氣化發電設備的製作方法

2023-10-10 17:20:54

專利名稱：氣化發電設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及氣化發電設備，尤其涉及氣化爐的預熱運轉。
背景技術：
通常，在煤氣化發電設備中，通過氣化爐使煤氣化而形成為生成氣體，通過產生的生成氣體來驅動燃氣輪機，從而使與燃氣輪機連接的發電機發電。在煤氣化發電設備的起動運轉時，在氣化爐中使輕油或天然氣等起動用燃料燃燒來進行起動，從而因由起動用燃料生成的生成氣體中含有的硫成分而使構成氣化爐的壁、節煤器、蒸發器等發生酸露點腐蝕，或將生成氣體中的塵埃固接，為了防止該情況，將氣化爐內預熱(升溫)至露點溫度以上。在專利文獻I中公開如下技術利用作為預熱氣體的惰性氣體對氣化爐內進行預熱，並使由廢熱回收鍋爐加熱後的供水(以下，稱為「高溫水」。)向氣化爐循環而對氣化爐的壁、節煤器、蒸發器從內部預熱，從而縮短氣化爐的預熱運轉時間。在先技術文獻專利文獻專利文獻I日本專利第3676022號公報發明的概要發明要解決的課題然而，專利文獻I所記載的發明在氣化爐的預熱時，在氣化爐的壁、節煤器、蒸發器內的水的壓力低的情況下，因朝著向氣化爐的壁、節煤器、蒸發器供給水的鍋爐水循環路供給高溫水，從而可能在鍋爐水循環路內發生溢流現象(減壓沸騰)而產生鏽蝕或過大的流速。為了防止鏽蝕或過大的流速的產生，需要對向鍋爐水循環路供給的高溫水的流量設 置上限，從而存在無法縮短氣化爐的預熱時間且無法提高煤氣化發電設備的運用性的問題。

發明內容
本發明鑑於這樣的情況而提出，其目的在於提供一種能夠縮短氣化爐的預熱時間的氣化發電設備。為了解決上述課題，本發明的氣化發電設備採用以下的手段。本發明涉及的氣化發電設備具備氣化爐，其具有供與爐內進行熱交換的流體流通的流體流通路，並使燃料氣化而產生生成氣體；氣體精製設備，其從該氣化爐產生的生成氣體除去雜質；燃氣輪機，其由通過該氣體精製設備精製後的氣體進行驅動；熱交換器，其通過從該燃氣輪機導出的排氣對流體進行加熱，其中，在對所述氣化爐進行預熱時，向被導入了由加壓氣體加壓後的流體的所述流體流通路供給由所述熱交換器加熱後的流體。其結果是，在氣化爐的預熱時，通過將加壓後的流體和加熱後的流體向流體流通路供給，能夠防止在流體流通路中產生的溢流現象，從而能夠在不降低加熱的流體的供給量的情況下向流體流通路進行供給。因此，能夠縮短氣化爐的預熱時間，從而能夠提高氣化發電設備的運用性。在氣化發電設備的起動運轉時，向燃氣輪機另行供給起動用燃料。由此，燃氣輪機開始起動運轉，但在本發明中，在進行氣化爐的預熱時，將加壓後的流體和加熱後的流體向流體流通路供給，因此能夠實現氣化爐的預熱時間的縮短，能夠提前在氣化爐中產生生成氣體而向燃氣輪機供給。因此，能夠減少燃氣輪機的起動用燃料的消耗，從而能夠實現氣化發電設備的起動運轉時的成本削減。根據本發明的第一方式涉及的氣化發電設備，所述加壓後的流體被加壓成所述加熱後的流體的飽 和壓力以上。通過將經由氣體區域加壓成飽和壓力以上的流體向流體流通路供給，從而加壓後的流體與加熱後的流體合流，能夠防止流體流通路內的流體成為過大流速。因此，不需要限制加熱後的流體的供給量，能夠提高供給量的上限。因此，能夠縮短氣化爐的預熱時間而提高氣化發電設備的運用性。根據本發明的第二方式涉及的氣化發電設備，所述流體流通路具有流體區域和氣體區域，所述加壓氣體向所述氣體區域供給。通過向流體流通路的氣體區域供給加壓氣體來對流體流通路的流體區域的流體進行加壓，從而能夠防止加壓後的流體與加熱後的流體合流時流體流通路內的流體成為過大流速的情況。因此，不需要限制加熱後的流體的供給量，能夠提高供給量的上限。因而，能夠縮短氣化爐的預熱時間，從而提高氣化發電設備的運用性。本發明的第三方式涉及的氣化發電設備，所述加壓氣體為非冷凝性氣體。使用非冷凝性氣體對向加熱後的流體合流的流體進行加壓。另外，非冷凝性氣體不會冷凝而洩水化。因此，能夠在將向流體流通路引導的流體維持為飽和壓力以上的狀態下對氣化爐進行預熱。因此，能夠縮短氣化爐的預熱時間，從而提高氣化發電設備的運用性。發明效果在氣化爐的預熱時，將加壓後的流體和加熱後的流體向流體流通路供給，因此能夠防止在流體流通路中產生的溢流現象。因此，能夠在不降低加熱後的流體的供給量的情況下將加熱後的流體向流體流通路供給，因此能夠實現氣化爐的預熱時間的縮短。並且，通過縮短氣化爐的預熱時間，能夠提高氣化發電設備的運用性，並能夠提前在氣化爐中產生生成氣體而向燃氣輪機供給。因此，能夠減少燃氣輪機的起動用燃料的消耗，從而能夠實現氣化發電設備的起動運轉時的成本削減。


圖I是本發明的一實施方式涉及的煤氣化複合發電設備的簡要結構圖。圖2是圖I所示的煤氣化爐的預熱系統的簡要結構圖。
具體實施例方式圖I中示出本發明的一實施方式涉及的煤氣化複合發電設備的簡要結構圖。如圖I所示，以煤為燃料的煤氣化複合發電設備(IGCC :IntegratedCoalGasification Combined Cycle) 100主要具備使煤(燃料)氣化的煤氣化爐(氣化爐)101 ;從由煤氣化爐101氣化後的生成氣體除去塵埃及硫成分的氣體精製設備(未圖示)；使由氣體精製設備精製後的精製氣體燃燒來驅動的燃氣輪機106 ;對從燃氣輪機106導出的排出氣體(排氣)的熱量進行回收的廢熱回收鍋爐(熱交換器)107;被導入由廢熱回收鍋爐107產生的蒸氣的蒸氣輪機109 ;由燃氣輪機106及蒸氣輪機109驅動的發電機(未圖示)。煤氣化爐101是使從未圖示的煤供給路徑供給的作為燃料的煤氣化而產生生成氣體的裝置。另外，煤氣化爐101使水(流體)在設置於壁部的水管154(參照圖2)等中流動來產生蒸氣。在該例子中，煤氣化爐101為具有煤氣化爐循環水泵103(在圖I中僅示出一臺。)的所謂強制循環型鍋爐。煤氣化爐101具備為了從下方向上方導入生成的生成氣體而形成在煤氣化爐101的上遊側的煤氣化部(未圖示)；與煤氣化爐101的下遊側連接，將生成氣體從上遊側向下遊側順次引導的蒸發器151、過熱器(未圖示)、節煤器153。生成氣體在通過蒸發器151、過熱器、節煤器153時，在蒸發器151、過熱器、節煤器153中分別進行熱交換。煤氣化·部與蒸發器151、過熱器、節煤器153 —起收納在煤氣化爐壓力容器102內。由此，防止生成氣體向煤氣化爐壓力容器102外流出的情況。在煤氣化部從下方設有燃燒器(未圖示)及減壓器(未圖示)。燃燒器使煤及炭的一部分燃燒。燃燒器採用射流床，但也可以為流動床式或固定床式。在燃燒器及減壓器上分別設有燃燒器燃燒嘴(未圖示)及減壓器燃燒嘴(未圖示)。從煤供給路徑向上述的燃燒嘴供給煤。向燃燒器燃燒嘴供給由後述的燃氣輪機106的壓縮機(未圖示)壓縮後的空氣。即，本實施方式的煤氣化複合發電設備(氣化發電設備)100為所謂的吹氣。在此，從燃氣輪機106的壓縮機供給的空氣作為氣化劑使用。減壓器通過從燃燒器引導來的高溫的氣體而使煤氣化。由此，從煤生成一氧化碳或氫等可燃性的生成氣體。煤氣化反應是使煤及炭中的碳與高溫氣體中的二氧化碳及水分反應而生成一氧化碳和氫的吸熱反應。從煤氣化爐循環水泵103向蒸發器151供給水。供給到蒸發器151的水通過與從減壓器導入的高溫的生成氣體進行熱交換而成為蒸氣，並被向作為氣水分離器且具有氣體區域及水區域(流體區域)的煤氣化爐鍋筒152引導。將煤氣化爐鍋筒152內的具有水的範圍稱為水區域，將不具有水的範圍稱為氣體區域。將在煤氣化爐鍋筒152內通過分離出水分而產生的蒸氣向過熱器引導。引導到過熱器的蒸氣通過與高溫的生成氣體進行熱交換而成為過熱蒸氣，並被向蒸氣輪機109引導。向節煤器153供給通過高壓供水泵113升壓後的水。供給到節煤器153的水與通過向蒸發器151及過熱器提供熱量而溫度降低了的生成氣體進行熱交換，由此溫度上升。溫度上升了的水被向煤氣化爐鍋筒152引導。在通過蒸發器151、過熱器、節煤器153而溫度下降了的生成氣體中含有作為雜質的塵埃、硫化氫或硫化羰這樣的硫化合物，將含有塵埃及硫化合物的生成氣體從煤氣化爐101向氣體精製設備引導。氣體精製設備具備脫塵裝置104和脫硫裝置105。脫塵裝置104是除去作為生成氣體中的雜質的塵埃的裝置。脫硫裝置105是除去作為生成氣體中的雜質的硫化合物的裝置。生成氣體通過脫塵裝置104及脫硫裝置105進行脫塵和脫硫，從而成為被精製後的清潔的精製氣體而被向燃氣輪機106引導。被引導到燃氣輪機106的精製氣體首先向在燃氣輪機106上設置的燃燒器(未圖示)輸送。燃氣輪機106具備燃燒器、由通過燃燒器進行燃燒後的廢氣驅動的渦輪(未圖示)、向燃燒器送出高壓的空氣的壓縮機(未圖示)。在燃燒器中，被引導來的精製氣體和空氣燃燒而排出廢氣(排氣)。從燃燒器排出後的廢氣被向渦輪引導，而對渦輪進行旋轉驅動。通過渦輪由廢氣進行旋轉驅動，與渦輪連接的旋轉軸(未圖示)進行旋轉。在旋轉的旋轉軸上連接有壓縮機，壓縮機通過旋轉軸旋轉而進行旋轉驅動，對空氣進行壓縮。由壓縮機壓縮後的空氣被向燃燒器和煤氣化爐101引導。並且，由於在旋轉軸上連接有發電機，因此通過使旋轉軸旋轉，驅動發電機而進行發電。 對燃氣輪機106進行旋轉驅動的廢氣被向廢熱回收鍋爐107引導。廢熱回收鍋爐107是通過從燃氣輪機106引導來的廢氣的熱量來產生過熱蒸氣的裝置。在廢熱回收鍋爐107中被回收了熱量的廢氣從煙囪108向煤氣化複合發電設備100外排出。在廢熱回收鍋爐107中產生的過熱蒸氣被向蒸氣輪機109引導。另外，從上述的煤氣化爐鍋筒152及過熱器向蒸氣輪機109引導過熱蒸氣。蒸氣輪機109與燃氣輪機106連接於相同旋轉軸，成為所謂的一軸式的組合系統。需要說明的是，不局限於一軸式的組合系統，也可以為不同軸式的組合系統。由燃氣輪機106驅動的旋轉軸通過向蒸氣輪機109引導蒸氣而驅動力進一步增力口。因此，與旋轉軸連接的發電機的發電量增加。對蒸氣輪機109進行旋轉驅動後的蒸氣被向凝汽器111引導。被引導到凝汽器111的蒸氣被海水冷卻而返回水(冷凝水)。冷凝水通過低壓供水泵112向廢熱回收鍋爐107供給，並通過被引導到廢熱回收鍋爐107的廢氣而成為高溫的水。高溫的水的一部分通過高壓供水泵113被作為升溫供水(加熱流體)135而向後述的鍋爐水循環路徑131 (參照圖2)供給，剩餘的部分被再次向廢熱回收鍋爐107內引導而成為過熱蒸氣。接著，利用圖2，對煤氣化爐的預熱的方法進行說明。在圖2中示出煤氣化爐的預熱系統。煤氣化爐101的預熱系統具備從煤氣化爐鍋筒152向在煤氣化爐101的壁部設置的水管154引導水的鍋爐水循環路徑(流體流通路)131 ;將在煤氣化爐鍋筒152中產生的蒸氣向未圖示的過熱器引導的過熱器入口管134 ;將從鍋爐水循環路徑131的一部分分支出的水向節煤器153引導的節煤器循環路徑132 ;將從鍋爐水循環路徑131的一部分進一步分支出的水向蒸發器151引導的蒸發器循環路徑133。另外，從上述的廢熱回收鍋爐107(參照圖I)的一部分引導來的例如被加熱成約100°C的暖氣用的供水(以下，稱為「升溫供水」。)135向與煤氣化爐鍋筒152連接的鍋爐水循環路徑131合流。合流了升溫供水(加熱流體)135後的鍋爐水循環路徑131內的水由煤氣化爐循環水泵103升壓。升壓後的水經由鍋爐水循環路徑131、從鍋爐水循環路徑131分支出的節煤器循環路徑132及蒸發器循環路徑133向在煤氣化爐101上設置的水管154、節煤器153、蒸發器151供給。需要說明的是，與煤氣化爐鍋筒152連接的過熱器入口管134將通過使煤氣化爐鍋筒152內的水氣水分離而產生的飽和蒸氣向過熱器供給。煤氣化複合發電設備100(參照圖I)在停止起動的情況下，鍋爐水循環路徑131內的水的壓力成為低壓。因此，在煤氣化複合發電設備100的起動運轉時，使溫度為100°C的升溫供水135向從煤氣化爐鍋筒152導出的低壓的鍋爐水循環路徑131內的水合流的情況下，在鍋爐水循環路徑131內會產生溢流現象。在此，通過氣體供給路徑136將通過在煤氣化複合發電設備100內設置的空氣分離裝置110而從空氣產生的氮氣(加壓氣體)向積存有低溫的水(大氣溫度 約80°C左右)的煤氣化爐鍋筒152內的氣體區域供給。通過使氮氣成為高壓並將其向煤氣化爐鍋筒152內的氣體區域引導，由此煤氣化爐鍋筒152內從約4MPa被加壓成lOMPa。
通過將煤氣化爐鍋筒152內加壓，煤氣化爐鍋筒152內的水成為比升溫供水135的飽和壓力高的高壓。由此，即使在將煤氣化爐鍋筒152內的被加壓了的低溫的水(加壓流體)向鍋爐水循環路徑131導出，並與高溫的升溫供水135合流的情況下，也能夠防止在鍋爐水循環路徑131內產生溢流現象的情況。通過這樣抑制溢流現象，能夠在不減少向鍋爐水循環路徑131合流的升溫供水135的流量的情況下從鍋爐水循環路徑131向節煤器循環路徑13、蒸發器循環路徑133供給溫度上升了的水(約250°C 350°C左右)，並且，通過從鍋爐水循環路徑131、節煤器循環路徑132、蒸發器循環路徑133向水管154、節煤器153、蒸發器151供給溫度上升了的水，從而能夠從內部對煤氣化爐101進行預熱。接著，對煤氣化複合發電設備的起動運轉的方法進行說明。燃氣輪機106 (參照圖I)通過向燃氣輪機106的燃燒器供給石油等起動用燃料，並使供給到燃燒器的起動用燃料燃燒而產生的廢氣來進行起動。從燃氣輪機106的燃燒器導出的廢氣向廢熱回收鍋爐107供給，對從未圖示的供水路徑供給的水進行加熱而產生高溫的水和蒸氣。在廢熱回收鍋爐107中產生的蒸氣被向蒸氣輪機109引導。由此，使蒸氣輪機109起動。在廢熱回收鍋爐107中產生的高溫的水的一部分被從廢熱回收鍋爐107取出而由高壓供水泵113升壓。升壓後的高溫的水作為升溫供水135而向鍋爐水循環路徑131 (參照圖2)供給，通過向鍋爐水循環路徑131供給的升溫供水135和由煤氣化爐鍋筒152加壓後的水，如上述那樣將煤氣化爐101預熱。如以上那樣，通過將煤氣化複合發電設備100的各設備預熱，從而使煤氣化複合發電設備100起動。如以上那樣，根據本實施方式涉及的煤氣化複合發電設備，起到以下的作用效果。在煤氣化爐(氣化爐)101的預熱時，向煤氣化爐鍋筒152內的氣體區域供給氮氣(加壓氣體)，並將加壓成升溫供水(加熱流體)135的飽和壓力以上的低溫的水(加壓流體)和升溫供水135向鍋爐水循環路徑(流體流通路)131供給。由此，能夠防止加壓後的水與升溫供水135向鍋爐水循環路徑131合流時產生的溢流現象及過大流速。因此，能夠在不使升溫供水135的供給量降低的情況下向鍋爐水循環路徑131進行供給。因而，能夠實現煤氣化爐101的預熱時間的縮短，能夠使煤氣化複合發電設備(氣化發電設備)100的運用性提高，並且能夠提前在煤氣化爐101中產生生成氣體而向燃氣輪機106供給，因此能夠降低燃氣輪機106的起動用燃料的消耗，從而能夠實現煤氣化複合發電設備100的起動運轉時的成本削減。另外，對向升溫供水135合流的水進行加壓的氮氣(非冷凝性氣體)不會冷凝而洩水化，因此能夠在將向鍋爐水循環路徑131引導的水維持為升溫供水135的飽和壓力以上的狀態下對煤氣化爐101進行預熱。因而，能夠縮短煤氣化爐101的預熱時間，從而提高煤氣化複合發電設備100的運用性。需要說明的是，在本實施方式中，使用氮氣進行了說明，但本發明沒有限定於此，也可以使用非冷凝性且非腐蝕性的氣體。另外，說明了氮氣使用由空氣分離裝置110分離出的氮氣的情況，但也可以另行設置產生氮氣的設備。
並且，說明了將氮氣向煤氣化爐鍋筒152供給的情況，但也可以向從鍋爐水循環路徑131、節煤器循環路徑132、蒸發器循環路徑133經由水管154、節煤器153、蒸發器151而直至煤氣化爐鍋筒152的路徑、以及從煤氣化爐鍋筒152經由過熱器入口管134而直至蒸氣輪機109的路徑上的具有氣體區域的部分供給。符號說明100煤氣化複合發電設備(氣化發電設備)101煤氣化爐(氣化爐)IO2煤氣化爐壓力容器103煤氣化爐循環水泵104脫塵裝置105脫硫裝置106燃氣輪機107廢熱回收鍋爐(熱交換器)108 煙囪109蒸氣輪機110空氣分離裝置111凝汽器112低壓供水泵113高壓供水泵131鍋爐水循環路(流體流通路)132節煤器循環路徑133蒸發器循環路徑134過熱器入口管135升溫供水(加熱流體)136氣體供給路徑151蒸發器152煤氣化爐鍋筒153節煤器
154 水管
權利要求
1.一種氣化發電設備，其中， 具備 氣化爐，其具有使與爐內進行熱交換的流體流通的流體流通路，並使燃料氣化而產生生成氣體； 氣體精製設備，其從該氣化爐產生的生成氣體中除去雜質； 燃氣輪機，其由通過該氣體精製設備精製後的氣體來驅動； 熱交換器，其利用從該燃氣輪機導出的排氣對流體進行加熱， 在對所述氣化爐進行預熱時，向被導入由加壓氣體加壓後的流體的所述流體流通路供給由所述熱交換器加熱後的流體。
2.根據權利要求I所述的氣化發電設備，其中， 所述加壓後的流體被加壓成所述加熱後的流體的飽和壓力以上。
3.根據權利要求I或2所述的氣化發電設備，其中， 所述流體流通路具有流體區域和氣體區域， 所述加壓氣體向所述氣體區域供給。
4.根據權利要求I至3中任一項所述的氣化發電設備，其中， 所述加壓氣體為非冷凝性氣體。
全文摘要
本發明提供一種氣化發電設備，其具備氣化爐(101)，其具有供與爐內進行熱交換的流體流通的流體流通路(131)，並使燃料氣化而產生生成氣體；氣體精製設備，其除去由氣化爐(101)產生的生成氣體中含有的雜質；燃氣輪機，其由通過氣體精製設備精製後的氣體進行驅動；熱交換器，其通過從燃氣輪機導出的排氣對流體進行加熱，其中，在對氣化爐(101)進行預熱時，將由熱交換器加熱後的流體通過加壓氣體進行加壓而向流體流通路(131)供給。
文檔編號F02C3/28GK102906394SQ20118002108
公開日2013年1月30日 申請日期2011年5月19日 優先權日2010年5月20日
發明者羽有健太, 柴田泰成, 北川雄一郎, 品田治 申請人:三菱重工業株式會社