CN106459789B - 气化炉设备、气化复合发电设备以及气化炉设备的起动方法 - Google Patents

气化炉设备、气化复合发电设备以及气化炉设备的起动方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种煤炭气化炉设备(100)，具备煤炭气化炉(10)、焦炭回收装置(30)、火炬设备(90)、向煤炭气化炉(10)供给含氧气体的空气流量调整阀(56)及氧供给流路(82)、向焦炭回收装置(30)的上游侧供给氮气的惰性气体供给流路(81)、以及控制含氧气体的供给量以及氮气的供给量的控制装置(CU)，煤炭气化炉(10)具有起动用烧嘴(BS)，控制装置(CU)以使通过含氧气体与起动用燃料的燃烧而生成的燃烧气体与氮气混合而成的混合气体的氧浓度在着火浓度以下的方式，在开始通过起动用烧嘴(BS)使起动用燃料燃烧之前控制氮气的供给量。

Description

气化炉设备、气化复合发电设备以及气化炉设备的起动方法
技术领域
本发明涉及气化炉设备、气化复合发电设备以及气化炉设备的起动方法。
背景技术
煤炭气化复合发电设备(Integrated coal Gasification Combined Cycle：IGCC)是通过使作为固体碳质燃料的煤炭气化并与复合循环发电组合而与以往类型的煤炭火力相比追求更高效化、高环境性的发电设备。公知该煤炭气化复合发电设备能够利用资源量丰富的煤炭也是很大的优点，通过扩大应用煤种，其优点进一步增大。
以往的煤炭气化复合发电设备一般来说构成为具备供煤装置、煤炭气化炉、焦炭回收装置、气体提纯设备、燃气轮机设备、蒸汽轮机设备、以及废热回收锅炉。因此，相对于煤炭气化炉，利用供煤装置供给煤炭(微粉煤)，并且送入气化剂(空气、富氧空气、氧、水蒸汽等)。
在该煤炭气化炉中，煤炭被气化而生成可燃性气体(煤炭气化气体)。然后，生成的可燃性气体在通过焦炭回收装置除去煤炭的未反应部分(焦炭)后进行气体提纯，之后供给至燃气轮机设备。
供给至燃气轮机设备的可燃性气体作为燃料在燃烧器中燃烧，从而生成高温高压的燃烧气体，燃气轮机设备的燃气轮机接收该燃烧气体的供给而被驱动。
驱动燃气轮机后的废气通过废热回收锅炉将热能回收而生成蒸汽。该蒸汽供给至蒸汽轮机设备，通过该蒸汽驱动蒸汽轮机。因此，能够利用将燃气轮机以及蒸汽轮机作为驱动源的发电机进行发电。
另一方面，利用废热回收锅炉回收热能后的废气经由烟囱向大气放出。
在上述的煤炭气化复合发电设备中，煤炭气化炉的起动过程具备以下所示的步骤(1)～(9)。
即，煤炭气化炉的一般起动过程以如下顺序依次实施：(1)氮气吹洗；(2)气化炉内的加压/加温；(3)通过空气通气以及起动用燃料进行的气化炉点火；(4)朝向多孔过滤器的气体供给；(5)给压(加压)；(6)朝向气体提纯设备的通气；(7)气化炉燃料的切换；(8)燃气轮机燃料的切换；(9)负荷上升。
需要说明的是，上述的情况是吹送空气的情况，但在基于送氧气化的化学合成品设备的情况下，上述过程的步骤(7)之前也是共用的。
在这样的起动过程中，作为步骤(3)的气化炉点火时使用的起动用燃料，例如能够例示出灯油、轻油、天然气等。
另外，在燃气轮机燃料切换的步骤(8)中，从无法接收煤炭气体的供给的起动时所使用的起动用燃料(例如灯油、轻油、天然气体等)变更为由气化炉生成的煤炭气体。
在专利文献1中记载有，在煤炭气化复合发电设备的起动时，在气体组成以及压力稳定并达到能够在燃气轮机中燃烧的条件之前，一边利用火炬烟囱(火炬设备)使废气燃烧一边进行气化炉、气体提纯装置的加温。并且，还记载有在环境条件严苛的选址地点，需要火炬烟囱用的排烟处理装置。
另外，在专利文献2中公开了如下煤炭气化设备，在连结煤炭气化炉与除尘装置的主***线中，设置有在除尘装置的上游侧分支并到达火炬烟囱的旁通线。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭62-182443号公报
专利文献2：日本特开2006-152081号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在上述的起动过程中，由于在步骤(1)～(2)期间输送氮气，因此例如在纯度99vol％的氮气中基本不含有氧(O2)。但是，在步骤(3)的通过空气通气以及起动用燃料进行气化炉点火时，至少本步骤中最开始会产生含空气以及残存氧的燃烧废气(以下，也称作“含氧气体”)。
需要说明的是，强调“至少本步骤中最开始”是由于在步骤(4)之后再次将基本不含氧的气体向多孔过滤器通气。
将该空气以及燃烧废气输送至多孔过滤器以进行除尘，当存在于过滤器元件中的煤炭未燃部分(以下，称作“焦炭”)燃烧时，该燃烧热量成为使过滤器元件温度过度上升的原因。
这样的过滤器元件温度的过度上升成为超出材料的设计温度、损伤的原因，因此在通过空气通气以及起动用燃料进行的气化炉点火最初，需要绕过至少多孔过滤器而利用火炬***进行处理。需要说明的是，一般的旁通流路例如专利文献2公开那样，在连结气化炉出口与旋风分离器之间的配管流路中在旋风分离器入口的上游侧分支。
然而，在基于上述方式(过程)的通过空气通气以及起动用燃料进行的气化炉点火的步骤中，虽然是暂时的，但是在通过火炬设备处理的处理气体中，含有残留于气化炉内以及配管内的煤尘(焦炭)。这样的焦炭的含有即便是暂时的也并不优选，希望抑制气化炉起动时的暂时的来自火炬设备的处理气体中含有焦炭的情况。
本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供气化炉设备、具备该气化炉设备的气化复合发电设备、以及气化炉设备的起动方法，抑制使气化炉设备起动时向火炬设备供给含焦炭的气体的情况，并且抑制存在于焦炭回收部的焦炭中含有的未燃的固体碳质的着火。
用于解决课题的手段
本发明为了解决上述课题而采用下述的手段。
本发明的一方式所涉及的气化炉设备具备：气化炉，其使用含氧气体使固体碳质燃料气化，生成可燃性气体；焦炭回收部，其回收通过所述气化炉生成的所述可燃性气体中所含的焦炭；火炬设备，其使通过所述焦炭回收部回收焦炭后的所述可燃性气体燃烧；第一供给部，其向所述气化炉供给所述含氧气体；第二供给部，其向所述焦炭回收部的上游侧供给惰性气体；以及控制部，其控制所述第一供给部供给的所述含氧气体的供给量以及所述第二供给部供给的所述惰性气体的供给量，所述气化炉具有使用从所述第一供给部供给的所述含氧气体使起动用燃料燃烧的起动用烧嘴，所述控制部以使燃烧气体与所述惰性气体混合而成的混合气体的氧浓度在着火浓度以下的方式，在开始利用所述起动用烧嘴进行所述起动用燃料的燃烧之前控制所述第二供给部供给的所述惰性气体的供给量，所述燃烧气体是通过利用所述起动用烧嘴进行的所述含氧气体与所述起动用燃料的燃烧而生成的气体。
本发明的一方式所涉及的气化炉设备为了使气化炉设备起动而使用起动用烧嘴使含氧气体与起动用燃料燃烧。然后，通过含氧气体与起动用燃料的燃烧而生成的燃烧气体被供给至焦炭回收部。通过这样做，在含氧气体以及燃烧气体中所含的焦炭被焦炭回收部回收之后将该气体供给至火炬设备。由此，能够防止或者抑制向火炬设备供给含焦炭的含氧气体以及燃烧气体。
在此，由于焦炭回收部存在含未燃的固体碳质的焦炭，因此在供给至焦炭回收部的燃烧气体的氧浓度高的情况下，存在使焦炭所含的未燃的固体碳质着火的可能性。
因此，本发明的一方式所涉及的气化炉设备在开始通过起动用烧嘴使起动用燃料燃烧之前控制向焦炭回收部的上游侧供给的惰性气体的供给量，使通过含氧气体与起动用燃料的燃烧而生成的燃烧气体与惰性气体混合而成的混合气体的氧浓度在着火浓度以下。
由此，从生成燃烧气体的时刻开始，惰性气体与燃烧气体可靠地混合，具有更可靠地降低这些气体混合而成的混合气体的氧浓度的效果。
通过这样做，即使在通过含氧气体与起动用燃料的燃烧而生成的燃烧气体的氧浓度高的情况下，也在焦炭回收部的上游侧向燃烧气体混合惰性气体，氧浓度为着火浓度以下的混合气体被供给至焦炭回收部。因此，能够抑制存在于焦炭回收部中的焦炭所含的未燃的固体碳质的着火。
在本发明的一方式所涉及的气化炉设备的基础上，也可以是，所述着火浓度比存在于所述焦炭回收部中的焦炭所含的未燃的固体碳质能够着火的氧浓度的下限值低。
通过这样做，能够可靠地防止存在于焦炭回收部的焦炭所含的未燃的固体碳质的着火。
在上述结构的基础上，优选的是，所述着火浓度是14体积百分比浓度。
发明人们得到以下见解，在燃烧气体所含的煤尘的浓度比较低，并且起动时的气化炉内的压力相对于额定运转压力比较低(例如，相对于额定运转压力约15～50ata，起动时的气化炉内的压力约为2～10ata)的情况下，通过将混合气体的氧浓度设为14体积百分比浓度以下，能够防止存在于焦炭回收部的未燃的固体碳质的着火。因此，通过将混合气体的氧浓度设为14体积百分比浓度以下，能够防止未燃的固体碳质的着火。
在上述结构的基础上，优选的是，所述着火浓度是12体积百分比浓度。
发明人们得到以下见解，在起动时的气化炉内的压力相对于额定运转压力比较低的情况下，与燃烧气体所含的煤尘的浓度无关地，通过将混合气体的氧浓度设为12体积百分比浓度以下，能够可靠地防止未燃的固体碳质的着火。因此，通过将混合气体的氧浓度设为12体积百分比浓度以下，能够可靠地防止未燃的固体碳质的着火。
在本发明的一方式所涉及的气化炉设备的基础上，也可以是，所述气化炉具有使所述固体碳质燃料燃烧的燃烧室烧嘴，所述第二供给部向所述燃烧室烧嘴供给所述惰性气体。
通过这样做，能够利用为了在气化炉设备运转时使固体碳质燃料燃烧而使用的燃烧室烧嘴，向通过含氧气体与起动用燃料的燃烧而生成的燃烧气体混合惰性气体。
在上述结构的基础上，优选的是，所述气化炉具有多个所述燃烧室烧嘴，多个该燃烧室烧嘴的吹出口以使从该吹出口排出的气体在与气化炉剖面大致正交的方向上形成旋涡的方式分别朝向不同的方向配置。
通过这样做，利用从燃烧室烧嘴向气化炉排出的惰性气体形成旋涡，促进通过含氧气体与起动用燃料的燃烧而生成的燃烧气体与惰性气体的混合。因此，混合气体不存在氧浓度高的部分，能够抑制未燃的固体碳质的着火。
在本发明的一方式所涉及的气化炉设备的基础上，也可以是，所述气化炉具有通过所述可燃性气体与水的热交换而产生蒸汽的热交换器，所述第二供给部向比所述热交换器靠下游侧且比可燃性气体供给流路靠上游侧的位置供给所述惰性气体，该可燃性气体供给流路从所述气化炉向所述焦炭回收部供给所述可燃性气体。
通过这样做，与向比热交换器靠上游侧的位置供给惰性气体而使燃烧气体的温度降低的情况相比，能够提高热交换器的热回收效率。
在本发明的一方式所涉及的气化炉设备的基础上，也可以是，所述第二供给部向可燃性气体供给流路供给所述惰性气体，该可燃性气体供给流路从所述气化炉向所述焦炭回收部供给所述可燃性气体。
通过这样做，能够不对气化炉造成任何影响地向焦炭回收部的上游侧供给惰性气体，向通过含氧气体与起动用燃料的燃烧而生成的燃烧气体混合惰性气体。
本发明的一方式所涉及的气化复合发电设备具备：上述方式的气化炉设备；燃气轮机设备，其将通过所述气化炉设备生成的所述可燃性气体作为燃料而运转；废热回收锅炉，其回收通过由所述燃气轮机设备进行的所述可燃性气体的燃烧而生成的燃烧废气中的热量，产生蒸汽；蒸汽轮机设备，其通过从该废热回收锅炉供给的蒸汽而运转；以及发电机，其被所述燃气轮机设备供给的动力以及所述蒸汽轮机设备供给的动力驱动。
通过这样做，能够提供抑制在气化炉设备起动时向火炬设备供给含焦炭的气体并且抑制了存在于焦炭回收部的焦炭所含的未燃的固体碳质的着火的气化复合发电设备。
本发明的一方式涉及气化炉设备的起动方法，该气化炉设备包括通过使用含氧气体使固体碳质燃料气化而生成可燃性气体的气化炉、回收通过所述气化炉生成的所述可燃性气体所含的焦炭的焦炭回收部、使通过所述焦炭回收部回收焦炭后的所述可燃性气体燃烧的火炬设备、向所述气化炉供给所述含氧气体的第一供给部、以及向所述焦炭回收部的上游侧供给惰性气体的第二供给部，其中，所述气化炉设备的起动方法包括：控制所述第二供给部供给的所述惰性气体的供给量的控制工序；以及通过起动用烧嘴使所述含氧气体与起动用燃料燃烧而生成燃烧气体的起动用燃烧工序，所述控制工序以使通过所述起动用燃烧工序生成的燃烧气体与所述惰性气体混合而成的混合气体的氧浓度在着火浓度以下的方式，在所述起动用燃烧工序之前控制所述第二供给部供给的所述惰性气体的供给量。
本发明的一方式所涉及的气化炉设备的起动方法为了使气化炉设备起动而通过起动用燃烧工序使用起动用烧嘴使含氧气体与起动用燃料燃烧。然后，通过含氧气体与起动用燃料的燃烧而生成的燃烧气体被供给至焦炭回收部。通过这样做，在含氧气体以及燃烧气体中所含的焦炭被焦炭回收部回收之后，将含氧气体以及燃烧气体供给至火炬设备。因此，抑制向火炬设备供给含焦炭的气体的情况。
在此，由于焦炭回收部存在含未燃的固体碳质的焦炭，因此在供给至焦炭回收部的含氧气体以及燃烧气体的氧浓度高的情况下，存在焦炭所含的未燃的固体碳质着火的可能性。
因此，本发明的一方式所涉及的气化炉设备的起动方法在开始通过起动用烧嘴使含氧气体与起动用燃料燃烧之前控制向焦炭回收部的上游侧供给的惰性气体的供给量，使通过含氧气体与起动用燃料的燃烧而生成的燃烧气体与惰性气体混合而成的混合气体的氧浓度在着火浓度以下。
通过这样做，即使在通过含氧气体与起动用燃料的燃烧而生成的燃烧气体的氧浓度高的情况下，也在焦炭回收部的上游侧向燃烧气体混合惰性气体，氧浓度在着火浓度以下的混合气体被供给至焦炭回收部。因此，能够抑制存在于焦炭回收部的焦炭所含的未燃的固体碳质的着火。
在本发明的一方式所涉及的气化炉设备的起动方法的基础上，也可以是，所述着火浓度比能使存在于所述焦炭回收部中的焦炭所含的未燃的固体碳质着火的氧浓度的下限值低。
通过这样做，因此能够可靠地防止存在于焦炭回收部的焦炭所含的未燃的固体碳质的着火。
在上述结构的基础上，优选所述着火浓度是14体积百分比浓度。
发明人们得到以下见解，在燃烧气体所含的煤尘的浓度比较低，并且起动时的气化炉内的压力相对于额定运转压力比较低的情况下，通过将混合气体的氧浓度设为14体积百分比浓度以下，能够防止存在于焦炭回收部的未燃的固体碳质的着火。因此，通过将混合气体的氧浓度设为14体积百分比浓度以下，能够防止未燃的固体碳质的着火。
在上述结构的基础上，优选所述着火浓度是12体积百分比浓度。
发明人们得到以下见解，在起动时的气化炉内的压力相对于额定运转压力比较低的情况下，与燃烧气体所含的煤尘的浓度无关地，通过将混合气体的氧浓度设为12体积百分比浓度以下，能够可靠地防止未燃的固体碳质的着火。因此，通过将混合气体的氧浓度设为12体积百分比浓度以下，能够可靠地防止未燃的固体碳质的着火。
发明效果
根据本发明，能够提供抑制使气化炉设备起动时向火炬设备供给含焦炭的气体并且抑制存在于焦炭回收部的焦炭所含的未燃的固体碳质的着火的气化炉设备、具备该气化炉设备的气化复合发电设备、以及气化炉设备的起动方法。
附图说明
图1是示出第一实施方式的煤炭气化复合发电设备的***图。
图2是示出第一实施方式的煤炭气化炉的纵剖视图。
图3是示出燃烧室烧嘴的吹出口的方向的煤炭气化炉的横剖视图。
图4是示出第一实施方式的煤炭气化复合发电设备的起动工序的流程图。
图5是示出煤炭气化复合发电设备的起动工序的比较例的流程图。
图6是示出从焦炭回收装置排出的气体的流量的图，(a)示出第一实施方式的起动工序中的气体的流量，(b)示出起动工序的比较例中的气体的流量。
图7是示出从煤炭气化炉排出的混合气体的氧浓度的图，(a)示出第一实施方式的起动工序中的混合气体的氧浓度，(b)示出起动工序的比较例中的混合气体的氧浓度。
图8是示出着火区域与不着火区域的边界线处的微粉煤的煤尘浓度与氧浓度的关系的图。
图9是示出第二实施方式的煤炭气化炉的纵剖视图。
图10是示出第三实施方式的煤炭气化炉的纵剖视图。
图11是示出第四实施方式的煤炭气化炉的纵剖视图。
具体实施方式
〔第一实施方式〕
以下，使用附图说明本发明的第一实施方式的煤炭气化复合发电设备。
如图1所示那样，本实施方式的煤炭气化复合发电设备(IntegratedGasification Combined Cycle：IGCC)1具备煤炭气化炉设备100、燃气轮机设备50、废热回收锅炉60、蒸汽轮机设备70以及发电机71。
煤炭气化炉设备100是用于使作为固体碳质燃料的煤炭气化而生成可燃性气体的设备。通过煤炭气化炉设备100生成的可燃性气体经由可燃性气体供给流路41而供给至燃气轮机设备50的燃烧器51。煤炭气化炉设备100的详细情况后述。
燃气轮机设备50具备燃烧器51、压缩机52以及燃气轮机53。燃烧器51利用通过压缩机52压缩后的压缩空气使从煤炭气化炉设备100供给的可燃性气体燃烧。这样，可燃性气体燃烧时，生成高温高压的燃烧气体并从燃烧器51向燃气轮机53供给。其结果，高温高压的燃烧气体做功而驱动燃气轮机53，排出高温的燃烧废气。然后，燃气轮机53的旋转轴输出被用作后述的发电机71、压缩机52的驱动源。
压缩机52将压缩空气的一部分用于可燃性气体燃烧而向燃烧器51供给，并且将压缩空气的其他部分向煤炭气化炉设备100的抽气空气升压机54供给。供给至抽气空气升压机54的压缩空气以升压后的状态供给至煤炭气化炉10。
废热回收锅炉60是回收从燃气轮机53排出的高温的燃烧废气所保有的热量并生成蒸汽的设备。废热回收锅炉60通过燃烧废气与水的热交换而生成蒸汽，将生成的蒸汽向蒸汽轮机设备70供给。废热回收锅炉60在对通过与水进行热交换而温度降低了的燃烧废气进行必要处理之后将其向大气放出。
蒸汽轮机设备70是将从废热回收锅炉60供给的蒸汽作为驱动源并使与发电机71连结的旋转轴旋转的设备。
发电机71与被燃气轮机设备50与蒸汽轮机设备70双方驱动的旋转轴连结，通过旋转轴的旋转而进行发电。
如以上说明，本实施方式的煤炭气化复合发电设备1利用使煤炭气化而生成的可燃性气体驱动燃气轮机设备50，利用从燃气轮机设备50排出的燃烧废气生成蒸汽，利用所生成的蒸汽驱动蒸汽轮机设备70，将燃气轮机设备50以及蒸汽轮机设备70作为驱动源进行基于发电机71的发电。
接下来，更详细地说明本实施方式的煤炭气化炉设备100。
如图1所示那样，煤炭气化炉设备100具备煤炭气化炉(气化炉)10、供煤装置20、焦炭回收装置(焦炭回收部)30、气体提纯设备40、空气分离装置(Air Separation Unit：ASU)80、火炬设备90、抽气空气升压机54以及控制装置CU。
煤炭气化炉10是使与气化剂一起供给的微粉煤气化而生成可燃性气体的装置。煤炭气化炉10例如采用被称作喷气两级喷流床气化炉的方式的炉。该煤炭气化炉10是使与气化剂一起导入的微粉煤(固体碳质燃料)部分燃烧并气化的装置。然后，在煤炭气化炉10生成的可燃性气体经由可燃性气体供给流路11被引导向后述的焦炭回收装置30。
作为供给至煤炭气化炉10的气化剂，能够例示出空气、富氧空气、氧、水蒸汽等，例如向从燃气轮机设备50经由抽气空气升压机54导入的压缩空气混合从空气分离装置(ASU)80供给的氧而使用。煤炭气化炉10的详细情况后述。
供煤装置20是使用煤炭磨粉机(省略图示)将作为固体碳质燃料的煤炭粉碎而生成微粉煤并向煤炭气化炉10供给的装置。通过供煤装置20生成的微粉煤被从空气分离装置80经由惰性气体供给流路81供给的氮气(惰性气体)搬运，由此向煤炭气化炉10供给。
例如，惰性气体指的是氧含有率为约5体积％以下的不活泼气体，以氮气、二氧化碳气体、氩气等为代表例，但不必一定限于约5％以下。
焦炭回收装置30是将从煤炭气化炉10供给的可燃性气体所含有的焦炭(未燃部分的微粉煤)从可燃性气体分离并回收的装置。焦炭回收装置30构成为旋风分离器31与多孔过滤器32经由连结管33串联连接。利用焦炭回收装置30分离除去焦炭后的可燃性气体经由可燃性气体供给流路34被引导向气体提纯设备40。
旋风分离器31将从煤炭气化炉10供给的可燃性气体所含有的焦炭分离除去，将可燃性气体成分向多孔过滤器32供给。
多孔过滤器32是设置在旋风分离器31的下游侧的过滤器，回收可燃性气体含有的微小焦炭。
通过焦炭回收装置30回收的焦炭被经由惰性气体供给流路81供给的氮气(惰性气体)搬运，由此经由焦炭回收流路38向煤炭气化炉10供给。
气体提纯设备40是对利用焦炭回收装置30分离除去焦炭后的可燃性气体进行提纯而除去杂质，提纯出适合作为燃气轮机设备50的燃料气体的性状的气体的设备。通过气体提纯设备40提纯出的可燃性气体经由可燃性气体供给流路41供给至燃气轮机设备50的燃烧器51。
空气分离装置80是将空气压缩并冷却从而液化，通过蒸馏分离成氧气、氮气、氩气及其他的装置。通过空气分离装置80分离出的氧气经由氧供给流路82(第一供给部)向煤炭气化炉10供给。通过空气分离装置80分离出的氮气的一部分经由惰性气体供给流路81向煤炭气化炉10供给。通过空气分离装置80分离出的氮气的另一部分经由惰性气体供给流路81作为搬运用气体向微粉燃料供给流路21以及焦炭回收流路38供给。
空气分离装置80能够根据从后述的控制装置CU发送的控制信号分别调整向惰性气体供给流路81供给的氮气的流量、以及向氧供给流路82供给的氧气的流量。
火炬设备90是使通过焦炭回收装置30回收焦炭后的可燃性气体燃烧的设备。火炬设备90在煤炭气化复合发电设备1的起动时或停止时使从煤炭气化炉10排出的气体燃烧并向大气放出。火炬设备90在煤炭气化复合发电设备1的起动时，使通过煤炭气化炉10的起动用烧嘴使起动用燃料燃烧而产生的燃烧气体所含有的未燃部分燃烧。
另外，火炬设备90在煤炭气化复合发电设备1的停止时使通过气体提纯设备40进行提纯后的可燃性气体燃烧。另外，火炬设备90还能够使在煤炭气化复合发电设备1的运转中产生的多余的可燃性气体燃烧。
抽气空气升压机54是使从燃气轮机设备50的压缩机52抽出的压缩空气升压并向煤炭气化炉10供给的装置。通过抽气空气升压机54升压后的压缩空气经由空气供给流路55向煤炭气化炉10供给。
控制装置(控制部)CU是控制煤炭气化炉设备100的各部分的装置。控制装置CU通过从存储有用于执行控制动作的控制程序的存储部(省略图示)读取控制程序并执行，由此执行以下说明的各种控制动作。
控制装置CU向空气分离装置80输出控制空气分离装置80向惰性气体供给流路81供给的氮气的流量的控制信号，由此控制从空气分离装置80向煤炭气化炉10、微粉燃料供给流路21以及焦炭回收流路38供给的氮气的流量。
另外，控制装置CU将控制从空气分离装置80向氧供给流路82供给的氧气的流量的控制信号向空气分离装置80输出，由此控制从空气分离装置80向煤炭气化炉10供给的氧气的流量。
另外，控制装置CU将调整空气流量调整阀(第一供给部)56的开度的控制信号向空气流量调整阀56输出，由此控制从抽气空气升压机54向煤炭气化炉10供给的压缩空气的流量。
这样，空气分离装置80的氧供给流路82以及空气流量调整阀56作为分别将含氧气体即氧气以及压缩空气向煤炭气化炉10供给的第一供给部而发挥功能。
另外，空气分离装置80的惰性气体供给流路81作为将惰性气体即氮气向焦炭回收装置30的上游侧供给的第二供给部而发挥功能。
另外，控制装置CU通过将调整压力调整阀97的开度的控制信号向压力调整阀97输出，由此能够调整煤炭气化炉10内部的压力。
在此，说明供从煤炭气化炉10排出的可燃性气体流通的流路以及设置在该流路上的开闭阀。
从煤炭气化炉10排出的可燃性气体在可燃性气体供给流路11的上游端A分支，向焦炭回收装置30或者旁通主流路91流入。
旁通主流路91是从上游端A到达下游端B的流路，且是用于将从煤炭气化炉10排出的可燃性气体不通过焦炭回收装置30地向火炬设备90供给的流路。设置于该旁通主流路91的开闭阀92在使煤炭气化复合发电设备1紧急停止的情况等之下形成为打开状态。
在设置于旁通主流路91的开闭阀92处于关闭状态，并且设置在焦炭回收装置30的上游侧的开闭阀12处于打开状态的情况下，从煤炭气化炉10排出的可燃性气体被供给至焦炭回收装置30。
供给至焦炭回收装置30的可燃性气体从旋风分离器31经由连结管33而供给至多孔过滤器32。利用多孔过滤器32除去微小焦炭后的可燃性气体被供给至可燃性气体供给流路34。
分支配管37在开闭阀35的上游侧从可燃性气体供给流路34分支，并与旁通主流路91连接。在分支配管37上设置有开闭阀36。
另外，分支配管44在设置于将气体提纯设备40与燃烧器51之间连接的可燃性气体供给流路41中的开闭阀42的上游侧分支，并与旁通主流路91连接。在分支配管44上设置有开闭阀43。
接下来，使用图2以及图3更详细地说明本实施方式的煤炭气化炉10。
煤炭气化炉10如图2所示那样，具备气化部10a、合成气冷却器(热交换器)10b以及压力容器10c。
气化部10a从下方依次配置有燃烧室10d、减压器(reductor)10e。利用燃烧室10d与减压器10e构成气化部10a。在气化部10a中，形成为气体从下方朝向上方流动。另外，煤炭气化炉10在气化部10a的减压器10e的上部设置有合成气冷却器10b。
从燃烧室烧嘴10f向燃烧室10d投入微粉煤、空气以及氧气，从焦炭烧嘴10g向燃烧室10d投入通过焦炭回收装置30回收的焦炭。于是，燃烧室10d使微粉煤以及焦炭的一部分燃烧，维持为减压器10e中的气化反应所需的高温状态。微粉煤以及焦炭的剩余部分热分解为挥发部分(一氧化碳、氢、初级烃等)。另外，在燃烧室10d中，熔融的微粉煤的煤灰贮存于煤灰料斗10h并从气化部10a的下方排出。熔融的煤灰借助水被快速冷却并粉碎，形成玻璃状的炉渣。
在减压器10e中，利用从燃烧室10d供给的高温气体使从减压器烧嘴10i投入的微粉煤气化。由此，从微粉煤生成一氧化碳、氢等气体。煤炭气化反应是微粉煤以及焦炭中的碳与高温气体中的二氧化碳以及水分发生反应而生成一氧化碳、氢的吸热反应。
来自供煤装置20的微粉煤经由微粉燃料供给流路21与在空气分离装置80中分离出的氮气一起供给至燃烧室烧嘴10f。从抽气空气升压机54经由空气供给流路55向燃烧室烧嘴10f供给压缩空气。另外，从空气分离装置80经由氧供给流路82向燃烧室烧嘴10f供给氧气。此外，经由惰性气体供给流路81向燃烧室烧嘴10f供给氮气。压缩空气与氧气作为气化剂(氧化剂)而供给至煤炭气化炉10。于是，从燃烧室烧嘴10f向燃烧室10d内投入微粉煤、空气、氮气以及氧气。
供给至燃烧室烧嘴10f的微粉煤的量、氧气的流量、氮气的流量以及压缩空气的流量由分别设置于微粉燃料供给流路21、氧供给流路82、惰性气体供给流路81以及空气供给流路55上的流量调整阀(省略图示)调整。这些流量调整阀(省略图示)的开度根据从控制装置CU向流量调整阀输出的控制信号进行控制。
如图3所示那样，煤炭气化炉10具有多个燃烧室烧嘴10f。另外，多个燃烧室烧嘴10f的吹出口分别朝向不同的方向配置，以使得从吹出口排出的气体(微粉煤、氧气、氮气、压缩空气的混合气体)形成旋涡C。
来自焦炭回收装置30的焦炭经由焦炭回收流路38与在空气分离装置80中分离出的氮气一起供给至焦炭烧嘴10g。从抽气空气升压机54经由空气供给流路55向焦炭烧嘴10g供给压缩空气。另外，从空气分离装置80经由氧供给流路82向焦炭烧嘴10g供给氧气。此外，经由惰性气体供给流路81向焦炭烧嘴10g供给氮气。压缩空气与氧气作为气化剂(氧化剂)被供给至煤炭气化炉10。于是，从焦炭烧嘴10g将焦炭、空气、氮气以及氧气向燃烧室10d内投入。
供给至焦炭烧嘴10g的微粉煤的量、氧气的流量、氮气的流量以及压缩空气的流量由分别设置于焦炭回收流路38、氧供给流路82、惰性气体供给流路81以及空气供给流路55上的流量调整阀(省略图示)调整。这些流量调整阀(省略图示)的开度根据从控制装置CU向流量调整阀输出的控制信号进行控制。
来自供煤装置20的微粉煤经由微粉燃料供给流路21与在空气分离装置80中分离出的氮气一起供给至减压器烧嘴10i。压缩空气从抽气空气升压机54经由空气供给流路55供给至减压器烧嘴10i。另外，经由惰性气体供给流路81向减压器烧嘴10i供给氮气。于是，从减压器烧嘴10i将微粉煤向减压器10e内投入。
供给至减压器烧嘴10i的微粉煤的量、氮气的流量以及压缩空气的流量由分别设置于微粉燃料供给流路21、惰性气体供给流路81以及空气供给流路55上的流量调整阀(省略图示)调整。这些流量调整阀(省略图示)的开度根据从控制装置CU向流量调整阀输出的控制信号进行控制。
在气化部10a的下游侧、即气化部10a的上部设置合成气冷却器10b。合成气冷却器10b也可以由多个热交换器构成。在合成气冷却器10b中，从导出自减压器10e的高温气体获得显热，将引导至合成气冷却器10b的水产生成蒸汽。通过合成气冷却器10b后的生成气体在被冷却后向可燃性气体供给流路11排出。
压力容器10c是能够承受来自内部的压力的容器，在内部收容气化部10a与合成气冷却器10b。压力容器10c、气化部10a以及合成气冷却器10b配置为共用轴线。
在压力容器10c的内壁部与气化部10a或者合成气冷却器10b的外壁部之间设置有环状通路部10j。
在气化部10a的下方还设置有起动用燃烧室10k，使从起动用烧嘴BS供给的起动用燃料燃烧。从氧供给流路82以及空气供给流路55向起动用烧嘴BS供给含氧气体即氧气以及压缩空气。起动用烧嘴BS使含氧气体与起动用燃料燃烧。从氧供给流路82供给至起动用烧嘴BS的氧气量与从空气供给流路55供给至起动用烧嘴BS的空气量分别由流量调整阀(省略图示)调整。
作为起动用燃料，例如使用灯油、轻油、天然气等。
接下来，使用图4所示的流程图说明本实施方式的煤炭气化复合发电设备1的起动工序。
图4所示的流程图的各工序通过控制装置CU控制煤炭气化复合发电设备1的各部分而执行。但是，开闭阀12、35、36、42、43、92的开闭动作等各工序的至少一部分也可以由煤炭气化复合发电设备1的操作者执行。
在步骤S401中，控制装置CU向空气分离装置80输出控制信号，控制为经由惰性气体供给流路81向煤炭气化炉10供给氮气。氮气经由惰性气体供给流路81朝向煤炭气化炉10的供给持续至图4所示的各工序结束。
在步骤S401中，控制装置CU将开闭阀35、42、92设为关闭状态，将开闭阀12、36、43设为打开状态。
这样，在步骤S401中，供给至煤炭气化炉10的氮气从焦炭回收装置30经由分支配管37以及旁通主流路91被引导至火炬设备90。
这样，利用氮气对煤炭气化炉10、焦炭回收装置30、火炬设备90进行吹洗。
在步骤S402中，控制装置CU输出减小压力调整阀97的开度的控制信号，关闭从煤炭气化炉10到火炬设备90的流路，利用氮气对煤炭气化炉10内进行加压。另外，控制装置CU通过向煤炭气化炉设备100具有的各部分供给氮气以及水而进行煤炭气化炉设备100的加温。
在步骤S403中，控制装置CU向设置在从惰性气体供给流路81分支且与微粉燃料供给流路21连接的流路上的流量调整阀(省略图示)输出控制信号，控制流量调整阀以向微粉燃料供给流路21供给氮气。向微粉燃料供给流路21供给的氮气从燃烧室烧嘴10f向煤炭气化炉10的燃烧室10d流入。
步骤S403中的氮气的供给在步骤S404(基于起动用燃料的气化炉点火)中的起动用燃料的燃烧之前开始。像这样在起动用燃料的燃烧之前开始进行氮气的供给的原因是，从燃烧开始时刻可靠地向通过起动用燃料的燃烧而生成的燃烧气体混合氮气，可靠地使混合这些气体而成的混合气体的氧浓度降低，完全不存在氧浓度过高的时候。
在同时进行步骤S403与步骤S404的情况下，有可能从燃烧室烧嘴10f向燃烧室10d流入的氮气的流量达到足够量之前产生燃烧气体，燃烧气体与氮气的混合气体的氧浓度无法充分抑制未燃的固体碳质的着火。通过可靠地使混合气体的氧浓度降低，能够在焦炭回收装置30中抑制焦炭含有的未燃的固体碳质的着火。
从使起动用燃料的燃烧开始的时刻多久之前开始进行步骤S403中的氮气的供给是根据空气分离装置80的性能、煤炭气化炉10的规格等各种条件而决定的。具体地说，考虑前述的条件，将开始步骤S403中的氮气的供给的时刻确定为，在使步骤S404中的起动用燃料的燃烧开始的时刻，形成使目标流量的氮气从燃烧室烧嘴10f向燃烧室10d流入的状态。
该时刻是至少包括基于起动用燃料的气化炉点火时刻的燃烧气体的产生开始以前，设定为距离气化炉点火的几秒钟到几分钟之前。
在步骤S403中，控制装置CU调整空气分离装置80向惰性气体供给流路81供给的氮气的流量，以使得因后述的步骤S404中输送的空气(含氧气体)与起动用燃料的燃烧而生成的燃烧气体与氮气混合而成的混合气体的氧浓度达到着火浓度以下。
在此，作为着火浓度，例如优选为比存在于焦炭回收装置30的焦炭所含的未燃的固体碳质能够着火的氧浓度的下限值更低。该氧浓度的下限值因煤炭的组成、煤炭气化复合发电设备1的设置环境等而变化，但例如可例示出14体积百分比浓度，更优选为12体积百分比浓度。
在此，说明氧浓度的下限值。
图8是示出着火区域与不着火区域的边界线处的微粉煤的煤尘浓度与氧浓度的关系的图。纵轴表示煤尘浓度，横轴表示氧浓度。纵轴以对数轴表示。图8所示的例子基于发明人们获得的实验数据，以设定通过本实施方式的控制装置CU控制的氧浓度的下限值。由此，图8所示的例子并不直接示出本实施方式的煤炭气化炉10中的煤尘浓度与氧浓度的关系。
图8中的实线表示存在微粉煤的气氛的绝对压力为25ata的情况下的着火区域与不着火区域的边界线处的微粉煤的煤尘浓度与氧浓度的关系。另一方面，图8中的虚线表示存在微粉煤的气氛的绝对压力为大气压(lata)的情况下的着火区域与不着火区域的边界线处的微粉煤的煤尘浓度与氧浓度的关系。
对于实线与虚线，比线靠左侧(氧浓度低的一侧)的部分均是不着火区域，比线靠右侧(氧浓度高的一侧)的部分均是着火区域。实线与虚线均表示着火区域与不着火区域的边界线，但现实中因湿度、温度等其他条件，会有在着火区域也不着火的情况。
如图8所示那样，在存在微粉煤的气氛的氧浓度是15体积百分比浓度以下的情况下，只要满足煤尘的浓度比较低，并且煤炭气化炉10内的压力相对于额定运转压力比较低的条件，则满足该条件的未燃的固体碳质存在于不着火区域。
由于焦炭回收装置30在起动时被加压至与煤炭气化炉10大致相同的压力，因此存在于焦炭回收装置30的未燃的固体碳质通过满足前述的条件，从而防止其着火。
因此，通过将混合气体的氧浓度设为15体积百分比浓度以下，并满足前述的条件，从而即便向焦炭回收装置30供给燃烧气体，也能够防止存在于焦炭回收装置30的未燃的固体碳质的着火。
特别是在将混合气体的氧浓度设为14体积百分比浓度以下的情况下，若煤炭气化炉内的压力为lata以下，这在所有煤尘浓度下，未燃的固体碳质均存在于不着火区域。因此，即便向焦炭回收装置30供给燃烧气体，也能够防止存在于焦炭回收装置30的未燃的固体碳质的着火。
另外，如图8所示那样，在存在微粉煤的气氛的氧浓度为12体积百分比浓度以下的情况下，只要满足起动时的气化炉内的压力相对于额定运转压力比较低的条件，则满足该条件的微粉煤存在于不着火区域。如图8所示那样，在氧浓度是12体积百分比浓度以下的情况下，即便煤炭气化炉10内的压力是明显比煤炭气化炉10的起动时的炉内压力高的25ata，也与煤尘浓度无关地成为不着火区域。因此，在煤炭气化炉10内的压力比25ata低很多的情况下，微粉煤存在于不着火区域。
因此，通过将混合气体的氧浓度设为12体积百分比浓度以下，并满足前述的条件，即便向焦炭回收装置30供给燃烧气体，也能够可靠地防止存在于焦炭回收装置30的未燃的固体碳质的着火。
在步骤S404中，控制装置CU使闭状态的空气流量调整阀56的开度增加，开始使从抽气空气升压机54供给的压缩空气经由空气供给流路55向煤炭气化炉10供给。另外，控制装置CU在确认到在步骤S403中开始供给的氮气的流量达到目标流量的情况上，将起动用燃料向起动用烧嘴BS供给，开始进行基于起动用燃料的燃烧。通过该燃烧在起动用燃烧室10k中生成燃烧气体。
在步骤S404中，开闭阀35、42、92处于关闭状态，开闭阀12、36、43处于打开状态。因此，在起动用燃烧室10k中生成的燃烧气体与输送的空气一起供给至焦炭回收装置30。由于供给至焦炭回收装置30的燃烧气体与空气在除去燃烧气体含有的焦炭之后供给至火炬设备90，因此在抑制来自火炬设备90的处理气体中含有焦炭的方面是优选的。
在步骤S405中，控制装置CU使开闭阀12、35、36、42处于关闭状态，使开闭阀92、43处于打开状态。另外，控制装置CU输出使空气流量调整阀56的开度增加的控制信号、以及减小压力调整阀97的开度的控制信号。由此，利用从抽气空气升压机54向煤炭气化炉10供给的压缩空气进一步对煤炭气化炉10的内部进行加压。
在步骤S406中，控制装置CU使开闭阀92、36、42处于关闭状态，使开闭阀12、35、43处于打开状态。由此，通过煤炭气化炉10生成且利用焦炭回收装置30回收焦炭后的燃烧气体被供给至气体提纯设备40。经过气体提纯设备40后的燃烧气体经由分支配管44被供给至火炬设备90。
在步骤S407中，控制装置CU使朝向起动用烧嘴的起动用燃料的供给停止，并且开始从供煤装置20向燃烧室烧嘴10f供给微粉煤。由此，煤炭气化炉10所使用的气化炉燃料从起动用燃料向微粉煤切换。
在步骤S408中，控制装置CU使开闭阀92、36、43处于关闭状态，使开闭阀12、35、42处于打开状态。由此，由煤炭气化炉10生成且经过气体提纯设备40提纯的可燃性气体被供给至燃气轮机设备50的燃烧器51。与此相伴，控制装置CU为了使步骤S401以前开始的使用起动用燃料进行的燃烧器51的燃烧停止而停止供给起动用燃料。由此，燃气轮机设备50所使用的燃气轮机燃料从起动用燃料切换为煤炭气化可燃性气体。
在步骤S409中，控制装置CU通过增加抽气空气升压机54的输出、从空气分离装置80向氧供给流路82供给氧气的供给量、供煤装置20的供煤量等，由此使煤炭气化复合发电设备1的负荷缓缓上升。控制装置CU在煤炭气化复合发电设备1的负荷达到所希望的负荷的情况下，判断为煤炭气化复合发电设备1的起动工序结束。
接下来，使用图5说明煤炭气化复合发电设备1的起动工序的比较例。
需要说明的是，由于图5中的步骤S501、S502、S505～S509与图4中的步骤S401、S402、S405～S409相同，因此省略说明。
在图5的步骤S503中，控制装置CU使关闭状态的空气流量调整阀56的开度增加，开始使从抽气空气升压机54供给的压缩空气经由空气供给流路55向煤炭气化炉10供给。另外，控制装置CU将起动用燃料向起动用烧嘴BS供给，开始进行基于起动用燃料的燃烧。通过该燃烧在起动用燃烧室10k中生成燃烧气体。
在步骤S503中，控制装置CU将开闭阀12、35、36、42设为关闭状态，将开闭阀92、43设为打开状态。因此，在起动用燃烧室10k生成的燃烧气体向旁通主流路91供给，而不供给至焦炭回收装置30。向旁通主流路91供给的燃烧气体在未除去燃烧气体含有的焦炭的情况下供给至火炬设备90。
在步骤S504中，控制装置CU使开闭阀92、35、42处于关闭状态，使开闭阀12、36、43处于打开状态。因此，在起动用燃烧室10k生成的燃烧气体被供给至焦炭回收装置30。供给至焦炭回收装置30的燃烧气体在除去燃烧气体含有的焦炭之后供给至火炬设备90。
这样，在煤炭气化复合发电设备1的起动工序的比较例中，在步骤S503中，不除去燃烧气体含有的焦炭地将燃烧气体供给至火炬设备90。因此，存在从火炬设备90放出的气体中含有燃烧气体所含的焦炭的可能性。
另外，在步骤S503结束之前，通过起动用燃料的燃烧而生成的燃烧气体不供给至焦炭回收装置30，因此多孔过滤器32不会变热。因此，在煤炭气化复合发电设备1的起动工序的比较例中，使多孔过滤器32达到规定温度(例如，酸露点的约160℃)以上需要的时间与本实施方式的起动工序相比较长。
优选将多孔过滤器32设为酸露点的约160℃以上是为了抑制供给至多孔过滤器32的气体所含的硫磺成分氧化而产生SO2的情况，或SO2氧化而转变为SO3，最终因这些的硫磺成分而引起腐蚀的情况。
另一方面，在示出本实施方式的煤炭气化复合发电设备1的起动工序的图4中，控制为在步骤S404中开始通过起动用烧嘴BS进行起动用燃料的燃烧之前，在步骤S403中增加由空气分离装置80向惰性气体供给流路81供给的氮气的供给量。
由于空气分离装置80向惰性气体供给流路81供给的氮气向燃烧室烧嘴10f供给，因此通过起动用燃料的燃烧而生成的燃烧气体在燃烧室10d混合而形成与燃烧气体相比氧浓度较低的混合气体。
这样，根据本实施方式的煤炭气化复合发电设备1的起动工序，与比较例的起动方法相比，能够将使燃烧气体通过多孔过滤器32的期间确保得长，故而能够缩短使多孔过滤器32达到规定温度(例如，约160℃)以上需要的时间。
另外，通过降低混合气体含有的氧浓度，能够抑制供给至多孔过滤器32的气体含有的硫磺成分氧化而产生SO2的情况，或SO2氧化而转变为SO3，最终因这些硫磺成分而引起腐蚀的情况。
接下来，使用图6说明在本实施方式的煤炭气化复合发电设备1的起动工序以及其比较例中从焦炭回收装置30排出的气体的流量。
在图6中，(a)示出本实施方式的起动工序中的气体的流量，(b)示出比较例的起动工序中的气体的流量。图6中的实线表示从煤炭气化炉10的出口向可燃性气体供给流路11供给的气体量，虚线表示供给至煤炭气化炉10的空气量，点划线表示供给至煤炭气化炉10的氮气量。
首先，说明图6(a)的本实施方式的起动方法。图4的步骤S401与图6(a)的时刻T1～T2对应。在时刻T1，开始向煤炭气化炉10供给氮气，在到达时刻T2之前，将供给至煤炭气化炉10的氮气维持为大致恒定的流量。
图4的步骤S402与图6(a)的时刻T2～T3对应。
图4的步骤S403与图6(a)的时刻T2～T7对应。从时刻T2到时刻T3，从空气分离装置80向惰性气体供给流路81供给的氮气量上升，从时刻T3到时刻T6，供给至煤炭气化炉10的氮气量维持为大致恒定。
图4的步骤S404与图6(a)的时刻T2～T7对应。从时刻T2到时刻T3，使空气流量调整阀56的开度增加，使从抽气空气升压机54供给至煤炭气化炉10的空气量增加。从时刻T3到时刻T6，供给至煤炭气化炉10的空气量维持为大致恒定。
控制装置CU当确认到在时刻T3氮气量与空气量达到目标量时，在时刻T4将起动用燃料向起动用烧嘴BS供给，开始进行基于起动用燃料的燃烧。控制装置CU从时刻T4到时刻T7一边酌情改变各种条件，一边继续进行基于起动用燃料的燃烧。
图4的步骤S405与图6(a)的时刻T7～T8对应。在时刻T7，控制装置CU输出使空气流量调整阀56的开度增加的控制信号、以及减小压力调整阀97的开度的控制信号。由此，从时刻T7到时刻T8，供给至煤炭气化炉10的空气量增加，且煤炭气化炉10被加压。
图4的步骤S406与图6(a)的时刻T9对应。控制装置CU确认到在时刻T8煤炭气化炉10被加压至目标压力，结束给压(加压)。控制装置CU在时刻T9使开闭阀92、36、42处于关闭状态，使开闭阀12、35、43处于打开状态，以便将利用焦炭回收装置30回收焦炭后的燃烧气体向气体提纯设备40供给。
接着，说明图6(b)的比较例的起动方法。图5的步骤S501与图6(b)的时刻T1～T2对应。在时刻T1开始向煤炭气化炉10供给氮气，到达时刻T2之前，供给至煤炭气化炉10的氮气量的流量缓缓减少。
图5的步骤S502与图6(b)的时刻T2～T3对应。
图5的步骤S503与图6(b)的时刻T2～T7对应。从时刻T2到时刻T3，使空气流量调整阀56的开度增加，使从抽气空气升压机54供给至煤炭气化炉10的空气量增加。从时刻T3到时刻T6，供给至煤炭气化炉10的空气量维持为大致恒定。
控制装置CU当在时刻T3确认到空气量达到目标量时，在时刻T4将起动用燃料向起动用烧嘴BS供给，开始进行基于起动用燃料的燃烧。控制装置CU从时刻T4到时刻T7一边酌情改变各种条件一边继续进行基于起动用燃料的燃烧。
图5的步骤S505与图6(b)的时刻T7～T8对应。在时刻T7，控制装置CU输出使空气流量调整阀56的开度增加的控制信号、以及减小压力调整阀97的开度的控制信号。由此，从时刻T7到时刻T8，供给至煤炭气化炉10的空气量增加，且煤炭气化炉10被加压。
图5的步骤S506与图6(b)的时刻T9对应。控制装置CU确认到在时刻T8煤炭气化炉10被加压至目标压力而结束给压(加压)。控制装置CU在时刻T9使开闭阀92、36、42处于关闭状态，使开闭阀12、35、43处于打开状态，以便将利用焦炭回收装置30回收焦炭后的燃烧气体供给至气体提纯设备40。
这样，在图6(a)所示的本实施方式的起动工序中，从在时刻T4开始进行基于起动用燃料的燃烧之前的时刻T2增加氮气的供给量，在时刻T3使氮气的供给量达到目标量，之后开始进行基于起动用燃料的燃烧。
与此相对，在比较例的起动工序中，在时刻T4开始进行基于起动用燃料的燃烧的时刻，供给至煤炭气化炉10的氮气量保持少量。
接下来，使用图7说明在本实施方式的煤炭气化复合发电设备1的起动工序以及该比较例中从煤炭气化炉10排出的混合气体的氧浓度。
在图7中，(a)示出在本实施方式的起动工序中从煤炭气化炉10排出的混合气体的氧浓度，(b)示出在比较例的起动工序中从煤炭气化炉10排出的混合气体的氧浓度。
比较图7(a)与图7(b)，在时刻T3～时刻T4，在氧浓度达到最大值的方面是共通的。其原因在于，在时刻T2开始向煤炭气化炉10供给空气，在时刻T3达到恒定的流量。另外，由于在时刻T4开始进行基于起动用燃料的燃烧，因此在时刻T4之后氧因燃烧而被消耗。
另一方面，比较图7(a)与图7(b)，不同之处在于，相对于图7(b)的氧浓度的最大值，图7(a)的氧浓度的最大值较小。其原因在于，在本实施方式的起动工序中，通过在时刻T4开始进行基于起动用燃料的燃烧之前的时刻T2，使氮气的供给量增加，从而氮气与空气混合而成的混合气体的氧浓度降低。
这样，在本实施方式的起动工序中，与比较例的起动工序相比，开始进行基于起动用燃料的燃烧的时刻的起动用烧嘴BS的周围的气氛的氧浓度足够低。因此，能够充分降低供给至焦炭回收装置30的燃烧气体与氮气的混合气体的氧浓度，能够抑制存在于焦炭回收装置30的焦炭所含的未燃的固体碳质的着火。
接下来，说明本实施方式的煤炭气化炉设备100起到的作用以及效果。
本实施方式的煤炭气化炉设备100为了使煤炭气化炉设备100起动而使用起动用烧嘴BS使含氧气体与起动用燃料燃烧。然后，通过含氧气体与起动用燃料的燃烧而生成的燃烧气体被供给至焦炭回收装置30。通过这样做，在含氧气体以及燃烧气体所含的焦炭被焦炭回收装置30回收之后，将该气体供给至火炬设备90。由此，能够防止或者抑制向火炬设备90供给含焦炭的含氧气体以及燃烧气体的情况。
在此，由于焦炭回收装置30中存在含未燃的固体碳质的焦炭，因此在供给至焦炭回收装置30的燃烧气体的氧浓度高的情况下，存在使焦炭所含的未燃的固体碳着火的可能性。
因此，本实施方式的煤炭气化炉设备100在开始通过起动用烧嘴BS进行起动用燃料的燃烧之前控制向焦炭回收装置30的上游侧供给的氮气(惰性气体)的供给量，使通过含氧气体与起动用燃料的燃烧而生成的燃烧气体与氮气混合而成的混合气体的氧浓度达到着火浓度以下。
通过这样做，即使在通过含氧气体与起动用燃料的燃烧而生成的燃烧气体的氧浓度高的情况下，也在焦炭回收装置30的上游侧向燃烧气体混合氮气，氧浓度为着火浓度以下的混合气体被供给至焦炭回收装置30。因此，能够抑制存在于焦炭回收装置30的焦炭所含的未燃的固体碳质的着火。
此外，由于在开始通过起动用烧嘴BS进行起动用燃料的燃烧之前，控制供给至焦炭回收装置30的上游侧的氮气(惰性气体)的供给量，因此，生成的燃烧气体从产生时刻开始更可靠地混合氮气(惰性气体)，从而不存在这些气体混合而成的混合气体的氧浓度高的时候，具有更可靠地降低氧浓度的效果。
在本实施方式的煤炭气化炉设备100中，优选着火浓度低于存在于焦炭回收装置30的焦炭所含的未燃的固体碳质能着火的氧浓度的下限值。
通过这样做，能够可靠地防止存在于焦炭回收装置30的焦炭所含的未燃的固体碳质的着火。
另外，优选着火浓度是14体积百分比浓度。
发明人们发现，不需要形成含燃烧气体的混合气体的氧浓度完全不存在的状态，通过从包括基于起动用燃料的气化炉点火时刻在内的燃烧气体的产生开始可靠地使氧浓度达到规定浓度以下，由此能够防止未燃的固体碳质的着火。
即，发明人们得到如下见解，在燃烧气体所含的煤尘的浓度比较低，并且起动时的煤炭气化炉10内的压力相对于额定运转压力比较低的情况下，通过将混合气体的氧浓度设为14体积百分比浓度以下，能够防止存在于焦炭回收装置30的未燃的固体碳质的着火。因此，通过将混合气体的氧浓度设为14体积百分比浓度以下，能够防止未燃的固体碳质的着火。
另外，进一步优选着火浓度是12体积百分比浓度。
发明人们得到如下见解，在起动时的煤炭气化炉10内的压力相对于额定运转压力比较低的情况下，与燃烧气体所含的煤尘的浓度无关地，通过将混合气体的氧浓度设为12体积百分比浓度以下，能够可靠地防止未燃的固体碳质的着火。因此，通过将混合气体的氧浓度设为12体积百分比以下，能够可靠地防止未燃的固体碳质的着火。
这样，对于混合气体的氧浓度，通过在大气压水平下将氧浓度始终设为14体积百分比浓度以下，并且在压力高的状态下将氧浓度始终设为12体积百分比浓度以下，由此能够防止未燃的固体碳质的着火。
在此，“着火”表示因热源等的存在而点着火发生燃烧反应，与缓缓地进行的氧化反应不同。另外，因未燃的固体碳质的量、状态而使得火焰的产生状况不同，不一定与自燃的起火相同。通过抑制存在于焦炭回收装置30的焦炭所含的未燃的固体碳质的着火，防止固体碳质燃料的燃烧所带来的燃烧热使焦炭回收装置30的温度过度上升，成为超过材料的设计温度、损伤的原因。
在本实施方式的煤炭气化炉设备100中，煤炭气化炉10具有使微粉煤燃烧的燃烧室烧嘴10f，空气分离装置80经由惰性气体供给流路81向燃烧室烧嘴10f供给氮气。通过这样做，利用为了在煤炭气化炉设备100的运转时使微粉煤燃烧而使用的燃烧室烧嘴10f，能够向通过含氧气体与起动用燃料的燃烧而生成的燃烧气体混合氮气。
在本实施方式中，煤炭气化炉10具有多个燃烧室烧嘴10f，多个燃烧室烧嘴10f的吹出口分别朝向不同的方向配置，以使得从吹出口排出的气体在与气化炉剖面大致正交的方向上形成旋涡的中心。
通过这样做，利用从燃烧室烧嘴10f向煤炭气化炉10排出的氮气形成旋涡，促进通过含氧气体与起动用燃料的燃烧而生成的燃烧气体与惰性气体的混合。因此，混合气体不存在氧浓度高的部分，能够抑制未燃的固体碳质的着火。
〔第二实施方式〕
接下来，说明本发明的第二实施方式。本实施方式是第一实施方式的变形例，除了以下特别说明的情况之外均与第一实施方式相同，省略说明。
在本发明的第一实施方式中，空气分离装置80在开始通过起动用烧嘴BS进行含氧气体与起动用燃料的燃烧之前向燃烧室烧嘴10f供给氮气。
与此相对，在本实施方式中，代替向燃烧室烧嘴10f供给氮气，向比燃烧室烧嘴10f靠下游侧并且比可燃性气体供给流路11靠上游侧的环状通路部10j供给来自空气分离装置80的氮气。
如图9所示那样，在本实施方式中，在从空气分离装置80向煤炭气化炉10供给氮气的惰性气体供给流路81中设置流量调整阀84，控制装置CU控制流量调整阀84的开度。
如图9所示那样，经由流量调整阀84供给氮气的位置是环状通路部10j。供给至环状通路部10j的氮气在合成气冷却器10b的出口部101与通过合成气冷却器10b后的燃烧气体混合。换句话说，经由流量调整阀84供给的氮气与通过合成气冷却器10b进行热交换后的燃烧气体混合。
根据本实施方式的煤炭气化复合发电设备，与向比合成气冷却器10b靠上游侧的部分供给氮气而使燃烧气体的温度降低的情况比较，能够提高合成气冷却器10b的热回收效率。
〔第三实施方式〕
接下来，说明本发明的第三实施方式。本实施方式是第一实施方式的变形例，除了以下特别说明的情况之外均与第一实施方式相同，省略说明。
在本发明的第一实施方式中，空气分离装置80在开始通过起动用烧嘴BS使含氧气体与起动用燃料燃烧之前，向燃烧室烧嘴10f供给氮气。
与此相对，在本实施方式中，代替向燃烧室烧嘴10f供给氮气，向用于从煤炭气化炉10向焦炭回收装置30供给可燃性气体的可燃性气体供给流路11供给氮气。
如图10所示那样，在本实施方式中，在从空气分离装置80向可燃性气体供给流路11供给氮气的惰性气体供给流路81中设置流量调整阀85，控制装置CU控制流量调整阀85的开度。
根据本实施方式的煤炭气化复合发电设备，能够不对煤炭气化炉10造成影响地向焦炭回收装置30的上游侧供给氮气，向通过含氧气体与起动用燃料的燃烧而生成的燃烧气体混合氮气。
〔第四实施方式〕
在本发明的第二实施方式中，代替第一实施方式的燃烧室烧嘴10f而向比燃烧室烧嘴10f靠下游侧并且比可燃性气体供给流路11靠上游侧的环状通路部10j供给氮气。另外，在本发明的第三实施方式中，代替第一实施方式的燃烧室烧嘴10f而向用于从煤炭气化炉10向焦炭回收装置30供给可燃性气体的可燃性气体供给流路11供给氮气。
与此相对，在本实施方式中，在第一实施方式的燃烧室烧嘴10f的基础上，向比合成气冷却器10b靠下游侧并且比可燃性气体供给流路11靠上游侧的出口部101供给氮气，或者进一步向用于从煤炭气化炉10向焦炭回收装置30供给可燃性气体的可燃性气体供给流路11供给氮气。
如图11所示那样，本实施方式的煤炭气化复合发电设备在比合成气冷却器10b靠下游侧并且比可燃性气体供给流路11靠上游侧的合成气冷却器10b的出口部101具备供给来自空气分离装置80的氮气的流量调整阀84。
另外，本实施方式的煤炭气化复合发电设备1具备从空气分离装置80向可燃性气体供给流路11供给氮气的流量调整阀85。
这样，本实施方式的煤炭气化复合发电设备构成为能够将从惰性气体供给流路81供给的氮气从燃烧室烧嘴10f、流量调整阀84、流量调整阀85供给到各位置。
并且，本实施方式的控制装置CU能够酌情控制向燃烧室烧嘴10f、流量调整阀84、流量调整阀85中的哪一方供给氮气。另外，控制装置CU能够酌情控制应当分别向燃烧室烧嘴10f、流量调整阀84、流量调整阀85供给多少氮气量。
具体地说，将分别向燃烧室烧嘴10f、流量调整阀84、流量调整阀85分配氮气的分配装置(省略图示)设置于惰性气体供给流路81。并且，控制装置CU通过控制分配装置而酌情控制向燃烧室烧嘴10f、流量调整阀84、流量调整阀85中的哪一方供给氮气。另外，控制装置CU通过控制分配装置而决定分别向燃烧室烧嘴10f、流量调整阀84、流量调整阀85分配的分配量。
根据本实施方式，通过在焦炭回收装置30的上游侧的多个位置供给氮气，能够生成混合度更高且氧浓度分布均匀化的混合气体，并将其供给至焦炭回收装置30。
〔其他实施方式〕
在以上说明中，作为用于生成可燃性气体的设备，示出了使用将粉碎了的煤炭(微粉煤)气化的煤炭气化炉10的例子，但也可以采用其他方式。
例如，作为用于生成可燃性气体的设备，也可以使用使间伐材、废木、流木、草类、废弃物、污泥、轮胎等生物燃料等其他固体碳质燃料气化的气化炉设备。
在以上的说明中，燃气轮机设备50与蒸汽轮机设备70双方向与发电机71连结的旋转轴赋予驱动力，但也可以采用其他方式。例如，也可以在燃气轮机设备50赋予驱动力的旋转轴上设置燃气轮机设备50专用的发电机，在蒸汽轮机设备70赋予驱动力的其他旋转轴上设置蒸汽轮机设备70专用的发电机。
在以上的说明中，作为惰性气体(不活泼气体)例示了氮气，但也可以采用其他方式。例如，也可以代替氮气，采用二氧化碳、二氧化碳与氮气的混合气体等其他惰性气体。
附图标记
1 煤炭气化复合发电设备(气化复合发电设备)
10 煤炭气化炉(气化炉)
10a 气化部
10b 合成气冷却器(热交换器)
10d 燃烧室
10f 燃烧室烧嘴
10j 环状通路部
10k 起动用燃烧室
101 出口部
11、34、41 可燃性气体供给流路
12、35、36、42、43、92 开闭阀
21 微粉燃料供给流路
30 焦炭回收装置(焦炭回收部)
31 旋风分离器
32 多孔过滤器
40 气体提纯设备
50 燃气轮机设备
54 抽气空气升压机
55 空气供给流路
56 空气流量调整阀(第一供给部)
60 废热回收锅炉(HRSG)
70 蒸汽轮机设备(ST)
80 空气分离装置(ASU)
81 惰性气体供给流路(第二供给部)
82 氧供给流路(第一供给部)
84、85 流量调整阀
90 火炬设备
100 煤炭气化炉设备(气化炉设备)
BS 起动用烧嘴
CU 控制装置(控制部)

Claims (13)

1.一种气化炉设备，其中，具备：
气化炉，其使用含氧气体使固体碳质燃料气化，生成可燃性气体；
焦炭回收部，其回收通过所述气化炉生成的所述可燃性气体中所含的焦炭；
火炬设备，其使通过所述焦炭回收部回收焦炭后的所述可燃性气体燃烧；
第一供给部，其向所述气化炉供给所述含氧气体；
第二供给部，其向所述焦炭回收部的上游侧供给惰性气体；以及
控制部，其控制所述第一供给部供给的所述含氧气体的供给量以及所述第二供给部供给的所述惰性气体的供给量，
其特征在于，
所述气化炉具有使用从所述第一供给部供给的所述含氧气体使起动用燃料燃烧的起动用烧嘴，
所述控制部以使燃烧气体与所述惰性气体混合而成的混合气体的氧浓度在着火浓度以下的方式，在开始利用所述起动用烧嘴进行所述起动用燃料的燃烧之前控制所述第二供给部供给的所述惰性气体的供给量，所述燃烧气体是通过利用所述起动用烧嘴进行的所述含氧气体与所述起动用燃料的燃烧而生成的气体。
2.根据权利要求1所述的气化炉设备，其中，
所述着火浓度比存在于所述焦炭回收部中的焦炭所含的未燃的固体碳质能够着火的氧浓度的下限值低。
3.根据权利要求2所述的气化炉设备，其中，
所述着火浓度是14体积百分比浓度。
4.根据权利要求2所述的气化炉设备，其中，
所述着火浓度是12体积百分比浓度。
5.根据权利要求1所述的气化炉设备，其中，
所述气化炉具有使所述固体碳质燃料燃烧的燃烧室烧嘴，
所述第二供给部向所述燃烧室烧嘴供给所述惰性气体。
6.根据权利要求5所述的气化炉设备，其中，
所述气化炉具有多个所述燃烧室烧嘴，
多个该燃烧室烧嘴的吹出口以使从该吹出口排出的气体形成旋涡的方式分别朝向不同的方向配置。
7.根据权利要求1所述的气化炉设备，其中，
所述气化炉具有通过所述可燃性气体与水的热交换而产生蒸汽的热交换器，
所述第二供给部向比所述热交换器靠下游侧且比可燃性气体供给流路靠上游侧的位置供给所述惰性气体，该可燃性气体供给流路从所述气化炉向所述焦炭回收部供给所述可燃性气体。
8.根据权利要求1所述的气化炉设备，其中，
所述第二供给部向可燃性气体供给流路供给所述惰性气体，该可燃性气体供给流路从所述气化炉向所述焦炭回收部供给所述可燃性气体。
9.一种气化复合发电设备，其中，具备：
气化炉设备；
燃气轮机设备，其将通过所述气化炉设备生成的可燃性气体作为燃料而运转；
废热回收锅炉，其回收通过利用所述燃气轮机设备进行所述可燃性气体的燃烧而生成的燃烧废气中的热量，产生蒸汽；
蒸汽轮机设备，其通过从该废热回收锅炉供给的蒸汽而运转；以及
发电机，其被所述燃气轮机设备供给的动力以及所述蒸汽轮机设备供给的动力驱动，
其特征在于，
所述气化炉设备为权利要求1所述的气化炉设备。
10.一种气化炉设备的起动方法，该气化炉设备包括：气化炉，其通过使用含氧气体使固体碳质燃料气化而生成可燃性气体；焦炭回收部，其回收通过所述气化炉生成的所述可燃性气体中所含的焦炭；火炬设备，其使通过所述焦炭回收部回收焦炭后的所述可燃性气体燃烧；第一供给部，其向所述气化炉供给所述含氧气体；以及第二供给部，其向所述焦炭回收部的上游侧供给惰性气体，
其特征在于，
所述气化炉设备的起动方法包括：
控制所述第二供给部供给的所述惰性气体的供给量的控制工序；以及
通过起动用烧嘴使所述含氧气体与起动用燃料燃烧而生成燃烧气体的起动用燃烧工序，
所述控制工序以使通过所述起动用燃烧工序生成的燃烧气体与所述惰性气体混合而成的混合气体的氧浓度在着火浓度以下的方式，在所述起动用燃烧工序之前控制所述第二供给部供给的所述惰性气体的供给量。
11.根据权利要求10所述的气化炉设备的起动方法，其中，
所述着火浓度比能使存在于所述焦炭回收部中的焦炭所含的未燃的固体碳质着火的氧浓度的下限值低。
12.根据权利要求11所述的气化炉设备的起动方法，其中，
所述着火浓度是14体积百分比浓度。
13.根据权利要求11所述的气化炉设备的起动方法，其中，
所述着火浓度是12体积百分比浓度。
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