JP2005127203A - Control device for gas turbine facilities - Google Patents
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Description
本発明は、ガスタービン設備の制御装置に係り、特に、ガスタービンに供給する気体を加湿し、出力及び効率向上を図る高湿分ガスタービン発電プラントにおいて、気体の加湿にスプレを用いるガスタービン設備に用いるに好適な制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for gas turbine equipment, and more particularly, to a gas turbine equipment that uses a spray for humidifying gas in a high-humidity gas turbine power plant that humidifies gas supplied to the gas turbine to improve output and efficiency. The present invention relates to a control device suitable for use.
最近、ガスタービンに供給する気体(空気)に水分を注入して加湿し、出力及び効率の向上を図る高湿分ガスタービン発電プラントには、既設ガスタービン発電プラントの設備更新、あるいはコジェネ向け発電プラントとしての新規導入のニーズを受けて、従来ガスタービン発電プラントに匹敵する負荷追従性が求められている。 Recently, high-humidity gas turbine power plants that improve the output and efficiency by injecting moisture into the gas (air) supplied to the gas turbine will improve the power and efficiency of existing gas turbine power plants. In response to the need for a new introduction as a plant, a load followability comparable to that of a conventional gas turbine power plant is required.
そのために、燃料流量及びスプレ流量の運転制御方式としては、種々のものが知られているが、例えば、特開2000−230432号公報に記載のように、本制御方式でプラント負荷を変える場合には、負荷変化に先行して加湿空気の湿分を調整し、湿分調整終了後にプラント負荷変化を開始するものが知られている。 Therefore, various types of operation control methods for the fuel flow rate and the spray flow rate are known. For example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-230432, when the plant load is changed by this control method. Is known that adjusts the humidity of the humidified air prior to the load change, and starts the plant load change after completion of the moisture adjustment.
しかしながら、特開2000−230432号公報記載のものでは、高湿分ガスタービンを負荷運転する際に加湿空気の湿分を先行的に調整するものであり、スプレ噴霧によるプロセス量の変動が安定するのを待って負荷運転する運用では高湿分ガスタービンに望まれている急速負荷追従運転は困難であるという問題があった。 However, in the thing of Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-230432, when carrying out load operation of a high-humidity gas turbine, the humidity of humidified air is adjusted in advance and the fluctuation | variation of the process amount by spray spray is stabilized. However, there is a problem that the rapid load following operation which is desired for the high-humidity gas turbine is difficult in the operation in which the load operation is waited for.
本発明の目的は、負荷変化運転時においてもプラントの各種プロセス量を安定に制御可能なガスタービン設備の制御装置を提供することにある。 The objective of this invention is providing the control apparatus of the gas turbine equipment which can control various process quantities of a plant stably also at the time of load change operation.
(1)上記目的を達成するために、本発明は、空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼する燃焼器と、この燃焼器で生成する燃焼ガスにより駆動されるタービンと、前記圧縮機の吸気または前記圧縮機で圧縮した圧縮空気に水を供給する加水装置とを有するガスタービン設備の制御装置であって、前記タービンに接続した発電機の実効出力と、前記発電機の出力目標値との差が所定値を越えた場合、前記吸気あるいは圧縮空気への水供給量を変化させる制御手段を備えるようにしたものである。
かかる構成により、負荷変化運転時においてもプラントの各種プロセス量を安定に制御し得るものとなる。
(1) To achieve the above object, the present invention comprises a compressor for compressing air, a combustor for combusting air and fuel compressed by the compressor, and a combustion gas generated by the combustor. A control device for gas turbine equipment having a turbine to be driven and a water adding device for supplying water to intake air of the compressor or compressed air compressed by the compressor, and an effective output of a generator connected to the turbine And a control means for changing the amount of water supplied to the intake air or compressed air when the difference between the output target value of the generator exceeds a predetermined value.
With this configuration, various process amounts of the plant can be stably controlled even during load change operation.
(2)上記目的を達成するために、本発明は、空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼する燃焼器と、この燃焼器で生成する燃焼ガスにより駆動されるタービンと、前記圧縮機の吸気または前記圧縮機で圧縮した圧縮空気に水を供給する加水装置とを有するガスタービン設備の制御装置であって、前記制御手段は、前記タービン出口の排気温度と、この排気温度の目標値との差が所定値を越えた場合、前記圧縮空気への水供給量を変化させるようにしたものである。 (2) To achieve the above object, the present invention comprises a compressor that compresses air, a combustor that combusts air and fuel compressed by the compressor, and a combustion gas generated by the combustor. A control device for gas turbine equipment, comprising: a turbine to be driven; and a water supply device for supplying water to intake air of the compressor or compressed air compressed by the compressor, wherein the control means includes exhaust gas from the turbine outlet When the difference between the temperature and the target value of the exhaust temperature exceeds a predetermined value, the amount of water supplied to the compressed air is changed.
かかる構成により、負荷変化運転時においてもプラントの各種プロセス量を安定に制御し得るものとなる。 With this configuration, various process amounts of the plant can be stably controlled even during load change operation.
(3)上記目的を達成するために、本発明は、空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼する燃焼器と、この燃焼器で生成する燃焼ガスにより駆動されるタービンと、前記圧縮機の吸気または前記圧縮機で圧縮した圧縮空気に水を供給する加水装置とを有するガスタービン設備の制御装置であって、前記制御手段は、前記タービン出口の排気温度と、前記排気温度の最高使用温度(警報値)との差が所定値を越えた場合、前記圧縮空気への水供給量を変化させるようにしたものである。 (3) To achieve the above object, the present invention comprises a compressor that compresses air, a combustor that combusts air and fuel compressed by the compressor, and a combustion gas generated by the combustor. A control device for gas turbine equipment, comprising: a turbine to be driven; and a water supply device for supplying water to intake air of the compressor or compressed air compressed by the compressor, wherein the control means includes exhaust gas from the turbine outlet When the difference between the temperature and the maximum use temperature (alarm value) of the exhaust temperature exceeds a predetermined value, the amount of water supplied to the compressed air is changed.
かかる構成により、負荷変化運転時においてもプラントの各種プロセス量を安定に制御し得るものとなる。 With this configuration, various process amounts of the plant can be stably controlled even during load change operation.
(4)上記(1)〜(3)において、好ましくは、前記加水装置は、複数のオンオフ電動弁と一つの比例制御弁とを有し、前記制御手段は、前記比例制御弁の開度に応じて、前記オンオフ制御弁を開閉制御するようにしたものである。 (4) In the above (1) to (3), preferably, the water adding device has a plurality of on / off motor-operated valves and one proportional control valve, and the control means adjusts the opening of the proportional control valve. Accordingly, the on / off control valve is controlled to open and close.
(5)上記(1)〜(3)において、好ましくは、前記制御手段は、前記発電機の実効出力と、前記発電機の出力目標値との差に基づいて、前記燃焼器に供給する燃料量を制御するようにしたものである。 (5) In the above (1) to (3), preferably, the control means supplies fuel to the combustor based on a difference between an effective output of the generator and an output target value of the generator. The amount is controlled.
(6)上記(1)〜(3)において、好ましくは、前記加水装置は、複数の水噴射ノズルの組合せにより実現されるものである。 (6) In the above (1) to (3), preferably, the water adding device is realized by a combination of a plurality of water injection nozzles.
本発明によれば、負荷変化運転時においてもプラントの各種プロセス量を安定に制御し得るものとなる。 According to the present invention, various process amounts of a plant can be stably controlled even during load change operation.
以下、図1〜図10を用いて、本発明の第1の実施形態によるガスタービン設備の制御装置の構成および動作について説明する。なお、本実施形態では、ガスタービン設備として、高湿分ガスタービン発電プラントを例にして説明する。
最初に、図1を用いて、本実施形態による高湿分ガスタービン発電プラントのシステム系統について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態による高湿分ガスタービン発電プラントのシステム系統図である。
Hereinafter, the configuration and operation of the control device for the gas turbine equipment according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a high-humidity gas turbine power plant will be described as an example of gas turbine equipment.
First, the system system of the high humidity gas turbine power plant according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a system diagram of a high humidity gas turbine power plant according to a first embodiment of the present invention.
ガスタービン燃焼に使用する空気は、圧縮機2で加圧された後、配管7に設置したスプレ8を用いて水分が注入・加湿される。また、空気中の水分を完全に蒸発させるため、低温側再生熱交換器11及び高温側再生熱交換器12で加熱する。熱交換器11及び12の熱源は、ガスタービンからの排気ガスである。加熱の結果、配管13中の気体は、空気と蒸気の混合流体となる。
After the air used for gas turbine combustion is pressurized by the compressor 2, moisture is injected and humidified using the
一方、燃料ポンプ5で加圧した燃料は、燃焼器3において先に得られた空気と蒸気の混合流体で燃焼する。燃料,空気及び蒸気の燃焼により発生する燃焼ガスは、ガスタービン1を駆動した後、煙道14を経てタービン外へ排出される。タービン外に排出された燃焼ガス(燃焼排ガス)の熱エネルギーは、高温側再生熱交換器12及び低温側再生熱交換器11で回収し、空気中の加熱に用いられる。また、燃焼排ガス中の水分は、水回収装置15で回収する。水回収の方式は、煙道に水を噴霧し、ガス中の水分を凝集、落下させて回収する方式としている。水分回収後の燃焼排ガスは、煙突16を用いて大気に放風する。
On the other hand, the fuel pressurized by the fuel pump 5 is combusted by the mixed fluid of air and steam previously obtained in the combustor 3. Combustion gas generated by combustion of fuel, air, and steam is discharged to the outside of the turbine through the
ガスタービン1で得られた駆動力は、シャフト20を通じて圧縮機2及び発電機4に伝えられる。駆動力の一部は、圧縮機2において空気の加圧に用いられる。また、発電機4で駆動力を電力に変換する。
The driving force obtained by the
なお、水回収装置15で回収された水は、水回収タンク18に貯蔵し、ポンプ10によってスプレ8や水回収装置15に供給され、スプレ8への加湿水、あるいは水回収装置15への噴霧水として再利用する。煙突16から大気放風された水分は、補給水ポンプ17によって補われる。
The water recovered by the
制御装置30は、高湿分ガスタービン発電プラントの実効出力である発電量MW,中央給電指令所等から与えられる発電量指令MWD,スプレ制御手段113から得られるスプレ本数Ksp,タービン1の排気温度Tx,圧縮機2の出口圧力PcD等に基づいて、スプレ制御手段113にスプレ本数指令KspDを出力する。スプレ制御手段113は、制御装置30から与えられるスプレ本数指令KspDに基づいて、オンオフ電動弁9を駆動して、スプレ8に供給する水量を制御する。高湿分ガスタービン発電プラントでは、スプレの加湿量によっても燃焼ガス流量が変化し、同時に発電量が変化することから、プラント負荷運転時においてはスプレ8も適切に制御する必要がある。
The
次に、図2を用いて、本実施形態による高湿分ガスタービン発電プラントに用いる制御装置30の詳細構成について説明する。
図2は、本発明の第1の実施形態による高湿分ガスタービン発電プラントに用いる制御装置30の詳細構成を示す機能ブロック図である。
Next, the detailed configuration of the
FIG. 2 is a functional block diagram showing a detailed configuration of the
制御装置30は、中央給電指令所(中給)からの発電量指令MWD,発電機4の出力MW,タービン1の排気温度Tx、圧縮機2の出口における空気圧力PcDからスプレ流量を制御するものであり、その詳細については、図2を用いて後述する。ここでは、スプレの流量制御方法として、少なくとも2個以上のオンオフ電動弁の開閉によりスプレの流量を調整するスプレ本数制御を採用している。スプレにオンオフ電動弁を用いた場合、弁開閉時にスプレ流量が急激に変動することからタービン排気温度が大きく変化する恐れがあるが、一般的に電動弁は制御弁に比べて極めて安価であり、また流量調整のための校正作業を必要としないというメリットがあることから、コジェネレーション,IPPなどでの利用に適している。
The
スプレ制御回路30は、3種類の制御回路30A,30B,30Cを備えている。第1の制御回路30Aは、プラント負荷一定運転時における電動弁の作動本数を算定するものであり、スプレ本数設定手段100と、減算器103,104と、一定運転時スプレ増減設定手段107とを備えている。
The
スプレ本数設定手段100は、発電機指令MWDに応じたスプレ本数設定値KspDを計算する。 The spray number setting means 100 calculates the spray number setting value KspD according to the generator command MWD.
ここで、図3を用いて、スプレ本数設定手段100の設定例について説明する。
図3は、本発明の第1の実施形態による高湿分ガスタービン発電プラントに用いる制御装置30のスプレ本数設定手段100の設定例の説明図である。図3の横軸は発電量指令値MWD(%)を示し、縦軸はスプレ本数指令値KspD(本)を示している。
Here, a setting example of the spray
FIG. 3 is an explanatory diagram of a setting example of the spray number setting means 100 of the
例えば、図3に示すように、発電量指令値MWDが0%の場合は、スプレ本数指令値KspDは0本である。発電量指令値MWDが0%より大で、12.5%以下の場合は、スプレ本数指令値KspDは1本であり、発電量指令値MWDが12.5%より大で、25%以下の場合は、スプレ本数指令値KspDは2本というように、12.5%刻みで、スプレ本数指令値を増加するようにしている。 For example, as shown in FIG. 3, when the power generation amount command value MWD is 0%, the spray number command value KspD is zero. When the power generation amount command value MWD is greater than 0% and less than or equal to 12.5%, the spray number command value KspD is 1, and the power generation amount command value MWD is greater than 12.5% and less than 25%. In this case, the spray number command value KspD is increased by 2 in increments of 12.5%, such as two.
なお、部分負荷におけるスプレ噴射の本数は、部分負荷におけるプラント効率が最大になるようセットされているが、負荷変化運転によりプラントのバランスが変動した結果、負荷変化後のスプレ本数がスプレ本数設定手段100に設定された本数と異なる場合がある。 Note that the number of spray injections at the partial load is set so that the plant efficiency at the partial load is maximized, but as a result of fluctuations in the balance of the plant due to the load change operation, the number of sprays after the load change is the spray number setting means. The number may be different from the number set to 100.
減算器104は、スプレ本数設定値KspDと現在のスプレ本数Kspとから現在のスプレ本数偏差ΔKspを求める。減算器103は、発電機出力MWと発電量指令MWDから発電量偏差ΔMWを求める。
The
一定運転時スプレ増減設定手段107は、発電量偏差ΔMW及び発電機指令MWDから現在のプラント運転状態を判定する。発電機指令MWDの時間変化率が零(すなわち、プラント負荷一定)で、かつ発電機指令MWDの時間変化率ΔMWの絶対値が設定値以内である場合には、プラントが定常運転中であると判断する。このとき、一定運転時スプレ増減設定手段107は、スプレ本数偏差ΔKspが非零の場合には、ΔKspが0となるように、一定運転時スプレ増減設定信号ΔKlsを算定する。 The constant operation spray increase / decrease setting means 107 determines the current plant operation state from the power generation amount deviation ΔMW and the generator command MWD. If the time change rate of the generator command MWD is zero (that is, the plant load is constant) and the absolute value of the time change rate ΔMW of the generator command MWD is within the set value, the plant is in steady operation. to decide. At this time, the constant operation spray increase / decrease setting means 107 calculates the constant operation spray increase / decrease setting signal ΔKls so that ΔKsp becomes zero when the spray number deviation ΔKsp is non-zero.
第1の制御回路30Aは、負荷変化後にスプレ本数を設定値に一致するよう制御することで、部分負荷におけるプラント効率が最大となるよう制御する。
The
第2の制御回路30Bは、プラント負荷変化運転時における電動弁の作動本数を算定するものであり、タービン排気温度設定手段101と、減算器105と、負荷変化運転時スプレ増減設定手段108とを備えている。
The
タービン排気温度設定手段101は、発電量指令値MWDから排気温度目標値TxDを求める。 The turbine exhaust temperature setting means 101 obtains an exhaust temperature target value TxD from the power generation amount command value MWD.
ここで、図4を用いて、タービン排気温度設定手段101の設定例について説明する。
図4は、本発明の第1の実施形態による高湿分ガスタービン発電プラントに用いる制御装置30のタービン排気温度設定手段101の設定例の説明図である。図4の横軸は発電量指令値MWD(%)を示し、縦軸はタービン排気温度Tx(℃)を示している。
Here, the example of a setting of the turbine exhaust temperature setting means 101 is demonstrated using FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a setting example of the turbine exhaust temperature setting means 101 of the
図4において、太い実線が、ガス温度目標値TxDを示している。本来、負荷一定運転時におけるタービン排気温度の設定値は、スプレ本数の変化に伴い点線に示すよう制御する必要があるが、本実施形態では、細い実線TxDL,TxDUで示すように、設定値に上限と下限を設け、タービン排気温度偏差ΔTxが設定値の範囲(図中の細い実線で示す上限・下限の範囲)を逸脱した場合にスプレ本数を制御している。これは、発電量及び排気温度制御の主操作量である燃料流量との相互干渉を抑えたためである。さらに、本実施形態では、負荷上げ時にはタービン排気温度をあえて上方に逸脱させることにより、スプレ投入による温度低下と相殺する効果を狙っている。また、負荷下げ時にはタービン排気温度をあえて下方に逸脱させ、スプレ本数を減じた場合の温度上昇と相殺させる。本実施形態における設定値の上限および下限は、スプレ投入による温度変動幅から設定している。 In FIG. 4, the thick solid line indicates the gas temperature target value TxD. Originally, the set value of the turbine exhaust temperature during constant load operation needs to be controlled as indicated by the dotted line in accordance with the change in the number of sprays, but in this embodiment, as shown by the thin solid lines TxDL and TxDU, An upper limit and a lower limit are provided, and the number of sprays is controlled when the turbine exhaust temperature deviation ΔTx deviates from the set value range (upper limit / lower limit range indicated by a thin solid line in the figure). This is because mutual interference with the fuel flow rate, which is the main operation amount of the power generation amount and the exhaust gas temperature control, is suppressed. Furthermore, the present embodiment aims at the effect of offsetting the temperature drop due to the spray injection by deviating the turbine exhaust temperature upward when the load is increased. Further, when the load is lowered, the turbine exhaust temperature is deviated downward to cancel out the temperature rise when the number of sprays is reduced. The upper limit and the lower limit of the set value in this embodiment are set from the temperature fluctuation range due to spray injection.
また、図2において、減算器105は、タービン排気温度Txと、タービン排気温度設定手段101により求められた排気温度目標値TxDとを減算して、排気温度偏差ΔTxを求める。排気温度偏差ΔTxが設定温度差を超過した場合には、負荷変化運転時スプレ増減設定手段108は、負荷変化時スプレ増減設定値ΔKlf = +1としてスプレ本数を増加させる。排気温度偏差ΔTxが負となり、設定温度差を下回った場合には、負荷変化時スプレ増減設定値ΔKlf = −1してスプレ本数を減ずる。
In FIG. 2, the
タービン排気温度Txは負荷変化時に変動するが、排気温度Txの変動を設定温度差以内とすることにより、発電機出力,発電機周波数,タービン回転数などをより安定に制御可能である。本制御回路30Bが動作した結果として、負荷変化後のスプレ本数が計画値と異った場合には、第一番目の制御回路により計画値へと修正する。
The turbine exhaust temperature Tx varies when the load changes. By making the variation of the exhaust temperature Tx within the set temperature difference, the generator output, the generator frequency, the turbine speed, and the like can be controlled more stably. As a result of the operation of the
第3の制御回路30Cは、プラント緊急時における電動弁の作動本数を算定するものであり、ガスタービン排気温度制限手段200と、減算器106と、排気ガス温度制限時スプレ増減設定手段109とを備えている。
The
プラント緊急時、例えば燃焼器において異常燃焼が発生した場合などには、燃焼器内の燃焼温度が上昇することにより燃焼ノズルの溶損、タービン翼の破損等の機器トラブルが発生する。このような不具合に対し、従来ガスタービン制御ではガスタービン排気温度を監視し、排気温度が設定温度を超えた場合には燃料流量調整弁を閉じる等の運用により燃焼器内の温度上昇を抑制している。本実施形態の第3の制御回路30Cでは、燃焼器内の温度上昇をスプレで抑制する。なお、スプレ投入により質量流量が増大するが、温度低下の効果により総体として負荷は低下する。
In a plant emergency, for example, when abnormal combustion occurs in the combustor, the combustion temperature in the combustor rises, causing equipment troubles such as combustion nozzle melting and turbine blade damage. For such problems, conventional gas turbine control monitors the gas turbine exhaust temperature, and if the exhaust temperature exceeds the set temperature, the fuel flow control valve is closed to suppress the temperature rise in the combustor. ing. In the
タービン排気温度制限値手段200は、圧縮機出口圧力PcDからタービン排気温度制限値TxLimを求める。 The turbine exhaust temperature limit value means 200 obtains the turbine exhaust temperature limit value TxLim from the compressor outlet pressure PcD.
ここで、図5を用いて、タービン排気温度制限値手段200の設定例について説明する。
図5は、本発明の第1の実施形態による高湿分ガスタービン発電プラントに用いる制御装置30のタービン排気温度制限値手段200の設定例の説明図である。図5の横軸は圧縮機吐出圧力PcD(kPa)を示し、縦軸はタービン排気温度Tx(℃)を示している。
Here, a setting example of the turbine exhaust temperature limit value means 200 will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a setting example of the turbine exhaust temperature limit value means 200 of the
一般に、燃焼器内におけるガス温度は、圧縮機出口圧力に比例することが経験的に知られている。そこで、本実施形態においても、タービン排気温度制限値手段200は、圧縮機出口圧力PcDから排気温度の警報温度TxLimを求めた。図において、実線は負荷運転時、破線は起動時の警報温度及びトリップ温度を表すが、本実施形態では、タービン排気温度制限値手段200は、圧縮機出口圧力PcDに応じた警報温度TxLimを出力する。 In general, it is empirically known that the gas temperature in the combustor is proportional to the compressor outlet pressure. Therefore, also in the present embodiment, the turbine exhaust temperature limit value means 200 obtains the alarm temperature TxLim of the exhaust temperature from the compressor outlet pressure PcD. In the figure, the solid line represents the alarm temperature and the trip temperature at the start of the load operation, and the broken line represents the alarm temperature and trip temperature at the start. In this embodiment, the turbine exhaust temperature limit value means 200 outputs the alarm temperature TxLim corresponding to the compressor outlet pressure PcD. To do.
また、図2において、減算器106は、タービン排気温度Txと、タービン排気温度制限値手段200により求められたタービン排気温度制限値TxLimとを減算して、排気ガス温度制限時スプレ増減設定値ΔTxLimを求める。排気温度制限時スプレ増減設定手段109は、排気ガス温度制限時スプレ増減設定値ΔTxLimが0或いは正数の場合には、排気ガス温度制限時スプレ増減設定ΔKem = +1としてスプレ本数を増加させる。
In FIG. 2, the
以上の3つの制御回路30A,30B,30Cが出力する制御信号に基づいて、スプレ制御する。
Spray control is performed based on the control signals output by the three
通常時スプレ増減設定手段110は、一定運転時におけるスプレ増減設定値ΔKls及び負荷変化時におけるスプレ増減設定値ΔKlfから、通常運時におけるスプレ増減設定値ΔKnmを求める。スプレ増減設定値ΔKlsは一定運転時、スプレ増減設定値ΔKlfは負荷変化時に動作することから、信号は排他的に出力される。しかしながら、スプレ増減設定値ΔKls及びスプレ増減設定値ΔKlfが同時に動作する可能性を考慮し、スプレ増減設定値ΔKnmは、図6に示す表より求める。
図6は、本発明の第1の実施形態による高湿分ガスタービン発電プラントに用いる制御装置30の通常時スプレ増減設定手段110の設定例の説明図である。
The normal-time spray increase / decrease setting means 110 obtains the spray increase / decrease set value ΔKnm during normal operation from the spray increase / decrease set value ΔKls at the time of constant operation and the spray increase / decrease set value ΔKlf at the time of load change. Since the spray increase / decrease set value ΔKls operates during constant operation and the spray increase / decrease set value ΔKlf operates when the load changes, a signal is exclusively output. However, considering the possibility that the spray increase / decrease set value ΔKls and the spray increase / decrease set value ΔKlf operate simultaneously, the spray increase / decrease set value ΔKnm is obtained from the table shown in FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a setting example of the normal time spray increase / decrease setting means 110 of the
図6において、横軸はスプレ増減設定値ΔKlsを示し、縦軸はスプレ増減設定値ΔKlfを示している。そして、これらの設定値の組み合わせにより、通常時スプレ増減設定値ΔKnmを設定している。例えば、スプレ増減設定値ΔKlsが−1で、スプレ増減設定値ΔKlfが−1の場合には、通常時スプレ増減設定値ΔKnmを−1とする。また、スプレ増減設定値ΔKlsが+1で、スプレ増減設定値ΔKlfが+1の場合には、通常時スプレ増減設定値ΔKnmを+1とする。 In FIG. 6, the horizontal axis indicates the spray increase / decrease set value ΔKls, and the vertical axis indicates the spray increase / decrease set value ΔKlf. Then, the normal spray increase / decrease set value ΔKnm is set by a combination of these set values. For example, when the spray increase / decrease set value ΔKls is −1 and the spray increase / decrease set value ΔKlf is −1, the normal spray increase / decrease set value ΔKnm is set to −1. When the spray increase / decrease set value ΔKls is +1 and the spray increase / decrease set value ΔKlf is +1, the normal spray increase / decrease set value ΔKnm is set to +1.
また、図2のスプレ増減設定手段111は、通常運転時における通常時スプレ増減設定手段110が出力するスプレ増減設定値ΔKnm及び排気温度制限時スプレ増減設定手段109が出力する排気ガス温度制限時スプレ増減設定値ΔKemから、スプレの増減設定値ΔKDを求める。排気ガス温度制限時スプレ増減設定値ΔKemは、ガスタービンの運転制限条件を逸脱した場合に+1となることから、スプレ増減設定手段111は、図7に示す表よりスプレの増減設定値ΔKDを求める。
図7は、本発明の第1の実施形態による高湿分ガスタービン発電プラントに用いる制御装置30のスプレ増減設定手段111の設定例の説明図である。
Further, the spray increase / decrease setting means 111 in FIG. 2 includes the spray increase / decrease set value ΔKnm output by the normal spray increase / decrease setting means 110 during normal operation and the exhaust gas temperature limit spray when the exhaust temperature limit spray increase / decrease setting means 109 outputs. The increase / decrease setting value ΔKD of the spray is obtained from the increase / decrease setting value ΔKem. The spray increase / decrease set value ΔKem at the time of exhaust gas temperature limit becomes +1 when the operation limit condition of the gas turbine is deviated. Therefore, the spray increase / decrease setting means 111 obtains the spray increase / decrease set value ΔKD from the table shown in FIG. .
FIG. 7 is an explanatory diagram of a setting example of the spray increase /
図7において、横軸はスプレ増減設定値ΔKemを示し、縦軸はスプレ増減設定値ΔKnmを示している。そして、これらの設定値の組み合わせにより、スプレ増減設定値ΔKDを設定している。例えば、スプレ増減設定値ΔKemが0で、スプレ増減設定値ΔKnmが−1の場合には、スプレ増減設定値ΔKDを−1とする。また、スプレ増減設定値ΔKemが+1で、スプレ増減設定値ΔKnmが+1の場合には、スプレ増減設定値ΔKDを+1とする。 In FIG. 7, the horizontal axis represents the spray increase / decrease set value ΔKem, and the vertical axis represents the spray increase / decrease set value ΔKnm. The spray increase / decrease set value ΔKD is set by a combination of these set values. For example, when the spray increase / decrease set value ΔKem is 0 and the spray increase / decrease set value ΔKnm is −1, the spray increase / decrease set value ΔKD is set to −1. When the spray increase / decrease set value ΔKem is +1 and the spray increase / decrease set value ΔKnm is +1, the spray increase / decrease set value ΔKD is set to +1.
さらに、図2において、スプレ本数指令設定手段112は、現在のスプレ本数とスプレ増減設定値ΔKDから、スプレ本数指令値KspDを計算する。また、スプレ制御手段113は、スプレ本数指令値KspDに従い、この当するオンオフ電動弁9を開閉して、スプレ本数指令値KspDに等しい数のスプレを駆動する。 Further, in FIG. 2, the spray number command setting means 112 calculates the spray number command value KspD from the current spray number and the spray increase / decrease setting value ΔKD. Further, the spray control means 113 opens and closes the corresponding on / off electric valve 9 according to the spray number command value KspD, and drives the number of sprays equal to the spray number command value KspD.
次に、図8〜図10を用いて、高湿分ガスタービンプラントの制御結果について説明する。
図8〜図10は、高湿分ガスタービンプラントの制御結果を示すトレンドグラフである。図8は、本発明を適用しない場合のプラント負荷運転特性の一例である。図9は、本発明を適用市内場合におけるプラント負荷運転特性のもう一つの例である。図10は、本実施形態による制御装置を高湿分ガスタービン制御に適用した場合のプラント負荷運転特性を示している。
Next, the control result of the high humidity gas turbine plant will be described with reference to FIGS.
8 to 10 are trend graphs showing the control results of the high-humidity gas turbine plant. FIG. 8 is an example of plant load operation characteristics when the present invention is not applied. FIG. 9 is another example of plant load operation characteristics in the city where the present invention is applied. FIG. 10 shows plant load operation characteristics when the control apparatus according to the present embodiment is applied to high-humidity gas turbine control.
また、図8〜図10の各図において、横軸は時間を示している。各図(A)の縦軸は、発電量指令値MWDを示している。各図(B)は、スプレ本数指令値KspDを示している。各図(C)は、タービン排気温度Txを示している。各図(D)は、発電機出力MWを示している。 Moreover, in each figure of FIGS. 8-10, the horizontal axis has shown time. The vertical axis of each figure (A) shows power generation amount command value MWD. Each figure (B) has shown spray number command value KspD. Each figure (C) has shown turbine exhaust temperature Tx. Each figure (D) shows the generator output MW.
図8は、本発明を適用しない場合のプラント負荷運転特性の一例である。ここでは、図8(A)に示す発電量指令値MWDの変動と同時に、図8(B)に示すように、スプレ本数指令値KspDを増減している。発電量指令値MWD及びスプレ本数指令値KspDの変動により、図8(C)に示すように、タービン排気温度Txが変動し、図8(D)に示すように、発電機出力MWが変化することから、これらのプロセス値の変動を併せて示している。 FIG. 8 is an example of plant load operation characteristics when the present invention is not applied. Here, as shown in FIG. 8B, the spray command value KspD is increased or decreased simultaneously with the fluctuation of the power generation command value MWD shown in FIG. As shown in FIG. 8C, the turbine exhaust temperature Tx fluctuates due to fluctuations in the power generation amount command value MWD and the spray number command value KspD, and the generator output MW changes as shown in FIG. 8D. Therefore, the fluctuation of these process values is also shown.
ここでは、全体系統計画を元に、負荷上昇前のスプレ本数をk本、負荷上昇後のスプレ本数をk+1本と仮定している。そのため、プラント制御に際しては、負荷変化中何らかの指標に従いスプレ本数をk本からk+1本へと増加させる必要がある。そこで、発電量指令値MWD上昇(負荷上げ)と同時にスプレ本数指令値KspDをkからk+1に増加した。スプレ本数変更の結果、図8(B)に示すように、タービン排気温度Txは一旦低下し、その後燃料流量の増加に伴って上昇する。図中の線Txhは、負荷変化時にスプレk+1本を噴射した場合のタービン排気温度Txの推移特性を示す。負荷上昇後のタービン排気温度は点thに一致するが、この点は負荷変化後のタービン排気温度の計画値に一致する。 Here, based on the overall system plan, it is assumed that the number of sprays before the load increase is k and the number of sprays after the load increase is k + 1. Therefore, in plant control, it is necessary to increase the number of sprays from k to k + 1 according to some index during load change. Therefore, the spray command value KspD was increased from k to k + 1 simultaneously with the increase in power generation amount command value MWD (load increase). As a result of the change in the number of sprays, as shown in FIG. 8 (B), the turbine exhaust temperature Tx once decreases and then increases as the fuel flow rate increases. A line Txh in the figure shows a transition characteristic of the turbine exhaust temperature Tx when k + 1 sprays are injected at the time of load change. The turbine exhaust temperature after the load increase coincides with the point th, which coincides with the planned value of the turbine exhaust temperature after the load change.
負荷上げ時のスプレ噴射によりタービン排気温度が低下した場合、燃焼器温度(タービン入口温度)も同様に低下しているものと考えられる。タービン入口温度が低下すると、タービン駆動力が低下するため、図8(D)に示すように、発電量MWが過渡的に低下しており、負荷追従性が悪化した。 When the turbine exhaust temperature is lowered due to spray injection at the time of increasing the load, it is considered that the combustor temperature (turbine inlet temperature) is similarly lowered. When the turbine inlet temperature decreases, the turbine driving force decreases, so that the power generation amount MW decreases transiently as shown in FIG. 8D, and the load followability deteriorates.
また、この運用方法を負荷下げ時に適用した場合には、負荷変化開始時にスプレをk+1本からk本へと減ずる運用となる。負荷変化開始時にスプレ流量を低下させた場合、図8(B)に示すように、タービン排気温度Txが最高でtD(℃)まで上昇する。図中の線TxDは、負荷変化時にスプレk本を噴射した場合のタービン排気温度Txの推移特性を示す。燃焼温度の上昇により発電量が上昇するほか、燃焼器及びタービンブレードの溶損の原因となる。そこで、燃焼器及びタービンブレード損傷を避けるため、燃料流量調整弁の開度を制限した結果、図8(D)に示すように、負荷追従性が過渡的に低下した。 Further, when this operation method is applied at the time of load reduction, the operation is such that the number of sprays is reduced from k + 1 to k at the start of load change. When the spray flow rate is reduced at the start of load change, the turbine exhaust temperature Tx rises to tD (° C.) at the maximum, as shown in FIG. 8B. A line TxD in the figure shows a transition characteristic of the turbine exhaust temperature Tx when k sprays are injected at the time of load change. In addition to an increase in the amount of power generated due to an increase in combustion temperature, it causes melting of the combustor and turbine blades. Therefore, as a result of restricting the opening degree of the fuel flow control valve to avoid damage to the combustor and the turbine blade, the load followability is transiently lowered as shown in FIG. 8 (D).
次に、図9は、本発明を適用しない場合におけるプラント負荷運転特性のもう一つの例である。この例では、プロセス量が不安定となる負荷変化中のスプレ噴霧を避け、負荷変動終了後にスプレ本数指令値KspDを増減するよう制御したものである。このような制御方式では負荷上げ時には、図9(B)に示すように、タービン排気温度Txが最高でtD'(℃)まで上昇した後、スプレ投入によって計画値まで下がる特性となり、タービン排気温度Txの低下と同時に、図9(D)に示すように、発電量MWも低下する。図では、負荷上げ終了時において発電量が一時的に低下した。 Next, FIG. 9 is another example of the plant load operation characteristics when the present invention is not applied. In this example, spray spraying during a load change where the process amount becomes unstable is avoided, and the spray number command value KspD is controlled to increase or decrease after the end of the load fluctuation. In such a control method, when the load is increased, as shown in FIG. 9B, the turbine exhaust temperature Tx rises to the maximum at tD '(° C) and then drops to the planned value by spraying. Simultaneously with the decrease in Tx, as shown in FIG. 9D, the power generation amount MW also decreases. In the figure, the amount of power generation temporarily decreased at the end of the load increase.
この運用方式を負荷下げ時に適用した場合には、負荷変化終了時までスプレ噴霧を継続することから、タービン排気温度Txは、図9(B)に示すように、線Txhに沿って変動する。また、負荷変化後スプレ本数をk+1からkへと減ずることにより、排気温度は、図9(B)に示すように、温度th'から一時的に上昇する。従って、図9(D)に示すように、負荷下げ時においては、タービン排気温度の上昇により発電量が一時的に上昇する特性となる。 When this operation method is applied at the time of load reduction, spray spraying is continued until the end of load change, so that the turbine exhaust temperature Tx varies along a line Txh as shown in FIG. 9B. Further, the exhaust temperature is temporarily increased from the temperature th ′ as shown in FIG. 9B by reducing the number of sprays from k + 1 to k after the load change. Therefore, as shown in FIG. 9D, when the load is reduced, the power generation amount temporarily increases due to the increase in the turbine exhaust temperature.
次に、図10により、本実施形態による制御装置30を高湿分ガスタービン制御に適用した場合のプラント負荷運転特性について説明する。本実施形態ではガスタービン排気温度Txを監視し、ガスタービン排気温度と目標値との差が設定温度差を超過した場合にスプレ本数を変更するようにしている。本制御方式は、負荷上げ時のタービン排気温度Txは、図10(B)に示すように、点線TxDに、負荷変化終了時のタービン排気温度は点線Txhに沿った値となる。スプレ本数がk本からk+1本に切り替わった際に、図10(C)に示すように、ガス温度は一時的に低下するが、本数増加によるタービン排気温度の低下分は噴霧前の温度上昇分と相殺されるため温度変化割合は、図8,図9に示した制御方式に比較して小さい値となる。タービン排気温度変動が抑えられた結果、図10(D)に示すように、発電機出力の変動も最小限に抑えられる。
Next, referring to FIG. 10, the plant load operation characteristics when the
負荷下げの場合も同様に、タービン排気温度Txと目標値との差が設定温度差を超過した場合にスプレ本数をk+1本からk本へと変更する。スプレ本数低下による温度上昇は、タービン負荷下降時の温度低下と相殺されることから、温度変化割合は図8,図9に示した制御方式と比較して小さくできる。また、図10(D)に示すように、発電量変動も最小限に抑えられる。 Similarly, in the case of load reduction, when the difference between the turbine exhaust temperature Tx and the target value exceeds the set temperature difference, the number of sprays is changed from k + 1 to k. Since the temperature increase due to the decrease in the number of sprays cancels out the temperature decrease when the turbine load decreases, the temperature change rate can be reduced as compared with the control methods shown in FIGS. In addition, as shown in FIG. 10D, fluctuations in the amount of power generation can be minimized.
以上説明したように、本実施形態によれば、負荷上げ時あるいは下げ時の温度変動と、スプレ噴霧による温度変動が相殺するようにスプレ噴霧のタイミングを決定するので、タービン翼に対する熱ストレスを最小として、無理のない負荷運転が可能となる。また、同時にタービン排気温度の変動を最小とするので、発電量、発電機周波数、タービン回転数のそれぞれに対して外乱が最小として安定した負荷運用が可能となる。したがって、負荷変化運転時においても、タービン排気温度Txや発電量MWのようなプラントの各種プロセス量を安定に制御可能となるものである。 As described above, according to the present embodiment, since the spray spray timing is determined so that the temperature fluctuation at the time of increasing or decreasing the load and the temperature fluctuation due to the spray spray are offset, the thermal stress on the turbine blade is minimized. As a result, it is possible to perform a load operation without difficulty. At the same time, since fluctuations in turbine exhaust temperature are minimized, stable load operation is possible with minimum disturbance for each of power generation amount, generator frequency, and turbine rotation speed. Therefore, various process amounts of the plant such as the turbine exhaust temperature Tx and the power generation amount MW can be stably controlled even during the load change operation.
また、スプレの制御を電動弁によるオン・オフ制御とするので、スプレの設備費用を抑えてより安価なプラントが供給可能となる。また、スプレにおける流量調整など各種校正作業が不要となるので、試運転期間の短縮が可能となる。 Further, since the spray control is an on / off control by the electric valve, it is possible to supply a cheaper plant while suppressing the cost of the spray equipment. Moreover, since various calibration operations such as flow rate adjustment in the spray are not required, the trial run period can be shortened.
次に、図11および図12を用いて、本発明の第2の実施形態によるガスタービン設備の制御装置の構成および動作について説明する。なお、本実施形態による高湿分ガスタービン発電プラントのシステム系統図は、図1に示したものと同様である。
図11は、本発明の第2の実施形態による高湿分ガスタービン発電プラントに用いる制御装置30’の詳細構成を示す機能ブロック図である。なお、図2と同一符号は同一部分を示している。
Next, the configuration and operation of the control device for the gas turbine equipment according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 12. The system diagram of the high-humidity gas turbine power plant according to this embodiment is the same as that shown in FIG.
FIG. 11 is a functional block diagram showing a detailed configuration of a
図12は、本実施形態による制御装置を高湿分ガスタービン制御に適用した場合のプラント負荷運転特性を示している。図12において、横軸は時間を示している。図12(A)の縦軸は、発電量指令値MWDを示している。図12(B)は、スプレ本数指令値KspDを示している。図12(C)は、タービン排気温度Txを示している。図12(D)は、発電機出力MWを示している。。図12(E)は、スプレ制御指令値KspD2を示している。 FIG. 12 shows plant load operation characteristics when the control device according to the present embodiment is applied to high-humidity gas turbine control. In FIG. 12, the horizontal axis indicates time. The vertical axis in FIG. 12A indicates the power generation amount command value MWD. FIG. 12B shows the spray number command value KspD. FIG. 12C shows the turbine exhaust temperature Tx. FIG. 12D shows the generator output MW. . FIG. 12E shows the spray control command value KspD2.
図2に示した実施形態では、i個のスプレを全てオンオフ電動弁で制御しているのに対して、図11に示した本実施形態では、これらスプレの少なくとも一個を比例制御弁19とし、他のi−1本をオンオフ電動弁9としている。
In the embodiment shown in FIG. 2, all i sprays are controlled by on / off motorized valves, whereas in the present embodiment shown in FIG. 11, at least one of these sprays is a
第1の制御回路30Aおよび第3の制御回路30Cの構成は、図2に示したものと同様である。
The configurations of the
第2の制御回路30B’は、プラント負荷変化運転時における電動弁の作動本数を算定するものであり、タービン排気温度設定手段101と、減算器105と、PID制御器121と、スプレ増減設定手段122とを備えている。
The
タービン排気温度設定手段101は、図4にて説明したようにして、発電量指令値MWDから排気温度目標値TxDを求める。減算器105は、タービン排気温度Txと、タービン排気温度設定手段101により求められた排気温度目標値TxDとを減算して、排気温度偏差ΔTxを求める。
The turbine exhaust temperature setting means 101 obtains the exhaust temperature target value TxD from the power generation amount command value MWD as described in FIG. The
タービン排気温度偏差ΔTxをPID制御器121に入力する。PID制御器121は、タービン排気温度偏差ΔTx2を0とするためのスプレ制御指令値KspD2を計算する。このスプレ制御指令値KspD2に基づいて、比例制御弁19の開度が制御される。スプレ増減設定手段122は、スプレ制御指令KspD2を入力し、当この信号がスプレ開度の上限あるいは下限となった場合に、スプレ増減設定値ΔKlfを+1または−1とする。スプレ増減設定値ΔKlfは、通常時スプレ増減設定手段110に入力する。
The turbine exhaust temperature deviation ΔTx is input to the
ここで、図12を用いて、本実施形態によるプラント制御結果について説明する。図に示す例では、図12(E)に示すように、PID制御器121によって制御される比例制御弁19のスプレ開度KspD2がα以上となった場合に、スプレ増減設定手段122は、スプレ増減設定値ΔKlfを+1にし、β以下となった場合にスプレ増減設定値ΔKlfを−1としている。すなわち、図2に示した実施形態では、タービン排気温度Txの目標値に対する偏差をスプレ噴射のトリガとしたのに対し、本実施形態ではスプレ制御弁の開度をスプレ噴射のトリガとする。
Here, the plant control result by this embodiment is demonstrated using FIG. In the example shown in the figure, as shown in FIG. 12E, when the spray opening KspD2 of the
図12(E)に示すように、負荷変化時における温度の初期変動をスプレ制御指令値KspD2で制御する。また、図12(E)に示すようにスプレ制御指令値KspD2の値がα以上となった場合には、図12(C)に示すように、スプレ本数KspDを増加する。スプレ本数増加に伴うタービン排気温度Txの低下は、スプレ制御指令KspD2が補償する。 As shown in FIG. 12E, the initial fluctuation of the temperature at the time of load change is controlled by the spray control command value KspD2. When the value of the spray control command value KspD2 is greater than or equal to α as shown in FIG. 12E, the number of sprays KspD is increased as shown in FIG. The spray control command KspD2 compensates for the decrease in the turbine exhaust temperature Tx accompanying the increase in the number of sprays.
なお、以上の説明では、一定負荷時のスプレ19の弁開度はαとβの中間開度に設定し、一定負荷時においてもスプレ19は一定流量を流す構成としたが、一定負荷時にスプレ19の弁開度を0とするよう運用してもよいものである。
In the above description, the valve opening of the
以上説明したように、本実施形態によれば、負荷変化運転時においても、タービン排気温度Txや発電量MWのようなプラントの各種プロセス量を安定に制御可能となるものである。 As described above, according to this embodiment, various process amounts of the plant such as the turbine exhaust temperature Tx and the power generation amount MW can be stably controlled even during the load change operation.
また、本方式では、タービン排気温度Txを、比例制御弁19を用いて連続的に制御可能であるため、負荷変化時におけるタービン排気温度Tx及び発電機出力MWの変動幅は第1の実施例よりも小さくすることが可能である。
Further, in this method, since the turbine exhaust temperature Tx can be continuously controlled using the
次に、図13〜図15を用いて、本発明の第3の実施形態によるガスタービン設備の制御装置の構成および動作について説明する。なお、本実施形態による高湿分ガスタービン発電プラントのシステム系統図は、図1に示したものと同様である。
図13は、本発明の第3の実施形態による高湿分ガスタービン発電プラントに用いる制御装置30”の詳細構成を示す機能ブロック図である。なお、図2と同一符号は同一部分を示している。
Next, the configuration and operation of the control device for the gas turbine equipment according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The system diagram of the high-humidity gas turbine power plant according to this embodiment is the same as that shown in FIG.
FIG. 13 is a functional block diagram showing a detailed configuration of the
本実施形態では、スプレ制御するための図2に示した制御回路30A,30B,30Cに加えて、燃料調整弁制御のための第4の制御回路30Dを備え、両者を協調させて制御するようにしている。制御回路30A,30B,30Cの構成および動作は、図2において説明したものと同様である。
In this embodiment, in addition to the
第4の制御回路30Dは、スプレ本数制御時における負荷外乱が燃料調整弁に与える影響を低減するため、スプレ本数制御時には燃料調整弁による負荷制御を制限する。また、ガスタービン排気温度が警報値を超えた場合には、燃料調整弁を制御すると同時にスプレ本数を増加し、ガスタービン燃焼器を保護する。
The
第4の制御回路30Dは、負荷偏差修正手段300と、周波数補正手段201と、タービン回転数補正手段202と、低値選択手段203と、排気温度制御手段204とを備えている。
The
負荷偏差修正手段300は、減算器103によって求められた発電量(MW)と発電量指令値(MWD)の差である負荷偏差ΔMW及び通常時スプレ増減設定手段110の出力である通常時スプレ設定増減値ΔKnmを入力し、負荷偏差修正値ΔMWaを出力する。負荷偏差修正値ΔMWaは、スプレ本数変動時(ΔKnm≠0)に、負荷偏差の検出感度を低く設定する。
The load deviation correcting means 300 is a normal time spray setting that is an output of the load deviation ΔMW that is the difference between the power generation amount (MW) obtained by the
ここで、図14を用いて、負荷偏差修正手段300の設定例について説明する。
図14は、本発明の第3の実施形態による高湿分ガスタービン発電プラントに用いる制御装置30”の負荷偏差修正手段300の設定例の説明図である。図14の横軸は負荷偏差ΔMW(MW)を示し、縦軸は負荷偏差修正値ΔMWa(MW)を示している。
Here, a setting example of the load deviation correcting means 300 will be described with reference to FIG.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a setting example of the load deviation correcting means 300 of the
スプレ本数が変動しない場合には、点線Bに示すように、負荷偏差ΔMW(MW)が0±b(MW)の範囲では、負荷偏差修正値ΔMWa(MW)は0として、それ以外では、負荷偏差ΔMWに比例して増減する。これにより、負荷偏差ΔMWが±b(MW)以内となるよう燃料調整弁6を制御する。一方、スプレ本数変動時には、実線Aで示すように、負荷偏差ΔMW(MW)が0±a(MW)の範囲では、負荷偏差修正値ΔMWa(MW)は0として、それ以外では、負荷偏差ΔMWに比例して増減する。このように、スプレ本数変動時には、不感帯域を±a(MW)まで広げ、負荷偏差ΔMWが±a(MW)以内となるよう燃料調整弁6を制御する。 When the number of sprays does not change, as shown by the dotted line B, the load deviation correction value ΔMWa (MW) is 0 when the load deviation ΔMW (MW) is in the range of 0 ± b (MW). Increase or decrease in proportion to the deviation ΔMW. As a result, the fuel adjustment valve 6 is controlled so that the load deviation ΔMW is within ± b (MW). On the other hand, when the number of sprays changes, as shown by the solid line A, the load deviation correction value ΔMWa (MW) is 0 when the load deviation ΔMW (MW) is in the range of 0 ± a (MW), and otherwise, the load deviation ΔMW Increases or decreases in proportion to Thus, when the number of sprays varies, the dead zone is expanded to ± a (MW), and the fuel adjustment valve 6 is controlled so that the load deviation ΔMW is within ± a (MW).
高湿分ガスタービンでは、スプレ噴霧によって発電量が長周期にわたって変動する可能性がある。すなわち、スプレ噴霧による温度変動が負荷変動をもたらし、負荷変動に伴う燃料流量変動がさらなる負荷変動の要因となる。また、負荷変動に伴いタービン排気ガス温度が変動することから、再生熱交換器出口における空気温度が変動することによっても負荷変動が発生する。 In a high-humidity gas turbine, the power generation amount may fluctuate over a long period due to spray spraying. That is, temperature fluctuations due to spraying cause load fluctuations, and fuel flow fluctuations accompanying the load fluctuations cause further load fluctuations. Moreover, since the turbine exhaust gas temperature fluctuates with the load fluctuation, the load fluctuation also occurs when the air temperature at the outlet of the regenerative heat exchanger fluctuates.
負荷偏差修正手段300は、スプレ本数変動による発電量偏差に対して、燃料流量の感度を低く設定することにより、プラント全体をより早期に定常状態とすることが可能となる。 The load deviation correction means 300 can set the entire plant in a steady state earlier by setting the sensitivity of the fuel flow rate to be low with respect to the power generation amount deviation due to the variation in the number of sprays.
ここで、図15を用いて、負荷偏差修正手段300における不感帯域修正値D(MW)の設定例について説明する。
図15は、本発明の第3の実施形態による高湿分ガスタービン発電プラントに用いる制御装置30”の負荷偏差修正手段300における不感帯域修正値Dの設定例の説明図である。図15の横軸は通常時スプレ増減設定値ΔKnmの絶対値を示し、縦軸は不感帯域修正値Dを示している。
Here, a setting example of the dead band correction value D (MW) in the load deviation correction means 300 will be described with reference to FIG.
FIG. 15 is an explanatory diagram of a setting example of the dead band correction value D in the load deviation correction means 300 of the
本例では、通常時スプレ増減設定値ΔKnmが0の場合には不感帯域修正値Dをa(MW)とし、0でない場合には帯域修正値Dをb(MW)としている。通常時スプレ増減設定値ΔKnmは−1,0,+1のいずれかの値をとることから、aとbとを切り替える際には、負荷偏差修正手段300は、不感帯域修正値Dを、図15に点線で示すように、aからbへ、またはbからaへと値を連続的に切り替える。そして、負荷偏差修正手段300は、不感帯域修正値Dに応じて、図14で示したような不感帯域を持たせて、負荷偏差ΔMWに対する負荷偏差修正値ΔMWaを求めるようにする。 In this example, when the normal time spray increase / decrease setting value ΔKnm is 0, the dead band correction value D is a (MW), and when it is not 0, the band correction value D is b (MW). Since the normal spray increase / decrease setting value ΔKnm takes a value of -1, 0, or +1, when switching between a and b, the load deviation correction means 300 sets the dead band correction value D as shown in FIG. As shown by a dotted line, the value is continuously switched from a to b or from b to a. Then, the load deviation correction means 300 obtains the load deviation correction value ΔMWa for the load deviation ΔMW by giving the dead band as shown in FIG. 14 according to the dead band correction value D.
図14において、周波数補正手段201は、発電機周波数及び周波数目標値から周波数補正値を計算し、負荷偏差修正値ΔMWaに周波数補正値を重畳して負荷偏差修正値ΔMWbを求める。タービン回転数補正手段202は、発電機回転数及び回転数目標値から回転数補正値を計算し、負荷偏差修正値ΔMWbに回転数補正値を重畳して、通常時燃料調整弁開度Cnmを求める。発電機周波数補正やタービン回転数補正などの調速制御は、電気事業法に定められた「電圧及び周波数の維持」に基づくものであり、従来のガスタービン発電プラントにも具備されている。図13ではスプレ本数変動による発電量の変動を考慮し、発電量偏差に対する燃料流量の感度を低く設定したが、周波数及び回転数に対して同様の補正を行ってもよいものである。
In FIG. 14, the
なお、発電量に関しては中央給電指令所(中給)からの発電量指令に対して30分以内の同時同量制御が課せられているが、発電機の周波数が系統周波数に対して±1Hzの差異を生じた場合、当この発電機は電力系統の安定度を損なうものとして系統から遮断される。発電量制御に対して周波数及び回転数の制御はより厳しいことから、周波数及び回転数の制御に感度補正を加える場合には、プラントの負荷運転性能を考慮して補正を加える必要がある。 Regarding the power generation amount, the same amount control within 30 minutes is imposed on the power generation amount command from the central power supply command center (medium pay), but the generator frequency is ± 1 Hz with respect to the system frequency. In the event of a difference, the generator is shut off from the grid as it impairs the stability of the grid. Since the control of the frequency and the rotational speed is stricter than the power generation amount control, when the sensitivity correction is applied to the control of the frequency and the rotational speed, it is necessary to add a correction in consideration of the load operation performance of the plant.
一方、減算器106は、タービン排気温度Tx及びタービン排気温度制限値TxLimから排気温度偏差ΔTxLimを求める。排気温度制御手段204は、排気温度偏差ΔTxLimから排気温度制限時燃料調整弁開度Cemを求める。
On the other hand, the
低値選択手段203は、通常時燃料調整弁開度Cnmと排気温度制限時燃料調整弁開度Cemを入力し、低値選択により通常時燃料調整弁開度Cnmおよび排気温度制限時燃料調整弁開度Cemのどちらか低い方の値を燃料調整弁開度Cgovとして、燃料流量調整弁6に出力する。 The low value selection means 203 inputs the normal fuel adjustment valve opening Cnm and the exhaust temperature limit fuel adjustment valve opening Cem, and the low value selection selects the normal fuel adjustment valve opening Cnm and the exhaust temperature limit fuel adjustment valve. The lower value of the opening degree Cem is output to the fuel flow adjustment valve 6 as the fuel adjustment valve opening degree Cgov.
一方、タービン排気温度制限時スプレ増減設定手段109は、排気温度偏差ΔTxLimが0或いは正数の場合に、排気温度制限時スプレ増減設定ΔKem = +1としてスプレ本数を増加させる。 On the other hand, when the exhaust temperature deviation ΔTxLim is 0 or a positive number, the turbine exhaust temperature limit spray increase / decrease setting means 109 increases the number of sprays by setting the exhaust temperature limit spray increase / decrease setting ΔKem = + 1.
なお、調整弁開度Cgovは、排気温度に対する即応性が高く、スプレ本数の増加は温度低下幅に対する感度が高い。そのため、排気温度制限時には調整弁開度動作後にスプレ本数が増加し、排気温度を確実に制限値以内に制御することができる。 The adjustment valve opening Cgov is highly responsive to the exhaust temperature, and the increase in the number of sprays is highly sensitive to the temperature drop. Therefore, when the exhaust temperature is limited, the number of sprays increases after the adjustment valve opening operation, and the exhaust temperature can be reliably controlled within the limit value.
以上説明したように、本実施形態によれば、負荷変化運転時においても、タービン排気温度Txや発電量MWのようなプラントの各種プロセス量を安定に制御可能となるものである。 As described above, according to this embodiment, various process amounts of the plant such as the turbine exhaust temperature Tx and the power generation amount MW can be stably controlled even during the load change operation.
また、タービン排気温度上昇時に、燃料およびスプレの両操作量を用いて排気温度を制限するので、より確実な排気温度制御が可能となる。特に、従来は燃料流量によってのみ制限していた排気温度にスプレの制限を併用しているため、燃料流量の基準値を大幅に下げることなくプラントを運転可能である。また、スプレ流量の調整のみで定格運転まで復帰できることから、容易に定格運転を開始することが可能となる。
Further, when the exhaust temperature of the turbine rises, the exhaust temperature is limited by using both the fuel and spray operation amounts, so that more reliable exhaust temperature control is possible. In particular, since the spray limit is used together with the exhaust temperature, which is conventionally limited only by the fuel flow rate, the plant can be operated without significantly reducing the reference value of the fuel flow rate. Further, since the rated operation can be restored only by adjusting the spray flow rate, the rated operation can be easily started.
1…ガスタービン
2…圧縮機
3…燃焼器
4…発電機
5…燃料ポンプ
6…燃料流量調整弁
8…スプレ
9…電動弁
19…スプレ加減弁
30…制御装置
100…スプレ本数設定手段
101…タービン排気温度設定手段
103,104,105,106…減算器
107…一定運転時スプレ増減設定手段
108…負荷変化運転時スプレ増減設定手段
109…排気温度制限時スプレ増減設定手段
110…通常時スプレ増減設定手段
111…スプレ増減設定手段
112…スプレ本数指令設定手段
113…スプレ制御手段
121…PID制御器
122…スプレ増減設定手段
200…タービン排気温度制限値手段
201…周波数補正手段
202…タービン回転数補正手段
203…低値選択手段
204…排気温度制御手段
300…負荷偏差修正手段
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記タービンに接続した発電機の実効出力と、前記発電機の出力目標値との差が所定値を越えた場合、前記吸気あるいは圧縮空気への水供給量を変化させる制御手段を備えたことを特徴とするガスタービン設備の制御装置。 A compressor that compresses air; a combustor that combusts air and fuel compressed by the compressor; a turbine that is driven by combustion gas generated by the combustor; and an intake or compressor of the compressor A control device for gas turbine equipment having a water adding device for supplying water to compressed air compressed in
When the difference between the effective output of the generator connected to the turbine and the output target value of the generator exceeds a predetermined value, a control means is provided for changing the amount of water supplied to the intake air or compressed air. A control device for gas turbine equipment.
前記制御手段は、前記タービン出口の排気温度と、この排気温度の目標値との差が所定値を越えた場合、前記吸気あるいは圧縮空気への水供給量を変化させることを特徴とするガスタービン設備の制御装置。 A compressor that compresses air; a combustor that combusts air and fuel compressed by the compressor; a turbine that is driven by combustion gas generated by the combustor; and an intake or compressor of the compressor A control device for gas turbine equipment having a water adding device for supplying water to compressed air compressed in
The control means changes a water supply amount to the intake air or compressed air when a difference between an exhaust temperature at the turbine outlet and a target value of the exhaust temperature exceeds a predetermined value. Equipment control device.
前記制御手段は、前記タービン出口の排気温度と、前記排気温度の最高使用温度(警報値)との差が所定値を越えた場合、前記吸気あるいは圧縮空気への水供給量を変化させることを特徴とするガスタービン設備の制御装置。 A compressor that compresses air; a combustor that combusts air and fuel compressed by the compressor; a turbine that is driven by combustion gas generated by the combustor; and an intake or compressor of the compressor A control device for gas turbine equipment having a water adding device for supplying water to compressed air compressed in
When the difference between the exhaust temperature of the turbine outlet and the maximum use temperature (alarm value) of the exhaust temperature exceeds a predetermined value, the control means changes the amount of water supplied to the intake air or compressed air. A control device for gas turbine equipment.
前記加水装置は、複数のオンオフ電動弁と一つの比例制御弁とを有し、
前記制御手段は、前記比例制御弁の開度に応じて、前記オンオフ制御弁を開閉制御することを特徴とするガスタービン設備の制御装置。 In the control apparatus of the gas turbine equipment in any one of Claims 1-3,
The water adding device has a plurality of on-off motorized valves and one proportional control valve,
The control device of the gas turbine equipment, wherein the control means controls opening / closing of the on / off control valve according to an opening degree of the proportional control valve.
前記制御手段は、前記発電機の実効出力と、前記発電機の出力目標値との差に基づいて、前記燃焼器に供給する燃料量を制御することを特徴とするガスタービン設備の制御装置。 In the control apparatus of the gas turbine equipment in any one of Claims 1-3,
The control device for gas turbine equipment, wherein the control means controls the amount of fuel supplied to the combustor based on a difference between an effective output of the generator and an output target value of the generator.
前記加水装置は、複数の水噴射ノズルの組合せにより実現されることを特徴とするガスタービン設備の制御装置。 In the control apparatus of the gas turbine equipment in any one of Claims 1-3,
The control apparatus for gas turbine equipment, wherein the water adding device is realized by a combination of a plurality of water injection nozzles.
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