(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン燃焼器内へガス化炉で生成されたイナートガスを投入する第１の経路と第２の経路を有し、前記第１の経路は、通常燃焼器の上流側に流入する空気量を調整すべく設けられているバイパス弁を介して前記燃焼器の胴部途中に連通し、前記第２の経路は前記燃焼器の頭部に連通して設けると共に、軽油等の助燃燃料を供給する燃料ノズルを前記燃焼器の頭部に設けてなり、前記イナートガスの発熱量を指針として前記第１、第２の経路及び燃料ノズルを選択的に作動させるようにしたことを特徴とする石炭ガス化発電プラント。
【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したガスを用いてガスタービンを作動するようにした石炭ガス化発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３及び図４に基づいて従来のものを説明する。図３はこの種石炭ガス化発電プラントの系統図であり、起動用空気圧縮機９、ガス化炉４、ガス精製設備１０、ガス処理炉１１、燃焼器１、ガスタービン５、圧縮機６、発電機２０、空気昇圧機７、排ガスボイラ１２等によって構成されている。
【０００３】
起動時にはガス化炉４を窒素パージしたあと、起動用圧縮機９を起動し、ガス化炉４に空気を送り、ガス化炉４を軽油等（図示省略）にて運転する。その後、ガス化炉４に石炭を投入し、ガス化を行っていく。その際、ガス化炉４からは軽油等の燃焼時には窒素、二酸化炭素水蒸気を主成分とするイナートガスが発生し、石炭投入後は二酸化炭素に変わり一酸化炭素が増加し、それと共にガス化ガスの発熱量も増加していく。
【０００４】
一方、ガスタービン５は供給系統を図示省略した軽油等を燃焼器１で燃焼することによって起動され、低負荷状態にて運転を行い、圧縮機６、発電機２０を駆動している。ガスタービン５の排ガスは排ガスボイラ１２に導かれ熱回収されている。
【０００５】
その後、ガスタービン５の圧縮機６からの空気の一部を抜き取り、その空気を空気昇圧機７によって昇圧してガス化炉４に供給する。ガス化炉４はその分起動用空気圧縮機９からの空気量を減少させ、最終的にはガスタービン５で駆動される圧縮機６から抜き取った空気のみによって運転される。
【０００６】
また、燃焼器１は、軽油等の燃料を徐々に減少させ、その分石炭ガス化ガスを導入していく。最終的には、軽油等の燃料の供給を止め、石炭ガス化ガスのみを燃焼させガスタービン５を運転する。
【０００７】
停止時には、ガスタービン５で駆動される圧縮機６から抜き取る空気流量を減少する。それによって結果的に石炭ガス化ガスの供給量が減少するが、その分軽油等の燃料を投入し、ガスタービン５の運転を維持する。最終的にガス化炉４の運転に必要最低限の空気をガスタービン５で駆動される圧縮機６から抜取っている状態に移行し、ガスタービン５自体は軽油等のみの燃焼によって運転される。
【０００８】
このような一連の作動において、ガス化炉起動時、石炭投入直後、またガス化炉停止時では、ガス化炉４からでてくるガスは既燃ガスであるかあるいは発熱量が非常に低いガス（これらのガスを含み石炭ガス化ガスを総称して本明細書ではイナートガスという）であるためガスタービン５の作動用として使用することができない。
【０００９】
しかし、低発熱量ガスとはいえ、そのまま大気解放することはできないため、ガス処理炉１１で軽油を用いて燃焼させている。ガス処理設備は図４に示すように、軽油などの主燃料に図に示していない点火装置によって点火し、この主燃料を燃焼させ、イナートガスは発熱量によって、主燃料供給部周囲あるいは主燃料による火炎の下流に投入して可燃分を燃焼させている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来稼働中の石炭ガス化発電プラントでは前記のような構成となっているが、起動用空気圧縮機９およびガス処理設備１１は、石炭ガス化発電プラントの建設面積、建設コストのかなりの部分を占める結果となっている。ほかの方式による発電設備と比較して建設面積、建設費が莫大である石炭ガス化発電プラントにおいては、設備の簡略化による施設面積の縮小、建設費の低下を図ることが課題となっている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決すべくなされたもので、ガスタービン燃焼器内へガス化炉で生成されたイナートガスを投入する第１の経路と第２の経路を有し、前記第１の経路は、通常燃焼器の上流側に流入する空気量を調整すべく設けられているバイパス弁を介して前記燃焼器の胴部途中に連通し、前記第２の経路は前記燃焼器の頭部に連通して設けると共に、軽油等の助燃燃料を供給する燃料ノズルを前記燃焼器の頭部に設けてなり、前記イナートガスの発熱量を指針として前記第１、第２の経路及び燃料ノズルを選択的に作動させるようにした石炭ガス化発電プラントを提供し、ガスタービン燃焼器にガス化炉で生成されたイナートガスを導き、同イナートガスの発熱量に応じて別途設けられているバイパス弁を介して連通した燃焼器の胴部途中の第１経路と燃焼器頭部に連通した第２経路を選択してイナートガスを投入し、更に燃焼器頭部からの軽油等の助燃燃料を選択的に供給して燃焼させることにより、起動用空気圧縮機及びガス処理設備の省略を図るようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を図１、図２に基づいて説明する。なお、先に従来の技術として説明したものと同一の部位については図面中に同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する。
【００１３】
プラント起動前にガス化炉４を窒素パージしたあと、軽油等８を燃焼器１に供給し燃焼させることによってガスタービン５を起動し、圧縮機６からの空気を一部抜取り、これを空気昇圧機７にて更に昇圧し、ガス化炉４に空気を送る。その空気を使い図示省略の系路から供給した軽油等の燃料を燃焼させガス化炉４を運転する。
【００１４】
その後、ガス化炉４に石炭を投入し、ガス化を行っていく。その際、ガス化炉４からは軽油燃焼時には窒素、二酸化炭素、水蒸気を主成分とするイナートガスが発生し、石炭投入後は二酸化炭素に変わり一酸化炭素が増加し、それと共に同イナートガスの発熱量も増加していく。
【００１５】
これらイナートガスをガス精製設備１０を経てガスタービン５の燃焼器１に導き、イナートガスの発熱量に応じて燃焼器頭部あるいは途中より投入し燃焼させる。即ち、イナートガスの発熱量が低く、燃焼しがたい時には、燃焼器１の途中にあるバイパス弁３のすぐ上流に設けた第１の経路１Ａからイナートガスを燃焼器内１に投入して燃焼させる。
【００１６】
このバイパス弁３は、通常燃焼器１の上流側に流入する空気流量を調整することを目的に設けられているもので、弁３を開けることにより燃焼器１の頭部をバイパスし、燃焼器１の途中から空気を合流させる目的で設けられているものである。
【００１７】
一方、イナートガスの発熱量が上昇してくると、図示省略したイナートガス成分分析をする装置によって計算される発熱量を指針に、軽油等の燃料８を供給したまま、ガスタービン燃焼器１の頭部にある燃料スワラ２等よりなる第２の経路１Ｂからイナートガスを投入して燃焼させる。このとき、燃焼器１の出口（タービン５の第１段静翼１３の入口）の温度が一定になるように図示省略した適宜の制御装置で軽油等の燃料流量を調整する。
【００１８】
イナートガスの発熱量が更に上昇し、単独で燃焼するようになると、軽油等燃料の供給を止め、石炭ガス化ガスであるイナートガスのみを燃焼させてガスタービン５を運転する通常の運転方式となる。
【００１９】
なお、停止する時には、ガス化炉４への石炭投入を停止する。それによって結果的に石炭ガス化ガスの発熱量が減少するが、その分軽油等の助燃燃料を燃焼器１に投入燃焼しガスタービン５の運転を維持する。
【００２０】
イナートガス成分分析によって計算される発熱量を指針に、途中からガス供給をバイパス弁３の上流の第１の経路１Ａからの供給に切り替え、最終的にガス化炉４の運転に必要最低限の空気をガスタービン５から抜きとる形態に移行し、ガスタービン５自体は軽油のみの燃焼によって運転される。
【００２１】
このように本実施の形態によれば、従来のもののように起動用空気圧縮機もガス処理炉も不要としてプラントの運転を行うことができるものである。そして、このガスタービン５が運転される結果、発電機２０が駆動されて所定の電力が得られ、これにより、発電プラントということになる。
【００２２】
なお、ガスタービン５の排気は排ガスボイラ１２に導入されており、それ以降については図面では省略しているが、この排ガスボイラ１２で発生した蒸気で蒸気タービンを作動して別途発電を行えば、前記発電機２０と併せて、ここに複合発電プラントを完成できることは、改めて言うまでもないことである。
【００２３】
従って、その場合には本明細書において石炭ガス化発電プラントと言うのは、石炭ガス化複合発電プラントと適宜読み替えてもよいものである。
【００２４】
以上、本発明を図示の実施の形態について説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
【００２５】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、ガスタービン燃焼器にイナートガスを導き、イナートガスの発熱量に応じて燃焼器頭部あるいは通常燃焼器の上流側に流入する空気量を調整すべく設けられているバイパス弁を経由した胴部の途中を選択してこれを投入し燃焼させることにより、起動用空気圧縮機及びガス処理炉を不要とし、簡便な構成の下、建設面積、コストの縮小を可能とした発電プラントを得ることができたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る石炭ガス化発電プラントに用いる燃焼器の概略図。
【図２】図１の燃焼器を組入れた石炭ガス化発電プラントの系統図。
【図３】従来の石炭ガス化発電プラントの系統図。
【図４】図３のものに組入れられるガス処理炉の概略図。
【符号の説明】
１    燃焼器
３    バイパス弁
４    ガス化炉
５    ガスタービン
６    圧縮機
１２  排ガスボイラ
２０  発電機
１Ａ  第１の経路
１Ｂ  第２の経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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