JPS6291608A

JPS6291608A - 発電プラントの制御装置

Info

Publication number: JPS6291608A
Application number: JP23077085A
Authority: JP
Inventors: Kazue Nagata; 永田　一衛; Hitoshi Karasawa; 唐澤　仁志
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-10-16
Filing date: 1985-10-16
Publication date: 1987-04-27
Anticipated expiration: 2009-09-21
Also published as: JPH0674723B2

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】〔発明の技術分野〕本発明は、発電プラントの制＠装置に係り、特に石炭ガ
ス化コンバインドサイクルプラントにおいて燃料ガスの
ガス流速が一定になるようにガス圧力を変圧制御する発
電プラントの制御装置に関する。

〔発明の技術的背崇とその問題点〕

近年、石炭の有効利用、脱硫の簡易性および環境対策の
優位性などの点から、石炭をガス化しこのガスを燃料ガ
スとしてガスタービンを駆動して発電機を運転すると共
に上記ガスタービンの排ガスを熱回収しこの熱によって
発生した蒸気で蒸気タービンを駆動して発電機を運転す
る石炭ガス化コンバインドサイクルプラントが発電プラ
ントとして注目されている。

第５図は上記石炭コンバインドサイクルプラントの概略
を示ずもので、燃料の石炭流は石炭流量調整弁１を介し
てガス化炉４に流入し、空気流量調整弁２を介して上記
ガス化炉４に流入する空気と蒸気流ω調整弁３を介して
ガス化炉４に流入する蒸気とにより炉内でガス化反応を
起こし粗ガスを発生する。上記ガス化炉４を出た粗ガス
は、ガスクーラ５で脱硫可能な温度まｒ温度を下げられ
た後脱硫装ｄ６に流入し精製される。この精製されたガ
スは、ガスヒータ７で昇温されてから燃料流ｆｆｉ調節
弁８を介して燃焼器９内に１ｌＪＳ用され、圧縮機１０
より送給される圧縮空気と混合して燃焼する。そしてこ
の燃焼ガスはガスタービン１１を駆動し発電１ｉ１２を
Ｎ転する。

上記ガスクーラ５にはガスクーラドラム１３が設けられ
、このガスクーラドラム１３より流出する冷却水はガス
クーラ５内で高温の相ガスと熱交換して蒸気となり、こ
の蒸気は上記ガスヒータ７を通ってガスクーラドラム１
３内に貯えられる。

また上記圧縮機１０から抽気された空気は、モ、　　　
−９Ｔ′１Ｍ＊１　；ｂ＊Ｈ’ｌＲＥｔｍ＊　１４　”
Ｑ＠−“８：　　　　　れ上記空気流出調整弁２を介し
て上記ガス化炉４１　　　、よい、あ□お□２ゆ、。７
、わ０．や（ｔ、　ｆｆｌ　、！：　Ｌ。

：。

ｉ　　　　　てＭ県を使用してもよく、この場合Ｍ素発
生装置□ ：　　　　　（図示せず）よりガス化炉に酸素が供給さ
れる。

一方、上記ガスタービン１１から排出される排ガスは排
熱回収ボイラー５へ導かれ、排熱回収ボイラ内のスーパ
ヒータ１６、エバポレータ１７およびエコノマイザ１８
と順次熱交換をして大気中に放出される。上記排熱回収
ボイラー５には上記エバポレータ１７と接続する蒸気ド
ラム１９が設けられ、エバポレータ１７で発生した熱気
は蒸気ドラム１９内に貯えられる。

また上記蒸気ドラム１９は上記ガスクーラドラム１３と
接続しており、ガスクーラドラム１３、空気ドラム１９
内に貯えられた蒸気は上記スーパヒーター６で過熱され
た後蒸気１】口減弁２０を介して蒸気タービン２１に流
入し、蒸気タービン２１を駆動し発電機２２を運転する
。そして蒸気タービン２１で仕事をした蒸気は復水器２
３で復水され、給水加熱器２４、脱気″１２５を通って
上記エコノマイザ１８で加熱された後上記ガスクーラド
ラム１３と蒸気ドラム１９に還流する。

このように構成された石炭ガス化コンバインドサイクル
プラントの負荷運転は、上記発電機１２および２２から
の出力信号、燃料流楢調整弁８直前のガス圧力信号等を
制御８置２６に入力し、これらの信号に基づいて上記制
御装置２６から出力される信号により石炭流量調整弁１
、空気流出調整弁２、空気流量調整弁３の開度を制御し
て上記ガス化炉４に流入する石炭流量、空気流量、空気
流量を調整すると共に上記燃焼流は調整弁８を制御して
燃焼器９内に噴射される燃料ガス流量を調整して行なわ
れる。

ところで、上記石炭ガス化コンバインドサイクルプラン
トにおいて蒸気タービン２１の出力はガスタービン１１
から排出される排ガスエネルギによって決まるので、こ
の発電プラント全体のρ荷吊はガスタービン１１に流入
する燃料流量によって左右される。

このため、従来上記発電プラントの負荷運転を制御Ｉ　
Ｉするには、上記ガス化炉４の内圧または燃料流ｆｉｌ
調整弁８直前のガス圧力を一定に保持した状態で上記制
御装置２６からの出力信号により上記燃料流量調整弁８
を開閉制御することにより行なわれていた。そして、高
負荷時には燃料流量調整弁８の開度を大きく保ち、逆に
低負荷時には開度を小さくしてガスタービンに流入する
燃料流量を調整していたく特開昭５７−９７０２３号公
報参照）。

しかしながら、上述のようにガス圧力を負荷にかかわら
ず一定に保持すると、低負荷時には燃料流域が減少する
ため１−記ガス化炉４から燃焼器９に向けて流れる燃料
ガスのガス流速が遅くなり、ガス化炉４内のガス化反応
および脱硫装置６内の脱硫反応の効率が低下するという
問題があった。

また１、上記ガス化炉４に流入する空気は圧縮機１０か
ら抽気されるものなので、タービン負荷が低下すると圧
縮機から吐出づる空気圧力も低下する。このため低負荷
時におけるガス［［力（特にガス化炉４の内圧）を高負
荷時と同等に保持するには、−に２空気圧力を胃圧さＶ
る昇圧空気Ｌ［縮機１４の什事邑を増大させなければな
らず、余分な動力が必要となる問題があった。さらに低
負荷運転するために燃料流量調整弁８の１ｍ度を小さく
すると弁におｔ）る絞り損失が増大する等種々の問題が
あった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来技術が右づる問題点を解消し
、石炭ガス化コンバインドサイクルプラントにおいて燃
料ガスのガス流速が一定になるようにガス圧力を変ｊモ
化してガス化反応および脱硫反応の効率を上げると共に
低負荷時における背圧空気圧縮機の仕事嬶を減少して高
効率運転をするようにした発電プラントの制御５Ａ置を
提供するものである。

（発明のｌ！ｌ！要〕上記目的を達成するために本発明は、石炭ガス化コンバ
インド量ナイクルプラントにおけるガスタービン、空気
タービンの出力信号に基づいて上記ガスタービンへ流入
する燃料ガスの流はを調整１」る発電プラントの制御装
置にＪ３いて、プラント内のガス流速が一定と４′にる
ようにガス圧力を設定するガス圧力設定部と、この圧力
設定に基づいて石炭流量、空気流１６、空気流量を調整
するガス化炉制御部と、プラント内の実際のガス圧力を
検出１−るガス圧力検出器とを備えでなることを特徴ど
するもので、石炭のガス化反応および脱硫反応の効率を
上げると共に石炭コンバインドサイクルプラント全体の
効率を上げるようにしたものである。

（発明の実施例）以下、本発明による発電プラントの制御装置の実施例を
第１図乃至第４図を参照して説明する。

’、ｒ　Ｊ３従来と同一部分には同一符号を用いその説
明を省略する。

第１図は発電プラントの制御装置の第１の実施例を示す
もので、ガスタービンの出力を制御するガスタービン出
力ラインへ、蒸気タービンの出力を制ｔｉｌｌする蒸気
タービン出力ラインＢおよびガス化炉のガス化反応を制
御するガス化炉入力ラインＣから成っている。

上記各ラインの動作は次のように行なわれる。

ガスタービン出力ラインＡ・・・・・・中給指令３１が
９４荷指令設定部３２に入力すると、この負荷指令設定
部３２が作動して発電プランｉ−が許容する負荷変化率
および負荷の上下限内に修正された負荷指令が設定され
、この負荷指令にガバナフリー補償バイアスが加算され
て負荷指令３３が出力される。この負荷指令３３は、負
荷制御部３４においてガスタービン発電機１２と蒸気タ
ービン発電機２２の出力が上記負荷指令３３に追従する
ように比例・積分制御され、負荷指令３５どして出力さ
れる。この負荷指令３５はガスタービン制御部３６に入
力され、ガスタービン１１に設（プた速度センサ３７か
らの信号によりガバナフリーの調定率制御がされた１す
燃料流量調整弁８に与えられ、この燃料流量調整弁ε３
の開度が制御される。

蒸気タービン出力ラインＢ・・・・・・蒸気圧力設定指
令４１は蒸気タービン制御ｉ１１部４２に入力され、蒸
気圧力検出器４３、空気タービン２１に設けた速度セン
号４４からの信号を受けて調定率制御がされた後蒸気加
減弁２０に与えられ、この蒸気加減弁２０の開度が１１
１１１１される。

ガス化炉入力ラインＣ・・・・・・Ｅ記燃料調整弁８に
より１ｆｆｉが変化する燃料ガスは脱硫装置６の出口に
設けられたガス流量検出器５４およびガス温度検出器５
５によりその流量および温度が検出され、これらの信号
がガス圧力設定部５１に入力されるとガス流速が一定に
なるような圧力設定指令５２が出力される。この圧力設
定指令５２は、脱硫装置６出口に設けられたガス圧力検
出器５６からのガス圧力が追従するようにガス化炉制御
部５３において＆＋１１１１された後石炭流量調整弁１
、空気″ｒＱ昂調整調整弁よび蒸気ｔｍ調整弁３に与え
られ、これらの弁の開度が制御される。これにより、ガ
ス化炉４から燃焼器９に向けて流れる燃料ガスのガス流
速は一定になる。

ここで、上記ガス圧力設定部５１における圧力設定の原
理を説明する。

発電プラントの燃料ガスを生成するガス化炉４に３５い
ては、ガスの状態方程式％式％（１）が成立覆る。ここでＰはガス圧力、Ｑはガス体積流量、
Ｇはガスｍｍ流量、Ｒはガス定数、■はガス温度である
。

ところで、上記ガス体積流量Ｑはガス流速Ｖと等価の状
態量であり、ガス流速Ｖが一定になるにうにガス体積流
ｆｆ１ＱをＱ。と一定にすれば、上記ガス圧力Ｐは次の
ように表わせる。

ここでガス成分が変化しない場合は上記ガス定数Ｒも一
定なので上記（２）式はＰ＝ＫＧＴ　　　　　・・・・・・・・・（３）と表わ
せる。ここでＫは定数である。

従って、負荷により変化するガス重徂流ｆｆ１Ｇとガス
温度Ｔよりガス圧力Ｐを設定すれば結果的にはガス流速
が一定になるような変圧運転が可能と１　　　　　なる
。

□ 、１２１″′Ｊ″２”２１１１ｇＱｆ１５’ｌ：”１１
１”外部５３の動作をより詳しく示したものである。

：　　　　　　ガス流量検出器５４およびガス温度検出
器５５からの信号はそれぞれ遅れ要素６１を介して掛鐸
器６２に入力され、定数設定器６３から出力される定数
にと乗惇されて圧力設定指令５２がｎ出される。ここで
上記遅れ要素６１は、ガス流量およびガス温度の変動、
急変等により圧力設定値が変動するのを防止するための
ものである。

上記ガス圧力設定部５１から出力される圧力設定指令５
２はガス圧力検出器５６からＲれ要素６１を介して入力
される実際のガス圧力とガス化炉制御部５３の加篩器６
４で比較され、その偏差信号が不感帯回路６５の不感帯
域を越えた場合その出力は石炭流量制御器６６へ入力さ
れ、上記偏差信号（圧力偏差）を解消するように石炭流
ｔＨ量調整弁が制御される。ここで上記不感帯回路６５
１′　　　　　は、ガスタービン側のガバナフリーによ
る燃料流量の変動でガス化炉入力が変動するのを防止す
るためのものである。

また、上記石炭流量制御ｌ器６６から出力される石炭流
量指令により比率設定器６７では石炭流量に見合う空気
流量指令が設定され、空気流量検出器６８から遅れ要素
６１を介して入力される実際の空気量と加ｔ’Ｊｆｉ６
４で比較され、その偏差信号は空気流量制御器６９へ入
力され、空気流量調整弁２が制御される。同様に比率設
定器７０では蒸気流量指令が設定され、蒸気原石検出器
７１で検出される実際の蒸気量と比較され蒸気流量制御
器を介して蒸気流出調整弁３が制御される。

このように、負荷出力変化により燃料ガスの流量が変化
してもガス流速が一定になるようにガス圧力が設定され
、この圧力設定に実際の圧力が追従するようにガス化炉
入力である石炭流量、空気流ｆｆｉ、空気流量が制御さ
れるので、ガス流速一定の安定した変圧制御運転が可能
となる。また、不感帯６５によりガスタービンのガバナ
フリーに影響されない安定したガス化炉の運転が可能と
なリ、ガス流速を一定とした発電プラントの高効率な口
荀制御運転が可能どなる。

なお、ト記実施例にＪ３いてはガス流量、温度および圧
力の検出場所は脱硫装置６の出口部分とじＩこが、その
検出場所ｔまとこの圧力を制６１１するかにより胃なり
、ガス化炉４出［コから燃料温間調整弁８の間ならどこ
でもよい。

次に第３図および第４図により発電プラントの制御装置
の第２の実施例を説明する。本実施例は、前述の第１の
実施例がガス圧力設定部５１において入力信号として使
用したガス流量のかわりに負荷（Ｒを使用１−るもので
ある。づなわち、発電プラントのｆ１荷出力（ＭＷ）と
ガス流ｆｆｌ　（Ｇ）の関係が予め、ＭＷ＝ｆ（Ｇ）　　　　・・・・・・・・・（４）と表
わされれば、この（４）式よりＧ＝Ｆ　（ＭＷ）　　　　・・・・・・・・・（５）と
表わされるガス流ｆｄＧと負荷ｆｆｉＭＷとの関係が１
ｑられ、この関係は例えば第４図に示すようなものとな
り、この負荷量から得られるガス流量信号を第２図に示
すガス流トｈ検出器５４より１！ｌられろガス流吊信シ
ー５のかわりに使用する。

また、第２の実施例どしてガス温度が一定になるように
ガス化炉に入力する空気流量（１３よび蒸気流帛を制御
りるしのである。ガス温度が、一定に制６１１されてい
れば、第２図にａ３けるガス２易度検出器５５からの信
号は、一定となるはずであるので、第２図のガス圧力Ｃ
９定部５１の温度人力は、定数設定で良いことになる。

また、上記のように、ガス流量は、負荷出力ＭＷの関数
となるので、第３図のような槙成が考えられる。これが
、第３の実施例である。

以下、第３図により第３の実施例を詳細に説明する。

ガスタービン出力ラインへの負荷指令ムシ定ｎ１３２に
入力される中給指令３１は、加算器６４、負荷変化率設
定器８１、積分器８２および上下限設定器８３を経て発
電プラントが許容する負荷指令に設定され、この負荷指
令は加篩器６４において周波数バイアスが加算されて負
荷指令３３として負荷制御部３４に出力される。また、
上記負６η指令３３の一部はガス化炉入力ラインＣのガ
ス圧力設定部５１に入力され、を記（５）式による関数
発生１Ｗ８４によりガス流量に相当する信号になＪ３さ
れた後掛算器６２に６３いて定数設定器６３から出力さ
れる定数とＪｔＥｆ：５され圧力設定指令５２として出
力される。ざらにこの圧力設定指令５２は、ガス化炉制
御部５３に与えられ、ガス圧力検出器５６から遅れ要素
６１を介して入力されるガス圧力信号と加算器６４で比
較された後ｆｉ炭流吊制御讃：６６を介して石炭流量調
整弁］に与えられ、この弁１０聞度が制御される。また
、ガス温度設定器８５どガス化炉出口ガス温度検出器８
６から出力される信号が加０器６４で比較され、この偏
差信号が制御１１１器８７を介して空気流量調整弁２、
空気流量調整弁３に入力されることによりそれぞれの弁
の聞但が制ＤＩ＋されることにより空気流が、空気流量
の制御が行なわれる。なお、上記第２の実施例にＪ３い
て負荷指令設定部３２から出力されるｆ）′３荷指令３
３は安定した信号でガバナフリー等の外乱を受【ノない
ため、上記第１の実施例で使用される不感帯回路６５は
不要である。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明に係る発電プラ
ントの制御装置はガス化炉からガスタービンへ流れる燃
料ガスのガス流速が一定になるようにガス圧力設定部に
おいてガス圧力を設定し、ガス流量または負荷量ににり
上記ガス圧力を変圧制御するにうにしたので、ガス化炉
におけるガス化反応およσ脱Ｗ装置にお（）る脱硫反応
の効率を上げることができ、また低負荷時にお（プる昇
圧空気圧縮機の仕事量を減少して発電プラント全体の高
効率運転を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による発電プラン１−の制御２Ｄ装置の
一実施例を示すブロック線図、第２図は第１図に示した
発電プラントの制御装置Ｈの一部をより詳しく示したブ
ロック線図、第３図は本発明に係る発電プラントの制御
装置の伯の実施例を示すブロツク線図、第４図は負荷と
ガス流儀との関係を示す図、第５図は一般的な石炭コン
バインドサイクルプラントの概略を示ずブロック線図で
ある。１・・・石炭流量調整弁、２・・・空気流ｆｆｉ調整弁
、３・・・蒸気滝川調整弁、４・・・ガス化炉、５・・
・ガスクーラ、６・・・脱硫装置、７・・・ガスヒータ
、８・・・燃料流量調整弁、９・・・燃焼器、１０・・
・圧縮機、１１・・・ガスタービン、１２・・・発電機
、１３・・・ガスクーラドラム、１４・・・昇圧空気圧
縮機、１５・・・排熱回収ボイラ、１６・・・スーパヒ
ータ、１７・・・エバポレータ、１８・・・エコノマイ
ザ、１９・・・蒸気ドラム、２０・・・蒸気加減弁、２
１・・・蒸気タービン、２２・・・発電機、２３・・・
復水器、２４・・・給水加熱器、２５・・・脱気器、２
６・・・制御装置、３２・・・負荷指令設定部、３４・
・・負荷制御部、３６・・・ガスタービン制御部、３７
．４４・・・速度センサ、４２・・・蒸気タービン＄１
１１１１部、４３・・・蒸気流量検出器、５１・・・ガ
ス圧力設定部、５３・・・ガス化炉制御部、５４・・・
ガス流量検出器、５５・・・ガス温度検出器、５６・・
・ガス圧力検出器、６１・・・遅れ要素、６２・・・掛
篩器、６３・・・定数設定器、６４・・・加粋器、６５
・・・不感帯回路、６６・・・石炭流出制御器、６７．
７０・・・比率設定器、６８・・・空気流量検出器、６
９・・・空気流量制御器、７１・・・蒸気流量検出器、
７２・・・蒸気流１制御器、８１・・・負荷変化率設定
器、８２・・・積分器、８３・・・上下限設定器、８４
・・・関数発生器、８５・・・ガス温度設定器、８６・
・・ガス慣ヒ炉出ロガス温度検出器。

Claims

【特許請求の範囲】１、石炭ガス化コンバインドサイクルプラントにおける
ガスタービンおよび蒸気タービンの出力信号を負荷指令
に合わせるべく上記ガスタービンへ流入する燃料ガスの
流量を調整する発電プラントの制御装置において、プラ
ント内のガス流速が一定となるようにガス圧力を設定す
るガス圧力設定部と、この圧力設定に基づいて石炭流量
、空気流量および蒸気流量を調整するガス化炉制御部と
、プラント内の実際のガス圧力を検出するガス圧力検出
器とを備えてなることを特徴とする発電プラントの制御
装置。２、ガス圧力設定部は、ガス流量検出器およびガス温度
検出器からの信号に基づいてプラント内のガス流速が一
定になるような圧力設定が出力されることを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の発電プラントの制御装置
。３、ガス圧力設定部は、ガスタービンへの負荷指令に基
づいてプラント内のガス流速が一定になるような圧力設
定が出力されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の発電プラントの制御装置。４、ガス流量検出器から得られるガス流量の代りに予じ
め得られているガス流速を負荷にかかわらず一定となる
ような負荷とガス流量との関係を利用して負荷指令より
ガス流量を設定することを特徴とする特許請求の範囲第
２項に記載の発電プラントの制御装置。５、上記ガス化炉制御部は、ガス圧力検出おからの実際
の圧力がガス圧力設定部から出力される圧力設定に追従
するように石炭流量、空気流量および蒸気流量を制御す
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の発電
プラントの制御装置。６、ガス化炉制御部がガス圧力検出器からの実際の圧力
がガス圧力検出設定部からの圧力設定に追従するように
石炭流量を制御する一方、空気流量及び蒸気流量が、ガ
ス化炉出口ガス温度一定とするように制御することを特
徴とする特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の発電
プラントの制御装置。