JP2017020435A - Coal gasification complex power-generating plant - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、石炭ガス化複合発電プラントに係り、特に負荷変化時に安定に作動できる石炭ガス化複合発電プラントに関する。 The present invention relates to a coal gasification combined power plant, and more particularly to a coal gasification combined power plant that can operate stably when a load changes.
近年、低炭素化社会実現に向け、再生可能エネルギーの導入や高効率な発電プラントの構築による環境負荷低減が求められている。その中で、国内・国外を問わず電力需給の中枢を担っている火力発電の環境負荷低減・高効率化は、急務となっている。 In recent years, in order to realize a low-carbon society, it is required to reduce the environmental load by introducing renewable energy and building a highly efficient power plant. Under such circumstances, it is an urgent task to reduce the environmental burden and increase the efficiency of thermal power generation, which plays a central role in the supply and demand of electricity, both domestically and overseas.
火力発電での環境負荷低減方法の一つとして、低炭素の燃料を選択する方法がある。一般的に、石炭を使用する場合に比べ、低炭素燃料である石油・天然ガスを使用して発電する方が発電効率・環境への影響が優れている。 One method for reducing the environmental burden in thermal power generation is to select a low-carbon fuel. In general, compared to the case of using coal, power generation using low-carbon fuel oil and natural gas has a greater effect on power generation efficiency and the environment.
しかし低炭素燃料の埋蔵量には限りがあり、電源のベストミックスの観点から埋蔵量が豊富にある石炭も有効に活用していく必要がある。 However, the reserves of low-carbon fuel are limited, and it is necessary to make effective use of coal with abundant reserves from the viewpoint of the best mix of power sources.
そこで、石油・天然ガスを使用して発電した場合と比較して環境への影響が大きい石炭を、高効率で環境負荷への影響を大きく低減して発電することが出来る手法として石炭ガス化複合発電(IGCC: Integrated coal Gasification Combined Cycle)プラントが注目されている。 Therefore, a coal gasification compound is a method that can generate coal with a large impact on the environment compared to the case where power is generated using oil and natural gas, while generating electricity with high efficiency and greatly reduced impact on the environment. Electric power generation (IGCC) plants have attracted attention.
典型的な石炭ガス化複合発電プラントの具体的な構成事例及び制御手法を示すものとして特許文献1が知られている。
石油や天然ガスを使用して発電するコンバインドサイクル(C/C)発電の負荷変化率5%/分に対して、一般的な石炭ガス化複合発電プラントは石炭をガス化して発電に使用する性質から負荷指令に対して負荷追従させることが難しく、負荷変化率は3%/分程と負荷追従性能が落ちる。このため、石炭ガス化複合発電プラントの場合にも、石油や天然ガスを使用して発電するコンバインドサイクル(C/C)発電程度の負荷変化率5%/分を実現することが望まれている。 Compared to a combined cycle (C / C) power generation that generates power using oil and natural gas, the rate of change in load is 5% / min. Therefore, it is difficult to follow the load with respect to the load command, and the load change rate is about 3% / min. For this reason, even in the case of a coal gasification combined power plant, it is desired to realize a load change rate of 5% / min, which is equivalent to combined cycle (C / C) power generation using oil or natural gas. .
また酸素吹石炭ガス化複合発電プラントは、(1)蒸気系の観点からの負荷追従性(2)石炭供給系とガス化炉関係から圧力を一定に制御して運転しなければいけない(3)本体機器仕様による運転制約という3つの難しさがある。従来手法として特許文献1のガスタービンGTリードベースの協調制御の手法が検討されているが、負荷変化指令値が大きくなるとガス化炉圧力の基準値を超過し、プラントトリップしてしまうという課題がある。
In addition, the oxygen-blown coal gasification combined power plant must be operated (1) load followability from the viewpoint of the steam system (2) pressure controlled from the coal supply system and gasifier relationship (3) There are three difficulties of operation restrictions due to the specifications of the main device. As a conventional method, the method of cooperative control based on the gas turbine GT lead base of
以上のことから本発明の目的は、石炭ガス化複合発電プラントにおいて、天然ガスコンバインド発電所同等の最低負荷から最大負荷まで5%/分においてもガス化炉圧力の基準値を超過することなく運転可能であり、最低負荷から最大負荷だけでなく中間負荷帯においても適用可能な石炭ガス化複合発電プラントを提供することにある。 From the above, the object of the present invention is to operate a coal gasification combined power plant without exceeding the standard value of the gasifier pressure even at 5% / min from the minimum load to the maximum load equivalent to the natural gas combined power plant. It is possible to provide a combined coal gasification combined power plant that can be applied not only from the lowest load to the maximum load but also in an intermediate load zone.
以上のことから本発明においては、石炭を供給する燃料供給部と、供給された燃料のガス化を行うガス化部と、得られたガスを精製するガス精製部と、精製されたガス及び得られた蒸気から動力を取り出す発電部と、少なくとも発電部に与えるガス量と、燃料供給部に供給する石炭量を制御する制御部とを備え、制御部は出力増加時に時間的に増加する発電出力指令に応じて発電部に与えるガス精製部からのガス量を定めるガス量制御部と、発電出力指令に応じて求められた協調指令信号と、ガス化部におけるガス圧力を目標値に制御するガス制御信号の和により石炭量を定める石炭量制御部と、を備えた石炭ガス化複合発電プラントであって、
ガス圧力の目標値は、出力変化時に時間的に増加する発電出力指令の出力増加開始時点以前の第1の時点から、出力増加完了時点以後の第2の時点までの期間において、通常の目標値より高めに設定されることを特徴とする石炭ガス化複合発電プラントである。
From the above, in the present invention, a fuel supply unit that supplies coal, a gasification unit that gasifies the supplied fuel, a gas purification unit that purifies the obtained gas, a purified gas, and an obtained gas A power generation unit that extracts power from the generated steam, a control unit that controls at least the amount of gas supplied to the power generation unit, and the amount of coal supplied to the fuel supply unit, and the control unit generates power output that increases with time when the output increases Gas amount control unit that determines the amount of gas from the gas purification unit to be given to the power generation unit according to the command, cooperative command signal obtained according to the power generation output command, and gas that controls the gas pressure in the gasification unit to the target value A coal gasification combined power plant comprising a coal amount control unit that determines a coal amount by the sum of control signals,
The target value of the gas pressure is a normal target value in a period from the first time before the output increase start time of the power generation output command that increases with time when the output changes to the second time after the output increase completion time. It is a coal gasification combined power plant characterized by being set higher.
本発明によれば、石炭ガス化複合発電プラントにおいて、天然ガス同等(5%/分、最低負荷から最大負荷)のいかなる負荷変化帯に対しても適応可能な制御システムとすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can be set as the control system which can adapt to any load change zone | band equivalent to natural gas (5% / min, the minimum load to the maximum load) in a coal gasification combined power plant.
本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図2は、本発明の実施例に係る石炭ガス化複合発電プラントの典型的な装置構成例を示している。 FIG. 2 shows a typical apparatus configuration example of a combined coal gasification combined power plant according to an embodiment of the present invention.
図2に示す石炭ガス化複合発電プラントは、その機能を大別して示すと、石炭を微粉炭にして供給する燃料供給部分A、燃料のガス化を行うガス化部分B、得られたガスを精製するガス精製部分C、精製されたガス及び得られた蒸気から動力を取り出す発電部分Dと、それらの制御部分Eから構成されている。 The coal gasification combined power plant shown in FIG. 2 is roughly classified into its functions. A fuel supply part A for supplying coal as pulverized coal, a gasification part B for gasifying fuel, and refining the obtained gas A gas purification part C, a power generation part D for extracting power from the purified gas and the obtained steam, and a control part E thereof.
このうち燃料供給部分Aは、微粉炭と酸素をガス化部分Bに供給するものであり、ミルを含む石炭供給系1において、空気分離器31が与える窒素の環境下で石炭を微粉炭とする。また空気分離器31が与える酸素と共に、微粉炭をガス化部分Bに供給する。
Among these, the fuel supply part A supplies pulverized coal and oxygen to the gasification part B. In the
ガス化部分Bは、ガス化炉2とシンガスクーラ3により構成されている。ガス化炉2では燃料搬送管32により搬送された燃料(石炭)をガス化し、シンガスクーラ3ではその内部のシンガスクーラ節炭器あるいはシンガスクーラ蒸発器において、給水との熱交換により燃料ガスを冷却する。なおシンガスクーラ節炭器への給水は、後述する排熱回収ボイラHRSGから供給し、シンガスクーラ3で発生した蒸気はシンガスクーラドラムで排熱回収ボイラHRSGに回収される。
The gasification part B includes a
ガス精製部分Cは、シンガスクーラ3で冷却された燃料ガスに含まれる固形物などを脱塵装置33で除去した後、加熱装置34を介してガス生成装置5に導き、ガスの生成を行う。生成されたガスは加熱装置34を介して発電部分Dのガスタービン燃焼器6に投入されるが、余剰ガスの一部はグランドフレア11から排出される。
The gas refining portion C removes solids and the like contained in the fuel gas cooled by the
発電部分Dは、その機能を大別して示すと、ガスタービンGTと排熱回収ボイラHRSGと蒸気タービンSTから構成されている。ガスタービンGTは、空気を圧縮する圧縮機7と圧縮空気により生成ガスを燃焼させる燃焼器6と、ガスタービン部34で構成されており、得られた機械動力により、発電機10を駆動して発電電力を得る。なお図1の例では、ガスタービン軸と蒸気タービン軸と発電機軸が同軸上に配置されて、発電機10を駆動する例を示している。
The power generation portion D is roughly composed of a gas turbine GT, an exhaust heat recovery boiler HRSG, and a steam turbine ST. The gas turbine GT includes a
排熱回収ボイラHRSGではガスタービンGTからの燃焼排ガスWGを導入し、給水ポンプ4からの給水Wとガスタービン燃焼排ガスWGの熱交換により蒸気を発生する。より詳細には、復水器35からの給水Wが給水ポンプ4により加圧されて排熱回収ボイラHRSGに導入される。排熱回収ボイラHRSGは、その排ガスWG下流側から順次節炭器36、蒸発器37、過熱器38を配置しており、これら熱交換器と排ガスWGの熱交換により、給水は過熱蒸気とされ、主蒸気管40から蒸気タービンSTの高圧タービン9に導かれてこれを駆動する。
In the exhaust heat recovery boiler HRSG, combustion exhaust gas WG from the gas turbine GT is introduced, and steam is generated by heat exchange between the feed water W from the
また高圧タービン9で仕事をした蒸気は、再度排熱回収ボイラHRSGに導かれ、再熱器39において再加熱されて再熱蒸気となり、再熱蒸気管41を介して蒸気タービンSTの再熱タービン8に導かれてこれを駆動する。なお、排熱回収ボイラHRSGの各部における給水や蒸気は、適宜蒸気配管部分から抽出されて、別用途に利用される。典型的な一例として、ガス化炉2におけるシンガスクーラ節炭器あるいはシンガスクーラ蒸発器において、給水との熱交換により燃料ガスを冷却する系統が示されており、冷却後の蒸気は排熱回収ボイラドラムで回収される。なお排熱回収ボイラドラムにはシンガスクーラドラムからの蒸気がシンガスクーラ蒸気流量調節弁を介して合流するようになっている。
The steam that has worked in the high-
以上述べたように、図2の石炭ガス化複合発電プラントは、燃料を搬送する燃料搬送管32と、燃料をガス化して燃料ガスを生成するガス化炉2と、燃料ガスからシンガスクーラ節炭器及びシンガスクーラ蒸発器により熱を回収して蒸気を生成するシンガスクーラ3と、脱塵装置33に接続して燃料ガス中の不要物質を除去して精製ガスとするガス精製設備5と、精製ガスを動力源とするガスタービンGTと、ガスタービンGTの排ガスWGから蒸気を得る排熱回収ボイラHRSGと、排熱回収ボイラHRSGに給水する給水ポンプ4と、排熱回収ボイラHRSG及びシンガスクーラドラムから得られる蒸気を回収する排熱回収ボイラドラムと、排熱回収ボイラドラムから得られる蒸気を動力源とする蒸気タービンSTなどを基本構成要素とするものである。
As described above, the combined coal gasification combined power plant of FIG. 2 includes the
制御部分Eは、燃料供給部分A、ガス化部分B、ガス精製部分C、発電部分Dのそれぞれを適正に制御している。所望の発電出力を適宜のタイミングで得るに必要な、各部プラント量を適正に制御している。 The control part E appropriately controls each of the fuel supply part A, the gasification part B, the gas purification part C, and the power generation part D. The amount of each plant required to obtain a desired power generation output at an appropriate timing is appropriately controlled.
図1は、制御部分Eの主要な構成部である負荷追従制御回路部分を示した図である。負荷追従制御回路部分の主要な機能の一つは、発電出力指令に対して、ガスタービンGTに与えるガス量を適正に制御することであり、他の主要な機能は、石炭の投入量(供給量)を適正量に制御することである。この制御は要するに、石炭ガス化複合発電プラントに与える総エネルギー量と、石炭ガス化複合発電プラントから取り出す総エネルギー量を時系列的にバランスさせるためのものである。 FIG. 1 is a diagram showing a load following control circuit portion that is a main component of the control portion E. One of the main functions of the load following control circuit part is to appropriately control the amount of gas given to the gas turbine GT in response to the power generation output command, and the other main function is the input amount of coal (supply) The amount is controlled to an appropriate amount. In short, this control is for chronologically balancing the total energy amount given to the coal gasification combined power plant and the total energy amount taken out from the coal gasification combined power plant.
このうち前者の制御は、図1の発電出力指令14と、実際の発電出力12との偏差を減算器42で求め、比例積分調節器43を介してガスタービン燃焼器入口のガスタービン制御弁GCVの開度指令13として与えることで実現される。なお発電出力12は、ガスタービンGTの出力と蒸気タービンSTの出力の合計量である。
Among these controls, the former control obtains the deviation between the power
これに対し後者の石炭の投入量制御は、発電出力指令14に対応して定められる制御分C1と、ガス化圧力を目標値に適正に制御していかなる状態でもガス化圧力を保持しておく制御分C2を反映した制御とされている。
On the other hand, in the latter coal input amount control, the control amount C1 determined corresponding to the power
このうち制御分C1では、発電出力指令14から協調指令15を作成し、石炭供給指令20に付加する協調制御をおこなうものである。また制御分C2では、ガス化炉圧力18とガス化炉圧力目標19の偏差を減算器44で求め、調節器45による比例積分制御で石炭供給指令20を決めている。
Among these, in the control part C1, the
この図1の負荷追従制御回路は、ガス発生側(石炭供給)とガス使用側(GCV開度)を強調して制御させる目的のものであり、ガス使用量を増減させる場合には、ガス発生側もガス使用量に見合った程度増減させるという協調制御を行う。協調指令関数発生器15は、発電出力指令14が単位量変化した場合に、石炭量をどの程度変化させるのがよいか、その割合を設定している。
The load follow-up control circuit in FIG. 1 is for the purpose of emphasizing and controlling the gas generation side (coal supply) and the gas usage side (GCV opening degree). The side also performs coordinated control to increase or decrease to the extent appropriate for the amount of gas used. The cooperative
本発明者らの知見によれば、図3、図4、図5の事が知られている。まず図3は、横軸に協調制御ゲイン、縦軸に負荷変化開始後のガス化炉の炉圧変動(kpa)を示しており、協調指令のゲイン(横軸)を大きくするとガス化炉圧力変動幅は抑制されることを示している。 According to the knowledge of the present inventors, the facts of FIGS. 3, 4, and 5 are known. First, FIG. 3 shows the coordinated control gain on the horizontal axis, and the furnace pressure fluctuation (kpa) of the gasifier after the start of load change on the vertical axis. The fluctuation range is suppressed.
図4は、横軸に協調制御ゲイン、縦軸に負荷変化終了後のガス化炉の炉圧オーバーシュート(kpa)を示している。この図4は、協調制御ゲインを0.7より大きくすると、負荷変化後に炉圧の長時間にわたるオーバーシュートが発生することを表している。 FIG. 4 shows the coordinated control gain on the horizontal axis and the furnace pressure overshoot (kpa) of the gasification furnace after the end of load change on the vertical axis. FIG. 4 shows that when the cooperative control gain is made larger than 0.7, overshoot over a long period of the furnace pressure occurs after the load change.
図3と図4から判明するのは、負荷変化期間中の制御を良好に行うには協調ゲインは高いほうがよいが、高すぎると負荷変化制御期間終了後に石炭過投入の影響が表れて長時間にわたるオーバーシュートが発生するということである。そのため、オーバーシュートがなく、かつガス化炉圧力変動が最小となる0.7を協調制御ゲインの最適値とし、採用するのがよい。 3 and 4 show that the cooperative gain should be high for good control during the load change period, but if it is too high, the effect of excessive coal input will appear after the end of the load change control period. Overshoot occurs. Therefore, it is preferable to adopt an optimum value of the cooperative control gain, which is 0.7, in which there is no overshoot and the gasifier pressure fluctuation is minimized.
因みに図5は、協調指令ゲインを1として実際に負荷変化させたときのガス化炉圧力の変動を時間経過とともに示したものである。まず時刻t1において負荷変化開始し、時刻t2において負荷変化を終了したものとする。ガス化炉圧力は3.470(MpaA)とすべきところ、負荷変化直後のオーバーシュートにより上昇し、その後負荷変化終了字時刻t2では2(kpa)ほど低下しその後時刻t3に向けて増加し、負荷変化終了後のガス化炉圧力が3.472(MpaA)となり、オーバーシュートが生じたことを表している。かつこの終了後のオーバーシュートは、長期間にわたり継続されていることを示している。 Incidentally, FIG. 5 shows the change in the gasifier pressure when the load is actually changed with the cooperative command gain being 1, with the passage of time. First, it is assumed that the load change starts at time t1 and the load change ends at time t2. Where the gasifier pressure should be 3.470 (MpaA), it rises due to overshoot immediately after the load change, then decreases by 2 (kpa) at the load change end character time t2, and then increases toward time t3, The gasifier pressure after the end of the load change is 3.472 (MpaA), indicating that overshoot has occurred. And the overshoot after this completion | finish has shown continuing over a long period of time.
本発明においては、制御分C1について、上記協調制御ゲインの配慮を施こしながら、同時にガス化圧力を保持する制御分C2に対して、以下の予測制御の考えを導入したガス化炉圧力制御を実行する。この配慮は、図2の燃料供給部分Aからガス化部分B、ガス精製部分Cを介して発電部分Dのガスタービン燃焼器に至るまでには多大の時間遅れを要することから、この遅れを先行予測制御により解消せんとするものである。 In the present invention, the gasification furnace pressure control in which the following predictive control concept is introduced to the control component C2 that holds the gasification pressure at the same time while giving consideration to the cooperative control gain for the control component C1. Run. Since this consideration requires a great time delay from the fuel supply portion A in FIG. 2 to the gas turbine combustor of the power generation portion D via the gasification portion B and the gas purification portion C, this delay is preceded. It is to be solved by predictive control.
そこで本発明においては、図1に示すように、発電スケジュール16から予測関数17を介してガス化炉圧力目標19を作成し、ガス化炉圧力目標19を変化させることにより、ガス化炉圧力18を制御する。
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 1, the
図6は、負荷変化時における図1の制御系各部の信号を示した図である。この図において横軸は時間、縦軸項目は上から順に発電スケジュール(MW)16、発電出力指令(MW)14、ガス化炉圧力目標値(MPa)19、ガス化炉圧力(MPa)18、石炭供給量20を表している。
FIG. 6 is a diagram showing signals of each part of the control system of FIG. 1 when the load changes. In this figure, the horizontal axis is time, and the vertical axis items are power generation schedule (MW) 16, power generation output command (MW) 14, gasifier pressure target value (MPa) 19, gasifier pressure (MPa) 18, The
この図において、発電スケジュール16は、例えば当該発電所における1日単位の発電出力の計画値であり、時刻t10において発電出力をGminからGmaxに増大させるという計画値を有している。これに対し発電出力指令(MW)14は、時刻t10で発電出力Gmaxを達成するためには、t10よりもtx時間前のt9から増加し始めて時刻t10で発電出力Gmaxになる時間変化指令を発する。この場合の変化率は、石油や天然ガスを使用して発電するコンバインドサイクル(C/C)発電程度の負荷変化率5%/分とされている。
In this figure, the
ここで発電出力指令(MW)14は、一方においてガスタービン燃焼器入口のガスタービン制御弁GCVの開度指令13として与えられるものであり、ガスタービン制御弁GCV入口のガス量は十分に確保されていることを前提としている。
Here, the power generation output command (MW) 14 is given on the one hand as the
このため他方では、前提としたガス量を確保しておく操作が必要であり、この観点がガス化圧力目標値19の設定に反映される。ガス化圧力目標値19の設定では、石炭ガス化複合発電プラント内のプロセス量のより上流側である石炭供給量を定める必要があるために、目標出力達成t10よりもtx時間前のt9を起点とし、さらにty時間前のt8からガス化圧力制御のための対策が必要である。かつ図4で説明した負荷変化終了後のガス化炉の炉圧オーバーシュートの問題に対応するためには、目標出力達成t10よりもty時間後のt11までガス化圧力制御対策を実行し続ける必要がある。
For this reason, on the other hand, an operation for securing the presupposed gas amount is necessary, and this viewpoint is reflected in the setting of the gasification
図6のガス化炉圧力目標値(MPa)19は、上記観点から時刻t8からt11までの期間をガス化炉圧力制御対象期間とする。図1の予測関数17では、発電スケジュール(MW)16からこの期間を定めるとともに、この期間における目標圧力の大きさを決定する。図6ではこの期間の圧力目標値を通常運転時のPLに対して、より大きい値のPHを与える例を示している。なおこの期間の圧力目標値は、適宜の指標を用いて任意に定めることが可能である。
The gasifier pressure target value (MPa) 19 in FIG. 6 sets the period from time t8 to t11 as the gasifier pressure control target period from the above viewpoint. In the
ガス化炉圧力制御対象期間における高圧ガス化炉圧力制御により、実際のガス化炉圧力は、図5に示した負荷変化期間中の炉圧オーバーシュート傾向を示し、上昇後に低下する変動をする。調節器45は、ガス化炉圧力の目標と計測値からの比例積分制御により、制御信号C2を定める。
By the high-pressure gasifier pressure control in the gasifier pressure control target period, the actual gasifier pressure shows a furnace pressure overshoot tendency during the load change period shown in FIG. The
他方、制御信号C1としては協調指令ゲインを0.7程度にする信号が与えられている。図6の石炭供給量20は、上記制御信号C1とC2が合成されて得られた目標信号であり、制御信号C1により、ガスタービン制御弁GCVの制御開始に先行する時刻t8から石炭供給量を増加させることでガスタービン制御弁GCV入口のガス量を十分に確保する。かつ負荷変化終了後の時刻t11よりもさらに後の時刻t12まで制御継続されることで、負荷変化終了後のガス化炉の炉圧オーバーシュートの問題に対応している。
On the other hand, a signal for setting the cooperative command gain to about 0.7 is given as the control signal C1. The
なお協調指令ゲインを0.7程度にしたことで、負荷変化期間中の応答を比較的高く維持可能であり、かつ負荷変化終了後のガス化炉の炉圧オーバーシュートを抑制することができている。 By setting the cooperative command gain to about 0.7, the response during the load change period can be maintained relatively high, and the furnace pressure overshoot of the gasifier after the load change can be suppressed. Yes.
次に、本発明による効果をシミュレーションした結果について説明する。図7と図8は、負荷変化時間txと負荷変化前後のバイアス期間tyの関係を想定してものである。図7は表形式により、図8はグラフ形式により示している。 Next, the result of simulating the effect of the present invention will be described. 7 and 8 assume the relationship between the load change time tx and the bias period ty before and after the load change. 7 shows a table format, and FIG. 8 shows a graph format.
図7の表の縦軸側において、ケースはAからFまでの6通りであり、横軸側には負荷変化と負荷変化前後のバイアス期間tyを数値により例示している。なお負荷変化として、変化量と負荷変化時間txを採用して数値表示している。図8のグラフに示すように、ケースはAからFまでの6通りが、中間負荷帯にも対応できるよう、1/6単位での変化幅と下直線関係としている。 On the vertical axis side of the table of FIG. 7, there are six cases from A to F. On the horizontal axis side, the load change and the bias period ty before and after the load change are illustrated by numerical values. As the load change, the change amount and the load change time tx are adopted and numerically displayed. As shown in the graph of FIG. 8, the case has a straight line relationship with the change width in 1/6 units so that the six cases from A to F can also correspond to the intermediate load band.
図9は、想定したケースにより負荷変化させたときの応答結果を示す図である。図9では、横軸に負荷変化時間tx、縦軸にガス化炉圧力変動幅(kPa)を採用し、GTリードによる制御の時の応答、GTリードによる協調制御(特許文献1に記載の制御手法)の時の応答、本発明に係るGTリードによる予測協調制御の時の応答を示している。但し、負荷変化時間txは石油や天然ガスを使用して発電するコンバインドサイクル(C/C)発電程度の負荷変化率5%/分とされている。また、それぞれのケースにおけるバイアス値は、GTリードベース協調制御時のガス化炉圧力降下ピーク値を上下に分散させる意味で半分の値としている。 FIG. 9 is a diagram illustrating a response result when the load is changed according to an assumed case. In FIG. 9, the load change time tx is adopted on the horizontal axis and the gasifier pressure fluctuation range (kPa) is adopted on the vertical axis, the response at the time of control by the GT lead, the cooperative control by the GT lead (the control described in Patent Document 1) The response at the time of method) and the response at the time of predictive cooperative control by GT lead according to the present invention are shown. However, the load change time tx is set to a load change rate of 5% / min, which is about the combined cycle (C / C) power generation using oil or natural gas. Moreover, the bias value in each case is set to a half value in the sense that the gasifier pressure drop peak value at the time of the GT lead-based cooperative control is dispersed vertically.
このシミュレーション結果によれば、GTリードによる制御の時の応答ではケースC程度の状態、つまり4/6負荷程度の段階でガス化炉圧力変動幅の許容変動幅を逸脱してしまっている。GTリードによる協調制御の時の応答であっても、6/6負荷に至る前に許容変動幅を逸脱してしまっている。本発明のGTリードによる予測協調制御の時の応答では、許容変動幅を大きく下回ることができている。 According to the simulation result, the response at the time of control by the GT lead deviates from the allowable fluctuation range of the gasifier pressure fluctuation range at the level of case C, that is, at the stage of about 4/6 load. Even in the case of the response at the time of cooperative control by the GT lead, the allowable fluctuation range has been deviated before the 6/6 load is reached. In the response at the time of predictive cooperative control by the GT lead of the present invention, the allowable fluctuation range can be greatly reduced.
図9の結果により、このようにケースB〜Fにおいてもシミュレーションによりガス化炉圧力が許容値以内に収まっていることを確認した。以上のことにより、本発明は最低負荷から最大負荷の変化だけでなく、中間負荷においても適用することが出来ることが判明した。なお、負荷下げ時については、グランドフレア11でガスを燃やすことによりガス化炉圧力の上昇を押さえること出来る。なお、ケースAは5%/分で最大負荷から最低負荷の変化ため、それ以上負荷変化時間が大きくなることはプラント運用上有り得ない。 From the result of FIG. 9, it was confirmed that the gasifier pressure was within the allowable value by simulation in cases B to F as described above. From the above, it has been found that the present invention can be applied not only to the change from the minimum load to the maximum load but also to an intermediate load. In addition, at the time of load reduction, the increase in the gasifier pressure can be suppressed by burning the gas with the ground flare 11. In case A, the change from the maximum load to the minimum load is 5% / min. Therefore, the load change time cannot be further increased in plant operation.
以上詳細に述べたように、GTリードベース協調制御では発電指令と同時に協調指令が入るため、石炭供給量変化が負荷変化に追従出来ず、ガス化炉圧力変動が大きくなると考えられる。そこで本発明においては、通常の発電所で実施されている発電スケジュールに着目し、そのスケジュールから負荷上昇前に予測指令を与えることで追従性を高めることが出来ないか検討した。通常、発電所は事前に決定されたスケジュールで運転を行っているため、負荷が上下するタイミングが分かっている。そのため、スケジュールの関数を予測先行的にガス化炉圧力指令として入れることによって、負荷が上昇し始めるタイミングにはすでにGT入口にそれ相応のガス量が入るようなロジックを考えた。そこで、GTリードベース協調制御に加え、発電指令変化前にガス化炉の圧力設定値に予測指令としてある一定時間バイアスを印加することで、ガス化炉圧力の変動を抑制する手法を発明したものである。 As described above in detail, in the GT lead-based cooperative control, since the cooperative command is input simultaneously with the power generation command, it is considered that the coal supply amount change cannot follow the load change and the gasifier pressure fluctuation increases. Therefore, in the present invention, paying attention to the power generation schedule implemented at a normal power plant, it was examined whether followability could be improved by giving a prediction command before the load increase from the schedule. Usually, since the power plant operates on a schedule determined in advance, the timing when the load increases and decreases is known. For this reason, a logic has been considered in which a gas function corresponding to the GT inlet is already entered at the timing when the load starts to rise by inputting a schedule function as a gasifier pressure command in advance. Therefore, in addition to GT lead-based cooperative control, a method for suppressing fluctuations in gasifier pressure by applying a bias for a certain period of time as a prediction command to the pressure setting value of the gasifier before power generation command change was invented. It is.
より詳細には、酸素吹石炭ガス化複合発電において、負荷変化開始と同時のガス化炉への協調指令ではガス化炉圧力抑制に限界がある。そこで、発電スケジュールを元に決定した予測指令をガス化炉に先行して印加することによりガス化炉圧力の変動を許容値以内に抑え、プラントトリップに至らないような制御システムを発明したものである。 More specifically, in the oxygen-blown coal gasification combined cycle power generation, there is a limit to the gasifier pressure suppression in the cooperative command to the gasifier simultaneously with the start of load change. Therefore, a control system was invented by applying a prediction command determined based on the power generation schedule in advance to the gasifier, thereby suppressing fluctuations in the gasifier pressure within an allowable value and not leading to a plant trip. is there.
また負荷変化時間をtx、負荷変化時間に幅を持たせる時間をtyとした関数を予測関数とし、最低負荷から最大負荷まで5%/分で変化させた際のtyの最適値から起点に線形関数と仮定した。これにより、いかなる負荷変化にも対応できるよう石炭ガス化複合発電プラントが実現されることが判明した。 In addition, a function having a load change time tx and a load change time range ty as a prediction function is linear from the optimum value of ty when changing from the minimum load to the maximum load at 5% / min. Assumed to be a function. As a result, it has been found that a coal gasification combined power plant can be realized to cope with any load change.
A:燃料供給部分
B:ガス化部分
C:ガス精製部分
D:発電部分
E:制御部分
1:石炭供給系
2:ガス化炉
3:シンガスクーラ
4:給水ポンプ
HRSG:排熱回収ボイラ
5:ガス精製装置
6:燃焼器
7:圧縮機
GT:ガスタービン
8:再熱タービン
9:高圧タービン
10:発電機
11:グランドフレア
12:発電出力
13:GCV開度指令
14:発電出力指令
15:協調指令関数発生器
16:発電スケジュール
17:予測関数
18:ガス化炉圧力
19:ガス化炉圧力目標
20:石炭供給指令
31:空気分離器
32:燃料搬送管
33:脱塵装置
34:ガスタービン部
35:復水器
36:節炭器
37:蒸発器
38:過熱器
39:再熱器
40:主蒸気管
41:再熱蒸気管
42、44:減算器
43、45:調節器
A: Fuel supply part B: Gasification part C: Gas purification part D: Power generation part E: Control part 1: Coal supply system 2: Gasification furnace 3: Syngas cooler 4: Feed water pump HRSG: Waste heat recovery boiler 5: Gas Refiner 6: Combustor 7: Compressor GT: Gas turbine 8: Reheat turbine 9: High pressure turbine 10: Generator 11: Ground flare 12: Power generation output 13: GCV opening command 14: Power generation output command 15: Cooperation command Function generator 16: Power generation schedule 17: Prediction function 18: Gasifier pressure 19: Gasifier pressure target 20: Coal supply command 31: Air separator 32: Fuel transfer pipe 33: Dedusting device 34: Gas turbine section 35 : Condenser 36: economizer 37: evaporator 38: superheater 39: reheater 40: main steam pipe 41: reheat
Claims (3)
前記ガス圧力の目標値は、前記出力変化時に時間的に増加する発電出力指令の出力増加開始時点以前の第1の時点から、出力増加完了時点以後の第2の時点までの期間において、通常の目標値より高めに設定されることを特徴とする石炭ガス化複合発電プラント。 A fuel supply unit that supplies coal, a gasification unit that gasifies the supplied fuel, a gas purification unit that purifies the obtained gas, and a power generation unit that extracts power from the purified gas and the obtained steam And a control unit that controls at least the amount of gas supplied to the power generation unit and the amount of coal supplied to the fuel supply unit, and the control unit generates the power generation according to a power generation output command that increases with time when the output increases. A gas amount control unit for determining a gas amount from the gas purification unit to be supplied to a unit, a cooperative command signal obtained according to the power generation output command, and a gas control signal for controlling a gas pressure in the gasification unit to a target value A coal gasification combined power plant comprising a coal amount control unit that determines the amount of coal according to the sum of:
The target value of the gas pressure is a normal value in a period from a first time before the output increase start time of the power generation output command that increases with time when the output changes to a second time after the output increase completion time. Coal gasification combined power plant characterized by being set higher than the target value.
前記ガス圧力の目標値について、前記出力変化時間をtx、出力変化開始時点と前記第1の時点の間の時間をtyとするとき、txとtyの関係を線形として最低負荷から最大負荷まで規定変化率で変化させ、中間負荷帯にも対応可能としたことを特徴とする石炭ガス化複合発電プラント。 A coal gasification combined cycle plant according to claim 1,
Regarding the target value of the gas pressure, when the output change time is tx, and the time between the output change start time and the first time is ty, the relationship between tx and ty is linear and specified from the lowest load to the maximum load. Coal gasification combined power plant characterized by being able to change at a rate of change and to be able to handle intermediate load zones.
前記発電出力指令に応じて求める協調指令信号は、出力増加中におけるガス圧力の変動を抑制し、かつ出力増加完了後のガス圧力のオーバーシュートを抑制する大きさの係数を乗じて求められることを特徴とする石炭ガス化複合発電プラント。 The coal gasification combined cycle plant according to claim 1 or 2,
The cooperative command signal obtained according to the power generation output command is obtained by multiplying a coefficient of a magnitude that suppresses fluctuations in gas pressure during output increase and suppresses overshoot of gas pressure after completion of output increase. A coal gasification combined cycle power plant.
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