JPH04342832A - ガス化発電プラントの燃料切替システム - 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】

〔発明の目的〕

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は石炭ガス化発電プラント
に係り、特に運転に異常が生じた際、ガスタービンに供
給される燃料を自動的に切替えることができ、安定した
発電を行うことができる石炭ガス化発電プラントの燃料
切替方法および燃料切替システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭ガス化発電プラントは、石炭をガス
化して精製し、精製された燃焼ガスを作動流体源として
ガスタービンに供給してガスタービンを回転駆動させ、
発電機により発電を行うようになっている。石炭ガス化
発電プラントは、エネルギーの有効活用の点で、また公
害問題に対する優位性などの点で近年注目されている。 石炭ガス化発電プラントは、発電機と発電機を駆動する
ガスタービンと、ガスタービンに燃料を供給する燃料供
給系とから構成される。

【０００３】発電機はガスタービンと同一の駆動軸の一
端に連結され、ガスタービンの駆動により発電を行う。 ガスタービンは燃焼器を備え、燃料供給系から燃焼器に
供給された燃料の燃焼により回転駆動される。ガスター
ビンの駆動軸には、圧縮機が設けられる。圧縮機はガス
タービンの駆動により空気を圧縮し、圧縮して昇圧され
た空気を燃焼器に送出するとともに、昇圧した空気を昇
圧圧縮機に送出してさらに圧縮して圧縮密度を高めた後
、ガス発生部に送出する。

【０００４】燃料供給系は、精製ガス供給系と液体燃料
供給系との２系統および燃料制御系からなる。精製ガス
供給系は石炭をガス化するガス発生部としてのガス化炉
と、ガス化炉で生成されたガスを精製するガス精製装置
とを有し、精製ガスをガスタービンに供給する。液体燃
料供給系は液体燃料をガスタービンに供給する。燃料制
御系は、燃料流量制御系と混合燃焼比率制御系と燃料切
替系とを備えている。

【０００５】燃料流量制御系は各燃料供給系からガスタ
ービンに供給される燃料の流量を制御し、混合燃焼比率
制御系はガスタービンに供給される精製ガス燃料と液体
燃料との混合燃焼比率を制御する。また、燃料切替系は
、精製ガス供給系および液体燃料供給系と、ガスタービ
ンとの供給経路を切替え制御し、ガスタービンに供給さ
れる燃料の種類を切替える。

【０００６】燃料切替系は、ガスタービンが液体燃料の
燃焼により所定の負荷域に達して、精製ガスをガスター
ビンに供給可能な、予め設定された燃料切替出力到達条
件を満たすと、液体燃料供給系から精製ガス供給系へと
燃料供給系を切替える。つまり、燃料切替系は、ガスタ
ービンの起動時には、発熱量の高い液体燃料を液体燃料
供給系からガスタービンに供給する一方、ガスタービン
に精製ガス燃料を供給可能な負荷域においては、精製ガ
ス燃料を精製ガス供給系からガスタービンに供給する。

【０００７】このため、石炭ガス化発電プラントは、ガ
スタービンが液体燃料供給系に依存する運転状態から、
液体燃料と精製ガスとの混合燃焼による運転状態を経て
、精製ガスによる運転状態に移行し、ガス化炉を備えた
精製ガス供給系とガスタービンとの連携運転をスムーズ
に行うようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述の石炭ガス化発電
プラントでは、効率上ガス化炉へ供給する酸化剤に、圧
縮機から抽気して圧縮した空気を用いている。圧縮機は
ガスタービンの駆動により空気を圧縮するので、圧縮機
および昇圧圧縮機を有する空気系はガスタービンの駆動
に依存して、昇圧した空気を酸化剤としてガス化炉に送
出する。すなわち、精製ガス供給系はガスタービンの駆
動系に依存する空気系と連携してガスタービンに精製ガ
スを供給する。

【０００９】精製ガス供給系により精製ガスをガスター
ビンに供給する際、ガス化炉に投入される石炭と昇圧さ
れた空気の量が一定の場合、発電プラントの運転は特に
問題なく行われる。

【００１０】ところが、精製ガス供給系の異常時（例え
ば、ガス圧力の低下等）、或いは発電系の異常時（例え
ば、負荷変化又は負荷遮断時や送電系統の事故による所
内単独運転への移行時など）には、精製ガスの供給圧力
が大きく変動し、そのとき発生する精製ガスの発熱量の
変化や、燃焼温度の低下を招くことになる。従来、この
ような異常事態に対してはガスタービンをトリップさせ
ることにより、発電機本体に異常状態が波及するのを抑
止していた。

【００１１】しかしながら、ガスタービンのトリップ動
作は、ガス化炉への空気の供給を断ち、ガス化炉のトリ
ップを招いて発電プラント全体のトリップに至る恐れが
ある。

【００１２】しかも、ガス化炉はいったん停止すると、
停止後の起動に数時間を要するため、再度発電状態に復
帰するまでに時間がかかり電力の安定供給に悪影響を及
ぼすことになる。

【００１３】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、精製ガス供給系や発電系の異常時に精製ガスが
圧力変動を起こしても、ガスタービンをトリップさせる
ことなく運転を継続させ、安定した発電を行うことがで
きる石炭ガス化発電プラントの燃料切替方法および燃料
切替システムを提供することを目的とする。 〔発明の構成〕

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る石炭ガス化
発電プラントの燃料切替方法は、上述した課題を解決す
るために、ガスタービンにガス化炉で発生した精製ガス
燃料と液体燃料との流量を制御して混合燃焼可能に供給
し、これら精製ガス燃料と液体燃料とを切替可能に制御
するとともに、異常時予め設定された条件により精製ガ
ス燃料から液体燃料に自動的に切替えるようにしたもの
である。

【００１５】また、本発明に係る石炭ガス化発電プラン
トの燃料切替システムは、上述した別の課題を解決する
ために、ガスタービンにガス化炉で発生した精製ガス燃
料を供給する精製ガス供給系と、ガスタービンに液体燃
料を供給する液体燃料供給系と、前記各供給系からガス
タービンに供給される燃料の流量を制御する燃料流量制
御系と、精製ガス燃料と液体燃料とを切替えてガスター
ビンに供給する燃料切替系と、精製ガス燃料と液体燃料
との混合燃焼比率を制御する混合燃焼比率制御系とを備
えるとともに、前記燃料切替系は異常時予め設定された
条件により精製ガス燃料から液体燃料に切替える燃料自
動切替手段を有するようにしたものである。

【００１６】

【作用】本発明に係る石炭ガス化発電プラントの燃料切
替方法は、ガスタービンにガス化炉で発生した精製ガス
燃料と液体燃料との流量を制御して混合燃焼可能に供給
し、これら精製ガス燃料と液体燃料とを切替可能に制御
するとともに、異常時予め設定された条件により精製ガ
ス燃料から液体燃料に自動的に切替えることにより、ガ
スタービンはトリップ動作をおこすことなく継続して安
定的に運転され、発電を安定して行うことができる。そ
して、ガス化炉に酸化剤としての空気を継続的に供給す
ることができるので、精製ガス供給系は運転を継続しな
がら異常状態から正常状態に復帰することができ、精製
ガス燃料による発電を短時間で再開することができる。

【００１７】また、本発明に係る石炭ガス化発電プラン
トの燃料切替システムは、精製ガス供給系によりガスタ
ービンに供給される精製ガスと、液体燃料供給系により
ガスタービンに供給される液体燃料との各流量を燃料流
量制御系により制御するとともに、混合燃焼比率制御系
により精製ガス燃料と液体燃料との混合燃焼比率を制御
する。さらに、燃料切替系により精製ガス燃料と液体燃
料とを切替えてガスタービンに供給し、燃料自動切替手
段により異常時に予め設定された条件が満たされると、
精製ガス燃料から液体燃料に自動的に切替えることによ
り、本発明の方法が実現される。従って、ガスタービン
はトリップ動作をおこすことなく継続して安定的に運転
され、発電を安定して行うことができるとともに、ガス
化炉に酸化剤としての空気を継続的に供給することがで
きるので、精製ガス供給系は運転を継続しながら異常状
態から正常状態に復帰することができ、精製ガス燃料に
よる発電を短時間で再開することができる。

【００１８】

【実施例】本発明に係る石炭ガス化発電プラントの燃料
切替方法および燃料切替システムの一実施例について添
付図面を参照して説明する。

【００１９】図１は、石炭ガス化発電プラントのシステ
ム全体を示す概略系統図、図２は図１の燃料制御系統を
示すブロック図、図３は、本発明に係る石炭ガス化発電
プラントの燃料切替方法に用いられる燃料切替システム
の一実施例を示すブロック図である。

【００２０】石炭ガス化発電プラントは、図１に示すよ
うに、発電機２と発電機２を駆動するガスタービン３と
、ガスタービン３に燃料を供給する燃料供給系４と、燃
料を制御する燃料制御系３０とから構成される。

【００２１】発電機２はガスタービン３と同一の駆動軸
５の一端に連結され、ガスタービン３の駆動により発電
を行う。ガスタービン３は燃焼器６を備え、燃料供給系
４から燃焼器６に供給された燃料の燃焼により回転駆動
される。ガスタービン３の駆動軸５には、圧縮機７が設
けられる。圧縮機７はガスタービン３の駆動により空気
を圧縮し、昇圧した空気を燃焼器６に送出するとともに
、昇圧圧縮機８を介してさらに圧縮しガス化炉１２に送
出する。昇圧圧縮機８は電動機９により駆動される。 燃料供給系４は、精製ガス供給系１０と液体燃料供給系
２０との２系統からなる。

【００２２】精製ガス供給系１０は、ガス燃料供給ライ
ン１４と、ガス燃料供給ライン１４の上流側から順に設
けられた石炭量調整装置１１とガス化炉１２とガス精製
装置１３とから構成される。石炭量調整装置１１は、ガ
ス化炉１２に石炭を調整可能に供給する。ガス発生部と
してのガス化炉１２は、石炭調整装置１１から供給され
た石炭をガス化し、粗ガスを生成する。ガス精製部とし
てのガス精製装置１３は、ガス化炉１２で生成された粗
ガスを精製する。精製ガス供給系１０は、ガス精製装置
１３で生成された精製ガス燃料Ａを燃料流量制御弁１５
を介してガスタービン３の燃焼器６に供給する。

【００２３】液体燃料供給系２０は液体燃料供給ライン
２１と、液体燃料供給ライン２１にそれぞれ並列に設け
られた燃料昇圧ポンプ２２と液体燃料バイパス流量調整
弁２３とから構成される。燃料昇圧ポンプ２２には、液
体燃料供給ライン２１の上流側から図示しない液体燃料
遮断弁を経由して液体燃料Ｂが供給される。燃料昇圧ポ
ンプ２２は、液体燃料Ｂを昇圧してガスタービン３の燃
焼器６に送出する。液体燃料バイパス流量調整弁２３は
、燃料昇圧ポンプ２２で昇圧された液体燃料Ｂをバイパ
スし、燃焼室６に送出される液体燃料Ｂの流量を制御す
る。燃料制御系３０は、燃料流量制御系４０と燃料切替
系６０と混合燃焼比率制御系８０とを有する。

【００２４】燃料流量制御系４０は、図２に示すように
、燃料流量制御弁１５と液体燃料バイパス流量調整弁２
３と、これら各弁１５，２３の開度を制御する燃料流量
制御回路５０とを有する。

【００２５】燃料流量制御回路５０は、ガスタービン３
の制御信号を送出する低値優先回路５１が乗算器５２と
減算器５３とに電気的に接続される。乗算器５２は減算
器５３を介して燃料流量制御弁１５に接続されるととも
に、比例要素５４を経由し関数発生器５５を介して液体
燃料バイパス流量調整弁２３に接続される。

【００２６】低値優先回路５１には、ガスタービン制御
系としてのガスタービン起動時制御系５６および速度負
荷制御系５７、さらに制限制御系としての排ガス温度制
限系（図示せず）等がそれぞれ導かれ、最も低い値がガ
スタービン３の制御信号として選択され、乗算器５２お
よび減算器５３に出力される。

【００２７】燃料流量制御系４０は低値優先回路５１か
らの制御信号が乗算器５２に入力される。乗算器５２に
は、もう一方の値が、すなわち混合燃焼比率制御系８０
からの信号が後述する変化率制限器８３を経て与えられ
る。

【００２８】これら両方の値を乗算器５２で、乗算処理
の後、処理済みの信号が減算器５３に導かれる。そして
、減算器５３が乗算処理済みの値と低値優先回路５１か
ら送出される制御信号とを減算処理し、減算処理後の制
御信号を燃料流量制御弁１５に弁の開度指令信号として
送出し、燃料流量制御弁１５の開度を制御し、精製ガス
供給系１０からガスタービン３への精製ガス燃料Ａの流
量を制御する。

【００２９】燃料流量制御回路５０は、乗算器５２の出
力信号を比例要素５４に入力して精製ガス燃料と液体燃
料との発熱比を係数により演算し、演算処理後の信号を
関数発生器５５に入力する。関数発生器５５では、ガス
タービンの定格運転における精製ガス燃料Ａに対する液
体燃料Ｂの比率を演算処理し、精製ガス燃料Ａの流量信
号に対する液体燃料Ｂの開度設定（流量設定）を行い、
液体燃料バイパス流量調整弁２３の開度を制御し、液体
燃料供給系２０からガスタービン３への液体燃料の流量
を制御する。混合燃焼比率制御系８０は、零設定器８１
と１００％設定器８２と変化率制限器８３とから構成さ
れる。

【００３０】零設定器８１は、切替器６６からの設定信
号に基づいて燃料の零設定を行い、１００％設定器８２
は、燃料の１００％設定を行う。変化率制限器８３は、
各設定器８１，８２から出力される設定信号が入力され
、この設定信号を０％から１００％まで或いは１００％
から０％までランプ変化させて、乗算器２５に出力する
。

【００３１】燃料切替系６０は、図２に示すように、精
製ガス燃料Ａの選択を行う精製ガス燃料選択部６１と、
液体燃料の選択を行う液体燃料選択部６２と、ガスター
ビンの燃料切替出力に到達する条件を検出して燃料選択
条件の要件を付与する燃料切替出力到達部６３と、燃料
切替出力到達部６３の条件に基づき燃料選択部６１，６
２の選択時、所定の燃料に切り替える切替回路６４とを
有する。切替回路６４は、ロジック選択回路６５とロジ
ック選択回路６５の選択に基づいて燃料の切替信号を送
出する切替器６６とから構成される。ロジック選択回路
６５は、ＡＮＤ回路７０，７１，７４とＯＲ回路７３と
ＮＯＴ回路７２，７５とから構成される。

【００３２】ＡＮＤ回路７０は、精製ガス燃料選択部６
１と燃料切替出力到達部６３との条件が満足されて入力
信号が加えられた際、出力信号を送出する。ＡＮＤ回路
７１は、液体燃料選択部６２と燃料切替出力到達部６３
との条件が満足されて入力信号が加えられた際、出力信
号を送出する。ＮＯＴ回路７２は、ＡＮＤ回路７１から
入力信号が加えられない時のみ出力信号を送出する。Ｏ
Ｒ回路７３は、ＡＮＤ回路７０と下流側端末とに接続さ
れ、少なくとも一方から入力信号が加えられると出力信
号を送出する。ＡＮＤ回路７４は、ＮＯＴ回路７２とＯ
Ｒ回路７３とから入力信号が加えられると出力信号を送
出する。ＡＮＤ回路７４の出力側は切替器６６の零設定
に接続されるとともにＮＯＴ回路７５を介して切替器６
６の１００％設定に接続される。

【００３３】燃料切替系６０は、燃料切替出力到達部６
３がガスタービンの燃料切替出力到達条件を検出して選
択条件の要件を付与すると、精製ガス燃料選択部６１の
押しボタンＰＢ６１或いは液体燃料選択部６２の押しボ
タンＰＢ６２の押し操作により、燃料の選択が可能にな
る。

【００３４】精製ガス燃料選択部６１の押しボタンＰＢ
６１の押し操作により精製ガス燃料を選択すると、ＡＮ
Ｄ回路７０，ＯＲ回路７３，ＮＯＴ回路７２，ＡＮＤ回
路７４がそれぞれ条件成立となり、ＡＮＤ回路７４の出
力信号がＯＲ回路７３の入力信号となる信号のホールド
状態となる。この時、切替器６６は零設定選択ａとなり
、零設定信号が混合燃焼比率制御系８０に送出される。 一方、精製ガス燃料Ａがガスタービン３に供給されてい
るときに、手動により精製ガス燃料Ａから液体燃料Ｂに
切替える場合について述べる。

【００３５】燃料切替系６０は、燃料切替出力到達部６
３がガスタービンの燃料切替出力到達条件を検出して選
択条件の要件を付与した状態で、精製ガス燃料選択部６
１の選択により、精製ガス燃料Ａが選択されている場合
、液体燃料選択部６２の押しボタンＰＢ６２の押し操作
により、液体燃料Ｂを選択すると、ＡＮＤ回路７０，Ｏ
Ｒ回路７３，ＡＮＤ回路７１がそれぞれ条件成立となる
が、ＡＮＤ回路７１での条件成立によりＮＯＴ回路７２
は反転し、出力信号をＡＮＤ回路７４に送出しなくなり
、ＡＮＤ回路７４は条件不成立となる。

【００３６】このため、ＡＮＤ回路７４の出力信号がＯ
Ｒ回路７３の入力信号として成立していたホールド状態
は解除され、切替器６６は１００％設定選択ｂとなり、
１００％設定信号が混合燃焼比率制御系８０に送出され
る。混合燃焼比率制御系８０に１００％設定信号が送出
されると、１００％設定器８２により１００％設定値が
変化率制限器８３に出力される。零設定器８１は、切替
器６６からの設定信号に基づいて燃料の零設定を行い、
１００％設定器８２は、燃料の１００％設定を行う

【０
０３７】変化率制限器８３は、入力された１００％設定
値に基づき、設定信号を０％から１００％までランプ変
化させて、乗算器２５に出力する。これにより燃料は混
合燃焼状態を経て液体燃料Ｂに切替わる。

【００３８】ところで、本発明の石炭ガス化発電プラン
トの燃料切替システムでは、燃料切替系１６０が、図３
に示すように、精製ガス燃料選択部６１、液体燃料選択
部６２、燃料切替出力到達部６３に加え、自動切替条件
部９０を備えており、精製ガス燃料によるガスタービン
３の運転時、自動切替条件部９０の条件に基づき精製ガ
ス燃料から液体燃料に切り替える切替回路１６４を有し
て構成される。

【００３９】自動切替条件部９０は、精製ガス供給系の
異常時、或いは発電系の異常時に現れるそれぞれの異常
条件を予め設定している。例えば、精製ガス供給系の異
常であれば、精製ガス圧力の低下９１、或いは発電系の
異常であれば、負荷の変化９２、負荷の遮断９３、送電
系統の事故による所内単独運転への移行９４等である。 切換回路１６４は、ロジック選択回路１６５とロジック
選択回路１６５の選択に基づいて燃料の切替信号を送出
する切替器６６とから構成される。ロジック選択回路１
６５は、ＡＮＤ回路７０，７１，７８とＯＲ回路７３，
７６とＮＯＴ回路７２，７５，７７とから構成される。 自動切替条件部９０は、予め設定した異常条件９１，９
２，９３，９４がＯＲ回路７６に接続され、ＮＯＴ回路
７７を介してＡＮＤ回路７８に接続される。

【００４０】自動切替条件部９０は、精製ガス供給系１
０或いは発電系の異常時、異常内容が検知されると、予
め設定した異常条件９１，９２，９３，９４からＯＲ回
路７６に信号が出力される。次に本実施例の作用につい
て説明する。

【００４１】ガスタービン３が精製ガス燃料Ａにより平
常運転されている場合、燃料切替出力到達部６３の条件
が満たされて精製ガス燃料選択部６１により精製ガス燃
料Ａが選択される。この時、ロジック選択回路１６５は
ＡＮＤ回路７８の成立により切替器６６が零設定ａとな
り、零設定ａの信号が混合燃焼比率制御系８０を介して
燃料流量制御回路５０に送出されて燃料流量制御弁１５
が開き、精製ガス供給系１０から精製ガス燃料Ａが燃焼
器６に供給され、ガスタービン３が駆動される。

【００４２】ところが、発電プラントに異常が生じた際
、自動切替条件部９０により異常内容が検知されると、
予め設定した異常条件９１，９２，９３，９４からＯＲ
回路７６に信号が出力される。

【００４３】ＯＲ回路７６は、自動切替条件部９０の予
め設定した異常条件９１，９２，９３，９４のうち少な
くとも１つ以上の条件が満たされると、出力信号をＮＯ
Ｔ回路７７に送出する。ＮＯＴ回路７７に信号が入力さ
れると、ＮＯＴ回路７７はＡＮＤ回路７８に出力してい
た信号を断つので、ＡＮＤ回路７８は条件不成立となる
。

【００４４】このため、ＡＮＤ回路７８の出力信号がＯ
Ｒ回路７３の入力信号として成立していたホールド状態
は解除され、切替器６６は１００％設定選択ｂとなり、
１００％設定器から１００％設定信号が混合燃焼比率制
御系８０に送出される。

【００４５】混合燃焼比率制御系８０では、１００％設
定信号が１００％設定器８２により１００％設定値とし
て変化率制限器８３に与えられる。変化率制限器８３は
、入力された１００％設定値に基づき、出力信号を０％
から１００％までランプ変化させ、乗算器５２へ送出す
る。これにより、ガスタービン３に供給される燃料は、
精製ガス燃料Ａから液体燃料Ｂに自動的に切替わる。

【００４６】このため、ガスタービン３は、トリップす
ることなく継続して運転されるので、圧縮機７は酸化剤
としての圧縮し昇圧されたた空気を燃焼器６に送出する
とともに、昇圧圧縮機８を介してさらに圧縮しガス化炉
１２に送出することができる。

【００４７】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明に係る石炭
ガス化発電プラントの燃料切替方法および燃料切替シス
テムによれば、ガスタービンの運転に異常が生じた際、
予め設定された条件により精製ガス燃料から液体燃料に
自動的に切替えることにより、ガスタービンはトリップ
動作をおこすことなく継続して運転することができるの
で、電力を安定して供給することができる。

【００４８】さらに、ガス化炉に酸化剤としての空気を
継続的に供給することができるので、精製ガス供給系は
運転を継続しながら異常状態から正常状態に復帰するこ
とができ、精製ガス燃料による発電を短時間で再開する
ことができ、発電効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】石炭ガス化発電プラントのシステム全体を示す
概略系統図。

【図２】図１の燃料制御系統を示すブロック図。

【図３】本発明に係る石炭ガス化発電プラントの燃料切
替方法に用いられる燃料切替システムの一実施例を示す
ブロック図。

【符号の説明】

３　　ガスタービン １０　　精製ガス供給系 １２　　ガス化炉 ２０　　液体燃料供給系 ４０　　燃料流量供給系 ６０　　燃料切替系 ９０　　燃料自動切替手段 Ａ　　精製ガス燃料 Ｂ　　液体燃料

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ガスタービンにガス化炉で発生した精
   製ガス燃料と液体燃料との流量を制御して混合燃焼可能
   に供給し、これら精製ガス燃料と液体燃料とを切替可能
   に制御するとともに、異常時予め設定された条件により
   精製ガス燃料から液体燃料に自動的に切替えることを特
   徴とする石炭ガス化発電プラントの燃料切替方法。
2. 【請求項２】　　ガスタービンにガス化炉で発生した精
   製ガス燃料を供給する精製ガス供給系と、ガスタービン
   に液体燃料を供給する液体燃料供給系と、前記各供給系
   からガスタービンに供給される燃料の流量を制御する燃
   料流量制御系と、精製ガス燃料と液体燃料とを切替えて
   ガスタービンに供給する燃料切替系と、精製ガス燃料と
   液体燃料との混合燃焼比率を制御する混合燃焼比率制御
   系とを備えるとともに、前記燃料切替系は異常時予め設
   定された条件により精製ガス燃料から液体燃料に切替え
   る燃料自動切替手段を有していることを特徴とする石炭
   ガス化発電プラントの燃料切替システム。