JP5804888B2 - ガスタービン発電プラントの制御方法、ガスタービン発電プラント、炭素含有燃料ガス化炉の制御方法及び炭素含有燃料ガス化炉 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明に係るガスタービン発電プラントの制御方法は、炭素を含有する燃料をガス化して生成ガスとするガス化炉本体と該ガス化炉本体に設けられて冷却媒体が導かれる冷却媒体壁とを有する炭素含有燃料ガス化炉と、前記生成ガスを燃焼して燃焼ガスとする燃焼器と、該燃焼器にて生成された前記燃焼ガスによって回転駆動されるガスタービンと、該ガスタービンが回転駆動することによって発電する発電手段とを備え、前記炭素含有燃料ガス化炉は、前記冷却媒体壁に導かれた前記冷却媒体の吸熱量に応じて、前記燃料の供給量が制御されることを特徴とする。
図1は、本実施形態に係る石炭ガス化炉本体を備えている石炭ガス化複合発電プラントの概略構成図である。
図1に示されているように、石炭ガス化複合発電プラント(IGCC;Integrated Coal Gasification Combined Cycle)1は、主として、石炭(炭素を含有する燃料)をガス化する石炭ガス化炉(炭素含有燃料ガス化炉)3と、石炭ガス化炉3から導出された生成ガスが導かれえるガスタービン設備5と、ガスタービン設備5のガスタービン5bと同一の回転軸5d上に接続される蒸気タービン(図示せず。)及びガスタービン5bが回転駆動することにより発電する発電機Gと、ガスタービン設備5を通過した燃焼ガスが導かれる排熱回収ボイラ(HRSG)11とを主に備えている。
各ホッパに貯留された微粉炭は、一定量ずつ空気分離装置(図示せず。)から供給される窒素とともに石炭ガス化炉3へと搬送される。
コンバスタバーナーには、図示しない空気昇圧機からの空気が、空気分離装置において分離された酸素とともにガス化剤(酸化剤)として供給されるようになっている。このようにコンバスタバーナーには酸素濃度が調整された空気が供給されるようになっている。
原料炭は、粉砕機で粉砕された後、ホッパへと導かれて貯留される。ホッパに貯留された微粉炭は、空気分離装置において分離された窒素とともに、石炭ガス化炉3のリダクタバーナー及びコンバスタバーナーへと供給される。さらに、コンバスタバーナーには、微粉炭だけではなく、チャー回収装置9において回収されたチャーが供給される。
図4は、石炭ガス化炉3の構成を示している。この第二の実施形態は、図1に示した第一の実施形態のうち石炭ガス化炉3に蒸気ドラム3dを有する構成としたものである。その他の構成は、図1に示した第一の実施形態と同一であるので、同一構成要素には同一符号を付しその説明は省略する。
図5は石炭ガス化炉3の構成を示している。この第三の実施形態は、図1に示した第一の実施形態のうち石炭ガス化炉本体3aのガスの流路に冷却媒体である水が流れるガス化炉熱交換部3eを有する構成としたものである。なお、ガス化炉熱交換部3eには複数の熱交換器(図示せず。)が設置されている。また、石炭ガス化炉3は水冷壁ダクト3bを有していても構わない。その他の構成は、図1に示した第一の実施形態と同一であるので、同一構成要素には同一符号を付しその説明は省略する。
図2は、図1、図4及び図5に示す石炭ガス化炉3にて生成される生成ガスの発熱量補正方法を示したブロック図である。図3は、縦軸に石炭ガス化炉3の水冷壁ダクト3bを通過する水の吸熱量を示し、横軸に石炭ガス化炉3の運転負荷指令を示すグラフである。ここで、図3の吸熱量設定値は、石炭ガス化炉3において生成される生成ガスの発熱量が安定した際の吸熱量と運転負荷との関係を示している。
石炭ガス化炉(炭素含有燃料ガス化炉)3の運転負荷指令に対する石炭ガス化炉3の水冷壁ダクト(冷却媒体壁)3bに導かれた水(冷却媒体)の吸熱量に基づいて水冷壁ダクト3bに供給された水の吸熱量の変化から生成ガスの発熱量の変化を求めて、石炭ガス化炉3に供給する微粉炭の投入量を制御することとした。これにより、石炭ガス化炉3から導出される生成ガスの組成や発電機(発電手段)Gの出力により石炭ガス化炉3に供給される微粉炭の投入量を制御する従来の場合よりも、早い段階で石炭ガス化炉3から導出される生成ガスの発熱量の変化を捉えることができる。そのため、石炭ガス化炉3に投入する微粉炭の投入制御の時間遅れを低減して、石炭ガス化炉3から導出される生成ガスの組成やガスタービン設備5のガスタービン燃焼器5aに導かれる生成ガスの発熱量を略一定にすることができる。したがって、ガスタービン5bの失火を防止して安定した運転を行い、石炭ガス化複合発電プラント(ガスタービン発電プラント)1の運転の安定性を図ることができる。
また、石炭ガス化炉3の運転負荷の代わりにガスタービン5bの出力や石炭ガス化複合発電プラント1全体の運転負荷としてもよい。
さらに、本実施形態では、燃料として石炭(微粉炭)を用いて説明したが、炭素を含有するごみや廃タイヤであってもよい。
3 石炭ガス化炉(炭素含有燃料ガス化炉)
3a 石炭ガス化炉本体(ガス化炉本体)
3b 水冷壁ダクト(冷却媒体壁)
3c 熱交換部
3d 蒸気ドラム
3e ガス化炉熱交換部
5 ガスタービン設備
5a ガスタービン燃焼器(燃焼器)
5b ガスタービン
5c 空気圧縮機
5d 回転軸
9 チャー回収装置
10 ガス精製装置
11 排熱回収ボイラ
12 煙突
13 コンバスタ
14 リダクタ
G 発電機(発電手段)
Claims (20)
- 炭素を含有する燃料をガス化して生成ガスとするガス化炉本体と該ガス化炉本体に設けられて冷却媒体が導かれる冷却媒体壁とを有する炭素含有燃料ガス化炉と、
前記生成ガスを燃焼して燃焼ガスとする燃焼器と、
該燃焼器にて生成された前記燃焼ガスによって回転駆動されるガスタービンと、
該ガスタービンが回転駆動することによって発電する発電手段と、
を備え、
前記炭素含有燃料ガス化炉は、前記冷却媒体壁に導かれた前記冷却媒体の吸熱量に応じて、前記燃料の供給量が制御されることを特徴とするガスタービン発電プラントの制御方法。 - 前記吸熱量の変化は、吸熱量と相関関係にある因子から求められることを特徴とする請求項1に記載のガスタービン発電プラントの制御方法。
- 前記吸熱量と相関関係にある因子は、前記冷却媒体が導かれる前記冷却媒体壁の入口又は出口の前記冷却媒体流量、前記冷却媒体壁の入口及び出口の前記冷却媒体温度、並びに前記冷却媒体壁の入口及び出口の前記冷却媒体圧力であることを特徴とする請求項2に記載のガスタービン発電プラントの制御方法。
- 前記ガス化炉本体と接続される蒸気ドラムを有し、
前記吸熱量と相関関係にある因子は、前記蒸気ドラムの入口給水流量又は出口蒸気流量、前記蒸気ドラムの入口給水温度及び出口蒸気温度、並びに前記蒸気ドラムの入口給水圧力及び出口蒸気圧力であることを特徴とする請求項2に記載のガスタービン発電プラントの制御方法。 - 前記蒸気ドラムの水位レベル及び圧力が制御され、
前記蒸気ドラムの入口給水流量又は前記蒸気ドラムの出口蒸気流量を吸熱量として扱うことができることを特徴とする請求項4に記載のガスタービン発電プラントの制御方法。 - 前記ガス化炉本体のガスの流路に冷却媒体が流れるガス化炉熱交換部を有し、
前記吸熱量と相関関係にある因子は、前記ガス化炉熱交換部の入口の給水流量又は出口の蒸気流量、前記ガス化炉熱交換部の入口及び出口の温度、並びに前記ガス化炉熱交換部の入口及び出口の圧力であることを特徴とする請求項2に記載のガスタービン発電プラントの制御方法。 - 前記吸熱量の変化を該吸熱量の実測値と該吸熱量の設定値を比較及び演算によって検知し、発熱量補正係数を算出し、算出された前記発熱量補正係数に基づいて、前記燃料の供給量が制御されることを特徴とする請求項1に記載のガスタービン発電プラントの制御方法。
- 前記吸熱量の設定値は、運転負荷に対する関数であることを特徴とする請求項7に記載のガスタービン発電プラントの制御方法。
- 前記運転負荷は、プラント負荷指令、発電機出力指令又はガス化炉負荷指令であることを特徴とする請求項8に記載のガスタービン発電プラントの制御方法。
- 炭素を含有する燃料をガス化して生成ガスとするガス化炉本体と該ガス化炉本体に設けられて冷却媒体が導かれる冷却媒体壁とを有する炭素含有燃料ガス化炉と、
前記生成ガスを燃焼して燃焼ガスとする燃焼器と、
該燃焼器にて生成された前記燃焼ガスによって回転駆動されるガスタービンと、
該ガスタービンが回転駆動することによって発電する発電手段と、
前記炭素含有燃料ガス化炉に供給される前記燃料の供給量を、前記冷却媒体壁に導かれた前記冷却媒体の吸熱量に応じて制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするガスタービン発電プラント。 - 炭素を含有する燃料をガス化して生成ガスとするガス化炉本体と該ガス化炉本体に設けられて冷却媒体が導かれる冷却媒体壁とを有する炭素含有燃料ガス化炉を備え、
前記炭素含有燃料ガス化炉は、前記冷却媒体壁に導かれた前記冷却媒体の吸熱量に応じて、前記燃料の供給量が制御されることを特徴とする炭素含有燃料ガス化炉の制御方法。 - 前記吸熱量の変化は、吸熱量と相関関係にある因子から求められることを特徴とする請求項11に記載の炭素含有燃料ガス化炉の制御方法。
- 前記吸熱量と相関関係にある因子は、前記冷却媒体が導かれる前記冷却媒体壁の入口又は出口の前記冷却媒体流量、前記冷却媒体壁の入口及び出口の前記冷却媒体温度、並びに前記冷却媒体壁の入口及び出口の前記冷却媒体圧力であることを特徴とする請求項12に記載の炭素含有燃料ガス化炉の制御方法。
- 前記ガス化炉本体と接続される蒸気ドラムを有し、
前記吸熱量と相関関係にある因子は、前記蒸気ドラムの入口給水流量又は出口蒸気流量、前記蒸気ドラムの入口給水温度及び出口蒸気温度、並びに前記蒸気ドラムの入口給水圧力及び出口蒸気圧力であることを特徴とする請求項12に記載の炭素含有燃料ガス化炉の制御方法。 - 前記蒸気ドラムの水位レベル及び圧力が制御され、
前記蒸気ドラムの入口給水流量又は前記蒸気ドラムの出口蒸気流量を吸熱量として扱うことができることを特徴とする請求項14に記載の炭素含有燃料ガス化炉の制御方法。 - 前記ガス化炉本体のガスの流路に冷却媒体が流れるガス化炉熱交換部を有し、
前記吸熱量と相関関係にある因子は、前記ガス化炉熱交換部の入口の給水流量又は出口の蒸気流量、前記ガス化炉熱交換部の入口及び出口の温度、並びに前記ガス化炉熱交換部の入口及び出口の圧力であることを特徴とする請求項12に記載の炭素含有燃料ガス化炉の制御方法。 - 前記吸熱量の変化を該吸熱量の実測値と該吸熱量の設定値を比較及び演算によって検知し、発熱量補正係数を算出し、算出された前記発熱量補正係数に基づいて、前記燃料の供給量が制御されることを特徴とする請求項11に記載の炭素含有燃料ガス化炉の制御方法。
- 前記吸熱量の設定値は、運転負荷に対する関数であることを特徴とする請求項17に記載の炭素含有燃料ガス化炉の制御方法。
- 前記運転負荷は、プラント負荷指令、発電機出力指令又はガス化炉負荷指令であることを特徴とする請求項18に記載の炭素含有燃料ガス化炉の制御方法。
- 炭素を含有する燃料をガス化して生成ガスとするガス化炉本体と該ガス化炉本体に設けられて冷却媒体が導かれる冷却媒体壁と、
供給される前記燃料の供給量を、前記冷却媒体壁に導かれた前記冷却媒体の吸熱量に応じて制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする炭素含有燃料ガス化炉。
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