JP2015151912A

JP2015151912A - ガス供給装置、発電プラント、及び発電プラントの制御方法

Info

Publication number: JP2015151912A
Application number: JP2014025677A
Authority: JP
Inventors: 斎臣吉田; Naoshige Yoshida
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2015-08-24

Abstract

【課題】ＩＧＣＣシステムが発電する電力がＩＧＣＣシステム負荷から要求される電力に追従できるガス供給装置を提供する。【解決手段】ガス供給装置は、ガス生成部と、ガス供給管と、ガス貯蔵部と、調整弁とを備える。前記ガス生成部は、ガスを生成する。前記ガス供給管は、前記ガス生成部が生成したガスを供給する。前記ガス貯蔵部は、前記ガス供給管と接続され、前記ガス供給管のガス圧力と対応するガス圧力に設定されたガスを貯蔵する。前記調整弁は、前記ガス供給管と前記ガス貯蔵部との差圧に応じて弁を開状態または閉状態にする。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス供給装置、発電プラント、及び発電プラントの制御方法に関する。

ＩＧＣＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｏａｌＧａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎＣｏｍｂｉｎｅｄＣｙｃｌｅ）は、資源量が豊富な石炭などの炭素質燃料をガス化し、このガスを用いてガスタービンを駆動して発電するとともに、排ガスボイラによってガスタービンの排ガスが持つ熱エネルギを回収して蒸気を発生させ、この蒸気によって蒸気タービンを駆動して発電する設備である。このように、ガスタービンおよび蒸気タービンを用いて電力を発生させることで、発電効率を向上させることができる。
特許文献１と特許文献２には、関連する技術として、ガスタービン装置へガスを供給する技術が記載されている。

特開平１１−２５７０９３号公報米国特許出願公開第２０１１／０２７７４４０号明細書

ところで、ＩＧＣＣシステムの負荷が急激に変化した場合、ガスタービン装置が燃焼する燃料の量が急激に変化する。その結果、ガスタービンに燃料を供給する経路の圧力が急激に変化する。
このとき、ＩＧＣＣシステムにおいて、ガスタービン装置に供給する経路の圧力を検出し、負荷に応じて予め設定された圧力となるよう、ガス化炉へ供給する燃料と酸化剤の量を増減する制御が行われる。しかしながら、ガス化炉に供給する燃料と酸化剤の量を調整しガスタービン装置に供給する経路の圧力が制御されるまでに時間差が生じる。そのため、ガスタービン装置に燃料を供給する経路の圧力が急激に変化した場合、直ぐには元の圧力には戻らない。ＩＧＣＣシステムは、燃料供給からガスタービンまでの間に、比較的多くの設備・機器が配置されるため、先述の時間差が比較的長くなり、負荷の急激な変化に応じた発電を行うことが不得手となり、負荷から要求される電力に対して、過剰な電力あるいは不足した電力となりがちである。
そのため、ＩＧＣＣシステムに対する負荷が急激に変化した場合に、ガスタービン装置に燃料を供給する経路の圧力の急激な変化を緩和し、ＩＧＣＣシステムが発電する電力が要求される電力の急速な負荷変化に対応できる技術が求められていた。

そこでこの発明は、上記の課題を解決することのできるガス供給装置、発電プラント、及び発電プラントの制御方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、ガス供給装置は、ガス化炉と、ガス精製設備と、ガス供給管と、ガス貯蔵部と、調整弁とを備える。前記ガス化炉は、炭素質燃料をガス化して燃料ガスを生成する。前記ガス精製設備は、前記燃料ガス中の不純物を取り除く。前記ガス供給管は、前記ガス精製設備から不純物を取り除いた生成ガスが送り出される。前記ガス貯蔵部は、前記ガス供給管と接続され、前記ガス供給管における圧力に応じて、前記生成ガスを貯蔵する。前記調整弁は、前記ガス供給管と前記ガス貯蔵部との間に、前記ガス供給管における圧力と目標となる圧力との差圧に応じて弁を開状態または閉状態にする。

また本発明の別の態様によれば、前記ガス供給装置が備える前記ガス貯蔵部は、第一のガス貯蔵部と、第二のガス貯蔵部とを備える。前記第一のガス貯蔵部は、前記ガス供給管における圧力よりも高い圧力に設定される。前記第二のガス貯蔵部は、前記ガス供給管における圧力よりも低い圧力に設定される。前記ガス貯蔵部は、前記ガス供給管における圧力が前記目標となる圧力よりも低くなったときには前記第一のガス貯蔵部の側の前記弁を開状態にする。前記ガス貯蔵部は、前記ガス供給管における圧力が前記目標となる圧力よりも高くなったときには前記第二のガス貯蔵部の側の前記弁を開状態にする。

また本発明の別の態様によれば、前記ガス供給装置は、制御部を備える。前記制御部は、前記ガス供給管における圧力と目標となる圧力との差圧を取得し、当該差圧に応じて前記弁を開状態または閉状態にする制御信号を出力する。

また本発明の別の態様によれば、前記ガス供給装置が備える前記制御部は、制御対象である発電設備の負荷が定格負荷の場合に、定常状態での目標となる圧力と、前記第一のガス貯蔵部における圧力とが同一になるように前記弁の開閉を制御する。

また本発明の別の態様によれば、発電プラントは、ガス化炉と、ガスタービンと、発電機と、前記何れかのガス供給装置とを備える。前記ガス化炉は、炭素質燃料をガス化して燃料ガスを生成する。前記ガスタービンは、前記生成ガスが供給される。発電機は、前記ガスタービンによる回転エネルギにより発電し、電気エネルギを作り出す。

また本発明の別の態様によれば、発電プラントの制御方法は、ガス化炉と、ガスタービンと、発電機と、ガス供給装置とを備える発電プラントの制御方法であって、前記ガス化炉が炭素質燃料をガス化して燃料ガスを生成し、ガス精製設備が前記燃料ガス中の不純物を取り除き、ガス供給管が前記ガス精製設備から不純物を取り除いた生成ガスを前記ガスタービンに送り出し、ガス貯蔵部が前記ガス供給管と接続され、前記ガス供給管における圧力に応じて、前記生成ガスを貯蔵し、前記ガス供給管と前記ガス貯蔵部との間の調整弁が前記ガス供給管におけるガス圧力と目標となる圧力との差圧に応じて弁を開状態または閉状態にし、前記ガスタービンによる回転エネルギにより発電し、電気エネルギを作り出す方法である。

本発明の実施形態による制御装置によれば、ＩＧＣＣシステムが発電する電力が要求される電力の急速な負荷変化に対応できる。

本発明の第一の実施形態によるガス供給装置１１を備えるＩＧＣＣシステム１の構成の一例を示す図である。本発明の第二の実施形態によるガス供給装置１１を備えるＩＧＣＣシステム１の構成の一例を示す図である。第二の実施形態によるＩＧＣＣシステム１における生成ガスバッファタンク６０１ａと６０１ｂの圧力設定の例を示す図である。第二の実施形態によるＩＧＣＣシステム１における生成ガスバッファタンク６０１ａと６０１ｂの圧力設定の例を示す図である。第二の実施形態によるＩＧＣＣシステム１における生成ガスバッファタンク６０１ａと６０１ｂの圧力設定の例を示す図である。

＜第一の実施形態＞
図１は、本発明の第一の実施形態によるガス供給装置１１を備えるＩＧＣＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｏａｌＧａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎＣｏｍｂｉｎｅｄＣｙｃｌｅ）システム１の構成の一例を示す図である。
図１で示すように、第一の実施形態によるＩＧＣＣシステム１（発電プラントの一例）は、ガス供給装置１１と、石炭供給設備２０と、ＡＳＵ（ＡｉｒＳｅｐａｒａｔｉｏｎＵｎｉｔ）３０と、ガスタービン装置９０と、蒸気タービン１００と、発電機１１０と、熱交換器１２０（１２０ａ、１２０ｂの総称）と、ガス化空気昇圧機１３０と、ＨＲＳＧ（ＨｅａｔＲｅｃｏｖｅｒｙＳｔｅａｍＧｅｎｅｒａｔｏｒ）１４０と、記憶部１５０とを備える。

ＩＧＣＣシステム１が備える石炭供給設備２０は、石炭などの炭素質燃料を細かく砕き微粉炭を生成する。石炭供給設備２０は、ＡＳＵ３０から送り込まれる窒素により生成した微粉炭を加圧し、ガス生成部４０に送り出す。
ＡＳＵ３０は、空気を酸素と窒素に分離する。ＡＳＵ３０は、空気を分離して生成した窒素を石炭供給設備２０に送り出す。ここでＡＳＵ３０が石炭供給設備２０に送り出した窒素は、石炭供給設備２０が生成した微粉炭を加圧し、ガス生成部４０に送り出すために用いる窒素である。また、ＡＳＵ３０は、空気を分離して生成した酸素をガス化空気昇圧機１３０が熱交換器１２０ａを介して送り出した空気と混合させ、ガス化剤としてガス生成部４０に送り出す。

ガス供給装置１１は、ガス生成部４０と、ガス供給管５０と、ガス貯蔵部６０と、調整弁７０（７０ａ、７０ｂ、・・・の総称）と、制御部８０とを備える。
ガス生成部４０は、ガス化炉／ＳＧＣ（ＳｙｎｇａｓＣｏｏｌｅｒ）４０１と、フィルタ４０２と、ガス精製設備４０３とを備える。

ガス生成部４０の備えるガス化炉／ＳＧＣ４０１が有するガス化炉は反応炉であり、微粉炭をガス化した石炭ガスを発生させる。ガス化炉／ＳＧＣ４０１は、発生させた石炭ガスをフィルタ４０２に送り出す。また、ガス化炉／ＳＧＣ４０１が有するＳＧＣは、ガス化炉で発生させた石炭ガスの熱を利用して、蒸気タービン１００を駆動するための蒸気を発生させる。ガス化炉／ＳＧＣ４０１は、発生させた蒸気を蒸気タービン１００に送り出す。

フィルタ４０２は、ガス化炉／ＳＧＣ４０１から取り入れた石炭ガス中の微細チャ―（不純物）を取り除く。フィルタ４０２は、微細チャ―を取り除いた石炭ガスをガス精製設備４０３に送り出す。
ガス精製設備４０３は、フィルタ４０２から取り入れた石炭ガスに含まれる不要な化合物を取り除く。ガス精製設備４０３は、不要な化合物を取り除いた石炭ガスをガス供給管５０に送り出す。

ガス供給管５０は、調整弁７０ａを介してガス貯蔵部６０が備える生成ガスバッファタンク６０１と接続する。また、ガス供給管５０は、調整弁７０ｂを介してガスタービン装置９０が備える燃焼器９０１と接続する。ガス供給管５０は、燃焼器９０１に石炭ガスを送る配管である。
ガス貯蔵部６０が備える生成ガスバッファタンク６０１は、ガス供給管５０における石炭ガスの圧力を調整するガスを有する。

調整弁７０ａは、双方向の圧力調整弁であり、制御部８０からの指令信号に基づいて開状態または閉状態となる。調整弁７０ａが開状態の場合、生成ガスバッファタンク６０１とガス供給管５０とが大口径の配管を介して接続される。
調整弁７０ｂは、ガス供給管５０と燃焼器９０１との間に備えられた石炭ガスの流量を調整する弁である。

制御部８０は、ガス供給管５０における石炭ガスの圧力と、目標標準圧力（詳細は後述する）との差圧に基づいて、調整弁７０ａの開状態／閉状態を調整する。また、制御部８０は、ガス供給管５０から燃焼器９０１に送り出される石炭ガスの流量を調整するように調整弁７０ｂの開状態／閉状態を調整する。

圧縮機９０２は、空気を取り入れ、取り入れた空気を圧縮して圧縮空気を生成する。圧縮機９０２は、生成した圧縮空気を燃焼器９０１に送り出す。また、圧縮機９０２は、生成した圧縮空気を熱交換器１２０ａと熱交換器１２０ｂとを介してガス化空気昇圧機１３０に送り出す。
熱交換器１２０ａは、圧縮機９０２から送り出された圧縮空気を熱交換する。
熱交換器１２０ｂは、熱交換器１２０ａで熱交換された圧縮空気をさらに熱交換する。

ガス化空気昇圧機１３０は、熱交換器１２０ａと熱交換器１２０ｂとを介して圧縮機９０２から取り入れた圧縮空気を昇圧する。そして、ガス化空気昇圧機１３０は、昇圧した圧縮空気を熱交換器１２０ａを介してガス化炉／ＳＧＣ４０１に送り出す。ここでガス化空気昇圧機１３０が送り出した空気は、熱交換器１２０で熱交換され、ＡＳＵが生成した酸素と混合され、ガス化剤としてガス生成部４０に送り出される。

ガスタービン装置９０が備える燃焼器９０１は、圧縮機９０２から送り出された圧縮空気中で、調整弁７０ｂにより送り出された石炭ガスを燃焼させ高温の燃焼ガスを生成する。燃焼器９０１は、生成した高温の燃焼ガスをガスタービン９０３に送り出す。

ガスタービン９０３は、燃焼器９０１から取り入れた高温の燃焼ガスを膨張させ、熱エネルギを回転エネルギに変換する。ガスタービン９０３は、変換した回転エネルギにより発電機１１０を駆動する。また、ガスタービン９０３は、排ガスをＨＲＳＧ１４０に送り出す。
ＨＲＳＧ１４０は、ガスタービン９０３から取り入れた排ガスから排熱回収を行う。ＨＲＳＧ１４０は、排ガスから排熱回収して得た熱を利用して、蒸気タービン１００を駆動するための蒸気を発生させる。ＨＲＳＧ１４０は、発生させた蒸気を蒸気タービン１００に送り出す。

蒸気タービン１００は、ガス化炉／ＳＧＣ４０１と、ＨＲＳＧ１４０とから取り入れた蒸気のエネルギを回転エネルギに変換する。蒸気タービン１００は、変換した回転エネルギにより発電機１１０を駆動する。
発電機１１０は、ガスタービン９０３による回転エネルギと、蒸気タービン１００による回転エネルギとにより発電し、電気エネルギを作り出す。
なお、記憶部１５０は、ＩＧＣＣシステム１が行う処理に必要な種々の情報を記憶する記憶部である。

次に、第一の実施形態によるＩＧＣＣシステム１が行う処理について説明する。
まず、ＩＧＣＣシステム１の負荷が定常状態である場合のＩＧＣＣシステム１の処理について説明する。
ＩＧＣＣシステム１が備える石炭供給設備２０は、石炭などの炭素質燃料を細かく砕き微粉炭を生成する。
このとき、ＡＳＵ３０は、空気を酸素と窒素に分離している。また、ＡＳＵ３０は、空気を分離して生成した窒素を石炭供給設備２０に送り出している。石炭供給設備２０は、微粉炭を生成すると、ＡＳＵ３０から送り込まれる窒素により生成した微粉炭をガス生成部４０に送り出す。

また、ＡＳＵ３０は、空気を分離して生成した酸素をガス化空気昇圧機１３０が熱交換器１２０ａを介して送り出した空気と混合させ、ガス化剤としてガス生成部４０に送り出している。
ガス生成部４０の備えるガス化炉／ＳＧＣ４０１は、石炭供給設備２０から微粉炭を取り入れる。ここでガス化炉／ＳＧＣ４０１が取り入れる微粉炭の量は、ＩＧＣＣシステム１の負荷が定常状態である場合にその負荷を駆動することができる発電電力となる量である。また、ガス化炉／ＳＧＣ４０１は、ＡＳＵ３０とガス化空気昇圧機１３０とからガス化剤を取り入れる。ガス化炉／ＳＧＣ４０１は、化学反応を起こさせて微粉炭をガス化した石炭ガスを発生させる。ガス化炉／ＳＧＣ４０１は、発生させた石炭ガスをフィルタ４０２に送り出す。また、ガス化炉／ＳＧＣ４０１は、ガス化炉で発生させた石炭ガスの熱を利用して、蒸気タービン１００を駆動するための蒸気を発生させる。ガス化炉／ＳＧＣ４０１は、発生させた蒸気を蒸気タービン１００に送り出す。

フィルタ４０２は、ガス化炉／ＳＧＣ４０１から石炭ガスを取り入れると、取り入れた石炭ガス中の微細チャ―を取り除く。フィルタ４０２は、微細チャ―を取り除いた石炭ガスをガス精製設備４０３に送り出す。
ガス精製設備４０３は、フィルタ４０２から石炭ガスを取り入れると、取り入れた石炭ガスに含まれる不要な化合物を取り除く。ガス精製設備４０３は、不要な化合物を取り除いた石炭ガスをガス供給管５０に送り出す。このとき、ガス精製設備４０３がガス供給管５０に送り出している石炭ガスの量は、ＩＧＣＣシステム１の負荷が定常状態である場合にその負荷を駆動することができる発電電力となる量である。また、このときのガス供給管５０における圧力が目標標準圧力（目標となる圧力）である。

ガス供給管５０は、調整弁７０ａを介してガス貯蔵部６０が備える生成ガスバッファタンク６０１に接続されている。生成ガスバッファタンク６０１は、ガス供給管５０における石炭ガスの圧力を調整するガスを有している。
なお、生成ガスバッファタンク６０１は、常に新しい生成ガスで満たされ、かつ高温に維持されるよう、２つの小口径の配管（オリフィスで流量を制限）で常時ガス供給管５０に接続される。または、生成ガスバッファタンク６０１内の圧力は、制御部８０の制御に基づいて、ガス供給管５０における圧力と、生成ガスバッファタンク６０１の圧力を見ながら、調節弁で適切にコントロールされる。

制御部８０は、ガス供給管５０における圧力と生成ガスバッファタンク６０１との差圧を取得する。調整弁７０ａは、制御部８０が取得した差圧に応じて出力する指令信号に基づいて開状態または閉状態となる。調整弁７０ａが開状態の場合、ガス供給管５０と生成ガスバッファタンク６０１とが接続される。
なお、ＩＧＣＣシステム１の負荷が定常状態である場合、ガス供給管５０における圧力と生成ガスバッファタンク６０１との差圧は誤差の範囲内でゼロとみなすことができる。この場合、調整弁７０ａは、閉状態であり、ガス供給管５０と生成ガスバッファタンク６０１とは接続されない。

また、ガス供給管５０は、調整弁７０ｂを介してガスタービン装置９０が備える燃焼器９０１に接続されている。調整弁７０ｂは、ガス供給管５０における石炭ガスを燃焼器９０１に送り出す。
制御部８０は、ガス供給管５０における圧力と、目標標準圧力との差圧に基づいて、調整弁７０ａの開状態／閉状態を調整する。また、制御部８０は、ガス供給管５０から燃焼器９０１に送り出される石炭ガスの流量を調整するように調整弁７０ｂの開状態／閉状態を調整する。

圧縮機９０２は、空気を取り入れ、取り入れた空気を圧縮して圧縮空気を生成する。圧縮機９０２は、生成した圧縮空気を燃焼器９０１に送り出す。また、圧縮機９０２は、生成した圧縮空気を熱交換器１２０ａと熱交換器１２０ｂとを介してガス化空気昇圧機１３０に送り出す。

ガス化空気昇圧機１３０は、熱交換器１２０ａと熱交換器１２０ｂとを介して圧縮機９０２から圧縮空気を取り入れる。ガス化空気昇圧機１３０は、圧縮機９０２から取り入れた圧縮空気を昇圧する。そして、ガス化空気昇圧機１３０は、昇圧した圧縮空気を熱交換器１２０ａを介してガス化炉／ＳＧＣ４０１に送り出す。ここでガス化空気昇圧機１３０が送り出した空気は、熱交換器１２０で熱交換され、ＡＳＵが生成した酸素と混合され、ガス化剤としてガス生成部４０に送り出される。

ガスタービン９０３は、燃焼器９０１から高温の燃焼ガスを取り入れると、取り入れた高温の燃焼ガスを膨張させ、熱エネルギを回転エネルギに変換する。ガスタービン９０３は、変換した回転エネルギにより発電機１１０を駆動する。また、ガスタービン９０３は、排ガスをＨＲＳＧ１４０に送り出す。
ＨＲＳＧ１４０は、ガスタービン９０３から排ガスを取り入れると、取り入れた排ガスから排熱回収を行う。ＨＲＳＧ１４０は、排ガスから排熱回収して得た熱を利用して、蒸気タービン１００を駆動するための蒸気を発生させる。ＨＲＳＧ１４０は、発生させた蒸気を蒸気タービン１００に送り出す。

蒸気タービン１００は、ガス化炉／ＳＧＣ４０１と、ＨＲＳＧ１４０とから取り入れた蒸気のエネルギを回転エネルギに変換する。蒸気タービン１００は、変換した回転エネルギにより発電機１１０を駆動する。
発電機１１０は、ガスタービン９０３による回転エネルギと、蒸気タービン１００による回転エネルギとにより発電し、電気エネルギを作り出す。
以上が、ＩＧＣＣシステム１の負荷が定常状態である場合のＩＧＣＣシステム１の処理である。

次に、ＩＧＣＣシステム１の負荷が急激に変化した場合の第一の実施形態によるＩＧＣＣシステム１の処理について説明する。
ここで説明する第一の実施形態によるＩＧＣＣシステム１が行う処理は、ＩＧＣＣシステム１の負荷が、定常状態から過渡的に急激な変化を起こした場合の処理である。

ＩＧＣＣシステム１の負荷が定常状態から過渡的に急激に変化したとすると、ガス供給管５０における圧力が急激に変化する。例えば、ＩＧＣＣシステム１の負荷が急激に上昇した場合、ガスタービン装置９０は出力を上げるため急激にガスを消費し、ガス供給管５０における圧力は急激に低下する。また、ＩＧＣＣシステム１の負荷が急激に降下した場合、調整弁７０ｂがガス流量を減らす方向に調整され、ガス供給管５０における圧力は急激に上昇する。
なお、ガス供給管５０における圧力に応じて、制御部８０は、ガス化炉／ＳＧＣ４０１へ燃料と酸化剤の量を調整する指令を出力し、ガス供給管５０における圧力を目標標準圧力Ｐ_Ｏに戻す制御を行っている。しかしながら、制御部８０の指令に対して時間差を伴ってガス供給管５０における圧力が変化するため、制御部８０によるこのガス化炉／ＳＧＣ４０１への制御のみでは、ガス供給管５０における急激な圧力変動を緩和することができない。

ガス供給装置１１が備える制御部８０は、常時、ガス供給管５０における圧力と、目標標準圧力との差圧を取得している。そして、制御部８０は、取得した差圧が所定のしきい値の範囲内であるか否かを判定する。例えば、制御部８０は、ＩＧＣＣシステム１の定常状態の負荷に対して、目標標準圧力Ｐ_ｏを基準とした所定の圧力の変化量（絶対値）をしきい値に設定し、ガス供給管５０における圧力から目標標準圧力を減じた差圧の絶対値がしきい値よりも大きいか否かを判定する。

制御部８０がガス供給管５０における圧力から目標標準圧力を減じた差圧の絶対値がしきい値よりも小さいまたは同一であると判定した場合、制御部８０は、調整弁７０ａを閉状態にする。
制御部８０がガス供給管５０における圧力から目標標準圧力を減じた差圧の絶対値がしきい値よりも大きいと判定した場合、制御部８０は、調整弁７０ａを開状態にする。
すなわち、制御部８０がガス供給管５０における圧力から目標標準圧力を減じた差圧の絶対値がしきい値よりも大きいと判定した場合、ＩＧＣＣシステム１の急激な負荷上昇時には、ガス化炉／ＳＧＣ４０１側からのガス供給を待たず、調整弁７０ａを開状態にして生成ガスバッファタンク６０１から一時的に生成ガスを急速に供給することで、ガス供給管５０における急激な圧力低下を防ぐことができる。また、ＩＧＣＣシステム１の急激な負荷低下時には、調整弁７０ｂが閉じてガス供給管５０における圧力が高くなるので、生成ガスバッファタンク６０１における圧力よりも高くなる。そのため、ガス供給管５０から余剰ガスは生成ガスバッファタンク６０１に流れ込み、ガス供給管５０における急激な圧力上昇を防ぐことができる。
なお、生成ガスバッファタンク６０１は、常に新しい生成ガスで満たされ、かつ高温に維持されるよう、２つの小口径の配管（オリフィスで流量を制限）で常時ガス供給管５０に接続される。または、生成ガスバッファタンク６０１内の圧力は、コンプレッサを常に一定運転しながら、制御部８０の制御に基づいて、目標標準圧力となるように戻り流量を調整弁で調整する。

以上、本発明の第一の実施形態によるガス供給装置１１を備えるＩＧＣＣシステム１について説明した。上述のＩＧＣＣシステム１において、ガス供給装置１１の生成ガスバッファタンク６０１における圧力を目標標準圧力とし、ガス供給管５０における圧力と生成ガスバッファタンク６０１における圧力との差圧に基づいて、調整弁７０の開状態／閉状態を調整する。
このようにすれば、ＩＧＣＣシステム１の急激な負荷変化時に生じるガス供給管５０における急激な圧力変化を緩和することができ、ＩＧＣＣシステムが発電する電力が負荷から要求される電力に追従できる。

＜第二の実施形態＞
図２は、本発明の第二の実施形態によるガス供給装置１１を備えるＩＧＣＣシステム１の構成の一例を示す図である。
次に、第二の実施形態によるＩＧＣＣシステム１について説明する。
なお、第二の実施形態によるＩＧＣＣシステム１の構成は、多くの部分が第一の実施形態によるＩＧＣＣシステム１の構成と共通である。同一の符号が割り当てられている機能部は同様の機能を有する。

第二の実施形態によるＩＧＣＣシステム１は、ガス供給管５０における圧力よりも高い圧力に調整されている生成ガスバッファタンク６０１ａ（第一のガス貯蔵部）と、ガス供給管５０における圧力よりも低い圧力に調整されている生成ガスバッファタンク６０１ｂ（第二のガス貯蔵部）の２つのタンクを備える。
また、生成ガスバッファタンク６０１ａはガス供給管５０と調整弁７０ｃを介して大口径の配管で接続されている。また、生成ガスバッファタンク６０１ａはガス供給管５０と２つの小口径の配管（オリフィスで流量を制限）で常時接続されており、その１つの小口径の配管に並列な調整弁７０ｅと、もう１つの小口径の配管における生成ガスチャージコンプレッサ１６０ａにより、生成ガスバッファタンク６０１ａにおける圧力と、小口径の配管におけるガスの流量が調整されている。

同様に、生成ガスバッファタンク６０１ｂはガス供給管５０と調整弁７０ｂを介して大口径の配管で接続されている。また、生成ガスバッファタンク６０１ｂはガス供給管５０と２つの小口径の配管（オリフィスで流量を制限）で常時接続されており、その１つの小口径の配管に並列な調整弁７０ｄと、もう１つの小口径の配管における生成ガスチャージコンプレッサ１６０ｂにより、生成ガスバッファタンク６０１ｂにおける圧力と、小口径の配管におけるガスの流量が調整されている。
なお、調整弁７０と生成ガスチャージコンプレッサ１６０（１６０ａと１６０ｂの総称）は、制御部８０により制御されている。また、制御部８０は、制御信号を伝送する制御信号線で制御対象（調整弁７０、生成ガスチャージコンプレッサ１６０、圧力センサ１７０、ガス化炉／ＳＧＣ４０１）と接続されているが、図２では主な制御対象との制御信号線のみを示している。

次に、ＩＧＣＣシステム１の負荷が急激に変化した場合の第二の実施形態によるＩＧＣＣシステム１の処理について説明する。
ここで説明する第二の実施形態によるＩＧＣＣシステム１が行う処理は、ＩＧＣＣシステム１の負荷が、定常状態から過渡的に急激な変化を起こした場合の処理である。

ガス供給装置１１が備える制御部８０は、常時、ガス供給管５０における圧力Ｐ_Ｍを取得する。
そして、制御部８０は、定常状態において、ガス供給管５０における圧力Ｐ_Ｍが目標標準圧力Ｐ_Ｏに近づくように、生成ガスチャージコンプレッサ１６０ａと、生成ガスチャージコンプレッサ１６０ｂと、調整弁７０ａと、調整弁７０ｃとを制御する。

ＩＧＣＣシステム１の負荷が定常状態から過渡的に急激に変化したとする。すると、ガス供給管５０における圧力Ｐ_Ｍが急激に変化する。
制御部８０は、目標標準圧力Ｐ_Ｏと圧力Ｐ_Ｍとを比較し、圧力Ｐ_Ｍが目標標準圧力Ｐ_Ｏよりも高いか否かを判定する。
制御部８０は、圧力Ｐ_Ｍが目標標準圧力Ｐ_Ｏよりも低いと判定した場合、調整弁７０ａを閉状態にし、調整弁７０ｃを開状態にする。
また、制御部８０は、圧力Ｐ_Ｍが目標標準圧力Ｐ_Ｏよりも高いと判定した場合、調整弁７０ａを開状態にし、調整弁７０ｃを閉状態にする。

すなわち、圧力Ｐ_Ｍが目標標準圧力Ｐ_Ｏよりも低いと制御部８０が判定した、ＩＧＣＣシステム１の急激な負荷上昇時には、ガス化炉／ＳＧＣ４０１側からのガス供給を待たず、調整弁７０ｃを開状態にして生成ガスバッファタンク６０１ａから一時的に生成ガスを急速に供給することで、ガス供給管５０における急激な圧力低下を防ぐことができる。
また、圧力Ｐ_Ｍが目標標準圧力Ｐ_Ｏよりも高いと制御部８０が判定した、ＩＧＣＣシステム１の急激な負荷降下時には、調整弁７０ａが開状態となり、ガス供給管５０から余剰ガスが生成ガスバッファタンク６０１ｂに流れ込ませることで、ガス供給管５０における急激な圧力上昇を防ぐことができる。

なお、生成ガスバッファタンク６０１（６０１ａと６０１ｂの総称）は、常に新しい生成ガスで満たされ、かつ高温に維持されるよう、２つの小口径の配管（オリフィスで流量を制限）で常時ガス供給管５０に接続される。または、生成ガスバッファタンク６０１における圧力は、調整弁７０ｄ、７０ｅによって適切に制御される。

なお、圧力Ｐ_Ｍが目標標準圧力Ｐ_Ｏに近い圧力で変動する場合、圧力Ｐ_Ｍが目標標準圧力Ｐ_Ｏよりも低くなることと高くなることを繰り返す。この繰り返しが、制御部８０による調整弁７０ａや７０ｃを用いた圧力Ｐ_Ｍの調整にかかる時間よりも早い場合、制御部８０は、圧力Ｐ_Ｍを調整することができない（発散する）ことがある。このような場合、制御部８０は、目標標準圧力Ｐ_Ｏの上下にしきい値を設け、それらのしきい値と圧力Ｐ_Ｍとの比較結果に基づいて調整弁７０ａや７０ｃを開閉すれば良い。こうすることで、制御部８０は、不感帯を設定することができ、圧力Ｐ_Ｍの発散を防ぐことができる。

図３〜図５は、第二の実施形態によるＩＧＣＣシステム１における生成ガスバッファタンク６０１ａと６０１ｂの圧力設定の例を示す図である。
図３は、プラント負荷に対する圧力変化が大きい場合の例を示している。この例では、圧力ＰＨは一定であり、圧力Ｐ_Ｌは圧力Ｐ_Ｍと同様にＩＧＣＣシステム１の負荷が上昇するにつれて高くなるように制御部８０が設定を行う。定格負荷（発電設備であるプラントに許容される最大負荷）で、圧力Ｐ_Ｈと、圧力Ｐ_Ｍは一致する。それ以上の負荷上昇はなく、万一のガスタービン装置９０への過剰供給を防ぐため、生成ガスバッファタンク６０１ａの圧力はガス供給管５０と同じになるよう制御部８０が設定を行う。

図４は、プラント負荷に対する圧力変化が比較的小さい場合の例を示している。図４におけるＩＧＣＣシステム１の負荷変動に対する圧力Ｐ_Ｍの上昇は、図３で示したＩＧＣＣシステム１の負荷変動に対する圧力Ｐ_Ｍの上昇よりも小さい。この例では、圧力Ｐ_Ｈは定格負荷になる手前までは一定であり、圧力Ｐ_Ｌは圧力Ｐ_Ｍと同様にＩＧＣＣシステム１の負荷が上昇するにつれて高くなるように制御部８０が設定を行う。そのため、圧力Ｐ_Ｈは、ＩＧＣＣシステム１の負荷変動に対してＩＧＣＣシステム１の負荷が定格負荷になる手前まで一定であり、その後低下して、ＩＧＣＣシステム１の負荷が定格負荷では圧力Ｐ_Ｍに一致する。

図５は、プラント負荷に対する圧力変化が全くない（定圧運転）の場合の例を示している。この例では、圧力Ｐ_Ｈは定格負荷になる手前までは一定であり、圧力Ｐ_Ｌは圧力Ｐ_Ｍと同様にＩＧＣＣシステム１の負荷変動に対して、一定となるように制御部８０が設定を行う。そのため、圧力Ｐ_Ｈは、ＩＧＣＣシステム１の負荷変動に対してＩＧＣＣシステム１の負荷が定格負荷になる手前まで一定であり、その後低下して、ＩＧＣＣシステム１の負荷が定格負荷では圧力Ｐ_Ｍに一致する。

なお、ＩＧＣＣシステム１の負荷変化に対するガス供給管５０における圧力Ｐ_Ｍの傾きは、ＩＧＣＣシステム１における発電効率を考慮した設定が行われる。一般的に、ＩＧＣＣシステム１において、ＩＧＣＣシステム１の負荷が小さいときは、ガス供給管５０における圧力が低くてもＩＧＣＣシステム１の負荷変化時に要求する燃料ガスを供給できる。一方、ＩＧＣＣシステム１の負荷が重いときは、ガス供給管５０における圧力を高くしなければＩＧＣＣシステム１の負荷変化時に要求する燃料ガスを供給できない。そのため、ＩＧＣＣシステム１の負荷が低いときはＰｍは低く、負荷が高いときはＰ_Ｍは高くなるよう圧力Ｐ_Ｍを設定することが、発電効率、制御性の点で望ましい。

また、ＩＧＣＣシステム１の負荷が１００パーセント（定格負荷）のとき、ガスタービン装置９０は、最大定格近くの高温で動作しており、ガスタービン装置９０が制御のオーバーシュートにより定格以上の温度で動作するとガスタービン装置９０自体が破損する可能性がある。そのため、制御部８０は、圧力Ｐ_ＨをＩＧＣＣシステム１の負荷が１００パーセント（定格負荷）で圧力Ｐ_Ｍに一致させる圧力ΔＰＨを設定し、オーバーシュートを低減し、ガスタービン装置９０が過剰に高温になるのを防いでいる。

以上、本発明の第二の実施形態によるガス供給装置１１を備えるＩＧＣＣシステム１について説明した。上述のＩＧＣＣシステム１において、ガス供給装置１１の生成ガスバッファタンク６０１ａにおける圧力Ｐ_Ｈをガス供給管５０における圧力Ｐ_Ｍよりも高い圧力とする。また、ＩＧＣＣシステム１において、ガス供給装置１１の生成ガスバッファタンク６０１ｂにおける圧力Ｐ_Ｌをガス供給管５０における圧力Ｐ_Ｍよりも低くする。
そして、制御部８０は、圧力Ｐ_Ｍが目標標準圧力Ｐ_Ｏよりも低いと判定した場合、調整弁７０ａを閉状態にし、調整弁７０ｃを開状態にする。また、制御部８０は、圧力Ｐ_Ｍが目標標準圧力Ｐ_Ｏよりも高いと判定した場合、調整弁７０ａを開状態にし、調整弁７０ｃを閉状態にする。
このようにすれば、ＩＧＣＣシステム１の急激な負荷変化時に生じるガス供給管５０における急激な圧力変化を緩和することができ、ＩＧＣＣシステムが発電する電力が要求される電力の急速な負荷変化に対応できる。

１・・・ＩＧＣＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｏａｌＧａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎＣｏｍｂｉｎｅｄＣｙｃｌｅ）システム
１１・・・ガス供給装置
２０・・・石炭供給設備
３０・・・ＡＳＵ（ＡｉｒＳｅｐａｒａｔｉｏｎＵｎｉｔ）
４０・・・ガス生成部
５０・・・ガス供給管
６０・・・ガス貯蔵部
７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ・・・調整弁
８０・・・制御部
９０・・・ガスタービン装置
１００・・・蒸気タービン
１１０・・・発電機
１２０、１２０ａ、１２０ｂ・・・熱交換器
１３０・・・ガス化空気昇圧機
１４０・・・ＨＲＳＧ（ＨｅａｔＲｅｃｏｖｅｒｙＳｔｅａｍＧｅｎｅｒａｔｏｒ）
１５０・・・記憶部
１６０、１６０ａ、１６０ｂ・・・生成ガスチャージコンプレッサ
１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ・・・圧力センサ
４０１・・・ガス化炉／ＳＧＣ（ＳｙｎｇａｓＣｏｏｌｅｒ）
４０２・・・フィルタ
４０３・・・ガス精製設備
６０１・・・生成ガスバッファタンク
９０１・・・燃焼器
９０２・・・圧縮機
９０３・・・ガスタービン

Claims

炭素質燃料をガス化して燃料ガスを生成するガス化炉と、
前記燃料ガス中の不純物を取り除くガス精製設備と、
前記ガス精製設備から不純物を取り除いた生成ガスが送り出されるガス供給管と、
前記ガス供給管と接続され、前記ガス供給管における圧力に応じて、前記生成ガスを貯蔵するガス貯蔵部と、
前記ガス供給管と前記ガス貯蔵部との間に、前記ガス供給管における圧力と目標となる圧力との差圧に応じて弁を開状態または閉状態にする調整弁と
を備えるガス供給装置。
前記ガス貯蔵部は、
前記ガス供給管における圧力よりも高い圧力に設定された第一のガス貯蔵部と、
前記ガス供給管における圧力よりも低い圧力に設定された第二のガス貯蔵部と
を備え、
前記ガス供給管における圧力が前記目標となる圧力よりも低くなったときには前記第一のガス貯蔵部の側の前記弁を開状態にし、
前記ガス供給管における圧力が前記目標となる圧力よりも高くなったときには前記第二のガス貯蔵部の側の前記弁を開状態にする
請求項１に記載のガス供給装置。
前記ガス供給管における圧力と目標となる圧力との差圧を取得し、当該差圧に応じて前記弁を開状態または閉状態にする制御信号を出力する制御部
を備える請求項２に記載のガス供給装置。
前記制御部は、制御対象である発電設備の負荷が定格負荷の場合に、定常状態での目標となる圧力と、前記第一のガス貯蔵部における圧力とが同一になるように前記弁の開閉を制御する
請求項３に記載のガス供給装置。
炭素質燃料をガス化して燃料ガスを生成するガス化炉と、
前記生成ガスが供給されるガスタービンと、
前記ガスタービンによる回転エネルギにより発電し、電気エネルギを作り出す発電機と、
請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載のガス供給装置と、
を備える発電プラント。
ガス化炉と、ガスタービンと、発電機と、ガス供給装置とを備える発電プラントの制御方法であって、
前記ガス化炉が炭素質燃料をガス化して燃料ガスを生成し、
ガス精製設備が前記燃料ガス中の不純物を取り除き、
ガス供給管が前記ガス精製設備から不純物を取り除いた生成ガスを前記ガスタービンに送り出し、
ガス貯蔵部が前記ガス供給管と接続され、前記ガス供給管における圧力に応じて、前記生成ガスを貯蔵し、
前記ガス供給管と前記ガス貯蔵部との間の調整弁が前記ガス供給管におけるガス圧力と目標となる圧力との差圧に応じて弁を開状態または閉状態にし、
前記ガスタービンによる回転エネルギにより発電し、電気エネルギを作り出す発電プラントの制御方法。