(57)【要約】【課題】石炭ガス化炉より得られる可燃性ガスを分析しガス発熱量を演算し支燃性ガス側を制御し石炭ガス化炉内の発熱量を安定化させガス発熱量及び出力の安定化を図る。【解決手段】石炭ガス化炉設備で発生させた石炭の粗ガスを精製設備で精製して燃料ガスを発生させ該燃料ガスをガスタービンで燃焼させて発電し前記粗ガスよりチャー回収装置を介し石炭未燃分を回収分離し搬送路を介しガス化炉に戻すよう構成した石炭ガス化複合発電プラント用ガス化炉の運転制御方法においてチャー回収装置でチャーを回収、分離された粗ガス中の石炭ガス中ガス分析計で計測されるＣＯ、Ｈ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣＨ４の成分中ＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４を含む１以上の成分の含有割合から解析装置に設定した関数で求められる生成ガスの発熱量の偏差に基づきガス化炉に投入する酸素を含む支燃剤中の酸素濃度を調整しガス化炉で生成される可燃性ガスの発熱量が一定となるように制御する。【選択図】　　図１
2004018703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭（微粉炭）ガス化炉設備で発生させた石炭の粗ガス（可燃性ガス）をガス精製設備で精製して燃料ガスを発生させ、その燃料ガスをガスタービンで燃焼させて発電を行うとともに、前記粗ガスよりチャー回収装置を介して石炭未燃分（以後チャーという）を回収分離して搬送路を介してガス化炉に戻すように構成した石炭ガス化複合発電プラント用ガス化炉の運転制御方法において、
チャー回収装置でチャーを回収後、チャーが分離された粗ガス中の石炭ガス中のガス分析計で計測される、ＣＯ、Ｈ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣＨ４の成分の内ＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４を含む１つ以上の成分の含有割合から、解析装置に設定した関数から求められる生成ガスの発熱量の偏差ΔＨに基づいて、ガス化炉に投入する酸素を含む支燃剤中の酸素濃度を調整して、ガス化炉より生成される可燃性ガスの発熱量が一定となるように制御しながら運転することを特徴とする石炭ガス化炉の運転制御方法。
【請求項２】
石炭ガス化炉内の温度を計測して、該温度を関数として石炭ガス化炉に投入する支燃剤である酸素富化空気と空気の両方あるいは一方の流量を調整することにより酸素濃度を調整することを特徴とする請求項１記載の石炭ガス化炉の運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭ガス化炉で発生させた石炭（微粉炭）の粗ガスをガス精製設備で精製して燃料ガスを発生させ、その燃料ガスをガスタービンで燃焼させて石炭ガス化発電プラントに使用するガス化炉に係り、特に前記ガス化炉で発生した石炭未燃分（以後チャーという）をガス化炉に戻し、燃焼効率の向上を図ったチャー循環型の石炭ガス化発電プラントシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、石炭ガス化複合発電プラントは、微粉炭とガス化剤とを反応させて可燃性ガスを生成する石炭ガス化炉が設けられ、ガス化炉で発生させた石炭の粗ガスをガス精製設備で精製して燃料ガスを発生させ、その燃料ガスをガスタービンで燃焼させると共に、ガスタービンで燃焼させた排ガスの排熱及びガス化炉設備で蒸気を発生させ、その蒸気で蒸気タービンを駆動し発電するように構成されており、又近年前記ガス化炉で発生した熱分解ガスをボイラ等により冷却後サイクロン等回収装置で微粉固形状の石炭未燃分（チャー）を捕集して石炭ガス化炉に戻し、熱効率の向上を図っていた。
【０００３】
係る技術を図２に基づいて説明するに、図中１は、コンバスタ１ａとリダクタ１ｂからなる空気吹き加圧二段噴流床式ガス化炉で、コンバスタ１ａ内に微粉炭（石炭）とチャーと空気及び必要に応じて酸素富化空気とを投入して高温燃焼した後、その上方のリダクタ１ｂ内に更に微粉炭（石炭）を投入してコンバスタ１ａの高温燃焼ガスを利用して乾留ガス化させる。ガス化したＣＯやＨ２等の生成ガスは、熱回収ボイラ等の冷却器１２により冷却された後、ポーラスフィルタやサイクロン等でチャーを回収分離した後、ガス熱交換器２１、ＣＯＳ変換器２２、ガス熱交換器２３を経てガス冷却塔１４及びガス洗浄塔１５にて、冷却、洗浄された後、Ｈ２Ｓ吸収塔１６に送られ、Ｈ２Ｓを除去する。
Ｈ２Ｓ吸収塔１６では、吸収液により粗ガス中のＨ２Ｓ、ＣＯＳ等の硫黄化合物がガスタ−ビン１７の許容濃度以下まで除去される。
【０００４】
一方Ｈ２Ｓ吸収塔１６で精製されたガスはスチーム熱交換器２４、ガス熱交換器２３及びガス熱交換器２１で順次昇温してガスタ−ビン１７に送られ、燃焼発電が行われ、一方ガスタ−ビン１７からの燃焼排ガスは不図示の排熱回収ボイラにて冷却されると同時に冷却器１２で昇温された高圧蒸気を回収し、ここで得られた蒸気は不図示の蒸気タービンに送られ、発電が行われる。
【０００５】
又Ｈ２Ｓ吸収塔１６でＨ２Ｓ等の硫黄化合物を吸収した吸収液は吸収液再生塔１８に送られ、吸収液再生加熱器１９で加熱することで吸収しているＨ２Ｓを脱離し再生される。
【０００６】
しかしながらこのようなチャー再循環型の石炭ガス化炉で生成した燃料ガスの発熱量は、発生する石炭未燃分（チャー）の投入量の変動によって変動していた。
一般に、チャー投入量は循環系のホッパ重量を一定に保つか又は発熱量をある程度一定に保つように、重量制御と組み合わせて制御を行っているが、ホッパの重量の変動の制約又はチャーをガス化炉に噴出して燃焼する際の、バーナや搬送路の一時的な詰まり若しくはホッパよりガス化炉までの搬送路における流量変動によってチャー投入量が変動することを防止することは極めて困難であった。
このチャーの変動によって発熱量が変動し、結果としてガスタービン発電機の出力すなわちプラント負荷が変動するために安定した発電出力が得られないという欠点を有していた。
【０００７】
特に高圧の反応容器内に石炭＋チャー、空気、酸素を投入して石炭から可燃性のガスを生成する石炭ガス化炉では、ガス化炉出口の未燃炭素を含む粒子であるチャーをガス化炉にリサイクルして運転される。特にチャーの搬送は、一部チャー搬送管の閉塞やガス化炉の圧力変動により安定して供給するのが困難な場合がある。このような場合には、生成ガスの発熱量が変化するために後流にガスタービンのような発電機器を有する石炭ガス複合発電システムでは、安定運転に支障が生じる。
従来の運転では、このような生成ガスの発熱量変動に対して、石炭やチャーの供給量を調整することにより所定の発熱量を得るように制御していた。しかしながら石炭やチャーのような粉体の流量は計測が困難であることから発熱量の詳細な制御に不具合を生じていた。
【０００８】
尚、本発明に類似する従来技術として特開平１０−８２３３０が存在する。
しかしながら係る技術はチャーを再循環しておらず、基本的に発明が異なるのみならず、ガス化炉設備で発生する粗ガスの発熱量を参照信号として補正信号発生器から、ガス化炉燃料指令の補正信号を出力し、この補正信号を第２の制御器からのガス化炉燃料指令に加算して、補正されたガス化炉燃料指令を出力することにより、燃料ガスの発熱量変動によるガスタービンの燃料流量の変化に伴う圧力の変動を事前に抑制するもので、ガス化炉設備よりの発熱量が変動することを前提とするものである。
【０００９】
言い換えればかかる技術は粗ガスの発熱量を測定するも、その発熱量に基づいてガスタービン側の燃料流量に伴う圧力変動を抑制しようとするものである。
しかしながら入力側の発熱量の変動をその後流側で抑制しようとすることは、補正信号発生器から補正精度が不安定になり、精度良い補正が困難である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、ガス発熱量及びガスタービン等の出力の安定化を図るために、石炭ガス化炉より得られる可燃性ガスを分析してガス発熱量を演算して支燃性ガス側を制御することより、本質的に石炭ガス化炉内の発熱量を安定化させ、結果としてガス発熱量及びガスタービン等の出力の安定化を図ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、石炭（微粉炭）ガス化炉設備で発生させた石炭の粗ガス（可燃性ガス）をガス精製設備で精製して燃料ガスを発生させ、その燃料ガスをガスタービンで燃焼させて発電を行うとともに、前記粗ガスよりチャー回収装置を介して石炭未燃分（以後チャーという）を回収分離して搬送路を介してガス化炉に戻すように構成した石炭ガス化複合発電プラント用ガス化炉の運転制御方法において、
チャー回収装置でチャーを回収後、チャーが分離された粗ガス中の石炭ガス中のガス分析計で計測される、ＣＯ、Ｈ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣＨ４の成分の内ＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４を含む１つ以上の成分の含有割合から、解析装置に設定した関数から求められる生成ガスの発熱量の偏差ΔＨに基づいて、ガス化炉に投入する酸素を含む支燃剤中の酸素濃度を調整して、ガス化炉より生成される可燃性ガスの発熱量が一定となるように制御しながら運転することを特徴とする。
この場合、支燃剤中の酸素富化空気を多くするか空気を多くするかは石炭ガス化炉内の温度を計測して、該温度を関数として石炭ガス化炉に投入する支燃剤である酸素富化空気と空気の両方あるいは一方の流量を調整することにより酸素濃度を調整するのがよい。
【００１２】
かかる発明によれば、石炭ガス炉出口直後のチャーが混入している状態の生成ガスではなく、チャー回収装置でチャーを回収後、チャーが分離された粗ガス中の石炭ガスを分析するものであるために、サンプルグラインのチャーによる閉塞がなく、発熱成分として必要なガス成分を検知できる。
【００１３】
本発明を具体的に説明する。
石炭のガス化炉では所定の生成ガス発熱量を達成可能な、石炭流量とガス化剤中酸素の流量の比を設定し運転を実施する。このときガス化剤中に含まれる酸素ガスと窒素ガスの流量比すなわち酸素濃度は一定の値で運転される。
ガス化炉内ではガス化剤中の酸素と石炭が反応し、生成ガス中にはＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｈ２、ＣＨ４等のガスを発生させる。このとき、生成ガス中のＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４等の可燃性ガスは、ガス化剤中に含まれる窒素や、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等の不燃性ガスにより希釈され、生成ガスの発熱量が決定される。
【００１４】
ここで、例えばリサイクルされるチャー流量が何らかの原因で変動した場合は、生成ガス中のＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｈ２、ＣＨ４等のガス流量も変動する事になる。そして、可燃性ガスを希釈する成分の大部分を占める窒素流量が一定の場合は、生成ガスの発熱量も変動する。
よって、このような発熱量変動が発生した場合にガス化剤中の窒素流量を、発熱量変動を打ち消すように調整する事により、生成ガス中の発熱量を一定に制御できる。
【００１５】
具体的には、石炭ガス化炉にガス化剤に窒素を多く含むガス、例えば空気と、酸素を多く含むガス、例えば酸素をそれぞれ投入する場合、生成ガスの発熱量が低下した場合は窒素を多く含むガスの流量を少なくし、酸素を多く含むガスの流量を多くすることにより、ガス化剤中の酸素ガス流量を一定に保ったままで、ガス化剤中の窒素流量を少なくすることにより、生成ガスの発熱量は上昇し所定の値に回復できる。また、ガス化剤中の窒素流量が少なくなることにより、ガス化炉の温度が上昇し、石炭のガス化反応が加速される方向となり、ＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４等の可燃性ガス流量が増加し、生成ガス発熱量の回復に寄与する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施例に係る石炭ガス化炉廻りを示す要部構成図で、図中１は、コンバスタ１ａとリダクタ１ｂからなる空気吹き加圧二段噴流床式ガス化炉で、コンバスタ１ａ内に石炭供給装置１９より微粉炭（石炭）と搬送管８よりチャーと、更に空気供給装置６、酸素富化空気供給装置７より空気と酸素富化空気とを投入して高温燃焼した後、更にその上方のリダクタ１ｂ内に更に微粉炭（石炭）を投入してコンバスタ１ａの高温燃焼を利用して乾留ガス化させる。そしてガス化したＣＯやＨ２等の生成ガスは、熱回収ボイラ等の冷却器１２により冷却された後、ポーラスフィルタやサイクロン等のチャー回収装置１３でチャーを回収分離した後、ガス精製設備２０に導かれ、精製されたガスはガスタ−ビン１７に送られ、所定の発電が行われるとともに、一方ガスタ−ビン１７からの燃焼排ガスは不図示の排熱回収ボイラにて冷却されると同時に高圧蒸気を回収し、蒸気タービンに送られ、発電が行われる。
チャー回収装置１３で回収分離されたチャーはホッパ等のチャー供給装置２に一時貯留された後、搬送管８よりガス化炉１内に戻される。
【００１７】
一方、チャー回収装置１３でチャーを回収分離された後の粗ガスライン１３ａには前記ガス精製設備２０に行く前に粗ガス中のＣＯ、Ｈ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣＨ４を測定するガス分析計３を設け、その分析結果を解析装置５に送る。
又石炭ガス化炉１の上部には温度センサ４が取り付けられており、該センサ４で測定された炉内温度も解析装置５に送られる。
【００１８】
次に本発明の第１実施例を説明する。
第１実施例では、前記ガス分析計３で計測された発熱に関係するＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４の３つの成分の含有割合から、解析装置５に設定した関数から生成ガスの実際の発熱量（（Ｈ±ΔＨ）を求める。この場合ＣＯ２、Ｈ２Ｏも含めて吸熱反応として補正しても良い。尚、Ｈは基準となる目標発熱量である。
【００１９】
生成ガスの実際の発熱量（（Ｈ±ΔＨ）から、ガス化炉１に投入する酸素を含む支燃剤中の酸素濃度を求める。
支燃剤の酸素濃度はガス化炉１に投入される空気Ｑａｉｒ、酸素富化空気の流量Ｑｏｘｙと、酸素富化空気Ｑｏｘｙ中の酸素濃度ｒｏ２から以下の式で計算する。
ここで酸素濃度の調整は、石炭ガス化炉１に投入する支燃剤である酸素と空気の両方あるいは一方の流量を調整することに必要な酸素濃度をｙ’を得る。
【００２０】
すなわち、目標の発熱量Ｈに対する、設定の石炭、空気、酸素、流量に対し、ガス分析計で計測した発熱量に偏差ΔＨが発生したとき、
（Ｈ±ΔＨ／Ｈ）＝｛１／１＋（１／ｙ’）｝／｛１／１＋（１／ｙ）｝
１＋（１／ｙ’）＝｛１＋（１／ｙ）｝＊（Ｈ±ΔＨ／Ｈ）
ｙ’＝１／｛１＋（１／ｙ）｝＊（Ｈ±ΔＨ／Ｈ）−１
となる。
従ってＯ２濃度ｙ’＝０．２１＊空気＋酸素富化空気＊ｒｏ２／空気＋酸素富化空気として求められ、
空気供給装置６、酸素富化空気供給装置７を制御して調整する。
【００２１】
第２実施例は温度センサ４により炉内温度を測定してＯ２濃度ｙ’になるように、空気若しくは酸素富化空気の配分調整を行う。この場合は発熱に関係するＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４に加えて吸熱に影響するＣＯ２、Ｈ２Ｏも含めて測定する。
具体的には、石炭のガス化炉では所定の生成ガス発熱量を達成可能な、石炭流量とガス化剤中酸素の流量の比を設定し運転を実施する。このときガス化剤中に含まれる酸素ガスと窒素ガスの流量比すなわち酸素濃度は一定の値で運転される。
ガス化炉内ではガス化剤中の酸素と石炭が反応し、生成ガス中にはＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｈ２、ＣＨ４等のガスを発生させる。このとき、生成ガス中のＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４等の可燃性ガスは、ガス化剤中に含まれる窒素や、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等の不燃性ガスにより希釈され、生成ガスの発熱量が決定される。
【００２２】
ここで、例えばリサイクルされるチャー流量が何らかの原因で変動した場合は、生成ガス中のＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｈ２、ＣＨ４等のガス流量も変動する事になる。そして、可燃性ガスを希釈する成分の大部分を占める窒素流量が一定の場合は、生成ガスの発熱量も変動する。
よって、このような発熱量変動が発生した場合にガス化剤中の窒素流量を、発熱量変動を打ち消すように調整する事により、生成ガス中の発熱量を一定に制御できる。
【００２３】
具体的には、石炭ガス化炉にガス化剤に窒素を多く含むガス、例えば空気と、酸素を多く含むガス、例えば酸素をそれぞれ投入する場合、生成ガスの発熱量が低下した場合は窒素を多く含むガスの流量を少なくし、酸素を多く含むガスの流量を多くすることにより、ガス化剤中の酸素ガス流量を一定に保ったままで、ガス化剤中の窒素流量を少なくすることにより、生成ガスの発熱量は上昇し所定の値に回復できる。また、ガス化剤中の窒素流量が少なくなることにより、ガス化炉の温度が上昇し、石炭のガス化反応が加速される方向となり、ＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４等の可燃性ガス流量が増加し、生成ガス発熱量の回復に寄与する。
【００２４】
そして例えばガス化炉１内の温度が１５００℃前後と高く、ＣＯ２　、Ｈ２　Ｏが多い場合は、酸素富化空気投入量を少なくして、吸熱反応によりＣＯ、Ｈ２を増加させるのがよい。すなわちＨ２Ｏ、ＣＯ２とチャー等のＣとを反応させて、Ｈ２、ＣＯにする吸熱反応で反応させて燃料として有益なガス成分にする。
又ＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４の割合が少ない場合は、熱分解反応が進んでいないために、空気量を低減させ、酸素富化空気の配分割合を多くして、高温化を図るのがよい。
又ＣＯ、Ｈ２、割合が多くＣＨ４が少なく炉内温度１３００℃以下の場合は高分子炭化水素はタール状態にあり、熱分解が不足しているために、酸素富化空気の配分割合を多くしてＯ２を増大し、炉内温度を上げるのがよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、石炭ガス化炉より得られる可燃性ガスを分析してガス発熱量を演算して支燃性ガス側を制御することより、本質的に石炭ガス化炉内の発熱量を安定化させ、結果としてガス発熱量及びガスタービン等の出力の安定化を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る石炭ガス化炉回りの要部構成図である。
【図２】従来技術にかかる図１対応の石炭ガス化複合発電システムの全体図である。
【符号の説明】
１　　　ガス化炉
３　　　ガス分析計
４　　　温度センサ
５　　　解析装置
６　　　空気供給装置
７　　　酸素富化空気供給装置
１３　　チャー回収装置
１３ａ　粗ガスライン
【図１】
2004018703.tif 000003
【図２】
2004018703.tif 000004