JPH01249926A - 石炭ガス化発電制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、石炭を利用した石炭ガス化発電の、石炭ガス
化炉と、ガスタービンとの協調的な運転のできる制御装
置に関する。

（従来の技術） 石炭ガス化コンバインドサイクル発電は、石炭をガス燃
料化し、その燃焼ガスを作動流体源としてガスタービン
並びに圧縮機を回転駆動させると共に発電機を回転駆動
させるものであって、エネルギー有効活用、公害問題の
優位性などの点で注目をあびている。

第３図は、この種の発電プラントの概略系統図である。

ガス化炉４は粗ガスを作り出すものであってここには空
気流量調整弁３を経て空気が送られており、また蒸気流
量調整弁２を経て蒸気が、更に石炭流量調整弁１を経て
石炭がそれぞれ送り込まれている。ガス化炉４で作り出
された粗ガスはガスクーラ５を経て脱硫装置６に送り込
まれここで燃料ガスが精製される。その燃料ガスはガス
ヒータ７、燃料圧力調整弁８、燃料流量調整弁９を経て
燃焼器１０に送られ、圧縮機１１により大気を昇圧した
空気により燃焼し、この燃焼ガスをガスタービン１２に
送り込みガスタービン１２の駆動により、発電機２６が
回され、電力を作り出す。

一方、ガスタービン１２の駆動後、燃焼ガスはガスター
ビンの排ガスとして排熱回収ボイラ１５に送り出され、
ここで排ガスの熱エネルギー回収がなされる。すなわち
、排熱回収ボイラ１５は、その胴体下部から順に、スー
パーヒータ１６、エバポレータ１７、エコノマイザ１８
を有しており、これら熱交換器によって蒸気が発生せし
められる。

まず、エコノマイザ−１８によって加熱された給水は、
一部がガスクーラドラム１３に送られ、ガスクーラ５、
ガスヒータ７を経てガスクーラドラム１３に循環し、こ
の間、発生する蒸気はガスクーラドラム１３からスーパ
ーヒータ１６に送られる。また、エコノマイザ−１８の
給水の残りは、蒸気ドラム１９に送られ、エバポレータ
１７を経て再び蒸気ドラム１９に戻され、この間発生す
る蒸気はスーパーヒータ１６に送られる。

かくして、スーパーヒータ１６によって生成された乾き
蒸気は、蒸気加減弁２０を経て蒸気タービン２１に送ら
れ、ここで蒸気のエネルギを動力に代えて発電機２２を
回し、電力を作り出す。エネルギを失った蒸気は蒸気タ
ービン２１から復水器２３に送られ、ここで冷却水と間
接熱交換がなされ、はぼ常温化される。常温化された復
水は、給水加熱器２４、脱気器２５を経て上述エコノマ
イザ−１８に送られ、再度蒸気化がなされている。

さて、プラント全体の運用は、ガスタービン設備側とガ
ス化炉設備側夫々が有する操作端、即ち、ガスタービン
設備は燃料流量調整弁９を、又、ガス化炉設備は石炭流
量調整弁１、蒸気流量調整弁２、及び空気流量調整弁３
を夫々用いて、制御を行う。制御対象は、プラントの性
質上、■発電運用の対象となる発生電力と、■石炭ガス
化炉設備側からの発生ガス量とガスタービン設備側の消
費ガス量とがアンバランスとなった際に生ずる圧力の上
昇又は下降を防止、即ち圧力を一定と制御するガスター
ビン入口（速度比弁８人口）圧力とである。

この様なプラント構成と制御対象により、プラントの運
用は、次の組合せにより行うことが可能である。即ち、
（ａ）ガス化炉設備が負荷制御を行い、負荷制御により
発生ガス量が変動した結果を受けて、ガスタービン設備
がガスタービン入口圧力を制御する、ガスタービン追従
モードと、（ｂ）ガスタービン設備が負荷制御を行い、
負荷制御により消費ガス量が変動した結果を受けてガス
化炉設備が、ガスタービン入口圧力を制御するガス化炉
追従モードとがある。この２つの追従モードのうち、（
ａ）のガスタービン追従モードについて第２図を用いて
説明する。図中、ガス化炉４、石炭流量調整弁１、蒸気
流量調整弁２、空気流量調整弁３から成るガス化炉設備
と、燃焼器１０．圧縮機１１、ガスタービン１２、発電
機２６．速度比弁８、燃料流量調整弁９から成るガスタ
ービン設備が示されている。

ガスタービン設備の発電機２６からの発電電力検出器２
８の信号及びガスタービン入口（速度比弁８人口）圧力
検出器２７の信号は、プラント制御装置４３に導かれる
。プラント制御装置４３は、負荷制御部４１．圧力制御
部４２、ガス化炉制御部２９、及びガスタービン制御部
３０より構成されており、負荷制御部４１では、入力さ
れた発電電力検出器２８の出力と、要求負荷設定器３１
からの設定値とが、減算器３２に入力され、減算処理の
後偏差信号を比例積分器３３に導き、比例積分演算がな
される。比例積分処理後の値は、ガス化炉制御指令信号
としてガス化炉制御部２９へ入力され、石炭、空気、蒸
気夫々の投入量をガス化炉制御指令信号に基づいて制御
演算の後、石炭流量調整弁１、蒸気流量調整弁２、空気
流量調整弁３夫々に、制御指令出力される。

、一方、圧力制御部４２では、入力されたガスタービン
入口圧力検出器２７よりの信号と要求圧力設定器３４か
らの設定値とが、減算器３５に入力され、減算処理の後
、偏差信号を比例積分器３６に導き、比例積分演算がな
される。比例積分処理後の値は、ガスタービン制御指令
信号としてガスタービン制御部３０へ入力される。ガス
タービン制御部３０内は、圧力制御系４７、低値優先回
路４９、排気温度制限系４８及び図示しないメ制限制御
系から＾構成されており、圧力制御系４７からの信号と
排気温度制限制御系４８からの信号は、共に低値優先回
路４９に入力され、制御指令値として最も低い値の信号
が選択され、燃料流量調整弁９に制御指令信号として出
力される。以上の制御系構成により、ガス化炉設備が負
荷制御を、又、ガスタービン側が圧力制御を行うため、
要求負荷を得ると共にガス系内の圧力を常に所望の値と
することが可能となる。

（発明が解決しようとする課題） 石炭ガス化コンバインドサイクル発電の構成要素の１つ
であるガスタービンは、燃料を直接燃焼器内で燃焼させ
燃焼ガスによりガスタービンを駆動させることから、大
容量、高効率化を図るには高温化は必要な施策であるた
め、高温化に向けての対策が施されている。ガスタービ
ン入口温度は１２００＠〜１４００℃で設計されるのに
対し、燃焼器またはタービン動静翼の金属の使用限界と
なる温度は９００〜９５０℃である。このため、燃焼器
は、セラミックによる内面コーティングを、また、ター
ビン動静翼については冷却空気による金属冷却によりタ
ービン入口温度の高温化に対応している。しかし、　ｔ
ｏｏｏ℃を越えての高温域における使用のため、設計上
の定格温度を越えての運用は、ガスタービン本体を破損
するに至らしめる恐れがある。

そのため、タービン入口温度を制限値とした制限制御系
又は、制限値となるタービン入口温度に対応するタービ
ン排気温度を制限とした排気温度制限制御系４８をガス
タービン制御部３０内に設けることにより、制限値とな
るタービン入口温度以上の運用を防止するようにしてい
る。これら制限制御系は、大気温度上昇または圧縮機１
１のよごれ等による効率の低下等に伴なうタービン入口
温度上昇時に機能し、ガスタービンの安全な運用に寄与
している。

しかしながら、これらガスタービン制限制御φは、圧力
制御部４２からの制御信号は、ガスタービン制御部３０
内で非選択状態となり、その結果、ガス系内圧力は制御
されないまま、要求負荷に基づいて負荷制御部４１より
出力されるガス化炉制御信号の上昇により石炭と空気が
投入されるため、ガス系内圧力は更に上昇し続けてしま
うという悪循環をくり返すこととなる。圧力制御部４２
の圧力設定器３４で与えられる設定値に対する圧力検出
器２７からの実圧力信号との偏差入状態を検出する信号
を得た場合、または、ガスタービン制御部３０において
制限制御選択による状態すなわちガスタービン入口圧力
制御信号がガスタービン制御信号として非選択状態を検
出する信号を得た場合には、ガス化炉側の石炭、蒸気、
空気の各操作端の増減操作を中止としても、ガスタービ
ン入口圧力は、要求する設定値以上の値で整定してしま
う。このため、運転員の手動による介入により、ガス比
炉設備への要求負荷設定器３１を減操作し、所望の圧力
となる値まで降下させる必要がある。加えて、大気温度
上昇時に生ずるガスタービン制御部３０での制限制御選
択後の大気温度降下に伴なう、ガスタービン側制限制御
信号の非選択状態へ移行後、即ちガスタービン入口圧力
制御信号のガスタービン設備側制御選択状態時における
負荷上昇は、再度、運転員により負荷設定器３１を増操
作する必要が生じてしまう。

そこで、本発明は、上記事情に徴し、ガスタービンが制
限制御中においても、運転員が手動介入することなく、
所望の圧力を保持し得る様に改良を加えた、石炭ガス化
コンバインドサイクル発電プラント制御装置の負荷制御
系の最適制御を提供することにある。

〔発明の構成〕

（Ｗ題を解決するための手段） 本発明は、石炭ガス化炉からガスタービンに供給される
ガス状燃料の圧力を所定の設定圧力に近づけるべく番前
ガスタービンの燃料流量調節弁を制御する圧力制御部と
、ｋ４ｉＬガスタービンにより発電される電力を所定の
負荷に近づけるべく七纜石炭ガス化炉を制御し、かつ必
要に応じてｈ耐ガス状燃料の圧力を所定圧力に近づける
べくｂ赫ガス化炉を制御する負荷制御部を具備する石炭
ガス化発電制御装置である。

（作　用） 例えば、ガスタービン設備が制限制御中となり、ガスタ
ービン入口圧力が上昇した場合、ガス化炉制御指令を、
所望のガスタービン人口圧力を得ることができる値まで
、自動的に下降させ、かつ、ガスタービン設備が制限制
御から復帰した際には、制限制御状態となる前の負荷を
得るための、ガス化炉制御指令となるべく作用する。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を２図面を参照して説明する。

第１図は、プラント制御装置４３のうち。

負荷制御部４１と、圧力制御部４２を示す概略制御ブロ
ック図である６尚、第２図及び第３図と同一構成部分に
ついては、同一符号を付し、その重複説明は省略する。

ガスタービン入口圧力検出器２７からの圧力信号を、圧
力制御部４２側のみならず負荷制御部４１へも導く。負
荷制御部４１では、負荷制御系の構成要素である負荷設
定器３１、減算器３２、比例積分器３３の他に、新たに
、圧力設定器３７減算器３８、比例制御器３９．低値優
先回路４０から成る連続制御回路により構成される。ガ
スタービン入口圧力設定器３７は、圧力制御系の圧力設
定器３４に比べ、ガスタービン制御時の圧力許容偏差よ
りわずかに大きな値で設定を行う。この圧力設定器３７
およびガスタービン入口圧力検出器２７からの信号は減
算器３８に入力され、減算処理の後、偏差信号を比例制
御器３９に導き、比例演算がなされる。比例演算処理の
後の値は、ガスタービン入口圧力制限制御系出力として
。

負荷制御系出力と共に低値優先回路４０に入力され、２
人力値のうち、低値を選択の上、ガス化炉制御信号とし
て、負荷制御部４１より出力される。

したがって、大気温度の上昇等により、ガスタービン１
２が制限制御状態となった場合でも、負荷制御部４１内
の圧力制御系の機能により、操作員による負荷設定値の
手動操作を必要としない。

〔発明の効果〕

以上説明したような本発明によれば、石炭ガス化コンバ
インドサイクルプラントの運転中において、大気温度の
上昇等により、ガスタービンが制限制御状態となった場
合においても、負荷制御系部の圧力制限制御系により、
ガス系内圧力上昇に基づいてガス化炉制御系信号の絞り
込み動作を行い、所望の圧力とすべく負荷制御系が機能
するため、操作員による負荷設定値の手動操作を必要と
しないばかりが、プラントを安全に連続運用することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る石炭ガス化発電制御装置の一実
施例の要部制御ブロック図、第２図は従来の石炭ガス化
発電制御装置ブロック図、第３図は従来の石炭ガス化コ
ンバインドサイクル発電プラントの概略全体系統図であ
る。 １・・・石炭流量調整弁　　　２・・・蒸気流量調整弁
３・・・空気流量調整弁　　　４・・・ガス化炉８・・
・燃料圧力調整弁　　　９・・・燃料流量調整弁ＩＯ・
・・燃焼器　　　　　　　１１・・・圧縮機１２・・・
ガスタービン　　　　２６・・・発電機４１・・・負荷
制御部　　　　　４２・・・圧力制御部４３・・・プラ
ント制御装置　　２７・・・圧力検出器２８・・・電力
検出器　　　　　２９・・・ガス化炉制御部３０・・・
ガスタービン制御部　３１・・・負荷設定器３４．３７
・・・圧力設定器 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　第子丸　　　健 Ｉ＞　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　忰
へ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…２田ず顕
　樹

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　石炭ガス化炉からガスタービンに供給されるガス状燃
   料の圧力を所定の設定圧力に近づけるべく上記ガスター
   ビンの燃料流量調節弁を制御する圧力制御部と、上記ガ
   スタービンにより発電される電力を所定の負荷に近づけ
   るべく上記石炭ガス化炉を制御し、かつ必要に応じて上
   記ガス状燃料の圧力を設定圧力に近づけるべく上記ガス
   化炉を制御する負荷制御部を具備する石炭ガス化発電制
   御