JPH0427702A - 石炭ガス化複合発電制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は石炭を利用した石炭ガス化複合発電の石炭ガス
化炉と複合発Ｓ設備との協調的な運転を行なうなめに、
負荷上昇時にガスタービン発生出力に生ずる逆応答、即
ち、瞬時的な負荷降下現象を蒸気タービン発生出力で着
圧すべく機能する石炭ガス化複合発電制御装置に関する
。

（従来の技術） 石炭ガス化複合発電システムは、石炭をガス化し、その
ガスを燃料としてガスタービンと蒸気タービンとからな
る複合発電システムを運用するものであって、エネルギ
ー有効活用、公害問題の優位性などの点で注目をあびて
いる。

第６図はこの種の発電プラントのうち、熱回収能力が極
めて高い石炭ガス化複合発電システムの概略系統図であ
る。大きな特徴は、ガスタービンの排熱をボイラに導き
、排熱による熱交換で得た蒸気と、ガス化炉の熱交換器
（冷却器）より得られた蒸気とを蒸気タービンに導き、
発電を行なっている点である。以下に該システムの説明
を行なう。

ガス化炉３は粗ガスを作り出すものであって、ここには
、酸化剤量調整装置２を経て空気等の酸化材が送られて
おり、石炭量調整装置１を経て石炭によるガスがそれぞ
れ送り込まれている。ガス化炉３で作り出された粗ガス
はガスクーラ４を経てガス精製装置５に送り込まれ、こ
こで燃料ガスが精製される。その燃料ガスは燃料圧力調
整弁６燃料流量調整弁７を経て燃焼８８に送られ、圧縮
機９により大気を昇圧した空気とにより燃焼し、この燃
焼ガスをガスタービン１０に送り込み、カスタービン１
０の駆動により、圧縮機９を駆動すると共に発電機１１
が回され、電力を作り出す。加えて圧ａｌ１９により大
気を昇圧した空気は、圧縮１１９から抽気し、更に電動
機１３駆動の昇圧圧縮機１２で昇圧の上、前記酸化射流
量調整弁２へ供給する。

一方、ガスタービン１０を駆動後、燃焼ガスはガスター
ビンの排ガスとして排熱回収ボイラ１５に送り出され、
ここで排カスの熱エネルギー回収がなされる。すなわち
、排熱回収ボイラ１５はその排カスの流れに対し上流か
ら順に、スーパーヒータ１６エバボレータ１７．エコノ
マイザ−１８を有しており、これら熱交換器によって蒸
気が発生せしめられる。

まず、エコノマイザ−１８によって加熱された給水は、
一部がガスクーラドラム１４に送られ、ガスクーラ４を
経てガスクーラドラム１４に循環し、この間、発生する
蒸気はカスクーラドラム１４からスーパーヒータ１６に
送られる。また、エコノマイザ−１８の給水の残りは、
蒸気ドラム７９に送られ、エバポレータ１７を経て再び
蒸気ドラム１９に戻され、この間発生する蒸気はスーパ
ー延−夕１６に送られる。

かくして、スーパーヒータ１６によって生成された乾き
蒸気は、蒸気加減弁２０を経て蒸気タービン２１に送ら
れ、ここて蒸気のエネルギーを動力に代えて発電機２２
を回して電力を作り出す。エネルギーを失った蒸気は蒸
気タービン２１から復水器２３に送られ、ここで冷却水
と間接熱交換がなされ、はぼ常温化される。常温化され
た復水は、給水加熱器２４．脱気器２５を経て上述エコ
ノマイザ−１８に送られ、再度蒸気化がなされている。

さて、プラント全体の運用は公知の如く、（ａ）ガス化
炉設備が負荷制御を行ない、カスタービン設備かガスタ
ービン入口ガス圧力（又はガス精製設備入口ガス圧力）
を制御するカスタービン追従モードと、（ｂ）ガスター
ビン設備が負荷制御を行ない、カス化炉設備がガスター
ビン入口ガス圧力を制御するガス化炉追従モードとがあ
り、目的に応じてこのいずれかのモードで運用を行なう
ことが可能である。一般的に、ガス化炉追従モードは、
要求発電量に対して大きな遅れが無く発電を行なえる利
点があるが、ガス化炉３から供給されるガス圧力が大き
な遅れを件なっているため、特に負荷変化時にガス圧力
か大きく変動する欠点がある。

方、カスタービン追従モードはガス化炉追従モードとは
逆に、ガス圧力を負荷変化時等においても大きな変動も
なく安定状態を保つのに対し、発電出力は発生するガス
の遅れに伴なって変化するため、負荷変化時には大きく
遅延するという特徴がある。

負荷要求の見地から・はガス化炉追従モードに利点があ
り、システムの安定運転、即ち、機器の消耗防止の見地
からはガスタービン追従モードに利点がある。石炭ガス
化発電プラントは、ガス化炉内温度が１４００〜１６０
０°Ｃという高温となるため、殻の金属材料では対応で
きず、よってガス化炉内はレンガ等を用いて対処してい
るが５炉内温度等炉内環境の急変は、レンガの消耗を加
速させる要因となる。しかるに、運用系態としては、シ
ステムのより安定な運用を望むなめ、ガスタービン追従
モードでの運用が多く用いられている。

第５図は、（ａ）ガスタービン追従モードに備えた制御
回路の一例を示すものてあり、以下説明を行なう。

図中、ガス化炉３７石炭量調整装置Ｉ、酸化剤量訳整装
置２からなるガス化炉設備と燃焼器８圧縮機９．ガスタ
ービン１０．発電機１１．燃料圧力調整弁６．燃料流量
調整弁７からなるガスタービン設備、更には、蒸気ター
ビン２１１発電機２２．　；Ｉ気流量調整弁２０からな
る蒸気タービン設備が示されている。これらのガス化炉
設備、ガスタービン設備、蒸気タービン設備には、夫々
の制御を実總するため、ガス化炉制御系２６．ガスター
ビン制御系２７．蒸気タービン制御系２８の各制御系か
ら構成されており、ガス化炉制御系２６では、ガスター
ビン設備の発電１１１１の発電機出力検出器２９からの
信号と、蒸気タービン設備の発電機２２の発電機出力検
出器３０からの信号を入力し、加算器３７で加算の後、
負荷設定器３３の信号と共に減算器３４へ入力し、減算
処理の後、比例積分要素３５に導き、比例積分演算がな
される。比例積分処Ｂｌ！後の値はガス化炉制御信号と
して石炭・酸化剤制御系３６へ入力され、石炭酸化剤夫
々の投入量をガス化炉制御信号に基づいて制御演算の後
、石炭量調整装置１．酸化剤量調整装置２夫々の制御指
令が出力される。

ガスタービン制御系２７ではガスタービン設備入日精製
ガス圧力検出器３１の信号を入力し、圧力設定器３８か
らの信号と共に減算器３９で減算処理の後比例積分要素
４０に導き、比ｐＡ積分演算がなされる。

比例積分演算処理後の値は、ガスタービン制御指令信号
としてガスタービン制御部４１に入力され、ガスタービ
ン制御指令信号に基づいて燃料流量制御弁開度を演算し
、図示しない制限制御指令信号と比較処理の後、燃料流
量調整弁７に制御弁開度指令信号として出力される。更
に、蒸気タービン制御系２８では蒸気量設定器４２より
蒸気タービン蒸気流量信号として蒸気タービン制御部４
５に入力され、蒸気タービン制御指令信号に基づいて蒸
気流量制御弁開度を演算し、蒸気流量調整弁２０に制御
弁開度指令信号として出力される。

以上の制御系の構成により、要求負荷を得ると共に、ガ
ス系内圧力を所望の値とすることが可能となる。

（発明が解決しようとする課題） ガスタービン追従モードにおいて負荷上昇を行なう場合
、負荷制御系はガス化炉制御系２６で備えているため、
負荷上昇信号に基づき、まずガス化炉３への石炭量調整
装置１での石炭量と酸化剤量調整装置２での空気量が増
加され、生成されたカス量の増加に伴なうガスタービン
設備入口精製ガス圧力検出器３１での圧力増加分を補正
すべく、ガスタービンへの供給精製ガス量が増加され、
その結果ガスタービン負荷が増加し、加えて、ガスター
ビン１０からの排出ガス熱量の増加と、ガスクーラ４で
の発生熱量の増加に伴なう蒸発量の増加により、蒸気タ
ービン２１への供給蒸気量が増加され、その結果蒸気タ
ービン出力が増加することにより、ガス化炉制御系２６
での負荷設定器３３からの要求負荷を得ることとなる。

ところが、負荷要求が増加した直後は、ガス化炉３．ガ
スクーラ４及びガス精製装置５の大きな容積のため、ガ
ス圧力が増加せずガスタービン出力が増加しないばかり
か、酸化剤量調整装置２が流量増方向に動作するなめ、
ガスタービン設備の圧縮１１９吐出からの抽気流量増に
より、燃焼器８に流入する空気量が減方向に動作するた
めガスタービン１０へ流入する燃焼ガスエネルギーが低
下し、その結果ガスタービン発電機出力が降下する、い
わゆる逆応答が生じてしまう。

なお、蒸気タービンは、排熱回収ボイラー１５又はガス
クーラ４での発生熱量の増加に遅れが生ずるため、蒸気
タービン発電＠２２での発生出力の増加も、遅れること
となる。

その結果、ガス化炉制御系２６へ入力される複合発電設
備からの発生電力量は、負荷上昇時に逆動作を示すこと
となり、そのため、負荷上昇を開始すると、逆動作現象
からガス化炉制御系２６内の減算器３４出力、即ち負荷
偏差が増大し、よってガス化炉への石炭量及び酸化剤量
の投入が更に増大してしまい、本運転モードの目的であ
るガス化炉の安定運転が達成されなくなってしまう。以
上、負荷上昇について説明したが、負荷降下時にも同様
の問題が生じる。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
り、負荷変化時に発生出力の逆動作が生ぜず、ガス化炉
の安定な運用が行なえる石炭ガス化複合発電制御装置を
提供することを目的としている。

［発明の構ｖ１．］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明はガス化炉制御系での
負荷設定器の出力信号、即ち負荷設定信号を蒸気タービ
ン制御系に入力し、負荷設定信号を不完全微分する回路
を設け、演算後の値を蒸気タービン制御系に加算し、負
荷設定・上昇又は降下速度に応じた蒸気タービン供給蒸
気量を与える回路を備える構成とした。

（作　用） 石炭ガス化複合発電設備が、ガスタービン追従モードで
運用されている場合において負荷上昇を行なった場合、
負荷指令信号の増加の速さに応じた不完全微分要素での
演算値に基づいて蒸気タービンの制御系に加算すること
により、蒸気タービンの発電機出力が一時的に増加し、
ガスタービンの発電機出力の一時的な減少を補正し、プ
ラント全体として逆応答を生じないように作用する。こ
の時、蒸気タービン出力の一時的な増加は、蒸気系の保
有蒸気量が十分に大きいため問題は生じない。

（実施例） 以下図面を参照して実施例を説明する。

第１図は石炭ガス化複合発電プラントがガスタービン追
従モードで運用される場合の各設備制御系の概略ブロッ
ク図である。なお、第５図と同−構成部分については同
一符号を付し、その重複説明は省略する。

蒸気タービン制御系２８に新たに不完全微分要素４６と
加算器４７を備えて構成される。不完全微分要素４６に
はガス化炉制御系２６の減算器３４の出力信号、即ち、
負荷偏差信号を入力し、偏差量を不完全微分の後、蒸気
量設定器４２の出力信号と共に、不完全微分要素４６の
出力信号を新たに備えた加算器４７に入力する。その結
果、負荷上昇時において発生する負荷偏差の生ずる速さ
分を蒸気タービン側で負荷増操作させることとなる。

上記構成によれば、ガスタービン追従モードにおいてガ
ス化炉制御系２６での負荷上昇指令時において、ガスタ
ービンは逆動作により発電機出力が瞬時降下するものの
、蒸気タービンにおいて発電機出力設定に対する実出力
の偏差の速度分だけ発電機出力が増加するため、ガス化
炉制御系２６での加算器３７出力信号、即ち、複合発電
系発電機出力信号は見掛は上、逆動作が生じなくなる。

なお、本回路は負荷上昇時のみならず、負荷降下時にお
いても同様に有効に動作する。

第２図は本発明によるプラントの応答（ａ）、従来のプ
ラントの応答（ｂ）を示したもので、負荷上昇時にガス
タービン発電機出力は一時的に降下するため、従来はプ
ラント総出力も一時的に逆応答が生じるのに対し、本発
明によれば、蒸気タービン発電機出力がこれを補正する
ように動作するため、第２図（ａ、）に示すように、プ
ラント総出力に逆応答を生じさせず、良好に負荷上昇さ
せることができる。また、負荷降下時も同様である。

第３図及び第４図は本発明の他の実鳩例を示すブロック
図である。

第３図は第１図における不完全微分要素４Ｇの入力信号
として、減算器３４の出力の代りに、負荷設定器３３の
出力を使用することを除いて、第１図と同じ構成である
。

例えば負荷上昇時、負荷設定器３３の出力は上昇し、不
完全微分要ｌＡ４６の出力も増加するために、前述の実
施例で説明したのと同様の効果が得られる。

第４図は第５図における蒸気タービン制御系２８が、圧
力設定器４８と圧力検出器４９及び減算器５０と比例積
分要素５１とから構成される場合に、負荷設定器３３の
出力を比例要素５２を介して、比例積分要素５１の出力
信号に加える構成である。

そして、負荷上昇時に負荷設定器３３の出力が上昇すれ
ば、それに合せて比例要素５２の出力も増加するために
結果的に蒸気加減弁２０の開度が大きくなり、蒸気流量
が増加することで、蒸気タービン発電機出力が増加する
。この時、蒸気圧力は降下するために、蒸気タービン制
御系２８は減方向に動作するが、保有蒸気量が十分に多
いためにゆっくりと動作する。従って、負荷変化の初め
の所では、−時的に蒸気タービン発電機出力が増加する
こととなり、前述した実施例と同様の効果が得られる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によればガス化炉リードモ
ードにて負荷を変化させるとき蒸気タービンへの蒸気流
量を操作する構成としたので、プラントの内部状態を良
好に保ったまま（状態を大きくすることなく）負荷追従
性のよい石炭ガス化複合発電制御装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る石炭ガス化複合発電制御装置の一
実雑例の要部制御ブロック図、第２図は本発明と従来制
御の応答図、第３図、第４図は本発明の他の実施例を示
すブロック図、第５図は従来の石炭ガス化複合発電制御
装置ブロック図、第６図は複合発電プラントの概略全体
系統図である。 １・・・石炭量詞整装置　　２・・・酸化剤量調整装置
３・・・ガス化炉　　　　　７・・・燃料流量側整弁８
・・・燃焼器　　　　　　９・・・圧縮機１０・・・ガ
スタービン　　　２０・・・蒸気流量調整弁２１・・・
蒸気タービン　　　２６・・・ガス化炉制御系２７・・
・カスタービン制御系 ２８・・・蒸気タービン制御系 ４６・・・不完全微分要素

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 石炭ガス化炉から供給される精製ガス圧力を検出して該
   圧力を要求される設定圧力とするため圧力制御系にて制
   御するガスタービン設備と、複合発電系発電機出力を検
   出して該出力を要求出力とするため負荷制御系にて制御
   するガス化炉設備と、ガスタービンの排出ガスによる熱
   交換及び石炭ガス化炉ガスクーラによる熱交換により発
   生した蒸気を蒸気流量制御弁を通して蒸気タービンに供
   給する蒸気タービン設備とを有する石炭ガス化複合発電
   プラントにおいて、負荷増・減時に際して蒸気タービン
   へ供給する蒸気量を一時的に増・減し、蒸気タービン発
   電量を先行的に補正する手段を備えたことを特徴とする
   石炭ガス化複合発電制御装置。