(57)【要約】【課題】酸化剤の供給設備の容量を増加させることなく、かつプラント全体の制御を迅速に安定させる、ことを目的とする。【解決手段】ＩＧＣＣプラントは、酸化剤を用いて石炭をガス化させる石炭ガス化炉、及び石炭ガス化炉によって生成されたガスをガス精製設備で精製して得られる燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスによって駆動するガスタービン、及びガスタービンの空気圧縮機より抽気した空気又は該空気より分離される酸素を石炭ガス化炉の酸化剤として供給する酸化剤供給路を備える。ＩＧＣＣプラントの制御装置５０は、石炭ガス化炉の運転状態量の変動又はＩＧＣＣプラントの負荷の変動に応じて、炭素の理論燃焼空気量に対して石炭ガス化炉に供給される空気量の比である空気比が予め定められた設定値からずれることを許容して、石炭ガス化炉に供給する酸化剤量を所定の上限値内で制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤を用いて炭素含有燃料をガス化させるガス化炉、前記ガス化炉によって生成されたガスをガス精製設備で精製して得られる燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスによって駆動するガスタービン、及び前記ガスタービンの空気圧縮機より抽気した空気又は該空気より分離される酸素を前記ガス化炉の酸化剤として供給する酸化剤供給路を備えるガス化発電プラントの制御装置であって、
前記ガス化発電プラントが静定状態の場合、炭素含有燃料の理論燃焼酸化剤量に対して前記ガス化炉に供給される酸化剤量の比である空気比を固定とする空気比固定モードとし、前記ガス化炉の運転状態量が変動した場合又は前記ガス化発電プラントの負荷が変動した場合、前記空気比を変動可能とする空気比変動モードとする切替手段を備えるガス化発電プラントの制御装置。
【請求項２】
前記ガス化炉の運転状態量が変動する場合とは、前記ガス化炉の圧力の計測値とガス化炉圧力の設定値との偏差が静定時に比べ大きくなった場合である請求項１記載のガス化発電プラントの制御装置。
【請求項３】
前記ガス化発電プラントは、前記ガス化炉及び前記ガスタービンの排ガスにより加熱された蒸気によって駆動し、駆動軸が前記ガスタービンの駆動軸と同軸でない蒸気タービン備え、
前記ガス化炉の運転状態量が変動する場合とは、前記ガスタービンの出力が増加しない一方で、前記ガス化炉に投入される入熱を規定するパラメータであるガス化炉入力指令が増加する場合である請求項１記載のガス化発電プラントの制御装置。
【請求項４】
酸化剤を用いて炭素含有燃料をガス化させるガス化炉、前記ガス化炉によって生成されたガスをガス精製設備で精製して得られる燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスによって駆動するガスタービン、及び前記ガスタービンの空気圧縮機より抽気した空気又は該空気より分離される酸素を前記ガス化炉の酸化剤として供給する酸化剤供給路を備えるガス化発電プラントの制御装置であって、
前記ガス化炉の運転状態量の変動又は前記ガス化発電プラントの負荷の変動に応じて、炭素含有燃料の理論燃焼酸化剤量に対して前記ガス化炉に供給される酸化剤量の比である空気比が予め定められた設定値からずれることを許容して、前記ガス化炉に供給する酸化剤量を所定の上限値内で制御する酸化剤量制御手段を備えるガス化発電プラントの制御装置。
【請求項５】
前記酸化剤量は、前記ガス化発電プラントに対する出力指令値に基づく前記ガス化炉の圧力の設定値と前記ガス化炉の圧力の計測値との偏差に基づいて決定される請求項４記載のガス化発電プラントの制御装置。
【請求項６】
前記出力指令値に基づいて決定される前記酸化剤量は、前記ガス化炉に投入される入熱を規定するパラメータであるガス化炉入力指令によって補正される請求項５記載のガス化発電プラントの制御装置。
【請求項７】
前記酸化剤量制御手段は、前記ガス化炉の圧力を上昇させる場合にのみ、酸化剤量を前記上限値内で制御する請求項４から請求項６の何れか１項記載のガス化発電プラントの制御装置。
【請求項８】
酸化剤を用いて炭素含有燃料をガス化させるガス化炉と、
前記ガス化炉によって生成されたガスをガス精製設備で精製して得られる燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスによって駆動するガスタービンと、
請求項１から請求項７の何れか１項記載の制御装置と、
を備えるガス化発電プラント。
【請求項９】
酸化剤を用いて炭素含有燃料をガス化させるガス化炉、前記ガス化炉によって生成されたガスをガス精製設備で精製して得られる燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスによって駆動するガスタービン、及び前記ガスタービンの空気圧縮機より抽気した空気又は該空気より分離される酸素を前記ガス化炉の酸化剤として供給する酸化剤供給路を備えるガス化発電プラントの制御方法であって、
前記ガス化発電プラントが静定状態の場合、炭素含有燃料の理論燃焼酸化剤量に対して前記ガス化炉に供給される酸化剤量の比である空気比を固定とする空気比固定モードとし、前記ガス化発電プラントの負荷が変動した場合、前記空気比を変動可能とする空気比変動モードとする、ガス化発電プラントの制御方法。
【請求項１０】
酸化剤を用いて炭素含有燃料をガス化させるガス化炉、前記ガス化炉によって生成されたガスをガス精製設備で精製して得られる燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスによって駆動するガスタービン、及び前記ガスタービンの空気圧縮機より抽気した空気又は該空気より分離される酸素を前記ガス化炉の酸化剤として供給する酸化剤供給路を備えるガス化発電プラントの制御方法であって、
前記ガス化炉の運転状態量の変動又は前記ガス化発電プラントの負荷の変動に応じて、炭素含有燃料の理論燃焼酸化剤量に対して前記ガス化炉に供給される酸化剤量の比である空気比が予め定められた設定値からずれることを許容して、前記ガス化炉に供給する酸化剤量を所定の上限値内で制御する、ガス化発電プラントの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス化発電プラントの制御装置、ガス化発電プラント、及びガス化発電プラントの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、石炭火力プラントの発電効率を向上させるため、石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ；Integrated  Gasification  Combined  Cycle）プラントが、開発・実用化されている。このＩＧＣＣプラントは、ガス化炉によって石炭に代表される炭素含有燃料をガス化して生成ガスを得る。そして、ＩＧＣＣプラントは、生成ガスをガス精製設備で精製して得られるガスを燃料として運転するガスタービンと、ガスタービンの排熱を回収して得られる蒸気により運転する蒸気タービンとを備える。
【０００３】
ＩＧＣＣプラントは、通常運転時や負荷変化時において、空気比が負荷毎に予め定めた設定値となるように制御される。空気比は、石炭の理論燃焼空気量に対してガス化炉に供給される空気量の比である。そして、ガス化炉への酸化剤である空気や酸素の供給流量は、図９に示されるようにガス化炉に投入される入熱を規定するパラメータであるガス化炉入力指令（ＧＩＤ；Gasifier  Input  Demand）に基づいて制御される。
なお、ガス化炉へ供給される石炭流量は、ＧＩＤに基づく設定値や、負荷変化時における先行信号で制御される。
【０００４】
そして、ガス化炉の圧力は、図１０に示されるようにＩＧＣＣプラントの発電出力指令（ＭＷＤ；Mega  Watt  Demand）に基づいた設定値で制御される。ガス化炉の圧力に設定値からの偏差が生じた場合、ガス化炉の圧力は、ＧＩＤの増減により、ＭＷＤに基づいた圧力設定値に合うよう制御される。なお、ＩＧＣＣプラントの負荷が高いほどガス化炉の圧力が高く設定され、ガスタービンへ供給する燃料の圧力が上昇する。
【０００５】
特に、ガスタービンの空気圧縮機の出口空気の一部を抽気して、ガス化炉の酸化剤として用いるＩＧＣＣプラントにおいて上記制御を行う場合、ＭＷＤが一定であっても、石炭の品質が一定でないためにガス化炉の運転状態量が変化し、一時的に生成ガスの発熱量が低下する場合がある。
また、ガス化炉の下流に設けられた除塵設備で回収したチャーをガス化炉のチャーバーナへ返送してリサイクルするＩＧＣＣプラントにおいて上記制御を行う場合、ＭＷＤが一定であっても、チャーリサイクル系統の目詰まり等のために、ガス化炉の運転状態量が変化し、一時的に生成ガスの発熱量が低下する場合がある。
【０００６】
このような場合、ＩＧＣＣプラントには、次のような事象（以下「燃料消費量増加事象」という。）が生じる。
即ち、生成ガスの発熱量の低下は、ガスタービンへの燃料入熱を補償すべく燃料消費量の増加を招く。ガスタービンの燃料消費量の増加は、過渡的に上流側のガス圧力を低下させ、ガス化炉内圧力の低下を招く。ガス化炉の圧力設定値に対して計測値が下回る偏差が生じた場合、ＧＩＤが増加され、石炭及び酸化剤投入量が増加される。
ガスタービンの空気圧縮機の出口空気の一部を抽気して、ガス化炉の酸化剤として用いるＩＧＣＣプラントにおいて、酸化剤流量の増加は、ガスタービンからの抽気空気流量の増加を招く。抽気空気流量の増加は、過渡的にガスタービンの動作媒体である空気を抽気空気により割り振ることになるため、ガスタービンの出力低下を招く。ガスタービンの出力が低下するとＭＷＤ設定値を下回ることになり、これを補償すべくガスタービンの燃料消費量が増加する。
【０００７】
上記燃料消費量増加事象の通り、主に生成ガスの発熱量の変化に起因して、ＩＧＣＣプラントの発電出力にハンチングが発生する。そして、最終的にはガス化炉の入熱が増加することによって、ガス化炉の下流に接続されたガス冷却器（ＳＧＣ；Syn  Gas  Cooler）による蒸気の発生量が増加し、蒸気タービンの出力が増加する。この結果、ガスタービンの出力を低下させる指令が発せられ、ＩＧＣＣプラントが安定することとなる。
【０００８】
図１１は、上記燃料消費量増加事象における各種状態量の時間変化を示した図である。図１１に示されるように生成ガスの発熱量が低下するような、過渡的運転状態が発生した場合、ガスタービンは、ＭＷＤを満たすためにより多くの燃料ガスを必要とするため、ガス化炉の圧力が低下しはじめる（図１１のＧＴ  in）。ガス化炉の圧力が低下することにより、ガス化炉に供給される石炭流量がＧＩＤに基づいて増加する。そして、ガス化炉内へ供給される酸化剤流量（空気流量）は、ガス化炉の安定運転のため、石炭灰を溶融スラグの形態で排出する運転状態を保つべく、また同運転状態を最も端的に表現する空気比を所定の設定値に保つべく石炭流量の増加に伴い、増加する。すなわち、空気圧縮機からガス化炉へ抽気される空気流量が増加する。
このような状態量の変化のため、制御が安定する過程において酸化剤流量にオーバーシュートが発生する場合がある。このため、酸化剤の供給設備（例えばガスタービンの空気圧縮機とガス化炉との間に設けられる空気昇圧機）の容量にオーバーシュート分の容量増（オーバーシュート裕度）が考慮される必要がある。また、上記燃料消費量増加事象が発生した場合、オーバーシュートの発生に伴い、ＩＧＣＣプラント全体の制御が安定するのに時間を要する場合がある。
【０００９】
酸化剤のオーバーシュート裕度による供給設備の容量増は、機器コストの増加を招く。さらに、通常運転時の運転点とオーバーシュート裕度を考慮した設備計画点の乖離が大きくなると、通常運転時の圧縮機動力が最適値（最小値）から外れ、余分な動力を必要とする。
【００１０】
また、ＩＧＣＣプラントに対する負荷の上昇時には、過渡的にガスタービンの消費燃料量の増大に伴い、ガス化炉からガスタービン入口までの燃料ガス系統の圧力に低下が生じる。さらにＩＧＣＣプラントの負荷上昇に伴い、ガス化炉圧力設定値も上昇し、燃料ガス系統の圧力偏差が拡大する傾向となる。このため、ガス化炉の設定圧力と燃料ガス系統の圧力との偏差を小さくするべく、先行信号により、図１２に示されるように石炭及び酸化剤が先行してガス化炉に供給される。
この場合も酸化剤流量の増加により上記燃料消費量増加事象が発生し、ＩＧＣＣプラント全体の制御が安定するのに時間を要する。また、酸化剤の供給設備の容量にもこの先行信号によるオーバーシュート裕度が考慮される必要がある。
【００１１】
ここで、特許文献１には、生成ガスの発熱量が変化した場合に、酸化剤である空気の供給量を略一定とし、石炭の供給量を調整することによって生成ガスの発熱量を略一定に維持する石炭ガス化炉が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−２８５５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１に開示されているガス化炉では、生成ガスの発熱量が変化しても、供給空気（酸化剤）の圧縮機の運転点を維持することとなるが、石炭の供給量にオーバーシュートが発生する等して、ＩＧＣＣプラント全体の制御としては安定するのに時間を要すると考えられる。
【００１４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、酸化剤の供給設備の容量を増加させることなく、かつプラント全体の制御を迅速に安定させることができる、ガス化発電プラントの制御装置、ガス化発電プラント、及びガス化発電プラントの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明のガス化発電プラントの制御装置、ガス化発電プラント、及びガス化発電プラントの制御方法は以下の手段を採用する。
【００１６】
本発明の第一態様に係るガス化発電プラントの制御装置は、酸化剤を用いて炭素含有燃料をガス化させるガス化炉、前記ガス化炉によって生成されたガスをガス精製設備で精製して得られる燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスによって駆動するガスタービン、及び前記ガスタービンの空気圧縮機より抽気した空気又は該空気より分離される酸素を前記ガス化炉の酸化剤として供給する酸化剤供給路を備えるガス化発電プラントの制御装置であって、前記ガス化発電プラントが静定状態の場合、炭素含有燃料の理論燃焼酸化剤量に対して前記ガス化炉に供給される酸化剤量の比である空気比を固定とする空気比固定モードとし、前記ガス化炉の運転状態量が変動した場合又は前記ガス化発電プラントの負荷が変動した場合、前記空気比を変動可能とする空気比変動モードとする切替手段を備える。
【００１７】
本発明によれば、ガス化発電プラントは、酸化剤を用いて炭素含有燃料をガス化させるガス化炉、ガス化炉によって生成されたガスをガス精製設備で精製して得られる燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスによって駆動するガスタービン、及びガスタービンの空気圧縮機より抽気した空気又は該空気より分離される酸素をガス化炉の酸化剤として供給する酸化剤供給路を備える。炭素含有燃料は例えば石炭である。
【００１８】
ガス化炉の運転状態量が変動した場合やガス化発電プラントの負荷が変動した場合でも、従来は、ガス化発電プラントが静定状態の場合と変わらずに、空気比を固定した空気比固定モードで制御していた。しかし、空気比を固定することにより、ガス化炉における他の制御量（例えば酸化剤の供給量）にオーバーシュートが発生し、ガス化発電プラント全体の制御が安定するのに時間を要する場合があった。なお、ガス化炉の運転状態量は、例えばガス化炉で生成されるガスの発熱量（生成ガス発熱量）である。
そこで、本発明は、ガス化炉の運転状態量が変動した場合又はガス化発電プラントの負荷が変動した場合、空気比固定モードから空気比を変動可能とする空気比変動モードへ運転モードが切り替えられる。
【００１９】
ガス化炉の運転状態量が変動した場合又はガス化発電プラントの負荷が変動した場合、空気比変動モードとなることによって、酸化剤量が負荷に応じて変動するので、酸化剤量のオーバーシュートが抑制される。また、酸化剤量のオーバーシュートが抑制されることによって、ガス化炉に供給される炭素含有燃料量に対する酸化剤量が小さくなるため、ガス化炉で生成されるガス中の可燃性ガス（例えばＣＯ）の生成量が増加するので生成ガス発熱量が従来に比べてより速く増加し、より短時間でガス化発電プラントが静定する。
また、酸化剤量のオーバーシュートが抑制されるため、酸化剤の供給設備の容量に対して考慮するオーバーシュート裕度が小さくなるので、該供給設備の容量を従来に比べて小さくできる。また、オーバーシュート裕度が小さくなるほど、該供給設備の設備計画点と通常運転時の運転点とのずれが抑制される。
【００２０】
従って、本構成は、酸化剤の供給設備の容量を増加させることなく、かつプラント全体の制御を迅速に安定させることができる。
【００２１】
上記第一態様では、前記ガス化炉の運転状態量が変動する場合を、前記ガス化炉の圧力の計測値とガス化炉圧力の設定値との偏差が静定時に比べ大きくなった場合とすることが好ましい。
【００２２】
本構成は、ガス化炉の運転状態量の変動有無を簡易に判断できる。
【００２３】
上記第一態様では、前記ガス化発電プラントが、前記ガス化炉及び前記ガスタービンの排ガスにより加熱された蒸気によって駆動し、駆動軸が前記ガスタービンの駆動軸と同軸でない蒸気タービン備え、前記ガス化炉の運転状態量が変動する場合を、前記ガスタービンの出力が増加しない一方で、前記ガス化炉に投入される入熱を規定するパラメータであるガス化炉入力指令が増加する場合とすることが好ましい。
【００２４】
本構成は、ガス化炉の運転状態量の変動有無を簡易に判断できる。
【００２５】
本発明の第二態様に係るガス化発電プラントの制御装置は、酸化剤を用いて炭素含有燃料をガス化させるガス化炉、前記ガス化炉によって生成されたガスをガス精製設備で精製して得られる燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスによって駆動するガスタービン、及び前記ガスタービンの空気圧縮機より抽気した空気又は該空気より分離される酸素を前記ガス化炉の酸化剤として供給する酸化剤供給路を備えるガス化発電プラントの制御装置であって、前記ガス化炉の運転状態量の変動又は前記ガス化発電プラントの負荷の変動に応じて、炭素含有燃料の理論燃焼酸化剤量に対して前記ガス化炉に供給される酸化剤量の比である空気比が予め定められた設定値からずれることを許容して、前記ガス化炉に供給する酸化剤量を所定の上限値内で制御する酸化剤量制御手段を備える。
【００２６】
本発明によれば、ガス化発電プラントは、酸化剤を用いて炭素含有燃料をガス化させるガス化炉、ガス化炉によって生成されたガスをガス精製設備で精製して得られる燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスによって駆動するガスタービン、及びガスタービンの空気圧縮機より抽気した空気又は該空気より分離される酸素をガス化炉の酸化剤として供給する酸化剤供給路を備える。酸化剤は例えば空気や酸素であり、炭素含有燃料は例えば石炭である。
【００２７】
ガス化炉の運転状態量が変動した場合やガス化発電プラントの負荷が変動した場合でも、従来は、ガス化炉の運転状態を一定に保つべく空気比（ガス化炉に対する炭素含有燃料の理論燃焼酸化剤量に対してガス化炉に供給される酸化剤量の比）を予め定められた設定値に保つように制御していた。しかし、空気比を一定に保つことにより、ガス化炉における他の制御量（例えば酸化剤の供給量）にオーバーシュートが発生し、ガス化発電プラント全体の制御が安定するのに時間を要する場合があった。なお、ガス化炉の運転状態量は、例えばガス化炉で生成されるガスの発熱量（生成ガス発熱量）である。
【００２８】
そこで、本発明は、酸化剤量制御手段によって、ガス化炉の運転状態量の変動又はガス化発電プラントの負荷の変動に応じて、過渡的なガス化炉の運転状態の変動を許容して、すなわち空気比が予め定められた設定値からずれることを許容して、ガス化炉に供給する酸化剤量を所定の上限値内で制御する。なお、上限値は、空気圧縮機がガス化炉へ送気可能な風量に基づく。具体的には、上限値は、空気圧縮機の最大風量に対して裕度を持たせた値である。また、予め定められた設定値からのずれの許容範囲は、例えば設定値に対する相対比で３％、好ましくは５％である。
ガス化炉に供給する酸化剤量の制御量に積極的に上限値が設けられることによって、酸化剤量のオーバーシュートが抑制される。また、上限値が設けられることによって、ガス化炉に供給される炭素含有燃料量に対する酸化剤量が小さくなるため、ガス化炉で生成されるガス中の可燃性ガス（例えばＣＯ）の生成量が増加するので生成ガス発熱量が従来に比べてより速く増加し、より短時間でガス化発電プラントが静定する。
また、上限値が設けられることによって、酸化剤量のオーバーシュートが抑制されるため、酸化剤の供給設備の容量に対して考慮するオーバーシュート裕度が小さくなるので、該供給設備の容量を従来に比べて小さくできる。また、オーバーシュート裕度が小さくなるほど、該供給設備の設備計画点と通常運転時の運転点とのずれが抑制される。
【００２９】
以上説明したように、本発明は、空気比が予め定められた設定値からずれることを許容し、ガス化炉に供給する酸化剤量に上限値を設けるので、酸化剤の供給設備の容量を増加させることなく、かつプラント全体の制御を迅速に安定させることができる。
【００３０】
上記第二態様では、前記酸化剤量が、前記ガス化発電プラントに対する出力指令値に基づく前記ガス化炉の圧力の設定値と前記ガス化炉の圧力の計測値との偏差に基づいて決定されることが好ましい。
【００３１】
ガス化炉の圧力は、ガス化炉で生成したガスをガス精製設備で精製して得られる燃料ガスを、ガスタービンへ供給する場合に、供給量を制御するための重要なパラメータとなる。例えば、ガス化炉の圧力が低すぎると、ガスタービンが必要とする量の燃料ガスを供給できなくなる可能性がある。このため、本発明によれば、出力指令値に基づくガス化炉の圧力の設定値とガス化炉の圧力の計測値との偏差に基づいて、酸化剤量が決定されるので、ガス化発電プラントの運転に適した酸化剤量が決定される。
【００３２】
上記第二態様では、前記出力指令値に基づいて決定される前記酸化剤量が、前記ガス化炉に投入される入熱を規定するパラメータであるガス化炉入力指令によって補正されることが好ましい。
【００３３】
ガス化発電プラントに対する出力指令値は、実際には大きな変動はなく、ガス化炉の状態を反映した指令値とは言い難い。このため、本発明は、出力指令値により決定している酸化剤流量をガス化炉入力指令値で補正するので、より適正な酸化剤量が決定される。
【００３４】
上記第二態様では、前記酸化剤量制御手段が、前記ガス化炉の圧力を上昇させる場合にのみ、酸化剤量を前記上限値内で制御することが好ましい。
【００３５】
本発明によれば、ガス化炉の圧力を上昇させる場合、酸化剤量に上限値を設け、該上限値内で制御する。一方、ガス化炉の圧力を減少させる場合、酸化剤量の下限側には制限値を設けない。ガス化炉の圧力を減少させる場合に、酸化剤量の制御量の下限側に制限値を設けると、空気比が高くなり過ぎ、ガス化炉で十分な発熱量を有したガスが生成されずに、ガスタービンが失火する恐れがあるためである。
【００３６】
本発明の第三態様に係るガス化発電プラントは、酸化剤を用いて炭素含有燃料をガス化させるガス化炉と、前記ガス化炉によって生成されたガスをガス精製設備で精製して得られる燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスによって駆動するガスタービンと、上記記載の制御装置と、を備える。
【００３７】
本発明の第四態様に係るガス化発電プラントの制御方法は、酸化剤を用いて炭素含有燃料をガス化させるガス化炉、前記ガス化炉によって生成されたガスをガス精製設備で精製して得られる燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスによって駆動するガスタービン、及び前記ガスタービンの空気圧縮機より抽気した空気又は該空気より分離される酸素を前記ガス化炉の酸化剤として供給する酸化剤供給路を備えるガス化発電プラントの制御方法であって、前記ガス化発電プラントが静定状態の場合、炭素含有燃料の理論燃焼酸化剤量に対して前記ガス化炉に供給される酸化剤量の比である空気比を固定とする空気比固定モードとし、前記ガス化発電プラントの負荷が変動した場合、前記空気比を変動可能とする空気比変動モードとする。
【００３８】
本発明の第五態様に係るガス化発電プラントの制御方法は、酸化剤を用いて炭素含有燃料をガス化させるガス化炉、前記ガス化炉によって生成されたガスをガス精製設備で精製して得られる燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスによって駆動するガスタービン、及び前記ガスタービンの空気圧縮機より抽気した空気又は該空気より分離される酸素を前記ガス化炉の酸化剤として供給する酸化剤供給路を備えるガス化発電プラントの制御方法であって、前記ガス化炉の運転状態量の変動又は前記ガス化発電プラントの負荷の変動に応じて、炭素含有燃料の理論燃焼酸化剤量に対して前記ガス化炉に供給される酸化剤量の比である空気比が予め定められた設定値からずれることを許容して、前記ガス化炉に供給する酸化剤量を所定の上限値内で制御する。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、酸化剤の供給設備の容量を増加させることなく、かつプラント全体の制御を迅速に安定させることができる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＩＧＣＣプラントの構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る酸化剤流量の制御に係る機能ブロック図である。
【図３】本第１実施形態に係る圧力偏差と酸化剤流量の関係の一例を示す図である。
【図４】本第１実施形態に係る石炭ガス化炉の運転状態量の変動に応じた各種状態量の時間変化を示したグラフである。
【図５】酸化剤流量と石炭流量と空気比λとの関係を示したグラフである。
【図６】本第１実施形態に係るＩＧＣＣプラントの負荷の変動に応じた各種状態量の時間変化を示したグラフである。
【図７】本第２実施形態に係る石炭ガス化炉の運転状態量の変動に応じた各種状態量の時間変化を示したグラフである。
【図８】本第２実施形態に係る制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図９】従来における酸化剤流量とＧＩＤとの関係を示したグラフである。
【図１０】従来におけるガス化炉圧力とＭＷＤとの関係を示しグラフである。
【図１１】従来における石炭ガス化炉の運転状態量が変動した場合における各種状態量の時間変化を示したグラフである。
【図１２】従来におけるＩＧＣＣプラントの負荷が変動した場合における各種状態量の時間変化を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下に、本発明に係るガス化発電プラントの制御装置、ガス化発電プラント、及びガス化発電プラントの制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００４２】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
本第１実施形態では、本発明を、酸化剤を用いて炭素含有燃料をガス化させる石炭ガス化炉、石炭ガス化炉によって生成されたガスをガス精製設備で精製して得られる燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスによって駆動するガスタービン、並びにガス化炉及びガスタービンの排ガスにより加熱された蒸気によって駆動する蒸気タービンを備える石炭ガス化複合発電プラント（以下、「ＩＧＣＣプラント」という。）に適用した場合について説明する。なお、酸化剤の一例を空気及び酸素とし、炭素含有燃料の一例を石炭とする。
【００４３】
図１は、本第１実施形態に係るＩＧＣＣプラント１の全体の概略構成を示した図である。
図１に示されるように、本第１実施形態に係るＩＧＣＣプラント１は、主として、石炭ガス化炉３、ガスタービン設備５、蒸気タービン設備７、及び排熱回収ボイラ（以下、「ＨＲＳＧ」という。）３０を備えている。
【００４４】
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μｍ〜数百μｍ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いる。
各ホッパ１１に貯留された微粉炭は、一定流量ずつ空気分離設備（以下、「ＡＳＵ」という。）１５から供給される窒素ガスと共に石炭ガス化炉３へと搬送される。ＡＳＵ１５は、空気から窒素ガス及び酸素ガスを分離し、これらを石炭ガス化炉３へ供給する装置であり、余剰に生成された窒素ガス及び酸素ガスを外部へ各々放風するための弁１５Ａ，１５Ｂが石炭ガス化炉３への供給ラインに設けられている。
【００４５】
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化部３ａと、石炭化部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とを備えている。
石炭化部３ａには、下方から、コンバスタ１３及びリダクタ１４が設けられている。コンバスタ１３は、微粉炭及びチャー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。コンバスタ１３には噴流床が採用されている。しかし、コンバスタ１３は、流動床式や固定床式であっても構わない。
【００４６】
コンバスタ１３及びリダクタ１４には、それぞれ、コンバスタバーナ１３ａ及びリダクタバーナ１４ａが設けられており、コンバスタバーナ１３ａ及びリダクタバーナ１４ａに対して石炭供給設備１０から微粉炭が供給される。
コンバスタバーナ１３ａには、ガスタービン設備５の空気圧縮機５ｃより抽気した空気が空気昇圧機１７及び酸化剤供給路８を介して、ＡＳＵ１５において分離された酸素ガスと共に酸化剤として供給されるようになっている。このようにコンバスタバーナ１３ａには酸素濃度が調整された空気が供給されるようになっている。なお、空気圧縮機５ｃより抽気した空気は、ＡＳＵ１５にて酸素が分離され、分離された酸素が酸化剤供給路８を介して、コンバスタバーナ１３ａに供給されてもよい。
【００４７】
リダクタ１４では、コンバスタ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、微粉炭及びチャー中の炭素が高温ガス中のＣＯ２及びＨ２Ｏと反応してＣＯやＨ２を生成する吸熱反応である。
【００４８】
石炭ガス化炉３は、空気圧縮機５ｃから供給される供給空気と石炭とを反応させてガスを生成する。具体的には、石炭ガス化炉３の熱交換部３ｂには、複数の熱交換器（図示略）が設置されており、リダクタ１４から導かれる生成ガスから顕熱を得て蒸気を発生させるようになっている。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を通過した生成ガスは、除塵設備２０へと導かれる。この除塵設備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生成ガスに混在する未燃分を含んだチャーを捕捉して回収する。捕捉されたチャーは、ポーラスフィルタに堆積してチャー層を形成している。チャー層には、生成ガスに含まれるＮａ分及びＫ分が凝縮し、結果的に除塵設備２０においてＮａ分及びＫ分も除去される。
【００４９】
このように回収されたチャーは、石炭ガス化炉３のチャーバーナ２１へと返送されてリサイクルされる。なお、チャーと共にチャーバーナ２１へと返送されたＮａ分及びＫ分は、最終的に溶融した微粉炭の灰と共に石炭化部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。
【００５０】
除塵設備２０を通過した生成ガスは、ガス精製設備２２によって精製されて、燃料ガスとしてガスタービン設備５の燃焼器５ａへと送られる。
【００５１】
ガスタービン設備５は、生成ガスをガス精製設備２２で精製して得られる燃料ガス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空気圧縮機５ｃとを備えている。ガスタービン５ｂと空気圧縮機５ｃとは同一の回転軸５ｄによって接続されている。空気圧縮機５ｃにおいて圧縮された空気は、抽気されて燃焼器５ａとは別に、空気昇圧機１７へも導かれるようになっている。
【００５２】
ガスタービン５ｂを通過した燃焼排ガスは、ＨＲＳＧ３０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ＨＲＳＧ３０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、二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Ｇ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。
ＨＲＳＧ３０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共に、燃焼排ガスを煙突３１から大気へと放出する。
【００５３】
次に、上記構成の石炭ガス化炉３を適用したＩＧＣＣプラント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、ＡＳＵ１５において分離された窒素ガスと共に、リダクタバーナ１４ａ及びコンバスタバーナ１３ａへと供給される。さらに、チャーバーナ２１には、除塵設備２０において回収されたチャーが供給される。
【００５４】
コンバスタバーナ１３ａの燃焼用気体としては、ガスタービン設備５の空気圧縮機５ｃから抽気され、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ガスが添加されて使用される。コンバスタ１３では、微粉炭及びチャー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、リダクタバーナ１４ａから供給された微粉炭及びコンバスタ１３内で揮発分を放出したチャーが、コンバスタ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。
【００５５】
リダクタ１４を通過した生成ガスは、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を通過した生成ガスは、除塵設備２０へと導かれ、チャーが回収される。生成ガス中のＮａ分及びＫ分は、ここで凝縮してチャーに取り込まれる。回収されたＮａ分及びＫ分を含むチャーは、石炭ガス化炉３へと返送される。
【００５６】
除塵設備２０を通過した生成ガスは、ガス精製設備２２で精製された後、ガスタービン設備５の燃焼器５ａへと導かれ、空気圧縮機５ｃから供給される圧縮空気と共に燃焼させられる。この燃焼ガスによってガスタービン５ｂが回転させられ、回転軸５ｄが駆動させられる。
【００５７】
ガスタービン５ｂを通過した燃焼排ガスは、ＨＲＳＧ３０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。ＨＲＳＧ３０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からの蒸気及びＨＲＳＧ３０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５ｄを駆動させる。回転軸５ｄの回転力は、発電機Ｇによって電気出力へと変換される。
【００５８】
図２は、本第１実施形態に係る石炭ガス化炉３への酸化剤量（本第１実施形態では酸化剤流量）の制御に係る機能ブロック図である。
図２に示されるようにＩＧＣＣプラント１の制御装置５０は、酸化剤流量の制御を司る酸化剤流量制御部５２を備える。なお、制御装置５０は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。そして、酸化剤流量制御部５２等の各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。
【００５９】
酸化剤流量制御部５２は、石炭ガス化炉３の運転状態量の変動又はＩＧＣＣプラント１の負荷の変動に応じて、空気比（石炭の理論燃焼空気量に対して石炭ガス化炉３に供給される空気量の比）が予め定められた設定値からずれることを許容して、石炭ガス化炉３に供給する酸化剤流量を所定の上限値内で制御する。なお、空気比は、スラグが排出される値とされている。
【００６０】
なお、上記設定値とは、ＩＧＣＣプラント１の静特性時における理想的な酸化剤流量とされる設定値である。
また、上限値は、空気圧縮機５ｃがガス化炉３へ送気可能な風量に基づく。具体的には、上限値は、空気圧縮機５ｃの最大風量に対して裕度を持たせた値である。また、予め定められた設定値からのずれの許容範囲は、例えば設定値に対する相対比で３％、好ましくは５％である。
【００６１】
図２に示されるように酸化剤流量制御部５２は、ガス化炉圧力演算部５４、酸化剤流量演算部５６、圧力偏差演算部５８、係数演算部６０、及び係数乗算部６２を備える。
【００６２】
ガス化炉圧力演算部５４は、ＩＧＣＣプラント１に対する出力指令（本第１実施形態では発電出力指令値、以下、「ＭＷＤ」という。）に基づいて、石炭ガス化炉３の圧力（以下、「ガス化炉圧力」という。）の設定値を算出する。ガス化炉圧力演算部５４は、ＭＷＤを変数とした関数、又はＭＷＤに応じたガス化炉圧力を示したテーブル等に基づいて、ガス化炉圧力の設定値を算出する。
【００６３】
酸化剤流量演算部５６は、ＭＷＤに基づいて、石炭ガス化炉３に供給する酸化剤流量の設定値（以下、「酸化剤流量設定値」という。）を算出する。酸化剤流量演算部５６は、ＭＷＤを変数とした関数、又はＭＷＤに応じた酸化剤流量を示したテーブル等に基づいて、酸化剤流量設定値を算出する。
【００６４】
圧力偏差演算部５８は、ガス化炉圧力の計測値からガス化炉圧力演算部５４で算出されたガス化炉圧力の設定値を減算して偏差（以下、「圧力偏差」という。）を算出する。
【００６５】
係数演算部６０は、酸化剤流量演算部５６で算出された酸化剤流量設定値に乗算するための係数αを、圧力偏差演算部５８で算出された圧力偏差に基づいて算出する。係数αは、空気比を予め定められた設定値とする係数である。係数演算部６０は、係数αを変数とした関数、又は圧力偏差に応じた酸化剤流量を示したテーブル等に基づいて、係数αを算出する。
なお、係数αには上限値が設けられている。この上限値は、例えば通常運転（静特性時）における酸化剤流量設定値の５％程度である。
【００６６】
係数乗算部６２は、酸化剤流量演算部５６で算出された酸化剤流量設定値に、係数演算部６０で算出された係数αを乗算し、実際に石炭ガス化炉３に供給する酸化剤流量を算出する。すなわち、石炭ガス化炉３に供給される酸化剤流量は、酸化剤流量設定値に対して上記上限値内で制御される。
【００６７】
このように、酸化剤流量制御部５２は、酸化剤流量をＩＧＣＣプラント１に対するＭＷＤに基づいて決定するので、ＩＧＣＣプラント１の出力が、直接的かつ簡易に安定化される。
なお、石炭流量は、従来と同様に、石炭ガス化炉３に投入される入熱を規定するパラメータであるガス化炉入力指令（以下、「ＧＩＤ」という。）に基づいて決定される。
【００６８】
ここで、ガス化炉圧力は、ガスタービン５ｂへ燃料ガスを供給する場合に、供給量を制御するための重要なパラメータとなる。例えば、ガス化炉圧力が低すぎると、ガスタービン５ｂが必要とする量の燃料ガスを供給できなくなる可能性がある。
これに対して、上記のように酸化剤流量制御部５２は、ＭＷＤに基づくガス化炉圧力の設定値とガス化炉圧力の計測値との圧力偏差に基づいて、酸化剤流量を決定するので、ガスタービン５ｂを備えるＩＧＣＣプラント１の運転に適した酸化剤流量が決定されることとなる。
【００６９】
また、ＭＷＤに基づき決定される酸化剤流量は、ＧＩＤによって補正されることが好ましい。
ＭＷＤは、ＩＧＣＣプラント１に対して要求する発電出力であるため、大きな変動が生じにくく、石炭ガス化炉３の状態を反映した指令値とは言い難い。このため、ＭＷＤに基づき決定される酸化剤流量を石炭ガス化炉３の状態を反映した指令値であるＧＩＤで補正（例えば、ＭＷＤに基づき決定される酸化剤流量に対してＧＩＤの変化量に応じた係数を乗算等）することにより、より適正な酸化剤流量が決定され、石炭ガス化炉３の生成ガス発熱量の低下を抑制することができる。
【００７０】
また、酸化剤流量制御部５２は、ガス化炉圧力を上昇させる場合（制御設定値に対する圧力偏差がマイナスとなる場合）、酸化剤流量を上限値内で制御するものであり、石炭ガス化炉３のガス化炉圧力を減少させる場合、酸化剤流量の制御量に制限値を設けない。
【００７１】
図３は、圧力偏差と酸化剤流量の関係の一例を示す図である。図３における圧力偏差がマイナスとは、ガス化炉圧力の計測値がＭＷＤに基づくガス化炉圧力の設定値を下回ることを意味し、圧力偏差がプラスとは、ガス化炉圧力の計測値がＭＷＤに基づくガス化炉圧力の設定値を上回ることを意味する。
図３に示されるように、圧力偏差がマイナスとなる場合、酸化剤流量は、石炭流量と共にＭＷＤに基づいて上限値の範囲内で増加する。一方、圧力偏差がプラスとなる場合、酸化剤流量は、石炭流量と共にＭＷＤに基づいて何ら制限されることなく減少する。
【００７２】
圧力偏差がプラスとなる場合、酸化剤流量の制御量に制限値を設けると、酸化剤流量が低下しないにもかかわらず、石炭流量のみが低下し、その結果、空気比が高くなり過ぎる可能性がある。そうすると、石炭がより完全燃焼に近づき、石炭ガス化炉３で十分な可燃性ガスが生成されず、その結果、ガスタービン５ｂが失火する恐れがある。このため、圧力偏差がプラスとなる場合に、酸化剤流量の制御量に制限値を設けないことによって、ガスタービン５ｂの失火を防ぐことができる。
【００７３】
次に、本第１実施形態に係る酸化剤流量の制御について図４から図６を参照して説明する。
【００７４】
図４は、本第１実施形態に係る石炭ガス化炉３の運転状態量の変動に応じた各種状態量の時間変化を示したグラフである。
【００７５】
図４に示されるように、石炭ガス化炉３の運転状態量が変動した例として石炭ガス化炉３の生成ガス発熱量が減少した場合について説明する。この場合ガスタービン５ｂは、ＭＷＤを満たすためにより多くの燃料ガスを必要とするため、ガス化炉圧力が低下しはじめる。
このため、ＧＩＤに基づいて、石炭ガス化炉３へ供給される石炭流量が増加される。また、これに伴い、酸化剤流量制御部５２によって、ＭＷＤに基づいて酸化剤流量が算出される。
【００７６】
ここで、従来のＩＧＣＣプラントでは、空気比を予め定められた設定値に保つように制御していた。しかし、空気比を一定に保つことにより、石炭ガス化炉３における他の制御量（例えば酸化剤流量）にオーバーシュートが発生し、ＩＧＣＣプラント１全体の制御が安定するのに時間を要する場合があった。
【００７７】
そこで、本第１実施形態に係る酸化剤流量は、上述したように、空気比が予め定められた設定値からずれることを許容して、所定の上限値内で制御される。図４の酸化剤流量の変化を示したグラフにおいて、酸化剤流量が上昇した後にその変化が一定となっているときが、酸化剤流量の制御量が制限されているときである。
【００７８】
ここで、酸化剤流量の制御量が制限される場合における空気比について図５を参照して説明する。
図５は、酸化剤流量と石炭流量と空気比λとの関係を示したグラフである。
【００７９】
まず、空気比λ＝１．０の場合は、石炭が完全燃焼するため、石炭ガス化炉３において生成ガス中の可燃性ガス（例えばＣＯ）が生成されない。このため、通常運転において空気比は、ガスタービン５ｂで燃焼させるために必要な発熱量を有する可燃性ガスが生成される値とされる。また、石炭ガス化炉３では、ガスの生成に伴って灰分が生じるため、灰分を溶融し、スラグとして排出しなければならない。このため、空気比は、石炭ガス化炉３が灰分を溶融できる温度となるようにも制御される。
従来は、石炭流量と酸化剤流量の変化を同様とし、空気比が燃料ガスを十分に生成すると共に灰分を溶融する最適値（設定値）に常に保たれるように制御されていた。しかしながら、この制御により、石炭ガス化炉３の運転状態量が変動した場合やＩＧＣＣプラント１の負荷が変動した場合に、酸化剤流量のオーバーシュートが発生し、ＩＧＣＣプラント１の静定に時間を要していた。
【００８０】
一方で、空気比が最適値から一時的に下がったとしてもＩＧＣＣプラント１の運転に支障を及ぼさないことが、新たに見出された。
そこで、本第１実施形態では、上述したように、空気比が最適とされた設定値からずれることを許容し、酸化剤流量の制御量に制限を設けることによって、石炭ガス化炉３に供給される石炭流量に対する酸化剤流量を小さくし、制限のない通常運転に比べて空気比を低下させる。
【００８１】
これにより、石炭ガス化炉３で生成されるガス中の可燃性ガスの生成量が増加する。従って、生成ガス発熱量が従来に比べてより速く増加し、より速くＩＧＣＣプラント１が静定される（従来の１０〜２０％程度短縮）。
【００８２】
また、このように石炭ガス化炉３に供給する酸化剤流量に積極的に上限値が設けられることによって、酸化剤流量のオーバーシュートが抑制される。
従来から、酸化剤流量にオーバーシュートが生じると予測される場合、石炭ガス化炉３への酸化剤（空気）の供給設備である空気昇圧機１７の容量にオーバーシュート裕度を考慮する必要があった。そして、空気昇圧機１７の容量にオーバーシュート裕度を考慮すると、通常運転時の運転点とオーバーシュート裕度を考慮した設備計画点の乖離が大きくなるため、通常運転時の空気昇圧機１７の動力が最適値（最小値）から外れ、余分な動力を必要とした。
【００８３】
しかし、本第１実施形態では、考慮するべきオーバーシュート裕度が小さくなるので、空気昇圧機１７の容量を従来に比べて小さくできる。そして、オーバーシュート裕度が小さくなるほど、空気昇圧機１７の設備計画点と通常運転時の運転点とのずれが抑制され、余分な動力も抑制されることとなる。
具体的には、従来ではオーバーシュート裕度として空気昇圧機１７の容量の１０％程度を見積もっていたが、本第１実施形態では、オーバーシュート裕度をその半分以下とすることができる。
【００８４】
さらに、上限値が設けられることによって、空気圧縮機５ｃから石炭ガス化炉３への抽気量も減少する。これによって、空気圧縮機５ｃからガスタービン５ｂの燃焼器５ａへ供給される圧縮空気も減少することが無いので、空気圧縮機５ｃの負荷を上げることなくガスタービン５ｂの出力を保つことができる。
【００８５】
なお、上限値は、空気比が下がり過ぎないように設定する必要がある。具体的には、石炭の燃焼により、石炭ガス化炉３内の灰分を溶融でき、かつ石炭ガス化炉３の内圧を適正とできる値とする。
【００８６】
また、上限値は、石炭ガス化炉３の運転状態量の変動の大きさ又はＩＧＣＣプラント１の負荷の変動の大きさに応じて変更されてもよい。例えば、変動がより大きい場合は、上限値をより小さくする。上限値を小さくすることにより、空気比が下がり、生成ガス中の可燃性ガスの生成量がより多くなり、ＩＧＣＣプラント１をより速く静定できる。
【００８７】
図６は、本第１実施形態に係るＩＧＣＣプラント１の負荷の変動に応じた各種状態量の時間変化を示したグラフである。
図６に示されるように、ＩＧＣＣプラント１の負荷を上昇させる場合、先行信号により要求負荷を満たすように、石炭流量、酸化剤流量が増加される。
【００８８】
この場合も、酸化剤流量は、空気比が予め定められた設定値からずれることを許容して、所定の上限値内で制御される。
これによって、生成ガス中の可燃性ガスの生成量がより多くなることに伴い、ガス化炉圧力もより速く上昇し、ＩＧＣＣプラント１がより早く静定することとなる。
【００８９】
以上説明したように、本第１実施形態に係るＩＧＣＣプラント１は、酸化剤を用いて石炭をガス化させる石炭ガス化炉３、及び石炭ガス化炉３によって生成されたガスをガス精製設備２２で精製して得られる燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスによって駆動するガスタービン５ｂを備える。ＩＧＣＣプラント１の制御装置５０は、石炭ガス化炉３の運転状態量の変動又はＩＧＣＣプラント１の負荷の変動に応じて、空気比が予め定められた設定値からずれることを許容して、石炭ガス化炉３に供給する酸化剤量を所定の上限値内で制御する。
従って、本第１実施形態に係るＩＧＣＣプラント１は、酸化剤の供給設備の容量を増加させることなく、かつＩＧＣＣプラント１全体の制御を迅速に安定させることができる。
【００９０】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。
なお、本第２実施形態に係るＩＧＣＣプラント１の構成は、図１に示す第１実施形態に係るＩＧＣＣプラント１の構成と同様であるので説明を省略する。
【００９１】
石炭ガス化炉３の運転状態量が変動した場合やＩＧＣＣプラント１の負荷が変動した場合でも、従来は、ＩＧＣＣプラント１が静定状態の場合と変わらずに、空気比を固定した空気比固定モードで制御していた。なお、空気比を固定した制御とは、換言すると空気比を一定に保つ制御である。しかし、空気比を固定することにより、石炭ガス化炉３における他の制御量（例えば酸化剤流量）にオーバーシュートが発生し、ＩＧＣＣプラント１全体の制御が安定するのに時間を要する場合があった。
【００９２】
そこで、本第２実施形態では、石炭ガス化炉３の運転状態量が変動した場合又はＩＧＣＣプラント１の負荷が変動した場合、空気比固定モードから空気比を変動可能とする空気比変動モードへ運転モードを切り替える。
【００９３】
石炭ガス化炉３の運転状態量が変動した場合又はＩＧＣＣプラント１の負荷が変動した場合、空気比変動モードとなることによって、酸化剤流量が負荷に応じて変動するので、酸化剤流量のオーバーシュートが抑制される。また、酸化剤流量のオーバーシュートが抑制されることによって、石炭ガス化炉３に供給される炭素含有燃料量に対する酸化剤流量が小さくなるため、石炭ガス化炉３で生成されるガス中の可燃性ガス（例えばＣＯ）の生成量が増加するので生成ガス発熱量が従来に比べてより速く増加し、より短時間でＩＧＣＣプラント１が静定する。
【００９４】
また、酸化剤流量のオーバーシュートが抑制されるため、酸化剤の供給設備である空気昇圧機１７の容量に対して考慮するオーバーシュート裕度が小さくなるので、空気昇圧機１７の容量を従来に比べて小さくできる。また、オーバーシュート裕度が小さくなるほど、空気昇圧機１７の設備計画点と通常運転時の運転点とのずれが抑制される。
【００９５】
従って、本第２実施形態に係るＩＧＣＣプラント１は、空気昇圧機１７の容量を増加させることなく、かつプラント全体の制御を迅速に安定させることができる。
【００９６】
ここで、石炭ガス化炉３の運転状態量が変動する原因、換言するとＩＧＣＣプラント１の発電出力にハンチングが発生する原因は、以下のためである。
ガスタービン５ｂへの燃料供給量が増加すると、図７のガス化炉圧力の時間変化の領域Ａで示されるように、実際のガス化炉圧力（計測値）とガス化炉圧力の設定値との偏差が拡大する。これに伴い、図７の酸化剤流量の時間変化の領域Ｂで示されるように、ガスタービン５ｂの空気圧縮機５ｃからの抽気量が増加し、ＩＧＣＣプラント１の発電出力が減少する。
すなわち、石炭ガス化炉３の運転状態量が変動する原因は、ガス化炉圧力の計測値とガス化炉圧力の設定値との偏差が大きくなることにあると考えられる。なお、ＩＧＣＣプラント１が静定時の場合は、ガス化炉圧力の設定値との偏差は０又は小さい。
【００９７】
そこで、本第２実施形態では、ガス化炉圧力の計測値とガス化炉圧力の設定値との偏差が静定時に比べ大きくなった場合に、ＩＧＣＣプラント１の負荷が変動したと判断する。これにより、ガス化発電プラントの負荷変動の有無が簡易に判断される。
【００９８】
図８は、本第２実施形態に係る制御装置５０の構成を示す機能ブロック図である。
【００９９】
本第２実施形態に係る制御装置５０は、運転モード切替部８０を備える。
運転モード切替部８０は、偏差算出部８２、ハンチング判断部８４、及び運転モード設定部８６を備える。
【０１００】
偏差算出部８２は、ガス化炉圧力の計測値と設定値との偏差（以下「圧力偏差」という。）を算出する。
ハンチング判断部８４は、圧力偏差の時間微分に基づいて、ＩＧＣＣプラント１の負荷が変動の有無を判断する。
運転モード設定部８６は、ＩＧＣＣプラント１の運転モードを空気比固定モード又は空気比変動モードに設定する。
【０１０１】
偏差算出部８２で算出された圧力偏差は、ハンチング判断部８４に入力される。
ハンチング判断部８４は、圧力偏差の時間微分が所定値以上となった場合に、ガス化炉圧力の計測値と設定値との乖離が収まらない傾向にあり、ＩＧＣＣプラント１の負荷が変動したと判断する。なお、所定値は、予め定められた値であり、シミュレーションや実際の運転に基づいて予め設定される。
ハンチング判断部８４によってＩＧＣＣプラント１の負荷が変動したと判断された場合、ＩＧＣＣプラント１の運転モードは、運転モード設定部８６によって空気比変動モードに設定される。一方、圧力偏差の時間微分が所定値未満の場合、ＩＧＣＣプラント１の運転モードは、運転モード設定部８６によって空気比固定モードに設定される。
【０１０２】
また、ＩＧＣＣプラント１として、蒸気タービン設備７の駆動軸がガスタービン５ｂの駆動軸と同軸でないプラントがある。このようなＩＧＣＣプラント１では、ＩＧＣＣプラント１の負荷が変動した場合を、ガスタービン５ｂの出力が増加しない一方で、ＧＩＤが増加する場合とする。ＧＩＤが増加すると、図７の石炭流量の時間変化の領域Ｃで示されるように、石炭流量が増加する。
【０１０３】
このようなＩＧＣＣプラント１の制御装置５０は、偏差算出部８２にＧＩＤとガスタービン５ｂの出力値（ＧＴＭＷ）が入力される。そして、ハンチング判断部８４が、ＧＩＤとＧＴＭＷの比の時間微分に基づいて、ＩＧＣＣプラント１の負荷が変動の有無を判断する。そして、ＩＧＣＣプラント１の負荷が変動したと判断された場合、ＩＧＣＣプラント１の運転モードは、運転モード設定部８６によって空気比変動モードに設定される。
【０１０４】
以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記各実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１０５】
例えば、上記各実施形態では、ガスタービン５ｂの空気圧縮機５ｃから抽気された空気を空気昇圧機１７で加圧し、酸化剤として石炭ガス化炉３へ供給する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、空気圧縮機５ｃから抽気された空気をＡＳＵ１５へ供給し、酸素の製造に用いる形態としてもよい。
【０１０６】
また、上記各実施形態では、酸化剤流量をＭＷＤに基づいて決定する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、酸化剤流量をＧＩＤに基づいて決定する形態としてもよい。
【０１０７】
また、上記各実施形態では、石炭ガス化炉３の運転状態量の変動の有無をガス化炉圧力の計測値と設定値との偏差に基づいて判断する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、石炭ガス化炉３の出口圧力の計測値と設定値との偏差、ガス精製設備２２の出口圧力の計測値と設定値との偏差、又はガスタービン５ｂの入口圧力の計測値と設定値との偏差に基づいて決定する形態としてもよい。
【０１０８】
また、上記各実施形態では、酸化剤流量をＭＷＤに基づくガス化炉圧力の設定値と計測値との偏差に基づいて決定する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ＭＷＤに基づく石炭ガス化炉３の出口圧力の設定値と計測値との偏差、ＭＷＤに基づくガス精製設備２２の出口圧力の設定値と計測値との偏差、又はＭＷＤに基づくガスタービン５ｂの入口圧力の設定値と計測値との偏差に基づいて決定する形態としてもよい。
【０１０９】
また、上記各実施形態では、本発明に係るガス化発電プラントとして、蒸気タービン設備７を備えたＩＧＣＣプラント１とする形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、蒸気タービン設備を備えないガス化発電プラントに適用する形態としてもよい。
【０１１０】
また、上記各実施形態では、酸化剤流量制御部５２は、係数演算部及び係数乗算部を設けているが、本発明は、これに限定されるものではなく、増加量演算部及び増加量加算部を備える形態としてもよい。ここで増加量βは、空気比を予め定められた設定値とする酸化剤流量である。増加量演算部は、増加量βを変数とした関数、又は圧力偏差に応じた酸化剤流量を示したテーブル等に基づいて、増加量βを算出する。
さらに、増加量加算部で算出される酸化剤流量が上記実施形態で係数乗算部で算出される酸化剤流量設定値に対する制限値を超える場合、増加量βも係数α同様に制限値を設けることとしてもよい。
【符号の説明】
【０１１１】
１    ＩＧＣＣプラント
３    石炭ガス化炉
５ｂ  ガスタービン
７    蒸気タービン設備
８    酸化剤供給路
２２  ガス精製設備
５０  制御装置
５２  酸化剤流量制御部
８０  運転モード切替部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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