JP4845830B2 - 火力発電設備の燃料切替指令出力方法 - Google Patents

Description

本発明は、火力発電設備の燃料切替時の制御方法に係り、特に石炭燃料とガス燃料を切替可能な発電機に対して、他のガス燃料発電機が解列するときに、前者の発電機に対して効果的な燃料切替指令を出力することのできる火力発電設備の燃料切替指令出力方法に関する。

従来、火力発電所の効率的な運転方法に関する提案が行われている。たとえば、特許文献１では、火力発電所全体における電力使用量を最少化する運転方法を決定し火力発電所全体としての省エネルギーを実現するため、火力発電所の所有者から火力発電所の省エネルギー請負い業務を受けた事業者は、火力発電所の現状の稼動状況を集計して現状稼動データを統計し、火力発電所を構成する各設備を駆動するファン，ポンプなどに可変速運転するためのインバータ装置を使用し、これらファン，ポンプなどの全消費電力量を最小にする運転パターンを決定して、当該決定された運転パターンに基づく実際の稼動状況を集計して実際稼動データを統計し、現状稼動データと実際稼動データとの差に基づいた省消費電力量に応じて火力発電所の所有者に料金請求処理を行うという方法並びにシステムが提案されている。

ところで、火力発電所は、発電機を複数の燃料種別に対応可能にして効率的な燃料消費による省エネルギー化が行われている。たとえば、ある発電所においては、２号機の１段バーナは通常運転時は石炭を燃焼しているが、燃料効率を上げるためにＢＯＧ（Boil Off Gas）助燃化工事を行い、切替によって石炭とガスのどちらの燃料でも使用することができるようになっている。そして、その助燃化工事以降は、ガスを燃料とする３号機が停止中はＢＯＧを消費するため、１段バーナを石炭からガスへ燃料を切り替える必要があった。
特開２００２−１５２９６９号公報

しかしながら、３号機解列時に、石炭からガスへの切替操作を実施する必要があるため、低負荷時に解列を開始するときは、従来は２号機の１段バーナが石炭からガスへの切替前に解列操作が開始され、ＢＯＧガスが大気中に放出される可能性があった。

本発明は、上述のかかる事情に鑑みてなされたものであり、石炭とガスの燃料切替が可能な発電機に対して、ＢＯＧガスの大気放出を削減し燃料効率を向上させることのできる火力発電設備の燃料切替指令出力方法を提供することを目的とする。

本発明に係わる火力発電設備の燃料切替指令出力方法は、石炭燃料とガス燃料の切替可能な共用型発電機と、少なくともガス燃料を使用するガス燃料型発電機とを有する発電設備において、前記ガス燃料型発電機の停止時に前記共用型発電機への石炭からガスへの燃料切替指令を出力する火力発電設備の燃料切替指令出力方法であって、前記ガス燃料型発電機の最低運転負荷を登録するステップと、前記共用型発電機のガス燃料への切替に要する時間（切替時間）を登録するステップと、解列指令を受けたとときに前記ガス燃料型発電機の負荷降下を開始すると共に、当該解列指令を受けた前記ガス燃料型発電機の現在負荷から前記最低運転負荷に到達するまでの時間（降下時間）を予測するステップと、前記切替時間と前記降下時間を比較して、前記切替時間よりも前記降下時間の方が長い場合は、前記降下時間と前記切替時間との差分の時間を待って、前記共用型発電機へ燃料切替のタイミングを通知し、前記切替時間よりも前記降下時間の方が短い場合は、直ちに前記共用型発電機へ燃料切替のタイミングを通知するステップと、前記共用型発電機の燃料切替の完了を前記ガス燃料型発電機の最低運転負荷からの負荷降下条件に含め、当該負荷降下条件の成立によって発電機のタービン駆動からモータ駆動への切替のタイミングを通知するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明では、解列指令を受けたガス燃料型発電機の現在負荷から最低運転負荷に到達するまでの降下時間を予測して、共用型発電機の燃料切替時間との比較によって、共用型発電機に対する燃料切替通知の出力タイミングを調整する。

また、本発明に係わる火力発電設備の燃料切替指令出力方法では、前記負荷降下条件は、共用型発電機のガスバーナ等の装置故障を含み、当該装置故障をガス燃料型発電機のタービン駆動からモータ駆動への切替のタイミング通知の停止条件とすることを特徴とする。

本発明ではガス燃料型発電機の最低運転負荷からの降下条件に共用型発電機の装置故障を含めることによって、ガス燃料型発電機の再立ち上げあるいは解列の遅延を可能にすると共にガス燃料の大気中への無駄な放出を削減する。

なお、装置故障が無いときは、条件成立によって自動的に負荷降下を開始し、装置故障が存在するときは、オペレータへ通知し、オペレータの確認操作によって負荷降下を開始するようにしても良い。

好ましくは、前記負荷降下条件は、ガスバーナ全数消化、ミルマスタ起動完了、および、前記ガス燃料型発電機への解列指令有りの各信号をＡＮＤ条件で判定することによって、より確実なインターロックが可能となる。

本発明によれば、石炭とガスの燃料切替が可能な発電機に対して、ＢＯＧガスの大気放出を削減し燃料効率を向上させることができる。

以下、本発明の一実施の形態を説明する。
図１は、本実施の形態による火力発電設備の燃料切替指令の出力制御を実行する制御装置の機能ブロック図である。この制御装置１は、石炭またはガス燃料の共用型発電機である２号発電機２ａを制御する２号制御卓２ｂ、ガス燃料型発電機である３号発電機３ａを制御する３号制御卓３ｂと繋がり運転データを入力し、また、給電所４と繋がり給電指令を入力している。なお、運転データは、制御卓２ｂ，３ｂ経由でなく、直接各発電機の制御装置から入力しても良い。また、制御卓は発電機ごとではなく、複数の発電機共通で設けるようにしても良い。本実施の形態ではこれらのデータや指令はオンラインで入力するようにしているが、電話等によって通知を受けたオペレータが入力するようにしても良い。

ここで、制御装置１は、外部の装置とのインタフェースを行う入出力部５、入力したデータを用いて各発電機に対する指令を出力する演算部１０、データを記憶する記憶部３０で構成されている。また、演算部１０は、発電機の出力などの運転データを入力する運転データ入力手段１１、給電所からの発電機の解列指令を入力する解列指令入力手段１２、発電機出力の降下時間を予測する降下時間予測手段１３、降下時間と燃料切替の時間を比較して、その結果を出力する比較手段１４、燃料共用型の発電機に対して燃料の切替指令を出力する燃料切替指令通知手段１５、タービン駆動からモータ駆動への切替であるＢＦＰ切替の通知を行うＢＦＰ切替タイミング通知手段１６、燃料切替の失敗など発電機の異常を通知する異常通知手段１７、時間を計測するタイマ１８、および解列指令を受けた発電機に対して負荷降下指令を出力する負荷降下指令出力手段１９を備えている。各手段１１〜１９は、ＣＰＵの機能としてプログラムによって実行可能である。

また、記憶部３０には、発電機の燃料切替に要する時間（燃料切替時間）を保存する燃料切替時間データファイル３１、発電機の出力降下データ（単位時間当たりの負荷降下率）を保存する出力降下データファイル３２、出力の自動降下を停止してオペレータの確認入力を待つポイントであるブレークポイントとなる負荷値を保存するブレークポイントデータファイル３３、ＢＦＰ切替タイミングを通知するための条件を保存する負荷降下条件データファイル３４、および、発電機の出力値などの運転データを保存する運転データファイル３５が保存されている。

次に、図２を用いて制御装置１の動作を説明する。図２は、制御装置１の動作の説明図であり、３号機（ガス燃料型発電機）の解列時の動作と２号機（共用型発電機）の燃料切替のタイミングを示すものである。

まず、制御装置１は、２号発電機２ａが石炭燃料によって発電をし、３号発電機３ａがガス燃料によって発電をしているときに、給電所４から３号発電機３ａの解列指令を受信すると、負荷降下指令出力手段１９を介して３号発電機３ａに対する負荷降下指令を出力すると共に、降下時間予測手段１３が起動され、運転データ入力手段１１によって収集した３号発電機３ａの運転負荷に基づいて降下時間を予測する。この予測の仕方は、現在負荷（ＭＷ）と負荷レンジごとの降下係数（ＭＷ／分）によって最低負荷に到達するまでの時間（分）を計算する。

次に、比較手段１４は、負荷時間予測手段１３の算出した予測時間と記憶部３０に予め保存されている２号発電機２ａの燃料切替時間とを比較して、燃料切替時間の方が予測時間よりも大きい場合は、直ちに燃料切替指令通知手段１５によって２号発電機２ａに対する石炭からガスへの燃料切替指令を出力する。この指令によって、２号制御卓２ｂの燃料切替ＰＢ（プッシュボタン）が押され、燃料切替動作が実行される。一方、予測時間の方が燃料切替時間よりも大きい場合は、タイマ１８によって両者の時間差を測定し、時間到来によって燃料切替指令通知手段１５を起動する。これによって、予測時間と同じタイミングで燃料の切替を達成することができる。なお、一旦途中の負荷で停止し、オペレータの確認ボタンの押下によって下降を再開するようなブレークポイントが介在する場合は、そのブレークポイントでの遅延時間を加味して、負荷降下時間を計算するのが良い。

２号発電機２ａの燃料切替が完了すると、その状態信号は運転データ入力手段１１を介して、入力される。ＢＦＰ切替タイミング通知手段１６は、この燃料切替完了条件と、３号発電機３ａの給水ポンプの切替完了信号であるＢＦＰ切替フリッカー条件と、その他の負荷降下条件をもとに条件が成立したか否かを判定し、条件が成立した場合は、３号発電機３ａに対するＢＦＰ切替タイミングを通知する。３号制御卓３ｂは、この通知を受信すると、オペレータが３号発電機３ａのＢＦＰ切替ＰＢをＯＮすることによって、発電機がタービン駆動からモータ駆動へ切り替わり、最低負荷状態から停止状態に向かって降下を開始する。

図２のＡ部の枠内に負荷降下条件の論理図を示す。ガスバーナ全数消化、ミルマスタ起動完了、３号解列指令有りのＡＮＤ条件とＢＦＰ切替フリッカーのＡＮＤ条件または２号発電機の燃料切替完了条件と、ＢＦＰ切替フリッカーのＡＮＤ条件によってＢＦＰ切替タイミングが出力される。

なお、上記は、ＢＦＰ切替タイミングの通知を受けて、オペレータがＢＦＰ切替ＰＢを押下することとしたが、ＢＦＰ切替タイミング通知手段１６の出力によって、自動的にＢＦＰ切替を実行して３号発電機を停止状態へ移行するようにしても良い。
（実施例）

図３は、３号発電機の負荷が２３１ＭＷのときに、最低負荷状態になるまでの負荷降下時間と２号発電機の燃料切替時間が等しくなるとしたときの制御装置１の処理手順を示すフローチャートである。

給電所４から３号機解列指令を受けると、３号機を負荷降下させると共に、比較手段１４によって、３号機の出力が２３１ＭＷ以下か否かを判定する（Ｓ１０１）。そして、２３１ＭＷ以下の場合は、次に２号１段バーナの燃料が石炭かガスかを判定し（Ｓ１０２）、石炭の場合は、燃料切替指令通知手段１５によって２号１段バーナ燃料をガスへ切り替る処理を開始する（Ｓ１０３）。その後、ＢＦＰ切替タイミング通知手段１６によって、２号１段バーナの燃料の切替が成功したか否かを判定して（Ｓ１０４）、成功した場合は、３号機停止操作を実行する（Ｓ１０５）。一方、ステップＳ１０４で「ＮＯ」の場合は、異常通知手段１７によって給電所４へ通知する（Ｓ１０４で「ＮＯ」。）なお、異常の内容が、たとえば２号ガス燃焼装置異常の場合は、石炭からガス燃料への切替を中止して、石炭専焼に戻す。また、給電所４へ通知後は３号解列指令の有無を確認し、３号解列指令有りの場合は解列時刻が遅れることを通知する。

一方、ステップＳ１０１で３号機の出力が２３１ＭＷよりも大きい場合は、２３１ＭＷ以下になるまで待つ（Ｓ１０１で「ＮＯ」）。また、ステップＳ１０２で「ガス」の場合は、そのままステップＳ１０５の３号機停止操作へ進む。

以上、本実施の形態によれば、給電所から３号機の解列指令があったときに、その指令に速やかに応じると共に、２号機においては３号機の解列動作と同調して燃料の切替を行うことによって大気中へのＢＯＧの放出を抑えつつ、燃料単価の安い石炭をできるだけ長く使用することを可能にして、資源節約および経済的な観点での最適なタイミングで常に燃料の切替を行うことができる。

本発明は上述の実施の形態に限定されること無く、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。たとえば、上記の実施形態では、制御装置１と制御卓２ｂ，３ｂとを独立した構成として説明しているが、制御装置１を制御卓２ｂ，３ｂと一体として構成するようにしても良い。あるいは、制御装置１を給電所側に設置して、給電所の制御装置から直接発電機への制御指令を送信するようにしても良い。

本発明の一実施の形態による火力発電設備の燃料切替指令の出力制御を実行する制御装置の機能ブロック図である。 図１の制御装置１の動作の説明図である。 本発明の実施例による制御装置１の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 制御装置
２ａ ２号発電機（石炭・ガス共用型発電機）
２ｂ ２号制御卓
３ａ ３号発電機（ガス燃料型発電機）
３ｂ ３号制御卓
４ 給電所
５ 入出力部
６ ＡＮＤ回路
７ ＯＲ回路
１０ 演算部
１１ 運転データ入力手段
１２ 解列指令入力手段
１３ 降下時間予測手段
１４ 比較手段
１５ 燃料切替指令通知手段
１６ ＢＦＰ切替タイミング通知手段
１７ 異常通知手段
１８ タイマ
１９ 負荷降下指令出力手段
３０ 記憶部
３１ 燃料切替時間データファイル
３２ 出力降下データファイル
３３ ブレークポイントデータファイル
３４ 負荷降下条件データファイル
３５ 運転データファイル

Claims (3)

1. 石炭燃料とガス燃料の切替可能な共用型発電機と、少なくともガス燃料を使用するガス燃料型発電機とを有する発電設備において、前記ガス燃料型発電機の停止時に前記共用型発電機への石炭からガスへの燃料切替指令を出力する火力発電設備の燃料切替指令出力方法であって、
   前記ガス燃料型発電機の最低運転負荷を登録するステップと、
   前記共用型発電機のガス燃料への切替に要する時間（切替時間）を登録するステップと、解列指令を受けたとときに前記ガス燃料型発電機の負荷降下を開始すると共に、当該解列指令を受けた前記ガス燃料型発電機の現在負荷から前記最低運転負荷に到達するまでの時間（降下時間）を予測するステップと、
   前記切替時間と前記降下時間を比較して、前記切替時間よりも前記降下時間の方が長い場合は、前記降下時間と前記切替時間との差分の時間を待って、前記共用型発電機へ燃料切替のタイミングを通知し、前記切替時間よりも前記降下時間の方が短い場合は、直ちに前記共用型発電機へ燃料切替のタイミングを通知するステップと、
   前記共用型発電機の燃料切替の完了を前記ガス燃料型発電機の最低運転負荷からの負荷降下条件に含め、当該負荷降下条件の成立によって発電機のタービン駆動からモータ駆動への切替のタイミングを通知するステップと、
   を含むことを特徴とする火力発電設備の燃料切替指令出力方法。
2. 前記負荷降下条件は、前記共用型発電機のガスバーナ等の装置故障を含み、当該装置故障をタービン駆動からモータ駆動への切替のタイミング通知の停止条件とすることを特徴とする請求項１記載の火力発電設備の燃料切替指令出力方法。
3. 前記負荷条件は、ガスバーナ全数消化、ミルマスタ起動完了、および、前記ガス燃料型発電機への解列指令有りを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の火力発電設備の燃料切替指令出力方法。