JP4117517B2

JP4117517B2 - 石炭ガス化複合発電プラントとその運転制御装置。

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Publication number: JP4117517B2
Application number: JP11651399A
Authority: JP
Inventors: 尚之永渕; 正衛高橋; 武司石田; 美雄佐藤; 文彦木曽; 幸徳片桐; 武彦池松; 英夫中村; 謙太島内; 新喜田; 成久杉田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2019-04-23
Also published as: JP2000303804A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭ガス化複合発電プラントの運用において、負荷追従性能が比較的遅い動力回収部での操作端の変化率を抑え、負荷追従性能が比較的容易な動力回収部の運転制御を主としてプラント全体での負荷追従性能を向上する運用制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術では、石炭ガス化複合発電プラントでは、プラント負荷指令値に追従するため、ガスタービン出力をもとに、ガス化炉への供給石炭量及び酸化剤供給量を調整するいわゆるガスタービン主導負荷制御方式が主として提案されている。
【０００３】
更に、特開平７−３３２０２２号公報では、ガス化炉からの精製ガスの一部を排熱回収ボイラへ常時バイパスして該ボイラ内にて燃焼することにより、前記排熱回収ボイラ内の過熱器入口温度を高くして蒸気タービン出力を増加すると同時に、前記ガス化炉に設けられた熱回収部内の過熱器を不要とする技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記ガスタービン主導負荷制御では、石炭をガス化炉に投入してから、精製ガスに変換してガスタービン燃焼器へ到達するまでの所要時間が大きく、応答性が十分でないという問題があった。また、負荷追従時に、ガス化炉からの精製ガス量増加前にガスタービン燃料流量調整弁を操作することにより、ガス圧力及びガス化炉内圧力も変動してしまうという問題があった。更に、前記公報開示の技術では、プラントへの負荷指令値が大きく変動する場合では、前記ガス化炉への石炭量及び酸化剤の供給量の変動も大きくなるため、ガス化炉内圧を一定となるよう該供給量を調整することは困難となるという問題と、精製ガスの一部が常時ガスタービン燃焼器をバイパスして排熱回収ボイラへ送られるため、ガスタービン出力が低減するという問題と、があった。
【０００５】
本発明の第１の課題は、石炭ガス化複合発電プラントにおいて、負荷変動時の制御の時間遅れを低減することにある。本発明の第２の課題は、負荷変動時のガス圧力の安定化およびガスタービン出力の低減を抑制することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記第１の課題を解決するために、石炭ガス化複合発電プラントにおいて、燃料ガス配管から分岐して流量調整可能なガスタービンバイパス弁を介装するガスタービンバイパス配管と、ガスタービンバイパス配管を通気する精製ガスを燃焼させる精製ガス燃焼装置と、精製ガス燃焼装置の燃焼ガス出側と排熱回収装置の排気ガス入り側を連通する燃焼ガス管路を設けてなり、ガスタービンバイパス弁の開度を制御する制御装置を有し、その制御装置は、前記蒸気タービンの出力とプラント負荷変動に応じて可変される前記蒸気タービンの出力指令値との偏差をゼロにするようにガスタービンバイパス弁の開度を制御する。
【０００７】
更に、前記第２の課題を解決するために、石炭をガス化して粗ガスを生成するとともに発生する熱を用いて蒸気を生成するガス化設備と、該ガス化設備に接続して配置され前記粗ガス中の不要物質を除去して精製ガスとするガス精製設備と、該ガス精製設備に燃料ガス配管で接続して配置され前記精製ガスを燃料とするガスタービンと、該ガスタービンに接続して配置され該ガスタービンから排出される排気ガスを用いて蒸気を発生させる排熱回収装置と、前記ガス化設備と前記排熱回収装置で生成され主蒸気弁を介して供給された蒸気を動力源とする蒸気タービンと、前記ガス化設備と前記排熱回収装置で生成された蒸気を前記蒸気タービンに導く配管を前記蒸気タービンの復水器に流量調整弁を介して接続する蒸気バイパス管と、前記ガス精製設備の精製ガス出側に弁を介して接続されて精製ガスを燃焼させる精製ガス燃焼装置と、該精製ガス燃焼装置の燃焼ガス出側と前記排熱回収装置の排気ガス入り側を連通する管路と、を含んで成る石炭ガス化複合発電プラントの運転を、プラント負荷指令値に基づいて制御する運転制御装置において、プラント負荷指令値をガスタービン負荷指令値と蒸気タービン負荷指令値とに分配する負荷指令分配手段と、前記ガスタービンの実出力と前記ガスタービン負荷指令値との差を０とするようにガスタービンの燃料流調弁開度を調整する燃料流調弁開度調整手段と、前記ガスタービンの実出力と前記ガスタービン負荷指令値との差を０とするようにガスタービンの燃料流調弁開度を調整する燃料流調弁開度調整手段と、前記蒸気タービンの実出力と前記蒸気タービン負荷指令値との差を０とするように蒸気タービンの主蒸気弁開度を調整する第１の主蒸気弁開度信号と、前記蒸気タービンの入口主蒸気圧力とプラント負荷指令値を引数とする入口主蒸気圧力設定値との差を０とするように蒸気タービンの主蒸気弁開度を調整する第２の主蒸気弁開度信号と、の低値選択により前記主蒸気弁開度を調整する主蒸気弁開度調整手段と、前記ガス化設備の粗ガス出口における粗ガスの実圧力と前記プラント負荷指令値を引数とする粗ガス出口圧力設定値との差を０とするようにガス化設備への石炭供給量を調整する信号に前記燃料流調弁開度調整手段の出力信号を加味して修正した信号と、前記第２の主蒸気弁開度信号に基づいて生成されガス化設備への石炭供給量を調整する信号と、から前記ガス化設備への供給石炭量を調整する供給石炭量調整手段と、前記ガス化設備への実供給酸化剤量と前記プラント負荷指令値を引数とする酸化剤供給量設定値との差を０とするように酸化剤供給弁開度を調整する酸化剤供給量調整手段と、前記粗ガス実圧力が前記粗ガス出口圧力設定値よりも大きい場合に、前記ガス精製設備から前記精製ガス燃焼装置に導かれる精製ガスバイパス量を増加させ、前記粗ガス実圧力が前記粗ガス出口圧力設定値よりも小さい場合に、前記精製ガスバイパス量を減少させる精製ガスバイパス量調整手段と、前記入口主蒸気圧力が入口主蒸気圧力設定値よりも大きい場合に、前記排熱回収装置からの蒸気を前記蒸気タービン復水器へ直接通気する蒸気バイパス管に介装された流量調整弁の開度を増加させる蒸気バイパス流量調整手段と、を設ける。
【０００８】
更に、前記主蒸気弁開度調整手段に、主蒸気圧力が所定の圧力を下回る場合には、主蒸気弁開度を一定とする開度規制手段を付加してもよい。
【０００９】
また、主蒸気弁開度を一定とする信号を出力する開度規制手段を設け、負荷追従性能を向上する運転の場合には前記主蒸気弁開度調整手段の出力で主蒸気弁の開度制御を行い、最大発電効率にて運転する場合には前記開度規制手段の出力で主蒸気弁の開度制御を実施する切替手段を設けるようにしてもよい。
【００１０】
前記精製ガスバイパス量調整手段は、前記粗ガス実圧力と前記粗ガス出口圧力設定値の差が予め設定された許容値を超えたときに精製ガスバイパス量を増減するように構成するのが望ましい。
【００１１】
前記蒸気バイパス流量調整手段は、前記入口主蒸気圧力が入口主蒸気圧力設定値よりも許容値を超えて大きい場合に蒸気バイパス管に介装された流量調整弁の開度を増加させるように構成するのが望ましい。
【００１２】
なお、前記精製ガスバイパス量調整手段には、負荷変動時において、前記蒸気タービン負荷指令値と蒸気タービンの実出力との差を０とするように前記精製ガスバイパス量を調整するバイパスガス量調節手段を付加するのが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１を参照して説明する。図示のプラントは、石炭をガス化するガス化設備部分と、該ガス化設備部分で生成されたガスを精製するガス精製部分と、該精製されたガスから動力を取出す発電部分と、それらを相互に接続する管路と、図示されていない制御手段と、を含んで構成されている。
【００１４】
ガス化設備部分は、ガス化炉７と、該ガス化炉７に接続して設けられ伝熱管（熱交換器）を内装した熱回収ボイラ８と、該伝熱管の出側と入り側に接続して配置された気水分離器１４と、石炭を石炭供給弁２１を介装した管路７２を介してガス化炉７に供給するバンカー６と、該管路７２に設置されて石炭供給量を検出する石炭供給量検出器２６と、酸化剤を酸化剤供給弁２２を介装した管路７３を介してガス化炉７に供給する図示されていない酸化剤供給源と、該管路７３に設置されて酸化剤供給量を検出する酸化剤供給量検出器２７と、前記伝熱管の下端の入り側と前記気水分離器１４を結ぶ管路７４に介装された給水ポンプ１５と、熱回収ボイラ８の底部とガス化炉７の上部を連通する管路６６と、該管路６６の熱回収ボイラ接続部近くに設置されて発生した粗ガスの出口圧力を検出する発生ガス出口圧力検出器２８と、を含んで構成されている。
【００１５】
ガス精製部分は、前記管路６６に入り側を接続して配置されたガス精製設備９と、該ガス精製設備９のガス出側に接続され、上流側から順に圧力調整弁１６、流量調整弁１７を介装した燃料ガス配管である精製ガス供給管路６７と、前記圧力調整弁１６上流側の精製ガス供給管路６７にガスタービンバイパス弁２４を介装したガスタービンバイパス配管２３で接続された精製ガス燃焼装置２５と、を含んで構成されている。
【００１６】
発電部分は、前記精製ガス供給管路６７に接続して設置された燃焼器３と、燃焼器３に接続して設置されたガスタービン４と、該ガスタービン４に駆動されるガスタービン発電機１２と、同じくガスタービン４に駆動され圧縮空気を前記燃焼器３に供給する圧縮機２と、該圧縮機２の空気入り側に配置されて吸込み空気量を制御する入口案内翼１と、ガスタービン４の出力軸に設置されて出力を検出するガスタービン出力検出器３０と、ガスタービン４の排気側に排気管路６８で加熱側流体流路入口（すなわち排気ガス入口）を接続された排熱回収装置１０と、排熱回収装置１０の被加熱流体流路出側（すなわち蒸気出側）に蒸気管６９で接続された蒸気タービン５と、蒸気タービン５の蒸気出側に接続された復水器１１と、蒸気タービン５の出力軸に結合されて駆動される発電機１３と、該出力軸に装着されて出力を検出する蒸気タービン出力検出器３１と、前記蒸気管６９に介装された主蒸気弁１８と、主蒸気弁１８と前記排熱回収装置１０の間の前記蒸気管６９に装着されて蒸気圧力を検出する主蒸気圧力検出器２９と、主蒸気弁１８と主蒸気圧力検出器２９の間の蒸気管５９を流量調整可能なバイパス弁１９を介して復水器１１に連通する蒸気バイパス管７０と、復水器１１の復水出側と前記排熱回収装置１０の被加熱流体入り側（すなわち給水入り側）を連通する給水管７１と、給水管７１に介装されて復水器１１の復水を排熱回収装置１０に送りこむ給水ポンプ２０と、を含んで構成されている。
【００１７】
前記排熱回収装置１０は、エコノマイザと蒸発器と過熱器を内装し、エコノマイザ入り側が前記被加熱流体入り側をなし、過熱器出側が前記被加熱流体流路出側をなしている。エコノマイザ出側は図示されていない気水ドラムに接続され、蒸発器の出側、入り側も前記気水ドラムに接続されている。過熱器入り側も前記気水ドラムに接続されている。前記気水分離器１４の上部（気相部）は蒸気管７５で前記過熱器入り側に接続されている。すなわち、給水ポンプ２０で給水管７１に送り出された給水は、エコノマイザを経て気水ドラムに導かれ、気水ドラムと蒸発器の間を循環しながら蒸発する。気水ドラムにたまった蒸気は、蒸気管７５からの蒸気と合流して過熱器に流入し、過熱器を経て蒸気管６９に流出するのである。
【００１８】
前記精製ガス燃焼装置２５の燃焼ガス出側は燃焼ガス管路７６で前記排気管路６８に接続されている。排熱回収装置１０の加熱流体出側は、大気に開放されている。前記管路７４には、図示されていない給水ラインが給水管７１から接続されているとともに、別にも図示されていない給水ラインが接続されて補給水を供給できるようになっている。
【００１９】
上記構成の石炭ガス化複合発電プラントの動作を次に説明する。酸化剤は、酸化剤供給弁２２により流量を調整され、ガス化炉７へ供給される。前記ガス化炉７は、バンカー６から石炭供給弁２１を経て供給される微粉石炭を前記酸化剤により燃焼させ、発生する水素と一酸化炭素及び二酸化炭素とを含む高温高圧の生成ガスを熱回収ボイラ８へ供給する。該熱回収ボイラ８内には給水が流れる伝熱管（つまり熱交換器）が内包されており、この熱交換器は前記高温高圧の生成ガスに加熱されて蒸気を発生し、発生した蒸気を気水分離器１４へ供給する。気水分離器１４で水分を分離された蒸気は、蒸気管７５を経て排熱回収装置１０に送られ、分離された水分は給水ポンプ１５により、前記熱交換器に循環される。
【００２０】
一方、熱を放出して冷却された前記生成ガスは、管路６６を経てガス精製設備９へ供給される。該ガス精製設備９は生成ガスに含まれる不要物質を除去して精製ガスとし、この精製ガスを、精製ガス供給管路６７に送り出す。なお、ガスタービンバイパス弁２４は、通常運転状態では、閉となっている。精製ガス供給管路６７に介装された圧力調整弁１６で圧力を調整された精製ガスは、流量調整弁１７により流量を調整された後、前記燃焼器３へ供給される。空気は、入口案内翼１により流量を調整されつつ圧縮機２に流入し、圧縮機２に圧縮されて高圧空気となって燃焼器３へ供給される。
【００２１】
燃焼器３は、前記ガス精製設備から供給される精製ガスを前記圧縮機２から供給される高圧空気で燃焼させ、生成される高温ガスをタービン４へ供給する。タービン４に供給された前記高温ガスは、該タービン４にて動力回収され、連結されたガスタービン発電機１２により発電後、排ガスとして排熱回収装置１０を通り、大気へ放出される。排熱回収装置１０は加熱側流体流路（排ガス流路）と被加熱流体流路（エコノマイザ、蒸発器、過熱器）を備えた熱交換器を構成しており、加熱側流体流路を流れる前記排ガスの熱にて前記給水管７１から供給されエコノマイザ、蒸発器を流れる水を加熱して蒸気を発生させる。発生した蒸気は前記気水分離器１４から蒸気管７５を経て供給される蒸気と合流して過熱器に流入し、過熱器を通過した後、蒸気管６９に導かれる。蒸気管６９に導かれた蒸気は、主蒸気弁１８により流量調整後、蒸気タービン５に供給される。蒸気タービン５に供給された蒸気は、該蒸気タービン５にて動力回収され、連結された蒸気タービン発電機１３により発電を行う。動力回収後の蒸気は、復水器１１にて復水され、給水ポンプ２０により前記排熱回収装置１０へ供給されるとともに、一部は前記管路７４、給水ポンプ１５を経て熱回収ボイラ８に供給される。
次に、プラント運転状態に応じた上述各要素機器の運転操作方法を説明する。
【００２２】
プラント負荷を上昇する場合には、まず前記バンカー６からの供給石炭量を石炭供給弁２１により増加し、ガス化炉７での発生ガス量を増加させる。次に、前記熱回収ボイラ８への給水量を給水ポンプ１５によって増加させ、前記気水分離器１４での発生蒸気量を増加させる。増加分の蒸気は、蒸気管７５を経て排熱回収装置１０の過熱器に供給されて前記排熱回収装置１０で生成される蒸気と合流する蒸気量の増加となり、同時に、前記主蒸気弁１８の開度が増加され、前記蒸気タービン５での動力回収量が増加される。前記ガス化炉７からの発生ガス組成が安定した後、前記燃焼器３への精製ガス供給量を、前記流量調整弁１７により増加すると同時に、前記主蒸気弁１８開度を調整することによって、プラントへの負荷指令に追従させる。以上述べたように、プラント負荷上昇時、まず、蒸気タービンへの蒸気供給量を増加させ、ガス化炉７からの発生ガス組成が安定した後、前記燃焼器３への精製ガス供給量を増加させる操作により、プラント負荷上昇時にガス圧力及びガス化炉の炉内圧力の変動が抑制される。また、蒸気タービンの負荷変化をガスタービンの負荷変化に先行して行うことにより、プラントとしての負荷追従時間を短縮できる。
【００２３】
プラント負荷を降下する場合には、まず前記バンカー６からの供給石炭量を減少すると同時に、前記主蒸気弁１８の開度を低下させ、バイパス弁１９を開操作する。次に、前記熱回収ボイラ８への給水量を給水ポンプ１５によって減少させる。前記ガス化炉７からの発生ガス量が安定した後、前記流量調整弁１７を閉操作して開度を低下させ、前記主蒸気弁１８開度を調整しながら、前記バイパス弁１９を全閉とすることによって、プラントへの負荷指令に追従させる。以上の操作でプラント負荷降下時の負荷追従を実施することにより、ガス圧力及びガス化炉の炉内圧力の変動が抑制される。
【００２４】
前記排熱回収装置１０での発生蒸気圧力が所定圧力を下回る場合には、前記主蒸気弁１８を全開とし、前記バイパス弁１９を全閉とする。次に、ガスタービンバイパス弁２４を開操作すると同時に、精製ガス燃焼装置２５の運転を開始する。前記タービン４からの排ガスに加えて精製ガス燃焼装置２５で発生する高温ガスを前記排熱回収装置１０に供給することにより、排熱回収装置１０での発生蒸気圧力を所定の値まで上昇させる。この際、前記タービン４と蒸気タービン５との合計出力が、プラント負荷指令値を下回る場合には、前記バンカー６の供給石炭量を増加させ、逆の場合には、減少させる。以上の操作により、前記排熱回収装置１０での発生蒸気圧力の調整を実施する。
【００２５】
次に、前記燃焼器３において燃焼異常が発生した場合の操作方法を、ランバック時及びトリップ時の場合について説明する。
【００２６】
ガスタービン・ランバック時の基本的な操作は、前述したプラント負荷降下時の場合と同じである。各操作端の操作変化率及び幅を、予め通常運転時とランバック時の２種類設定し、ランバック信号発生と同時に、切り替える機能を設けておく。
【００２７】
ガスタービン・トリップ時には、まず圧力調整弁１６を全閉すると同時に、ガスタービンバイパス弁２４を開操作し、精製ガス燃焼装置２５の運転を開始する。次に、流量調整弁１７を閉操作し、ガスタービンを起動状態とする。更に、主蒸気弁１８を全開とし、バイパス弁１９を全閉とする。同時に、給水ポンプ２０の給水量を増加させ、結果として蒸気タービン５の出力を最大出力に保持してガスタービン運転の復旧を待機する。ガスタービンが所定負荷に復旧した時点（ガスタービン出力と蒸気タービン出力の合計が指令された出力に合った時点）で、前記ガスタービンバイパス弁２４を閉操作して開度を低下させると同時に、流量調整弁１７の開度をあげていく操作をする。次に、前記主蒸気弁１８を閉操作して開度を低下させ、前記バイパス弁１９の開度を調整しながら、ガスタービンの出力を増加させてプラントへの負荷指令に追従させる。以上の操作で燃焼器３での燃焼異常時の運転を実施することにより、ガスタービン・トリップからの再起動時に、ガス圧力及びガス化炉の炉内圧力が変動するのが抑制される。
【００２８】
次に、図２を用いて、前述の各操作を実施するに適した制御装置について説明する。図示の制御系統図は、プラントの負荷指令値（ＭＷＤ）と、石炭供給量検出器２６、酸化剤供給量検出器２７、発生ガス出口圧力検出器２８、主蒸気圧力検出器２９、ガスタービン出力検出器３０、及び蒸気タービン出力検出器３１の各出力を入力として、流量調整弁１７、主蒸気弁１８、バイパス弁１９、石炭供給弁２１、酸化剤供給弁２２、及びガスタービンバイパス弁２４を制御する制御系統を示している。
【００２９】
プラントへの負荷指令値（ＭＷＤ）が流れる信号線に、互いに並列にガスタービン出力設定器３２、蒸気タービン出力設定器３７、関数設定器４６，５３，６２が接続され、各出力設定器及び関数設定器の出力側に減算器３３、３８、４７、５４、６３がそれぞれ接続されている。
【００３０】
前記ガスタービン出力設定器３２の出力側に−側入力を接続して減算器３３が配置され、減算器３３の＋側入力にガスタービン出力検出器３０の出力が接続されている。減算器３３の出力側にはＰＩコントローラ３４が接続され、ＰＩコントローラ３４の出力側には加算器３５の一方の入力端子が接続されている。さらに、ガスタービン出力設定器３２の出力側には関数設定器３６が接続され、関数設定器３６の出力は加算器３５の他方の入力端子に接続されている。そして、加算器３５の出力は流量調整弁１７の開度信号となる。
【００３１】
前記蒸気タービン出力設定器３７の出力側に＋側入力を接続して減算器３８が配置され、減算器３８の−側入力に蒸気タービン出力検出器３１の出力が接続されている。減算器３８の出力側にはＰＩコントローラ３９とＰＩコントローラ４５が互いに並列に接続され、ＰＩコントローラ３９の出力側には加算器４０の一方の入力端子が接続されている。さらに、蒸気タービン出力設定器３７の出力側には関数設定器４１が接続され、関数設定器４１の出力は加算器４０の他方の入力端子に接続されている。そして、加算器４０の出力側は低値選択器４２の一方の入力側に接続され、低値選択器４２の出力側は、二つの入力のいずれかを選択して出力するスイッチ４３の一方の入力側に接続されている。スイッチ４３の他方の入力側には、開度規制手段である定数設定器４４の出力側が接続されている。スイッチ４３の出力は、主蒸気弁１８の開度信号となる。なお、スイッチ４３は、負荷追従モードのとき、低値選択器４２からの入力を出力するように動作する。
【００３２】
前記関数設定器４６の出力側に＋側入力を接続して減算器４７が配置され、減算器４７の−側入力に発生ガス出口圧力検出器２８の出力側が接続されている。減算器４７の出力側にはＰＩコントローラ４８が接続され、ＰＩコントローラ４８の出力側には加算器４９の一方の入力端子が接続されている。加算器４９の他方の入力には前記加算器３５の出力が接続されている。前記減算器４７の出力側には、また、不感帯設定器５０が接続され、不感帯設定器５０の出力側に関数設定器５１が接続されている。関数設定器５１の出力側は、二つの入力のいずれかを選択して出力するスイッチ５２の一方の入力側に接続されている。スイッチ５２の他方の入力側には、前記減算器３８の出力側に接続されたＰＩコントローラ４５の出力側が接続されている。スイッチ５２の出力は、ガスタービンバイパス弁２４の開度信号となる。なお、スイッチ５２は、ガスタービンバイパス負荷制御のとき、ＰＩコントローラ４５からの入力を出力するように動作する。
【００３３】
前記関数設定器５３の出力側に入力の＋側を接続して減算器５４が配置され、減算器５４の−側入力には主蒸気圧力検出器２９の出力側が接続されている。減算器５４の出力側に接続して不感帯設定器５５、５５Ａが配置され、不感帯設定器５５の出力側にＰＩコントローラ５６が、不感帯設定器５５Ａの出力側にＰＩコントローラ６１が、それぞれ接続されている。
【００３４】
ＰＩコントローラ５６の出力側には関数設定器５７が接続され、関数設定器５７の出力側は、加算器５８の入力の一方に接続されている。加算器５８の他方の入力には前記加算器４９の出力が接続され、加算器５８の出力側は減算器５９の＋側の入力に接続されている。減算器５９の−側の入力には石炭供給量検出器２６の出力が接続され、減算器５９の出力はＰＩコントローラ６０に入力されている。ＰＩコントローラ６０の出力が石炭供給弁２１の開度信号となる。ＰＩコントローラ５６の出力はまた、前記低値選択器４２の他方の入力に接続されている。
【００３５】
ＰＩコントローラ６１の出力は、バイパス弁１９の開度信号となる。
【００３６】
前記関数設定器６２の出力側に入力の＋側を接続して減算器６３が配置され、減算器６３の−側入力には酸化剤供給量検出器２７の出力側が接続されている。減算器６３の出力側に接続してＰＩコントローラ６４が配置され、ＰＩコントローラ６４の出力側に入力の一方を接続して加算器６５が配置されている。加算器６５の他方の入力には前記ＰＩコントローラ６０の出力が接続され、加算器６５の出力が酸化剤供給弁２２の開度信号となる。
【００３７】
以下、上記構成の制御系統による流量調整弁１７、主蒸気弁１８、バイパス弁１９、石炭供給弁２１、酸化剤供給弁２２、及びガスタービンバイパス弁２４を制御する制御につき、説明する。
【００３８】
プラントへの負荷指令値（ＭＷＤ）は、負荷指令分配手段を構成するガスタービン出力設定器３２及び蒸気タービン出力設定器３７により、各々ガスタービン出力分（ガスタービン出力指令値）と蒸気タービン出力分の指令値（蒸気タービン出力指令値）へと変換される。減算器３３はガスタービン出力検出器３０からのガスタービン出力と前記ガスタービン出力設定器３２の出力の差を演算し、得られた偏差をＰＩコントローラ３４に伝達する。ＰＩコントローラ３４は、入力された偏差に基づいてＰＩ演算を行い、該偏差が０となるように流量調整弁１７の開度を制御する信号を生成し、演算結果を加算器３５に出力する。前記ガスタービン出力設定器３２の出力は、同時に関数設定器３６へ入力され、関数設定器３６はガスタービン出力指令値に基づいて開度信号の補正値を算出する。前記ＰＩコントローラ３４の出力と関数設定器３６の出力は加算器３５により加算され、ガスタービン燃料（精製ガス）の流量を調整する流量調整弁１７の開度信号として出力される。減算器３３、加算器３５、関数設定器３６、とＰＩコントローラ３４は、燃料流調弁開度調整手段を構成する。
【００３９】
前記ガスタービン出力設定器３２及び３７は、負荷変動指令が入力された場合に、蒸気タービン出力変化率をガスタービン出力変化率よりも大きくなるように設定する。また、蒸気タービン出力設定器３７は、ガスタービン運転状態がトリップとなった場合には、流量調整弁１７が全閉となるように設定する。以上の処理により、負荷変動時でのガスタービン負荷変化率を抑え、かつ前記ガス化炉７出口圧力変動を抑えることができる。
【００４０】
一方、前記蒸気タービン出力設定器３７の出力（蒸気タービン出力指令値）が入力された減算器３８は、蒸気タービン出力設定器３７の出力と蒸気タービン出力検出器３１からの蒸気タービン出力との差を演算し、得られた偏差をＰＩコントローラ３９に伝達する。ＰＩコントローラ３９は、入力された偏差に基づいてＰＩ演算を行い、該偏差が０となるように主蒸気弁の開度を制御する信号を生成して、加算器４０に出力する。前記蒸気タービン出力設定器３７の出力は、同時に関数設定器４１へ入力され、関数設定器４１は蒸気タービン出力指令値に基づいて開度信号補正値を演算して加算器４０に出力する。前記ＰＩコントローラ３９の出力と関数設定器４１の出力は加算器４０により加算され、得られた信号（第１の主蒸気弁開度信号）は低値選択器４２へ入力される。
【００４１】
更に前記プラントへの負荷指令値（ＭＷＤ）は、関数設定器４６、５３及び６２により、各々ガス化炉７出口圧力設定値、主蒸気弁１８入口圧力設定値及び酸化剤供給弁２２の流量設定値へと変換される。
【００４２】
前記関数設定器４６の出力（ガス化炉７出口圧力設定値）が入力された減算器４７は、入力されたガス化炉７出口圧力設定値から発生ガス出口圧力検出器２８の出力であるガス化炉出口の粗ガス圧力を減算し、得られた偏差をＰＩコントローラ４８及び不感帯設定器５０に伝達する。
【００４３】
不感帯設定器５０は、入力された偏差が設定された範囲を超えた場合に信号を出力し、不感帯設定器５０からの出力は、関数設定器５１により、ガスタービンバイパス弁２４の開度信号に変換されて、スイッチ５２へ出力される。関数設定器５１は、減算器４７から出力される偏差が負のとき、ガスタービンバイパス弁２４の開度を増加させ、逆のとき、開度を低下せせるように信号を出力する。
【００４４】
不感帯設定器５０は、入力された偏差が設定された範囲を超えた場合に信号を出力するから、設定値と実圧力が接近した領域での減算器４７出力の微小変動による前記ガスタービンバイパス弁２４の開度変動を抑えて前記ガス化炉７出口圧力変動を抑制することができる。
【００４５】
スイッチ５２には、関数設定器５１の出力に加えて前記減算器３８の出力信号がＰＩコントローラ４５でＰＩ演算されて入力される。ＰＩコントローラ４５は、減算器３８の出力が０となるようにガスタービンバイパス弁２４の開度を制御する開度信号を生成、出力しており、ガスタービンバイパス負荷制御選択（ガスタービンバイパス弁２４にガスを流す制御を選択すること）でスイッチ５２がオンとなり、前記ＰＩコントローラ４５からの信号を、前記ガスタービンバイパス弁２４の弁開度信号として出力する。前記減算器３８及びＰＩコントローラ４５が、バイパスガス量調節手段を構成する。スイッチ５２がオフの場合は、スイッチ５２は前記関数設定器５１からの信号を、ガスタービンバイパス弁２４の弁開度信号として出力する。すなわち、ガスタービンバイパス弁２４は、通常運転時は、ガス化炉出口圧力の設定値と実圧力の偏差に応じて制御されガス化炉７出口圧力変動を抑制するが、ガスタービントリップ時や排熱回収装置１０から供給される蒸気の圧力が規定値を下回る場合などのガスタービンバイパス負荷制御選択時には、蒸気タービン出力と出力指令値の偏差をＰＩ演算するＰＩコントローラ４５の出力に基づいて制御されるから、大きなガス化炉７出口圧力変動が予測される場合でも、効果的に圧力変動を抑制することができる。減算器４７、不感帯設定器５０、及び関数設定器５１が精製ガスバイパス量調整手段を構成する。
【００４６】
以上の処理により、通常運転の場合には、ガス化炉７出口圧力変動を抑えるよう、また負荷変動時及びガスタービントリップ時には、蒸気タービン出力主導により、前記ガスタービンバイパス弁２４を操作できる。
【００４７】
前記関数設定器５３の出力（主蒸気弁１８入口圧力設定値）は減算器５４に入力される。減算器５４は、関数設定器５３の出力から主蒸気圧力検出器２９から入力される主蒸気圧力を減算し、得られた偏差を不感帯設定器５５を介してＰＩコントローラ５６に、不感帯設定器５５Ａを介してＰＩコントローラ６１に、それぞれ伝達する。
【００４８】
ＰＩコントローラ６１は、入力された前記偏差をＰＩ演算して、バイパス弁１９の開度信号として出力する。ＰＩコントローラ６１は入力された偏差が負の場合（設定値よりも実圧力が高い場合）、バイパス弁の開度を増加させる信号を出力する。なお、減算器５４の出力を、不感帯設定器５５を通してＰＩコントローラ６１に入力することにより、前記設定値と実圧力が接近した領域での偏差の微小変動による前記バイパス弁１９の開度変動を抑えて前記排熱回収装置１０で発生する主蒸気圧力の変動を抑えることができる。以上の処理により、負荷変動時及びガスタービントリップ時においても、蒸気タービン出力変化率をガスタービン出力変化率よりも大きくしながら、かつ主蒸気圧力の変動を抑えることができる。減算器５４、不感帯設定器５５Ａ及びＰＩコントローラ６１が、蒸気バイパス流量調整手段を構成する。
【００４９】
一方、ＰＩコントローラ５６は、入力された前記偏差をＰＩ演算し、偏差が０になるように主蒸気弁１８の開度を制御する信号（第２の主蒸気弁開度信号）を生成し、この信号を、低値選択器４２と関数設定器５７に入力する。
【００５０】
前記低値選択器４２に入力されたＰＩコントローラ５６の出力（第２の主蒸気弁開度信号）は前記加算器４０からの出力（第１の主蒸気弁開度信号）と比較後、いずれか低いほうがスイッチ４３へ入力される。該スイッチ４３は、負荷追従モード選択（ＭＷＤが変動するときのモード）でオンとなり、前記低値選択器４２からの信号を、前記主蒸気弁１８の開度信号として出力する。逆にスイッチ４３がオフの場合は、定数設定器４４に予め設定されている全開開度信号が前記主蒸気弁１８の開度信号としてスイッチ４３から出力される。以上の処理により、負荷変動時において、前記排熱回収装置１０での発生蒸気圧力の変動を抑えながら、前記蒸気タービン５の出力を増加させることができる。更にプラント全体の負荷がＭＷＤに追従し、かつ前記ガス化炉７での発生ガス組成値が安定した場合には、負荷追従モード選択を解除することにより主蒸気弁１８を全開とすることができる。
【００５１】
したがって、主蒸気弁開度は、減算器３８、ＰＩコントローラ３９、加算器４０、関数設定器４１、低値選択器４２、関数設定器５３、減算器５４、不感帯設定器５５、及びＰＩコントローラ５６で構成されている主蒸気弁開度調整手段と、開度規制手段である定数設定器４４と、切替手段であるスイッチ４３と、で調整されることになる。
【００５２】
関数設定器５７に入力されたＰＩコントローラ５６の出力は、関数設定器５７で石炭供給量に変換され、加算器５８へ伝達される。また、前記ガス化炉出口圧力の設定値と検出値の偏差が入力された前記ＰＩコントローラ４８は、該偏差をＰＩ演算して石炭供給量の補正値として加算器４９に伝達する。加算器４９には前記加算器３５の出力も入力されるから、加算器３５の出力と前記ＰＩコントローラ４８の出力とが加算器４９により加算され、加算器４９の出力は更に加算器５８に入力される。加算器５８は加算器４９からの入力（補正値）と前記関数設定器５７からの入力（石炭供給量）とを加算して減算器５９の＋側に入力する。減算器５９は、その−側入力に入力された石炭供給量検出器２６からの石炭供給量を＋側に入力された前記加算器５８の出力から減算し、得られた偏差をＰＩコントローラ６０に入力する。ＰＩコントローラ６０は、入力された偏差をＰＩ演算して、該偏差が０になるように前記バンカ６に接続された石炭供給弁２１の開度を制御する開度信号を生成して出力する。加算器５８、減算器５９、及びＰＩコントローラ６０が、供給石炭量調整手段を構成する。以上の処理により、ＭＷＤ変動時において、プラント出力を所定の値とすることができる。
【００５３】
前記関数設定器６２には、ガス化炉７への供給石炭量（ＭＷＤに対応した石炭供給量）に対する酸化剤供給量の最適値が予め設定され、ＭＷＤを入力として酸化剤供給量設定値を出力する。出力された酸化剤供給量設定値は減算器６３の＋側入力となり、減算器６３は、該酸化剤供給量設定値から−側に入力される酸化剤供給量検出器２７の出力を減算し、得られた偏差をＰＩコントローラ６４に伝達する。ＰＩコントローラ６４は、入力された偏差を比例積分演算し、該偏差が０になるように酸化剤供給弁２２の開度を制御する信号を生成し、加算器６５に弁開度信号として出力する。加算器６５には、前記ＰＩコントローラ６０から出力される石炭供給弁２１の開度信号が補正値として入力されており、加算器６５に入力された前記酸化剤供給弁２２に対する開度信号は石炭供給弁２１の開度信号を加算されて補正されたのち、酸化剤供給弁２２に出力される。以上の処理により、前記ガス化炉７への石炭供給量の変動に応じて適切な量の酸化剤を投入することができ、ガス化炉７内のガス化反応を安定させることができる。減算器６３、ＰＩコントローラ６４が酸化剤供給量調整手段を構成する。
【００５４】
以上述べたように、上記実施の形態によれば、石炭ガス化複合発電プラントの制御において、石炭をガス化炉に投入して精製ガスに変換してガスタービン燃焼器へ到達するまでの時間遅れによる負荷追従の遅れを、蒸気タービン負荷変化を先行的に実施することにより短縮できる。また、負荷追従時において、ガス化炉からの精製ガス量増加前のガスタービン燃料流量調整弁の操作を無くし、ガス化炉からのガスが保有する顕熱を、熱回収ボイラで直接、蒸気として熱回収することにより、ガス圧力及びガス化炉内圧力の変動をおさえることができる。
【００５５】
更に、ガスタービントリップ時、負荷変動時などでのみ精製ガスをバイパス運用することにより、通常運用時のガスタービン出力の低減を抑制することができる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、石炭ガス化複合発電プラントの制御において、石炭をガス化炉に投入して精製ガスに変換してガスタービン燃焼器へ到達するまでの時間遅れによる負荷追従の遅れを、蒸気タービン負荷変化を先行的に実施することにより補正できる。また、他の本発明によれば、負荷追従時において、ガス化炉からの精製ガス量増加前のガスタービン燃料流量調整弁の操作を無くし、ガス化炉からのガスが保有する顕熱を、直接、蒸気として熱回収することにより、ガス圧力及びガス化炉内圧力の変動をおさえることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である石炭ガス化複合発電プラントの要部構成を示す系統図である。
【図２】本発明の実施の形態である運転制御装置の主用構成を示す制御系統図である。
【符号の説明】
１入口案内翼
２圧縮機
３燃焼器
４タービン
５蒸気タービン
６バンカー
７ガス化設備
８熱回収ボイラ
９ガス精製設備
１０排熱回収装置
１１復水器
１２ガスタービン発電機
１３蒸気タービン発電機
１４気水分離器
１５給水ポンプ
１６圧力調整弁
１７流量調整弁
１８主蒸気弁
１９バイパス弁
２０給水ポンプ
２１石炭供給弁
２２酸化剤供給弁
２３ガスタービンバイパス配管
２４ガスタービンバイパス弁
２５精製ガス燃焼装置
２６石炭供給量検出器
２７酸化剤供給量検出器
２８発生ガス出口圧力検出器
２９主蒸気圧力検出器
３０ガスタービン出力検出器
３１蒸気タービン出力検出器
３２ガスタービン出力設定器
３３、３８、４７、５４，５９，６３減算器
３４、３９、４５、４８、５６、６０、６１、６４ＰＩコントローラ
３５、４０、４９、５８、６５加算器
３６、４１、４６、５１、５３、５７，６２関数設定器
３７蒸気タービン出力設定器
４２低値選択器
４３、５２スイッチ
４４定数設定器
５０、５５、５５Ａ不感帯設定器
６６、７２、７３、７４管路
６７精製ガス供給管路
６８排気管路
６９、７５蒸気管
７０蒸気バイパス管
７１給水管
７６燃焼ガス管路

Claims

石炭をガス化して粗ガスを生成するとともに発生する熱を用いて蒸気を生成するガス化設備と、該ガス化設備に接続して配置され前記粗ガス中の不要物質を除去して精製ガスとするガス精製設備と、該ガス精製設備に燃料ガス配管で接続して配置され前記精製ガスを燃料とするガスタービンと、該ガスタービンに接続して配置され該ガスタービンから排出される排気ガスを用いて蒸気を発生させる排熱回収装置と、前記ガス化設備と前記排熱回収装置で生成された蒸気を動力源とする蒸気タービンと、を含んで成る石炭ガス化複合発電プラントにおいて、
前記燃料ガス配管から分岐して流量調整可能なガスタービンバイパス弁を介装するガスタービンバイパス配管と、該ガスタービンバイパス配管を通気する前記精製ガスを燃焼させる精製ガス燃焼装置と、該精製ガス燃焼装置の燃焼ガス出側と前記排熱回収装置の排気ガス入り側を連通する燃焼ガス管路を設けてなり、
前記ガスタービンバイパス弁の開度を制御する制御装置を有し、前記制御装置は、前記蒸気タービンの出力とプラント負荷変動に応じて可変される前記蒸気タービンの出力指令値との偏差をゼロにするように前記ガスタービンバイパス弁の開度を制御することを特徴とする石炭ガス化複合発電プラント。
石炭をガス化して粗ガスを生成するとともに発生する熱を用いて蒸気を生成するガス化設備と、該ガス化設備に接続して配置され前記粗ガス中の不要物質を除去して精製ガスとするガス精製設備と、該ガス精製設備に燃料ガス配管で接続して配置され前記精製ガスを燃料とするガスタービンと、該ガスタービンに接続して配置され該ガスタービンから排出される排気ガスを用いて蒸気を発生させる排熱回収装置と、前記ガス化設備と前記排熱回収装置で生成され主蒸気弁を介して供給された蒸気を動力源とする蒸気タービンと、前記ガス化設備と前記排熱回収装置で生成された蒸気を前記蒸気タービンに導く配管を前記蒸気タービンの復水器に流量調整弁を介して接続する蒸気バイパス管と、前記ガス精製設備の精製ガス出側に弁を介して接続されて精製ガスを燃焼させる精製ガス燃焼装置と、該精製ガス燃焼装置の燃焼ガス出側と前記排熱回収装置の排気ガス入り側を連通する管路と、を含んで成る石炭ガス化複合発電プラントの運転を、プラント負荷指令値に基づいて制御する運転制御装置において、
プラント負荷指令値をガスタービン負荷指令値と蒸気タービン負荷指令値とに分配する負荷指令分配手段と、
前記ガスタービンの実出力と前記ガスタービン負荷指令値との差を０とするようにガスタービンの燃料流調弁開度を調整する燃料流調弁開度調整手段と、
前記蒸気タービンの実出力と前記蒸気タービン負荷指令値との差を０とするように蒸気タービンの主蒸気弁開度を調整する第１の主蒸気弁開度信号と、前記蒸気タービンの入口主蒸気圧力とプラント負荷指令値を引数とする入口主蒸気圧力設定値との差を０とするように蒸気タービンの主蒸気弁開度を調整する第２の主蒸気弁開度信号と、の低値選択により前記主蒸気弁開度を調整する主蒸気弁開度調整手段と、
前記ガス化設備の粗ガス出口における粗ガスの実圧力と前記プラント負荷指令値を引数とする粗ガス出口圧力設定値との差を０とするようにガス化設備への石炭供給量を調整する信号に前記燃料流調弁開度調整手段の出力信号を加味して修正した信号と、前記第２の主蒸気弁開度信号に基づいて生成されガス化設備への石炭供給量を調整する信号と、から前記ガス化設備への供給石炭量を調整する供給石炭量調整手段と、
前記ガス化設備への実供給酸化剤量と前記プラント負荷指令値を引数とする酸化剤供給量設定値との差を０とするように酸化剤供給弁開度を調整する酸化剤供給量調整手段と、
前記粗ガス実圧力が前記粗ガス出口圧力設定値よりも大きい場合に、前記ガス精製設備から前記精製ガス燃焼装置に導かれる精製ガスバイパス量を増加させ、前記粗ガス実圧力が前記粗ガス出口圧力設定値よりも小さい場合に、前記精製ガスバイパス量を減少させる精製ガスバイパス量調整手段と、
前記入口主蒸気圧力が入口主蒸気圧力設定値よりも大きい場合に、前記排熱回収装置からの蒸気を前記蒸気タービン復水器へ直接通気する蒸気バイパス管に介装された流量調整弁の開度を増加させる蒸気バイパス流量調整手段と、
を含んでなることを特徴とする石炭ガス化複合発電プラントの運転制御装置。
請求項２に記載の石炭ガス化複合発電プラントの運転制御装置において、前記主蒸気弁開度調整手段に、主蒸気圧力が所定の圧力を下回る場合に、主蒸気弁開度を一定とする開度規制手段が付加されていることを特徴とする石炭ガス化複合発電プラントの運転制御装置。
請求項２に記載の石炭ガス化複合発電プラントの運転制御装置において、主蒸気弁開度を一定とする信号を出力する開度規制手段と、負荷追従性能を向上する運転の場合には前記主蒸気弁開度調整手段の出力で主蒸気弁の開度制御を行い、最大発電効率にて運転する場合には前記開度規制手段の出力で主蒸気弁の開度制御を実施する切替手段を設けたことを特徴とする石炭ガス化複合発電プラントの運転制御装置。
請求項２乃至４のいずれかに記載の石炭ガス化複合発電プラントの運転制御装置において、前記精製ガスバイパス量調整手段は、前記粗ガス実圧力と前記粗ガス出口圧力設定値の差が予め設定された許容値を超えたときに精製ガスバイパス量を増減するものであることを特徴とする石炭ガス化複合発電プラントの運転制御装置。
請求項２乃至５のいずれかに記載の石炭ガス化複合発電プラントの運転制御装置において、前記蒸気バイパス流量調整手段は、前記入口主蒸気圧力が入口主蒸気圧力設定値よりも許容値を超えて大きい場合に蒸気バイパス管に介装された流量調整弁の開度を増加させるものであることを特徴とする石炭ガス化複合発電プラントの運転制御装置。
請求項２乃至６のいずれかに記載の石炭ガス化複合発電プラントの運転制御装置において、前記精製ガスバイパス量調整手段に、負荷変動時において、前記蒸気タービン負荷指令値と蒸気タービンの実出力との差を０とするように前記精製ガスバイパス量を調整するバイパスガス量調節手段を付加したことを特徴とする石炭ガス化複合発電プラントの運転制御装置。