(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭、水及び空気が供給され、石炭の燃焼によって排ガスを発生させながら蒸気を発生させるボイラと、
前記ボイラから蒸気が供給され、蒸気を用いて発電機を駆動するタービンと、
前記タービンから流出した蒸気を液相の水に戻す復水装置と、
前記タービンから抽気された蒸気が供給され、供給された蒸気を熱源として前記ボイラで発生した排ガスに含まれるＣＯ２を回収するＣＯ２回収装置と、
前記タービンから前記ＣＯ２回収装置へ供給される蒸気の流量を調整するＣＯ２回収用蒸気流量制御弁と、を備えるＣＯ２回収装置付き石炭焚き火力発電プラントに適用されるＣＯ２回収装置付き石炭焚き火力発電プラントの制御システムにおいて、
前記タービンから前記ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の流量に対応する指標に基づいて、負荷に基づいて設定される発電出力指令を補正する、発電出力指令補正手段を有し、
前記発電出力指令補正手段によって補正された発電出力指令に基づいて、前記ボイラに供給される石炭、水及び空気の供給量を調整し、
前記発電出力指令補正手段は、前記指標として、前記ボイラで発生した排ガスのうち、前記ＣＯ２回収装置において処理されるべき排ガスの割合を示す排ガス処理率の設定値、前記ＣＯ２回収装置によって処理される排ガスに含まれるＣＯ２のうち、前記ＣＯ２回収装置において回収されるべきＣＯ２の割合を示すＣＯ２回収率の設定値、及び、負荷に基づいて設定される前記発電機の出力の設定値に基づいて、前記発電出力指令を補正する、
ことを特徴とするＣＯ２回収装置付き石炭焚き火力発電プラントの制御システム。
【請求項２】
発電出力指令補正手段による前記発電出力指令の補正は、前記ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の流量が増大する場合に、前記ボイラに供給される石炭、水及び空気の流量を増大するように行われる、
ことを特徴とする請求項１に記載のＣＯ２回収装置付き石炭焚き火力発電プラントの制御システム。
【請求項３】
前記発電出力指令補正手段は、前記指標に基づいて得られる補正量に、前記ボイラに供給される石炭、水及び空気の流量の変化率を抑制する遅れ要素を作用させ、
前記遅れ要素を作用させた補正量を用いて、前記発電出力指令を補正する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のＣＯ２回収装置付き石炭焚き火力発電プラントの制御システム。
【請求項４】
石炭、水及び空気が供給され、石炭の燃焼によって排ガスを発生させながら蒸気を発生させるボイラと、
前記ボイラから蒸気が供給され、蒸気を用いて発電機を駆動するタービンと、
前記タービンから流出した蒸気を液相の水に戻す復水装置と、
前記タービンから抽気された蒸気が供給され、供給された蒸気を熱源として前記ボイラで発生した排ガスに含まれるＣＯ２を回収するＣＯ２回収装置と、
前記タービンから前記ＣＯ２回収装置へ供給される蒸気の流量を調整するためのＣＯ２回収用蒸気流量制御弁と、を備えるＣＯ２回収装置付き石炭焚き火力発電プラントに適用されるＣＯ２回収装置付き石炭焚き火力発電プラントの制御方法において、
前記タービンから前記ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の流量に対応する指標に基づいて、負荷に基づいて設定される発電出力指令を補正し、
前記補正された発電出力指令に基づいて、前記ボイラに供給される石炭、水及び空気の供給量を調整し、
前記発電出力指令を補正する際、前記指標として、前記ボイラで発生した排ガスのうち、前記ＣＯ２回収装置において処理されるべき排ガスの割合を示す排ガス処理率の設定値、前記ＣＯ２回収装置によって処理される排ガスに含まれるＣＯ２のうち、前記ＣＯ２回収装置において回収されるべきＣＯ２の割合を示すＣＯ２回収率の設定値、及び、負荷に基づいて設定される前記発電機の出力の設定値に基づいて、前記発電出力指令を補正する、
ことを特徴とするＣＯ２回収装置付き石炭焚き火力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、蒸気を利用して排ガスに含まれるＣＯ２を回収するＣＯ２回収装置を備える石炭焚き火力発電プラントに適用される制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭焚き火力発電プラントにおいては、発電機及びボイラの協調制御が行われている。
具体的には、協調制御によれば、特許文献１に記載されているように、電力需要、則ち負荷に基づいて設定される発電出力指令（ＭＷＤ）に基づいて、タービンマスタ指令（ＴＭ）、則ち、ガバナ弁の開度の設定値が決定される。ガバナ弁の開度が、その設定値に近付けられることによって、ガバナ弁を通じて蒸気が供給されるタービンの回転数が適切に調整される。一方、発電出力指令に基づいて、ボイラマスタ指令（ＢＩＤ）が演算され、ボイラマスタ指令に基づいて、ボイラに供給される石炭、水及び空気の流量の設定値が決定される。つまり、ボイラマスタ指令に基づいて、ボイラで発生する蒸気の量が決定される。
【０００３】
ところで近年、地球温暖化対策のために、燃焼設備から排出される排ガス中のＣＯ２を回収するＣＯ２回収装置（ＣＣＳ）の研究開発が行われている。
具体的には、特許文献２及び特許文献３が開示しているように、ＣＯ２回収装置は、化学吸収法を採用しており、ＣＯ２を吸収液に一旦吸収させてから、該吸収液を加熱してＣＯ２を分離・回収する。
【０００４】
石炭焚き火力発電プラントにも、ＣＯ２回収装置の適用が検討されている。例えば、特許文献４は、複数の発電プラントを運用するための情報処理装置を開示しており、発電プラントには、ＣＯ２回収装置を備える火力発電プラントが含まれている。
該情報処理装置は、発電機の運転に伴う燃料費の最小化を行いつつ、ＣＯ２の排出量を最小化することを課題として発明されている。このため、該情報処理装置は、ＣＯ２回収装置を備える火力発電プラントにおけるＣＯ２回収比率（β）及びＣＣＳ稼働電力量比率（αｉ）を考慮して、複数の発電プラントの運転スケジュールを作成する。
なお、ＣＯ２回収装置は、特許文献４の図３に記載されているように、ボイラから供給される蒸気を利用してＣＯ２を回収している。
【０００５】
一方、特許文献５及び特許文献６は、ＣＯ２を回収及び圧縮する発電プラントを開示しており、該発電プラントでは、ＣＯ２回収システムの消費電力が、発電プラントの正味電力出力の制御パラメータとして使用される。例えば、特許文献５の発電プラントでは不足周波数事象時に、特許文献６の発電プラントでは電力需要が高いときに、ＣＯ２回収システムがそれぞれオフにされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−８２７０１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１５７２４号公報
【特許文献３】特開２０１１−１７３０４７号公報
【特許文献４】特開２００９−３０００３８号公報
【特許文献５】特開２０１１−５２３５８３号公報
【特許文献６】特開２０１１−５２４２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＣＯ２回収装置を備える石炭焚き火力発電プラントでは、負荷が変化して排ガスの排出量が変化した場合に、ＣＯ２の回収率を一定に保ち、ＣＯ２回収量を変化させることが考えられる。この場合、ＣＯ２回収量の変化に伴い、ＣＯ２回収装置への蒸気供給量も変化させることになる。具体的には、負荷が増大した場合には、ＣＯ２回収装置への蒸気供給量を増大させることになる。
【０００８】
しかしながら、ＣＯ２回収装置への蒸気供給量の増加は、その反動としてタービンへの蒸気供給量の減少を招き、発電機の出力低下を招く。このため、従来の協調制御では、発電機から出力される電力が、負荷に対し不足してしまう。つまり、ＣＯ２回収装置への蒸気供給量の変化が、発電機の出力の制御に対して外乱となってしまう。
このためＣＯ２回収装置を備える石炭焚き火力発電プラントでは、負荷が変化した場合に、如何にして発電機の出力を適切に制御するかが問題となっている。
【０００９】
なお、特許文献４は、複数の発電プラントを運転する情報処理装置を開示するのみであって、ＣＯ２回収装置を備える石炭焚き火力発電プラントにおいて負荷が変化した場合に、如何にして発電機の出力を適切に制御するかについては開示していない。
また、負荷が増大した場合に、特許文献５及び特許文献６に開示されているように、ＣＯ２回収装置を停止すれば、発電機の出力低下は防止されるが、ＣＯ２回収装置の運転に負の影響を与えることは好ましくない。
【００１０】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされ、その目的とするところは、負荷が変化した場合に、ＣＯ２回収装置への蒸気供給量が変化しても、発電機の出力を適切に制御する、ＣＯ２回収装置付き石炭焚き火力発電プラントの制御システム及び制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明によれば、石炭、水及び空気が供給され、石炭の燃焼によって排ガスを発生させながら蒸気を発生させるボイラと、前記ボイラから蒸気が供給され、蒸気を用いて発電機を駆動するタービンと、前記タービンから流出した蒸気を液相の水に戻す復水装置と、前記タービンから抽気された蒸気が供給され、供給された蒸気を熱源として前記ボイラで発生した排ガスに含まれるＣＯ２を回収するＣＯ２回収装置と、前記タービンから前記ＣＯ２回収装置へ供給される蒸気の流量を調整するＣＯ２回収用蒸気流量制御弁と、を備えるＣＯ２回収装置付き石炭焚き火力発電プラントに適用されるＣＯ２回収装置付き石炭焚き火力発電プラントの制御システムにおいて、前記タービンから前記ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の流量に対応する指標に基づいて、負荷に基づいて設定される発電出力指令を補正する、発電出力指令補正手段を有し、前記発電出力指令補正手段によって補正された発電出力指令に基づいて、前記ボイラに供給される石炭、水及び空気の供給量を調整する、ことを特徴とするＣＯ２回収装置付き石炭焚き火力発電プラントの制御システムが提供される。
【００１２】
この制御システムでは、負荷が変化した場合に、負荷に基づいて発電出力指令が設定されるのに加えて、ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の流量が変化した場合に、発電出力指令が補正される。そして、補正された発電出力指令に基づいて、ボイラに供給される石炭、水及び空気の流量が調整される。ボイラに供給される石炭、水及び空気の流量を調整するということは、ボイラで発生する蒸気の量を調整するということであり、この調整により、発電及びＣＯ２の回収のために充分な量の蒸気が確保される。この結果として、ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の流量が変化したとしても、発電機の出力が負荷に応じて適切に制御される。
【００１３】
好ましくは、前記発電出力指令補正手段による前記発電出力指令の補正は、前記ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の流量が増大する場合に、前記ボイラに供給される石炭、水及び空気の流量を増大するように行われる。
この構成によれば、ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の流量が増大した場合に、ボイラに供給される石炭、水及び空気の流量が増大し、ボイラで発生する蒸気の量が増大する。このため、ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の流量が増大したとしても、充分な量の蒸気が確保され、確実に、発電機の出力が負荷に応じて適切に制御される。
【００１４】
好ましくは、前記発電出力指令補正手段は、前記指標として、前記ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の流量の測定値に基づいて、前記発電出力指令を補正する。
この構成によれば、ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の流量自体に基づいて発電出力指令が補正されるので、確実に、発電機の出力が負荷に応じて適切に制御される。
【００１５】
好ましくは、前記発電出力指令補正手段は、前記指標として、前記ＣＯ２回収装置に供給されるべき蒸気の流量の設定値に基づいて、前記発電出力指令を補正する。
この構成によれば、ＣＯ２回収装置に供給されるべき蒸気の流量の設定値に基づいて発電出力指令が補正されるので、簡単な構成にて、発電機の出力が負荷に応じて適切に制御される。
【００１６】
好ましくは、前記発電出力指令補正手段は、前記指標として、前記ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の圧力の測定値に基づいて、前記発電出力指令を補正する。
ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の圧力は、ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の流量と相関があるので、この構成によれば、簡単な構成にて、発電機の出力が負荷に応じて適切に制御される。
【００１７】
好ましくは、前記発電出力指令補正手段は、前記指標として、前記ボイラで発生した排ガスのうち、前記ＣＯ２回収装置において処理されるべき排ガスの割合を示す排ガス処理率の設定値、前記ＣＯ２回収装置によって処理される排ガスに含まれるＣＯ２のうち、前記ＣＯ２回収装置において回収されるべきＣＯ２の割合を示すＣＯ２回収率の設定値、及び、負荷に基づいて設定される前記発電機の出力の設定値に基づいて、前記発電出力指令を補正する。
【００１８】
排ガス処理率の設定値、ＣＯ２回収率の設定値、及び、発電機の出力の設定値は、ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の流量と相関があるので、この構成によれば、簡単な構成にて、発電機の出力が負荷に応じて適切に制御される。
【００１９】
好ましくは、前記発電出力指令補正手段は、前記指標に基づいて得られる補正量に、前記ボイラに供給される石炭、水及び空気の流量の変化率を抑制する遅れ要素を作用させ、前記遅れ要素を作用させた補正量を用いて、前記発電出力指令を補正する。
【００２０】
ボイラで発生する蒸気の量は、ボイラに供給する石炭、水及び空気の流量の増大開始から、ある程度遅れて増加する。このため、指標に直接基づいて、ボイラに供給する石炭、水及び空気の流量を増大すると、蒸気を過剰に発生させる虞がある。また、指標に直接基づいてボイラに供給する石炭、水及び空気の流量を増大すると、増大量が急激に大きくなる場合がある。このような調整は、ボイラに負担をかけることになり望ましくない。
そこで、この構成では、補正量に遅れ要素を作用させることで、蒸気の過剰な発生が防止されるとともに、ボイラに急激な負担が加わることが防止される。
【００２１】
上記の課題を解決するために、本発明によれば、石炭、水及び空気が供給され、石炭の燃焼によって排ガスを発生させながら蒸気を発生させるボイラと、前記ボイラから蒸気が供給され、蒸気を用いて発電機を駆動するタービンと、前記タービンから流出した蒸気を液相の水に戻す復水装置と、前記タービンから抽気された蒸気が供給され、供給された蒸気を熱源として前記ボイラで発生した排ガスに含まれるＣＯ２を回収するＣＯ２回収装置と、前記タービンから前記ＣＯ２回収装置へ供給される蒸気の流量を調整するためのＣＯ２回収用蒸気流量制御弁と、を備えるＣＯ２回収装置付き石炭焚き火力発電プラントに適用されるＣＯ２回収装置付き石炭焚き火力発電プラントの制御方法において、前記タービンから前記ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の流量に対応する指標に基づいて、負荷に基づいて設定される発電出力指令を補正し、前記補正された発電出力指令に基づいて、前記ボイラに供給される石炭、水及び空気の供給量を調整する、ことを特徴とするＣＯ２回収装置付き石炭焚き火力発電プラントの制御方法が提供される。
【００２２】
この制御方法では、負荷が変化した場合に、負荷に基づいて発電出力指令が設定されるのに加えて、ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の流量が変化した場合に、発電出力指令が補正される。そして、補正された発電出力指令に基づいて、ボイラに供給される石炭、水及び空気の流量が調整される。ボイラに供給される石炭、水及び空気の流量を調整するということは、ボイラで発生する蒸気の量を調整するということであり、この調整により、発電及びＣＯ２の回収のために充分な量の蒸気が確保される。この結果として、ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の流量が変化したとしても、発電機の出力が負荷に応じて適切に制御される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、負荷が変化した場合に、ＣＯ２回収装置への蒸気供給量が変化しても、発電機の出力を適切に制御する、ＣＯ２回収装置付き石炭焚き火力発電プラントの制御システム及び制御方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＣＯ２回収装置付き火力発電プラントの概略的な構成図である。
【図２】図１のＣＯ２回収装置付き火力発電プラントに適用された制御システムの全体的な構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】図２中の制御システムの機能的な構成を説明するための図である。
【図４】第２実施形態の制御システムの機能的な構成を説明するための図である。
【図５】第３実施形態の制御システムの機能的な構成を説明するための図である。
【図６】第４実施形態の制御システムの機能的な構成を説明するための図である。
【図７】第５実施形態の制御システムの機能的な構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２６】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係るＣＯ２回収装置付き石炭焚き火力発電プラント（以下、単に発電プラントともいう）１０の概略的な構成を示している。発電プラント１０は、大別して、蒸気系統、復水系統、石炭・空気供給系統、排ガス処理系統、及び、これらの動作を制御する制御系統からなる。
【００２７】
〔蒸気系統〕
蒸気系統は、ボイラ１２、ガバナ弁１４、高圧タービン（ＨＰＴ）１６、中圧タービン（ＩＰＴ）１８及び低圧タービン（ＬＰＴ）２０を有している。ボイラ１２は、節炭器２２、蒸発管２４、過熱器２６及び再熱器２８を有し、水の循環路３０には、節炭器２２、蒸発管２４、過熱器２６、ガバナ弁１４、高圧タービン１６、再熱器２８、中圧タービン１８及び低圧タービン２０がこの順序で配置されている。
ボイラ１２には、石炭、水及び空気が供給され、ボイラ１２は、石炭の燃焼によって排ガスを発生させながら蒸気を発生させる。
【００２８】
そして、高圧タービン１６、中圧タービン１８及び低圧タービン２０は、ボイラ１２から供給された蒸気を用いて発電機３１を駆動する。具体的には、高圧タービン１６、中圧タービン１８及び低圧タービン２０の出力軸は、発電機３１に接続され、高圧タービン１６、中圧タービン１８及び低圧タービン２０は、ボイラ１２から供給される蒸気のエネルギーを回転力にそれぞれ変換し、発電機３１は、回転力を電力に変換して出力する。
【００２９】
〔復水系統〕
復水系統は、水の循環路３０に順次配置される、復水器３２、復水ポンプ３４、脱気器レベル調整弁３６、低圧給水加熱器（ＬＰＨ）３８、脱気器４０、ボイラ給水ポンプ４２、高圧給水加熱器（ＨＰＨ）４４を有する。復水器３２は、低圧タービン２０から流出した蒸気を液相の水に戻し、得られた液相の水が、再びボイラ１２に供給される。
なお、高圧タービン１６の抽気点は、抽気路４６を通じて高圧給水加熱器４４に接続され、中圧タービン１８の出口は、抽気路４８を通じて脱気器４０に接続され、そして、低圧タービン２０の抽気点は、抽気路５０を通じて低圧給水加熱器３８に接続されている。従って、ボイラ１２に供給される水の温度は、抽気された蒸気を利用して上昇させられている。
【００３０】
〔石炭・空気供給系統〕
更に、発電プラント１０は、ボイラ１２のバーナ５２に石炭及び空気を供給するための石炭・空気供給系統として、石炭供給装置５４、押し込み送風機５６、及び、空気予熱器５８を有する。
石炭供給装置５４は、図示しないホッパ、コンベヤ及び石炭粉砕機を有する。ホッパからベルトコンベヤによって石炭粉砕機に供給された石炭は、石炭粉砕機によって粉砕されて微粉炭になる。微粉炭は、キャリアガスとしての窒素ガスによって、ボイラ１２のバーナ５２に搬送される。
なお、ボイラ１２における燃焼方式は、噴流床燃焼方式が好ましいが、流動床燃焼方式や固定床燃焼方式であってもよい。
【００３１】
〔排ガス処理系統〕
また更に、発電プラント１０は、ボイラ１２で発生した排ガスを処理する排ガス処理系統として、排ガス流路６０に順次配置される、脱硝装置６２、電気集塵機６４、脱硫装置６６、及び、ダンパ６８を有する。ダンパ６８で分岐された排ガス流路６０の一方には、煙突７０が設けられ、他方にはＣＯ２回収装置７２が設けられている。なお、空気予熱器５８は、脱硝装置６２と電気集塵機６４の間に配置され、排ガスの熱を利用して空気を予備的に加熱する。
【００３２】
〔ＣＯ２回収装置〕
ＣＯ２回収装置７２は、化学吸着法により排ガスに含まれるＣＯ２を回収する。ＣＯ２回収装置７２は、吸収液の循環路７４を有し、循環路７４には、吸収塔７６、送出ポンプ７８、熱交換器８０の低温部、再生塔８２、返戻ポンプ８４、及び、熱交換器８０の高温部が、吸収液の循環方向にてこの順序で配置されている。
【００３３】
また、ＣＯ２回収装置７２は、リボイラ８６を有し、リボイラ８６は、再生塔８２内の吸収液を加熱する。リボイラ８６は、中圧タービン１８の出口と脱気器４０を繋ぐリボイラ用抽気路８８に配置され、熱源として蒸気を用いて吸収液を加熱する。なお、リボイラ用抽気路８８には、リボイラ８６に供給される蒸気の流量を調整するＣＯ２回収用蒸気流量調整弁９０が配置されている。
【００３４】
回収装置７２においては、吸収塔７６において、相対的に低温の吸収液が排ガス中のＣＯ２を吸収する。そして、再生塔８２において、ＣＯ２を吸収した吸収液の温度が上昇させられて吸収液からＣＯ２が放出され、放出された気相のＣＯ２が回収される。
【００３５】
〔制御系統〕
図２は、制御系統（制御システム）の全体的な構成を概略的に示すブロック図である。制御システムは、統合的な制御を行う中央制御装置９２を有する。中央制御装置９２は、例えば、演算装置、記憶装置及び入出力装置からなるコンピュータによって構成される。中央制御装置９２は、主蒸気圧力調節器９４、発電出力調節器９６、排ガス流量調節器９８、及び、ＣＯ２流量調節器１００に電気的に接続されている。主蒸気圧力調節器９４、発電出力調節器９６、排ガス流量調節器９８、及び、ＣＯ２流量調節器１００も、それぞれコンピュータによって構成される。
【００３６】
〔主蒸気圧力調節器〕
主蒸気圧力調節器９４は、中央制御装置９２と協働して、ボイラ１２の過熱器２６から供給される蒸気（主蒸気）の圧力を制御する。
具体的には、主蒸気圧力調節器９４は、ボイラ１２に供給される石炭、水及び空気の流量を制御することによって、主蒸気の圧力を制御する。そのために、主蒸気圧力調節器９４は、ボイラ給水ポンプ４２を制御することによって、ボイラ１２に供給される水の流量を調整可能である。
また、主蒸気圧力調節器９４は、石炭供給装置５４を制御することによって、ボイラ１２に供給される石炭の流量を調整可能である。更に、主蒸気圧力調節器９４は、押し込み送風機５６を制御することによって、ボイラ１２に供給される空気の流量を調整可能である。
【００３７】
なお、主蒸気圧力調節器９４には、主蒸気の圧力を測定する主蒸気用圧力計１０２が電気的に接続され、主蒸気の圧力の測定値が設定値に近付くように、主蒸気圧力調節器９４は主蒸気の圧力を制御する。主蒸気用圧力計１０２は、過熱器２６とガバナ弁１４との間に配置される。
【００３８】
〔発電出力調節器〕
発電出力調節器９６は、中央制御装置９２と協働して、発電機３１から出力される電力を制御する。そのために、発電出力調節器９６は、ガバナ弁１４の弁開度を調整することによって、高圧タービン１６に供給される主蒸気の流量を調整する。
なお、発電出力調節器９６には、発電機３１が出力する電力及びその周波数を測定する電力／周波数計１０４が電気的に接続され、発電出力調節器９６は、電力及び周波数の測定値が設定値に近付くように、ガバナ弁１４の弁開度を調整する。
【００３９】
〔排ガス流量調節器〕
排ガス流量調節器９８は、中央制御装置９２と協働して、ボイラ１２からＣＯ２回収装置７２に供給される排ガスの流量を制御する。そのために、排ガス流量調節器９８は、ダンパ６８、送出ポンプ７８及び返戻ポンプ８４を制御する。
なお、排ガス流量調節器９８には、排ガスの流量を測定する排ガス流量計１０６が電気的に接続され、排ガス流量調節器９８は、排ガスの流量の測定値が設定値に近付くように、ダンパ６８、送出ポンプ７８及び返戻ポンプ８４を制御する。排ガス流量計１０６は、ダンパ６８と吸収塔７６との間に配置される。
【００４０】
〔ＣＯ２流量調節器〕
ＣＯ２流量調節器１００は、中央制御装置９２と協働して、ＣＯ２回収装置によって回収されるＣＯ２の流量を制御する。そのため、ＣＯ２流量調節器１００は、ＣＯ２回収用蒸気流量調整弁９０の弁開度を調整する。
なお、ＣＯ２流量調節器１００にはＣＯ２流量計１０８及びＣＯ２回収用蒸気流量計１１０が電気的に接続されている。ＣＯ２流量計１０８は、再生塔８２の出口に配置され、再生塔８２から流出するＣＯ２の流量、則ち、ＣＯ２回収装置によって回収されたＣＯ２の流量を測定する。ＣＯ２回収用蒸気流量計１１０は、リボイラ用抽気路８８に配置され、リボイラ８６に供給されるＣＯ２回収用の蒸気の流量を測定する。ＣＯ２流量調節器１００は、回収されたＣＯ２の流量及びＣＯ２回収用の蒸気の流量の測定値が設定値にそれぞれ近付くように、ＣＯ２回収用蒸気流量調整弁９０の弁開度を調整する。
【００４１】
以下、上述した発電プラント１０の制御システムが実行する制御方法について、図３を参照して説明する。
図３は、制御システムの機能的な構成を概略的に示す図である。制御システムの中央制御装置９２には、電力需要、則ち負荷が入力され、入力された負荷にそれぞれ対応する発電出力設定値及び発電出力変化率設定値が、出力変化率制御器１１２に入力される。出力変化率制御器１１２は、発電出力設定値の単位時間あたりの変化率が、発電出力変化率設定値の範囲内に収まるように、発電出力設定値を調整して出力する。
【００４２】
一方、中央制御装置９２には、電力／周波数計１０４によって測定された周波数の測定値が入力され、周波数の測定値と設定値の偏差（Δｆ）が関数器１１４に入力される。関数器１１４は、予め設定された関数に偏差を代入して、発電出力設定値を補正するための周波数変動補正量を演算する。
出力変化率制御器１１２で調整された発電出力設定値、及び、関数器１１４で演算された周波数変動補正量は、加算器１１６に入力されて加算される。これにより発電出力設定値が補正される。
【００４３】
加算器１１６で補正された発電出力設定値は、上下限制限器１１８に入力される。上下限制限器１１８は、発電出力設定値が、予め設定された下限と上限で規定される範囲内に収まるように、発電出力設定値を更に補正する。この補正された発電出力設定値が、発電出力指令（ＭＷＤ）として、上下限制限器１１８から出力される。発電出力指令の単位は、例えばＭＷ（メガワット）である。
【００４４】
上下限制限器１１８から出力された発電出力指令は、発電出力調節器９６の減算器１２０に入力される。また、減算器１２０には、電力／周波数計１０４によって測定された、発電機３１から出力される電力の測定値（ＭＷ）が入力されている。減算器１２０は、発電出力指令と電力の測定値の偏差を演算し、得られた偏差は、発電出力調節器９６の制御器１２２に入力される。
【００４５】
制御器１２２は比例積分（ＰＩ）制御を行う。具体的には、制御器１２２は、入力された偏差が縮小するように、タービンマスタ指令（ＴＭ）を演算により求める。そして、発電出力調節器９６は、演算により求めたタービンマスタ指令に基づいて、ガバナ弁１４の弁開度を調整し、これにより発電機３１の出力を調整する。
【００４６】
一方、中央制御装置９２には、ＣＯ２回収用蒸気流量計１１０によって測定された、ＣＯ２回収用蒸気の流量の測定値が入力されている。ＣＯ２回収用蒸気の流量の測定値は、中央制御装置９２の関数器１２４に入力され、関数器１２４は、予め設定された関数にＣＯ２回収用蒸気の流量の測定値を代入し、ＣＯ２回収用蒸気流量変動補正量を求める。求められたＣＯ２回収用蒸気流量変動補正量は、中央制御装置９２の加算器１２６に入力される。
【００４７】
また、加算器１２６には、発電出力指令が入力されており、加算器１２６は、発電出力指令にＣＯ２回収用蒸気流量変動補正量を加算することによって、発電出力指令を補正する。つまり関数器１２４及び加算器１２６は、発電出力指令補正手段１２７を構成している。
【００４８】
加算器１２６によって補正された発電出力指令は関数器１２８に入力される。関数器１２８は、予め設定された関数に補正された発電出力指令を代入して、ボイラマスタ指令（ＢＩＤ）を求める。関数器１２８によって求められたボイラマスタ指令は、図示しないけれども、複数の関数器に入力され、これらの関数器によって、ボイラに供給される石炭、水及び空気の流量の設定値がそれぞれ演算される。
【００４９】
そして、演算された石炭、水及び空気の流量の設定値は、主蒸気圧力調節器９４に入力され、主蒸気圧力調節器９４は、ボイラ１２に供給される石炭、水及び空気の流量が設定値にそれぞれ近付くように、石炭供給装置５４、ボイラ給水ポンプ４２、及び、押し込み送風機５６を制御する。なお、主蒸気圧力調節器９４は、主蒸気用圧力計１０２によって測定される主蒸気の圧力の測定値に基づいて、ボイラ１２に供給される石炭、水及び空気の流量の設定値を補正してもよい。
【００５０】
他方、中央制御装置９２には、ＣＯ２の回収量又は回収率の設定値が入力され、中央制御装置９２は、ＣＯ２の回収量又は回収率が設定値に近付くように、排ガス流量調節器９８及びＣＯ２流量調節器１００と協働する。例えば、発電プラント１０の管理者が、ＣＯ２の回収量又は回収率の設定値の入力を行うことができ、ＣＯ２の回収量又は回収率の設定値は、負荷に基づいて設定されてもよく、或いは、負荷とは独立に設定されてもよい。
【００５１】
以下、上述した発電プラント１０の動作を、ＣＯ２の回収率が一定であるときに負荷が増大した場合について説明する。
負荷が増大すると、発電出力指令が増大し、タービンマスタ指令も増大する。このため、ガバナ弁１４の弁開度が増大される。
一方、ＣＯ２の回収率が一定であるときに負荷が増大すると、排ガスの排出量が増えるため、ＣＯ２回収装置７２の能力を増大させる必要がある。このため、ＣＯ２回収用蒸気流量調整弁９０の弁開度が増大され、中圧タービン１８の出口からリボイラ８６に供給されるＣＯ２回収用蒸気の流量が増大する。
【００５２】
ＣＯ２回収用蒸気の流量は、ＣＯ２回収用蒸気流量計１１０によって測定されており、ＣＯ２回収用蒸気流量計１１０によって測定されたＣＯ２回収用蒸気の流量の測定値は、中央制御装置９２に入力される。中央制御装置９２の関数器１２４は、入力されたＣＯ２回収用蒸気の流量の測定値を関数に代入してＣＯ２回収用蒸気流量変動補正量を求め、求められたＣＯ２回収用蒸気流量変動補正量は、加算器１２６にて、発電出力指令に加算される。
【００５３】
かくして、加算器１２６によって補正された発電出力指令に基づいて、ボイラマスタ指令が求められ、更に、ボイラ１２に供給される石炭、水及び蒸気の流量の設定値が設定される。この結果として、ＣＯ２回収用蒸気の流量の変動をあたかも外乱であるかのように考慮して、ボイラ１２で蒸気が生成される。
【００５４】
上述した第１実施形態の発電プラント１０の制御システム及び制御方法によれば、負荷が変化した場合に、負荷に基づいて発電出力指令が設定されるのに加えて、ＣＯ２回収装置７２に供給される蒸気の流量が変化した場合に、発電出力指令が補正される。そして、補正された発電出力指令に基づいて、ボイラ１２に供給される石炭、水及び空気の流量が調整される。
【００５５】
ボイラ１２に供給される石炭、水及び空気の流量を調整するということは、ボイラ１２で発生する主蒸気の量を調整するということであり、この調整により、発電及びＣＯ２の回収のために充分な量の主蒸気が確保される。この結果として、ＣＯ２回収装置７２に供給される蒸気の流量が変化したとしても、発電機３１の出力が負荷に応じて適切に制御される。
【００５６】
そして、第１実施形態の発電プラント１０の制御システムにおいては、ＣＯ２回収用蒸気の流量に対応する指標として、流量自体に基づいて発電出力指令が補正されるので、確実に、発電機３１の出力が負荷に応じて適切に制御される。
【００５７】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態の発電プラント１０の制御システムについて説明する。
なお、第２実施形態以下の説明においては、先行する実施形態と同一又は類似の構成要素についての説明を簡略化又は省略する。
【００５８】
図４は、第２実施形態の制御システムの機能的な構成を概略的に示す図である。第２実施形態の制御システムは、関数器１２４が、ＣＯ２回収用蒸気の流量の設定値に基づいてＣＯ２回収用蒸気流量変動補正量を演算する点においてのみ、第１実施形態の制御システムと異なる。ＣＯ２回収用蒸気の流量の設定値は、中央制御装置９２によって、ＣＯ２の回収量又は回収率に基づいて設定される。ＣＯ２流量調節器１００は、ＣＯ２回収用蒸気流量計１１０によって測定される蒸気の流量の測定値が、ＣＯ２回収用蒸気の流量の設定値に近付くように、ＣＯ２回収用蒸気流量調整弁９０の弁開度を調整する。
【００５９】
上述した第２実施形態の発電プラント１０の制御システムでは、ＣＯ２回収装置７２に供給される蒸気の流量に対応する指標として、ＣＯ２回収装置７２に供給される蒸気の流量の設定値に基づいて、発電出力指令が補正される。かかる第２実施形態の制御システムによれば、簡単な構成にて、発電機３１の出力が負荷に応じて適切に制御される。
【００６０】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態の発電プラント１０の制御システムについて説明する。
図５は、第３実施形態の制御システムの機能的な構成を概略的に示す図である。第３実施形態の制御システムは、関数器１３０が、ＣＯ２回収用蒸気の抽気点における圧力の測定値に基づいてＣＯ２回収用蒸気流量変動補正量を演算する点においてのみ、第１実施形態の制御システムと異なる。
そのために、第３実施形態では、図示しないけれども、リボイラ用抽気路８８に圧力計が配置され、この圧力計によって測定された蒸気の圧力の測定値が、ＣＯ２回収用蒸気の抽気点における圧力の測定値として、関数器１３０に入力される。
【００６１】
上述した第３実施形態の発電プラント１０の制御システムでは、ＣＯ２回収装置７２に供給される蒸気の流量に対応する指標として、ＣＯ２回収用蒸気の抽気点における圧力の測定値に基づいて、発電出力指令が補正される。かかる第３実施形態の制御システムによれば、簡単な構成にて、発電機３１の出力が負荷に応じて適切に制御される。
【００６２】
〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態の発電プラント１０の制御システムについて説明する。
図６は、第４実施形態の制御システムの機能的な構成を概略的に示す図である。第４実施形態の制御システムでは、ＣＯ２回収装置７２に供給される蒸気の流量に対応する指標として、排ガス処理率の設定値、発電出力設定値、及び、ＣＯ２回収率の設定値を用いて、ＣＯ２回収用蒸気流量変動補正量が演算される。
【００６３】
排ガス処理率は、ボイラ１２から排出された排ガスのうち、ＣＯ２回収装置７２に供給される排ガスの割合であり、ダンパ６８の開度によって決定される値である。そして、排ガス処理率の設定値は、例えば、発電プラント１０の管理者によって、中央制御装置９２に予め入力され、排ガス流量調節器９８は、排ガス処理率の設定値に基づいてダンパ６８の位置を制御する。排ガス処理率の設定値は可変であってもよい。
なお、ＣＯ２回収装置７２に供給されなかった排ガスは、煙突７０から放出される。
【００６４】
発電出力設定値は、前述したように、負荷に基づいて設定される発電機３１の出力の設定値である。
ＣＯ２回収率は、ＣＯ２回収装置７２に供給される排ガスに含まれるＣＯ２のうち、ＣＯ２回収装置７２によって回収されるＣＯ２の割合である。そして、ＣＯ２回収率の設定値は、例えば、発電プラント１０の管理者によって、中央制御装置９２に予め入力され、排ガス流量調節器９８は、ＣＯ２回収率の設定値に基づいて、ＣＯ２回収用蒸気流量調整弁９０の弁開度を調整する。なお、ＣＯ２回収率の設定値は可変であってもよい。
なお、ＣＯ２回収装置７２に供給されながらも、回収されなかったＣＯ２は、吸収塔７６から排ガスとして放出される。
【００６５】
排ガス処理率設定値、発電出力設定値及びＣＯ２回収率設定値は、関数器１３２、関数器１３４及び関数器１３６にそれぞれ入力され、関数器１３２、関数器１３４及び関数器１３６は、それぞれ、入力された設定値を所定の関数に代入して、ＣＯ２回収用蒸気流量変動補正量を出力する。
関数器１３２、関数器１３４及び関数器１３６が出力したＣＯ２回収用蒸気流量変動補正量は、加算器１３８に入力されて加算される。そして、加算器１３８によって加算されたＣＯ２回収用蒸気流量変動補正量が、加算器１２６に入力される。
【００６６】
上述した第４実施形態の発電プラント１０の制御システムでは、ＣＯ２回収装置７２に供給される蒸気の流量に対応する指標として、排ガス処理率設定値、発電出力設定値及びＣＯ２回収率設定値に基づいて、発電出力指令が補正される。
排ガス処理率、発電出力設定値及びＣＯ２回収率は、ＣＯ２回収用蒸気の流量の設定値を決定するのに用いられるパラメータでもあり、ＣＯ２回収用蒸気の流量と相関を有する。かかる第４実施形態の制御システムによれば、簡単な構成にて、発電機３１の出力が負荷に応じて適切に制御される。
【００６７】
〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態の発電プラント１０の制御システムについて説明する。
図７は、第５実施形態の制御システムの機能的な構成を概略的に示す図である。第５実施形態の制御システムでは、関数器１２４と加算器１２６の間に遅れ設定器１４０が設けられている点においてのみ、第１実施形態の制御システムと異なる。
【００６８】
遅れ設定器１４０は、関数器１２４によって演算されたＣＯ２回収用蒸気流量変動補正量に、遅れ要素を例えば乗算によって作用させ、遅れ要素を作用させたＣＯ２回収用蒸気流量変動補正量が加算器１２６に入力される。遅れ要素は、例えば１次の遅れ要素であり、ボイラ１２に供給される石炭、水及び空気の流量の変化率を抑制するように、ＣＯ２回収用蒸気流量変動補正量に作用する。
【００６９】
ボイラ１２で発生する蒸気の量は、ボイラ１２に供給する石炭、水及び空気の流量の増大開始から、ある程度遅れて増加する。このため、指標に直接基づいて、ボイラ１２に供給する石炭、水及び空気の流量を増大すると、蒸気を過剰に発生させる虞がある。また、指標に直接基づいてボイラ１２に供給する石炭、水及び空気の流量を増大すると、増大量が急激に大きくなる場合がある。このような調整は、ボイラ１２に負担をかけることになり望ましくない。
そこで、第５実施形態の制御システムでは、ＣＯ２回収用蒸気流量変動補正量に遅れ要素を作用させることで、蒸気の過剰な発生が防止されるとともに、ボイラ１２に急激な負担が加わることが防止される。
【００７０】
本発明は、上述した第１乃至第５実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、ＣＯ２回収用蒸気流量変動補正量を求めるために使用される、ＣＯ２回収装置７２に供給される蒸気の流量に対応する指標としては、第１乃至第５実施形態に例示された指標以外を用いても良い。指標の数は１つに限定されることはなく、また指標は、測定値であってもよく、設定値であってもよい。
また、指標に基づいてＣＯ２回収用蒸気流量変動補正量を求めるために使用される関数は、指標に応じて適宜選択可能であり、マップデータであってもよい。
【００７１】
そして、発電プラント１０の制御システムは、中央制御装置９２、主蒸気圧力調節器９４、発電出力調節器９６、排ガス流量調節器９８、及び、ＣＯ２流量調節器１００によって構成されているが、制御システムのハードウェアの構成は、これに限定されることはない。
【００７２】
更に、発電プラント１０は、高圧タービン１６、中圧タービン１８及び低圧タービン２０の３つのタービンを備えていたが、タービンの数は限定されることはない。そして、タービンが３つの場合、中圧タービン１８の出口をＣＯ２回収用蒸気の抽気点に設定するのが好ましいが、抽気点の位置はこれに限定されることはない。
【００７３】
また更に、上述した第１乃至第５実施形態では、ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の流量に対応する指標に基づいて、発電出力指令を補正し、ボイラ１２に供給される石炭、水及び空気の流量を調整したが、当該指標に基づいて、タービンマスタ指令も補正してもよい。すなわち、ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の流量に対応する指標に基づいて、ガバナ弁１４の弁開度も調整しても良い。
ボイラ１２に供給される石炭、水及び空気の流量を調整することによって、ボイラ１２で発生する蒸気の量を調整すれば、ＣＯ２回収装置に供給される蒸気の流量の変動幅が広くても、発電機の出力が適切に制御される。これにガバナ弁１４の調整を加えれば、発電機３１の出力の追従性が更に向上し、より一層、発電機３１の出力が適切に制御される。
【符号の説明】
【００７４】
１０    ＣＯ２回収装置付き石炭焚き火力発電プラント
１２    ボイラ
１４    ガバナ弁
１６    高圧タービン
１８    中圧タービン
２０    低圧タービン
３１    発電機
３２    復水器
３４    復水ポンプ
３６    脱気器水位調整弁
３８    低圧給水加熱器
４０    脱気器
４２    ボイラ給水ポンプ
４４    高圧給水加熱器
７２    ＣＯ２回収装置
８６    リボイラ
８８    リボイラ用抽気路
９０    ＣＯ２回収用蒸気流量調整弁
９２    中央制御装置
９４    主蒸気圧力調節器
９６    発電出力調節器
９８    排ガス流量調節器
１００  ＣＯ２流量調節器
１２７  発電出力指令補正手段
ＭＷＤ  発電出力指令
ＭＷ    発電機が出力する電力の測定値
ＢＩＤ  ボイラマスタ指令
ＴＭ    タービンマスタ指令
【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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