定装置の検出結果または推定結果に基づいて前記第１圧力より前記第２圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御する制御装置と、
を備え、
前記圧力差検出推定装置は、前記ガス化炉に供給される燃料流量を検出する燃料流量センサと、前記燃料流量センサの検出値に基づいて前記ガス化炉の圧力を推定して前記第１圧力差を推定する推定部を有し、前記制御装置は、前記第１圧力差が予め設定された所定の範囲内に維持されるように前記加圧用ガス供給装置を制御する、
ことを特徴とするガス化装置。
【請求項９】
炭素含有固体燃料のガス化を行うガス化炉と、
前記ガス化炉を格納する圧力容器と、
前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、
前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、
前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、
前記ガス化炉側の第１圧力と前記圧力保持部側の第２圧力との第１圧力差を検出または推定する圧力差検出推定装置と、
前記圧力差検出推定装置の検出結果または推定結果に基づいて前記第１圧力より前記第２圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御する制御装置と、
を備え、
前記圧力差検出推定装置は、前記ガス化炉の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサの検出値に基づいて前記ガス化炉の炉内圧力上昇速度を算出して前記第１圧力差を推定する推定部を有し、前記制御装置は、前記第１圧力差が予め設定された所定の範囲内に維持されるように前記加圧用ガス供給装置を制御する、
ことを特徴とするガス化装置。
【請求項１０】
炭素含有固体燃料のガス化を行うガス化炉と、
前記ガス化炉を格納する圧力容器と、
前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、
前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、
前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、
前記ガス化炉側の第１圧力と前記圧力保持部側の第２圧力との第１圧力差を検出または推定する圧力差検出推定装置と、
前記圧力差検出推定装置の検出結果または推定結果に基づいて前記第１圧力より前記第２圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御する制御装置と、
を備え、
前記圧力差検出推定装置は、予め設定された起動時における前記ガス化炉の負荷変化に応じて前記第１圧力差を算出する算出部を有し、前記制御装置は、前記第１圧力差が予め設定された所定の範囲内に維持されるように前記加圧用ガス供給装置を制御する、
ことを特徴とするガス化装置。
【請求項１１】
炭素含有燃料のガス化を行うガス化炉と、
前記ガス化炉を格納する圧力容器と、
前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、
前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、
前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、
を備えるガス化装置において、
前記ガス化炉側の第１圧力より前記圧力保持部側の第２圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御し、
前記均圧管における前記ガス化炉側の開口部の第３圧力と前記圧力保持部側の開口部の第４圧力との第２圧力差を検出または推定し、検出結果または推定結果に基づいて前記第３圧力より前記第４圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御し、
第１圧力を検出する第１圧力センサと、前記圧力保持部の下部の第２圧力を検出する第２圧力センサと、前記第１圧力センサの検出値と前記第２圧力センサの検出値と前記均圧管の高さ位置とから前記第２圧力差を推定する推定部を有し、前記第２圧力差が予め設定された所定の範囲内に維持されるように前記加圧用ガス供給装置を制御する、
ことを特徴とするガス化装置の制御装置。
【請求項１２】
炭素含有燃料のガス化を行うガス化炉と、
前記ガス化炉を格納する圧力容器と、
前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、
前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、
前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、
を備えるガス化装置において、
前記ガス化炉側の第１圧力より前記圧力保持部側の第２圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御し、
加圧用ガスの供給量は、基準供給量と変動供給量の合計量として制御され、基準供給量は、第１圧力差が通常の定格運転時の標準時の圧力差が得られる所定の圧力差以上となるように設定され、前記圧力保持部の第２圧力センサによる第２圧力の圧力上昇速度により追加で供給する変動供給量を算出する、
ことを特徴とするガス化装置の制御装置。
【請求項１３】
炭素含有燃料のガス化を行うガス化炉と、
前記ガス化炉を格納する圧力容器と、
前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、
前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、
前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、
を備えるガス化装置において、
前記ガス化炉側の第１圧力より前記圧力保持部側の第２圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御し、
前記ガス化炉に供給される燃料流量を検出する燃料流量センサと、前記燃料流量センサの検出値に基づいて前記ガス化炉の圧力を推定して前記第１圧力と前記第２圧力との第１圧力差を推定する推定部を有し、前記第１圧力差が予め設定された所定の範囲内に維持されるように前記加圧用ガス供給装置を制御する、
ことを特徴とするガス化装置の制御装置。
【請求項１４】
炭素含有燃料のガス化を行うガス化炉と、
前記ガス化炉を格納する圧力容器と、
前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、
前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、
前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、
を備えるガス化装置において、
前記ガス化炉側の第１圧力より前記圧力保持部側の第２圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御し、
前記ガス化炉の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサの検出値に基づいて前記ガス化炉の炉内圧力上昇速度を算出して前記第１圧力と前記第２圧力との第１圧力差を推定する推定部を有し、前記第１圧力差が予め設定された所定の範囲内に維持されるように前記加圧用ガス供給装置を制御する、
ことを特徴とするガス化装置の制御装置。
【請求項１５】
炭素含有燃料のガス化を行うガス化炉と、
前記ガス化炉を格納する圧力容器と、
前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、
前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、
前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、
を備えるガス化装置において、
前記ガス化炉側の第１圧力より前記圧力保持部側の第２圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御し、
予め設定された起動時における前記ガス化炉の負荷変化に応じて前記第１圧力と前記第２圧力との第１圧力差を算出する算出部を有し、前記第１圧力差が予め設定された所定の範囲内に維持されるように前記加圧用ガス供給装置を制御する、
ことを特徴とするガス化装置の制御装置。
【請求項１６】
炭素含有燃料のガス化を行うガス化炉と、
前記ガス化炉を格納する圧力容器と、
前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、
前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、
前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、
を備えるガス化装置において、
前記ガス化炉側の第１圧力と前記圧力保持部側の第２圧力との第１圧力差を検出または推定する工程と、
前記第１圧力より前記第２圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御する工程と、
を有し、
前記均圧管における前記ガス化炉側の開口部の第３圧力と前記圧力保持部側の開口部の第４圧力との第２圧力差を検出または推定し、検出結果または推定結果に基づいて前記第３圧力より前記第４圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御し、
第１圧力を検出する第１圧力センサと、前記圧力保持部の下部の第２圧力を検出する第２圧力センサと、前記第１圧力センサの検出値と前記第２圧力センサの検出値と前記均圧管の高さ位置とから前記第２圧力差を推定する推定部を有し、前記第２圧力差が予め設定された所定の範囲内に維持されるように前記加圧用ガス供給装置を制御する、
ことを特徴とするガス化装置の制御方法。
【請求項１７】
炭素含有燃料のガス化を行うガス化炉と、
前記ガス化炉を格納する圧力容器と、
前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、
前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、
前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、
を備えるガス化装置において、
前記ガス化炉側の第１圧力と前記圧力保持部側の第２圧力との第１圧力差を検出または推定する工程と、
前記第１圧力より前記第２圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御する工程と、
を有し、
加圧用ガスの供給量は、基準供給量と変動供給量の合計量として制御され、基準供給量は、第１圧力差が通常の定格運転時の標準時の圧力差が得られる所定の圧力差以上となるように設定され、前記圧力保持部の第２圧力センサによる第２圧力の圧力上昇速度により追加で供給する変動供給量を算出する、
ことを特徴とするガス化装置の制御方法。
【請求項１８】
炭素含有燃料のガス化を行うガス化炉と、
前記ガス化炉を格納する圧力容器と、
前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、
前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、
前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、
を備えるガス化装置において、
前記ガス化炉側の第１圧力と前記圧力保持部側の第２圧力との第１圧力差を検出または推定する工程と、
前記第１圧力より前記第２圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御する工程と、
を有し、
前記ガス化炉に供給される燃料流量を検出する燃料流量センサと、前記燃料流量センサの検出値に基づいて前記ガス化炉の圧力を推定して前記第１圧力差を推定する推定部を有し、前記第１圧力差が予め設定された所定の範囲内に維持されるように前記加圧用ガス供給装置を制御する、
ことを特徴とするガス化装置の制御方法。
【請求項１９】
炭素含有燃料のガス化を行うガス化炉と、
前記ガス化炉を格納する圧力容器と、
前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、
前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、
前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、
を備えるガス化装置において、
前記ガス化炉側の第１圧力と前記圧力保持部側の第２圧力との第１圧力差を検出または推定する工程と、
前記第１圧力より前記第２圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御する工程と、
を有し、
前記ガス化炉の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサの検出値に基づいて前記ガス化炉の炉内圧力上昇速度を算出して前記第１圧力差を推定する推定部を有し、前記第１圧力差が予め設定された所定の範囲内に維持されるように前記加圧用ガス供給装置を制御する、
ことを特徴とするガス化装置の制御方法。
【請求項２０】
炭素含有燃料のガス化を行うガス化炉と、
前記ガス化炉を格納する圧力容器と、
前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、
前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、
前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、
を備えるガス化装置において、
前記ガス化炉側の第１圧力と前記圧力保持部側の第２圧力との第１圧力差を検出または推定する工程と、
前記第１圧力より前記第２圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御する工程と、
を有し、
予め設定された起動時における前記ガス化炉の負荷変化に応じて前記第１圧力差を算出する算出部を有し、前記第１圧力差が予め設定された所定の範囲内に維持されるように前記加圧用ガス供給装置を制御する、
ことを特徴とするガス化装置の制御方法。
【請求項２１】
炭素含有固体燃料をガス化して可燃性ガスを生成する請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のガス化装置と、
前記ガス化装置により生成された可燃性ガスから不純物を取り除くことでガス精製を行うガス精製装置と、
前記ガス精製装置によりガス精製された可燃性ガスの少なくとも一部と圧縮空気との混合ガスを燃焼してタービンを回転駆動するガスタービン設備と、
前記ガスタービン設備からの排ガスにより蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気によりタービンを回転駆動する蒸気タービン設備と、
を備えることを特徴とするガス化複合発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭やバイオマスなどの炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化することでガス燃料を生成するガス化装置、このガス化装置の制御装置及び方法、ガス化装置を備えたガス化複合発電設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガス化複合発電設備（石炭ガス化複合発電設備）は、給炭装置、石炭ガス化装置、ガス精製装置、ガスタービン設備、蒸気タービン設備、排熱回収ボイラ、ガス浄化装置などにより構成されている。この石炭ガス化複合発電設備における石炭ガス化装置は、圧力容器内にガス化炉が配置され、このガス化炉の鉛直下方に燃焼装置が配置される一方、鉛直上方に熱交換器（ガス冷却器）が配置されて構成されている。また、石炭ガス化装置は、圧力容器とガス化炉との間のアニュラス部（圧力保持部）に窒素などの不活性ガスを充填することで、ガス化炉内を高圧状態に維持している。そして、ガス化炉内とアニュラス部とが均圧管により連通することで、ガス化炉内の圧力変動に伴うガス化炉内とアニュラス部との差圧の上昇を抑制している。このような石炭ガス化装置として、例えば、下記特許文献１，２に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−２７８５７４号公報
【特許文献２】特開２０１３−１６３７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
石炭ガス化装置は、負荷上昇時に燃料の供給量が変動し、ガス化炉内の圧力が上昇と、ガス化炉内の生成ガスが均圧管を通ってアニュラス部へと流れることでガス化炉内とアニュラス部との差圧の上昇を抑制している。アニュラス部は、アニュラス部の圧力を維持するために窒素などの不活性ガスによる加圧用ガスを供給することで、ガス化炉からアニュラス部へと流れ出た生成ガスは、ガス化炉内へと戻されてアニュラス部は不活性ガス雰囲気を維持することができる。一方、この生成ガスは、未反応分及び灰分（以下、チャーと呼ぶ。）を含んでおり、このチャーが生成ガスとともにアニュラス部に流れ込む場合がある。石炭ガス化装置は、下端部に水を貯留するスラグホッパが設けられており、アニュラス部に流れ込んだチャーがアニュラス部を汚す恐れがある。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、ガス化炉内の圧力変動に対する生成ガスの均圧管を通したアニュラス部（圧力保持部）への流れ込みを抑制可能とするガス化装置、ガス化装置の制御装置及び方法、ガス化複合発電設備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】
【０００６】
上記の目的を達成するための本発明のガス化装置は、炭素含有燃料のガス化を行うガス化炉と、前記ガス化炉を格納する圧力容器と、前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、前記ガス化炉側の第１圧力と前記圧力保持部側の第２圧力との第１圧力差を検出または推定する圧力差検出推定装置と、前記圧力差検出推定装置の検出結果または推定結果に基づいて前記第１圧力より前記第２圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御する制御装置と、を備えることを特徴とするものである。
【０００７】
従って、圧力容器内にガス化炉が格納され、両者の間に圧力保持部が区画されており、ガス化炉の内部と圧力保持部とが均圧管により連通し、加圧用ガス供給装置が圧力保持部に加圧用ガスを供給することで、ガス化炉から圧力保持部への生成ガスの流入を抑制している。ところが、ガス化炉内での圧力変動によりガス化炉内の圧力が上昇し、圧力保持部より高くなることがある。圧力差検出推定装置は、ガス化炉側の第１圧力と圧力保持部側の第２圧力との第１圧力差を検出または推定している。制御装置は、圧力差検出推定装置の検出結果または推定結果に基づいて第１圧力より第２圧力が高くなるように加圧用ガス供給装置を制御する。そのため、ガス化炉内の圧力が上昇しても、それ以上に圧力保持部の圧力を上昇させることで、ガス化炉内の生成ガスが均圧管を通して圧力保持部へ流れ込むことを抑制することができる。
【０００８】
本発明のガス化装置では、前記圧力差検出推定装置は、前記均圧管よりガス流れ方向に離間して前記ガス化炉の第１圧力を検出する第１圧力センサと、前記均圧管よりガス流れ方向に離間して前記圧力保持部の第２圧力を検出する第２圧力センサと、前記第１圧力センサの検出値と前記第２圧力センサの検出値とから前記第１圧力差を算出する算出部を有することを特徴としている。
【０００９】
従って、均圧管より離間した第１圧力センサと第２圧力センサを用いることで、容易に第１圧力差を算出することができる。そして、ガス化炉内における生成ガスの密度と圧力保持部における加圧用ガスの密度が相違する場合、下方ほどその圧力差が大きくなることから、ガス化炉の炉壁強度を確保するために、均圧管より離間した第１圧力センサと第２圧力センサを用いて、ガス化炉内と圧力保持部の差圧を監視している。この第１圧力センサと第２圧力センサを用いてガス化炉内と圧力保持部の差圧を検出することで、容易に第１圧力差を算出することができる。
【００１０】
本発明のガス化装置では、前記圧力差検出推定装置は、前記均圧管における前記ガス化炉側の開口部の第３圧力と前記圧力保持部側の開口部の第４圧力との第２圧力差を検出または推定し、前記制御装置は、前記圧力差検出推定装置）の検出結果または推定結果に基づいて前記第３圧力より前記第４圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御することを特徴としている。
【００１１】
従って、ガス化炉側の均圧管の開口部の第３圧力と圧力保持部側の均圧管の開口部の第４圧力を用いることから、第２圧力差を高精度に検出または推定することができ、ガス化炉内の生成ガスが均圧管を通して圧力保持部へ流れ込むことを抑制することができる。
【００１２】
本発明のガス化装置では、前記ガス化炉の鉛直方向上部に熱交換器が配置され、前記均圧管は、前記熱交換器より鉛直方向の上方に配置され、前記圧力差検出推定装置は、前記第３圧力を検出する第３圧力センサと、前記第４圧力を検出する第４圧力センサと、前記第３圧力センサの検出値と前記第４圧力センサの検出値から前記第２圧力差を算出する算出部を有し、前記制御装置は、前記第２圧力差が予め設定された余裕度を加味した下限値以上となるように前記加圧用ガス供給装置を制御することを特徴としている。
【００１３】
従って、算出部は、第３圧力センサの検出値と第４圧力センサの検出値から第２圧力差を算出し、制御装置は、第２圧力差が下限値以上となるように加圧用ガス供給装置による圧力保持部への加圧用ガスの供給量を調整している。そのため、ガス化炉の上部にある均圧管の近傍の圧力をセンサにより直接検出して第１圧力差を求めることで、圧力保持部への加圧用ガスの供給量を高精度に調整することができる。
【００１４】
本発明のガス化装置では、加圧用ガスの供給量は、基準供給量と変動供給量の合計量として制御され、基準供給量は、第１圧力差が通常の定格運転時の標準時の圧力差が得られる所定の圧力差以上となるように設定され、前記制御装置は、前記圧力保持部の第２圧力センサによる第２圧力の圧力上昇速度により追加で供給する変動供給量を算出することを特徴としている。
【００１５】
従って、加圧用ガスの供給量が定格運転時の基準供給量と追加で供給する変動供給量の合計量とすることで、圧力保持部の圧力をガス化炉内の圧力よりも容易に高く維持することができる。また、均圧管付近の第２圧力の上昇速度により追加で供給する変動供給量を算出することで、より高精度に圧力保持部の圧力をガス化炉内の圧力よりも高く維持することができ、炉内から圧力保持部へのガス流れを適切に防止することができるため、圧力保持部の汚れを防ぐことが可能となる。
【００１６】
本発明のガス化装置では、前記第１圧力センサと前記第２圧力センサは、同じ高さ位置に配置されることを特徴としている。
【００１７】
従って、ガス化炉内における生成ガスの密度と圧力保持部における加圧用ガスの密度が相違する場合であっても、同じ高さ位置に配置される第１圧力センサと第２圧力センサがそれぞれガス化炉内の圧力と圧力保持部の圧力を検出することとなり、検出誤差を抑制して圧力保持部への加圧用ガスの供給量を高精度に調整することができる。
【００１８】
本発明のガス化装置では、前記加圧用ガス供給装置による前記圧力保持部への加圧用ガスの供給位置は、前記均圧管から所定距離だけ鉛直方向の下方に離間した位置に設けられることを特徴としている。
【００１９】
従って、圧力保持部への加圧用ガスの供給位置が均圧管から下方に離間した位置に設けられることで、加圧用ガスが圧力保持部内を均圧管側へ上昇する流れとなり、ガス化炉側の異物が均圧管を通して圧力保持部に移動しても、加圧用ガスの上方流れにより異物浮遊排出させることができる。
【００２０】
本発明のガス化装置では、前記圧力差検出推定装置は、前記均圧管よりガス流れ方向に離間して前記ガス化炉の第１圧力を検出する第１圧力センサと、前記均圧管よりガス流れ方向に離間して前記圧力保持部の第２圧力を検出する第２圧力センサと、前記第１圧力センサの検出値と前記第２圧力センサの検出値とから第２圧力差を算出する算出部を有し、前記制御装置は、前記第２圧力差が前記ガス化炉の炉壁強度に基づいて設定された上限値以下となるように前記加圧用ガス供給装置を制御することを特徴としている。
【００２１】
従って、算出部は、第１圧力センサが検出した第１圧力と、第２圧力センサが検出した第２圧力から第２圧力差を算出し、制御装置は、第２圧力差が上限値以下となるように加圧用ガス供給装置による圧力保持部への加圧用ガスの供給量を調整している。ガス化炉内における生成ガスの密度と圧力保持部における加圧用ガスの密度が相違する場合、下方ほどその圧力差が大きくなることから、ガス化炉の炉壁強度に基づいて上限値が設定される。そのため、ガス化炉の下部における第２圧力差に応じて圧力保持部への加圧用ガスの供給量を調整することで、圧力保持部への生成ガスの流れ込みを抑制することができると共に、ガス化炉の高い健全性を確保することができる。
【００２２】
本発明のガス化装置では、前記圧力差検出推定装置は、第１圧力を検出する第１圧力センサと、前記圧力保持部の下部の第２圧力を検出する第２圧力センサと、前記第１圧力センサの検出値と前記第２圧力センサの検出値と前記均圧管の高さ位置とから前記第２圧力差を推定する推定部を有し、前記制御装置は、前記第２圧力差が予め設定された所定の範囲内に維持されるように前記加圧用ガス供給装置を制御することを特徴としている。
【００２３】
従って、推定部は、第１圧力センサが検出した第１圧力と、第２圧力センサが検出した第２圧力と、均圧管の高さ位置とから第２圧力差を推定し、制御装置は、第２圧力差が所定の範囲内に維持されるように加圧用ガス供給装置による圧力保持部への加圧用ガスの供給量を調整している。そのため、ガス化炉の上部にある均圧管の近傍の圧力を検出するためのセンサを別途設けることなく、ガス化炉の強度を維持するためのセンサを用いて第１圧力差を求めることで、圧力保持部への加圧用ガスの供給量を適正に調整することができると共に、部品コストの増加を防止することができる。
【００２４】
本発明のガス化装置では、前記圧力差検出推定装置は、前記ガス化炉に供給される燃料流量を検出する燃料流量センサと、前記燃料流量センサの検出値に基づいて前記ガス化炉の圧力を推定して前記第１圧力差を推定する推定部を有し、前記制御装置は、前記第１圧力差が予め設定された所定の範囲内に維持されるように前記加圧用ガス供給装置を制御することを特徴としている。
【００２５】
従って、推定部は、燃料流量センサが検出したガス化炉に供給される燃料流量に基づいて第１圧力差を推定し、制御装置は、第１圧力差が所定の範囲内に維持されるように加圧用ガス供給装置による圧力保持部への加圧用ガスの供給量を調整している。そのため、ガス化炉の上部にある均圧管の近傍の圧力を検出するためのセンサを別途設けることなく、ガス化炉に供給される燃料流量を検出するためのセンサを用いて第１圧力差を求めることで、圧力保持部への加圧用ガスの供給量を適正に調整することができると共に、部品コストの増加を防止することができる。
【００２６】
本発明のガス化装置では、前記圧力差検出推定装置は、前記ガス化炉の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサの検出値に基づいて前記ガス化炉の炉内圧力上昇速度を算出して前記第１圧力差を推定する推定部を有し、前記制御装置は、前記第１圧力差が予め設定された所定の範囲内に維持されるように前記加圧用ガス供給装置を制御することを特徴としている。
【００２７】
従って、推定部は、圧力センサが検出したガス化炉の圧力に基づいて第１圧力差を推定し、制御装置は、第１圧力差が所定の範囲内に維持されるように加圧用ガス供給装置による圧力保持部への加圧用ガスの供給量を調整している。そのため、ガス化炉の上部にある均圧管の近傍の圧力を検出するためのセンサを別途設けることなく、ガス化炉の圧力を検出するためのセンサを用いて第１圧力差を求めることで、圧力保持部への加圧用ガスの供給量を適正に調整することができると共に、部品コストの増加を防止することができる。
【００２８】
本発明のガス化装置では、前記圧力差検出推定装置は、予め設定された起動時における前記ガス化炉の負荷変化に応じて前記第１圧力差を算出する算出部を有し、前記制御装置は、前記第１圧力差が予め設定された所定の範囲内に維持されるように前記加圧用ガス供給装置を制御することを特徴としている。
【００２９】
従って、算出部は、起動時におけるガス化炉の負荷上昇に応じて第１圧力差を算出し、制御装置は、第１圧力差が所定の範囲内に維持されるように加圧用ガス供給装置による圧力保持部への加圧用ガスの供給量を調整している。そのため、圧力センサを用いることなく加圧用ガスの供給量を設定することができ、検出誤差や検出遅れなどにより加圧用ガスの供給量のばらつきを抑制し、圧力保持部への加圧用ガスの供給量を高精度に調整することができる。
【００３０】
本発明のガス化装置の制御装置は、炭素含有燃料のガス化を行うガス化炉と、前記ガス化炉を格納する圧力容器と、前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、を備えるガス化装置において、前記ガス化炉側の第１圧力より前記圧力保持部側の第２圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御する、ことを特徴とするものである。
【００３１】
従って、圧力差検出推定装置の検出結果または推定結果に基づいて第１圧力より第２圧力が高くなるように加圧用ガス供給装置を制御するため、ガス化炉内の圧力が上昇しても、それ以上に圧力保持部の圧力を上昇させることで、ガス化炉内の生成ガスが均圧管を通して圧力保持部へ流れ込むことを抑制することができる。
【００３２】
本発明のガス化装置の制御方法は、炭素含有燃料のガス化を行うガス化炉と、前記ガス化炉を格納する圧力容器と、前記ガス化炉と前記圧力容器との間に加圧用ガスが充填される圧力保持部と、前記圧力保持部に加圧用ガスを供給する加圧用ガス供給装置と、前記ガス化炉の内部と前記圧力保持部とを連通する均圧管と、を備えるガス化装置において、前記ガス化炉側の第１圧力と前記圧力保持部側の第２圧力との第１圧力差を検出または推定する工程と、前記第１圧力より前記第２圧力が高くなるように前記加圧用ガス供給装置を制御する工程と、を有することを特徴とするものである。
【００３３】
従って、ガス化炉内の圧力が上昇しても、それ以上に圧力保持部の圧力を上昇させることで、ガス化炉内の生成ガスが均圧管を通して圧力保持部へ流れ込むことを抑制することができる。
【００３４】
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して可燃性ガスを生成する前記ガス化装置と、前記ガス化装置により生成された可燃性ガスから不純物を取り除くことでガス精製を行うガス精製装置と、前記ガス精製装置によりガス精製された可燃性ガスの少なくとも一部と圧縮空気との混合ガスを燃焼してタービンを駆動するガスタービン設備と、前記ガスタービン設備からの排ガスにより蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気によりタービンを駆動する蒸気タービン設備と、を備えることを特徴とするものである。
【００３５】
従って、ガス化装置にて、圧力差検出推定装置の検出結果または推定結果に基づいて第１圧力より第２圧力が高くなるように加圧用ガス供給装置を制御するため、ガス化炉内の圧力が上昇しても、それ以上に圧力保持部の圧力を上昇させることで、ガス化炉内の生成ガスが均圧管を通して圧力保持部へ流れ込むことを抑制することができる。その結果、圧力保持部でのチャーの落下を防止してアニュラス部が汚れることを防止できる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明のガス化装置、ガス化装置の制御装置及び方法、ガス化複合発電設備によれば、ガス化炉内の圧力変動に対して均圧管におけるガス化炉側の開口部の第１圧力より圧力保持部側の開口部の第２圧力が高くなるように加圧用ガス供給装置を制御するので、ガス化炉内の生成ガスが均圧管を通して圧力保持部へ流れ込むことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、第１実施形態のガス化装置を表す概略図である。
【図２】図２は、第１実施形態のガス化装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
【図３】図３は、第２実施形態のガス化装置を表す概略図である。
【図４】図４は、第３実施形態のガス化装置を表す概略図である。
【図５】図５は、第４実施形態のガス化装置を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るガス化装置、ガス化装置の制御装置及び方法、ガス化複合発電設備の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、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て構成するものも含むものである。
【００３９】
［第１実施形態］
図２は、第１実施形態のガス化装置が適用された石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
【００４０】
第１実施形態の石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｏａｌ  Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｂｉｎｅｄ  Ｃｙｃｌｅ）は、空気を酸化剤としてガス化装置で石炭ガスを生成する空気燃焼方式を採用し、ガス精製装置で精製した後の石炭ガスを燃料ガスとしてガスタービン設備に供給して発電を行っている。即ち、第１実施形態の石炭ガス化複合発電設備は、空気燃焼方式（空気吹き）の発電設備である。ガス化装置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。
【００４１】
第１実施形態において、図２に示すように、石炭ガス化複合発電設備（ガス化複合発電設備）１０は、微粉炭供給設備１１、石炭ガス化装置１２、チャー回収装置１３、ガス精製装置１４、複合発電設備１５、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：Ｈｅａｔ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｔｅａｍ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１６を備えている。
【００４２】
微粉炭供給設備１１は、石炭を細かい粒子状に粉砕して、微粉炭を製造する設備である。微粉炭供給設備によって製造された微粉炭は、ガス化炉装置１２へ供給される。石炭ガス化装置１２は、微粉炭を利用すると共に、チャー回収装置１３で回収されたチャー（石炭の未反応分及び灰分）を利用できる装置となっている。石炭ガス化装置１２は、内部に供給された炭素含有燃料しての石炭（微粉炭）を酸化剤（空気、酸素）により部分燃焼させることでガス化させ、可燃性ガスを生成する。この石炭ガス化装置１２は、チャー回収装置１３に向けて可燃性ガスのガス生成ライン３１が設けられており、チャーを含む可燃性ガスが排出可能となっている。
【００４３】
チャー回収装置１３は、集塵装置と供給ホッパとを有している。この場合、集塵装置は、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、石炭ガス化装置１２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３２を通してガス精製装置１４に送られる。
【００４４】
ガス精製装置１４は、チャー回収装置１３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１４は、可燃性ガスを精製して燃料ガスを製造し、これを複合発電設備１５に供給する。
【００４５】
複合発電設備１５は、ガスタービン設備と蒸気タービン設備と発電機から構成されている。排熱回収ボイラ１６は、複合発電設備１５の蒸気タービン設備で使用された排気ガスの熱により蒸気を生成して蒸気タービン設備に送る。そして、排熱回収ボイラ１６で熱が回収された排ガスは、ガス浄化装置３３により有害物質を除去され、浄化された排ガスは、煙突３４から大気へ放出される。
【００４６】
このように構成された石炭ガス化複合発電設備１０にて、微粉炭供給設備１１によって生成された微粉炭が石炭ガス化装置１２に供給される。また、チャー回収装置１３で回収されたチャーが、石炭ガス化装置１２に供給される。石炭ガス化装置１２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（石炭ガス）を生成する。そして、この可燃性ガスは、石炭ガス化装置１２からガス生成ライン３１を通して排出され、チャー回収装置１３に送られる。チャー回収装置１３にて、可燃性ガスは、集塵装置により可燃性ガスからチャーが分離され、チャーが分離された可燃性ガスは、ガス排出ライン３２を通してガス精製装置１４に送られる。一方、可燃性ガスから分離した微粒チャーは、石炭ガス化装置１２に戻されてリサイクルされる。
【００４７】
チャーが分離された可燃性ガスは、ガス精製装置１４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、複合発電設備１５では、ガスタービン設備から供給される圧縮空気とガス精製装置１４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てタービンを駆動し、発電機により発電を行う。そして、ガスタービン設備から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラ１６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に供給してタービンを回転駆動し、発電機により発電を行う。ガス浄化装置３３は、排熱回収ボイラ１６から排出された排気ガスの有害物質を除去し、浄化された排ガスが煙突３４から大気へ放出される。
【００４８】
以下、上述した石炭ガス化複合発電設備１０における石炭ガス化装置１２について詳細に説明する。図１は、第１実施形態のガス化装置を表す概略図である。
【００４９】
本実施形態では、石炭ガス化装置１２は、図１に示すように、炭素含有燃料としての石炭（微粉炭）のガス化を行うガス化炉１０１と、ガス化炉１０１の上方に配置される熱交換器１０２と、ガス化炉１０１を格納する圧力容器１０３とを有しており、ガス化炉１０１と圧力容器１０３との間にアニュラス部（圧力保持部）１０４が区画されている。
【００５０】
ガス化炉１０１は、中空形状をなし、鉛直方向の上部からリダクタ部１１１、ディフューザ部１１２、コンバスタ部１１３が設けられている。また、このガス化炉１０１は、リダクタ部１１１の鉛直方向の上方に熱交換器１０２を収容する熱交換器収容部１１４が設けられ、熱交換器収容部１１４の上方にガス排出口１１５が形成されている。このガス化炉１０１の炉壁面の少なくとも一部は、炉壁が鉛直方向に延びて周方向に並設される複数の伝熱管（図示せず）により構成されている。
【００５１】
圧力容器１０３は、中空形状をなし、鉛直方向の上端部がガス化炉１０１の外周部に接合され、下端部に水を貯留するスラグホッパ１１６が設けられている。ガス化炉１０１は、下端部がスラグホッパ１１６の貯留水に浸水して水封されている。この圧力容器１０３は、内部にガス化炉１０１が配置されることで、ガス化炉１０１と圧力容器１０３との空間部にアニュラス部１０４が区画されている。
【００５２】
コンバスタ部１１３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１１３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１１２を通過してリダクタ部１１１に流入する。リダクタ部１１１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１１３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されて可燃性ガスを生成する空間となっており、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する。
【００５３】
また、圧力容器１０３は、この圧力容器１０３とガス化炉１０１との間に形成されるアニュラス部１０４に加圧用ガスとしてのイナートガス（例えば、不活性ガスとしてのイナートガス、二酸化炭素ガス、天然ガスなど）を供給する加圧用ガス供給装置１１９が設けられている。即ち、ガスノズル１２０は、圧力容器１０３に周方向に複数設けられ、この圧力容器１０３を貫通して先端部がアニュラス部１０４に位置するように固定されている。このガスノズル１２０は、圧力容器１０３におけるリダクタ部１１１の外側に設けられており、加圧用ガスとしてのイナートガス供給ライン１２１が接続されている。イナートガス供給ライン１２１は、流量調整弁１２２が設けられている。イナートガスがガスノズル１２０によりアニュラス部１０４の下部に供給されると、このナートガスがアニュラス部１０４内を上昇して全領域に充満される。
【００５４】
熱交換器１０２は、ガス化炉１０１の壁面の内部に設けられると共に、リダクタ部１１１鉛直上方側に設けられている。また、熱交換器１０２は、鉛直上下方向に沿って複数設けられリダクタ部１１１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、熱交換器１０２の数量を限定するものではない。
【００５５】
ガス化炉１０１は、ガス化炉１０１内の上部とアニュラス部１０４の上部とを連通する均圧管１２７が周方向に所定間隔で複数設けられている。均圧管１２７は、例えばＬ字形状をなし、一端部が熱交換器１０２より鉛直方向の上方のガス化炉１０１の壁面に連通し、他端部がアニュラス部１０４の下方を向いて開口している。なお、加圧用ガス供給装置１１９のガスノズル１２０によるアニュラス部１０４へのイナートガスの供給位置は、均圧管１２７から所定距離だけ鉛直方向の下方に離間した位置に設定されている。ここで、所定距離」とは、イナートガスの上方流れにより異物を浮遊排出させることが可能な距離である。
【００５６】
石炭ガス化装置１２は、ガス化炉１０１と圧力容器１０３との間のアニュラス部１０４にイナートガスを充填することで、ガス化炉１０１内の高圧状態をアニュラス部１０４により維持している。そして、ガス化炉１０１内とアニュラス部１０４とが均圧管１２７により連通することで、ガス化炉壁１０１の内部と外部（アニュラス部１０４）とを均圧にしている。均圧管１２７により、ガス化炉１０１内の圧力変動に伴うガス化炉１０１内とアニュラス部１０４との差圧の上昇を抑制している。
【００５７】
ところが、石炭ガス化装置１２の負荷上昇時の燃料の供給量の変動や、定格運転中でも燃料供給量が変動した場合には、ガス化炉１０１内の圧力が上昇するため、アニュラス部１０４の圧力が変わらずにガス化炉１０１内の圧力よりも低いままであれば、ガス化炉１０１内の生成ガスが均圧管１２７を通ってアニュラス部１０４へ流れる。この生成ガスは、チャーを含んでおり、このチャーがアニュラス部１０４に流れ込み、アニュラス部１０４を汚す可能性がある。
【００５８】
そこで、本実施形態の石炭ガス化装置１２は、常時、ガス化炉１０１の圧力よりアニュラス部１０４側の圧力が高くなるように、ガスノズル１２０からアニュラス部１０４に供給するイナートガスの供給量を制御している。
【００５９】
即ち、石炭ガス化装置１２は、リダクタ部１１１のガス化炉１０１の内側の第１圧力Ｐ１とアニュラス部１０４側の第２圧力Ｐ２との第１圧力差ΔＰ１を検出する圧力差検出装置１３１と、圧力差検出装置１３１の検出結果に基づいて第１圧力Ｐ１より第２圧力Ｐ２が高くなるように加圧用ガス供給装置１１９を制御する制御装置１３２が設けられている。
【００６０】
圧力差検出装置１３１は、熱交換器１０２より鉛直方向の下方でガス化炉１０１のリダクタ部１１１で、圧力を計測する。第１圧力Ｐ１を検出する第１圧力センサ１３６と、第２圧力Ｐ２を検出する第２圧力センサ１３７と、第１圧力センサ１３６の検出値と第２圧力センサ１３７の検出値から第１圧力差ΔＰ１を算出する算出部１３８を有している。この場合、第１圧力センサ１３６と第２圧力センサ１３７は、同じ高さ位置に配置されている。即ち、第１圧力センサ１３６は、ガス化炉１０１の炉壁内部に配置されている。一方、第２圧力センサ１３７は、アニュラス部１０４で、第１圧力センサ１３６と径方向に対向する位置に配置されている。なお、同じ高さとは、全く同一高さに限定されるものではなく、取付け位置や取付け誤差などを含めて高さ方向に存在する気体のヘッド差を考慮して、計測圧力に実質的な差異が生じない所定の高さ範囲内に配置されていればよい。
【００６１】
算出部１３８は、第１圧力センサ１３６が検出した第１圧力Ｐ１と、第２圧力センサ１３７が検出した第２圧力Ｐ２が入力される。算出部１３８は、第２圧力Ｐ２から第１圧力Ｐ１を減算した第１圧力差ΔＰ１を算出する。
【００６２】
制御装置１３２は、算出部１３８が算出した第１圧力差ΔＰ１と予め設定された下限値ＰＬとを比較し、第１圧力差ΔＰ１が下限値ＰＬ以上であるかどうかを判定する。この下限値ＰＬは、設計値や予め実験などにより求めた変動値に基づいて設定された余裕度（余裕値）である。そして、制御装置１３２は、第１圧力差ΔＰ１が下限値ＰＬ以上となるように、加圧用ガス供給装置１１９を制御する。
【００６３】
加圧用ガス供給装置１１９によるイナートガスの供給量は、常時制御して供給される。加圧用ガス供給装置１１９によるイナートガスの供給量は、基準供給量と変動供給量の合計量として制御する。基準供給量は、第１圧力差ΔＰ１が通常の定格運転時の標準時の圧力差が得られる所定の圧力差以上となるように設定される。基準供給量は、下限値ＰＬ（設計値や予め実験などにより求めた変動値に基づいて設定された余裕度）により設定される。
【００６４】
即ち、アニュラス部１０４の圧力、アニュラス部１０４の容積、アニュラス部１０４における保有イナートガス量、アニュラス部１０４のイナートガス温度に基づいて設定される。この場合、アニュラス部１０４の圧力とアニュラス部１０４のイナートガス温度は、図示しないセンサにより計測し、アニュラス部１０４の容積とアニュラス部１０４における保有イナートガス量は、設計値により決まる。イナートガスの基準供給量は、制御装置１３２により、このイナートガスの基準供給量のイナートガスを供給され、アニュラス部１０４に導入されたイナートガスは、アニュラス部１０４から均圧管１２７を通ってガス化炉１０１内へと流れ、生成ガスへと混流するが、生成ガス流量に比べてイナートガス流調は十分に少なく、支障は発生しない。
【００６５】
次に、圧力変動で第１圧力差ΔＰ１の変化があった際に、加圧用ガス供給装置１１９によるイナートガスの追加供給量を算出する。すなわちアニュラス部１０４の第２圧力センサ１３７による第２圧力Ｐ２の圧力上昇速度を算出し、ほかの形状と状態は変わらないので、制御装置１３２は追加で供給する変動供給量を算出する。制御装置１３２は、このイナートガスの基準供給量に下限値ＰＬに基づいて算出されたイナートガスの標準供給量に、圧力変動で追加供給する変動供給量を加算し、基準供給量と変動供給量の合計量として加圧用ガス供給装置１１９により適正な供給量のイナートガスを供給する。
【００６６】
また、制御装置１３２は、算出部１３８が算出した第１圧力差ΔＰ１と、予め設定された上限値ＰＵとを比較し、第１圧力差ΔＰ１が上限値ＰＵ以下であるかどうかを判定する。この上限値ＰＵは、ガス化炉１０１の炉壁の強度を考慮して設定されるものである。即ち、ガス化炉１０１の炉壁は、設計にあたり、ガス化炉１０１内の圧力とアニュラス部１０４との圧力差の上限値が設定されており、圧力差の上限値が上限値ＰＵである。そして、制御装置１３２は、第１圧力差ΔＰ１が上限値ＰＵ以下となるように、加圧用ガス供給装置１１９を制御する。
【００６７】
上限値ＰＵは、ガス化炉１０１の炉壁の強度に応じて設定され、リダクタ部１１１の炉壁の保護のためにガス化炉内の圧力とガス化炉外（アニュラス部）の第１圧力差ΔＰ１を監視している。制御装置１３２は、第１圧力差ΔＰ１が上限値ＰＵ以下となる範囲で加圧用ガス供給装置１１９によるイナートガスの供給量を増加する。また、必要以上にアニュラス部１０４にイナートガスを供給すると、イナートガスの製造コストが増加することから、アニュラス部１０４に適量のイナートガスを供給することが望ましい。
【００６８】
以下に、第１実施形態における変形形態について説明する。
［第１変形形態］
また、更に精度の高い圧力差による制御方法を説明する。石炭ガス化装置１２は、さらに、均圧管１２７におけるガス化炉１０１側の開口部１２７ａの第３圧力Ｐ３とアニュラス部１０４側の開口部１２７ｂの第４圧力Ｐ４との第２圧力差ΔＰ２を検出する圧力差検出装置１３１と、圧力差検出装置１３１の検出結果に基づいて第３圧力Ｐ３より第４圧力Ｐ４が高くなるように加圧用ガス供給装置１１９を制御する制御装置１３２が設けられている。
【００６９】
即ち、圧力差検出装置１３１は、さらに、均圧管１２７におけるアニュラス部１０４とガス化炉１０１内の圧力を計測する。ガス化炉１０１の第３圧力Ｐ３を検出する第３圧力センサ１３３と、アニュラス部１０４の第４圧力Ｐ４を検出する第４圧力センサ１３４と、第３圧力センサ１３３の検出値と第４圧力センサ１３４の検出値とから第２圧力差ΔＰ２を算出する算出部１３５を有している。この場合、第３圧力センサ１３３と第４圧力センサ１３４は、同じ高さ位置に配置されている。即ち、第３圧力センサ１３３は、均圧管１２７におけるガス化炉１０１側の開口部１２７ａより鉛直方向下方で、且つ、ガス化炉１０１の炉壁を通して径方向に対向する位置に配置されている。一方、第４圧力センサ１３４は、均圧管１２７におけるアニュラス部１０４側の開口部１２７ｂに対向する鉛直方向の下方位置に配置されている。なお、同じ高さとは、全く同一高さに限定されるものではなく、取付け位置や取付け誤差などを含めて高さ方向に存在する気体のヘッド差を考慮して、計測圧力に実質的な差異が生じない所定の高さ範囲内に配置されていればよい。
【００７０】
算出部１３５は、第３圧力センサ１３３が検出した第３圧力Ｐ３と、第４圧力センサ１３４が検出した第４圧力Ｐ４が入力される。算出部１３５は、第４圧力Ｐ４から第３圧力Ｐ３を減算した第２圧力差ΔＰ２を算出する。
【００７１】
ここで、ガス化炉１０１内を鉛直方向上方へと上昇する生成ガスと、アニュラス部１０４を上昇するイナートガスとは、密度が相違する。このことから、第１、第２圧力センサ１３６，１３７の配置位置における第１圧力差ΔＰ１と、第３、第４圧力センサ１３３，１３４の配置位置における第２圧力差ΔＰ２とは、その高さ分すなわちガスのヘッド差が相違することから、実際には第２圧力差ΔＰ２よりも第１圧力差ΔＰ１の方が大きくなる。即ち、第１圧力差ΔＰ１の値より、第２圧力差ΔＰ２がそれ以上に小さくなり、ガス化炉１０１内の生成ガスが均圧管１２７を通ってアニュラス部１０４へ流れる場合が発生する。このため生成ガスの均圧管１２７を通ってアニュラス部１０４への流れ出しを監視して抑制するには、第２圧力差ΔＰ２を監視することがさらに好ましい。
【００７２】
一方、生成ガスの均圧管１２７を通ってアニュラス部１０４への流れ出しを抑制するために、第２圧力差ΔＰ２を大きくすると、第１圧力差ΔＰ１がそれ以上に大きくなり、ガス化炉１０１の炉壁の耐久性が不十分となるおそれがある。そのため、上限値ＰＵは、ガス化炉１０１の炉壁の強度に応じて設定される。制御装置１３２は、第１圧力差ΔＰ１が上限値ＰＵ以下となる範囲で、下限値ＰＬに基づいて算出されたイナートガスの標準供給量と、圧力変動で追加供給する変動供給量とを加算した合計量となるよう加圧用ガス供給装置１１９によるイナートガスの供給量を増加して、適正な供給量のイナートガスを供給する。また、このイナートガスの供給量は上限流量を制御しながら下限流量へと制御するので、必要以上にアニュラス部１０４にイナートガスを供給することが抑制され、イナートガスの製造コストが増加することを抑制できるので、アニュラス部１０４に適量のイナートガスを供給することになり望ましい。
【００７３】
［第２変形形態］
また、石炭ガス化装置１２は、起動時より、ガス化炉１０１の負荷を上昇して予め設定された定常負荷に維持し、またガス化炉１０１の負荷を低下して予め設定された負荷を維持する運転が行われることが多い。この場合、石炭ガス化装置１２は、ガス化炉１０１内に供給する燃料流量を増加するものだが、この起動時における負荷上昇割合、すなわち燃料流量の増加度合は、予め設定されているものである。逆に負荷低下割合、すなわち燃料流量の減少度合は、予め設定されているものもある。そのため、圧力差検出装置１３１（算出部１３５，１３８）は、予め設定された起動時におけるガス化炉１０１の負荷変化に応じて第１圧力差ΔＰ１の予想値または第２圧力差ΔＰ２の予想値を推定して設定しておくことで、制御装置１３２は、下限値ＰＬに基づいて算出されたイナートガスの標準供給量と、圧力変動を予想して追加供給する変動供給量とを加算した合計量となるよう加圧用ガス供給装置１１９によるイナートガスの供給量を事前に変化して、適正と予想する供給量のイナートガスを供給する。これにより、制御装置は、第１圧力差ΔＰ１または第２圧力差ΔＰ２が予め設定された所定の範囲内、つまり、下限値ＰＬと上限値ＰＵの間に維持されるように加圧用ガス供給装置１１９を制御する。
【００７４】
ここで、上述した第１実施形態および第１変形形態、第２変形形態の石炭ガス化装置１２の作動について説明する。
【００７５】
石炭ガス化装置１２において、ガス化炉１０１に窒素と微粉炭が投入されて点火されると共に、チャーと圧縮空気（酸素）が投入されて点火される。すると、コンダクタ部１１３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。コンダクタ部１１３で発生した高温燃焼ガスは、ディフューザ部１１２を通ってリダクタ部１１１に上昇する。このリダクタ部１１１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（石炭ガス）が生成される。
【００７６】
また、加圧用ガス供給装置１１９は、ガスノズル１２０によりガス化炉１０１と圧力容器１０３との間のアニュラス部１０４にイナートガスを供給し、このイナートガスは、アニュラス部１０４を鉛直方向上方に上昇する。ガス化炉１０１とアニュラス部１０４とは、その上部に両者を連通する均圧管１２７が設けられていることから、石炭ガス化装置１２の負荷変動などでガス化炉１０１内の圧力が変動しても、均圧管１２７によりガス化炉１０１とアニュラス部１０４との差圧の増大が抑制される。
【００７７】
即ち、石炭ガス化装置１２は、運転時は、加圧用ガス供給装置１１９がアニュラス部１０４に所定のイナートガスを供給していることから、アニュラス部１０４の圧力がガス化炉１０１内の圧力より高く維持されている。ここで、ガス化炉１０１内での圧力変動などにより、このガス化炉１０１内を上昇する生成ガスの圧力がアニュラス部１０４の圧力よりも高くなってしまう場合がある。すると、アニュラス部１０４の圧力が変わらずにガス化炉１０１内の圧力よりも低いままであれば、ガス化炉１０１内の生成ガスの一部が均圧管１２７を通してアニュラス部１０４へ流出し、この生成ガスに含まれるチャーもアニュラス部１０４へ流出してしまう場合がある。
【００７８】
そのため、圧力差検出装置１３１にて、第１圧力センサ１３６が第１圧力Ｐ１を検出し、第２圧力センサ１３７が第２圧力Ｐ２を検出し、算出部１３８が第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との第１圧力差ΔＰ１を算出している。制御装置１３２は、算出部１３８が算出した第１圧力差ΔＰ１により、下限値ＰＬを維持するために必要な基準供給量と第２圧力Ｐ２の上昇速度から算出した変動供給量の合計量のイナートガス量が供給されるように加圧用ガス供給装置１１９を制御する。即ち、ガス化炉１０１の圧力変動などにより生成ガスの圧力が上昇すると、加圧用ガス供給装置１１９によりアニュラス部１０４に供給されるイナートガスの供給量が増加される。そのため、ガス化炉１０１内の圧力が増加しても、アニュラス部１０４の圧力も増加することとなり、ガス化炉１０１内の圧力がアニュラス部１０４の圧力よりも高くなることはなく、ガス化炉１０１内の生成ガスが均圧管１２７を通ってアニュラス部１０４へ流れることを抑制できる。
【００７９】
この場合、制御装置１３２は、第１圧力差ΔＰ１が下限値ＰＬより低いと、アニュラス部１０４へのイナートガスの供給量を増加させるが、第１圧力差ΔＰ１が上限値ＰＵ手前まで上昇させる必要はなく、第１圧力差ΔＰ１が下限値ＰＬを所定値だけ超えたら、アニュラス部１０４へのイナートガスの供給量の増加を停止してその供給量を維持してもよい。
【００８０】
その後、石炭ガス化装置１２が定格運転時に戻ると、ガス化炉１０１の圧力が低下する。すると、ガス化炉１０１の圧力に対してアニュラス部１０４の圧力が大幅に高くなり、アニュラス部１０４のイナートガスが圧管１２７を通ってガス化炉１０１内へと流れ、イナートガスが無駄に消費されるおそれがある。そのため、第２変形形態で示したような、さらに圧力差を精度よく監視する方法がある。即ち、圧力差検出装置１３１にて、第３圧力センサ１３３がガス化炉１０１の第３圧力Ｐ３を検出し、第４圧力センサ１３４がアニュラス部１０４の第４圧力Ｐ４を検出し、算出部１３５が第３圧力Ｐ３と第４圧力Ｐ４との第２圧力差ΔＰ２を算出している。制御装置１３２は、算出部１３５が算出した第２圧力差ΔＰ２により、下限値ＰＬを維持するために必要な基準供給量と、第４圧力Ｐ４の上昇速度から算出した変動供給量の合計量のイナートガス量が供給となるように加圧用ガス供給装置１１９を制御する。第１圧力差ΔＰ１に比べて第２圧力差ΔＰ２は、ガスのヘッド差が相違して、第１圧力差ΔＰ１の値よりも第２圧力差ΔＰ２の方が、均圧管１２７前後の圧力差が精度よく監視が可能となるので、ガス化炉１０１内の生成ガスが均圧管１２７を通ってアニュラス部１０４へ流れるのを抑制できるため、第２圧力差ΔＰ２を監視することがさらに好ましい。
【００８１】
また、第２変形形態で示したように、圧力差の上限と下限を監視する方法がある。すなわち、上限はガス化炉１０１の炉壁の強度に応じて第１圧力差ΔＰ１が上限値ＰＵ以下となるよう設定される。また下限は、生成ガスが均圧管１２７を通ってアニュラス部１０４への流れ出しを抑制するために、第２圧力差ΔＰ２により下限値ＰＬに基づいて算出されたイナートガスの標準供給量と、圧力変化で追加供給する変動供給量とを加算した合計量となるよう加圧用ガス供給装置１１９によるイナートガスの供給量を増加して、適正な供給量のイナートガスを供給するよう設定される。イナートガス供給量の上限と下限の範囲内で設定して適切に管理されるので、イナートガスの製造コストが増加することを抑制でき、アニュラス部１０４に適量のイナートガスを供給することになり望ましい。
【００８２】
このように第１実施形態のガス化装置にあっては、ガス化炉１０１と、圧力容器１０２と、ガス化炉１０１と圧力容器１０２との間にイナートガスが充填されるアニュラス部１０４と、アニュラス部１０４にイナートガスを供給する加圧用ガス供給装置１１９と、ガス化炉１０１の内部とアニュラス部１０４とを連通する均圧管１２７と、リダクタ部１１１における第１圧力差ΔＰ１を検出する圧力差検出装置１３１と、均圧管１２７における第２圧力差ΔＰ２を検出する圧力差検出装置１３１と、圧力差検出装置１３１の検出結果に基づいて第１圧力差ΔＰ１もしくは、第２圧力差ΔＰ２を用いて、生成ガスが均圧管１２７を通ってアニュラス部１０４への流れ出しを抑制するように加圧用ガス供給装置１１９を制御する制御装置１３２を設けている。
【００８３】
従って、圧力容器１０３内にガス化炉１０１が格納され、両者の間にアニュラス部１０４が区画されており、ガス化炉１０１の内部とアニュラス部１０４とが均圧管１２７により連通し、加圧用ガス供給装置１１９がアニュラス部１０４にイナートガスを供給することで、ガス化炉１０１からアニュラス部１０４への生成ガスの流入を抑制している。そして、圧力差検出装置１３１は、リダクタ部１１１におけるガス化炉１０１内の第１圧力Ｐ１とアニュラス部１０４の第２圧力Ｐ１との第１圧力差ΔＰ１を常時検出して、制御装置１３２は、圧力差検出装置１３１の検出結果に基づいて第１圧力Ｐ１より第２圧力Ｐ２が高くなるように加圧用ガス供給装置１１９を制御する。更に好ましくは、圧力差検出装置１３１は、均圧管１２７におけるガス化炉１０１内の第３圧力Ｐ３とアニュラス部１０４の第４圧力Ｐ４との第２圧力差ΔＰ２を常時検出し、制御装置１３２は、圧力差検出装置１３１の検出結果に基づいて第３圧力Ｐ３より第４圧力Ｐ４が高くなるように加圧用ガス供給装置１１９を制御する。
【００８４】
そして、加圧用ガス供給装置１１９は、ガスノズル１２０からイナートガスを、標準供給量と圧力上昇速度で追加供給する変動供給量とを加算した合計量以上となるよう供給する。そのため、ガス化炉１０１内の第１圧力Ｐ１もしくは第３圧力Ｐ３が上昇しても、それ以上にアニュラス部１０４の第２圧力Ｐ２もしくは第１圧力Ｐ４を適切に上昇させることで、ガス化炉１０１内の生成ガスが均圧管１２７を通してアニュラス部１０４へ流れ込むことを抑制することができる。
【００８５】
第１実施形態のガス化装置では、均圧管１２７を熱交換器１０２（例えば、節炭器、過熱器、蒸発器）より鉛直方向の上方に配置し、圧力差検出装置１３１として、リダクタ部１１１での第１圧力Ｐ１を検出する第１圧力センサ１３６と、第２圧力Ｐ２を検出する第２圧力センサ１３７と、第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２の第１圧力差ΔＰ１を算出する算出部１３８を設け、制御装置１３２は、第１圧力差ΔＰ１が余裕度を加味した下限値ＰＬにより設定する標準供給量と、第２圧力Ｐ２の圧力上昇速度から算出し追加供給する変動供給量とを加算した合計量となるように加圧用ガス供給装置１１９を制御する。従って、第１圧力差ΔＰ１を求めることで、石炭ガス化装置１２の負荷変化などでガス化炉１０１の圧力変動があっても、アニュラス部１０４へのイナートガスの供給量を高精度に調整することができる。
【００８６】
第１実施形態のガス化装置では、第１圧力センサ１３６と第２圧力センサ１３７を同じ高さ位置に配置し、また第３圧力センサ１３３と第４圧力センサ１３４を用いる場合も同じ高さ位置に配置している。従って、ガス化炉１０１内における生成ガスの密度とアニュラス部１０４におけるイナートガスの密度が相違する場合であっても、同じ高さ位置に配置される第１圧力センサ１３６と第２圧力センサ１３７がそれぞれガス化炉１０１内の第１圧力Ｐ１とアニュラス部１０４の第２圧力Ｐ２を検出することとなり、また、第３圧力センサ１３３と第４圧力センサ１３４を用いる場合もそれぞれガス化炉１０１内の第３圧力Ｐ３とアニュラス部１０４の第４圧力Ｐ４を検出することとなり、検出誤差を抑制してアニュラス部１０４へのイナートガスの供給量を高精度に調整することができる。
【００８７】
第１実施形態のガス化装置では、圧力差検出装置１３１として、熱交換器１０２（例えば節炭器、過熱器、蒸発器）より鉛直方向の下方におけるガス化炉１０１の第１圧力Ｐ１を検出する第１圧力センサ１３６と、熱交換器１０２より下方におけるアニュラス部１０４の第２圧力Ｐ２を検出する第２圧力センサ１３７と、第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との第１圧力差ΔＰ１を算出する算出部１３８を設け、制御装置１３２は、第１圧力差ΔＰ１がガス化炉１０１の炉壁強度に基づいて設定された上限値ＰＵ以下となるように加圧用ガス供給装置１１９を制御する。従って、ガス化炉１０１内における生成ガスの密度とアニュラス部１０４におけるイナートガスの密度が相違する場合、下方ほどその圧力差が大きくなることから、ガス化炉１０１の炉壁損傷を防止するための炉壁強度に基づいて上限値ＰＵが設定される。そのため、ガス化炉１０１の下部で温度が高い領域における第１圧力差ΔＰ１に応じてアニュラス部１０４へのイナートガスの供給量を上限値以下に調整することで、アニュラス部１０４への生成ガスの流れ込みを抑制することができると共に、ガス化炉１０１の高い健全性を確保することができる。
【００８８】
第１実施形態のガス化装置では、圧力差検出装置１３１の算出部１３５は、予め設定された起動時や負荷変化時におけるガス化炉１０１の負荷変化に応じて第１圧力差ΔＰ１の予想値を算出しておき、制御装置１３２は、第１圧力差ΔＰ１が予め設定された所定の範囲内に維持されるように加圧用ガス供給装置１１９を制御する。起動時や負荷変化時に、ガス化炉１０１に供給する燃料流量は、予め設定されていることから、この燃料流量に応じてガス化炉１０１の第１圧力Ｐ１または第３圧力Ｐ３を推定し、第１圧力差ΔＰ１の予想値または第２圧力差ΔＰ２の予想値を推定して設定しておき、これが下限値ＰＬ以上となるイナートガスの供給量を設定できる。従って、圧力センサ１３３，１３４を用いることなくイナートガスの供給量を設定することができ、検出誤差や検出遅れなどによりイナートガスの供給量のばらつきを抑制し、アニュラス部１０４へのイナートガスの供給量を高精度に調整することができる。
【００８９】
また、第１実施形態のガス化装置の制御装置及び方法にあっては、リダクタ部１１１におけるガス化炉１０１側の第１圧力Ｐ１とアニュラス部１０４側の第２圧力Ｐ２との第１圧力差ΔＰ１を検出し、第１圧力Ｐ１より第２圧力Ｐ２が高くなるように加圧用ガス供給装置１１９を制御する。または、均圧管１２７におけるガス化炉１０１側の開口部１２７ａの第３圧力Ｐ３とアニュラス部１０４側の開口部１２７ｂの第４圧力Ｐ４との第２圧力差ΔＰ２を検出し、第３圧力Ｐ３より第４圧力Ｐ４が高くなるように加圧用ガス供給装置１１９を制御する。従って、ガス化炉１０１内の第１圧力Ｐ１または第３圧力Ｐ３が上昇しても、それ以上にアニュラス部１０４の第２圧力Ｐ２または第４圧力Ｐ４を上昇させることで、ガス化炉１０１内の生成ガスが均圧管１２７を通してアニュラス部１０４へ流れ込むことを抑制することができる。
【００９０】
また、第１実施形態の石炭ガス化複合発電設備１０にあっては、石炭をガス化して可燃性ガスを生成する石炭ガス化装置１２と、石炭ガス化装置１２により生成された可燃性ガスから不純物を取り除くことでガス精製を行うガス精製装置１５と、ガス精製装置１５によりガス精製された可燃性ガスと圧縮空気との混合ガスを燃焼してタービンを駆動するガスタービン設備１６と、ガスタービン設備１６からの排ガスにより蒸気を生成する排熱回収ボイラ１９と、排熱回収ボイラ１９により生成された蒸気によりタービンを回転駆動する蒸気タービン設備１７とを備えている。従って、ガス化炉１０１内の生成ガスが均圧管１２７を通してアニュラス部１０４へ流れ込むことを抑制することができ、設備の効率化を可能とすることができる。
【００９１】
［第２実施形態］
図３は、第２実施形態のガス化装置を表す概略図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９２】
第２実施形態において、図３に示すように、石炭ガス化装置１２は、常時、ガス化炉１０１の圧力よりアニュラス部１０４の圧力が高くなるように、加圧用ガス供給装置１１９によるアニュラス部１０４へのイナートガスの供給量を制御している。即ち、石炭ガス化装置１２は、ガス化炉１０１の第１圧力Ｐ１とアニュラス部１０４の第２圧力Ｐ２との第１圧力差ΔＰ１から、均圧管１２７付近における第２圧力差ΔＰ２を推定する圧力差推定装置１４１と、圧力差推定装置１４１の推定結果に基づいて第１圧力Ｐ１より第２圧力Ｐ２が高くなるように加圧用ガス供給装置１１９を制御する制御装置１４２が設けられている。
【００９３】
圧力差推定装置１４１は、熱交換器１０２より鉛直方向の下方でガス化炉１０１のリダクラ部１１１の第１圧力Ｐ１を検出する第１圧力センサ１３６と、熱交換器１０２より鉛直方向の下方でアニュラス部１０４の第２圧力Ｐ２を検出する第２圧力センサ１３７と、第１圧力センサの検出値と第２圧力センサの検出値と均圧管１２７の高さ位置とから均圧管１２７付近における第２圧力差ΔＰ２を推定する推定部１４３を有している。この場合、第１圧力センサ１３６と第２圧力センサ１３７は、計測圧力に実質的な差異が生じない範囲の同じ高さ位置に配置されている。
【００９４】
推定部１４３は、第１圧力センサ１３６が検出した第１圧力Ｐ１と、第２圧力センサ１３７が検出した第２圧力Ｐ２が入力される。推定部１４３は、第２圧力Ｐ２から第１圧力Ｐ１を減算した第１圧力差ΔＰ１を算出し、第１圧力差ΔＰ１と均圧管１２７の高さ位置とから第２圧力差ΔＰ２を推定する。ガス化炉１０１内を上昇する生成ガスの密度とアニュラス部１０４を上昇するイナートガスの密度が相違する。そのため、ガス化炉１０１とアニュラス部１０４との圧力差は、その高さ位置、即ち、ガスのヘッド差が相違する。生成ガスの密度及びイナートガスの密度と、均圧管１２７における開口部と圧力センサ１３６，１３７との高さの差は、予め設計値や実験値により把握している。そのため、圧力差推定装置１４１は、ガス化炉１０１の第３圧力Ｐ３と、アニュラス部１０４の第４圧力Ｐ４と、均圧管１２７と圧力センサ１３６，１３７との高度差から、均圧管１２７付近における精度の高い圧力差を制御可能な第２圧力差ΔＰ２を推定することができる。
【００９５】
制御装置１４２は、推定部１４３が推定した第２圧力差ΔＰ２と予め設定された下限値ＰＬ及び上限値ＰＵとを比較し、第２圧力差ΔＰ２が下限値ＰＬ以上で、且つ、上限値ＰＵ以下であるかどうかを判定する。そして、制御装置１４２は、第２圧力差ΔＰ２が下限値ＰＬ以上、且つ、上限値ＰＵ以下となるように、加圧用ガス供給装置１１９を制御する。第１実施形態と同様に、第２圧力差ΔＰ２が余裕度を加味した下限値ＰＵにより設定する標準供給量と、第４圧力Ｐ４の圧力上昇速度から算出し追加供給する変動供給量とを加算した合計量となるように加圧用ガス供給装置１１９を制御する。
【００９６】
そのため、石炭ガス化装置１２にて、ガス化炉１０１内での負荷変化などによる圧力変動などにより、このガス化炉１０１内を上昇する生成ガスの圧力がアニュラス部１０４の圧力よりも高くなることがある。このとき、圧力差推定装置１４１にて、第１圧力センサ１３６が第１圧力Ｐ１を検出し、第２圧力センサ１３７が第２圧力Ｐ２を検出し、推定部１４３が第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２と均圧管１２７の高さから、均圧管１２７付近における第２圧力差ΔＰ２を推定している。制御装置１４２は、推定部１４３が推定した第２圧力差ΔＰ２と下限値ＰＬとを比較し、第２圧力差ΔＰ２が下限値ＰＬ以上となるように加圧用ガス供給装置１１９によりアニュラス部１０４に供給するイナートガスの供給量を増加する。そのため、ガス化炉１０１内の圧力が増加しても、アニュラス部１０４の圧力も増加することとなり、ガス化炉１０１内の圧力がアニュラス部１０４の圧力よりも高くなることはない。
【００９７】
その後、石炭ガス化装置１２が定格運転時に戻ると、ガス化炉１０１の圧力が低下し、第４圧力Ｐ４の圧力上昇速度から算出し追加供給する変動供給量を減少するように加圧用ガス供給装置１１９を制御する。しかしガス化炉１０１の圧力低下が速い場合は、ガス化炉１０１の圧力に対してアニュラス部１０４の圧力が大幅に高くなるおそれがある。このとき、制御装置１４２は、実際に計測した第１圧力差ΔＰ１と上限値ＰＵとを比較し、第１圧力差ΔＰ１が上限値ＰＵ以下となるように加圧用ガス供給装置１１９によりアニュラス部１０４に供給するイナートガスの供給量を減少する。そのため、ガス化炉１０１内の圧力が急速に低下しても、アニュラス部１０４の圧力も低下することとなり、ガス化炉１０１内の圧力とアニュラス部１０４の圧力との差圧が大幅に増大することはない。
【００９８】
このように第２実施形態のガス化装置にあっては、ガス化炉１０１の鉛直方向の下方の第１圧力Ｐ１とアニュラス部１０４の下方の第２圧力Ｐ２との第１圧力差ΔＰ１から均圧管１２７付近の第２圧力差ΔＰ２を推定する圧力差推定装置１４１と、圧力差推定装置１４１の推定結果に基づいて第３圧力Ｐ３より第４圧力Ｐ４が高くなるように加圧用ガス供給装置１１９を制御する制御装置１４２を設けている。そして、圧力差推定装置１４３として、第１圧力Ｐ１を検出する第１圧力センサ１３６と、第２圧力Ｐ２を検出する第２圧力センサ１３７と、第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２と均圧管１２７の高さ位置とから第２圧力差ΔＰ２を推定する推定部１４３を設けている。
【００９９】
従って、ガス化炉１０１内の第３圧力Ｐ３が上昇しても、それ以上にアニュラス部１０４の第４圧力Ｐ４を上昇させることで、ガス化炉１０１内の生成ガスが均圧管１２７を通してアニュラス部１０４へ流れ込むことを抑制することができる。また、ガス化炉１０１の健全性を確保するために既に圧力センサ１３６，１３７が設けられている。そのため、ガス化炉１０１の上部にある均圧管１２７の近傍の圧力を検出するためのセンサを別途設けることなく、ガス化炉１０１の強度を維持するためのセンサ１３６，１３７を用いて第１圧力差ΔＰ１と第２圧力差ΔＰ２の推定値を求めることで、アニュラス部１０４へのイナートガスの供給量を適正に調整することができると共に、部品コストの増加を防止することができる。
【０１００】
［第３実施形態］
図４は、第３実施形態のガス化装置を表す概略図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０１】
第３実施形態において、図４に示すように、石炭ガス化装置１２は、常時、ガス化炉１０１の圧力よりアニュラス部１０４の圧力が高くなるように、加圧用ガス供給装置１１９によるアニュラス部１０４へのイナートガスの供給量を制御している。即ち、石炭ガス化装置１２は、ガス化炉１０１に供給される燃料流量から算出したガス化炉１０１の第１圧力Ｐ１に基づいて第１圧力差ΔＰ１を推定する圧力差推定装置１５１と、圧力差推定装置１５１の推定結果に基づいて第１圧力Ｐ１より第２圧力Ｐ２が高くなるように加圧用ガス供給装置１１９を制御する制御装置１５２が設けられている。
【０１０２】
圧力差推定装置１５１は、ガス化炉１０１に供給される微粉炭の流量を検出する第１燃料流量センサ１５３と、ガス化炉１０１に供給されるチャーの流量を検出する第２燃料流量センサ１５４と、第１燃料流量センサ１５３の検出値と第２燃料流量センサ１５４の検出値から第１圧力差ΔＰ１を推定する推定部１５５を有している。
【０１０３】
推定部１５５は、第１燃料流量センサ１５３が検出した微粉炭の流量と、第２燃料流量センサ１５４が検出したチャーの流量が入力される。推定部１５５は、微粉炭の流量とチャーの流量を加算して燃料流量を算出し、燃料流量に基づいてガス化炉１０１における生成ガスの圧力を推定し、ガス化炉１０１における生成ガスの圧力に基づいて第１圧力差ΔＰ１を推定する。燃料流量とガス化炉１０１の圧力とは、比例して増加することから、燃料流量とガス化炉１０１の圧力との関係をマップ化しておく。また、アニュラス部１０４へのイナートガスの供給量は、第１実施形態で説明したように、一義的に設定される。そのため、圧力差推定装置１５１は、微粉炭の流量とチャーの流量を加算した燃料流量から第１圧力差ΔＰ１を推定することができる。
【０１０４】
制御装置１５２は、推定部１５５が推定した第１圧力差ΔＰ１と予め設定された下限値ＰＬ及び上限値ＰＵとを比較し、第１圧力差ΔＰ１が下限値ＰＬ以上で、且つ、上限値ＰＵ以下であるかどうかを判定する。そして、制御装置１５２は、第１圧力差ΔＰ１が下限値ＰＬ以上、且つ、上限値ＰＵ以下となるように、加圧用ガス供給装置１１９を制御する。なお、制御装置１５２による加圧用ガス供給装置１１９の具体的な制御は、第１、第２実施形態と同様であることから、説明は省略する。
【０１０５】
このように第３実施形態の石炭ガス化装置１２にあっては、ガス化炉１０１に供給される燃料流量から算出したガス化炉１０１の第１圧力に基づいて第１圧力差ΔＰ１を推定する圧力差推定装置１５１と、圧力差推定装置１５１の推定結果に基づいて第１圧力Ｐ１より第２圧力Ｐ２が高くなるように加圧用ガス供給装置１１９を制御する制御装置１５２を設けている。そして、圧力差推定装置１５１として、ガス化炉１０１に供給される微粉炭の流量を検出する第１燃料流量センサ１５３と、ガス化炉１０１に供給されるチャーの流量を検出する第２燃料流量センサ１５４と、第１燃料流量センサ１５３の検出値と第２燃料流量センサ１５４の検出値から第１圧力差ΔＰ１を推定する推定部１５５を設けている。
【０１０６】
従って、ガス化炉１０１内の第１圧力Ｐ１が上昇しても、それ以上にアニュラス部１０４の第２圧力Ｐ２を上昇させることで、ガス化炉１０１内の生成ガスが均圧管１２７を通してアニュラス部１０４へ流れ込むことを抑制することができる。また、ガス化炉１０１への燃料流量を計測するために既に燃料流量センサ１５３，１５４が設けられている。そのため、ガス化炉１０１の上部にある均圧管１２７の近傍の圧力を検出するためのセンサを別途設けることなく、燃料流量センサ１５３，１５４を用いて第１圧力差ΔＰ１を求めることで、アニュラス部１０４へのイナートガスの供給量を適正に調整することができると共に、部品コストの増加を防止することができる。
【０１０７】
［第４実施形態］
図５は、第４実施形態のガス化装置を表す概略図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０８】
第４実施形態において、図５に示すように、石炭ガス化装置１２は、常時、ガス化炉１０１の圧力よりアニュラス部１０４の圧力が高くなるように、加圧用ガス供給装置１１９によるアニュラス部１０４へのイナートガスの供給量を制御している。即ち、石炭ガス化装置１２は、ガス化炉１０１の圧力に基づいてガス化炉１０１の炉内圧力上昇速度を算出して第１圧力差ΔＰ１を推定する圧力差推定装置１６１と、圧力差推定装置１６１の推定結果に基づいて第１圧力Ｐ１より第２圧力Ｐ２が高くなるように加圧用ガス供給装置１１９を制御する制御装置１６２が設けられている。
【０１０９】
圧力差推定装置１６１は、ガス化炉１０１内の圧力を検出する圧力センサ１６３と、圧力センサ１６３の検出値から第１圧力差ΔＰ１を推定する推定部１６４を有している。圧力センサ１６３は、均圧管１２７におけるアニュラス部１０４側の開口部の高さと同じ高さのガス化炉１０１の圧力を検出するものである。
【０１１０】
推定部１６４は、圧力センサ１６３が検出した均圧管１２７の近傍のガス化炉１０１の圧力を検出し、ガス化炉１０１の圧力に基づいてガス化炉１０１の炉内圧力上昇速度を算出し、この炉内圧力上昇速度に基づいて第１圧力差ΔＰ１を推定する。
【０１１１】
即ち、石炭ガス化装置１２は、起動時より、ガス化炉１０１の負荷を上昇して予め設定された定常負荷に維持し、またガス化炉１０１の負荷を低下して予め設定された負荷を維持する運転が行われることが多い。この場合、石炭ガス化装置１２は、ガス化炉１０１内に供給する燃料流量を増加するものが、この起動時における負荷上昇割合、すなわち燃料流量の増加度合は、予め設定されているものである。逆に負荷低下割合、すなわち燃料流量の減少度合は、予め設定されているものもあるため、ガス化炉１０１の圧力上昇速度をもとにガス化炉１０１の運転状況を推定し、必要箇所の圧力状況を推定することができる。そのため、ガス化炉１０１の圧力を圧力センサ１６３で検出し、予め設定された負荷運転時におけるガス化炉１０１の負荷変化に応じた第１圧力差ΔＰ１の予想値または第２圧力差ΔＰ２の予想値を推定して設定しておくことができる。
【０１１２】
制御装置１６２は、推定部１６４が推定した第１圧力差ΔＰ１と予め設定された下限値ＰＬ及び上限値ＰＵとを比較し、第１圧力差ΔＰ１が下限値ＰＬ以上で、且つ、上限値ＰＵ以下であるかどうかを判定する。そして、制御装置１６２は、第１圧力差ΔＰ１が下限値ＰＬ以上、且つ、上限値ＰＵ以下となるように、加圧用ガス供給装置１１９を制御する。なお、制御装置１６２による加圧用ガス供給装置１１９の具体的な制御は、第１、第２実施形態と同様であることから、説明は省略する。
【０１１３】
このように第４実施形態のガス化装置にあっては、ガス化炉１０１の圧力に基づいてガス化炉１０１の炉内圧力上昇速度を算出して第１圧力差ΔＰ１を推定する圧力差推定装置１６１と、圧力差推定装置１６１の推定結果に基づいて第１圧力Ｐ１より第２圧力Ｐ２が高くなるように加圧用ガス供給装置１１９を制御する制御装置１６２を設けている。そして、圧力差推定装置１６１として、ガス化炉１０１の圧力を検出する圧力センサ１６３と、圧力センサ１６３の検出値に基づいてガス化炉１０１の炉内圧力上昇速度を算出して第１圧力差ΔＰ１を推定する推定部１６４を設けている。
【０１１４】
従って、ガス化炉１０１内の第１圧力Ｐ１が上昇しても、それ以上にアニュラス部１０４の第２圧力Ｐ２を上昇させることで、ガス化炉１０１内の生成ガスが均圧管１２７を通してアニュラス部１０４へ流れ込むことを抑制することができる。また、ガス化炉１０１の上部の圧力を検出する圧力センサ１６３が設けられている。そのため、ガス化炉１０１の上部にある均圧管１２７の近傍の圧力を検出するためのセンサが１個でよく、圧力センサ１６３を用いて第１圧力差ΔＰ１を求めることで、アニュラス部１０４へのイナートガスの供給量を適正に調整することができると共に、部品コストの増加を防止することができる。
【０１１５】
なお、上述した実施形態では、圧力センサを均圧管の近傍や熱交換器の下方に設けてガス化炉の圧力を検出したが、配置する位置は、この高さに限定されるものではなく、適宜設定すればよいものである。
【０１１６】
また、上述した実施形態では、均圧管は、Ｌ字形状をなすものに限定されるものではなく、円筒形状の均圧管としてもよい。
【０１１７】
また、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。
【０１１８】
また、一般的に、ガス化炉の下部とアニュラス部の下部とをホッパ水によりシールしており、ガス化炉とアニュラス部との差圧が大きくなると、ホッパ水がガス化炉内に流れ込んでシールが切れることで、ガス化炉の炉壁強度を担保できる。本発明は、この点を目的とするものではなく、ガス化炉内の生成ガスが均圧管を通して圧力保持部へ流れ込むのを抑制するものである。
【０１１９】
また、本実施形態は、タワー型ガス化炉について説明したが、ガス化炉は、クロスオーバー型ガス化炉でも、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】
【０１２０】
１０  石炭ガス化複合発電設備（ガス化複合発電設備）
１１  微粉炭供給設備
１２  石炭ガス化装置
１３  チャー回収装置
１４  ガス精製装置
１５  複合発電設備
１６  排熱回収ボイラ
１０１  ガス化炉
１０２  熱交換器
１０３  圧力容器
１０４  アニュラス部（圧力保持部）
１１９  加圧用ガス供給装置
１２０  ガスノズル
１２１  ガス供給ライン
１２２  流量調整弁
１２７  均圧管
１３１  圧力差検出装置（圧力差検出推定装置）
１３２，１４２，１５２，１６２  制御装置
１３３  第３圧力センサ
１３４  第４圧力センサ
１３５，１３８  算出部
１３６  第１圧力センサ
１３７  第２圧力センサ
１４１，１５１，１６１  圧力差推定装置（圧力差検出推定装置）
１４３，１５５，１６４  推定部
１５３  第１燃料流量センサ
１５４  第２燃料流量センサ
１６３  圧力センサ
【図１】
0006650746.tif 000002
【図２】
0006650746.tif 000003
【図３】
0006650746.tif 000004
【図４】
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【図５】
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