WO2017188052A1 - ガス化複合発電プラントの制御装置および制御方法、並びにガス化複合発電プラント - Google Patents

ガス化複合発電プラントの制御装置および制御方法、並びにガス化複合発電プラント Download PDF

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尚典 森井
康裕 ▲高▼嶋
哲也 矢部
貴彦 榊
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三菱日立パワーシステムズ株式会社
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    • Y02E20/18Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]

Definitions

  • the present disclosure relates to a gasification combined power plant control device and control method, and a gasification combined power plant.
  • a gasification combined power plant that drives a turbine using a combustible gas obtained by gasifying solid fuel as a fuel
  • IGCC integrated coal gasification combined power plant
  • pulverized coal is gasified in a gasification furnace to generate combustible gas
  • a gas turbine is driven using the combustible gas as fuel.
  • Power is generated by a generator connected to the turbine.
  • the power generation efficiency is further improved by driving the steam turbine with the steam generated by the exhaust heat of the gas turbine.
  • a pressure control valve and a flow rate control valve are provided in the fuel supply piping from the gasifier to the combustor of the gas turbine.
  • the flow rate adjusting valve is controlled in opening degree by a control command that takes into account the calorie fluctuation of fuel (combustible gas) while monitoring the operating state of the gas turbine, and adjusts the fuel flow rate supplied to the combustor, thereby adjusting the gas turbine.
  • the heat input to is controlled.
  • the pressure control valve is arranged upstream of the flow control valve and is configured to ensure wide-range control stability of the flow control valve while absorbing fuel pressure fluctuations by upstream equipment such as gasification furnaces and gas purification equipment. Is done.
  • Patent Document 1 describes a configuration in which the pressure control valve is eliminated and only the flow rate control valve is disposed in the fuel supply pipe.
  • Patent Document 2 describes a configuration in which a flow rate control valve is arranged on each fuel supply pipe connected to each of a plurality of nozzles of a combustor.
  • Patent Documents 1 and 2 do not disclose a specific configuration for increasing the accuracy of control by the flow rate control valve.
  • At least some embodiments of the present invention provide a gasification combined power generation that can accurately control the flow rate control valve even when the pressure control valve is eliminated from the fuel supply piping of the gas turbine. It aims at providing the control apparatus and control method of a plant, and a gasification combined power plant.
  • a control apparatus for a combined gasification power plant includes: A gasification furnace, a gas turbine configured to be able to use the combustible gas generated in the gasification furnace as fuel, and a flow rate control provided in a pipe for supplying the combustible gas from the gasification furnace to the gas turbine
  • a gasification combined cycle power plant control device comprising a valve, A cabin pressure calculation unit for calculating a cabin pressure of the gas turbine; A pipe pressure loss calculation unit for calculating a pressure loss in the pipe from the flow control valve to the combustor of the gas turbine; An outlet pressure calculation unit for calculating an outlet pressure of the flow control valve based on the cabin pressure calculated by the casing pressure calculation unit and the pressure loss calculated by the pipe pressure loss calculation unit
  • the flow rate adjustment An opening command calculation
  • the fuel flow rate command of the gas turbine the calculation result of the outlet pressure of the flow rate control valve, and the measured value of the differential pressure of the flow rate control valve or the inlet pressure of the flow rate control valve Based on the above, an opening degree command for the flow control valve is obtained.
  • the opening degree command when calculating the outlet pressure of the flow control valve, based on the calculation result of the cabin pressure and the calculation result of the pressure loss in the piping from the flow control valve to the combustor, Calculate the outlet pressure of the flow control valve.
  • the opening degree of the flow control valve can be controlled in consideration of the pressure loss of the pipe from the flow control valve to the combustor, and highly accurate control is possible. That is, for example, in the case of a combined gasification combined cycle power plant (IGCC), compared with gas turbine combined cycle power generation (GTCC), the pressure loss of the piping from the vehicle compartment to the downstream end of the flow control valve compared to the pressure loss of the combustion nozzle Is a large percentage. Therefore, when calculating the opening command value of the flow control valve, the opening command value can be obtained accurately by taking pressure loss in the piping into consideration, and control with higher accuracy becomes possible. Therefore, even when the pressure control valve is abolished from the fuel supply piping of the gas turbine, a desired flow rate of fuel can be supplied to the combustor. In addition, the number of instruments for calculating the opening command value can be reduced.
  • IGCC combined gasification combined cycle power plant
  • GTCC gas turbine combined cycle power generation
  • the opening degree command calculation unit is configured to obtain the opening degree instruction based on a measurement value of a downstream temperature of the flow rate control valve.
  • the flow rate of the fuel supplied to the combustor can be adjusted with high accuracy by appropriately controlling the flow rate control valve in consideration of the downstream temperature of the flow rate control valve. .
  • the casing pressure calculation unit is configured to calculate the casing pressure based on the fuel flow rate command, an IGV opening of the compressor of the gas turbine, and an intake air temperature of the compressor. .
  • the casing pressure of the gas turbine is calculated with high accuracy based on the fuel flow rate command, the IGV opening of the compressor of the gas turbine, and the intake air temperature of the compressor of the gas turbine. can do. For this reason, the calculation accuracy of the outlet pressure of the flow control valve using the calculation result of the passenger compartment pressure is improved, and the opening degree control of the flow control valve can be performed more appropriately.
  • the pipe pressure loss calculation unit calculates the pressure loss based on a flow rate of the combustible gas flowing through the flow rate control valve, a downstream pressure of the flow rate control valve, and a downstream temperature of the flow rate control valve. Configured to do.
  • the pressure loss from the flow control valve to the combustor is calculated with high accuracy by considering the flow rate of the combustible gas, the downstream pressure and the downstream temperature of the flow control valve. can do. For this reason, the calculation accuracy of the outlet pressure of the flow control valve using the calculation result of the pressure loss is improved, and the opening degree control of the flow control valve can be performed more appropriately.
  • a plurality of the flow control valves are provided in parallel to the pipe;
  • the opening command calculation unit is configured to obtain a common opening command for the plurality of flow rate control valves.
  • a plurality of flow rate control valves may be provided in parallel.
  • the opening control of the plurality of flow rate control valves can be performed by a simple method.
  • the opening command calculation unit is configured to switch at least one of the plurality of flow control valves when the common opening command for the plurality of flow control valves reaches a minimum opening of the flow control valve.
  • a closing valve closing command is generated, and an opening degree command for realizing the fuel flow rate command is generated for the remaining flow rate control valves.
  • each flow control valve can be appropriately controlled within the range of the minimum opening or more.
  • the opening degree command calculation unit is configured to maintain a total flow coefficient when the common opening degree command for the plurality of flow rate control valves reaches a minimum opening degree of the flow rate control valve when the valves are switched. Consists of.
  • the combustion control can be stably performed in the period from the switching start time of the flow control valve to the switching end time (the entire period of the switching section of the flow control valve).
  • the opening degree command calculation unit is Calculating a target opening of the remaining flow control valves corresponding to a composite Cv value when a plurality of the flow control valves have the minimum opening; Calculating the valve closing command to reduce the opening of the at least one flow control valve to zero at a first rate; The opening degree command for increasing the opening degree of the remaining flow rate control valve to the target opening degree at a second rate is calculated.
  • the first rate and the second rate include a time point when the opening degree of the at least one flow rate control valve reaches zero and a time point when the opening degree of the remaining flow rate control valve reaches the target opening degree. Set to match.
  • the time point when the closing of at least one flow rate control valve that is the target of valve closing is matched with the time point when the remaining flow rate control valve reaches the target opening. Since the first rate and the second rate are set, fluctuations in the composite Cv value during the share change control of the flow rate control valve can be suppressed, and the flow rate of the combustible gas supplied to the combustor is stably adjusted. be able to.
  • the combined gasification power plant further includes an oil supply pipe for supplying oil fuel to a combustor of the gas turbine, and fueled with the combustible gas from the pipe and the oil fuel from the oil supply pipe.
  • an oil supply pipe for supplying oil fuel to a combustor of the gas turbine, and fueled with the combustible gas from the pipe and the oil fuel from the oil supply pipe.
  • the gasification combined power plant is configured to be able to switch fuel between oil fuel and combustible gas in order to use combustible gas as fuel during normal operation, for example, while using oil fuel at start-up. There is something.
  • a combined gasification power plant with such a configuration even if the opening commands of all the flow control valves reach the minimum opening, the flow rate of the combustible gas cannot be properly reduced by the flow control valves. By switching from combustible gas to oil fuel as in (10) above, stable combustion control can be continued.
  • a control apparatus for a combined gasification power plant includes: A plurality of gasification furnaces, a gas turbine driven using the combustible gas generated in the gasification furnace as fuel, and a plurality of pipes provided in parallel to the piping for supplying the combustible gas from the gasification furnace to the gas turbine
  • a gasification combined cycle power plant control device comprising a flow control valve, An opening command calculation unit for calculating each opening command of the plurality of flow control valves, The opening degree command calculation unit is While obtaining the opening command common to the plurality of flow control valves, When the common opening command for the plurality of flow control valves reaches a minimum opening of the flow control valve, generates a valve closing command for closing at least one flow control valve of the plurality of flow control valves; An opening degree command for realizing the fuel flow rate command is generated for the remaining flow rate control valves.
  • each flow rate control valve can be increased. It can suppress and can reduce cost.
  • the opening degree control of a plurality of flow control valves can be simplified by giving a common opening command to the plurality of flow control valves.
  • the flow rate of the flammable gas is small, at least one of the flow rate control valves is closed, and the flow rate control valve sharing change control is performed such that the flow rate of the flammable gas is adjusted by the remaining flow rate control valves.
  • each flow control valve can be appropriately controlled within the range of the minimum opening or more.
  • the control device further includes an IGV opening command generation unit for generating an opening command value of the IGV of the compressor of the gas turbine,
  • the IGV opening command generation unit At the time of fuel switching of the gasification combined power plant between the combustible gas and another fuel having a larger calorific value than the combustible gas, the fuel ratio of the combustible gas to the total fuel increases as the fuel ratio increases.
  • the opening command value of the IGV is configured to decrease toward the closing side.
  • the IGV opening command generation unit decreases the opening of the IGV as the fuel ratio of the combustible gas increases, so that the turbine accompanying the use of the low-calorie combustible gas. While suppressing a drop in inlet temperature, combustion stability at the time of fuel switching can be improved.
  • the control device in any one of the above configurations (1) to (12), generates an opening command value of an air bypass valve for adjusting an amount of compressed air that bypasses a combustion region of the combustor of the gas turbine among compressed air generated by the compressor of the gas turbine.
  • An air bypass valve opening command generation unit for At the time of fuel switching of the gasification combined power plant between the combustible gas and another fuel having a larger calorific value than the combustible gas, the fuel ratio of the combustible gas to the total fuel increases as the fuel ratio increases.
  • the opening command value of the air bypass valve is configured to increase toward the open side.
  • the air bypass valve opening command generation unit increases the opening of the air bypass valve as the fuel ratio of the combustible gas increases, and flows into the combustion region of the combustor.
  • the amount of air can be reduced, and the combustion stability at the time of fuel switching can be improved.
  • a control apparatus for a combined gasification power plant includes: A gasification combined cycle power plant control apparatus comprising: a gasification furnace; and a gas turbine configured to be able to be driven using the combustible gas generated in the gasification furnace as a fuel, An IGV opening command generation unit for generating an IGV opening command value of the compressor of the gas turbine; The IGV opening command generation unit At the time of fuel switching of the gasification combined power plant between the combustible gas and another fuel having a larger calorific value than the combustible gas, the fuel ratio of the combustible gas to the total fuel increases as the fuel ratio increases.
  • the opening command value of the IGV is configured to decrease toward the closing side.
  • the gas turbine is operated using the starting fuel such as oil fuel, for example. May drive.
  • the starting fuel such as oil fuel
  • the gas turbine inlet temperature and the combustion state in the gas turbine combustor are affected as the fuel ratio of the combustible gas to the total fuel varies. there is a possibility.
  • this problem is not limited to when the gasification combined power plant is started up, but when switching fuel between other fuels having higher calories than the combustible gas generated in the gasification furnace and the combustible gas. Can occur.
  • An object of the present invention is to improve combustion stability at the time of fuel switching in a gasification combined power plant, and to suppress a decrease in gas turbine inlet temperature due to use of combustible gas as fuel.
  • the IGV opening command generation unit decreases the opening of the IGV as the fuel ratio of the combustible gas is increased, so that the turbine accompanying the use of the low-calorie combustible gas. While suppressing a drop in inlet temperature, combustion stability at the time of fuel switching can be improved.
  • the opening command value of the IGV is directed toward the closing side with the increase in the fuel ratio of the combustible gas Configured to decrease.
  • the IGV opening is decreased according to the increase in the fuel ratio of the combustible gas. By doing so, it is possible to improve the combustion stability and suppress the turbine inlet temperature.
  • the starting fuel for example, kerosene
  • the IGV opening command generation unit is configured to generate the opening command value for fully closing the IGV when the fuel ratio of the combustible gas is 100%.
  • the adjustment range of the air amount by adjusting the opening of the IGV according to the fuel ratio of the combustible gas can be obtained. It can be secured greatly.
  • a gasification combined power plant includes: A gasifier, A gas turbine driven by using the combustible gas generated in the gasifier as fuel; A flow control valve provided in a pipe for supplying the combustible gas from the gasifier to the gas turbine; The control device according to any one of (1) to (13), configured to control the flow rate control valve; Is provided.
  • the flow control valve in consideration of the pressure loss of the pipe from the flow control valve to the combustor. Can be controlled with high accuracy. Therefore, even when the pressure control valve is abolished from the fuel supply piping of the gas turbine, a desired flow rate of fuel can be supplied to the combustor.
  • a plurality of flow rates are provided by giving a common opening degree command to the plurality of flow rate control valves. It is possible to simplify the control of the opening of the control valve, and it is possible to appropriately control each flow control valve in the range of the minimum opening or more by performing the sharing change control of the flow control valve.
  • a method for controlling a combined gasification power plant includes: A gasification furnace, a gas turbine driven by using the combustible gas generated in the gasification furnace as a fuel, and a flow control valve provided in a pipe for supplying the combustible gas from the gasification furnace to the gas turbine;
  • a method for controlling a combined gasification power plant comprising: Calculating a casing pressure of the gas turbine; Calculating a pressure loss in the pipe from the flow control valve to the combustor of the gas turbine; Calculating an outlet pressure of the flow control valve based on the calculation result of the passenger compartment pressure and the calculation result of the pressure loss; Based on the fuel flow command of the gas turbine, the calculation result of the outlet pressure, and the measured value of the differential pressure of the flow control valve or the inlet pressure of the flow control valve, the opening command of the flow control valve is Seeking steps, Is provided.
  • the control method for a gasification combined power plant of (18) above when calculating the outlet pressure of the flow control valve in the process of obtaining the opening degree command of the flow control valve, the calculation result of the passenger compartment pressure and the flow rate are calculated.
  • the outlet pressure of the flow control valve is calculated based on the calculation result of the pressure loss in the piping from the control valve to the combustor.
  • a method for controlling a combined gasification power plant includes: A gasification combined cycle power plant control method comprising: a gasification furnace; and a gas turbine capable of being driven using the combustible gas generated in the gasification furnace as a fuel, Generating an opening command value of the IGV of the compressor of the gas turbine, In the step of generating the opening command value of the IGV, At the time of fuel switching of the gasification combined power plant between the combustible gas and another fuel having a larger calorific value than the combustible gas, the fuel ratio of the combustible gas to the total fuel increases as the fuel ratio increases. The opening command value of IGV is decreased toward the closing side.
  • the method (19) is for solving the problem described in relation to the above (14), and the calorific value is reduced by decreasing the opening degree of the IGV as the fuel ratio of the combustible gas increases.
  • it is possible to suppress the turbine inlet temperature drop caused by the use of the combustible gas, and to improve the combustion stability at the time of fuel switching.
  • the opening of the flow rate control valve in consideration of the pressure loss of the piping from the flow rate control valve to the combustor, and it is possible to perform highly accurate control. Therefore, even when the pressure control valve is abolished from the fuel supply piping of the gas turbine, a desired flow rate of fuel can be supplied to the combustor.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a combined gasification power plant according to an embodiment. It is a block diagram which shows the whole structure of control of the flow control valve which concerns on one Embodiment. It is a figure which shows the gasification combined power plant provided with the control apparatus which concerns on one Embodiment. It is a block diagram which shows the specific structure of the valve opening degree setting unit contained in the control apparatus shown in FIG. It is a figure which shows the gasification combined power plant provided with the control apparatus which concerns on other embodiment. It is a block diagram which shows the specific structure of the valve opening degree setting unit contained in the control apparatus shown in FIG. It is a figure which shows the whole structure of the gasification combined power plant provided with the some flow control valve which concerns on one Embodiment.
  • FIG. 18A is a diagram showing a configuration example of a combustion cylinder
  • FIG. 18A is a cross-sectional view along the combustor axial direction
  • FIG. 18B is a diagram showing a cross section along line AA in FIG. 18A. .
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a gasification combined power plant 1 according to an embodiment.
  • a combined coal gasification combined power plant IGCC
  • coal is used as fuel for the gasification furnace 3
  • the type of the plant 1 of the present embodiment is not limited to this, and other solid fuels such as coke, petroleum residue, pitch, oil shale, waste tires, and plastics are used as fuel for the gasification furnace 3.
  • the plant 1 used may be sufficient.
  • the combined gasification power plant 1 includes a gasification furnace 3 and a gas turbine 10 that is driven using the combustible gas generated in the gasification furnace 3 as fuel. More specifically, the combined gasification power plant 1 according to the embodiment shown in FIG. 1 includes a coal supply facility 2, a gasification furnace 3, a dust removing device 4, a gas treatment facility 5, and a power generation facility 6. It is equipped with.
  • the coal supply facility 2 is configured to pulverize coal with a mill to generate pulverized coal.
  • the coal supply facility 2 is configured to air-carry the pulverized coal into the gasification furnace 3 by nitrogen separated by the air separation device 17.
  • the gasifier 3 is supplied with pulverized coal from the coal supply facility 2, char collected by the dust removing device 4, compressed air from the compressor 16, and oxygen separated by the air separation device 17, It is configured to produce a combustible gas by a gasification reaction.
  • the combustible gas generated in the gasification furnace 3 is conveyed to the dust removing device 4.
  • the dedusting device 4 is configured to separate char from combustible gas from the gasification furnace 3.
  • the combustible gas from which the char is removed is transferred to the gas processing facility 5.
  • the char separated from the combustible gas is supplied to the gasification furnace 3.
  • Gas treatment facility 5 the COS contained in the combustible gas from the dedusting apparatus 4 is converted into H 2 S and CO 2 to produce a combustible gas containing H 2 S, combustible containing the H 2 S Impurities such as HCl and NH 3 and H 2 S are removed from the gas, and a combustible gas mainly containing CO and H 2 is generated.
  • the combustible gas after being processed by the gas processing facility 5 is supplied to the power generation facility 6 through the pipe 20.
  • a combustible gas supplied to the combustor 7 of the gas turbine 10 is provided in a pipe 20 for supplying the combustible gas from the gasification furnace 3 side (gas processing facility 5) to the combustor 7 of the gas turbine 10.
  • a flow rate adjustment valve 22 is provided for adjusting the flow rate. The opening degree of the flow control valve 22 is controlled by a control device 30 described later with reference to FIG.
  • the pipe 20 may be provided with a shutoff valve (not shown) for shutting off the supply of combustible gas supplied to the combustor 7.
  • the power generation facility 6 includes a gas turbine 10 including a combustor 7, a compressor 8 and a turbine 9, a power generator 13, an exhaust heat recovery boiler (HRSG) 15, a steam turbine 12, and a condenser 14. ing.
  • the gas turbine 10 and the steam turbine 12 are uniaxially arranged and one generator 13 is provided.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • the gas turbine 10 and the steam turbine 12 may be arranged in two axes, and two generators may be connected to each other.
  • the output of the generator 13 (IGCC output) is measured by, for example, a wattmeter, and the output of the steam turbine 12 is subtracted from the measurement result of the output of the IGCC.
  • the output of the gas turbine 10 can be obtained.
  • the output of the generator of the gas turbine 10 may be measured and used as the output of the gas turbine 10. The output of the gas turbine 10 obtained in this way is used for opening degree control of the flow control valve 22 in the control device 30 described later.
  • the compressed air from the compressor 8 is temporarily stored in the vehicle interior 11, and this compressed air is supplied to the combustor 7 of the gas turbine 10.
  • the combustible gas (fuel) from the gas processing facility 5 is supplied to the combustor 7 through the pipe 20 described above.
  • the combustor 7 the combustible gas is combusted and the combustion gas is supplied to the turbine 9.
  • the turbine 9 is rotationally driven by the combustion gas from the combustor 7 and drives the compressor 8 via a rotating shaft. Thereby, compressed air is generated in the compressor 8.
  • the combustion gas that has rotated the turbine 9 is discharged as exhaust gas and supplied to the exhaust heat recovery boiler 15.
  • the exhaust heat recovery boiler 15 uses the exhaust heat of the exhaust gas from the turbine 9 to heat the water supplied from the condenser 14 and generate steam. Then, the steam generated in the exhaust heat recovery boiler 15 is supplied to the steam turbine 12. The steam turbine 12 is rotationally driven by the steam from the exhaust heat recovery boiler 15 and drives the generator 13 together with the gas turbine 10 through a rotating shaft. As a result, the generator 13 generates power.
  • the turbine 9 of the gas turbine 10 may be provided with a BPT sensor (not shown) for measuring the blade path temperature of the turbine 9. Further, an EXT sensor (not shown) for measuring the exhaust gas temperature (hereinafter referred to as exhaust gas temperature) in the exhaust duct of the gas turbine 10 may be provided on the downstream side of the BPT sensor.
  • the state quantities relating to the operating state of the gasification combined power plant 1 such as the temperature measured by the BPT sensor and the EXT sensor, the output of the steam turbine 12 (output of the generator 13), and the rotational speed or rotational speed of the gas turbine 10 are 2 may be input to the control device 30 described later with reference to FIG.
  • the temperature measurement values by the BPT sensor and the EXT sensor may be used to calculate temperature control commands EXCSO and BPCSO, which will be described later with reference to FIG.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of control of the flow control valve 22 according to one embodiment.
  • the generator command MWD is set so as to change at the plant load change rate (for example, 3% per minute) toward the target load. Is done.
  • the subtractor 32 calculates the gas turbine output command GT_MWD by subtracting the steam turbine output from the generator command MWD.
  • the gas turbine output command GT_MWD is given to the subtractor 33.
  • the steam turbine output is subtracted from the overall output of the combined gasification power plant 1 (IGCC output; the sum of the gas turbine output and the steam turbine output), and the gas turbine output is calculated.
  • This gas turbine output is input to the subtractor 33.
  • the subtracter 33 obtains a difference by subtracting the gas turbine output from the gas turbine output command GT_MWD. This difference is obtained by performing PI control by the PI controller 34, thereby obtaining a load control command LDCSO for making the gas turbine output coincide with the gas turbine output command GT_MWD.
  • the load control command LDCSO is given to the selection circuit 35.
  • the selection circuit 35 is calculated based on the governor control command GVCSO calculated based on the shaft rotational speed, the temperature control commands EXCSO and BPCSO calculated based on the temperature, and the fuel amount.
  • a fuel control command FLCSO is given.
  • the selection circuit 35 selects the lowest value from these control commands, and outputs this to the valve opening setting unit 40 as the fuel flow rate command CSO.
  • the fuel flow rate command CSO may be given as a variable corresponding to the fuel flow rate.
  • the valve opening setting unit 40 calculates the valve opening corresponding to the fuel flow rate command CSO given from the selection circuit 35 and outputs this valve opening as the opening command FCV of the flow control valve 22.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a combined gasification power plant 1A including a control device 30A for the flow rate control valve 22 according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a specific configuration of the valve opening degree setting unit 40A included in the control device 30A shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a combined gasification power plant 1B including a control device 30B for the flow rate control valve 22 according to another embodiment.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a specific configuration of the valve opening setting unit 40B included in the control device 30B shown in FIG.
  • the gasification combined power plant 1 includes a differential pressure gauge 25 or an inlet pressure gauge.
  • the gasification combined power plant 1 may also include other instruments.
  • the gasification combined power plant 1 is configured to measure an intake air thermometer 24 that measures the intake air temperature T1C of the compressor 8 and a downstream pressure FGP of the flow rate control valve 22.
  • a downstream pressure gauge 27 and a downstream temperature gauge 28 for measuring the downstream temperature FGT of the flow rate control valve 22 may be provided.
  • valve opening degree setting unit 40 of the control device 30 for opening degree control of the flow rate adjusting valve 22 so as to realize a desired fuel flow rate.
  • the valve opening setting unit 40 of the control device 30 includes a vehicle compartment pressure calculation unit 41, a pipe pressure loss calculation unit 42, and an outlet pressure calculation unit (for example, An adder) 43 and an opening degree command calculation unit 44 (44A, 44B).
  • the cabin pressure calculation unit 41 is configured to calculate the cabin pressure P in_CAL of the gas turbine 10. For example, as shown in FIGS. 4 and 6, the passenger compartment pressure calculation unit 41 performs the fuel flow rate command CSO given from the selection circuit 35 (see FIG. 2), the IGV opening of the compressor 8, and the compression.
  • the casing pressure of the gas turbine 10 is calculated based on the intake air temperature T1C of the machine 8. In this case, the casing pressure of the gas turbine 10 can be calculated with high accuracy. For this reason, the calculation accuracy of the outlet pressure P2_CAL of the flow rate control valve 22 using the calculation result (P in_CAL ) of the passenger compartment pressure is improved, and the opening degree control of the flow rate control valve 22 can be performed more appropriately. .
  • the pipe pressure loss calculation unit 42 is configured to calculate a pressure loss P loss_CAL in the pipe 20 from the flow control valve 22 to the combustor 7 of the gas turbine 10. For example, as shown in FIGS. 4 and 6, the pipe pressure loss calculation unit 42, the fuel flow rate CSO (FQ) of the combustible gas flowing through the flow rate control valve 22, and the downstream pressure (fuel pressure) FGP of the flow rate control valve 22. And the pressure loss of the pipe 20 based on the downstream temperature (fuel temperature) FGT of the flow control valve 22. According to this, the pressure loss from the flow control valve 22 to the combustor 7 is calculated with high accuracy by considering the flow rate of the combustible gas, the downstream pressure FGP and the downstream temperature FGT of the flow control valve 22. can do. For this reason, the calculation accuracy of the outlet pressure P2 of the flow control valve 22 using the calculation result (P loss_CAL ) of the pressure loss of the pipe 20 is improved, and the opening degree control of the flow control valve 22 can be performed more appropriately. Become.
  • the outlet pressure calculation unit 43 is based on the cabin pressure P in_CAL calculated by the cabin pressure calculation unit 41 and the pressure loss P loss_CAL of the pipe 20 calculated by the pipe pressure loss calculation unit 42.
  • the outlet pressure P2_CAL is calculated.
  • the outlet pressure calculation unit 43 includes a cabin pressure Pin_CAL calculated by the cabin pressure calculation unit 41 and a pressure loss of the pipe 20 calculated by the pipe pressure loss calculation unit 42.
  • An adder configured to calculate the outlet pressure P2_CAL of the flow control valve 22 by adding P loss_CAL may be used.
  • the opening degree command calculation unit 44 calculates the fuel flow rate command CSO of the gas turbine 10 and the outlet pressure by the outlet pressure calculation unit 43.
  • the result P2_CAL and the front-rear differential pressure DP of the flow rate control valve 22 (measurement result of the differential pressure gauge 25 shown in FIG. 3) or the inlet pressure P1 of the flow rate control valve 22 (measurement result of the inlet pressure gauge 26 shown in FIG. 5); Based on the above, the opening degree command FCV of the flow control valve 22 is obtained.
  • the opening degree of the flow control valve 22 can be controlled in consideration of the pressure loss of the pipe 20 from the flow control valve 22 to the combustor 7, and high-precision control is possible. Therefore, even when the pressure control valve is abolished from the fuel supply pipe 20 of the gas turbine 10, a desired flow rate of fuel can be supplied to the combustor 7.
  • the opening degree command calculation unit 44 may obtain the opening degree command FCV of the flow rate control valve 22 based on the downstream temperature (measured value) FGT of the flow rate control valve 22. Good. In this case, the flow rate of the fuel supplied to the combustor 7 can be adjusted with high accuracy by appropriately controlling the flow rate control valve 22 in consideration of the downstream temperature FGT of the flow rate control valve 22.
  • the opening degree command FCV of the flow rate control valve 22 calculated by the opening degree command calculation unit 44 is output to the flow rate control valve 22.
  • the opening degree command calculation unit 44 uses the Cv value (flow rate coefficient) represented by the following formula (1) to open the opening degree command FCV of the flow rate control valve 22 according to the fuel flow rate command CSO. Ask for.
  • Qg is the fuel gas volume flow (Nm 3 / h)
  • G g is the specific gravity of the fuel gas with respect to the air in the standard state
  • T1 is the inlet temperature (K) of the flow control valve 22
  • DP is the differential pressure across the flow control valve 22
  • P1 is This is the inlet pressure of the flow control valve 22
  • P ⁇ b> 2 is the outlet pressure of the flow control valve 22.
  • the opening degree command calculation unit 44 ⁇ / b> A includes the measured value DP of the differential pressure across the flow rate control valve 22, the calculated inlet pressure value P ⁇ b> 1 _CAL of the flow rate control valve 22, and the flow rate control valve 22.
  • Outlet pressure calculated value P2_CAL desired fuel gas volume flow rate Qg_tgt determined from the fuel flow rate command CSO, upstream temperature TGT determined from the downstream temperature FGT, upstream pressure P1 and downstream pressure P2 of the flow control valve 22
  • the opening degree command calculation unit 44B includes the calculated value DP_CAL of the differential pressure across the flow rate control valve 22, the measured inlet pressure value P1 of the flow rate control valve 22, and the flow rate adjustment. Calculated from the outlet pressure calculated value P2_CAL of the valve 22, the desired fuel gas volume flow rate Qg_tgt determined from the fuel flow rate command CSO, the upstream temperature FGT, the upstream pressure P1 and the downstream pressure P2 of the flow rate control valve 22 and the temperature T1 _CAL, a by substituting the above equation (1), to calculate the Cv value to be realized, obtaining the degree of opening of the flow control valve 22 corresponding to such Cv value as the opening command FCV.
  • the opening degree command calculation unit 44A has the fuel flow rate command CSO of the gas turbine 10, the calculation result ( P2_CAL ) of the outlet pressure by the outlet pressure calculation unit 43, and the flow rate adjustment. Based on the measured value DP of the differential pressure across the valve 22, the opening degree command FCV of the flow control valve 22 is obtained. Specifically, the outlet pressure calculation unit 43 adds the cabin pressure Pin_CAL calculated by the cabin pressure calculation unit 41 and the pressure loss P loss_CAL of the pipe 20 calculated by the pipe pressure loss calculation unit 42. The outlet pressure P2_CAL of the flow control valve 22 is calculated.
  • the inlet pressure calculation unit 45 adds the outlet pressure P2_CAL calculated by the outlet pressure calculation unit 43 and the differential pressure DP of the flow rate control valve 22 measured by the differential pressure gauge 25, so that the flow rate control valve 22 The inlet pressure P1_CAL is calculated. Then, the opening degree command computing section 44A, the fuel flow rate command CSO, and the inlet pressure P1 _CAL and outlet pressure P2 _CAL flow control valve 22, the pressure difference DP and, downstream thermometer 28 at the measured downstream temperature FGT Based on the above, the opening degree command FCV of the flow control valve 22 is calculated. In this configuration, if the existing differential pressure gauge 25 is used, there is no need to provide an inlet pressure gauge for measuring the inlet pressure P1 of the flow rate control valve 22, so that the number of control measuring instruments can be reduced.
  • the opening degree command calculation unit 44B includes the fuel flow rate command CSO of the gas turbine 10, the calculation result ( P2_CAL ) of the outlet pressure by the outlet pressure calculation unit 43, Based on the inlet pressure P1 measured by the inlet pressure gauge 26, an opening degree command FCV of the flow rate control valve 22 is obtained.
  • the outlet pressure calculation unit 43 adds the cabin pressure Pin_CAL calculated by the cabin pressure calculation unit 41 and the pressure loss P loss_CAL of the pipe 20 calculated by the pipe pressure loss calculation unit 42.
  • the outlet pressure P2_CAL of the flow control valve 22 is calculated.
  • the differential pressure calculating section 46 calculates the outlet pressure P2 _CAL calculated, the differential pressure DP _CAL flow control valve 22 from the difference between the inlet pressure P1 measured by the inlet pressure gauge 26 at the outlet pressure calculating unit 43 . Then, in the opening degree command calculation unit 44B, the fuel flow rate command CSO, the inlet pressure P1 and the outlet pressure P2_CAL of the flow rate adjustment valve 22, the differential pressure DP_CAL, and the downstream temperature FGT measured by the downstream thermometer 28. Based on the above, the opening degree command FCV of the flow control valve 22 is calculated. In this configuration, since the inlet pressure P1 measured by the inlet pressure gauge 26 is used when calculating the opening degree command FCV of the flow control valve 22, the flow control valve 22 can be controlled with high accuracy.
  • FIG. 7 is a diagram showing an overall configuration of a gasification combined power plant 1 (1C to 1F) including a plurality of flow rate control valves 22 according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of a valve opening degree setting unit 40C included in the control device 30C shown in FIG.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of a valve opening setting unit 40D included in the control device 30D shown in FIG.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a configuration example of a valve opening degree setting unit 40E included in the control device 30E shown in FIG.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration example of a valve opening degree setting unit 40F included in the control device 30F shown in FIG.
  • the combined gasification power plant 1 (1C-1F) includes a plurality of flow control units provided in parallel with each other between the gas processing facility 5 and the gas turbine 10. It has a valve 22 (22 1 to 22 3 ). The opening degree of each flow control valve 22 (22 1 to 22 3 ) is controlled by a control device 30 (30C to 30F) described later with reference to FIGS.
  • the combined gasification power plant 1 (1C to 1F) includes various instruments used for opening control of the respective flow rate control valves 22 (22 1 to 22 3 ).
  • the combined gasification power plant 1 (1C to 1F) measures the differential pressure DP (DP 1 to DP 3 ) across the flow rate regulating valve 22 (22 1 to 22 3 ) as shown in FIG. a plurality of differential pressure gauge 25 (25 1 to 25 3) and the flow rate regulating valve 22 (22 1 to 22 3) of the inlet pressure P1 (P1 1 ⁇ P1 3) a plurality of inlet pressure gauge 26 for measuring respectively ( 26 1 to 26 3 ).
  • the combined gasification power plant 1 includes both the differential pressure gauges 25 (25 1 to 25 3 ) and the inlet pressure gauges 26 (26 1 to 26 3 ).
  • the differential pressure gauge 25 25 1 to 25 3
  • the inlet pressure gauge 26 26 1 to 26 3
  • the combined gasification power plant 1 includes an intake air thermometer 24 that measures the intake air temperature T1C of the compressor 8 and a downstream side that measures the downstream pressure FGP of the flow rate control valves 22 (22 1 to 22 3 ).
  • a pressure gauge 27 and a downstream thermometer 28 for measuring the downstream temperature FGT of the flow rate control valve 22 (22 1 to 22 3 ) may be further provided.
  • the measurement values obtained by these various instruments are used for opening control of the flow rate control valves 22 (22 1 to 22 3 ) in the control device 30 (30C to 30F).
  • the opening degree command calculation unit 44 (44C to 44D) of the valve opening degree setting unit 40 (40C to 40D) is provided for a plurality of flow rate control valves 22 (22 1 to 22 3 ).
  • a common opening degree command FCV_com is obtained.
  • a plurality of flow rate control valves (22 1 to 22 3 ) may be provided in parallel. In this case, according to the above configuration in which a common opening degree command is given to each valve 22, the opening degree control of the plurality of flow rate control valves 22 (22 1 to 22 3 ) can be performed by a simple method.
  • the valve opening setting unit 40 ⁇ / b> C includes a compartment pressure calculation unit 41, a pipe pressure loss calculation unit 42, an outlet pressure calculation unit 43, a differential pressure average calculation unit 47, and an inlet.
  • a pressure calculation unit 45 and an opening degree command calculation unit 44C are provided.
  • Differential pressure average computing unit 47 is configured to calculate a differential pressure average value DPm of differential pressure gauge 25 (25 1 to 25 3) with respectively measured differential pressure DP (DP 1 ⁇ DP 3) .
  • the inlet pressure calculation unit 45 adds the outlet pressure P2_CAL calculated by the outlet pressure calculation unit 43 and the differential pressure average value DPm of the plurality of flow rate control valves 22 (22 1 to 22 3 ) to adjust each flow rate.
  • An adder configured to calculate the common inlet pressure P1_CAL for the valves 22 (22 1 to 22 3 ) may be used.
  • the opening degree command calculation unit 44C is measured by the fuel flow rate command CSO, the inlet pressure P1 and the outlet pressure P2_CAL of the flow rate control valves (22 1 to 22 3 ), the differential pressure average value DPm, and the downstream thermometer 28. Based on the downstream temperature FGT, the opening degree command FCV_com common to the plurality of flow rate control valves 22 (22 1 to 22 3 ) is calculated.
  • the opening degree command FCV_com calculated by the opening degree command calculation unit 44 is output to each flow rate control valve 22 (22 1 to 22 3 ).
  • the multiple flow rate control valves (22 1 to 22 3). using the differential pressure average value DPm of the differential pressures DP (DP 1 to DP 3 ) of the multiple flow rate control valves (22 1 to 22 3 ), the multiple flow rate control valves (22 1 to 22 3). ) At the same time, it is possible to reduce the processing load. In this configuration, if the existing differential pressure gauge 25 (25 1 to 25 3 ) is used, the inlet pressure for measuring the inlet pressure P1 (P1 1 to P1 3 ) of the flow rate control valves (22 1 to 22 3 ). Since there is no need to provide a meter, the number of control measuring instruments can be reduced.
  • inlet pressure gauge 26 with (26 1 to 26 3) inlet were measured at a pressure P1 (P1 1 ⁇ P1 3), plurality of the flow regulating valve 22 (22 1 to 22 3) It is the structure which calculates
  • the valve opening setting unit 40D of the control device 30D includes a compartment pressure calculation unit 41, a pipe pressure loss calculation unit 42, an outlet pressure calculation unit 43, an inlet pressure average calculation unit 48, and a differential pressure calculation.
  • the inlet pressure average calculator 48 is configured to calculate an inlet pressure P1m that is an average value of the inlet pressures P1 (P1 1 to P1 3 ) respectively measured by the inlet pressure gauges 26 (26 1 to 26 3 ). .
  • the differential pressure calculation unit 46 calculates the difference between the outlet pressure P2_CAL calculated by the outlet pressure calculation unit 43 and the average inlet pressure P1m calculated by the inlet pressure average calculation unit 48, thereby allowing the flow rate control valve 22 to It may be a differentiator configured to calculate the differential pressure DP_CAL .
  • Opening command calculation unit 44D includes a fuel flow rate command CSO, the inlet pressure P1 (P1 1 ⁇ P1 3) of the flow regulating valve 22 (22 1 to 22 3) and the outlet pressure P2 _CAL, calculated by the differential pressure calculating section 46 Based on the measured differential pressure DP_CAL and the downstream temperature FGT measured by the downstream thermometer 28, an opening degree command FCV_com common to the plurality of flow rate control valves 22 (22 1 to 22 3 ) is calculated. Configured as follows. The opening degree command FCV_com calculated by the opening degree command calculation unit 44D is output to each flow control valve (22 1 to 22 3 ).
  • the embodiment shown in FIG. 10 uses a differential pressure DP (DP 1 to DP 3 ) measured by a differential pressure gauge 25 (25 1 to 25 3 ) to connect a plurality of flow control valves 22 (22 1 to 22 3 ).
  • An opening degree command FCV (FCV 1 to FCV 3 ) for individual control is obtained.
  • valve opening setting unit 40E of the control device 30E includes a passenger compartment pressure calculation unit 41, a pipe pressure loss calculation unit 42 (42 1 to 42 3 ), and an outlet pressure calculation unit 43 (43 1 to 43 3). ), An inlet pressure calculation unit 45 (45 1 to 45 3 ), an opening degree distribution calculation unit 49, and an opening degree command calculation unit 44E (44E 1 to 44E 3 ).
  • the pipe pressure loss calculation unit 42 calculates the pressure loss P loss_CAL (P loss_CAL1 to P loss_CAL3 ) in each of the plurality of flow rate control valves 22 (22 1 to 22 3 ).
  • P loss_CAL P loss_CAL1 to P loss_CAL3
  • the outlet pressure calculation unit 43 adds the pressure loss calculated by each pipe pressure loss calculation unit 42 (42 1 to 42 3 ) to the vehicle compartment pressure P in_CAL calculated by the vehicle compartment pressure calculation unit 41.
  • Addition configured to calculate outlet pressures P2_CAL ( P2_CAL1 to P2_CAL3 ) at the respective flow control valves 22 (22 1 to 22 3 ) by adding P loss_CAL (P loss_CAL1 to P loss_CAL3 ), respectively It may be a vessel.
  • Inlet pressure calculating section 45 (45 1 to 45 3), with each of the outlet pressure P2 _CAL (P2 _CAL1 ⁇ P2 _CAL3 ) calculated in the outlet pressure calculating unit 43 (43 1-43 3), each differential pressure gauge 25 (25 1 to 25 3) by adding the differential pressure DP of the measured flow rate control valve 22 (22 1 to 22 3) (DP 1 ⁇ DP 3), each flow control valve 22 (22 1 to 22 3 ) Inlet pressure P1_CAL ( P1_CAL1 to P1_CAL3 ) may be added.
  • the opening degree distribution calculation unit 49 may be configured to distribute the fuel flow rate common to at least two flow rate adjustment valves to the plurality of flow rate adjustment valves (22 1 to 22 3 ). Note that a specific configuration of the opening distribution calculation unit 49 will be described later.
  • the opening degree command calculation unit 44E (44E 1 to 44E 3 ) has a fuel flow rate of each valve distributed by the opening degree distribution calculation unit 49 and an inlet pressure P1_CAL (P1) of the flow rate control valve 22 (22 1 to 22 3 ).
  • each flow control valve (22 1 to 22 3 ) can be controlled with higher accuracy.
  • the existing differential pressure gauge 25 (25 1 to 25 3 ) is used, there is no need to provide an inlet pressure gauge for measuring the inlet pressure of the flow rate control valve 22 (22 1 to 22 3 ). The number of control measuring instruments can be reduced.
  • inlet pressure gauge 26 with (26 1 to 26 3) inlet were measured at a pressure P1 (P1 1 ⁇ P1 3), a plurality of flow control valves 22 (22 1 to 22 3) Is configured to obtain an opening degree command FCV (FCV 1 to FCV 3 ) for individually controlling.
  • the valve opening setting unit 40F of the control device 30F includes a casing pressure calculation unit 41, a pipe pressure loss calculation unit 42 (42 1 to 42 3 ), and an outlet pressure calculation unit 43 (43 1 to 43 3). ), A differential pressure calculation unit 46 (46 1 to 46 3 ), an opening degree distribution calculation unit 49, and an opening degree command calculation unit 44F (44F 1 to 44F 3 ).
  • the pipe pressure loss calculation unit 42 calculates the pressure loss P loss_CAL (P loss_CAL1 to P loss_CAL3 ) in each of the plurality of flow rate control valves 22 (22 1 to 22 3 ).
  • P loss_CAL P loss_CAL1 to P loss_CAL3
  • the outlet pressure calculation unit 43 adds the pressure loss calculated by each pipe pressure loss calculation unit 42 (42 1 to 42 3 ) to the vehicle compartment pressure P in_CAL calculated by the vehicle compartment pressure calculation unit 41.
  • the differential pressure calculation unit 46 (46 1 to 46 3 ) includes the outlet pressure P2_CAL ( P2_CAL1 to P2_CAL3 ) calculated by the outlet pressure calculation unit 43 (43 1 to 43 3 ) and the inlet pressure gauge 26 ( The differential pressure DP_CAL ( DP_CAL1 to DP_CAL3 ) of each flow rate control valve 22 is calculated by calculating the difference from the inlet pressure P1 (P1 1 to P1 3 ) measured at 26 1 to 26 3 ).
  • a differentiator configured as described above may be used.
  • the opening degree distribution calculating unit 49 may be configured to distribute the fuel flow rate common to at least two or more flow rate control valves to the plurality of flow rate control valves 22 (22 1 to 22 3 ). Note that a specific configuration of the opening distribution calculation unit 49 will be described later.
  • Opening command calculation unit 44F (44F 1 ⁇ 44F 3) includes a fuel flow rate distributed by the opening sorting calculation unit 49, the inlet pressure P1 (P1 1 ⁇ P1 3) of the flow regulating valve (22 1 to 22 3) and the outlet pressure P2 _CAL (P2 _CAL1 ⁇ P2 _CAL3 ), and the differential pressure DP _CAL calculated by the differential pressure calculating section 46 (46 1 ⁇ 46 3) (DP _CAL1 ⁇ DP _CAL3), measured at the downstream side thermometer 28 based on the has been downstream temperature FGT, configured to calculate the opening command FCV (FCV 1 ⁇ FCV 3) for each of the flow control valve 22 (22 1 to 22 3).
  • Opening command calculation unit 44F (44F 1 ⁇ 44F 3) each opening command FCV calculated in (FCV 1 ⁇ FCV 3) is output to the flow control valve 22 (22 1 to 22 3).
  • each flow control valve 22 (22 1 to 22 3 ) with higher accuracy. it can.
  • the opening command FCV flow control valve 22 (22 1 ⁇ 22 3) FCV 1 ⁇ FCV 3
  • the inlet pressure gauge 26 26 1 to 26 3
  • the flow control valves 22 (22 1 to 22 3 ) can be controlled with high accuracy.
  • FIG. 12A is a timing chart showing opening control of a plurality of flow rate control valves (three valves) 22 1 to 22 3 .
  • FIG. 12B is a timing chart showing opening control of the plurality of flow rate control valves (two valves) 22 2 and 22 3 .
  • FIG. 13 is a graph showing the characteristics of the combined Cv value of the plurality of flow control valves 22.
  • the combined Cv value refers to a value obtained by summing up the Cv values (flow rate coefficients) of the valves in the case of a plurality of valves.
  • the opening distribution calculation unit 49 performs fuel flow rate (opening sharing) on the opening command calculation units 44E 1 to 44E 3 and 44F 1 to 44F 3 based on the fuel flow rate CSO (FQ). Configured to distribute the amount).
  • the opening command calculators 44E 1 to 44E 3 and 44F 1 to 44F 3 have a plurality of flow control valves 22 (22 1 to 22) due to fluctuations in the operating state of the plant 1.
  • Each of the flow rate control valves 22 (22 1 to 22 3 ) is controlled to change the share by closing and adjusting the flow rate of the combustible gas with the remaining flow rate control valves (for example, the flow rate control valves 22 2 and 22 3 ).
  • the flow rate control valve 22 can be appropriately controlled so that the combustion control of the gas turbine 10 is stabilized within the range of the minimum opening MIN or more.
  • the opening distribution calculation unit 49 is configured to control the flow rate adjustment valve until the opening degree of the plurality of valves 22 reaches the minimum opening degree MIN, the operation of closing at least one valve 22 (22 1 ) is started, and the valve is fully closed. You may comprise so that the total Cv value in the minimum opening degree MIN of a several valve may always be maintained constant throughout the switching period. Thereby, combustion control can be stably performed in the period from the switching start time of the flow control valve 22 to the switching end time (the entire period of the switching section of the flow control valve).
  • the flow rate of fuel supplied to the flow rate control valve 22 controlled by the three-valve simultaneous control during normal operation fluctuates, and the three valves simultaneously reach the minimum opening MIN (operating point b).
  • switching control from the three-valve simultaneous control to the two-valve simultaneous control is started. That is, the control shifts to one valve closing operation (closing direction operation) and the remaining two valves opening operation (opening direction operation).
  • the valve switching control is continued in a state where the total Cv value (Cv1) is maintained until one valve of the closing operation is fully closed. This operation is continued until the operating point c on the two-valve composite Cv value line is finally reached. This transition period is called a switching section of the flow rate control valve 22.
  • the opening degree of the remaining two valves during the opening operation during the transition from the operating point b to the operating point c is the valve opening degree corresponding to an arbitrary operating point X on the point bc line that is the total Cv value (Cv1). RV) (the point where the broken line drawn from the operating point X to the horizontal axis in FIG. 13 intersects).
  • the operating point moves on the 2-valve total Cv value characteristic line in the direction of the operating point d by the two-valve simultaneous control. .
  • the two-valve simultaneous control is switched to the one-valve control.
  • the process of shifting from the two-valve simultaneous control to the one-valve control is the same as the concept of control at the operation points b to c where the three-valve simultaneous control is shifted to the two-valve simultaneous control described above.
  • the one valve shifts to the closing operation toward the operating point e while maintaining the two-valve total Cv value (Cv2) at the operating point d, and the remaining One valve moves to open operation.
  • the operating point e is an operating point on the one-valve Cv value characteristic line.
  • the remaining one valve is a one-valve Cv value characteristic corresponding to the two-valve total Cv value (Cv2). The valve opening on the line is reached.
  • the operating point When the fuel flow rate further decreases after reaching the operating point e, the operating point continues to be controlled by one valve while moving in the direction of the operating point f on the one-valve Cv value characteristic line.
  • control to switch from combustible gas fuel to oil fuel is performed as will be described in detail later.
  • the opening command calculation units 44E 1 to 44E 3 , 44F 1 to 44F 3 are combined Cv values (Cv1 in FIG. 13) when the plurality of flow control valves 22 (22 1 to 22 3 ) are at the minimum opening MIN. ) to calculate the target opening of the remaining flow rate control valve 22 2, 22 3 corresponding to calculate a closing command FCV 1 to reduce the first rate of at least one opening of the flow regulating valve 22 1 to zero it may be configured to calculate the opening command FCV 2, FCV 3 increasing at a second rate the degree of opening of the rest of the flow rate regulating valve 22 2, 22 3 to the target opening degree.
  • the opening command calculation units 44E 1 to 44E 3 and 44F 1 to 44F 3 use the relationship between the three-valve composite Cv value and the valve opening shown in FIG. 13 when all three valves are operating.
  • a common valve opening degree command FCV_com is calculated for each of the flow control valves 22 (22 1 to 22 3 ).
  • FCV 1 is calculated.
  • the relationship between the two-valve combined Cv value and the valve opening is used from Cv1, which is the three-valve combined Cv value at time t1 of the minimum opening MIN.
  • the target opening of the two flow rate control valves 22 2 and 22 3 (that is, the valve opening corresponding to the operating point c (see FIG. 13) for realizing Cv1 with two valves) is calculated, and the target opening and The opening degree commands of the two flow rate control valves 22 2 and 22 3 are calculated as follows.
  • the plurality of flow rate control valves 22 are switched, and at least one flow rate control valve (for example, the flow rate control valve 22 1 ) is switched.
  • the sharing change is performed. It becomes possible to maintain the composite Cv value before and after the control. Therefore, the influence on the flow rate of the combustible gas supplied to the combustor 7 can be reduced by the sharing change control of the flow rate control valve 22.
  • combination Cv value during the share change control of the flow control valve 22 can be suppressed, and the flow volume of the combustible gas supplied to the combustor 7 can be adjusted stably.
  • FIG. 14 is a configuration diagram showing a fuel supply system according to still another embodiment.
  • the embodiment described below with reference to the figure is a flammable gas fuel instead of or in addition to the above-described embodiment relating to the share change control in the above-described flammable gas fuel.
  • Switch control from oil to fuel is shown in FIG. 14, the gasification combined power plant 1 ⁇ / b> G includes a combustible gas supply system 50 for supplying a combustible gas to the combustor 7 of the gas turbine 10, and an oil fuel to the combustor 7 of the gas turbine 10.
  • An oil supply system 60 for supplying the oil.
  • This combined gasification power plant 1 is configured to be able to switch fuel between oil fuel and combustible gas.
  • oil fuel is supplied to the combustor 7 by the oil supply system 60 in a low load operation region such as at startup, and combustible gas is combusted by the combustible gas supply system 50 in a high load operation region such as during steady operation. Is supplied to the vessel 7.
  • the oil supply system 60 removes impurities from the oil fuel, an oil supply pipe 62 for supplying the oil fuel from the oil tank 61 to the combustor 7, a pump 63 for pumping the oil fuel, and the oil fuel.
  • a pipe 68 and a bypass valve 67 Since the gasification furnace 3 and its peripheral configuration are the same as those in FIG. 1, they are omitted in FIG.
  • the opening degree command calculation units 44A to 44F described above adjust the flow rate based on the fuel flow rate command indicating the flow rate of the combustible gas supplied to the combustor 7. It is comprised so that the opening degree command of the valve 22 may be calculated
  • FIG. 15 is a graph showing an example of the relationship between the combustible gas fuel flow command and the oil fuel flow command and the load at the time of fuel switching.
  • the combustible gas fuel flow command indicating the flow rate of the combustible gas and the oil fuel flow command indicating the flow rate of the oil fuel are gradually increased between the load MW1 and the load MW2. It can be switched.
  • the gas turbine 10 is mainly driven by oil fuel in a low-load operation region such as when starting or before stopping, and the gas turbine 10 is mainly driven by combustible gas in a high-load operation region such as during rated operation.
  • the transition period between the low load operation region and the high load operation region is a switching region for switching between the oil fuel flow command and the combustible gas fuel flow command.
  • the opening command calculation units 44A to 44F described above correspond to the increase / decrease of the combustible gas fuel flow command as shown in FIG. 15, and the opening command of the flow rate control valve 22 in the combustible gas supply system 50. Is calculated.
  • the opening degree control of the flow rate control valve 22 can be appropriately performed based on the fuel flow rate command indicating the flow rate of the combustible gas supplied to the combustor 7.
  • the fuel flow command CSO of the gas turbine 10 the calculation result P2_CAL of the outlet pressure of the flow control valve 22, the differential pressure measurement value DP of the flow control valve 22 or the inlet pressure measurement of the flow control valve 22. Since the opening degree command for the flow rate control valve 22 is obtained based on the value P1, even if the pressure control valve is abolished from the fuel supply pipe 20 of the gas turbine 10, the flow rate control valve 22 is used.
  • the flow rate control valve 22 can be controlled with high accuracy in consideration of the pressure loss of the piping from the engine to the combustor 7.
  • the fuel when the minimum opening MIN is reached by the one-valve control, the fuel may be switched from the combustible gas fuel to the oil fuel. That is, in FIG. 13, when the valve opening degree of one valve reaches the operating point f where the minimum opening degree MIN is reached, as shown in FIG. 15, the fuel corresponding to the minimum Cv value of the flow rate control valve 22 at the load MW2 While maintaining the flow rate command value, the flow control valve 65 for oil fuel shifts to an opening operation, and the flow rate control valve 22 for combustible gas fuel shifts to a closing operation.
  • the oil fuel flow rate adjusting valve 65 reaches the valve opening degree that maintains the fuel command value at the load MW2. In the fuel switching region, which is the transition period, the fuel flow is switched while the fuel flow rate at the load MW2 is maintained.
  • the opening degree of the flow control valve 22 can be controlled in consideration of the pressure loss of the pipe 20 from the flow control valve 22 to the combustor 7. High-precision control is possible. Therefore, even when the pressure control valve is abolished from the fuel supply pipe 20 of the gas turbine 10, a desired flow rate of fuel can be supplied to the combustor 7. Further, even when the fuel flow rate of the combustible gas fuel is decreased, the oil fuel is smoothly switched, and stable combustion control is obtained.
  • the gas turbine is operated using a start-up fuel such as oil fuel, for example.
  • a start-up fuel such as oil fuel, for example.
  • the gas turbine inlet temperature and the combustion state in the gas turbine combustor are affected as the fuel ratio of the combustible gas to the total fuel varies. there is a possibility.
  • this problem is not limited to when the gasification combined power plant is started up, but when switching fuel between other fuels having higher calories than the combustible gas generated in the gasification furnace and the combustible gas. Can occur.
  • the gas turbine inlet temperature at the time of fuel switching of the gasification combined power plant is maintained within an appropriate range, and from the viewpoint of maintaining combustion stability, refer to FIGS. 16 to 20.
  • IGV opening control described below is performed.
  • the embodiment described below with reference to FIGS. 16 to 20 is an alternative to the above-described embodiment relating to the opening degree control of the flow rate adjusting valve 22 in the valve opening degree setting unit 40, or the above-described embodiment.
  • the opening degree of the IGV is controlled at the time of fuel switching.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of a combined gasification power plant according to an embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration example of a bypass valve of a gas turbine.
  • 18 is a view showing a configuration example of a combustion cylinder
  • FIG. 18 (a) is a cross-sectional view of the combustion cylinder along the combustor axial direction
  • FIG. 18 (b) is an AA view of FIG. 18 (a). It is a figure which shows a cross section.
  • FIG. 19 is a block diagram illustrating a configuration of a control device for a combined gasification power plant according to an embodiment.
  • FIG. 20 is a timing chart showing IGV and bypass valve opening control at the time of fuel switching according to an embodiment.
  • the combined gasification power plant 1 ⁇ / b> H includes a combustible gas supplied from the gas processing facility 5 through the combustible gas supply system 50, and an oil fuel supplied through the oil supply system 60.
  • the fuel to be combusted by the combustor 7 can be switched between.
  • the fuel is switched between the combustible gas and the oil fuel.
  • an arbitrary heating value higher than that of the combustible gas is used.
  • a fuel hereinafter, oil fuel and any other fuel are collectively referred to as “high calorie fuel” may be used.
  • the gasified combined power plant 1H is provided on the upstream side of the flow rate adjusting valve 65 and the flow rate adjusting valve 65 for adjusting the flow rate of the high calorie fuel, similarly to the gasified combined power plant 1G described above with reference to FIG. Pressure control valve 64 provided.
  • the flow rate of calorie fuel can be adjusted.
  • components common to the gasification combined power plant 1G are denoted by the same reference numerals, and detailed description of each component is omitted.
  • the combined gasification power plant 1H includes an IGV (inlet guide vane) 80 for adjusting the amount of air flowing into the compressor 8 of the gas turbine 10, and a combustor, as shown in FIG. 7 and an air bypass valve 90 provided in the vehicle.
  • the IGV 80 is configured to be rotatable by an actuator 82. By adjusting the blade angle of the IGV 80 with respect to the air flow by the actuator 82, the opening degree of the IGV 80 can be arbitrarily adjusted between the minimum value (0% opening degree) and the maximum value (100% opening degree). . If the opening degree of the IGV 80 is reduced, the amount of air flowing into the compressor 8 decreases. If the opening degree of the IGV 80 is increased, the amount of air flowing into the compressor 8 increases.
  • the air bypass valve 90 is configured to adjust the amount of compressed air that bypasses the combustion region 73 formed in the combustion cylinder (inner cylinder) 72 of the combustor 7. That is, in the gas turbine 10, the compressed air 100 generated by the compressor 8 is supplied to the combustor 7 through the internal space 101 of the casing 11 of the gas turbine 10.
  • the air bypass valve 90 is opened, only the combustion air (see reference numeral 102) that is a part of the compressed air 100 is supplied to the combustion cylinder 72 (combustor nozzle 70) of the combustor 7 and compressed air.
  • the remainder of the bypass air 100 (see reference numeral 104) is supplied downstream of the combustion region 73 of the combustor 7.
  • the air bypass valve 90 is configured such that the opening degree can be controlled by an actuator (not shown), and the opening degree of the air bypass valve 90 is between a minimum value (0% opening degree) and a maximum value (100% opening degree). Can be adjusted arbitrarily. If the opening of the air bypass valve 90 is reduced, the amount of air that bypasses the combustion region 73 (the flow rate of the bypass air 104) decreases. If the opening of the air bypass valve 90 is increased, the amount of air that bypasses the combustion region 73 ( The flow rate of the bypass air 104 increases.
  • the combustor 7 includes a combustor nozzle 70 for injecting fuel into the combustion cylinder 72, and a transition piece 74 for guiding combustion gas from the combustion cylinder 72 to the inlet of the turbine 9. And.
  • the air bypass valve 90 may be connected to the transition piece 74.
  • the combustor 7 includes a fin ring 110 provided on the inner peripheral side of the combustion cylinder 72.
  • the fin ring 110 has a plurality of fin portions 112 in the circumferential direction, and each fin portion 112 extends along the axial direction of the combustor 7.
  • a plurality of fin rings 110 are provided in the axial direction of the combustor 7, and the inner diameter of the downstream fin ring 110b is larger than the outer diameter of the upstream fin ring 110a.
  • a cooling air hole 114 is provided in the combustion cylinder 72, and a part of the compressed air 102 (cooling air) is introduced into the combustion cylinder 72 from the internal space 101 of the passenger compartment 11 through the cooling air hole 114. Is done.
  • the cooling air introduced into the combustion cylinder 72 flows between the fin portions 112 of the fin ring 110a on the downstream side along the axial direction of the combustor 7, and is located on the inner wall surface of the combustion cylinder 72 (more precisely, on the downstream side).
  • the inner fin surface of the other fin ring 110b is film-cooled.
  • the fuel ratio of the combustible gas to the total fuel is changed when the fuel is switched between the combustible gas and the high calorie fuel under the control of the control device 30H shown in FIG. Then, the opening degree control of the IGV 80 and the air bypass valve 90 is performed.
  • the control device 30H has the same basic configuration as the control device 30 described with reference to FIG. Among the components of the control device 30H, components that perform signal processing up to the selection circuit 35 are denoted by the same reference numerals as those of the control device 30, and description thereof is omitted here.
  • the control device 30H includes a fuel flow rate setting unit 200 for setting the fuel flow rate commands for the combustible gas and the high calorie fuel based on the fuel flow rate command CSO output from the selection circuit 35.
  • the fuel flow rate setting unit 200 includes a multiplier 204 and a function 206.
  • the command MCSO is calculated.
  • the function 206 calculates the high calorie fuel flow rate command SCSO from the fuel flow rate command CSO based on the gas fuel rate FRCSO set by the fuel ratio setting unit 202. Specifically, the function 206 calculates the high calorie fuel flow rate command SCSO by substituting the gas fuel ratio FRCSO and the fuel flow rate command CSO into the following equation (2).
  • SCSO CSO ⁇ (100% ⁇ FRCSO [%]) / 100% (2)
  • the control device 30H calculates an opening command value of the IGV 80 and the air bypass valve 90, and an IGV opening command generation unit 210 and a bypass valve opening.
  • a degree command generator 220 is provided.
  • the IGV opening command generation unit 210 closes the opening command value of the IGV 80 as the fuel ratio FRCSO of the combustible gas to the total fuel increases ( 0% opening degree), and the amount of air flowing into the compressor 8 is reduced. Conversely, as the fuel ratio FRCSO of the combustible gas to the total fuel decreases, the IGV opening command generation unit 210 increases the opening command value of the IGV 80 toward the open side (100% opening), and the compressor 8 Increase the amount of air flowing into the.
  • the IGV opening command generation unit 210 reduces the opening temperature of the IGV 80 as the fuel ratio FRCSO of the combustible gas increases, thereby suppressing a decrease in the inlet temperature of the turbine 9 associated with the use of the low-calorie combustible gas. In addition, the combustion stability of the combustor 7 at the time of fuel switching from the high calorie fuel to the combustible gas can be improved. In some embodiments, when the fuel ratio FRCSO of the combustible gas is 100% (when combusting the combustible gas), the IGV opening command generation unit 210 is an opening command value (0%) that fully closes the IGV80. Opening degree).
  • the IGV opening degree command generation unit 210 outputs the opening degree command value set for the high calorie fuel when exclusively burned.
  • the opening command value of the IGV 80 for exclusive firing may be larger than the minimum opening (0% opening) and smaller than the maximum opening (100% opening).
  • the IGV opening command generation unit 210 corrects and outputs the opening command value according to the output of the gas turbine 10 and the intake air temperature on the inlet side of the compressor 8. It is like that.
  • the bypass valve opening command generation unit 220 opens the command value of the air bypass valve 90 as the fuel ratio FRCSO of the combustible gas to the total fuel increases. Is increased toward the open side (100% opening), and the amount of air supplied to the combustion region 73 of the combustor 7 is reduced. On the contrary, as the fuel ratio FRCSO of the combustible gas to the total fuel decreases, the bypass valve opening command generation unit 220 decreases the opening command value of the air bypass valve 90 toward the closed side (0% opening). The amount of air supplied to the combustion region 73 of the combustor 7 is increased.
  • the bypass valve opening command generation unit 220 By increasing the opening of the air bypass valve 90 as the fuel ratio FRCSO of the combustible gas increases by the bypass valve opening command generation unit 220, a combustion region 73 at the time of fuel switching from the high calorie fuel to the combustible gas. As a result, the combustion stability of the combustor 7 can be improved.
  • the bypass valve opening command generation unit 220 when the fuel ratio FRCSO of the combustible gas is 100% (at the time of combustion of the combustible gas), the bypass valve opening command generation unit 220 has an amount of film air at the outlet of the fin ring 110 ( Alternatively, the opening command value of the air bypass valve 90 is set to an upper limit opening that can secure the required amount of the film air flow rate).
  • the cooling of the combustion cylinder 72 of the combustor 7 is effective.
  • the amount of air supplied to the combustion region 73 of the combustor 7 can be reduced to suppress the temperature drop in the combustion region 73 and the combustion stability of the combustor 7 can be improved.
  • the bypass valve opening command generation unit 220 fully closes the opening of the air bypass valve 90 (0% opening). It may be set. In the exemplary embodiment shown in FIG. 19, the bypass valve opening command generation unit 220 corrects and outputs the opening command value according to the output of the gas turbine 10 and the intake air temperature on the inlet side of the compressor 8. It is supposed to be.
  • the control device 30H includes the valve opening setting unit 40 (40A to 40F) of the above-described embodiment, the pressure control valve 64 and the flow rate of the gasification combined power plant 1H. You may further provide the pressure regulation valve control part 230 and the flow regulation valve control part 240 for controlling the opening degree of the control valve 65, respectively.
  • the valve opening setting unit 40 (40A to 40F) uses the above-described method to control the flow rate control valve from the combustible gas fuel flow command MCSO output from the fuel flow rate setting unit 200. 22 valve opening degree commands are calculated.
  • the calculation method of the valve opening degree command of the flow rate adjusting valve 22 by the valve opening degree setting unit 40 (40A to 40F) is as described above, and thus the description thereof is omitted here.
  • the pressure regulation control unit 230 determines the pressure from the fuel flow rate command SCSO of the high calorie fuel output from the fuel flow rate setting unit 200 based on the detection result of the fuel supply pressure (FOP) in the high calorie fuel supply system 60. An opening degree command for the control valve 64 is generated.
  • the flow control valve control unit 240 generates an opening degree command for the flow rate control valve 65 from the fuel flow rate command SCSO of the high calorie fuel output from the fuel flow rate setting unit 200.
  • the valve opening setting unit 40 Due to the functions of the valve opening setting unit 40, the pressure regulating control unit 230, and the flow regulating control unit 240, the combustible gas and the high level are set according to the fuel ratio FRCSO of the combustible gas set by the fuel ratio setting unit 202.
  • the flow rate control valves (22, 65) and the pressure control valve 64 can be appropriately controlled.
  • FIG. 20 shows how the opening degree of the IGV 80 and the air bypass valve 90 is controlled when the fuel is switched from high-calorie fuel (for example, oil fuel) to combustible gas when the gasification combined power plant 1H is started. Show. As shown in the figure, the gas fuel ratio FRCSO is increased from 0% to 100% by the fuel ratio setting unit 202 of the control device 30H from time t 1 to t 2 .
  • high-calorie fuel for example, oil fuel
  • the IGV opening command generation unit 210 of the control device 30H sets the opening command value of the IGV 80 to the set opening when the high-calorie fuel is exclusively burned as the gas fuel ratio FRCSO increases from time t 1 to t 2 . To fully closed (0% opening).
  • the bypass valve opening command generation unit 220 of the control device 30H fully closes (opens 0%) the opening command value of the air bypass valve 90 as the gas fuel ratio FRCSO increases from time t 1 to time t 2 . Degree), the required film cooling amount (or flow rate) of the combustion cylinder 72 is increased to an upper limit opening degree capable of ensuring.
  • time t 3 in FIG. 20 is the end time of the high calorie fuel purge that is started from the time when the fuel switching from the high calorie fuel to the combustible gas is completed (time t 2 ).
  • purging refers to a solidified product of high calorie fuel accumulated in the combustor nozzle 70 by flowing a purging fluid such as air or water through the flow path of the high calorie fuel of the combustor nozzle 70 of the combustor 7. This is a cleaning process for preventing the blockage of the flow path.
  • the output of the gas turbine 10 is kept constant from the fuel switching start time t 1 to the purge end time t 3 .
  • the purge end time t 3 after, under the control of the control unit 30H, the output of the gas turbine 10 is increased toward rated power.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes forms obtained by modifying the above-described embodiments and forms obtained by appropriately combining these forms.
  • expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes represent not only geometrically strict shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes, but also irregularities and chamfers as long as the same effects can be obtained.
  • a shape including a part or the like is also expressed.
  • the expression “comprising”, “including”, or “having” one constituent element is not an exclusive expression that excludes the presence of the other constituent elements.

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Abstract

ガス化複合発電プラントは、ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動可能に構成されたガスタービンと、前記ガス化炉から前記ガスタービンに前記可燃性ガスを供給する配管に設けられた流量調節弁と、を備える。ガス化複合発電プラントの制御装置は、前記ガスタービンの車室圧力を算出するための車室圧力演算部と、前記流量調節弁から前記ガスタービンの燃焼器までの前記配管における圧力損失を算出するための配管圧損演算部と、前記車室圧力演算部によって算出された前記車室圧力と、前記配管圧損演算部によって算出された前記圧力損失と、に基づいて、前記流量調節弁の出口圧力を算出するための出口圧演算部と、前記ガスタービンの燃料流量指令と、前記出口圧演算部による前記出口圧力の算出結果と、前記流量調節弁の差圧又は前記流量調節弁の入口圧力の計測値と、に基づいて、前記流量調節弁の開度指令を求めるように構成された開度指令演算部と、を備える。

Description

ガス化複合発電プラントの制御装置および制御方法、並びにガス化複合発電プラント
 本開示は、ガス化複合発電プラントの制御装置および制御方法、並びにガス化複合発電プラントに関する。
 一般に、発電効率が高い発電プラントとして、固形燃料をガス化した可燃性ガスを燃料としてタービンを駆動するガス化複合発電プラントが知られている。例えば、石炭ガス化複合発電プラント(IGCC:Integrated coal Gasification Combined Cycle)では、ガス化炉で微粉炭をガス化して可燃性ガスを生成し、この可燃性ガスを燃料としてガスタービンを駆動し、ガスタービンに連結された発電機によって発電を行う。さらに、ガスタービンの排熱により生成された蒸気によって蒸気タービンを駆動することで、より発電効率を向上させるようになっている。
 典型的なガス化複合発電プラントでは、ガス化炉からガスタービンの燃焼器までの燃料供給配管に圧力調節弁および流量調節弁が設けられている。流量調節弁は、ガスタービンの運転状態を監視しつつ燃料(可燃性ガス)のカロリー変動も考慮した制御指令により開度制御され、燃焼器に供給される燃料流量を調節することによって、ガスタービンへの入熱を制御するようになっている。圧力調節弁は、流量調節弁の上流に配置され、ガス化炉やガス精製設備等の上流設備による燃料の圧力変動等を吸収しつつ、流量調節弁の広範囲制御安定性を確保するように構成される。
 しかしながら、燃料供給配管に圧力調節弁および流量調節弁を設ける場合、良好な制御性を得るためには弁自体にある程度の圧力損失を与える必要があり、それだけ各弁における圧力損失が大きくなる。そのため、ガス化炉で生成する可燃性ガスの必要ガス圧が高くなり、ガス化炉のコスト増大を招いてしまう。
 そこで、燃料供給配管に設けられる弁の数を削減することで圧力損失を低減し、プラント全体のコスト削減を図る試みがなされている。例えば特許文献1には、圧力調節弁を廃止し、燃料供給配管には流量調節弁のみを配置した構成が記載されている。
 また、ガス化複合発電プラントに関するものではないが、特許文献2には、燃焼器の複数のノズルのそれぞれに接続される各燃料供給配管上に流量調節弁を配置した構成が記載されている。
国際公開第2008/149731号 国際公開第2013/105406号
 ところで、上述したようにガスタービンの燃料供給配管から圧力調節弁を撤廃し、流量調節弁のみを配置した構成においては、圧力調節弁での圧力損失を与えることによる緩衝機能が喪失した分、流量調節弁ではより高精度な制御が必要とされる。
 この点、特許文献1及び2には、流量調節弁での制御の高精度化を図るための具体的な構成については開示されていない。
 上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、ガスタービンの燃料供給配管から圧力調節弁を廃止した場合であっても、流量調節弁を精度よく制御し得るガス化複合発電プラントの制御装置および制御方法、並びにガス化複合発電プラントを提供することを目的とする。
(1)本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るガス化複合発電プラントの制御装置は、
 ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として可能に構成されたガスタービンと、前記ガス化炉から前記ガスタービンに前記可燃性ガスを供給する配管に設けられた流量調節弁と、を備えたガス化複合発電プラントの制御装置であって、
 前記ガスタービンの車室圧力を算出するための車室圧力演算部と、
 前記流量調節弁から前記ガスタービンの燃焼器までの前記配管における圧力損失を算出するための配管圧損演算部と、
 前記車室圧力演算部によって算出された前記車室圧力と、前記配管圧損演算部によって算出された前記圧力損失と、に基づいて、前記流量調節弁の出口圧力を算出するための出口圧演算部と、
 前記ガスタービンの燃料流量指令と、前記出口圧演算部による前記出口圧力の算出結果と、前記流量調節弁の差圧又は前記流量調節弁の入口圧力の計測値と、に基づいて、前記流量調節弁の開度指令を求めるように構成された開度指令演算部と、
を備える。
 上記(1)のガス化複合発電プラントの制御装置では、ガスタービンの燃料流量指令と、流量調節弁の出口圧力の算出結果と、流量調節弁の差圧又は流量調節弁の入口圧力の計測値と、に基づいて、流量調節弁の開度指令を求めるようになっている。
 この開度指令を求める過程において、流量調節弁の出口圧力を算出する際に、車室圧力の算出結果と、流量調節弁から燃焼器までの配管における圧力損失の算出結果と、に基づいて、流量調節弁の出口圧力を算出する。これにより、流量調節弁から燃焼器までの配管の圧力損失を考慮して流量調節弁を開度制御することができ、高精度な制御が可能となる。すなわち、例えば石炭ガス化複合発電プラント(IGCC)の場合、ガスタービンコンバインドサイクル発電(GTCC)に比べて、燃焼ノズルの圧力損失と比較して、車室から流量調節弁下流端までの配管圧力損失が占める割合が大きい。従って、流量調節弁の開度指令値を算出する際、配管における圧力損失を考慮に入れることにより、開度指令値を正確に求めることができ、より精度の高い制御が可能になる。そのため、ガスタービンの燃料供給配管から圧力調節弁を廃止した場合であっても、所望の流量の燃料を燃焼器に供給することができる。また、開度指令値を算出するための計器数の削減が可能になる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
 前記開度指令演算部は、前記流量調節弁の下流側温度の計測値に基づいて、前記開度指令を求めるように構成される。
 上記(2)の構成によれば、流量調節弁の下流側温度も考慮して流量調節弁を適切に制御することで、燃焼器に供給される燃料の流量を高精度に調節することができる。
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、
 前記車室圧力演算部は、前記燃料流量指令と、前記ガスタービンの圧縮機のIGV開度と、前記圧縮機の吸気温度と、に基づいて、前記車室圧力を算出するように構成される。
 上記(3)の構成によれば、燃料流量指令と、ガスタービンの圧縮機のIGV開度と、ガスタービンの圧縮機の吸気温度と、に基づいてガスタービンの車室圧力を高精度に算出することができる。このため、車室圧力の算出結果を用いた流量調節弁の出口圧力の算出精度が向上し、流量調節弁の開度制御をより適切に行うことが可能になる。
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(3)の何れかの構成において、
 前記配管圧損演算部は、前記流量調節弁を流れる前記可燃性ガスの流量と、前記流量調節弁の下流側圧力と、前記流量調節弁の下流側温度と、に基づいて、前記圧力損失を算出するように構成される。
 上記(4)の構成によれば、可燃性ガスの流量と、流量調節弁の下流側圧力及び下流側温度とを考慮することで、流量調節弁から燃焼器までの圧力損失を高精度に算出することができる。このため、圧力損失の算出結果を用いた流量調節弁の出口圧力の算出精度が向上し、流量調節弁の開度制御をより適切に行うことが可能になる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(4)の何れかの構成において、
 複数の前記流量調節弁が、前記配管に並列に設けられており、
 前記開度指令演算部は、複数の前記流量調節弁について共通の前記開度指令を求めるように構成される。
 ガス化複合発電プラントでは、可燃性ガスの最大流量が大きいため、複数の流量調節弁を並列に設ける場合がある。
 この場合において、上記(5)の構成によれば、複数の流量調節弁の開度制御を簡素な手法で行うことができる。
(6)幾つかの実施形態では、上記(5)の構成において、
 前記開度指令演算部は、複数の前記流量調節弁に対する前記共通の前記開度指令が前記流量調節弁の最小開度に到達したとき、複数の前記流量調節弁の少なくとも一つ流量調節弁を閉じる閉弁指令を生成するとともに、前記燃料流量指令を実現するための開度指令を残りの前記流量調節弁に対して生成するように構成される。
 上記(6)の構成によれば、可燃性ガスの流量が少ないとき、複数の流量調節弁のうち少なくとも一つを閉じて、残りの流量調節弁によって可燃性ガスの流量を調節するという流量調節弁の分担変更制御を行うことで、各流量調節弁を最小開度以上の範囲で適切に制御することができる。
(7)幾つかの実施形態では、上記(5)又は(6)の構成において、
 前記開度指令演算部は、複数の前記流量調節弁に対する前記共通の前記開度指令が、前記流量調節弁の最小開度に到達したときの全流量係数が弁の切替時において維持されるように構成される。
 上記(7)の構成によれば、流量調節弁の切替開始時点から切替終了時点までの期間(流量調節弁の切替区間の全期間)において、燃焼制御を安定して行うことができる。
(8)幾つかの実施形態では、上記(6)又は(7)の構成において、
 前記開度指令演算部は、
  複数の前記流量調節弁が前記最小開度であるときの合成Cv値に対応する前記残りの前記流量調節弁の目標開度を算出し、
  前記少なくとも一つの流量調節弁の開度をゼロまで第1レートで減少させる前記閉弁指令を算出し、
  前記残りの前記流量調節弁の開度を前記目標開度まで第2レートで増加させる前記開度指令を算出するように構成される。
 上記(8)の構成によれば、複数の流量調節弁のうち少なくとも一つを閉じて、残りの流量調節弁によって可燃性ガスの流量を調節するという流量調節弁の分担変更制御を行うに際して、分担変更制御の前後において合成Cv値を維持することが可能になる。よって、流量調節弁の分担変更制御によって、燃焼器に供給される可燃性ガスの流量に及ぼす影響を低減できる。
(9)幾つかの実施形態では、上記(8)の構成において、
 前記第1レートおよび前記第2レートは、前記少なくとも一つの流量調節弁の開度がゼロに到達する時点と、前記残りの前記流量調節弁の開度が前記目標開度に到達する時点とが一致するように設定される。
 上記(9)の構成によれば、閉弁対象である少なくとも一つの流量調節弁の閉弁完了時点と、残りの流量調節弁の開度が目標開度に到達する時点とが一致するように第1レート及び第2レートを設定するので、流量調節弁の分担変更制御中における合成Cv値の変動を抑制することができ、燃焼器に供給される可燃性ガスの流量を安定的に調節することができる。
(10)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(9)の何れかの構成において、
 前記ガス化複合発電プラントは、前記ガスタービンの燃焼器に油燃料を供給するための油供給配管をさらに備え、前記配管からの前記可燃性ガスと前記油供給配管からの前記油燃料とで燃料を切替え可能に構成されており、
 前記燃料流量指令を実現するための開度指令が、全ての前記流量調節弁について、該流量調節弁の最小開度に到達したとき、前記ガス化複合発電プラントは、前記可燃性ガスから前記油燃料に切り替えるように構成される。
 ガス化複合発電プラントは、例えば、起動時において油燃料を使用する一方で、通常運転時には可燃性ガスを燃料として使用するために、油燃料と可燃性ガスとで燃料を切替え可能に構成されたものがある。
 このような構成のガス化複合発電プラントの場合、全ての流量調節弁の開度指令が最小開度に到達して、流量調節弁によって可燃性ガスの流量を適切に絞ることができなくなっても、上記(10)のように可燃性ガスから油燃料に切り替えることで、安定した燃焼制御を継続することができる。
(11)本発明の少なくとも他の幾つかの実施形態に係るガス化複合発電プラントの制御装置は、
 ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動されるガスタービンと、前記ガス化炉から前記ガスタービンに前記可燃性ガスを供給する配管に並列に設けられた複数の流量調節弁と、を備えたガス化複合発電プラントの制御装置であって、
 複数の前記流量調節弁のそれぞれの開度指令を算出するための開度指令演算部を備え、
 前記開度指令演算部は、
  複数の前記流量調節弁について共通の前記開度指令を求めるとともに、
  複数の前記流量調節弁に対する前記共通の前記開度指令が前記流量調節弁の最小開度に到達したとき、複数の前記流量調節弁の少なくとも一つ流量調節弁を閉じる閉弁指令を生成し、前記燃料流量指令を実現するための開度指令を残りの前記流量調節弁に対して生成する
ように構成される。
 上記(11)の構成によれば、ガス化複合発電プラントにおける可燃性ガスの最大流量が大きい場合であっても、複数の流量調節弁を並列に設けることで、各流量調節弁の大型化を抑制してコストを低減することができる。
 また、複数の流量調節弁に共通の開度指令を与えることで、複数の流量調節弁の開度制御を簡素化することができる。
 さらに、可燃性ガスの流量が少ないとき、複数の流量調節弁のうち少なくとも一つを閉じて、残りの流量調節弁によって可燃性ガスの流量を調節するという流量調節弁の分担変更制御を行うことで、各流量調節弁を最小開度以上の範囲で適切に制御することができる。
(12)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(11)の何れかの構成において、
 前記制御装置は、前記ガスタービンの圧縮機のIGVの開度指令値を生成するためのIGV開度指令生成部をさらに備え、
 前記IGV開度指令生成部は、
  前記可燃性ガスと、該可燃性ガスよりも発熱量が大きい他の燃料との間での前記ガス化複合発電プラントの燃料切替時、全燃料に対する前記可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれて前記IGVの前記開度指令値を閉側に向けて減少させる
ように構成される。
 上記(12)の構成によれば、IGV開度指令生成部により、可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれてIGVの開度を減少させることで、低カロリーである可燃性ガスの使用に伴うタービン入口温度低下を抑制するとともに、燃料切替時における燃焼安定性を向上させることができる。
(13)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(12)の何れかの構成において、
 前記制御装置は、前記ガスタービンの圧縮機で生成された圧縮空気のうち、前記ガスタービンの燃焼器の燃焼領域をバイパスする圧縮空気量を調節するための空気バイパス弁の開度指令値を生成するための空気バイパス弁開度指令生成部をさらに備え、
  前記可燃性ガスと、該可燃性ガスよりも発熱量が大きい他の燃料との間での前記ガス化複合発電プラントの燃料切替時、全燃料に対する前記可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれて前記空気バイパス弁の前記開度指令値を開側に向けて増加させる
ように構成される。
 上記(13)の構成によれば、空気バイパス弁開度指令生成部により、可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれて空気バイパス弁の開度を増加させることで、燃焼器の燃焼領域に流入する空気量を低減し、燃料切替時における燃焼安定性を向上させることができる。
(14)本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るガス化複合発電プラントの制御装置は、
 ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動可能に構成されたガスタービンと、を備えたガス化複合発電プラントの制御装置であって、
 前記ガスタービンの圧縮機のIGVの開度指令値を生成するためのIGV開度指令生成部を備え、
 前記IGV開度指令生成部は、
  前記可燃性ガスと、該可燃性ガスよりも発熱量が大きい他の燃料との間での前記ガス化複合発電プラントの燃料切替時、全燃料に対する前記可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれて前記IGVの前記開度指令値を閉側に向けて減少させる
ように構成される。
 ガス化複合発電プラントの起動時、ガス化炉において可燃性ガスが生成されるまでの間、例えば油燃料のような起動用燃料を使用してガスタービンを稼働させて、ガス化複合発電プラントの運転を行うことがある。この場合、起動用燃料と可燃性ガスの発熱量の違いに起因して、全燃料に対する可燃性ガスの燃料比率の変動に伴い、ガスタービン入口温度やガスタービン燃焼器における燃焼状態が影響を受ける可能性がある。また、この問題は、ガス化複合発電プラントの起動時に限られず、ガス化炉で生成される可燃性ガスよりも高カロリーである他の燃料と可燃性ガスとの間で燃料切替を行う場合に生じ得る。
 そこで、上記(14)に係る幾つかの実施形態は、上述の課題(ガスタービンの燃料供給配管から圧力調節弁を廃止した場合であっても、流量調節弁を精度よく制御すること)ではなく、ガス化複合発電プラントの燃料切替時における燃焼安定性を向上させるとともに、可燃性ガスの燃料としての利用に伴うガスタービン入口温度の低下を抑制することを目的とする。
 上記(14)の構成によれば、IGV開度指令生成部により、可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれてIGVの開度を減少させることで、低カロリーである可燃性ガスの使用に伴うタービン入口温度低下を抑制するとともに、燃料切替時における燃焼安定性を向上させることができる。
(15)幾つかの実施形態では、上記(14)の構成において、
 前記IGV開度指令生成部は、
  前記ガス化複合発電プラントの起動時における前記他の燃料から前記可燃性ガスへの燃料切替時、前記可燃性ガスの前記燃料比率の増加とともに前記IGVの前記開度指令値を閉側に向けて減少させる
ように構成される。
 上記(15)の構成によれば、ガス化複合発電プラントの起動時において起動用燃料(例えば灯油)から可燃性ガスに切り替える際、可燃性ガスの燃料比率の増加に応じてIGV開度を減少させることで、燃焼安定性の向上とタービン入口温度の抑制とを図ることができる。
(16)幾つかの実施形態では、上記(14)又は(15)の構成において、
 前記IGV開度指令生成部は、前記可燃性ガスの前記燃料比率が100%のとき、前記IGVを全閉にする前記開度指令値を生成するように構成される。
 上記(16)の構成によれば、可燃性ガスの専焼時におけるIGV開度を全閉に設定することで、可燃性ガスの燃料比率に応じたIGVの開度調整による空気量の調節幅を大きく確保することができる。
(17)本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るガス化複合発電プラントは、
 ガス化炉と、
 前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動されるガスタービンと、
 前記ガス化炉から前記ガスタービンに前記可燃性ガスを供給する配管に設けられた流量調節弁と、
 前記流量調節弁を制御するように構成された、上記(1)乃至(13)の何れかに記載の制御装置と、
を備える。
 上記(17)の構成によれば、ガス化複合発電プラントが上記(1)で述べた構成の制御装置を備える場合、流量調節弁から燃焼器までの配管の圧力損失を考慮して流量調節弁を開度制御することができ、高精度な制御が可能となる。そのため、ガスタービンの燃料供給配管から圧力調節弁を廃止した場合であっても、所望の流量の燃料を燃焼器に供給することができる。
 上記(17)の構成によれば、ガス化複合発電プラントが上記(11)で述べた構成の制御装置を備える場合、複数の流量調節弁に共通の開度指令を与えることで、複数の流量調節弁の開度制御の簡素化が可能であるとともに、流量調節弁の分担変更制御を行うことで、各流量調節弁を最小開度以上の範囲で適切に制御することができる。
(18)本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るガス化複合発電プラントの制御方法は、
 ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動されるガスタービンと、前記ガス化炉から前記ガスタービンに前記可燃性ガスを供給する配管に設けられた流量調節弁と、を備えたガス化複合発電プラントの制御方法であって、
 前記ガスタービンの車室圧力を算出するステップと、
 前記流量調節弁から前記ガスタービンの燃焼器までの前記配管における圧力損失を算出するステップと、
 前記車室圧力の算出結果と、前記圧力損失の算出結果と、に基づいて、前記流量調節弁の出口圧力を算出するステップと、
 前記ガスタービンの燃料流量指令と、前記出口圧力の算出結果と、前記流量調節弁の差圧又は前記流量調節弁の入口圧力の計測値と、に基づいて、前記流量調節弁の開度指令を求めるステップと、
を備える。
 上記(18)のガス化複合発電プラントの制御方法によれば、流量調節弁の開度指令を求める過程において、流量調節弁の出口圧力を算出する際に、車室圧力の算出結果と、流量調節弁から燃焼器までの配管における圧力損失の算出結果と、に基づいて、流量調節弁の出口圧力を算出するようになっている。これにより、流量調節弁から燃焼器までの配管の圧力損失を考慮して流量調節弁を開度制御することができ、高精度な制御が可能となる。そのため、ガスタービンの燃料供給配管から圧力調節弁を廃止した場合であっても、所望の流量の燃料を燃焼器に供給することができる。また、開度指令値を算出するための計器数を削減することができる。
(19)本発明の少なくとも他の幾つかの実施形態に係るガス化複合発電プラントの制御方法は、
 ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動可能であるガスタービンと、を備えたガス化複合発電プラントの制御方法であって、
 前記ガスタービンの圧縮機のIGVの開度指令値を生成するステップを備え、
 前記IGVの前記開度指令値を生成するステップでは、
  前記可燃性ガスと、該可燃性ガスよりも発熱量が大きい他の燃料との間での前記ガス化複合発電プラントの燃料切替時、全燃料に対する前記可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれて前記IGVの前記開度指令値を閉側に向けて減少させる。
 上記(19)の方法は、上記(14)に関連して述べた課題を解決するためのものであり、可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれてIGVの開度を減少させることで、低カロリーである可燃性ガスの使用に伴うタービン入口温度低下を抑制するとともに、燃料切替時における燃焼安定性を向上させることができる。
 本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、流量調節弁から燃焼器までの配管の圧力損失を考慮して流量調節弁を開度制御することができ、高精度な制御が可能となる。そのため、ガスタービンの燃料供給配管から圧力調節弁を廃止した場合であっても、所望の流量の燃料を燃焼器に供給することができる。
一実施形態に係るガス化複合発電プラントの全体構成図である。 一実施形態に係る流量調節弁の制御の全体構成を示すブロック線図である。 一実施形態に係る制御装置を備えたガス化複合発電プラントを示す図である。 図3に示す制御装置に含まれる弁開度設定ユニットの具体的構成を示すブロック線図である。 他の実施形態に係る制御装置を備えたガス化複合発電プラントを示す図である。 図5に示す制御装置に含まれる弁開度設定ユニットの具体的構成を示すブロック線図である。 一実施形態に係る複数の流量調節弁を備えたガス化複合発電プラントの全体構成を示す図である。 図7に示す制御装置に含まれる弁開度設定ユニットの構成例を示すブロック線図である。 図7に示す制御装置に含まれる弁開度設定ユニットの別の構成例を示すブロック線図である。 図7に示す制御装置に含まれる弁開度設定ユニットのさらに別の構成例を示すブロック線図である。 図7に示す制御装置に含まれる弁開度設定ユニットのさらに別の構成例を示すブロック線図である。 複数の流量調節弁(3弁)の開度制御を示すタイミングチャートである。 複数の流量調節弁(2弁)の開度制御を示すタイミングチャートである。 複数の流量調節弁の合成Cv値の特性を示すグラフである。 他の実施形態に係る燃料供給系統を示す構成図である。 燃料切替え時における可燃性ガス燃料流量指令および油燃料流量指令と負荷との関係の一例を示すグラフである。 一実施形態に係るガス化複合発電プラントの構成を示す図である。 ガスタービンのバイパス弁の構成例を示す図である。 燃焼筒の構成例を示す図であり、図18(a)は燃焼器軸方向に沿った断面図であり、図18(b)は図18(a)のA-A断面を示す図である。 一実施形態に係るガス化複合発電プラントの制御装置の構成を示すブロック図である。 一実施形態に係る燃料切替時におけるIGV及びバイパス弁の開度制御を示すタイミングチャートである。
 以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
 最初に、図1を例示しながら幾つかの実施形態に係るガス化複合発電プラント1の全体構成について説明する。ここで、図1は、一実施形態に係るガス化複合発電プラント1の全体構成図である。
 なお、以下の実施形態では、一例としてガス化炉3の燃料に石炭が用いられる石炭ガス化複合発電プラント(IGCC)について説明する。但し、本実施形態のプラント1の種類はこれに限定されるものではなく、ガス化炉3の燃料として、例えばコークス、石油残渣、ピッチ、オイルシェール、廃タイヤ、プラスティック等の他の固形燃料が用いられるプラント1であってもよい。
 幾つかの実施形態において、ガス化複合発電プラント1は、ガス化炉3と、ガス化炉3で生成された可燃性ガスを燃料として駆動されるガスタービン10と、を備える。
 より具体的には、図1に示す実施形態に係るガス化複合発電プラント1は、石炭供給設備2と、ガス化炉3と、脱塵装置4と、ガス処理設備5と、発電設備6と、を備えている。
 石炭供給設備2は、石炭をミルで粉砕して微粉炭を生成するように構成される。また、石炭供給設備2は、空気分離装置17で分離された窒素によって、微粉炭をガス化炉3に気流搬送するようになっている。
 ガス化炉3は、石炭供給設備2からの微粉炭と、脱塵装置4で回収されたチャーと、圧縮機16からの圧縮空気と、空気分離装置17で分離された酸素とが供給され、ガス化反応によって可燃性ガスを生成するように構成される。ガス化炉3で生成された可燃性ガスは、脱塵装置4に搬送される。
 脱塵装置4は、ガス化炉3からの可燃性ガスからチャーを分離するように構成される。チャーが除去された可燃性ガスは、ガス処理設備5に搬送される。可燃性ガスから分離されたチャーはガス化炉3に供給される。
 ガス処理設備5は、脱塵装置4からの可燃性ガスに含まれるCOSをHS及びCOに変換してHSを含む可燃性ガスを生成し、このHSを含む可燃性ガスからHClやNH等の不純物やHSを除去し、COやHを主成分とする可燃性ガスを生成するようになっている。ガス処理設備5で処理された後の可燃性ガスは、配管20を通って発電設備6に供給される。
 また、ガス化炉3側(ガス処理設備5)からの可燃性ガスをガスタービン10の燃焼器7に供給するための配管20には、ガスタービン10の燃焼器7に供給される可燃性ガスの流量を調節するための流量調節弁22が設けられている。流量調節弁22は、図2を参照して後述する制御装置30によって開度が制御されるようになっている。
 なお、配管20には、燃焼器7に供給する可燃性ガスの供給を遮断するための遮断弁(図示略)が設けられていてもよい。
 発電設備6は、燃焼器7、圧縮機8及びタービン9を含むガスタービン10と、発電機13と、排熱回収ボイラ(HRSG)15と、蒸気タービン12と、復水器14と、を備えている。
 なお、図1に示す実施形態では、ガスタービン10と蒸気タービン12とを一軸配置とし、1基の発電機13を設けた構成としているが、この構成に限定されるものではない。例えば、ガスタービン10と蒸気タービン12とを二軸配置するとともに、2基の発電機をそれぞれ接続した構成であってもよい。
 なお、ガスタービン10と蒸気タービン12とを一軸配置する場合、発電機13の出力(IGCC出力)を例えば電力計により計測し、IGCCの出力の計測結果から蒸気タービン12の出力を差し引くことで、ガスタービン10の出力を求めることができる。一方、ガスタービン10と蒸気タービン12とを二軸配置する場合、ガスタービン10の発電機の出力を計測し、これをガスタービン10の出力としてもよい。こうして得られるガスタービン10の出力は、後述する制御装置30における流量調節弁22の開度制御に用いられる。
 このような構成を有する発電設備6のガスタービン10では、圧縮機8からの圧縮空気が車室11に一旦溜められ、この圧縮空気がガスタービン10の燃焼器7に供給される。一方、ガス処理設備5からの可燃性ガス(燃料)は、前述の配管20を介して燃焼器7に供給される。燃焼器7において可燃性ガスは燃焼され、燃焼ガスがタービン9に供給される。タービン9は、燃焼器7からの燃焼ガスにより回転駆動され、回転軸を介して圧縮機8を駆動するようになっている。これにより圧縮機8では圧縮空気が生成される。
 タービン9を回転させた燃焼ガスは排ガスとして排出され、排熱回収ボイラ15に供給される。排熱回収ボイラ15は、タービン9からの排ガスの排熱を利用して、復水器14から供給される水を加熱して蒸気を生成する。そして、排熱回収ボイラ15で生成された蒸気は蒸気タービン12に供給される。蒸気タービン12は、排熱回収ボイラ15からの蒸気によって回転駆動され、ガスタービン10とともに回転軸を介して発電機13を駆動するようになっている。これにより発電機13では発電が行われる。
 なお、ガスタービン10のタービン9には、タービン9のブレードパス温度を計測するためのBPTセンサ(図示略)が設けられていてもよい。また、BPTセンサの後流側には、ガスタービン10の排気ダクトでの排気ガス温度(以下、排ガス温度という)を計測するためのEXTセンサ(図示略)が設けられていてもよい。
 BPTセンサ及びEXTセンサにより計測された温度や、蒸気タービン12の出力(発電機13の出力)、及びガスタービン10の回転速度又は回転数等のガス化複合発電プラント1の運転状態に関する状態量は、図2を参照して後述する制御装置30に入力されてもよい。この場合、例えば、BPTセンサ及びEXTセンサによる温度計測値は、それぞれ、図2を参照して後述する温度制御指令EXCSO、BPCSOを算出するために用いられてもよい。
 次に、上述したガス化複合発電プラント1における流量調節弁22の開度制御の概要について、図2を参照して説明する。
 図2は、一実施形態に係る流量調節弁22の制御の全体構成を示すブロック線図である。
 まず、軸負荷設定器31により発電機出力の目標負荷が設定されると、この目標負荷に向けてプラント負荷変化レート(例えば、毎分3%)で変化するように、発電機指令MWDが設定される。減算器32は、発電機指令MWDから蒸気タービン出力を減算することによりガスタービン出力指令GT_MWDを算出する。ガスタービン出力指令GT_MWDは減算器33に与えられる。
 なお、蒸気タービン12の出力(蒸気タービン出力)は、例えば、蒸気タービン12の入口状態量から演算により求めてもよい。あるいは、蒸気タービン12の回転数及びトルク等の計測値から演算により、蒸気タービン12の出力を求めてもよい。
 一方、減算器37において、ガス化複合発電プラント1の全体としての出力(IGCC出力;ガスタービン出力及び蒸気タービン出力の総和)から蒸気タービン出力が減算され、ガスタービン出力が算出される。このガスタービン出力が、減算器33に入力される。減算器33は、ガスタービン出力指令GT_MWDからガスタービン出力を減算することにより差分を求める。この差分は、PI制御器34によりPI制御がなされることにより、ガスタービン出力をガスタービン出力指令GT_MWDに一致させるための負荷制御指令LDCSOが求められる。この負荷制御指令LDCSOは選択回路35に与えられる。
 選択回路35には、上記負荷制御指令LDCSOの他に、軸回転数に基づいて算出されたガバナ制御指令GVCSO、温度に基づいて算出された温度制御指令EXCSO、BPCSO、燃料量に基づいて算出された燃料制御指令FLCSOが与えられる。選択回路35は、これらの制御指令の中から最も低値のものを選択し、これを燃料流量指令CSOとして弁開度設定ユニット40に出力する。なお、燃料流量指令CSOは、燃料流量に相当する変数で与えられてもよい。
 弁開度設定ユニット40は、選択回路35から与えられた燃料流量指令CSOに対応する弁開度を算出し、この弁開度を流量調節弁22の開度指令FCVとして出力する。
 以下、図3~図6を参照して、ガスタービン10に供給される可燃性ガス(燃料)の流量を調節するための流量調節弁22の制御について具体的に説明する。
 図3は、一実施形態に係る流量調節弁22の制御装置30Aを備えたガス化複合発電プラント1Aを示す図である。図4は、図3に示す制御装置30Aに含まれる弁開度設定ユニット40Aの具体的構成を示すブロック線図である。
 図5は、他の実施形態に係る流量調節弁22の制御装置30Bを備えたガス化複合発電プラント1Bを示す図である。図6は、図5に示す制御装置30Bに含まれる弁開度設定ユニット40Bの具体的構成を示すブロック線図である。
 なお、以下では、図3及び図4に示す実施形態における構成要素と、図5及び図6に示す実施形態における構成要素とが互いに対応関係にある場合、前者について符号末尾にAを付し、後者について符号末尾にBを付して表記することがある。また、図3及び図4における構成要素と図5及び図6における構成要素とを総称する場合、A及びBを付さずに符号(数字)のみを表記することがある。
 まず、図3~図6に示す制御装置30(弁開度設定ユニット40)における流量調節弁22の開度制御に用いられる各種計器について説明する。
 図3に示す例示的な実施形態では、流量調節弁22の近傍には、流量調節弁22の前後差圧を計測するための差圧計25が設けられる。一方、図5に示す例示的な実施形態では、流量調節弁22の入口側には、流量調節弁22の入口圧力P1を計測するための入口圧力計26が設けられる。
 なお、以下で説明する制御装置30(弁開度設定ユニット40)における流量調節弁22の開度指令FCVの算出を行うためには、ガス化複合発電プラント1は、差圧計25又は入口圧力計26の少なくとも一方を備えていればよい。
 さらに、ガス化複合発電プラント1は、他の計器も備えていてもよい。例えば、ガス化複合発電プラント1は、図3及び図5に示すように、圧縮機8の吸気温度T1Cを計測する吸気温度計24と、流量調節弁22の下流側圧力FGPを計測するための下流側圧力計27と、流量調節弁22の下流側温度FGTを計測するための下流側温度計28と、を備えていてもよい。
 これら種々の計器の計測結果は、制御装置30の弁開度設定ユニット40において、所望の燃料流量が実現されるよう流量調節弁22の開度制御のために用いられる。
 幾つかの実施形態では、図4及び図6に示すように、制御装置30の弁開度設定ユニット40は、車室圧力演算部41と、配管圧損演算部42と、出口圧演算部(例えば加算器)43と、開度指令演算部44(44A,44B)と、を備える。
 車室圧力演算部41は、ガスタービン10の車室圧力Pin_CALを算出するように構成される。
 例えば、車室圧力演算部41は、図4及び図6に示すように、上述した選択回路35(図2参照)から与えられた燃料流量指令CSOと、圧縮機8のIGV開度と、圧縮機8の吸気温度T1Cとに基づいて、ガスタービン10の車室圧力を算出するように構成される。この場合、ガスタービン10の車室圧力を高精度に算出することができる。このため、車室圧力の算出結果(Pin_CAL)を用いた流量調節弁22の出口圧力P2_CALの算出精度が向上し、流量調節弁22の開度制御をより適切に行うことが可能になる。
 配管圧損演算部42は、流量調節弁22からガスタービン10の燃焼器7までの配管20における圧力損失Ploss_CALを算出するように構成される。
 例えば、配管圧損演算部42は、図4及び図6に示すように、流量調節弁22を流れる可燃性ガスの燃料流量CSO(FQ)と、流量調節弁22の下流側圧力(燃料圧力)FGPと、流量調節弁22の下流側温度(燃料温度)FGTと、に基づいて、配管20の圧力損失を算出するように構成される。これによれば、可燃性ガスの流量と、流量調節弁22の下流側圧力FGP及び下流側温度FGTとを考慮することで、流量調節弁22から燃焼器7までの圧力損失を高精度に算出することができる。このため、配管20の圧力損失の算出結果(Ploss_CAL)を用いた流量調節弁22の出口圧力P2の算出精度が向上し、流量調節弁22の開度制御をより適切に行うことが可能になる。
 出口圧演算部43は、車室圧力演算部41によって算出された車室圧力Pin_CALと、配管圧損演算部42によって算出された配管20の圧力損失Ploss_CALと、に基づいて、流量調節弁22の出口圧力P2_CALを算出するように構成される。
 例えば、図4及び図6に示すように、出口圧演算部43は、車室圧力演算部41によって算出された車室圧力Pin_CALと、配管圧損演算部42によって算出された配管20の圧力損失Ploss_CALとを加算して、流量調節弁22の出口圧力P2_CALを算出するように構成された加算器であってもよい。
 幾つかの実施形態では、図4及び図6に示すように、開度指令演算部44(44A,44B)は、ガスタービン10の燃料流量指令CSOと、出口圧演算部43による出口圧力の算出結果P2_CALと、流量調節弁22の前後差圧DP(図3に示す差圧計25の計測結果)または流量調節弁22の入口圧力P1(図5に示す入口圧力計26の計測結果)と、に基づいて、流量調節弁22の開度指令FCVを求める。
 これにより、流量調節弁22から燃焼器7までの配管20の圧力損失を考慮して流量調節弁22を開度制御することができ、高精度な制御が可能となる。そのため、ガスタービン10の燃料供給配管20から圧力調節弁を廃止した場合であっても、所望の流量の燃料を燃焼器7に供給することができる。
 また、従来、流量調節弁の開度指令値を演算する場合、流量調節弁の入口圧力、出口圧力及び流量調節弁の前後差圧のうち、少なくとも2つの計測値が必要であったため、2箇所に計器を設置していた。これに対し、図4及び図6を参照して上述した実施形態では、流量調節弁22の開度指令FCVを算出するに際して、流量調節弁22の出口圧力の演算値(P2_CAL)を用いることで、入口圧力P1又は差圧DPの何れかを計測すれば足りる。よって、従来に比べて計器数を削減することができる。
 なお、開度指令演算部44は、図4及び図6に示すように、流量調節弁22の下流側温度(計測値)FGTに基づいて、流量調節弁22の開度指令FCVを求めてもよい。この場合、流量調節弁22の下流側温度FGTをも考慮して流量調節弁22を適切に制御することで、燃焼器7に供給される燃料流量を高精度に調節することができる。
 こうして開度指令演算部44で算出された流量調節弁22の開度指令FCVは、流量調節弁22に出力される。
 ここで、開度指令演算部44における開度指令の算出手法の一例について説明する。
 幾つかの実施形態では、開度指令演算部44は、下記式(1)で表されるCv値(流量係数)を用いて、燃料流量指令CSOに応じた流量調節弁22の開度指令FCVを求める。
 
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 但し、上記式(1)において、kは比例定数(FCI(Fluid Controls Institute Inc.)が定めるCv値計算式の場合にはk=1/273)、Qgは燃料ガスの体積流量(Nm/h)であり、Gは標準状態の空気に対する燃料ガスの比重であり、T1は流量調節弁22の入口温度(K)であり、DPは流量調節弁22の前後差圧であり、P1は流量調節弁22の入口圧力であり、P2は流量調節弁22の出口圧力である。
 図4に示す例示的な実施形態では、開度指令演算部44Aは、流量調節弁22の前後差圧の計測値DPと、流量調節弁22の入口圧力算出値P1_CALと、流量調節弁22の出口圧力算出値P2_CALと、燃料流量指令CSOから求まる所望の燃料ガス体積流量Qg_tgtと、流量調節弁22の下流側温度FGT、上流側圧力P1及び下流側圧力P2から求まる上流側温度T1_CALと、を上記式(1)に代入することで、実現すべきCv値を算出し、かかるCv値に対応する流量調節弁22の開度を開度指令FCVとして求める。
 一方、図6に示す例示的な実施形態では、開度指令演算部44Bは、流量調節弁22の前後差圧の算出値DP_CALと、流量調節弁22の入口圧力計測値P1と、流量調節弁22の出口圧力算出値P2_CALと、燃料流量指令CSOから求まる所望の燃料ガス体積流量Qg_tgtと、流量調節弁22の下流側温度FGT、上流側圧力P1及び下流側圧力P2から求まる上流側温度T1_CALと、を上記式(1)に代入することで、実現すべきCv値を算出し、かかるCv値に対応する流量調節弁22の開度を開度指令FCVとして求める。
 上述したように、図4に示す実施形態では、開度指令演算部44Aが、ガスタービン10の燃料流量指令CSOと、出口圧演算部43による出口圧力の算出結果(P2_CAL)と、流量調節弁22の前後差圧の計測値DPと、に基づいて、流量調節弁22の開度指令FCVを求めるように構成される。
 具体的には、出口圧演算部43において、車室圧力演算部41で算出された車室圧力Pin_CALと、配管圧損演算部42で算出された配管20の圧損Ploss_CALとを加算して、流量調節弁22の出口圧力P2_CALを算出する。また、入口圧演算部45において、出口圧演算部43で算出された出口圧力P2_CALと、差圧計25で計測された流量調節弁22の差圧DPとを加算して、流量調節弁22の入口圧力P1_CALを算出する。そして、開度指令演算部44Aでは、燃料流量指令CSOと、流量調節弁22の入口圧力P1_CAL及び出口圧力P2_CALと、差圧DPと、下流側温度計28で計測された下流側温度FGTとに基づいて、流量調節弁22の開度指令FCVを算出する。
 この構成では、既存の差圧計25を用いれば、流量調節弁22の入口圧力P1を計測するための入口圧力計を設ける必要がないので、制御用計測器の設置数を削減することができる。
 一方、図6に示す実施形態では、上述したように、開度指令演算部44Bが、ガスタービン10の燃料流量指令CSOと、出口圧演算部43による出口圧力の算出結果(P2_CAL)と、入口圧力計26で計測された入口圧力P1と、に基づいて、流量調節弁22の開度指令FCVを求めるように構成される。
 具体的には、出口圧演算部43において、車室圧力演算部41で算出された車室圧力Pin_CALと、配管圧損演算部42で算出された配管20の圧力損失Ploss_CALとを加算して、流量調節弁22の出口圧力P2_CALを算出する。また、差圧演算部46において、出口圧演算部43で算出された出口圧力P2_CALと、入口圧力計26で計測された入口圧力P1の差分から流量調節弁22の差圧DP_CALを算出する。そして、開度指令演算部44Bでは、燃料流量指令CSOと、流量調節弁22の入口圧力P1及び出口圧力P2_CALと、差圧DP_CALと、下流側温度計28で計測された下流側温度FGTとに基づいて、流量調節弁22の開度指令FCVを算出する。
 この構成では、流量調節弁22の開度指令FCVを算出する際に、入口圧力計26で計測された入口圧力P1を用いているため、流量調節弁22を高精度に制御することができる。
 続いて、図7~図11を参照して、流量調節弁22が複数設けられた場合における各流量調節弁22の開度制御について説明する。
 図7は、一実施形態に係る複数の流量調節弁22を備えたガス化複合発電プラント1(1C~1F)の全体構成を示す図である。図8は、図7に示す制御装置30Cに含まれる弁開度設定ユニット40Cの構成例を示すブロック線図である。図9は、図7に示す制御装置30Dに含まれる弁開度設定ユニット40Dの構成例を示すブロック線図である。図10は、図7に示す制御装置30Eに含まれる弁開度設定ユニット40Eの構成例を示すブロック線図である。図11は、図7に示す制御装置30Fに含まれる弁開度設定ユニット40Fの構成例を示すブロック線図である。
 図7に示すように、幾つかの実施形態では、ガス化複合発電プラント1(1C~1F)は、ガス処理設備5とガスタービン10との間において、互いに並列に設けられた複数の流量調節弁22(22~22)を有する。各々の流量調節弁22(22~22)の開度は、図8~図11を参照して後述する制御装置30(30C~30F)によって制御される。
 また、ガス化複合発電プラント1(1C~1F)は、各々の流量調節弁22(22~22)の開度制御のために用いられる種々の計器を備える。
 例えば、ガス化複合発電プラント1(1C~1F)は、図7に示すように、流量調節弁22(22~22)の前後差圧DP(DP~DP)をそれぞれ計測するための複数の差圧計25(25~25)や、流量調節弁22(22~22)の入口圧力P1(P1~P1)をそれぞれ計測するための複数の入口圧力計26(26~26)を備えていてもよい。なお、図7には、ガス化複合発電プラント1(1C~1F)が、差圧計25(25~25)と、入口圧力計26(26~26)の両方を備える例を示しているが、差圧計25(25~25)又は入口圧力計26(26~26)の少なくとも一方を備えていればよい。
 この他、ガス化複合発電プラント1は、圧縮機8の吸気温度T1Cを計測する吸気温度計24や、流量調節弁22(22~22)の下流側圧力FGPを計測するための下流側圧力計27や、流量調節弁22(22~22)の下流側温度FGTを計測するための下流側温度計28をさらに備えていてもよい。
 こうした各種計器により得られた計測値は、制御装置30(30C~30F)における流量調節弁22(22~22)の開度制御に用いられる。
 図8及び図9に示す実施形態では、弁開度設定ユニット40(40C~40D)の開度指令演算部44(44C~44D)は、複数の流量調節弁22(22~22)について共通の開度指令FCV_comを求めるように構成される。
 ガス化複合発電プラント1では、可燃性ガスの最大流量が大きいため、複数の流量調節弁(22~22)を並列に設ける場合がある。この場合において、共通の開度指令を各弁22に与える上記構成によれば、複数の流量調節弁22(22~22)の開度制御を簡素な手法で行うことができる。
 なお、全ての流量調節弁22(22~22)について共通の開度指令を算出する構成に限定されるものではなく、全ての流量調節弁22(22~22)のうち少なくとも2以上の流量調節弁について共通の開度指令を算出する構成であってもよい。
 図8に示す例示的な実施形態では、弁開度設定ユニット40Cは、車室圧力演算部41と、配管圧損演算部42と、出口圧演算部43と、差圧平均演算部47と、入口圧演算部45と、開度指令演算部44Cと、を備えている。
 差圧平均演算部47は、差圧計25(25~25)でそれぞれ計測された差圧DP(DP~DP)の差圧平均値DPmを算出するように構成される。
 入口圧演算部45は、出口圧演算部43で算出された出口圧力P2_CALと、複数の流量調節弁22(22~22)の差圧平均値DPmとを加算して、各流量調節弁22(22~22)に共通の入口圧力P1_CALを算出するように構成された加算器であってもよい。
 開度指令演算部44Cは、燃料流量指令CSOと、流量調節弁(22~22)の入口圧力P1及び出口圧力P2_CALと、差圧平均値DPmと、下流側温度計28で計測された下流側温度FGTとに基づいて、複数の流量調節弁22(22~22)に共通の開度指令FCV_comを算出するように構成される。開度指令演算部44で算出された開度指令FCV_comは、各流量調節弁22(22~22)に出力される。
 この構成によれば、複数の流量調節弁(22~22)の差圧DP(DP~DP)の差圧平均値DPmを用いて、複数の流量調節弁(22~22)を同時に制御するようにしたので、演算処理の負荷軽減が図れる。
 また、この構成において、既存の差圧計25(25~25)を用いれば、流量調節弁(22~22)の入口圧力P1(P1~P1)を計測するための入口圧力計を設ける必要がないので、制御用計測器の設置数を削減することができる。
 図9に示す実施形態では、入口圧力計26(26~26)で計測された入口圧力P1(P1~P1)を用いて、複数の流量調節弁22(22~22)を同時に制御するための開度指令FCV_comを求める構成となっている。
 具体的には、制御装置30Dの弁開度設定ユニット40Dは、車室圧力演算部41と、配管圧損演算部42と、出口圧演算部43と、入口圧平均演算部48と、差圧演算部46と、開度指令演算部44Dと、を備えている。
 入口圧平均演算部48は、入口圧力計26(26~26)でそれぞれ計測された入口圧力P1(P1~P1)の平均値である入口圧力P1mを算出するように構成される。
 差圧演算部46は、出口圧演算部43で算出された出口圧力P2_CALと、入口圧平均演算部48で算出された入口平均圧力P1mとの差分を算出することによって、流量調節弁22の差圧DP_CALを算出するように構成された差分器であってもよい。
 開度指令演算部44Dは、燃料流量指令CSOと、流量調節弁22(22~22)の入口圧力P1(P1~P1)及び出口圧力P2_CALと、差圧演算部46で算出された差圧DP_CALと、下流側温度計28で計測された下流側温度FGTとに基づいて、複数の流量調節弁22(22~22)に共通の開度指令FCV_comを算出するように構成される。開度指令演算部44Dで算出された開度指令FCV_comは、各流量調節弁(22~22)に出力される。
 この構成によれば、複数の流量調節弁22(22~22)の入口圧力P1(P1~P1)の平均値である入口圧力P1mを用いて、複数の流量調節弁22(22~22)を同時に制御するようにしたので、演算処理の負荷軽減が図れる。
 また、この構成において、流量調節弁22(22~22)の開度指令FCV_comを算出する際に、入口圧力計26(26~26)で計測された入口圧力P1(P1~P1)を用いているため、流量調節弁22(22~22)を高精度に制御することができる。
 図10に示す実施形態は、差圧計25(25~25)で計測された差圧DP(DP~DP)を用いて、複数の流量調節弁22(22~22)を個別に制御するための開度指令FCV(FCV~FCV)を求める構成となっている。
 具体的には、制御装置30Eの弁開度設定ユニット40Eは、車室圧力演算部41と、配管圧損演算部42(42~42)と、出口圧演算部43(43~43)と、入口圧演算部45(45~45)と、開度振り分け演算部49と、開度指令演算部44E(44E~44E)と、を備えている。
 配管圧損演算部42(42~42)は、複数の流量調節弁22(22~22)の各々における圧力損失Ploss_CAL(Ploss_CAL1~Ploss_CAL3)を算出する。なお、複数の流量調節弁22(22~22)が配管20に並列に設けられる場合、通常、配管20は各流量調節弁22(22~22)に対応して分岐しているため、この分岐した配管を含む配管20の圧力損失を求めてもよい。
 出口圧演算部43(43~43)は、車室圧力演算部41で算出された車室圧力Pin_CALに、各配管圧損演算部42(42~42)で算出された圧力損失Ploss_CAL(Ploss_CAL1~Ploss_CAL3)をそれぞれ加算することによって、それぞれの流量調節弁22(22~22)における出口圧力P2_CAL(P2_CAL1~P2_CAL3)を算出するように構成された加算器であってもよい。
 入口圧演算部45(45~45)は、各出口圧演算部43(43~43)で算出された各々の出口圧力P2_CAL(P2_CAL1~P2_CAL3)と、各差圧計25(25~25)で計測された流量調節弁22(22~22)の差圧DP(DP~DP)とを加算して、各流量調節弁22(22~22)の入口圧力P1_CAL(P1_CAL1~P1_CAL3)を算出するように構成された加算器であってもよい。
 開度振り分け演算部49は、複数の流量調節弁(22~22)に対して、少なくとも2以上の流量調節弁に共通の燃料流量を振り分けるように構成されてもよい。なお、開度振り分け演算部49の具体的な構成については、後述する。
 開度指令演算部44E(44E~44E)は、開度振り分け演算部49で振り分けられた各弁の燃料流量と、流量調節弁22(22~22)の入口圧力P1_CAL(P1_CAL1~P1_CAL3)及び出口圧力P2_CAL(P2_CAL1~P2_CAL3)と、各差圧計25(25~25)で計測された差圧DP(DP~DP)と、下流側温度計28で計測された下流側温度FGTとに基づいて、各々の流量調節弁22(22~22)に対する開度指令を算出するように構成される。開度指令演算部44A~44Cで算出された各開度指令FCV(FCV~FCV)は、各流量調節弁(22~22)に出力される。
 この構成によれば、複数の流量調節弁(22~22)を個別に制御するようにしたので、より各流量調節弁(22~22)を高精度で制御することができる。
 また、この構成において、既存の差圧計25(25~25)を用いれば、流量調節弁22(22~22)の入口圧力を計測するための入口圧力計を設ける必要がないので、制御用計測器の設置数を削減することができる。
 図11に示す実施形態は、入口圧力計26(26~26)で計測された入口圧力P1(P1~P1)を用いて、複数の流量調節弁22(22~22)を個別に制御するための開度指令FCV(FCV~FCV)を求める構成となっている。
 具体的には、制御装置30Fの弁開度設定ユニット40Fは、車室圧力演算部41と、配管圧損演算部42(42~42)と、出口圧演算部43(43~43)と、差圧演算部46(46~46)と、開度振り分け演算部49と、開度指令演算部44F(44F~44F)と、を備えている。
 配管圧損演算部42(42~42)は、複数の流量調節弁22(22~22)の各々における圧力損失Ploss_CAL(Ploss_CAL1~Ploss_CAL3)を算出する。なお、複数の流量調節弁22(22~22)が配管20に並列に設けられる場合、通常、配管20は各流量調節弁22(22~22)に対応して分岐しているため、この分岐した配管を含む配管20の圧力損失を求めてもよい。
 出口圧演算部43(43~43)は、車室圧力演算部41で算出された車室圧力Pin_CALに、各配管圧損演算部42(42~42)で算出された圧力損失Ploss_CAL(Ploss_CAL1~Ploss_CAL3)をそれぞれ加算することによって、それぞれの流量調節弁22(22~22)における出口圧力P2_CAL(P2_CAL1~P2_CAL3)を算出するように構成された加算器であってもよい。
 差圧演算部46(46~46)は、出口圧演算部43(43~43)で算出された各々の出口圧力P2_CAL(P2_CAL1~P2_CAL3)と、入口圧力計26(26~26)で計測された入口圧力P1(P1~P1)との差分をそれぞれ算出することによって、各流量調節弁22の差圧DP_CAL(DP_CAL1~DP_CAL3)を算出するように構成された差分器であってもよい。
 開度振り分け演算部49は、複数の流量調節弁22(22~22)に対して、少なくとも2以上の流量調節弁に共通の燃料流量を振り分けるように構成されてもよい。なお、開度振り分け演算部49の具体的な構成については、後述する。
 開度指令演算部44F(44F~44F)は、開度振り分け演算部49で振り分けられた燃料流量と、流量調節弁(22~22)の入口圧力P1(P1~P1)及び出口圧力P2_CAL(P2_CAL1~P2_CAL3)と、差圧演算部46(46~46)で算出された差圧DP_CAL(DP_CAL1~DP_CAL3)と、下流側温度計28で計測された下流側温度FGTとに基づいて、各々の流量調節弁22(22~22)に対する開度指令FCV(FCV~FCV)を算出するように構成される。開度指令演算部44F(44F~44F)で算出された各開度指令FCV(FCV~FCV)は、各流量調節弁22(22~22)に出力される。
 この構成によれば、複数の流量調節弁22(22~22)を個別に制御するようにしたので、より各流量調節弁22(22~22)を高精度で制御することができる。
 また、この構成において、流量調節弁22(22~22)の開度指令FCV(FCV~FCV)を算出する際に、入口圧力計26(26~26)で計測された入口圧力P1(P1~P1)を用いているため、流量調節弁22(22~22)を高精度に制御することができる。
 次に、図12~図13を参照して、開度振り分け演算部49(図10及び図11参照)の詳細について説明する。
 なお、図12Aは、複数の流量調節弁(3弁)22~22の開度制御を示すタイミングチャートである。図12Bは、複数の流量調節弁(2弁)22,22の開度制御を示すタイミングチャートである。図13は、複数の流量調節弁22の合成Cv値の特性を示すグラフである。ここで、合成Cv値とは、複数弁の場合において、各弁のCv値(流量係数)を合計した値を言う。
 幾つかの実施形態において、開度振り分け演算部49は、燃料流量CSO(FQ)に基づいて、開度指令演算部44E~44E,44F~44Fに対して燃料流量(開度分担量)を振り分けるように構成される。
 この場合、図12A及び図12Bに示すように、開度指令演算部44E~44E,44F~44Fは、プラント1の運転状態の変動により、複数の流量調節弁22(22~22)に対する共通の開度指令が流量調節弁22(22~22)の最小開度MINに到達したとき、複数の流量調節弁22(22~22)のうち一以上の流量調節弁(22)を閉じる閉弁指令を生成するとともに、燃料流量指令を実現するための開度指令を残りの流量調節弁(22,22)に対して生成するように構成される。
 これにより、燃焼器7に供給される可燃性ガスの流量が少ないとき、複数の流量調節弁22(22~22)を切り替え、少なくとも一つの流量調節弁(例えば流量調節弁22)を閉じて、残りの流量調節弁(例えば流量調節弁22,22)によって可燃性ガスの流量を調節するという流量調節弁22(22~22)の分担変更制御を行うことで、各流量調節弁22を最小開度MIN以上の範囲で、ガスタービン10の燃焼制御が安定するように、適切に制御することができる。
 また、開度振り分け演算部49は、複数弁22の開度が最少開度MINに達し、少なくとも一つの弁22(22)の閉じる操作が開始され、全閉に至るまでの流量調節弁の切替区間の全期間において、複数弁の最少開度MINにおける合計Cv値が常に一定に維持されるように構成されていてもよい。
 これにより、流量調節弁22の切替開始時点から切替終了時点までの期間(流量調節弁の切替区間の全期間)において、燃焼制御を安定して行うことができる。
 ここで、図13を参照して、開度振り分け演算の具体的な考え方を説明する。
 図13において、通常運転時(運転点a)で3弁同時制御で制御されている流量調節弁22に供給される燃料流量が変動して、3弁同時に最少開度MIN(運転点b)に到達した場合、3弁同時制御から2弁同時制御への切替制御が開始される。すなわち、一弁を閉操作(閉じる方向の操作)とし、残り2弁は開操作(開く方向の操作)とする制御に移行する。この場合、3弁のうち、一弁を閉操作して残り2弁を開操作する切替区間では、3弁同時に最少開度MINに到達した時の3弁の合計Cv値(Cv1)が維持され、その時の燃料流量がそのまま維持される。そのため、弁の切替区間においても、安定した燃焼制御が得られる。3弁から2弁への切替は、閉操作の一弁が全閉に至るまで、合計Cv値(Cv1)を維持した状態で、弁の切替制御が継続される。この操作は、最終的に2弁合成Cv値ライン上の運転点cに到達するまで継続する。この移行期間を流量調節弁22の切替区間と呼ぶ。運転点bから運転点cに移行する途中における開操作中の残り2弁の開度は、合計Cv値(Cv1)である点b-c線上の任意の運転点Xに対応する弁開度(RV)(図13で運転点Xから横軸に降ろした破線が交わる点)で表示される。
 次に、運転点cに到達した後において、更に燃料流量が低下する運転状態の場合、2弁同時制御により、運転点は2弁合計Cv値特性ライン上を、運転点dの方向に移動する。更に、燃料流量が低下して運転点dに達した場合、2弁同時制御から1弁制御に切り替わる。2弁同時制御から1弁制御に移行する過程は、前述した3弁同時制御から2弁同時制御に移行する運転点b~運転点cにおける制御の考え方と同じである。すなわち、運転点dから運転点eに移行する期間は、運転点dにおける2弁合計Cv値(Cv2)を維持したまま、運転点eに向けて、一弁が閉操作に移行し、残りの一弁が開操作に移行する。運転点eは1弁Cv値特性ライン上にある運転点であり、運転点eにおいて、一弁が全閉となり、残り1弁は2弁合計Cv値(Cv2)に相当する1弁Cv値特性ライン上の弁開度に到達する。
 運転点eに達した後も更に燃料流量が低下する場合は、運転点は1弁Cv値特性ライン上を、運転点fの方向に移動しつつ、1弁による制御を継続する。運転点fに達して1弁の最少開度MINに達した場合、詳細は後述するように、可燃性ガス燃料から油燃料に切り替える制御が行われる。
 また、開度指令演算部44E~44E,44F~44Fは、複数の流量調節弁22(22~22)が最小開度MINであるときの合成Cv値(図13におけるCv1)に対応する残りの流量調節弁22,22の目標開度を算出し、少なくとも一つの流量調節弁22の開度をゼロまで第1レートで減少させる閉弁指令FCVを算出し、残りの流量調節弁22,22の開度を目標開度まで第2レートで増加させる開度指令FCV,FCVを算出するように構成されてもよい。
 例えば、開度指令演算部44E~44E,44F~44Fは、3弁が全て動作している時は、図13に示す3弁合成Cv値と弁開度との関係を用いて各流量調節弁22(22~22)について共通の弁開度指令FCV_comを算出する。そして、プラント1の運転状態の変化に伴い、複数の流量調節弁22(22~22)が最小開度MINとなった時、1つの流量調節弁22の開度をゼロまで減少させる開弁指令FCVを算出する。一方、残りの流量調節弁22,22に対しては、最小開度MINの時点t1における3弁合成Cv値であるCv1から、2弁合成Cv値と弁開度との関係を用いて2つの流量調節弁22,22の目標開度(即ち、Cv1を2弁で実現するための運転点c(図13参照)に対応した弁開度)を算出し、この目標開度となるように2つの流量調節弁22,22の開度指令を算出する。
 これにより、燃焼器7に供給される可燃性ガスの流量が少ないとき、複数の流量調節弁22(22~22)を切り替え、少なくとも一つの流量調節弁(例えば流量調節弁22)を閉じて、残りの流量調節弁(例えば流量調節弁22,22)によって可燃性ガスの流量を調節するという流量調節弁22(22~22)の分担変更制御を行うに際して、分担変更制御の前後において合成Cv値を維持することが可能になる。よって、流量調節弁22の分担変更制御によって、燃焼器7に供給される可燃性ガスの流量に及ぼす影響を低減できる。
 この場合、第1レートおよび第2レートは、少なくとも一つの流量調節弁22の開度がゼロに到達する時点t2と、残りの流量調節弁22,22の開度が目標開度に到達する時点とが一致するように設定されてもよい。
 これにより、流量調節弁22の分担変更制御中における合成Cv値の変動を抑制することができ、燃焼器7に供給される可燃性ガスの流量を安定的に調節することができる。
 図14は、さらに他の実施形態に係る燃料供給系統を示す構成図である。なお、同図を参照して以下で説明する実施形態は、前述した可燃性ガス燃料における分担変更制御に係る前述の実施形態に替えて、または、前述の実施形態に加えて、可燃性ガス燃料から油燃料への切替制御を行うものである。
 図14に示す実施形態では、ガス化複合発電プラント1Gは、ガスタービン10の燃焼器7に可燃性ガスを供給するための可燃性ガス供給系統50と、ガスタービン10の燃焼器7に油燃料を供給するための油供給系統60と、を備えている。
 このガス化複合発電プラント1は、油燃料と可燃性ガスとで燃料を切替え可能に構成されている。例えば、起動時等の低負荷運転領域では、油供給系統60によって油燃料が燃焼器7に供給され、定常運転時等の高負荷運転領域では、可燃性ガス供給系統50によって可燃性ガスが燃焼器7に供給される。
 具体的には、油供給系統60は、油タンク61から油燃料を燃焼器7に供給するための油供給配管62と、油燃料を圧送するためのポンプ63と、油燃料から不純物を除去するためのフィルタ69と、油供給配管62に設けられた圧力調節弁64および流量調節弁65と、流量調節弁65と燃焼器7との間から油燃料を排出して圧力を開放するためのバイパス配管68及びバイパス弁67と、を備えている。
 なお、ガス化炉3及びその周辺構成については図1と同一であるため、図14では省略している。
 上記構成において、可燃性ガス供給系統50と油供給系統60とは切替え可能となっている。
 このような構成を備えるガス化複合発電プラント1においては、上述した開度指令演算部44A~44Fは、燃焼器7に供給される可燃性ガスの流量を示す燃料流量指令に基づいて、流量調節弁22の開度指令を求めるように構成される。
 図15は、燃料切替え時における可燃性ガス燃料流量指令および油燃料流量指令と負荷との関係の一例を示すグラフである。
 図15に示すように、燃料切替え時、可燃性ガスの流量を示す可燃性ガス燃料流量指令と、油燃料の流量を示す油燃料流量指令とは、負荷MW1と負荷MW2との間において徐々に切り替えられるようになっている。例えば、起動時や停止前等の低負荷運転領域においては、ガスタービン10は主として油燃料で駆動され、定格運転時等の高負荷運転領域においては、ガスタービン10は主として可燃性ガスで駆動される。そのため、低負荷運転領域と高負荷運転領域との間の遷移期間は、油燃料流量指令と可燃性ガス燃料流量指令とを切り替える切替領域となっている。
 この場合、上述した開度指令演算部44A~44Fは、図15に示すような可燃性ガス燃料流量指令の増減に対応するように、可燃性ガス供給系統50における流量調節弁22の開度指令を算出する。
 上記構成によれば、燃焼器7に供給される可燃性ガスの流量を示す燃料流量指令に基づいて、流量調節弁22の開度制御を適切に行うことができる。特に、上述したように、ガスタービン10の燃料流量指令CSOと、流量調節弁22の出口圧力の算出結果P2_CALと、流量調節弁22の差圧計測値DP又は流量調節弁22の入口圧力計測値P1と、に基づいて、流量調節弁22の開度指令を求めるようになっているので、ガスタービン10の燃料供給配管20から圧力調節弁を廃止した場合であっても、流量調節弁22から燃焼器7までの配管の圧力損失を考慮して流量調節弁22を高精度に開度制御することができる。
 また、前述した可燃性ガス燃料の分担変更制御において、1弁制御で最少開度MINに到達した場合、燃料は可燃性ガス燃料から油燃料に切り替えてもよい。すなわち、図13において、1弁の弁開度が最少開度MINである運転点fに到達した場合、図15に示すように、負荷MW2において、流量調節弁22の最少Cv値に相当する燃料流量指令値を維持したまま、油燃料の流量調節弁65が開操作に移行し、可燃性ガス燃料の流量調節弁22は閉操作に移行する。流量調節弁22が全閉となる負荷MW1に到達した場合、油燃料の流量調節弁65は負荷MW2における燃料指令値を維持する弁開度に到達する。この移行期間である燃料の切替領域では、負荷MW2における燃料流量が維持された状態で、切り替わる。
 上述したように、本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、流量調節弁22から燃焼器7までの配管20の圧力損失を考慮して流量調節弁22を開度制御することができ、高精度な制御が可能となる。そのため、ガスタービン10の燃料供給用の配管20から圧力調節弁を廃止した場合であっても、所望の流量の燃料を燃焼器7に供給することができる。また、可燃性ガス燃料の燃料流量が低下した場合でも、油燃料の切替が円滑に行われ、安定した燃焼制御が得られる。
 ところで、典型的なガス化複合発電プラントでは、起動時において、ガス化炉にて可燃性ガスが生成されるまでの間、例えば油燃料のような起動用燃料を使用してガスタービンを稼働させることがある。この場合、起動用燃料と可燃性ガスの発熱量の違いに起因して、全燃料に対する可燃性ガスの燃料比率の変動に伴い、ガスタービン入口温度やガスタービン燃焼器における燃焼状態が影響を受ける可能性がある。また、この問題は、ガス化複合発電プラントの起動時に限られず、ガス化炉で生成される可燃性ガスよりも高カロリーである他の燃料と可燃性ガスとの間で燃料切替を行う場合に生じ得る。
 そこで、幾つかの実施形態では、ガス化複合発電プラントの燃料切替時におけるガスタービン入口温度を適切な範囲内に維持するとともに、燃焼安定性を維持する観点から、図16~図20を参照して以下で述べるIGVの開度制御を行う。
 なお、図16~図20を参照して以下で説明する実施形態は、弁開度設定ユニット40における流量調節弁22の開度制御に係る前述の実施形態に替えて、または、前述の実施形態に加えて、燃料切替時においてIGVの開度制御を行うものである。
 図16は、一実施形態に係るガス化複合発電プラントの構成を示す図である。図17は、ガスタービンのバイパス弁の構成例を示す図である。図18は燃焼筒の構成例を示す図であり、図18(a)は燃焼器軸方向に沿った燃焼筒の断面図であり、図18(b)は図18(a)のA-A断面を示す図である。図19は、一実施形態に係るガス化複合発電プラントの制御装置の構成を示すブロック図である。図20は、一実施形態に係る燃料切替時におけるIGV及びバイパス弁の開度制御を示すタイミングチャートである。
 図16に示すように、ガス化複合発電プラント1Hは、ガス処理設備5から可燃性ガス供給系統50を介して供給される可燃性ガスと、油供給系統60を介して供給される油燃料との間で、燃焼器7で燃焼させる燃料を切り替え可能に構成される。なお、図16に示す例示的な実施形態では、可燃性ガスと油燃料との間で燃料を切り替えるようになっているが、油燃料に替えて、可燃性ガスよりも発熱量が高い任意の燃料(以下、油燃料及びそれ以外の任意の燃料を「高カロリー燃料」と総称する。)を用いてもよい。
 ガス化複合発電プラント1Hは、図14を用いて上述したガス化複合発電プラント1Gと同様に、高カロリー燃料の流量を調節するための流量調節弁65と、流量調節弁65の上流側に設けられた圧力調節弁64と、を備える。これにより、圧力調節弁64を開度制御することで流量調節弁65の上流側の圧力を適切な範囲内に維持しながら、流量調節弁64の開度制御により燃焼器7に供給される高カロリー燃料の流量を調節することができる。なお、図16において、ガス化複合発電プラント1Gと共通する構成要素は、同一の符号を付しており、各構成要素の詳しい説明は省略する。
 幾つかの実施形態では、ガス化複合発電プラント1Hは、図16に示すように、ガスタービン10の圧縮機8に流入する空気量を調節するためのIGV(入口案内翼)80と、燃焼器7に設けられる空気バイパス弁90と、を備える。
 IGV80は、アクチュエータ82によって回動可能に構成されている。アクチュエータ82によって空気流れに対するIGV80の翼角を調節することで、IGV80の開度を最小値(0%開度)と最大値(100%開度)との間で任意に調節可能となっている。なお、IGV80の開度を小さくすると圧縮機8に流入する空気量は減少し、IGV80の開度を大きくすると圧縮機8に流入する空気量は増大する。
 空気バイパス弁90は、図17に示すように、燃焼器7の燃焼筒(内筒)72に形成される燃焼領域73をバイパスする圧縮空気量を調節するように構成される。即ち、ガスタービン10では、圧縮機8で生成された圧縮空気100がガスタービン10の車室11の内部空間101を介して燃焼器7に供給されるようになっている。ここで、空気バイパス弁90を開いた状態では、圧縮空気100の一部である燃焼用空気(符号102参照)のみが燃焼器7の燃焼筒72(燃焼器ノズル70)に供給され、圧縮空気100の残部であるバイパス空気(符号104参照)は燃焼器7の燃焼領域73の下流側に供給される。空気バイパス弁90は、不図示のアクチュエータによって開度制御可能に構成されており、空気バイパス弁90の開度は最小値(0%開度)と最大値(100%開度)との間で任意に調節可能である。なお、空気バイパス弁90の開度を小さくすると燃焼領域73をバイパスする空気量(バイパス空気104の流量)が減少し、空気バイパス弁90の開度を大きくすると燃焼領域73をバイパスする空気量(バイパス空気104の流量)が増大する。
 なお、図17に示す例では、燃焼器7は、燃焼筒72内に燃料を噴射するための燃焼器ノズル70と、燃焼筒72からの燃焼ガスをタービン9の入口に導くためのトランジションピース74と、を備えている。空気バイパス弁90は、トランジションピース74に接続されていてもよい。
 また、図18(a)及び(b)に示すように、燃焼器7は、燃焼筒72の内周側に設けられるフィンリング110を備える。フィンリング110は、周方向に複数のフィン部112を有しており、各フィン部112は燃焼器7の軸方向に沿って延在している。フィンリング110は、燃焼器7の軸方向において複数設けられており、下流側のフィンリング110bの内径は上流側のフィンリング110aの外径よりも大きくなっている。一方、燃焼筒72には冷却空気孔114が設けられており、この冷却空気孔114を介して車室11の内部空間101から圧縮空気102の一部(冷却空気)が燃焼筒72内に導入される。燃焼筒72内に導入された冷却空気はフィンリング110aのフィン部112間を燃焼器7の軸方向に沿って下流側に流れ、燃焼筒72の内壁面(正確には、下流側に位置する他のフィンリング110bの内壁面)をフィルム冷却するようになっている。
 上記構成のガス化複合発電プラント1Hでは、図19に示す制御装置30Hによる制御下において、可燃性ガスと高カロリー燃料との間での燃料切替時、全燃料に対する可燃性ガスの燃料比率に応じて、IGV80及び空気バイパス弁90の開度制御を行う。
 図18に示すように、制御装置30Hは、図2を参照して説明した制御装置30と基本構成が共通している。制御装置30Hの構成要素のうち、選択回路35までの信号処理を行う構成要素については、制御装置30と同一の符号を付し、ここでの説明は省略する。
 制御装置30Hは、選択回路35から出力された燃料流量指令CSOに基づいて、可燃性ガスと高カロリー燃料のそれぞれの燃料流量指令を設定するための燃料流量設定部200を備える。燃料流量設定部200は、乗算器204及び関数206を有する。乗算器204は、燃料比率設定器202によって設定されたガス燃料比率FRCSO(=全燃料に対して可燃性ガスが占める比率)と燃料流量指令CSOとを乗算することで、可燃性ガスの燃料流量指令MCSOを算出するようになっている。一方、関数206は、燃料比率設定器202によって設定されたガス燃料比率FRCSOに基づいて、燃料流量指令CSOから高カロリー燃料流量指令SCSOを算出するようになっている。具体的には、関数206は、ガス燃料比率FRCSO及び燃料流量指令CSOを下記式(2)に代入することで、高カロリー燃料流量指令SCSOを算出する。
 SCSO=CSO×(100%-FRCSO[%])/100% (2)
 制御装置30Hは、燃料比率設定器202で設定されたガス燃料比率FRCSOに基づいて、IGV80及び空気バイパス弁90の開度指令値をそれぞれ算出するためのIGV開度指令生成部210及びバイパス弁開度指令生成部220を備える。
 IGV開度指令生成部210は、可燃性ガスと高カロリー燃料との間での燃料切替時、全燃料に対する可燃性ガスの燃料比率FRCSOが増加するにつれて、IGV80の開度指令値を閉側(0%開度)に向けて減少させ、圧縮機8に流入する空気量を減少させる。逆に、全燃料に対する可燃性ガスの燃料比率FRCSOの減少に伴い、IGV開度指令生成部210はIGV80の開度指令値を開側(100%開度)に向けて増大させ、圧縮機8に流入する空気量を増加させる。
 IGV開度指令生成部210により、可燃性ガスの燃料比率FRCSOが増加するにつれてIGV80の開度を減少させることで、低カロリーである可燃性ガスの使用に伴うタービン9の入口温度低下を抑制するとともに、高カロリー燃料から可燃性ガスへの燃料切替時における燃焼器7の燃焼安定性を向上させることができる。
 幾つかの実施形態では、IGV開度指令生成部210は、可燃性ガスの燃料比率FRCSOが100%のとき(可燃性ガスの専焼時)、IGV80を全閉にする開度指令値(0%開度)を生成するように構成される。このように、可燃性ガスの専焼時におけるIGV80の開度を全閉に設定することで、可燃性ガスの燃料比率FRCSOに応じたIGV80の開度調整による空気量の調節幅を大きく確保することができる。一方、可燃性ガスの燃料比率FRCSOが0%のとき(高カロリー燃料の専焼時)、IGV開度指令生成部210は、高カロリー燃料の専焼時用に設定された開度指令値を出力する。専焼時用のIGV80の開度指令値は、最小開度(0%開度)よりも大きく、最大開度(100%開度)よりも小さな値であってもよい。
 なお、図19に示す例示的な実施形態では、ガスタービン10の出力及び圧縮機8の入口側における吸気温度に応じて、IGV開度指令生成部210が開度指令値を補正して出力するようになっている。
 バイパス弁開度指令生成部220は、可燃性ガスと高カロリー燃料との間での燃料切替時、全燃料に対する可燃性ガスの燃料比率FRCSOが増加するにつれて、空気バイパス弁90の開度指令値を開側(100%開度)に向けて増加させ、燃焼器7の燃焼領域73に供給される空気量を低減する。逆に、全燃料に対する可燃性ガスの燃料比率FRCSOの減少に伴い、バイパス弁開度指令生成部220は空気バイパス弁90の開度指令値を閉側(0%開度)に向けて減少させ、燃焼器7の燃焼領域73に供給される空気量を増加させる。
 バイパス弁開度指令生成部220により、可燃性ガスの燃料比率FRCSOが増加するにつれて空気バイパス弁90の開度を増加させることで、高カロリー燃料から可燃性ガスへの燃料切替時における燃焼領域73の温度低下を抑制するとともに、燃焼器7の燃焼安定性を向上させることができる。
 幾つかの実施形態では、バイパス弁開度指令生成部220は、可燃性ガスの燃料比率FRCSOが100%のとき(可燃性ガスの専焼時)、上述のフィンリング110の出口におけるフィルム空気量(又はフィルム空気の流速)の必要量を確保可能な上限開度に空気バイパス弁90の開度指令値を設定する。このように、可燃性ガスの専焼時における空気バイパス弁90の開度指令値をフィルム空気量(又は流速)から定まる上限開度に設定することで、燃焼器7の燃焼筒72の冷却を効果的に行いながら、燃焼器7の燃焼領域73に供給される空気量を低減して燃焼領域73の温度低下を抑制するとともに、燃焼器7の燃焼安定性を向上させることができる。一方、可燃性ガスの燃料比率FRCSOが0%のとき(高カロリー燃料の専焼時)、バイパス弁開度指令生成部220は、空気バイパス弁90の開度を全閉(0%開度)に設定してもよい。
 なお、図19に示す例示的な実施形態では、ガスタービン10の出力及び圧縮機8の入口側における吸気温度に応じて、バイパス弁開度指令生成部220が開度指令値を補正して出力するようになっている。
 幾つかの実施形態では、図19に示すように、制御装置30Hは、上述の実施形態の弁開度設定ユニット40(40A~40F)と、ガス化複合発電プラント1Hの圧力調節弁64及び流量調節弁65をそれぞれ開度制御するための圧調弁制御部230及び流調弁制御部240とをさらに備えていてもよい。
 図19に示す例示的な実施形態では、弁開度設定ユニット40(40A~40F)は、燃料流量設定部200から出力された可燃性ガスの燃料流量指令MCSOから、上述した手法により流量調節弁22の弁開度指令を算出するようになっている。なお、弁開度設定ユニット40(40A~40F)による流量調節弁22の弁開度指令の算出方法は上述のとおりであるから、ここでは説明を省略する。
 また、圧調弁制御部230は、高カロリー燃料の供給系統60における燃料供給圧(FOP)の検出結果に基づいて、燃料流量設定部200から出力された高カロリー燃料の燃料流量指令SCSOから圧力調節弁64の開度指令を生成する。同様に、流調弁制御部240は、燃料流量設定部200から出力された高カロリー燃料の燃料流量指令SCSOから流量調節弁65の開度指令を生成する。
 これら弁開度設定ユニット40、圧調弁制御部230及び流調弁制御部240の働きにより、燃料比率設定器202によって設定された可燃性ガスの燃料比率FRCSOに応じて、可燃性ガスと高カロリー燃料との間での燃料切替時において、流量調節弁(22,65)及び圧力調節弁64を適切に制御することができる。
 上記構成の制御装置30HによるIGV80及び空気バイパス弁90の開度制御の一例について述べる。
 図20には、ガス化複合発電プラント1Hの起動時において、高カロリー燃料(例えば油燃料)から可燃性ガスへの燃料切替を行う場合におけるIGV80及び空気バイパス弁90の開度制御を行う様子を示している。
 同図に示すように、時刻t~tにおいて、制御装置30Hの燃料比率設定器202により、ガス燃料比率FRCSOを0%から100%まで増加させる。この際、時刻t以前の高カロリー燃料の専焼時に比べて、可燃性ガスの燃料比率FRCSOの増加に伴うタービン9の入口温度低下や燃焼器7における燃焼の不安定化等の問題が生じやすくなる。そこで、制御装置30HのIGV開度指令生成部210は、時刻t~tにおいて、ガス燃料比率FRCSOの増加に伴い、IGV80の開度指令値を、高カロリー燃料の専焼時における設定開度から全閉(0%開度)まで減少させる。一方、制御装置30Hのバイパス弁開度指令生成部220は、時刻t~tにおいて、ガス燃料比率FRCSOの増加に伴い、空気バイパス弁90の開度指令値を、全閉(0%開度)から燃焼筒72の必要フィルム冷却量(又は流量)を確保可能な上限開度まで増大させる。
 なお、図20における時刻tは、高カロリー燃料から可燃性ガスへの燃料切替完了時点(時刻t)から開始される高カロリー燃料のパージの終了時刻である。ここで、パージとは、燃焼器7の燃焼器ノズル70の高カロリー燃料の流路に空気や水等のパージ用流体を流すことで、燃焼器ノズル70内に蓄積した高カロリー燃料の固化物による流路閉塞を防止するための洗浄処理である。
 図20に示す例示的な実施形態では、ガス化複合発電プラント1Hの起動に際して、燃料切替開始時刻t~パージ終了時刻tまでガスタービン10の出力は一定に維持される。そして、パージ終了時刻t以降、制御装置30Hによる制御下で、ガスタービン10の出力が定格出力に向けて増加していく。
 本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
 例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
 例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
 例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
 一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
1      ガス化複合発電プラント
3      ガス化炉
5      ガス処理設備
6      発電設備
7      燃焼器
8      圧縮機
9      タービン
10     ガスタービン
12     蒸気タービン
13     発電機
15     排熱回収ボイラ
20     配管
22     流量調節弁
24     吸気温度計
25     差圧計
26     入口圧力計
27     下流側圧力計
28     下流側温度計
30     制御装置
40     弁開度設定ユニット
41     車室圧力演算部
42     配管圧損演算部
43     出口圧演算部
44     開度指令演算部
45     入口圧演算部
46     差圧演算部
47     差圧平均演算部
48     入口圧平均演算部
49     開度振り分け演算部
50     可燃性ガス供給系統
60     油供給系統
70     燃焼器ノズル
72     燃焼筒
73     燃焼領域
74     トランジションピース
82     アクチュエータ
90     空気バイパス弁
110    フィンリング
112    フィン部
114    冷却空気孔
200    燃料流量設定部
202    燃料比率設定器
204    乗算器
206    関数
210    開度指令生成部
220    バイパス弁開度指令生成部
230    圧調弁制御部
240    調弁制御部

Claims (19)

  1.  ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動可能に構成されたガスタービンと、前記ガス化炉から前記ガスタービンに前記可燃性ガスを供給する配管に設けられた流量調節弁と、を備えたガス化複合発電プラントの制御装置であって、
     前記ガスタービンの車室圧力を算出するための車室圧力演算部と、
     前記流量調節弁から前記ガスタービンの燃焼器までの前記配管における圧力損失を算出するための配管圧損演算部と、
     前記車室圧力演算部によって算出された前記車室圧力と、前記配管圧損演算部によって算出された前記圧力損失と、に基づいて、前記流量調節弁の出口圧力を算出するための出口圧演算部と、
     前記ガスタービンの燃料流量指令と、前記出口圧演算部による前記出口圧力の算出結果と、前記流量調節弁の差圧又は前記流量調節弁の入口圧力の計測値と、に基づいて、前記流量調節弁の開度指令を求めるように構成された開度指令演算部と、
    を備えることを特徴とするガス化複合発電プラントの制御装置。
  2.  前記開度指令演算部は、前記流量調節弁の下流側温度の計測値に基づいて、前記開度指令を求めるように構成されたことを特徴とする請求項1に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。
  3.  前記車室圧力演算部は、前記燃料流量指令と、前記ガスタービンの圧縮機のIGV開度と、前記圧縮機の吸気温度と、に基づいて、前記車室圧力を算出するように構成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。
  4.  前記配管圧損演算部は、前記流量調節弁を流れる前記可燃性ガスの流量と、前記流量調節弁の下流側圧力と、前記流量調節弁の下流側温度と、に基づいて、前記圧力損失を算出するように構成されたことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。
  5.  複数の前記流量調節弁が、前記配管に並列に設けられており、
     前記開度指令演算部は、複数の前記流量調節弁について共通の前記開度指令を求めるように構成されたことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。
  6.  前記開度指令演算部は、複数の前記流量調節弁に対する前記共通の前記開度指令が前記流量調節弁の最小開度に到達したとき、複数の前記流量調節弁の少なくとも一つ流量調節弁を閉じる閉弁指令を生成するとともに、前記燃料流量指令を実現するための開度指令を残りの前記流量調節弁に対して生成するように構成されたことを特徴とする請求項5に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。
  7.  前記開度指令演算部は、複数の前記流量調節弁に対する前記共通の前記開度指令が、前記流量調節弁の最小開度に到達したときの全流量係数が弁の切替時において維持されるように構成されたことを特徴とする請求項5又は6に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。
  8.  前記開度指令演算部は、
      複数の前記流量調節弁が前記最小開度であるときの合成Cv値に対応する前記残りの前記流量調節弁の目標開度を算出し、
      前記少なくとも一つの流量調節弁の開度をゼロまで第1レートで減少させる前記閉弁指令を算出し、
      前記残りの前記流量調節弁の開度を前記目標開度まで第2レートで増加させる前記開度指令を算出する
    ように構成されたことを特徴とする請求項6に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。
  9.  前記第1レートおよび前記第2レートは、前記少なくとも一つの流量調節弁の開度がゼロに到達する時点と、前記残りの前記流量調節弁の開度が前記目標開度に到達する時点とが一致するように設定されることを特徴とする請求項8に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。
  10.  前記ガス化複合発電プラントは、前記ガスタービンの燃焼器に油燃料を供給するための油供給配管をさらに備え、前記配管からの前記可燃性ガスと前記油供給配管からの前記油燃料とで燃料を切替え可能に構成されており、
     前記燃料流量指令を実現するための開度指令が、全ての前記流量調節弁について、該流量調節弁の最小開度に到達したとき、前記ガス化複合発電プラントは、前記可燃性ガスから前記油燃料に切り替えるように構成されたことを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。
  11.  ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動されるガスタービンと、前記ガス化炉から前記ガスタービンに前記可燃性ガスを供給する配管に並列に設けられた複数の流量調節弁と、を備えたガス化複合発電プラントの制御装置であって、
     複数の前記流量調節弁のそれぞれの開度指令を算出するための開度指令演算部を備え、
     前記開度指令演算部は、
      複数の前記流量調節弁について共通の前記開度指令を求めるとともに、
      複数の前記流量調節弁に対する前記共通の前記開度指令が前記流量調節弁の最小開度に到達したとき、複数の前記流量調節弁の少なくとも一つ流量調節弁を閉じる閉弁指令を生成し、前記ガスタービンの燃料流量指令を実現するための開度指令を残りの前記流量調節弁に対して生成する
    ように構成されたことを特徴とするガス化複合発電プラントの制御装置。
  12.  前記ガスタービンの圧縮機のIGVの開度指令値を生成するためのIGV開度指令生成部をさらに備え、
     前記IGV開度指令生成部は、
      前記可燃性ガスと、該可燃性ガスよりも発熱量が大きい他の燃料との間での前記ガス化複合発電プラントの燃料切替時、全燃料に対する前記可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれて前記IGVの前記開度指令値を閉側に向けて減少させる
    ように構成された
    ことを特徴とする請求項1乃至11の何れか一項に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。
  13.  前記ガスタービンの圧縮機で生成された圧縮空気のうち、前記ガスタービンの燃焼器の燃焼領域をバイパスする圧縮空気量を調節するための空気バイパス弁の開度指令値を生成するための空気バイパス弁開度指令生成部をさらに備え、
      前記可燃性ガスと、該可燃性ガスよりも発熱量が大きい他の燃料との間での前記ガス化複合発電プラントの燃料切替時、全燃料に対する前記可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれて前記空気バイパス弁の前記開度指令値を開側に向けて増加させる
    ように構成された
    ことを特徴とする請求項1乃至12の何れか一項に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。
  14.  ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動可能に構成されたガスタービンと、を備えたガス化複合発電プラントの制御装置であって、
     前記ガスタービンの圧縮機のIGVの開度指令値を生成するためのIGV開度指令生成部を備え、
     前記IGV開度指令生成部は、
      前記可燃性ガスと、該可燃性ガスよりも発熱量が大きい他の燃料との間での前記ガス化複合発電プラントの燃料切替時、全燃料に対する前記可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれて前記IGVの前記開度指令値を閉側に向けて減少させる
    ように構成された
    ことを特徴とするガス化複合発電プラントの制御装置。
  15.  前記IGV開度指令生成部は、
      前記ガス化複合発電プラントの起動時における前記他の燃料から前記可燃性ガスへの燃料切替時、前記可燃性ガスの前記燃料比率の増加とともに前記IGVの前記開度指令値を閉側に向けて減少させる
    ように構成された
    ことを特徴とする請求項14に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。
  16.  前記IGV開度指令生成部は、前記可燃性ガスの前記燃料比率が100%のとき、前記IGVを全閉にする前記開度指令値を生成するように構成されたことを特徴とする請求項14又は15に記載のガス化複合発電プラントの制御装置。
  17.  ガス化炉と、
     前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動されるガスタービンと、
     前記ガス化炉から前記ガスタービンに前記可燃性ガスを供給する配管に設けられた流量調節弁と、
     前記流量調節弁を制御するように構成された、請求項1乃至13の何れか一項に記載の制御装置と、
    を備えることを特徴とするガス化複合発電プラント。
  18.  ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動可能であるガスタービンと、前記ガス化炉から前記ガスタービンに前記可燃性ガスを供給する配管に設けられた流量調節弁と、を備えたガス化複合発電プラントの制御方法であって、
     前記ガスタービンの車室圧力を算出するステップと、
     前記流量調節弁から前記ガスタービンの燃焼器までの前記配管における圧力損失を算出するステップと、
     前記車室圧力の算出結果と、前記圧力損失の算出結果と、に基づいて、前記流量調節弁の出口圧力を算出するステップと、
     前記ガスタービンの燃料流量指令と、前記出口圧力の算出結果と、前記流量調節弁の差圧又は前記流量調節弁の入口圧力の計測値と、に基づいて、前記流量調節弁の開度指令を求めるステップと、
    を備えることを特徴とするガス化複合発電プラントの制御方法。
  19.  ガス化炉と、前記ガス化炉で生成した可燃性ガスを燃料として駆動可能であるガスタービンと、を備えたガス化複合発電プラントの制御方法であって、
     前記ガスタービンの圧縮機のIGVの開度指令値を生成するステップを備え、
     前記IGVの前記開度指令値を生成するステップでは、
      前記可燃性ガスと、該可燃性ガスよりも発熱量が大きい他の燃料との間での前記ガス化複合発電プラントの燃料切替時、全燃料に対する前記可燃性ガスの燃料比率が増加するにつれて前記IGVの前記開度指令値を閉側に向けて減少させる
    ことを特徴とするガス化複合発電プラントの制御方法。
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