JP2008121513A - ガスタービン発電システムおよびそのカロリ異常検知方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】カロリーメータ等の計測機器を用いずにカロリの変動を既設の計測値を用いて検知すること。
【解決手段】燃料ガスカロリを一定としたときのガスタービンの燃焼器への燃料投入量とガスタービンの発電出力との関係から、燃料投入量に対するガスタービンの発電出力の許容変動範囲、または、ガスタービンの発電出力に対する燃料投入量の許容変動範囲を設定し、実際の燃料投入量または実際のガスタービンの発電出力が許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異常を検知する。
【選択図】図3
【解決手段】燃料ガスカロリを一定としたときのガスタービンの燃焼器への燃料投入量とガスタービンの発電出力との関係から、燃料投入量に対するガスタービンの発電出力の許容変動範囲、または、ガスタービンの発電出力に対する燃料投入量の許容変動範囲を設定し、実際の燃料投入量または実際のガスタービンの発電出力が許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異常を検知する。
【選択図】図3
Description
本発明は、ガスタービン発電システムおよびそのカロリ異常検知方法に関するものである。
従来、石炭ガス化炉およびガスタービン設備と蒸気タービン設備とを組み合わせた石炭ガス化複合発電システム(IGCC;Integrated Gasification Combined Cycle)が、知られている(例えば、特許文献1参照)。
このようなIGCCでは、石炭ガス化炉とガスタービンとがガス精製設備を通じて直接連結されている。したがって、石炭ガス化炉から発生する生成ガスがそのままガスタービンの燃料となることから、石炭ガス化炉で生成された燃料ガスにカロリ変動が生じた場合には、そのままガスタービンの出力変動として表れることとなる。
特開平6−288262号公報
このようなIGCCでは、石炭ガス化炉とガスタービンとがガス精製設備を通じて直接連結されている。したがって、石炭ガス化炉から発生する生成ガスがそのままガスタービンの燃料となることから、石炭ガス化炉で生成された燃料ガスにカロリ変動が生じた場合には、そのままガスタービンの出力変動として表れることとなる。
ところで、副生ガスをガスタービンの燃料として投入する場合には、カロリーメータを予め設けておき、このカロリーメータの検出値に基づいてカロリの変動幅を求め、これによりカロリ異常を検知していた。
しかしながら、カロリーメータ等の計測機器は、高価であるため、低コスト化の妨げとなっていた。
しかしながら、カロリーメータ等の計測機器は、高価であるため、低コスト化の妨げとなっていた。
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、カロリーメータ等の計測機器を用いずにカロリの変動を既設の計測値を用いて検知することのできる石炭ガス化複合発電システムおよびそのカロリ異常検知方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、燃料ガスの目標カロリにおけるガスタービンの燃焼器への燃料投入量とガスタービンの発電出力との関係である燃料投入特性から、前記燃料投入量に対するガスタービンの発電出力の許容変動範囲、または、前記ガスタービンの発電出力に対する前記燃料投入量の許容変動範囲を設定する過程と、実際の燃料投入量または実際のガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異常を検知する過程とを有するガスタービン発電システムのカロリ異常検知方法を提供する。
本発明は、燃料ガスの目標カロリにおけるガスタービンの燃焼器への燃料投入量とガスタービンの発電出力との関係である燃料投入特性から、前記燃料投入量に対するガスタービンの発電出力の許容変動範囲、または、前記ガスタービンの発電出力に対する前記燃料投入量の許容変動範囲を設定する過程と、実際の燃料投入量または実際のガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異常を検知する過程とを有するガスタービン発電システムのカロリ異常検知方法を提供する。
ガスタービン発電システムにおいて、燃料ガスカロリを一定とした場合、ガスタービンの発電出力とガスタービンの燃焼器へ投入される燃料流量とは所定の関係を有する。したがって、この関係を用いて、ガスタービンの発電出力に対する燃料流量の許容変動範囲、或いは、燃料流量に対するガスタービンの発電出力の許容変動範囲を設定し、実際の燃料投入量または実際のガスタービンの発電出力がこの許容変動範囲を外れたか否かを判定することにより、カロリ異常を検知することが可能となる。
このような方法によれば、既設のシステムで用いられている計測値等を用いてカロリ異常を検知するので、カロリーメータ等の計測機器を用いることなく、簡素な構成によりカロリ異常を検知することが可能となる。
このような方法によれば、既設のシステムで用いられている計測値等を用いてカロリ異常を検知するので、カロリーメータ等の計測機器を用いることなく、簡素な構成によりカロリ異常を検知することが可能となる。
上記ガスタービン発電システムのカロリ異常検知方法において、前記カロリ異常を検知する過程では、実際の前記燃料投入量が前記許容変動範囲の下限値未満であった場合、または、実際の前記ガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲の上限値を超えた場合に、高カロリ異常を検知し、実際の前記燃料投入量が前記許容変動範囲の上限値を超えた場合、または、実際の前記ガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲の下限値未満であった場合に、低カロリ異常を検知することとしてもよい。
このように、実際の燃料投入量またはガスタービンの発電出力が許容変動範囲の下限値を下回ったか或いは上限値を超えたかにより、低カロリ異常、高カロリ異常を検知するので、カロリ異常の詳細を把握することができる。
上記ガスタービン発電システムのカロリ異常検知方法において、カロリ異常を検知した場合に、その旨を通知する過程を有することとしてもよい。
上記ガスタービン発電システムのカロリ異常検知方法において、カロリ異常を検知した場合に、その旨を通知する過程を有することとしてもよい。
本発明は、石炭ガス化炉に投入されるチャー、空気、石炭、及び酸素のうち、少なくともいずれか一つの投入量とガスタービンの発電出力との関係から前記投入量に対するガスタービンの発電出力の許容変動範囲、または、前記ガスタービンの発電出力に対する前記投入量の許容変動範囲を設定する過程と、実際の投入量または実際のガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異常を検知する過程とを有する石炭ガス化複合発電システムのカロリ異常検知方法を提供する。
IGCCの石炭ガス化炉においては、燃料ガスのカロリを目標カロリとするために、ガス化炉に投入されるチャー、空気、石炭および酸素の流量がそれぞれフィードバック制御される。このようにして生成された燃料ガスのカロリが目標カロリであると仮定すると、石炭ガス化炉に投入されるチャー、空気、石炭、及び酸素の流量と、ガスタービンの発電出力とは所定の関係を有する。従って、少なくとも一つの要素の流量とガスタービンの発電出力との関係(バランス)が崩れたことを検知することで、燃料ガスカロリの異常を容易に検知することが可能となる。そして、このように、既存のIGCCにて使用されている計測値等を用いてカロリ異常を検知するので、カロリーメータ等の計測機器を用いることなく演算により容易に燃料ガスカロリの異常を検知することが可能となる。
本発明は、石炭ガス化炉に投入されるチャー、空気、石炭、及び酸素のうち、少なくともいずれか一つに関して、その目標投入量と実際の投入量との偏差を算出し、この偏差が予め設定されている許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異常を検知する石炭ガス化複合発電システムのカロリ異常検知方法を提供する。
IGCCにおいては、石炭ガス化炉における燃料ガスのカロリを目標カロリにするために、石炭、酸素、チャー、空気の投入量をフィードバック制御している。このとき実際に投入される石炭、酸素、チャー、空気の流量がそれぞれの目標投入量に対して所定値以上ずれた場合には、燃料ガスカロリは変動する。
したがって、少なくともいずれか一つの変動要因に対する目標流量と実際の流量との偏差を求め、この偏差が予め設定されている適性範囲から外れたか否かを判断することにより、容易にカロリ異常を検知することが可能となる。
この場合において、既存のIGCCにて使用されている計測値等を用いてカロリ異常を検知するので、カロリーメータ等の計測機器を用いることなく演算により容易に燃料ガスカロリの異常を検知することが可能となる。
したがって、少なくともいずれか一つの変動要因に対する目標流量と実際の流量との偏差を求め、この偏差が予め設定されている適性範囲から外れたか否かを判断することにより、容易にカロリ異常を検知することが可能となる。
この場合において、既存のIGCCにて使用されている計測値等を用いてカロリ異常を検知するので、カロリーメータ等の計測機器を用いることなく演算により容易に燃料ガスカロリの異常を検知することが可能となる。
上記石炭ガス化複合発電システムのカロリ異常検知方法において、カロリ異常を検知した場合に、その旨を通知する過程を有することとしてもよい。
本発明は、燃料ガスの目標カロリにおけるガスタービンの燃焼器への燃料投入量とガスタービンの発電出力との関係である燃料投入特性から、前記燃料投入量に対するガスタービンの発電出力の許容変動範囲、または、前記ガスタービンの発電出力に対する前記燃料投入量の許容変動範囲を設定し、実際の燃料投入量または実際のガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異常を検知するカロリ異常検知装置を備えるガスタービン発電システムを提供する。
本発明は、石炭ガス化炉に投入されるチャー、空気、石炭、及び酸素のうち、少なくともいずれか一つの投入量とガスタービンの発電出力との関係から前記投入量に対するガスタービンの発電出力の許容変動範囲、または、前記ガスタービンの発電出力に対する前記投入量の許容変動範囲を設定し、実際の投入量または実際のガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異常を検知するカロリ異常検知装置を備える石炭ガス化複合発電システムを提供する。
本発明は、石炭ガス化炉に投入されるチャー、空気、石炭、及び酸素のうち、少なくともいずれか一つに関して、その目標投入量と実際の投入量との偏差を算出し、この偏差が予め設定されている許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異常を検知するカロリ異常検知装置を備える石炭ガス化複合発電システムを提供する。
また、上記態様は、可能な範囲で組み合わせて利用することができるものである。
また、上記態様は、可能な範囲で組み合わせて利用することができるものである。
本発明によれば、カロリーメータ等の計測機器を用いずにカロリの変動を既設の計測値を用いて検知することができるという効果を奏する。
〔第1の実施形態〕
以下、本発明の第1の実施形態に係る石炭ガス化複合発電システムについて図1を参照して説明する。
図1に示されるように、本実施形態に係る石炭を燃料とする石炭ガス化複合発電システム(IGCC;Integrated Coal Gasification Combined Cycle)1は、主として、石炭ガス化炉3と、ガスタービン設備5と、蒸気タービン設備7と、排熱回収ボイラ(HRSG)30とを備えている。
以下、本発明の第1の実施形態に係る石炭ガス化複合発電システムについて図1を参照して説明する。
図1に示されるように、本実施形態に係る石炭を燃料とする石炭ガス化複合発電システム(IGCC;Integrated Coal Gasification Combined Cycle)1は、主として、石炭ガス化炉3と、ガスタービン設備5と、蒸気タービン設備7と、排熱回収ボイラ(HRSG)30とを備えている。
石炭ガス化炉3の上流側には、石炭ガス化炉3へと微粉炭を供給する石炭供給設備10が設けられている。この石炭供給設備10は、原料炭を粉砕して数μm〜数百μmの微粉炭とする粉砕機(図示せず)を備えており、この粉砕機によって粉砕された微粉炭が複数のホッパ11,11…に貯留されるようになっている。
各ホッパ11に貯留された微粉炭は、所定流量ずつ空気分離装置15から供給される窒素とともに石炭ガス化炉3へと搬送される。
各ホッパ11に貯留された微粉炭は、所定流量ずつ空気分離装置15から供給される窒素とともに石炭ガス化炉3へと搬送される。
石炭ガス化炉3は、下方から上方へとガスが流されるように形成された石炭ガス化部3aと、石炭ガス化部3aの下流側に接続されて、上方から下方へとガスが流されるように形成された熱交換部3bとを備えている。
石炭ガス化部3aには、下方から、コンバスタ13およびリダクタ14が設けられている。コンバスタ13は、微粉炭およびチャーの一部分を燃焼させ、残りは熱分解により揮発分(CO,H2,低級炭化水素)として放出させる部分である。コンバスタ13には噴流床が採用されている。しかし、流動床式や固定床式であっても構わない。
石炭ガス化部3aには、下方から、コンバスタ13およびリダクタ14が設けられている。コンバスタ13は、微粉炭およびチャーの一部分を燃焼させ、残りは熱分解により揮発分(CO,H2,低級炭化水素)として放出させる部分である。コンバスタ13には噴流床が採用されている。しかし、流動床式や固定床式であっても構わない。
コンバスタ13及びリダクタ14には、それぞれ、コンバスタバーナ13a及びリダクタバーナ14aが設けられており、これらバーナ13a,14aに対して石炭供給設備10から微粉炭が供給される。
コンバスタバーナ13aには、空気昇圧機17からの空気が、空気分離装置15において分離された酸素とともにガス化剤として供給されるようになっている。このようにコンバスタバーナ13aには酸素濃度を調整された空気が供給されるようになっている。
コンバスタバーナ13aには、空気昇圧機17からの空気が、空気分離装置15において分離された酸素とともにガス化剤として供給されるようになっている。このようにコンバスタバーナ13aには酸素濃度を調整された空気が供給されるようになっている。
リダクタ14では、コンバスタ13からの高温燃焼ガスによって微粉炭がガス化される。これにより、石炭からCOやH2等の気体燃料となる可燃性ガスが生成される。石炭ガス化反応は、微粉炭およびチャー中の炭素が高温ガス中のCO2及びH2Oと反応してCOやH2を生成する吸熱反応である。
石炭ガス化炉3の熱交換部3bには、複数の熱交換器(図示せず)が設置されており、リダクタ14から導かれるガスから顕熱を得て蒸気を発生させるようになっている。熱交換器において発生した蒸気は、主として、蒸気タービン7bの駆動用蒸気として用いられる。熱交換部3bを通過したガスは、チャー回収装置20へと導かれる。このチャー回収装置20は、ポーラスフィルタを備えており、ポーラスフィルタを通過させることによってガスに混在するチャーを捕捉して回収する。捕捉されたチャーは、ポーラスフィルタに堆積してチャー層を形成している。チャー層には、ガスに含まれるNa分およびK分が凝縮し、結果的にチャー回収装置20においてNa分およびK分も除去される。
このように回収されたチャーは、空気分離装置15において分離された窒素とともに石炭ガス化炉3のコンバスタバーナ13aへと返送されてリサイクルされる。なお、チャーとともにコンバスタバーナ13aへと返送されたNa分およびK分は、最終的に溶融した微粉炭の灰とともに石炭ガス化部3aの下方から排出される。溶融排出された灰は水で急冷、破砕されガラス状のスラグとなる。空気分離装置15から出力される窒素の移送配管には、コンバスタバータ13aに供給する窒素の量を調節するための調節弁61が設けられている。また、チャーの移送配管には、チャーの流量を検出する流量計測器62が設けられている。
チャー回収装置20を通過したガスは、燃料ガスとしてガスタービン設備5の燃焼器5aへ脱塵・脱硫を行う設備であるガス精製設備24を通して送られる。
ガスタービン設備5は、ガス化された燃料が燃焼させられる燃焼器5aと、燃焼ガスによって駆動されるガスタービン5bと、燃焼器5aへと高圧空気を送り出すターボ圧縮機5cとを備えている。ガスタービン5bとターボ圧縮機5cとは同一の回転軸5dによって接続されている。ターボ圧縮機5cにおいて圧縮された空気は、燃焼器5aとは別に、空気昇圧機17へも導かれるようになっている。
蒸気ガスタービン5bを通過した燃焼排ガスは、排熱回収ボイラ30へと導かれる。
蒸気タービン設備7の蒸気タービン7bは、ガスタービン設備5と同じ回転軸5dに接続されており、いわゆる一軸式のコンバインドシステムとなっている。蒸気タービン7bには、石炭ガス化炉3及び排熱回収ボイラ30から高圧蒸気が供給される。なお、一軸式のコンバインドシステムに限らず、別軸式のコンバインドシステムであっても構わない。
ガスタービン5b及び蒸気タービン7bによって駆動される回転軸5dから電気を出力する発電機Gが、蒸気タービン設備7を挟んでガスタービン設備5の反対側に設けられている。なお、発電機の配置位置については、この位置に限られず、回転軸5dから電気出力が得られるようであればどの位置であっても構わない。
排熱回収ボイラ30は、ガスタービン5bからの燃焼排ガスによって蒸気を発生するとともに、燃焼排ガスを煙突35から大気へと放出する。
蒸気タービン設備7の蒸気タービン7bは、ガスタービン設備5と同じ回転軸5dに接続されており、いわゆる一軸式のコンバインドシステムとなっている。蒸気タービン7bには、石炭ガス化炉3及び排熱回収ボイラ30から高圧蒸気が供給される。なお、一軸式のコンバインドシステムに限らず、別軸式のコンバインドシステムであっても構わない。
ガスタービン5b及び蒸気タービン7bによって駆動される回転軸5dから電気を出力する発電機Gが、蒸気タービン設備7を挟んでガスタービン設備5の反対側に設けられている。なお、発電機の配置位置については、この位置に限られず、回転軸5dから電気出力が得られるようであればどの位置であっても構わない。
排熱回収ボイラ30は、ガスタービン5bからの燃焼排ガスによって蒸気を発生するとともに、燃焼排ガスを煙突35から大気へと放出する。
次に、上記構成の石炭ガス化複合発電システム1の動作について説明する。
原料炭は粉砕機(図示せず)で粉砕された後、ホッパ11へと導かれて貯留される。ホッパ11に貯留された微粉炭は、空気分離装置15において分離された窒素とともに、リダクタバーナ14a及びコンバスタバーナ13aへと供給される。さらに、コンバスタバーナ13aには、微粉炭だけでなく、チャー回収装置20において回収されたチャーが供給される。
原料炭は粉砕機(図示せず)で粉砕された後、ホッパ11へと導かれて貯留される。ホッパ11に貯留された微粉炭は、空気分離装置15において分離された窒素とともに、リダクタバーナ14a及びコンバスタバーナ13aへと供給される。さらに、コンバスタバーナ13aには、微粉炭だけでなく、チャー回収装置20において回収されたチャーが供給される。
コンバスタバーナ13aの燃焼用気体としては、ガスタービン設備5のターボ圧縮機5cから抽気された圧縮空気を空気昇圧機17によってさらに昇圧された圧縮空気に、空気分離機15において分離された酸素が添加された空気が使用される。コンバスタ13では、微粉炭およびチャーが燃焼用空気によって部分燃焼させられ、残部は揮発分(CO,H2,低級炭化水素)へと熱分解させられる。
リダクタ14では、リダクタバーナ14aから供給された微粉炭およびコンバスタ13内で揮発分を放出したチャーが、コンバスタ13から上昇してきた高温ガスによりガス化され、COやH2等の可燃性ガスが生成される。
リダクタ14では、リダクタバーナ14aから供給された微粉炭およびコンバスタ13内で揮発分を放出したチャーが、コンバスタ13から上昇してきた高温ガスによりガス化され、COやH2等の可燃性ガスが生成される。
リダクタ14を通過したガスは、石炭ガス化炉3の熱交換部3bを通過しつつ各熱交換器にその顕熱を与え、蒸気を発生させる。熱交換部3bで発生させた蒸気は、主として、蒸気タービン7bの駆動のために用いられる。
熱交換部3bを通過したガスは、チャー回収装置20へと導かれ、チャーが回収される。ガス中のNa分およびK分は、ここで凝縮してチャーに取り込まれる。回収されたNa分およびK分を含むチャーは、石炭ガス化炉3へと返送される。
熱交換部3bを通過したガスは、チャー回収装置20へと導かれ、チャーが回収される。ガス中のNa分およびK分は、ここで凝縮してチャーに取り込まれる。回収されたNa分およびK分を含むチャーは、石炭ガス化炉3へと返送される。
チャー回収装置20を通過したガスは、ガスタービン設備5の燃焼器5aへと導かれ、ターボ圧縮機5cから供給される圧縮空気とともに燃焼させられる。この燃焼ガスによってガスタービン5bが回転させられ、回転軸5bが駆動させられる。
ガスタービン5bを通過した燃焼排ガスは、排熱回収ボイラ30へと導かれ、この燃焼排ガスの顕熱を利用することによって蒸気が発生させられる。排熱回収ボイラ30において発生した蒸気は、主として、蒸気タービン7bの駆動のために用いられる。
蒸気タービン7bは、石炭ガス化炉3からの蒸気および排熱回収ボイラ30からの蒸気によって回転させられ、ガスタービン 設備5と同一の回転軸5bを駆動させる。回転軸5bの回転力は、発電機Gによって電気出力へと変換される。
蒸気タービン7bは、石炭ガス化炉3からの蒸気および排熱回収ボイラ30からの蒸気によって回転させられ、ガスタービン 設備5と同一の回転軸5bを駆動させる。回転軸5bの回転力は、発電機Gによって電気出力へと変換される。
次に、上述したIGCCにおけるガスタービン設備の一般的な燃料流量制御について図2を参照して説明する。
図2に示すように、燃焼器5aに燃料ガスを供給する燃料配管には、燃料流量を調整するための燃料流量調整弁40が設けられている。この燃料流量調整弁40の開度は、燃料流量制御装置50により制御される。ターボ圧縮機5cへ空気を供給する空気配管には、空気流量を調整するための空気流量調節弁(以下「IGV調整弁」という。)41が設けられている。この空気流量調節弁41は、IGV制御回路56により開度調節がなされる。
図2に示すように、燃焼器5aに燃料ガスを供給する燃料配管には、燃料流量を調整するための燃料流量調整弁40が設けられている。この燃料流量調整弁40の開度は、燃料流量制御装置50により制御される。ターボ圧縮機5cへ空気を供給する空気配管には、空気流量を調整するための空気流量調節弁(以下「IGV調整弁」という。)41が設けられている。この空気流量調節弁41は、IGV制御回路56により開度調節がなされる。
ガスタービン5bの近傍には、ガスタービン5bの排気ガス温度(以下、「ブレードパス温度」という。)を計測するためのBPTセンサ42が設けられている。また、BPTセンサ42が設けられた排ガス流路の更に後流側には、排気ダクトでの排気ガス温度(以下、「排ガス温度」という。)を計測するためのEXTセンサ43が設けられている。上述したセンサには、例えば、熱電対等が用いられる。BPTセンサ42、EXTセンサ43により計測された温度は、燃料流量制御装置50に与えられる。
燃料流量制御装置50は、ガスタービンの運転状態並びに温度状態に関する状態量を入力信号として取得し、これらの入力信号に基づいて燃焼器5aに供給する燃料流量を制御するための燃料流量指令を演算するものである。上記運転状態に関する状態量としては、例えば、発電機G(図1参照)の出力、ガスタービン5bの回転速度又は回転数等が一例として挙げられる。また、温度状態に関する状態量としては、例えば、排ガス温度、ブレードパス温度等が一例として挙げられる。
燃料流量制御装置50は、例えば、ロードリミット制御回路51、温度リミット制御回路52、ガバナ制御回路53、及び低値選択回路54を備えて構成されている。
ロードリミット制御回路51は、発電出力等を入力信号として取得し、発電出力を目標値に一致させるように燃料流量を制御する負荷制御信号を算出する。
温度リミット制御回路52は、ガスタービン3のブレードパス温度BPTおよび排ガス温度EXTを入力信号として取得し、これらの温度がそれぞれの温度上限値を超えないように燃料流量を制御する温度制御信号を算出する。
ガバナ制御回路53は、ガスタービン3の回転速度又は回転数を入力信号として取得し、ガスタービン3の回転速度又は回転数を目標値に一致させるように燃料流量を制御するガバナ制御信号を算出する。
上記ロードリミット制御回路51、温度リミット制御回路52、ガバナ制御回路53により算出された各種制御信号は、低値選択回路54に与えられる。低値選択回路54は、これらの各種制御信号のうち、最も低値の制御信号を選択し、これを燃料制御信号CSOとして出力する。
このようにして燃料流量制御装置50により求められた燃料制御信号CSOは、燃料流量調整弁40へ与えられ、上記燃料制御信号CSOに基づいて燃料流量調整弁40の開度が調整されることにより、最適な流量の燃料が燃焼器5aに供給されることとなる。
次に、本実施形態に係るIGCCのカロリ異常検知方法について説明する。
まず、IGCCの燃料ガスのカロリ制御においては、目標カロリを設定し、この目標カロリの燃料ガスを生成するように、石炭ガス化炉に投入するチャー、酸素、石炭、空気の投入量を制御している。そして、燃焼器5aに投入される燃料ガスのカロリが目標カロリであると仮定した場合、燃焼器5aに投入される燃料投入量とガスタービンの発電出力には、図3に示すような関係が成り立つ。
まず、IGCCの燃料ガスのカロリ制御においては、目標カロリを設定し、この目標カロリの燃料ガスを生成するように、石炭ガス化炉に投入するチャー、酸素、石炭、空気の投入量を制御している。そして、燃焼器5aに投入される燃料ガスのカロリが目標カロリであると仮定した場合、燃焼器5aに投入される燃料投入量とガスタービンの発電出力には、図3に示すような関係が成り立つ。
図3において、横軸はガスタービンの発電出力、縦軸は、燃料制御信号CSOを示している。なお、図1に示したように、本実施形態に係るIGCCはいわゆる一軸式のコンバインドシステムとなっている。このような場合には、発電機Gの出力から蒸気タービン7bによる発電出力を減算した値が、ガスタービンの発電出力となる。
図3において、実線は、燃料ガスカロリを目標カロリとした場合におけるガスタービンの発電出力−燃料投入量特性(以下、「燃料投入特性」という)、また、この特性の下側および上側に示された点線は、カロリ変動の許容変動範囲の下限値、及び上限値をそれぞれ示している。
なお、図3において、縦軸は燃焼器5aへの投入燃料量と相関がある制御量等であればよく、例えば、燃料流量調節弁40への操作信号、燃料流量調節弁40の弁開度、或いは、燃料投入量自体であってもよい。
図3において、実線は、燃料ガスカロリを目標カロリとした場合におけるガスタービンの発電出力−燃料投入量特性(以下、「燃料投入特性」という)、また、この特性の下側および上側に示された点線は、カロリ変動の許容変動範囲の下限値、及び上限値をそれぞれ示している。
なお、図3において、縦軸は燃焼器5aへの投入燃料量と相関がある制御量等であればよく、例えば、燃料流量調節弁40への操作信号、燃料流量調節弁40の弁開度、或いは、燃料投入量自体であってもよい。
そして、IGCCにおいて、燃料ガスのカロリが目標カロリよりも減少した場合には、ガスタービン発電出力から求められた目標流量の燃料ガスを燃焼器5aに投入しても、所望のガスタービンの発電出力は得られないことから、燃料流量を増加させ図3に示した許容変動範囲から上側に外れることとなる。また、逆に、燃料ガスのカロリが目標カロリよりも増加した場合には、少ない燃料で多くの発電出力が得られることから、燃料流量を下げる方向となり図3に示した許容変動範囲から下側に外れることとなる。
このような関係を用いて、本実施形態では、燃焼器5aに実際に投入される燃料量に関する情報、例えば、燃料制御信号CSOをモニタし、この燃料制御信号CSOとそのときのガスタービンの発電出力との関係が図3における許容変動範囲外であった場合に、カロリ異常を検知する。
このような関係を用いて、本実施形態では、燃焼器5aに実際に投入される燃料量に関する情報、例えば、燃料制御信号CSOをモニタし、この燃料制御信号CSOとそのときのガスタービンの発電出力との関係が図3における許容変動範囲外であった場合に、カロリ異常を検知する。
上記カロリ異常検知方法を実現するためのカロリ異常検知装置(以下「カロリ異常検知装置」という。)の一構成例を図4に示す。
図4に示すように、カロリ異常検知装置は、実際の発電出力が入力され、この入力情報から燃料制御信号CSOの下限値を算出する第1関数器71、第1関数器71の出力である下限値と実際の燃料制御信号CS0との差分を算出する減算器72、減算器72の出力が閾値ε1以下であるときに”H”信号を出力する比較器73、実際のガスタービンの発電出力が入力され、この入力情報から燃料制御信号CSOの上限値を算出する第2関数器74、第2関数器74の出力である上限値と実際の燃料制御信号CSOとの差分を算出する減算器75、減算器75の出力が閾値ε2以上であるときに”H”信号を出力する比較器76、及び、比較器73並びに比較器76の出力が入力され、少なくとも一方が”H”信号であった場合に、”H”信号を出力するOR回路77を備えている。このカロリ異常検知装置では、OR回路77の出力が”H”となったときに、カロリ異常が発生していることとなる。
図4に示すように、カロリ異常検知装置は、実際の発電出力が入力され、この入力情報から燃料制御信号CSOの下限値を算出する第1関数器71、第1関数器71の出力である下限値と実際の燃料制御信号CS0との差分を算出する減算器72、減算器72の出力が閾値ε1以下であるときに”H”信号を出力する比較器73、実際のガスタービンの発電出力が入力され、この入力情報から燃料制御信号CSOの上限値を算出する第2関数器74、第2関数器74の出力である上限値と実際の燃料制御信号CSOとの差分を算出する減算器75、減算器75の出力が閾値ε2以上であるときに”H”信号を出力する比較器76、及び、比較器73並びに比較器76の出力が入力され、少なくとも一方が”H”信号であった場合に、”H”信号を出力するOR回路77を備えている。このカロリ異常検知装置では、OR回路77の出力が”H”となったときに、カロリ異常が発生していることとなる。
以上説明してきたように、本実施形態に係るIGCC及びそのカロリ異常検知方法によれば、既存の制御量を用いてカロリ異常を検知するので、カロリーメータを不要とすることができ、コストの低減を図ることができる。
〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態に係るIGCC及びそのカロリ異常検知方法について説明する。
IGCCの石炭ガス化炉3においては、燃料ガスのカロリを目標カロリとするために、石炭ガス化炉3に投入されるチャー、空気、石炭および酸素等の各要素の流量がそれぞれフィードバック制御される。このため、これらの流量が目標流量に対して変動した場合には、燃料ガスのカロリが変動することとなる。
具体的には、チャー及び石炭、酸素の流量が目標流量よりも大きければ燃料ガスのカロリは増加し、一方、空気の流量が目標流量よりも大きければ、燃料ガスのカロリは減少する。
従って、第2の実施形態においては、チャー、空気、石炭、及び酸素等のカロリ変動要因の投入量に基づいて、カロリ異常を検知する。
次に、本発明の第2の実施形態に係るIGCC及びそのカロリ異常検知方法について説明する。
IGCCの石炭ガス化炉3においては、燃料ガスのカロリを目標カロリとするために、石炭ガス化炉3に投入されるチャー、空気、石炭および酸素等の各要素の流量がそれぞれフィードバック制御される。このため、これらの流量が目標流量に対して変動した場合には、燃料ガスのカロリが変動することとなる。
具体的には、チャー及び石炭、酸素の流量が目標流量よりも大きければ燃料ガスのカロリは増加し、一方、空気の流量が目標流量よりも大きければ、燃料ガスのカロリは減少する。
従って、第2の実施形態においては、チャー、空気、石炭、及び酸素等のカロリ変動要因の投入量に基づいて、カロリ異常を検知する。
〈チャー投入量に基づく検知〉
以下、チャーの投入量に基づいてカロリ異常を検知する場合について説明する。
IGCCの燃料ガスのカロリ制御においては、目標カロリを設定し、この目標カロリとなるように、チャーの投入量を制御している。そして、燃焼器5aに投入される燃料ガスのカロリが目標カロリであると仮定した場合、チャーの投入量とガスタービン5bの発電出力には、図5に示すような関係が成り立つ。
図5において、横軸はガスタービン5bの発電出力、縦軸は石炭ガス化炉3へのチャー投入量を示している。また、図5において、実線は、目標カロリにおけるガスタービンの発電出力−チャー投入量特性(以下、「チャー投入特性」という)、また、この特性の下方に示された二点破線は、許容変動範囲の下限値、また、この特性の上方に示された点線は許容変動範囲の上限値を表している。
なお、チャー投入量は、例えば、チャー移送配管に設けられた流量計62(図1参照)により検出することが可能である。
以下、チャーの投入量に基づいてカロリ異常を検知する場合について説明する。
IGCCの燃料ガスのカロリ制御においては、目標カロリを設定し、この目標カロリとなるように、チャーの投入量を制御している。そして、燃焼器5aに投入される燃料ガスのカロリが目標カロリであると仮定した場合、チャーの投入量とガスタービン5bの発電出力には、図5に示すような関係が成り立つ。
図5において、横軸はガスタービン5bの発電出力、縦軸は石炭ガス化炉3へのチャー投入量を示している。また、図5において、実線は、目標カロリにおけるガスタービンの発電出力−チャー投入量特性(以下、「チャー投入特性」という)、また、この特性の下方に示された二点破線は、許容変動範囲の下限値、また、この特性の上方に示された点線は許容変動範囲の上限値を表している。
なお、チャー投入量は、例えば、チャー移送配管に設けられた流量計62(図1参照)により検出することが可能である。
そして、石炭ガス化炉3にチャーを移送する移送配管等がつまることにより、石炭ガス化炉3へのチャーの投入量が目標投入量よりも減少した場合には、燃料ガスのカロリが低下するため、所定量の燃料を燃焼器5aに投入しても、それに対応する所望のガスタービンの発電出力は得られず燃料投入量を増加させる。従って、この場合、図5に示した許容変動範囲から下側に外れることとなる。また、逆に、石炭ガス化炉3へのチャーの投入量が目標投入量よりも増加した場合には、燃料ガスのカロリが増加するため、少ない燃料量で多くの発電出力が得られる。この時、図5に示した許容変動範囲から上側に外れることとなる。
このことから、燃料ガスのカロリ異常を検知するにおいては、石炭ガス化炉3への実際のチャーの投入量とガスタービンの発電出力との関係が図5における許容変動範囲外であった場合に、カロリ異常を検知する。
このことから、燃料ガスのカロリ異常を検知するにおいては、石炭ガス化炉3への実際のチャーの投入量とガスタービンの発電出力との関係が図5における許容変動範囲外であった場合に、カロリ異常を検知する。
上記カロリ異常検知方法を実現するためのカロリ異常検知装置の一構成例を図6に示す。
図6に示すように、カロリ異常検知装置は、実際のガスタービンの発電出力が入力され、この入力情報からチャー投入量の下限値を算出する第3関数器78、第3関数器78の出力である下限値と実際のチャー投入量との差分を算出する減算器79、減算器79の出力が閾値ε3以下であるときに”H”信号を出力する比較器80、実際のガスタービンの発電出力が入力され、この入力情報からチャー投入量の上限値を算出する第4関数器81、第4関数器81の出力である上限値と実際のチャー投入量との差分を算出する減算器82、減算器82の出力が閾値ε4以上であるときに”H”信号を出力する比較器83、及び、比較器80並びに比較器83の出力が入力され、何れか一方が”H”信号であった場合に、”H”信号を出力するOR回路84を備えている。このカロリ異常検知装置では、OR回路84の出力が”H”となったときに、カロリ異常を検知することとなる。
図6に示すように、カロリ異常検知装置は、実際のガスタービンの発電出力が入力され、この入力情報からチャー投入量の下限値を算出する第3関数器78、第3関数器78の出力である下限値と実際のチャー投入量との差分を算出する減算器79、減算器79の出力が閾値ε3以下であるときに”H”信号を出力する比較器80、実際のガスタービンの発電出力が入力され、この入力情報からチャー投入量の上限値を算出する第4関数器81、第4関数器81の出力である上限値と実際のチャー投入量との差分を算出する減算器82、減算器82の出力が閾値ε4以上であるときに”H”信号を出力する比較器83、及び、比較器80並びに比較器83の出力が入力され、何れか一方が”H”信号であった場合に、”H”信号を出力するOR回路84を備えている。このカロリ異常検知装置では、OR回路84の出力が”H”となったときに、カロリ異常を検知することとなる。
〈燃料(石炭)と空気(酸素を含む)との比率に基づく検知〉
石炭ガス化炉3で生成する燃料ガスのカロリを変動する要因には投入する燃料(石炭)と空気(酸素を含む)との比率の乱れがある。石炭ガス化炉3で生成された燃料ガスのカロリが計画通りであれば、燃料と空気の比率(以下「空気比」という)に図7に示すような所定の関係が成立する。この関係の乱れ具合に基づいて燃料ガスのカロリ異常を検知する。
図7において、横軸は石炭投入量、縦軸は空気流量を示している。また、図7において、実線は、目標カロリにおける石炭投入量−空気流量特性(以下、「空気比特性」という)、また、この特性の下方に示された二点破線は、許容変動範囲の下限値、また、この特性の上方に示された点線は許容変動範囲の上限値を表している。
石炭ガス化炉3で生成する燃料ガスのカロリを変動する要因には投入する燃料(石炭)と空気(酸素を含む)との比率の乱れがある。石炭ガス化炉3で生成された燃料ガスのカロリが計画通りであれば、燃料と空気の比率(以下「空気比」という)に図7に示すような所定の関係が成立する。この関係の乱れ具合に基づいて燃料ガスのカロリ異常を検知する。
図7において、横軸は石炭投入量、縦軸は空気流量を示している。また、図7において、実線は、目標カロリにおける石炭投入量−空気流量特性(以下、「空気比特性」という)、また、この特性の下方に示された二点破線は、許容変動範囲の下限値、また、この特性の上方に示された点線は許容変動範囲の上限値を表している。
そして、石炭ガス化炉3に投入される石炭投入量が減少した場合、或いは、空気流量が増加した場合には、燃料ガスのカロリが低下し、図7に示した許容変動範囲から上方に外れることとなる。また、逆に、石炭ガス化炉3に投入される石炭投入量が増加した場合、或いは、空気流量が減少した場合には、燃料ガスのカロリが増加し、図7に示した許容変動範囲から下方に外れることとなる。
このことから、燃料ガスのカロリ異常を検知するにおいては、石炭ガス化炉3への燃料投入量と空気投入量との関係が図7における許容変動範囲外であった場合に、カロリ異常を検知する。
このことから、燃料ガスのカロリ異常を検知するにおいては、石炭ガス化炉3への燃料投入量と空気投入量との関係が図7における許容変動範囲外であった場合に、カロリ異常を検知する。
上記カロリ異常検知方法を実現するためのカロリ異常検知装置の一構成例を図8に示す。
図8に示すように、カロリ異常検知装置は、実際の石炭投入量が入力され、この入力情報から空気流量の下限値を算出する第5関数器85、第5関数器85の出力である下限値と実際の空気流量との差分を算出する減算器86、減算器86の出力が閾値ε5以下であるときに”H”信号を出力する比較器87、実際の石炭投入量が入力され、この入力情報から空気流量の上限値を算出する第6関数器88、第6関数器88の出力である上限値と実際の空気流量との差分を算出する減算器89、減算器89の出力が閾値ε6以上であるときに”H”信号を出力する比較器90、及び、比較器87並びに比較器90の出力が入力され、何れか一方が”H”信号であった場合に、”H”信号を出力するOR回路91を備えている。このカロリ異常検知装置では、OR回路91の出力が”H”となったときに、カロリ異常を検知することとなる。
図8に示すように、カロリ異常検知装置は、実際の石炭投入量が入力され、この入力情報から空気流量の下限値を算出する第5関数器85、第5関数器85の出力である下限値と実際の空気流量との差分を算出する減算器86、減算器86の出力が閾値ε5以下であるときに”H”信号を出力する比較器87、実際の石炭投入量が入力され、この入力情報から空気流量の上限値を算出する第6関数器88、第6関数器88の出力である上限値と実際の空気流量との差分を算出する減算器89、減算器89の出力が閾値ε6以上であるときに”H”信号を出力する比較器90、及び、比較器87並びに比較器90の出力が入力され、何れか一方が”H”信号であった場合に、”H”信号を出力するOR回路91を備えている。このカロリ異常検知装置では、OR回路91の出力が”H”となったときに、カロリ異常を検知することとなる。
なお、上述は、横軸を石炭投入量とし、縦軸を空気流量として、石炭投入量に対する空気流量の許容変動範囲を設定し、実際の空気流量がこの許容変動範囲内であるか否かにより、カロリ異常を検知することとしたが、図9及び図10に示すように、横軸を空気流量とし、縦軸を石炭投入量として、空気流量に対する石炭投入量の許容変動範囲を設定し、実際の石炭投入量がこの許容変動範囲内であるか否かによりカロリ異常を検知することとしてもよい。図10に示した構成については、図8に示した構成において石炭投入量と空気流量とを入れ替えただけであるため、説明は省略する。
このように、空気流量と石炭投入量との関係からカロリ異常を検知するので、簡素な構成により早期にカロリ異常を検知することが可能となる。
〈石炭投入量と目標石炭投入量との偏差に基づく検知〉
IGCCにおいては、石炭ガス化炉における燃料ガスのカロリを目標カロリにするために、石炭の投入量をフィードバック制御している。このとき実際に投入される石炭の流量(以下「実石炭投入量」という。)が目標投入量(以下「石炭目標投入量」という。)よりも大きければ燃料ガスのカロリは増加し、一方、小さければカロリは減少する。
このことから、目標石炭投入量と実石炭投入量との偏差が許容変動範囲外となった場合に、カロリが変動したと検知することとしている。
このようにすることで、実石炭投入量と目標石炭投入量との設定関係から簡易な構成で、早期にカロリ異常を検知することが可能となる。
IGCCにおいては、石炭ガス化炉における燃料ガスのカロリを目標カロリにするために、石炭の投入量をフィードバック制御している。このとき実際に投入される石炭の流量(以下「実石炭投入量」という。)が目標投入量(以下「石炭目標投入量」という。)よりも大きければ燃料ガスのカロリは増加し、一方、小さければカロリは減少する。
このことから、目標石炭投入量と実石炭投入量との偏差が許容変動範囲外となった場合に、カロリが変動したと検知することとしている。
このようにすることで、実石炭投入量と目標石炭投入量との設定関係から簡易な構成で、早期にカロリ異常を検知することが可能となる。
上記カロリ異常検知方法を実現するためのカロリ異常検知装置の一構成例を図11に示す。
図11に示すように、カロリ異常検知装置は、実石炭投入量と目標石炭投入量との差分を算出する減算器100、減算器100の出力が閾値ε9以下であるときに”H”信号を出力する比較器101、実石炭投入量と目標石炭投入量との差分を算出する減算器102、減算器102の出力が閾値ε10以上であるときに”H”信号を出力する比較器103、及び、比較器101および103の出力が入力され、少なくとも何れか一方が”H”信号であった場合に、”H”信号を出力するOR回路104を備えている。このカロリ異常検知装置では、OR回路104の出力が”H”となったときに、カロリ異常を検知することとなる。
ここで、閾値ε9は、偏差の許容変動範囲の下限値、閾値ε10は、偏差の許容変動範囲の上限値に設定されている。
図11に示すように、カロリ異常検知装置は、実石炭投入量と目標石炭投入量との差分を算出する減算器100、減算器100の出力が閾値ε9以下であるときに”H”信号を出力する比較器101、実石炭投入量と目標石炭投入量との差分を算出する減算器102、減算器102の出力が閾値ε10以上であるときに”H”信号を出力する比較器103、及び、比較器101および103の出力が入力され、少なくとも何れか一方が”H”信号であった場合に、”H”信号を出力するOR回路104を備えている。このカロリ異常検知装置では、OR回路104の出力が”H”となったときに、カロリ異常を検知することとなる。
ここで、閾値ε9は、偏差の許容変動範囲の下限値、閾値ε10は、偏差の許容変動範囲の上限値に設定されている。
〈実際の空気流量と目標空気流量との偏差に基づく検知〉
IGCCにおいては、石炭ガス化炉における燃料ガスのカロリを目標カロリにするために、空気の投入量をフィードバック制御している。このとき実際に投入される空気の流量(以下「実空気流量」という。)が目標空気流量よりも大きければ燃料ガスのカロリは減少し、一方、小さければカロリは増加する。
このことから、目標空気流量と実空気流量との偏差が許容変動範囲外となった場合に、カロリが変動したと検知することとしている。
このようにすることで、空気流量と目標空気流量との設定関係から簡易な構成で、早期にカロリ異常を検知することが可能となる。
IGCCにおいては、石炭ガス化炉における燃料ガスのカロリを目標カロリにするために、空気の投入量をフィードバック制御している。このとき実際に投入される空気の流量(以下「実空気流量」という。)が目標空気流量よりも大きければ燃料ガスのカロリは減少し、一方、小さければカロリは増加する。
このことから、目標空気流量と実空気流量との偏差が許容変動範囲外となった場合に、カロリが変動したと検知することとしている。
このようにすることで、空気流量と目標空気流量との設定関係から簡易な構成で、早期にカロリ異常を検知することが可能となる。
上記カロリ異常検知方法を実現するためのカロリ異常検知装置の一構成例を図12に示す。
図12に示すように、カロリ異常検知装置は、実空気流量と目標空気流量との差分を算出する減算器105、減算器105の出力が閾値ε11以下であるときに”H”信号を出力する比較器106、実空気流量と目標空気流量との差分を算出する減算器107、減算器107の出力が閾値ε12以上であるときに”H”信号を出力する比較器108、及び、比較器106並びに108の出力が入力され、少なくとも何れか一方が”H”信号であった場合に、”H”信号を出力するOR回路109を備えている。このカロリ異常検知装置では、OR回路109の出力が”H”となったときに、カロリ異常を検知することとなる。ここで、閾値ε11は、偏差の許容変動範囲の下限値、閾値ε12は、偏差の許容変動範囲の上限値に設定されている。
図12に示すように、カロリ異常検知装置は、実空気流量と目標空気流量との差分を算出する減算器105、減算器105の出力が閾値ε11以下であるときに”H”信号を出力する比較器106、実空気流量と目標空気流量との差分を算出する減算器107、減算器107の出力が閾値ε12以上であるときに”H”信号を出力する比較器108、及び、比較器106並びに108の出力が入力され、少なくとも何れか一方が”H”信号であった場合に、”H”信号を出力するOR回路109を備えている。このカロリ異常検知装置では、OR回路109の出力が”H”となったときに、カロリ異常を検知することとなる。ここで、閾値ε11は、偏差の許容変動範囲の下限値、閾値ε12は、偏差の許容変動範囲の上限値に設定されている。
〈実際の酸素流量と目標酸素流量との偏差に基づく検知〉
IGCCにおいては、石炭ガス化炉における燃料ガスのカロリを目標カロリにするために、酸素の投入量をフィードバック制御している。このとき実際に投入される酸素の流量(以下「実酸素流量」という。)が目標酸素流量よりも大きければ燃料ガスのカロリは減少し、一方、小さければカロリは増加する。
このことから、目標酸素流量と実酸素流量との偏差が許容変動範囲外となった場合に、カロリが変動したと検知することとしている。
このようにすることで、酸素流量と目標酸素流量との設定関係から簡易な構成で、早期にカロリ異常を検知することが可能となる。
IGCCにおいては、石炭ガス化炉における燃料ガスのカロリを目標カロリにするために、酸素の投入量をフィードバック制御している。このとき実際に投入される酸素の流量(以下「実酸素流量」という。)が目標酸素流量よりも大きければ燃料ガスのカロリは減少し、一方、小さければカロリは増加する。
このことから、目標酸素流量と実酸素流量との偏差が許容変動範囲外となった場合に、カロリが変動したと検知することとしている。
このようにすることで、酸素流量と目標酸素流量との設定関係から簡易な構成で、早期にカロリ異常を検知することが可能となる。
上記カロリ異常検知方法を実現するためのカロリ異常検知装置の一構成例を図13に示す。
図13に示すように、カロリ異常検知装置は、実酸素流量と目標酸素流量との差分を算出する減算器110、減算器110の出力が閾値ε13以下であるときに”H”信号を出力する比較器111、実酸素流量と目標酸素流量との差分を算出する減算器112、減算器112の出力が閾値ε14以上であるときに”H”信号を出力する比較器113、及び、比較器111並びに113の出力が入力され、少なくとも何れか一方が”H”信号であった場合に、”H”信号を出力するOR回路115を備えている。このカロリ異常検知装置では、OR回路115の出力が”H”となったときに、カロリ異常を検知することとなる。ここで、閾値ε13は、偏差の許容変動範囲の下限値、閾値ε14は、偏差の許容変動範囲の上限値に設定されている。
図13に示すように、カロリ異常検知装置は、実酸素流量と目標酸素流量との差分を算出する減算器110、減算器110の出力が閾値ε13以下であるときに”H”信号を出力する比較器111、実酸素流量と目標酸素流量との差分を算出する減算器112、減算器112の出力が閾値ε14以上であるときに”H”信号を出力する比較器113、及び、比較器111並びに113の出力が入力され、少なくとも何れか一方が”H”信号であった場合に、”H”信号を出力するOR回路115を備えている。このカロリ異常検知装置では、OR回路115の出力が”H”となったときに、カロリ異常を検知することとなる。ここで、閾値ε13は、偏差の許容変動範囲の下限値、閾値ε14は、偏差の許容変動範囲の上限値に設定されている。
〈実際のチャー投入量と目標チャー投入量との偏差に基づく検知〉
IGCCにおいては、石炭ガス化炉における燃料ガスのカロリを目標カロリにするために、チャーの投入量をフィードバック制御している。このとき実際に投入されるチャーの流量(以下「実チャー投入量」という。)が目標チャー投入量よりも大きければ燃料ガスのカロリは増加し、一方、小さければカロリは減少する。
このことから、目標チャー投入量と実チャー投入量との偏差が許容変動範囲外となった場合に、カロリが変動したと検知することとしている。
このようにすることで、実チャー投入量と目標チャー投入量との設定関係から簡易な構成で、早期にカロリ異常を検知することが可能となる。
IGCCにおいては、石炭ガス化炉における燃料ガスのカロリを目標カロリにするために、チャーの投入量をフィードバック制御している。このとき実際に投入されるチャーの流量(以下「実チャー投入量」という。)が目標チャー投入量よりも大きければ燃料ガスのカロリは増加し、一方、小さければカロリは減少する。
このことから、目標チャー投入量と実チャー投入量との偏差が許容変動範囲外となった場合に、カロリが変動したと検知することとしている。
このようにすることで、実チャー投入量と目標チャー投入量との設定関係から簡易な構成で、早期にカロリ異常を検知することが可能となる。
上記カロリ異常検知方法を実現するためのカロリ異常検知装置の一構成例を図14に示す。
図14に示すように、カロリ異常検知装置は、実チャー投入量と目標チャー投入量との差分を算出する減算器116、減算器116の出力が閾値ε15以下であるときに”H”信号を出力する比較器117、実チャー投入量と目標チャー投入量との差分を算出する減算器118、減算器118の出力が閾値ε16以上であるときに”H”信号を出力する比較器119、及び、比較器117並びに119の出力が入力され、少なくとも何れか一方が”H”信号であった場合に、”H”信号を出力するOR回路120を備えている。このカロリ異常検知装置では、OR回路120の出力が”H”となったときに、カロリ異常を検知することとなる。
ここで、閾値ε15は、偏差の許容変動範囲の下限値、閾値ε16は、偏差の許容変動範囲の上限値に設定されている。
図14に示すように、カロリ異常検知装置は、実チャー投入量と目標チャー投入量との差分を算出する減算器116、減算器116の出力が閾値ε15以下であるときに”H”信号を出力する比較器117、実チャー投入量と目標チャー投入量との差分を算出する減算器118、減算器118の出力が閾値ε16以上であるときに”H”信号を出力する比較器119、及び、比較器117並びに119の出力が入力され、少なくとも何れか一方が”H”信号であった場合に、”H”信号を出力するOR回路120を備えている。このカロリ異常検知装置では、OR回路120の出力が”H”となったときに、カロリ異常を検知することとなる。
ここで、閾値ε15は、偏差の許容変動範囲の下限値、閾値ε16は、偏差の許容変動範囲の上限値に設定されている。
以上説明してきたように、本実施形態に係るIGCC及びそのカロリ異常検知方法によれば、既存の制御量を用いてカロリ異常を検知するので、カロリーメータを不要とすることができ、コストの低減を図ることができる。
なお、上述した各実施形態において、カロリ異常を検知した場合には、その旨をIGCCのシステムオペレータ等に通知するような構成としてもよい。通知手段としては、表示画面に表示させる、ランプを点灯させる等の視覚的に異常を通知する手段や、ブザーやメッセージを音声により通知する等の聴覚的に異常を通知する手段をとることができる。
また、上述した各実施形態に係るカロリ異常検知方法においては、あるパラメータが許容変動範囲外となった場合にカロリ異常を通知することとしたが、許容変動範囲の下側に外れたのか或いは上側に外れたのかを検知することとしてもよく、更に、その結果を通知することとしてもよい。
具体的には、図4に示したカロリ異常検知装置を例に挙げると、図4に係るOR回路77を取り除き、図15に示すように、比較器73からの出力と、比較器76からの出力とがそれぞれ別個に出力されるような構成としてもよい。これにより、比較器73から”H”が出力された場合には、カロリが増加するカロリ異常、比較器76から”H”が出力された場合には、カロリが減少するカロリ異常であることを検知することができる。
具体的には、図4に示したカロリ異常検知装置を例に挙げると、図4に係るOR回路77を取り除き、図15に示すように、比較器73からの出力と、比較器76からの出力とがそれぞれ別個に出力されるような構成としてもよい。これにより、比較器73から”H”が出力された場合には、カロリが増加するカロリ異常、比較器76から”H”が出力された場合には、カロリが減少するカロリ異常であることを検知することができる。
1 石炭ガス化複合発電システム
3 石炭ガス化炉
5 ガスタービン設備
5a 燃焼器
5b ガスタービン
20 チャー回収装置
50 燃料流量制御装置
61 調節弁
62 流量計測器
G 発電機
3 石炭ガス化炉
5 ガスタービン設備
5a 燃焼器
5b ガスタービン
20 チャー回収装置
50 燃料流量制御装置
61 調節弁
62 流量計測器
G 発電機
Claims (9)
- 燃料ガスの目標カロリにおけるガスタービンの燃焼器への燃料投入量とガスタービンの発電出力との関係である燃料投入特性から、前記燃料投入量に対するガスタービンの発電出力の許容変動範囲、または、前記ガスタービンの発電出力に対する前記燃料投入量の許容変動範囲を設定する過程と、
実際の燃料投入量または実際のガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異常を検知する過程と
を有するガスタービン発電システムのカロリ異常検知方法。 - 前記カロリ異常を検知する過程において、
実際の前記燃料投入量が前記許容変動範囲の下限値未満であった場合、または、実際の前記ガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲の上限値を超えた場合に、高カロリ異常を検知し、
実際の前記燃料投入量が前記許容変動範囲の上限値を超えた場合、または、実際の前記ガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲の下限値未満であった場合に、低カロリ異常を検知する請求項1に記載のガスタービン発電システムのカロリ異常検知方法。 - カロリ異常を検知した場合に、その旨を通知する過程を有する請求項1または請求項2に記載のガスタービン発電システムのカロリ異常検知方法。
- 石炭ガス化炉に投入されるチャー、空気、石炭、及び酸素のうち、少なくともいずれか一つの投入量とガスタービンの発電出力との関係から前記投入量に対するガスタービンの発電出力の許容変動範囲、または、前記ガスタービンの発電出力に対する前記投入量の許容変動範囲を設定する過程と、
実際の投入量または実際のガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異常を検知する過程と
を有する石炭ガス化複合発電システムのカロリ異常検知方法。 - 石炭ガス化炉に投入されるチャー、空気、石炭、及び酸素のうち、少なくともいずれか一つに関して、その目標投入量と実際の投入量との偏差を算出し、この偏差が予め設定されている許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異常を検知する石炭ガス化複合発電システムのカロリ異常検知方法。
- カロリ異常を検知した場合に、その旨を通知する過程を有する請求項4または請求項5に記載の石炭ガス化複合発電システムのカロリ異常検知方法。
- 燃料ガスの目標カロリにおけるガスタービンの燃焼器への燃料投入量とガスタービンの発電出力との関係である燃料投入特性から、前記燃料投入量に対するガスタービンの発電出力の許容変動範囲、または、前記ガスタービンの発電出力に対する前記燃料投入量の許容変動範囲を設定し、実際の燃料投入量または実際のガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異常を検知するカロリ異常検知装置を備えるガスタービン発電システム。
- 石炭ガス化炉に投入されるチャー、空気、石炭、及び酸素のうち、少なくともいずれか一つの投入量とガスタービンの発電出力との関係から前記投入量に対するガスタービンの発電出力の許容変動範囲、または、前記ガスタービンの発電出力に対する前記投入量の許容変動範囲を設定し、実際の投入量または実際のガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異常を検知するカロリ異常検知装置を備える石炭ガス化複合発電システム。
- 石炭ガス化炉に投入されるチャー、空気、石炭、及び酸素のうち、少なくともいずれか一つに関して、その目標投入量と実際の投入量との偏差を算出し、この偏差が予め設定されている許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異常を検知するカロリ異常検知装置を備える石炭ガス化複合発電システム。
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