JP2591524B2 - Gas turbine device control method and gas turbine device using the method - Google Patents
Gas turbine device control method and gas turbine device using the methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はガスタービン装置の制御方法及び該 方法を
使用したガスタービン装置、特に炭鉱や製鉄所等の事業
所において、蒸気タービン発電機とガスタービン発電機
とを組合わせた自家発電設備として使用され、急激な負
荷増減に対してガスタービンの燃焼器やガスタービンに
急激な温度変化を生じさせないとともに、蒸気タービン
への蒸気制御を行って、CO2等の余剰ガスの大気放出を
制御するようにしたガスタービン装置の制御方法及び該
方法を使用したガスタービン装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a method for controlling a gas turbine device and a gas turbine device using the method, particularly for a steam turbine in a business site such as a coal mine or a steel mill. It is used as a private power generation facility that combines a turbine generator and a gas turbine generator. It does not cause a sudden change in the temperature of the gas turbine combustor or gas turbine due to a sudden increase or decrease in load, and also generates steam to the steam turbine. The present invention relates to a method for controlling a gas turbine device that controls the release of surplus gas such as CO 2 to the atmosphere, and a gas turbine device using the method.
（従来の技術） 通常、炭鉱や製鉄所等の事業所においては、自家発電
設備を有している。このような事業所では、動力及び蒸
気は、自家発電設備で発生したものを用い、特に電力に
ついては、電力会社からの購入電力と、自家発電設備で
発生した電力とでまかなっている。(Prior Art) Normally, business establishments such as coal mines and steelworks have their own power generation facilities. In such establishments, power and steam generated from private power generation facilities are used, and in particular, electric power is covered by purchased power from a power company and power generated by private power generation facilities.
ところで、ガスタービン発電機は、一般に天然ガスを
用いて燃焼器で燃焼発生される高温ガスにより回転され
る。By the way, a gas turbine generator is generally rotated by high-temperature gas generated by combustion in a combustor using natural gas.
そして、ガスタービン発電機の負荷の増大に伴って燃
焼器に供給される燃焼ガスとしての天然ガスの量が増加
すると燃焼器が高温になってしまうため、このような場
合、燃焼器に供給される燃焼ガス量を制御するととも
に、燃焼器をガスタービン発電機の高温ガスの排熱を利
用した排熱回収ボイラの蒸気と、蒸気タービンからの蒸
気とを用いて冷却する必要がある。Then, if the amount of natural gas as the combustion gas supplied to the combustor increases with an increase in the load on the gas turbine generator, the combustor becomes hot. In such a case, the gas is supplied to the combustor. In addition to controlling the amount of combustion gas, the combustor needs to be cooled by using steam from a heat recovery steam generator using exhaust heat of high-temperature gas from a gas turbine generator and steam from a steam turbine.
しかし、蒸気タービンからの蒸気量を減らすと、自家
発電力を下げることになって、電力会社からの購入電力
が増えることになる。However, when the amount of steam from the steam turbine is reduced, self-generated power is reduced, and the power purchased from a power company is increased.
一般に購入電力は、電力会社とその最大電力契約値が
決められており、この最大電力契約値を超えた場合に
は、割増し料金を支払わなければならないので、容易に
蒸気タービン発電機の蒸気量を減らすことは好ましくな
い。In general, the purchased power is determined by the power company and its maximum power contract value.If the maximum power contract value is exceeded, a surcharge must be paid, so the steam volume of the steam turbine generator can be easily reduced. It is not desirable to reduce it.
また、蒸気流量の大小により、ガスタービンの燃焼器
の燃焼効果が落ちることになり、この結果、燃焼器から
出力される高温ガスの排熱に多量のCO2が含まれ、これ
を余剰ガスとして大気に放出することになって、環境上
好ましい状況ではなかった。In addition, the combustion effect of the combustor of the gas turbine decreases due to the magnitude of the steam flow, and as a result, a large amount of CO 2 is included in the exhaust heat of the high-temperature gas output from the combustor, and this is used as surplus gas. The release to the atmosphere was not an environmentally favorable situation.
以下、従来の一般的なガスタービン発電機系統を第３
図により説明する。Hereinafter, a conventional general gas turbine generator system is referred to as a third type.
This will be described with reference to the drawings.
同図に示すように、この系統は、吸気ダクト１、空気
圧縮機２、燃焼器３、ガスタービン４、調速機５、排熱
回収ボイラ（以下、HRSGという）６、蒸気タービン７、
ガス燃料８、ガスタービン制御油圧制御装置９、高温ガ
ス管10、排気ダクト11、ガスタービン発電機12、燃料制
御弁13、第１のバルブ14及び第２のバルブ15及び余剰ガ
ス放出管16とから主に構成されている。As shown in FIG. 1, this system includes an intake duct 1, an air compressor 2, a combustor 3, a gas turbine 4, a governor 5, an exhaust heat recovery boiler (hereinafter referred to as HRSG) 6, a steam turbine 7,
Gas fuel 8, gas turbine control hydraulic control device 9, high temperature gas pipe 10, exhaust duct 11, gas turbine generator 12, fuel control valve 13, first valve 14, second valve 15, and surplus gas discharge pipe 16, It is mainly composed of
このガスタービン発電機系統において、作動流体であ
る空気は、大気より吸気ダクト１を通り空気圧縮機２に
吸収され、ここで圧縮された後に燃焼機器３に送られ
る。In this gas turbine generator system, air as a working fluid is absorbed from the atmosphere through an intake duct 1 into an air compressor 2, compressed there, and sent to a combustion device 3.
燃焼器３には、ガスタービン制御油圧制御装置９によ
って開度制御が行われる燃料制御弁13を介してガス燃料
８も供給され、ここで前記圧縮され燃焼器３に供給され
た燃焼用空気と反応する。そして、作動流体たる空気が
加熱され、燃焼排気ガスと混合して高温ガスとなる。Gas fuel 8 is also supplied to the combustor 3 through a fuel control valve 13 whose opening is controlled by a gas turbine control hydraulic control device 9, where the combustion air compressed and supplied to the combustor 3 is combined with the gas fuel 8. react. Then, the air as the working fluid is heated and mixed with the combustion exhaust gas to become a high-temperature gas.
この高温ガスは、高温ガス管10を通ってガスタービン
４に入り、ここで膨張してガスタービン発電機12を駆動
した後、排気ダクト11を通りHRSG6に導入され蒸気を作
り、このHRSG6で発生する蒸気を燃焼器３内に噴射する
ことより燃焼器３の温度制御が行われる。This high-temperature gas enters the gas turbine 4 through the high-temperature gas pipe 10, expands and drives the gas turbine generator 12, and then is introduced into the HRSG 6 through the exhaust duct 11 to produce steam, which is generated in the HRSG 6. The temperature of the combustor 3 is controlled by injecting the generated steam into the combustor 3.
HRSG6にて使用された高温ガスは、CO2やNOX等を含ん
だ余剰ガスとして、余剰ガス放出管16から大気中に放出
される。The high-temperature gas used in the HRSG 6 is discharged into the atmosphere from a surplus gas discharge pipe 16 as a surplus gas containing CO 2 , NO X and the like.
ここで、ガスタービン４の出力の増大に比例してガス
燃料８の供給が増大して、燃焼器３がさらに高温にな
り、この燃焼器３の温度制御を行うためにHRSG6から供
給し得る蒸気量ではその温度制御が十分ではなくなった
場合には、燃焼器３からガスタービン４に出力される高
温ガスが増大してくる。Here, the supply of the gaseous fuel 8 increases in proportion to the increase in the output of the gas turbine 4, and the temperature of the combustor 3 further rises, and the steam that can be supplied from the HRSG 6 to control the temperature of the combustor 3. If the temperature control is not sufficient with the amount, the high-temperature gas output from the combustor 3 to the gas turbine 4 increases.
この場合、蒸気タービン７の抽気ライン17に設けられ
た第１のバルブ14を開閉して蒸気タービン７からの蒸気
噴射量を制御したり、第１のバルブ14での蒸気量が不足
している場合には、所内製造設備18のライン19の第２の
バルブ15の開制御を行い、所内製造設備18からの蒸気を
制御することにより燃焼器３の温度制御が行われる。In this case, the first valve 14 provided in the extraction line 17 of the steam turbine 7 is opened and closed to control the amount of steam injected from the steam turbine 7 or the amount of steam at the first valve 14 is insufficient. In this case, the temperature of the combustor 3 is controlled by controlling the opening of the second valve 15 in the line 19 of the in-house manufacturing facility 18 and controlling the steam from the in-house manufacturing facility 18.
しかし、前記のように、第１のバルブ14又は第２のバ
ルブ15による蒸気量制御で燃焼器３の温度制御を行った
場合でも、HRSG6に供給されたガスタービン４の出力に
応じた高温ガスは、第１のバルブ14及び第２のバルブ15
による蒸気噴射量制御に関係なく、大気中へ放出せざる
を得なくなる。However, as described above, even when the temperature control of the combustor 3 is performed by controlling the steam amount by the first valve 14 or the second valve 15, the high-temperature gas corresponding to the output of the gas turbine 4 supplied to the HRSG 6 is provided. Are the first valve 14 and the second valve 15
Irrespective of the control of the amount of steam injection by the fuel cell, it must be released into the atmosphere.
ガスタービン発電機12が一定の速度で動作し、自家発
電設備の事業所の負担の増減のある場合、ガスタービン
４の出力制御は、回転速度を一定に制御する調速機５か
らの制御信号により、ガスタービン制御油圧制御装置９
を介して、ガス燃料８の燃料制御弁13の開度を制御し、
ガス燃料供給ラインを通って燃焼器３に供給するガス燃
料８の量を調整することによって行われる。When the gas turbine generator 12 operates at a constant speed and the burden on the business of the private power generation equipment increases or decreases, the output control of the gas turbine 4 is performed by a control signal from the governor 5 that controls the rotation speed to be constant. As a result, the gas turbine control hydraulic control device 9
Control the opening degree of the fuel control valve 13 of the gas fuel 8 through
This is performed by adjusting the amount of gas fuel 8 supplied to the combustor 3 through the gas fuel supply line.
一方、ガスタービン４において、回転速度が一定の場
合の空気圧縮機２とガスタービン４の圧力と流量の特性
は、第４図に示すグラフで表される。On the other hand, in the gas turbine 4, the characteristics of the pressure and the flow rate of the air compressor 2 and the gas turbine 4 when the rotation speed is constant are represented by a graph shown in FIG.
ガスタービン４の入口ガス温度、即ち燃焼器３の出口
温度がT1の場合、この温度T1に対するガスタービン４側
の特性曲線はY1となって、流量と圧力はほぼ比例状態と
なり、空気圧縮機２側の流量と圧力の特性曲線はY3で示
される特性曲線なって、圧力が変化しても流量がほとん
ど変化しない特性となる。このガスタービン４の入口ガ
ス温度T1に対する特性曲線Y1と空気圧縮機２側の特性曲
線Y3との交点をＡ点とすると、このＡ点に対応して流量
RA、圧力PAになる。When the inlet gas temperature of the gas turbine 4, that is, the outlet temperature of the combustor 3, is T 1 , the characteristic curve on the gas turbine 4 side with respect to this temperature T 1 is Y 1, and the flow rate and the pressure are almost in a proportional state. characteristic curve of flow rate and pressure of the compressor 2 side becomes characteristic curve represented by Y 3, a characteristic that does not substantially change even flow rate the pressure change. If the intersection of the characteristic with respect to the inlet gas temperature T 1 of the gas turbine 4 curve Y 1 and air compressor 2 side of the characteristic curve Y 3 and point A, the flow rate corresponding to the point A
R A , pressure P A.
また、ガスタービン４の入口ガス温度、即ち燃焼器３
の出口温度がT2になると、ガスタービン４側の特性曲線
はY2となり、空気圧縮機２側の特性曲線Y3との交点はＢ
点になり、圧力はPAからPBに上昇するが、流量RBは前記
Ａ点に対応する流量RAに比較してほとんど変化がない。
この圧力と流量の特性から、ガスタービン４の空気流量
は、ガスタービン４が一定回転数で運転している場合に
一定であるが、ガスタービン４の出力制御のために燃料
流量を変化させると、ガスタービン入口ガス温度は、そ
れに対応して変化することが判る。そして、ガスタービ
ン４の入口温度が変化すると、燃焼器３の壁面やタービ
ンの動翼、静翼、ロータ、ケーシング等の高温部の各部
品の温度が変化して熱応力が発生することになる。Further, the gas temperature at the inlet of the gas turbine 4, that is, the combustor 3
When the outlet temperature of is T 2, the characteristic curve of the gas turbine 4 side Y 2, and the intersection of the characteristic curve Y 3 of the air compressor 2 side B
Becomes the point, the pressure is increased from P A to P B, flow rate R B is hardly changed in comparison to the flow rate R A corresponding to the point A.
From the characteristics of the pressure and the flow rate, the air flow rate of the gas turbine 4 is constant when the gas turbine 4 is operating at a constant rotation speed, but when the fuel flow rate is changed to control the output of the gas turbine 4. It can be seen that the gas temperature at the gas turbine inlet changes accordingly. When the inlet temperature of the gas turbine 4 changes, the temperature of each part of the wall of the combustor 3 and high-temperature parts such as the rotor blades, the stationary blades, the rotor, and the casing of the turbine changes, thereby generating thermal stress. .
（発明が解決しようとする課題） このように、ガスタービン４から排出される燃焼ガス
が排気ダクト11を通ってHRSG6に供給されるが、ガスタ
ービン４の入口温度が変化すると、この温度変化により
燃焼ガス流量が変化し、HRSG6内の熱応力も大きくなっ
て、寿命が著しく短縮されるとともに、HRSG6から完全
燃焼されない高温ガスが大気中に放出されてしまうこと
がある。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, the combustion gas discharged from the gas turbine 4 is supplied to the HRSG 6 through the exhaust duct 11, and when the inlet temperature of the gas turbine 4 changes, this temperature change causes The flow rate of the combustion gas changes, the thermal stress in the HRSG 6 increases, the life is significantly shortened, and a high-temperature gas that is not completely burned from the HRSG 6 may be released into the atmosphere.
しかも、燃焼器３内の温度変化が大きいと、発生する
熱応力も大きくなり、温度変化が繰り返し続くと熱疲労
も大きくなって高温部品の寿命が著しく短縮され、急速
かつ大幅な負荷変動が頻繁に生ずるような負荷に対して
はガスタービン発電機が適用できなくなるといった問題
点があった。In addition, if the temperature change in the combustor 3 is large, the generated thermal stress is also large, and if the temperature change is repeated, the thermal fatigue is also large, and the life of the high-temperature component is remarkably shortened. However, there is a problem that the gas turbine generator cannot be applied to the load generated in the above.
本発明は上記に鑑み、急速かつ大幅な負荷変動が頻繁
に生ずるような負荷に付するガスタービン発電機を適用
可能とするとともに、急速な負荷変動或いは大幅な負荷
変動時においても、ガスタービン入口ガス温度変化速度
及び変化幅、並びにガスタービン出口ガスの変化幅を小
さくなし、HRSGからの余剰ガス出力を抑え、かつHRSGか
らの余剰ガスの再利用を図って、環境上問題のないガス
放出を行うようにしたものを提供することを目的とす
る。In view of the above, the present invention makes it possible to apply a gas turbine generator to a load in which a rapid and large load change frequently occurs, and to provide a gas turbine inlet even when a rapid load change or a large load change occurs. Reduce the gas temperature change rate and change width, and the change width of the gas at the outlet of the gas turbine, suppress the surplus gas output from the HRSG, and reuse the surplus gas from the HRSG to release gas without environmental problems. The purpose is to provide what is done.
（課題を解決するための手段） 上気目的を達成するため、本発明に係るガスタービン
装置の制御方法は、燃焼器内に導入した圧縮空気の中に
燃料ガスを噴射してガスタービンを駆動する高温ガスを
作るガスタービン系と、前記ガスタービンから排出され
た高温排気ガスを排熱回収ボイラに送って蒸気を作る排
熱回収ボイラ系と、前記排熱回収ボイラからの高温排出
ガスを補給水加熱タンクに導入し該補給水加熱タンクで
作られた補給水を排熱回収ボイラに供給して蒸気タービ
ンへの蒸気として使用する排熱回収ボイラ系と、この排
熱回収ボイラで発生した蒸気を駆動力とする蒸気タービ
ン系とを備えたガスタービン装置において、前記排熱回
収ボイラからの噴射蒸気を燃焼器の温度制御に使用し、
燃焼器に流入する燃焼ガス量、空気量、及び燃焼器の温
度制御のために流入する蒸気量とを同時に制御するとと
もに、燃焼器から排熱回収ボイラへ導入される使用後の
高温排出ガスを補給水加熱タンクの補給水の加熱用に使
用するようにしたものである。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above purpose, a control method of a gas turbine device according to the present invention drives a gas turbine by injecting a fuel gas into compressed air introduced into a combustor. A gas turbine system for producing high-temperature gas, a high-temperature exhaust gas discharged from the gas turbine, a high-temperature exhaust gas discharged from the gas turbine is sent to an exhaust heat recovery boiler to generate steam, and a high-temperature exhaust gas from the exhaust heat recovery boiler is supplied. A waste heat recovery boiler system for introducing into a water heating tank and supplying make-up water produced in the make-up water heating tank to a waste heat recovery boiler for use as steam for a steam turbine, and steam generated by the waste heat recovery boiler In a gas turbine device comprising a steam turbine system having a driving force, steam injected from the exhaust heat recovery boiler is used for temperature control of a combustor,
Simultaneously control the amount of combustion gas flowing into the combustor, the amount of air, and the amount of steam flowing in to control the temperature of the combustor, and also remove the used high-temperature exhaust gas introduced from the combustor into the exhaust heat recovery boiler. This is used for heating the makeup water in the makeup water heating tank.
また、前記制御方法を使用したガスタービン装置は、
前記と同様なガスタービン装置において、前記燃焼器と
ガスタービンとの間の高温ガス管内にガスタービン入口
温度検出器を設けるとともに、前記補給水加熱タンクに
余剰ガス大気放出弁を備えた余剰ガス放出管を接続し、
この余剰ガス放出管の出口に余剰ガス量検出器を設置
し、前記両検出器からの信号をガスタービン制御装置に
入力してガスタービンの負荷の増減に応じてガス温度の
変化幅及び変化率を許容値以内に抑えるような追従制御
を行うとともに、燃焼器から排出される高温排出ガスを
制御するようにしたものである。Further, the gas turbine device using the control method,
In the same gas turbine device as described above, a gas turbine inlet temperature detector is provided in a high-temperature gas pipe between the combustor and the gas turbine, and a surplus gas discharge valve having a surplus gas atmospheric discharge valve in the make-up water heating tank is provided. Connect the tubes,
A surplus gas amount detector is installed at the outlet of the surplus gas discharge pipe, and signals from the two detectors are input to a gas turbine control device, and a change width and a change rate of a gas temperature according to increase and decrease of the load of the gas turbine. Is controlled so as to keep the temperature within an allowable value, and the high-temperature exhaust gas discharged from the combustor is controlled.
（作 用） 上記のように構成した本発明によれば、余剰の高温排
気ガスの大気への放出を極力抑えつつ排熱回収ボイラに
補給水を供給することができ、これによって蒸気タービ
ンの蒸気量を一定に制御しつつ、ガスタービンの負荷の
増減に応じてガス温度の変化幅、温度変化率を許容値以
下に抑えるような追従制御を行うとともに、燃焼器から
排出される高温排出ガスを効率良く制御することができ
る。(Operation) According to the present invention configured as described above, it is possible to supply make-up water to the exhaust heat recovery boiler while minimizing the release of excess high-temperature exhaust gas to the atmosphere. While controlling the amount to be constant, it performs follow-up control to keep the variation range of the gas temperature and the rate of temperature change below the allowable value according to the increase and decrease of the load of the gas turbine, and to reduce the high-temperature exhaust gas discharged from the combustor. It can be controlled efficiently.
（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図を参照し
て説明する。なお、第３図に示す従来例と同一部分につ
いては、同一符号を付して説明を省略する。(Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 1 and FIG. The same parts as those in the conventional example shown in FIG.
第１図において、空気圧縮機２と燃焼器３とを結ぶ導
管20に放風ライン21が接続されており、この放風ライン
21には、放風制御装置によって制御される放風制御弁22
が設けられ、導管20へ排出される空気量の一部が放風ラ
イン21から取出され調節される。一方、燃焼器３に入力
されたガス燃料８は、燃料制御弁13の制御により制御さ
れ、燃焼器３にて、前記の空気量とガス燃料８の混合に
よる燃焼が行われガスタービン４へ供給される。In FIG. 1, an air discharge line 21 is connected to a conduit 20 connecting the air compressor 2 and the combustor 3.
21 includes a blow-off control valve 22 controlled by a blow-off control device.
Is provided, and a part of the amount of air discharged to the conduit 20 is taken out from the blow-off line 21 and adjusted. On the other hand, the gas fuel 8 input to the combustor 3 is controlled by the control of the fuel control valve 13, and the combustor 3 burns the mixture of the air amount and the gas fuel 8 to supply the gas fuel 4 to the gas turbine 4. Is done.
ガスタービン４で使用された高温燃焼ガスは、排気ダ
クト11を経由してHRSG6に送込まれ、ここで再利用され
た後、高温の排熱ガスは、補給水加熱タンク23へ供給さ
れ、ここで補給水を加熱する。この加熱された補給水
は、排熱回収ボイラ24へ加熱給水弁25の制御により給水
される。排熱回収ボイラ24では、前記加熱給水タンク23
で加熱された補給水を所定の温度と圧力になるまでこれ
を加熱し、蒸気タービン７の負荷の状態に応じて主蒸気
加減弁26を制御して、蒸気タービン７へ供給する。The high-temperature combustion gas used in the gas turbine 4 is sent to the HRSG 6 via the exhaust duct 11, where it is reused. After that, the high-temperature exhaust gas is supplied to the make-up water heating tank 23. Heat the makeup water with. The heated makeup water is supplied to the exhaust heat recovery boiler 24 by controlling the heating water supply valve 25. In the heat recovery steam generator 24, the heating water tank 23
Is heated until the temperature reaches a predetermined temperature and pressure, and the main steam control valve 26 is controlled in accordance with the load state of the steam turbine 7 to supply the steam to the steam turbine 7.
補給水加熱タンク23で使用されたHRSG6からの高温排
熱ガスは、ガスタービン４及び蒸気タービン７と、事業
所の全体の負荷の制御による余剰ガス大気放出弁27の開
閉により、余剰ガスとして大気に放出される。The high-temperature exhaust heat gas from the HRSG 6 used in the make-up water heating tank 23 is converted into excess gas as surplus gas by opening and closing the gas turbine 4 and the steam turbine 7 and the surplus gas air release valve 27 by controlling the overall load of the business site. Will be released.
このガスタービン発電機系統において、調速機５の調
速制御信号5aと、調速機５の速度設定値を増減する増減
信号Ｙと、第１のバルブ14を開閉する信号14aと、所内
製造設備18からの蒸気量を受け入れるために第２のバル
ブ15を開閉する信号15aと、ガス燃料８を開閉制御する
燃料制御弁13の燃料制御弁開閉信号9aと、補給水加熱タ
ンク23で使用したHRSG6からの高温排熱の余剰ガス大気
放出弁27の大気放出弁開閉信号27aと、排熱回収ボイラ2
4への補給水加熱タンク23から加熱水を制御する加熱給
水弁25の加熱給水弁開閉信号25aと、排熱回収ボイラ24
からの蒸気量を制御する主蒸気加減弁26の主蒸気加減弁
開度信号26aのガスタービン制御装置29で制御される。In this gas turbine generator system, a speed control signal 5a for the speed governor 5, an increase / decrease signal Y for increasing / decreasing the speed set value of the speed governor 5, a signal 14a for opening / closing the first valve 14, and in-house manufacturing A signal 15a for opening and closing the second valve 15 to receive the amount of steam from the equipment 18, a fuel control valve opening and closing signal 9a for the fuel control valve 13 for controlling the opening and closing of the gas fuel 8, and a supply water heating tank 23 Atmospheric discharge valve opening / closing signal 27a of excess gas atmospheric release valve 27 of high temperature exhaust heat from HRSG 6 and exhaust heat recovery boiler 2
4, a heating water supply valve opening / closing signal 25a of a heating water supply valve 25 for controlling heating water from a makeup water heating tank 23, and an exhaust heat recovery boiler 24.
Is controlled by the gas turbine controller 29 of the main steam control valve opening signal 26a of the main steam control valve 26 for controlling the amount of steam from the steam generator.
前記第１のバルブ14の開閉制御信号14aと、第２のバ
ルブ15を開閉する開閉制御信号15aと、放風制御弁22を
制御する放風制御弁開閉信号Ｚと、燃焼器３から高温ガ
ス管10を経て排出される高温ガスの温度を検出するガス
タービン入口温度検出器30からのガスタービン入口温度
信号30a、ガスタービン制御油圧制御装置９を制御する
燃料制御弁開閉信号9aによって、前記ガスタービン制御
装置29を介して、燃焼器３に流入する空気量と燃焼量と
が同時に制御される。An opening / closing control signal 14a for opening and closing the first valve 14, an opening / closing control signal 15a for opening / closing the second valve 15, a blowing control valve opening / closing signal Z for controlling the blowing control valve 22, A gas turbine inlet temperature signal 30a from a gas turbine inlet temperature detector 30 for detecting the temperature of the hot gas discharged through the pipe 10 and a fuel control valve opening / closing signal 9a for controlling the gas turbine control hydraulic control device 9 are used to generate the gas. The amount of air flowing into the combustor 3 and the amount of combustion are simultaneously controlled via the turbine controller 29.
即ち、ガスタービン４の負荷のガスタービン発電機12
が急速な負荷減少になると、調速機５が作動し、この調
速機５の負荷の変化量に応じた作動量に対してガスター
ビン制御油圧制御装置９を制御する燃料制御弁開閉信号
9aが急速に減少する。That is, the gas turbine generator 12 with the load of the gas turbine 4
When the load decreases rapidly, the governor 5 operates, and a fuel control valve opening / closing signal for controlling the gas turbine control hydraulic control device 9 with respect to an operation amount corresponding to the amount of change in the load of the governor 5.
9a decreases rapidly.
これにより、ガスタービン制御装置29からガス燃料制
御変化率により放風制御弁22へこれを開閉する開閉信号
Ｚが出され、放風制御弁22を開閉することにより空気圧
縮機２からの吐出空気の一部が大気中に放出されて、燃
焼器３に流入する空気量が減り、ガスタービン４の出力
が低下することになる。As a result, an open / close signal Z for opening and closing the gas discharge control valve 22 is output from the gas turbine control device 29 to the blow-off control valve 22 based on the gas fuel control change rate, and the discharge air from the air compressor 2 is opened and closed by opening and closing the blow-off control valve 22. Is released into the atmosphere, the amount of air flowing into the combustor 3 decreases, and the output of the gas turbine 4 decreases.
この場合、燃焼器３へ供給されていたガス燃料８は、
ガスタービン４を経てHRSG6に出力されることになる
が、ガスタービン４の出力低下に伴うガス燃料８と空気
量の変化とともに、ガスタービン制御装置29により調速
機５の設定値とガスタービン４のガスタービン入口温
度、更には大気放出弁開閉信号27aを制御することによ
り、大気への余剰CO2の放出を防ぐことができる。In this case, the gas fuel 8 supplied to the combustor 3 is
The gas is output to the HRSG 6 via the gas turbine 4. The gas turbine 8 controls the set value of the governor 5 and the gas turbine By controlling the gas turbine inlet temperature and the atmosphere release valve opening / closing signal 27a, it is possible to prevent the release of surplus CO 2 into the atmosphere.
従って、ガスタービン４の負荷の変動に応じて燃料供
給量の急激な減少が防止され、かつガスタービン４から
出力される高温排気ガスに含まれる余剰CO2等の出力が
防止され、ガスタービン入口温度は許容変化の偏差内に
制御され、更に排気ガスを有効に再利用して補給水加熱
タンク23を加熱することで、ガスタービン制御系が安定
した運転を行うことができる。Therefore, a rapid decrease in the fuel supply amount in accordance with the change in the load of the gas turbine 4 is prevented, and the output of the surplus CO 2 and the like contained in the high-temperature exhaust gas output from the gas turbine 4 is prevented. The temperature is controlled within the deviation of the allowable change, and the gas turbine control system can perform a stable operation by heating the make-up water heating tank 23 by effectively reusing the exhaust gas.
ここに、燃焼器３の温度制御として、蒸気タービン７
の蒸気量を第１のバルブ14又は第２のバルブ15で制御し
ているが、前記した排熱回収ボイラ24からの蒸気量を主
蒸気加減弁26で制御することで、より安定した蒸気を供
給することが可能となる。Here, as the temperature control of the combustor 3, the steam turbine 7
Is controlled by the first valve 14 or the second valve 15, but by controlling the steam amount from the exhaust heat recovery boiler 24 by the main steam control valve 26, a more stable steam can be obtained. It becomes possible to supply.
また、放風制御弁22を開状態のまま運転することは、
ガスタービン４の効率を著しく低下させることに繋がる
ので、ガスタービン入口温度検出器30のガスタービン入
口温度信号30aに応じて、放風制御装置開閉信号Ｚによ
り、放風制御弁22を徐々に閉じ放風量を減少させて全閉
するようガスタービン制御装置29から信号を発するよう
なされている。In addition, operating with the blow-off control valve 22 in the open state,
Since the efficiency of the gas turbine 4 is significantly reduced, the blow-off control valve 22 is gradually closed by the blow-off control device opening / closing signal Z in accordance with the gas turbine inlet temperature signal 30a of the gas turbine inlet temperature detector 30. A signal is issued from the gas turbine control device 29 so as to reduce the amount of blown air and completely close.
第２図は、ガスタービン制御装置29のブロック図を示
すものである。FIG. 2 is a block diagram of the gas turbine control device 29.
信号入力部29aには、調速制御信号5aが入力され、こ
の調速制御信号5aをガス燃料供給量と換算した信号Ｓが
ガス燃料供給判断部29bに入力される。このガス燃料供
給判断部29bには、大気放出余剰CO2ガス量検出信号28a
が入力され、ここでガス燃料供給量と余剰CO2ガス量と
が比較されてガス燃料供給判断が行われる。The speed control signal 5a is input to the signal input unit 29a, and a signal S obtained by converting the speed control signal 5a into a gas fuel supply amount is input to the gas fuel supply determination unit 29b. The gas fuel supply determination unit 29b includes an atmospheric emission surplus CO 2 gas amount detection signal 28a.
Is input, and the gas fuel supply amount is compared with the surplus CO 2 gas amount to determine the gas fuel supply.
ガス燃料供給判断部29bから調速制御信号5aに応じた
信号Ｑが調速機モータ動作指令検出部29cに与えられ、
この信号量に応じた調速機５の設定値を増減する信号Ｙ
を出力することにより調速機５が制御される。更に、ガ
ス燃料供給判断部29bより信号Ｐが出力され、この信号
Ｐに応じてガスタービン制御油圧指令部29dより燃料制
御弁開閉信号9aが出力され、この信号9aによってガスタ
ービン制御油圧装置９を制御し燃料制御弁13を開閉し
て、燃焼器３のガス燃料８の流量が制御される。A signal Q corresponding to the speed control signal 5a is given from the gas fuel supply determination unit 29b to the speed governor motor operation command detection unit 29c,
A signal Y for increasing or decreasing the set value of the governor 5 according to this signal amount
Is output to control the governor 5. Further, a signal P is output from the gas fuel supply determining unit 29b, and a fuel control valve opening / closing signal 9a is output from the gas turbine control oil pressure command unit 29d according to the signal P, and the gas turbine control hydraulic device 9 is output by the signal 9a. By controlling and opening and closing the fuel control valve 13, the flow rate of the gas fuel 8 in the combustor 3 is controlled.
更に、ガス燃料供給判断部29bにて判断されたガス供
給量信号Ｔが温度判断部29eに入力される。この温度判
断部29eには、ガスタービン入口温度信号30aが入力さ
れ、このガスタービン入口温度信号30aとガス供給量信
号Ｔによる燃焼器３内の温度との演算が行われる。そし
て、この比例演算に応じた各々の偏差信号U,U−１及び
Ｖが、放風制御指令部29f,排熱回収ボイラ補給水加熱給
水バルブ指令部29g及び選択制御部29hに入力される。Further, the gas supply amount signal T determined by the gas fuel supply determination unit 29b is input to the temperature determination unit 29e. The temperature judging section 29e receives the gas turbine inlet temperature signal 30a, and calculates the temperature inside the combustor 3 based on the gas turbine inlet temperature signal 30a and the gas supply amount signal T. Then, the respective deviation signals U, U-1 and V according to the proportional calculation are input to the blow-off control command unit 29f, the exhaust heat recovery boiler make-up water heating / water supply valve command unit 29g, and the selection control unit 29h.
この選択判断部29hにおいては、燃焼器３の設定温度
との比較演算が行われ、この比較演算の偏差量に応じた
第２のバルブ15の開度出力指令が第２のバルブ開度出力
部29iに与えられ、第２のバルブ15へ比較演算の偏差量
に応じた開閉信号15aが出力される。第２のバルブ15に
出力された第２のバルブ開度出力部29iからの第２のバ
ルブ開閉信号15aにより、燃焼器３の温度が規定温度以
上に高い場合に、第２のバルブ15に開閉信号15aが出力
され、蒸気噴射量による燃焼器３内の燃焼制御及び温度
制御が行われる。In the selection judging section 29h, a comparison operation with the set temperature of the combustor 3 is performed, and the opening output command of the second valve 15 according to the deviation amount of the comparison operation is sent to the second valve opening output section. The opening / closing signal 15a is output to the second valve 15 in accordance with the deviation amount of the comparison operation. When the temperature of the combustor 3 is higher than a specified temperature, the second valve 15 opens and closes according to the second valve opening and closing signal 15a from the second valve opening output unit 29i output to the second valve 15. The signal 15a is output, and the combustion control and the temperature control in the combustor 3 based on the steam injection amount are performed.
上記制御における第２のバルブ15の閉制御信号による
ガスタービン入口温度変化はガスタービン入口温度検出
器30により検出され、そのガスタービン入口温度信号30
aは、ガスタービン制御装置29に入力される。このガス
タービン入口温度信号30aは、温度判断部29eに入力さ
れ、ガス燃焼供給判断部29bで大気放出余剰CO2ガス量検
出信号28aとの演算による燃料による温度上昇の偏差量
に応じて演算した信号をレベル変換したガス供給量信号
Ｔと比較演算され、その結果を基に選択判断部29hで第
２のバルブ15の開度制御指令方向が決定される。The gas turbine inlet temperature change due to the control signal for closing the second valve 15 in the above control is detected by the gas turbine inlet temperature detector 30, and the gas turbine inlet temperature signal 30
a is input to the gas turbine control device 29. The gas turbine inlet temperature signal 30a is input to the temperature determination portion 29e, computed in accordance with the deviation amount of the temperature rise due to the fuel by the calculation of the atmosphere release excess CO 2 gas quantity detection signal 28a Gas combustion supply determining unit 29b The signal is compared with the gas supply amount signal T obtained by level conversion, and based on the result, the selection control unit 29h determines the direction of the opening control command of the second valve 15.
第２のバルブ15の開度制御指令により、大気放出余剰
CO2ガス量検出信号28aによる余剰ガスとの比較をして、
燃焼器３への所内製造設備18からの供給噴射蒸気量が決
定される。この時、HRSG6からの噴射蒸気量がHRSG6の許
容量以上になり、ガスタービン４の入口温度検出器30の
ガスタービン入口温度信号30aにより、燃焼器３内の温
度が規定温度以下に降下しないと温度判断部29eで判断
されると、選択判断部29にて、第１のバルブ14の開度制
御出力指令Ｗが第１のバルブ開度出力部29jに印加さ
れ、この第１のバルブ開度出力部29jにより、開閉信号1
4aが出力される。これにより、排熱回収ボイラ24から供
給され、主蒸気加減弁26で制御された蒸気タービン７か
らの蒸気をこの抽気ライン17から噴射蒸気として供給す
るように、第１のバルブ14に開制御指令が出され、常に
燃焼器３を規定温度に保持する制御が行われることにな
る。Excess air release by the opening control command of the second valve 15
By comparing with the surplus gas by the CO 2 gas amount detection signal 28a,
The amount of steam injected from the in-house manufacturing facility 18 to the combustor 3 is determined. At this time, if the amount of steam injected from the HRSG 6 exceeds the allowable amount of the HRSG 6, and the temperature in the combustor 3 does not drop below the specified temperature by the gas turbine inlet temperature signal 30a of the inlet temperature detector 30 of the gas turbine 4. When the temperature is judged by the temperature judging section 29e, the selection judging section 29 applies the opening control output command W of the first valve 14 to the first valve opening output section 29j. Open / close signal 1
4a is output. As a result, the first valve 14 is supplied with an open control command so that steam supplied from the exhaust heat recovery boiler 24 and controlled by the main steam control valve 26 from the steam turbine 7 is supplied from the bleed line 17 as injection steam. Is issued, and control for keeping the combustor 3 at the specified temperature is always performed.
更に、第１のバルブ14により供給される蒸気量によ
り、選択判断部29hで蒸気量が判定され、主蒸気加減弁2
6を制御する信号Ａが主蒸気加減弁開度出力部29kに出力
され、主蒸気加減弁開閉信号26aが主蒸気加減弁26に出
力されて、安定した蒸気タービン７の駆動が行われる。Further, based on the steam amount supplied by the first valve 14, the steam amount is determined by the selection determining unit 29h, and the main steam control valve 2
6 is output to the main steam control valve opening output section 29k, the main steam control valve opening / closing signal 26a is output to the main steam control valve 26, and stable driving of the steam turbine 7 is performed.
ガスタービン４の負荷が急速に変化すると、調速機５
が急速に動作応動することにより、調速制御信号5aの増
・減信号が入力され、ガス燃焼制御変化率により、放風
制御指令部29fへ変化率に応じた信号Ｕが印加され、放
風制御弁22の制御が行われる。When the load of the gas turbine 4 changes rapidly, the governor 5
Responds rapidly, the increase / decrease signal of the speed control signal 5a is input, and the gas combustion control change rate causes the signal U corresponding to the change rate to be applied to the blow-off control command section 29f, thereby causing the blow-off. Control of the control valve 22 is performed.
前記温度判断部29eで判断された温度上昇変化率に対
し、HRSG6から排出される高温排熱ガスを補給水加熱タ
ンク23で加熱給水した加熱水を一定の変化率で排熱回収
ボイラ24へ供給するための給水変化率信号Ｕ−１が排熱
回収ボイラ補給水加熱給水バルブ指令部29gに出力さ
れ、加熱給水弁25が制御される。With respect to the rate of change in temperature rise determined by the temperature determination unit 29e, the high-temperature exhaust heat gas discharged from the HRSG 6 is supplied to the exhaust heat recovery boiler 24 at a constant rate of change by supplying heating water heated and supplied in the makeup water heating tank 23. Is output to the exhaust heat recovery boiler make-up water heating water supply valve command section 29g, and the heating water supply valve 25 is controlled.
更に、調速制御信号5aの増減信号により、ガス燃料供
給判断部29bにて、供給燃料判断を行う信号Ｐがガスタ
ービン制御油圧指令部29dに印加され、ガスタービン制
御油圧制御装置９の燃料制御信号9aが出力されて、燃料
制御弁９が制御される。Further, in response to the increase / decrease signal of the speed control signal 5a, a signal P for making a fuel supply determination is applied to a gas turbine control hydraulic pressure command part 29d by a gas fuel supply determination part 29b, and the fuel control of the gas turbine control hydraulic control device 9 is performed. The signal 9a is output, and the fuel control valve 9 is controlled.
また、温度判断部29eで演算された偏差信号Ｖを介し
て、選択判断部29hから、燃焼器３及びHRSG6の燃焼判断
状況により高温排熱ガスを大気に放出するか否かを判定
する信号Ｂが大気放出弁開度出力部291に出力され、大
気放出開度信号27aが余剰ガス放出弁27に出力される。In addition, a signal B for determining whether or not to discharge the high-temperature exhaust gas to the atmosphere based on the combustion determination status of the combustor 3 and the HRSG 6 from the selection determination unit 29h via the deviation signal V calculated by the temperature determination unit 29e. Is output to the air release valve opening output section 291, and the air release opening signal 27 a is output to the surplus gas release valve 27.
以上のように、本発明によれば、燃焼器に流入する燃
料量と、蒸気量、及び空気量を同時に制御し、またHRSG
6から排出される高温排熱ガスを補給水加熱タンクで再
利用して、かつ排熱回収ボイラに供給することで安定し
た蒸気源が確保できて、ガスタービン入口ガス温度変化
幅並びに温度変化率を許容変化幅内に抑えて高温部品に
過大な熱応力を発生することを防止することができる。As described above, according to the present invention, the fuel amount, the steam amount, and the air amount flowing into the combustor are simultaneously controlled, and the HRSG
By reusing the high-temperature exhaust gas discharged from 6 in the make-up water heating tank and supplying it to the exhaust heat recovery boiler, a stable steam source can be secured, and the gas turbine inlet gas temperature change width and temperature change rate Can be suppressed within the allowable range of change, thereby preventing the occurrence of excessive thermal stress in the high-temperature component.
また、このように高温排熱ガスの再利用により、熱エ
ネルギの効率良い運用と環境悪化防止に役立つととも
に、炭鉱や製鉄所等の突変的で大きな負荷の変化に対し
安全に追従制御を行わしめることができる。In addition, by reusing high-temperature exhaust gas, efficient operation of heat energy and prevention of environmental degradation are performed, and control is performed to safely follow sudden and large load changes such as in coal mines and steelworks. Can be closed.
更に、負荷変化に対して容易に追従制御できるため、
電力会社との契約電力量の超過によるペナルティを気に
することもなく、負荷に対して大きな容量の原動機の設
備の必要性もなく、経済的な運用と効率の向上と環境悪
化防止に役立つことが可能となるといった効果がある。Furthermore, because it is possible to easily follow the change in load,
Helping to improve economic operation and efficiency and prevent environmental degradation without having to worry about penalties for exceeding the contracted amount of power with the power company and without the need for a prime mover with a large capacity for the load There is an effect that it becomes possible.
第１図は本発明に一実施例を示すガスタービン装置の系
統図、第２図は同じくブロック図、第３図は従来のガス
タービン装置の系統図、第４図は空気圧縮機とガスター
ビンとの圧力と流量の特性を示すグラフである。 ２……空気圧縮機、３……燃焼機、４……ガスタービ
ン、５……調速機、６……HRSG（排熱回収ボイラ）、７
……蒸気タービン、８……ガス燃料、10……高温ガス
管、12……ガスタービン発電機、13……燃料制御弁、14
……第１のバルブ、15……第２のバルブ、22……送風制
御弁、23……補給水加熱タンク、24……排熱回収ボイ
ラ、25……加熱給水弁、26……主蒸気加減弁、27……余
剰ガス大気放出弁、28……余剰ガス量検出部、29……ガ
スタービン制御装置、30……ガスタービン入口温度検出
器。1 is a system diagram of a gas turbine device showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram thereof, FIG. 3 is a system diagram of a conventional gas turbine device, and FIG. 4 is an air compressor and a gas turbine. 6 is a graph showing the characteristics of pressure and flow rate of the above. 2 ... Air compressor, 3 ... Combustor, 4 ... Gas turbine, 5 ... Governor, 6 ... HRSG (Exhaust heat recovery boiler), 7
... steam turbine, 8 gas fuel, 10 hot gas pipe, 12 gas turbine generator, 13 fuel control valve, 14
... 1st valve, 15 ... 2nd valve, 22 ... ventilation control valve, 23 ... makeup water heating tank, 24 ... exhaust heat recovery boiler, 25 ... heating water supply valve, 26 ... main steam Control valve, 27 ... Excess gas release valve, 28 ... Excess gas amount detector, 29 ... Gas turbine controller, 30 ... Gas turbine inlet temperature detector.
Claims (2)
スを噴射してガスタービンを駆動する高温ガスを作るガ
スタービン系と、前記ガスタービンから排出された高温
排気ガスを排熱回収ボイラに送って蒸気を作る排熱回収
ボイラ系と、前記排熱回収ボイラからの高温排出ガスを
補給水加熱タンクに導入し該補給加熱タンクで作られた
補給水を排熱回収ボイラに供給して蒸気タービンへの蒸
気として使用する排熱回収ボイラ系と、この排熱回収ボ
イラで発生した蒸気を駆動力とする蒸気タービン系とを
備えたガスタービン装置において、前記排熱回収ボイラ
からの噴射蒸気を燃焼器の温度制御に使用し、燃焼器に
流入する燃料ガス量、空気量、及び燃焼器の温度制御の
ために流入する蒸気量とを同時に制御するとともに、燃
焼器から排熱回収ボイラへ導入される使用後の高温排出
ガスを補給水加熱タンクの補給水の加熱用に使用するこ
とを特徴とするガスタービン装置の制御方法。1. A gas turbine system for injecting fuel gas into compressed air introduced into a combustor to produce a high-temperature gas for driving a gas turbine, and recovering exhaust heat from the high-temperature exhaust gas discharged from the gas turbine. An exhaust heat recovery boiler system that sends steam to a boiler to generate steam, and a high-temperature exhaust gas from the exhaust heat recovery boiler is introduced into a makeup water heating tank, and makeup water produced in the makeup heating tank is supplied to the waste heat recovery boiler. In a gas turbine device including a waste heat recovery boiler system for use as steam to a steam turbine and a steam turbine system using steam generated by the waste heat recovery boiler as a driving force, injection from the waste heat recovery boiler is performed. The steam is used to control the temperature of the combustor, and simultaneously controls the amount of fuel gas and air flowing into the combustor and the amount of steam flowing in to control the temperature of the combustor, and recovers exhaust heat from the combustor. Control method for a gas turbine apparatus characterized by the use of hot exhaust gas after use to be introduced into Iran for heating of makeup water makeup water heating tank.
スを噴射してガスタービンを駆動する高温ガスを作るガ
スタービン系と、前記ガスタービンから排出された高温
排気ガスを排熱回収ボイラに送って蒸気を作る排熱回収
ボイラ系と、前記排熱回収ボイラからの高温排出ガスを
補給水加熱タンクに導入し該補給水加熱タンクで作られ
た補給水を排熱回収ボイラに導入して蒸気タービンへの
蒸気として使用する排熱回収ボイラ系と、この排熱回収
ボイラで発生した蒸気を駆動力とする蒸気タービン系と
を備えたガスタービン装置において、前記燃焼器とガス
タービンとの間の高温ガス管内にガスタービン入口温度
検出器を設けるとともに、前記補給水加熱タンクに余剰
ガス大気放出弁を備えた余剰ガス放出管を接続し、この
余剰ガス放出管の出口に余剰ガス量検出器を設置し、前
記両検出器からの信号をガスタービン制御装置に入力し
てガスタービンの負荷の増減に応じてガス温度の変化幅
及び変化率を許容値以内に抑えるような追従制御を行う
とともに、燃焼器から排出される高温排出ガスを制御す
るようにしたことを特徴とするガスタービン装置。2. A gas turbine system for injecting a fuel gas into compressed air introduced into a combustor to produce a high-temperature gas for driving a gas turbine, and recovering exhaust heat from the high-temperature exhaust gas discharged from the gas turbine. An exhaust heat recovery boiler system for sending steam to a boiler to generate steam, and a high-temperature exhaust gas from the exhaust heat recovery boiler is introduced into a makeup water heating tank, and makeup water produced by the makeup water heating tank is introduced into the waste heat recovery boiler. A waste heat recovery boiler system for use as steam to the steam turbine, and a steam turbine system having steam generated by the waste heat recovery boiler as a driving force. A gas turbine inlet temperature detector is provided in the high-temperature gas pipe between them, and a surplus gas discharge pipe having a surplus gas atmospheric discharge valve is connected to the make-up water heating tank. A surplus gas amount detector is installed in the mouth, and the signals from the two detectors are input to the gas turbine controller to suppress the change width and the change rate of the gas temperature within an allowable value according to the increase and decrease of the load of the gas turbine. A gas turbine apparatus which performs such follow-up control and controls high-temperature exhaust gas discharged from a combustor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22583790A JP2591524B2 (en) | 1990-08-28 | 1990-08-28 | Gas turbine device control method and gas turbine device using the method |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04109003A JPH04109003A (en) | 1992-04-10 |
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