JP2017198183A - ガス化複合発電プラントの制御装置および制御方法、並びにガス化複合発電プラント - Google Patents
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Abstract
Description
また、ガス化複合発電プラントに関するものではないが、特許文献2には、燃焼器の複数のノズルのそれぞれに接続される各燃料供給配管上に流量調節弁を配置した構成が記載されている。
この点、特許文献1及び2には、流量調節弁での制御の高精度化を図るための具体的な構成については開示されていない。
ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として可能に構成されたガスタービンと、前記ガス化炉から前記ガスタービンに前記可燃性ガスを供給する配管に設けられた流量調節弁と、を備えたガス化複合発電プラントの制御装置であって、
前記ガスタービンの車室圧力を算出するための車室圧力演算部と、
前記流量調節弁から前記ガスタービンの燃焼器までの前記配管における圧力損失を算出するための配管圧損演算部と、
前記車室圧力演算部によって算出された前記車室圧力と、前記配管圧損演算部によって算出された前記圧力損失と、に基づいて、前記流量調節弁の出口圧力を算出するための出口圧演算部と、
前記ガスタービンの燃料流量指令と、前記出口圧演算部による前記出口圧力の算出結果と、前記流量調節弁の差圧又は前記流量調節弁の入口圧力の計測値と、に基づいて、前記流量調節弁の開度指令を求めるように構成された開度指令演算部と、
を備える。
この開度指令を求める過程において、流量調節弁の出口圧力を算出する際に、車室圧力の算出結果と、流量調節弁から燃焼器までの配管における圧力損失の算出結果と、に基づいて、流量調節弁の出口圧力を算出する。これにより、流量調節弁から燃焼器までの配管の圧力損失を考慮して流量調節弁を開度制御することができ、高精度な制御が可能となる。すなわち、例えば石炭ガス化複合発電プラント(IGCC)の場合、ガスタービンコンバインドサイクル発電(GTCC)に比べて、燃焼ノズルの圧力損失と比較して、車室から流量調節弁下流端までの配管圧力損失が占める割合が大きい。従って、流量調節弁の開度指令値を算出する際、配管における圧力損失を考慮に入れることにより、開度指令値を正確に求めることができ、より精度の高い制御が可能になる。そのため、ガスタービンの燃料供給配管から圧力調節弁を廃止した場合であっても、所望の流量の燃料を燃焼器に供給することができる。また、開度指令値を算出するための計器数の削減が可能になる。
前記開度指令演算部は、前記流量調節弁の下流側温度の計測値に基づいて、前記開度指令を求めるように構成される。
前記車室圧力演算部は、前記燃料流量指令と、前記ガスタービンの圧縮機のIGV開度と、前記圧縮機の吸気温度と、に基づいて、前記車室圧力を算出するように構成される。
前記配管圧損演算部は、前記流量調節弁を流れる前記可燃性ガスの流量と、前記流量調節弁の下流側圧力と、前記流量調節弁の下流側温度と、に基づいて、前記圧力損失を算出するように構成される。
複数の前記流量調節弁が、前記配管に並列に設けられており、
前記開度指令演算部は、複数の前記流量調節弁について共通の前記開度指令を求めるように構成される。
この場合において、上記(5)の構成によれば、複数の流量調節弁の開度制御を簡素な手法で行うことができる。
前記開度指令演算部は、複数の前記流量調節弁に対する前記共通の前記開度指令が前記流量調節弁の最小開度に到達したとき、複数の前記流量調節弁の少なくとも一つ流量調節弁を閉じる閉弁指令を生成するとともに、前記燃料流量指令を実現するための開度指令を残りの前記流量調節弁に対して生成するように構成される。
前記開度指令演算部は、複数の前記流量調節弁に対する前記共通の前記開度指令が、前記流量調節弁の最小開度に到達したときの全流量係数が弁の切替時において維持されるように構成される。
前記開度指令演算部は、
複数の前記流量調節弁が前記最小開度であるときの合成Cv値に対応する前記残りの前記流量調節弁の目標開度を算出し、
前記少なくとも一つの流量調節弁の開度をゼロまで第1レートで減少させる前記閉弁指令を算出し、
前記残りの前記流量調節弁の開度を前記目標開度まで第2レートで増加させる前記開度指令を算出するように構成される。
前記第1レートおよび前記第2レートは、前記少なくとも一つの流量調節弁の開度がゼロに到達する時点と、前記残りの前記流量調節弁の開度が前記目標開度に到達する時点とが一致するように設定される。
前記ガス化複合発電プラントは、前記ガスタービンの燃焼器に油燃料を供給するための油供給配管をさらに備え、前記配管からの前記可燃性ガスと前記油供給配管からの前記油燃料とで燃料を切替え可能に構成されており、
前記燃料流量指令を実現するための開度指令が、全ての前記流量調節弁について、該流量調節弁の最小開度に到達したとき、前記ガス化複合発電プラントは、前記可燃性ガスから前記油燃料に切り替えるように構成される。
このような構成のガス化複合発電プラントの場合、全ての流量調節弁の開度指令が最小開度に到達して、流量調節弁によって可燃性ガスの流量を適切に絞ることができなくなっても、上記(10)のように可燃性ガスから油燃料に切り替えることで、安定した燃焼制御を継続することができる。
ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動されるガスタービンと、前記ガス化炉から前記ガスタービンに前記可燃性ガスを供給する配管に並列に設けられた複数の流量調節弁と、を備えたガス化複合発電プラントの制御装置であって、
複数の前記流量調節弁のそれぞれの開度指令を算出するための開度指令演算部を備え、
前記開度指令演算部は、
複数の前記流量調節弁について共通の前記開度指令を求めるとともに、
複数の前記流量調節弁に対する前記共通の前記開度指令が前記流量調節弁の最小開度に到達したとき、複数の前記流量調節弁の少なくとも一つ流量調節弁を閉じる閉弁指令を生成し、前記燃料流量指令を実現するための開度指令を残りの前記流量調節弁に対して生成する
ように構成される。
また、複数の流量調節弁に共通の開度指令を与えることで、複数の流量調節弁の開度制御を簡素化することができる。
さらに、可燃性ガスの流量が少ないとき、複数の流量調節弁のうち少なくとも一つを閉じて、残りの流量調節弁によって可燃性ガスの流量を調節するという流量調節弁の分担変更制御を行うことで、各流量調節弁を最小開度以上の範囲で適切に制御することができる。
前記制御装置は、前記ガスタービンの圧縮機のIGVの開度指令値を生成するためのIGV開度指令生成部をさらに備え、
前記IGV開度指令生成部は、
前記可燃性ガスと、該可燃性ガスよりも発熱量が大きい他の燃料との間での前記ガス化複合発電プラントの燃料切替時、全燃料に対する前記可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれて前記IGVの前記開度指令値を閉側に向けて減少させる
ように構成される。
前記制御装置は、前記ガスタービンの圧縮機で生成された圧縮空気のうち、前記ガスタービンの燃焼器の燃焼領域をバイパスする圧縮空気量を調節するための空気バイパス弁の開度指令値を生成するための空気バイパス弁開度指令生成部をさらに備え、
前記可燃性ガスと、該可燃性ガスよりも発熱量が大きい他の燃料との間での前記ガス化複合発電プラントの燃料切替時、全燃料に対する前記可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれて前記空気バイパス弁の前記開度指令値を開側に向けて増加させる
ように構成される。
ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動可能に構成されたガスタービンと、を備えたガス化複合発電プラントの制御装置であって、
前記ガスタービンの圧縮機のIGVの開度指令値を生成するためのIGV開度指令生成部を備え、
前記IGV開度指令生成部は、
前記可燃性ガスと、該可燃性ガスよりも発熱量が大きい他の燃料との間での前記ガス化複合発電プラントの燃料切替時、全燃料に対する前記可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれて前記IGVの前記開度指令値を閉側に向けて減少させる
ように構成される。
そこで、上記(14)に係る幾つかの実施形態は、上述の課題(ガスタービンの燃料供給配管から圧力調節弁を廃止した場合であっても、流量調節弁を精度よく制御すること)ではなく、ガス化複合発電プラントの燃料切替時における燃焼安定性を向上させるとともに、可燃性ガスの燃料としての利用に伴うガスタービン入口温度の低下を抑制することを目的とする。
上記(14)の構成によれば、IGV開度指令生成部により、可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれてIGVの開度を減少させることで、低カロリーである可燃性ガスの使用に伴うタービン入口温度低下を抑制するとともに、燃料切替時における燃焼安定性を向上させることができる。
前記IGV開度指令生成部は、
前記ガス化複合発電プラントの起動時における前記他の燃料から前記可燃性ガスへの燃料切替時、前記可燃性ガスの前記燃料比率の増加とともに前記IGVの前記開度指令値を閉側に向けて減少させる
ように構成される。
前記IGV開度指令生成部は、前記可燃性ガスの前記燃料比率が100%のとき、前記IGVを全閉にする前記開度指令値を生成するように構成される。
ガス化炉と、
前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動されるガスタービンと、
前記ガス化炉から前記ガスタービンに前記可燃性ガスを供給する配管に設けられた流量調節弁と、
前記流量調節弁を制御するように構成された、上記(1)乃至(13)の何れかに記載の制御装置と、
を備える。
上記(17)の構成によれば、ガス化複合発電プラントが上記(11)で述べた構成の制御装置を備える場合、複数の流量調節弁に共通の開度指令を与えることで、複数の流量調節弁の開度制御の簡素化が可能であるとともに、流量調節弁の分担変更制御を行うことで、各流量調節弁を最小開度以上の範囲で適切に制御することができる。
ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動されるガスタービンと、前記ガス化炉から前記ガスタービンに前記可燃性ガスを供給する配管に設けられた流量調節弁と、を備えたガス化複合発電プラントの制御方法であって、
前記ガスタービンの車室圧力を算出するステップと、
前記流量調節弁から前記ガスタービンの燃焼器までの前記配管における圧力損失を算出するステップと、
前記車室圧力の算出結果と、前記圧力損失の算出結果と、に基づいて、前記流量調節弁の出口圧力を算出するステップと、
前記ガスタービンの燃料流量指令と、前記出口圧力の算出結果と、前記流量調節弁の差圧又は前記流量調節弁の入口圧力の計測値と、に基づいて、前記流量調節弁の開度指令を求めるステップと、
を備える。
ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動可能であるガスタービンと、を備えたガス化複合発電プラントの制御方法であって、
前記ガスタービンの圧縮機のIGVの開度指令値を生成するステップを備え、
前記IGVの前記開度指令値を生成するステップでは、
前記可燃性ガスと、該可燃性ガスよりも発熱量が大きい他の燃料との間での前記ガス化複合発電プラントの燃料切替時、全燃料に対する前記可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれて前記IGVの前記開度指令値を閉側に向けて減少させる。
なお、以下の実施形態では、一例としてガス化炉3の燃料に石炭が用いられる石炭ガス化複合発電プラント(IGCC)について説明する。但し、本実施形態のプラント1の種類はこれに限定されるものではなく、ガス化炉3の燃料として、例えばコークス、石油残渣、ピッチ、オイルシェール、廃タイヤ、プラスティック等の他の固形燃料が用いられるプラント1であってもよい。
より具体的には、図1に示す実施形態に係るガス化複合発電プラント1は、石炭供給設備2と、ガス化炉3と、脱塵装置4と、ガス処理設備5と、発電設備6と、を備えている。
ガス化炉3は、石炭供給設備2からの微粉炭と、脱塵装置4で回収されたチャーと、圧縮機16からの圧縮空気と、空気分離装置17で分離された酸素とが供給され、ガス化反応によって可燃性ガスを生成するように構成される。ガス化炉3で生成された可燃性ガスは、脱塵装置4に搬送される。
脱塵装置4は、ガス化炉3からの可燃性ガスからチャーを分離するように構成される。チャーが除去された可燃性ガスは、ガス処理設備5に搬送される。可燃性ガスから分離されたチャーはガス化炉3に供給される。
ガス処理設備5は、脱塵装置4からの可燃性ガスに含まれるCOSをH2S及びCO2に変換してH2Sを含む可燃性ガスを生成し、このH2Sを含む可燃性ガスからHClやNH3等の不純物やH2Sを除去し、COやH2を主成分とする可燃性ガスを生成するようになっている。ガス処理設備5で処理された後の可燃性ガスは、配管20を通って発電設備6に供給される。
なお、配管20には、燃焼器7に供給する可燃性ガスの供給を遮断するための遮断弁(図示略)が設けられていてもよい。
なお、図1に示す実施形態では、ガスタービン10と蒸気タービン12とを一軸配置とし、1基の発電機13を設けた構成としているが、この構成に限定されるものではない。例えば、ガスタービン10と蒸気タービン12とを二軸配置するとともに、2基の発電機をそれぞれ接続した構成であってもよい。
なお、ガスタービン10と蒸気タービン12とを一軸配置する場合、発電機13の出力(IGCC出力)を例えば電力計により計測し、IGCCの出力の計測結果から蒸気タービン12の出力を差し引くことで、ガスタービン10の出力を求めることができる。一方、ガスタービン10と蒸気タービン12とを二軸配置する場合、ガスタービン10の発電機の出力を計測し、これをガスタービン10の出力としてもよい。こうして得られるガスタービン10の出力は、後述する制御装置30における流量調節弁22の開度制御に用いられる。
タービン9を回転させた燃焼ガスは排ガスとして排出され、排熱回収ボイラ15に供給される。排熱回収ボイラ15は、タービン9からの排ガスの排熱を利用して、復水器14から供給される水を加熱して蒸気を生成する。そして、排熱回収ボイラ15で生成された蒸気は蒸気タービン12に供給される。蒸気タービン12は、排熱回収ボイラ15からの蒸気によって回転駆動され、ガスタービン10とともに回転軸を介して発電機13を駆動するようになっている。これにより発電機13では発電が行われる。
BPTセンサ及びEXTセンサにより計測された温度や、蒸気タービン12の出力(発電機13の出力)、及びガスタービン10の回転速度又は回転数等のガス化複合発電プラント1の運転状態に関する状態量は、図2を参照して後述する制御装置30に入力されてもよい。この場合、例えば、BPTセンサ及びEXTセンサによる温度計測値は、それぞれ、図2を参照して後述する温度制御指令EXCSO、BPCSOを算出するために用いられてもよい。
図2は、一実施形態に係る流量調節弁22の制御の全体構成を示すブロック線図である。
なお、蒸気タービン12の出力(蒸気タービン出力)は、例えば、蒸気タービン12の入口状態量から演算により求めてもよい。あるいは、蒸気タービン12の回転数及びトルク等の計測値から演算により、蒸気タービン12の出力を求めてもよい。
弁開度設定ユニット40は、選択回路35から与えられた燃料流量指令CSOに対応する弁開度を算出し、この弁開度を流量調節弁22の開度指令FCVとして出力する。
図3は、一実施形態に係る流量調節弁22の制御装置30Aを備えたガス化複合発電プラント1Aを示す図である。図4は、図3に示す制御装置30Aに含まれる弁開度設定ユニット40Aの具体的構成を示すブロック線図である。
図5は、他の実施形態に係る流量調節弁22の制御装置30Bを備えたガス化複合発電プラント1Bを示す図である。図6は、図5に示す制御装置30Bに含まれる弁開度設定ユニット40Bの具体的構成を示すブロック線図である。
なお、以下では、図3及び図4に示す実施形態における構成要素と、図5及び図6に示す実施形態における構成要素とが互いに対応関係にある場合、前者について符号末尾にAを付し、後者について符号末尾にBを付して表記することがある。また、図3及び図4における構成要素と図5及び図6における構成要素とを総称する場合、A及びBを付さずに符号(数字)のみを表記することがある。
図3に示す例示的な実施形態では、流量調節弁22の近傍には、流量調節弁22の前後差圧を計測するための差圧計25が設けられる。一方、図5に示す例示的な実施形態では、流量調節弁22の入口側には、流量調節弁22の入口圧力P1を計測するための入口圧力計26が設けられる。
なお、以下で説明する制御装置30(弁開度設定ユニット40)における流量調節弁22の開度指令FCVの算出を行うためには、ガス化複合発電プラント1は、差圧計25又は入口圧力計26の少なくとも一方を備えていればよい。
さらに、ガス化複合発電プラント1は、他の計器も備えていてもよい。例えば、ガス化複合発電プラント1は、図3及び図5に示すように、圧縮機8の吸気温度T1Cを計測する吸気温度計24と、流量調節弁22の下流側圧力FGPを計測するための下流側圧力計27と、流量調節弁22の下流側温度FGTを計測するための下流側温度計28と、を備えていてもよい。
例えば、車室圧力演算部41は、図4及び図6に示すように、上述した選択回路35(図2参照)から与えられた燃料流量指令CSOと、圧縮機8のIGV開度と、圧縮機8の吸気温度T1Cとに基づいて、ガスタービン10の車室圧力を算出するように構成される。この場合、ガスタービン10の車室圧力を高精度に算出することができる。このため、車室圧力の算出結果(Pin_CAL)を用いた流量調節弁22の出口圧力P2_CALの算出精度が向上し、流量調節弁22の開度制御をより適切に行うことが可能になる。
例えば、配管圧損演算部42は、図4及び図6に示すように、流量調節弁22を流れる可燃性ガスの燃料流量CSO(FQ)と、流量調節弁22の下流側圧力(燃料圧力)FGPと、流量調節弁22の下流側温度(燃料温度)FGTと、に基づいて、配管20の圧力損失を算出するように構成される。これによれば、可燃性ガスの流量と、流量調節弁22の下流側圧力FGP及び下流側温度FGTとを考慮することで、流量調節弁22から燃焼器7までの圧力損失を高精度に算出することができる。このため、配管20の圧力損失の算出結果(Ploss_CAL)を用いた流量調節弁22の出口圧力P2の算出精度が向上し、流量調節弁22の開度制御をより適切に行うことが可能になる。
例えば、図4及び図6に示すように、出口圧演算部43は、車室圧力演算部41によって算出された車室圧力Pin_CALと、配管圧損演算部42によって算出された配管20の圧力損失Ploss_CALとを加算して、流量調節弁22の出口圧力P2_CALを算出するように構成された加算器であってもよい。
これにより、流量調節弁22から燃焼器7までの配管20の圧力損失を考慮して流量調節弁22を開度制御することができ、高精度な制御が可能となる。そのため、ガスタービン10の燃料供給配管20から圧力調節弁を廃止した場合であっても、所望の流量の燃料を燃焼器7に供給することができる。
幾つかの実施形態では、開度指令演算部44は、下記式(1)で表されるCv値(流量係数)を用いて、燃料流量指令CSOに応じた流量調節弁22の開度指令FCVを求める。
但し、上記式(1)において、kは比例定数(FCI(Fluid Controls Institute Inc.)が定めるCv値計算式の場合にはk=1/273)、Qgは燃料ガスの体積流量(Nm3/h)であり、Ggは標準状態の空気に対する燃料ガスの比重であり、T1は流量調節弁22の入口温度(K)であり、DPは流量調節弁22の前後差圧であり、P1は流量調節弁22の入口圧力であり、P2は流量調節弁22の出口圧力である。
図4に示す例示的な実施形態では、開度指令演算部44Aは、流量調節弁22の前後差圧の計測値DPと、流量調節弁22の入口圧力算出値P1_CALと、流量調節弁22の出口圧力算出値P2_CALと、燃料流量指令CSOから求まる所望の燃料ガス体積流量Qg_tgtと、流量調節弁22の下流側温度FGT、上流側圧力P1及び下流側圧力P2から求まる上流側温度T1_CALと、を上記式(1)に代入することで、実現すべきCv値を算出し、かかるCv値に対応する流量調節弁22の開度を開度指令FCVとして求める。
一方、図6に示す例示的な実施形態では、開度指令演算部44Bは、流量調節弁22の前後差圧の算出値DP_CALと、流量調節弁22の入口圧力計測値P1と、流量調節弁22の出口圧力算出値P2_CALと、燃料流量指令CSOから求まる所望の燃料ガス体積流量Qg_tgtと、流量調節弁22の下流側温度FGT、上流側圧力P1及び下流側圧力P2から求まる上流側温度T1_CALと、を上記式(1)に代入することで、実現すべきCv値を算出し、かかるCv値に対応する流量調節弁22の開度を開度指令FCVとして求める。
具体的には、出口圧演算部43において、車室圧力演算部41で算出された車室圧力Pin_CALと、配管圧損演算部42で算出された配管20の圧損Ploss_CALとを加算して、流量調節弁22の出口圧力P2_CALを算出する。また、入口圧演算部45において、出口圧演算部43で算出された出口圧力P2_CALと、差圧計25で計測された流量調節弁22の差圧DPとを加算して、流量調節弁22の入口圧力P1_CALを算出する。そして、開度指令演算部44Aでは、燃料流量指令CSOと、流量調節弁22の入口圧力P1_CAL及び出口圧力P2_CALと、差圧DPと、下流側温度計28で計測された下流側温度FGTとに基づいて、流量調節弁22の開度指令FCVを算出する。
この構成では、既存の差圧計25を用いれば、流量調節弁22の入口圧力P1を計測するための入口圧力計を設ける必要がないので、制御用計測器の設置数を削減することができる。
具体的には、出口圧演算部43において、車室圧力演算部41で算出された車室圧力Pin_CALと、配管圧損演算部42で算出された配管20の圧力損失Ploss_CALとを加算して、流量調節弁22の出口圧力P2_CALを算出する。また、差圧演算部46において、出口圧演算部43で算出された出口圧力P2_CALと、入口圧力計26で計測された入口圧力P1の差分から流量調節弁22の差圧DP_CALを算出する。そして、開度指令演算部44Bでは、燃料流量指令CSOと、流量調節弁22の入口圧力P1及び出口圧力P2_CALと、差圧DP_CALと、下流側温度計28で計測された下流側温度FGTとに基づいて、流量調節弁22の開度指令FCVを算出する。
この構成では、流量調節弁22の開度指令FCVを算出する際に、入口圧力計26で計測された入口圧力P1を用いているため、流量調節弁22を高精度に制御することができる。
図7は、一実施形態に係る複数の流量調節弁22を備えたガス化複合発電プラント1(1C〜1F)の全体構成を示す図である。図8は、図7に示す制御装置30Cに含まれる弁開度設定ユニット40Cの構成例を示すブロック線図である。図9は、図7に示す制御装置30Dに含まれる弁開度設定ユニット40Dの構成例を示すブロック線図である。図10は、図7に示す制御装置30Eに含まれる弁開度設定ユニット40Eの構成例を示すブロック線図である。図11は、図7に示す制御装置30Fに含まれる弁開度設定ユニット40Fの構成例を示すブロック線図である。
例えば、ガス化複合発電プラント1(1C〜1F)は、図7に示すように、流量調節弁22(221〜223)の前後差圧DP(DP1〜DP3)をそれぞれ計測するための複数の差圧計25(251〜253)や、流量調節弁22(221〜223)の入口圧力P1(P11〜P13)をそれぞれ計測するための複数の入口圧力計26(261〜263)を備えていてもよい。なお、図7には、ガス化複合発電プラント1(1C〜1F)が、差圧計25(251〜253)と、入口圧力計26(261〜263)の両方を備える例を示しているが、差圧計25(251〜253)又は入口圧力計26(261〜263)の少なくとも一方を備えていればよい。
この他、ガス化複合発電プラント1は、圧縮機8の吸気温度T1Cを計測する吸気温度計24や、流量調節弁22(221〜223)の下流側圧力FGPを計測するための下流側圧力計27や、流量調節弁22(221〜223)の下流側温度FGTを計測するための下流側温度計28をさらに備えていてもよい。
ガス化複合発電プラント1では、可燃性ガスの最大流量が大きいため、複数の流量調節弁(221〜223)を並列に設ける場合がある。この場合において、共通の開度指令を各弁22に与える上記構成によれば、複数の流量調節弁22(221〜223)の開度制御を簡素な手法で行うことができる。
なお、全ての流量調節弁22(221〜223)について共通の開度指令を算出する構成に限定されるものではなく、全ての流量調節弁22(221〜223)のうち少なくとも2以上の流量調節弁について共通の開度指令を算出する構成であってもよい。
差圧平均演算部47は、差圧計25(251〜253)でそれぞれ計測された差圧DP(DP1〜DP3)の差圧平均値DPmを算出するように構成される。
入口圧演算部45は、出口圧演算部43で算出された出口圧力P2_CALと、複数の流量調節弁22(221〜223)の差圧平均値DPmとを加算して、各流量調節弁22(221〜223)に共通の入口圧力P1_CALを算出するように構成された加算器であってもよい。
開度指令演算部44Cは、燃料流量指令CSOと、流量調節弁(221〜223)の入口圧力P1及び出口圧力P2_CALと、差圧平均値DPmと、下流側温度計28で計測された下流側温度FGTとに基づいて、複数の流量調節弁22(221〜223)に共通の開度指令FCV_comを算出するように構成される。開度指令演算部44で算出された開度指令FCV_comは、各流量調節弁22(221〜223)に出力される。
この構成によれば、複数の流量調節弁(221〜223)の差圧DP(DP1〜DP3)の差圧平均値DPmを用いて、複数の流量調節弁(221〜223)を同時に制御するようにしたので、演算処理の負荷軽減が図れる。
また、この構成において、既存の差圧計25(251〜253)を用いれば、流量調節弁(221〜223)の入口圧力P1(P11〜P13)を計測するための入口圧力計を設ける必要がないので、制御用計測器の設置数を削減することができる。
入口圧平均演算部48は、入口圧力計26(261〜263)でそれぞれ計測された入口圧力P1(P11〜P13)の平均値である入口圧力P1mを算出するように構成される。
差圧演算部46は、出口圧演算部43で算出された出口圧力P2_CALと、入口圧平均演算部48で算出された入口平均圧力P1mとの差分を算出することによって、流量調節弁22の差圧DP_CALを算出するように構成された差分器であってもよい。
開度指令演算部44Dは、燃料流量指令CSOと、流量調節弁22(221〜223)の入口圧力P1(P11〜P13)及び出口圧力P2_CALと、差圧演算部46で算出された差圧DP_CALと、下流側温度計28で計測された下流側温度FGTとに基づいて、複数の流量調節弁22(221〜223)に共通の開度指令FCV_comを算出するように構成される。開度指令演算部44Dで算出された開度指令FCV_comは、各流量調節弁(221〜223)に出力される。
この構成によれば、複数の流量調節弁22(221〜223)の入口圧力P1(P11〜P13)の平均値である入口圧力P1mを用いて、複数の流量調節弁22(221〜223)を同時に制御するようにしたので、演算処理の負荷軽減が図れる。
また、この構成において、流量調節弁22(221〜223)の開度指令FCV_comを算出する際に、入口圧力計26(261〜263)で計測された入口圧力P1(P11〜P13)を用いているため、流量調節弁22(221〜223)を高精度に制御することができる。
出口圧演算部43(431〜433)は、車室圧力演算部41で算出された車室圧力Pin_CALに、各配管圧損演算部42(421〜423)で算出された圧力損失Ploss_CAL(Ploss_CAL1〜Ploss_CAL3)をそれぞれ加算することによって、それぞれの流量調節弁22(221〜223)における出口圧力P2_CAL(P2_CAL1〜P2_CAL3)を算出するように構成された加算器であってもよい。
入口圧演算部45(451〜453)は、各出口圧演算部43(431〜433)で算出された各々の出口圧力P2_CAL(P2_CAL1〜P2_CAL3)と、各差圧計25(251〜253)で計測された流量調節弁22(221〜223)の差圧DP(DP1〜DP3)とを加算して、各流量調節弁22(221〜223)の入口圧力P1_CAL(P1_CAL1〜P1_CAL3)を算出するように構成された加算器であってもよい。
開度指令演算部44E(44E1〜44E3)は、開度振り分け演算部49で振り分けられた各弁の燃料流量と、流量調節弁22(221〜223)の入口圧力P1_CAL(P1_CAL1〜P1_CAL3)及び出口圧力P2_CAL(P2_CAL1〜P2_CAL3)と、各差圧計25(251〜253)で計測された差圧DP(DP1〜DP3)と、下流側温度計28で計測された下流側温度FGTとに基づいて、各々の流量調節弁22(221〜223)に対する開度指令を算出するように構成される。開度指令演算部44A〜44Cで算出された各開度指令FCV(FCV1〜FCV3)は、各流量調節弁(221〜223)に出力される。
この構成によれば、複数の流量調節弁(221〜223)を個別に制御するようにしたので、より各流量調節弁(221〜223)を高精度で制御することができる。
また、この構成において、既存の差圧計25(251〜253)を用いれば、流量調節弁22(221〜223)の入口圧力を計測するための入口圧力計を設ける必要がないので、制御用計測器の設置数を削減することができる。
出口圧演算部43(431〜433)は、車室圧力演算部41で算出された車室圧力Pin_CALに、各配管圧損演算部42(421〜423)で算出された圧力損失Ploss_CAL(Ploss_CAL1〜Ploss_CAL3)をそれぞれ加算することによって、それぞれの流量調節弁22(221〜223)における出口圧力P2_CAL(P2_CAL1〜P2_CAL3)を算出するように構成された加算器であってもよい。
差圧演算部46(461〜463)は、出口圧演算部43(431〜433)で算出された各々の出口圧力P2_CAL(P2_CAL1〜P2_CAL3)と、入口圧力計26(261〜263)で計測された入口圧力P1(P11〜P13)との差分をそれぞれ算出することによって、各流量調節弁22の差圧DP_CAL(DP_CAL1〜DP_CAL3)を算出するように構成された差分器であってもよい。
開度指令演算部44F(44F1〜44F3)は、開度振り分け演算部49で振り分けられた燃料流量と、流量調節弁(221〜223)の入口圧力P1(P11〜P13)及び出口圧力P2_CAL(P2_CAL1〜P2_CAL3)と、差圧演算部46(461〜463)で算出された差圧DP_CAL(DP_CAL1〜DP_CAL3)と、下流側温度計28で計測された下流側温度FGTとに基づいて、各々の流量調節弁22(221〜223)に対する開度指令FCV(FCV1〜FCV3)を算出するように構成される。開度指令演算部44F(44F1〜44F3)で算出された各開度指令FCV(FCV1〜FCV3)は、各流量調節弁22(221〜223)に出力される。
この構成によれば、複数の流量調節弁22(221〜223)を個別に制御するようにしたので、より各流量調節弁22(221〜223)を高精度で制御することができる。
また、この構成において、流量調節弁22(221〜223)の開度指令FCV(FCV1〜FCV3)を算出する際に、入口圧力計26(261〜263)で計測された入口圧力P1(P11〜P13)を用いているため、流量調節弁22(221〜223)を高精度に制御することができる。
なお、図12Aは、複数の流量調節弁(3弁)221〜223の開度制御を示すタイミングチャートである。図12Bは、複数の流量調節弁(2弁)222,223の開度制御を示すタイミングチャートである。図13は、複数の流量調節弁22の合成Cv値の特性を示すグラフである。ここで、合成Cv値とは、複数弁の場合において、各弁のCv値(流量係数)を合計した値を言う。
この場合、図12A及び図12Bに示すように、開度指令演算部44E1〜44E3,44F1〜44F3は、プラント1の運転状態の変動により、複数の流量調節弁22(221〜223)に対する共通の開度指令が流量調節弁22(221〜223)の最小開度MINに到達したとき、複数の流量調節弁22(221〜223)のうち一以上の流量調節弁(221)を閉じる閉弁指令を生成するとともに、燃料流量指令を実現するための開度指令を残りの流量調節弁(222,223)に対して生成するように構成される。
これにより、燃焼器7に供給される可燃性ガスの流量が少ないとき、複数の流量調節弁22(221〜223)を切り替え、少なくとも一つの流量調節弁(例えば流量調節弁221)を閉じて、残りの流量調節弁(例えば流量調節弁222,223)によって可燃性ガスの流量を調節するという流量調節弁22(221〜223)の分担変更制御を行うことで、各流量調節弁22を最小開度MIN以上の範囲で、ガスタービン10の燃焼制御が安定するように、適切に制御することができる。
これにより、流量調節弁22の切替開始時点から切替終了時点までの期間(流量調節弁の切替区間の全期間)において、燃焼制御を安定して行うことができる。
図13において、通常運転時(運転点a)で3弁同時制御で制御されている流量調節弁22に供給される燃料流量が変動して、3弁同時に最少開度MIN(運転点b)に到達した場合、3弁同時制御から2弁同時制御への切替制御が開始される。すなわち、一弁を閉操作(閉じる方向の操作)とし、残り2弁は開操作(開く方向の操作)とする制御に移行する。この場合、3弁のうち、一弁を閉操作して残り2弁を開操作する切替区間では、3弁同時に最少開度MINに到達した時の3弁の合計Cv値(Cv1)が維持され、その時の燃料流量がそのまま維持される。そのため、弁の切替区間においても、安定した燃焼制御が得られる。3弁から2弁への切替は、閉操作の一弁が全閉に至るまで、合計Cv値(Cv1)を維持した状態で、弁の切替制御が継続される。この操作は、最終的に2弁合成Cv値ライン上の運転点cに到達するまで継続する。この移行期間を流量調節弁22の切替区間と呼ぶ。運転点bから運転点cに移行する途中における開操作中の残り2弁の開度は、合計Cv値(Cv1)である点b−c線上の任意の運転点Xに対応する弁開度(RV)(図13で運転点Xから横軸に降ろした破線が交わる点)で表示される。
例えば、開度指令演算部44E1〜44E3,44F1〜44F3は、3弁が全て動作している時は、図13に示す3弁合成Cv値と弁開度との関係を用いて各流量調節弁22(221〜223)について共通の弁開度指令FCV_comを算出する。そして、プラント1の運転状態の変化に伴い、複数の流量調節弁22(221〜223)が最小開度MINとなった時、1つの流量調節弁221の開度をゼロまで減少させる開弁指令FCV1を算出する。一方、残りの流量調節弁222,223に対しては、最小開度MINの時点t1における3弁合成Cv値であるCv1から、2弁合成Cv値と弁開度との関係を用いて2つの流量調節弁222,223の目標開度(即ち、Cv1を2弁で実現するための運転点c(図13参照)に対応した弁開度)を算出し、この目標開度となるように2つの流量調節弁222,223の開度指令を算出する。
これにより、燃焼器7に供給される可燃性ガスの流量が少ないとき、複数の流量調節弁22(221〜223)を切り替え、少なくとも一つの流量調節弁(例えば流量調節弁221)を閉じて、残りの流量調節弁(例えば流量調節弁222,223)によって可燃性ガスの流量を調節するという流量調節弁22(221〜223)の分担変更制御を行うに際して、分担変更制御の前後において合成Cv値を維持することが可能になる。よって、流量調節弁22の分担変更制御によって、燃焼器7に供給される可燃性ガスの流量に及ぼす影響を低減できる。
これにより、流量調節弁22の分担変更制御中における合成Cv値の変動を抑制することができ、燃焼器7に供給される可燃性ガスの流量を安定的に調節することができる。
図14に示す実施形態では、ガス化複合発電プラント1Gは、ガスタービン10の燃焼器7に可燃性ガスを供給するための可燃性ガス供給系統50と、ガスタービン10の燃焼器7に油燃料を供給するための油供給系統60と、を備えている。
このガス化複合発電プラント1は、油燃料と可燃性ガスとで燃料を切替え可能に構成されている。例えば、起動時等の低負荷運転領域では、油供給系統60によって油燃料が燃焼器7に供給され、定常運転時等の高負荷運転領域では、可燃性ガス供給系統50によって可燃性ガスが燃焼器7に供給される。
なお、ガス化炉3及びその周辺構成については図1と同一であるため、図14では省略している。
このような構成を備えるガス化複合発電プラント1においては、上述した開度指令演算部44A〜44Fは、燃焼器7に供給される可燃性ガスの流量を示す燃料流量指令に基づいて、流量調節弁22の開度指令を求めるように構成される。
図15に示すように、燃料切替え時、可燃性ガスの流量を示す可燃性ガス燃料流量指令と、油燃料の流量を示す油燃料流量指令とは、負荷MW1と負荷MW2との間において徐々に切り替えられるようになっている。例えば、起動時や停止前等の低負荷運転領域においては、ガスタービン10は主として油燃料で駆動され、定格運転時等の高負荷運転領域においては、ガスタービン10は主として可燃性ガスで駆動される。そのため、低負荷運転領域と高負荷運転領域との間の遷移期間は、油燃料流量指令と可燃性ガス燃料流量指令とを切り替える切替領域となっている。
なお、図16〜図20を参照して以下で説明する実施形態は、弁開度設定ユニット40における流量調節弁22の開度制御に係る前述の実施形態に替えて、または、前述の実施形態に加えて、燃料切替時においてIGVの開度制御を行うものである。
ガス化複合発電プラント1Hは、図14を用いて上述したガス化複合発電プラント1Gと同様に、高カロリー燃料の流量を調節するための流量調節弁65と、流量調節弁65の上流側に設けられた圧力調節弁64と、を備える。これにより、圧力調節弁64を開度制御することで流量調節弁65の上流側の圧力を適切な範囲内に維持しながら、流量調節弁64の開度制御により燃焼器7に供給される高カロリー燃料の流量を調節することができる。なお、図16において、ガス化複合発電プラント1Gと共通する構成要素は、同一の符号を付しており、各構成要素の詳しい説明は省略する。
IGV80は、アクチュエータ82によって回動可能に構成されている。アクチュエータ82によって空気流れに対するIGV80の翼角を調節することで、IGV80の開度を最小値(0%開度)と最大値(100%開度)との間で任意に調節可能となっている。なお、IGV80の開度を小さくすると圧縮機8に流入する空気量は減少し、IGV80の開度を大きくすると圧縮機8に流入する空気量は増大する。
空気バイパス弁90は、図17に示すように、燃焼器7の燃焼筒(内筒)72に形成される燃焼領域73をバイパスする圧縮空気量を調節するように構成される。即ち、ガスタービン10では、圧縮機8で生成された圧縮空気100がガスタービン10の車室11の内部空間101を介して燃焼器7に供給されるようになっている。ここで、空気バイパス弁90を開いた状態では、圧縮空気100の一部である燃焼用空気(符号102参照)のみが燃焼器7の燃焼筒72(燃焼器ノズル70)に供給され、圧縮空気100の残部であるバイパス空気(符号104参照)は燃焼器7の燃焼領域73の下流側に供給される。空気バイパス弁90は、不図示のアクチュエータによって開度制御可能に構成されており、空気バイパス弁90の開度は最小値(0%開度)と最大値(100%開度)との間で任意に調節可能である。なお、空気バイパス弁90の開度を小さくすると燃焼領域73をバイパスする空気量(バイパス空気104の流量)が減少し、空気バイパス弁90の開度を大きくすると燃焼領域73をバイパスする空気量(バイパス空気104の流量)が増大する。
また、図18(a)及び(b)に示すように、燃焼器7は、燃焼筒72の内周側に設けられるフィンリング110を備える。フィンリング110は、周方向に複数のフィン部112を有しており、各フィン部112は燃焼器7の軸方向に沿って延在している。フィンリング110は、燃焼器7の軸方向において複数設けられており、下流側のフィンリング110bの内径は上流側のフィンリング110aの外径よりも大きくなっている。一方、燃焼筒72には冷却空気孔114が設けられており、この冷却空気孔114を介して車室11の内部空間101から圧縮空気102の一部(冷却空気)が燃焼筒72内に導入される。燃焼筒72内に導入された冷却空気はフィンリング110aのフィン部112間を燃焼器7の軸方向に沿って下流側に流れ、燃焼筒72の内壁面(正確には、下流側に位置する他のフィンリング110bの内壁面)をフィルム冷却するようになっている。
制御装置30Hは、選択回路35から出力された燃料流量指令CSOに基づいて、可燃性ガスと高カロリー燃料のそれぞれの燃料流量指令を設定するための燃料流量設定部200を備える。燃料流量設定部200は、乗算器204及び関数206を有する。乗算器204は、燃料比率設定器202によって設定されたガス燃料比率FRCSO(=全燃料に対して可燃性ガスが占める比率)と燃料流量指令CSOとを乗算することで、可燃性ガスの燃料流量指令MCSOを算出するようになっている。一方、関数206は、燃料比率設定器202によって設定されたガス燃料比率FRCSOに基づいて、燃料流量指令CSOから高カロリー燃料流量指令SCSOを算出するようになっている。具体的には、関数206は、ガス燃料比率FRCSO及び燃料流量指令CSOを下記式(2)に代入することで、高カロリー燃料流量指令SCSOを算出する。
SCSO=CSO×(100%−FRCSO[%])/100% (2)
IGV開度指令生成部210により、可燃性ガスの燃料比率FRCSOが増加するにつれてIGV80の開度を減少させることで、低カロリーである可燃性ガスの使用に伴うタービン9の入口温度低下を抑制するとともに、高カロリー燃料から可燃性ガスへの燃料切替時における燃焼器7の燃焼安定性を向上させることができる。
幾つかの実施形態では、IGV開度指令生成部210は、可燃性ガスの燃料比率FRCSOが100%のとき(可燃性ガスの専焼時)、IGV80を全閉にする開度指令値(0%開度)を生成するように構成される。このように、可燃性ガスの専焼時におけるIGV80の開度を全閉に設定することで、可燃性ガスの燃料比率FRCSOに応じたIGV80の開度調整による空気量の調節幅を大きく確保することができる。一方、可燃性ガスの燃料比率FRCSOが0%のとき(高カロリー燃料の専焼時)、IGV開度指令生成部210は、高カロリー燃料の専焼時用に設定された開度指令値を出力する。専焼時用のIGV80の開度指令値は、最小開度(0%開度)よりも大きく、最大開度(100%開度)よりも小さな値であってもよい。
なお、図19に示す例示的な実施形態では、ガスタービン10の出力及び圧縮機8の入口側における吸気温度に応じて、IGV開度指令生成部210が開度指令値を補正して出力するようになっている。
バイパス弁開度指令生成部220により、可燃性ガスの燃料比率FRCSOが増加するにつれて空気バイパス弁90の開度を増加させることで、高カロリー燃料から可燃性ガスへの燃料切替時における燃焼領域73の温度低下を抑制するとともに、燃焼器7の燃焼安定性を向上させることができる。
幾つかの実施形態では、バイパス弁開度指令生成部220は、可燃性ガスの燃料比率FRCSOが100%のとき(可燃性ガスの専焼時)、上述のフィンリング110の出口におけるフィルム空気量(又はフィルム空気の流速)の必要量を確保可能な上限開度に空気バイパス弁90の開度指令値を設定する。このように、可燃性ガスの専焼時における空気バイパス弁90の開度指令値をフィルム空気量(又は流速)から定まる上限開度に設定することで、燃焼器7の燃焼筒72の冷却を効果的に行いながら、燃焼器7の燃焼領域73に供給される空気量を低減して燃焼領域73の温度低下を抑制するとともに、燃焼器7の燃焼安定性を向上させることができる。一方、可燃性ガスの燃料比率FRCSOが0%のとき(高カロリー燃料の専焼時)、バイパス弁開度指令生成部220は、空気バイパス弁90の開度を全閉(0%開度)に設定してもよい。
なお、図19に示す例示的な実施形態では、ガスタービン10の出力及び圧縮機8の入口側における吸気温度に応じて、バイパス弁開度指令生成部220が開度指令値を補正して出力するようになっている。
図19に示す例示的な実施形態では、弁開度設定ユニット40(40A〜40F)は、燃料流量設定部200から出力された可燃性ガスの燃料流量指令MCSOから、上述した手法により流量調節弁22の弁開度指令を算出するようになっている。なお、弁開度設定ユニット40(40A〜40F)による流量調節弁22の弁開度指令の算出方法は上述のとおりであるから、ここでは説明を省略する。
また、圧調弁制御部230は、高カロリー燃料の供給系統60における燃料供給圧(FOP)の検出結果に基づいて、燃料流量設定部200から出力された高カロリー燃料の燃料流量指令SCSOから圧力調節弁64の開度指令を生成する。同様に、流調弁制御部240は、燃料流量設定部200から出力された高カロリー燃料の燃料流量指令SCSOから流量調節弁65の開度指令を生成する。
これら弁開度設定ユニット40、圧調弁制御部230及び流調弁制御部240の働きにより、燃料比率設定器202によって設定された可燃性ガスの燃料比率FRCSOに応じて、可燃性ガスと高カロリー燃料との間での燃料切替時において、流量調節弁(22,65)及び圧力調節弁64を適切に制御することができる。
図20には、ガス化複合発電プラント1Hの起動時において、高カロリー燃料(例えば油燃料)から可燃性ガスへの燃料切替を行う場合におけるIGV80及び空気バイパス弁90の開度制御を行う様子を示している。
同図に示すように、時刻t1〜t2において、制御装置30Hの燃料比率設定器202により、ガス燃料比率FRCSOを0%から100%まで増加させる。この際、時刻t1以前の高カロリー燃料の専焼時に比べて、可燃性ガスの燃料比率FRCSOの増加に伴うタービン9の入口温度低下や燃焼器7における燃焼の不安定化等の問題が生じやすくなる。そこで、制御装置30HのIGV開度指令生成部210は、時刻t1〜t2において、ガス燃料比率FRCSOの増加に伴い、IGV80の開度指令値を、高カロリー燃料の専焼時における設定開度から全閉(0%開度)まで減少させる。一方、制御装置30Hのバイパス弁開度指令生成部220は、時刻t1〜t2において、ガス燃料比率FRCSOの増加に伴い、空気バイパス弁90の開度指令値を、全閉(0%開度)から燃焼筒72の必要フィルム冷却量(又は流量)を確保可能な上限開度まで増大させる。
図20に示す例示的な実施形態では、ガス化複合発電プラント1Hの起動に際して、燃料切替開始時刻t1〜パージ終了時刻t3までガスタービン10の出力は一定に維持される。そして、パージ終了時刻t3以降、制御装置30Hによる制御下で、ガスタービン10の出力が定格出力に向けて増加していく。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
3 ガス化炉
5 ガス処理設備
6 発電設備
7 燃焼器
8 圧縮機
9 タービン
10 ガスタービン
12 蒸気タービン
13 発電機
15 排熱回収ボイラ
20 配管
22 流量調節弁
24 吸気温度計
25 差圧計
26 入口圧力計
27 下流側圧力計
28 下流側温度計
30 制御装置
40 弁開度設定ユニット
41 車室圧力演算部
42 配管圧損演算部
43 出口圧演算部
44 開度指令演算部
45 入口圧演算部
46 差圧演算部
47 差圧平均演算部
48 入口圧平均演算部
49 開度振り分け演算部
50 可燃性ガス供給系統
60 油供給系統
70 燃焼器ノズル
72 燃焼筒
73 燃焼領域
74 トランジションピース
82 アクチュエータ
90 空気バイパス弁
110 フィンリング
112 フィン部
114 冷却空気孔
200 燃料流量設定部
202 燃料比率設定器
204 乗算器
206 関数
210 開度指令生成部
220 バイパス弁開度指令生成部
230 圧調弁制御部
240 調弁制御部
Claims (19)
- ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動可能に構成されたガスタービンと、前記ガス化炉から前記ガスタービンに前記可燃性ガスを供給する配管に設けられた流量調節弁と、を備えたガス化複合発電プラントの制御装置であって、
前記ガスタービンの車室圧力を算出するための車室圧力演算部と、
前記流量調節弁から前記ガスタービンの燃焼器までの前記配管における圧力損失を算出するための配管圧損演算部と、
前記車室圧力演算部によって算出された前記車室圧力と、前記配管圧損演算部によって算出された前記圧力損失と、に基づいて、前記流量調節弁の出口圧力を算出するための出口圧演算部と、
前記ガスタービンの燃料流量指令と、前記出口圧演算部による前記出口圧力の算出結果と、前記流量調節弁の差圧又は前記流量調節弁の入口圧力の計測値と、に基づいて、前記流量調節弁の開度指令を求めるように構成された開度指令演算部と、
を備えることを特徴とするガス化複合発電プラントの制御装置。 - 前記開度指令演算部は、前記流量調節弁の下流側温度の計測値に基づいて、前記開度指令を求めるように構成されたことを特徴とする請求項1に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。
- 前記車室圧力演算部は、前記燃料流量指令と、前記ガスタービンの圧縮機のIGV開度と、前記圧縮機の吸気温度と、に基づいて、前記車室圧力を算出するように構成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。
- 前記配管圧損演算部は、前記流量調節弁を流れる前記可燃性ガスの流量と、前記流量調節弁の下流側圧力と、前記流量調節弁の下流側温度と、に基づいて、前記圧力損失を算出するように構成されたことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。
- 複数の前記流量調節弁が、前記配管に並列に設けられており、
前記開度指令演算部は、複数の前記流量調節弁について共通の前記開度指令を求めるように構成されたことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。 - 前記開度指令演算部は、複数の前記流量調節弁に対する前記共通の前記開度指令が前記流量調節弁の最小開度に到達したとき、複数の前記流量調節弁の少なくとも一つ流量調節弁を閉じる閉弁指令を生成するとともに、前記燃料流量指令を実現するための開度指令を残りの前記流量調節弁に対して生成するように構成されたことを特徴とする請求項5に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。
- 前記開度指令演算部は、複数の前記流量調節弁に対する前記共通の前記開度指令が、前記流量調節弁の最小開度に到達したときの全流量係数が弁の切替時において維持されるように構成されたことを特徴とする請求項5又は6に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。
- 前記開度指令演算部は、
複数の前記流量調節弁が前記最小開度であるときの合成Cv値に対応する前記残りの前記流量調節弁の目標開度を算出し、
前記少なくとも一つの流量調節弁の開度をゼロまで第1レートで減少させる前記閉弁指令を算出し、
前記残りの前記流量調節弁の開度を前記目標開度まで第2レートで増加させる前記開度指令を算出する
ように構成されたことを特徴とする請求項6に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。 - 前記第1レートおよび前記第2レートは、前記少なくとも一つの流量調節弁の開度がゼロに到達する時点と、前記残りの前記流量調節弁の開度が前記目標開度に到達する時点とが一致するように設定されることを特徴とする請求項8に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。
- 前記ガス化複合発電プラントは、前記ガスタービンの燃焼器に油燃料を供給するための油供給配管をさらに備え、前記配管からの前記可燃性ガスと前記油供給配管からの前記油燃料とで燃料を切替え可能に構成されており、
前記燃料流量指令を実現するための開度指令が、全ての前記流量調節弁について、該流量調節弁の最小開度に到達したとき、前記ガス化複合発電プラントは、前記可燃性ガスから前記油燃料に切り替えるように構成されたことを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。 - ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動されるガスタービンと、前記ガス化炉から前記ガスタービンに前記可燃性ガスを供給する配管に並列に設けられた複数の流量調節弁と、を備えたガス化複合発電プラントの制御装置であって、
複数の前記流量調節弁のそれぞれの開度指令を算出するための開度指令演算部を備え、
前記開度指令演算部は、
複数の前記流量調節弁について共通の前記開度指令を求めるとともに、
複数の前記流量調節弁に対する前記共通の前記開度指令が前記流量調節弁の最小開度に到達したとき、複数の前記流量調節弁の少なくとも一つ流量調節弁を閉じる閉弁指令を生成し、前記ガスタービンの燃料流量指令を実現するための開度指令を残りの前記流量調節弁に対して生成する
ように構成されたことを特徴とするガス化複合発電プラントの制御装置。 - 前記ガスタービンの圧縮機のIGVの開度指令値を生成するためのIGV開度指令生成部をさらに備え、
前記IGV開度指令生成部は、
前記可燃性ガスと、該可燃性ガスよりも発熱量が大きい他の燃料との間での前記ガス化複合発電プラントの燃料切替時、全燃料に対する前記可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれて前記IGVの前記開度指令値を閉側に向けて減少させる
ように構成された
ことを特徴とする請求項1乃至11の何れか一項に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。 - 前記ガスタービンの圧縮機で生成された圧縮空気のうち、前記ガスタービンの燃焼器の燃焼領域をバイパスする圧縮空気量を調節するための空気バイパス弁の開度指令値を生成するための空気バイパス弁開度指令生成部をさらに備え、
前記可燃性ガスと、該可燃性ガスよりも発熱量が大きい他の燃料との間での前記ガス化複合発電プラントの燃料切替時、全燃料に対する前記可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれて前記空気バイパス弁の前記開度指令値を開側に向けて増加させる
ように構成された
ことを特徴とする請求項1乃至12の何れか一項に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。 - ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動可能に構成されたガスタービンと、を備えたガス化複合発電プラントの制御装置であって、
前記ガスタービンの圧縮機のIGVの開度指令値を生成するためのIGV開度指令生成部を備え、
前記IGV開度指令生成部は、
前記可燃性ガスと、該可燃性ガスよりも発熱量が大きい他の燃料との間での前記ガス化複合発電プラントの燃料切替時、全燃料に対する前記可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれて前記IGVの前記開度指令値を閉側に向けて減少させる
ように構成された
ことを特徴とするガス化複合発電プラントの制御装置。 - 前記IGV開度指令生成部は、
前記ガス化複合発電プラントの起動時における前記他の燃料から前記可燃性ガスへの燃料切替時、前記可燃性ガスの前記燃料比率の増加とともに前記IGVの前記開度指令値を閉側に向けて減少させる
ように構成された
ことを特徴とする請求項14に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。 - 前記IGV開度指令生成部は、前記可燃性ガスの前記燃料比率が100%のとき、前記IGVを全閉にする前記開度指令値を生成するように構成されたことを特徴とする請求項14又は15に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。
- ガス化炉と、
前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動されるガスタービンと、
前記ガス化炉から前記ガスタービンに前記可燃性ガスを供給する配管に設けられた流量調節弁と、
前記流量調節弁を制御するように構成された、請求項1乃至13の何れか一項に記載の制御装置と、
を備えることを特徴とするガス化複合発電プラント。 - ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動可能であるガスタービンと、前記ガス化炉から前記ガスタービンに前記可燃性ガスを供給する配管に設けられた流量調節弁と、を備えたガス化複合発電プラントの制御方法であって、
前記ガスタービンの車室圧力を算出するステップと、
前記流量調節弁から前記ガスタービンの燃焼器までの前記配管における圧力損失を算出するステップと、
前記車室圧力の算出結果と、前記圧力損失の算出結果と、に基づいて、前記流量調節弁の出口圧力を算出するステップと、
前記ガスタービンの燃料流量指令と、前記出口圧力の算出結果と、前記流量調節弁の差圧又は前記流量調節弁の入口圧力の計測値と、に基づいて、前記流量調節弁の開度指令を求めるステップと、
を備えることを特徴とするガス化複合発電プラントの制御方法。 - ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動可能であるガスタービンと、を備えたガス化複合発電プラントの制御方法であって、
前記ガスタービンの圧縮機のIGVの開度指令値を生成するステップを備え、
前記IGVの前記開度指令値を生成するステップでは、
前記可燃性ガスと、該可燃性ガスよりも発熱量が大きい他の燃料との間での前記ガス化複合発電プラントの燃料切替時、全燃料に対する前記可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれて前記IGVの前記開度指令値を閉側に向けて減少させる
ことを特徴とするガス化複合発電プラントの制御方法。
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