JPH04284137A - 石炭ガス化発電設備の制御装置 - 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】

【０００１】［発明の目的］

【産業上の利用分野】本発明は、石炭をガス化しガスタ
ービンで燃焼させて発電を行う石炭ガス化発電設備の制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に石炭ガス化発電設備は、石炭をガ
ス化しこれをガスタービンで燃焼させて発電を行うもの
である。このような石炭ガス化発電設備における制御は
、主としてガス圧力および発電機出力を制御することと
なる。

【０００３】図３は、そのような石炭ガス化発電設備の
制御装置を示すものである。ガス化炉１は石炭と空気か
らガスを生成し、生成されたガスはガス精製設備２で脱
硫および脱塵され、ガス流量調節弁３を通ってガスター
ビン４の燃焼器５へ送られる。そして空気圧縮機６から
供給される空気と混合されて燃焼し、ここで発生したエ
ネルギーでガスタービン４を駆動する。ガスタービン４
に結合された発電機７は、これにより回転し、電気エネ
ルギーを電気系統へ供給する。

【０００４】制御装置は制御対象であるガス化炉出口圧
力ＰＦ、ガス流量調節弁入口圧力ＰＴ、および発電出力
ＭＷを入力し、圧力調節器８，９と出力調節器１０，１
１において演算を行った後、それらの出力を設定値とし
てガス化炉マスター１２およびガバナー１３に与え、そ
れらを介して最終操作端である微粉炭計量フィーダの可
変速モータ屋ガス化炉空気調節ダンパやガス流量調節弁
３を操作する。

【０００５】この場合、制御モードとしてタービンリー
ドモードとタービンフォローモードとの２通りがある。 図３はタービンリードモードの場合を示しており、この
タービンリードモードでは、第１の出力調節器１０に発
電出力ＭＷをフィードバックしガバナー１３を介して、
ガス流量調節弁３を操作する。また、第１の圧力調節器
８にガス化炉出口圧力ＰＦをフィードバックしガス化炉
マスター１２を介してガス化炉入力エネルギーを操作す
る。

【０００６】一方、その逆にタービンフォローモードで
は第２の出力調節器１１に発電出力ＭＷをフィードバッ
クしガス化炉マスター１２に信号を与え、また、第２の
圧力調節器９によってガス流量調節弁入口圧力ＰＴをフ
ィードバックしガバナー１３に信号を与えている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、タービンリ
ードモードとタービンフォローモードとの切替変更時に
、発電出力ＭＷの検出点は変わらないのにガス圧力の検
出点はガス精製設備の前後に移動する。これは、ガス精
製設備２が比較的大きな容量を有するためであり、圧力
制御の操作端に近いポイントで圧力検出を行わないと、
圧力制御が不安定となる恐れがあるためである。したが
って、たとえ、不安定とならないとしても応答が遅くな
るか、あるいは、応答性を改善しようとすると圧力制御
を担当する主機に片寄った負担を与える。つまり、ター
ビンリードモードならばガス化炉に、タービンフォロー
モードならばガスタービンに負担となる。

【０００８】このことはまた、次の事を示している。す
なわちこのような従来の制御装置では、操作端に近いポ
イントの圧力、つまり制御されている圧力は安定するが
、そのポイントのガス精製設備２を挟んだ反対側のポイ
ントの圧力は大きく変動し、発電出力制御を担当する機
器または制御装置に片寄った負担を与える。

【０００９】以下、図４を参照してそのような場合の特
性を詳細に説明する。図４はタービンリードモードの場
合の各ポイントのガス圧力を示す特性図である。図３に
おけるガス化炉１出口をＡ点，ガス精製設備内部をＢ点
，ガス流量調節弁３入口をＣ点とし、初期定常バランス
時はこれら各ポイントＡ，Ｂ，Ｃの特性曲線が実線のよ
うに並んでいるとする。

【００１０】曲線Ａ１−Ｂ１−Ｃ１の傾きはそれぞれの
ポイント間の圧力差であり、ガス流量を表わしている。 今、発電出力減設定を制御装置に行ったとすると、ガス
流量調節弁３は閉方向に動作し、その前方の圧力は上昇
する。したがってＣ点のガス圧は上に移動しＣ１点から
Ｃ２点となる。このとき、ガス精製設備２は容量が大き
いので、Ｂ点のガス圧のＢ１点はあまり変動しない。こ
のことから、Ｂ−Ｃ間の特性曲線は破線Ｓ１で示したよ
うになる。

【００１１】やがて、ガス精製設備２の圧力が徐々に上
昇するので、Ａ−Ｃ間は曲線Ａ１−Ｃ２すなわち破線Ｓ
２のようになる。これにより、Ｂ１点はＢ２点に移動す
る。するとＢ−Ｃ間の傾きがやや急になるため、Ｂ−Ｃ
間の流量が増えて、発電出力が増加する。したがって制
御装置は再びガス流量調節弁３を絞る指令を与える。す
るとＣ点の圧力はさらに上昇し、Ｂ−Ｃ間の特性曲線は
破線Ｓ３のようになる。このような動作を繰り返し、や
がて新しい発電出力に対するバランス状態破線Ｓ４に達
するのである。発電出力増設定の場合は最終的に破線Ｓ
５のようになる。

【００１２】以上のように、従来の制御装置では、Ｃ点
の圧力は大きく変動し、さらに巨大な容量を抱えるガス
精製設備２があるので、バランス状態へ達するのが遅い
。したがって発電出力を制御するガスタービンフォロー
モードの時はガス化炉およびその制御装置に片寄った負
担が加わる。

【００１３】本発明は、モード切替時のガス圧力の変動
を少なくすると共に発電出力の変動に対する圧力バラン
スをより早く回復し、変動を特定の機器に片寄ることな
く均等に吸収することを可能とする石炭ガス化発電設備
の制御装置を提供することを目的とする。

【００１４】［発明の構成］

【課題を解決するための手段】本発明は、石炭からガス
を生成させるガス化炉と、その生成ガスを精製するガス
精製設備と、ここで精製されたガスを燃料としてガス流
量調節弁によって出力が制御されるガスタービンとが直
列にガス配管で接続される石炭ガス化発電設備の制御装
置において、発電機の出力設定値の変化に応じてガス化
炉の出口目標値とガス流量調節弁の入口圧力目標値とが
相互に反対方向の増減となるようにかつガス精製設備内
の圧力を一定に保つように各々の目標値を算出する目標
値算出手段と、ガス化炉の出口温度がその目標値になる
ようにガス化炉マスターに指令を出力する第１の調節機
と、発電機の出力がその出力設定値になるようにガス流
量調節弁の入口圧力とその目標値との偏差を加味してガ
バナーに指令を出す第２の調節機とを備えている。

【００１５】

【作用】本発明は、ガス精製設備内の圧力を変動させな
いようにし、ガス化炉出口圧力とガス流量調節弁入口圧
力をそれぞれ反対方向にあるアルゴリズムにしたがって
変化させる。これによって、各ポイントの圧力変動を少
なくし、各点の圧力の定常バランスを迅速に達成し、か
つ所定の発電出力が得られる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１を参照して説
明する。図１の中で従来の図３と同じ部分には同一符号
を付けてその説明は省略する。

【００１７】目標値算出手段３２は、ガス化炉１の出口
圧力目標値ＰＦ０とガス流量調節弁３の入口圧力目標値
ＰＴ０とを算出するものである。すなわち、発電機設定
ｘは第１の関数発生器１４および第２の関数発生器１５
にそれぞれ入力され、それぞれガス化炉１出口ガス流量
Ｑ１　とガス流量調節弁３の入口ガス流量Ｑ２　に変換
される。 この出口ガス流量Ｑ１　，入口ガス流量Ｑ２　にガス精
製設備２内の圧力設定Ｐ０　を与え、次の被線形微分方
程式を初期値の近傍で解くと、ガス化炉２の出口圧力及
びガス流量調節弁３の入口圧力それぞれの目標値ＰＦ０
，ＰＴ０が得られる。（以下余白）

【００１８】

【００１９】但し、ＱＦ　，ＱＴ　：内生変数Ｔ１　：
ガス化炉１とガス精製設備２の間の配管ボリュームに相
当する時定数 Ｋ１　：流量係数 Ｔ２　：ガス精製設備２と流量調節弁３の配管ボリュー
ムに相当する時定数 Ｋ２　：流量係数

【００２０】この一実施例では、この非線形微分方程式
を減算器１６，１７，１８，１９と積分器２０，２１お
よび開平演算機２２，２３を用いて解いている。

【００２１】こうして求められたガス化炉１の出口圧力
目標値ＰＦ０は計測されてフィードバックされた実圧力
ＰＦ　と減算器２４において突合され、第１の調節器２
５を経てガス化炉マスター１２への指令となる。

【００２２】一方、ガスタービン側の発電出力制御では
、減算器２６において発電出力設定ｘとフィードバック
された実発電出力との差をとり、その結果を第２の調節
器２７へ入力し、その演算結果をガバナー１３へ指令と
して与えている。また、ガス流量調節弁３の入口圧力目
標値ＰＴ０は、フィードバック値ＰＴ　と減算器２８に
おいて突合され、比例器２９で比例ゲインＫを乗じられ
て加算器３０において、第２の調節器２７の出力へ加算
され、発電出力制御の補償要素として働く。

【００２３】本発明における各ポイントの圧力を図２に
示す。Ａ点，Ｂ点，Ｃ点は図４の場合と同様のポイント
を表わしており、初期定常バランス時は実線のようにＡ
１−Ａ２−Ａ３の特性曲線であるとする。発電出力減設
定を制御装置に行うと、図１において第１の関数発生器
１４、第２の関数発生器１５の出力であるガス化炉１の
出口ガス流量Ｑ１　、ガス流量調節弁３の入口ガス流量
Ｑ２　が減少し、ガス化炉１の出口圧力目標値ＰＦ０が
減少し、ガス流量調節弁３の入口圧力目標値ＰＴ０が増
加する。したがって、減算器２４、第１の調節器２５に
よってガス化炉１の入力が減少してガス化炉１の出口圧
力が下がる。、また、減算器２８、比例器２９および減
算器２６、第２の調節器２７によって、ガス流量調節弁
３の開度が減少してガス流量調節弁３の入口圧力が上が
り、発電出力が減少する。したがって図２のＡ点とＣ点
との曲線はＳ６のように変化し、直ちに新たなバランス
状態へ達する。発電出力増の場合は曲線Ｓ７のようにな
る。

【００２４】ここで、図１の関数発生器３１によって発
電出力設定ｘの関数として、ガス化炉マスター１２への
指令を決定することも考えられる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ガ
ス化炉とガスタービンとの間にあるガス精製設備内の圧
力を一定に保つように、ガス化炉への入力とガスタービ
ン燃焼器への燃料ガス投入を互いに反対方向に適当なだ
け操作するので、発電出力の制御時に各ポイントの圧力
変動を少なくすることができる。また圧力の定常バラン
スを回復するための負担が特定の機器に片寄らず、かつ
迅速にバランスを回復することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図２】本発明によるガス圧の特性図。

【図３】従来例を示すブロック図。

【図４】従来例のガス圧の特性図。

【符号の説明】

１　　　　ガス化炉 ２　　　　ガス精製設備 ３　　　　ガス流量調節弁 ４　　　　ガスタービン ５　　　　燃焼器 ６　　　　空気圧縮機 ７　　　　発電機 ８　　　　第１の圧力調節器 ９　　　　第２圧力調節器 １０　　　　第１の出力調節器 １１　　　　第２の出力調節器 １２　　　　ガス化炉マスター １３　　　　ガバナー １４　　　　第１の関数発生器 １５　　　　第２の関数発生器 １６　　　　減算器 １７　　　　減算器 １８　　　　減算器 １９　　　　減算器 ２０　　　　積分器 ２１　　　　積分器 ２２　　　　開平演算器 ２３　　　　開平演算器 ２４　　　　減算器 ２５　　　　第１の調節器 ２６　　　　減算器 ２７　　　　第２の調節器 ２８　　　　減算器 ２９　　　　比例器 ３０　　　　加算器 ３１　　　　関数発生器 ３２　　　　目標値算出手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　石炭からガスを生成するガス化炉と、
   その生成ガスを精製するガス精製設備と、ここで精製さ
   れたガスを燃料としてガス流量調節弁によって出力が制
   御されるガスタービンとが直列にガス配管で接続される
   石炭ガス化発電設備の制御装置において、発電機の出力
   設定値の変化に応じて前記ガス化炉の出口圧力目標値と
   前記ガス流量調節弁の入口圧力目標値とが相互に反対方
   向の増減となるようにかつ前記各々の目標値を算出する
   目標値算出手段と、前記ガス化炉の出口圧力がその目標
   値になるようにガス化炉マスターに指令を出力する第１
   の調節器と、前記発電機の出力がその出力設定値になる
   ように前記ガス流量調節弁の入口圧力とその目標値との
   偏差を加味してガバナーに指令を出す第２の調節器とを
   備えたことを特徴とする石炭ガス化発電設備の制御装置
   。