煤气化复合发电设备及煤气化复合发电设备的运行方法与流程

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煤气化复合发电设备及煤气化复合发电设备的运行方法与制造工艺

本发明涉及一种煤气化复合发电设备及煤气化复合发电设备的运行方法。



背景技术:

煤气化复合发电设备例如通过将使煤炭、生物质等固体碳质燃料煤气化而生成的可燃性气体进行燃烧而得到的燃气涡轮的驱动力和回收燃气涡轮的废热而得到的蒸汽涡轮的驱动力来进行发电。作为代表可以举出使用煤炭的煤炭煤气化复合发电设备(Integrated Gasification Combined Cycle:IGCC)(例如,参考专利文献1。)。

煤气化复合发电设备通常具备固体碳质燃料的供给装置、煤气化炉、煤焦回收装置、气体精制设备、燃气涡轮设备、蒸汽涡轮设备、废热回收锅炉而构成。在煤气化炉中固体碳质燃料通过煤气化反应而被煤气化,从而生成可燃性气体。煤气化炉所生成的可燃性气体中,利用煤焦回收装置去除固体碳质燃料的未反应部分(煤焦)之后通过气体精制设备进行精制,并供给至燃气涡轮设备。

燃气涡轮设备在燃烧器中燃烧可燃性气体而生成高温/高压的燃烧排气来驱动燃气涡轮。废热回收锅炉从驱动燃气涡轮之后的燃烧排气进行热回收而生成蒸汽。蒸汽涡轮设备通过废热回收锅炉所生成的蒸汽来驱动蒸汽涡轮。

现有煤气化复合发电设备具备气体冷却器(合成气冷却器),该气体冷却器通过由煤气化炉所生成的可燃性气体与冷却水的热交换而由冷却水生成蒸汽。向气体冷却器供给在废热回收锅炉的省煤器中与燃烧排气进行热交换的冷却水。并且,由气体冷却器所生成的蒸汽被供给至废热回收锅炉成为更高温/高压的蒸汽之后被供给至蒸汽涡轮设备。如此,在现有煤气化复合发电设备中,冷却水和蒸汽在废热回收锅炉、气体冷却器及蒸汽涡轮设备之间循环。

以往技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利公开2009-197693号公报

发明的概要

发明要解决的技术课题

专利文献1中所公开的煤气化复合发电设备中,在因煤气化炉的异常或维护等理由长期停止煤气化炉的情况下,利用燃气涡轮设备进行使用辅助燃料的燃烧来继续进行复合发电。此时,不通过煤气化炉生成可燃性气体,不通过气体冷却器生成蒸汽,因此通过废热回收锅炉的蒸汽量大大少于设计流量而导致蒸汽温度过度上升。

因此,专利文献1中,在利用燃气涡轮设备进行使用辅助燃料的燃烧来继续进行复合发电的情况下,使通过废热回收锅炉的蒸汽迂回多个过热器中的至少一个,以免蒸汽温度过度上升。

然而,专利文献1中,进行使用辅助燃料的复合发电时,通过废热回收锅炉的蒸汽量大大少于设计流量而大大降低来自燃烧排气的热回收效率。并且,专利文献1中,使通过废热回收锅炉的蒸汽迂回多个过热器中的至少一个,以免该蒸汽温度过度上升。因此,基于废热回收锅炉的来自燃烧排气的热回收效率更加下降。



技术实现要素:

本发明是为了解决上述课题而完成的,其目的在于提供一种即使在因煤气化炉或气体精制设备发生故障或其他因素而长期停止的情况下,利用燃气涡轮设备燃烧代替煤气化炉所生成的可燃性气体的其他辅助燃料来生成燃烧排气,并能够维持基于废热回收锅炉的来自燃烧排气的热回收效率的煤气化复合发电设备及其运行方法。

用于解决技术课题的手段

本发明为了解决上述课题,采用下述方法。

本发明的一方式所涉及的煤气化复合发电设备具备:煤气化炉,使用含氧气体使固体碳质燃料煤气化反应而生成可燃性气体;气体冷却器,通过由所述煤气化炉所生成的所述可燃性气体与冷却水的热交换而由该冷却水生成蒸汽;燃气涡轮设备,燃烧由所述气体冷却器所冷却的所述可燃性气体或从气体供给部供给的辅助燃料而得到旋转动力;废热回收锅炉,回收从所述燃气涡轮设备排出的燃烧排气的热量而产生蒸汽;蒸汽涡轮设备,通过从该废热回收锅炉供给的蒸汽而得到旋转动力;发电机,通过所述燃气涡轮设备及所述蒸汽涡轮设备所供给的所述旋转动力而被驱动;及循环系统部,在所述废热回收锅炉中进行所述冷却水的热交换,所述废热回收锅炉具有进行所述燃烧排气与所述冷却水的热交换的第1热交换器及第2热交换器,根据所述燃气涡轮设备燃烧所述可燃性气体的情况和燃烧所述辅助燃料的情况,所述循环系统部切换所述冷却水经过所述第1热交换器、所述第2热交换器及所述气体冷却器中的哪个。

本发明的一方式所涉及的煤气化复合发电设备中,通过煤气化炉生成可燃性气体时,由气体冷却器所冷却的可燃性气体通过燃气涡轮设备燃烧而成为燃烧排气并被引导至废热回收锅炉。此时,气体冷却器从可燃性气体进行热回收并且产生蒸汽,与所产生的蒸汽量相应的供水通过废热回收锅炉所具有的第1热交换器(第1中压省煤器)和第2热交换器(第2中压省煤器)供给至气体冷却器。由于燃烧排气、第1热交换器(第1中压省煤器)及第2热交换器(第2中压省煤器)充分地进行热交换,因此废热回收锅炉出口的燃烧排气的温度下降,燃烧排气的热量充分被回收。

另一方面,不通过煤气化炉生成可燃性气体时,从气体供给部向燃气涡轮设备供给辅助燃料,并成为燃烧排气而被引导至废热回收锅炉。此时,由于没有基于气体冷却器的热回收因此不进行供水,通过废热回收锅炉所具有的第2热交换器(第2中压省煤器)的供水量变少,从而无法充分降低燃烧排气的温度。

因此,本发明的一方式所涉及的煤气化复合发电设备中,循环系统部根据燃气涡轮设备燃烧可燃性气体的情况和燃烧辅助燃料的情况,切换冷却水经过第1热交换器、第2热交换器及气体冷却器中的哪个。

这样一来,根据燃气涡轮设备燃烧可燃性气体的情况和燃烧辅助燃料的情况,适当切换冷却水所经过的热交换器,能够充分降低燃烧排气的温度。

本发明的一方式所涉及的煤气化复合发电设备中,所述循环系统部可以构成为,当所述燃气涡轮设备燃烧所述可燃性气体时,形成所述冷却水串联经过所述第1热交换器、所述第2热交换器及所述气体冷却器的串联热交换系统,当所述燃气涡轮设备燃烧所述辅助燃料时,形成所述冷却水不经过所述气体冷却器而是分别独立地经过所述第1热交换器和所述第2热交换器的独立热交换系统,在规定的排气温度范围从所述废热回收锅炉排出所述燃烧排气。

根据本结构,当燃气涡轮设备燃烧辅助燃料时,形成冷却水不经过气体冷却器而是分别独立地经过第1热交换器和第2热交换器的独立热交换系统。

这样一来,与由第1热交换器和第2热交换器形成串联热交换系统的情况相比,能够增加基于废热回收锅炉的来自燃烧排气的热回收效率。

因此,能够提供一种即使在利用燃气涡轮设备燃烧代替煤气化炉所生成的可燃性气体的辅助燃料而生成燃烧排气的情况下,也能够维持基于废热回收锅炉的来自燃烧排气的热回收效率的煤气化复合发电设备。

上述结构的煤气化复合发电设备中,在所述燃气涡轮设备燃烧所述辅助燃料时所形成的所述独立热交换系统包括:第1热交换系统,使所述冷却水在所述第1热交换器中循环;及第2热交换系统,使所述冷却水在所述第2热交换器中循环,所述第1热交换系统具有汽水分离器,所述汽水分离器导入有通过所述第1热交换器被热交换的所述冷却水,并且将从该冷却水分离的蒸汽向所述蒸汽涡轮设备供给,所述循环系统部可以具有调节阀,所述调节阀根据从所述汽水分离器向所述蒸汽涡轮设备供给的蒸汽的供给量,调节从所述第2热交换系统向所述第1热交换系统流入的所述冷却水的流入量。

根据这种煤气化复合发电设备,燃气涡轮设备燃烧辅助燃料时所形成的第1热交换系统所具有的汽水分离器从通过第1热交换器被热交换的冷却水分离蒸汽并向蒸汽涡轮设备供给。并且,根据从汽水分离器向蒸汽涡轮设备供给的蒸汽的供给量,通过调节阀调节从第2热交换系统向第1热交换系统流入的冷却水的流入量。因此,适当维持流通第1热交换系统的冷却水的流量。

本发明的一方式所涉及的煤气化复合发电设备的运行方法中,所述煤气化复合发电设备具备:煤气化炉,使用含氧气体使固体碳质燃料煤气化反应而生成可燃性气体;气体冷却器,通过由所述煤气化炉所生成的所述可燃性气体与冷却水的热交换而由该冷却水生成蒸汽;燃气涡轮设备,燃烧由所述气体冷却器所冷却的所述可燃性气体或从气体供给部供给的辅助燃料而得到旋转动力;废热回收锅炉,回收从所述燃气涡轮设备排出的燃烧排气的热量而产生蒸汽;蒸汽涡轮设备,通过从该废热回收锅炉供给的蒸汽而得到旋转动力;及发电机,通过所述燃气涡轮设备及所述蒸汽涡轮设备所供给的所述旋转动力而被驱动,所述废热回收锅炉具有:第1热交换器,进行所述燃烧排气与所述冷却水的热交换;及第2热交换器,进行所述燃烧排气与所述冷却水的热交换,所述运行方法具备如下切换工序:根据所述燃气涡轮设备燃烧所述可燃性气体的情况和燃烧所述辅助燃料的情况,切换所述冷却水经过所述第1热交换器、所述第2热交换器及所述气体冷却器中的哪个。

本发明的一方式所涉及的煤气化复合发电设备的运行方法中,通过煤气化炉生成可燃性气体时,由气体冷却器所冷却的可燃性气体通过燃气涡轮设备燃烧而成为燃烧排气并被引导至废热回收锅炉。此时,气体冷却器从可燃性气体进行热回收,并且产生蒸汽,与所产生的蒸汽量相应的供水通过废热回收锅炉所具有的第1热交换器(第1中压省煤器)和第2热交换器(第2中压省煤器)被供给至气体冷却器。由于燃烧排气、第1热交换器(第1中压省煤器)及第2热交换器(第2中压省煤器)充分地进行热交换,因此废热回收锅炉出口的燃烧排气的温度下降,燃烧排气的热量充分被回收。

另一方面,不通过煤气化炉生成可燃性气体时,辅助燃料从气体供给部被供给至燃气涡轮设备,并成为燃烧排气而被引导至废热回收锅炉。此时,由于没有基于气体冷却器的热回收因此不进行供水,通过废热回收锅炉所具有的第2热交换器(第2中压省煤器)的供水量变少,从而无法充分降低燃烧排气的温度。

因此,本发明的一方式所涉及的煤气化复合发电设备的运行方法中,根据燃气涡轮设备燃烧可燃性气体的情况和燃烧辅助燃料的情况,切换冷却水经过第1热交换器、第2热交换器及气体冷却器中的哪个。

这样一来,根据燃气涡轮设备燃烧可燃性气体的情况和燃烧辅助燃料的情况,适当切换冷却水所经过的热交换器,能够充分降低燃烧排气的温度。

本发明的一方式所涉及的煤气化复合发电设备的运行方法中,所述切换工序可以构成为,当所述燃气涡轮设备燃烧所述可燃性气体时,形成所述冷却水串联经过所述第1热交换器、所述第2热交换器及所述气体冷却器的串联热交换系统,当所述燃气涡轮设备燃烧所述辅助燃料时,形成所述冷却水不经过所述气体冷却器而是分别独立地经过所述第1热交换器和所述第2热交换器的独立热交换系统,在规定的排气温度范围从所述废热回收锅炉排出所述燃烧排气。

根据本结构,当燃气涡轮设备燃烧辅助燃料时,形成冷却水不经过气体冷却器而是分别独立地经过第1热交换器和第2热交换器的独立热交换系统。

这样一来,与由第1热交换器和第2热交换器形成串联热交换系统的情况相比,能够增加基于废热回收锅炉的来自燃烧排气的热回收效率。

因此,能够提供一种即使在利用燃气涡轮设备燃烧代替煤气化炉所生成的可燃性气体的辅助燃料而生成燃烧排气的情况下,也能够维持基于废热回收锅炉的来自燃烧排气的热回收效率的煤气化复合发电设备的运行方法。

上述结构的煤气化复合发电设备的运行方法中,所述独立热交换系统包括:使所述冷却水在所述第1热交换器中循环的第1热交换系统;及使所述冷却水在所述第2热交换器中循环的第2热交换系统,所述第1热交换系统具有汽水分离器,所述汽水分离器导入有通过所述第1热交换器被热交换的所述冷却水,并且将从该冷却水分离的蒸汽向所述蒸汽涡轮设备供给,所述运行方法可以具有调节工序,所述调节工序根据从所述汽水分离器向所述蒸汽涡轮设备供给的蒸汽的供给量,调节从所述第2热交换系统向所述第1热交换系统流入的所述冷却水的流入量。

根据这种煤气化复合发电设备的运行方法,燃气涡轮设备燃烧辅助燃料时所形成的第1热交换系统所具有的汽水分离器从通过第1热交换器被热交换的冷却水分离蒸汽并向蒸汽涡轮设备供给。并且,根据从汽水分离器向蒸汽涡轮设备供给的蒸汽的供给量,通过调节阀调节从第2热交换系统向第1热交换系统流入的冷却水的流入量。因此,适当维持流通第1热交换系统的冷却水的流量。

发明效果

根据本发明,能够提供一种即使在因煤气化炉或气体精制设备发生故障或其他因素而长期停止的情况下,利用燃气涡轮设备燃烧代替煤气化炉所生成的可燃性气体的辅助燃料来生成燃烧排气,并能够维持基于废热回收锅炉的来自燃烧排气的热回收效率的煤气化复合发电设备及其运行方法。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的煤炭煤气化复合发电设备的系统图,并且是表示燃烧煤气化炉所生成的可燃性气体的状态的图。

图2是表示本发明的一实施方式的煤炭煤气化复合发电设备的系统图,并且是表示燃烧辅助燃料的状态的图。

图3是表示本发明的一实施方式的煤炭煤气化复合发电设备的动作的流程图。

图4是表示比较例的煤炭煤气化复合发电设备的系统图,并且是表示燃烧煤气化炉所生成的可燃性气体的状态的图。

图5是表示比较例的煤炭煤气化复合发电设备的系统图,并且是表示燃烧辅助燃料的状态的图。

具体实施方式

以下,利用附图对本发明的一实施方式的煤炭煤气化复合发电设备进行说明。

如图1、图2所示,本实施方式的煤炭煤气化复合发电设备(Integrated Gasification Combined Cycle:IGCC)1具备:主燃料供给部10、煤气化炉20、气体冷却器30、气体精制设备40、燃气涡轮设备50、辅助燃料供给部(气体供给部)60、废热回收锅炉70、蒸汽涡轮设备80、发电机90、循环系统部100及控制装置CU。

主燃料供给部10为利用磨煤机(省略图示)将作为固体碳质燃料的煤炭进行粉碎而生成微粉煤,并供给至煤气化炉20的装置。通过从空气分离装置(省略图示)供给的氮气输送由主燃料供给部10所生成的微粉煤,由此供给至煤气化炉20。

煤气化炉20为通过作为含氧气体的煤气化剂使从主燃料供给部10供给的微粉煤煤气化反应来进行煤气化,从而生成可燃性气体的装置。煤气化炉20例如采用被称为空气吹出二级气流床煤气化炉的方式的炉。煤气化炉20将所生成的可燃性气体供给至气体冷却器30。煤气化炉20与气体冷却器30一同构成煤气化炉设备。

作为含氧气体,使用含氧的空气或利用空气分离装置(省略图示)所生成的氧气。

气体冷却器30为通过从煤气化炉20供给的可燃性气体与冷却水的热交换而由冷却水生成蒸汽的热交换器。气体冷却器30通过从废热回收锅炉70的第2中压省煤器70b供给的冷却水与可燃性气体的热交换而生成蒸汽,并将所生成的蒸汽供给至高压蒸汽涡轮80a。

利用气体冷却器30热回收的可燃性气体通过煤焦回收装置(省略图示)回收煤焦之后被引导至气体精制设备40。

气体精制设备40为将利用煤焦回收装置分离去除煤焦的可燃性气体进行精制并去除硫磺成分等杂质,并对作为燃气涡轮设备50的燃料气体适合的性状的气体进行精制的设备。通过气体精制设备40被精制的可燃性气体供给至燃气涡轮设备50的燃烧器(省略图示)。

燃气涡轮设备50具备燃烧器(省略图示)、压缩机(省略图示)及燃气涡轮(省略图示)。燃烧器使用通过压缩机所压缩的压缩空气燃烧从气体精制设备40供给的可燃性气体。这样可燃性气体燃烧时,生成高温/高压的燃烧排气并从燃烧器向燃气涡轮供给。其结果,高温/高压的燃烧排气进行工作而驱动燃气涡轮,排出高温的燃烧排气。燃气涡轮的旋转轴输出作为发电机90a或压缩机的驱动源来使用。

辅助燃料供给部(气体供给部)60为在不从主燃料供给部10向煤气化炉20供给微粉煤,且不通过煤气化炉20生成可燃性气体时,将作为可燃性气体的辅助燃料供给至燃气涡轮设备50的装置。控制装置CU在不从主燃料供给部10向煤气化炉20供给微粉煤的情况下,以从辅助燃料供给部60供给辅助燃料的方式控制辅助燃料供给部60。

作为辅助燃料,例如可以使用天然气等烃系气体。另外,除了烃系气体以外还可以使用各种可燃性气体。

废热回收锅炉70为将从燃气涡轮设备50排出的高温的燃烧排气所拥有的热进行回收并生成蒸汽的设备。废热回收锅炉70通过燃烧排气与水的热交换而生成蒸汽,并将所生成的蒸汽供给至蒸汽涡轮设备80。废热回收锅炉70对通过与水的热交换而温度下降的燃烧排气实施所需的处理之后从烟囱95向大气排放。

废热回收锅炉70具备多个热交换器,所述热交换器用于使从燃气涡轮设备50排出的高温的燃烧排气与冷却水或蒸汽进行热交换。多个热交换器从燃烧排气的流通方向的下游侧朝向上游侧依次配置有第1中压省煤器70a、第2中压省煤器70b、中压蒸发器70c及高压蒸发器70d。

蒸汽涡轮设备80为将从废热回收锅炉70供给的蒸汽作为驱动源来运行,并使连结有发电机90b的旋转轴旋转的设备。发电机90b使用通过旋转轴的旋转而产生的旋转动力来进行发电。

蒸汽涡轮设备80具备高压蒸汽涡轮80a、中压蒸汽涡轮80b及低压蒸汽涡轮80c。

循环系统部100为由在气体冷却器30、废热回收锅炉70及蒸汽涡轮设备80之间使冷却水及冷却水所蒸发的蒸汽循环的各种装置及连接这些装置的流路构成的系统。

循环系统部100具备中压给水泵100a、高压给水泵100b、循环泵100c、调节阀100d、切换阀100e,100f,100g,100h,100i,100j。并且,循环系统部100具备汽水分离器100k和止回阀1001。

中压给水泵100a为将储存于冷凝器96的冷却水进行供给的泵,所述冷凝器96将在低压蒸汽涡轮80c中进行了工作的低压蒸汽进行冷却。

高压给水泵100b为将从第2中压省煤器70b排出的冷却水向中压蒸发器70c、高压蒸发器70d及气体冷却器30供给的泵。

循环泵100c为将利用汽水分离器100k分离蒸汽的冷却水向第1中压省煤器70a供给的泵。

汽水分离器100k为将利用第1中压省煤器70a进行加热并通过切换阀100g被减压的冷却水分离成蒸汽和排出水的装置。通过汽水分离器100k被分离的蒸汽被供给至低压蒸汽涡轮80c。另一方面,通过汽水分离器100k被分离的排出水被供给至第1中压省煤器70a。

调节阀100d为用于将与通过汽水分离器100k被分离的蒸汽相当的量的冷却水供给至在第1中压省煤器70a中循环的循环系统的阀。

止回阀1001为设置于调节阀100d的下游侧且防止冷却水向调节阀100d逆流的阀。

切换阀100e、100f、100g、100h、100i及100j为设置于构成循环系统部100的流路上,且通过切换开闭状态能够在循环系统部100形成第1中压省煤器70a、第2中压省煤器70b及气体冷却器30有所关联的多个热交换系统的切换阀。

控制装置(控制部)CU为控制煤炭煤气化复合发电设备1的各部的装置。控制装置CU通过从存储有用于执行控制动作的控制程序的存储部(省略图示)读出控制程序并执行,从而执行各种控制动作。

以下,利用图3的流程图对通过控制装置CU执行的处理进行说明。

控制装置CU通过执行图3的流程图所示的动作,根据是否通过煤气化炉20进行可燃性气体的生成来形成冷却水的热交换系统,并维持来自燃烧排气的热回收效率。

步骤S301中,控制装置CU判断煤气化炉20是否生成可燃性气体,如果是“是”,则在步骤S302中进行处理,如果是“否”,则在步骤S303中进行的处理。

当从主燃料供给部10向煤气化炉20供给作为主燃料的微粉煤时,控制装置CU判断为“是”。另一方面,因异常等从主燃料供给部10停止向煤气化炉20供给微粉煤时,控制装置CU判断为“否”。

步骤S302(第1热交换工序)中,控制装置CU以由第1中压省煤器70a、第2中压省煤器70b及气体冷却器30形成串联热交换系统的方式控制切换阀100e,100f,100g,100h,100i及调节阀100d的开闭状态。

控制装置CU将切换阀100e,100g,100h,100i控制成闭状态(图1中黑色的阀),将切换阀100f及调节阀100d控制成开状态(图1中白色的阀)。

在此,切换阀100j的开闭状态的切换通过设置于气体冷却器30内的筒(省略图示)的水位水平来进行控制。若通过与从煤气化炉20供给至气体冷却器30的可燃性气体的热交换,筒内的冷却水蒸发而水位水平降低,则为了维持水位水平,切换阀100j成为开状态。若从煤气化炉20供给的可燃性气体減少,则由于水位水平并不降低,因此切换阀100j维持闭状态。

在此,对切换阀100j的开闭状态的切换进行了说明,但关于其他切换阀100e,100f,100g,100h,100i,例如通过控制装置CU对内置于其他切换阀的驱动机构进行控制而驱动阀体来进行。并且,例如,在其他切换阀未内置有驱动机构时,其他切换阀的开闭状态的切换通过控制装置CU在显示装置(省略图示)显示应将其他切换阀设为开状态还是应设为闭状态的命令来进行。为后者时,其他切换阀的开闭状态由工作人员根据显示装置的命令进行手动切换。

在此,利用图1,对通过步骤S302的动作形成的串联热交换系统进行说明。

图1中,通过中压给水泵100a被压送的冷却水经过调节阀100d和止回阀1001被引导至第1中压省煤器70a。被引导至第1中压省煤器70a的冷却水通过与燃烧排气的热交换被加热之后,经过切换阀100f被引导至第2中压省煤器70b。

被引导至第2中压省煤器70b的冷却水通过与燃烧排气的热交换被加热之后,一部分被引导至高压给水泵100b,其他部分被引导至中压蒸发器70c。被引导至中压蒸发器70c的冷却水通过与燃烧排气的热交换被加热而成为蒸汽,被引导至中压蒸汽涡轮80b。

被引导至高压给水泵100b的冷却水的一部分经过切换阀100j而被引导至气体冷却器30,其他一部分被引导至高压蒸发器70d。被引导至高压蒸发器70d的冷却水通过与燃烧排气的热交换被加热而成为蒸汽,被引导至高压蒸汽涡轮80a。被引导至气体冷却器30的冷却水通过与由煤气化炉20所生成的可燃性气体的热交换被加热而成为蒸汽,该蒸汽被引导至废热回收锅炉70并通过热交换器(省略图示)被加热之后被引导至高压蒸汽涡轮80a。

被引导至高压蒸汽涡轮80a的蒸汽在高压蒸汽涡轮80a作为旋转动力来使用。在高压蒸汽涡轮80a工作而温度下降的蒸汽在废热回收锅炉70内再加热之后被引导至中压蒸汽涡轮80b,在中压蒸汽涡轮80b作为旋转动力来使用。

在中压蒸汽涡轮80b工作而温度下降的蒸汽被引导至低压蒸汽涡轮80c作为旋转动力来使用。在低压蒸汽涡轮80c工作而温度下降的蒸汽通过冷凝器96被冷却而进行液化,并储存于冷凝器96的储存部(省略图示)。储存于冷凝器96的储存部的水作为冷却水再次被引导至高压给水泵100b。

如上所述,当煤气化炉20生成可燃性气体时,控制装置CU由第1中压省煤器70a、第2中压省煤器70b及气体冷却器30形成串联热交换系统。在该串联热交换系统中,通过第1中压省煤器70a、第2中压省煤器70b及气体冷却器30进行热交换,因此,每单位时间流通气体冷却器30的冷却水的流量成为与通过第1中压省煤器70a、第2中压省煤器70b及气体冷却器30回收的热量相应的流量。

另一方面,图3的步骤S303中,煤气化炉20不生成可燃性气体,因此控制装置CU将供给至燃气涡轮设备50的燃料从煤气化炉20所生成的可燃性气体切换成辅助燃料供给部60所供给的辅助燃料。控制部CU通过向辅助燃料供给部60发送控制信号,以使从辅助燃料供给部60向燃气涡轮设备50供给辅助燃料。

步骤S304(第2热交换工序)中,控制装置CU控制切换阀100e,100f,100g,100h,100i及调节阀100d的开闭状态,以使分别通过第1中压省煤器70a、第2中压省煤器70b及气体冷却器30来形成独立热交换系统(第1热交换系统,第2热交换系统)。

控制装置CU将切换阀100f控制成闭状态(图2中黑色的阀),将切换阀100e,100g,100h,100i控制成开状态(图2中白色的阀)。另外,如后述,调整阀100d的开闭状态根据通过汽水分离器100k被分离的蒸汽的量来适当进行调整。

在此,利用图2对通过步骤S304的动作形成的独立热交换系统进行说明。

通过步骤S304的动作形成的独立热交换系统的一个为在第1中压省煤器70a中使冷却水循环的第1热交换系统。独立热交换系统的另一个为在第2中压省煤器70b中使冷却水循环的第2热交换系统。第1热交换系统与第2热交换系统为分别独立地使冷却水循环的热交换系统。

首先,对在第1中压省煤器70a中使冷却水循环的第1热交换系统进行说明。

第1热交换系统将循环泵100c所压送的冷却水经过切换阀100h引导至第1中压省煤器70a。被引导至第1中压省煤器70a的冷却水通过与燃烧排气的热交换被加热之后,经过切换阀100g被引导至汽水分离器100k。利用切换阀100g減压的冷却水作为水和蒸汽混合的状态的冷却介质被引导至汽水分离器100k。汽水分离器100k将蒸汽从由切换阀100g导入的冷却介质进行分离,经过切换阀100i向低压蒸汽涡轮80c供给。

另一方面,汽水分离器100k将排出水从由切换阀100g导入的冷却介质进行分离,并向循环泵100c供给。循环泵100c将由汽水分离器100k所分离的排出水(冷却水)经过切换阀100h再次引导至第1中压省煤器70a。如此,冷却水在由循环泵100c、切换阀100h、第1中压省煤器70a、切换阀100g及汽水分离器100k构成的第1热交换系统中循环。

在此,通过汽水分离器100k被分离的蒸汽被引导至第1热交换系统的外部即低压蒸汽涡轮80c。因此,流通第1热交换系统的冷却水的流量减少与被分离的蒸汽的量相应的量。于是,本实施方式中,控制装置CU调节调节阀100d的开度,以使与通过汽水分离器100k被分离的蒸汽的量相应的冷却水从第2热交换系统流入第1热交换系统。

控制装置CU以汽水分离器100k所具有的液面传感器显示一定的液面高度的方式调节调节阀100d的开度。控制装置CU在液面传感器所检测出的液面高度低于目标高度时,使调节阀100d的开度变大,从而使冷却水从第2热交换系统流入第1热交换系统。并且,控制装置CU在液面传感器所检测出的液面高度高于目标高度时,使调节阀100d为闭状态,从而避免冷却水从第2热交换系统流入第1热交换系统。

接着,对在第2中压省煤器70b中使冷却水循环的第2热交换系统进行说明。

图2中,通过中压给水泵100a被压送的冷却水经过切换阀100e被引导至第2中压省煤器70b。被引导至第2中压省煤器70b的冷却水通过与燃烧排气的热交换被加热之后,一部分被引导至高压给水泵100b,其他部分被引导至中压蒸发器70c。被引导至中压蒸发器70c的冷却水通过与燃烧排气的热交换被加热而成为蒸汽,被引导至中压蒸汽涡轮80b。

被引导至高压给水泵100b的冷却水的全部被引导至高压蒸发器70d。被引导至高压蒸发器70d的冷却水通过与燃烧排气的热交换被加热而成为蒸汽,被引导至高压蒸汽涡轮80a。

被引导至高压蒸汽涡轮80a的蒸汽作为高压蒸汽涡轮80a的旋转动力来使用。在高压蒸汽涡轮80a因工作而温度下降的蒸汽在废热回收锅炉70内再次被加热之后被引导至中压蒸汽涡轮80b,在中压蒸汽涡轮80b作为旋转动力来使用。

如此,通过步骤S304的动作形成由第1热交换系统和第2热交换系统构成的独立热交换系统时,冷却水在各自的热交换系统中独立地循环。尤其,关于第1热交换系统,在汽水分离器100k作为蒸汽未被分离的部分的冷却水在第1中压省煤器70a中循环而进行热交换。因此,增加每单位时间在第1中压省煤器70a中循环的冷却水的流量,能够提高来自燃烧排气的热回收效率。

如以上说明,控制装置CU通过执行图3的流程图所示的动作,根据是否通过煤气化炉20进行可燃性气体的生成,形成串联或独立循环系统的哪一个来作为冷却水的热交换系统,能够维持废热回收锅炉70的热回收效率。

在此,利用图4及图5,对本实施方式的比较例的煤炭煤气化复合发电设备1’进行说明。

本实施方式的煤炭煤气化复合发电设备1中,废热回收锅炉70具备第1中压省煤器70a和第2中压省煤器70b。

相对与此,比较例的煤炭煤气化复合发电设备1’中,废热回收锅炉70’具备单一中压省煤器70e。

另外,图4及图5中,标注与图1及图2相同符号的部分是与图1及图2相同的部分,因此省略说明。

如图4所示,煤气化炉20生成可燃性气体,且燃气涡轮设备50燃烧可燃性气体时,被引导至高压给水泵100b的冷却水的一部分经由切换阀100j被引导至气体冷却器30,其他部分被引导至高压蒸发器70d。

图4所示的状态中,在气体冷却器30通过可燃性气体与冷却水的热交换而产生蒸汽。因此,冷却水经由高压给水泵100b以充分的供水量持续地流入气体冷却器30。因此,流通中压省煤器70e、中压蒸发器70c及高压蒸发器70d的冷却水的供水量为充分的量,基于废热回收锅炉70’的热回收效率维持在较高状态。

另一方面,如图5所示,煤气化炉20燃烧辅助燃料时,被引导至高压给水泵100b的冷却水的全部被引导至高压蒸发器70d。此时,被引导至高压给水泵100b的冷却水不会经由切换阀100j而被引导至气体冷却器30。这是因为,在气体冷却器30不进行可燃性气体与冷却水的热交换,从而不产生蒸汽。因此,冷却水几乎不经由高压给水泵100b流入气体冷却器30。由此,流通中压省煤器70e、中压蒸发器70c及高压蒸发器70d的冷却水的供水量无法成为充分的量,导致基于废热回收锅炉70’的热回收效率成为较低状态。

如此,比较例的煤炭煤气化复合发电设备1’中,煤气化炉20燃烧辅助燃料时,冷却水几乎不流入气体冷却器30,随之,导致基于废热回收锅炉70’的热回收效率成为较低状态。

例如,比较例的煤炭煤气化复合发电设备1’中,在燃气涡轮设备50燃烧可燃性气体时从废热回收锅炉70’排出的燃烧排气的温度为约120℃时,燃气涡轮设备50燃烧辅助燃料时从废热回收锅炉70’排出的燃烧排气的温度为约200℃。

另一方面,本实施方式的煤炭煤气化复合发电设备1中,即使在煤气化炉20燃烧辅助燃料时,由于形成由第1热交换系统和第2热交换系统构成的独立热交换系统,因此基于废热回收锅炉70的热回收效率维持在较高状态。

例如,本实施方式的煤炭煤气化复合发电设备1中,在燃气涡轮设备50燃烧可燃性气体时从废热回收锅炉70排出的燃烧排气的温度为约120℃时,燃气涡轮设备50燃烧辅助燃料时从废热回收锅炉70排出的燃烧排气的温度也成为约120℃。

另外,本实施方式的煤炭煤气化复合发电设备1中,从废热回收锅炉70排出的燃烧排气的规定的排气温度范围优选为约120℃。规定的排气温度范围例如可以为110℃以上且130℃以下的范围。更优选115℃以上且125℃以下的范围。

如此,关于煤气化炉20燃烧辅助燃料的情况,对比较例的煤炭煤气化复合发电设备1’与本实施方式的煤炭煤气化复合发电设备1进行比较时,比起比较例,本实施方式的热回收效率更高。

本实施方式的煤炭煤气化复合发电设备1中,在煤气化炉20燃烧辅助燃料时,通过第1中压省煤器70a进行热回收的热量作为通过汽水分离器100k被分离的蒸汽被供给至低压蒸汽涡轮80c。

作为一例,使相对于通过汽水分离器100k被分离的冷却水(排出水)的质量流量的蒸汽的质量流量的比成为约10%时,煤气化炉20燃烧辅助燃料时的本实施方式的煤炭煤气化复合发电设备1的发电效率比比较例的煤炭煤气化复合发电设备1’的发电效率高约2%。

接着,对本实施方式的煤炭煤气化复合发电设备1所发挥的作用及效果进行说明。

本实施方式的煤炭煤气化复合发电设备1中,通过煤气化炉20生成可燃性气体时,通过气体冷却器30被冷却的可燃性气体通过燃气涡轮设备50被燃烧而成为燃烧排气并被引导至废热回收锅炉70。此时,废热回收锅炉70所具有的第1中压省煤器70a(第1热交换器)和第2中压省煤器70b(第2热交换器)从燃烧排气进行热回收,并且气体冷却器30从可燃性气体进行热回收。此时,由第1中压省煤器70a、第2中压省煤器70b及气体冷却器30形成串联热交换系统,因此与通过第1中压省煤器70a、第2中压省煤器70b及气体冷却器30进行回收的热量相应的流量的冷却水每单位时间流通循环系统部100。

另一方面,不通过煤气化炉20生成可燃性气体时,从辅助燃料供给部(气体供给部)60向燃气涡轮设备50供给辅助燃料,成为燃烧排气而被引导至废热回收锅炉70。此时,废热回收锅炉70所具有的第1中压省煤器70a和第2中压省煤器70b从燃烧排气进行热回收,而不进行基于气体冷却器30的热回收。此时,由第1中压省煤器70a和第2中压省煤器70b各自形成独立热交换系统。因此,每单位时间流通循环系统部100的冷却水的流量成为将每单位时间流通形成第1中压省煤器70a的第1热交换系统的冷却水的流量与每单位时间流通形成第2中压省煤器70b的第2热交换系统的冷却水的流量进行加算的流量。

因此,与由第1中压省煤器70a和第2中压省煤器70b形成串联热交换系统的情况相比,每单位时间流通循环系统部100的冷却水的流量增加。由此,与形成串联热交换系统的情况相比,能够增加基于废热回收锅炉70的来自燃烧排气的热回收效率。

因此,能够提供一种即使在利用燃气涡轮设备50燃烧代替煤气化炉20所生成的可燃性气体的辅助燃料而生成燃烧排气时,也能够维持基于废热回收锅炉70的来自燃烧排气的热回收效率的煤炭煤气化复合发电设备1。

并且,根据本实施方式的煤炭煤气化复合发电设备1,燃气涡轮设备50燃烧辅助燃料时,循环系统部100所形成的第1热交换系统所具有的汽水分离器100k将蒸汽从通过第1中压省煤器70a被热交换的冷却水进行分离并供给至蒸汽涡轮设备80。并且,根据从汽水分离器100k向蒸汽涡轮设备80供给的蒸汽的供给量,通过调节阀100d对从第2热交换系统向第1热交换系统流入的冷却水的流入量进行调节。因此,适当维持流通第1热交换系统的冷却水的流量。

〔其他实施方式〕

在以上说明中,作为用于生成可燃性气体的设备,示出了使用使经粉碎的煤炭(微粉煤)煤气化的煤气化炉20的例子,但也可以为其他方式。

例如,作为用于生成可燃性气体的设备,可以使用使间伐木材、废材木料、漂流木、草类、废弃物、污泥、轮胎等生物质燃料等、其他固体碳质燃料煤气化的煤气化炉设备。

在以上说明中,设为燃气涡轮设备50和蒸汽涡轮设备80分别向专用设置的发电机90a、90b赋予驱动力,但也可以为其他方式。例如,也可以为燃气涡轮设备50和蒸汽涡轮设备80向单一发电机90赋予驱动力的方式。

符号说明

1,1’-煤炭煤气化复合发电设备(煤气化复合发电设备),10-主燃料供给部,20-煤气化炉,30-气体冷却器,40-气体精制设备,50-燃气涡轮设备,60-辅助燃料供给部(气体供给部),70,70’-废热回收锅炉,70a-第1中压省煤器(第1热交换器),70b-第2中压省煤器(第2热交换器),70c-中压蒸发器,70d-高压蒸发器,80-蒸汽涡轮设备,90-发电机,100-循环系统部,100k-汽水分离器,CU-控制装置。

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