JP2020008212A - コジェネレーションシステム、コジェネレーションシステムの制御装置、およびコジェネレーションシステムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コジェネレーションシステムの省エネルギ効果を高める。【解決手段】コジェネレーションシステムは、コジェネレーション装置と、燃料ガスボイラ（貫流ボイラ１１１）と、蒸気ヘッダ１１４と、蒸気ヘッダ１１４から蒸気が供給される熱源機１０１とを有する。コジェネレーションシステムの制御装置は、蒸気ヘッダ１１４の圧力、貫流ボイラ１１１に供給される燃料ガスの流量、および蒸気ヘッダ１１４の放蒸弁１１４ｂの開度に応じて、熱源機１０１に流入する冷温水の流量を増減させる制御部を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、コジェネレーション装置と、別途設けられたボイラとを有するコジェネレーションシステム、そのようなコジェネレーションシステムの制御装置、および制御方法に関するものである。

コジェネレーション装置の排熱の利用率を向上させる技術として、コジェネレーション装置に備えられる第一ボイラが供給する蒸気の圧力を、別途設けられる第二ボイラが供給する蒸気の圧力よりも高く設定することにより、第一ボイラの発生蒸気が優先して供給されるようにする技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１５−１７７１３号公報

しかしながら、上記のように第一ボイラの発生蒸気が優先して供給されるようにしたとしても、実際には、第二ボイラが頻繁に運転状態となって、必ずしも燃料消費量を低減できるとは限らない。

本発明は、上記の点に鑑み、コジェネレーションシステムの省エネルギ効果を高めることなどが容易にできるようにすることを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明は、
排ガスボイラを有するコジェネレーション装置と、
燃料ガスを燃焼させて蒸気を発生する燃料ガスボイラと、
上記排ガスボイラ、および上記燃料ガスボイラが発生する蒸気が入力される蒸気ヘッダと、
上記蒸気ヘッダから蒸気が供給される熱源機と、
を有するコジェネレーションシステムの制御装置であって、
上記蒸気ヘッダの圧力が所定の閾値よりも低いときに、上記燃料ガスボイラに供給される燃料ガスの流量が所定の閾値以上になるごとに、上記熱源機に流入する冷温水の流量を徐々に減少させる一方、
上記蒸気ヘッダの圧力が所定の閾値よりも高いときに、上記蒸気ヘッダの圧力を低下させるための放蒸弁の開度が所定の閾値以上になるごとに、上記熱源機に流入する冷温水の流量を徐々に増加させる制御部を備えたことを特徴とする。

これにより、蒸気ヘッダ内の圧力が低下したときに熱源機に流入する冷温水の流量を減少させて、間接的に燃料ガスボイラが運転状態にされにくいようにしたり、蒸気ヘッダ内の圧力が増大したときに、熱源機に流入する冷温水の流量を増大させて、間接的に蒸気ヘッダから蒸気が放出されにくいようにしたりすることによって、エネルギ効率を向上させることが容易にできる。

本発明によれば、コジェネレーションシステムの省エネルギ効果を高めることなどが容易にできる。

コジェネレーションシステムの構成を示すブロック図である。 コジェネレーションシステムの運転状態の例を示す説明図である。 コジェネレーションシステムの制御動作の例を示す機能ブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（コジェネレーションシステムの概略構成）
本実施形態のコジェネレーションシステム（ＣＧＳ）には、図１に示すように、ＣＧＳ発電機１１２と、排ガスボイラ１１３とを含むコジェネレーション装置が設けられ、ガスエンジンやガスタービンの運転によって発電が行われるとともに、排ガスの熱によって蒸気を発生させるようになっている。発生した蒸気は、蒸気負荷１１５に供給されるとともに、温水・蒸気兼用の熱源機１０１に供給され、冷温水負荷１０５に冷水や温水を供給するようになっている。なお、熱源機１０１は、温水・蒸気兼用に限らず、専ら蒸気が熱源として用いられる蒸気専用の熱源機などであってもよい。

（コジェネレーションシステムの詳細な構成）
上記温水・蒸気兼用の熱源機１０１は、例えば１台または複数台の吸収式冷凍機などによって構成され、冷温水を生成し、冷温水往ヘッダ１０３を介して冷温水負荷１０５に供給するようになっている。冷温水負荷１０５から戻ってきた冷温水は、冷温水還ヘッダ１０４、および例えばインバータ式のポンプ１２２を介して再度熱源機１０１に送られる。また、上記冷温水往ヘッダ１０３と冷温水還ヘッダ１０４との間には、例えば１台または複数台の電気式の熱源機１０２が設けられ、蒸気の供給の有無に関わらず、冷温水を供給し得るようになっている。

上記熱源機１０１に供給される蒸気は、前記のように排ガスボイラ１１３が発生するのに加えて、１台または複数台の貫流ボイラ１１１（燃料ガスボイラ）により、燃料ガスの燃焼によっても発生するようになっている。これらの排ガスボイラ１１３、および貫流ボイラ１１１によって発生した蒸気は、蒸気ヘッダ１１４を介して、貫流ボイラ１１１や蒸気負荷１１５に供給される。

また、コジェネレーションシステムには、制御部１２１が設けられ、各部の状態に応じて、ポンプ１２２によって熱源機１０１に流入する冷温水の流量が制御されるようになっている。より詳しくは、貫流ボイラ１１１には燃料ガス流量計１１１ａを介して燃料ガスが供給され、ＣＧＳ発電機１１２には発電電力計１１２ａが接続され、これらの流量や電力に応じた信号が制御部１２１に入力されるようになっている。また、ＣＧＳ発電機１１２と排ガスボイラ１１３との間には余剰の排ガスを逃がすためのバイパスダンパ１１３ａが設けられ、その開度を示す信号が制御部１２１に入力されるようになっている。また蒸気ヘッダ１１４には、内部の蒸気の圧力を検出する圧力計１１４ａが設けられ、検出された圧力に応じた信号が制御部１２１に入力されるようになっている。さらに、蒸気ヘッダ１１４には余剰の蒸気を逃がすための放蒸弁１１４ｂが設けられ、その開度を示す信号が制御部１２１に入力されるようになっている。制御部１２１は、上記のように入力される信号に応じて、以下のように、ポンプ１２２により熱源機１０１に流入する冷温水の流量を制御するようになっている。

なお、コジェネレーションシステムでは、上記制御部１２１による制御の他にも、通常の一般的な制御動作によって各部の制御が行われるが、本実施形態で行われる制御動作の主眼ではないので、説明を省略する。

（制御動作）
制御部１２１は、図２に示すように、蒸気ヘッダ１１４内の蒸気の圧力が所定の閾値、例えば０．７８ＭＰａ未満の場合には、貫流ボイラ１１１に供給される燃料ガスの流量が所定の閾値を超えるごとに、ポンプ１２２から熱源機１０１に送られる冷温水の流量を徐々に減少させるようになっている。すなわち、蒸気ヘッダ１１４の圧力が低くなるような状況は、例えば排ガスボイラ１１３からの蒸気の供給が少ないか、熱源機１０１や蒸気負荷１１５への蒸気の供給が多い場合などが考えられる。そのような場合、一般的な貫流ボイラ１１１の制御によって、動作する貫流ボイラ１１１の台数が増えたり、燃料ガスの供給量が増加したりしやすくなる。

これによって燃料ガスの流量が所定の閾値を超えると、制御部１２１は、ポンプ１２２の流量を所定量だけ減少させる。すると、熱源機１０１の必要とする蒸気量が減少することになり、したがって、熱源機１０１に蒸気を供給するために貫流ボイラ１１１を動作させるのを抑制できることになる。なお、この場合、冷温水負荷１０５の要求する負荷が大きい場合などには、必要に応じて熱源機１０２が動作し必要な冷温水を供給することにより、全体として消費エネルギを少なく抑えることが容易にできるようになる。

ここで、上記冷温水の流量を減少させる制御は、燃料ガスの流量が所定の閾値を超えるごとに行われる一方、燃料ガスの流量が所定の閾値を下回る際には、冷温水の流量は維持される。すなわち、燃料ガスの流量の増加を必要とするような状況が続く限り、熱源機１０１に送られる蒸気の量は減少し、蒸気ヘッダ１１４の蒸気の圧力を高めやすくされる。

また、制御部１２１は、蒸気ヘッダ１１４内の蒸気の圧力が上記所定の閾値を超える場合には、蒸気ヘッダ１１４の放蒸弁１１４ｂの開度が所定の閾値を超えるごとに、ポンプ１２２から熱源機１０１に送られる冷温水の流量を徐々に増加させるようになっている。すなわち、蒸気ヘッダ１１４の圧力が高くなって放蒸弁１１４ｂの開度が大きくなるような状況は、例えば排ガスボイラ１１３からの蒸気の供給が多いか、熱源機１０１や蒸気負荷１１５への蒸気の供給が少ない場合などが考えられる。そのような場合には、放蒸弁１１４ｂは開きやすくなる。

これによって放蒸弁１１４ｂの開度が所定の閾値を超えると、制御部１２１は、ポンプ１２２の流量を所定量だけ増大させる。すると、熱源機１０１の必要とする蒸気量が増大することになり、したがって、排ガスボイラ１１３によって発生する蒸気はより多く熱源機１０１に供給され、熱源機１０２が動作するのを抑制または低減できることになる。それゆえ、やはり、全体として消費エネルギを少なく抑えることが容易にできるようになる。

ここで、上記冷温水の流量を増加させる制御は、放蒸弁１１４ｂの開度が所定の閾値を超えるごとに行われる一方、放蒸弁１１４ｂの開度が所定の閾値を下回る際には、冷温水の流量は維持される。すなわち、放蒸弁１１４ｂの開放を必要とするような状況が続く限り、熱源機１０１に送られる蒸気の量は増大し、排ガスボイラ１１３が発生する蒸気が有効に利用されやすくされる。

（冷温水流量の初期値について）
上記のような制御が行われる場合の冷温水流量の初期値は、例えば次のようにして設定される。

すなわち、図３に示すように、例えばコジェネレーションシステムの運転が開始されて最適制御開始指令がなされたときに、バイパスダンパ１１３ａの開度、およびＣＧＳ発電機１１２の発生電力に基づいて余剰蒸気量が推定され、さらに、これに応じて推定される最適流量のように初期値が設定される。なお、上記初期値は、その時の構内の負荷の状況などに応じて変え得る遠隔可変値として設定されるようにしてもよい。

このような初期値の冷温水流量が設定されてコジェネレーションシステムの運転が開始された後、上記のように蒸気ヘッダ１１４内の圧力、燃料ガス流量、および放蒸弁１１４ｂの開度に応じた制御が行われる。

上記のように、蒸気ヘッダ１１４内の圧力が低下したときに熱源機１０１に流入する冷温水の流量を減少させて、間接的に貫流ボイラ１１１が運転状態にされにくいようにしたり、蒸気ヘッダ１１４内の圧力が増大したときに、熱源機１０１に流入する冷温水の流量を増大させて、間接的に放蒸弁１１４ｂから蒸気が放出されにくいようにしたりすることによって、エネルギ効率を向上させることが容易にできる。

１０１ 熱源機
１０２ 熱源機
１０３ 冷温水往ヘッダ
１０４ 冷温水還ヘッダ
１０５ 冷温水負荷
１１１ 貫流ボイラ
１１１ａ 燃料ガス流量計
１１２ ＣＧＳ発電機
１１２ａ 発電電力計
１１３ 排ガスボイラ
１１３ａ バイパスダンパ
１１４ 蒸気ヘッダ
１１４ａ 圧力計
１１４ｂ 放蒸弁
１１５ 蒸気負荷
１２１ 制御部
１２２ ポンプ

Claims (4)

1. 排ガスボイラを有するコジェネレーション装置と、
   燃料ガスを燃焼させて蒸気を発生する燃料ガスボイラと、
   上記排ガスボイラ、および上記燃料ガスボイラが発生する蒸気が入力される蒸気ヘッダと、
   上記蒸気ヘッダから蒸気が供給される熱源機と、
   を有するコジェネレーションシステムの制御装置であって、
   上記蒸気ヘッダの圧力が所定の閾値よりも低いときに、上記燃料ガスボイラに供給される燃料ガスの流量が所定の閾値以上になるごとに、上記熱源機に流入する冷温水の流量を徐々に減少させる一方、
   上記蒸気ヘッダの圧力が所定の閾値よりも高いときに、上記蒸気ヘッダの圧力を低下させるための放蒸弁の開度が所定の閾値以上になるごとに、上記熱源機に流入する冷温水の流量を徐々に増加させる制御部を備えたことを特徴とするコジェネレーションシステムの制御装置。
2. 請求項１のコジェネレーションシステムの制御装置であって、
   上記制御部は、上記熱源機に流入する上記冷温水の流量の初期値を、上記排ガスボイラに流入する排ガスをバイパスさせるバイパスダンパの開度、および上記コジェネレーション装置による発電電力に基づいて設定することを特徴とするコジェネレーションシステムの制御装置。
3. 排ガスボイラを有するコジェネレーション装置と、
   燃料ガスを燃焼させて蒸気を発生する燃料ガスボイラと、
   上記排ガスボイラ、および上記燃料ガスボイラが発生する蒸気が入力される蒸気ヘッダと、
   上記蒸気ヘッダから蒸気が供給される熱源機と、
   請求項１から請求項２のうち何れか１項の制御部と、
   を有することを特徴とするコジェネレーションシステム。
4. 排ガスボイラを有するコジェネレーション装置と、
   燃料ガスを燃焼させて蒸気を発生する燃料ガスボイラと、
   上記排ガスボイラ、および上記燃料ガスボイラが発生する蒸気が入力される蒸気ヘッダと、
   上記蒸気ヘッダから蒸気が供給される熱源機と、
   を有するコジェネレーションシステムの制御方法であって、
   上記蒸気ヘッダの圧力が所定の閾値よりも低いときに、上記燃料ガスボイラに供給される燃料ガスの流量が所定の閾値以上になるごとに、上記熱源機に流入する冷温水の流量を徐々に減少させる一方、
   上記蒸気ヘッダの圧力が所定の閾値よりも高いときに、上記蒸気ヘッダの圧力を低下させるための放蒸弁の開度が所定の閾値以上になるごとに、上記熱源機に流入する冷温水の流量を徐々に増加させることを特徴とするコジェネレーションシステムの制御方法。

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