(57)【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粗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、前記粗ガスより固気分離器を介して石炭未燃分（以後チャーという）を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チャー循環型の石炭ガス化発電プラントシステムにおいて、
前記石炭ガス化炉起動時に、チャーの循環動作を行うことなく、石炭投入量を増加させて運転し、前記供給装置にチャーが所定量蓄積するまでに、石炭投入量の増加を維持させ、前記チャー供給装置にチャーが所定量蓄積した段階で前記ガス化炉にチャーを戻すチャーの循環制御を開始する第１のステップと、
前記第１のステップ終了後、前記チャーの循環制御でチャー戻し量若しくはその変動量を検知しつつ空気、酸素等の酸化剤の流量は一定とし、石炭量とチャー量を合算した可燃分に対する理論燃焼空気量と投入酸素量の比（炉内空気比）が一定になるように、石炭投入量を制御させることを特徴とするチャー循環型の石炭ガス化発電プラントシステム。
【請求項２】
前記固気分離器で回収したチャーを一時貯留するチャー供給装置を介して搬送路より前記ガス化炉にチャーを戻すように構成するとともに、前記第１のステップ終了後、前記供給装置の重量変化より演算して得られた前記搬送路を流れるチャー流量変化や、前記搬送路のチャー密度と流速から演算して得られたチャー流量変化や前記搬送路の差圧から演算して得られたチャー流量変化に基づいて、投入すべき石炭量を制御することを特徴とする請求項１記載のチャー循環型の石炭ガス化発電プラントシステム。
【請求項３】
前記固気分離器で回収したチャーを一時貯留するチャー供給装置を介して前記ガス化炉にチャーを戻す搬送路を設けるとともに、チャー供給装置内のチャー重量を検知して所定量のチャー蓄積を判断することを特徴とする請求項１記載のチャー循環型の石炭ガス化発電プラントシステム。
【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発電を行う石炭ガス化発電プラントシステムに係り、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で微粉固形状の石炭未燃分（チャー）をサイクロンで捕捉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４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、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。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からなるアンモニア除去装置でアンモニアを除去した後、Ｈ2Ｓ吸収塔１６に送られ、Ｈ2Ｓを除去する。
Ｈ2Ｓ吸収塔１６では、吸収液により粗生成ガス中の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、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スチーム熱交換器２４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が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生成ガスの発熱量が変動し、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】
又チャー再循環するシステムとしては、例えば特開２０００−３２８０７４が開示されている。
かかる技術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、可燃性ガス（熱分解ガス）生成時にチャーが発生するため、サイクロンとフィルタで回収して石炭ガス化炉にリサイクルされている。このような石炭ガス化システムにおいて、チャー回収後の可燃性ガスの一部を取り出して熱交換器で加熱する。そして、その加熱後の可燃性ガスを搬送用ガスとして用いて、微粉炭およびチャーを石炭ガス化炉に供給するものである。
【０００８】
しかしながら係る技術においては、本発明の目的は、搬送用ガスが粉体燃料と混合したときにガス中の水分の凝縮を防ぎ、粉体燃料の搬送を安定して行うことのできるものであるが、チャーの変動によって発熱量が変動することは何等考慮されていない。特にチャーの搬送ガスとして可燃性ガスを用いるために、発熱量の変動が更に大きくなる。
【０００９】
【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のガス発熱量やガスタービン等の出力等の二次的な変動に基づいて石炭ガス化炉に投入される石炭（微粉炭）を制御するのではなく、チャー投入量そのものから補正して石炭量を増加させる。又炉内空気比を一定に保つことから本質的に石炭ガス化炉内の発熱量を一定に保ち、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。
本発明の他の目的は起動時にチャーが発生し、ホッパに蓄積するまでに、石炭量を増加させ発熱量及び出力を一定に保つことにある。
【００１０】
【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粗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、前記粗ガスより固気分離器を介して石炭未燃分（以後チャーという）を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チャー循環型の石炭ガス化発電プラントシステムにおいて、
前記石炭ガス化炉起動時に、チャーの循環動作を行うことなく、石炭投入量を増加させて運転し、前記供給装置にチャーが所定量蓄積するまでに、石炭投入量の増加を維持させ、前記チャー供給装置にチャーが所定量蓄積した段階で前記ガス化炉にチャーを戻すチャーの循環制御を開始する第１のステップと、
前記第１のステップ終了後、前記チャーの循環制御でチャー戻し量若しくはその変動量を検知しつつ空気、酸素等の酸化剤の流量は一定とし、石炭量とチャー量を合算した可燃分に対する理論燃焼空気量と投入酸素量の比（炉内空気比）が一定になるように、石炭投入量を制御させることを特徴とする。
このように、石炭ガス化炉から発生する生成ガス発熱量を一定に保つためには、前記ガス化炉に投入している空気、酸素等の酸化剤の流量は一定とし、投入石炭量のみを増減制御させる。
これにより石炭ガス化炉より得られる可燃性ガスのガス発熱量やガスタービン等の出力等の二次的な変動に基づいて石炭ガス化炉に投入される石炭投入量を制御するのではなく、チャー投入量そのものから補正して石炭量を増加させるために、投入制御量が精度良く確実に行われ、且つタイム遅れがない。
【００１１】
特に、本発明は、炉内空気比を一定に保つことから本質的に石炭ガス化炉内の発熱量を一定に保ち、結果として生成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。
【００１２】
そしてこのような発明の具体的装置は、前記固気分離器で回収したチャーを一時貯留するチャー供給装置を介して搬送路より前記ガス化炉にチャーを戻すように構成するとともに、前記第１のステップ終了後、前記供給装置の重量変化より演算して得られた前記搬送路を流れるチャー流量変化や、前記搬送路のチャー密度と流速から演算して得られたチャー流量変化や前記搬送路の差圧から演算して得られたチャー流量変化に基づいて、投入すべき石炭量を制御すればよい。
【００１３】
又本発明は、第１のステップで前記石炭ガス化炉起動時に、チャーの循環動作を行うことなく、石炭投入量を増加させて運転し、前記供給装置にチャーが所定量蓄積するまでに、石炭投入量の増加を維持させ、所定量蓄積した段階でチャーの循環制御を開始することを特徴とする。
【００１４】
従来の技術では、起動時には石炭を定常量投入してもチャーが発生していないために、前記供給装置（ホッパ）にチャーが蓄積するまで、石炭ガス化炉内の発熱量は減少し、結果としてガス発熱量及びガスタービン等の出力が起動時に不安定化するが、本発明によればチャーの循環量が安定するまで石炭量を増加させ結果として炉内より発生する可燃ガスの発熱量及び出力を一定に保つことが出来る。
このような発明は前記固気分離器で回収したチャーを一時貯留するチャー供給装置を介して前記ガス化炉にチャーを戻す搬送路を設けるとともに、前記第１のステップで、チャー供給装置内のチャー重量を検知して所定量のチャー蓄積を判断するように構成すればよい。
【００１５】
【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チャー循環経路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、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。４０及び４１はブロワである。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、前記した後流側に導かれ、精製されたガスはガスタ−ビンに送られ、所定の発電が行われるとともに、ガスタ−ビン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。
【００１６】
一方、チャー回収装置１３で回収分離されたチャーは搬送管８及び搬送管８に設けたベンチュリーフィーダ等の粉体搬送機７によりイナートガス等を利用してガス化炉１内に戻される。
かかる構成までは公知である。
【００１７】
そして本発明は図１（Ａ）に示すように、前記チャー供給装置としてのホッパ１０にロードセル２０を設け、ホッパ１０に一次貯留されているチャーの重量変化（重量／時間）を検知しているとともに、前記搬送管８の途中に差圧計５を設け、搬送管８を流れるチャーの差圧を測定してチャー流量を演算している。
係る実施例によれば、図２（Ａ）に示すようにチャー変動検知回路３で、ロードセル２０から取り込んだ、ホッパ１０に一次貯留されているチャーの重量変化より差圧計５の差圧により得られる搬送管８内を流れるチャー気混合流の流量を補正して、サンプリング間隔毎の石炭ガス化炉に戻されるチャー重量が求められる。
そして石炭指令回路４において前記チャー戻し重量を差分器３２で基準チャー設定値から引いて変動値を求め、その変動重量に見合う等価エネルギ分に対応する石炭投入量の増減量を差分器３３により石炭投入基準量から引いて、石炭投入量の増減制御を行う。この場合、石炭ガス化炉内の発熱量を一定に保つためには、前記ガス化炉１に投入している空気、酸素等の酸化剤の流量は一定とし、投入石炭量のみを増減制御させる。この結果図３（Ａ）に示すように、チャー投入量の変動の等価エネルギに見合った石炭量の増減制御が出来るために、投入制御量が精度良く確実に行われ、且つタイム遅れがない。
【００１８】
尚、前記チャー戻し量を若しくはその変動量を検知し、石炭量とチャー量を合算した可燃分に対する理論燃焼空気量と投入酸素量の比（炉内空気比）が一定になるように、石炭投入量を制御させるのがよく、このため場合によっては空気量の制御も必要となる場合があるが制御が煩雑化するので石炭量だけの増減制御を行う。
これにより炉内空気比を一定に保つことから本質的に石炭ガス化炉内の発熱量を一定に保ち、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。
【００１９】
さて、前記石炭ガス化炉１起動時には、従来は石炭を定常量投入しているために、ホッパ１０内にチャーが貯留されていないために、図３（Ｂ）の（Ｓ１）に示すように、前記供給装置（ホッパ１０）にチャーが蓄積するまで、石炭ガス化炉内の発熱量は減少し、結果としてガス発熱量及びガスタービン等の出力が起動時に不安定化する。
そこで前記チャー供給装置としてのホッパ１０に設けたロードセル２０により、ホッパ１０に一次貯留されているチャーの重量を検知し、起動回路にて前記石炭ガス化炉起動時に、チャーの循環動作を行うことなく、石炭投入量を増加させて運転し、前記供給装置にチャーが所定量蓄積するまでに、石炭投入量の増加を維持させ、所定量蓄積した段階でチャーの循環制御を開始するのがよい。
【００２０】
すなわち図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）（２）に示すように、ガス化炉１の起動（Ｓ１）後、石炭投入量を、定常投入量（１００％）１に対し、４０％増加（Ｓ２）した状態でガス化炉１の運転を行い、その間ホッパ１０内のチャー重量を測定（Ｓ３）してホッパ内のチャー重量が基準値に達した段階（Ｓ４）で、チャーの投入を開始（Ｓ５）し、石炭量とチャー量を合算した可燃分に対する理論燃焼空気量と投入酸素量の比（炉内空気比）が一定になるように、石炭投入量を制御させる。そして石炭が１００％、チャーが４０％の定常状態に移行した後、図３（Ａ）の制御を続ける（Ｓ６）。
前記実施例によればチャーの循環量が安定するまで石炭量を増加させ結果として炉内より発生する可燃ガスの発熱量及び出力を一定に保つことが出来る。
【００２１】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、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のガス発熱量やガスタービン等の出力等の二次的な変動に基づいて石炭ガス化炉に投入される石炭（微粉炭）を制御するのではなく、チャー投入量そのものから補正して石炭量を増加させることができる。特に石炭ガス化炉から発生する生成ガス発熱量を一定に保つためには、前記ガス化炉に投入している空気、酸素等の酸化剤の流量は一定とし、投入石炭量のみを増減制御させて炉内空気比を一定に保つことから本質的に石炭ガス化炉内の発熱量を一定に保ち、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。
又本発明によれば起動時にチャーが発生し、ホッパに蓄積するまでに、石炭量を増加させ発熱量及び出力を一定に保つことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例に係るチャー循環経路を示す要部構成図で、（Ａ）は第１実施例、（Ｂ）は第２実施例である。
である。
【図２】  （Ａ）は図１の作用を示すブロック図で、運転状態を示す。（Ｂ）は図１の起動時の流れを示すフロー図である。
【図３】  （A）は図１の実施例における運転状態の石炭とチャーの投入量を示すグラフ図、（Ｂ）の（１）は従来技術の起動時の石炭とチャーの投入量を示すグラフ図、（Ｂ）の（２）は実施例 の石炭とチャーの投入量を示すグラフ図である。
【図４】  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
１ａ      コンバスタ
１ｂ      リダクタ
３        チャー変動検知回路
４        石炭投入量指令回路
５        差圧計
１０      ホッパ
１２      チャー回収装置
２０      ロードセル
５０      流量計
【図１】
0004095829.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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