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WO2008056790A1 - Système de génération de puissance de turbine à gaz et procédé de détection de son anomalie de calorie - Google Patents

Système de génération de puissance de turbine à gaz et procédé de détection de son anomalie de calorie Download PDF

Info

Publication number
WO2008056790A1
WO2008056790A1 PCT/JP2007/071840 JP2007071840W WO2008056790A1 WO 2008056790 A1 WO2008056790 A1 WO 2008056790A1 JP 2007071840 W JP2007071840 W JP 2007071840W WO 2008056790 A1 WO2008056790 A1 WO 2008056790A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas turbine
calorie
power generation
coal
abnormality
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/071840
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Takashi Sonoda
Satoru Kamohara
Yasuhiro Takashima
Yuichiro Kitagawa
Kiyoshi Tarumizu
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. filed Critical Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
Priority to US12/306,832 priority Critical patent/US20100058730A1/en
Priority to EP07831571.0A priority patent/EP2080878B1/en
Publication of WO2008056790A1 publication Critical patent/WO2008056790A1/ja

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/14—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to other specific conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/26—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension
    • F02C3/28—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension using a separate gas producer for gasifying the fuel before combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26—Control of fuel supply
    • F02C9/28—Regulating systems responsive to plant or ambient parameters, e.g. temperature, pressure, rotor speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/05—Purpose of the control system to affect the output of the engine
    • F05D2270/053—Explicitly mentioned power
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
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    • F05D2270/309—Rate of change of parameters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/40—Type of control system
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
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    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]

Definitions

  • the present invention relates to a gas turbine power generation system and a calorific abnormality detection method thereof.
  • a coal gasifier and a gas turbine are directly connected through a gas purification facility. Therefore, the generated gas generated in the coal gasifier power is directly used as the fuel for the gas turbine. Therefore, if caloric fluctuation occurs in the fuel gas generated in the coal gasifier, the output fluctuation of the gas turbine is directly affected. Will appear.
  • Patent Document 1 JP-A-6-288262
  • measuring instruments such as calorimeters are expensive and hinder cost reduction.
  • the present invention has been made to solve the above-described problem, and is a coal gasification composite that can detect calorie fluctuations using existing measurement values without using a measurement device such as a calorimeter.
  • An object of the present invention is to provide a power generation system and a calorie abnormality detection method thereof.
  • the present invention employs the following means.
  • the power generation of the gas turbine relative to the fuel input amount is based on the fuel input characteristic that is the relationship between the fuel input amount to the combustor of the gas turbine and the power generation output of the gas turbine at the target calorie of the fuel gas.
  • Allowable fluctuation range of output or the gas turbine A process of setting an allowable fluctuation range of the fuel input amount with respect to the power generation output of the engine, a process of detecting a calorific abnormality when the actual fuel input amount or the actual power generation output of the gas turbine is out of the allowable fluctuation range, and This is a method for detecting a calorific abnormality in a gas turbine power generation system having
  • the power generation output of the gas turbine and the flow rate of fuel input to the combustor of the gas turbine have a predetermined relationship. Therefore, by using this relationship, the allowable fluctuation range of the fuel flow rate with respect to the power generation output of the gas turbine or the allowable fluctuation range of the power generation output of the gas turbine with respect to the fuel flow rate is set, and the actual fuel input amount or the actual gas turbine is set. It is possible to detect an abnormality in calorie by determining whether or not the power generation output of this is out of this allowable fluctuation range. According to such a method, the calorific abnormality is detected by using the measurement values used in the existing system. Therefore, the calorific abnormality is detected with a simple configuration without using a measuring device such as a calorimeter. It becomes possible.
  • the actual fuel input amount is less than the lower limit value of the allowable fluctuation range, or the actual gas
  • the power generation output of the turbine exceeds the upper limit of the allowable fluctuation range
  • a high calorie abnormality is detected, and the actual fuel input exceeds the upper limit of the allowable fluctuation range, or the actual A low calorific abnormality may be detected when the power generation output of the gas turbine is less than the lower limit value of the allowable fluctuation range.
  • the low calorie abnormality and the high calorie abnormality are detected depending on whether the actual fuel input amount or the power generation output of the gas turbine is below the lower limit value of the allowable fluctuation range or exceeds the upper limit value. The details can be grasped.
  • the second aspect of the present invention is based on the relationship between the input amount of at least one of the coal, air, coal, and oxygen input to the coal gasifier and the power generation output of the gas turbine.
  • the allowable fluctuation range of the power generation output of the gas turbine with respect to the input amount or the gas turbine The process of setting the allowable fluctuation range of the input amount relative to the power generation output of the bin, and the process of detecting the calorific abnormality when the actual input amount or the actual power output of the gas turbine deviates from the allowable fluctuation range.
  • This is a calorific abnormality detection method for a coal gasification combined power generation system.
  • the flow rates of the charge, air, coal, and oxygen input to the gasification furnace are respectively feedback controlled.
  • the calorie of the fuel gas generated in this way is the target calorie
  • the flow rate of the coal, air, coal, and oxygen charged into the coal gasifier and the power generation output of the gas turbine are predetermined. Have the relationship. Therefore, by detecting that the relationship (balance) between the flow rate of at least one element and the power generation output of the gas turbine is broken, it is possible to easily detect an abnormality in the fuel gas calorie.
  • the calorific abnormality is detected using the measurement value used in the existing IGCC, the abnormality of the fuel gas calorie is easily detected by calculation without using a measuring device such as a calorimeter. It becomes possible.
  • a target input amount and an actual input amount of at least one of chia, air, coal, and oxygen input to a coal gasifier are calculated.
  • This is a calorific abnormality detection method of a combined gasification combined cycle system that detects a calorific abnormality when the deviation is calculated and the deviation falls outside a preset allowable fluctuation range.
  • the input amounts of coal, oxygen, steam, and air are feedback controlled. At this time, if the flow rates of coal, oxygen, air, and air that are actually input deviate from the target inputs by more than the specified values, the fuel gas calorie changes.
  • the calorific abnormality is easily detected by calculating the deviation between the target flow rate and the actual flow rate for at least one of the fluctuation factors and judging whether this deviation is outside the preset aptitude range. It becomes possible to do.
  • the calorific abnormality is detected using the measurement values used in the existing IGCC, so it is possible to easily detect the abnormality of the fuel gas calorie by calculation without using a measuring device such as a calorimeter. It becomes. [0013]
  • a calorie abnormality detection method of the coal gasification combined cycle system when a calorie abnormality is detected, a process for notifying that may be included! / ⁇ .
  • a fourth aspect of the present invention provides a gas for the fuel input amount based on a fuel input characteristic that is a relationship between a fuel input amount to the combustor of the gas turbine and a power generation output of the gas turbine at a target calorie of the fuel gas.
  • the allowable fluctuation range of the turbine power generation output or the allowable fluctuation range of the fuel input amount relative to the power generation output of the gas turbine is set, and the actual fuel input amount or the actual gas turbine power generation output is out of the allowable fluctuation range.
  • the gas turbine power generation system is equipped with a calorie abnormality detection device that detects a force roll abnormality.
  • the fifth aspect of the present invention is based on the relationship between the input amount of at least one of chia, air, coal, and oxygen input to the coal gasifier and the power generation output of the gas turbine.
  • the allowable fluctuation range of the power generation output of the gas turbine with respect to the input amount or the allowable fluctuation range of the input amount with respect to the power generation output of the gas turbine is set, and the actual input amount or the actual power generation output of the gas turbine is within the allowable range.
  • This is a combined coal gasification combined power generation system equipped with a calorific abnormality detection device that detects a calorific abnormality when the fluctuation range is exceeded.
  • a target input amount and an actual input amount of at least one of chia, air, coal, and oxygen input to a coal gasifier are calculated.
  • This is a coal gasification combined power generation system that includes a calorific abnormality detection device that calculates a deviation and detects a calorific abnormality when the deviation deviates from a preset allowable fluctuation range.
  • the said aspect can be utilized combining in the possible range.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall schematic configuration of an IGCC according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining fuel amount control in the gas turbine equipment shown in FIG.
  • FIG. 3 A diagram showing the relationship between the power generation output of the gas turbine and the fuel flow control signal when the calorie of the fuel gas is the target calorie.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of a calorie abnormality detection device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of a calorie abnormality detection device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 A diagram showing the relationship between the amount of fuel input and the power output of the gas turbine when the fuel gas calorie is the target calorie.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of a calorie abnormality detection device when a calorie abnormality is detected based on the amount of charge input.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the amount of coal input and the air flow rate when the fuel gas calorie is the target calorie.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of a calorie abnormality detection device when a calorie abnormality is detected based on an air ratio.
  • FIG. 9 A graph showing the relationship between the air flow rate and the coal input when the fuel gas calorie is the target calorie.
  • FIG. 10 is a block diagram showing an example of the configuration of a calorie abnormality detection device when a calorie abnormality is detected based on an air ratio.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration example of a calorie abnormality detection device when a calorie abnormality is detected based on a deviation between a coal input amount and a target coal input amount.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of a calorie abnormality detection device when a calorie abnormality is detected based on a deviation between an actual air flow rate and a target air flow rate.
  • FIG. 13 is a block diagram showing an example of the configuration of a calorie abnormality detection device for detecting a calorie abnormality based on a deviation between an actual oxygen flow rate and a target oxygen flow rate.
  • FIG. 14 is a block diagram showing an example of the configuration of a calorie abnormality detection device for detecting a calorie abnormality based on a deviation between an actual amount of charge input and a target amount of charge input.
  • FIG. 15 is a block diagram showing another configuration example of the calorie abnormality detection apparatus shown in FIG. Explanation of symbols
  • coal gasification combined cycle power generation system IGCC: Integrated
  • the Coal Gasification Combined Cycle) 1 mainly includes a coal gasification furnace 3, a gas turbine equipment 5, a steam turbine equipment 7, and an exhaust heat recovery boiler (HRSG) 30.
  • HRSG exhaust heat recovery boiler
  • a coal supply facility 10 for supplying pulverized coal to the coal gasifier 3 is provided on the upstream side of the coal gasifier 3.
  • the coal supply facility 10 includes a pulverizer (not shown) that pulverizes raw coal into pulverized coal of several rn to several hundred ⁇ .
  • the pulverized coal pulverized by the pulverizer is a plurality of hoppers 11. It will be stored in.
  • the pulverized coal stored in each hopper 11 is conveyed to the coal gasification furnace 3 together with nitrogen supplied from the air separation device 15 by a predetermined flow rate.
  • the coal gasification furnace 3 is connected to a coal gasification unit 3a formed so that gas flows from below to above and to a downstream side of the coal gasification unit 3a. And a heat exchanging part 3b formed so as to be flown!
  • the coal gasifier 3a is provided with a compasser 13 and a reductor 14 from below.
  • the compasser 13 burns a part of the pulverized coal and chia and the rest is released as a volatile component (CO, H2, lower hydrocarbon) by thermal decomposition.
  • the compassa 13 has a spouted bed. However, it may be a fluidized bed type or a fixed bed type.
  • the compasser 13 and the reductor 14 are provided with a compasser spanner 13a and a reductor burner 14a, respectively. Powdered coal is supplied.
  • the compass taper 13a is supplied with air from the air booster 17 as a gasifying agent together with oxygen separated in the air separation device 15. In this way, the compass taper 13a is supplied with air whose oxygen concentration is adjusted.
  • the pulverized coal is gasified by the high-temperature combustion gas from the compasser 13.
  • coal gasification reaction is an endothermic reaction in which pulverized coal and carbon in the coal react with C02 and H20 in the high-temperature gas to produce CO and H2.
  • a plurality of heat exchangers are installed in the heat exchange section 3b of the coal gasification furnace 3, so that sensible heat is obtained from the gas guided from the reductor 14 and steam is generated. It is summer.
  • the steam generated in the heat exchanger is mainly used as driving steam for the steam turbine 7b.
  • the gas that has passed through the heat exchanging section 3b is guided to the chi-collector 20.
  • This cheer recovery device 20 is provided with a porous filter, and captures and recovers the chees mixed in the gas by passing through the porous filter.
  • the captured chip is deposited on the porous filter to form a single layer.
  • the Na and K components contained in the gas are condensed on the first layer, and as a result, the Na and K components are also removed in the first recovery device 20.
  • the chia collected in this way is returned to the compass taper 13a of the coal gasifier 3 together with the nitrogen separated in the air separation device 15, and recycled.
  • the Na and K components returned to the compass tapana 13a together with the chia are discharged from below the coal gasification section 3a together with the ash of the finally melted pulverized coal.
  • the molten and discharged ash is quenched with water and crushed into glassy slag.
  • a control valve 61 for adjusting the amount of nitrogen supplied to the compass barter 13a is provided in the transfer pipe for nitrogen output from the air separation device 15.
  • a flow rate measuring device 62 for detecting the flow rate of the chi is provided in the transfer channel of the cheer.
  • the gas that has passed through the chew recovery device 20 is sent as fuel gas to the combustor 5a of the gas turbine equipment 5 through the gas purification equipment 24, which is equipment for dedusting and desulfurizing.
  • the gas turbine equipment 5 includes a combustor 5a in which gasified fuel is combusted, and a combustion gas. And a turbo compressor 5c for sending high-pressure air to the combustor 5a.
  • the gas turbine 5b and the turbo compressor 5c are connected by the same rotating shaft 5d.
  • the air compressed in the turbo compressor 5c is guided to the air booster 17 separately from the combustor 5a.
  • the combustion exhaust gas that has passed through the steam gas turbine 5 b is guided to the exhaust heat recovery boiler 30.
  • the steam turbine 7b of the steam turbine equipment 7 is connected to the same rotating shaft 5d as the gas turbine equipment 5, and is a so-called single-shaft combined system.
  • the steam turbine 7b is supplied with high-pressure steam from the coal gasifier 3 and the exhaust heat recovery boiler 30. It should be noted that the present invention is not limited to a single-shaft combined system, and may be a separate-shaft combined system.
  • a generator G that outputs electricity from a rotating shaft 5d driven by the gas turbine 5b and the steam turbine 7b is provided on the opposite side of the gas turbine equipment 5 with the steam turbine equipment 7 interposed therebetween.
  • the arrangement position of the generator is not limited to this position, and may be any position as long as electrical output can be obtained from the rotating shaft 5d.
  • the exhaust heat recovery boiler 30 generates steam from the combustion exhaust gas from the gas turbine 5b and releases the combustion exhaust gas from the chimney 35 to the atmosphere.
  • the raw coal is pulverized by a pulverizer (not shown), and then led to the hopper 11 to be stored.
  • the pulverized coal stored in the hopper 11 is supplied to the reductor burner 14a and the compass taper 13a together with the nitrogen separated in the air separation device 15.
  • the combustor burner 13a is supplied with the chew collected in the cheer collecting device 20 that uses only pulverized coal.
  • the compressed air extracted from the turbo compressor 5c of the gas turbine equipment 5 is separated by the air separator 15 into compressed air that has been further pressurized by the air booster 17. Air with added oxygen is used.
  • pulverized coal and chia are partially burned by the combustion air, and the remainder is thermally decomposed into volatile components (CO, H2, lower hydrocarbons).
  • the pulverized coal supplied from the Reductor Pana 14a and the compasser 13 are used.
  • the volatiles released are gasified by the high-temperature gas rising from the compass 13 and combustible gases such as CO and H2 are generated.
  • the gas that has passed through the reductor 14 gives sensible heat to each heat exchanger while passing through the heat exchange section 3b of the coal gasification furnace 3, and generates steam.
  • the steam generated in the heat exchange section 3b is mainly used for driving the steam turbine 7b.
  • the gas that has passed through the heat exchanging section 3b is led to the chia recovery device 20, where the chia is recovered.
  • the Na and K contents in the gas are condensed here and taken into the chamber.
  • the collected Chia containing Na and K is returned to the coal gasifier 3.
  • the gas that has passed through the Corp. is guided to the combustor 5a of the gas turbine equipment 5, and is burned together with the compressed air supplied from the turbo compressor 5c.
  • the gas turbine 5b is rotated by the combustion gas, and the rotating shaft 5b is driven.
  • the combustion exhaust gas that has passed through the gas turbine 5b is guided to the exhaust heat recovery boiler 30, and steam is generated by utilizing the sensible heat of the combustion exhaust gas.
  • the steam generated in the exhaust heat recovery boiler 30 is mainly used for driving the steam turbine 7b.
  • the steam turbine 7b is rotated by the steam from the coal gasification furnace 3 and the steam from the exhaust heat recovery boiler 30, and drives the same rotating shaft 5b as the gas turbine equipment 5.
  • the rotational force of the rotating shaft 5b is converted into electrical output by the generator G.
  • the fuel pipe for supplying fuel gas to the combustor 5a is provided with a fuel flow rate adjustment valve 40 for adjusting the fuel flow rate.
  • the opening degree of the fuel flow control valve 40 is controlled by the fuel flow control device 50.
  • the air pipe for supplying air to the turbo compressor 5c is provided with an air flow rate adjustment valve (hereinafter referred to as “IGV adjustment valve”) 41 for adjusting the air flow rate.
  • the air flow rate adjustment valve 41 is adjusted in opening degree by an IGV control circuit 56.
  • a BPT sensor 42 for measuring the exhaust gas temperature of the gas turbine 5b (hereinafter referred to as “blade path temperature”) is provided in the vicinity of the gas turbine 5b. Further, the exhaust gas temperature in the exhaust duct (hereinafter referred to as the exhaust gas temperature) This is called “exhaust gas temperature”. ) Sensor EXT sensor 43 is provided. For example, a thermocouple or the like is used for the above-described sensor. The temperatures measured by the BPT sensor 42 and the EXT sensor 43 are given to the fuel flow control device 50.
  • the fuel flow rate control device 50 acquires state quantities relating to the operating state and temperature state of the gas turbine as input signals, and controls the fuel flow rate for controlling the fuel flow rate supplied to the combustor 5a based on these input signals. Command is calculated.
  • Examples of the state quantity related to the above operating state include the output of the generator G (see FIG. 1), the rotational speed or the rotational speed of the gas turbine 5b, and the like.
  • Examples of the state quantity related to the temperature state include exhaust gas temperature, blade path temperature, and the like.
  • the fuel flow control device 50 includes, for example, a load limit control circuit 51 and a temperature limit control circuit.
  • the load limit control circuit 51 acquires a power generation output or the like as an input signal, and calculates a load control signal for controlling the fuel flow rate so that the power generation output coincides with a target value.
  • the temperature limit control circuit 52 obtains the blade path temperature BPT and the exhaust gas temperature EXT of the gas turbine 3 as input signals, and these temperatures do not exceed the respective upper temperature limit values! / A temperature control signal to be controlled is calculated.
  • the governor control circuit 53 obtains the rotation speed or rotation speed of the gas turbine 3 as an input signal, and controls the fuel flow rate so that the rotation speed or rotation speed of the gas turbine 3 matches the target value. Calculate the signal.
  • the low value selection circuit 54 selects the lowest value control signal from these various control signals, and outputs this as the fuel control signal CSO.
  • the fuel control signal CSO obtained by the fuel flow control device 50 in this way is given to the fuel flow control valve 40, and based on the fuel control signal CSO, the fuel flow control valve 40 is opened. By adjusting the degree, the optimal flow rate of fuel is supplied to the combustor 5a.
  • the target calorie is set, and the amount of oxygen, coal, air that is input into the coal gasifier to generate fuel gas of this target power Is controlling.
  • the calorie of the fuel gas input to the combustor 5a is the target calorie
  • the relationship between the amount of fuel input to the combustor 5a and the power output of the gas turbine is as shown in FIG. Holds.
  • the horizontal axis represents the power generation output of the gas turbine
  • the vertical axis represents the fuel control signal CSO.
  • the IGCC according to this embodiment is a so-called uniaxial combined system.
  • the value power S obtained by subtracting the power output from the steam turbine 7b from the power output of the generator G is the power output of the gas turbine.
  • the solid line shows the power generation output fuel input characteristic of the gas turbine when the fuel gas calorie is the target calorie (hereinafter referred to as “fuel input characteristic”), and the dotted lines shown below and above this characteristic. Indicates the lower limit and upper limit of the allowable fluctuation range of calorie fluctuation.
  • the vertical axis only needs to be a control amount that correlates with the amount of fuel injected into the combustor 5a.
  • the operation signal to the fuel flow rate adjustment valve 40, the valve opening of the fuel flow rate adjustment valve 40 The degree may be the fuel input itself.
  • the calorie of the fuel gas when the calorie of the fuel gas is smaller than the target calorie, the desired gas turbine can be obtained even if the fuel gas having the target flow rate obtained from the gas turbine power generation output is input to the combustor 5a. Therefore, the fuel flow rate is increased and the allowable fluctuation range shown in Fig. 3 is deviated upward. Conversely, if the calorie of the fuel gas increases from the target calorie, a large amount of power generation output can be obtained with a small amount of fuel, so that the fuel flow rate decreases and falls below the allowable fluctuation range shown in Fig. 3. Will come off to the side.
  • FIG. 4 shows a configuration example of a calorie abnormality detection device (hereinafter referred to as “calorie abnormality detection device”) for realizing the above calorie abnormality detection method.
  • the calorie abnormality detection device receives the actual power generation output, and the output of the first function unit 71 and the first function unit 71 that calculate the lower limit value of this input information power fuel control signal CSO.
  • a subtractor 72 that calculates the difference between a certain lower limit value and the actual fuel control signal CSO, a comparator 73 that outputs a “ ⁇ ” signal when the output of the subtractor 72 is less than or equal to the threshold value ⁇ 1, an actual gas turbine
  • the output power of the second function unit 74 that calculates the upper limit value of this input information power fuel control signal CSO, the difference between the upper limit value that is the output of the second function unit 74 and the actual fuel control signal CS ⁇
  • the output of the subtractor 75 is greater than or equal to the threshold value ⁇ 2
  • the output of the comparator 76 that outputs the “ ⁇ ” signal, and the outputs of the comparator 73 and the comparator 76 are input.
  • an OR circuit 77 is provided for outputting a “ ⁇ ” signal when the force is “H” signal.
  • the calorific abnormality force S is generated when the output power S of the OR circuit 77 becomes “H”.
  • the calorimeter abnormality is detected using the existing control amount, and therefore the power to make the calorimeter unnecessary. And cost reduction can be achieved.
  • the flow rate of each element such as the air, air, coal, and oxygen that is input to the coal gasifier 3 is set in order to set the calorie of the fuel gas as the target calorie. Feedback controlled. For this reason, when these flow rates fluctuate with respect to the target flow rate, the calorie of the fuel gas fluctuates.
  • the fuel gas calorie increases, while if the air flow rate is greater than the target flow rate, the fuel gas calorie decreases.
  • the calorie abnormality is detected based on the input amount of calorie changing factors such as cheer, air, coal, and oxygen.
  • a calorific abnormality is detected based on the amount of charge input.
  • a target calorie is set, and the amount of charge input is controlled to achieve this target calorie.
  • the calorie of the fuel gas input to the combustor 5a is the target calorie
  • the relationship shown in FIG. 5 is established between the amount of charge input and the power generation output of the gas turbine 5b.
  • the horizontal axis indicates the power generation output of the gas turbine 5b
  • the vertical axis indicates the amount of charge input to the coal gasifier 3.
  • the solid line shows the power output of the gas turbine at the target calorie-the char-in type characteristic (hereinafter referred to as the "char-in type characteristic"), and the two-dot broken line shown below this characteristic is The lower limit of the allowable fluctuation range, and the dotted line above this characteristic represents the upper limit of the allowable fluctuation range.
  • the amount of charge introduced can be detected by, for example, a flow meter 62 (see FIG. 1) provided in the chain transfer pipe.
  • FIG. 6 shows an example of the configuration of a calorie abnormality detection apparatus for realizing the calorie abnormality detection method.
  • the calorific abnormality detection device receives the actual power generation output of the gas turbine, and calculates the lower limit value of the input information force input amount of the third function unit 78 and the third function unit 78.
  • the subtractor 79 that calculates the difference between the lower limit value that is the output and the actual amount of charge input, the comparator 80 that outputs an “H” signal when the output of the subtractor 79 is less than or equal to the threshold 83,
  • the power generation output of the gas turbine is input, and the upper limit value that is the output of the fourth function unit 81 and the fourth function unit 81 that calculates the upper limit value of the charge input amount from this input information and the actual charge input amount
  • the subtractor 82 that calculates the difference, the comparator 83 that outputs the “ ⁇ ” signal when the output of the subtractor 82 is equal to or greater than the threshold value ⁇ 4, and the outputs of the comparator 80 and the comparator 83 are input.
  • an OR circuit 84 for outputting an “H” signal when the force S is an “H” signal.
  • this calorific abnormality detection device when the output power S of the OR circuit 84 becomes “H”, the calorific abnormality is detected.
  • Factors that fluctuate the calorie of the fuel gas produced in the coal gasifier 3 include a disturbance in the ratio of fuel (coal) and air (including oxygen). If the calorie of the fuel gas generated in the coal gasifier 3 is as planned, the predetermined relationship as shown in Fig. 7 is established in the ratio of fuel to air (hereinafter referred to as "air ratio"). Abnormality of fuel gas calorie is detected on the basis of the disorder of this relationship.
  • the horizontal axis represents the amount of coal input
  • the vertical axis represents the air flow rate.
  • the solid line shows the coal input-to-air flow rate characteristic at the target calorie (hereinafter referred to as “air ratio characteristic”), and the two-dot broken line below this characteristic shows the allowable fluctuation range.
  • the dotted line above this characteristic indicates the upper limit of the allowable fluctuation range!
  • FIG. 8 shows a configuration example of a calorie abnormality detection apparatus for realizing the calorie abnormality detection method.
  • the calorie abnormality detector receives the actual amount of coal input,
  • the fifth function unit 85 that calculates the lower limit value of the air flow rate from the force information, the subtractor 86 that calculates the difference between the lower limit value that is the output of the fifth function unit 85 and the actual air flow rate, and the output of the subtracter 86 are
  • the comparator 87 that outputs a “ ⁇ ” signal when the threshold value ⁇ 5 or less is inputted, the actual coal input amount is inputted, and this input information force is calculated by the sixth function unit 88 and the sixth function unit that calculate the upper limit value of the air flow rate.
  • a subtractor 89 that calculates the difference between the upper limit value that is the output of 88 and the actual air flow rate, a comparator 90 that outputs a “ ⁇ ” signal when the output of the subtractor 89 is greater than or equal to the threshold value ⁇ 6, and
  • An OR circuit 91 is provided that outputs an “H” signal when the comparator 87 and the output of the comparator 90 are input and either one of the forces is an S “H” signal.
  • the output force S of the OR circuit 91 becomes “H”, the calorific abnormality is detected.
  • the horizontal axis is the coal input amount
  • the vertical axis is the air flow rate
  • an allowable fluctuation range of the air flow rate with respect to the coal input amount is set, and the actual air flow rate is within the allowable fluctuation range.
  • the horizontal axis is the air flow rate
  • the vertical axis is the coal input amount.
  • a dynamic range may be set, and a calorific abnormality may be detected based on whether or not the actual input amount of coal is within the allowable fluctuation range.
  • the configuration shown in FIG. 10 is not described because only the coal input amount and the air flow rate are changed in the configuration shown in FIG.
  • the amount of coal input is feedback-controlled so that the calorie of the fuel gas in the coal gasifier becomes the target calorie. If the flow rate of coal actually input at this time (hereinafter referred to as “actual coal input”) is greater than the target input (hereinafter referred to as “coal target input”), the calorie of the fuel gas will increase. On the other hand, if it is small, calorie decreases. Therefore, when the deviation between the target coal input and the actual coal input is outside the allowable fluctuation range, it is detected that the calorie has changed.
  • FIG. 11 shows an example of the configuration of a calorie abnormality detection device for realizing the calorie abnormality detection method. Shown in
  • the calorie abnormality detection device uses a subtractor 100 that calculates the difference between the actual coal input and the target coal input, and “ ⁇ ⁇ ⁇ ” when the output of the subtractor 100 is less than or equal to the threshold value ⁇ 9.
  • Comparator 101 that outputs a signal
  • subtractor 102 that calculates the difference between the actual coal input and the target coal input, and a “ ⁇ ” signal when the output of subtractor 102 is greater than or equal to the threshold ⁇ 10
  • the comparator 103 and the OR circuit 104 that outputs the “ ⁇ ” signal when the outputs of the comparators 101 and 103 are inputted and at least one of them is a “ ⁇ ” signal.
  • the calorific abnormality is detected when the output power S of the OR circuit 104 becomes “H”.
  • the threshold value ⁇ 9 is set to the lower limit value of the allowable variation range of deviation
  • the threshold value ⁇ 10 is set to the upper limit value of the allowable variation range of deviation!
  • IGCC In IGCC, feedback control of the air input is performed in order to set the calorie of the fuel gas in the coal gasifier to the target calorie. At this time, the calorie of the fuel gas decreases if the flow rate of the air actually input (hereinafter referred to as “actual air flow rate”) is larger than the target air flow rate, while the calorie increases if it is smaller.
  • actual air flow rate the flow rate of the air actually input
  • FIG. 12 shows a configuration example of a calorie abnormality detection apparatus for realizing the calorie abnormality detection method.
  • the calorie abnormality detection device outputs a “ ⁇ ” signal when the output of the subtractor 105 that calculates the difference between the actual air flow rate and the target air flow rate is less than or equal to a threshold value ⁇ 11.
  • a comparator 106 that outputs, a subtractor 107 that calculates a difference between the actual air flow rate and the target air flow rate, a comparator 108 that outputs a “ ⁇ ” signal when the output of the subtractor 107 is greater than or equal to a threshold value ⁇ 12, and
  • An OR circuit 109 is provided that outputs an “H” signal when the outputs of the comparators 106 and 108 are inputted and at least one of the forces is a S “H” signal.
  • the calorific abnormality is detected when the output power S of the OR circuit 109 becomes “H”.
  • the threshold value ⁇ 11 is set to the lower limit value of the allowable variation range of deviation
  • the threshold value ⁇ 12 is set to the upper limit value of the allowable variation range of deviation.
  • the input amount of oxygen is feedback-controlled so that the calorie of fuel gas in the coal gasifier becomes the target calorie.
  • actual oxygen flow rate the actual flow rate of oxygen
  • the calorie of the fuel gas decreases, while if it is smaller, the calorie increases.
  • FIG. 13 shows a configuration example of a calorie abnormality detection apparatus for realizing the calorie abnormality detection method.
  • the calorie abnormality detection device detects the difference between the actual oxygen flow rate and the target oxygen flow rate when the output of the subtractor 1 10 and the subtractor 1 10 is less than or equal to the threshold ⁇ 13.
  • comparator 1 1 1 for outputting a subtractor 1 12 for calculating a difference between the actual oxygen flow rate and the target oxygen flow rate, and outputs the "Eta" signal when the output of the subtracter 1 12 is the threshold value epsilon 14 or more Comparative
  • an OR circuit 1 15 for outputting an “H” signal when the outputs of the comparators 1 13 and 1 1 1 and 1 13 are input and at least one of the outputs is an S “H” signal. Yes.
  • a calorific abnormality is detected when the output power S of the OR circuit 115 becomes S “H”.
  • the threshold value ⁇ 13 is set to the lower limit value of the allowable variation range of deviation
  • the threshold value ⁇ 14 is set to the upper limit value of the allowable variation range of deviation.
  • the amount of charge input is feedback controlled.
  • the calorie of the fuel gas increases if the flow rate of the actual charge (hereinafter referred to as “actual charge input amount”) is larger than the target charge input amount, while the calorie decreases if it is smaller. From this, it is determined that the calorie has changed when the deviation between the target amount and the actual amount of charge input is outside the allowable fluctuation range.
  • FIG. 14 shows a configuration example of a calorie abnormality detection apparatus for realizing the calorie abnormality detection method.
  • the calorie abnormality detection device is configured to calculate the difference between the actual charge input amount and the target charge input amount when the outputs of the subtractor 1 16 and subtractor 1 16 are less than or equal to the threshold value ⁇ 15.
  • Comparator 1 17 that outputs a “ ⁇ ” signal
  • subtractor 1 18 that calculates the difference between the actual charge input amount and the target charge input amount
  • the output of the subtractor 1 18 is equal to or greater than the threshold ⁇ 16 "OR circuit that outputs the" H "signal when the outputs of the comparator 1 19 that outputs the signal and the outputs of the comparators 1 17 and 1 19 are at least one of the forces S" H "signal 120.
  • the output power S of the OR circuit 120 becomes “H”, the calorific abnormality is detected.
  • the threshold value ⁇ 15 is set to the lower limit value of the allowable variation range of deviation
  • the threshold value ⁇ 16 is set to the upper limit value of the allowable variation range of deviation.
  • a notification means a means for visually displaying an abnormality such as displaying on a display screen or turning on a lamp, or a means for notifying an auditory abnormality such as a buzzer or a message by voice is used. S can.
  • the calorific abnormality is notified when a certain parameter is outside the allowable fluctuation range. It is also possible to detect whether it is off or above, and it is also possible to miss the result.
  • the OR circuit 77 shown in FIG. 4 is removed, and the output from the comparator 73 and the output from the comparator 76 are removed as shown in FIG. A configuration may be adopted in which the outputs and are output separately.
  • "H" is output from the comparator 73
  • a calorie abnormality that increases calorie is detected
  • "H" is output from the comparator 76
  • a calorie abnormality that decreases calorie is detected. Can be detected.

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Description

明 細 書
ガスタービン発電システムおよびそのカロリ異常検知方法
技術分野
[0001] 本発明は、ガスタービン発電システムおよびそのカロリ異常検知方法に関するもの である。
背景技術
[0002] 従来、石炭ガス化炉およびガスタービン設備と蒸気タービン設備とを組み合わせた 石炭ガス化複合発電システム（IGCC ; Integrated Gasification Combined Cycle)が、 知られている（例えば、特許文献 1参照）。
このような IGCCでは、石炭ガス化炉とガスタービンとがガス精製設備を通じて直接 連結されている。したがって、石炭ガス化炉力 発生する生成ガスがそのままガスタ 一ビンの燃料となることから、石炭ガス化炉で生成された燃料ガスにカロリ変動が生じ た場合には、そのままガスタービンの出力変動として表れることとなる。
特許文献 1 :特開平 6— 288262号公報
発明の開示
[0003] ところで、副生ガスをガスタービンの燃料として投入する場合には、カロリーメータを 予め設けておき、このカロリーメータの検出値に基づいてカロリの変動幅を求め、これ によりカロリ異常を検知していた。
しかしながら、カロリーメータ等の計測機器は、高価であるため、低コスト化の妨げと なっていた。
[0004] 本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、カロリーメータ等の計測機 器を用いずにカロリの変動を既設の計測値を用いて検知することのできる石炭ガス化 複合発電システムおよびそのカロリ異常検知方法を提供することを目的とする。
[0005] 上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第 1の態様は、燃料ガスの目標カロリにおけるガスタービンの燃焼器への 燃料投入量とガスタービンの発電出力との関係である燃料投入特性から、前記燃料 投入量に対するガスタービンの発電出力の許容変動範囲、または、前記ガスタービ ンの発電出力に対する前記燃料投入量の許容変動範囲を設定する過程と、実際の 燃料投入量または実際のガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲から外れた 場合に、カロリ異常を検知する過程とを有するガスタービン発電システムのカロリ異常 検知方法である。
[0006] ガスタービン発電システムにおいて、燃料ガスカロリを一定とした場合、ガスタービ ンの発電出力とガスタービンの燃焼器へ投入される燃料流量とは所定の関係を有す る。したがって、この関係を用いて、ガスタービンの発電出力に対する燃料流量の許 容変動範囲、或いは、燃料流量に対するガスタービンの発電出力の許容変動範囲 を設定し、実際の燃料投入量または実際のガスタービンの発電出力がこの許容変動 範囲を外れたか否力、を判定することにより、カロリ異常を検知することが可能となる。 このような方法によれば、既設のシステムで用いられている計測値等を用いてカロリ 異常を検知するので、カロリーメータ等の計測機器を用いることなぐ簡素な構成によ りカロリ異常を検知することが可能となる。
[0007] 上記ガスタービン発電システムのカロリ異常検知方法において、前記カロリ異常を 検知する過程では、実際の前記燃料投入量が前記許容変動範囲の下限値未満で あった場合、または、実際の前記ガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲の上 限値を超えた場合に、高カロリ異常を検知し、実際の前記燃料投入量が前記許容変 動範囲の上限値を超えた場合、または、実際の前記ガスタービンの発電出力が前記 許容変動範囲の下限値未満であった場合に、低カロリ異常を検知することとしてもよ い。
[0008] このように、実際の燃料投入量またはガスタービンの発電出力が許容変動範囲の 下限値を下回ったか或いは上限値を超えたかにより、低カロリ異常、高カロリ異常を 検知するので、カロリ異常の詳細を把握することができる。
上記ガスタービン発電システムのカロリ異常検知方法において、カロリ異常を検知 した場合に、その旨を通知する過程を有することとしてもよ!/、。
[0009] 本発明の第 2の態様は、石炭ガス化炉に投入されるチヤ一、空気、石炭、及び酸素 のうち、少なくともいずれか一つの投入量とガスタービンの発電出力との関係から前 記投入量に対するガスタービンの発電出力の許容変動範囲、または、前記ガスター ビンの発電出力に対する前記投入量の許容変動範囲を設定する過程と、実際の投 入量または実際のガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲から外れた場合に 、カロリ異常を検知する過程とを有する石炭ガス化複合発電システムのカロリ異常検 知方法である。
[0010] IGCCの石炭ガス化炉においては、燃料ガスのカロリを目標カロリとするために、ガ ス化炉に投入されるチヤ一、空気、石炭および酸素の流量がそれぞれフィードバック 制御される。このようにして生成された燃料ガスのカロリが目標カロリであると仮定する と、石炭ガス化炉に投入されるチヤ一、空気、石炭、及び酸素の流量と、ガスタービン の発電出力とは所定の関係を有する。従って、少なくとも一つの要素の流量とガスタ 一ビンの発電出力との関係（バランス）が崩れたことを検知することで、燃料ガスカロリ の異常を容易に検知することが可能となる。そして、このように、既存の IGCCにて使 用されている計測値等を用いてカロリ異常を検知するので、カロリーメータ等の計測 機器を用いることなく演算により容易に燃料ガスカロリの異常を検知することが可能と なる。
[0011] 本発明の第 3の態様は、石炭ガス化炉に投入されるチヤ一、空気、石炭、及び酸素 のうち、少なくともいずれか一つに関して、その目標投入量と実際の投入量との偏差 を算出し、この偏差が予め設定されている許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異 常を検知する石炭ガス化複合発電システムのカロリ異常検知方法である。
[0012] IGCCにおいては、石炭ガス化炉における燃料ガスのカロリを目標カロリにするため に、石炭、酸素、チヤ一、空気の投入量をフィードバック制御している。このとき実際 に投入される石炭、酸素、チヤ一、空気の流量がそれぞれの目標投入量に対して所 定値以上ずれた場合には、燃料ガスカロリは変動する。
したがって、少なくともいずれか一つの変動要因に対する目標流量と実際の流量と の偏差を求め、この偏差が予め設定されている適性範囲から外れたか否かを判断す ることにより、容易にカロリ異常を検知することが可能となる。
この場合において、既存の IGCCにて使用されている計測値等を用いてカロリ異常 を検知するので、カロリーメータ等の計測機器を用いることなく演算により容易に燃料 ガスカロリの異常を検知することが可能となる。 [0013] 上記石炭ガス化複合発電システムのカロリ異常検知方法において、カロリ異常を検 知した場合に、その旨を通知する過程を有することとしてもよ!/ヽ。
[0014] 本発明の第 4の態様は、燃料ガスの目標カロリにおけるガスタービンの燃焼器への 燃料投入量とガスタービンの発電出力との関係である燃料投入特性から、前記燃料 投入量に対するガスタービンの発電出力の許容変動範囲、または、前記ガスタービ ンの発電出力に対する前記燃料投入量の許容変動範囲を設定し、実際の燃料投入 量または実際のガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲から外れた場合に、力 ロリ異常を検知するカロリ異常検知装置を備えるガスタービン発電システムである。
[0015] 本発明の第 5の態様は、石炭ガス化炉に投入されるチヤ一、空気、石炭、及び酸素 のうち、少なくともいずれか一つの投入量とガスタービンの発電出力との関係から前 記投入量に対するガスタービンの発電出力の許容変動範囲、または、前記ガスター ビンの発電出力に対する前記投入量の許容変動範囲を設定し、実際の投入量また は実際のガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異 常を検知するカロリ異常検知装置を備える石炭ガス化複合発電システムである。
[0016] 本発明の第 6の態様は、石炭ガス化炉に投入されるチヤ一、空気、石炭、及び酸素 のうち、少なくともいずれか一つに関して、その目標投入量と実際の投入量との偏差 を算出し、この偏差が予め設定されている許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異 常を検知するカロリ異常検知装置を備える石炭ガス化複合発電システムである。 また、上記態様は、可能な範囲で組み合わせて利用することができるものである。
[0017] 本発明によれば、カロリーメータ等の計測機器を用いずにカロリの変動を既設の計 測値を用いて検知することができるとレ、う効果を奏する。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1]本発明の第 1の実施形態に係る IGCCの全体の概略構成を示した図である。
[図 2]図 1に示したガスタービン設備における燃料量制御につ!/、て説明するための図 である。
[図 3]燃料ガスのカロリを目標カロリとしたときのガスタービンの発電出力と燃料流量 制御信号との関係を示した図である。
[図 4]本発明の第 1の実施形態に係るカロリ異常検知装置の一構成例を示したブロッ ク図である。
[図 5]燃料ガスのカロリが目標カロリとしたときのチヤ一投入量とガスタービンの発電出 力との関係を示した図である。
[図 6]チヤ一投入量に基づいてカロリ異常を検知する場合のカロリ異常検知装置の一 構成例を示したブロック図である。
[図 7]燃料ガスのカロリが目標カロリとしたときの石炭投入量と空気流量との関係を示 した図である。
[図 8]空気比に基づいてカロリ異常を検知する場合のカロリ異常検知装置の一構成 例を示したブロック図である。
[図 9]燃料ガスのカロリが目標カロリとしたときの空気流量と石炭投入量との関係を示 した図である。
[図 10]空気比に基づいてカロリ異常を検知する場合のカロリ異常検知装置の一構成 例を示したブロック図である。
[図 11]石炭投入量と目標石炭投入量との偏差に基づいてカロリ異常を検知する場合 のカロリ異常検知装置の一構成例を示したブロック図である。
[図 12]実際の空気流量と目標空気流量との偏差に基づいてカロリ異常を検知する場 合のカロリ異常検知装置の一構成例を示したブロック図である。
[図 13]実際の酸素流量と目標酸素流量との偏差に基づいてカロリ異常を検知する場 合のカロリ異常検知装置の一構成例を示したブロック図である。
[図 14]実際のチヤ一投入量と目標チヤ一投入量との偏差に基づいてカロリ異常を検 知する場合のカロリ異常検知装置の一構成例を示したブロック図である。
[図 15]図 4に示したカロリ異常検知装置の他の構成例を示したブロック図である。 符号の説明
1 石炭ガス化複合発電システム
3 石炭ガス化炉
5 ガスタービン設備
5a 燃焼器
5b ガスタービン 20 チヤ一回収装置
50 燃料流量制御装置
61 調節弁
62 流量計測器
G 発電機
発明を実施するための最良の形態
[0020] 〔第 1の実施形態〕
以下、本発明の第 1の実施形態に係る石炭ガス化複合発電システムについて図 1 を参照して説明する。
図 1に示されるように、本実施形態に係る石炭を燃料とする石炭ガス化複合発電シ ステム（IGCC ; Integrated
Coal Gasification Combined Cycle) 1は、主として、石炭ガス化炉 3と、ガスタービン設 備 5と、蒸気タービン設備 7と、排熱回収ボイラ (HRSG) 30とを備えている。
[0021] 石炭ガス化炉 3の上流側には、石炭ガス化炉 3へと微粉炭を供給する石炭供給設 備 10が設けられている。この石炭供給設備 10は、原料炭を粉砕して数 rnから数百 ΐηの微粉炭とする粉砕機（図示せず)を備えており、この粉砕機によって粉砕され た微粉炭が複数のホッパ 11に貯留されるようになってレ、る。
各ホッパ 11に貯留された微粉炭は、所定流量ずつ空気分離装置 15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。
[0022] 石炭ガス化炉 3は、下方から上方へとガスが流されるように形成された石炭ガス化 部 3aと、石炭ガス化部 3aの下流側に接続されて、上方から下方へとガスが流される ように形成された熱交換部 3bとを備えて!/、る。
石炭ガス化部 3aには、下方から、コンパスタ 13およびリダクタ 14が設けられている 。コンパスタ 13は、微粉炭およびチヤ一の一部分を燃焼させ、残りは熱分解により揮 発分（CO, H2,低級炭化水素）として放出させる部分である。コンパスタ 13には噴 流床が採用されている。しかし、流動床式や固定床式であっても構わない。
[0023] コンパスタ 13及びリダクタ 14には、それぞれ、コンパスタパーナ 13a及びリダクタバ ーナ 14aが設けられており、これらパーナ 13a, 14aに対して石炭供給設備 10から微 粉炭が供給される。
コンパスタパーナ 13aには、空気昇圧機 17からの空気が、空気分離装置 15におい て分離された酸素とともにガス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 パスタパーナ 13aには酸素濃度を調整された空気が供給されるようになっている。
[0024] リダクタ 14では、コンパスタ 13からの高温燃焼ガスによって微粉炭がガス化される。
これにより、石炭から COや H2等の気体燃料となる可燃性ガスが生成される。石炭ガ ス化反応は、微粉炭およびチヤ一中の炭素が高温ガス中の C02及び H20と反応し て COや H2を生成する吸熱反応である。
[0025] 石炭ガス化炉 3の熱交換部 3bには、複数の熱交換器（図示せず）が設置されており 、リダクタ 14から導かれるガスから顕熱を得て蒸気を発生させるようになつている。熱 交換器において発生した蒸気は、主として、蒸気タービン 7bの駆動用蒸気として用 いられる。熱交換部 3bを通過したガスは、チヤ一回収装置 20へと導かれる。このチヤ 一回収装置 20は、ポーラスフィルタを備えており、ポーラスフィルタを通過させること によってガスに混在するチヤ一を捕捉して回収する。捕捉されたチヤ一は、ポーラス フィルタに堆積してチヤ一層を形成している。チヤ一層には、ガスに含まれる Na分お よび K分が凝縮し、結果的にチヤ一回収装置 20において Na分および K分も除去さ れる。
[0026] このように回収されたチヤ一は、空気分離装置 15において分離された窒素とともに 石炭ガス化炉 3のコンパスタパーナ 13aへと返送されてリサイクルされる。なお、チヤ 一とともにコンパスタパーナ 13aへと返送された Na分および K分は、最終的に溶融し た微粉炭の灰とともに石炭ガス化部 3aの下方から排出される。溶融排出された灰は 水で急冷、破砕されガラス状のスラグとなる。空気分離装置 15から出力される窒素の 移送配管には、コンパスタバータ 13aに供給する窒素の量を調節するための調節弁 61が設けられている。また、チヤ一の移送配管には、チヤ一の流量を検出する流量 計測器 62が設けられている。
[0027] チヤ一回収装置 20を通過したガスは、燃料ガスとしてガスタービン設備 5の燃焼器 5aへ脱塵 ·脱硫を行う設備であるガス精製設備 24を通して送られる。
[0028] ガスタービン設備 5は、ガス化された燃料が燃焼させられる燃焼器 5aと、燃焼ガス によって駆動されるガスタービン 5bと、燃焼器 5aへと高圧空気を送り出すターボ圧縮 機 5cとを備えている。ガスタービン 5bとターボ圧縮機 5cとは同一の回転軸 5dによつ て接続されている。ターボ圧縮機 5cにおいて圧縮された空気は、燃焼器 5aとは別に 、空気昇圧機 17へも導かれるようになつている。
[0029] 蒸気ガスタービン 5bを通過した燃焼排ガスは、排熱回収ボイラ 30へと導かれる。
蒸気タービン設備 7の蒸気タービン 7bは、ガスタービン設備 5と同じ回転軸 5dに接 続されており、いわゆる一軸式のコンバインドシステムとなっている。蒸気タービン 7b には、石炭ガス化炉 3及び排熱回収ボイラ 30から高圧蒸気が供給される。なお、一 軸式のコンバインドシステムに限らず、別軸式のコンバインドシステムであっても構わ ない。
ガスタービン 5b及び蒸気タービン 7bによって駆動される回転軸 5dから電気を出力 する発電機 Gが、蒸気タービン設備 7を挟んでガスタービン設備 5の反対側に設けら れている。なお、発電機の配置位置については、この位置に限られず、回転軸 5dか ら電気出力が得られるようであればどの位置であっても構わない。
排熱回収ボイラ 30は、ガスタービン 5bからの燃焼排ガスによって蒸気を発生すると ともに、燃焼排ガスを煙突 35から大気へと放出する。
[0030] 次に、上記構成の石炭ガス化複合発電システム 1の動作について説明する。
原料炭は粉砕機（図示せず)で粉砕された後、ホッパ 11へと導かれて貯留される。 ホッパ 11に貯留された微粉炭は、空気分離装置 15において分離された窒素とともに 、リダクタパーナ 14a及びコンパスタパーナ 13aへと供給される。さらに、コンパスタバ ーナ 13aには、微粉炭だけでなぐチヤ一回収装置 20において回収されたチヤ一が 供給される。
[0031] コンパスタパーナ 13aの燃焼用気体としては、ガスタービン設備 5のターボ圧縮機 5 cから抽気された圧縮空気を空気昇圧機 17によってさらに昇圧された圧縮空気に、 空気分離機 15において分離された酸素が添加された空気が使用される。コンパスタ 13では、微粉炭およびチヤ一が燃焼用空気によって部分燃焼させられ、残部は揮発 分（CO, H2,低級炭化水素）へと熱分解させられる。
リダクタ 14では、リダクタパーナ 14aから供給された微粉炭およびコンパスタ 13内で 揮発分を放出したチヤ一が、コンパスタ 13から上昇してきた高温ガスによりガス化さ れ、 COや H2等の可燃性ガスが生成される。
[0032] リダクタ 14を通過したガスは、石炭ガス化炉 3の熱交換部 3bを通過しつつ各熱交 換器にその顕熱を与え、蒸気を発生させる。熱交換部 3bで発生させた蒸気は、主と して、蒸気タービン 7bの駆動のために用いられる。
熱交換部 3bを通過したガスは、チヤ一回収装置 20へと導かれ、チヤ一が回収され る。ガス中の Na分および K分は、ここで凝縮してチヤ一に取り込まれる。回収された N a分および K分を含むチヤ一は、石炭ガス化炉 3へと返送される。
[0033] チヤ一回収装置 20を通過したガスは、ガスタービン設備 5の燃焼器 5aへと導かれ、 ターボ圧縮機 5cから供給される圧縮空気とともに燃焼させられる。この燃焼ガスによ つてガスタービン 5bが回転させられ、回転軸 5bが駆動させられる。
[0034] ガスタービン 5bを通過した燃焼排ガスは、排熱回収ボイラ 30へと導かれ、この燃焼 排ガスの顕熱を利用することによって蒸気が発生させられる。排熱回収ボイラ 30にお いて発生した蒸気は、主として、蒸気タービン 7bの駆動のために用いられる。
蒸気タービン 7bは、石炭ガス化炉 3からの蒸気および排熱回収ボイラ 30からの蒸 気によって回転させられ、ガスタービン設備 5と同一の回転軸 5bを駆動させる。回転 軸 5bの回転力は、発電機 Gによって電気出力へと変換される。
[0035] 次に、上述した IGCCにおけるガスタービン設備の一般的な燃料流量制御につ!/ヽ て図 2を参照して説明する。
図 2に示すように、燃焼器 5aに燃料ガスを供給する燃料配管には、燃料流量を調 整するための燃料流量調整弁 40が設けられている。この燃料流量調整弁 40の開度 は、燃料流量制御装置 50により制御される。ターボ圧縮機 5cへ空気を供給する空気 配管には、空気流量を調整するための空気流量調節弁（以下「IGV調整弁」という。 ) 41が設けられている。この空気流量調節弁 41は、 IGV制御回路 56により開度調節 がなされる。
[0036] ガスタービン 5bの近傍には、ガスタービン 5bの排気ガス温度（以下、 「ブレードパス 温度」という。）を計測するための BPTセンサ 42が設けられている。また、 BPTセンサ 42が設けられた排ガス流路の更に後流側には、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 43が設けられている。上述し たセンサには、例えば、熱電対等が用いられる。 BPTセンサ 42、 EXTセンサ 43によ り計測された温度は、燃料流量制御装置 50に与えられる。
[0037] 燃料流量制御装置 50は、ガスタービンの運転状態並びに温度状態に関する状態 量を入力信号として取得し、これらの入力信号に基づいて燃焼器 5aに供給する燃料 流量を制御するための燃料流量指令を演算するものである。上記運転状態に関する 状態量としては、例えば、発電機 G (図 1参照）の出力、ガスタービン 5bの回転速度 又は回転数等が一例として挙げられる。また、温度状態に関する状態量としては、例 えば、排ガス温度、ブレードパス温度等が一例として挙げられる。
[0038] 燃料流量制御装置 50は、例えば、ロードリミット制御回路 51、温度リミット制御回路
52、ガバナ制御回路 53、及び低値選択回路 54を備えて構成されている。
[0039] ロードリミット制御回路 51は、発電出力等を入力信号として取得し、発電出力を目 標値に一致させるように燃料流量を制御する負荷制御信号を算出する。
[0040] 温度リミット制御回路 52は、ガスタービン 3のブレードパス温度 BPTおよび排ガス温 度 EXTを入力信号として取得し、これらの温度がそれぞれの温度上限値を超えな!/、 ように燃料流量を制御する温度制御信号を算出する。
[0041] ガバナ制御回路 53は、ガスタービン 3の回転速度又は回転数を入力信号として取 得し、ガスタービン 3の回転速度又は回転数を目標値に一致させるように燃料流量を 制御するガバナ制御信号を算出する。
[0042] 上記ロードリミット制御回路 51、温度リミット制御回路 52、ガバナ制御回路 53により 算出された各種制御信号は、低値選択回路 54に与えられる。低値選択回路 54は、 これらの各種制御信号のうち、最も低値の制御信号を選択し、これを燃料制御信号 C SOとして出力する。
[0043] このようにして燃料流量制御装置 50により求められた燃料制御信号 CSOは、燃料 流量調整弁 40へ与えられ、上記燃料制御信号 CSOに基づ!/、て燃料流量調整弁 40 の開度が調整されることにより、最適な流量の燃料が燃焼器 5aに供給されることとな
[0044] 次に、本実施形態に係る IGCCのカロリ異常検知方法について説明する。 まず、 IGCCの燃料ガスのカロリ制御においては、 目標カロリを設定し、この目標力 ロリの燃料ガスを生成するように、石炭ガス化炉に投入するチヤ一、酸素、石炭、空 気の投入量を制御している。そして、燃焼器 5aに投入される燃料ガスのカロリが目標 カロリであると仮定した場合、燃焼器 5aに投入される燃料投入量とガスタービンの発 電出力には、図 3に示すような関係が成り立つ。
[0045] 図 3において、横軸はガスタービンの発電出力、縦軸は、燃料制御信号 CSOを示 している。なお、図 1に示したように、本実施形態に係る IGCCはいわゆる一軸式のコ ンバインドシステムとなっている。このような場合には、発電機 Gの出力から蒸気ター ビン 7bによる発電出力を減算した値力 S、ガスタービンの発電出力となる。
図 3において、実線は、燃料ガスカロリを目標カロリとした場合におけるガスタービン の発電出力 燃料投入量特性 (以下、「燃料投入特性」という）、また、この特性の下 側および上側に示された点線は、カロリ変動の許容変動範囲の下限値、及び上限値 をそれぞれ示している。
なお、図 3において、縦軸は燃焼器 5aへの投入燃料量と相関がある制御量等であ ればよぐ例えば、燃料流量調整弁 40への操作信号、燃料流量調整弁 40の弁開度 、或レ、は、燃料投入量自体であってもよレヽ。
[0046] そして、 IGCCにおいて、燃料ガスのカロリが目標カロリよりも減少した場合には、ガ スタービン発電出力から求められた目標流量の燃料ガスを燃焼器 5aに投入しても、 所望のガスタービンの発電出力は得られないことから、燃料流量を増加させ図 3に示 した許容変動範囲から上側に外れることとなる。また、逆に、燃料ガスのカロリが目標 カロリよりも増加した場合には、少ない燃料で多くの発電出力が得られることから、燃 料流量を下げる方向となり図 3に示した許容変動範囲から下側に外れることとなる。 このような関係を用いて、本実施形態では、燃焼器 5aに実際に投入される燃料量 に関する情報、例えば、燃料制御信号 CSOをモニタし、この燃料制御信号 CSOとそ のときのガスタービンの発電出力との関係が図 3における許容変動範囲外であった 場合に、カロリ異常を検知する。
[0047] 上記カロリ異常検知方法を実現するためのカロリ異常検知装置（以下「カロリ異常検 知装置」という。）の一構成例を図 4に示す。 図 4に示すように、カロリ異常検知装置は、実際の発電出力が入力され、この入力 情報力 燃料制御信号 CSOの下限値を算出する第 1関数器 71、第 1関数器 71の出 力である下限値と実際の燃料制御信号 CSOとの差分を算出する減算器 72、減算器 72の出力が閾値 ε 1以下であるときに" Η"信号を出力する比較器 73、実際のガスタ 一ビンの発電出力が入力され、この入力情報力 燃料制御信号 CSOの上限値を算 出する第 2関数器 74、第 2関数器 74の出力である上限値と実際の燃料制御信号 CS Οとの差分を算出する減算器 75、減算器 75の出力が閾値 ε 2以上であるときに" Η" 信号を出力する比較器 76、及び、比較器 73並びに比較器 76の出力が入力され、少 なくとも一方力 "H"信号であった場合に、" Η"信号を出力する OR回路 77を備えてい る。このカロリ異常検知装置では、 OR回路 77の出力力 S"H"となったときに、カロリ異 常力 S発生していることとなる。
[0048] 以上説明してきたように、本実施形態に係る IGCC及びそのカロリ異常検知方法に よれば、既存の制御量を用いてカロリ異常を検知するので、カロリーメータを不要とす ること力 Sでき、コストの低減を図ることができる。
[0049] 〔第 2の実施形態〕
次に、本発明の第 2の実施形態に係る IGCC及びそのカロリ異常検知方法につい て説明する。
IGCCの石炭ガス化炉 3においては、燃料ガスのカロリを目標カロリとするために、 石炭ガス化炉 3に投入されるチヤ一、空気、石炭および酸素等の各要素の流量がそ れぞれフィードバック制御される。このため、これらの流量が目標流量に対して変動し た場合には、燃料ガスのカロリが変動することとなる。
具体的には、チヤ一及び石炭、酸素の流量が目標流量よりも大きければ燃料ガス のカロリは増加し、一方、空気の流量が目標流量よりも大きければ、燃料ガスのカロリ は減少する。
従って、第 2の実施形態においては、チヤ一、空気、石炭、及び酸素等のカロリ変 動要因の投入量に基づいて、カロリ異常を検知する。
[0050] 〈チヤ一投入量に基づく検知〉
以下、チヤ一の投入量に基づいてカロリ異常を検知する場合について説明する。 IGCCの燃料ガスのカロリ制御においては、 目標カロリを設定し、この目標カロリとな るように、チヤ一の投入量を制御している。そして、燃焼器 5aに投入される燃料ガス のカロリが目標カロリであると仮定した場合、チヤ一の投入量とガスタービン 5bの発電 出力には、図 5に示すような関係が成り立つ。
図 5において、横軸はガスタービン 5bの発電出力、縦軸は石炭ガス化炉 3へのチヤ 一投入量を示している。また、図 5において、実線は、 目標カロリにおけるガスタービ ンの発電出力—チヤ一投入量特性 (以下、「チヤ一投入特性」という）、また、この特 性の下方に示された二点破線は、許容変動範囲の下限値、また、この特性の上方に 示された点線は許容変動範囲の上限値を表している。
なお、チヤ一投入量は、例えば、チヤ一移送配管に設けられた流量計 62 (図 1参照 )により検出することが可能である。
[0051] そして、石炭ガス化炉 3にチヤ一を移送する移送配管等がつまることにより、石炭ガ ス化炉 3へのチヤ一の投入量が目標投入量よりも減少した場合には、燃料ガスのカロ リが低下するため、所定量の燃料を燃焼器 5aに投入しても、それに対応する所望の ガスタービンの発電出力は得られず燃料投入量を増加させる。従って、この場合、図 5に示した許容変動範囲から下側に外れることとなる。また、逆に、石炭ガス化炉 3へ のチヤ一の投入量が目標投入量よりも増加した場合には、燃料ガスのカロリが増加 するため、少ない燃料量で多くの発電出力が得られる。この時、図 5に示した許容変 動範囲から上側に外れることとなる。
このこと力 、燃料ガスのカロリ異常を検知するにおいては、石炭ガス化炉 3への実 際のチヤ一の投入量とガスタービンの発電出力との関係が図 5における許容変動範 囲外であった場合に、カロリ異常を検知する。
[0052] 上記カロリ異常検知方法を実現するためのカロリ異常検知装置の一構成例を図 6 に示す。
図 6に示すように、カロリ異常検知装置は、実際のガスタービンの発電出力が入力 され、この入力情報力 チヤ一投入量の下限値を算出する第 3関数器 78、第 3関数 器 78の出力である下限値と実際のチヤ一投入量との差分を算出する減算器 79、減 算器 79の出力が閾値 8 3以下であるときに" H"信号を出力する比較器 80、実際の ガスタービンの発電出力が入力され、この入力情報からチヤ一投入量の上限値を算 出する第 4関数器 81、第 4関数器 81の出力である上限値と実際のチヤ一投入量との 差分を算出する減算器 82、減算器 82の出力が閾値 ε 4以上であるときに" Η"信号 を出力する比較器 83、及び、比較器 80並びに比較器 83の出力が入力され、何れか 一方力 S"H"信号であった場合に、 "H"信号を出力する OR回路 84を備えている。こ のカロリ異常検知装置では、 OR回路 84の出力力 S"H"となったときに、カロリ異常を検 失口することとなる。
[0053] 〈燃料 (石炭）と空気 (酸素を含む）との比率に基づく検知〉
石炭ガス化炉 3で生成する燃料ガスのカロリを変動する要因には投入する燃料 (石 炭）と空気（酸素を含む）との比率の乱れがある。石炭ガス化炉 3で生成された燃料ガ スのカロリが計画通りであれば、燃料と空気の比率（以下「空気比」という）に図 7に示 すような所定の関係が成立する。この関係の乱れ具合に基づいて燃料ガスのカロリ 異常を検知する。
図 7において、横軸は石炭投入量、縦軸は空気流量を示している。また、図 7にお いて、実線は、 目標カロリにおける石炭投入量一空気流量特性（以下、「空気比特性 」という）、また、この特性の下方に示された二点破線は、許容変動範囲の下限値、ま た、この特性の上方に示された点線は許容変動範囲の上限値を表して!/、る。
[0054] そして、石炭ガス化炉 3に投入される石炭投入量が減少した場合、或いは、空気流 量が増加した場合には、燃料ガスのカロリが低下し、図 7に示した許容変動範囲から 上方に外れることとなる。また、逆に、石炭ガス化炉 3に投入される石炭投入量が増 カロした場合、或いは、空気流量が減少した場合には、燃料ガスのカロリが増加し、図 7に示した許容変動範囲から下方に外れることとなる。
このこと力 、燃料ガスのカロリ異常を検知するにおいては、石炭ガス化炉 3への燃 料投入量と空気投入量との関係が図 7における許容変動範囲外であった場合に、力 ロリ異常を検知する。
[0055] 上記カロリ異常検知方法を実現するためのカロリ異常検知装置の一構成例を図 8 に示す。
図 8に示すように、カロリ異常検知装置は、実際の石炭投入量が入力され、この入 力情報から空気流量の下限値を算出する第 5関数器 85、第 5関数器 85の出力であ る下限値と実際の空気流量との差分を算出する減算器 86、減算器 86の出力が閾値 ε 5以下であるときに" Η"信号を出力する比較器 87、実際の石炭投入量が入力され 、この入力情報力 空気流量の上限値を算出する第 6関数器 88、第 6関数器 88の 出力である上限値と実際の空気流量との差分を算出する減算器 89、減算器 89の出 力が閾値 ε 6以上であるときに" Η"信号を出力する比較器 90、及び、比較器 87並び に比較器 90の出力が入力され、何れか一方力 S"H"信号であった場合に、 "H"信号 を出力する OR回路 91を備えている。このカロリ異常検知装置では、 OR回路 91の出 力力 S"H"となったときに、カロリ異常を検知することとなる。
[0056] なお、上述は、横軸を石炭投入量とし、縦軸を空気流量として、石炭投入量に対す る空気流量の許容変動範囲を設定し、実際の空気流量がこの許容変動範囲内であ るか否かにより、カロリ異常を検知することとした力 図 9及び図 10に示すように、横軸 を空気流量とし、縦軸を石炭投入量として、空気流量に対する石炭投入量の許容変 動範囲を設定し、実際の石炭投入量がこの許容変動範囲内であるか否かによりカロ リ異常を検知することとしてもよい。図 10に示した構成については、図 8に示した構成 において石炭投入量と空気流量とを入れ替えただけであるため、説明は省略する。
[0057] このように、空気流量と石炭投入量との関係からカロリ異常を検知するので、簡素な 構成により早期にカロリ異常を検知することが可能となる。
[0058] 〈石炭投入量と目標石炭投入量との偏差に基づく検知〉
IGCCにおいては、石炭ガス化炉における燃料ガスのカロリを目標カロリにするため に、石炭の投入量をフィードバック制御している。このとき実際に投入される石炭の流 量 (以下「実石炭投入量」という。）が目標投入量 (以下「石炭目標投入量」という。）よ りも大きければ燃料ガスのカロリは増加し、一方、小さければカロリは減少する。 このことから、 目標石炭投入量と実石炭投入量との偏差が許容変動範囲外となった 場合に、カロリが変動したと検知することとしている。
このようにすることで、実石炭投入量と目標石炭投入量との設定関係から簡易な構 成で、早期にカロリ異常を検知することが可能となる。
[0059] 上記カロリ異常検知方法を実現するためのカロリ異常検知装置の一構成例を図 11 に示す。
図 1 1に示すように、カロリ異常検知装置は、実石炭投入量と目標石炭投入量との 差分を算出する減算器 100、減算器 100の出力が閾値 ε 9以下であるときに" Η"信 号を出力する比較器 101、実石炭投入量と目標石炭投入量との差分を算出する減 算器 102、減算器 102の出力が閾値 ε 10以上であるときに" Η"信号を出力する比 較器 103、及び、比較器 101および 103の出力が入力され、少なくとも何れか一方が "Η"信号であった場合に、 "Η"信号を出力する OR回路 104を備えている。このカロ リ異常検知装置では、 OR回路 104の出力力 S"H"となったときに、カロリ異常を検知 することとなる。
ここで、閾値 ε 9は、偏差の許容変動範囲の下限値、閾値 ε 10は、偏差の許容変 動範囲の上限値に設定されて!/、る。
[0060] 〈実際の空気流量と目標空気流量との偏差に基づく検知〉
IGCCにおいては、石炭ガス化炉における燃料ガスのカロリを目標カロリにするため に、空気の投入量をフィードバック制御している。このとき実際に投入される空気の流 量 (以下「実空気流量」とレ、う。 )が目標空気流量よりも大きければ燃料ガスのカロリは 減少し、一方、小さければカロリは増加する。
このこと力、ら、 目標空気流量と実空気流量との偏差が許容変動範囲外となった場合 に、カロリが変動したと検知することとしている。
このようにすることで、空気流量と目標空気流量との設定関係から簡易な構成で、 早期にカロリ異常を検知することが可能となる。
[0061] 上記カロリ異常検知方法を実現するためのカロリ異常検知装置の一構成例を図 12 に示す。
図 12に示すように、カロリ異常検知装置は、実空気流量と目標空気流量との差分 を算出する減算器 105、減算器 105の出力が閾値 ε 1 1以下であるときに" Η"信号を 出力する比較器 106、実空気流量と目標空気流量との差分を算出する減算器 107、 減算器 107の出力が閾値 ε 12以上であるときに" Η"信号を出力する比較器 108、 及び、比較器 106並びに 108の出力が入力され、少なくとも何れか一方力 S"H"信号 であった場合に、 "H"信号を出力する OR回路 109を備えている。このカロリ異常検 知装置では、 OR回路 109の出力力 S"H"となったときに、カロリ異常を検知することと なる。ここで、閾値 ε 1 1は、偏差の許容変動範囲の下限値、閾値 ε 12は、偏差の許 容変動範囲の上限値に設定されてレ、る。
[0062] 〈実際の酸素流量と目標酸素流量との偏差に基づく検知〉
IGCCにおいては、石炭ガス化炉における燃料ガスのカロリを目標カロリにするため に、酸素の投入量をフィードバック制御している。このとき実際に投入される酸素の流 量 (以下「実酸素流量」とレ、う。 )が目標酸素流量よりも大きければ燃料ガスのカロリは 減少し、一方、小さければカロリは増加する。
このこと力、ら、 目標酸素流量と実酸素流量との偏差が許容変動範囲外となった場合 に、カロリが変動したと検知することとしている。
このようにすることで、酸素流量と目標酸素流量との設定関係から簡易な構成で、 早期にカロリ異常を検知することが可能となる。
[0063] 上記カロリ異常検知方法を実現するためのカロリ異常検知装置の一構成例を図 13 に示す。
図 13に示すように、カロリ異常検知装置は、実酸素流量と目標酸素流量との差分 を算出する減算器 1 10、減算器 1 10の出力が閾値 ε 13以下であるときに" Η"信号を 出力する比較器 1 1 1、実酸素流量と目標酸素流量との差分を算出する減算器 1 12、 減算器 1 12の出力が閾値 ε 14以上であるときに" Η"信号を出力する比較器 1 13、 及び、比較器 1 1 1並びに 1 13の出力が入力され、少なくとも何れか一方力 S"H"信号 であった場合に、 "H"信号を出力する OR回路 1 15を備えている。このカロリ異常検 知装置では、 OR回路 1 15の出力力 S"H"となったときに、カロリ異常を検知することと なる。ここで、閾値 ε 13は、偏差の許容変動範囲の下限値、閾値 ε 14は、偏差の許 容変動範囲の上限値に設定されてレ、る。
[0064] 〈実際のチヤ一投入量と目標チヤー投入量との偏差に基づく検知〉
IGCCにおいては、石炭ガス化炉における燃料ガスのカロリを目標カロリにするため に、チヤ一の投入量をフィードバック制御している。このとき実際に投入されるチヤ一 の流量 (以下「実チヤ一投入量」という。）が目標チヤ一投入量よりも大きければ燃料 ガスのカロリは増加し、一方、小さければカロリは減少する。 このことから、 目標チヤー投入量と実チヤ一投入量との偏差が許容変動範囲外とな つた場合に、カロリが変動したと検知することとしている。
このようにすることで、実チヤ一投入量と目標チヤ一投入量との設定関係から簡易 な構成で、早期にカロリ異常を検知することが可能となる。
[0065] 上記カロリ異常検知方法を実現するためのカロリ異常検知装置の一構成例を図 14 に示す。
図 14に示すように、カロリ異常検知装置は、実チヤ一投入量と目標チヤ一投入量と の差分を算出する減算器 1 16、減算器 1 16の出力が閾値 ε 15以下であるときに" Η "信号を出力する比較器 1 17、実チヤ一投入量と目標チヤー投入量との差分を算出 する減算器 1 18、減算器 1 18の出力が閾値 ε 16以上であるときに" Η"信号を出力 する比較器 1 19、及び、比較器 1 17並びに 1 19の出力が入力され、少なくとも何れか 一方力 S"H"信号であった場合に、 "H"信号を出力する OR回路 120を備えている。こ のカロリ異常検知装置では、 OR回路 120の出力力 S"H"となったときに、カロリ異常を 検失口することとなる。
ここで、閾値 ε 15は、偏差の許容変動範囲の下限値、閾値 ε 16は、偏差の許容 変動範囲の上限値に設定されてレ、る。
[0066] 以上説明してきたように、本実施形態に係る IGCC及びそのカロリ異常検知方法に よれば、既存の制御量を用いてカロリ異常を検知するので、カロリーメータを不要とす ること力 Sでき、コストの低減を図ることができる。
[0067] なお、上述した各実施形態において、カロリ異常を検知した場合には、その旨を IG
CCのシステムオペレータ等に通知するような構成としてもよい。通知手段としては、 表示画面に表示させる、ランプを点灯させる等の視覚的に異常を通知する手段や、 ブザーやメッセージを音声により通知する等の聴覚的に異常を通知する手段をとるこ と力 Sできる。
[0068] また、上述した各実施形態に係るカロリ異常検知方法においては、あるパラメータ が許容変動範囲外となった場合にカロリ異常を通知することとしたが、許容変動範囲 の下側に外れたのか或いは上側に外れたのかを検知することとしてもよぐ更に、そ の結果を通失口することとしてもよレ、。 具体的には、図 4に示したカロリ異常検知装置を例に挙げると、図 4に係る OR回路 77を取り除き、図 15に示すように、比較器 73からの出力と、比較器 76からの出力と がそれぞれ別個に出力されるような構成としてもよい。これにより、比較器 73から" H" が出力された場合には、カロリが増加するカロリ異常、比較器 76から" H"が出力され た場合には、カロリが減少するカロリ異常であることを検知することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 燃料ガスの目標カロリにおけるガスタービンの燃焼器への燃料投入量とガスタービ ンの発電出力との関係である燃料投入特性から、前記燃料投入量に対するガスター ビンの発電出力の許容変動範囲、または、前記ガスタービンの発電出力に対する前 記燃料投入量の許容変動範囲を設定する過程と、
実際の燃料投入量または実際のガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲か ら外れた場合に、カロリ異常を検知する過程と
を有するガスタービン発電システムのカロリ異常検知方法。
[2] 前記カロリ異常を検知する過程において、
実際の前記燃料投入量が前記許容変動範囲の下限値未満であった場合、または 、実際の前記ガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲の上限値を超えた場合 に、高カロリ異常を検知し、
実際の前記燃料投入量が前記許容変動範囲の上限値を超えた場合、または、実 際の前記ガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲の下限値未満であった場合 に、低カロリ異常を検知する請求項 1に記載のガスタービン発電システムのカロリ異 常検知方法。
[3] カロリ異常を検知した場合に、その旨を通知する過程を有する請求項 1または請求 項 2に記載のガスタービン発電システムのカロリ異常検知方法。
[4] 石炭ガス化炉に投入されるチヤ一、空気、石炭、及び酸素のうち、少なくともいずれ か一つの投入量とガスタービンの発電出力との関係から前記投入量に対するガスタ 一ビンの発電出力の許容変動範囲、または、前記ガスタービンの発電出力に対する 前記投入量の許容変動範囲を設定する過程と、
実際の投入量または実際のガスタービンの発電出力が前記許容変動範囲から外 れた場合に、カロリ異常を検知する過程と
を有する石炭ガス化複合発電システムのカロリ異常検知方法。
[5] 石炭ガス化炉に投入されるチヤ一、空気、石炭、及び酸素のうち、少なくともいずれ か一つに関して、その目標投入量と実際の投入量との偏差を算出し、この偏差が予 め設定されている許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異常を検知する石炭ガス 化複合発電システムのカロリ異常検知方法。
[6] カロリ異常を検知した場合に、その旨を通知する過程を有する請求項 4または請求 項 5に記載の石炭ガス化複合発電システムのカロリ異常検知方法。
[7] 燃料ガスの目標カロリにおけるガスタービンの燃焼器への燃料投入量とガスタービ ンの発電出力との関係である燃料投入特性から、前記燃料投入量に対するガスター ビンの発電出力の許容変動範囲、または、前記ガスタービンの発電出力に対する前 記燃料投入量の許容変動範囲を設定し、実際の燃料投入量または実際のガスター ビンの発電出力が前記許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異常を検知するカロ リ異常検知装置を備えるガスタービン発電システム。
[8] 石炭ガス化炉に投入されるチヤ一、空気、石炭、及び酸素のうち、少なくともいずれ か一つの投入量とガスタービンの発電出力との関係から前記投入量に対するガスタ 一ビンの発電出力の許容変動範囲、または、前記ガスタービンの発電出力に対する 前記投入量の許容変動範囲を設定し、実際の投入量または実際のガスタービンの 発電出力が前記許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異常を検知するカロリ異常 検知装置を備える石炭ガス化複合発電システム。
[9] 石炭ガス化炉に投入されるチヤ一、空気、石炭、及び酸素のうち、少なくともいずれ か一つに関して、その目標投入量と実際の投入量との偏差を算出し、この偏差が予 め設定されている許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異常を検知するカロリ異常 検知装置を備える石炭ガス化複合発電システム。
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