JPS63192919A - 石炭ガス化コンバインドプラントの制御装置 - 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】 Ｃ発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、石炭ガス化コンバインドサイクルプラントの
制御装置に係わり、特にガス化炉に空気を送る空気圧縮
機の制御装置に関する。

（従来の技術） 近時、エネルギ資源の一つである石炭の再活用が見直さ
れ、その−環として石炭ガス化コンバインドサイクルが
提案されている。この石炭ガス化フンバインドサイクル
は、石炭をガス燃料化し、その燃料を作動流体源として
ガスタービンならびに発電機を回転駆動させるとともに
、ガスタービンから出た排ガスを蒸気発生源として活用
し、その蒸気をもって蒸気タービンならびに発電機を回
転駆動するものであって、エネルギの有効活用、公害問
題の優位性などの点で注目をあびている。

すなわち、第３図はこの種プラントの概略系統図であっ
て、粗ガスを作り出すガス化炉１には空気流量調整弁２
を経て空気が送られており、また蒸気流量調整弁３を経
て蒸気が、さらに石炭流量調整弁４を経て石炭が送り込
まれる。上記ガス化炉１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に送給され、ここで燃料ガス
の精製が行なわれる。この燃料ガスは、ガスヒータ７、
燃料弁８を経てガスタービン設備の燃焼器９に送られ、
ガスタービンの作動ガスが作り出される。

ガスタービン設備は、圧縮機１０、燃焼器９、ガスター
ビン１１および発電機１２からなり、圧縮機１０で昇圧
された圧力空気が燃焼器９に送られ、そこでその燃焼器
９に供給された燃料とともに混合燃焼して高圧ガスとな
り、ガスタービン１１に送給され、そのガスタービン１
１を作動して発電機１２を回転駆動するようにしである
。

一方、ガスタービン１１の作動後生成される排ガスは、
排熱回収ボイラ１３に送り出され、ここで排ガスのエネ
ルギ回収が行なわれる。すなわち、排熱回収ボイラ１３
には、その胴体下部から順にスーパーヒータ１４、エバ
ポレータ１５、エコノマイザ−１６が設けられており、
これらの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−１６によって加熱された飽和蒸気は
、一部がガスクーラドラム１７に送られ、ここで気水分
離がなされ、その液分はガスクーラ５、ガスヒータ７を
経てガスクーラドラム１７を循環し、この間発生する蒸
気はガスクーラドラム１７からスーパーヒータ１４に送
られる。またエコノマイザ−１６の飽和蒸気の残りは、
蒸気ドラム１８に送られここでも気水分離がなされ、そ
の液分はエバポレータ１５を経て再び蒸気ドラム１８に
戻され、この間に発生する蒸気はスーパーヒータ１４に
送られる。

二のようにして、スーパーヒータ１４によって生成され
た乾き蒸気は、蒸気加減弁１９を経て蒸気タービン２０
に送られ、ここで仕事を行ない発電機２１を駆動する。

一方、蒸気タービン２０で仕事を行なった蒸気は復水器
２２に於て復水され、その後給水加熱器２３、脱気器２
４を経て前記エコノマイザ−１６に還流される。

ところで、ガス化炉１は粗ガスを作り出すための適正量
かつ高圧化空気が必要である。このため、ガス化炉１に
、送られる高圧化空気を作り出す特別の設備が必要とな
り、その設備としてガスタービン設備とは別置の空気圧
縮機２５が設けられている。すなわち、空気圧縮機２５
は、ガスタービン設備の一つである圧縮機１０による高
圧空気をさらに圧縮し、その空気圧縮機２５によって昇
圧された空気が空気流量調整弁２によって適正値に流量
が制御されてガス化炉１へ送給される。

第４図は上記プラントの概略制御ブロック図であり、ガ
スタービン設備の発電機１２からの出力ｄ号が常時検出
されており、その検出信号が負荷制御部２６にフィード
バックされている。上記負荷制御部２６においては、負
荷指令装置２７からの指令信号が入力されており、ここ
で前記発電機１２の出力信号と演算され、その演算信号
がガスタービン制御部２８を経て燃料弁８に制御信号と
して加えられ、これによって燃焼器９への燃料ガスが制
御される。

また、負荷制御部２６からの演算信号は、ガス化制御部
２９にも与えられ、ここで石炭流量調整弁４、蒸気流量
調整弁３、空気流量調整弁２のそれぞれに与えられる適
正開度信号が作り出され、上記各信号によって石炭流量
調整弁４、蒸気流量調整弁３、空気流量調整弁２の開度
がそれぞれ適正比率のもとに制御される。したがって、
多弁を経てそれぞれ所定流量の石炭、蒸気、および空気
がガス化炉１に供給され、そこで粗ガスが作られ、その
粗ガスがガスクーラ５等によって精製燃料ガスとされ、
燃料弁８を経て燃焼器９に送給される。

一方、負荷指令装置２７からの指令信号は空気圧縮機制
御部３０にも加えられ、その指令信号に応じた制御信号
によって空気圧縮機モータＭの回転数制御が行なわれる
。

（発明が解決しようとする問題点） しかして、負荷上昇指令が発生すると、その負荷上昇指
令にもとずいて、ガスタービンの燃料弁８はガスタービ
ン制御部２８によってガスタービン出力を増加する方向
に開方向に制御される。同時にガス化炉側は、ガスター
ビンでのガス消費量の増大に伴なうガス圧力の低下を補
うように、ガス化炉の石炭、蒸気、および空気の各調整
弁２゜３．４がガス化制御部２９によってそれぞれ開方
向に操作される。一方、空気圧縮機２５は、増加した負
荷分のガス化炉空気をまかなうように、空気圧縮機制御
部３０によって回転数が増加せしめられ、空気圧縮機２
５による吐出空気流量が増加せしめられる。

ところが、上記空気圧縮機２５はガスタービンの圧縮機
１０から抽気された空気を吸入するようにしているため
、負荷増加時には、ガスタービン側としては燃料増加に
加え、空気圧縮機による抽気空気量の増加の影響を受け
て燃焼器９への空気量が減少し、燃料過多となりタービ
ン入口温度が過渡的に急上昇する可能性がある。

ところで、第５図はガスタービン制御部の詳細を示す図
であり、ガスタービンの排気部に設けられた排気温度検
出器３１からの温度検出信号が、温度設定器３２からの
設定信号と比較器３３で比較され、その偏差信号が温度
制御部３４に加えられている。そして、この温度制御部
３４からの制御信号と速度負荷制御部３５からの制御信
号が低値優先回路３６に印加され、両信号の低値が上記
低値優先回路３６で選択され、その低値信号によってガ
スタービンの燃料弁８の開度が制御される。

また、前記排気温度検出器３１からの温度検出信号は、
インレットガイドベーン制御設定器３７の設定信号と比
較器３８によって比較され、その偏差信号がインレット
ガイドベーン制御部３９に入力され、そのインレットガ
イドベーン制御部３９の出力信号によって、ガスタービ
ンの圧縮機１０の人口部に設けられているインレットガ
イドベーン４０の開度が制御される。すなわち、燃料過
多となって燃焼温度が上昇して、その結果出口温度が上
昇すると、インレットガイドベーンの温度設定値と比較
され、上記出口温度を適正値に下げるように、インレッ
トガイドベーン４０を開方向に作動せしめ、流入空気流
量が増加される。

さらに、インレットガイドベーン４０が応答できない程
急激な温度上昇時、またはインレットガイドベーン４０
が全開で、なお温度が上昇した場合には、インレットガ
イドベーン制御設定値＋αの温度設定値を有する温度設
定器３２と温度制御部３４とにより燃料弁８の制御が行
なわれ、インレットガイドベーンによる制御のバックア
ップが行なわれる。

このように、従来のプラントにおいてもタービンの異常
温度上昇を防ぐための温度制御機能をもっているが、一
般に空気吹きのガス化炉の場合には、ガスタービン圧縮
機の空気流量の約２０％もの空気が空気圧縮機によりガ
ス化炉に送られるため、負荷上昇時における過渡的なタ
ービン入口温度の上昇はかなり大きなものとなり、上記
温度制御機能では必ずしも十分これに対処することがで
きず、タービンの保護のため温度高トリップを生ずるこ
とがある等の問題がある。

本発明はこのような点に鑑み、石炭ガス化コンバインド
サイクルの負荷上昇時のガスタービン入口温度上昇を抑
え、温度高によるトリップを防止し、温度制限にかから
ない適正なガスタービンの運転を実現できるようにした
制御装置を得ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、石炭をガス化し、このガスを燃料としてガス
タービンを駆動するとともに、そのガスタービンの排ガ
スから熱を回収し、この熱によって発生せしめられた蒸
気によって蒸気タービンを駆動するようにした石炭ガス
化コンバインドプラントの制御装置において、ガスター
ビン出口温度を検出する温度検出装置と、その温度検出
装置によって検出されたガスタービン出口温度が設定温
度以上になったとき、或は温度上昇の変化率が所定値以
上になったときガスタービンの圧縮機により加圧された
空気をさらに圧縮してガス化炉に送給する空気圧縮機の
回転数を制限する回転数上昇制限装置とを存することを
特徴とする。

（作　用） プラントに負荷上昇指令が発生すると、ガスタービンの
速度負荷制御部からの制御信号によってガスタービンの
燃料弁が開動作し、燃料増加が行なわれる。一方、これ
と同時にガス化炉側ら負荷上昇によってガス化炉への空
気流量が増加する。

しかして、ガスタービンの燃焼器への空気流入量が減少
し、ガスタービンの作動ガスの温度が上昇する。そこで
、上記ガスタービンの出口温度が設定温度以上となった
とき、或はその上昇の変化率が所定値以上になったとき
に、空気圧縮機の回転数が回転数制限装置によって制限
され、燃焼器への空気流量の減少が制限される。したが
って、負荷上昇時にガスタービンの温度が異常に高くな
って温度高によるトリップが発生するようなことが防止
される。

（実施例） 以下、第１図および第２図を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。なお、図中第５図と同一部分には同一
符号を付しその詳細な説明は省略する。

第１図において、空気圧縮機２５の吐出口側には吐出空
気の圧力を検出する圧力検出器４１が設けられており、
その圧力検出器４１からの検出信号が比較器４２によっ
て圧力設定器４３からの設定信号と比較され、その偏差
信号が圧力コントローラ４４に加えられ、その出力信号
が低値優先回路４５に加えられている。

一方、排気温度検出器３１からの検出信号は比較器４６
にも印加されており、そこで温度設定器４７からの設定
信号と比較され、その偏差信号が温度コントローラ４８
に加えられ、その出力信号も前記低値優先回路４５に印
加されている。しかして、上記低値優先回路４５からは
、上記圧力コントローラ４４および温度コントローラ４
８からの出力信号のうち低値信号が比較器４９を介して
回転数コントローラ５０に加えられ、その回転数コント
ローラ５０によって空気圧縮機モータＭの回転数が制御
される。また、上記空気圧縮機モータＭの回転数は回転
数検出器５１によって検出され、その検出信号は前記比
較器４９にフィードバックされる。

しかして、プラントに負荷上昇指令が発せられると、ガ
スタービンの速度負荷制御部３５からの信号によって燃
料弁８が開動作し、燃料増加が行なわれる。一方、がス
化炉側においても負荷上昇により空気流量調整弁が開方
向に制御され、ガス化炉への空気流量が増加する。した
がって、圧力検出器４１によって上記空気流量の増加に
伴なう圧力低下が検出され、その検出信号によって圧力
コントローラ４４から、空気圧縮機２５の空気流量を増
加するべく回転数コントローラ５０に回転数増加指令が
出される。

このようにして燃料増加と空気圧縮機の回転数増加とが
行なわれると、ガスタービンの圧縮機１０からの油気量
が増加されるため、燃焼器９への燃料が増加するととも
に空気量が減少し、ガスタービン入口温度が上昇する。

したがって、これに応じてガスタービン出口温度が上昇
し、インレットガイドベーン制御部３９によってインレ
ットガイドベーン４０が開操作され、ガスタービンの燃
焼器９への空気流量増加が行なわれる。

ところで、ガスタービン出口温度上昇が大きく、ガスタ
ービン温度制御にかかる程大きくなると、温度設定器４
７の設定信号との偏差信号による温度制御信号が温度コ
ントローラ４８から出力し、これが底値優先回路４５に
おいて圧力コントローラ４４からの出力に優先して選択
され、空気圧縮機のモータＭの回転数が制御され、その
回転上昇が抑えられる。したがって、空気圧縮機２５の
空気流量増加が抑制され、ガスタービンの過大な温度上
昇が抑えられる。

また、上記実施例においてはガスタービン出口温度によ
って空気圧縮機の空気流量増加を抑制するようにしたも
のを示したが、温度上昇の変化率が或一定値を越えた場
合は、空気圧縮機の指令値を制限する上限リミッタ−回
路を空気圧縮機側に付加し、急激なガスタービンの入口
温度上昇時には、−担空気圧縮機の回転上昇を止め、イ
ンレットガイドベーンによる空気流量増加をまりで空気
圧縮機の空気流量増加を行なわせるようにしてもよい。

また石炭ガス化フンバインドサイクルプラントの負荷上
昇時には、ガスタービンの入口温度上昇が過大となるこ
とがあらかじめ予想されるため、負荷上昇の指標となる
負荷要求信号を先行的にガスタービンのインレットガイ
ドベーン４０に加えるようにしてもよい。

すなわち、第２図に示すように負荷指令装置２７からの
負荷指令信号が先行制御器５２に入力されると、その先
行制御器５２からの信号がインレットガイドベーン制御
部３９からの信号に加算され、この加算信号によってイ
ンレットガイドベーン４０が先行的に開方向に制御され
る。しかして、先行的にガスタービンの圧縮機への空気
流量増加が行なわれ、負荷上昇時のガスタービン入口温
度の過上昇が防止される。

〔発明の効果〕

本発明は上述のように構成したので、石炭ガス化コンバ
インドサイクルプラントの負荷上昇時におけるガスター
ビン燃料増加と抽気量の増加によるガスタービン入口温
度上昇を適正値に抑えることができ、温度高によるトリ
ップを防止し、温度制限にかからない適正なガスタービ
ンの運転を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明の石炭ガス化コン
バインドプラントの制御装置の構成図、第３図は石炭ガ
ス化フンバインドプラントの概略系統図、第４図は同上
プラントの概略全体制御ブロック図、第５図は同上プラ
ントにおけるガスタービン部の制御装置の構成図である
。 １・・・ガス化炉、２・・・空気流量調整弁、３・・・
蒸気流量調整弁、４・・・石炭流ｉ：＋ｉ整弁、５・・
・ガスクー′う′、８・・・燃料弁、１０・・・圧縮機
、１１・・・ガスタービン、１３・・・排熱回収ボイラ
、２５・・・空気圧縮機、３１・・・排気温度検出器、
４４・・・圧力コントローラ、４５・・・低値優先回路
、４７・・・温度設定器、４８・・・温度コントローラ
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、石炭をガス化し、このガスを燃料としてガスタービ
   ンを駆動するとともに、そのガスタービンの排ガスから
   熱を回収し、この熱によって発生せしめられた蒸気によ
   って蒸気タービンを駆動するようにした石炭ガス化コン
   バインドプラントの制御装置において、ガスタービン出
   口温度を検出する温度検出装置と、その温度検出装置に
   よって検出されたガスタービン出口温度が設定温度以上
   になったとき或は温度上昇の変化率が所定値以上になっ
   たとき、ガスタービンの圧縮機により加圧された空気を
   さらに圧縮してガス化炉に送給する空気圧縮機の回転数
   を制限する回転数上昇制限装置とを有することを特徴と
   する、石炭ガス化コンバインドプラントの制御装置。 ２、回転数上昇制限装置は、空気圧縮機の出口圧力コン
   トローラからの制御信号と、ガスタービン出口温度の過
   上昇に対応した空気圧縮機の回転数制御信号とが入力さ
   れる低値優先回路を有することを特徴とする、特許請求
   の範囲第１項記載の石炭ガス化コンバインドプラントの
   制御装置。