JP2000213370A - ガス化複合サイクル発電プラントのガス化制御装置 - Google Patents

ガス化複合サイクル発電プラントのガス化制御装置

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JP2000213370A
JP2000213370A JP11011274A JP1127499A JP2000213370A JP 2000213370 A JP2000213370 A JP 2000213370A JP 11011274 A JP11011274 A JP 11011274A JP 1127499 A JP1127499 A JP 1127499A JP 2000213370 A JP2000213370 A JP 2000213370A
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JP
Japan
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oxygen
gasification
oxygen concentration
flow rate
concentration
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JP11011274A
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Yasuo Takagi
康夫 高木
Kazutaro Shinohara
和太郎 篠原
Toshiki Furukawa
俊樹 古川
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
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    • Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス化炉へ供給される酸素の濃度が変動する
ときも、炉内温度が変化するのを抑制すること。 【解決手段】 酸素ガス管7の経路に酸素濃度を検出す
る酸素濃度検出器22が設けられる。さらに、酸素濃度
予測モデルを用いて酸素濃度予測値を算出する酸素濃度
予測器23が設けられる。酸素濃度検出器22で検出さ
れる酸素濃度信号は酸素濃度予測器23に入力される。
また、酸素製造設備5からの運転パラメータが酸素濃度
予測器23に入力される。酸素濃度予測器23で得られ
る酸素濃度予測値はガス化原料流量設定値および酸素流
量設定値を得る制御器21に与えられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はガス化複合サイクル
発電プラントに係り、特にガス化炉に供給される酸素濃
度の変動等により炉内温度が変化するのを抑制して安定
したガス化条件を保持できるガス化複合サイクル発電プ
ラントのガス化制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ガス化複合サイクル発電プラントのガス
化炉では微粉炭ないし微粉炭と水とを混合したスラリ、
あるいは化学プロセスの廃油、またはオリマリジョンな
どの低質重質油などのガス化原料にガス化剤である酸素
を混合し、不完全燃焼および化学反応プロセスを経て粗
ガスが生成する。
【0003】この場合、ガス化原料中の炭素(C)と酸
素中の酸素(O)との原子数比(O/C比)がおよそ1
となるように、ガス化炉に流入するガス化原料および酸
素流量がそれぞれの調節弁によって調節され、また炉内
温度を望ましい温度に保つように設定値に基づいた流量
調節が行われている。
【0004】この流量調節手段を備えたガス化炉の一例
を図4に示している。ガス化原料はガス化原料供給設備
1からガス化原料管2を通ってガス化炉3に流入する。
このとき、ガス化原料はガス化原料調節弁4の開度を制
御することによって流量が調節される。また、酸素製造
設備5で生成される酸素は圧縮機6で所定の圧力に昇圧
され、酸素ガス管7を通ってガス化炉3に流入する。こ
のとき、酸素は酸素調節弁8の開度を制御することによ
って流量が調節される。
【0005】ガス化炉3で生成される粗ガスは高温で、
その熱がガス冷却器9で回収されている。この後、温度
降下した粗ガスはガス精製設備10に送られ、そこで、
硫黄等の不純物が除去され、図示しないガスタービンの
燃焼器に供給されるようになっている。また、酸素製造
設備5の副産物である窒素ガスはガス冷却器9のスート
ブロー用として利用される。この窒素ガスを圧縮するた
めに窒素ガス管11の経路に圧縮機12が設けられてい
る。
【0006】ガス化原料値調節弁4および酸素調節弁8
は双方のガス流量比を制御する制御器13を備えてい
る。ガス化原料管2を流れるガス化原料流量は流量計1
4により、また、酸素ガス管7を流れる酸素流量は流量
計15によりそれぞれ検出され、制御器13に入力さ
れ、さらにガス化炉3の炉内温度が温度検出器16によ
り検出され、制御器13に与えられる。この制御器13
は制御室のコンソール17と結ばれている。コンソール
17のディスプレイには図5に示すように、それぞれの
検出量が設定値と共に表示されるようになっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ガス流量比を制御して
O/C比を一定に保つやり方は負荷変化に追従する際の
過渡応答が不安定になる傾向がある。この原因は酸素製
造設備5の特性に由来して起こる酸素濃度の変動による
ものである。すなわち、酸素濃度が変わるために流量比
を制御してもO/C比は一定にならないで、結果として
ガス化炉1の炉内温度が大きく変動することになる。
【0008】さらに、温度検出器16は高温雰囲気のも
とで炉内温度を検出しなければならないが、こうした条
件では劣化が著しく進んでしまい、正確に温度を検出す
ることができない。特に、現状のものは酸素濃度の変動
で温度が変化する可能性があるバーナ部周辺の温度監視
には十分でない。
【0009】これまで、酸素濃度の変動に起因する炉内
温度の変化に有効に対処する手段は備えられず、ガス化
炉3の寿命が大きく損なわれる懸念がある。
【0010】本発明の目的はガス化炉へ供給される酸素
の濃度が変動するときも、炉内温度が変化するのを抑制
するようにしたガス化制御装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明はガス化炉へ供給されるガス化原料流量を調節
するガス化原料調節弁と、ガス化炉へ供給される酸素流
量を調節する酸素調節弁と、ガス化原料流量信号と流量
設定値との偏差に基づいてガス化原料調節弁の開度を定
める指令信号を出力し、かつ酸素流量信号と流量設定値
との偏差に基づいて酸素調節弁の開度を定める指令信号
を出力する制御器とを備えたものにおいて、酸素濃度予
測モデルを用いてガス化炉へ供給される酸素の濃度予測
値を算出する酸素濃度予測器を設けるものである。
【0012】上記構成からなるガス化制御装置において
はガス化原料および酸素流量設定値を酸素濃度予測値に
従い変えることが可能で、酸素濃度が変動するときも、
ガス化炉の炉内温度が変化するのを抑制することができ
る。
【0013】また、本発明は、望ましくは、ガス化炉へ
供給される酸素の濃度を検出する酸素濃度検出器を設け
る。
【0014】このようなガス化制御装置においては検出
した酸素濃度信号を用いて酸素濃度予測値を修正するこ
とが可能で、炉内温度を一定に保ちながら、よりきめ細
かいガス化制御を果たすことができる。
【0015】さらに、本発明は酸素濃度予測器に代え
て、ガス化炉への酸素の濃度を検出する酸素検出器を設
けることが可能である。
【0016】上記構成からなるガス化制御装置において
はガス化原料および酸素流量設定値を検出される酸素濃
度信号に従い変えることが可能で、酸素濃度が変動する
ときも、ガス化炉の炉内温度が変化するのを抑制するこ
とができる。
【0017】また、本発明は、望ましくは、ガス化炉に
窒素ガスを導く窒素注入弁を備えた窒素ガス系統を設け
る。
【0018】このようなガス化制御装置においては設定
濃度を超えて酸素濃度が上昇したとき、窒素注入弁を開
放して直接反応に関係しない窒素ガスをガス化炉に注入
して流量比を変化させる。これにより一時的に酸素濃度
が上昇するときも、窒素ガスを注入することで流量比が
変わり、炉内温度が過度に上昇するのを確実に防止する
ことができる。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。図1において、ガス化原料流量を検出す
る流量計14および酸素流量を検出する流量計15から
の各流量信号が制御器21に入力されている。また、酸
素ガス管7の経路に酸素濃度を検出する酸素濃度検出器
22が設けられている。さらに、酸素予測モデルを用い
て酸素濃度予測値を算出する酸素濃度予測器23が設け
られる。この酸素濃度予測モデルは予め決められたアル
ゴリズムに従い酸素濃度を決定することが可能である。
酸素濃度検出器22で検出される酸素濃度信号は酸素濃
度予測器23に入力される。また、酸素製造設備5から
の運転パラメータが酸素濃度予測器23に入力される。
酸素濃度予測器23で得られる酸素濃度予測値はガス化
原料設定値および酸素流量設定値を得る制御器21に与
えられる。
【0020】本実施の形態は上記構成からなり、プラン
ト運転中、酸素濃度予測器23に対して酸素製造設備5
から各運転パラメータが入力される。酸素濃度予測器2
3にこれらのパラメータが与えられると、酸素濃度予測
モデルが酸素濃度を決め、この値が酸素濃度予測値とし
て制御器21に入力される。
【0021】制御器21に酸素濃度に関する値が入力さ
れると、O/C比を一定に保つために酸素濃度の変動分
を考慮してガス化原料流量設定値および酸素流量設定値
が決定され、これに応じてガス化原料流量信号および酸
素流量信号との間で偏差が零になるようにガス化原料調
節弁4および酸素調節弁8の開度が制御される。
【0022】酸素濃度予測値は酸素濃度検出器22から
与えられる実際の酸素濃度信号でリアルタイムで修正さ
れて制御器21に入力され、これに応じてガス化原料調
節弁4および酸素調節弁8の開度が直ちに変化する。こ
れにより、炉内温度を一定に保ちながら、よりきめ細か
いガス化制御を果たすことができる。
【0023】かくして、本実施の形態においてはガス化
炉3の温度が過度に上昇する危険を回避することが可能
になる。また、逆に温度が過度に低下してしまうのを避
けることが可能になる。
【0024】図2に本実施の形態のコンソール17のデ
ィスプレイに表示される各検出量および設定値を示して
いる。
【0025】なお、本実施の形態は酸素濃度予測値に代
えて、酸素濃度検出器22からの酸素濃度信号に従い制
御器21でガス化原料流量設定値および酸素流量設定値
を変えるようにしてもよい。
【0026】本実施の形態によれば、酸素製造設備5で
生成される酸素の濃度が変動するときも、ガス化炉3の
炉内温度が変化するのを抑制することができる。
【0027】さらに、本発明の異なる実施の形態を説明
する。図3において、窒素ガス管11の経路に窒素注入
弁24が設けられている。また、窒素ガス管11に流量
を計量する流量計25が設けられている。この流量計2
5で計量される流量信号は制御器21に入力される。ま
た、制御器21は酸素濃度予測器23で得られる酸素濃
度予測値が予め決められた値を越えたとき、窒素注入弁
24を開放する指令信号を出力するように構成されてい
る。
【0028】本実施の形態は上記構成からなり、プラン
ト運転中、酸素製造設備5で生成される酸素の濃度が何
らかの原因により上昇すると、酸素濃度検出器22から
の酸素濃度信号が大きく変化する。酸素濃度信号が予め
決められた値を超えたとき、制御器21から窒素注入弁
24に対して開放指令信号が出力される。このため、窒
素注入弁24が全開され、窒素ガス管11を流れる窒素
ガスの一部がガス化炉3に流入する。このとき、酸素濃
度の上昇でガス化炉3の炉内温度は高温になっている
が、窒素ガスの流入により次第に温度が下がり始め、時
間の経過と共に望ましい温度になる。
【0029】このように、一時的に酸素濃度が上昇する
ときも、直接反応に関係しない窒素ガスを導くことで、
流量比が変わり、炉内温度が過度に上昇するのを確実に
抑制することが可能になる。
【0030】本実施の形態の窒素ガスの注入はスートブ
ロー用窒素の一部を利用するもので、流量計25が注入
される窒素量を計量する。また、温度検出器16の出力
信号を用いて酸素濃度の上昇および炉内温度の上昇の双
方の条件が成立したときに窒素注入弁24への指令信号
を出力するようにしてもよい。
【0031】なお、本実施の形態においてもコンソール
17のディスプレイに酸素濃度しきい値および注入窒素
流量を表示させるようにする。
【0032】本実施の形態によれば、一時的に酸素濃度
が上昇するときも、窒素ガスを注入することで、流量比
が変わり、炉内温度が過度に上昇するのを確実に防止す
ることができる。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、ガス化炉へ供給される
酸素の濃度予測値を算出する酸素濃度予測器を設けてい
るので、酸素製造設備で生成される酸素の濃度が変動す
るときも、ガス化炉の炉内温度が変化するのを抑制する
ことができ、ガス化炉の寿命が損なわれるのを防ぐこと
が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるガス化複合サイクル発電プラント
のガス化制御装置の実施の形態を示す構成図。
【図2】本発明によるコンソールのディスプレイ表示例
を示す図。
【図3】本発明の他の実施の形態を示す構成図。
【図4】従来のガス化複合サイクル発電プラントの一例
を示す系統図。
【図5】従来のコンソールのディスプレイ表示例を示す
図。
【符号の説明】
3 ガス化炉 4 ガス化原料調節弁 5 酸素製造設備 8 酸素調節弁 9 ガス冷却器 14、15、25 流量計 21 制御器 22 酸素濃度検出器 23 酸素濃度予測器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガス化炉へ供給されるガス化原料流量を
    調節するガス化原料調節弁と、該ガス化炉へ供給される
    酸素流量を調節する酸素調節弁と、ガス化原料流量信号
    と流量設定値との偏差に基づいて前記ガス化原料調節弁
    の開度を定める指令信号を出力し、かつ酸素流量信号と
    流量設定値との偏差に基づいて前記酸素調節弁の開度を
    定める指令信号を出力する制御器とを備えたものにおい
    て、酸素濃度予測モデルを用いて前記ガス化炉へ供給さ
    れる酸素の濃度予測値を算出する酸素濃度予測器を設
    け、前記制御器におけるガス化原料および酸素流量設定
    値を前記酸素濃度予測器からの酸素濃度予測値に従い変
    えるようにしたことを特徴とするガス化複合サイクル発
    電プラントのガス化制御装置。
  2. 【請求項2】 前記ガス化炉へ供給される酸素の濃度を
    検出する酸素濃度検出器を設け、酸素濃度予測値を前記
    酸素濃度検出器からの酸素濃度信号を用いて修正するよ
    うにしたことを特徴とする請求項1記載のガス化複合サ
    イクル発電プラントのガス化制御装置。
  3. 【請求項3】 前記酸素濃度予測器に代えて、前記ガス
    化炉への酸素の濃度を検出する酸素濃度検出器を設け、
    前記制御器におけるガス化原料および酸素流量設定値を
    前記酸素濃度検出器からの酸素濃度信号に従い変えるよ
    うにしたことを特徴とする請求項1記載のガス化複合サ
    イクル発電プラントのガス化制御装置。
  4. 【請求項4】 前記ガス化炉に窒素ガスを導く窒素注入
    弁を備えた窒素ガス系統を設け、設定濃度を超えて酸素
    濃度が上昇したとき、前記窒素注入弁を開放して窒素ガ
    スを前記ガス化炉に注入し、流量比を変えるようにした
    ことを特徴とする請求項1または3記載のガス化複合サ
    イクル発電プラントのガス化制御装置。
JP11011274A 1999-01-20 1999-01-20 ガス化複合サイクル発電プラントのガス化制御装置 Pending JP2000213370A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006242560A (ja) * 2005-03-02 2006-09-14 General Electric Co <Ge> エンジン燃焼器の制御方法
CN102888247A (zh) * 2012-10-08 2013-01-23 安徽晋煤中能化工股份有限公司 生产半水煤气的过程中防止富氧气体积聚的装置及方法

Cited By (3)

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CN102888247B (zh) * 2012-10-08 2014-05-07 安徽晋煤中能化工股份有限公司 生产半水煤气的过程中防止富氧气体积聚的装置及方法

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