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JP7720682B2 - Waste heat recovery boilers, steam turbine equipment and gasification equipment - Google Patents
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JP7720682B2 - Waste heat recovery boilers, steam turbine equipment and gasification equipment - Google Patents

Waste heat recovery boilers, steam turbine equipment and gasification equipment

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JP7720682B2 JP2019176988A JP2019176988A JP7720682B2 JP 7720682 B2 JP7720682 B2 JP 7720682B2 JP 2019176988 A JP2019176988 A JP 2019176988A JP 2019176988 A JP2019176988 A JP 2019176988A JP 7720682 B2 JP7720682 B2 JP 7720682B2
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Description

本発明は、排熱回収ボイラ、蒸気タービン設備及びガス化設備に関する。 The present invention relates to a waste heat recovery steam generator, a steam turbine facility, and a gasification facility.

石炭等の炭素含有固体燃料をガス化炉内に供給し、炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化して複合発電を行うプラントとして、石炭ガス化複合発電(IGCC:Integrated Coal Gasification Combined Cycle)が知られている(例えば特許文献1)。 Integrated coal gasification combined cycle (IGCC) power plants are known as plants that generate combined power by supplying carbon-containing solid fuel, such as coal, into a gasification furnace and partially combusting and gasifying the carbon-containing solid fuel (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1には、高圧過熱器、高圧蒸発器、低圧節炭器が設けられた排熱回収ボイラが開示されており、高圧過熱器から供給された蒸気によって蒸気タービンが駆動されることが記載されている。 Patent Document 1 discloses a heat recovery boiler equipped with a high-pressure superheater, a high-pressure evaporator, and a low-pressure economizer, and states that a steam turbine is driven by steam supplied from the high-pressure superheater.

特開2017-206643号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-206643

排熱回収ボイラによって生成された蒸気の一部は、補助蒸気として様々な機器(例えばガス化炉、ガス精製設備等)に供給されている。 A portion of the steam generated by the heat recovery boiler is supplied as auxiliary steam to various equipment (e.g., gasifiers, gas purification facilities, etc.).

このような補助蒸気は高圧タービン出口から供給されることがあるが、特許文献1に開示されている構成の場合、補助蒸気で要求される圧力によって高圧タービン出口の圧力を設計する場合がある。この場合、補助蒸気で要求される圧力を加味して蒸気タービンを設計する必要があるので、蒸気タービンの設計の自由度が制限され、蒸気タービンを最適な条件で運転されない状態が発生し得ることとなる。 Such auxiliary steam is sometimes supplied from the high-pressure turbine outlet, but in the configuration disclosed in Patent Document 1, the pressure at the high-pressure turbine outlet may be designed based on the pressure required for the auxiliary steam. In this case, the steam turbine must be designed taking into account the pressure required for the auxiliary steam, which limits the freedom of design for the steam turbine and can result in the steam turbine not being operated under optimal conditions.

また、ガスタービンの負荷に依っては排熱回収ボイラに導かれる排ガスの温度が変動することがある(例えば部分負荷時)。この場合、同一箇所の抽気点では一定圧力の補助蒸気を取り出せない可能性がある。このため、排ガスの温度が変動した場合に一定圧力の補助蒸気を取り出せるよう、定格負荷時の抽気点よりも高温高圧の位置に他の抽気点を設けたうえで、これらの抽気点を切り替え可能に構成することがある。しかし、抽気点を切り替え可能とした構成とすると、設備費が増加して経済性が悪化する恐れがある。
また、ガスタービンの部分負荷を考慮して、定格負荷時の抽気点に対して高温高圧側の位置に抽気点を設けることもある。しかし、この構成では、定格負荷時において余裕がある抽気点から補助蒸気を抽気することとなり効率低下の一因となる。
Furthermore, depending on the load of the gas turbine, the temperature of the exhaust gas introduced into the heat recovery steam generator may fluctuate (for example, during partial load). In this case, it may be impossible to extract auxiliary steam at a constant pressure from the same extraction point. For this reason, to be able to extract auxiliary steam at a constant pressure when the temperature of the exhaust gas fluctuates, other extraction points may be provided at positions with higher temperatures and pressures than the extraction point at rated load, and these extraction points may be configured to be switchable. However, configuring the extraction point to be switchable may increase equipment costs and reduce economic efficiency.
In addition, in consideration of partial load of the gas turbine, the extraction point may be located on the high-temperature, high-pressure side of the extraction point at rated load. However, in this configuration, auxiliary steam is extracted from an extraction point with sufficient capacity at rated load, which is one cause of reduced efficiency.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ガスタービンの負荷に依らず一定圧力の補助蒸気を取り出すことができ、また、要求される補助蒸気の圧力に依らず蒸気タービンを最適な条件で運転することができる排熱回収ボイラ、蒸気タービン設備及びガス化設備を提供することを目的とする。 The present invention was made in light of these circumstances, and aims to provide a heat recovery steam generator, steam turbine equipment, and gasification equipment that can extract auxiliary steam at a constant pressure regardless of the load on the gas turbine, and that can operate the steam turbine under optimal conditions regardless of the required auxiliary steam pressure.

上記課題を解決するために、本発明に係る排熱回収ボイラ、蒸気タービン設備及びガス化設備は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様に係る排熱回収ボイラは、ガスタービンから導かれて流路を流通する排ガスによって蒸気を生成する排熱回収ボイラであって、所定圧力の蒸気を過熱する第1過熱器と、前記第1過熱器の蒸気出口に接続されている蒸気配管と、該蒸気配管に設けられている圧力調整弁と、蒸気の流れ方向において前記圧力調整弁よりも上流側の前記蒸気配管に接続されている補助蒸気配管と、蒸気の流れ方向において前記圧力調整弁よりも上流側の前記蒸気配管に設けられ、前記蒸気配管を流通する蒸気の圧力を測定する圧力計とを備えている。
In order to solve the above problems, the heat recovery steam generator, steam turbine facility, and gasification facility according to the present invention employ the following measures.
That is, a heat recovery boiler according to one aspect of the present invention is a heat recovery boiler that generates steam from exhaust gas that is guided from a gas turbine and flows through a flow path, and is equipped with a first superheater that superheats steam at a predetermined pressure, a steam pipe connected to the steam outlet of the first superheater, a pressure regulating valve provided on the steam pipe, an auxiliary steam pipe connected to the steam pipe upstream of the pressure regulating valve in the steam flow direction, and a pressure gauge that is provided on the steam pipe upstream of the pressure regulating valve in the steam flow direction and measures the pressure of steam flowing through the steam pipe.

本態様に係る排熱回収ボイラによれば、ガスタービンから導かれて流路を流通する排ガスによって蒸気を生成する排熱回収ボイラであって、所定圧力の蒸気を過熱する第1過熱器と、第1過熱器の蒸気出口に接続されている蒸気配管と、蒸気配管に設けられている圧力調整弁と、蒸気の流れ方向において圧力調整弁よりも上流側の蒸気配管に接続されている補助蒸気配管と、蒸気の流れ方向において圧力調整弁よりも上流側の蒸気配管に設けられ、蒸気配管を流通する蒸気の圧力を測定する圧力計とを備えている。
これによって、圧力調整弁及び圧力計を用いて補助蒸気配管に対する前圧制御(圧力調整弁によって圧力調整弁よりも上流側の圧力を制御すること)が可能な状態となり、ガスタービンの負荷に依らず一定圧力の蒸気を第1過熱器から補助蒸気配管を介して補助蒸気として取り出すことができる。ここで言う「圧力調整弁よりも上流側の圧力」とは、例えば、第1過熱器の蒸気圧、蒸気配管内の蒸気圧及び補助蒸気配管内の蒸気圧等である。
また、第1過熱器に所定圧力の蒸気を供給する第1蒸発器が設置される場合、圧力調整弁によってその第1蒸発器内の圧力を前圧制御によって調整することができる。
また、仮に排ガスの流れ方向において第1過熱器よりも上流側に所定圧力よりも高い圧力の蒸気を過熱する第2過熱器が設置されている場合であって、第2過熱器から供給される蒸気やその蒸気によって駆動される蒸気タービンから排出される蒸気を補助蒸気として取り出すとき、要求される補助蒸気の圧力に依っては蒸気タービンを最適な条件で運転することができない可能性があり、設備全体としての性能低下が懸念される。しかし、本態様のように、第1過熱器から取り出した蒸気を補助蒸気とすることで、要求される補助蒸気の圧力に依らず蒸気タービンを最適な条件で運転することができる。補助蒸気の供給源となる第1過熱器と蒸気タービンの駆動用蒸気の供給源となる第2過熱器とを互いに独立した過熱器としたためである。
なお、補助蒸気は、例えばガスタービンに供給される燃料ガスの加熱源に利用される。
The heat recovery boiler according to this aspect generates steam from exhaust gas guided from a gas turbine and flowing through a flow path, and includes a first superheater that superheats steam at a predetermined pressure, a steam pipe connected to the steam outlet of the first superheater, a pressure regulating valve provided in the steam pipe, an auxiliary steam pipe connected to the steam pipe upstream of the pressure regulating valve in the steam flow direction, and a pressure gauge that is provided in the steam pipe upstream of the pressure regulating valve in the steam flow direction and measures the pressure of the steam flowing through the steam pipe.
This enables the use of a pressure regulating valve and a pressure gauge to control the front pressure of the auxiliary steam pipe (controlling the pressure upstream of the pressure regulating valve using the pressure regulating valve), and steam at a constant pressure can be extracted as auxiliary steam from the first superheater through the auxiliary steam pipe regardless of the load on the gas turbine. The "pressure upstream of the pressure regulating valve" referred to here refers to, for example, the steam pressure of the first superheater, the steam pressure in the steam pipe, and the steam pressure in the auxiliary steam pipe.
Furthermore, when a first evaporator that supplies steam at a predetermined pressure to the first superheater is installed, the pressure in the first evaporator can be adjusted by a pressure regulating valve through front pressure control.
Furthermore, even if a second superheater for superheating steam at a pressure higher than a predetermined pressure is installed upstream of the first superheater in the exhaust gas flow direction, when the steam supplied from the second superheater or the steam discharged from the steam turbine driven by that steam is extracted as auxiliary steam, the steam turbine may not be able to operate under optimal conditions depending on the required pressure of the auxiliary steam, which may result in a decrease in performance of the entire facility. However, by using the steam extracted from the first superheater as auxiliary steam as in this embodiment, the steam turbine can be operated under optimal conditions regardless of the required pressure of the auxiliary steam. This is because the first superheater, which serves as the auxiliary steam supply source, and the second superheater, which serves as the steam supply source for driving the steam turbine, are independent superheaters.
The auxiliary steam is used, for example, as a heating source for fuel gas supplied to a gas turbine.

また、本発明の一態様に係る排熱回収ボイラは、前記圧力計からの情報に基づいて前記圧力調整弁の開度を決定する制御部とを備えている。 Furthermore, a heat recovery steam generator according to one aspect of the present invention is equipped with a control unit that determines the opening degree of the pressure regulating valve based on information from the pressure gauge.

本態様に係る排熱回収ボイラによれば、圧力計からの情報に基づいて圧力調整弁の開度を決定する制御部とを備えている。これによって、前圧制御を可能とする。 The heat recovery steam generator according to this embodiment is equipped with a control unit that determines the opening degree of the pressure adjustment valve based on information from the pressure gauge. This enables front pressure control.

また、本発明の一態様に係る排熱回収ボイラは、前記所定圧力の蒸気を生成して、前記第1過熱器に前記所定圧力の蒸気を供給する第1蒸発器と、ガスの流れ方向において、前記第1蒸発器よりも下流の前記流路から排ガスを抽気する抽気配管とを備えている。 Furthermore, a heat recovery steam generator according to one aspect of the present invention includes a first evaporator that generates steam at the predetermined pressure and supplies the steam at the predetermined pressure to the first superheater, and an extraction pipe that extracts exhaust gas from the flow path downstream of the first evaporator in the gas flow direction.

本態様に係る排熱回収ボイラによれば、所定圧力の蒸気を生成して、第1過熱器に所定圧力の蒸気を供給する第1蒸発器と、ガスの流れ方向において、第1蒸発器よりも下流の流路から排ガスを抽気する抽気配管とを備えている。
これによって、第1蒸発器の圧力を圧力調整弁によって一定に保持することで、第1蒸発器の温度を一定に保つことができる。このため、排ガスの流れ方向において第1蒸発器の下流(特に、第1蒸発器に近接している位置)の流路にある排ガスの温度を一定に保持することができる。そして、排ガスの流れ方向において第1蒸発器の下流の流路から排ガスを抽気することによって、ガスタービンの負荷に依らず一定温度の排ガスを抽気することができる。なお、抽気された排ガスは、例えば炭素含有固体燃料の乾燥に用いられる。
また、排ガスの流れ方向において第1過熱器よりも上流側から排ガスを抽気した場合と比べて、第1過熱器や第1蒸発器にて熱交換される蒸気と排ガスとの間の熱量を増加させることができる。
なお、第1蒸発器は、蒸気配管が接続された第1過熱器に蒸気を供給するよう構成されていればよく、圧力(例えば、低圧、中圧及び高圧等)は限定されない。
The heat recovery boiler according to this aspect includes a first evaporator that generates steam at a predetermined pressure and supplies the steam at the predetermined pressure to the first superheater, and an extraction pipe that extracts exhaust gas from a flow path downstream of the first evaporator in the gas flow direction.
As a result, by maintaining the pressure of the first evaporator constant using the pressure regulating valve, the temperature of the first evaporator can be maintained constant. Therefore, the temperature of the exhaust gas in the flow path downstream of the first evaporator in the flow direction of the exhaust gas (particularly, at a position close to the first evaporator) can be maintained constant. Then, by extracting exhaust gas from the flow path downstream of the first evaporator in the flow direction of the exhaust gas, exhaust gas at a constant temperature can be extracted regardless of the load on the gas turbine. The extracted exhaust gas is used, for example, to dry a carbon-containing solid fuel.
In addition, compared to when exhaust gas is extracted from upstream of the first superheater in the flow direction of the exhaust gas, the amount of heat exchanged between the steam and the exhaust gas in the first superheater or the first evaporator can be increased.
The first evaporator may be configured to supply steam to the first superheater connected to the steam pipe, and the pressure (for example, low pressure, medium pressure, high pressure, etc.) is not limited.

また、本発明の一態様に係る排熱回収ボイラにおいて、前記所定圧力は、第1圧力よりも高い圧力とされ、前記第1圧力の蒸気を生成する第2蒸発器を備え、前記抽気配管は、前記第1蒸発器と前記第2蒸発器との間の前記流路から排ガスを抽気している。 In one aspect of the present invention, the heat recovery steam generator has a second evaporator that generates steam at the first pressure, where the predetermined pressure is higher than the first pressure, and the extraction pipe extracts exhaust gas from the flow path between the first evaporator and the second evaporator.

本態様に係る排熱回収ボイラによれば、所定圧力は第1圧力よりも高い圧力とされ、第1圧力の蒸気を生成する第2蒸発器を備え、抽気配管は、第1蒸発器と第2蒸発器との間の流路から排ガスを抽気している。
第1蒸発器の圧力を圧力調整弁によって一定に保持することで、第1蒸発器の温度を一定に保つことができる。このため、第1蒸発器と第2蒸発器との間(特に、第1蒸発器に近接している位置)の流路にある排ガスの温度を一定に保持することができる。そして、第1蒸発器と第2蒸発器との間から排ガスを抽気することによって、ガスタービンの負荷に依らず一定温度の排ガスを抽気することができる。なお、抽気された排ガスは、例えば炭素含有固体燃料の乾燥に用いられる。
また、排ガスの流れ方向において第1過熱器よりも上流側から排ガスを抽気した場合と比べて、第1過熱器や第2蒸発器にて熱交換される蒸気と排ガスとの間の熱量を増加させることができる。
In the heat recovery boiler of this embodiment, the predetermined pressure is set to a pressure higher than the first pressure, and the boiler is provided with a second evaporator that generates steam at the first pressure, and the extraction piping extracts exhaust gas from the flow path between the first evaporator and the second evaporator.
By maintaining the pressure of the first evaporator constant using the pressure regulating valve, the temperature of the first evaporator can be maintained constant. Therefore, the temperature of the exhaust gas in the flow path between the first evaporator and the second evaporator (particularly, the position close to the first evaporator) can be maintained constant. Then, by extracting the exhaust gas from between the first evaporator and the second evaporator, it is possible to extract exhaust gas at a constant temperature regardless of the load on the gas turbine. The extracted exhaust gas is used, for example, to dry a carbon-containing solid fuel.
In addition, compared to when exhaust gas is extracted from upstream of the first superheater in the flow direction of the exhaust gas, the amount of heat exchanged between the steam and the exhaust gas in the first superheater and the second evaporator can be increased.

また、本発明の一態様に係る蒸気タービン設備は、前記所定圧力よりも高い第2圧力の蒸気を過熱する第2過熱器が設けられた上述の排熱回収ボイラと、前記第2過熱器から供給される蒸気によって駆動される蒸気タービンとを備えている。 Furthermore, a steam turbine facility according to one aspect of the present invention includes the above-mentioned heat recovery steam generator provided with a second superheater that superheats steam at a second pressure higher than the predetermined pressure, and a steam turbine driven by steam supplied from the second superheater.

本態様に係る蒸気タービン設備によれば、所定圧力よりも高い第2圧力の蒸気を過熱する第2過熱器が設けられた上述の排熱回収ボイラと、第2過熱器から供給される蒸気によって駆動される蒸気タービンとを備えている。
これによれば、補助蒸気の供給源となる第1過熱器と蒸気タービンの駆動用蒸気の供給源となる第2過熱器とが独立した過熱器とすることができる。このため、要求される補助蒸気の圧力に依らず蒸気タービンを最適な条件で運転することができる。
The steam turbine equipment according to this aspect includes the above-mentioned heat recovery boiler provided with a second superheater that superheats steam at a second pressure higher than the predetermined pressure, and a steam turbine driven by steam supplied from the second superheater.
This allows the first superheater, which serves as a supply source of auxiliary steam, and the second superheater, which serves as a supply source of steam for driving the steam turbine, to be independent superheaters, allowing the steam turbine to be operated under optimal conditions regardless of the required pressure of auxiliary steam.

また、本発明の一態様に係るガス化設備は、上述の排熱回収ボイラと、炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉と、前記ガス化炉にてガス化された生成ガスを精製するガス精製設備と、該ガス精製設備によって精製された燃料ガスによって駆動されるガスタービンとを備え、前記補助蒸気配管によって取り出された蒸気は、前記ガスタービンに供給される前記燃料ガスを加熱する。 A gasification system according to one aspect of the present invention includes the above-described exhaust heat recovery boiler, a gasification furnace that gasifies a carbon-containing solid fuel, a gas purification system that purifies the product gas gasified in the gasification furnace, and a gas turbine driven by the fuel gas purified by the gas purification system, and the steam extracted by the auxiliary steam piping heats the fuel gas supplied to the gas turbine.

本態様に係るガス化設備によれば、上述の排熱回収ボイラと、炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉と、ガス化炉にてガス化された生成ガスを精製するガス精製設備と、ガス精製設備によって精製された燃料ガスによって駆動されるガスタービンとを備え、補助蒸気配管によって取り出された蒸気は、ガスタービンに供給される燃料ガスを加熱する。
これによって、可及的に高温の燃料ガスをガスタービンに供給できるので、ガスタービンでの燃焼効率を向上させることができる。
The gasification equipment according to this embodiment includes the above-mentioned exhaust heat recovery boiler, a gasification furnace that gasifies the carbon-containing solid fuel, a gas purification facility that purifies the product gas gasified in the gasification furnace, and a gas turbine driven by the fuel gas purified by the gas purification facility, and the steam extracted by the auxiliary steam piping heats the fuel gas supplied to the gas turbine.
This allows fuel gas with the highest possible temperature to be supplied to the gas turbine, thereby improving the combustion efficiency in the gas turbine.

また、本発明の一態様に係るガス化設備は、上述の排熱回収ボイラと、炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉とを備え、前記抽気配管によって抽気された排ガスは、前記ガス化炉に供給される前記炭素含有固体燃料を乾燥させる。 Furthermore, a gasification facility according to one aspect of the present invention includes the above-described exhaust heat recovery boiler and a gasification furnace that gasifies carbon-containing solid fuel, and the exhaust gas extracted by the extraction pipe dries the carbon-containing solid fuel that is supplied to the gasification furnace.

本態様に係るガス化設備によれば、上述の排熱回収ボイラと、炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉とを備え、抽気配管によって抽気された排ガスは、ガス化炉に供給される前記炭素含有固体燃料を乾燥させる。これによって、ガスタービンの負荷に依らず一定温度の排ガスにより炭素含有固体燃料を乾燥できるので、乾燥熱量が不足することを回避できる。 The gasification equipment according to this embodiment includes the above-mentioned exhaust heat recovery boiler and a gasification furnace that gasifies carbon-containing solid fuel, and the exhaust gas extracted through the extraction pipe dries the carbon-containing solid fuel that is supplied to the gasification furnace. This allows the carbon-containing solid fuel to be dried using exhaust gas at a constant temperature regardless of the load on the gas turbine, thereby avoiding a shortage of drying heat.

本発明に係る排熱回収ボイラ、蒸気タービン設備及びガス化設備によれば、ガスタービンの負荷に依らず一定圧力の補助蒸気を取り出すことができ、また、要求される補助蒸気の圧力に依らず蒸気タービンを最適な条件で運転することができる。 The heat recovery steam generator, steam turbine equipment, and gasification equipment of the present invention can extract auxiliary steam at a constant pressure regardless of the load on the gas turbine, and can operate the steam turbine under optimal conditions regardless of the required auxiliary steam pressure.

本発明の一実施形態に係る石炭ガス化複合発電設備を示した概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing an integrated coal gasification combined cycle power generation facility according to an embodiment of the present invention. 排熱回収ボイラの各熱交換器の配置や配管の取り回しを示した模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the arrangement of heat exchangers and piping of a heat recovery boiler. ガスタービンの負荷と中圧蒸発器の出口ガス温度及び飽和温度との関係を示した図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the load of the gas turbine and the outlet gas temperature and saturation temperature of the intermediate-pressure evaporator.

以下、本発明の一実施形態に係る排熱回収ボイラ、蒸気タービン設備及びガス化設備について図を用いて説明する。 The following describes a heat recovery steam generator, steam turbine equipment, and gasification equipment according to one embodiment of the present invention, using diagrams.

[石炭ガス化複合発電設備の全体構成]
図1には、本実施形態に係る石炭ガス化複合発電設備の概略構成が示されている。
石炭ガス化複合発電設備(IGCC:Integrated Coal Gasification Combined Cycle)1は、ガス化炉設備3を備えている。ガス化炉設備3は、空気を酸化剤として用いており、石炭等の炭素含有固体燃料から可燃性ガス(生成ガス)を生成する空気燃焼方式を採用している。石炭ガス化複合発電設備1は、ガス化炉設備3で生成した生成ガスを、ガス精製設備5で精製して燃料ガスとした後、ガスタービン装置7に供給して発電を行っている。すなわち、石炭ガス化複合発電設備1は、空気燃焼方式(空気吹き)の発電設備となっている。
なお、本実施形態では空気吹きとして説明するが、酸素吹きとしても良い。ガス化炉設備3に供給する炭素含有固体燃料としては、例えば石炭が用いられる。
[Overall configuration of integrated coal gasification combined cycle power generation facility]
FIG. 1 shows a schematic configuration of an integrated coal gasification combined cycle power generation facility according to this embodiment.
The integrated coal gasification combined cycle (IGCC) plant 1 includes a gasifier 3. The gasifier 3 uses air as an oxidizer and employs an air combustion system to generate combustible gas (produced gas) from carbon-containing solid fuel such as coal. The integrated coal gasification combined cycle plant 1 refines the produced gas generated in the gasifier 3 in a gas refinement system 5 to produce fuel gas, which is then supplied to a gas turbine unit 7 to generate power. In other words, the integrated coal gasification combined cycle plant 1 is an air combustion (air-blown) power generation plant.
Although the present embodiment will be described as air-blown, oxygen-blown may also be used. As the carbon-containing solid fuel supplied to the gasification furnace facility 3, for example, coal is used.

石炭ガス化複合発電設備1は、給炭設備9と、ガス化炉設備3と、チャー回収設備11と、ガス精製設備5と、ガスタービン装置7と、蒸気タービン装置18と、発電機19と、排熱回収ボイラ(HRSG:Heat Recovery Steam Generator)20とを備えている。 The integrated coal gasification combined cycle power generation facility 1 includes a coal supply facility 9, a gasifier facility 3, a char recovery facility 11, a gas purification facility 5, a gas turbine unit 7, a steam turbine unit 18, a generator 19, and a heat recovery steam generator (HRSG) 20.

給炭設備9は、原炭として炭素含有固体燃料である石炭が給炭バンカから供給され、石炭を石炭ミル13で粉砕することで、細かい粒子状に粉砕した微粉炭を製造する。石炭ミル13で製造された微粉炭は、各微粉炭ホッパ14から給炭ライン15を経て、空気分離設備42から供給される搬送用イナートガスとしての窒素ガスによって加圧されて、ガス化炉設備3へ向けて供給される。イナートガスとは、酸素含有率が約5体積%以下の不活性ガスであり、窒素ガスや二酸化炭素ガスやアルゴンガスなどが代表例であるが、必ずしも約5%以下に制限されるものではない。 The coal supply facility 9 receives coal, a carbon-containing solid fuel, from a coal supply bunker as raw coal, and pulverizes the coal in a coal mill 13 to produce pulverized coal. The pulverized coal produced in the coal mill 13 is pressurized by nitrogen gas, an inert gas for transport supplied from the air separation facility 42, from each pulverized coal hopper 14 via a coal supply line 15 and supplied to the gasification facility 3. An inert gas is an inert gas with an oxygen content of approximately 5% by volume or less. Typical examples include nitrogen gas, carbon dioxide gas, and argon gas, but it is not necessarily limited to approximately 5% or less.

なお、石炭に水分が多く含まれる場合、石炭を乾燥させるために、排熱回収ボイラ20から抽気された排ガスによって石炭を乾燥できるように構成されてもよい。なお、抽気の詳細については後述する。 If the coal contains a large amount of moisture, the coal may be dried using exhaust gas extracted from the heat recovery steam generator 20. Details of the extracted gas will be described later.

ガス化炉設備3は、給炭設備9で製造された微粉炭が供給されると共に、チャー回収設備11で回収されたチャー(石炭の未反応分と灰分)が戻されて再利用可能に供給されている。 The gasification furnace facility 3 is supplied with pulverized coal produced by the coal supply facility 9, and char (unreacted coal and ash) recovered by the char recovery facility 11 is returned and supplied for reuse.

ガス化炉設備3には、ガスタービン装置7(圧縮機61)からの圧縮空気供給ライン41が接続されており、ガスタービン装置7で圧縮された圧縮空気の一部が昇圧機68で所定圧力に昇圧されてガス化炉(ガス化部)16に供給可能となっている。空気分離設備42は、大気中の空気から窒素と酸素を分離生成するものであり、第1窒素供給ライン43によって空気分離設備42とガス化炉設備3とが接続されている。そして、この第1窒素供給ライン43には、給炭設備9からの給炭ライン15が接続されている。また、第1窒素供給ライン43から分岐する第2窒素供給ライン45もガス化炉設備3に接続されており、この第2窒素供給ライン45には、チャー回収設備11からのチャー戻しライン46が接続されている。更に、空気分離設備42は、酸素供給ライン47によって、圧縮空気供給ライン41と接続されている。そして、空気分離設備42によって分離された窒素は、第1窒素供給ライン43及び第2窒素供給ライン45を流通することで、石炭やチャーの搬送用ガスとして利用される。また、空気分離設備42によって分離された酸素は、酸素供給ライン47及び圧縮空気供給ライン41を流通することで、ガス化炉設備3において酸化剤として利用される。 A compressed air supply line 41 from the gas turbine unit 7 (compressor 61) is connected to the gasifier facility 3, and a portion of the compressed air compressed by the gas turbine unit 7 is boosted to a predetermined pressure by a booster 68 so that it can be supplied to the gasifier (gasification section) 16. The air separation facility 42 separates and generates nitrogen and oxygen from atmospheric air, and is connected to the gasifier facility 3 by a first nitrogen supply line 43. The first nitrogen supply line 43 is connected to the coal feed line 15 from the coal feed facility 9. A second nitrogen supply line 45 branching off from the first nitrogen supply line 43 is also connected to the gasifier facility 3, and a char return line 46 from the char recovery facility 11 is connected to the second nitrogen supply line 45. The air separation facility 42 is further connected to the compressed air supply line 41 by an oxygen supply line 47. The nitrogen separated by the air separation equipment 42 flows through a first nitrogen supply line 43 and a second nitrogen supply line 45, and is used as a carrier gas for coal and char. The oxygen separated by the air separation equipment 42 flows through an oxygen supply line 47 and a compressed air supply line 41, and is used as an oxidizing agent in the gasification furnace equipment 3.

ガス化炉設備3は、例えば、2段噴流床形式のガス化炉16を備えている。ガス化炉設備3は、内部に供給された石炭(微粉炭)及びチャーを酸化剤(空気、酸素)により部分燃焼させることでガス化させ生成ガスとする。ガス化炉16内は加圧状態とされ、例えば、3~4MPa(ゲージ圧)とされている。
バーナ30,31は、上下二段に設けられている。下方のバーナ30に相当する位置には、コンバスタ部32が設けられており、微粉炭の一部を燃焼させることでガス化のための熱を供給する。上方のバーナ31に相当する位置には、リダクタ部33が設けられ、微粉炭をガス化する。
リダクタ部33の下流側には、シンガスクーラ35(生成ガス冷却器)が設けられており、生成ガスを所定温度まで冷却してからチャー回収設備11に供給する。シンガスクーラ35では蒸気が生成され、生成後の蒸気は排熱回収ボイラ(HRSG)20へと導かれる。
The gasification furnace facility 3 includes, for example, a two-stage entrained flow type gasification furnace 16. The gasification furnace facility 3 gasifies coal (pulverized coal) and char supplied therein by partially burning them with an oxidizing agent (air, oxygen) to produce a generated gas. The interior of the gasification furnace 16 is pressurized, for example, to 3 to 4 MPa (gauge pressure).
The burners 30 and 31 are provided in two stages, one above the other. A combustor section 32 is provided at a position corresponding to the lower burner 30, and supplies heat for gasification by burning a portion of the pulverized coal. A reductor section 33 is provided at a position corresponding to the upper burner 31, and gasifies the pulverized coal.
A syngas cooler 35 (a product gas cooler) is provided downstream of the reductor section 33, and cools the product gas to a predetermined temperature before supplying it to the char recovery facility 11. Steam is generated in the syngas cooler 35, and the generated steam is guided to a heat recovery steam generator (HRSG) 20.

ガス化炉設備3には、チャー回収設備11に向けて生成ガスを供給する生成ガスライン49が接続されており、チャーを含む生成ガスが排出可能となっている。 A product gas line 49 is connected to the gasification furnace equipment 3, which supplies product gas to the char recovery equipment 11, allowing the product gas containing char to be discharged.

チャー回収設備11は、集塵設備51と供給ホッパ52とを備えている。この場合、集塵設備51は、1つ又は複数のサイクロンやポーラスフィルタにより構成され、ガス化炉設備3で生成された生成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生成ガスは、ガス排出ライン53を通してガス精製設備5に送られる。供給ホッパ52は、集塵設備51で生成ガスから分離されたチャーを貯留するものである。集塵設備51と供給ホッパ52との間には、チャービン54が配置されている。チャービン54に対して、複数の供給ホッパ52が接続されている。供給ホッパ52からのチャー戻しライン46が第2窒素供給ライン45に接続されている。 The char recovery equipment 11 is equipped with a dust collection equipment 51 and a supply hopper 52. In this case, the dust collection equipment 51 is composed of one or more cyclones or porous filters and is capable of separating char contained in the product gas generated in the gasification furnace equipment 3. The product gas from which the char has been separated is then sent to the gas purification equipment 5 via a gas discharge line 53. The supply hopper 52 stores the char separated from the product gas in the dust collection equipment 51. A char bin 54 is disposed between the dust collection equipment 51 and the supply hopper 52. Multiple supply hoppers 52 are connected to the char bin 54. A char return line 46 from the supply hopper 52 is connected to the second nitrogen supply line 45.

ガス精製設備5は、チャー回収設備11によりチャーが分離された生成ガスに対して、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。
ガス精製設備5は、生成ガスを精製して燃料ガスを製造し、これをガスタービン装置7に供給する。チャーが分離された生成ガス中にはまだ硫黄分(HSなど)が含まれているため、ガス精製設備5では、アミン吸収液などによって硫黄分を除去回収して、有効利用する。
The gas purification equipment 5 purifies the product gas from which the char has been separated by the char recovery equipment 11 by removing impurities such as sulfur compounds and nitrogen compounds.
The gas purification equipment 5 purifies the produced gas to produce fuel gas, which is supplied to the gas turbine unit 7. Since the produced gas from which the char has been separated still contains sulfur components (such as H2S ), the gas purification equipment 5 removes and recovers the sulfur components using an amine absorbent or the like for effective use.

具体的には、COS変換器21、スクラバ22、冷却洗浄塔23を経た後に、HS吸収塔24に導かれてHSが吸収される。HS吸収塔24でHSを吸収した吸収液は、吸収液再生塔25で再生されると共に、HS吸収塔24へ返送される。HS吸収塔24で吸収液から分離されたHSガスは、オフガス燃焼炉26にて焼却処理された後に、排煙脱硫装置27へと導かれる。 Specifically, after passing through a COS converter 21, a scrubber 22, and a cooling and scrubbing tower 23, the wastewater is introduced into an H2S absorption tower 24 where H2S is absorbed. The absorbing solution that has absorbed H2S in the H2S absorption tower 24 is regenerated in an absorbing solution regeneration tower 25 and returned to the H2S absorption tower 24. The H2S gas separated from the absorbing solution in the H2S absorption tower 24 is incinerated in an off-gas combustion furnace 26 and then introduced into a flue gas desulfurization system 27.

ガスタービン装置7は、圧縮機61、燃焼器62、ガスタービン63を備えており、圧縮機61とガスタービン63とは、回転軸64により連結されている。燃焼器62には、圧縮機61からの圧縮空気供給ライン65が接続されると共に、ガス精製設備5から燃料ガス供給ライン66が接続されている。 The gas turbine unit 7 includes a compressor 61, a combustor 62, and a gas turbine 63. The compressor 61 and the gas turbine 63 are connected by a rotating shaft 64. A compressed air supply line 65 from the compressor 61 is connected to the combustor 62, and a fuel gas supply line 66 is connected to the gas purification facility 5.

燃焼器62とガスタービン63との間には、燃焼ガス供給ライン67が接続されている。ガスタービン装置7は、圧縮機61からガス化炉設備3に延びる圧縮空気供給ライン41が設けられており、中途部に昇圧機68が設けられている。従って、燃焼器62では、圧縮機61から供給された圧縮空気の一部とガス精製設備5から供給された燃料ガスの少なくとも一部とを混合して燃焼させることで燃焼ガスを発生させ、発生させた燃焼ガスをガスタービン63へ向けて供給する。そして、ガスタービン63は、供給された燃焼ガスにより回転軸64を回転駆動させることで発電機19を回転駆動させる。 A combustion gas supply line 67 is connected between the combustor 62 and the gas turbine 63. The gas turbine device 7 is provided with a compressed air supply line 41 extending from the compressor 61 to the gasifier equipment 3, with a booster 68 installed midway through. Therefore, the combustor 62 generates combustion gas by mixing and burning a portion of the compressed air supplied from the compressor 61 with at least a portion of the fuel gas supplied from the gas purification equipment 5, and supplies the generated combustion gas to the gas turbine 63. The gas turbine 63 then drives the generator 19 by rotating its rotating shaft 64 using the supplied combustion gas.

蒸気タービン設備であれば備えている蒸気タービン装置18は、ガスタービン装置7の回転軸64に連結される蒸気タービン69を備えている。蒸気タービン69の下流には、復水器72が接続されている。発電機19は、回転軸64の基端部に連結されている。なお、発電機19は、蒸気タービン69とガスタービン63との間に配置されても良い。排熱回収ボイラ20は、ガスタービン63からの排ガスライン70が接続されており、復水器72から導かれた給水とガスタービン63の排ガスとの間で熱交換を行うことで、蒸気を生成するものである。そして、排熱回収ボイラ20は、蒸気タービン装置18との間に蒸気供給ライン71が設けられている。また、排熱回収ボイラ20で生成する蒸気には、ガス化炉16のシンガスクーラ(SGC)35で生成ガスと熱交換して生成された蒸気を含んでいる。従って、蒸気タービン装置18では、排熱回収ボイラ20から供給された蒸気により蒸気タービン69が回転駆動され、回転軸64を回転させることで発電機19を回転駆動させる。 The steam turbine unit 18, which is included in the steam turbine facility, includes a steam turbine 69 connected to the rotating shaft 64 of the gas turbine unit 7. A condenser 72 is connected downstream of the steam turbine 69. The generator 19 is connected to the base end of the rotating shaft 64. The generator 19 may be disposed between the steam turbine 69 and the gas turbine 63. The exhaust gas line 70 from the gas turbine 63 is connected to the heat recovery steam generator 20, which generates steam by exchanging heat between the feedwater guided from the condenser 72 and the exhaust gas from the gas turbine 63. A steam supply line 71 is provided between the heat recovery steam generator 20 and the steam turbine unit 18. The steam generated by the heat recovery steam generator 20 includes steam generated by heat exchange with the generated gas in the syngas cooler (SGC) 35 of the gasifier 16. Therefore, in the steam turbine device 18, the steam turbine 69 is driven to rotate by steam supplied from the heat recovery boiler 20, which rotates the rotating shaft 64 and thereby drives the generator 19 to rotate.

排熱回収ボイラ20の出口には、煙突75が接続されており、燃焼ガスが大気へと放出される。なお、排熱回収ボイラ20の出口に、ガス浄化設備を設けても良い。 A chimney 75 is connected to the outlet of the heat recovery steam generator 20, and combustion gas is released into the atmosphere. Gas purification equipment may also be installed at the outlet of the heat recovery steam generator 20.

[石炭ガス化複合発電設備の動作]
次に、本実施形態に係る石炭ガス化複合発電設備1の動作について説明する。
石炭ガス化複合発電設備1において、給炭設備9の石炭ミル13に原炭(石炭)が供給されると、石炭は、石炭ミル13において細かい粒子状に粉砕されることで微粉炭となる。このとき、石炭に水分が多く含まれる場合、排熱回収ボイラ20から抽気された排ガスによって石炭が乾燥される。
[Operation of coal gasification combined cycle power generation facility]
Next, the operation of the integrated coal gasification combined cycle power generation facility 1 according to this embodiment will be described.
In the integrated coal gasification combined cycle power generation plant 1, when raw coal (coal) is supplied to the coal mill 13 of the coal supply facility 9, the coal is pulverized into fine particles in the coal mill 13. At this time, if the coal contains a large amount of moisture, the coal is dried by the exhaust gas extracted from the heat recovery boiler 20.

給炭設備9で製造された微粉炭は、空気分離設備42から供給される窒素により第1窒素供給ライン43を流通してガス化炉設備3に供給される。また、後述するチャー回収設備11で回収されたチャーが、空気分離設備42から供給される窒素により第2窒素供給ライン45を流通してガス化炉設備3に供給される。更に、後述するガスタービン装置7から抽気された圧縮空気が昇圧機68で昇圧された後、空気分離設備42から供給される酸素と共に圧縮空気供給ライン41を通してガス化炉設備3に供給される。
ガス化炉設備3では、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、生成ガスを生成する。そして、この生成ガスは、ガス化炉設備3から生成ガスライン49を通って排出され、チャー回収設備11に送られる。
Pulverized coal produced in the coal feeding facility 9 is supplied to the gasifier facility 3 through a first nitrogen supply line 43 by nitrogen supplied from an air separation facility 42. Furthermore, char recovered in a char recovery facility 11 (described later) is supplied to the gasifier facility 3 through a second nitrogen supply line 45 by nitrogen supplied from the air separation facility 42. Furthermore, compressed air extracted from a gas turbine unit 7 (described later) is pressurized by a booster 68, and then supplied to the gasifier facility 3 through a compressed air supply line 41 together with oxygen supplied from the air separation facility 42.
In the gasifier 3, the supplied pulverized coal and char are combusted with compressed air (oxygen) and gasified to generate a generated gas. The generated gas is then discharged from the gasifier 3 through a generated gas line 49 and sent to the char recovery facility 11.

このチャー回収設備11にて、生成ガスは、まず、集塵設備51に供給されることで、生成ガスに含有する微粒のチャーが分離される。そして、チャーが分離された生成ガスは、ガス排出ライン53を通してガス精製設備5に送られる。一方、生成ガスから分離した微粒のチャーは、供給ホッパ52に堆積され、チャー戻しライン46を通ってガス化炉設備3に戻されてリサイクルされる。 In this char recovery facility 11, the generated gas is first supplied to a dust collection facility 51, which separates the fine char particles contained in the generated gas. The generated gas from which the char has been separated is then sent to the gas purification facility 5 via a gas discharge line 53. Meanwhile, the fine char particles separated from the generated gas are deposited in a supply hopper 52 and returned to the gasification furnace facility 3 via a char return line 46 for recycling.

チャー回収設備11によりチャーが分離された生成ガスは、ガス精製設備5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。精製された燃料ガスは、排熱回収ボイラ20から取り出された補助蒸気を加熱源として、加熱ヒータ105によって加熱される。このとき、燃料ガスは、所定の温度域(例えば約200℃)まで加熱される。なお。加熱前の燃料ガスは約120℃~130℃である。 The product gas from which the char has been separated in the char recovery system 11 is purified in the gas purification system 5 to remove impurities such as sulfur compounds and nitrogen compounds, producing fuel gas. The purified fuel gas is heated by the heater 105 using auxiliary steam extracted from the heat recovery boiler 20 as a heating source. At this time, the fuel gas is heated to a predetermined temperature range (e.g., approximately 200°C). Note that before heating, the fuel gas is at approximately 120°C to 130°C.

加熱ヒータ105によって加熱された燃料ガスを、燃料ガス供給ライン66の途中位置に設けられた燃料ガス加熱器80によって更に加熱してもよい。この場合、燃料ガスは、約300℃~600℃まで加熱される。燃料ガス加熱器80は、排熱回収ボイラ20から取り出された補助蒸気を加熱源とする。 The fuel gas heated by the heater 105 may be further heated by a fuel gas heater 80 installed midway along the fuel gas supply line 66. In this case, the fuel gas is heated to approximately 300°C to 600°C. The fuel gas heater 80 uses auxiliary steam extracted from the heat recovery steam generator 20 as its heating source.

圧縮機61は、圧縮空気を生成して燃焼器62に供給する。この燃焼器62は、圧縮機61から供給される圧縮空気と、燃料ガス加熱器80によって加熱された後の燃料ガスとを混合し、燃焼することで燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスによりガスタービン63を回転駆動することで、回転軸64を介して圧縮機61及び発電機19を回転駆動する。このようにして、ガスタービン装置7は発電を行うことができる。 The compressor 61 generates compressed air and supplies it to the combustor 62. The combustor 62 mixes the compressed air supplied from the compressor 61 with fuel gas heated by the fuel gas heater 80 and burns the mixture to generate combustion gas. This combustion gas drives the gas turbine 63, which in turn drives the compressor 61 and generator 19 via the rotating shaft 64. In this way, the gas turbine device 7 can generate electricity.

排熱回収ボイラ20は、ガスタービン63から排出された排ガスと、復水器72から供給された給水とで熱交換を行うことにより蒸気を生成し、この生成した蒸気を蒸気タービン装置18に供給する。蒸気タービン装置18では、排熱回収ボイラ20から供給された蒸気により回転駆動されることで、回転軸64を介して発電機19を回転駆動し、発電を行うことができる。
なお、ガスタービン装置7と蒸気タービン装置18は同一軸として1つの発電機19を回転駆動しなくてもよく、別の軸として複数の発電機を回転駆動しても良い。
The heat recovery boiler 20 generates steam by exchanging heat between the exhaust gas discharged from the gas turbine 63 and the feedwater supplied from the condenser 72, and supplies the generated steam to the steam turbine device 18. The steam turbine device 18 is rotationally driven by the steam supplied from the heat recovery boiler 20, thereby rotating the generator 19 via the rotating shaft 64, thereby generating electricity.
The gas turbine unit 7 and the steam turbine unit 18 do not have to rotate and drive one generator 19 on the same shaft, but may rotate and drive a plurality of generators on different shafts.

[排熱回収ボイラの構成]
次に、本実施形態に係る排熱回収ボイラ20の構成について説明する。
図2には、複数の熱交換器が流路82に設けられた排熱回収ボイラ20が示されている。ガスタービン63から導かれた排ガス(GT排ガス)は、同図において下方から上方へと流れる。排熱回収ボイラ20は、下方(GT排ガスの上流側)から順に、高圧(第2圧力)、中圧(所定圧力)、低圧(第1圧力)の各熱交換器を有する3圧構成とされている。
なお、各熱交換器の配置は、設備の仕様に応じて適宜変更され、熱交換器の順序が入れ替わったり複数の熱交換器が並列して設置されたりしてもよい。
[Configuration of waste heat recovery boiler]
Next, the configuration of the heat recovery steam generator 20 according to this embodiment will be described.
2 shows the heat recovery steam generator 20 in which a plurality of heat exchangers are provided in a flow path 82. Exhaust gas (GT exhaust gas) guided from the gas turbine 63 flows from bottom to top in the figure. The heat recovery steam generator 20 has a three-pressure configuration having, in order from the bottom (upstream side of the GT exhaust gas), high-pressure (second pressure), medium-pressure (predetermined pressure), and low-pressure (first pressure) heat exchangers.
The arrangement of the heat exchangers may be changed as appropriate depending on the specifications of the facility, and the order of the heat exchangers may be reversed or multiple heat exchangers may be installed in parallel.

流路82においてGT排ガスの上流側に位置する部分には、GT排ガスの上流側から順に、高圧過熱器(第2過熱器)93a、高圧蒸発器93b、高圧節炭器93cが設けられている。また、GT排ガスの流れ方向において、高圧過熱器93aと高圧蒸発器93bとの間には、再熱器94が設けられている。更に、高圧蒸発器93bと高圧節炭器93cとの間には、脱硝装置90が設けられている。
高圧過熱器93aの蒸気出口には蒸気供給ライン71が接続されており、蒸気タービン69に蒸気を供給できるように構成されている。
In the portion of the flow path 82 located upstream of the GT exhaust gas, a high-pressure superheater (second superheater) 93a, a high-pressure evaporator 93b, and a high-pressure economizer 93c are provided in this order from the upstream side of the GT exhaust gas. In addition, a reheater 94 is provided between the high-pressure superheater 93a and the high-pressure evaporator 93b in the flow direction of the GT exhaust gas. Furthermore, a denitration device 90 is provided between the high-pressure evaporator 93b and the high-pressure economizer 93c.
A steam supply line 71 is connected to the steam outlet of the high-pressure superheater 93 a so that steam can be supplied to the steam turbine 69 .

流路82においてGT排ガスの中流に位置する部分には、GT排ガスの上流側から順に、中圧過熱器(第1過熱器)92a、中圧蒸発器(第1蒸発器)92bが設けられている。中圧過熱器92aと再熱器94との間には蒸気配管PS1が設けられており、中圧過熱器92aの蒸気出口と再熱器94の蒸気入口とを接続している。蒸気配管PS1には、蒸気タービン69から排出された蒸気が導かれる配管が接続されていてもよい。蒸気の流れ方向において、この接続部よりも上流側の蒸気配管PS1には、圧力調整弁100が設けられている。
また、圧力調整弁100よりも上流側の蒸気配管PS1からは、補助蒸気配管PS2が分岐している。
更に、補助蒸気配管PS2の分岐部よりも上流側の蒸気配管PS1には、蒸気の圧力が測定可能な圧力計102が設けられている。なお、圧力計102の設置箇所は、図示された箇所に限定されるものではなく、例えば中圧蒸発器92b(ドラム)に設けられていてもよい。
In a portion of the flow path 82 located midstream of the GT exhaust gas, an intermediate-pressure superheater (first superheater) 92a and an intermediate-pressure evaporator (first evaporator) 92b are provided, in that order from the upstream side of the GT exhaust gas. A steam pipe PS1 is provided between the intermediate-pressure superheater 92a and the reheater 94, connecting the steam outlet of the intermediate-pressure superheater 92a to the steam inlet of the reheater 94. A pipe through which steam discharged from the steam turbine 69 is conducted may be connected to the steam pipe PS1. A pressure regulating valve 100 is provided in the steam pipe PS1 upstream of this connection in the steam flow direction.
Furthermore, an auxiliary steam pipe PS2 branches off from the steam pipe PS1 upstream of the pressure regulating valve 100.
Furthermore, the steam pipe PS1 upstream of the branch point of the auxiliary steam pipe PS2 is provided with a pressure gauge 102 capable of measuring the pressure of the steam. Note that the installation location of the pressure gauge 102 is not limited to the location shown in the figure, and it may be provided in, for example, the medium-pressure evaporator 92b (drum).

流路82においてGT排ガスの下流側に位置する部分には、GT排ガスの上流側から順に、低圧蒸発器(第2蒸発器)91b、低圧節炭器91cが設けられている。 In the portion of the flow path 82 located downstream of the GT exhaust gas, a low-pressure evaporator (second evaporator) 91b and a low-pressure economizer 91c are provided, in that order from the upstream side of the GT exhaust gas.

中圧蒸発器92bと低圧蒸発器91bとの間には、高温抽気配管PG1が設けられており、中圧蒸発器92bと低圧蒸発器91bとの間の流路82を流通するGT排ガスを抽気することができるように構成されている。なお、高温抽気配管PG1による抽気位置は、中圧蒸発器92bに近接した位置が好ましい。 A high-temperature extraction pipe PG1 is provided between the medium-pressure evaporator 92b and the low-pressure evaporator 91b, and is configured to extract the GT exhaust gas flowing through the flow path 82 between the medium-pressure evaporator 92b and the low-pressure evaporator 91b. The extraction position via the high-temperature extraction pipe PG1 is preferably close to the medium-pressure evaporator 92b.

低圧節炭器91cの下流側には、低温抽気配管PG2が設けられており、低圧節炭器91cの下流側の流路82を流通する排ガスを抽気することができるように構成されている。 A low-temperature extraction pipe PG2 is provided downstream of the low-pressure economizer 91c, and is configured to extract exhaust gas flowing through the flow path 82 downstream of the low-pressure economizer 91c.

高温抽気配管PG1と低温抽気配管PG2とは合流され、1系統の配管として石炭ミル13に導かれるように構成される。 The high-temperature extraction pipe PG1 and the low-temperature extraction pipe PG2 are joined together and configured to be led to the coal mill 13 as a single piping system.

[排熱回収ボイラ、蒸気配管、補助蒸気配管の動作]
次に、本実施形態に係る排熱回収ボイラ20の動作について説明する。
ガスタービン63から導かれた高温のGT排ガスは、流路82を下方から上方へと流れる。各熱交換器(過熱器、蒸発器、節炭器、再熱器等)は、GT排ガスと水(蒸気含む)との間で熱交換を行うことで、給水の加熱、所定圧力の蒸気の生成、蒸気の過熱等を行う。また、脱硝装置90によって、流路82を流通するGT排ガスに含まれる有害物質を無害化する。
[Operation of the heat recovery boiler, steam pipes, and auxiliary steam pipes]
Next, the operation of the heat recovery steam generator 20 according to this embodiment will be described.
High-temperature GT exhaust gas guided from the gas turbine 63 flows from bottom to top through the flow path 82. Each heat exchanger (superheater, evaporator, economizer, reheater, etc.) exchanges heat between the GT exhaust gas and water (including steam) to heat feedwater, generate steam at a predetermined pressure, superheat the steam, etc. In addition, a denitrification device 90 neutralizes harmful substances contained in the GT exhaust gas flowing through the flow path 82.

低圧節炭器91cは、復水器72から供給された給水を加熱する。低圧蒸発器91bは、低圧節炭器91cにて加熱された水を用いて低圧(第1圧力)の蒸気を生成する。 The low-pressure economizer 91c heats the feedwater supplied from the condenser 72. The low-pressure evaporator 91b generates low-pressure (first pressure) steam using the water heated by the low-pressure economizer 91c.

中圧蒸発器92bは、中圧節炭器(図示せず)にて加熱された水を用いて中圧の蒸気を生成する。中圧蒸発器92bにて生成された蒸気は、中圧過熱器92aによって過熱される。
中圧過熱器92aによる過熱度としては、例えば次のようものが挙げられる。すなわち、圧力調整弁100の圧損によって、或いは補助蒸気を使用先まで供給する間の減温によって、補助蒸気が湿り蒸気とならない程度の過熱度(例えば、10℃以上15℃以下)とされる。
The intermediate-pressure evaporator 92b generates intermediate-pressure steam using water heated by an intermediate-pressure economizer (not shown). The steam generated by the intermediate-pressure evaporator 92b is superheated by the intermediate-pressure superheater 92a.
The degree of superheating by the intermediate pressure superheater 92a can be set to, for example, the following: That is, the degree of superheating is set to a degree (for example, 10°C or more and 15°C or less) that prevents the auxiliary steam from becoming wet steam due to pressure loss in the pressure regulating valve 100 or temperature reduction while the auxiliary steam is being supplied to the user.

高圧蒸発器93bは、高圧節炭器93cにて加熱された水を用いて高圧(第2圧力)の蒸気が生成する。更に、高圧蒸発器93bにて生成された蒸気は、高圧過熱器93aによって過熱された後、蒸気供給ライン71を介して蒸気タービン69に供給される。なお、蒸気タービン69が2圧式又は3圧式の場合、高圧過熱器93aによって過熱された蒸気は高圧蒸気タービンに供給されることとなる。 The high-pressure evaporator 93b generates high-pressure (second pressure) steam using water heated in the high-pressure economizer 93c. Furthermore, the steam generated in the high-pressure evaporator 93b is superheated by the high-pressure superheater 93a and then supplied to the steam turbine 69 via the steam supply line 71. Note that if the steam turbine 69 is a two-pressure or three-pressure type, the steam superheated by the high-pressure superheater 93a is supplied to the high-pressure steam turbine.

次に、蒸気配管PS1及び補助蒸気配管PS2の動作について説明する。
中圧過熱器92aによって過熱された蒸気の一部は、蒸気配管PS1及び補助蒸気配管PS2を介して高温・中圧の補助蒸気として取り出される。補助蒸気の供給先は多岐にわたるが、一例としては、燃料ガス加熱器80に供給されて燃料ガスの加熱に利用される。これによって、ガス化設備であれば備えているガス精製設備5で冷却された燃料ガスを、ガスタービン63での燃焼温度に近付けてガスタービン63に供給することができるので、ガスタービン63の運転を高効率化することができる。
なお、ガスタービン63は、例えば、ガス精製設備5が備えらえているガス化設備に設けられている。
Next, the operation of the steam pipe PS1 and the auxiliary steam pipe PS2 will be described.
A portion of the steam superheated by the intermediate-pressure superheater 92a is extracted as high-temperature, intermediate-pressure auxiliary steam via the steam pipe PS1 and the auxiliary steam pipe PS2. The auxiliary steam can be supplied to a wide variety of destinations, but one example is to supply it to the fuel gas heater 80 and use it to heat the fuel gas. This allows the fuel gas cooled in the gas purification equipment 5 provided in the gasification equipment to be supplied to the gas turbine 63 at a temperature close to the combustion temperature in the gas turbine 63, thereby improving the efficiency of operation of the gas turbine 63.
The gas turbine 63 is provided, for example, in a gasification facility in which the gas purification facility 5 is provided.

このとき、補助蒸気配管PS2によって供給される補助蒸気の圧力は、圧力調整弁100を用いた、いわゆる前圧制御によって制御される。これによって、例えば、ガスタービン63の負荷によって変動するGT排ガスの温度や圧力に依らず、補助蒸気の圧力を一定に保持することができる。
また、これと合わせて、圧力調整弁100を用いた前圧制御によって、ガスタービン63の負荷に依らず、中圧過熱器92aの蒸気圧、中圧蒸発器92bの蒸気圧、蒸気配管PS1内の蒸気圧等が一定に保持される。
更に、中圧蒸発器92bの圧力を前圧制御によって一定に保持している場合には、中圧蒸発器92b内の飽和温度が一定となる。このため、中圧蒸発器92bの下流側の温度(中圧蒸発器92bの出口温度)も一定に保持される。これによって、ガスタービン63の負荷に依らず、中圧蒸発器92bによって熱交換されるGT排ガスの温度が一定に保持されることとなる。
At this time, the pressure of the auxiliary steam supplied through the auxiliary steam pipe PS2 is controlled by so-called front pressure control using a pressure regulating valve 100. This makes it possible to maintain the pressure of the auxiliary steam constant regardless of, for example, the temperature and pressure of the GT exhaust gas, which fluctuate depending on the load on the gas turbine 63.
In addition, by controlling the front pressure using the pressure regulating valve 100, the steam pressure of the intermediate pressure superheater 92a, the steam pressure of the intermediate pressure evaporator 92b, the steam pressure in the steam pipe PS1, etc. are kept constant regardless of the load on the gas turbine 63.
Furthermore, when the pressure of the intermediate-pressure evaporator 92b is kept constant by the front-pressure control, the saturation temperature in the intermediate-pressure evaporator 92b is kept constant. Therefore, the temperature downstream of the intermediate-pressure evaporator 92b (the outlet temperature of the intermediate-pressure evaporator 92b) is also kept constant. As a result, the temperature of the GT exhaust gas heat-exchanged by the intermediate-pressure evaporator 92b is kept constant regardless of the load on the gas turbine 63.

中圧蒸発器92bの出口付近から高温抽気配管PG1によって抽気されたGT排ガスは、低温抽気配管PG2によって抽気されたGT排ガスと混合されて、例えば180℃以上270℃以下に温度調整された後、石炭を乾燥させるためのガスとして石炭ミル13に供給されている。 GT exhaust gas extracted from near the outlet of the medium-pressure evaporator 92b through the high-temperature extraction pipe PG1 is mixed with GT exhaust gas extracted through the low-temperature extraction pipe PG2, and after the temperature is adjusted to, for example, between 180°C and 270°C, it is supplied to the coal mill 13 as gas for drying coal.

ここで、圧力調整弁100の開度は、圧力計102から取得される圧力に係る情報に基づいて、制御部104によって決定される。つまり、圧力計102及び制御部104が圧力調整弁100よりも上流側の蒸気圧を監視すると共に、制御部104が圧力調整弁100の開度を適切に決定するように構成されている。 Here, the opening degree of the pressure regulating valve 100 is determined by the control unit 104 based on pressure-related information obtained from the pressure gauge 102. In other words, the pressure gauge 102 and control unit 104 are configured to monitor the steam pressure upstream of the pressure regulating valve 100, and the control unit 104 is configured to appropriately determine the opening degree of the pressure regulating valve 100.

制御部104は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ROMやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリ等である。 The control unit 104 is composed of, for example, a CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), and computer-readable storage media. The series of processes required to realize various functions are stored, for example, in the form of a program on storage media. The CPU reads this program into RAM and executes information processing and arithmetic operations to realize various functions. The program may be pre-installed on ROM or other storage media, provided stored on computer-readable storage media, or distributed via wired or wireless communication means. Examples of computer-readable storage media include magnetic disks, magneto-optical disks, CD-ROMs, DVD-ROMs, and semiconductor memories.

本実施形態においては以下の効果を奏する。
圧力調整弁100によって、補助蒸気配管PS2に対する前圧制御が可能となり、ガスタービン63の負荷に依らず一定圧力の補助蒸気を中圧過熱器92aから蒸気配管PS1及び補助蒸気配管PS2を介して取り出すことができる。
また、仮に高圧過熱器93aから供給される蒸気やその蒸気によって駆動される蒸気タービン69から排出される蒸気を補助蒸気として取り出した場合、補助蒸気としては過熱度が高いのでスプレイ水によって補助蒸気を減温しなければならない。この減温は設備全体としての熱の損失に繋がり好ましくない。しかし、中圧過熱器92aから取り出された補助蒸気は、高圧過熱器93a等から供給される蒸気よりも低温とされる。このため、スプレイ水を用いた補助蒸気の減温に起因する損失を回避することができる。
This embodiment has the following advantages.
The pressure regulating valve 100 enables control of the front pressure for the auxiliary steam pipe PS2, and auxiliary steam at a constant pressure can be extracted from the intermediate pressure superheater 92a via the steam pipe PS1 and the auxiliary steam pipe PS2 regardless of the load on the gas turbine 63.
Furthermore, if the steam supplied from the high-pressure superheater 93a or the steam discharged from the steam turbine 69 driven by that steam were extracted as auxiliary steam, the auxiliary steam would have a high degree of superheat and would therefore have to be cooled using spray water. This cooling would lead to heat loss throughout the entire facility, which is undesirable. However, the auxiliary steam extracted from the intermediate-pressure superheater 92a is at a lower temperature than the steam supplied from the high-pressure superheater 93a, etc. This makes it possible to avoid losses due to cooling the auxiliary steam using spray water.

また、圧力調整弁100によって、中圧蒸発器92bの圧力を一定に保持することができる。これによって、図3に示すように、中圧蒸発器92bの飽和温度を一定に保つことができる。このため、低圧蒸発器91bと中圧蒸発器92bとの間(特に、中圧蒸発器92bに近接している位置)の流路82にあるGT排ガスの温度を一定に保持することができる(石炭の乾燥に要する温度(同図においてT1)以上の温度)。そして、低圧蒸発器91bと中圧蒸発器92bとの間からGT排ガスを抽気することによって、ガスタービン63の負荷に依らず一定温度のGT排ガスを抽気することができる。このように抽気されたGT排ガスを石炭の乾燥に用いることで、一定温度のGT排ガスによって安定的に石炭を乾燥させることができる。なお、中圧蒸発器92bの圧力を制御しない場合、例えば、ガスタービン63の負荷の低下に伴って抽気されるGT排ガスの温度が低下する可能性がある。
また、中圧過熱器92aよりも上流側からGT排ガスを抽気した場合と比べて、中圧過熱器92aや中圧蒸発器92bにて熱交換される蒸気と排ガスとの間の熱量を増加させることができる。
Furthermore, the pressure of the intermediate-pressure evaporator 92b can be maintained constant by the pressure regulating valve 100. This allows the saturation temperature of the intermediate-pressure evaporator 92b to be maintained constant, as shown in FIG. 3 . Therefore, the temperature of the GT exhaust gas in the flow path 82 between the low-pressure evaporator 91b and the intermediate-pressure evaporator 92b (particularly, at a position close to the intermediate-pressure evaporator 92b) can be maintained constant (a temperature equal to or higher than the temperature required for drying coal (T1 in the figure)). By extracting the GT exhaust gas from between the low-pressure evaporator 91b and the intermediate-pressure evaporator 92b, GT exhaust gas at a constant temperature can be extracted regardless of the load on the gas turbine 63. By using the extracted GT exhaust gas to dry coal, the coal can be stably dried using the GT exhaust gas at a constant temperature. If the pressure of the intermediate-pressure evaporator 92b is not controlled, for example, the temperature of the extracted GT exhaust gas may decrease as the load on the gas turbine 63 decreases.
In addition, compared to when GT exhaust gas is extracted from upstream of the medium-pressure superheater 92a, the amount of heat exchanged between the steam and exhaust gas in the medium-pressure superheater 92a and the medium-pressure evaporator 92b can be increased.

また、中圧過熱器92aから取り出した蒸気を補助蒸気として取り出すと共に、高圧過熱器93aからの蒸気を蒸気タービン69の駆動源とすることで、要求される補助蒸気の圧力に依らず蒸気タービン69を最適な条件で運転することができる。 In addition, by extracting steam from the intermediate-pressure superheater 92a as auxiliary steam and using steam from the high-pressure superheater 93a as the driving source for the steam turbine 69, the steam turbine 69 can be operated under optimal conditions regardless of the required auxiliary steam pressure.

なお、上述の実施形態においては、3圧の排熱回収ボイラ20を例にその構成を説明したが、例えば、高圧及び中圧の2圧構成であってもよい。 In the above embodiment, the configuration of the heat recovery steam generator 20 was described using a three-pressure configuration as an example, but it may also be a two-pressure configuration, for example, high pressure and medium pressure.

1 石炭ガス化複合発電設備(ガス化設備)
5 ガス精製設備
16 ガス化炉
18 蒸気タービン装置
20 排熱回収ボイラ
63 ガスタービン
69 蒸気タービン
82 流路
91b 低圧蒸発器(第2蒸発器)
92a 中圧過熱器(第1過熱器)
92b 中圧蒸発器(第1蒸発器)
93a 高圧過熱器(第2過熱器)
100 圧力調整弁
102 圧力計
104 制御部
PG1 高温抽気配管(抽気配管)
PS1 蒸気配管
PS2 補助蒸気配管
1. Coal gasification combined cycle power generation facility (gasification facility)
5 Gas purification equipment 16 Gasification furnace 18 Steam turbine device 20 Exhaust heat recovery boiler 63 Gas turbine 69 Steam turbine 82 Flow path 91b Low-pressure evaporator (second evaporator)
92a Medium pressure superheater (first superheater)
92b Medium pressure evaporator (first evaporator)
93a High pressure superheater (second superheater)
100 Pressure regulating valve 102 Pressure gauge 104 Control unit PG1 High temperature extraction piping (extraction piping)
PS1 Steam pipe PS2 Auxiliary steam pipe

Claims (5)

ガスタービンから導かれて流路を流通する排ガスによって蒸気を生成する排熱回収ボイラであって、
所定圧力の蒸気を過熱する第1過熱器と、
前記第1過熱器の蒸気出口に接続されている蒸気配管と、
該蒸気配管に設けられている圧力調整弁と、
蒸気の流れ方向において前記圧力調整弁よりも上流側の前記蒸気配管に接続されている補助蒸気配管と、
蒸気の流れ方向において前記圧力調整弁よりも上流側の前記蒸気配管に設けられ、前記蒸気配管を流通する蒸気の圧力を測定する圧力計と、
前記所定圧力の蒸気を生成して、前記第1過熱器に前記所定圧力の蒸気を供給する第1蒸発器と、
ガスの流れ方向において、前記第1蒸発器よりも下流の前記流路から排ガスを抽気する抽気配管と、
を備え
前記所定圧力は、第1圧力よりも高い圧力とされ、
前記第1圧力の蒸気を生成する第2蒸発器をさらに備え、
前記抽気配管は、前記第1蒸発器と前記第2蒸発器との間の前記流路から排ガスを抽気している排熱回収ボイラ。
A heat recovery boiler that generates steam using exhaust gas guided from a gas turbine and flowing through a flow path,
a first superheater for superheating steam at a predetermined pressure;
a steam pipe connected to a steam outlet of the first superheater;
a pressure regulating valve provided in the steam pipe;
an auxiliary steam pipe connected to the steam pipe upstream of the pressure regulating valve in the steam flow direction;
a pressure gauge that is provided in the steam pipe upstream of the pressure regulating valve in a steam flow direction and that measures the pressure of steam flowing through the steam pipe;
a first evaporator that generates steam at the predetermined pressure and supplies the steam at the predetermined pressure to the first superheater;
an extraction pipe that extracts exhaust gas from the flow path downstream of the first evaporator in a gas flow direction;
Equipped with
The predetermined pressure is higher than the first pressure,
a second evaporator for generating steam at the first pressure;
The exhaust gas extraction pipe extracts exhaust gas from the flow path between the first evaporator and the second evaporator .
前記圧力計からの情報に基づいて前記圧力調整弁の開度を決定する制御部と、
を備えている請求項1に記載の排熱回収ボイラ。
a control unit that determines the opening degree of the pressure regulating valve based on information from the pressure gauge;
The heat recovery steam generator according to claim 1, comprising:
ガスタービンから導かれて流路を流通する排ガスによって蒸気を生成する排熱回収ボイラであって、所定圧力の蒸気を過熱する第1過熱器と、前記第1過熱器の蒸気出口に接続されている蒸気配管と、該蒸気配管に設けられている圧力調整弁と、蒸気の流れ方向において前記圧力調整弁よりも上流側の前記蒸気配管に接続されている補助蒸気配管と、蒸気の流れ方向において前記圧力調整弁よりも上流側の前記蒸気配管に設けられ、前記蒸気配管を流通する蒸気の圧力を測定する圧力計と、前記所定圧力よりも高い第2圧力の蒸気を過熱する第2過熱器と、を備えている排熱回収ボイラと、
前記第2過熱器から供給される蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
を備えている蒸気タービン設備。
a heat recovery boiler that generates steam using exhaust gas guided from a gas turbine and flowing through a flow path, the heat recovery boiler comprising: a first superheater that superheats steam at a predetermined pressure; a steam pipe connected to a steam outlet of the first superheater; a pressure regulating valve provided in the steam pipe; an auxiliary steam pipe connected to the steam pipe upstream of the pressure regulating valve in a steam flow direction; a pressure gauge that is provided in the steam pipe upstream of the pressure regulating valve in the steam flow direction and measures the pressure of steam flowing through the steam pipe; and a second superheater that superheats steam at a second pressure higher than the predetermined pressure;
a steam turbine driven by steam supplied from the second superheater;
Steam turbine installations equipped with:
ガスタービンから導かれて流路を流通する排ガスによって蒸気を生成する排熱回収ボイラであって、所定圧力の蒸気を過熱する第1過熱器と、前記第1過熱器の蒸気出口に接続されている蒸気配管と、該蒸気配管に設けられている圧力調整弁と、蒸気の流れ方向において前記圧力調整弁よりも上流側の前記蒸気配管に接続されている補助蒸気配管と、蒸気の流れ方向において前記圧力調整弁よりも上流側の前記蒸気配管に設けられ、前記蒸気配管を流通する蒸気の圧力を測定する圧力計と、を備えている排熱回収ボイラと、
炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉と、
前記ガス化炉にてガス化された生成ガスを精製するガス精製設備と、
該ガス精製設備によって精製された燃料ガスによって駆動される前記ガスタービンと、
を備え、
前記補助蒸気配管によって取り出された蒸気は、前記ガスタービンに供給される前記燃料ガスを加熱するガス化設備。
a heat recovery boiler that generates steam using exhaust gas that is guided from a gas turbine and flows through a flow path, the heat recovery boiler comprising: a first superheater that superheats steam at a predetermined pressure; a steam pipe connected to a steam outlet of the first superheater; a pressure regulating valve provided in the steam pipe; an auxiliary steam pipe connected to the steam pipe upstream of the pressure regulating valve in the steam flow direction; and a pressure gauge that is provided in the steam pipe upstream of the pressure regulating valve in the steam flow direction and that measures the pressure of steam flowing through the steam pipe ;
a gasifier for gasifying the carbon-containing solid fuel;
a gas purification facility that purifies the generated gas gasified in the gasification furnace;
the gas turbine driven by the fuel gas purified by the gas purification facility;
Equipped with
The steam extracted by the auxiliary steam pipe heats the fuel gas supplied to the gas turbine.
請求項又はに記載の排熱回収ボイラと、
炭素含有固体燃料をガス化するガス化炉と、
を備え、
前記抽気配管によって抽気された排ガスは、前記ガス化炉に供給される前記炭素含有固体燃料を乾燥させるガス化設備。
The heat recovery steam generator according to claim 1 or 2 ;
a gasifier for gasifying the carbon-containing solid fuel;
Equipped with
The exhaust gas extracted by the extraction pipe is supplied to the gasification furnace, and the carbon-containing solid fuel is dried in the gasification facility.
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