JPS6320388A - 石炭ガス化炉の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は石炭を部分酸化によりガス化するガス他炉に係
り、特に、生成ガスの発生量を変化させながら運転する
ことが要求される場合に生成ガス発熱量を一定値以上に
保つためのガス化炉運転条件の制御方法に関する。

〔従来の技術〕

部分酸化法により石炭をガス化する場合、生成ガスの発
熱量を支配する因子に、ガス化温度、ガス化圧力、ガス
化剤である酸素又は空気のような酸素含有ガスと石炭と
の流量比２石炭のガス化率などがある。これらの因子で
運転条件として操作可能な因子はガス化剤及び石炭の流
量とガス化圧力である。ガス化温度はガス化剤の予熱温
度、あるいは、ガス化炉材の冷却媒体の温度によりある
程度操作可能であるが、ガス化炉を高温に維持する熱源
は石炭の部分酸化反応で発生する反応熱が主体であり、
従って、ガス化温度はガス化剤と石炭との流量比が定ま
った場合、結果として得られろガス化温度をガス化剤の
予熱温度等により大幅に変化させることは困難である。

又、石炭のガス化率は、供給された石炭がいかに効率良
くガス化剤と反応するかを表わす因子で、他の条件が一
定であれば、ガス化率が大きい程生成ガス発熱社は高い
。但し、ガス化率は、ガス化炉、あるいは、ガス化剤、
及び、石炭の供給装置等の構造、ガス化反応条件等で定
まるため、運転条件により直接操作可能な因子ではない
。

更に、操作可能な因子のうち、ガス化炉圧力は、商用規
模の装置ではガス化炉の周辺機器への影響を考慮すると
一定圧力に保持することが好ましく、あえて操作したと
しても時間的に極めて緩やかな変化に限られ、急激な変
化は困難である。従ってガス化炉の運転条件として実質
的に操作可能な因子は、第一次的に供給する石炭及びガ
ス化剤の流量となり、副次的にガス化剤予熱温度、ガス
化圧力等となる。

特開昭５６−７９１８６号公報には溶融金属中に石炭を
吹き込んでガス化する場合の石炭とガス化剤の供給量を
制御する装置が示されている。この公知例は本発明のガ
ス化炉と形式が異なるガス化炉に関する発明であるが、
ガス化剤の制御は類似する点が多い、この公知例は、石
炭供給量を設定値に維持する制御装置を基本に、石炭及
びガス化剤の加熱温度を一定に保つための加熱制御装置
を備え、更に、石炭・ガス化剤・生成ガスそれぞれの温
度・流量とガス化炉内温度から総合的にガス化剤の流量
を決定しようとするもので１例えば、起動操作中と定常
運転中とで、各部の温度、そのうちでも特にガス化炉内
温度を極力変化させないように制御し、溶融金属の同化
を防止することを主目的としている。石炭供給量がほぼ
一定に保たれた状態では、外乱としての石炭供給量変動
に対してガス化炉温度を一定に保つことにより実質的に
生成ガス発熱量を一定にすることが可能であるため、生
成ガス流量を大幅に変化させる必要のないガス製造装置
に、制御装置として、上記の公知例は十分な機能を果す
と考えられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

これに対して、生成ガスを貯蔵することなくガスタービ
ンのような発電設備に導きその燃料として使用する場合
、目標とする発電量に応じて生成ガス発生量をｆＡ節す
る必要があり、且つ、生成ガス発熱量が燃料として許容
され得る範囲内に常に制御されることが要求される。近
年の火力発電では運用上少なくとも一分間当り３％程度
の負荷の増減速度が要求されており、これに組み合わせ
るガス化炉では発生ガス量もほぼ負荷の増減に見合って
変化させる必要がある。この従来技術のようにガス化炉
温度を一定に保つように制御すると、負荷が変化しても
炉からの熱損失は基本的に不変であるため、低負荷時に
はガス化炉内で発生しなければならない発熱反応量の供
給される石炭の発熱板に対する相対的な割合が増し、生
成ガスの発熱量が低下する。又、生成ガス発熱量を炉内
温度に準じて検出できれば、従来技術と同様な制御で生
成ガス発熱量を一定に保つことが可能だが、噴流層ガス
化炉のように高温・高圧でダストを含有するガスの発熱
量を検出するには、ガスの一部をサンプリングし冷却・
除塵した後、特殊な燃焼器で燃焼させて発熱量を直接測
定するか、ガスクロマトグラフ等で組成を分析し、成分
毎の理論発熱斌から計算で間接的に求めねばならず、サ
ンプリング系・分析系での時間遅れが大きく、応答の速
い検出端を備えるのは困難である。ガス化炉の運転条件
が緩やかに変化する場合は時間遅れの大きい検出端を用
いても生成ガスの発熱量制御は可能だが、発電プラント
のように負荷変動が著しく変化速度も大きい運転の場合
、時間遅れの大きな発熱量検出端では適切な制御となり
得ない。

本発明の目的は、生成ガス発熱量の測定精度では劣るが
ガス化炉運転状態を応答性良く検知する検出端と、ガス
化炉生成ガスの発熱量測定精度では優れるが応答の遅い
検出端とを同時に使用し、両横出量から得られる情報を
合理的にフィードバックすることにより、負荷変動中に
も生成ガス発熱量をほぼ一定に制御することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的は、負荷変化に応じて石炭供給量を定め、応
答性の良い第一の検出端で検出される状態量が設定値と
なるようガス他剤供給量を制御しながら、応答の遅い第
二の検出端で精度良い生成ガス発熱量が検出されるのを
待ち、第二の検出端で生成ガス発熱量が検出された時点
でこれを発熱量設定値と比較し誤差に応じて第一の検出
端で検出される状態量の設定値を変更する制御ループを
構成することにより達成される。

〔作用〕

以下、第１図により本発明の構成をより詳細に述べる。

第１図は本発明を具象化するのに好適な制御ブロックの
接続構成を示したものである０発電側の負荷に応じて与
えられる石炭供給量設定値１は石炭供給量検出回路１３
の出力と比較され、間者の誤差によりＰＩＤ調節計で構
成される補償回路１１を通して石炭供給量制御装置！！
１２を制御し、ガス化炉４０への石炭供給量２を調節す
る。

一方、生成ガス発熱量設定値３は生成ガス発熱量検出回
路３２の出力と比較され、両者の誤差によりガス化炉温
度補正回路２１を通してガス化炉温度設定値４にオフセ
ットを加え、更に、ガス化炉温度検出回路３１の出力と
比較される。この誤差はガス他剤供給量演算回路２２に
よりガス他剤供給量設定値に変換され、ガス他剤供給量
検出回路２５の出力と比較され、その誤差によりＰ　Ｉ
　Ｄ調節計で構成される補償回路２３を通してガス他剤
供給量制御弁２４を制御し、ガス化炉４０へのガス他剤
供給量５を調節する。ガス化炉４０からはガス化炉温度
検出信号６及び生成ガス発熱量検出信号７が取り出され
、それぞれ、ガス化炉温度検出回路３１及び生成ガス発
熱量検出回路３２へ入力される。このうち、生成ガス発
熱量検出回路３２は新たに生成ガス発熱量が検出、Ｖ＋
定されるまでは直前に測定された発熱量を保持する機能
を持たせている。

いま、第１図で制御されるガス化炉が定常状態にあり、
ある時点から、石炭供給量設定値１を除徐に低下させた
場合、ブロック１１〜１３で構成され開ループにより、
石炭供給量２が低下し始める。この直後には、ブロック
２３〜２５で構成される閉ループによりガス他剤供給量
５は一定に保たれるため、単位石炭供給量当りのガス化
剤は増加することになり、ガス化炉４０の運転状態は完
全燃焼に近づく。この状態変化はガス化炉温度の上昇と
生成ガス発熱量の低下に結びつくが、まず、温度上昇が
温度検出回路：う１を通じてフィードバックされ、ガス
他剤供給量演算回路の出力であるガス他剤供給量設定値
を低下させ、ブロック２３〜２５で構成される閉ループ
は新たな設定値に向けてガス他剤供給量を低下させる。

ガス他剤供給量はガス化炉４０の温度検出信号６が以前
の定常値に達するまで低下し続ける。この間に生成ガス
検出回路３２から新たな生成ガス発熱量の実測値が得ら
れ、生成ガス発熱量がその設定値３を下回っていると、
温度補正回路２１によりオフセット値が増加し、見掛は
上、低いガス化炉温度設定値とし、ガス他剤供給量５を
更に低下させ単位石炭供給量当りのガス他剤供給量を小
さくし、生成ガス発熱量を回復するように働く。

なお、本発明はガス化炉に設置される検出端の種類に限
定されるものではなく、第１図における温度並びにそれ
に係るブロックは、他の状態量、例えば、生成ガス中の
特定成分の濃度、あるいは、同特定二成分の濃度比、と
それに係るブロックで置き換えてもよい。但し、この時
、検出端の応答はガス化炉のガス滞留時間に比較して同
等程度以下となる検出端を選定することが好ましい。又
、第１図の発熱量検出に係る部分は、ガスクロマトグラ
フ等により生成ガス中の大部分の成分を定量し発熱量を
算出する検出端でも、生成ガスの一部又は全部を燃焼さ
せ、燃焼温度等からガスの発熱量を求める検出端でもよ
い。

温度補正回路２１の内容の変更により本発明は生成ガス
発熱量の一定制御としても、下限値制御としても働く、
必要であれば、両者の制御方式を条件に応じて切換える
ことも可能である６例えば、生成ガスをガスタービン燃
料として使用する場合、定格、あるいは、それに準じる
負荷で運転中は燃焼器温度が異常に高くなるのを防止す
るため、ガス化炉での生成ガス発熱量は定格値付近で一
定に保つことが好ましく、低負荷運転中は燃焼器温度が
低下しているため燃焼器での失火を防止するため、ガス
化炉生成ガス発熱量が限界値を下回らないように制御で
きればよい。

ガス化炉４０とシテ、内径３００　ｗｍ　、高さ１ｚ０
０閣のガス化部をもつ噴流層ガス化炉を用い、圧力４ｋ
ｇ／■２Ｇで太平洋炭を約１．５０℃に予熱した空気に
よりガス化する際に、第１図に示した制御ブロックによ
り、温度検出端としてガス化炉出口に設置した熱電対を
、発熱量検出端として分析周期１０分のプロセス用ガス
クロマトグラフの分析値からの計算値を用いたところ、
石炭供給量を３２ｋｇ／ｈから１４ｋｇ／ｈまで毎分３
％の割合で低下しても、生成ガス発熱量は７５０〜８２
０Ｋｃａ　Ｑ　／　ｋｇ　（低位発熱量）の範囲内に制
御できた。

第２図は本発明の他の実施例の制御ブロックの接続構成
を示したもので、第１図の実施例にガス化剤の温度制御
を付加したものである。即ち、温度補正回路２１の出力
を分岐し、ガス化剤予熱温度補償回路５１に導き、温度
補正回路２１の出力がゼロとなるようガス他剤予熱器５
２の加熱量を制御する。本実施例のガス他剤温度制御は
ガス化剤の供給温度を一定に保つ制御とは本質的に異な
り、低負荷時のガス化剤予熱温度を定格運転時に比べ高
めてガス化炉温度の低下を補うもので、負荷の低減限界
をより低くし、運転可能範囲を拡大することができる。

又、制御ブロックの構成から明らかなように、ガス化剤
の温度制御の最終目的はあくまで生成ガス発熱量の維持
であり、ガス化炉温度を一定に保つことではない、従っ
て１部分負荷状態を続けた場合のガス化炉定常温度は定
格状態のガス化炉定常温度と必ずしも一致せず、又、ど
の程度具なるかはもっばら系の特性に依存する。

更に生成ガスをガスタービン燃料として利用する場合、
ガスタービン燃焼器での生成ガスの燃焼をガス発熱量検
出端とみなし、その情報をフィードバックすることも可
能である。この場合、ガス化炉からの生成ガスは冷却、
除塵、脱硫などの処理が加えられ、発熱量検出端である
ガスタービン燃焼器に達するまでに数分の時間遅れがあ
るが、本発明による制御法では特に問題とはならない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、噴流層石炭ガス化炉を用いて石炭供給
量を変化させながら運転しても、ガス化炉から発生する
生成ガスの発熱量の低下を抑制でき、石炭からガスター
ビン等の燃料として好適なガスの製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の制御ブロック構成図、第２
図は他の実施例の制御ブロック構成図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸素又は酸素含有ガスをガス化剤とし噴流層ガス化
   炉により石炭をガス化するに際し、炉内状態の変化を高
   速に検出し得る第一の検出端と、生成ガス発熱量を検出
   し得る第二の検出端とを備え、前記第一の検出端から得
   られる情報により石炭と前記ガス化剤の供給流量比を制
   御する第一の制御ループと、前記第二の検出端で得られ
   る前記生成ガス発熱量の情報により前記第一の制御ルー
   プの制御目標値を修正する第二の制御ループとにより構
   成されることを特徴とする石炭ガス化炉生成ガスの発熱
   量制御方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、 ガス化炉出口近傍からサンプリングしたガス中の一酸化
   炭素と二酸化炭素の濃度比を前記第一の検出端の情報と
   することを特徴とする石炭ガス化炉生成ガスの発熱量制
   御方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、 ガス化炉内部又はガス化炉近傍の生成ガスラインに設け
   られた温度検出端を前記第一の検出端とすることを特徴
   とする石炭ガス化炉生成ガスの発熱量制御方法。 ４、特許請求の範囲第３項において、 前記第二の制御ループで得られる前記第一の制御ループ
   の設定温度の修正値を用いて、修正が不要となるようガ
   ス化剤予熱温度を制御することを特徴とする石炭ガス化
   炉生成ガスの発熱量制御方法。 ５、特許請求の範囲第１項において、 生成ガスをもつぱら燃焼して消費する燃焼器内の温度か
   ら演算される情報を前記第二の検出端で得られる生成ガ
   ス発熱量情報として用いることを特徴とする石炭ガス化
   炉生成ガスの発熱量制御方法。