JP2000248908A - 石炭ガス化複合発電プラントおよびその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラント効率を最大にする運転モードおよび
プラント負荷追従性を最大にする運転モードを切り換え
可能な石炭ガス化複合発電プラントを提供する。 【解決手段】 プラントの効率を最大にする場合、蒸気
タービン加減弁２３の開度を１００％として石炭ガス化
複合発電プラントのガスタービン発電量を低負荷運転と
する最低負荷運転モード１を選択し、プラント負荷追従
性を最大にする場合、ガスタービン加減弁１１の開度と
蒸気タービン加減弁２３の開度とを同時に操作する負荷
変化運転モード３を選択し、最低負荷運転モード１およ
び負荷変化運転モード３の切り換え途中では、蒸気圧力
設定値３７をモード１の圧力からモード３の圧力までラ
ンプ変化させ、蒸気圧力３６が設定値３７に追従するよ
うに蒸気タービン加減弁２３の補正弁開度４３をＰＩ制
御器４２で計算するモード２を選択する。石炭／ガス化
剤の使用量を削減し、投入コストを低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石炭ガス化複合発
電プラントおよびその運転方法に係り、特に石炭ガス化
設備で発生させた石炭の粗ガスをガス精製設備で精製し
て精製ガスを発生させ、その精製ガスをガスタービンで
燃焼させガスタービンを駆動して発電するとともに、そ
の排気熱および石炭ガス化設備で発生した蒸気により蒸
気タービンを駆動して発電する石炭ガス化複合発電プラ
ントにおいて、プラントの運転効率を最大にする運転モ
ードおよびプラント負荷追従性を最大にする運転モード
を負荷の状況に応じて切り換える手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭ガス化複合発電プラントは、石炭ガ
ス化設備に石炭およびガス化剤を投入し、発生した石炭
の粗ガスをガス精製設備で精製し、精製ガスをガスター
ビンで燃焼させガスタービンを駆動して発電し、さらに
ガスタービンの排気熱と石炭ガス化設備で石炭をガス化
する際に得られる熱とで蒸気を発生させ、蒸気により蒸
気タービンを駆動して発電する複合発電プラントであ
る。

【０００３】この種の石炭ガス化複合発電プラントの制
御装置は、一般にガス化炉制御装置と発電量制御装置と
を含んでいる。ガス化炉制御装置は、石炭ガス化設備に
設置した石炭供給弁またはガス化剤供給弁により、石炭
ガス化設備の圧力およびガスタービンへの精製ガス供給
量を制御する。発電量制御装置は、ガスタービン入口に
設置したガスタービン加減弁により、ガスタービンの発
電量を制御し、蒸気タービン入口に設置した蒸気タービ
ン加減弁により、蒸気タービンの発電量を制御し、発電
目標値である負荷指令値にプラント全体の発電量を追従
させる。ガス化炉制御装置と発電量制御装置とは、相互
に協調信号をやりとりする場合がある。発電量制御装置
からガス化炉制御装置に協調信号を出力する例として
は、負荷変化時にガス化炉圧力の変動を石炭流量加減弁
および酸素流量加減弁で補償する方式(T.IEE Japan,Vo
l.110−B,No.10,1990,pp790−796)や、負荷変化時にガ
ス化炉制御装置を先行制御する方式(特開平６−288262
号公報)などがある。

【０００４】ガス化炉制御装置から発電量制御装置に協
調信号を出力する例としては、石炭ガス化炉で発生した
粗ガスの組成から粗ガスの発熱量を推定して、この発熱
量の変動によるガスタービン発電量の変動をガスタービ
ン加減弁で先行制御する方式(特開昭63−100237号公報)
などがある。

【０００５】石炭ガス化複合発電プラントでは、石炭ガ
ス化設備とガスタービンとの協調制御のほかに、発電量
制御装置におけるガスタービンと蒸気タービンとの協調
制御も考えられる。ガスタービンと蒸気タービンとの協
調制御方式としては、ガスタービンの発電量偏差を蒸気
タービンが補正する方式(特開平４−27702号公報)があ
る。

【０００６】一方、天然ガスを燃焼させる従来の複合発
電プラントの運用方式(特開昭51−126446号公報,特開昭
48−1720号公報)を石炭ガス化複合発電プラントに適用
する可能性も考えられる。天然ガスを燃焼させる従来の
複合発電プラントの発電量制御装置では、蒸気タービン
加減弁を全開としてプラント効率を上げるとともに、プ
ラント負荷変化時には、ガスタービン加減弁を急速に開
閉して負荷追従性を向上させている。

【０００７】したがって、複合発電プラントの一方式で
ある石炭ガス化複合発電プラントにも、天然ガスを燃焼
させる複合発電プラントと同様に、プラント効率を上げ
るとともに、負荷追従性を向上させることが求められて
いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、石炭ガス化複
合発電プラントでは、ガスタービンと蒸気タービンとの
発電量が等しいかまたは同程度のために、負荷変化時
に、蒸気タービンの応答遅れをガスタービンが補償する
ことは、困難である。

【０００９】すなわち、緩慢に負荷が上昇する蒸気ター
ビンの応答遅れをガスタービンが補償するには、ガスタ
ービンの負荷上昇率を急激に増加させる必要がある。と
ころが、石炭ガス化複合発電プラントでは、石炭ガス化
設備で粗ガスを製造し、ガス精製設備で精製ガスとした
後に、精製ガスをガスタービンに供給するため、石炭ガ
ス化設備からガスタービンまでの間にそれまで送り込ま
れた精製ガスが存在するとともに、石炭ガス化設備にお
ける粗ガス生成能力の限界もあり、発電量は、負荷指令
値に瞬間的に追従できるわけではない。

【００１０】さらに、石炭ガス化複合発電プラントで
は、ガスタービンと蒸気タービンとの発電量割合が等し
いかまたは同程度のために、天然ガスを燃焼させる従来
の複合発電プラントと比べて、熱回収ボイラ(ＨＲＢ：H
eat Recovery Boiler)および排熱回収ボイラ(ＨＲＳ
Ｇ：Heat Recovery Steam Generator)における熱吸収量
が高く、蒸気発生量が多くなる。そのため、低負荷運転
時には、蒸気への熱吸収量が余剰となり、蒸気タービン
の負荷を低くして運転する場合には、プラント全体の発
電効率が低下する。

【００１１】本発明の目的は、プラントの効率を最大に
する運転モードおよびプラント負荷追従性を最大にする
運転モードを柔軟に切り換え可能な石炭ガス化複合発電
プラントを提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、酸素を含むガス化剤と石炭とから粗ガス
および蒸気を発生する石炭ガス化設備と、粗ガスから不
要物質を除去して精製ガスを発生するガス精製設備と、
精製ガスを燃焼してガスタービンを駆動するガスタービ
ン設備と、石炭ガス化設備の燃焼ガスの排気熱で蒸気を
発生する熱回収設備と、石炭ガス化設備および熱回収設
備で発生する蒸気により蒸気タービンを駆動する蒸気タ
ービン設備と、ガスタービンおよび蒸気タービンにより
駆動され発電する発電設備と、ガス化ガス量および発電
量を制御する制御装置とを有する石炭ガス化複合発電プ
ラントにおいて、制御装置が、発電負荷指令値と実際の
発電量とに基づき発電プラントの負荷偏差を計算する手
段と、負荷指令値に基づきガスタービンの負荷目標値を
計算する手段と、発電プラントの負荷偏差とガスタービ
ンの負荷目標値とに基づきガスタービン加減弁の開度を
計算する手段と、負荷指令値に基づき蒸気タービンの負
荷目標値を計算する手段と、発電プラントの負荷偏差と
蒸気タービンの負荷目標値とに基づき蒸気タービン加減
弁の開度を計算する手段と、発電プラントの低負荷運転
時に蒸気タービン加減弁の開度を開度計算の結果に関わ
りなく全開に設定する手段とを備えた石炭ガス化複合発
電プラントを提案する。

【００１３】ガスタービン加減弁の開度を計算する手段
は、発電プラントの低負荷運転時には、負荷指令値と蒸
気タービン発電量との発電偏差を発電プラントの負荷偏
差として取り込み当該負荷偏差とガスタービンの負荷目
標値とに基づきガスタービン加減弁の開度を計算する手
段とすることができる。

【００１４】制御装置は、発電プラントの負荷変化運転
時にガスタービンの負荷目標値と蒸気タービンの負荷目
標値とを同時に変更して負荷指令値の変動に追従する手
段を備えるようにすることが望ましい。

【００１５】蒸気タービン加減弁開度計算手段は、プラ
ント低負荷運転およびプラント負荷変化運転の切り換え
途中で蒸気圧力がプラント負荷変化運転時の圧力設定値
と一致するまで上昇するように蒸気タービン加減弁の開
度を全開状態から計算する手段であり、その場合、制御
装置は、プラントの低負荷運転と、発電プラントの負荷
変化運転と、プラント低負荷運転およびプラント負荷変
化運転の切り換え途中運転との３つの運転モードに応じ
て、蒸気タービン加減弁の開度制御信号を選択する手段
を備えることになる。

【００１６】この発電プラントは、プラント低負荷運転
およびプラント負荷変化運転の切り換え途中で蒸気を発
生し熱回収設備に供給して蒸気の圧力を高める補助蒸気
発生器を備えることも可能である。

【００１７】本発明は、また、酸素を含むガス化剤と石
炭とから粗ガスおよび蒸気を発生する石炭ガス化設備
と、粗ガスから不要物質を除去して精製ガスを発生する
ガス精製設備と、精製ガスを燃焼してガスタービンを駆
動するガスタービン設備と、石炭ガス化設備の燃焼ガス
の排気熱で蒸気を発生する熱回収設備と、石炭ガス化設
備および熱回収設備で発生する蒸気により蒸気タービン
を駆動する蒸気タービン設備と、ガスタービンおよび蒸
気タービンにより駆動され発電する発電設備と、ガス化
ガス量および発電量を制御する制御装置とを有する石炭
ガス化複合発電プラントの運転方法において、プラント
低負荷運転時には、蒸気タービン加減弁を全開として運
用するとともに、発電負荷指令値と実際の発電量との発
電偏差をガスタービンの負荷で補償するようガスタービ
ン加減弁を制御し、プラント負荷変化運転時には、負荷
指令値からガスタービンの負荷目標値と蒸気タービンの
負荷目標値とを計算し、ガスタービン負荷と蒸気タービ
ン負荷とが負荷目標値に追従するようにガスタービン加
減弁および蒸気タービン加減弁を制御し、プラント低負
荷運転時およびプラント負荷変化運転時の切り換え途中
では、蒸気圧力がプラント負荷変化運転時の圧力設定値
と一致するまで上昇するように蒸気タービン加減弁の開
度を全開状態から制御する石炭ガス化複合発電プラント
の運転方法を提案する。

【００１８】本発明においては、プラント低負荷運転モ
ードと、プラント負荷変化運転モードと、プラント低負
荷運転モードおよびプラント負荷変化運転モードの切り
換え途中の運転モードの３種類の運転モードを切り換え
る手段を備える。

【００１９】プラント低負荷運転時には、蒸気タービン
加減弁を全開として運用する。負荷指令値とプラント発
電量との発電偏差をガスタービンの負荷で補償するよう
ガスタービン加減弁を制御する。

【００２０】プラント負荷変化運転時には、負荷指令値
からガスタービンの負荷目標値と蒸気タービンの負荷目
標値とを計算し、ガスタービン負荷と蒸気タービン負荷
とが負荷目標値に追従するように、ガスタービン加減弁
および蒸気タービン加減弁を制御する。

【００２１】プラント低負荷運転時およびプラント負荷
変化運転時の切り換え途中では、熱回収設備の蒸気圧力
からプラント負荷変化運転時の圧力設定値まで、蒸気タ
ービン加減弁を制御する。

【００２２】プラント低負荷運転時に蒸気タービン加減
弁を全開すると、ＨＲＳＧ内に蓄積された蒸気のほぼ全
量が蒸気タービンに流れるために、蒸気タービンの発電
量が増加し、ガスタービンの発電量は、それを補償する
ように低下する。ガスタービン発電量の低下に応じて、
ガスタービンの燃焼ガス量も低下するので、蒸気の発生
量が減少して蒸気タービンの発電量が低下する。ガスタ
ービンの発電量は、その低下分を補償しようと増加す
る。この作用により、プラント低負荷運転時には、蒸気
タービンの発電量が最大になり、ガスタービンの発電量
が最小となる状態で安定し、プラント効率を最大にする
運転モードとなる。

【００２３】一方、プラント負荷変化時、特に、負荷上
昇時には、ガスタービンと蒸気タービンとを同時に負荷
制御すると、蒸気タービンでは、ＨＲＳＧ内に蓄積され
た蒸気のほぼ全量が蒸気タービンに流れるために、蒸気
タービンの発電量が増加し、負荷上昇時における蒸気タ
ービンの単位時間当たりの発電量が増加し、プラント負
荷追従運転となる。

【００２４】プラント低負荷運転およびプラント負荷変
化運転の切り換え運転時には、蒸気圧力がプラント負荷
変化運転時の圧力設定値と一致するまで上昇するよう
に、蒸気タービン加減弁を操作すると、負荷変化時に必
要となる蒸気圧力を負荷変化前に確保できるので、プラ
ントの負荷追従性がさらに向上する。

【００２５】プラント低負荷運転から負荷を上昇させる
場合は、蒸気タービンの発電量は、最低負荷運転時にお
ける最大発電量となっている。このために、負荷上昇時
には、蒸気タービンの負荷上昇分が最小となり、負荷変
化に対するプラントの負荷追従性が、さらに良くなる。

【００２６】

【発明の実施の形態】次に、図１〜図６を参照して、本
発明による石炭ガス化複合発電プラントの実施例を説明
する。

【００２７】図１は、本発明による石炭ガス化複合発電
プラントの実施例の系統構成全体を示す図である。石炭
ガス化複合発電プラントは、ガスタービン発電系と蒸気
タービン発電系とを複合したプラントである。

【００２８】ガスタービン発電系は、燃料となる石炭１
００とガス化剤となる酸素１０１とを石炭ガス化炉１０
４に投入し、一酸化炭素および水素が主成分の粗ガスを
発生させる。粗ガスは、配管１０５によって、熱回収ボ
イラＨＲＢ１０６に送られ、給水を加熱する。熱回収後
の粗ガスは、配管１０７によって、ガス精製設備１０８
に投入されて、塵，微量金属，硫黄分を除去され、精製
ガスとなる。精製ガスは、配管１０９によって、ガスタ
ービン燃焼機１１１に送られて燃焼し、燃焼ガスとな
る。この燃焼ガスは、ガスタービン１１２を駆動する。
燃焼ガスは、配管１１３により、排熱回収ボイラＨＲＳ
Ｇ１１４に投入され、給水１３５を加熱する。熱を回収
された燃焼ガスは、排気設備１１５からプラント外に排
出される。

【００２９】一方、蒸気タービン発電系は、給水ポンプ
１１６で加圧した給水を配管１３４によりＨＲＢ１０６
に投入し、粗ガスの熱でその給水を加熱する。加熱され
た給水は、配管１３５により、ＨＲＳＧ１１４に投入さ
れ、燃焼ガスの熱を吸収し、蒸気となる。この蒸気は、
蒸気タービン１１８を駆動する。

【００３０】ガスタービン１１２と蒸気タービン１１８
とは、駆動軸１３６により、発電機１１９に接続してあ
り、ガスタービン１１２および蒸気タービン１１８の駆
動力は、発電機１１９で電力に変換される。

【００３１】天然ガスを燃料とする従来の複合発電プラ
ントのガスタービンが、蒸気タービンの約２倍の発電量
を持つのに対して、本発明が対象とする石炭ガス化複合
発電プラントでは、精製ガスの発熱量が、天然ガスの発
熱量よりも低く、また、ＨＲＢでも熱を回収するため
に、ガスタービン１１２と蒸気タービン１１８との発電
量が、等しいかまたはほぼ同程度となる。

【００３２】石炭ガス化複合発電プラントは、制御装置
１３０を備えている。制御装置１３０は、ガス化炉制御
装置１２８と発電量制御装置１２９とを含んでいる。ガ
ス化炉制御装置１２８と発電量制御装置１２９とは、相
互に協調信号１３１と１３２とを出力している。

【００３３】ガス化炉制御装置１２８は、負荷指令(Ｍ
ＷＤ：Mega Watt Demand)１３３とガス化炉圧力計測値
１２２と粗ガスの組成計測値１０７とに基づき、石炭流
量加減弁１２０および酸素流量加減弁１０１の開度を調
節し、ガス化炉圧力およびガス化炉１０４でのガス化状
態を制御する。

【００３４】発電量制御装置１２９は、負荷指令ＭＷＤ
１３３と発電量１２５と蒸気圧力１２４とに基づき、発
電量１２５が負荷指令ＭＷＤ１３３に追従するように、
ガスタービン加減弁１１０および蒸気タービン加減弁１
１７の開度を制御する。

【００３５】《実施例１》図２は、図１の石炭ガス化複
合発電プラントの制御装置１３０の実施例１の構成を示
す図である。制御装置１３０は、負荷指令ＭＷＤ１と、
発電量(ＭＷ)２と、石炭ガス化炉圧力(Ｐgas)２４と、
蒸気圧力(Ｐsteam)３６と、ガス組成(Ｃgas)４４とを入
力し、ガスタービン加減弁(ＧＴ)１１と、蒸気タービン
加減弁(ＳＴ)２３と、石炭供給弁(Ｃoal)３５とガス化
剤供給弁(Ｏ２)５５とを調節し、石炭ガス化複合発電プ
ラントを制御する。

【００３６】ガスタービン１１２への燃料供給量を制御
するガスタービン加減弁１１(図１の１１０)の開度制御
信号１０は、ガスタービン加減弁１１の開度目標値８と
開度制御値６とを加算して求められる。開度目標値８
は、負荷指令ＭＷＤ１に基づいて関数発生器７で求め
る。開度制御値６は、負荷指令値ＭＷＤ１と発電量２と
の発電偏差４をＰＩ制御器５で演算して求める。

【００３７】蒸気タービン１１８への蒸気流量を制御す
る蒸気タービン加減弁２３(図１の１１７)の開度制御信
号２２は、運転条件に応じて、切り換え器２１により、
加減弁の開度を切り換える。

【００３８】本発明では、運転条件を、電力消費が少な
い時間帯の低負荷運転時(モード１)と、低負荷運転およ
び負荷変化運転の切り換え運転時(モード２)と、電力消
費が多く負荷変化を伴う負荷変化運転時(モード３)との
３つのモードとする。次に、これらの運転条件における
蒸気タービン加減弁２３(１１７)の開度の設定を説明す
る。

【００３９】低負荷運転時(モード１)には、蒸気タービ
ン加減弁の開度２２として、開度設定値２０を用いる。
開度設定値２０は、蒸気タービン加減弁２３の開度を全
開とする。

【００４０】負荷変化運転時(モード３)には、蒸気ター
ビン加減弁の開度２２として、蒸気タービン加減弁の開
度１９を用いる。蒸気タービン加減の開度１９は、演算
器１８で求められる。演算器１８は、蒸気タービン加減
弁主開度１７が演算器１８で設定した範囲内の値の場合
は、主開度１７を出力し、設定範囲外の値の場合は、蒸
気圧力補正弁の開度４３を出力する。蒸気タービン加減
弁の主開度１７は、蒸気タービン加減弁２３の目標値１
５と制御値１３の和で求められる。開度目標値１５は、
負荷指令値１の関数として関数発生器１４で求められ
る。また、開度制御値１３は、負荷指令値１と発電量２
との差をＰＩ制御器１２に入力して求められる。蒸気圧
力補正弁の開度４３は、蒸気圧力３６が蒸気圧力設定値
３７に追従するように、ＰＩ制御器４２で計算される。

【００４１】低負荷運転および負荷変化運転時の切り換
え時(モード２)には、蒸気タービン加減弁の開度２２と
して蒸気圧力補正弁の開度４３を用いる。切り換え時に
は、蒸気圧力設定値３７を低負荷運転時(モード１)の蒸
気圧力から負荷変化運転時(モード３)の蒸気圧力設定値
までランプ変化とし、蒸気圧力３６が蒸気圧力設定値３
７に追従するように、蒸気圧力補正弁の開度４３をＰＩ
制御器４２で計算する。石炭供給弁の開度３４は、主開
度２９とガスタービン加減弁の開度１０と先行指令３２
との和として求められる。主開度２９は、石炭ガス化炉
圧力２４と圧力設定値２５との偏差からＰＩ制御器２８
を用いて求められる。なお、ガスタービン加減弁の開度
１０は、先行指令であり、石炭ガス化炉１０４とガスタ
ービン１１２との間の流動遅れおよび組成遅れを補償す
る。ガス化剤供給弁の開度５４は、主開度４９と石炭供
給弁の開度３１と先行指令５２との和として求められ
る。主開度４９は、粗ガスの組成４４と組成設定値４５
との偏差からＰＩ制御器４８で求められる。なお、石炭
供給弁の開度３１は先行指令であり、ガス化炉１０４の
圧力変動による石炭供給量の変動に合わせて、ガス化剤
投入量を変える。

【００４２】次に、図３〜図５を参照して、本発明によ
る石炭ガス化複合発電プラントの運転方法の特徴を説明
する。

【００４３】図３は、天然ガスを燃焼させる従来の複合
発電プラントの負荷応答特性を示す図である。この複合
発電プラントでは、蒸気タービン発電量の定格値をガス
タービン発電量の定格値の１/２として、負荷を４０％
から１００％まで変化させている。

【００４４】負荷指令値２０１を４０％から１００％ま
で変化させた場合は、ガスタービン１１２と蒸気タービ
ン１１８との発電比率に応じて、ガスタービン負荷目標
値２０３と蒸気タービン目標値２０５とが得られる。蒸
気タービン発電量２０６の時定数は、熱回収設備に設置
したボイラ１０６の容量に依存する。そのため、蒸気タ
ービン発電量２０６は、負荷指令値２０１および蒸気タ
ービン負荷目標値２０５の変動に対して緩やかな応答を
示す。このとき、ガスタービン発電量２０４は、負荷指
令値２０５と蒸気タービン発電量２０６との発電偏差を
補償し、しかも、ガスタービン発電量がその１００％負
荷(総発電量の６６.７％)を超えないように上昇する。
その結果、負荷指令８５.５％から１００％の間では、
発電偏差２０７が生じる。

【００４５】図４は、従来の石炭ガス化複合発電プラン
トの負荷応答特性を示す図である。この従来の石炭ガス
化複合発電プラントでは、ガスタービン発電量の定格値
と蒸気タービン発電量の定格値とが等しいとして、負荷
を４０％から１００％まで変化させている。

【００４６】負荷指令値２０８を４０％から１００％ま
で変化させた場合は、ガスタービンと蒸気タービンとの
発電比率が等しいため、ガスタービン負荷目標値と蒸気
タービン負荷目標値とは、目標値２１０になる。蒸気タ
ービン発電量２１２は、総発電量の５０％となるため、
負荷変化時の蒸気タービン発電量２１２の変動幅が大き
い。また、プラントの廃熱を利用して効率を高めるため
熱回収設備に設置したボイラ１０６の容量が大きいこと
から、蒸気タービン発電量２１２の応答は、図３の天然
ガスを燃焼させる従来の複合発電プラントの蒸気タービ
ン発電量２０６に比べて、緩やかとなる。

【００４７】ガスタービン１１２は、負荷指令値２０８
と蒸気タービン発電量２１２との負荷偏差を補償するよ
うに、出力変化させるが、天然ガスを燃焼させる従来の
複合発電プラントと同様に、ガスタービン発電量が１０
０％(総発電量の５０％)を超えないよう運用されるの
で、負荷変化時には、負荷指令７３.４％から１００％
の間では、発電偏差２１３が生じる。

【００４８】図５は、本発明による石炭ガス化複合発電
プラントの負荷応答特性を示す図である。図５において
は、区間(ａ)が、プラント低負荷運転時のモード１であ
り、区間(ｂ)が、最低負荷運転時および負荷変化運転時
３の切り換え途中のモード２であり、区間(ｃ)が、負荷
変化運転時のモード３である。

【００４９】区間(ａ)は、深夜または早朝などの電力需
要の少ない時間帯に相当であり、区間(ｃ)は、昼間およ
び夕刻などの電力需要の多い時間帯であり、区間(ｂ)
は、この中間の時間帯である。これらの区間は、運転計
画に基づいて、予め設定する。また、各時間帯ごとの負
荷指令値２１４は、上記従来例と同様に、低負荷運転時
には、定格出力の４０％、負荷変化運転時には定格出力
の１００％とする。

【００５０】図５において、運転モード１すなわち区間
(ａ)では、蒸気タービン加減弁１１７の開度２２１を１
００％相当に設定するので、天然ガスを燃焼させる従来
の複合発電プラントおよび従来の石炭ガス化複合発電プ
ラントと比べて、蒸気タービン発電量２１９が最高出力
となり、ガスタービン発電量２１６が最低出力となる効
率運転状態にある。蒸気タービン加減弁の開度２２１を
１００％相当とした場合、熱回収設備１０６で発生した
蒸気は、全量が蒸気タービン１１８に投入されるが、ガ
スタービン１１２から熱回収設備１０６への入熱量は、
最低であることから、蒸気圧力２２６は、負荷変化運転
時２２３に比べて低い状態にある。また、石炭ガス化設
備１０４への石炭の投入量２２７も定格時２２４に比べ
て低い。

【００５１】運転モード２すなわち区間(ｂ)では、低負
荷運転時の蒸気圧力を負荷変化運転時の圧力設定値に一
致するまで変化させて運転する。これは、低負荷運転時
の蒸気圧力を負荷変化運転時の蒸気圧力にまで回復させ
る運転となる。この区間(ｂ)では、蒸気圧力２２３を上
昇させるために、蒸気タービン加減弁１１７の開度２２
１が低下し、蒸気タービン発電量２１９が低下するが、
ガスタービン加減弁１１０の開度の増加および石炭流量
加減弁１０２の開度２２４の増加により、ガスタービン
１１２から熱回収設備１０６への入熱量が増加し、蒸気
圧力２２３が上昇する。蒸気タービン発電量２１９は一
時的に低下するが、ガスタービン発電量２１７がそれを
補償して上昇するので、プラント全体としての発電量２
１５は、不安定にならない。

【００５２】運転モード３すなわち区間(ｃ)では、プラ
ント負荷追従運転として、ガスタービン加減弁１１０と
蒸気タービン加減弁１１７とを同時に操作し、負荷上昇
を開始する。このとき、熱回収設備１０６は、負荷追従
に必要な蒸気量を確保しているために、蒸気タービン発
電量２１９は、天然ガスを燃焼させる従来の複合発電プ
ラントおよび従来の石炭ガス化複合発電プラントに比べ
て、応答が速い。

【００５３】また、負荷上昇時の蒸気タービン発電量２
１９の変化幅は、従来の石炭ガス化複合発電プラントに
比べて小さいため、従来の石炭ガス化複合発電プラント
に比べて、早い時間に目標負荷に到達できる。このと
き、負荷指令値２１４と発電量２１５との負荷偏差２２
５は、図３における天然ガスを燃焼させる従来の複合発
電プラントの負荷偏差２０７および図４における従来の
石炭ガス化複合発電プラントの負荷偏差２１３に比べ
て、最大負荷偏差が小さく、しかも、短時間で整定して
いるので、天然ガスを燃焼させる従来の発電方式および
従来の石炭ガス化複合発電プラントと比較して、負荷追
従性が高いといえる。

【００５４】このように、本発明による石炭ガス化複合
発電プラントは、プラント低負荷運転時には、プラント
効率運転を実現でき、プラント負荷追従運転時には、高
負荷追従運転が可能となる。

【００５５】本発明によれば、深夜または早朝など、電
力需要の少ない時間帯におけるプラントの運転効率を高
め、プラントの運転コストを低減できる。例えば、深夜
の８時間を定格の４０％の低負荷運転で運用する場合の
運用コストを試算してみる。低負荷運転時における総発
電量に対するガスタービン発電量の比率が、天然ガスを
燃焼させる従来の複合発電プラントでは６６.６７％、
従来の石炭ガス化発電プラントでは５０％、本発明によ
る石炭ガス化発電プラントでは２５％であると仮定する
と、天然ガスを燃焼させる従来の複合発電プラントのガ
スタービン発電量を１００％とした場合は、従来の石炭
ガス化発電プラントでは７５.０％、本発明の石炭ガス
化発電プラントでは６８.８％となり、天然ガスを燃焼
させる従来の複合発電プラントに比べて、ガスタービン
発電量を−３１.２５％低減できる。また、従来の石炭
ガス化発電プラントのガスタービン発電量を１００％と
した場合は、本発明の石炭ガス化発電プラントでは９１
％となり、ガスタービン発電量を−９％低減できる。そ
の結果、石炭やガス化剤の投入量を削減し、プラントの
運転コストを低減できる。

【００５６】《実施例２》図６は、本発明による石炭ガ
ス化複合発電プラントの制御装置１３０の実施例２の構
成を示す図である。すなわち、図２に示した実施例１の
石炭ガス化炉複合発電プラントの制御装置１３０に、蒸
気発生器の軽油供給弁６１の制御系統を追加した実施例
である。

【００５７】本実施例２では、蒸気発生器の軽油供給弁
６１の開度６０をモードに応じて切り換え操作する。軽
油供給弁６１の開度６０を制御する場合に、切り換え器
５９は、開度５８と開度５７とを切り換える。切り換え
器５９は、プラント低負荷運転時(モード１)およびプラ
ント負荷変化運転時(モード３)には、開度５８を選択す
る。本実施例では、開度５８は、軽油投入量０％に相当
する。低負荷運転および負荷変化運転時の切り換え途中
(モード２)では、開度５７は、蒸気圧力設定値３７に基
づき関数発生器５６により求められる。

【００５８】なお、切り換え器２１と切り換え器５９と
には、切り換え条件として同じ信号を用いる。そのた
め、切り換え器５９も複数のプラントの運転条件の一つ
を選択する手段となる。

【００５９】実施例２のプラント低負荷運転時およびプ
ラント負荷変化運転時においては、蒸気発生器の軽油供
給弁６１は動作しない。そのため、実施例１と同様の運
用となる。

【００６０】これに対して、プラント低負荷運転および
プラント負荷変化運転の切り換え途中では、関数発生器
５６で求めた軽油供給弁の開度５７から、蒸気発生器の
軽油供給弁６１を操作し、ＨＲＳＧの蒸気発生器１１４
で蒸気を発生させ、蒸気タービン１１８に投入する蒸気
の圧力を高くできる。

【００６１】なお、実施例１および実施例２において
は、ＨＲＢを給水の予熱手段、ＨＲＳＧを蒸気発生手段
として、ＨＲＢとＨＲＳＧとを接続した形式の石炭ガス
化複合発電プラントを説明したが、本発明は、ＨＲＢを
蒸気発生手段とし、ＨＲＳＧを蒸気過熱手段として、Ｈ
ＲＢとＨＲＳＧとを接続した形式の複合発電プラントに
も適用できる。

【００６２】本発明は、また、ＨＲＢとＨＲＳＧとがそ
れぞれに蒸気を発生し、ＨＲＢおよびＨＲＳＧの蒸気を
合流させて蒸気タービンに投入する形式のプラントにも
適用できる。

【００６３】さらに、上記実施例１および実施例２にお
いては、蒸気圧力と蒸気圧力設定値との圧力偏差から蒸
気タービンの加減弁の開度を求めたが、ＨＲＳＧに蒸気
発生手段を含む場合、特に、ドラムボイラを含む場合
は、蒸気圧力を蒸気流量とし、蒸気圧力設定値を蒸気流
量設定値としても、本発明を適用できる。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、深夜または早朝など、
電力需要の少ない時間帯におけるプラントの運転効率を
高め、プラントの運転コストを低減できる。その結果、
石炭やガス化剤の投入量を削減し、プラントの運転コス
トを低減できる。

【００６５】天然ガスを燃焼させる従来の複合発電プラ
ントと比較しても、発電偏差が小さく、整定時間が短い
ので、電力系統における他プラントへの影響が少なく、
電力系統全体の安定性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による石炭ガス化複合発電プラントの実
施例の系統構成全体を示す図である。

【図２】本発明による石炭ガス化複合発電プラントの制
御装置の実施例１の構成を示す図である。

【図３】天然ガスを燃焼させる従来の複合発電プラント
の負荷応答特性を示す図である。

【図４】従来の石炭ガス化複合発電プラントの負荷応答
特性を示す図である。

【図５】本発明による石炭ガス化複合発電プラントの実
施例１の負荷応答特性を示す図であある。

【図６】本発明による石炭ガス化複合発電プラントの制
御装置の実施例２の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 負荷指令値 ２ 発電量 ３ 減算器 ４ 発電偏差 ５ ＰＩ制御器 ６ 開度制御値 ７ 関数発生器 ８ 開度目標値 ９ 加算器 １０ ガスタービン加減弁の開度 １１ ガスタービン加減弁(１１０) １２ ＰＩ制御器 １３ 開度制御値 １４ 関数発生器 １５ 開度目標値 １６ 加算器 １７ 蒸気タービン加減弁主開度 １８ 演算器 １９ 蒸気タービン加減弁の開度 ２０ 開度設定値 ２１ 切り換え器 ２２ 蒸気タービン加減弁の開度 ２３ 蒸気タービン加減弁(１１７) ２４ 石炭ガス化炉圧力 ２５ 圧力設定値 ２６ 減算器 ２７ ガス化炉圧力偏差 ２８ ＰＩ制御器 ２９ 主開度 ３０ 加算器 ３１ 石炭供給弁の開度 ３２ 先行指令 ３３ 加算器 ３４ 石炭供給弁の開度 ３５ 石炭供給弁(１０２) ３６ 蒸気圧力 ３７ 蒸気圧力設定値 ３８ 減算器 ３９ 蒸気圧力偏差 ４０ 不感帯演算器 ４１ 蒸気圧力偏差補正値 ４２ ＰＩ制御器 ４３ 蒸気圧力補正弁の開度 ４４ ガス組成 ４５ 組成設定値 ４６ 減算器 ４７ ガス組成偏差 ４８ ＰＩ制御器 ４９ 主開度 ５０ 加算器 ５１ 主開度補正値 ５２ 先行指令 ５３ 加算器 ５４ ガス化剤供給弁の開度 ５５ ガス化剤供給弁(１０３) ５６ 関数発生器 ５７ 開度目標値 ５８ 開度目標値 ５９ 切り換え器 ６０ 軽油供給弁の開度 ６１ 蒸気発生器軽油供給弁 １００ 石炭 １０１ 酸素 １０２ 石炭流量加減弁(３５) １０３ 酸素流量加減弁(５５) １０４ 石炭ガス化炉 １０５ 配管 １０６ 熱回収ボイラ(ＨＲＢ：Heat Recovery Boiler) １０７ 配管 １０８ ガス精製設備 １０９ 配管 １１０ ガスタービン加減弁(１１) １１１ 燃焼器 １１２ ガスタービン １１３ 配管 １１４ 排熱回収ボイラ(ＨＲＳＧ：Heat Recovery Ste
am Generator) １１５ 排気設備 １１６ 給水ポンプ １１７ 蒸気タービン加減弁(２３) １１８ 蒸気タービン １１９ 発電機 １２０ 石炭流量加減弁 １２１ 酸素流量加減弁 １２２ ガス化炉圧力計測値 １２３ 粗ガスの組成計測値 １２４ 蒸気圧力 １２５ 発電量 １２６ 蒸気タービン加減弁 １２７ ガスタービン加減弁 １２８ ガス化炉制御装置 １２９ 発電量制御装置 １３０ 制御装置 １３１ 協調信号 １３２ 協調信号 １３３ 負荷指令(ＭＷＤ：Mega Watt Demand) １３４ 配管 １３５ 給水 １３６ 駆動軸 ２０１ 負荷指令値 ２０２ 蒸気タービン発電量＋ガスタービン発電量 ２０３ ガスタービン負荷目標値 ２０４ ガスタービン発電量 ２０５ 蒸気タービン負荷目標値 ２０６ 蒸気タービン発電量 ２０７ 発電偏差 ２０８ 負荷指令値 ２０９ 蒸気タービン発電量＋ガスタービン発電量 ２１０ ガスタービン負荷目標値＝蒸気タービン負荷目
標値 ２１１ ガスタービン発電量 ２１２ 蒸気タービン発電量 ２１３ 発電偏差 ２１４ 負荷指令値 ２１５ 蒸気タービン発電量＋ガスタービン発電量 ２１６ ガスタービン発電量 ２１７ ガスタービン負荷目標値 ２１８ 蒸気タービン負荷目標値 ２１９ 蒸気タービン発電量 ２２１ 蒸気タービン加減弁１１７の開度 ２２２ 蒸気圧力指令値 ２２３ 蒸気圧力 ２２４ 石炭投入量 ２２５ 負荷偏差 ２２６ 蒸気圧力 ２２７ 石炭投入量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木曽 文彦 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 永渕 尚之 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 島内 謙太 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 池松 武彦 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 中村 英夫 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 高橋 正衛 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 Ｆターム(参考） 3G081 BA02 BA13 BB00 BC07 BD00 DA04 DA12 DA14 DA21 DA22

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素を含むガス化剤と石炭とから粗ガス
   および蒸気を発生する石炭ガス化設備と、前記粗ガスか
   ら不要物質を除去して精製ガスを発生するガス精製設備
   と、前記精製ガスを燃焼してガスタービンを駆動するガ
   スタービン設備と、前記石炭ガス化設備の燃焼ガスの排
   気熱で蒸気を発生する熱回収設備と、前記石炭ガス化設
   備および前記熱回収設備で発生する蒸気により蒸気ター
   ビンを駆動する蒸気タービン設備と、前記ガスタービン
   および前記蒸気タービンにより駆動され発電する発電設
   備と、ガス化ガス量および発電量を制御する制御装置と
   を有する石炭ガス化複合発電プラントにおいて、 前記制御装置が、発電負荷指令値と実際の発電量とに基
   づき前記発電プラントの負荷偏差を計算する手段と、前
   記負荷指令値に基づき前記ガスタービンの負荷目標値を
   計算する手段と、前記発電プラントの負荷偏差と前記ガ
   スタービンの負荷目標値とに基づきガスタービン加減弁
   の開度を計算する手段と、前記負荷指令値に基づき前記
   蒸気タービンの負荷目標値を計算する手段と、前記発電
   プラントの負荷偏差と前記蒸気タービンの負荷目標値と
   に基づき蒸気タービン加減弁の開度を計算する手段と、
   前記発電プラントの低負荷運転時に前記蒸気タービン加
   減弁の開度を前記開度計算の結果に関わりなく全開に設
   定する手段とを備えたことを特徴とする石炭ガス化複合
   発電プラント。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の石炭ガス化複合発電プ
   ラントにおいて、 前記ガスタービン加減弁の開度を計算する手段が、前記
   発電プラントの低負荷運転時に、前記負荷指令値と前記
   蒸気タービン発電量との発電偏差を前記発電プラントの
   負荷偏差として取り込み当該負荷偏差と前記ガスタービ
   ンの負荷目標値とに基づきガスタービン加減弁の開度を
   計算する手段であることを特徴とする石炭ガス化複合発
   電プラント。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の石炭ガス化複
   合発電プラントにおいて、 前記制御装置が、前記発電プラントの負荷変化運転時に
   前記ガスタービンの負荷目標値と前記蒸気タービンの負
   荷目標値とを同時に変更して前記負荷指令値の変動に追
   従する手段を備えたことを特徴とする石炭ガス化複合発
   電プラント。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の石炭ガス化複合発電プ
   ラントにおいて、 前記蒸気タービン加減弁開度計算手段が、前記プラント
   低負荷運転および前記プラント負荷変化運転の切り換え
   途中で蒸気圧力がプラント負荷変化運転時の圧力設定値
   と一致するまで上昇するように前記蒸気タービン加減弁
   の開度を前記全開状態から計算する手段であり、 前記制御装置が、前記プラントの低負荷運転と、前記発
   電プラントの負荷変化運転と、前記プラント低負荷運転
   および前記プラント負荷変化運転の切り換え途中運転と
   の３つの運転モードに応じて、前記蒸気タービン加減弁
   の開度制御信号を選択する手段を備えたことを特徴とす
   る石炭ガス化複合発電プラント。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の石炭ガス化複合発電プ
   ラントにおいて、 前記プラント低負荷運転およびプラント負荷変化運転の
   切り換え途中で蒸気を発生し前記熱回収設備に供給して
   蒸気の圧力を高める補助蒸気発生器を備えたことを特徴
   とする石炭ガス化複合発電プラント。
6. 【請求項６】 酸素を含むガス化剤と石炭とから粗ガス
   および蒸気を発生する石炭ガス化設備と、前記粗ガスか
   ら不要物質を除去して精製ガスを発生するガス精製設備
   と、前記精製ガスを燃焼してガスタービンを駆動するガ
   スタービン設備と、前記石炭ガス化設備の燃焼ガスの排
   気熱で蒸気を発生する熱回収設備と、前記石炭ガス化設
   備および前記熱回収設備で発生する蒸気により蒸気ター
   ビンを駆動する蒸気タービン設備と、前記ガスタービン
   および前記蒸気タービンにより駆動され発電する発電設
   備と、ガス化ガス量および発電量を制御する制御装置と
   を有する石炭ガス化複合発電プラントの運転方法におい
   て、 プラント低負荷運転時には、蒸気タービン加減弁を全開
   として運用するとともに、発電負荷指令値と実際の発電
   量との発電偏差を前記ガスタービンの負荷で補償するよ
   うガスタービン加減弁を制御し、 プラント負荷変化運転時には、前記負荷指令値から前記
   ガスタービンの負荷目標値と前記蒸気タービンの負荷目
   標値とを計算し、ガスタービン負荷と蒸気タービン負荷
   とが負荷目標値に追従するようにガスタービン加減弁お
   よび蒸気タービン加減弁を制御し、 前記プラント低負荷運転時および前記プラント負荷変化
   運転時の切り換え途中では、蒸気圧力がプラント負荷変
   化運転時の圧力設定値と一致するまで上昇するように前
   記蒸気タービン加減弁の開度を前記全開状態から制御す
   ることを特徴とする石炭ガス化複合発電プラントの運転
   方法。