JPH0496694A - コージェネレーションプラントの出力制御装置 - 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、電力とともに蒸気の供給も行なうコージェネ
レーションプラントの出力制御装置に係り、特に急激な
蒸気需要変化に対しても、充分対応することができるコ
ージェネレーションプラントの出力制御装置に関する。

（従来の技術） 一般に、コージェネレーションプラントは、ガスタービ
ンサイクルあるいはディーゼルエンジン、ガスエンジン
等の内燃機関と、その排ガスのエネルギを用いて蒸気を
発生させる排熱回収ボイラ（以下ＨＲ８Ｇと称す）とか
ら構成され、電力とともに蒸気の供給も行なうようにな
っている。

第４図は、ガスタービンサイクルを用いた従来のコージ
ェネレーションプラントにおける出力制御装置を示すも
ので、ガスタービンサイクル１は、燃料弁２で供給量が
調節された燃料とコンプレッサ３からの圧縮空気とが供
給される燃焼器４を備えており、この燃焼器４で燃焼さ
れた高温・高圧の燃焼ガスは、ガスタービン５に送られ
てガスタービン５を駆動させるとともに、発電機６によ
り発電を行なうようになっている。そして、ガスタービ
ン５からの排ガスは、ＨＲ８Ｇ７に送られて熱回収が行
なわれるようになっている。

このＨＲ３Ｇ７は、第４図に示すように、給水を余熱す
るエコノマイザ８を備えており、このエコノマイザ８か
らの給水は、蒸気ドラム９を通してエバポレータ１０に
送られるとともに、スーパーヒータ１１に送られて過熱
され、過熱蒸気か、蒸気供給ライン１２を介し熱供給シ
ステム１３に送られるようになっている。そして、コー
ジェネレーションプラントの出力制御は、第４図に示す
ように、フィードフォワード回路１４、ガスタービン制
御回路１５および圧力制御回路１６を用いて前記燃料弁
２を制御することにより行なわれるようになっている。

前記フィードフォワード回路１４は、熱負荷標準パター
ン（例えば、１日単位の蒸気需要予想値に基づく標準パ
ターン）を出力するようになっており、またガスタービ
ン制御回路１５は、この標準パターンに応じた設定信号
を燃料弁２に与え、その開度を制御するようになってい
る。また、前記圧力制御回路１６は、前記熱負荷標準パ
ターンから外れる蒸気需要変化に対し、この変化を蒸気
系のヘッダ圧力を検出する圧力検出器１７からの信号で
検出し、これをガスタービン制御回路１５にフィードバ
ックしてその出力を補正するようになっている。そして
これにより、熱負荷標準パターン通りの蒸気需要でなく
ても、蒸気圧力を一定に制御できるようになっている。

（発明が解決しようとする課題） 従来のコージェネレーションプラントの出力制御装置に
おいては、蒸気需要予想パターンから外れる蒸気需要変
化があった際に、ガスタービンサイクル１の出力制御の
みにより蒸気圧力を一定に制御するようにしているため
、瞬時の蒸気需要変化に対しては対応できないという問
題がある。

すなわち、蒸気需要量か急に変動した場合、蒸気圧力信
号をフィードバックしてガスタービン出力を上げても、
ＨＲ３Ｇ７の蒸気発生量が増えるまでには、大きな時間
遅れ（数分間）があり、蒸気圧力か低下してしまうとい
う問題かある。

本発明は、かかる現況に鑑みなされたもので、蒸気需要
量か急に変動した場合でも、蒸気圧力を一定に制御する
ことかできるコーシェネレーションプラントの出力制御
装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の第１の発明は、前記目的を達成する手段として
、コージェネレーションプラントにおいて、予め設定さ
れた時間単位の蒸気需要予想パターンにより発電システ
ムの出力を制御する発電システム出力制御装置と、排熱
回収ボイラに並設された応答性の速いボイラ装置と、こ
のボイラ装置の出力を制御するホイラ出力制御装置と、
前記蒸気需要予想パターンから外れる蒸気需要変化を蒸
気圧力に基づき検出する検出手段と、この検出手段から
の信号に基づき前記両出力制御装置を制御する圧力制御
装置とをそれぞれ設けるようにしたことを特徴とする特 また、本発明の第２の発明は、前記目的を達成する手段
として、コージェネレーションプラントにおいて、予め
設定された時間単位の蒸気需要予想パターンにより発電
システムの出力を制御する発電システム出力制御装置と
、排熱回収ボイラからの蒸気で駆動される蒸気タービン
と、この蒸気タービンへの蒸気供給量を制御するタービ
ン制御装置と、前記蒸気需要予想パターンから外れる蒸
気需要変化を蒸気圧力に基づき検出する検出手段と、こ
の検出手段からの信号に基づき前記発電システム出力制
御装置およびタービン制御装置を制御する圧力制御装置
とをそれぞれ設けるようにしたことを特徴とする。

（作用） 本発明の第１の発明に係るコージェネレーションプラン
トの出力制御装置においては、蒸気需要予想パターンか
ら外れる蒸気需要変化があった場合に、発電システムの
出力が制御されて排熱回収ホイラでの発生蒸気量か制御
されるとともに、この排熱回収ボイラに並設されたボイ
ラ装置ての発生蒸気量も制御される。

ところで、排熱回収ボイラでの発生蒸気量を増加させよ
うとした場合、前述のように発電システムの出力を上げ
てから数分間の時間遅れがあるが、ボイラ装置は応答性
が速いので、信号入力後即座に発生蒸気量を増やすこと
ができる。このため、蒸気需要量が急に変動した場合で
も、蒸気圧力を一定に制御することが可能となる。

また、本発明の第２の発明に係るコージェネレーション
プラントの出力制御装置においては、排熱回収ボイラで
の発生蒸気は、外部に供給されるとともに、蒸気タービ
ンにも供給されている。この状態で、蒸気需要予想パタ
ーンから外れる蒸気需要変化があった場合、発電システ
ムの出力か制御されて排熱回収ボイラでの発生蒸気量が
制御されるとともに、蒸気タービンへの蒸気供給量も制
御される。

ところで、排熱回収ボイラでの発生蒸気量の制御は、前
述のように応答性が悪いが、蒸気タービンへの供給蒸気
量の制御は、信号入力後即座に行なうことかできるので
、蒸気需要量か急に変動した場合でも、蒸気圧力を一定
に制御することか可能となる。

（実施例） 以下、本発明の第１実施例を第１図および第２図を参照
して説明する。

第１図は、発電システムとしてガスタービンサイクルを
用いたコージェネレーションプラントの出力制御装置の
一例を示すもので、図中、符号１はガスタービンサイク
ルである。このガスタービンサイクル１は、燃料弁２で
供給量が調節された燃料とコンプレッサ３からの圧縮空
気とが供給される燃焼器４を備えており、この燃焼器４
で燃焼された高温・高圧の燃焼ガスは、ガスタービン５
に送られてガスタービン５を駆動するとともに、発電機
６により発電を行なうようになっている。

そして、ガスタービン５からの排ガスは、ＨＲ８Ｇ７に
送られて熱回収が行なわれるようになっている。

このＨＲ８Ｇ７は、第１図に示すように、給水を余熱す
るエコノマイザ８を備えており、このエコノマイザ８か
らの給水は、蒸気ドラム９を通してエバポレータ１０に
送られるとともに、スーパーヒータ１１に送られて過熱
され、過熱蒸気が、蒸気ライン１２を介し熱供給システ
ム１３に送られるようになっている。

このＨＲＳＧ７には、第１図に示すように、給水ポンプ
２１からの給水を過熱し過熱蒸気を前記熱供給システム
１３に送る応答性の速い補助ボイラ２０か並設されてお
り、この補助ボイラ２０は、燃料弁２２を制御すること
により出力制御されるようになっている。そして、コー
ジェネレーションプラントの出力制御は、第１図に示す
ように、フィードフォワード回路１４、ガスタービン制
御回路１５および圧力検出器１７からの信号が入力され
る圧力制御回路１６を用いて前記燃料弁２を制御すると
ともに、補助ボイラ制御回路２３を用いて前記燃料弁２
２を制御することにより行なわれるようになっている。

前記フィードフォワード回路１４は、第１図に示すよう
に、−日の蒸気需要量変化パターンを選定する蒸気需要
パターン選定部３０と、選定されたパターンを発生させ
る標準パターン発生部３１と、標準パターン発生部３１
からの信号をガスタービン負荷パターンへ変換し大気温
度検８器３２からの信号に基づき負荷パターンに大気温
度補正を加える信号変換部３３とから構成されており、
このフィードフォワード回路１４から出力された一日の
ガスタービン負荷パターンは、ガスタービン制御回路１
５に与えられるようになっている。

ガスタービン制御回路１５は、第１図に示すように、ガ
スタービン出力信号Ｓ２　（Ｇ／ＴＭＷ）と蒸気圧カフ
ィードバック信号Ｓ２３とを加える加算器３４と、この
加算器３４の出力信号Ｓｌとフィードフォワード回路１
４からの負荷指令Ｓ４との偏差を求める減算器３５と、
この減算器３５からの偏差信号Ｓ５が入力される負荷コ
ントローラ３６と、この負荷コントローラ３６からの出
力信号Ｓ６、回転数偏差Δｆに基づくガスタービン調定
率ゲインＳ７、および蒸気圧カフィードバック信号Ｓ２
３の加算を行なう加算器３７とから構成されており、こ
の加算器３７からの出力信号Ｓ８により、前記燃焼弁２
の開度がガバナフリー制御されるようになっている。

また、前記圧力制御回路１６は、第１図に示すように、
蒸気供給圧力を検出する圧力検出器１７からの信号と圧
力セット値との偏差を求める減算器３８と、この減算器
３８からの偏差信号を蒸気圧カフィードバック信号Ｓ２
３として出力する圧力コントローラ３９とから構成され
ており、前記減算器３８からの偏差信号は、補助ボイラ
制御回路２３にも与えられ、補助ボイラ制御回路２３を
フィードバック制御するようになっている。

補助ボイラ制御回路２３は、第１図に示すように、前記
圧力制御回路１６の減算器３８からの偏差信号と圧力セ
ット値との偏差を求める減算器４０と、この減算器４０
からの偏差信号を制御信号として前記燃焼弁２２に出力
する圧力コントローラ４１とから構成されており、この
燃焼弁２２の制御により、補助ボイラ２０からの発生蒸
気量が制御されるようになっている。

次に、本実施例の作用について説明する。

コージェネレーションプラントの一日の蒸気需要は、季
節要因を考慮した曜日で決まるあるパターンで概略予想
することができる。例えば、工場について考えてみると
、朝の操業開始により立上かり、昼に少し下がり、午後
のピークを経て夜間は低い需要で推移し、また翌朝の操
業開始時には立上がるというパターンをとる。このパタ
ーンは、平日と休日とで変わり、また夏と冬の季節要因
によっても変わる。したがって、これらい（つかの標準
的なパターンを予め持っておき、ＨＲＳＧ７の蒸気発生
の時間遅れも加味して、先行的にガスタービン出力を変
化させれば、標準的に一日の蒸気需要変化に追従してい
くことができる。

フィードフォワード回路１４の蒸気需要パターン選定部
３０は、実時間（何月何日）により適切な標準パターン
を選定し、標準パターン発生部３１は、選定された標準
パターンを発生させる。信号変換部３３は、その蒸気需
要、すなわちコージエネレーションプラントが発生しな
くてはならない蒸気発生量を、ヒートバランス計算に基
づいたカスタービン負荷（燃料流量指令）に変換する。

なお、ここで、大気温度検出器３２からの信号を用い、
蒸気需要からカスタービン負荷への変換に修正を加えて
いるのは、ガスタービンかオープンサイクルシステムで
あり、大気温度によって、ガスタービン出力およびＨＲ
３Ｇ７へ送る排ガスのエンタルピが変わり、したがって
同じ燃料流量でも蒸気発生量か変わるからである。

第２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はその状態を示す。例え
ば、その日の標準パターンが第２図（ａ）に示すような
パターンだとすると、この横軸時間の蒸気供給量目標は
、第２図（Ｃ）に示すような大気温度をパラメータとし
た信号変換部３３の変換カーブで置換えられ、ガスター
ビン制御回路１５に与えられる時間に対するガスタービ
ンの負荷指令Ｓ４は、第２図（ｂ）に示すようになる。

第２図（ｂ）において、破線は大気温度が低い場合の例
を、また−点鎖線は大気温度が高い場合の例をそれぞれ
示す。すなわち、第２図（ｂ）に示すようにガスタービ
ン負荷を時間的に変化させれば、蒸気供給量は第２図（
ａ）が実現される。ここで、ＨＲ８Ｇ７の蒸気発生遅れ
は、標準パターンに加味しておけば、蒸気発生の仕上が
りは、実際の蒸気需要と合致したものとすることかでき
る。

このように、標準パターンに応じて蒸気を発生させても
、時々刻々変化する蒸気需要は、標準パターンで予想し
た通りにはならない。そこで本実施例では、圧力検出器
１７からの信号を圧力制御回路１６を介しガスタービン
制御回路１５にフィードバックし、標準パターン外の蒸
気変動量に対応できるようにしている。

ところが、蒸気需要量が急に変動した場合には、ＨＲ８
Ｇ７だけでは瞬時の蒸気変化要求に対応できないので、
補助ボイラ制御回路２３において、圧力制御回路１６か
らの信号と圧力セット値との偏差を求め、この偏差信号
により燃料弁２２の開度を制御し、補助ボイラ２０の蒸
気発生量を制御して熱供給システム１３に蒸気を供給す
るようにしている。この補助ボイラ２０は応答性か速い
ので、蒸気需要量が急に変動しても充分対応でき、常に
蒸気圧力を一定に制御することかできる。

第３図は、本発明の第２実施例を示すもので、前記第１
実施例における補助ボイラ２０および補助ボイラ制御回
路２３に代え、ＨＲ３Ｇ７からの蒸気で駆動される蒸気
タービン５０および蒸気タービン制御回路５１を用いる
ようにしたものである。

すなわち、蒸気タービン５０は、第３図に示すように、
蒸気加減弁５２を介しＨＲ３Ｇ７から送られる蒸気によ
り駆動され、発電機５３を回転駆動するようになってお
り、前記蒸気加減弁５２は、蒸気タービン制御回路５１
からの信号で開度制御され、蒸気タービン５０での蒸気
消費量が調節されるようになっている。

蒸気タービン制御回路５１は、第３図に示すように、圧
力制御回路１６の減算器３８からの偏差信号が圧力コン
トローラ５４を介し入力される加算器５５を備えており
、この加算器５５は、前記偏差信号と、負荷セラｈｋと
、回転数偏差Δｆとを加算した信号を蒸気加減弁５２に
与え、蒸気タービン５０における蒸気消費量を調節する
ようになっている。

なお、その他の点については、前記第１実施例と同一構
成となっている。

次に、本実施例の作用について説明する。

ガスタービンサイクル１の制御方法は、前記第１実施例
と同一であるので、以下、蒸気タービン５０側の制御に
ついてのみ説明する。

蒸気タービン制御回路５１は、圧力制御回路２８の減算
器３８からの偏差信号と、負荷セットにと、回転数偏差
Δｆとを、加算器５５で加算し、その加算値により蒸気
加減弁５２を制御する。これにより、蒸気タービン５０
に流れる蒸気量が制御され、結果として、ＨＲ３Ｇ７か
ら熱供給システム１３に供給される蒸気量が制御される
。蒸気タービン５０に流れる蒸気量の制御は迅速である
ので、蒸気需要量が急に変動しても充分対応でき、前記
第１実施例と同様、常に蒸気圧力を一定に制御すること
ができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の第１の発明は、排熱回収
ボイラの他に応答性の速いボイラ装置を設け、蒸気需要
予想パターンから外れる蒸気需要変化があった際に、排
熱回収ボイラての発生蒸気量を制御するとともに、ボイ
ラ装置での発生蒸気量も制御するようにしているので、
蒸気需要量か急に変動した場合でも、蒸気圧力を常に一
定に制御することかできる。

また、本発明の第２の発明は、排熱回収ボイラからの蒸
気で駆動される蒸気タービンを設け、蒸気需要予想パタ
ーンから外れる蒸気需要変化があった際に、排熱回収ボ
イラでの発生蒸気量を制御するとともに、蒸気タービン
での蒸気消費量も制御するようにしているので、蒸気需
要量が急に変動した場合でも、蒸気圧力を常に一定に制
御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係るコージェネレーショ
ンプラントの出力制御装置を示す構成図、第２図（ａ）
、（ｂ）、（Ｃ）はフィードフォワード回路における標
準パターンの大気温度による修正方法を説明するための
グラフ、第３図は本発明の第２実施例を示す第１図相当
図、第４図は従来のコージェネレーションプラントの出
力制御装置を示す構成図である。 １・・・ガスタービンサイクル、２，２２・・・燃料弁
、訃・・ガスタービン、６，５３・・・発電機、７・・
・ＨＲ８Ｇ、１３・・・熱供給システム、１４・・・フ
ィードフォワード回路、１５・・・ガスタービン制御回
路、１６・・・圧力制御回路、１７・・・圧力検出器、
２０・・・補助ボイラ、２３・・・補助ボイラ制御回路
、５０・・・蒸気タービン、５１・・・蒸気タービン制
御回路、５２・・・蒸気加減弁。 出願人代理人　　波　多　野　　　　久第２図 −一哨

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高温の排熱を排出する発電システムと、この排熱を
   回収する排熱回収ボイラとを有し、電力とともに排熱回
   収ボイラで発生した蒸気を外部に供給するコージェネレ
   ーションプラントにおいて、予め設定された時間単位の
   蒸気需要予想パターンにより前記発電システムの出力を
   制御する発電システム出力制御装置と、前記排熱回収ボ
   イラに並設された応答性の速いボイラ装置と、このボイ
   ラ装置の出力を制御するボイラ出力制御装置と、前記蒸
   気需要予想パターンから外れる蒸気需要変化を蒸気圧力
   に基づき検出する検出手段と、この検出手段から信号に
   基づき前記両出力制御装置を制御する圧力制御装置とを
   具備することを特徴とするコージェネレーションプラン
   トの出力制御装置。 ２、高温の排熱を排出する発電システムと、この排熱を
   回収する排熱回収ボイラとを有し、電力とともに排熱回
   収ボイラで発生した蒸気を外部に供給するコージェネレ
   ーションプラントにおいて、予め設定された時間単位の
   蒸気需要予想パターンにより前記発電システムの出力を
   制御する発電システム出力制御装置と、前記排熱回収ボ
   イラからの蒸気で駆動される蒸気タービンと、この蒸気
   タービンへの蒸気供給量を制御するタービン制御装置と
   、前記需要予想パターンから外れる蒸気需要変化を蒸気
   圧力に基づき検出する検出手段と、この検出手段からの
   信号に基づき前記発電システム出力制御装置およびター
   ビン制御装置を制御する圧力制御装置とを具備すること
   を特徴とするコージェネレーションプラントの出力制御
   装置。