气化发电设备的控制装置、气化发电设备、及气化发电设备的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气化发电设备的控制装置、气化发电设备、及气化发电设备的控制方法。
【背景技术】
[0002]以往，例如，为了提高煤炭火力设备的发电效率，研发并实用有煤气化复合发电(IGCC ;Integrated Gasificat1n Combined Cycle)设备。该 IGCC 设备构成为具备:燃气轮机，将通过气体精制设备将在气化炉使煤炭气化而得到的生成气体精制而得到的可燃性气体作为燃料进行运转；蒸汽轮机，通过回收燃气轮机的废热而得到的蒸汽而进行运转。
[0003]专利文献I中公开有一种煤气化发电设备，该煤气化发电设备中，使用由氧气制造装置制造的氧气或富含氧空气使煤炭气化，并且通过燃气轮机进行发电，其中，氧气制造装置利用沸点的不同分馏空气中的氮气和氧气。
[0004]并且，如专利文献2的公开，还有在煤气化炉的下部设置炉渣熔融燃烧嘴的装置。通常，煤气化炉的燃烧器内的温度维持在煤炭中的灰分的熔融温度以上，但是，根据运转状态或煤炭特性的波动，存在煤炭中的灰分暂时成为排出不良的情况。该情况下，通过设置在炉渣排出口下部的炉渣熔融燃烧嘴使炉渣熔融。
[0005]以往技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本专利公开平11-22485号公报
[0008]专利文献2:日本专利公开2010-91193号公报
[0009]发明的概要
[0010]发明要解决的技术课题
[0011]在将用氮气输送的煤粉作为燃料向煤气化炉供给的射流床气化炉中，对氧化剂的供应量进行反馈控制(氧气浓度恒定控制)，以使氧气浓度相对于规定投入到气化炉的热量输入的参数即气化炉输入指令(GID ;Gasifier Input Demand)恒定(参照图12)。另夕卜，这里的氧气浓度是指在供给到煤气化炉的燃烧器部的空气及氧气等氧化剂和搬送用氮气等所代表的惰性气体的气体总量中所占的氧气浓度。
[0012]尤其，在进行吹气的IGCC设备中，将从燃气轮机所具有的压缩机抽出的空气在空气升压器中再次加压后用作向煤气化炉供给的空气，氧气使用在空气分离设备(ASU)中制造氮气时次生的氧气。并且，为了根据煤气化炉的负荷情况增减供给到煤气化炉的氧化剂流量，进行如图13所示的控制。
[0013]在此，计算氧气浓度时必要的氮气量(煤粉搬送用氮气)由于无法高精度地计测，因而根据各种状态量进行计算，但是计算出的氮气量随着各种状态量的变动而变动。若以使投入到气化炉的气体中的氧气浓度恒定的方式进行控制，则随着氮气量的变动，空气流量及氧气流量等氧化剂流量的指令值也会变动。
[0014]并且，将从燃气轮机抽出的空气在空气升压器中再次加压而使用的上述空气流量可以根据空气升压器所具有的IGV的开闭调整而比较容易地进行调整。另一方面，基于深冷分离方式等的空气分离设备的响应速度较慢，因此需要预先考虑氧气流量指令值的变动量而以使氧气及氮气始终放气的状态进行运转。
[0015]在煤气化炉的下部设置有炉渣熔融燃烧嘴的装置中，熔融炉渣需要高温，因此使用在空气分离设备中制造的氧气。在这种装置中，由于炉渣熔融燃烧器的使用时期难以预测，因而需要始终使与炉渣熔融燃烧器所使用的氧气流量相当的量放气，成为空气分离设备的动力增加的原因。
[0016]另外，在熔融炉渣的排出性因气化炉的状态量或煤炭性质的变动而恶化的情况下，炉渣熔融燃烧器用于进行加热而改善排出性。
[0017]并且，考虑到上述控制，为了应对消耗侧的变动，始终以将剩余氧气及氮气放气的状态进行运转，成为动力损失的一个原因。
[0018]并且，在IGCC设备根据发电输出指令(MffD ；Mega Watt Dmand)进行运转的情况下，根据与GID相关的煤炭流量或氧化剂流量控制煤气化炉，以使煤气化炉的出口压力维持在设定值。然而，GID也经常变动，这也成为氧气流量发生变动的一个原因。
[0019]本发明鉴于上述问题而作出，其目的在于提供一种能够将从空气中制造的氧气的放气限制为最小的气化发电设备的控制装置、气化发电设备、及气化发电设备的控制方法。
[0020]用于解决技术课题的手段
[0021]为了解决上述问题，本发明的气化发电设备的控制装置、气化发电设备、及气化发电设备的控制方法采用如下方法。
[0022]本发明的第I实施方式涉及一种气化发电设备的控制装置，该气化发电设备具备:从空气分离氧气和氮气的空气分离装置、将所述氧气作为氧化剂使含碳燃料气化的气化炉、及通过利用气体精制设备将所述气化炉中生成的气体精制而得到的燃料气体燃烧后的燃烧气体而进行驱动的燃气轮机，该气化发电设备的控制装置具备空气分离量确定部，其根据所述气化发电设备的运转负荷确定由所述空气分离装置制造的所述氮气的制造量，并且，将对应于由所述空气分离量确定部确定的所述氮气的制造量而次生的全部氧气供给到所述气化炉。
[0023]根据本发明，气化发电设备具备:从空气分离氧气和氮气的空气分离装置、将氧气作为氧化剂使含碳燃料气化的气化炉、及通过利用气体精制设备将所述气化炉中生成的气体精制而得到的燃料气体燃烧后的燃烧气体而进行驱动的燃气轮机。含碳燃料例如为煤炭。
[0024]供给到气化炉的含碳燃料的量根据气化发电设备的运转负荷得到规定，而且需要用于搬送规定的含碳燃料量的氮气。并且，通过空气分离装置，与搬送用的氮气一同从空气中制造氧气。
[0025]以往，由空气分离装置制造出的氮气为了应对消耗侧的变动而与氧气一同过多地制造出，而剩余的氮气及氧气则被放气。
[0026]因此，通过上述空气分离量确定部，根据气化发电设备的运转负荷确定由空气分离装置制造的氮气的制造量，并且，将对应于氮气的制造量而次生的全部氧气供给到气化炉。
[0027]由此，不会过多地与氮气一同制造氧气，而次生的氧气的全部量供给到气化炉，因此，本发明能够将从空气中制造出的氧气的放气限制为最小。
[0028]上述第I实施方式中，优选通过从所述燃气轮机抽气的空气量调整供给到所述气化炉的氧化剂的总量。
[0029]根据本发明，即使由空气分离装置制造出的氧气量较少，通过从燃气轮机向气化炉抽出空气，无需对供给到气化炉的气体中的氧气浓度进行控制，即可向气化炉供给满足在气化炉中消耗的氧气量的氧气。
[0030]在上述第I实施方式中，优选将所述气化发电设备的运转负荷设为对所述气化发电设备的输出指令值。
[0031]根据本发明，根据对气化发电设备的输出指令值，确定氮气的制造量。由此，能够唯一确定氧气的制造量。由于输出指令值与规定投入到气化炉的热量输入的参数即气化炉输入指令值相比表示更为稳定的值，因此能够使氮气和氧气的制造量更加稳定。
[0032]在上述第I实施方式中，优选所述气化炉具备使气化炉内的炉渣熔融的炉渣熔融燃烧嘴，在使用所述炉渣熔融燃烧嘴时，所述空气分离装置中制造的氧气相比使含碳燃料气化的燃烧嘴优先供给到所述炉渣熔融燃烧嘴。
[0033]根据本发明，在使用所述炉渣熔融燃烧嘴时，所制造的氧气相比使含碳燃料气化的燃烧嘴优先供给到炉渣熔融燃烧嘴，因此，无需始终对炉渣熔融燃烧嘴供给氧气。或者，无需考虑到在炉渣熔融燃烧嘴中使用的氧气量而始终将氧气放气。
[0034]在上述第I实施方式中，优选所述气化发电设备具备氧化剂供给路径，该氧化剂供给路径将从所述燃气轮机的空气压缩机抽气的空气或从该空气分离出来的氧气作为氧化剂供给到所述气化炉，在所述气化发电设备处于静定状态时，设为使供给到所述气化炉的氧化剂量与含碳燃料的理论燃烧氧化剂量之比即空气比固定的空气比固定模式，在所述气化炉的运转状态量或所述气化发电设备的负荷变动时，设为使所述空气比可变动的空气比变动模式。
[0035]根据本发明，气化发电设备具备:利用氧化剂使含碳燃料气化的气化炉、通过利用气体精制设备将气化炉中生成的气体精制而得到的燃料气体燃烧后的燃烧气体而进行驱动的燃气轮机、及将从燃气轮机的空气压缩机抽气的空气或从该空气分离出来的氧气作为氧化剂供给到气化炉的氧化剂供给路径。含碳燃料例如为煤炭。