JPH09317499A - 高炉ガス専焼式ガスタービンの制御方法 - Google Patents
高炉ガス専焼式ガスタービンの制御方法Info
- Publication number
- JPH09317499A JPH09317499A JP8133686A JP13368696A JPH09317499A JP H09317499 A JPH09317499 A JP H09317499A JP 8133686 A JP8133686 A JP 8133686A JP 13368696 A JP13368696 A JP 13368696A JP H09317499 A JPH09317499 A JP H09317499A
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- Japan
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- turbine
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Abstract
(57)【要約】
【課題】専焼式の故に不可避に起こるこがカロリー変動
に起因するガスタービンの出力変動を克服して発電出力
を一定にすること。 【課題解決手段】高炉ガス焚きガスタービンの運転に当
たり、発電機の出力に応じ、燃焼器の燃料用高炉ガス中
にＮ2 などの減熱用希釈ガスもしくはＬＰＧなどの増熱
用富化ガスのいずれかを添加してガスタービン出力が一
定になるように制御する。
に起因するガスタービンの出力変動を克服して発電出力
を一定にすること。 【課題解決手段】高炉ガス焚きガスタービンの運転に当
たり、発電機の出力に応じ、燃焼器の燃料用高炉ガス中
にＮ2 などの減熱用希釈ガスもしくはＬＰＧなどの増熱
用富化ガスのいずれかを添加してガスタービン出力が一
定になるように制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高炉ガスの有効利
用を目的とする高炉ガス焚きガスタービン, たとえば、
高炉ガス専焼式ガスタービンの制御方法に関し、とくに
運転上のトラブルを招くことなく、常に一定の発電出力
を得るのに好適なガスタービンの制御方法について提案
するものである。
用を目的とする高炉ガス焚きガスタービン, たとえば、
高炉ガス専焼式ガスタービンの制御方法に関し、とくに
運転上のトラブルを招くことなく、常に一定の発電出力
を得るのに好適なガスタービンの制御方法について提案
するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、高炉ガスのみを燃料としたガス
タービン, ボイラー等は、高炉の操業状態によって、発
生高炉ガスのカロリーが大きく変動し、その影響により
ガスタービンの出力も大きく変動する。そのために、ガ
スタービンが過負荷になったり、負荷が低下したりする
ので、従来は、オペレーターがタービンの出力に応じて
燃料ガスのカロリーを変化させていた。というのは、燃
料用高炉ガスのカロリーが高炉操業の変化によって大き
く変動した場合に次のような種々の運転トラブルを招く
からである。たとえば、高炉ガス (燃料ガス) のカロリ
ーが上がり過ぎたりすると、発電機等の過負荷防止のた
めにタービンがトリップしたり、逆に高炉ガスのカロリ
ーが低下した場合には失火等が発生し、これもまたガス
タービンのトリップ状態になる危険性があった。
タービン, ボイラー等は、高炉の操業状態によって、発
生高炉ガスのカロリーが大きく変動し、その影響により
ガスタービンの出力も大きく変動する。そのために、ガ
スタービンが過負荷になったり、負荷が低下したりする
ので、従来は、オペレーターがタービンの出力に応じて
燃料ガスのカロリーを変化させていた。というのは、燃
料用高炉ガスのカロリーが高炉操業の変化によって大き
く変動した場合に次のような種々の運転トラブルを招く
からである。たとえば、高炉ガス (燃料ガス) のカロリ
ーが上がり過ぎたりすると、発電機等の過負荷防止のた
めにタービンがトリップしたり、逆に高炉ガスのカロリ
ーが低下した場合には失火等が発生し、これもまたガス
タービンのトリップ状態になる危険性があった。
【０００３】これに対し、高炉ガスのカロリー低下の対
応策の一つとして、種火用パイロットバーナー等を併用
し、このことによってガスタービンを安定燃焼させる方
法があった。しかし、この従来技術の場合、連続的に運
転されるガスタービンでのパイロットバーナー用燃料が
莫大にかかることになり、経済的に不利があった。ま
た、急激な燃料ガス (高炉ガス) カロリーの変動に対す
る完全な失火防止対策にはならないという問題があっ
た。
応策の一つとして、種火用パイロットバーナー等を併用
し、このことによってガスタービンを安定燃焼させる方
法があった。しかし、この従来技術の場合、連続的に運
転されるガスタービンでのパイロットバーナー用燃料が
莫大にかかることになり、経済的に不利があった。ま
た、急激な燃料ガス (高炉ガス) カロリーの変動に対す
る完全な失火防止対策にはならないという問題があっ
た。
【０００４】これらの問題に対して、従来は、実公平２
−16040 号公報, 実公平２−16039号公報, 特開昭63−1
31835号公報, 特開平２−119639号公報などに開示され
ているように、ガスタービンに入力される燃料ガス (高
炉ガス, コークス炉ガス, 転炉ガスなどのミックスガス
等) のカロリーを検出し、このガスカロリーが一定とな
るようにフィードバック制御する方法がとられてきた。
しかし、この方法だと、ガスカロリーを計測してからの
追従性 (応答性) が悪く、また、ガスカロリー計ではガ
ス中の水分の量が把握できず、ドライ状態のガスの発熱
量の制御しかできない。しかしながら、実際の高炉ガス
中には過飽和の水分が含まれており、それによるカロリ
ー低下まで考慮できないという欠点があった。その結
果、従来技術は、この応答性の遅れとガス中に含まれる
水分量の変化の影響を強く受け、実際の燃焼ガスタービ
ンの発電出力が著しく不安定になる。特に、大きな燃料
ガスカロリーの変動に対しては、従来のフィードバック
制御では追従しきれないのが実情である。
−16040 号公報, 実公平２−16039号公報, 特開昭63−1
31835号公報, 特開平２−119639号公報などに開示され
ているように、ガスタービンに入力される燃料ガス (高
炉ガス, コークス炉ガス, 転炉ガスなどのミックスガス
等) のカロリーを検出し、このガスカロリーが一定とな
るようにフィードバック制御する方法がとられてきた。
しかし、この方法だと、ガスカロリーを計測してからの
追従性 (応答性) が悪く、また、ガスカロリー計ではガ
ス中の水分の量が把握できず、ドライ状態のガスの発熱
量の制御しかできない。しかしながら、実際の高炉ガス
中には過飽和の水分が含まれており、それによるカロリ
ー低下まで考慮できないという欠点があった。その結
果、従来技術は、この応答性の遅れとガス中に含まれる
水分量の変化の影響を強く受け、実際の燃焼ガスタービ
ンの発電出力が著しく不安定になる。特に、大きな燃料
ガスカロリーの変動に対しては、従来のフィードバック
制御では追従しきれないのが実情である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、専焼
式の高炉ガス焚きガスタービンが抱えている問題点、即
ち、専焼式の故に不可避に起こる高炉ガスカロリー変動
に起因するガスタービンの出力変動を克服して発電出力
を一定にすることにある。とくに、かかる変動ガスカロ
リーの変動に伴って発生するガスタービンのトリップ状
態や失火のおそれを回避することにある。そして、この
ことによって、発電コストの削減やオペレーターの負担
の軽減、安定した高炉ガス発電を継続するのに有効な制
御方法を開発することである。
式の高炉ガス焚きガスタービンが抱えている問題点、即
ち、専焼式の故に不可避に起こる高炉ガスカロリー変動
に起因するガスタービンの出力変動を克服して発電出力
を一定にすることにある。とくに、かかる変動ガスカロ
リーの変動に伴って発生するガスタービンのトリップ状
態や失火のおそれを回避することにある。そして、この
ことによって、発電コストの削減やオペレーターの負担
の軽減、安定した高炉ガス発電を継続するのに有効な制
御方法を開発することである。
【０００６】また、本発明は、燃料ガスのカロリー制御
を行う従来技術の欠点、即ち、応答性 (追従性) が悪い
ことおよびガス中水分量の変動による影響を受けやすい
という問題点を改善することを解決課題とする。
を行う従来技術の欠点、即ち、応答性 (追従性) が悪い
ことおよびガス中水分量の変動による影響を受けやすい
という問題点を改善することを解決課題とする。
【０００７】要するに、本発明の目的は、高炉ガスのカ
ロリー変動に伴うガスタービンの効率低下を起因とする
軸出力 (発電出力) の変動を抑えること、および失火な
どのトラブルを未然に防止し、発電コストやオペレータ
ーの負担軽減を実現するのに有効な制御技術を提案する
ことにある。また、本発明の他の目的は、制御の応答性
を良くし、高炉ガス中に含まれる水分量の影響の小さい
制御方法を確立して、発電出力の安定化を図ることにあ
る。
ロリー変動に伴うガスタービンの効率低下を起因とする
軸出力 (発電出力) の変動を抑えること、および失火な
どのトラブルを未然に防止し、発電コストやオペレータ
ーの負担軽減を実現するのに有効な制御技術を提案する
ことにある。また、本発明の他の目的は、制御の応答性
を良くし、高炉ガス中に含まれる水分量の影響の小さい
制御方法を確立して、発電出力の安定化を図ることにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】発明者らは、上述した課
題を解決するために、鋭意研究を続けた結果、高炉操業
の影響を受けやすい高炉ガス専焼式のガスタービンの運
転制御に当たっては、従来のような高炉ガスカロリーを
一定の値に制御するのに比べると、発電出力を制御対象
にしてこれが常に一定の出力となるように、高炉ガスを
増熱または減熱する方が、より有効であるという結論を
得た。このような知見の下に開発した本発明は、高炉ガ
ス焚きガスタービンの運転に当たり、発電機の出力に応
じ、燃焼器の燃料用高炉ガス中に減熱用希釈ガスもしく
は増熱用富化ガスのいずれかを添加してガスタービン出
力が一定になるように制御することを特徴とする高炉ガ
ス専焼式ガスタービンの制御方法を提案する。また、本
発明において、上記希釈ガスとしては、Ｎ2 , 水蒸気も
しくは高圧水を用い、富化ガスとしてＬＰＧ，ＬＮＧ，
コークス炉ガスもしくはＨ2 を用いることを特徴とす
る。
題を解決するために、鋭意研究を続けた結果、高炉操業
の影響を受けやすい高炉ガス専焼式のガスタービンの運
転制御に当たっては、従来のような高炉ガスカロリーを
一定の値に制御するのに比べると、発電出力を制御対象
にしてこれが常に一定の出力となるように、高炉ガスを
増熱または減熱する方が、より有効であるという結論を
得た。このような知見の下に開発した本発明は、高炉ガ
ス焚きガスタービンの運転に当たり、発電機の出力に応
じ、燃焼器の燃料用高炉ガス中に減熱用希釈ガスもしく
は増熱用富化ガスのいずれかを添加してガスタービン出
力が一定になるように制御することを特徴とする高炉ガ
ス専焼式ガスタービンの制御方法を提案する。また、本
発明において、上記希釈ガスとしては、Ｎ2 , 水蒸気も
しくは高圧水を用い、富化ガスとしてＬＰＧ，ＬＮＧ，
コークス炉ガスもしくはＨ2 を用いることを特徴とす
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施に用いられ
る高炉ガス焚きガスタービンまわりの略線図である。図
示の１はガスタービンであり、このガスタービンの回転
軸と同軸上には発電機２が連結されている。また、この
ガスタービン１には、燃料ガス圧縮器３と燃焼器６とが
付帯して設けられており、その燃焼ガス圧縮器３には高
炉から発生した高炉ガス (Ｂガス) を燃料ガス供給管５
を通じて供給され、この圧縮器で昇圧された燃料ガス
(Ｂガス) は燃焼器６を介してガスタービン１に送給さ
れる。
る高炉ガス焚きガスタービンまわりの略線図である。図
示の１はガスタービンであり、このガスタービンの回転
軸と同軸上には発電機２が連結されている。また、この
ガスタービン１には、燃料ガス圧縮器３と燃焼器６とが
付帯して設けられており、その燃焼ガス圧縮器３には高
炉から発生した高炉ガス (Ｂガス) を燃料ガス供給管５
を通じて供給され、この圧縮器で昇圧された燃料ガス
(Ｂガス) は燃焼器６を介してガスタービン１に送給さ
れる。
【００１０】なお、図示を省略したが、他にも、空気圧
縮器などを具えるのが普通であり、吸引空気はここで圧
縮され燃焼用空気として前記燃焼器６に供給されるよう
になっている。
縮器などを具えるのが普通であり、吸引空気はここで圧
縮され燃焼用空気として前記燃焼器６に供給されるよう
になっている。
【００１１】本発明においては、上記の構成に加え、前
記燃料ガス供給管５にはＢガス中に制御ガスを添加する
ためのミキシング装置７を設けると共に、このミキシン
グ装置７には、減熱用希釈ガス供給管８と増熱用富化ガ
ス供給管９とが連結される。なお、これらの供給管８,
９は、上記ミキシング装置７に連結してＢガスに合流さ
せる方法だけでなく、燃焼器６に直接連結して供給でき
るようにしてもよい。
記燃料ガス供給管５にはＢガス中に制御ガスを添加する
ためのミキシング装置７を設けると共に、このミキシン
グ装置７には、減熱用希釈ガス供給管８と増熱用富化ガ
ス供給管９とが連結される。なお、これらの供給管８,
９は、上記ミキシング装置７に連結してＢガスに合流さ
せる方法だけでなく、燃焼器６に直接連結して供給でき
るようにしてもよい。
【００１２】本発明において、燃料ガス供給管５に上記
希釈ガス・富化ガスの各供給管８,９を連結した理由
は、発電機２の出力を常に一定に制御するためである。
すなわち、制御対象を発電機出力とすることで、速い応
答性とトラブルの少ない運転を行うためには、従来のよ
うな燃料ガスのカロリーが常時一定になるように制御す
るよりも、発電機２の出力が一定になるように制御する
ことの方が、より直接的でガスタービン１のトラブルが
少なくなるからである。
希釈ガス・富化ガスの各供給管８,９を連結した理由
は、発電機２の出力を常に一定に制御するためである。
すなわち、制御対象を発電機出力とすることで、速い応
答性とトラブルの少ない運転を行うためには、従来のよ
うな燃料ガスのカロリーが常時一定になるように制御す
るよりも、発電機２の出力が一定になるように制御する
ことの方が、より直接的でガスタービン１のトラブルが
少なくなるからである。
【００１３】このために本発明では、発電機２の出力を
一定値に制御するために、この出力を電力計，電圧電流
計などによって検知してこれを発電出力制御装置１０に
出力し、その発電出力の変動に応じ、たとえば、増熱が
必要な場合には増熱用富化ガス, たとえばＬＰＧ，ＬＮ
Ｇ，コークス炉ガスあるいはＨ2 などを富化ガス制御弁
９ａを開成して所定の流量を添加する。また、逆に減熱
が必要な場合には、減熱用希釈ガス, たとえばＮ2 , 水
蒸気,あるいは高圧水を希釈ガス制御弁８ａを開成して
所定の流量をＢガス中に添加して減熱を行うことで、ガ
スタービン１の燃焼負荷を一定にして発電機の出力が常
に一定になるように制御を行う。
一定値に制御するために、この出力を電力計，電圧電流
計などによって検知してこれを発電出力制御装置１０に
出力し、その発電出力の変動に応じ、たとえば、増熱が
必要な場合には増熱用富化ガス, たとえばＬＰＧ，ＬＮ
Ｇ，コークス炉ガスあるいはＨ2 などを富化ガス制御弁
９ａを開成して所定の流量を添加する。また、逆に減熱
が必要な場合には、減熱用希釈ガス, たとえばＮ2 , 水
蒸気,あるいは高圧水を希釈ガス制御弁８ａを開成して
所定の流量をＢガス中に添加して減熱を行うことで、ガ
スタービン１の燃焼負荷を一定にして発電機の出力が常
に一定になるように制御を行う。
【００１４】要するに、本発明は、高炉ガス焚きガスタ
ービンの運転に当たり、高炉操業要因の変化により、高
炉ガスカロリーが変動した場合に、このことにより影響
を受ける発電出力の変動に応じ、これを修正するため
に、所定量の希釈ガスもしくは富化ガスを添加するとい
う制御方法である。そのための好ましい実施態様として
は、特定の発電機毎にその出力変動に見合う希釈ガス添
加量, 富化ガス添加量の検量線を予め作成しておくか、
不足熱量に相当する添加ガス量を演算装置 (制御装置１
０) にて計算し、これを各制御弁８ａ，９ａに出力して
調整する方法が考えられる。
ービンの運転に当たり、高炉操業要因の変化により、高
炉ガスカロリーが変動した場合に、このことにより影響
を受ける発電出力の変動に応じ、これを修正するため
に、所定量の希釈ガスもしくは富化ガスを添加するとい
う制御方法である。そのための好ましい実施態様として
は、特定の発電機毎にその出力変動に見合う希釈ガス添
加量, 富化ガス添加量の検量線を予め作成しておくか、
不足熱量に相当する添加ガス量を演算装置 (制御装置１
０) にて計算し、これを各制御弁８ａ，９ａに出力して
調整する方法が考えられる。
【００１５】例えば、高炉操業に応じて発生するガスカ
ロリーが 750〜850 kcal/Nm3に変動する高炉において、
発電機の軸出力を50MW±0.1MW に制御する場合、高炉ガ
スカロリーが 700 kcal/Nm3 では高炉ガス投入量150KNm
3 に対し0.14〜0.18％の富化ガス (ＬＰＧ) を添加する
ことが必要であり、一方この高炉ガスカロリーが850kca
l/Nm3では高炉ガス投入量150KNm3 に対し４〜８％の希
釈ガス (Ｎ2 ガス) を添加することになる。
ロリーが 750〜850 kcal/Nm3に変動する高炉において、
発電機の軸出力を50MW±0.1MW に制御する場合、高炉ガ
スカロリーが 700 kcal/Nm3 では高炉ガス投入量150KNm
3 に対し0.14〜0.18％の富化ガス (ＬＰＧ) を添加する
ことが必要であり、一方この高炉ガスカロリーが850kca
l/Nm3では高炉ガス投入量150KNm3 に対し４〜８％の希
釈ガス (Ｎ2 ガス) を添加することになる。
【００１６】
【実施例】以下に、90MW級の高炉ガス専焼式のガスター
ビンを有する高炉ガス発電設備を使って、発電出力一定
値制御を行った結果を説明する。この設備では、発生高
炉ガスのカロリーを 800 kcal/Nm3 のときに定格発電出
力が 50MW になるように設計されている。この設備にお
いて、高炉ガスカロリーが高炉微粉炭等操業のために80
0 kcal/Nm3から 750 kcal/Nm3 に低下し、図２に示すよ
うに、発電出力が50±0.1MW もの変動を起こしたので、
それまでの投入変動ガス量150KNm3 に対し、その0.16％
に当たる2.4KNm3 のＬＰＧ (20,000kcal/Nm3) を添加し
た。その結果、発電出力は50±0.1MW の変動にまで抑制
できた。また、高炉の不安定操業によってそのガスカロ
リーが850 kcal/Nm3に上昇し、そのために発電出力が50
±0.5MW の範囲内で変動するようになったので、この出
力を50±0.1MW に抑えるために、投入高炉ガス量 (850
kcal/Nm3×150KNm3)に対し、その６％に相当する9KNm3
のＮ2 ガスを添加する制御を行った。
ビンを有する高炉ガス発電設備を使って、発電出力一定
値制御を行った結果を説明する。この設備では、発生高
炉ガスのカロリーを 800 kcal/Nm3 のときに定格発電出
力が 50MW になるように設計されている。この設備にお
いて、高炉ガスカロリーが高炉微粉炭等操業のために80
0 kcal/Nm3から 750 kcal/Nm3 に低下し、図２に示すよ
うに、発電出力が50±0.1MW もの変動を起こしたので、
それまでの投入変動ガス量150KNm3 に対し、その0.16％
に当たる2.4KNm3 のＬＰＧ (20,000kcal/Nm3) を添加し
た。その結果、発電出力は50±0.1MW の変動にまで抑制
できた。また、高炉の不安定操業によってそのガスカロ
リーが850 kcal/Nm3に上昇し、そのために発電出力が50
±0.5MW の範囲内で変動するようになったので、この出
力を50±0.1MW に抑えるために、投入高炉ガス量 (850
kcal/Nm3×150KNm3)に対し、その６％に相当する9KNm3
のＮ2 ガスを添加する制御を行った。
【００１７】その結果、いずれの場合も発電出力変動を
極力小さく抑えることができると共に、安定したガスタ
ービンの継続運転が実現できた。とくに、パイロットバ
ーナーの使用をするまでもなく、失火等のトラブルやガ
スタービンがトリップ状態になることも一度もなかっ
た。
極力小さく抑えることができると共に、安定したガスタ
ービンの継続運転が実現できた。とくに、パイロットバ
ーナーの使用をするまでもなく、失火等のトラブルやガ
スタービンがトリップ状態になることも一度もなかっ
た。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
炉ガス専焼ガスタービンにおいて、発電出力変動に応じ
て燃料ガス (高炉ガス) に希釈ガス, 富化ガスを添加す
るようにしたので、ガスタービンの出力を安定させるこ
とができ、そのために失火やトリップ等のトラブルを招
くことなく、安定したガスタービンの運転ができる。し
かも、発電出力を制御因子としているので、対象が直接
的であることから応答性が高く、ガス中水分量の変動に
よる影響も少なく、安定したガスタービンの制御ができ
る。
炉ガス専焼ガスタービンにおいて、発電出力変動に応じ
て燃料ガス (高炉ガス) に希釈ガス, 富化ガスを添加す
るようにしたので、ガスタービンの出力を安定させるこ
とができ、そのために失火やトリップ等のトラブルを招
くことなく、安定したガスタービンの運転ができる。し
かも、発電出力を制御因子としているので、対象が直接
的であることから応答性が高く、ガス中水分量の変動に
よる影響も少なく、安定したガスタービンの制御ができ
る。
【図１】図１は、本発明にかかる制御方法のフローシー
トである。
トである。
【図２】図２は、実施例の制御例の略線図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 高炉ガス焚きガスタービンの運転に当た
り、発電機の出力に応じ、燃焼器の燃料用高炉ガス中に
減熱用希釈ガスもしくは増熱用富化ガスのいずれかを添
加してガスタービン出力が一定になるように制御するこ
とを特徴とする高炉ガス専焼式ガスタービンの制御方
法。 - 【請求項２】 上記希釈ガスとして、Ｎ2 , 水蒸気もし
くは高圧水を用い、富化ガスとしてＬＰＧ，ＬＮＧ，コ
ークス炉ガスもしくはＨ2 を用いることを特徴とする請
求項１に記載の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8133686A JPH09317499A (ja) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | 高炉ガス専焼式ガスタービンの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8133686A JPH09317499A (ja) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | 高炉ガス専焼式ガスタービンの制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09317499A true JPH09317499A (ja) | 1997-12-09 |
Family
ID=15110513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8133686A Pending JPH09317499A (ja) | 1996-05-28 | 1996-05-28 | 高炉ガス専焼式ガスタービンの制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09317499A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006027858A1 (ja) * | 2004-09-10 | 2006-03-16 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | ガス改質設備 |
| WO2006070442A1 (ja) * | 2004-12-27 | 2006-07-06 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | ガスカロリ変動抑制装置、燃料ガス供給設備、ガスタービン設備およびボイラー設備 |
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