JPH0350090B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、石炭ガス化ガスを燃料として発電を
行う石炭ガス化発電方法に係り、特に、負荷遮断
時のガスタービンの運転を良好ならしめる石炭ガ
ス化発電方法に関する。

［従来の技術］ 石炭ガス化発電技術においては、使用燃料であ
る石炭ガス化ガスの発熱量が低く、燃料の安定性
も劣るということから、解放されるべき技術的な
問題点が多く残つている。特に、火炎が減衰した
ダンプ時には、燃焼ガスが不安定になつて吹き消
された如き状態つまり所謂吹消えが起こる可能性
が大きいと思われ、この問題の解決が重要な技術
的課題になる。

すなわち、従来のガスタービンで主に使用され
る燃料ガスは、石炭ガス化ガスと違つて発熱量が
高く、安定な燃焼範囲も広い。従つて通常運転中
に減衰の必要が生じ、よつて定格負荷運転時にお
いて最大無負荷状態にまでダンプさせる場合に
も、燃料流量を絞つて減少させる操作だけでダン
プさせ得るとともに、その状態でもガスは安定に
燃焼し保炎効果も信頼できるとされている。

ところが石炭ガス化発電技術におけるガスター
ビンでは、使用燃料である石炭ガス化ガス燃料中
に含まれる可燃成分が少なく、窒素でかなり希釈
されているため、発熱量が従来の燃流に比較して
約８分の１と低く、また安定して燃焼が行える燃
空比の範囲も狭い。このため、ダンプ時において
は、従来と同様の方法で単に燃料流量を絞つて減
少させていくだけでは、途中で不安定な燃焼状態
となり、燃焼を維持することができなくなつて、
所謂吹消えが起こると考えられる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし上記のような事情にも拘らず、石炭ガス
化発電技術においてそのダンプ時の問題を解決し
ようという提案は未だ全くなされていない。僅か
に、着火・立ち上げ時に補助燃料を用いて、初期
の火炎を安定ならしめる技術が開発されている程
度である。従つて本発明者らはこのダンプ時の問
題に着目し、上記した背景から石炭ガス化発電技
術においては、従来と異なる新しい燃料制御系を
備えることにより上記の問題を未然に解決する技
術開発の必要が急務とされると考え、本発明の開
発に至つたものである。

さらにかようなガスタービンのダンプ時の燃料
制御に当たつては、応答性が優れていることが望
ましい。応答性が悪いと、ダンプ時に素速い対応
ができず、結局吹き消えが起こつてしまうなど不
都合の生ずる場合があるからである。この問題
は、上記した如く燃焼の安定性に問題のある石炭
ガス化ガス利用の発電においては、特に重要と言
える。

本発明の目的は、上記諸事情に鑑みて、ガスタ
ービンのダンプ時においての燃料制御が簡単であ
つてその際吹き消えなどが起こらず、しかも応答
性の優れた制御を行い得る、有利な石炭ガス化発
電方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この目的の達成のため、本発明においては、予
め補助液体燃料を貯えておくと共に予め圧力源に
圧力を蓄えておき、負荷遮断時等の石炭ガスの燃
焼器への供給を急減させる時、同時に圧力源の圧
力をこの補助液体燃料に加え、該補助液体燃料を
ガスタービンの燃焼器に供給する構成とする。

本発明では、予め蓄圧した圧力で、負荷遮断時
等に補助液体燃料を燃焼器に押し出す構成のた
め、負荷遮断等と略同時に補助液体燃料を燃焼器
に供給することができ、ダンプ時の燃焼器におけ
る火炎の安定化を図ることができる。

また本発明の上記構成は、従来より開発されて
いる石炭ガス化発電技術に有効に適用できる。つ
まり従来より開発されている石炭ガス化発電技術
においては、そのガスタービン燃焼器の着火・立
ち上げ時の補助燃焼用に、燃焼性能の良い液体燃
料を使用している。よつてこの液体燃料の供給ラ
インを負荷遮断時等にも利用して、このラインか
らあらかじめ燃料タンクなどに貯えておいた補助
液体燃料を供給できるように改良を施せば、本発
明をきわめて容易な施工により従前のものにも適
用できる。更に、ガスタービンの運転初期の着
火・立ち上げの安定化のために設けた液体燃料供
給系の燃料ポンプを負荷遮断等と同時に起動し液
体燃料を燃焼器に供給する場合、燃料ポンプを起
動してから実際に燃料ポンプが機能して液体燃料
が燃焼器に供給されるまでには若干の時間がかか
る。従つて、本発明を併用することで、この時間
遅れを充当することが可能となる。

本発明の実施態様としては、負荷遮断時等用の
液体燃料をあらかじめアキユムレータに貯蔵して
おく構成とする。負荷遮断時等は、該液体燃料の
駆動用圧力源として、ガス化炉の圧力を用いるこ
とができる。または、他の圧力源を用いてもよ
く、これら圧力源と、そのラインに設けたバルブ
の開閉とにより、燃料ポンプよりも速い応答性で
もつて、補助液体燃料を燃焼器に供給できる。

ポンプを用いて燃料タンクから補助液体燃料を
供給するラインと、アキユムレータから圧力源に
よつて補助液体燃料を供給するラインとの双方を
設置する態様を採用すれば、アキユムレータから
直ちに補助液体燃料を供給し、ポンプ立ち上がり
後は燃料タンクから燃料供給するように構成で
き、立ち上がりまでの遅れ時間の問題を解消でき
るとともに、動力の節約をも可能にすることがで
きる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図により説明す
る。第１図には、この例の石炭ガス化発電プラン
トの構成を概略線図で示す。

この発電プラントは、石炭ガス化炉２から供給
される燃料ガスを燃焼器１で燃焼させ、この燃焼
ガスでガスタービン４を駆動し、この動力を用い
て発電機２１で発電を行う。

本発明ではあらかじめ補助液体燃料を貯えてお
くものであるが、本例ではアキユムレータ５及び
燃料タンク２２の双方がこれを貯蔵している。負
荷遮断時には、このうちアキユムレータ５から補
助液体燃料をガスタービン４の燃焼器１に供給し
て、負荷遮断時における燃焼器１での火炎を安定
させる。次いで、ポンプ等の駆動手段が立ち上が
つた時点で、アキユムレータ５に代えてタンク２
２から補助液体燃料を行う。本例ではアキユムレ
ータ５からの補助液体燃料の供給は、石炭ガス化
炉２からの、ライン１９を通る主燃料ガスの圧力
により行わせる構成になつている。

さらに詳しくは、本実施例は以下のような構成
になつている。

通常運転時には燃料供給ライン８を通つて、石
炭ガス化炉２から燃焼器１にガス化燃料が供給さ
れる。この燃料流量はライン８途上の流量調節バ
ルブ（CV−１）７によつてコントロールされる。
空気圧縮機３が設けられて、空気はこの圧縮機３
を介して空気ライン１８を通り、燃焼器１に供給
され該燃焼器１内での燃料ガスの燃焼用、及びラ
イナの希釈・冷却に使われる。燃焼器１で燃焼後
の燃焼ガス２０は、タービン４を回転させ、その
後プラント外へ排出される。

本例では、燃焼器の着火・立ち上げ時のための
液体燃料として、軽油を燃料タンク２２に備蓄し
てある。従つて本実施例はこの軽油を負荷遮断時
用の燃料としても用いるものである。タンク２２
は貯蔵用アキユムレータ５とも連結している。従
つて軽油タンク２２からポンプ６を通り、ライン
１３を通つてアキユムレータ５につながる系統
と、ライン１５を通つて流量調節弁（CV−２）
１６を介し燃焼器１に至る系統との、２系統とな
つている。ライン１５を通る系統は、着火・立ち
上げ時に軽油燃料を供給するものでもあり、本例
では該系統に着火・立ち上げ時と負荷遮断時と
の、双方のラインを兼ねさせている。

アキユムレータ５から燃焼器１へは、ライン１
１を通りストツプ弁（Ｖ−２）９、絞り１０を通
つて、燃焼器１に至るラインとなつている。ガス
化炉から、ストツプ切換えを行う方式をとる。

一方、軽油タンク２２から直接燃焼器１に至る
系統のライン１５の方は、ここから燃料を供給す
るには、該ライン１５の圧力を、燃焼器１内の圧
力より高めにして達成できる。負荷遮断時には、
負荷が下がる結果、燃焼器１の圧力は低下してお
り、従つてこのラインを通じての燃焼器１への燃
料供給は容易である。燃焼器１へ軽油を与えると
というだけならアキユムレータ５を介するライン
１３，１１の供給系統だけを継続して用いてもい
いのだが、このライン１５を使用すれば、後にも
詳述するとおりライン１３，１１を使うよりポン
プ６の動力も小さくて済み、節電できる。

但しこのライン１５は、ポンプ６により補助液
体燃料を与えるものなので、応答性に問題が残
る。単に燃焼器１に補助液体燃料を供給するとい
うことだけであれば、本例のアキユムレータ５の
如き系統を採用せず、このライン１５による系統
のみで済むのではないかと考えられるかもしれな
いが、上述のようにライン１５には応答性で問題
があるので、ライン１３，１１の系統をも用いる
のである。ポンプ６を用いたライン１５の応答性
につき略述すれば、以下のとおりである。

第４図を参照する。今、ライン１５を介して、
ポンプ６により補助燃料を燃焼器１に送り込みた
い時点をＸとする。着火・立ち上げ時や、負荷遮
断時がこのＸ時点に該当する。Ｘ時点からポンプ
６は作動するが、ポンプ圧力が十分になるのはあ
る程度の遅れ時間後のＹ時点である。よつてこの
Ｙ時点で、ライン１５にある流量調節弁１６を開
いて、補助燃料を燃焼器１に送る。ポンプ圧力が
一定以上にならなければ、弁１６を開いても供給
をなし得ないからである。従つて、このライン１
５を用いると、ポンプ立ち上がりまでの時間を要
し、応答性が悪くなる。従つて、緊急を要する負
荷遮断時の燃料供給としては好ましくない。（な
お、後記詳述するが、ライン１３，１１を併用す
る本実施例では、このライン１５は、アキユムレ
ータ５からの初期の燃料供給がなされた後に供給
開始させてよいので、弁（CV−２）１６が開と
なると同時に、ライン１５の弁（Ｖ−２）９はス
トツプする。即ち、ポンプ６が所定の圧力となる
第４図のＹ点で、遮断信号２５に基づく指令が上
記XY間の時間遅れをもつて流量調節弁（CV−
２）１６に発されて該弁１６が開き、同時に同じ
指令でストツプ弁（Ｖ−２）９が閉じる）。

本実施例によれば、アキユムレータ５を設けた
ことにより、ガス主燃料から軽油などの補助液体
燃料への切り換え時における応答性を速かに達成
することができ、上記したポンプ立ち上がりまで
の遅れ時間の問題を解消できる。また、あらかじ
め吹消えを起こさない程度の補助燃料流量が一定
流量だけ燃焼器１に供給されるよう、ガス化炉２
の圧力・アキユムレータ５の燃料体積・アキユム
レータ５の圧力・供給配管の径等からあらかじめ
絞り（本例では第１図の絞り１０）を設定してお
けば、容易な弁の開閉操作だけで瞬時にしかも信
頼性のある流量制御が可能となる。即ち、流量調
節弁（第１図の弁９など）による調整は、制御が
難しく、応答性にも問題があるが、上記のような
設定により、かかる弁制御の必要なく、容易な補
助燃料供給を行い得るものである。

本例の発電プラントは、それ自体の石炭ガス化
ガスの流量制御も、弁とポンプのON−OFFのシ
ーケンス制御方式を採つている。また、補助液体
燃料たる軽油の流量制御も同様であり、石炭ガス
化炉２から弁（CV−３）１７を介してアキユム
レータ５に至るライン１９を設けて、この弁１７
を開くことにより軽油ライン１１に軽油を送り込
む圧力をガス化炉２から得る構成としてある。す
なわち補助燃料を要する時に、弁１７を開にする
と、ガス化炉２から石炭ガス化ガスがアキユムレ
ータ５に送られ、かくして提供されるガス圧力に
よりアキユムレータ５から補助液体燃料（軽油）
がライン１１を介して燃焼器１に与えられる。

次に、この発電プラントにおける燃料の運転お
よび制御方法を、第２図、第３図を用いて説明す
る。

まず、着火・立ち上げ時の場合について述べ
る。

燃焼器１の着火・立ち上げ時には、ガス化炉２
からの石炭ガス化燃料は使用せず、軽油（負荷遮
断時の補助液体燃料と兼用）で行う。軽油は、燃
料タンク２２からポンプ６によりライン１５を通
つて燃焼器１内に供給される。流量調節はライン
１５途上の調節弁（CV−２）１６で行う。第２
図に破線で示す如く、約５％負荷程度まで達する
（第２図Ａ点）と、軽油燃料は減少し、代わつて
実線で示す石炭ガス化燃料が供給される。これは
第１図におけるガス化燃料ライン８を通つてガス
化炉２から燃焼器１に与えられるのであり、その
流量はライン８中の調節弁（CV−１）７により
行う。この弁７によるコントロールは、第２図Ｂ
点の定格負荷に至るまで行われる。

このように着火時には火炎の安定な軽油を用
い、軽油が与えられている状態で石炭ガス化ガス
を供給するので、主燃料たるガス化燃料の燃焼も
安定に行われて、立ち上げが完了する。

この立ち上げ時のポンプ６の作動中に、ストツ
プ弁（Ｖ−１）２を開いてアキユムレータ５に軽
油を貯蔵しておく。軽油ライン１３には逆止弁１
４が設けられており、ポンプ６が止まつても逆流
は阻止される。こうしてアキユムレータ５に必要
量の軽油が供給されると、ストツプ弁（Ｖ−１）
１２は閉じられる。

以上で、着火・立ち上げ時における作動の説明
を終わる。次いで、負荷遮断時の作動につき説明
する。

通常運転中に、発電機２１から負荷遮断信号２
５が発せられた場合を考える。このように発電機
２１から通常運転中に負荷遮断信号が発せられる
と、まずタービン４と発電機２１が遮断され、か
つ該負荷遮断信号２５を受けた負荷制御装置２４
がガス化ガス燃料供給ライン８の流量調節弁
（CV−１）７に指令信号２５ａを出力し、この弁
（CV−１）７はただちに絞られる。すなわち負荷
遮断信号２５が発せられたのは第２図のＣ点であ
り、この時ただちに主燃料たる石炭ガス化ガス
（第２図に実線で示す）は上記弁７の制御によつ
て図のＥ点まで一旦絞られる。その後、図示の如
く該弁７は完全に閉じ、ガス燃料供給が止まる。
このような主燃料制御は、タービン４のオーバー
スピードを防ぐためである。

一方、指令信号２５ａが上記弁（CV−１）７
に出力されると同時に、つまりＣ点において、補
助液体燃料たる軽油燃料の供給ライン１１のスト
ツプ弁（Ｖ−２）９と、アキユムレータ５への圧
力供給用ライン１９のストツプ弁（Ｖ−３）１７
とにも、それぞれ指令信号２５ｂ，２５ｃが出力
される。これにより各弁９，１７が開く。従つて
アキユムレータ５内の補助燃料（軽油）が瞬時に
燃焼器１に供給される。弁１７を通つてガス化炉
２からガス圧力が与えられ、この時同時に弁９は
開くので、その圧力によつて補助燃料が該弁９を
介し軽油供給ライン１１を通つて直ちに燃焼器１
に送られるからである。

第２図にも示すとおり、Ｃ点において、瞬時に
補助液体燃料（軽油）が流れ、これが燃焼器１に
与えられる。

燃料の流量調節は特に行わず、ガス化炉２の圧
力を利用して補助燃料（軽油）を燃焼器１に送り
込むものとする。また、ライン１１に設けた絞り
１０によつて、燃料の最大流量を制限する。これ
は既述のとおりである。

遮断信号２５に基づき、負荷制御装置２４はポ
ンプ６にも同時に指令信号２５ｄを出力する。こ
れによりポンプ６は第３図に示すようにＣ時点で
作動開始する。前記した、アキユムレータ５から
補助燃料が供給されている間に、ポンプ圧力が所
定の圧力に達する。第３図のＤ点であり、この点
は第２図にも示すとおりである。

ポンプ圧力が所定に達して以後は、直接ライン
１５を用いる。このライン１５は、着火・立ち上
げ時に使用したものである。これを用いずに、ラ
イン１３の弁（Ｖ−４）１２を開いて、アキユム
レータ５、供給ライン１１を通して燃焼器１に燃
料供給することも可能ではあるが、この時点です
でにアキユムレータ５内の圧力はガス化炉２の圧
力に等しくなつているため、アキユムレータ５に
燃料供給するにはポンプ６をその圧力以上に昇圧
しなければならず、動力がかさむ。そこでこの動
力を低減するため、着火・立ち上げに使用したラ
イン１５に切換えて、これを用いるのである。ラ
イン１５は燃焼器１と直接つながつているから、
燃料を供給するには、負荷が下がつて圧力の低く
なつた燃焼器１内の圧力よりライン１５の圧力を
高めにすれば良いだけである。よつてポンプ６の
動力も、ライン１３，１１の供給系統を使うより
節電できる。

この時の操作としては、ポンプ６が所定の圧力
となる第２図、第３図のＤ点において、指令信号
２５ｅ（第１図）が流量調節弁（CV−２）１６を
開き、ライン１５により燃焼器１への補助燃料供
給を行わせる。つまり、負荷制御装置２４は、遮
断信号２５に基づくのではあるが該信号２５の入
力時点より図のCD間の時間遅れをもつて指令信
号２５ｅを発し、これを流量調節弁（CV−２）
１６に出力する。同時に、同じ指令信号はストツ
プ弁（Ｖ−２）９にも出力され、この弁９は閉
じ、ライン１１を介してのアキユムレータ５から
の燃料供給は停止する。弁（Ｖ−３）１７にもこ
の指令信号２５ｅは出力されて該弁１７は閉じ、
ガス化炉からの駆動用のガス供給を停止する。
CD間の時間遅れをもつて信号を発生させるため
に、時間遅れリレー回路２３を用いている。

上記のような構成であるから、負荷遮断時に
も、瞬時にして燃焼器１へ補助燃料を送ることが
でき、燃料の安定を保つことができて、吹き消え
などが確実に防止される。あらかじめ貯えておい
たアキユムレータ５の補助液体燃料を、直接燃焼
器１に供給するからである。よつて、既述したよ
うに、ポンプ６立ち上がりまでの時間経過を待つ
必要がないので、負荷遮断時の対策として万全な
ものである。

かつ本実施例では、このような貯蔵補助燃料
（アキユムレータ５内の軽油）を燃焼器５に送り
込む駆動力として、圧力源特に石炭ガス化炉２か
らのガス圧力を用いてこの作動を行わせるように
したので、瞬時の燃料供給が確実に達成でき、か
つ装置としても簡明になつている。

また本例では、絞り１０をガス化炉２の圧力、
アキユムレータ５の燃料体積、アキユムレータ圧
力、供給配管の径等からあらかじめ適正に設定し
ておいて、火炎が吹き消えを起こさない程度に軽
油燃料流量が一定流量で燃焼器１に供給されるよ
うにしてある。従つて、特に応答性や制御の難し
い流量調節弁を用いなくても、弁の開閉操作だけ
で、補助燃料の流量制御を瞬時に、しかも高度な
信頼性をもつて達成できる。

この例は、発電プラント自体のガス化炉２から
のガス化ガスの流量制御や、補助燃料（軽油）の
流量制御も、各種弁やポンプ６のON・OFFのシ
ーケンス制御方式で行つているので、制御方式と
して比較的簡単であり、制御が容易となつてい
る。

しかもこの例では、ポンプ６の動力も併用し、
ポンプ６が立ち上がつた後はアキユムレータ５か
らの供給に代えて、ライン１５を用いて直接燃焼
器１への燃料供給を行うようにしたので、節電効
果をも有する。

上述の実施例では、貯えておいた補助燃料を供
給する駆動源としてガス化炉２の圧力を利用した
が、特に他の圧力源を設ける構成にしてもよい。
例えば第５図に略示するように、第１図の例にお
けるライン１９の代わりに圧縮空気貯蔵タンク
２′を設けてこれをアキユムレータ５につなぎ、
高圧の圧縮空気でもつてアキユムレータ５の燃料
を燃焼器１に送り込む構成とするものである。

［発明の効果］ 上述の如く、本発明の石炭ガス化技術において
は、あらかじめ補助液体燃料を貯えておき、負荷
遮断時にはこの補助液体燃料をガスタービンの燃
焼器に供給して、負荷遮断時の燃焼器の火炎を安
定ならしめたので、ガスタービンのダンプ時にお
ける燃料制御が簡単であつて、その際吹き消えな
どが生じないという効果がある。かつ、応答性の
優れた制御を行い得べく構成でき、この点でも有
利である。

なお、当然のことではあるが、本発明は上記し
た実施例にのみ限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の石炭ガス化発電プラントの一
実施例を示す概略線図である。第２図及び第３図
は該例の作用を説明し、その制御方法を示す図
で、第２図は各燃料の時間との関係を示すグラ
フ、第３図は各構成部分の作動を示す図である。
第４図は立ち上げのための時間遅れを説明する図
である。第５図は上記例の変形例の略示図であ
る。 １…燃焼器、２…石炭ガス化炉、４…ガスター
ビン、５…アキユムレータ、６…燃料ポンプ、１
０…絞り、２１…発電機、２２…燃料タンク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガスタービンの通常運転時には該ガスタービ
   ンの燃焼器に石炭ガス化炉でガス化した石炭燃料
   を供給して発電を行う石炭ガス化発電方法におい
   て、予め補助液体燃料を貯えておき、予め圧力源
   に圧力を蓄えておき、石炭ガスの燃焼器への供給
   を急減させる時に、同時に前記圧力源の圧力にて
   前記補助液体燃料を前記燃焼器に供給することを
   特徴とする石炭ガス化発電方法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、圧力源から
   の圧力で補助液体燃料を燃焼器に供給した後は、
   ガスタービン運転初期の着火・立ち上げを良好な
   らしめるために設けてある液体燃料供給系から液
   体燃料を前記燃焼器に供給することを特徴とする
   石炭ガス化発電方法。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、圧力源からの圧力で補助液体燃料を燃焼器に
   供給するときは、石炭ガス化炉からの石炭ガス燃
   料の該燃焼器への供給を直ちに遮断するのではな
   く石炭ガス供給量を一旦絞つてから所要時間後に
   遮断することを特徴とする石炭ガス化発電方法。 ４ 特許請求の範囲第２項において、圧力源から
   の圧力で補助液体燃料を燃焼器に供給するライン
   として、液体燃料供給系の供給ラインを利用する
   ことを特徴とする石炭ガス化発電方法。 ５ 特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか
   において、圧力源として、石炭ガス化炉のガス圧
   力を用いることを特徴とする石炭ガス化発電方
   法。 ６ 特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか
   において、圧力源からの圧力で燃焼器に供給する
   補助液体燃料は、その供給ライン途上に設けられ
   た絞りにて流量制御されることを特徴とする石炭
   ガス化発電方法。