JP7158931B2 - 複合発電プラント及び複合発電プラントの制御方法 - Google Patents
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Description
このような複合発電プラントには、通常運転とは異なる運転状態となった際に、通常運転とは異なった作動をするものがある。
本発明の一態様に係る複合発電プラントは、発電用の内燃機関からの排熱を利用して排熱回収ボイラで蒸気を生成し、該排熱回収ボイラで生成した蒸気によって蒸気タービンを駆動する複合発電プラントであって、前記蒸気タービンを駆動した後の蒸気を凝縮して給水にする復水器と、前記復水器で凝縮した給水を前記排熱回収ボイラに供給する給水流路と、前記給水流路に設けられ、前記給水流路内に給水を流通させるポンプと、前記給水流路に設けられ、前記排熱回収ボイラに供給する給水の流量を調整する流量調整弁と、前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を、前記蒸気タービンをバイパスして前記復水器に供給するタービンバイパス流路と、前記給水流路から分岐して前記タービンバイパス流路と接続する抽水流路と、前記排熱回収ボイラで生成した蒸気を前記蒸気タービンに供給する通常運転モード及び、前記排熱回収ボイラで生成した蒸気を前記タービンバイパス流路を介して前記復水器に供給するバイパス運転モードを有する制御部と、を備え、前記制御部は、前記バイパス運転モードにおいて、前記抽水流路を介して前記タービンバイパス流路に給水を供給するとともに、前記排熱回収ボイラに供給する給水量が前記通常運転モード時よりも少なくなるように前記流量調整弁の開度を制御する第1開度制御を行う。
[石炭ガス化複合発電設備]
図1は、本発明の一実施形態に係る複合発電プラントを適用した石炭ガス化複合発電設備の概略構成図である。
なお、チャー回収設備15を省略し、ガス化炉101とガス精製設備16とを直接接続する流路を設けてもよい。
なお、蒸気タービン18のタービン69は、ガスタービン17の回転軸64に連結される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、蒸気タービン18とガスタービン17とを一軸に設けずに、それぞれ異なる軸に連結されていてもよい。例えば、タービン69に回転軸64とは異なる軸を連結し、この軸と回転軸64とを連結部材等を介して連結してもよい。
なお、ガスタービン17と蒸気タービン18は同一軸として1つの発電機19を回転駆動しなくてもよく、別の軸として複数の発電機を回転駆動しても良い。
シンガスクーラ102は熱交換器であり、鉛直方向の下方側(生成ガスの流通方向の上流側)から順に、蒸発器(エバポレータ)131、過熱器(スーパーヒータ)132、節炭器(エコノマイザ)134が配置されている。これらのシンガスクーラ102は、ガス化炉101内(より詳細には、リダクタ部(図示省略))において生成された生成ガスと熱交換を行うことで、生成ガスを冷却する。また、蒸発器(エバポレータ)131、過熱器(スーパーヒータ)132、節炭器(エコノマイザ)134は、図に記載されたその数量を限定するものではない。
なお、各熱交換器の配置の順番は一例であり、これに限定されない。
なお、排熱回収ボイラ20の構成は一例であり、これに限定されない。例えば、排ガスの流通方向の上流側から下流側に向かって、中圧系排熱回収ボイラ、高圧系排熱回収ボイラの順に配置してもよい。また、中圧系のボイラ及び高圧系のボイラを、それぞれ複数設けて、排ガスの流通方向の上流側から下流側に向かって、高圧系蒸発器、中圧系過熱器、高圧系二次過熱器、中圧系蒸発器の順に配置してもよい。
また、高圧給水供給ライン37には、高圧給水ポンプ79の下流側に高圧給調弁(流量調整弁)37aが設けられている。高圧給調弁37aは、高圧給水供給ライン37の内部を流れる給水の流量を調整する流量調整弁である。すなわち、高圧給調弁37aは、高圧系排熱回収ボイラ21に供給される給水の流量を調整する。また、高圧給水供給ライン37は、高圧給水ポンプ79の下流側であって、かつ、高圧給調弁37aの上流側から、シンガスクーラ給水供給ライン38が分岐している。
制御装置80は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ROMやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリ等である。
なお、本実施形態では、中圧給調弁36a、高圧給調弁37a及びシンガスクーラ給調弁38aの開度の調整を、同じタイミングで、一様に行っている。
なお、中圧給調弁36a、高圧給調弁37a及びシンガスクーラ給調弁38aの開度の調整は、上述のように一様に行ってもよく、また、各弁によって異なる開度となるように行ってもよい。
また、図3中の二点鎖線は、第1スプレー部28及び第2スプレー部29に供給される給水量の変化を示している。破線は、中圧系排熱回収ボイラ22、高圧系排熱回収ボイラ21及びシンガスクーラ102に供給される給水量の変化を示している。実線は、第1スプレー部28及び第2スプレー部29に供給される給水量と、中圧系排熱回収ボイラ22、高圧系排熱回収ボイラ21及びシンガスクーラ102に供給される給水量と、を合計した給水量(すなわち、復水ポンプ39及び中圧給水ポンプ40の吐出量)の変化を示している。また、一点鎖線は、参考のために示した線であって、通常運転時の復水ポンプ39及び中圧給水ポンプ40の吐出量を示している。
これにより、バイパス運転モードにおける復水ポンプ39及び中圧給水ポンプ40の吐出量が、通常運転モードにおける復水ポンプ39及び中圧給水ポンプ40の吐出量以下となる。したがって、復水ポンプ39及び中圧給水ポンプ40の最大容量を、通常運転モードにおける吐出量に設定することができる。よって、復水ポンプ39及び中圧給水ポンプ40の大きさを、通常運転モードにおける吐出量(すなわち、第1スプレー部28及び第2スプレー部29に給水を供給しない吐出量)に応じた大きさにすることができるので、復水ポンプ39及び中圧給水ポンプ40を小容量化することができる。
本実施形態では、通常運転モードにおける吐出量をバイパス運転モードにおける吐出量以上とする場合には、通常運転モードにおける吐出量が、最大効率となるようにポンプを設定することができる。具体的には、例えば、図5に示すように、通常運転モードにおける吐出量βをバイパス運転モードにおける吐出量α’以上とする場合には、図5の実線Pで示すように、通常運転モードにおける吐出量βでポンプ効率が最大となるように、復水ポンプ39及び中圧給水ポンプ40を設定することができる。したがって、通常運転モードにおけるポンプ効率を向上させることができる。
本実施形態では、通常運転モードにおける吐出量をバイパス運転モードにおける吐出量以上とする場合には、通常運転モードにおける吐出量が、所望の全揚程となるようにポンプを設定することができる。具体的には、例えば、図5に示すように、通常運転モードにおける吐出量βをバイパス運転モードにおける吐出量α’以上とする場合には、図5の実線Fで示すように、通常運転モードにおける吐出量βにおいて必要な全揚程となるように、復水ポンプ39及び中圧給水ポンプ40を設定することができる。このように、通常運転モードにおけるポンプの全揚程が、適切な全揚程となるようにポンプを設定することができるので、通常運転モードにおいて、ポンプの全揚程が必要以上に高くなることを防止することができる。
例えば、上記実施形態では、本発明に係る複合発電システムを、石炭ガス化複合発電設備10に適用する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明に係る複合発電システムを、液化天然ガスを燃料とするガスタービンコンバインドサイクル(GTCC:Gas Turbine Combined Cycle)に適用してもよい。
18 :蒸気タービン
20 :排熱回収ボイラ
32 :タービンバイパスライン(タービンバイパス流路)
36 :中圧給水供給ライン(給水流路)
36a :中圧給調弁(流量調整弁)
37 :高圧給水供給ライン(給水流路)
37a :高圧給調弁(流量調整弁)
39 :復水ポンプ(ポンプ)
40 :中圧給水ポンプ(ポンプ)
72 :給水供給ライン(給水流路)
73 :復水器
76 :スプレー水ライン(抽水流路)
80 :制御装置(制御部)
Claims (6)
- 発電用の内燃機関からの排熱を利用して排熱回収ボイラで蒸気を生成し、該排熱回収ボイラで生成した蒸気によって蒸気タービンを駆動する複合発電プラントであって、
前記蒸気タービンを駆動した後の蒸気を凝縮して給水にする復水器と、
前記復水器で凝縮した給水を前記排熱回収ボイラに供給する給水流路と、
前記給水流路に設けられ、前記給水流路内に給水を流通させるポンプと、
前記給水流路に設けられ、前記排熱回収ボイラに供給する給水の流量を調整する流量調整弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を、前記蒸気タービンをバイパスして前記復水器に供給するタービンバイパス流路と、
前記給水流路から分岐して前記タービンバイパス流路と接続する抽水流路と、
前記排熱回収ボイラで生成した蒸気を前記蒸気タービンに供給する通常運転モード及び、前記排熱回収ボイラで生成した蒸気を前記タービンバイパス流路を介して前記復水器に供給するバイパス運転モードを有する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記通常運転モードにおいて、前記ポンプによって前記給水流路内に給水を流通させ、前記バイパス運転モードにおいて、前記抽水流路を介して前記タービンバイパス流路に給水を供給するとともに、前記通常運転モードと同じ前記ポンプによって前記排熱回収ボイラに供給する給水量が前記通常運転モード時よりも少なくなるように前記流量調整弁の開度を制御する第1開度制御を行う複合発電プラント。 - 前記制御部は、前記第1開度制御において、前記タービンバイパス流路に供給する給水量と前記排熱回収ボイラに供給する給水量との合計が、前記通常運転モードにおける前記排熱回収ボイラに供給する給水量以下となるように、前記流量調整弁の開度を制御する請求項1に記載の複合発電プラント。
- 前記制御部は、前記バイパス運転モードにおいて、前記第1開度制御を行った後に、前記排熱回収ボイラの保有する給水量が所定の流量を維持するように、前記流量調整弁の開度を制御する第2開度制御を行う請求項1または請求項2に記載の複合発電プラント。
- 発電用の内燃機関からの排熱を利用する排熱回収ボイラで生成した蒸気によって蒸気タービンを駆動する複合発電プラントの制御方法であって、
前記複合発電プラントは、
前記蒸気タービンを駆動した後の蒸気を凝縮して給水にする復水器と、
前記復水器で凝縮した給水を前記排熱回収ボイラに供給する給水流路と、
前記給水流路に設けられ、前記給水流路内に給水を流通させるポンプと、
前記給水流路に設けられ、前記排熱回収ボイラに供給する給水の流量を調整する流量調整弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を、前記蒸気タービンをバイパスして前記復水器に供給するタービンバイパス流路と、
前記給水流路から分岐して前記タービンバイパス流路と接続する抽水流路と、
前記排熱回収ボイラで生成した蒸気を前記蒸気タービンに供給するとともに前記ポンプによって前記給水流路内に給水を流通させる通常運転モード及び、前記排熱回収ボイラで生成した蒸気を前記タービンバイパス流路を介して前記復水器に供給するバイパス運転モードを有する制御部と、を有し、
前記バイパス運転モードにおいて、前記通常運転モードと同じ前記ポンプによって前記抽水流路を介して前記タービンバイパス流路に給水を供給する給水抽水工程と、
前記バイパス運転モードにおいて、前記排熱回収ボイラに供給する給水量が前記通常運転モード時よりも少なくなるように前記流量調整弁の開度を制御する第1開度制御工程と、を備えた複合発電プラントの制御方法。 - 前記第1開度制御工程は、前記タービンバイパス流路に供給する給水量と前記排熱回収ボイラに供給する給水量との合計が、前記通常運転モードにおける前記排熱回収ボイラに供給する給水量以下となるように、前記流量調整弁の開度を制御する請求項4に記載の複合発電プラントの制御方法。
- 前記バイパス運転モードにおいて、前記第1開度制御工程の後に、前記排熱回収ボイラの保有する給水量が所定の流量を維持するように、前記流量調整弁の開度を制御する第2開度制御工程を備えた請求項4または請求項5に記載の複合発電プラントの制御方法。
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