JPS63295822A - 石炭ガス化コンバインドサイクルの制御装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、負荷指令値と実負荷との偏差をなくすような
制御信号を発生する負荷制御器と、この負荷制御器の出
力に基づいてガス化炉内に供給する石炭流量、空気流量
および蒸気流量を調整するガス化炉制御器を備え、ガス
化炉の出力を制御する石炭ガス化コンバインドサイクル
の制御装置に関する。

（従来の技術） 近年１石炭の有効利用、脱硫の簡易性および環境対策の
優位性などの点から、石炭をガス化しこのガスを燃料ガ
スとしてガスタービンを駆動して発電機を運転するとと
もに、ガスタービンの排ガスを熱回収し、この熱によっ
て発生した蒸気で蒸気タービンを駆動して発電機を運転
する石炭ガス化コンバインドサイクルプラントが発電プ
ラントとして注目されている。

第３図は、石炭コンパ°インドサイクルプラントの概略
を示す。

同図において、燃料の石炭流は石炭流量調整弁１を介し
てガス化炉２に流入し、流量調整弁３を介してガス化炉
２に流入する空気と蒸気流量調整弁４を介してガス化炉
２に流入する蒸気により炉内でガス化反応を起こして粗
ガスを発生する。

ガス化炉２より発生した粗ガスは、ガスクーラ５で脱硫
可能な温度にまで冷却された後、脱硫装置６に流入して
精製される。

この精製されたガスは、ガスヒータ７で加熱されてから
燃料流量調整弁８を介して燃焼器９の内部に噴射され、
ガスタービン圧縮機１０より送給される圧縮空気と混合
して燃焼する。

それによって得られた燃焼ガスは、ガスタービン１１を
駆動し、これによって、発電機１２が運転される。

ガスクーラ５には、ガスクーラドラム１３が設けられて
おり、このガスクーラドラム１３より流入する冷却水は
、ガスクーラ５の内部で高温の粗ガスと熱交換して蒸気
となる。この蒸気はガスヒータ５を通ってガスクーラド
ラム１３に蓄積される。

また、ガスタービン圧縮機１０から抽出された空気は、
モータで駆動される昇圧空気圧縮機１４でさらに圧縮さ
れ、空気流量調整弁３を介してガス化炉２に流入する。

一方、ガスタービン１１がら排出される排ガスは排熱回
収ボイラ１５へ導かれ、排熱回収ボイラ１５のスーパヒ
ータ１６．エバポレータ１７およびエコノマイザ１８と
順次熱交換して待機中に放出される。

排熱回収ボイラ１５には、エバポレータ１７と接続する
蒸気ドラム１９が設けられ、エバポレータ１７で発生し
た蒸気はこの蒸気ドラム１９に蓄積される。

また、蒸気ドラム１９は、ガスクーラドラム１３と接続
しており、ガスクーラドラム１３および蒸気ドラム１９
に蓄積された蒸気は、スーパヒータ１６で過熱された後
、蒸気加減弁２ｏを介して蒸気タービン２１に流入し、
蒸気タービン２１を駆動して発電機２２を運転する。

そして、蒸気タービン２１で仕事をした蒸気は、復水器
２３で復水され、給水加熱器２４．脱気器２５を通って
エコノマイザ１８で過熱された後、ガスクーラドラム１
３および蒸気ドラム１９に還流する。

以上のような構成の石炭ガス化コンバインドサイクルの
制御装置としては、負荷偏差指令をガス化炉入力に与え
、石炭ガス圧力を一定とするようにガスタービン１０の
燃料流量調整弁８を制御するものが知られている。

この制御装置は、火力発電プラントにおけるタービン追
従型制御装置のように、非常に安定してプラントを運転
できるという特徴を備えている。

第４図は、かかる制御装置の従来例を示す。

同図において、負荷指令値と、実負荷（ガスタービン出
力と蒸気タービン出力）の総和との偏差が加算器３０で
算出され、その出力は負荷偏差信号として負荷制御器３
１に加えられる。

負荷制御器３１は、その入力した偏差を０にするように
、所定の制御信号を形成してそれをガス化炉制御器３２
に出力する。これにより、ガス化炉制御器３２は、その
制御信号に基づいて石炭流量調整弁１、空気流量調整弁
３および蒸気流量調整弁４を適宜に操作する。

一方、ガス化炉２より発生されたガスの圧力は、脱硫装
置６と燃料流量調整弁８の間に配設されている圧力計３
３により検出され、その検出信号は加算器３４に加えら
れる。

加算器３４は、圧力設定値と圧力計３３の検出値との偏
差を演算し、その圧力偏差信号を圧力制御器３５および
逃し弁制御器３６に加えられる。

圧力制御器３５は、圧力偏差信号を０にする方向に燃料
流量調整弁８を操作するための制御信号を形成し、それ
を低値優先器３８の一人カ端に加える。

この低値優先器３８の他入方端には、ガスタービン１０
を制御するための速度負荷制御器３９および温度制御器
４０のそれぞれがら出力される制御信号のうちの低値を
選択する低値優先器４１の出方が加えられている。

低値優先器３８は、圧力制御器３５の出力と低値優先器
４１の出力のうちの低値を選択し、それを燃料流量調整
弁８に操作信号として出方する。

これにより、圧力制御器３５．速度負荷制御器３９およ
び温度制御器４ｏの出方のうち、最も低値な制御信号に
よって燃料流量調整弁８が操作される。

また、ガス圧力の過大な上昇を防止するために、フレア
スタック４２に余剰なガスを放出するガス逃し弁４３が
設けられており、このガス逃し弁４３は。

逃し弁制御器３６の出力信号により適宜に操作される。

これにより、ガス圧力が所定値よりも大きくなったとき
には、ガス逃し弁４３が開放され、それによって、ガス
圧力が所定値になるように制御される。

通常は、圧力制御器３５の出力が優先され、その出力信
号により燃料流量調整弁８が操作されている。

ところが、ガスタービン１０の特有の原因により、速度
負荷制御器３９または温度制御器４０のいずれかの出力
信号が圧力制御器３５の出力信号よりも小さくなり、燃
料流量調整弁８に加えられる場合がある。

このような場合、ガス化炉２からの発生ガスの圧力とは
無関係に燃料流量調整弁８が制御されるので、ガスター
ビン１０に流入する燃料ガスの圧力が上昇する。

以下、かかる場合について、具体的に説明する。

■　大気温度が上昇すると、ガスタービンの空気流量を
制御するＩＧＶ　（インレットガイドベーン）を前回に
しても、タービン入口温度を所定温度に維持できなくな
り、温度制御器４０の作用によりガスタービンの燃料流
量が制限される場合がある。

このときには、燃料流量調整弁８はその開度に保持され
るか、あるいは、大気温度の上昇によりガスタービン入
口温度を所定の温度に制御するよう閉方向に操作される
。その結果、ガス圧力が上昇する。

■　ガスタービン出力と蒸気タービン出力の総和を実負
荷としてフィードバック制御されているが、第５図に示
すように、排熱回収ボイラ１５の遅れのため、当初はガ
スタービン出力がオーバシュートして蒸気タービン出力
の遅れ分を補っている。したがって、ガス化炉入力は、
当初、過剰に与えられ、それに伴い、ガス圧力も上昇し
やすくなり、燃料流量調整弁８には、過剰な開指令が与
えられる。これによって、燃料流量が増大し、温度制御
器４０の作用によってガスタービン１０の燃料流量が制
限され、上述した■の場合と同様にガス圧力が上昇する
。

■　系統の発電機の周波数の上昇時、速度負荷制御器３
９のガバナ機能により燃料流量調整弁８を閉じる方向の
制御信号が速度負荷制御器３９より出力され、これが圧
力制御器３５の出力に優先されると上述した■の場合と
同様にガス圧力が上昇する。

このようにして、ガス圧力が上昇すると、逃し弁制御器
３６により逃し弁４３が開放されて、余剰ガスがフレア
スタック４２より大気中に放出される。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、フレアスタック４２から余剰ガスを大気
中に放出することは環境上問題があり、また、エネルギ
ーの損失を招くことから、この放出ガスを最小限に抑え
る必要がある。

本発明は、かかる従来技術の不都合を解消するためのも
のであり、大気中に放出するガス量を抑制することので
きる石炭ガス化コンバインドサイクルの制御装置を提供
することを目的とする。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 本発明は、ガス圧力の所定値からの偏差信号を負荷制御
系にフィードバックするようにしたものである。

（作用） これにより、ガスタービン側の原因によりガス圧力が上
昇するような場合、その圧力を減少するように負荷制御
系が作用するので、ガス圧力を所定値に制限することが
でき、それによって、大気中に放出するガス量を抑制す
ることができる。

（実施例） 以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施例を詳細
に説明する。

第１図は、本発明の一実施例にかかる石炭ガス化コンバ
インドサイクルの制御装置を示している。

なお、同図において第４図と同一部分および相当する部
分には同一符号を付している。

本実施例は、前述した従来の制御装置に、以下に説明す
る装置を追加したものである。

すなわち、加算器３４より出力される圧力偏差信号は関
数発生器５０に加えられ、この関数発生器５０の出力信
号を、負荷偏差信号を演算する加算器３０に入力させて
いる。

この関数発生器５０は、入力信号に対し、第２図に示し
たような関数で出力信号を発生する。すなわち、入力に
対して不感帯りをもち、その後は、ゲインがＫｌ、に２
．に３のように変化する。

以上の構成で、通常運転時には、圧力制御器３５の出力
が低値優先器３８で優先されるので、ガスタービン１０
に供給されるガスの圧力が所定値（すなわち圧力設定値
）に制御される。

さて、前述したようなガスタービン１０の原因により、
ガスタービン１０の速度負荷制御器３９または温度制御
器４０の出力が、圧力制御器３５の出力よりも優先され
た場合、ガス圧力が徐々に増大する。

このとき、圧力偏差信号が関数発生器５０の不感帯りよ
りも大きくなると、上述した関数に従って、圧力偏差信
号に対応した信号が関数発生器５０から加算器３０に加
えられる。

それにより、加算器３０より出力される負荷偏差信号が
、関数発生器５０の出力信号の分増加するので、負荷制
御器３１は、それを小さくするような方向に制御信号を
操作してガス化炉制御器３２に出力する。

したがって、ガス化炉制御器３２により、ガス化炉２に
供給される石炭流量、空気流量および蒸気流量が操作さ
れて、ガス化炉２のガス発生量が抑制され、ガス圧力の
上昇が回避され、ガス圧力が圧力設定値に制御される。

このようにして、ガスタービン１０の原因によりガス圧
力が上昇するような事態が発生した場合でも、ガス逃し
弁４３を開くことなくガス圧力を圧力設定値に制御する
ことができる。

その後、ガスタービン１０の原因が解除されると、通常
運転時と同様に、圧力制御器３５の出力が低値優先器３
８で優先されるので、ガスタービン１０に供給されるガ
スの圧力が圧力設定値に制御される。

なお、上述した実施例では、不感帯をもつ関数発生器に
よって圧力偏差信号に対応した制御信号を発生する制御
手段を構成したが、この関数発生器として、直線特性の
ものを用いることができる。

また、その制御手段として、比例・積分・微分・制御器
を用いることもできる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、ガス圧力の所定
値からの偏差信号を負荷制御系にフィードバックするよ
うにしたので、ガスタービン側の原因によりガス圧力が
上昇するような場合、その圧力を減少するように負荷制
御系が作用するので、ガス圧力を所定値に制限すること
ができ、それによって、大気中に放出するガス量を抑制
することができるという効果を得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる制御装置を示すブロ
ック図、第２図は関数発生器の特性を示すグラフ図、第
３図は石炭コンバインドサイクルプラントの概略図、第
４図は制御装置の従来例を示すブロック図、第５図はガ
スタービン出力を示すグラフ図である。 ３０・・・加算器、５０・・・関数発生器。 （７３１７）　　代理人　弁理士　側近　憲佑（８８６
９）　　　同　　　第子丸　健エ乃 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 負荷指令値と実負荷との偏差をなくすような制御信号を
   発生する負荷制御器と、この負荷制御器の出力に基づい
   てガス化炉内に供給する石炭流量、空気流量および蒸気
   流量を調整するガス化炉制御器を備え、ガス化炉の出力
   を制御する石炭ガス化コンバインドサイクルの制御装置
   において、前記ガス化炉より発生するガス圧力の設定値
   からの偏差を算出するガス圧力偏差演算器と、このガス
   圧力偏差演算器の出力信号に基づいた制御信号を出力す
   る制御手段を設け、この制御手段の出力信号を前記負荷
   制御器にフィードバックすることを特徴とする石炭ガス
   化コンバインドサイクルの制御装置。