JP3836014B2 - Fuel gasification combined power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料ガス化複合発電システムに関し、更に詳しくは、負荷変動時でも脱硫設備における脱硫反応を安定して行わせることが可能な燃料ガス化複合発電システムおよび圧力損失の少ない燃料ガス化複合発電システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
図4は、従来の燃料ガス化複合発電システムを示す構成図である。この燃料ガス化複合発電システムは、大きく分けて、ガス化炉設備41、脱硫設備42、およびガスタービン設備43とで構成される。ガス化炉設備41は、燃料ガスを生成するためのもので、燃料44と酸化剤45とが窒素ガス46の圧力によって供給されるガス化炉47と、生成されたガス中の未燃焼燃料微粉を取り除くための脱塵装置48とで構成される。なお、酸化剤35は、ガスタービンの圧縮機49から抽気した空気や、さらにそれから分離装置によって分離された酸素を用いることができる。
【0003】
ガス化炉設備41で生成された燃料ガスは、ガス化炉圧力調節弁50を通り、脱硫設備42に入る。脱硫設備42では、燃料ガスから硫化物を取り除くために、COS変換器51が設けられ、燃料ガス中のCOSが触媒によってH2Sに変換される。その後、ポンプ52、53によって水が循環するガス冷却塔54、同じく水が循環するガス洗浄塔55、H2S吸収液が満たされたH 2 S吸収塔56を燃料ガスが通り抜ける。
【0004】
これらの反応塔を通過した燃料ガスは低温となっているので、ガス−ガスヒータ(GGH)57,58によって、反応塔に入る前の高温状態である燃料ガスで昇温される。なお、上記H2S吸収塔56でH2Sを吸収した吸収液は、吸収液再生塔59で、H2Sが取り除かれ、H2S吸収塔56に再び戻される。取り除かれたH2Sは、その後石膏化工程60に移される。
【0005】
脱硫設備42を通過した燃料ガスは、ガスタービン設備43に送られる。具体的には、ガスタービン61の燃焼器62の上流に設けられる圧力調節弁63、および流量調節弁64で燃料ガスの圧力と流量が調節される。そして、ガスタービン61は、そのように調節された燃料ガスを燃料として、タービンを回転させ、タービン軸に接続される発電機65を回転させる。なお、ここでは、図示しなかったが、発電設備としてガスタービン単体ではなく、蒸気タービンをも用いるコンバインドプラントとする場合も増えている。
【0006】
このように、ガス化炉47、脱硫設備42、ガスタービン61をこの順に設置した燃料ガス化複合発電システムでは、負荷に応じて、ガスタービン61の流量調節弁64を開閉することによって、負荷追従制御が行われる。また、ガス化炉47の圧力と圧力設定値との偏差によってガス化炉圧力制御弁50を開閉し、負荷追従制御に資する技術も知られている(特開平10−299507号)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の燃料ガス化複合発電システムにおいては、発電出力を変化させたり、系統の負荷が変化する場合に、当該システムの負荷も当然変動する。そのような場合、ガス化炉圧力調節弁50が、ガス化炉47の圧力を調節する様に開閉するため、脱硫設備42に流入するガス量は変動する。また、ガスタービン61周辺では、圧力調節弁63および流量調節弁64がガスタービン入口の圧力および流量を調整するため、脱硫設備42から流出する燃料ガスの量が変動する。
【0008】
このため、ガス化炉47とガスタービン61の中間に位置する脱硫設備42の圧力および流量は制御されず、変動が生じる。反応塔内では液体は下向きに,ガスは上向きに流れ気液接触による反応を行っているが、この変動により反応塔の液体が飛散または落下してしまうという現象も生じ、これが負荷変化速度の制限ともなっていた。また、ガス化炉47からガスタービン61までの配管上に2つの大きな圧力調節弁50、63があるので、当該システムの圧力損失も比較的大きくなってしまっていた。
【0009】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、負荷変動時でも脱硫設備における脱硫反応を安定して行わせることが可能な燃料ガス化複合発電システムおよび圧力損失の少ない燃料ガス化複合発電システムを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1にかかる燃料ガス化複合発電システムは、燃料と酸化剤とで燃料ガスを生成するガス化炉設備と、反応塔の中で前記燃料ガス中の硫化物を取り除く脱硫設備と、前記燃料ガスを燃料として駆動するガスタービンに接続する発電機で電力を発生させるガスタービン発電設備と、を有する燃料ガス化複合発電システムにおいて、前記ガス化炉と前記脱硫設備との間を連通する配管に流量計と温度計と圧力計から構成される計測手段を有し、当該計測手段から求まる前記燃料ガスの流速に応じて前記ガス化炉に供給される前記燃料および前記酸化剤の供給量を制御するようにしたものである。
【0011】
流量計は燃料ガスの体積流量を計測する手段である。この体積流量は、圧力と温度によって変化するので、温度計と圧力計の値を基に補正し、単位時間あたりに配管を通過する燃料ガスの流速に変換される。この流速が大きい場合は、燃料と一定の割合で混合される酸化剤との供給量を減少させ、反対に小さい場合は、当該供給量を増加させる。これにより、発電機の負荷が変化した場合でも、脱硫設備を通過する燃料ガスの流速は一定となり、反応塔における脱硫反応を安定して行わせることができる。
【0012】
また、請求項2にかかる燃料ガス化複合発電システムは、請求項1に記載の燃料ガス化複合発電システムにおいて、前記脱硫設備は、下部から流入する前記燃料ガスに対して上部からポンプによって液体を循環させ、前記燃料ガスを冷却・洗浄する構造を有し、当該ポンプの液体循環量は、前記燃料ガスの流速または質量流量に応じて制御するようにしたものである。
【0013】
脱硫設備における脱硫反応に付随する冷却・洗浄工程では、燃料ガスの流速が問題となる。すなわち、燃料ガスの流速が大きすぎれば冷却・洗浄する際に液体が飛散する等の問題を生じ、各工程での安定した運転に支障をきたす。反対に流速が小さすぎても液体を保持できずに落下する等を生じ、これも効率が悪くなる。この発明では、流速を一定に制御する際に生じる遷移的な流速変化に対しても上記液体の循環量を制御できるので、燃料ガス流速に応じた量の処理液体を循環させることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものを含む。
【0018】
(実施の形態1)
図1は、この発明の実施の形態1にかかる燃料ガス化複合発電システムを示す構成図である。なお、燃料ガス化複合発電システムの基本的な構成は、従来技術と同一なので、説明を省略する。この燃料ガス化複合発電システムは、石炭、重質油、廃棄物と炭化物との混合物等の燃料1を空気等の酸化剤2と燃焼させ、燃焼ガスを生成し、それによってガスタービン14を駆動させるガス化複合発電システムである。
【0019】
ガス化炉設備5の脱塵装置3によって未燃焼燃料微粉を取り除いた燃料ガスは、配管4を通り、脱硫設備6へと向かう。ガス化炉7と脱硫設備6との間を連通する配管4には、流量計8と圧力計9と温度計10とから構成される計測手段が設けられる。これらの計測手段は、配管4を通る燃料ガスの流量、圧力、および温度をそれぞれ計測する。これらの物理量は、演算により燃料ガスの流速に変換される(符号11)。
【0020】
そして、上記のように求まった燃料ガスの流速は、制御装置12に取り込まれる。制御装置12は、上記のように求まる燃料ガスの流速に応じてガス化炉7に供給される燃料1および酸化剤2の供給量を制御する。なお、同図では、流速変換11と制御装置12が別個に表してあるが、一つの制御装置で演算処理が可能である。
【0021】
制御方法を具体的に説明すると、燃料ガスの流速が大きい場合は、燃料と一定の割合で混合される酸化剤との供給量を減少させ、反対に少ない場合は、当該供給量を増加させる。発電機13の負荷が変化すると、配管4を流れる燃料ガスの圧力も流速も変化するので、そのうちの流速を一定に制御することによって、圧力も間接的に制御することになる。このことを考慮すると、燃料ガスの流速を少なくとも設定値の±20%程度の範囲に収めるのが好ましい。
【0022】
従来のように、発電機13の負荷信号を用いて、先行制御的にガス化炉7の圧力を制御したい場合は、点線で示したように、発電機13からの負荷信号を制御装置12に入力してやる。そして、配管4を流れる燃料ガスの流速を一定にできる範囲で燃料1と酸化剤2の供給量を決定するような演算式や演算テーブルを制御装置内の演算部にもてばよい。
【0023】
以上のように燃料ガス化複合発電システムを構築すれば、発電機の負荷が変化した場合でも、脱硫設備を通過する燃料ガスの流速は一定となり、反応塔において、液の飛散や落下がなく、脱硫反応を安定して行わせることができる。なお、この燃料ガス化複合発電システムは、燃料ガス中に含まれる水素を利用した燃料電池(SOFC)が同図中のA点に組み込まれる、いわゆるSOFCコンバインドシステムとしたときも適用可能なシステムである。
【0024】
(実施の形態2)
図2は、この発明の実施の形態2にかかる燃料ガス化複合発電システムを示す構成図である。なお、燃料ガス化複合発電システムの基本的な構成は、従来技術および実施の形態1と同一なので、説明を省略する。この実施の形態2では、実施の形態1で用いた制御装置12を利用して脱硫設備の冷却塔21、および洗浄塔22のそれぞれのポンプ23,24を制御した点に特徴がある。
【0025】
上述したように、制御装置12は、配管4を流れる燃料ガスの流速を一定に保つようにガス化炉7への燃料1と酸化剤2の供給量を決定する。したがって、部分負荷時や燃料ガスの流速が乱れた際には、当該流速を一定に保つように制御するが、一定になるまでは、多少の遷移時間がある。
【0026】
上記冷却塔21,および洗浄塔22は、下部から流入する燃料ガスに対して上部からポンプによって液体を循環させ、燃料ガスを冷却・洗浄する構造を有する。そこで、燃料ガスの流速が一定に定まるまでの遷移時間内においては、制御装置12内の設定値と実際の流速の偏差に応じて冷却塔21や洗浄等22のポンプ23,24の循環量を制御することにより、ガス流量の変動に応じた冷却、洗浄を行うことができる。
【0027】
つまり、流速が一定値よりも大きい場合は、ポンプ23,24の循環量を増加させ、循環させる液が飛散しないようにする。反対に、流速が小さい場合は、ポンプ23,24の循環量を減少させ、液だれを防止する。こうすることによって、燃料ガス流速に応じた量の処理液体を循環させることができる。したがって、常に脱硫設備における脱硫反応を常に効率よく行うことができる。
【0028】
(実施の形態3)
図3は、この発明の実施の形態3にかかる燃料ガス化複合発電システムを示す構成図である。なお、燃料ガス化複合発電システムの基本的な構成は、従来技術と同一なので、説明を省略する。この実施の形態3では、従来技術におけるガス化炉圧力調節弁を無用とし、ガスタービン入口の圧力調節弁の制御で用いる当該弁上下流の差圧で燃料等の供給量制御を行う点に特徴がある。
【0029】
ガスタービン31の燃焼器32上流に設けられる流量調節弁33は、燃焼器32に供給する燃料ガスの流量を調節する。ガスタービン31にかかる負荷が変動したときは、制御装置35が当該負荷に応じて流量調節弁33を開閉することにより、負荷追従制御を行う。圧力調節弁34は、流量調節弁33において適切な流量調節を行うために、当該流量調節弁33上流の燃料ガス圧力を調節する。
【0030】
厳密に言えば、圧力調節弁34は、その上流と下流の差圧を調整し、結果として、流量調節弁33の上流の燃料ガス圧力を調節する。この圧力調節弁34の制御装置35は、設定値と実際の圧力差との偏差に応じたリフト制御を行うのが一般的である。この実施の形態3では、この圧力調節弁34の制御に用いられる当該弁上下流の圧力差に応じてガス化炉7に供給する燃料1および酸化剤2の供給量を決定する制御を行う。なお、燃料1および酸化剤2の供給量の調節はそれぞれの供給路に設けられる弁の開閉により行う。
【0031】
たとえば、ガスタービン31の負荷が上がった場合、圧力調節弁34の上流と下流とで圧力差が生じるので、圧力調節弁34を調節して圧力差を一定に保つようにする。また、これと同時に、当該圧力差に応じて燃料1と酸化剤2の供給量を増加させる。これにより、ガス化炉の圧力が上がり、ガスタービンの出力を増大させ、負荷変動に追従させることができる。
【0032】
このように、この実施の形態3にかかる燃料ガス化複合発電システムでは、ガスタービンの上流に設けられる圧力調節弁34が、間接的にガス化炉圧力および脱硫設備を通過する燃料ガス圧力を調節する。このため、上記圧力調節弁34以外に圧力を調節する弁が不要となるため、余計な圧力損失がなくなり、全体としてプラント効率の向上を図ることができる。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかる燃料ガス化複合発電システム(請求項1)によれば、脱硫設備に入る燃料ガスの流速が一定となるため、反応塔でのガス上昇速度を一定に保つことができる。これにより、発電システムの負荷が大きく変化しても変化反応塔における液面位置が安定し、高効率な脱硫反応に資することができる。
【0034】
また、この発明にかかる燃料ガス化複合発電システム(請求項2)によれば、請求項1に記載の燃料ガス化複合発電システムの効果に加え、脱硫設備の液側の循環流量を流量計等から求まる燃料ガスの流速または質量流量に応じて変化させることで、脱硫の性能を容易にコントロールすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1にかかる燃料ガス化複合発電システムを示す構成図である。
【図2】実施の形態2にかかる燃料ガス化複合発電システムを示す構成図である。
【図3】実施の形態3にかかる燃料ガス化複合発電システムを示す構成図である。
【図4】従来の燃料ガス化複合発電システムを示す構成図である。
【符号の説明】
1、44 燃料
2、45 酸化剤
6、42 脱硫設備
7、47 ガス化炉
8 流量計
9 圧力計
10 温度計
12、35 制御装置
13、65 発電機
14、61 ガスタービン
23、24、52、53 ポンプ
34 圧力調節弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a combined fuel gasification power generation system. More specifically, the present invention relates to a combined fuel gasification power generation system capable of stably performing a desulfurization reaction in a desulfurization facility even when a load fluctuates, and a fuel gasification composite having a low pressure loss. The power generation system.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 is a block diagram showing a conventional combined fuel gasification combined power generation system. The fuel gasification combined cycle system is roughly
[0003]
The fuel gas generated in the
[0004]
Since the fuel gas that has passed through these reaction towers has a low temperature, the temperature is raised by the gas-gas heaters (GGH) 57 and 58 with the fuel gas that is in a high temperature state before entering the reaction tower. The absorption liquid which absorbed H 2 S in the H 2
[0005]
The fuel gas that has passed through the
[0006]
Thus, in the combined fuel gasification power generation system in which the gasification furnace 47, the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional combined fuel gasification combined power generation system, when the power generation output is changed or the load on the system changes, the load on the system naturally varies. In such a case, the gasifier pressure control valve 50 opens and closes so as to adjust the pressure of the gasifier 47, so that the amount of gas flowing into the
[0008]
For this reason, the pressure and flow rate of the
[0009]
Accordingly, the present invention has been made in view of the above, and is a fuel gasification combined power generation system capable of stably performing a desulfurization reaction in a desulfurization facility even when a load fluctuates, and a fuel gasification with low pressure loss. An object is to provide a combined power generation system.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a combined fuel gasification combined power generation system according to claim 1 includes a gasification furnace facility for generating a fuel gas with a fuel and an oxidant, and a sulfide in the fuel gas in a reaction tower. In the combined fuel gasification combined power generation system, the gasification furnace and the desulfurization facility have a desulfurization facility that removes gas and a gas turbine power generation facility that generates electric power with a generator connected to a gas turbine that uses the fuel gas as fuel And a fuel that is supplied to the gasifier according to a flow rate of the fuel gas determined from the measuring means, The supply amount of the oxidant is controlled.
[0011]
The flow meter is a means for measuring the volume flow rate of the fuel gas. Since this volume flow rate changes depending on the pressure and temperature, the volume flow rate is corrected based on the values of the thermometer and the pressure gauge, and converted into the flow rate of the fuel gas passing through the pipe per unit time. When the flow rate is large, the supply amount of the oxidant mixed with the fuel at a constant ratio is decreased. On the other hand, when the flow rate is small, the supply amount is increased. Thereby, even when the load on the generator changes, the flow rate of the fuel gas passing through the desulfurization equipment becomes constant, and the desulfurization reaction in the reaction tower can be performed stably.
[0012]
Further, the combined fuel gasification combined power generation system according to claim 2 is the combined fuel gasification combined generation system according to claim 1, wherein the desulfurization facility supplies a liquid from above to the fuel gas flowing in from below. The pump has a structure for circulating and cooling / cleaning the fuel gas, and the liquid circulation amount of the pump is controlled according to the flow rate or mass flow rate of the fuel gas.
[0013]
In the cooling / washing process accompanying the desulfurization reaction in the desulfurization facility, the flow rate of the fuel gas becomes a problem. That is, if the flow rate of the fuel gas is too high, problems such as liquid scattering during cooling and cleaning occur, which hinders stable operation in each process. On the other hand, even if the flow rate is too small, the liquid cannot be held and falls or the like, which also decreases the efficiency. In the present invention, the circulation amount of the liquid can be controlled even with respect to a transitional flow rate change that occurs when the flow rate is controlled to be constant, so that an amount of the processing liquid corresponding to the fuel gas flow rate can be circulated.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments. The constituent elements of this embodiment include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same.
[0018]
(Embodiment 1)
1 is a configuration diagram showing a combined fuel gasification power generation system according to Embodiment 1 of the present invention. Note that the basic configuration of the combined fuel gasification combined power generation system is the same as that of the prior art, and thus the description thereof is omitted. This combined fuel gasification power generation system burns fuel 1 such as coal, heavy oil, a mixture of waste and carbide with an oxidant 2 such as air to generate combustion gas, thereby driving a
[0019]
The fuel gas from which the unburned fuel fine powder has been removed by the dedusting device 3 of the gasification furnace facility 5 passes through the pipe 4 toward the
[0020]
The flow rate of the fuel gas obtained as described above is taken into the
[0021]
The control method will be specifically described. When the flow rate of the fuel gas is high, the supply amount of the oxidant mixed with the fuel at a constant rate is decreased, and when the flow rate is low, the supply amount is increased. When the load on the
[0022]
When it is desired to control the pressure of the
[0023]
By constructing the combined fuel gasification power generation system as described above, the flow rate of the fuel gas passing through the desulfurization equipment is constant even when the load on the generator changes, and there is no scattering or dropping of liquid in the reaction tower, The desulfurization reaction can be performed stably. This combined fuel gasification combined power generation system is also applicable to a so-called SOFC combined system in which a fuel cell (SOFC) using hydrogen contained in fuel gas is incorporated at point A in the figure. is there.
[0024]
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a block diagram showing a combined fuel gasification combined power generation system according to Embodiment 2 of the present invention. The basic configuration of the combined fuel gasification combined power generation system is the same as that of the prior art and the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. The second embodiment is characterized in that the
[0025]
As described above, the
[0026]
The
[0027]
That is, when the flow velocity is larger than a certain value, the circulation amount of the
[0028]
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a configuration diagram showing a combined fuel gasification power generation system according to Embodiment 3 of the present invention. Note that the basic configuration of the combined fuel gasification combined power generation system is the same as that of the prior art, and thus description thereof is omitted. The third embodiment is characterized in that the gasification furnace pressure control valve in the prior art is not used, and the supply amount control of the fuel and the like is performed by the differential pressure upstream and downstream of the valve used for controlling the pressure control valve at the gas turbine inlet. There is.
[0029]
A flow
[0030]
Strictly speaking, the
[0031]
For example, when the load of the
[0032]
Thus, in the combined fuel gasification power generation system according to the third embodiment, the
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the combined fuel gasification power generation system according to the present invention (Claim 1), the flow rate of the fuel gas entering the desulfurization facility is constant, so the gas rising speed in the reaction tower is kept constant. be able to. Thereby, even if the load of the power generation system changes greatly, the liquid surface position in the change reaction tower is stabilized, which can contribute to a highly efficient desulfurization reaction.
[0034]
Further, according to the combined fuel gasification combined power generation system according to the present invention (claim 2), in addition to the effect of the combined fuel gasification combined generation system according to claim 1, the circulation flow rate on the liquid side of the desulfurization facility is set to a flow meter or the like. It is possible to easily control the desulfurization performance by changing the flow rate or mass flow rate of the fuel gas obtained from the above.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a combined fuel gasification power generation system according to a first embodiment.
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a combined fuel gasification power generation system according to a second embodiment.
FIG. 3 is a configuration diagram showing a combined fuel gasification power generation system according to a third embodiment;
FIG. 4 is a block diagram showing a conventional combined fuel gasification combined power generation system.
[Explanation of symbols]
1, 44 Fuel 2, 45
Claims (2)
反応塔の中で前記燃料ガス中の硫化物を取り除く脱硫設備と、
前記燃料ガスを燃料として駆動するガスタービンに接続する発電機で電力を発生させるガスタービン発電設備と、
を有する燃料ガス化複合発電システムにおいて、
前記ガス化炉と前記脱硫設備との間を連通する配管に流量計と温度計と圧力計から構成される計測手段を有し、当該計測手段から求まる前記燃料ガスの流速に応じて前記ガス化炉に供給される前記燃料および前記酸化剤の供給量を制御することを特徴とする燃料ガス化複合発電システム。A gasifier facility for generating fuel gas with fuel and an oxidant;
A desulfurization facility for removing sulfides in the fuel gas in a reaction tower;
A gas turbine power generation facility for generating electric power with a generator connected to a gas turbine that drives the fuel gas as fuel; and
In the combined fuel gasification power generation system,
A pipe communicating between the gasification furnace and the desulfurization equipment has a measuring means including a flow meter, a thermometer, and a pressure gauge, and the gasification is performed according to the flow rate of the fuel gas obtained from the measuring means. A fuel gasification combined power generation system characterized by controlling supply amounts of the fuel and the oxidant supplied to a furnace.
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