JPH11210412A - 石炭ガス化発電システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １個または複数個のガス化炉プロセスと複数
個のガスタービン発電プロセスを一つの発電システムと
して負荷運用するための負荷および圧力の良好な制御を
行うことができる石炭ガス化発電システムの制御装置を
得ることである。 【解決手段】 各系列のガス化プロセス３６におけるガ
ス化炉コントローラ３８はガス化プロセス３６に供給す
る粗ガスを制御し、各系列の発電プロセス３７の発電プ
ロセスコントローラ３３は各系列のガスタービン９に供
給する精製ガスを制御する。統括負荷制御部３０は、中
央給電室から与えられる総合負荷目標値Ｐ１に基づいて
各系列の個別負荷目標値Ｐａ１、Ｐｂ１を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石炭をガス化した
燃料で駆動されるガスタービンを有した石炭ガス化発電
システムの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エネルギー資源の有効利用や多様化を背
景に、特に資源量供給の安定性や経済性の観点から、石
炭を燃料とする火力発電に大きな期待が寄せされてい
る。すなわち、石炭をガス化した燃料でガスタービンを
駆動するようにした石炭ガス化発電システムが注目され
ている。石炭ガス化発電システムの中でも近年、ガスタ
ービンと蒸気タービンとを組み合わせた複合発電プラン
トにおいて、ガスタービンの燃料として石炭ガスを使用
した石炭ガス化複合発電システム（ＩＧＣＣ）がその高
い発電効率や環境適合性の面から注目され、近い将来の
実用化を目指して開発中である。石炭ガス化複合発電シ
ステムの特徴は、その環境適合性と広範囲の炭種適合性
であるが、最近のガスタービンの高温化により発電効率
の向上により、さらに現実性を帯びてきており、将来の
石炭利用発電の最も有望な発電形態として期待されてい
る。

【０００３】石炭ガス化発電システムは、石炭ガス化プ
ロセスと発電プロセスとから構成される大規模かつ複雑
なシステムであり、ミドル火力運用としての運用となる
ことから高速かつ確実な負荷応答性が要求される。石炭
ガス化プロセスは、石炭ガス化炉やガス精製設備等から
構成され、発電プロセスは、ガスタービンや発電機等か
ら構成される。そして、発電プロセスが複合発電システ
ムの場合には、さらに排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）や蒸
気タービン等が追加して設けられている。

【０００４】石炭ガス化発電システムは、使用されるガ
ス化炉の形式や脱塵装置と脱硫装置とからなるガス精製
設備の方式により様々なシステムが考えられ、また、１
台のガスタービンを配置した一軸型や複数台のガスター
ビンを配置した多軸型の石炭ガス化発電システム、さら
に、複合発電システムの場合には、ガスタービンと蒸気
タービンとを一軸に配置した一軸型やガスタービンと蒸
気タービンとを別軸に配置した多軸型等が考えられてい
る。

【０００５】現在運用または計画されている石炭ガス化
複合発電システムの一例を図７に示す。図７の石炭ガス
化複合発電システムは、ガスタービン９と蒸気タービン
２１とを一軸に配置した一軸型のものを示しており、ガ
ス化燃料としては、石炭スラリまたは残渣油等の液体の
ガス化燃料を用い、ガス化剤としては酸素を使用した中
カロリーガス化を行うガス化炉１のものについて示して
いる。

【０００６】ガス化プロセス３６のガス化炉１へは、ガ
ス化燃料調節弁２を経てガス化燃料が投入され、また酸
素流量調節弁３を経てガス化剤である酸素ガスが投入さ
れる。ガス化炉１内では水性ガス化反応により、可燃性
ガスである一酸化炭素や水素を含む高温（約１０００
℃）の粗ガスが生成される。すなわち、ガス化炉１で
は、ガス化プロセス３６で精製される精製ガスに対して
粗ガスと呼ばれる一酸化炭素や水素を含む粗ガスが生成
される。ガス化燃料調節弁２は、可変速の燃料チャージ
ポンプの場合もあるが、以下の説明では簡略化のために
調節弁として説明する。

【０００７】ガス化炉１で生成された粗ガスは、スクラ
バー等で構成される脱塵装置４に入り、ここで粗ガス中
に含まれる灰等の微粒子が取り除かれる。そして、ガス
クーラ５で後段の脱硫装置６の入口許容温度まで冷却さ
れる。ガス化燃料には多いもので約数％の硫黄が含まれ
るので、この粗ガス中の硫黄分を脱硫装置６で脱硫す
る。この脱硫後のガス化ガスは、きれいな精製された精
製ガスとして、燃料流量制御弁８を介して発電プロセス
３７に供給される。

【０００８】ここで、発電プロセス３７の入口部の脱硫
装置６の出口には、粗ガスの圧力上昇時の保護用とし
て、フレアスタック１２およびフレア弁１３が設けられ
ている。すなわち、フレア圧力コントローラ１４は、ガ
ス圧力検出器２７で検出された粗ガスの圧力信号が所定
の圧力上限値をオーバーするときは、フレア弁１３を開
いてフレアスタック１２へ余剰の精製ガスを逃がし、発
電プロセス３７に供給される精製ガスの圧力の上昇を防
止し、発電プロセス３７の機器を保護する。

【０００９】ガス化プロセス３６から燃料流量制御弁８
を介して供給された精製ガスは、発電プロセス３７の燃
焼器１０に投入され、圧縮機１１からの圧縮空気により
燃焼する。この燃焼ガスはガスタービン９に送り込ま
れ、ガスタービン９の駆動により発電機２２が駆動され
発電する。ここで、補助燃料流量制御弁７は、ガス化プ
ロセス３６からの精製ガスの圧力が低下したときに、燃
焼器１０に対して補助燃料を供給するものである。

【００１０】一方、ガスタービン９を駆動後の燃焼ガス
は、高温（約６００℃）であるため、排熱回収ボイラ１
５に送り出され、ここで熱回収され煙突２４から低温の
排ガス（約１００℃）として大気に放出される。排熱回
収ボイラ１５は、排ガスの流れに従って、スーパヒータ
１６、再熱器２６、エコノマイザ１８、エバポレータ１
７が設けられ、水または蒸気の熱交換が順次行われ、ガ
スタービン９からの排ガスエネルギの熱回収がなされ
る。

【００１１】すなわち、エバポレータ１７の熱回収によ
り発生した蒸気は、蒸気ドラム１９からスーパヒータ１
６および蒸気加減弁２０を介して、乾き蒸気の状態の過
熱蒸気として蒸気タービン２１に送られる。この乾き蒸
気は、蒸気加減弁２０で蒸気量が調節されて蒸気タービ
ン２１に入り蒸気タービン２１により発電機２２を駆動
して発電をする。蒸気タービン２１で仕事をした低圧の
湿り蒸気は、復水器２３で水となり、上述のエコノマイ
ザ１８に送られ、再度蒸気となるサイクルを繰り返す。
なお、符号３１は発電出力検出器を示している。

【００１２】以上のような石炭ガス化複合発電システム
において、発電は発電機２２によってなされ、この出力
調整はガスタービン９の燃料流量制御弁８、蒸気タービ
ン２１の蒸気加減弁２０でなされる。さらにガス化炉１
のガス化燃料調節弁２の調節によってガス発生量を調節
してガス圧力を上昇させ、２次的にガスタービン９への
燃料流量を増加させてもガスタービン９の出力を加減す
ることができる。

【００１３】これら３つの操作端（燃料流量制御弁８、
蒸気加減弁２０、ガス化燃料調節弁２）のうち、蒸気タ
ービン２１の蒸気加減弁２０は、排熱回収ボイラ１５で
のエネルギー伝達の応答遅れが大きいこと、蒸気加減弁
２０を全開にして変圧運用とした方が全体効率も良いこ
とから開度一定の運用が行われるため、全体の負荷運用
は、ガスタービン９の燃料流量制御弁８とガス化炉１の
ガス化燃料調節弁２の２つが主たる発電システム全体の
負荷制御の操作端となる。なお、酸素流量調節弁３は、
ガス化炉燃料調節弁２への指令に応答して自動制御され
る。

【００１４】発電システム全体としての負荷運用の良否
は、負荷応答をいかに高速にかつ安定に、さらに大きな
負荷変化幅でも安定に負荷追従することができるとこと
である。この負荷変化の過程で、機器の制限にかからな
いように発電システムのパラメータを適正範囲に収めな
がら負荷変化を行うことが重要である。すなわち、発電
システム全体の負荷変化は、ガスタービン９の燃料流量
制御弁８とガス化炉１のガス化燃料調節弁２を操作端と
して制御を行う。制御目標は発電電力とガス圧力であ
る。

【００１５】ここで、ガス圧力の安定とは、ガス圧力を
一定に制御することである。つまり、ガス化炉１からの
発生粗ガス量とガスタービン９での消費ガス量とがアン
バランスとなった際に生じる圧力の上昇または下降を制
限内に抑えることである。このように、石炭ガス化複合
発電システムの制御においては、負荷指令に基づきガス
タービン９の燃料流量またはガス化炉１の粗ガス発生量
を示す粗ガス圧力（ガス圧力検出器２７での検出圧力）
の変動を許容範囲内に抑えながら制御することが重要と
なる。ガス圧力には、上限下限の制限があり、制御不調
時、あるいは、過大な負荷変化要求等によりガス圧力が
制御しきれなくなった場合は、次のように処置されてい
る。

【００１６】ガス圧力検出器２７の圧力信号が圧力上限
値をオーバーするときは、フレア圧力コントローラ１４
により、フレア弁１３を介してフレアスタック１２へ余
剰のガスを逃がし、ガス圧力の上昇を防止し機器の保護
をする。これとは逆に、ガス圧力が低下し下限値を下回
る場合には、ガスタービン９への燃料供給が燃料流量制
御弁８での精製ガスから、補助燃料流量制御弁７の補助
燃料に自動的に切り換え補助燃料でのガスタービン運転
とする。このときは、燃料流量制御弁８は全閉となる。
このような圧力過大または圧力過小は、負荷制御により
圧力を最適に制御することにより防止することができ、
これが円滑な負荷運用には重要なことである。

【００１７】一般の火力発電所の場合には、発電電力と
蒸気圧力とが重要な被制御量として制御されており、蒸
気タービンの蒸気加減弁およびボイラへの燃料投入量へ
のフィードバックのかけ方で、タービンフォロー、ター
ビンリードの方式がある。石炭ガス化複合発電システム
の場合にも、被制御量である発電出力とガス圧力を操作
量であるガス化炉１へのガス化燃料流量（ガス化燃料に
伴い酸素流量が制御される）とガスタービン９への燃料
流量へどのようにフィードバックするかにより、図８乃
至図１０に示すような基本的な制御方式が提案されてい
る。

【００１８】図８はガス火炉リード方式と呼ばれ、一般
の火力発電所のタービンフォロー方式に対応している。
ガス化炉コントローラ３８は、発電出力検出器３１から
の発電出力に基づいて発電出力がその指令値になるよう
にガス化燃料調節弁２を調節し、ガス化炉１への燃料投
入量を制御する。これに伴い変化するガス圧力の制御
は、発電プロセスコントローラ３３により、粗ガス圧力
に基づいてガスタービン９の燃料流量制御弁８を操作し
ガスタービン９でのガス消費量を調節して行う。

【００１９】次に、図９はガスタービンリード方式と呼
ばれ、一般の火力発電所のタービンリード方式に対応し
ている。発電プロセスコントローラ３３は、発電出力が
その指令値になるようにガスタービン９の燃料消費量を
ガスタービン９の燃料流量制御弁８で調節し、一方、粗
ガス圧力の制御は、ガス化炉コントローラ３８によりガ
ス化燃料調節弁２を調節しガス化炉１へのガス化燃料流
量の供給量指令値の調節で行う。

【００２０】図８のガス火炉リード方式は、発電出力の
指令値の変化によりガス化炉１への燃料投入量が増える
ため、系列内のガス圧力は上昇するが、ガスタービン９
の入口圧力の変化には大きな遅れがあり、このため発電
出力の増加は遅いが、ガスタービン９の入口圧力修正
は、ガスタービン９への精製ガスの流量制御の動作が速
いため、ガス圧力は安定に（ほぼ目標値通りに）制御さ
れるという特徴がある。

【００２１】一方、図９のガスタービンリード方式は、
発電出力の指令値の変化により、まず、発電出力がその
指令値になるようにガスタービン９でのガス消費量を増
やし、発電出力をその指令値に高速で追従させるが、系
列内のガス圧力は大きく低下する。ガス化炉１への燃料
の増加に対して、ガス化プロセス３６の大きな遅れによ
り、ガス圧力の変化は発電出力指令の負荷変化幅に比例
して大きくなる。これらガスタービンリード方式とガス
化炉リード方式の制御については、ＧＥ社特許、特公平
２−４５０１０号公報に詳述されている。

【００２２】さらに、ガスタービンリード方式とガス化
炉リード方式に加えて、図１０に示すような協調制御方
式というモードがある。この協調制御方式は、ガスター
ビンリード方式に加えて、ガス化炉コントローラ３８に
対しフィードフォワード要素３９からの発電出力指令値
のフィードフォワード信号を与えて、ガス化炉１の応答
を早めるようにしたものである。これにより、ガスター
ビンリード方式の欠点である圧力応答性の悪さを改善し
ている。この協調制御方式は、電気学会論文（五嶋、永
田他著：石炭ガス化複合発電プラントの負荷追従性の検
討、電機論Ｂ、１１０巻１０号、平成２年）に紹介され
ている。この協調制御方式は、現在最も優れた石炭ガス
化複合発電システムの負荷制御方式として、今後の石炭
ガス化複合発電システムでの通常運転時の制御方式とし
て使われていくものと思われる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の石炭
ガス化複合発電システムは、ガス化プロセス３６や発電
プロセス３７がそれぞれが１設備で構成された石炭ガス
化複合発電システムであるが、近年、これら石炭ガス化
複合発電システムについても複数台設置し、発電所とし
ての総出力に対する負荷を制御することが計画されてい
る。すなわち、中央給電指令室から発電所負荷目標値が
与えられ、発電所の発電出力を一致させるような全体負
荷制御が必要となる。しかしながら、前述のような特性
を有する石炭ガス化複合発電システムについては、これ
を有効に行う制御方式は提案されていない。

【００２４】複数系列でも中央給電指令所からの負荷指
令には、１プラントとして応答する必要があるので、こ
のための制御装置が必要である。このような発電システ
ムの場合、負荷制御面で具備しなくては成らない機能と
して以下の内容があり、具体的な制御方法の実現が望ま
れている。

【００２５】第１として、目標値追従性を確保すること
である。すなわち、プラント負荷目標値（発電出力指
令）が変動したときに、プラント発電出力が遅れなく追
従することである。第２に、外乱補償性を確保すること
である。運転している軸数が変動したり、系列負荷制御
装置を使わずにオペレータが手動で運転している軸の発
電出力が変動したときに、速やかにそれらの影響を取り
除くことである。

【００２６】本発明の目的は、１個または複数個のガス
化炉プロセスと複数個のガスタービン発電プロセスを一
つの発電システムとして負荷運用するための負荷および
圧力の良好な制御を行うことができる石炭ガス化発電シ
ステムの制御装置を得ることである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係わる
石炭ガス化発電システムの制御装置は、石炭をガス化す
る１系列または複数系列のガス化プロセスとガスタービ
ンを有した複数系列の発電プロセスとを備えた石炭ガス
化発電システムの総合発電出力を１つの発電システムと
して出力制御するものであり、各系列のガス化プロセス
に設けられガス化プロセスに供給する粗ガスを制御する
ガス化炉コントローラと、各系列の発電プロセスに設け
られガスタービンに供給する精製ガスを制御する発電プ
ロセスコントローラと、中央給電室から与えられる総合
負荷目標値に基づいて各系列の個別負荷目標値を算出す
る統括負荷制御部とを備えたことを特徴とする。

【００２８】請求項１の発明に係わる石炭ガス化発電シ
ステムの制御装置では、各系列のガス化プロセスにおけ
るガス化炉コントローラはガス化プロセスに供給する粗
ガスを制御し、各系列の発電プロセスの発電プロセスコ
ントローラは各系列のガスタービンに供給する精製ガス
を制御する。統括負荷制御部は、中央給電室から与えら
れる総合負荷目標値に基づいて各系列の個別負荷目標値
を算出する。

【００２９】請求項２の発明に係わる石炭ガス化発電シ
ステムの制御装置は、請求項１の発明において、統括負
荷制御部は、制御対象となる各系列の発電出力を加算し
て総合発電出力を算出する加算器と、総合発電出力と中
央給電室から与えられる総合負荷目標値とを比較し偏差
を求める偏差演算器と、偏差演算器の偏差に基づいて補
償演算を行い各系列に個別負荷目標値を与える補償演算
器とを備えたことを特徴とする。

【００３０】請求項２の発明に係わる石炭ガス化発電シ
ステムの制御装置では、請求項１の発明の作用に加え、
制御対象となる各系列の発電出力を統括負荷制御部の加
算器で加算して総合発電出力を算出し、その総合発電出
力と中央給電室から与えられる総合負荷目標値との偏差
を偏差演算器で求め、その偏差に基づいて補償演算器は
補償演算を行い各系列に個別負荷目標値を与える。

【００３１】請求項３の発明に係わる石炭ガス化発電シ
ステムの制御装置は、請求項１の発明において、統括負
荷制御部は、制御対象となる各系列の数を設定するため
の系列数設定器と、中央給電室から与えられる総合負荷
目標値を系列数設定器に設定された数で除算し個別負荷
目標値として各々の系列に出力する除算器とを備えたこ
とを特徴とする。

【００３２】請求項３の発明に係わる石炭ガス化発電シ
ステムの制御装置では、請求項１の発明の作用に加え、
除算器は、中央給電室から与えられる総合負荷目標値を
系列数設定器に設定された数で除算し個別負荷目標値と
して各々の系列に出力する。

【００３３】請求項４の発明に係わる石炭ガス化発電シ
ステムの制御装置は、請求項２の発明において、統括負
荷制御部内に、制御対象となる各系列の動特性モデルを
記憶した系列モデル要素を追加して設け、加算器は各系
列モデル要素からの予測発電出力を加算して予測総合発
電出力を算出し偏差演算器に出力するようにしたことを
特徴とする。

【００３４】請求項４の発明に係わる石炭ガス化発電シ
ステムの制御装置では、請求項２の発明の作用に加え、
加算器は、各系列の実発電出力の加算値（実総合発電出
力）に代えて、各系列モデル要素からの予測発電出力を
加算して予測総合発電出力を算出し偏差演算器に出力す
る。

【００３５】請求項５の発明に係わる石炭ガス化発電シ
ステムの制御装置は、請求項２または請求項４の発明に
おいて、統括負荷制御部内に、補償演算器で得られた各
系列の個別負荷目標値に基づいて各系列のガス化プロセ
スの圧力設定値を算出するガス圧力設定演算器を追加し
て設けたことを特徴とする。

【００３６】請求項５の発明に係わる石炭ガス化発電シ
ステムの制御装置では、請求項２または請求項４の発明
の作用に加え、ガス圧力設定演算器は、補償演算器で得
られた各系列の個別負荷目標値に基づいて各系列のガス
化プロセスの圧力設定値を算出しガス化プロセスに出力
する。

【００３７】請求項６の発明に係わる石炭ガス化発電シ
ステムの制御装置は、請求項２または請求項４の発明に
おいて、統括負荷制御部内に、補償演算器で得られた各
系列の個別負荷目標値に基づいて各系列のガス化炉コン
トローラへのフィードフォワード制御信号を算出するフ
ィードフォワード演算器を追加して設けたことを特徴と
する。

【００３８】請求項６の発明に係わる石炭ガス化発電シ
ステムの制御装置では、請求項２または請求項４の発明
の作用に加え、フィードフォワード演算器は、補償演算
器で得られた各系列の個別負荷目標値に基づいて各系列
のガス化炉コントローラへのフィードフォワード制御信
号を算出する。

【００３９】請求項７の発明に係わる石炭ガス化発電シ
ステムの制御装置は、請求項４の発明において、統括負
荷制御部内に、各系列モデル要素からの予測発電出力に
基づいて各系列のガス化プロセスの圧力設定値を算出す
るガス圧力設定演算器を追加して設けたことを特徴とす
る。

【００４０】請求項７の発明に係わる石炭ガス化発電シ
ステムの制御装置では、請求項４の発明の作用に加え、
ガス圧力設定演算器は、各系列モデル要素からの予測発
電出力に基づいて各系列のガス化プロセスの圧力設定値
を算出し、各系列のガス化炉コントローラに出力する。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる石炭
ガス化発電システムの制御装置のブロック構成図であ
る。ここで、ガス化プロセス３６と発電プロセス３７と
の複数個の組み合わせは種々考えられるが、以下、制御
装置を検討する対象例として、ガス化プロセス３６およ
び発電プロセス３７を２機設置するという多系列の石炭
ガス化複合発電システムを例にして説明する。

【００４２】この第１の実施の形態に係わる石炭ガス化
発電システムの制御装置は、統括負荷制御部３０を設
け、中央給電室から与えられる総合負荷目標値Ｐ１に基
づいて各系列の個別負荷目標値Ｐ１ａ、Ｐ１ｂを算出
し、各々の系列の発電プロセスコントローラ３３に出力
するようにしたものである。

【００４３】図１において、中央給電室の負荷目標値設
定器２９には、複数系列のガス化プロセス３６および発
電プロセス３７を有した発電システムを一つの発電シス
テムとして取り扱った場合の総合負荷目標値Ｐ０が設定
される。負荷目標値設定器２９からの総合負荷目標値Ｐ
１は統括負荷制御部３０に入力され、統括負荷制御部３
０により各系列の個別負荷目標値Ｐ１ａ、Ｐ１ｂが算出
される。

【００４４】すなわち、統括負荷制御部３０の加算器４
２は、各系列の発電出力検出器３１で検出された発電プ
ロセス３７の発電出力Ｐａ、Ｐｂをフィードバックし、
それらを加算して発電システム全体の負荷である実総合
発電出力を算出する。加算器４２で算出された実総合発
電出力Ｐは、偏差演算器４３に入力され負荷目標値設定
器２９からの総合負荷目標値Ｐ１との偏差が求められ
る。偏差演算器４３で求められた偏差信号は補償演算器
４４に入力され、その偏差をなくすような個別負荷目標
値Ｐ１ａ、Ｐ１ｂの演算が行われる。すなわち、ここで
算出された個別負荷目標値Ｐ１ａ、Ｐ１ｂはそれぞれの
系列の発電プロセスコントローラ３３に目標値として入
力されるようになっている。

【００４５】各系列の発電プロセスコントローラ３３
は、各系列の発電出力検出器３１から検出した各系列の
発電プロセス３７からの発電出力が個別負荷目標値Ｐ１
ａ、Ｐ１ｂになるように、燃料流量制御弁８を調節しガ
スタービン９に供給する精製ガスを制御する。一方、各
系列のガス化プロセスコントローラ３８は、ガス圧力検
出器２７で検出された粗ガスの圧力がガス圧力設定器３
５に設定されたガス圧力目標値になるように、ガス化燃
料調節弁２を調節してガス化プロセス３６に供給する粗
ガスを制御する。

【００４６】このように、統括負荷制御部３０は各系列
の発電プロセス３７の発電出力Ｐａ、Ｐｂをフィードバ
ックし、これらの信号を加算器４２により加算してプラ
ント全体の総合発電出力Ｐを算出する。そして、偏差演
算器４３ではプラント全体の総合発電出力Ｐと総合負荷
目標値Ｐ１との偏差演算を行い、補償器４４にて補償演
算を行い、各系列の発電プロセスコントローラー３３へ
個別負荷目標値Ｐ１ａ、Ｐ１ｂを出力する。

【００４７】以上述べたように、第１の実施の形態で
は、総合負荷目標値について偏差演算を行い、その後に
個別負荷目標値を算出するので、各系列に対して適切な
負荷目標値を与えることができる。

【００４８】次に、本発明の第２の実施の形態を説明す
る。図２は、本発明の第２の実施の形態に係わる石炭ガ
ス化発電システムの制御装置のブロック構成図である。
この第２の実施の形態は、中央給電室の総合負荷目標値
設定器２９から与えられる総合負荷目標値Ｐ１を、除算
器４５において統括負荷制御部３０の系列数設定器４０
に設定された数で除算し、個別負荷目標値Ｐａ１、Ｐｂ
１として各々の系列の発電プロセスコントローラ３３に
出力するようにしたものである。

【００４９】図２において、中央給電室の負荷目標値設
定器２９からは、石炭ガス化発電システムを一つの発電
システムとして取り扱った場合の総合負荷目標値Ｐ０が
統括負荷制御部３０に入力される。統括負荷制御部３０
では各系列の個別負荷目標値Ｐ１ａ、Ｐ１ｂが算出され
る。

【００５０】第２の実施の形態における統括負荷制御部
３０は、制御対象となる各系列の数を設定するための系
列数設定器４０と、中央給電室から与えられる総合負荷
目標値Ｐ１を系列数設定器４０に設定された数で除算し
個別負荷目標値Ｐａ１、Ｐｂ１として各々の系列に出力
する除算器４５とを備えている。そして、総合負荷目標
値Ｐ１を系列数設定器４０に設定された系列数で除算す
ることにより、各軸毎の個別負荷目標値Ｐａ１、Ｐｂ１
を算出する。これにより、静的に必要な負荷分配を行う
ことができる。

【００５１】各発電プロセスコントローラ３３では、各
系列の燃料流量制御弁８を調節し各発電プロセス３７の
発電出力Ｐａ、Ｐｂを制御する。これにより、最終的に
は総合負荷目標値Ｐ１と複数系列の各々の発電プロセス
３７の発電機出力の和が合致するように制御される。一
方、各系列のガス化プロセスコントローラ３８は、ガス
圧力検出器２７で検出された粗ガスの圧力がガス圧力設
定器３５に設定されたガス圧力目標値になるように、ガ
ス化燃料調節弁２を調節してガス化プロセス３６に供給
する粗ガスを制御する。

【００５２】以上述べたように、第２の実施の形態によ
れば、個別負荷目標値Ｐａ１、Ｐｂ１については、除算
器４５により系列数で除算して各々の発電システム３７
に均等に分配して求めるので、各系列に対して偏りのな
い負荷目標値を与えることができる。

【００５３】次に、本発明の第３の実施の形態を説明す
る。図３は本発明の第３の実施の形態に係わる石炭ガス
化発電システムの制御装置のブロック構成図である。こ
の第３の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態
に対し、統括負荷制御部３０内に制御対象となる各系列
の動特性モデルを記憶した系列モデル要素４６を追加し
て設けたものである。そして、加算器４２は各系列モデ
ル要素４６からの予測発電出力を加算して予測総合発電
出力を算出し偏差演算器４３に出力するようにしてい
る。すなわち、加算器４２は、第１の実施の形態におけ
る各系列の実発電出力の加算値（実総合発電出力）に代
えて、各系列モデル要素４６からの予測発電出力を加算
して予測総合発電出力を算出し偏差演算器４６に出力す
るようにしている。

【００５４】ここで用いる系列モデル要素４６の動特性
モデルが各系列毎の状態で変動するものであれば、その
系列の状態を表す信号として、発電出力またはガスター
ビン回転数または燃料流量または燃料流量制御弁開度ま
たは蒸気加減弁開度または発電プロセス起動時間または
主蒸気圧力または蒸気温度の少なくとも１つの信号を入
力しても良い。これにより、その状態に応じた適切な系
列の動特性モデルが模擬できる。

【００５５】補償演算器４４にて演算される各系列の個
別負荷目標値Ｐａ１、Ｐｂ１を、各系列の状態量を表す
各系列モデル要素４６に入力し、各系列毎の発電予測値
を算出する。この予測発電出力を加算器４２にて加算し
各発電プロセス３７（各軸）の発電出力予測値の和（予
測総合発電出力）を算出する。偏差演算器４３の演算に
より、この予測総合発電出力と総合負荷目標値Ｐ１との
間に偏差が生じるようであれば、これに応じて補償演算
器４４にて補償演算を行う。その際には、最も早く負荷
変動可能な系列の発電プロセス３７に対して最も早い負
荷変化率での信号を算出する。また、遅い系列の発電プ
ロセス３７に対しては遅い負荷変化率での信号を与え
る。

【００５６】すなわち、各系列の各発電プロセス３７の
発電出力を各系列モデル要素４６で予測演算し、個別負
荷目標値との偏差が小さくなるように偏差演算信号を算
出するので、適切な負荷制御を行える。特に、応答の遅
い系列の発電プロセス３７の発電出力応答をも補償する
ことができる。この場合、発電出力変動の遅い系列の発
電プロセス３７の出力変動は、早く負荷変動可能な系列
の発電プロセス３７を最大限に負荷変動させることによ
り補償可能となる。

【００５７】次に、本発明の第４の実施の形態を説明す
る。図４は本発明の第４の実施の形態に係わる石炭ガス
化発電システムの制御装置のブロック構成図である。こ
の第４の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態
に対し、補償演算器４４で得られた各系列の個別負荷目
標値に基づいて各系列のガス化プロセスの圧力設定値Ｒ
ａ１、Ｒｂ１を算出するガス圧力設定演算器４７を統括
負荷制御部３０内に追加して設けたものである。

【００５８】ガス圧力設定演算器４７は、補償演算器４
４で得られた各系列の個別負荷目標値に基づいて各系列
のガス化プロセスの圧力設定値Ｒａ１、Ｒｂ１を算出
し、各系列のガス化炉コントローラ３８に出力する。こ
のように、ガス化プロセス３６の圧力制御についても、
各発電ブロセスコントローラ３３への個別負荷目標値に
基づいてガス圧力設定演算器４７を用いてガス化炉設備
のガス圧力設定値を算出する。このため、負荷目標値に
応じた圧力設定値を先行的に設定できるので、圧力を的
確に制御することができる。従って、負荷変化に伴う圧
力変動を最小限に抑え補償することができ、早い負荷制
御を達成することが可能となる。

【００５９】また、ガス化プロセス３６の圧力制御につ
いては、ガス化炉コントローラ３８によりガス化燃料調
節弁２を調節して行われる。

【００６０】以上述べたように、第４の実施の形態で
は、偏差演算器４３および補償演算器４４により的確な
個別負荷目標値を算出することができ、また、圧力設定
値についても、個別負荷目標値により先行的に設定する
ことができるため、負荷制御中に生じる圧力変動を低減
し、全体としての負荷制御性能を向上させることができ
る。

【００６１】次に、本発明の第５の実施の形態を説明す
る。図５は本発明の第５の実施の形態に係わる石炭ガス
化発電システムの制御装置のブロック構成図である。こ
の第５の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態
に対し、統括負荷制御部内３０に、補償演算器４４で得
られた各系列の個別負荷目標値Ｐａ１、Ｐｂ１に基づい
て各系列のガス化炉コントローラ３８へのフィードフォ
ワード制御信号を算出するフィードフォワード演算器５
０を追加して設けたものである。

【００６２】フィードフォワード演算器５０は、補償演
算器４４で得られた各系列の個別負荷目標値Ｐａ１、Ｐ
ｂ１に基づいて各系列のガス化炉コントローラ３８への
フィードフォワード制御信号Ｆａ１、Ｆｂ１を算出す
る。

【００６３】このように、ガス化プロセス３６の圧力制
御についても、各発電プロセスコントローラ３３への個
別負荷目標値Ｐａ１、Ｐｂ１からフイードフォワード演
算器５０を用いて、ガス化プロセスコントローラ３８の
圧力操作信号へのフィードフォワード制御信号Ｆａ１、
Ｆｂ１を算出する。このため、負荷に応じた圧力操作信
号への先行信号として、フィードフォワード制御信号Ｆ
ａ１、Ｆｂ１を印加することができるので、圧力を的確
に制御することができる。従って、負荷変化に伴う圧力
変動を最小限に抑え、補償することができ早い負荷制御
を達成することが可能となる。

【００６４】以上述べたように、第５の実施の形態によ
れば、負荷に応じて圧力操作信号への先行信号として、
圧力制御のフィードフォワード制御信号Ｆａ１、Ｆｂ１
を印加することができるため、圧力を的確に制御するこ
とができる。これにより、負荷制御中に生じる圧力変動
を低減し、全体としての負荷制御性能を向上させること
ができる。

【００６５】次に、本発明の第６の実施の形態を説明す
る。図６は本発明の第６の実施の形態に係わる石炭ガス
化発電システムの制御装置のブロック構成図である。こ
の第６の実施の形態は、図３に示した第３の実施の形態
に対し、統括負荷制御部３０内に、各系列モデル要素４
６からの予測発電出力に基づいて各系列のガス化プロセ
ス３８の圧力設定値を算出するガス圧力設定演算器４７
を追加して設けたものである。

【００６６】各系列モデル要素４６においては、各系列
毎に異なる個別負荷目標値を算出することになるので、
これに応じたガス圧力設定値をガス圧力設定演算器４７
で演算し、各系列のガス化炉コントローラ３８に出力す
る。これにより、各系列毎に異なる圧力設定値を先行的
に演算することができるため、圧力を的確に制御するこ
とが可能となる。従って、負荷変化に伴う圧力変動を最
小限に抑え補償することができ、早い負荷制御を達成す
ることが可能となる。

【００６７】以上述べたように、第６の実施の形態で
は、負荷目標値と同様に圧力設定値についても各系列毎
に先行的に設定することができるため、負荷制御中に生
じる圧力変動を低減し、全体としての負荷制御性能を向
上させることができる。

【００６８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、統
括負荷制御部を設置することにより、石炭ガス化発電シ
ステム全体の総合負荷目標値になるように、各々の系列
の発電プロセスに対して協調をとりながら負荷制御を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる石炭ガス化
発電システムの制御装置のブロック構成図。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係わる石炭ガス化
発電システムの制御装置のブロック構成図。

【図３】本発明の第３の実施の形態に係わる石炭ガス化
発電システムの制御装置のブロック構成図。

【図４】本発明の第４の実施の形態に係わる石炭ガス化
発電システムの制御装置のブロック構成図。

【図５】本発明の第５の実施の形態に係わる石炭ガス化
発電システムの制御装置のブロック構成図。

【図６】本発明の第６の実施の形態に係わる石炭ガス化
発電システムの制御装置のブロック構成図。

【図７】従来の石炭ガス化複合発電システムのブロック
構成図。

【図８】従来のガス化炉リード方式による制御装置のブ
ロック構成図。

【図９】従来のガスタービンリード方式による制御装置
のブロック構成図。

【図１０】従来のガス協調制御方式による制御装置のブ
ロック構成図。

【符号の説明】

１ ガス化炉 ２ ガス化燃料調節弁 ３ 酸素流量調節弁 ４ 脱塵装置 ５ ガスクーラ ６ 脱硫装置 ７ 補助燃料流量制御弁 ８ 燃料流量制御弁 ９ ガスタービン １０ 燃焼器 １１ 圧縮機 １２ フレアスタック １３ フレア弁 １４ フレア圧力コントローラ １５ 排熱回収ボイラ １６ スーパヒータ １７ エバポレータ １８ エコノマイザ １９ 蒸気ドラム ２０ 蒸気加減弁 ２１ 蒸気タービン ２２ 発電機 ２３ 復水器 ２４ 煙突 ２６ 再熱器 ２７ ガス圧力検出器 ２９ 総合負荷目標値設定器 ３０ 統括負荷制御部 ３１ 発電出力検出器 ３３ 発電プロセスコントローラ ３５ ガス圧力設定器 ３６ ガス化プロセス ３７ 発電プロセス ３８ ガス化炉コントローラ ３９ フィードフォワード方式 ４０ 系列数設定器 ４２ 加算器 ４３ 偏差演算器 ４４ 補償演算器 ４５ 除算器 ４６ 系列モデル要素 ４７ ガス圧力設定演算器 ５０ フィードフォワード演算器

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石炭をガス化する１系列または複数系列
   のガス化プロセスとガスタービンを有した複数系列の発
   電プロセスとを備えた石炭ガス化発電システムの総合発
   電出力を１つの発電システムとして出力制御する石炭ガ
   ス化発電システムの制御装置において、前記各系列の前
   記ガス化プロセスに設けられ前記ガス化プロセスに供給
   する粗ガスを制御するガス化炉コントローラと、前記各
   系列の前記発電プロセスに設けられ前記ガスタービンに
   供給する精製ガスを制御する発電プロセスコントローラ
   と、中央給電室から与えられる総合負荷目標値に基づい
   て前記各系列の個別負荷目標値を算出する統括負荷制御
   部とを備えたことを特徴とする石炭ガス化発電システム
   の制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１の発明において、前記統括負荷
   制御部は、制御対象となる各系列の発電出力を加算して
   総合発電出力を算出する加算器と、前記総合発電出力と
   前記中央給電室から与えられる総合負荷目標値とを比較
   し偏差を求める偏差演算器と、前記偏差演算器の偏差に
   基づいて補償演算を行い各系列に個別負荷目標値を与え
   る補償演算器とを備えたことを特徴とする石炭ガス化発
   電システムの制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１の発明において、前記統括負荷
   制御部は、制御対象となる各系列の数を設定するための
   系列数設定器と、前記中央給電室から与えられる総合負
   荷目標値を前記系列数設定器に設定された数で除算し個
   別負荷目標値として各々の系列に出力する除算器とを備
   えたことを特徴とする石炭ガス化発電システムの制御装
   置。
4. 【請求項４】 請求項２の発明において、前記統括負荷
   制御部内に、制御対象となる各系列の動特性モデルを記
   憶した系列モデル要素を追加して設け、前記加算器は、
   各系列モデル要素からの予測発電出力を加算して予測総
   合発電出力を算出し前記偏差演算器に出力するようにし
   たことを特徴とする石炭ガス化発電システムの制御装
   置。
5. 【請求項５】 請求項２または請求項４の発明におい
   て、前記統括負荷制御部内に、前記補償演算器で得られ
   た各系列の個別負荷目標値に基づいて各系列の前記ガス
   化プロセスの圧力設定値を算出するガス圧力設定演算器
   を追加して設けたことを特徴とする石炭ガス化発電シス
   テムの制御装置。
6. 【請求項６】 請求項２または請求項４の発明におい
   て、前記統括負荷制御部内に、前記補償演算器で得られ
   た各系列の個別負荷目標値に基づいて各系列の前記ガス
   化炉コントローラへのフィードフォワード制御信号を算
   出するフィードフォワード演算器を追加して設けたこと
   を特徴とする石炭ガス化発電システムの制御装置。
7. 【請求項７】 請求項４の発明において、前記統括負荷
   制御部内に、前記各系列モデル要素からの予測発電出力
   に基づいて各系列の前記ガス化プロセスの圧力設定値を
   算出するガス圧力設定演算器を追加して設けたことを特
   徴とする石炭ガス化発電システムの制御装置。