JP2006118391A - ガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 十分な圧力制御機能とアンチサージ制御機能を果たすこともできるガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置を提供する。
【解決手段】 例えば、抽気空気昇圧設備の制御装置の第２の制御部４２では、インレットガイドベーン１２が全閉又は所定開度以下の低開度となったときには圧力偏差ΔＰに基づき、昇圧機出口圧力検出値Ｐ２が圧力設定値Ｐｓｅｔに等しくなるようにアンチサージ弁１３の開度を制御する圧力制御を、アンチサージ制御に代えて又はアンチサージ制御とともに行う構成とする。また、第２の制御部では、圧力比Ｐ２／Ｐ１が圧力比設定値Ｐ２／Ｐ１ｓｅｔよりも大きいときにはインレットガイドベーン１２が全閉であっても、アンチサージ制御を行うことなども有効である。
【選択図】 図２
【解決手段】 例えば、抽気空気昇圧設備の制御装置の第２の制御部４２では、インレットガイドベーン１２が全閉又は所定開度以下の低開度となったときには圧力偏差ΔＰに基づき、昇圧機出口圧力検出値Ｐ２が圧力設定値Ｐｓｅｔに等しくなるようにアンチサージ弁１３の開度を制御する圧力制御を、アンチサージ制御に代えて又はアンチサージ制御とともに行う構成とする。また、第２の制御部では、圧力比Ｐ２／Ｐ１が圧力比設定値Ｐ２／Ｐ１ｓｅｔよりも大きいときにはインレットガイドベーン１２が全閉であっても、アンチサージ制御を行うことなども有効である。
【選択図】 図２
Description
本発明はガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置に関し、具体的には抽気空気昇圧設備のインレットガイドベーンとアンチサージ弁の開度制御（圧力制御及びアンチサージ制御）に関する。
ガス化複合発電プラントは、現在、商用化を目指して開発中の新型発電プラントである。このガス化複合発電プラントの特徴としては、その主要な構成機器であるガス化設備とガスタービン設備とでガスと空気とを相互に供給し合うことが挙げられる。
このため、ガス化複合発電プラントにはガスタービン設備の圧縮機から抽気した空気（圧縮空気）を更に抽気空気圧縮機で昇圧してガス化設備のガス化炉に送るための抽気空気昇圧設備が設けられる。
抽気空気昇圧設備は、ガスタービン設備のガスタービンで駆動される圧縮機から抽気した抽気空気を昇圧してガス化炉へ供給するための抽気空気昇圧機と、前記抽気空気昇圧機の入口側に設けられたインレットガイドベーンと、前記抽気空気昇圧機の出口側から前記抽気空気昇圧機の入口側へ抽気空気を戻すアンチサージ弁（再循環弁）とを有してなるものである。
そして、ガス化炉へ供給する抽気空気の圧力を所定圧力とし、且つ、抽気空気圧縮機のサージ保護を行うために抽気空気昇圧設備の制御装置では、抽気空気昇圧機の出口圧力検出値と圧力設定値と圧力偏差に基づき、前記出口圧力検出値が前記圧力設定値に等しくなるようにインレットガイドベーンの開度を制御する圧力制御と、抽気空気昇圧機の出口圧力検出値と抽気空気圧縮機の入口圧力検出値との圧力比と圧力比設定値との圧力比偏差に基づき、前記圧力比が前記圧力比設定値に等しくなるようにアンチサージ弁の開度を制御するアンチサージ（サージ防止）制御とを行う。
抽気空気圧縮機はガスタービン設備の圧縮機から抽気した空気をガス化炉への供給に適した所定の圧力に昇圧するための機器であるが、ガス化炉は一定の圧力で運転されることから、抽気空気昇圧設備の制御装置では上記のようにインレットガイドベーンの開度を制御して抽気空気圧縮機の出口圧力が設定圧力となるように圧力制御を行う。また、ガス化炉は一定の圧力で運転されることから、低負荷になるにつれて抽気空気圧縮機の圧力比が高くなりサージ領域に近づくため、抽気空気圧縮機にとって厳しい運転状態となる。このため、抽気空気昇圧設備の制御装置では上記のようにアンチサージ弁の開度を制御して抽気空気圧縮機の圧力比が設定圧力比となるようにアンチサージ制御を行う。
なお、このようなガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御方法などについて開示された先行技術文献としては、例えば下記の特許文献１，２がある。
しかしながら、現在はまだガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御が十分に確立されていない。
詳述すると、従来の天然ガスをガスコンプレッサで昇圧してガスタービンへ供給する設備などではガスコンプレッサの容量に余裕があるため、再循環弁の制御が主流でインレットガイドベーンは再循環弁が全閉となる高負荷時にのみ動作させていたが、ガス化複合発電プラントの抽気空気昇圧設備では設備容量が小さくて運転余裕がない。このため、インレットガイドベーンを積極的に動作させて制御範囲の拡大を図る必要がある。
そこで、上記のように圧力制御機能にインレットガイドベーンを用い、アンチサージ制御機能にアンチサージ弁（再循環弁）を用いるという役割分担としていたが、インレットガイドベーンだけでは十分な圧力制御機能を果たすことができないなどの問題があった。
従って本発明は上記の事情に鑑み、十分な圧力制御機能を果たすことができ、更には十分なアンチサージ制御機能も果たすこともできる（即ち抽気空気昇圧機のサージ保護機能と圧力制御機能をプラントの運用全域で成立させることができる）ガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決する第１発明のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置は、ガスタービンで駆動される圧縮機から抽気した抽気空気を昇圧してガス化炉へ供給する抽気空気昇圧機と、前記抽気空気昇圧機の入口側に設けられたインレットガイドベーンと、前記抽気空気昇圧機の出口側から前記抽気空気昇圧機の入口側へ抽気空気を戻すアンチサージ弁とを有してなるガス化複合発電プラントの抽気空気昇圧設備における制御装置であって、
第１の圧力検出器による前記抽気空気昇圧機の出口圧力検出値と、圧力設定値との圧力偏差に基づき、前記出口圧力検出値が前記圧力設定値に等しくなるように前記インレットガイドベーンの開度を制御する圧力制御を行う第１の制御部と、
前記第１の圧力検出器による前記抽気空気昇圧機の出口圧力検出値と第２の圧力検出器による前記抽気空気圧縮機の入口圧力検出値との圧力比と、圧力比設定値との圧力比偏差に基づき、前記圧力比が前記圧力比設定値に等しくなるように前記アンチサージ弁の開度を制御するアンチサージ制御を行う第２の制御部とを有し、
前記第２の制御部では、前記インレットガイドベーンが全閉又は所定開度以下の低開度となったときには前記圧力偏差に基づき、前記出口圧力検出値が前記圧力設定値に等しくなるように前記アンチサージ弁の開度を制御する圧力制御を、前記アンチサージ制御に代えて又は前記アンチサージ制御とともに行うことを特徴とする。
第１の圧力検出器による前記抽気空気昇圧機の出口圧力検出値と、圧力設定値との圧力偏差に基づき、前記出口圧力検出値が前記圧力設定値に等しくなるように前記インレットガイドベーンの開度を制御する圧力制御を行う第１の制御部と、
前記第１の圧力検出器による前記抽気空気昇圧機の出口圧力検出値と第２の圧力検出器による前記抽気空気圧縮機の入口圧力検出値との圧力比と、圧力比設定値との圧力比偏差に基づき、前記圧力比が前記圧力比設定値に等しくなるように前記アンチサージ弁の開度を制御するアンチサージ制御を行う第２の制御部とを有し、
前記第２の制御部では、前記インレットガイドベーンが全閉又は所定開度以下の低開度となったときには前記圧力偏差に基づき、前記出口圧力検出値が前記圧力設定値に等しくなるように前記アンチサージ弁の開度を制御する圧力制御を、前記アンチサージ制御に代えて又は前記アンチサージ制御とともに行うことを特徴とする。
また、第２発明のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置は、第１発明のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置において、
前記第２の制御部では、前記圧力比偏差に基づく前記アンチサージ制御と前記圧力偏差に基づく前記圧力制御と行うときには前記アンチサージ制御と前記圧力制御の比率を、前記インレットガイドベーンの開度に基づいて調節することを特徴とする。
前記第２の制御部では、前記圧力比偏差に基づく前記アンチサージ制御と前記圧力偏差に基づく前記圧力制御と行うときには前記アンチサージ制御と前記圧力制御の比率を、前記インレットガイドベーンの開度に基づいて調節することを特徴とする。
また、第３発明のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置は、第１又は第２発明のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置において、前記第２の制御部では、前記圧力比が前記圧力比設定値よりも大きいときには前記インレットガイドベーンが全閉であっても、前記アンチサージ制御を行うことを特徴する。
また、第４発明のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置は、第１，第２又は第３発明のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置おいて、
前記第１の制御部では、負荷指令を入力として設定する前記圧力設定値にプラントの応答遅れを考慮した遅れ時間を組み込むことを特徴とする。
前記第１の制御部では、負荷指令を入力として設定する前記圧力設定値にプラントの応答遅れを考慮した遅れ時間を組み込むことを特徴とする。
また、第５発明のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置は、第１，第２，第３又は第４発明のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置において、
前記第１の制御部では、前記アンチサージ弁の開度が第１の所定開度よりも大きく、且つ、前記インレットガイドベーンの開度が全閉又は前記所定開度以下の第２の所定開度よりも小さいときには前記アンチサージ弁で圧力制御を行っていると判断して、前記圧力偏差に基づく前記インレットガイドベーンの開度制御を行わないことを特徴とする。
前記第１の制御部では、前記アンチサージ弁の開度が第１の所定開度よりも大きく、且つ、前記インレットガイドベーンの開度が全閉又は前記所定開度以下の第２の所定開度よりも小さいときには前記アンチサージ弁で圧力制御を行っていると判断して、前記圧力偏差に基づく前記インレットガイドベーンの開度制御を行わないことを特徴とする。
また、第６発明のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置は、第１，第２，第３，第４又は第５発明のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置において、
前記第２の制御部では、前記圧力比偏差が所定値以上のとき、前記抽気空気昇圧設備に設けた放風弁を開放することにより、前記抽気空気圧縮機で圧縮した抽気空気を大気中に放出させることを特徴とする。
前記第２の制御部では、前記圧力比偏差が所定値以上のとき、前記抽気空気昇圧設備に設けた放風弁を開放することにより、前記抽気空気圧縮機で圧縮した抽気空気を大気中に放出させることを特徴とする。
第１発明のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置によれば、前記第２の制御部では、前記インレットガイドベーンが全閉又は所定開度以下の低開度となったときには前記圧力偏差に基づき、前記出口圧力検出値が前記圧力設定値に等しくなるように前記アンチサージ弁の開度を制御する圧力制御を、前記アンチサージ制御に代えて又は前記アンチサージ制御とともに行うことを特徴とするため、インレットガイドベーンだけでなくアンチサージ弁でも圧力制御をバックアップすることができ、インレットガイドベーンとアンチサージ弁とによって十分な圧力制御機能を果たすことができる。
第２発明のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置によれば、前記第２の制御部では、前記圧力比偏差に基づく前記アンチサージ制御と前記圧力偏差に基づく前記圧力制御とを行うときには前記アンチサージ制御と前記圧力制御の比率を、前記インレットガイドベーンの開度に基づいて調節することを特徴とするため、圧力偏差と圧力比偏差に基づくアンチサージ弁の開度制御を、より適切に行うことができる。
第３発明のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置によれば、前記第２の制御部では、前記圧力比が前記圧力比設定値よりも大きいときには前記インレットガイドベーンが全閉であっても、前記アンチサージ制御を行うことを特徴するため、インレットガイドベーンが全閉の場合には基本的にはアンチサージ弁によって圧力制御を行うが、サージ領域に突入する危険がある場合には圧力制御に加え、アンチサージ弁によるアンチサージ制御も行ってサージ領域への突入をより確実に防止して抽気空気昇圧機を保護することができる。
第４発明のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置によれば、前記第１の制御部では、負荷指令を入力として設定する前記圧力設定値にプラントの応答遅れを考慮した遅れ時間を組み込むことを特徴とするため、無理な操作端（インレットガイドベーン、アンチサージ弁）の動きがなくなり、プラントの動的な挙動が安定するという効果が得られる。
第５発明のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置によれば、前記第１の制御部では、前記アンチサージ弁の開度が第１の所定開度よりも大きく、且つ、前記インレットガイドベーンの開度が全閉又は前記所定開度以下の第２の所定開度よりも小さいときには前記アンチサージ弁で圧力制御を行っていると判断して、前記圧力偏差に基づく前記インレットガイドベーンの開度制御を行わないことを特徴とするため、アンチサージ弁とインレットガイドベーンとが同時に動作するのを防止して、相互干渉をなくすことができる。
第６発明のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置によれば、前記第２の制御部では、前記圧力比偏差が所定値以上のとき、前記抽気空気昇圧設備に設けた放風弁を開放することにより、前記抽気空気圧縮機で圧縮した抽気空気を大気中に放出させることを特徴とするため、放風弁によるアンチサージ制御機能のバックアップが可能であり、抽気空気昇圧機のサージ保護機能を強化することができる。
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づき、詳細に説明する。
＜実施の形態例１＞
図１はガス化複合発電プラントの要部構成図、図２は本発明の実施の形態例１に係る前記ガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置の構成を示すブロック図である。
図１はガス化複合発電プラントの要部構成図、図２は本発明の実施の形態例１に係る前記ガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、ガス化複合発電プラントはガスタービン設備１とガス化設備２と抽気空気昇圧設備３とを有している。ガスタービン設備１はガスタービン（ＧＴ）４と、ガスタービン４によって回転駆動される圧縮機５と、燃焼器６とを有している。圧縮機５ではインレットガイドベーン６を介して導入した大気を昇圧して燃焼器６へ供給する。燃焼器６では圧縮機５から供給される圧縮空気と燃料とを混合して燃焼させることにより、高温、高圧の燃焼ガスを生成する。ガスタービン４は燃焼器６から供給される高温、高圧の燃焼ガスによって回転駆動される。前記燃料としては、起動時には図示しない軽油供給装置から供給される軽油を用い、起動後の運転時にはガス化設備２で生成された燃料ガス（シンガス）を用いる。
ガスタービン４から排出された排ガス（燃焼ガス）は図示しない排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）へと送られ、ここで排ガスと水との熱交換によって蒸気が生成される。ガスタービン４の回転軸には高圧、中圧及び低圧の各蒸気タービン７Ａ，７Ｂ，７Ｃの回転軸と、発電機８の回転軸とが接続されている。蒸気タービン７Ａ，７Ｂ，７Ｃは排熱回収ボイラで生成された蒸気によって回転駆動され、発電機８はガスタービン４及び蒸気タービン７Ａ，７Ｂ，７Ｃにより回転駆動されて発電する。なお、ガスタービンと蒸気タービンを別々の軸で発電するシステム構成も可能である。
抽気空気昇圧設備３は抽気空気昇圧機１１、インレットガイドベーン（ＩＧＶ）１２、アンチサージ弁（再循環弁）１３、抽気空気熱交換器１４，１５，１６、抽気空気熱交換器１６をバイパスするバイパス弁１７、ガスタービン抽気弁１８、放風弁２０、これらの機器をつなぐ配管１９などを有するとともに詳細は後述するが、インレットガイドベーン１２及びアンチサージ弁１３の開度を制御して圧力制御及びアンチサージ制御を行うための制御装置も備えている。
抽気空気昇圧設備３では、ガスタービン設備１の圧縮機５からガスタービン抽気弁１８を介して抽気した抽気空気（圧縮空気）を、各抽気空気熱交換器１４，１５，１６で昇圧後の抽気空気、復水及び軸冷水とそれぞれ順に熱交換して冷却した後、抽気空気昇圧機１１で昇圧する。そして、この抽気空気昇圧機１１で昇圧した抽気空気を、抽気空気熱交換器１４で前述のように昇圧前の抽気空気と熱交換して加熱した後にガス化設備１２の空気吹きガス化炉２１へと供給する。放風弁２０は抽気空気熱交換器１４からガス化炉２１へと通じる配管１９の途中に接続されており、開放して抽気空気を大気中に放出することができる。
インレットガイドベーン１２は抽気空気昇圧機１１の入口側に設けられており、その開度を調節することによって抽気空気昇圧機１１に流入する抽気空気の量を調整する。なお、インレットガイドベーン１２は、全閉（最小開度）となっても開度が０％にはならず、ある程度の開度（例えば３０％、５０％など）を有している。アンチサージ弁１３は、その入口側と出口側とが、抽気空気昇圧機１１の出口側と入口側とにそれぞれ接続されており、抽気空気昇圧機１１の出口側から抽気空気昇圧機１１の入口側へ抽気空気を戻す（抽気空気を再循環させる）。アンチサージ弁１３の出口側は抽気空気熱交換器１４と抽気空気熱交換器１５の間の配管１９に接続されている。なお、アンチサージ弁１３の開度は０％〜１００％まで変化する。
また、抽気空気昇圧機１１の入口側と出口側には、第２の圧力検出器３１と第１の圧力検出器３２とがそれぞれ設けられている。第２の圧力検出器３１では、抽気空気昇圧機１１に流入する抽気空気の圧力である昇圧機入口圧力を検出し（昇圧機入口圧力検出値Ｐ１）、第１の圧力検出器３２では、抽気空気昇圧機１１から吐出された（抽気空気昇圧機１１で昇圧された）抽気空気の圧力である昇圧機出口圧力を検出する（昇圧機出口圧力検出値Ｐ２）。そして、第２の圧力検出器３１の昇圧機入口圧力検出値Ｐ１と第１の圧力検出器３２の昇圧機出口圧力検出値Ｐ２は、抽気空気昇圧設備３の制御装置に入力される（図２参照）。
ガス化設備２では、ガス化炉２１において抽気空気昇圧設備３（抽気空気昇圧機１１）から供給された抽気空気と、図示しない微粉炭供給設備から供給された微粉炭とを混合して図示しない微粉炭バーナで燃焼させることにより燃焼ガス（シンガス）を生成し、これを燃料としてガスタービン設備１の燃焼器６へ供給する。
ここで、図２に基づき、抽気空気昇圧設備３の制御装置の構成について説明する。図２に示すように、抽気空気昇圧設備３の制御装置は第１の制御部４１と第１の制御部４２とを有している。
第１の制御部４１では、まず、偏差演算部４３で抽気空気昇圧機１１の昇圧機出口圧力検出値Ｐ２と、圧力設定値Ｐｓｅｔとの差である圧力偏差ΔＰを求める。圧力設定値Ｐｓｅｔは負荷指令（ガスタービン負荷指令又はガス化炉負荷指令）の関数として定まるものであり、関数演算部４４において前記負荷指令に基づき前記関数の演算を行うことによって設定される。
続いて、第１の制御部４１のＰＩ（比例積分）コントローラなどである制御器４５では、圧力偏差ΔＰに基づき、昇圧機出口圧力検出値Ｐ２が圧力設定値Ｐｓｅｔに等しくなるようにインレットガイドベーン１２の開度を制御するためのインレットガイドベーン開度指令をインレットガイドベーン１２ｂに出力する。即ち、圧力制御を行う。なお、昇圧機出口圧力を上げるときにはインレットガイドベーン１２の開度を大きくし、昇圧機出口圧力を下げるときにはインレットガイドベーン１２の開度を小さくする必要があるため、偏差演算部４３では圧力設定値Ｐｓｅｔを正（＋）、昇圧機出口圧力検出値Ｐ２を負（−）として圧力偏差ΔＰを演算している。
第２の制御部４２では、まず、圧力比演算部（割算部）４６で昇圧機出口圧力検出値Ｐ２を昇圧機入口圧力検出値Ｐ１で割ることにより圧力比Ｐ２／Ｐ１を求めた後、偏差演算部４７で圧力比Ｐ２／Ｐ１と、圧力比設定値Ｐ２／Ｐ１ｓｅｔとの差である圧力比偏差ΔＰ２／Ｐ１を求める。圧力比設定値Ｐ２／Ｐ１ｓｅｔはインレットガイドベーン１２の開度の関数として定まるものであり、関数演算部４８においてインレットガイドベーン１２の開度に基づき前記関数の演算を行うことによって設定される。なお、インレットガイドベーン１２の開度としては、第１の制御部４１の制御器４５から出力されるインレットガイドベーン開度指令や、インレットガイドベーン１２の開度を検出する開度検出器の検出値などを用いることができる。
続いて、第２の制御部４２のＰＩ（比例積分）コントローラなどである制御器４９では、圧力比偏差ΔＰ２／Ｐ１に基づき（実際には加算部５３の出力値に基づく：詳細後述）、圧力比Ｐ２／Ｐ１が圧力比設定値Ｐ２／Ｐ１ｓｅｔに等しくなるようにアンチサージ弁１３の開度を制御するためのアンチサージ弁開度指令をアンチサージ弁１３に出力する。即ち、アンチサージ制御を行う。なお、圧力比（昇圧機出口圧力）を上げるときにはアンチサージ弁１３の開度を小さくし、圧力比（昇圧機出口圧力）を下げるときにはアンチサージ弁１３の開度を大きくする必要があるため、偏差演算部４７では圧力比設定値Ｐ２／Ｐ１ｓｅｔを負（−）、圧力比Ｐ２／Ｐ１を正（＋）として圧力比偏差ΔＰ２／Ｐ１を演算している。
そして、第２の制御部４２には、更にアンチサージ弁１３による圧力制御のバックアップを可能とするために関数演算部５０、ゲイン部５１、掛算部５２、加算部５３、偏差演算部５４及び掛算部５５を備えている。
関数演算部５０では、インレットガイドベーン１２の開度を入力し、このインレットガイドベーン開度に応じて０〜１までの何れかの値を出力する。即ち、関数演算部５０では、インレットガイドベーン開度が所定開度ε1以上のときには０を出力する一方、インレットガイドベーン開度が所定開度ε1以下の低開度となった場合には、インレットガイドベーン開度が所定開度ε1から所定開度ε2までの間はそれぞれの開度に応じた０〜１まで何れか値を出力し、インレットガイドベーン開度が所定開度ε2から全閉までの間は１を出力する。
ゲイン部５１では、関数演算部５０から出力される値に所定の負のゲインＫを掛けた値を出力する。掛算部５２では、ゲイン部５１からの負の出力値と、第１の制御部４１の偏差演算部４３から出力された圧力偏差ΔＰとを掛算した値を出力する。ゲイン部５１のゲインＫは、圧力偏差ΔＰを圧力比偏差ΔＰ２／Ｐ１と同じ信号レベル（変動幅）とするように設定された値である。また、前記ゲインＫを負とするのは前述のように昇圧機出口圧力を上げるときにはアンチサージ弁１３の開度を小さくし、昇圧機出口圧力を下げるときにはアンチサージ弁１３の開度を大きくする必要があることから、圧力偏差ΔＰの正負の符号を反転させるためである。
一方、偏差演算部５４では、関数演算部５０からの出力値を定数１．０から差し引いた値を出力する。掛算部５５では、偏差演算部５４からの出力値と、偏差演算部４７から出力される圧力比偏差ΔＰ２／Ｐ１とを掛算した値を出力する。そして、加算部５３では、掛算部５５からの出力値と、掛算部５２からの出力値とを加算して出力する。制御器４９では、前述のように加算部５３の出力値に基づき、圧力比Ｐ２／Ｐ１が圧力比設定値Ｐ２／Ｐ１ｓｅｔに等しくなるようにアンチサージ弁１３の開度を制御するためのアンチサージ弁開度指令をアンチサージ弁１３に出力するアンチサージ制御や、昇圧機出口圧力検出値Ｐ２が圧力設定値Ｐｓｅｔに等しくなるようにアンチサージ弁１３の開度を制御するためのアンチサージ弁開度指令をアンチサージ弁１３に出力する圧力制御を行う。
つまり、関数演算部５０から出力される値が０のときには、掛算部５２からの出力値は０になる一方、掛算部５５からは圧力比偏差ΔＰ２／Ｐ１の値がそのまま出力されることになるため、加算部５３からも圧力比偏差ΔＰ２／Ｐ１の値がそのまま出力されることになる。従って、制御器４９では、圧力比偏差ΔＰ２／Ｐ１に基づき、圧力比Ｐ２／Ｐ１が圧力比設定値Ｐ２／Ｐ１ｓｅｔに等しくなるようにアンチサージ弁１３の開度を制御するアンチサージ制御を行う。
そして、関数演算部５０から出力される値が０よりも大きくて１よりも小さい値のときには、当該値と前記ゲインＫとを圧力偏差ΔＰに掛けた値が掛算部５２から出力され、掛算部５５からは当該値を定数１．０から差し引いた値を圧力比偏差ΔＰ２／Ｐ１に掛けた値が出力されることになるため、加算部５３からは掛算部５２からの出力値と掛算部５５からの出力値とを足した値が出力されることになる。従って、制御器４９では、圧力比偏差ΔＰ２／Ｐ１に基づいて圧力比Ｐ２／Ｐ１が圧力比設定値Ｐ２／Ｐ１ｓｅｔに等しくなるようにアンチサージ弁１３の開度を制御するアンチサージ制御と、圧力偏差ΔＰに基づいて昇圧機出口圧力検出値Ｐ２が圧力設定値Ｐｓｅｔに等しくなるようにアンチサージ弁１３の開度を制御する圧力制御とを行うことになり、且つ、これらのアンチサージ制御と圧力制御の比率（重み付け）がインレットガイドベーン開度に基づいて調節される。
また、関数演算部５０から出力される値が１のときには、掛算部５５からの出力値は０になる一方、掛算部５２からは前記ゲインＫによって信号レベルの調整のみが行われた圧力偏差ΔＰの値がそのまま出力されることになるため、加算部５３からも当該圧力偏差ΔＰの値がそのまま出力されることになる。従って、制御器４９では、当該圧力偏差Δに基づき、昇圧機出口圧力検出値Ｐ２が圧力設定値Ｐｓｅｔに等しくなるようにアンチサージ弁１３の開度を制御する圧力制御を行う。
以上のように、本実施の形態例１のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置によれば、第２の制御部４２では、インレットガイドベーン１２が全閉又は所定開度以下の低開度となったときには圧力偏差ΔＰに基づき、昇圧機出口圧力検出値Ｐ２が圧力設定値Ｐｓｅｔに等しくなるようにアンチサージ弁１３の開度を制御する圧力制御を、アンチサージ制御に代えて又はアンチサージ制御とともに行うため、インレットガイドベーン１２だけでなくアンチサージ弁１３でも圧力制御をバックアップすることができ、インレットガイドベーン１２とアンチサージ弁１３とによって十分な圧力制御機能を果たすことができる。
また、第２の制御部４２では、圧力比偏差ΔＰ２／Ｐ１に基づくアンチサージ制御と圧力偏差ΔＰに基づく圧力制御とを行うときにはアンチサージ制御と圧力制御の比率を、インレットガイドベーン１２の開度に基づいて調節するため、圧力偏差と圧力比偏差に基づくアンチサージ弁１３の開度制御を、より適切に行うことができる。
＜実施の形態例２＞
図３は本発明の実施の形態例２に係るガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置の構成を示すブロック図である。なお、プラントの構成については上記実施の形態例１（図１）と同様であるため、図１を参照する。また、図３中、上記実施の形態例１（図２）と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
図３は本発明の実施の形態例２に係るガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置の構成を示すブロック図である。なお、プラントの構成については上記実施の形態例１（図１）と同様であるため、図１を参照する。また、図３中、上記実施の形態例１（図２）と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
図３に示すように、本実施の形態例２のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置では、第２の制御部４２に関数演算部６１と高値選択部６２とを備えている。
関数演算部６１では、インレットガイドベーン１２の開度を入力し、このインレットガイドベーン開度に応じて−０．５〜０までの何れかの値を出力する。即ち、インレットガイドベーン開度が所定開度ε3以上のときには−０．５（もっと絶対値の大きな負の値であってもよい）を出力する一方、インレットガイドベーン開度が所定開度ε3以下の低開度となった場合には、インレットガイドベーン開度が所定開度ε3から所定開度ε4までの間はそれぞれの開度に応じた−０．５〜０まで何れか値を出力し、インレットガイドベーン開度が所定開度ε4から全閉までの間は０を出力する。
高値選択部６２では、偏差演算部４７から出力される圧力比偏差ΔＰ２／Ｐ１と、関数演算部６１からの出力値の何れか高い値を選択して出力する。加算部５３では、高値選択部６２からの出力値と、掛算部５２からの出力値とを加算して出力する。
具体的には、圧力比Ｐ２／Ｐ１が圧力比設定値Ｐ２／Ｐ１ｓｅｔよりも大きいときには、インレットガイドベーン１２が全閉であっても、高値選択部６２では圧力比偏差ΔＰ２／Ｐ１を選択して出力する。従って、このときの制御器４９では、インレットガイドベーン１２が全閉となったためにアンチサージ弁１３による圧力制御を行っていた場合でも、圧力比偏差ΔＰ２／Ｐ１に基づき、圧力比Ｐ２／Ｐ１２が圧力比設定値Ｐ２／Ｐ１ｓｅｔに等しくなるようにアンチサージ弁１３の開度を制御するアンチサージ制御を行う。
一方、圧力比Ｐ２／Ｐ１が圧力比設定値Ｐ２／Ｐ１ｓｅｔよりも小さく、且つ、インレットガイドベーン開度が所定開度ε4から全閉までの間のときには、高値選択部６２で０が選択されて出力されることになる。従って、このときの制御器４９では、圧力偏差ΔＰ（掛算部５２の出力値）に基づき、昇圧機出口圧力検出値Ｐ２が圧力設定値Ｐｓｅｔに等しくなるようにアンチサージ弁１３の開度を制御する圧力制御を行う。
また、インレットガイドベーン開度が所定開度ε3から所定開度ε4までの間ではインレットガイドベーン開度に応じた−０．５〜０までの値が関数演算部６１から出力されるため、圧力比Ｐ２／Ｐ１が圧力比設定値Ｐ２／Ｐ１ｓｅｔよりも小さいときには、高値選択部６２では関数演算部４８からの出力値と偏差演算部４７からの出力値の何れか絶対値の小さな方の値を選択して出力する。
なお、図３の制御装置では図２の制御装置に設けられている偏差演算部５４及び掛算部５５が設けられていないが、これらを図３の制御装置にも設けるようにしてもよい。
以上のように、本実施の形態例２のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置によれば、第２の制御部４２では、圧力比Ｐ２／Ｐ１が圧力比設定値Ｐ２／Ｐ１ｓｅｔよりも大きいときにはインレットガイドベーン１２が全閉であっても、アンチサージ制御を行うため、インレットガイドベーン１２が全閉の場合には基本的にはアンチサージ弁１３によって圧力制御を行うが、サージ領域に突入する危険がある場合には圧力制御に加え、アンチサージ弁１３によるアンチサージ制御も行ってサージ領域への突入をより確実に防止して抽気空気昇圧機１１を確実に保護することができる。
＜実施に形態例３＞
図４は本発明の実施の形態例３に係るガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置の構成を示すブロック図である。なお、プラントの構成については上記実施の形態例１（図１）と同様であるため、図１を参照する。また、図４中、上記実施の形態例１，２（図２，図３）と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
図４は本発明の実施の形態例３に係るガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置の構成を示すブロック図である。なお、プラントの構成については上記実施の形態例１（図１）と同様であるため、図１を参照する。また、図４中、上記実施の形態例１，２（図２，図３）と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
図４に示すように、本実施の形態例３のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置では、第１の制御部４１に一次遅れ要素部７１を備えている。
従って、関数演算部４４の出力が直に圧力設定値Ｐｓｅｔとなるのではなく、関数演算部４４の出力に対し一次遅れ要素部７１で一次遅れ処理が行われた後の出力値が圧力設定値Ｐｓｅｔとなる。一次遅れ要素部７１はプラントの応答遅れを加味し、負荷指令を入力として設定される圧力設定値Ｐｓｅｔにプラントの応答遅れを考慮した遅れ時間を入れ込むために設けたものである。
以上のように、本実施の形態例３のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置によれば、第１の制御部４１では、負荷指令を入力として設定する圧力設定値Ｐｓｅｔにプラントの応答遅れを考慮した遅れ時間を組み込むため、無理な操作端（インレットガイドベーン１２、アンチサージ弁１３）の動きがなくなり、プラントの動的な挙動が安定するという効果が得られる。
＜実施の形態例４＞
図５は本発明の実施の形態例４に係るガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置の構成を示すブロック図である。なお、プラントの構成については上記実施の形態例１（図１）と同様であるため、図１を参照する。また、図５中、上記実施の形態例１，２，３（図２，図３，図４）と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
図５は本発明の実施の形態例４に係るガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置の構成を示すブロック図である。なお、プラントの構成については上記実施の形態例１（図１）と同様であるため、図１を参照する。また、図５中、上記実施の形態例１，２，３（図２，図３，図４）と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
図５に示すように、本実施の形態例４のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置では、第１の制御部４１に選択スイッチ８１を備えている。
選択スイッチ８１では、アンチサージ弁１３の開度が所定開度ε5よりも大きく、且つ、インレットガイドベーン１３の開度が所定開度ε1よりも小さいときにはアンチサージ弁１３によって圧力制御が行われていると判断し、定数０．０を選択して制御器４５へ出力し、それ以外のときには偏差演算部４３の出力値（圧力偏差ΔＰ）を選択して制御器４５へ出力する。所定開度ε5は例えば５％とする。なお、インレットガイドベーン開度と比較する所定開度はε1に限らず、ε1以下であればよい。この場合のインレットガイドベーン開度と比較する所定開度としては例えば全閉（開度３０％等）＋数％とする。なお、アンチサージ弁１３の開度としては、第２の制御部４２の制御器４９から出力されるアンチサージ弁開度指令や、アンチサージ弁１３の開度を検出する開度検出器の検出値などを用いることができる。
選択スイッチ８１で定数０．０が選択された場合、制御器４５ではインレットガイドベーン開度指令を定数０．０が選択される直前の値に保持する。即ち、このときにはインレットガイドベーン１２による圧力制御は行われず、アンチサージ弁１３による圧力制御のみが行われることになる。
以上のように、本実施の形態例４のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置によれば、第１の制御部４１では、アンチサージ弁１３の開度が所定開度ε5よりも大きく、且つ、インレットガイドベーン１２の開度が全閉又は所定開度ε1よりも小さいときにはアンチサージ弁１３で圧力制御を行っていると判断して、圧力偏差ΔＰに基づくインレットガイドベーン１２の開度制御を行わないため、アンチサージ弁１３とインレットガイドベーン１２とが同時に動作するのを防止して、相互干渉をなくすことができる。
＜実施の形態例５＞
図６は本発明の実施の形態例５に係るガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置の構成を示すブロック図、図７は放風弁制御線を示すグラフである。なお、プラントの構成については上記実施の形態例１（図１）と同様であるため、図１を参照する。また、図６中、上記実施の形態例１，２，３，４（図２，図３，図４，図５）と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
図６は本発明の実施の形態例５に係るガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置の構成を示すブロック図、図７は放風弁制御線を示すグラフである。なお、プラントの構成については上記実施の形態例１（図１）と同様であるため、図１を参照する。また、図６中、上記実施の形態例１，２，３，４（図２，図３，図４，図５）と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
図６に示すように、本実施の形態例５のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置では、第２の制御部４２に選択スイッチ９１を備えている。
選択スイッチ９１では、偏差演算部４７から出力される圧力比偏差ΔＰ２／Ｐ１が所定の圧力比偏差設定値ε6以上であれば定数１．０を選択し、これを放風弁開度指令として放風弁２０に出力する。従って、この場合には放風弁２０が開くことによって抽気空気が大気中に放出される。但し、圧力比偏差設定値ε6はアンチサージ弁１３の動作後に放風弁２０が動作するように設定する。一方、圧力比偏差ΔＰ２／Ｐ１が所定の圧力比偏差設定値ε6よりも小さければ選択スイッチ９１では定数０．０を選択し、これを放風弁開度指令として放風弁２０に出力する。従って、この場合には放風弁２０が閉じたままであるため、抽気空気が大気中に放出されることはない。図７に示すように放風弁制御線（放風弁２０を開くタイミング）はコントロール線とサージ線との間に設定されている。
以上のように、本実施の形態例５のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置によれば、第２の制御部４２では、圧力比偏差ΔＰ２／Ｐ１が所定値ε6以上のとき、抽気空気昇圧設備３に設けた放風弁２０を開放することにより、抽気空気圧縮機１１で圧縮した抽気空気を大気中に放出させるため、放風弁２０によるアンチサージ制御機能のバックアップが可能であり、抽気空気昇圧機１１のサージ保護機能を強化することができる。
本発明はガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置に関するものであり、前記抽気空気昇圧設備におけるインレットガイドベーンとアンチサージ弁の開度制御（圧力制御及びアンチサージ制御）を行う場合に適用して有用なものである。
１ ガスタービン設備
２ ガス化設備
３ 抽気空気昇圧設備
４ ガスタービン
５ 圧縮機
６ インレットガイドベーン
７Ａ 高圧蒸気タービン
７Ｂ 中圧蒸気タービン
７Ｃ 低圧蒸気タービン
８ 発電機
１１ 抽気空気昇圧機
１２ インレットガイドベーン
１３ アンチサージ弁
１４，１５，１６ 抽気空気熱交換器
１７ バイパス弁
１８ ガスタービン抽気弁
１９ 配管
２０ 放風弁
２１ ガス化炉
３１ 第２の圧力検出器
３２ 第１の圧力検出器
４１ 第１の制御部
４２ 第２の制御部
４３ 偏差演算部
４４ 関数演算部
４５ 制御器
４６ 圧力比演算部（割算部）
４７ 偏差演算部
４８ 関数演算部
４９ 制御器
５０ 関数演算部
５１ ゲイン部
５２ 掛算部
５３ 加算部
５４ 偏差演算部
５５ 加算部
６１ 関数演算部
６２ 高値選択部
７１ 一次遅れ要素部
８１ 選択スイッチ
９１ 選択スイッチ
２ ガス化設備
３ 抽気空気昇圧設備
４ ガスタービン
５ 圧縮機
６ インレットガイドベーン
７Ａ 高圧蒸気タービン
７Ｂ 中圧蒸気タービン
７Ｃ 低圧蒸気タービン
８ 発電機
１１ 抽気空気昇圧機
１２ インレットガイドベーン
１３ アンチサージ弁
１４，１５，１６ 抽気空気熱交換器
１７ バイパス弁
１８ ガスタービン抽気弁
１９ 配管
２０ 放風弁
２１ ガス化炉
３１ 第２の圧力検出器
３２ 第１の圧力検出器
４１ 第１の制御部
４２ 第２の制御部
４３ 偏差演算部
４４ 関数演算部
４５ 制御器
４６ 圧力比演算部（割算部）
４７ 偏差演算部
４８ 関数演算部
４９ 制御器
５０ 関数演算部
５１ ゲイン部
５２ 掛算部
５３ 加算部
５４ 偏差演算部
５５ 加算部
６１ 関数演算部
６２ 高値選択部
７１ 一次遅れ要素部
８１ 選択スイッチ
９１ 選択スイッチ
Claims (6)
- ガスタービンで駆動される圧縮機から抽気した抽気空気を昇圧してガス化炉へ供給する抽気空気昇圧機と、前記抽気空気昇圧機の入口側に設けられたインレットガイドベーンと、前記抽気空気昇圧機の出口側から前記抽気空気昇圧機の入口側へ抽気空気を戻すアンチサージ弁とを有してなるガス化複合発電プラントの抽気空気昇圧設備における制御装置であって、
第１の圧力検出器による前記抽気空気昇圧機の出口圧力検出値と、圧力設定値との圧力偏差に基づき、前記出口圧力検出値が前記圧力設定値に等しくなるように前記インレットガイドベーンの開度を制御する圧力制御を行う第１の制御部と、
前記第１の圧力検出器による前記抽気空気昇圧機の出口圧力検出値と第２の圧力検出器による前記抽気空気圧縮機の入口圧力検出値との圧力比と、圧力比設定値との圧力比偏差に基づき、前記圧力比が前記圧力比設定値に等しくなるように前記アンチサージ弁の開度を制御するアンチサージ制御を行う第２の制御部とを有し、
前記第２の制御部では、前記インレットガイドベーンが全閉又は所定開度以下の低開度となったときには前記圧力偏差に基づき、前記出口圧力検出値が前記圧力設定値に等しくなるように前記アンチサージ弁の開度を制御する圧力制御を、前記アンチサージ制御に代えて又は前記アンチサージ制御とともに行うことを特徴とするガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置。 - 請求項１に記載のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置において、
前記第２の制御部では、前記圧力比偏差に基づく前記アンチサージ制御と前記圧力偏差に基づく前記圧力制御と行うときには前記アンチサージ制御と前記圧力制御の比率を、前記インレットガイドベーンの開度に基づいて調節することを特徴とするガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置。 - 請求項１又は２に記載のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置において、
前記第２の制御部では、前記圧力比が前記圧力比設定値よりも大きいときには前記インレットガイドベーンが全閉であっても、前記アンチサージ制御を行うことを特徴するガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置。 - 請求項１，２又は３に記載のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置おいて、
前記第１の制御部では、負荷指令を入力として設定する前記圧力設定値にプラントの応答遅れを考慮した遅れ時間を組み込むことを特徴とするガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置。 - 請求項１，２，３又は４に記載のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置において、
前記第１の制御部では、前記アンチサージ弁の開度が第１の所定開度よりも大きく、且つ、前記インレットガイドベーンの開度が全閉又は前記所定開度以下の第２の所定開度よりも小さいときには前記アンチサージ弁で圧力制御を行っていると判断して、前記圧力偏差に基づく前記インレットガイドベーンの開度制御を行わないことを特徴とするガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置。 - 請求項１，２，３，４又は５に記載のガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置において、
前記第２の制御部では、前記圧力比偏差が所定値以上のとき、前記抽気空気昇圧設備に設けた放風弁を開放することにより、前記抽気空気圧縮機で圧縮した抽気空気を大気中に放出させることを特徴とするガス化複合発電プラントにおける抽気空気昇圧設備の制御装置。
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