JP2507426B2 - 石炭ガス化コンバインドサイクルの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、石炭をガス化してガスタービンを駆動し、
排熱により蒸気タービンを駆動する石炭ガス化コンバイ
ンドサイクルの制御装置に関する。

（従来の技術） 近年、石炭の有効利用、脱硫の簡易性および環境対策
の優位性などの点から、石炭をガス化しこのガスを燃料
ガスとしてガスタービンを駆動して発電機を運転すると
ともに、ガスタービンの排ガスを熱回収し、この熱によ
って発生した蒸気で蒸気タービンを駆動して発電機を運
転する石炭ガス化コンバインドサイクルプラントが発電
プラントとして注目されている。

第３図は、石炭コンバインドサイクルプラントの概略
を示す。

同図において、燃料の石炭流は石炭流量調整弁１を介
してガス化炉２に流入し、空気流量調整弁３を介してガ
ス化炉２に流入する空気と蒸気流量調整弁４を介してガ
ス化炉２に流入する蒸気により炉内でガス化反応を起こ
して粗ガスを発生する。

ガス化炉２より発生した粗ガスは、ガスクーラ５で脱
硫可能な温度にまで冷却された後、脱硫装置６に流入し
て精製される。

この精製されたガスは、ガスヒータ７で加熱されてか
ら燃料流量調整弁８を介して燃焼器９の内部に噴射さ
れ、ガスタービン圧縮機10より送給される圧縮空気と混
合して燃焼する。

それによって得られた燃焼ガスは、ガスタービン11を
駆動し、これによって、発電機12が運転される。

ガスクーラ５には、ガスクーラドラム13が設けられて
おり、このガスクーラドラム13より流入する冷却水は、
ガスクーラ５の内部で高温の粗ガスと熱交換して蒸気と
なる。この蒸気はガスヒータ５を通ってガスクーラドラ
ム13に蓄積される。

また、ガスタービン圧縮機10から抽出された空気は、
モータで駆動される昇圧空気圧縮機14でさらに圧縮さ
れ、空気流量調整弁３を介してガス化炉２に流入する。

一方、ガスタービン11から排出される排ガスは排熱回
収ボイラ15へ導かれ、排熱回収ボイラ15のスーパヒータ
16、エバポレータ17およびエコノマイザ18と順次熱交換
して大気中に放出される。

排熱回収ボイラ15には、エバポレータ17と接続する蒸
気ドラム19が設けられ、エバポレータ17で発生した蒸気
はこの蒸気ドラム19に蓄積される。

また、蒸気ドラム19は、ガスクーラドラム13と接続し
ており、ガスクーラドラム13および蒸気ドラム19に蓄積
された蒸気は、スーパヒータ16で加熱された後、蒸気加
減弁20を介して蒸気タービン21に流入し、蒸気タービン
21を駆動して発電機22を運転する。

そして、蒸気タービン21で仕事をした蒸気は、復水器
23で復水され、給水加熱器24、脱気器25を通ってエコノ
マイザ18で加熱された後、ガスクーラドラム13および蒸
気ドラム19に還流する。

以上のような構成の石炭ガス化コンバインドサイクル
の制御装置としては、負荷偏差指令をガス化炉入力に与
え、石炭ガス圧力を一定とするようにガスタービン10の
燃料流量調整弁８を制御するものが知られている。

この制御装置は、火力発電プラントにおけるタービン
追従型制御装置のように、非常に安定してプラントを運
転できるという特徴を備えている。

第４図は、かかる制御装置の従来例を示す。

同図において、負荷指令値と、実負荷（ガスタービン
出力と蒸気タービン出力）の総和との偏差が加算器30で
算出され、その出力は負荷偏差信号として負荷制御器31
に加えられる。

負荷制御器31は、その入力した偏差を０にするよう
に、所定の制御信号を形成してそれをガス化炉制御器32
に出力する。これにより、ガス化炉制御器32は、その制
御信号に基づいて石炭流量調整弁１、空気流量調整弁３
および蒸気流量調整弁４を適宜に操作する。

一方、ガス化炉２より発生されたガスの圧力は、脱硫
装置６と燃料流量調整弁８の間に配設されている圧力計
33により検出され、その検出信号は加算器34に加えらら
れる。

加算器34は、圧力設定値と圧力計33の検出値との偏差
を演算し、その圧力偏差信号を圧力制御器35および逃し
弁制御器36に加えられる。

圧力制御器35は、圧力偏差信号を０にする方向に燃料
流量調整弁８を操作するための制御信号を形成し、それ
を低値優先器38の一入力端に加える。

この低値優先器38の他入力端には、ガスタービン10を
制御するための速度負荷制御器39および温度制御器40の
それぞれから出力される制御信号のうちの低値を選択す
る低値優先器41の出力が加えられている。

低値優先器38は、圧力制御器35の出力と低値優先器41
の出力のうちの低値を選択し、それを燃料流量調整弁８
に操作信号として出力する。

これにより、圧力制御器35、速度負荷制御器39および
温度制御器40の出力のうち、最も低値な制御信号によっ
て燃料流量調整弁８が操作される。

また、ガス圧力の過大な上昇を防止するために、フレ
アスタック42に余剰なガスを放出するガス逃し弁43が設
けられており、このガス逃し弁43は、逃し弁制御器36の
出力信号により適宜に操作される。

これにより、ガス圧力が所定値よりも大きくなったと
きには、ガス逃し弁43が開放され、それによって、ガス
圧力が所定値になるように制御される。

通常は、圧力制御器35の出力が優先され、その出力信
号により燃料流量調整弁８が操作されている。

ところが、ガスタービン10の特有の原因により、速度
負荷制御器39または温度制御器40のいずれかの出力信号
が圧力制御器35の出力信号よりも小さくなり、燃料流量
調整弁８に加えられる場合がある。

このような場合、ガス化炉２からの発生ガスの圧力と
は無関係に燃料流量調整弁８が制御されるので、ガスタ
ービン10に流入する燃料ガスの圧力が上昇する。

以下、かかる場合について、具体的に説明する。

大気温度が上昇すると、ガスタービンの空気流量を制
御するIGV（インレットガイドベーン）を全開にして
も、タービン入口温度を所定温度に維持できなくなり、
温度制御器40の作用によりガスタービンの燃料流量が制
限される場合がある。このときには、燃料流量調整弁８
はその開度に保持されるか、あるいは、大気温度の上昇
によりガスタービン入口温度を所定の温度に制御するよ
う閉方向に操作される。その結果、ガス圧力が上昇す
る。

ガスタービン出力と蒸気タービン出力の総和を実負荷
としてフィードバック制御されているが、第５図に示す
ように、排熱回収ボイラ15の遅れのため、当初はガスタ
ービン出力がオーバシュートして蒸気タービン出力の遅
れ分を補っている。したがって、ガス化炉入力は、当
初、過剰に与えられ、それに伴い、ガス圧力も上昇しや
すくなり、燃料流量調整弁８には、過剰な開指令が与え
られる。これによって、燃料流量が増大し、温度制御器
40の作用によってガスタービン10の燃料流量が制限さ
れ、上述したの場合と同様にガス圧力が上昇する。

系統の発電機の周波数の上昇時、速度負荷制御器39の
ガバナ機能により燃料流量調整弁８を閉じる方向の制御
信号が速度負荷制御器39より出力され、これが圧力制御
器35の出力に優先されると上述したの場合と同様にガ
ス圧力が上昇する。

このようにして、ガス圧力が上昇すると、逃し弁制御
器36により逃し弁43が開放されて、余剰ガスがフレアス
タック42より大気中に放出される。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、フレアスタック42から余剰ガスを大気
中に放出することは環境上問題があり、また、エネルギ
ーの損失を招くことから、この放出ガスを最小限に抑え
る必要がある。

本発明は、かかる従来技術の不都合を解消するためも
のであり、大気中に放出するガス量を抑制することので
きる石炭ガス化コンバインドサイクルの制御装置を提供
することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するために、石炭をガス化す
るガス化炉と、このガス化燃料により駆動するガスター
ビンと、ガスタービンの排熱により発生する蒸気を利用
して駆動する蒸気タービンと、負荷指令に応じて前記ガ
ス化炉が発生するガス化燃料の量を制御するガス化炉制
御手段と、前記ガス化燃料の前記ガスタービンへの流量
を調整する燃料流量調整弁と、前記ガス化炉と前記燃料
流量調整弁との間の圧力を検出する圧力検出手段と、こ
の圧力検出手段が検出した圧力を入力し、あらかじめ設
定された設定値に向かうように前記燃料流量調整弁を制
御する圧力制御手段と、前記ガス化炉と前記燃料流量調
整弁との間に設けられ、余剰の前記ガス化燃料を逃がす
逃がし弁と、前記圧力検出手段が検出した圧力が前記設
定値を越える場合に、前記ガス化炉制御手段へ、前記圧
力に応じて前記負荷指令を低減させる方向の信号を与え
る手段と、を具備することを特徴とする石炭ガス化コン
バインドサイクルの制御装置を提供する。

（作用） このように構成された装置においては、ガスタービン
側の原因によりガス圧が上昇するような場合、その圧力
を減少させるようにガス化炉制御手段が作用するので、
大気中に放出するガス量を抑制することができる。

（実施例） 以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施例を詳
細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例にかかる石炭ガス化コン
バインドサイクルの制御装置を示している。なお、同図
において第４図と同一部分および相当する部分には同一
符号を付している。

本実施例は、前述した従来の制御装置に、以下に説明
する装置を追加したものである。

すなわち、加算器34より出力される圧力偏差信号は関
数発生器50に加えられ、この関数発生器50の出力信号
を、負荷偏差信号を演算する加算器30に入力させてい
る。

この関数発生器50は、入力信号に対し、第２図に示し
たような関数で出力信号を発生する。すなわち、入力に
対して不感帯Ｄをもち、その後は、ゲインがK1,K2,K3の
ように変化する。

以上の構成で、通常運転時には、圧力制御器35の出力
が低値優先器38で優先されるので、ガスタービン10に供
給されるガスの圧力が所定値（すなわち圧力設定値）に
制御される。

さて、前述したようなガスタービン10の原因により、
ガスタービン10の速度負荷制御器39または温度制御器40
の出力が、圧力制御器35の出力よりも優先された場合、
ガス圧力が徐々に増大する。

このとき、圧力偏差信号が関数発発生器50の不感帯Ｄ
よりも大きくなると、上述した関数に従って、圧力偏差
信号に対応した信号が関数発生器50から加算器30に加え
られる。

それにより、加算器30より出力される負荷偏差信号
が、関数発発生器50の出力信号の分減少するので、負荷
制御器31は、負荷制御器31の出力を小さくするような方
向に制御信号を操作してガス化炉制御器32に出力する。

したがって、ガス化炉制御器32により、ガス化炉２に
供給される石炭流量、空気流量および蒸気流量が操作さ
れて、ガス化炉２のガス発生量が抑制され、ガス圧力の
上昇が回避され、ガス圧力が圧力設定値に制御される。

このようにして、ガスタービン10の原因によりガス圧
力が上昇するような事態が発生した場合でも、ガス逃し
弁43を開くことなくガス圧力を圧力設定値に制御するこ
とができる。

その後、ガスタービン10の原因が解除されると、通常
運転時と同様に、圧力制御器35の出力が低値優先器38で
優先されるので、ガスタービン10に供給されるガスの圧
力が圧力設定値に制御される。

なお、上述した実施例では、不感帯をもつ関数発生器
によって圧力偏差信号に対応した制御信号を発生する制
御手段を構成したが、この関数発生器として、直線特性
のものを用いることができる。

また、その制御手段として、比例・積分・微分・制御
器を用いることもできる。

［発明の効果］ 本発明によれば、ガス化炉と燃料流量調整弁との間の
圧力上昇により、ガス化炉へ与える負荷指令を下げるよ
うに、圧力に応じた信号をガス化炉へ与えるようにした
ので、大気中に放出するガス量を抑制することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる制御装置を示すブラ
ック図、第２図は関数発生器の特性を示すグラフ図、第
３図は石炭コンバインドサイクルプラントの概略図、第
４図は制御装置の従来例を示すブラック図、第５図はガ
スタービン出力を示すグラフ図である。 30…加算器、50…関数発生器。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】石炭をガス化するガス化炉と、このガス化
   燃料により駆動するガスタービンと、ガスタービンの排
   熱により発生する蒸気を利用して駆動する蒸気タービン
   と、負荷指令に応じて前記ガス化炉が発生するガス化燃
   料の量を制御するガス化炉制御手段と、前記ガス化燃料
   の前記ガスタービンへの流量を調整する燃料流量調整弁
   と、前記ガス化炉と前記燃料流量調整弁との間の圧力を
   検出する圧力検出手段と、この圧力検出手段が検出した
   圧力を入力し、あらかじめ設定された設定値に向かうよ
   うに前記燃料流量調整弁を制御する圧力制御手段と、前
   記ガス化炉と前記燃料流量調整弁との間に設けられ、余
   剰の前記ガス化燃料を逃がす逃がし弁と、前記圧力検出
   手段が検出した圧力が前記設定値を越える場合に、前記
   ガス化炉制御手段へ、前記圧力に応じて前記負荷指令を
   低減させる方向の信号を与える手段と、を具備すること
   を特徴とする石炭ガス化コンバインドサイクルの制御装
   置。