JP2002129985A - コジェネレーションプラントおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発電出力設定値の変更を、そのときの送出蒸気
流量を満足しつつ、かつ、熱電可変型のコージェネレー
ションプラントの場合には省エネルギー量が最大となる
運転点になるように、自動的に行う。 【解決手段】発電機４を駆動するガスタービン１と、ガ
スタービン排熱を回収して蒸気を発生させる排熱回収ボ
イラ６と、ガスタービン１に供給する燃料の流量を調節
する燃料調節弁３と、を有するコージェネレーションプ
ラントにおいて、発電機４の発電出力を検出する手段
と、排熱回収ボイラ６からの送出蒸気流量を検出する手
段１３と、大気温度を検出する手段１１と、送出蒸気流
量および大気温度の関数として予め規定した関数によ
り、送出蒸気流量および大気温度に対応するガスタービ
ン発電出力設定値を算出する手段１６と、発電出力を発
電出力設定値に近づける方向に燃料調節弁５を調節する
手段と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コージェネレーシ
ョンプラントおよびその制御方法に関し、特にそのガス
タービンの出力制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の地球温暖化問題に鑑み、化石エネ
ルギーの有効利用技術が求められている。また、各事業
者は自身の事業体におけるエネルギーコストをいかに低
減するかという問題に直面しており、この観点からエネ
ルギー効率の高いガスタービンを駆動源とするコージェ
ネレーションプラントが広く導入されている。コージェ
ネレーションプラントではガスタービンで発電し、その
排熱で蒸気を発生して、これら電気と蒸気を同時に供給
して総合エネルギー効率として７０〜８０％の性能を得
ることができる。

【０００３】コージェネレーションプラントは、ガスタ
ービンに蒸気を噴射しない従来型のシステムと、発生蒸
気の一部をガスタービンに噴射して余剰蒸気の有効利用
を図る熱電可変型の二種類に分類される。

【０００４】前者の従来型のコージェネレーションプラ
ントの一例を図８に示す。図８において、発電はガスタ
ービンの発電機４で行われ、蒸気の発生は、排熱回収ボ
イラ６の蒸気ドラム７で行われ、プロセス９に蒸気供給
がなされる。

【０００５】コージェネレーションプラントの運用方法
は大別して二つある。一つは、蒸気の発生よりも発電を
重視して運転する電力優先モードであり、もう一つは、
蒸気発生を優先して、必要な蒸気を発生するようにガス
タービン１の発電出力を変化させる蒸気優先モードであ
る。いずれの優先モードでもコージェネレーションプラ
ントの出力変化はガスタービンの発電機４の発電出力を
調節して行われる。

【０００６】図８のようなコージェネレーションプラン
トのガスタービン１の制御装置４０のブロック図の例を
図９に示す。この負荷制御の動きを図９で説明すると以
下のようになる。

【０００７】発電出力目標値としての電力検出器１３で
得られる発電出力ＰＶが発電出力設定器１８から与えら
れる発電出力設定値ＳＶと比較され負荷制御コントロー
ラ１４で、発電出力ＰＶが設定値ＳＶより大きければガ
スタービンのガバナ１５に対して出力を下げる指令、す
なわち燃料を減らす指令を出力し、逆に発電出力ＰＶが
設定値ＳＶより小さい場合は燃料を増やす指令を出す。
ガバナ１５は、ガスタービンの燃焼室３への燃料供給流
量を調節する燃料調節弁５の開度を制御する。

【０００８】この動作は、発電出力ＰＶが発電出力設定
値ＳＶと一致するまで続けられる。すなわち、発電出力
設定値ＳＶと実際の発電出力ＰＶとの偏差をなくすよう
に負荷制御コントローラ１４がガスタービンのガバナ１
５に増減信号を出力し、最終的には発電出力設定値ＳＶ
までガスタービン１の発電出力ＰＶは変化する。

【０００９】電力優先モードの運転の場合には、発電出
力設定値ＳＶを希望する設定値にすることでガスタービ
ン１の燃料流量の調節は図９の制御装置４０で行われ
る。したがって、運転員は発電出力設定値ＳＶを与える
か、または、そのスケジュール設定をするだけで良い。
しかし、蒸気優先モードの場合は、必要なプロセス９へ
の送出蒸気流量を得るのに必要なガスタービン１の発電
出力となるように絶えずガスタービン１の発電出力ＰＶ
を調節する必要がある。

【００１０】送出蒸気流量はガスタービン１１の発電出
力ＰＶとほぼ比例関係にあり（図３参照）、運転員は必
要な送出蒸気流量が得られるように図９の発電出力設定
値ＳＶを絶えず調節する。

【００１１】以上、従来型の蒸気噴射なしのコージェネ
レーションプラントのシステム構成と運転方法を説明し
た。以下、もう一つのコージェネレーションプラントで
ある蒸気噴射を使った熱電可変型のコージェネレーショ
ンプラントについて説明する。

【００１２】図１０に熱電可変型のコージェネレーショ
ンプラントの例を示す。ガスタービン１の排熱は排熱回
収ボイラ６に入り、排熱回収ボイラ６の蒸発器との熱交
換で蒸気ドラム７に蒸気を発生させる。この発生蒸気は
プロセス９の蒸気需要に応じて送出蒸気調節弁８をプロ
セス９側から開閉することでプロセス９への送出蒸気流
量が変化する。蒸気ドラム７での発生蒸気はプロセス９
とともにガスタービン１にも蒸気噴射され、ガスタービ
ン１の発電出力ＰＶ増大を行う。

【００１３】図８のシステムと違う点は、蒸気ドラム７
の発生蒸気の一部がプロセス９へ送られるとともに、他
の一部がガスタービン１への蒸気噴射に使われ、余剰蒸
気の発電への変換で余剰蒸気の有効利用が図られる点で
ある。熱（蒸気）需要が大幅に変動する需要家の場合は
蒸気が余剰となるケースが発生するので、このシステム
は好都合である。

【００１４】余剰蒸気をガスタービン１の駆動蒸気とし
て利用する蒸気噴射ガスタービン１は、例えば特許第２
７５１８３７号に開示されている。このガスタービンは
熱電可変型ガスタービンと呼ばれ、排熱により作られた
蒸気の内、プロセスで必要な蒸気を送気した残りの蒸気
をガスタービンに噴射して電力に変換することができ、
蒸気需要に変動があっても余剰蒸気を廃棄することなく
電力として有効活用することができる。

【００１５】この蒸気噴射型ガスタービンのシステム性
能は図１１のように表わされる。蒸気噴射なしの場合に
比べて図１１は蒸気噴射量がパラメータとして追加され
ている。

【００１６】図１１の横軸は送出蒸気流量、縦軸はガス
タービン１の燃料消費量で、ガスタービン１の発電出力
ＰＶをパラメータにプロットされている。図１１のＡ、
Ｂ、Ｃで囲まれたエリアが、蒸気需要に応じて必要蒸気
量がプロセス９側に送気されるガスタービン１の運転範
囲である。

【００１７】図１１において、Ａ点が蒸気噴射ゼロでか
つ送出蒸気流量最大の運転点である。ガスタービン出力
はたとえば４２００ｋＷである。Ａ→Ｃの線上の運転点
は蒸気噴射量がゼロの運転点を繋いだもので、噴射蒸気
ゼロの状態でガスタービン１の燃料を減らした場合の運
転点の動きを示す。Ａ→Ｂの線上の運転点はＡ点の４２
００ｋＷで蒸気噴射なしの運転から送出蒸気流量を減ら
して蒸気噴射に回し、燃焼器へは燃焼器の許容するでき
るだけ多くの燃料を投入した場合の運転点（タービン入
口温度最大）を示し、噴射蒸気により出力は増加してい
る。

【００１８】図１１の運転点を、横軸を発電電力、縦軸
を省エネルギー量（効率）でプロットし直したものが図
１２である。図１１のＡ、Ｂ、Ｃの運転点はそれぞれ図
１２のＡ、Ｂ、Ｃの運転点に対応している。

【００１９】図１２のＡ点は蒸気噴射なしで工場蒸気供
給が最大で省エネルギー量最大の運転点、Ｂ点は蒸気噴
射最大で工場蒸気供給最小で発電出力が最大の運転点、
Ｃ点は蒸気噴射なしで工場蒸気供給量小、発電出力小の
運転点である。図中のＡＢの線上の運転点は蒸気噴射な
しの運転点で、ＣＡＢで囲まれた範囲が蒸気噴射運転可
能な運転ゾーンを示している。

【００２０】このような熱電可変型ガスタービンの現状
の運転方法は、蒸気噴射なしのガスタービンで図９で説
明した運転制御方法と同じ方法が採用されている。すな
わち負荷設定値ＳＶを外部から設定し、発電電力ＰＶを
目標値となるようにガスタービン１への燃料流量を調節
する。送出蒸気流量の変化（すなわち噴射蒸気流量の変
化）があっても、常に、発電電力ＰＶを目標値となるよ
うにガスタービン１への燃料流量を調節する。

【００２１】この熱電可変型ガスタービンを使ったコー
ジェネレーションプラントの場合は蒸気噴射量がパラメ
ータとして追加されているので、同じ送出蒸気流量でも
発電出力ＰＶが複数ケース選択可能である。また、同じ
発電出力ＰＶでも蒸気噴射量を変えることで送出蒸気流
量が複数ケース選択可能であり、運用の自由度が大き
い。

【００２２】しかし、図１２で縦軸を省エネルギー量で
示すように同じ送出蒸気流量の運転でもＡ―Ｂライン上
の方が省エネルギー量が高い運転点である。したがっ
て、運転員は、送出蒸気流量の変化に従い、省エネルギ
ー量を最大とするべく常に発電出力設定値ＳＶを調節し
て運転しているのが現状である。

【００２３】例えばＭＷ_ＡＫＷの負荷設定値を与えれば
図１２の一点鎖線イの線上に運転点が来るように負荷制
御が行われる。つまり、図１２のＡ点で運転していても
送出蒸気流量が減ってＸ_Ａ２ｔ／ｈとなると、（Ｘ_Ａ―
Ｘ_Ａ２）ｔ／ｈの噴射蒸気流量の増加によりガスタービ
ン１の出力が増加するので、ガスタービン１の燃料は図
９の制御により自動的に燃料が減らされて、最終的には
Ａ１点の運転点で安定する。

【００２４】このように送出蒸気流量が変化してガスタ
ービン１の出力が変化しようとすると図９の負荷制御回
路により、発電出力ＰＶが設定値ＳＶと同じとなるよう
に自動的に発電出力制御が行われＡ点からＡ１点への移
動が自動的に行われる。

【００２５】しかし、図１２でもわかるように同じ送出
蒸気流量がＸ_Ａ２ｔ／ｈの運転でもＡ１点よりＡ２点の
方が省エネルギー量が多く、運転点としてはＡ２点の方
が望ましい。送出蒸流量の変化により、発電出力の設定
値の設定変更をしないとＡ点から省エネルギー量の少な
いＡ１点に自動的に移動してしまう。したがって、従来
技術での運転では、送出蒸気流量の変化のたびにその送
出蒸気流量を満足するさらに省エネルギー量の多い運転
点Ａ２点への移行のために手動で発電出力設定値ＳＶを
図１２の二点鎖線ロの発電出力設定値まで増変化させ
て、運転点をＡ２点に移動する手動操作を強いられてい
た。

【００２６】さらに、図１１、図１２は大気温度が変れ
ば運転点が変る（カーブが変る）ため、大気温度もチェ
ックしながらそのときの送出蒸気流量を満足しつつ省エ
ネルギー量が最大となる運転点になるように発電出力設
定値ＳＶを変化させることが運転員に求められる。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】従来の運転制御方法に
ついての欠点は、従来技術で指摘されているようにガス
タービンの発電出力設定値ＳＶを送出蒸気流量変化に従
って頻繁に手動で変化させる操作が伴うことである。

【００２８】本発明はこれらの欠点を解決し、発電出力
設定値ＳＶの変更を、そのときの送出蒸気流量を満足し
つつ、かつ、熱電可変型のコージェネレーションプラン
トの場合には省エネルギー量が最大となる運転点になる
ように、自動的に変化させる制御装置を提供することを
目的としている。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するものであって、請求項１の発明は、発電機を駆動す
るガスタービンと、そのガスタービンの排気から熱を回
収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記ガスタ
ービンに供給する燃料の流量を調節する燃料調節弁と、
を有するコージェネレーションプラントにおいて、前記
発電機の発電出力を検出する手段と、前記排熱回収ボイ
ラからの送出蒸気流量を検出する手段と、大気温度を検
出する手段と、前記検出された送出蒸気流量および前記
検出された大気温度の関数として予め規定した関数によ
り、これら送出蒸気流量および大気温度に対応するガス
タービン発電出力設定値を算出する手段と、前記検出さ
れた発電出力を前記発電出力設定値に近づける方向に前
記燃料調節弁を調節する手段と、を有すること、を特徴
とするコージェネレーションプラントである。

【００３０】また、請求項２の発明は、発電機を駆動す
るガスタービンと、そのガスタービンの排気から熱を回
収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記ガスタ
ービンに供給する燃料の流量を調節する燃料調節弁と、
を有するコージェネレーションプラントの制御方法にお
いて、前記発電機の発電出力を検出し、前記排熱回収ボ
イラからの送出蒸気流量を検出し、大気温度を検出し、
前記検出された送出蒸気流量および前記検出された大気
温度の関数として予め規定した関数により、これら送出
蒸気流量および大気温度に対応するガスタービン発電出
力設定値を算出し、前記検出された発電出力を前記発電
出力設定値に近づける方向に前記燃料調節弁を調節する
こと、を特徴とするコージェネレーションプラントの制
御方法である。

【００３１】請求項１または２の発明によれば、プロセ
ス側で必要な蒸気流量を自由に引き出し、コージェネレ
ーションプラント側はその送出蒸気流量に見合ったガス
タービン出力になるように自動的に運転することができ
る。

【００３２】また、請求項３の発明は、発電機を駆動す
るガスタービンと、そのガスタービンの排気から熱を回
収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記ガスタ
ービンに供給する燃料の流量を調節する燃料調節弁と、
を有し、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の一部がプ
ロセス蒸気として外部に送出され、前記排熱回収ボイラ
で発生した蒸気の一部が前記ガスタービンに供給され
る、コージェネレーションプラントにおいて、前記発電
機の発電出力を検出する手段と、前記排熱回収ボイラか
ら外部への送出蒸気流量を検出する手段と、大気温度を
検出する手段と、前記検出された送出蒸気流量および前
記検出された大気温度の関数として予め規定した関数に
より、これら送出蒸気流量および大気温度に対応する省
エネルギー量が最大となるようなガスタービン発電出力
設定値を算出する手段と、前記検出された発電出力を前
記発電出力設定値に近づける方向に前記燃料調節弁を調
節する手段と、を有すること、を特徴とするコージェネ
レーションプラントである。

【００３３】また、請求項４の発明は、発電機を駆動す
るガスタービンと、そのガスタービンの排気から熱を回
収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記ガスタ
ービンに供給する燃料の流量を調節する燃料調節弁と、
を有し、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の一部がプ
ロセス蒸気として外部に送出され、前記排熱回収ボイラ
で発生した蒸気の一部が前記ガスタービンに供給され
る、コージェネレーションプラントの制御方法におい
て、前記発電機の発電出力を検出し、前記排熱回収ボイ
ラから外部への送出蒸気流量を検出し、大気温度を検出
し、前記検出された送出蒸気流量および前記検出された
大気温度の関数として予め規定した関数により、これら
送出蒸気流量および大気温度に対応する省エネルギー量
が最大となるようなガスタービン発電出力設定値を算出
し、前記検出された発電出力を前記発電出力設定値に近
づける方向に前記燃料調節弁を調節すること、を特徴と
するコージェネレーションプラントの制御方法である。

【００３４】請求項３または４の発明によれば、熱電可
変型のガスタービンを使ったコージェネレーションプラ
ントにおいて、プロセス側で必要な蒸気流量を自由に引
き出し、コージェネレーションプラント側はその送出蒸
気流量に見合った、しかも省エネルギー量が最大となる
ようなガスタービン出力になるように自動的に運転する
ことができる。

【００３５】また、請求項５の発明は、発電機を駆動す
るガスタービンと、そのガスタービンの排気から熱を回
収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記ガスタ
ービンに供給する燃料の流量を調節する燃料調節弁と、
を有するコージェネレーションプラントにおいて、前記
発電機の発電出力を検出する手段と、前記排熱回収ボイ
ラからの送出蒸気流量の設定値を任意に設定する手段
と、大気温度を検出する手段と、前記設定された送出蒸
気流量設定値および前記検出された大気温度の関数とし
て予め規定した関数により、省エネルギー量が最大とな
るようなガスタービン発電出力設定値を算出する手段
と、前記検出された発電出力を前記発電出力設定値に近
づける方向に前記燃料調節弁を調節する手段と、を有す
ること、を特徴とするコージェネレーションプラントで
ある。

【００３６】また、請求項６の発明は、発電機を駆動す
るガスタービンと、そのガスタービンの排気から熱を回
収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記ガスタ
ービンに供給する燃料の流量を調節する燃料調節弁と、
を有するコージェネレーションプラントの制御方法にお
いて、前記発電機の発電出力を検出し、前記排熱回収ボ
イラからの送出蒸気流量の設定値を任意に設定し、大気
温度を検出し、前記設定された送出蒸気流量設定値およ
び前記検出された大気温度の関数として予め規定した関
数により、省エネルギー量が最大となるようなガスター
ビン発電出力設定値を算出し、記検出された発電出力を
前記発電出力設定値に近づける方向に前記燃料調節弁を
調節ること、を特徴とするコージェネレーションプラン
トの制御方法である。

【００３７】請求項５または６の発明によれば、コージ
ェネレーションプラント側で送出蒸気流量を設定した場
合に、これに見合ったガスタービン出力になるように自
動的に運転することができる。

【００３８】また、請求項７の発明は、発電機を駆動す
るガスタービンと、そのガスタービンの排気から熱を回
収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記ガスタ
ービンに供給する燃料の流量を調節する燃料調節弁と、
を有し、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の一部がプ
ロセス蒸気として外部に送出され、前記排熱回収ボイラ
で発生した蒸気の一部が前記ガスタービンに供給され
る、コージェネレーションプラントにおいて、前記発電
機の発電出力を検出する手段と、前記排熱回収ボイラか
ら外部への送出蒸気流量の設定値を任意に設定する手段
と、大気温度を検出する手段と、前記設定された外部へ
の送出蒸気流量設定値および前記検出された大気温度の
関数として予め規定した関数により、省エネルギー量が
最大となるようなガスタービン発電出力設定値を算出す
る手段と、前記検出された発電出力を前記発電出力設定
値に近づける方向に前記燃料調節弁を調節する手段と、
を有すること、を特徴とするコージェネレーションプラ
ントである。

【００３９】また、請求項８の発明は、発電機を駆動す
るガスタービンと、そのガスタービンの排気から熱を回
収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記ガスタ
ービンに供給する燃料の流量を調節する燃料調節弁と、
を有し、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の一部がプ
ロセス蒸気として外部に送出され、前記排熱回収ボイラ
で発生した蒸気の一部が前記ガスタービンに供給され
る、コージェネレーションプラントの制御方法におい
て、前記発電機の発電出力を検出し、前記排熱回収ボイ
ラから外部への送出蒸気流量の設定値を任意に設定し、
大気温度を検出し、前記設定された外部への送出蒸気流
量設定値および前記検出された大気温度の関数として予
め規定した関数により、省エネルギー量が最大となるよ
うなガスタービン発電出力設定値を算出し、記検出され
た発電出力を前記発電出力設定値に近づける方向に前記
燃料調節弁を調節すること、を特徴とするコージェネレ
ーションプラントの制御方法である。

【００４０】請求項７または８の発明によれば、熱電可
変型のガスタービンを使ったコージェネレーションプラ
ントにおいて、コージェネレーションプラント側で送出
蒸気流量を設定した場合に、これに見合った、しかも省
エネルギー量が最大となるようなガスタービン出力にな
るように自動的に運転することができる。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、４種類の発明の実施の形態
を説明する。まず、コージェネレーションで蒸気をプロ
セスに供給する方法として、プロセス側で必要蒸気をコ
ージェネレーションプラントから自由に引き出し、コー
ジェネレーションプラント側はその送出蒸気流量に見合
ったガスタービン出力になるように運転する場合があ
る。一方、これとは逆にコージェネレーションプラント
側で送出蒸気流量の設定をする場合があり、これら二種
類の蒸気供給方法が考えられる。これら二つの蒸気供給
方法それぞれに対して、熱電可変型でないガスタービン
を使った場合と熱電可変型のガスタービンを使った場合
の二ケースがありうるので、これらの組合せとして４種
類の方法がありうる。

【００４２】以下、それぞれの実施の形態について、図
面を用いて説明する。ただし、従来技術の図面と共通の
部分については共通の符合を用い、説明を適宜省略す
る。

【００４３】（第１の実施の形態）（請求項１、２対
応） 図１は本発明の第１の実施の形態を示すもので、熱電可
変型でないガスタービンを使ったコージェネレーション
プラントを示す。すなわち、大気が圧縮機２で圧縮さ
れ、この圧縮空気とともに燃料が燃焼器３で燃焼され
る。この燃焼ガスはガスタービン１で膨張し、その後、
排熱回収ボイラ６へ送られ、煙突１０から排出される。
排熱回収ボイラ６で、排ガス中の排熱が回収されて蒸気
が発生し、蒸気ドラム７に蒸気がためられる。この蒸気
ドラム７の蒸気はプロセス９へ送られる。燃焼ガスがタ
ービン１で膨張するときに発生するタービン動力によっ
て、圧縮機２が駆動されるとともに、ガスタービン発電
機４が駆動され、そこで発生した電気がプロセス９へ供
給される。

【００４４】燃焼器３へ供給される燃料の流量は、制御
装置５０で制御される燃料調節弁５によって調節され
る。制御装置５０の詳細は図２に示す。すなわち制御装
置５０は、関数発生器１６と、負荷制御コントローラ１
４と、ガスタービンのガバナ１５とからなる。関数発生
器１６には、送出蒸気流量検出器１１によって検出され
た蒸気ドラム７からプロセス９へ送られる送出蒸気流量
の信号と、大気温度検出器１２によって検出された大気
温度信号が供給される。

【００４５】関数発生器１６は、大気温度信号と送出蒸
気流量信号の二つの信号から、熱バランスによって、ガ
スタービン１の発電出力設定値ＳＶを決定する。関数発
生器１６で用いられる関数の一例を図３に示す。ただ
し、図３の横軸は送出蒸気流量として図を読む。関数発
生器１６は大気温度をパラメータとして設定されている
が、これは大気温度によりガスタービン１の発電出力Ｐ
Ｖが変化するためで、大気温度が低ければガスタービン
１の発電出力ＰＶは多く出すことができるためである。
図３の太い実線は標準の大気温度ｔ_０の時の発生蒸気流
量とガスタービン１の発電出力の設定値ＳＶの関係を示
すカーブである。同図中の破線は大気温度が変化した時
の発生蒸気流量とガスタービン１の発電出力の設定値Ｓ
Ｖの関係を示すカーブである。

【００４６】関数発生器１６で作成された発電出力設定
値ＳＶの信号は、発電出力ＰＶの信号とともに負荷制御
コントローラ１４へ入力される。負荷制御コントローラ
１４では、発電出力ＰＶと発電出力設定値ＳＶとの偏差
に基づいて、ガスタービン１のガバナ１５への増減出力
が出力される。これによって、ガスタービン１の出力制
御を行い、最終的にはヒートバランスに合ったガスター
ビン１の発電出力になるまでこの制御動作が続けられ
る。

【００４７】図３において、例えば、大気温度がｔ_０度
Ｃで送出蒸気がＸ_Ｄｔ／ｈで運転していて、プロセス９
側の蒸気流量要求が増えてＸ_Ｄ２ｔ／ｈとなったとす
る。ガスタービン１の発電出力の設定をそのままのＭＷ
_ＤｋＷとしておけば蒸気ドラム７からは蒸気が（Ｘ_Ｄ２
−Ｘ_Ｄ）ｔ／ｈ余分に引き出されるためガスタービン１
の出力を増やさないと蒸気ドラム７の圧力が低下してし
まう。この実施の形態では、送出蒸気流量がＸ_Ｄｔ／ｈ
からＸ_Ｄ２ｔ／ｈに変化した場合には図３の関数発生器
１６によりガスタービン１の発電出力設定を自動的にＤ
２の点になるようにＭＷ_ＤｋＷからＭＷ_Ｄ２ｋＷに変化
させるため、Ｘ_Ｄ２ｔ／ｈの送出蒸気流量に相当するガ
スタービン１の出力を自動的に確保し、ヒートバランス
通りの運転を常に達成できる。

【００４８】このように、送出蒸気流量がプロセス９の
要求により変化してもヒートバランスに合った送出蒸気
流量を確保するガスタービン１の出力制御が、自動的に
行える。

【００４９】（第２の実施の形態）（請求項３、４対
応） 本発明の第２の実施の形態を図４に示す。これは、第１
の実施の形態の手法を、蒸気噴射法などを使った熱電可
変型のガスタービン１を含むコージェネレーションプラ
ントのガスタービン１（図１０参照）の制御に適用し、
省エネルギー量の最適化を達成するものである。図４
で、排熱回収ボイラ６で発生し、蒸気ドラム７に貯めら
れた蒸気の一部は、送出蒸気調節弁８を介してプロセス
９へ送出される。また、残りの蒸気は、図１０の従来例
の場合と同様に、出力増加用の蒸気としてガスタービン
の燃焼器３へ送られて噴射される。

【００５０】燃焼器３へ供給される燃料の流量は、制御
装置６０で制御される燃料調節弁５によって調節され
る。制御装置６０の詳細は図２の制御装置５０と同様で
ある。ただし、制御装置６０における関数発生器６６
は、図５に示すようなものとなるただし、図５の横軸は
送出蒸気流量として図を読む。

【００５１】すなわち、関数発生器６６によって、大気
温度信号と送出蒸気流量信号の二つの信号から省エネル
ギー量最大となるようなガスタービン１の発電出力を決
定する発電出力設定値ＳＶを作成する。

【００５２】図５中の太い実線は、標準の大気温度ｔ_０
の時の省エネルギー量の最適化を達成する発生蒸気流量
とガスタービン１の発電出力の設定値ＳＶの関係を示す
カーブである。図中の破線は大気温度が変化した時の設
定カーブである。

【００５３】図５のＡ、Ａ２、Ｂ点はそれぞれ図１２の
Ａ、Ａ２、Ｂ点と同じ運転点で、Ａ→Ａ２→Ｂのカーブ
は送出蒸気流量に対して省エネルギー最大の発電出力設
定値ＳＶをプロットしたものである。

【００５４】例えば、大気温度がｔ_０度Ｃで送出蒸気流
量がＸ_Ａｔ／ｈで運転していて、プロセス９側の蒸気流
量要求が減ってＸ_Ａ２ｔ／ｈとなったとする。ガスター
ビン１の発電出力の設定がそのままのＭＷ_ＡｋＷであれ
ばＡ１の運転点に移ってしまう。しかし、図１２でわか
るように、同じＸ_Ａｔ／ｈの送出蒸気流量でも省エネル
ギー量は図１２のＡ２点の方が多い。すなわち、図５の
ＡからＡ２点への移動を図５の関数発生器６６で自動的
に行うことで自動的に省エネルギー量最大の運転点への
移動が行われる。その結果、ガスタービン１の発電出力
ＰＶはＭＷ_Ａ２ｋＷで送出蒸気流量Ｘ_{Ａ ２}ｔ／ｈの省エ
ネルギー量が最適な運転が自動で実現される。

【００５５】蒸気ドラム７からは蒸気が（Ｘ_Ａ−
Ｘ_Ａ２）ｔ／ｈ余分に引き出されるためガスタービン１
の出力を増やさないと蒸気ドラム７の圧力が低下してし
まう。本発明では送出蒸気流量がＸ_Ａ２ｔ／ｈに変化し
た場合には、図５の関数発生器１６によりガスタービン
１の発電出力設定を自動的にＡ２の点になるようにＭＷ
_ＡｋＷからＭＷ_Ａ２ｋＷに変化させる。このため、Ｘ
_Ａ２ｔ／ｈの送出蒸気流量に相当するガスタービン１の
出力を自動的に確保し、ヒートバランス通りの運転を常
に達成できる。

【００５６】本方法により、送出蒸気流量が変化しても
常に、大気温度も加味した上での省エネルギー量が最適
なガスタービン１の運転点まで、自動的に負荷変化がな
される。

【００５７】（第３の実施の形態）（請求項５、６対
応） 本発明の第３の実施の形態を図６に示す。これは、第１
の実施の形態（図１）と同様に熱電可変型でないガスタ
ービン１を使ったコージェネレーションプラントのガス
タービン制御に関するものである。しかし、第１の実施
の形態とは違って、送出蒸気流量を設定器１７によって
外部から設定するようになっている。

【００５８】燃料調節弁５の制御は、制御装置７０によ
って行われる。制御装置７０の中で、発電出力設定値Ｓ
Ｖを作成する関数発生器１６は、第１の実施の形態の制
御装置５０のものと同様に図３に示される。ただし、た
だし、図３の横軸は送出蒸気流量設定値として図を読
む。すなわち、大気温度信号と、送出蒸気流量を設定す
る送出蒸気流量設定器１７からの送出蒸気流量設定値の
二つの信号に基づいて、送出蒸気流量を確保するのに必
要なガスタービン１の発電出力ＰＶを決定するものであ
る。関数発生器１６を使って発電出力設定値ＳＶを作成
してガスタービン１の負荷制御コントローラ１４へ入力
してガスタービン１の出力制御を行う。送出蒸気流量を
発生するに必要なヒートバランスに合ったガスタービン
１の出力を関数発生器７６で計算し、この信号を使って
ガスタービン１の出力制御を行うことでヒートバランス
に合ったガスタービン１の出力を自動的に達成すること
が可能となる。

【００５９】たとえば図３で、大気温度がｔ_０のとき、
送出蒸気流量設定値の増加により運転点はＤからＤ２へ
変化する。運転点の移動の自動的な動きは第１の実施の
形態と同じで、第１の実施の形態との違いは、コージェ
ネレーションプラント側で送出蒸気流量を決定する点で
ある。

【００６０】（第４の実施の形態）（請求項７、８対
応） 本発明の第４の実施の形態を図７に示す。これは、第２
の実施の形態（図４）と同様に熱電可変型のガスタービ
ン１を使ったコージェネレーションプラントのガスター
ビン制御に関するものである。しかし、第２の実施の形
態とは違って、（第３の実施の形態と同様に）送出蒸気
流量を設定器１７によって外部から設定するようになっ
ている。

【００６１】燃料調節弁５の制御は、制御装置８０によ
って行われる。制御装置８０の中で、発電出力設定値Ｓ
Ｖを作成する関数発生器６６は、第２の実施の形態にお
ける制御装置６０の中の関数発生器６６と同様に図５で
示される。ただし、図５の横軸は送出蒸気流量設定値と
して図を読む。すなわち、この関数発生器６６で、大気
温度信号と、送出蒸気流量を設定する送出蒸気流量設定
器１７からの送出蒸気流量設定値の二つの信号に基づい
て、省エネルギー量最大となるようなガスタービン１の
発電出力を決定する。

【００６２】これを使って発電出力設定値ＳＶを作成
し、ガスタービン１の負荷制御コントローラ１４へ入力
してガスタービン１の出力制御を行うことで、要求され
る送出蒸気流量を省エネルギー量最大で発生させるガス
タービン１の出力を自動的に達成することが可能とな
る。運転点の移動の自動的な動きは第２の実施の形態と
同じで、第２の実施の形態との違いは、コージェネレー
ションプラント側で送出蒸気流量を決定する点である。

【００６３】

【発明の効果】以上を述べたように、本発明によれば、
コージェネレーションプラントの送出蒸気流量の変化に
対応して自動的にガスタービンの発電出力設定値ＳＶを
変化させて、常に省エネルギー量が最適でかつ安全な運
転への運転点の移行を自動的に可能とすることができ、
運転の安全性確保と省エネルギーの経済効果およびＣＯ
_２削減などの環境保全上の効果も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るコージェネレーションプラントの
第１の実施の形態の概略系統図。

【図２】図１の制御装置の詳細ブロック図。

【図３】図１、図２および図６の関数発生器で発生する
関数の一例を示すグラフ。

【図４】本発明に係るコージェネレーションプラントの
第２の実施の形態の概略系統図。

【図５】図４および図７の関数発生器で発生する関数の
一例を示すグラフ。

【図６】本発明に係るコージェネレーションプラントの
第３の実施の形態の概略系統図。

【図７】本発明に係るコージェネレーションプラントの
第４の実施の形態の概略系統図。

【図８】従来のコージェネレーションプラントの概略系
統図。

【図９】図８の制御装置の詳細ブロック図。

【図１０】図８とは別の従来のコージェネレーションプ
ラントの概略系統図。

【図１１】図１０のコージェネレーションプラントの送
出蒸気流量と燃料消費量の関係の一例を示すグラフ。

【図１２】図１０のコージェネレーションプラントの発
電出力と省エネルギー量の関係の一例を示すグラフ。

【符号の説明】

１…ガスタービン、２…圧縮機、３…燃焼器、４…ガス
タービン発電機、５…ガスタービンの燃料調節弁、６…
排熱回収ボイラ、７…蒸気ドラム、８…送出蒸気調節
弁、９…プロセス、１０…煙突、１１…送出蒸気流量検
出器、１２…大気温度検出器、１３…電力検出器、１４
…負荷制御コントローラ、１５…ガスタービンのガバ
ナ、１６…関数発生器、１７…送出蒸気流量設定器、１
８…発電出力設定器、５０…制御装置、６０…制御装
置、６６…関数発生器、７０…制御装置、８０…制御装
置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｃ 9/28 Ｆ０２Ｃ 9/28 Ｃ (72)発明者 山田 利広 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 (72)発明者 神谷 昭基 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 (72)発明者 松本 茂 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電機を駆動するガスタービンと、その
   ガスタービンの排気から熱を回収して蒸気を発生させる
   排熱回収ボイラと、前記ガスタービンに供給する燃料の
   流量を調節する燃料調節弁と、を有するコージェネレー
   ションプラントにおいて、 前記発電機の発電出力を検出する手段と、 前記排熱回収ボイラからの送出蒸気流量を検出する手段
   と、 大気温度を検出する手段と、 前記検出された送出蒸気流量および前記検出された大気
   温度の関数として予め規定した関数により、これら送出
   蒸気流量および大気温度に対応するガスタービン発電出
   力設定値を算出する手段と、 前記検出された発電出力を前記発電出力設定値に近づけ
   る方向に前記燃料調節弁を調節する手段と、 を有すること、を特徴とするコージェネレーションプラ
   ント。
2. 【請求項２】 発電機を駆動するガスタービンと、その
   ガスタービンの排気から熱を回収して蒸気を発生させる
   排熱回収ボイラと、前記ガスタービンに供給する燃料の
   流量を調節する燃料調節弁と、を有するコージェネレー
   ションプラントの制御方法において、 前記発電機の発電出力を検出し、 前記排熱回収ボイラからの送出蒸気流量を検出し、 大気温度を検出し、 前記検出された送出蒸気流量および前記検出された大気
   温度の関数として予め規定した関数により、これら送出
   蒸気流量および大気温度に対応するガスタービン発電出
   力設定値を算出し、 前記検出された発電出力を前記発電出力設定値に近づけ
   る方向に前記燃料調節弁を調節すること、 を特徴とするコージェネレーションプラントの制御方
   法。
3. 【請求項３】 発電機を駆動するガスタービンと、その
   ガスタービンの排気から熱を回収して蒸気を発生させる
   排熱回収ボイラと、前記ガスタービンに供給する燃料の
   流量を調節する燃料調節弁と、を有し、前記排熱回収ボ
   イラで発生した蒸気の一部がプロセス蒸気として外部に
   送出され、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の一部が
   前記ガスタービンに供給される、コージェネレーション
   プラントにおいて、 前記発電機の発電出力を検出する手段と、 前記排熱回収ボイラから外部への送出蒸気流量を検出す
   る手段と、 大気温度を検出する手段と、 前記検出された送出蒸気流量および前記検出された大気
   温度の関数として予め規定した関数により、これら送出
   蒸気流量および大気温度に対応する省エネルギー量が最
   大となるようなガスタービン発電出力設定値を算出する
   手段と、 前記検出された発電出力を前記発電出力設定値に近づけ
   る方向に前記燃料調節弁を調節する手段と、 を有すること、を特徴とするコージェネレーションプラ
   ント。
4. 【請求項４】 発電機を駆動するガスタービンと、その
   ガスタービンの排気から熱を回収して蒸気を発生させる
   排熱回収ボイラと、前記ガスタービンに供給する燃料の
   流量を調節する燃料調節弁と、を有し、前記排熱回収ボ
   イラで発生した蒸気の一部がプロセス蒸気として外部に
   送出され、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の一部が
   前記ガスタービンに供給される、コージェネレーション
   プラントの制御方法において、 前記発電機の発電出力を検出し、 前記排熱回収ボイラから外部への送出蒸気流量を検出
   し、 大気温度を検出し、 前記検出された送出蒸気流量および前記検出された大気
   温度の関数として予め規定した関数により、これら送出
   蒸気流量および大気温度に対応する省エネルギー量が最
   大となるようなガスタービン発電出力設定値を算出し、 前記検出された発電出力を前記発電出力設定値に近づけ
   る方向に前記燃料調節弁を調節すること、 を特徴とするコージェネレーションプラントの制御方
   法。
5. 【請求項５】 発電機を駆動するガスタービンと、その
   ガスタービンの排気から熱を回収して蒸気を発生させる
   排熱回収ボイラと、前記ガスタービンに供給する燃料の
   流量を調節する燃料調節弁と、を有するコージェネレー
   ションプラントにおいて、 前記発電機の発電出力を検出する手段と、 前記排熱回収ボイラからの送出蒸気流量の設定値を任意
   に設定する手段と、 大気温度を検出する手段と、 前記設定された送出蒸気流量設定値および前記検出され
   た大気温度の関数として予め規定した関数により、省エ
   ネルギー量が最大となるようなガスタービン発電出力設
   定値を算出する手段と、 前記検出された発電出力を前記発電出力設定値に近づけ
   る方向に前記燃料調節弁を調節する手段と、 を有すること、を特徴とするコージェネレーションプラ
   ント。
6. 【請求項６】 発電機を駆動するガスタービンと、その
   ガスタービンの排気から熱を回収して蒸気を発生させる
   排熱回収ボイラと、前記ガスタービンに供給する燃料の
   流量を調節する燃料調節弁と、を有するコージェネレー
   ションプラントの制御方法において、 前記発電機の発電出力を検出し、 前記排熱回収ボイラからの送出蒸気流量の設定値を任意
   に設定し、 大気温度を検出し、 前記設定された送出蒸気流量設定値および前記検出され
   た大気温度の関数として予め規定した関数により、省エ
   ネルギー量が最大となるようなガスタービン発電出力設
   定値を算出し、 前記検出された発電出力を前記発電出力設定値に近づけ
   る方向に前記燃料調節弁を調節ること、 を特徴とするコージェネレーションプラントの制御方
   法。
7. 【請求項７】 発電機を駆動するガスタービンと、その
   ガスタービンの排気から熱を回収して蒸気を発生させる
   排熱回収ボイラと、前記ガスタービンに供給する燃料の
   流量を調節する燃料調節弁と、を有し、前記排熱回収ボ
   イラで発生した蒸気の一部がプロセス蒸気として外部に
   送出され、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の一部が
   前記ガスタービンに供給される、コージェネレーション
   プラントにおいて、 前記発電機の発電出力を検出する手段と、 前記排熱回収ボイラから外部への送出蒸気流量の設定値
   を任意に設定する手段と、 大気温度を検出する手段と、 前記設定された外部への送出蒸気流量設定値および前記
   検出された大気温度の関数として予め規定した関数によ
   り、省エネルギー量が最大となるようなガスタービン発
   電出力設定値を算出する手段と、 前記検出された発電出力を前記発電出力設定値に近づけ
   る方向に前記燃料調節弁を調節する手段と、 を有すること、を特徴とするコージェネレーションプラ
   ント。
8. 【請求項８】 発電機を駆動するガスタービンと、その
   ガスタービンの排気から熱を回収して蒸気を発生させる
   排熱回収ボイラと、前記ガスタービンに供給する燃料の
   流量を調節する燃料調節弁と、を有し、前記排熱回収ボ
   イラで発生した蒸気の一部がプロセス蒸気として外部に
   送出され、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気の一部が
   前記ガスタービンに供給される、コージェネレーション
   プラントの制御方法において、 前記発電機の発電出力を検出し、 前記排熱回収ボイラから外部への送出蒸気流量の設定値
   を任意に設定し、 大気温度を検出し、 前記設定された外部への送出蒸気流量設定値および前記
   検出された大気温度の関数として予め規定した関数によ
   り、省エネルギー量が最大となるようなガスタービン発
   電出力設定値を算出し、 前記検出された発電出力を前記発電出力設定値に近づけ
   る方向に前記燃料調節弁を調節すること、 を特徴とするコージェネレーションプラントの制御方
   法。