JP5808465B2 - ガス化炉の起動方法、ガス化炉及びガス化複合発電設備 - Google Patents
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Description
この石炭ガス化炉では、石炭が燃焼してガス化され、可燃性ガス(石炭ガス)が生成される。そして、生成された可燃性ガスは、チャー回収装置にて石炭の未反応分(チャー)が除去されてからガス精製され、この後、ガスタービン設備に供給される。
ガスタービンを駆動した後の排気ガスは、排熱回収ボイラで熱エネルギが回収されて蒸気を生成する。この蒸気は、蒸気タービン設備に供給され、この蒸気により蒸気タービンが駆動される。従って、ガスタービン及び蒸気タービンを駆動源とする発電機により、発電を行うことができる。
一方、排熱回収ボイラで熱エネルギが回収された排気ガスは、煙突を介して大気へ放出される。
すなわち、石炭ガス化炉の一般的な起動プロセスは、(1)炉内窒素ガス(N2)パージ、(2)ガス化炉内の加圧/ウォーミング、(3)空気通気及び補助燃料によるガス化炉点火、(4)ポーラスフィルタへの通ガス、(5)ランピング(加圧)、(6)ガス精製設備への通ガス、(7)ガス化炉燃料を補助燃料から石炭に切替、(8)ガスタービン燃料の切替、(9)負荷上昇、の順に実施される。
なお、上述したものは空気吹きの場合であるが、酸素吹きガス化による化学合成品プラントの場合も、上述したプロセスのステップ(7)までは共通である。
また、ガスタービン燃料切替のステップ(7)においては、石炭ガスの供給を受けられない起動時に使用する起動用燃料(例えば灯油・軽油等)から、ガス化炉で生成された石炭ガスに変更される。
また、下記の特許文献2には、石炭ガス化炉と除塵装置とを連結する主系統ラインに、除塵装置の上流側で分岐してフレアスタックに至るバイパスラインを設けた石炭ガス化プラントが開示されている。
なお、「少なくともガス化炉点火当初」としたのは、ステップ(4)以降において、再び略酸素が含有されないガスをポーラスフィルタに通ガスするためである。
このようなフィルタエレメント温度の過上昇は、材料の設計温度超過や損傷の原因となるため、ガス化炉点火当初においては、少なくともポーラスフィルタをバイパスしてフレア系統で処理する必要がある。なお。一般的なバイパス流路は、例えば特許文献2に開示されているように、ガス化炉出口とサイクロンとの間を連結する配管流路において、サイクロン入口の上流側で分岐させている。
本発明の一態様に係るガス化炉の起動方法は、ガス化剤と固体炭素質燃料とを供給してガス化するガス化炉の起動方法であって、前記ガス化炉にイナートガスを通ガスする通ガス工程と、前記通ガス工程により前記イナートガスが通ガスされたイナート雰囲気下にある前記ガス化炉において起動用バーナへ起動用燃料及び酸素含有気体を供給して点火させる起動用バーナ点火工程と、を備え、該起動用バーナ点火工程は、前記起動用燃料と前記酸素含有気体が燃焼反応した後の燃焼ガスがイナートガスとなるように前記酸素含有気体の供給量を調整することを特徴とするものである。
この場合、イナート雰囲気における起動用バーナ点火工程の空気比は、0.7〜1.1の範囲内に収めることが望ましく、より好ましい空気比は1である。なお、空気比が1より小さくなると煤や一酸化炭素の発生量が増すため0.7を下限とし、空気比が1より大きくなると酸素の発生量を増すため上限を1.1とする。
以下に説明するガス化炉は、例えば図1に示すような石炭ガス化複合発電設備(以下、「IGCC」と呼ぶ)1において、粉砕された石炭(微粉炭)を炉内に投入して可燃性ガス(石炭ガス)を生成するための装置に用いられる。なお、以下の説明では、微粉炭から可燃性ガスを生成する石炭ガス化炉10を例示するが、本発明のガス化炉は、例えば間伐材、廃材木、流木、草類、廃棄物、汚泥、タイヤ等のバイオマス燃料など、他の固体炭素質燃料をガス化するものにも適用可能である。
ここで使用するガス化剤としては、空気、酸素富化空気、酸素、水蒸気等を例示でき、例えばガスタービン設備50から導入した圧縮空気に酸素分離装置(ASU)80から供給される酸素を混合して使用される。
また、酸素供給流路83は、酸素分離装置80で得られた酸素ガスをコンバスタ部へ供給する配管流路であり、流路途中には酸素流量調整弁84が設けられている。
そして、上述したイナートガス流量調整弁82、酸素流量調整弁84及び空気流量調整弁56は、それぞれの流量制御を行う流量制御部CUを備えている。この流量制御部CUは、ガス化炉点火時にイナートガス流量調整弁82を開として流量制御を行い、かつ、酸素流量調整弁84及び空気流量調整弁56を閉とする制御を行うものである。
ガス精製設備40で生成された可燃性ガス(燃料ガス)は、可燃性ガス供給系統41を介してガスタービン設備50の燃焼器51に供給され、圧縮機52から導入した圧縮空気を用いて燃焼する。
なお、圧縮機52から供給される圧縮空気は、可燃性ガス燃焼用として燃焼器51へ供給されるだけでなく、一部が抽気されて抽気空気昇圧器54で昇圧された後、空気供給流路55を通って石炭ガス化炉10のガス化剤としても使用される。
こうして駆動されたガスタービン53及び蒸気タービン70は、例えば同軸の発電機71を駆動して発電する駆動源となる。なお、ガスタービン53及び蒸気タービン70は、各々専用の発電機を駆動するようにしてもよく、特に限定されることはない。
しかし、ステップ(3)のガス化炉点火時には、少なくとも石炭ガス化炉10の点火当初に残存酸素を含有し、可燃性ガスとして使用しにくい燃焼排ガスが発生する。この燃焼排ガスは、除塵のためにポーラスフィルタ32を通過させると、フィルタエレメント中に残存するチャーを燃焼させる。このため、従来装置においては、チャー回収装置30をバイパスしてフレア設備90に至るバイパス配管系統のバイパス主流路91を設けることが行われている。
また、バイパス主流路91の分岐位置より下流側で、かつ、サイクロン31の入口より上流側の可燃性ガス供給系11には、流路入口開閉弁12が設けられている。
すなわち、イナート雰囲気下にあるガス化炉において、起動用バーナBSへ起動用燃料及び酸素含有気体を供給して点火させる起動用バーナ点火工程と、を備えたガス化炉の起動方法を実施する。
なお、このようなイナート雰囲気で起動用燃料を着火させる場合には、特に優れた着火性を有する天然ガス(LNG)を起動用燃料として採用することが望ましい。
そして、上述した流量制御部CUは、ガス化炉点火時にイナートガス流量調整弁82を開として流量制御を行い、かつ、酸素流量調整弁84及び空気流量調整弁56を閉とする制御を行うものである。
図示のIGCC1Aでは、ガス火炉10が、生成した可燃性ガスをチャー回収装置30へ導くガス供給流路11と、ガス供給流路11に窒素ガス(イナートガス)を供給する酸素濃度調整部100と、を備えている。図示の酸素濃度調整部100は、ガス供給流路11と窒素ガス供給源(不図示)との間を接続する窒素ガス供給配管101と、窒素ガス供給配管101に設けられた窒素ガス開閉弁102とを備えている。
この結果、ガス化炉10の起動時においては、ガス中酸素濃度を発火限度濃度以下まで低下させたことにより、ポーラスフィルタ32へ通ガスしてもチャーが燃焼することを防止できる。すなわち、黒煙発生の原因となるチャーを除去するため、通常運転時と同様にポーラスフィルタ32へ通ガスすることが可能になる。
すなわち、第2実施形態のIGCC1Aにおけるガス化炉10の起動方法は、ガス化炉10で生成された可燃性ガスにフレア設備90の上流側でイナートガスの窒素ガスを混入してガス中酸素濃度を発火限度濃度以下まで低下させる酸素濃度低減工程を備えている。このため、ガス中酸素濃度を発火限度濃度以下まで低下した可燃性ガスは、ポーラスフィルタ32へ通ガスしてもチャーが燃焼することを防止できるので、黒煙発生の原因となるチャーを除去するため、通常運転時と同様にポーラスフィルタ32へ通ガスすることが可能になる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
10 石炭ガス化炉
11 可燃性ガス供給系(ガス供給流路)
12,92 流路入口開閉弁
20 給炭装置
30 チャー回収装置
31 サイクロン
32 ポーラスフィルタ
40 ガス精製設備
50 ガスタービン設備
55 空気供給流路
56 空気流量調整弁
60 排熱回収ボイラ(HRSG)
70 蒸気タービン
80 酸素分離装置(ASU)
81 イナートガス供給流路
82 イナートガス流量調整弁
83 酸素供給流路
84 酸素流量調整弁
90 フレア設備
91 バイパス主流路
100 酸素濃度調整部
BS 起動用バーナ
CU 流量制御部
Claims (4)
- ガス化剤と固体炭素質燃料とを供給してガス化するガス化炉の起動方法であって、
前記ガス化炉にイナートガスを通ガスする通ガス工程と、
前記通ガス工程により前記イナートガスが通ガスされたイナート雰囲気下にある前記ガス化炉において起動用バーナへ起動用燃料及び酸素含有気体を供給して点火させる起動用バーナ点火工程と、を備え、
該起動用バーナ点火工程は、前記起動用燃料と前記酸素含有気体が燃焼反応した後の燃焼ガスがイナートガスとなるように前記酸素含有気体の供給量を調整することを特徴とするガス化炉の起動方法。 - 前記イナート雰囲気における前記起動用バーナ点火工程の空気比は、0.7〜1.1の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載のガス化炉の起動方法。
- ガス化剤と固体炭素質燃料とを供給してガス化するガス化炉であって、
生成した可燃性ガスをチャー回収装置へ導くガス供給流路と、
起動用燃料及び酸素含有気体が供給されて点火する起動用バーナと、
前記起動用バーナを設けた炉内へイナートガスを供給するイナートガス流量調整弁を有するイナートガス供給流路と、
前記炉内へ酸素を供給する酸素流量調整弁を有する酸素供給流路と、
前記炉内へ空気を供給する空気流量調整弁を有する空気供給流路と、
前記イナートガス流量調整弁、前記酸素流量調整弁及び前記空気流量調整弁の流量制御部と、
を備え、
前記流量制御部は、前記ガス化炉の点火時に、前記イナートガス流量調整弁を開とし、かつ、前記酸素流量調整弁及び前記空気流量調整弁を閉とするよう制御して前記起動用燃料と前記酸素含有気体が燃焼反応した後の燃焼ガスがイナートガスとなるように前記酸素含有気体の供給量を調整し、
前記起動用バーナは、前記イナートガス供給流路から前記イナートガスが通ガスされたイナート雰囲気下にある前記ガス化炉において前記起動用燃料及び前記酸素含有気体を供給して点火させることを特徴とするガス化炉。 - 請求項3に記載のガス化炉で前記固体炭素質燃料を前記ガス化剤によりガス化した可燃性ガスを燃料としてガスタービン設備を駆動して発電するとともに、前記ガスタービン設備から排出される燃焼排ガスから熱回収して生成された蒸気で蒸気タービンを駆動して発電することを特徴とするガス化複合発電設備。
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