(57)【要約】【課題】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。【解決手段】燃料ガスカロリを一定としたときの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から、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、ガスタービンの発電出力に対する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許容変動範囲から外れた場合に、カロリ異常を検知する。【選択図】図３
2008121513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項４】
石炭ガス化炉に投入されるチャー、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。
【請求項５】
石炭ガス化炉に投入されるチャー、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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項８】
石炭ガス化炉に投入されるチャー、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。
【請求項９】
石炭ガス化炉に投入されるチャー、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。
【発明の詳細な説明】
【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、石炭ガス化炉から発生する生成ガスがそのままガスター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】
【発明が解決しようとする課題】
【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。
【課題を解決するための手段】
【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を提供する。
【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か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く、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い。
【０００９】
本発明は、石炭ガス化炉に投入されるチャー、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を提供する。
【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ャー、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ャー、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ー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】
本発明は、石炭ガス化炉に投入されるチャー、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を提供する。
【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、チャー、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、チャー、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い。
【００１４】
本発明は、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、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を提供する。
【００１５】
本発明は、石炭ガス化炉に投入されるチャー、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を提供する。
【００１６】
本発明は、石炭ガス化炉に投入されるチャー、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を提供する。
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。
【発明の効果】
【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いう効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
〔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。
【００１９】
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１１，１１…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、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。
【００２０】
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とを備えている。
石炭ガス化部３ａには、下方から、コンバスタ１３およびリダクタ１４が設けられている。コンバスタ１３は、微粉炭およ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、流動床式や固定床式であっても構わない。
【００２１】
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、これらバーナ１３ａ，１４ａに対して石炭供給設備１０から微粉炭が供給される。
コンバスタバーナ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。このようにコンバスタバーナ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。
【００２２】
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、微粉炭およ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。
【００２３】
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を通過したガスは、チャー回収装置２０へと導かれる。このチャー回収装置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、ガスに含まれるＮａ分およびＫ分が凝縮し、結果的にチャー回収装置２０においてＮａ分およびＫ分も除去される。
【００２４】
このように回収されたチャーは、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のコンバスタバーナ１３ａへと返送されてリサイクルされる。なお、チャーとともにコンバスタバーナ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、コンバスタバータ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、チャーの移送配管には、チャーの流量を検出する流量計測器６２が設けられている。
【００２５】
チャー回収装置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。
【００２６】
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によって接続されている。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っている。
【００２７】
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。
【００２８】
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、コンバスタバーナ１３ａには、微粉炭だけでなく、チャー回収装置２０において回収されたチャーが供給される。
【００２９】
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のターボ圧縮機５ｃ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。コンバスタ１３では、微粉炭およ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およびコンバスタ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。
【００３０】
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、チャー回収装置２０へと導かれ、チャーが回収される。ガス中のＮａ分およびＫ分は、ここで凝縮してチャーに取り込まれる。回収されたＮａ分およびＫ分を含むチャーは、石炭ガス化炉３へと返送される。
【００３１】
チャー回収装置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。この燃焼ガスによってガスタービン５ｂが回転させられ、回転軸５ｂが駆動させられる。
【００３２】
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。
【００３３】
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いて図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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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いように燃料流量を制御する温度制御信号を算出する。
【００３９】
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。
【００４０】
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ＣＳＯとして出力する。
【００４１】
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に基づいて燃料流量調整弁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る。
【００４２】
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、この目標カ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ャー、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。
【００４３】
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が、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く、例えば、燃料流量調節弁４０への操作信号、燃料流量調節弁４０の弁開度、或いは、燃料投入量自体であってもよい。
【００４４】
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。
【００４５】
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、この入力情報から燃料制御信号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ＣＳ０との差分を算出する減算器７２、減算器７２の出力が閾値ε１以下であるときに”Ｈ”信号を出力する比較器７３、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ＣＳＯとの差分を算出する減算器７５、減算器７５の出力が閾値ε２以上であるときに”Ｈ”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、少なくとも一方が”Ｈ”信号であった場合に、”Ｈ”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の出力が”Ｈ”となったときに、カロリ異常が発生していることとなる。
【００４６】
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ができ、コストの低減を図ることができる。
【００４７】
〔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に投入されるチャー、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、チャー及び石炭、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、チャー、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。
【００４８】
〈チャー投入量に基づく検知〉
以下、チャー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、チャー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、チャー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へのチャー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−チャー投入量特性（以下、「チャー投入特性」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、チャー投入量は、例えば、チャー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。
【００４９】
そして、石炭ガス化炉３にチャー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へのチャー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へのチャー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。
このことから、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への実際のチャー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。
【００５０】
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、この入力情報からチャー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ャー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ε３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ャー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ャー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ε４以上であるときに”Ｈ”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、何れか一方が”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の出力が”Ｈ”となったときに、カロリ異常を検知することとなる。
【００５１】
〈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−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いる。
【００５２】
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加した場合、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。
このことから、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、カロリ異常を検知する。
【００５３】
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ε５以下であるときに”Ｈ”信号を出力する比較器８７、実際の石炭投入量が入力され、この入力情報から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ε６以上であるときに”Ｈ”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、何れか一方が”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の出力が”Ｈ”となったときに、カロリ異常を検知することとなる。
【００５４】
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が、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。
【００５５】
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。
【００５６】
〈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。
【００５７】
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１１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ε９以下であるときに”Ｈ”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ε１０以上であるときに”Ｈ”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”Ｈ”信号であった場合に、”Ｈ”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の出力が”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ε９は、偏差の許容変動範囲の下限値、閾値ε１０は、偏差の許容変動範囲の上限値に設定されている。
【００５８】
〈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」という。）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。
このことから、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。
【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ε１１以下であるときに”Ｈ”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ε１２以上であるときに”Ｈ”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が”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の出力が”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ε１１は、偏差の許容変動範囲の下限値、閾値ε１２は、偏差の許容変動範囲の上限値に設定されている。
【００６０】
〈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」という。）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。
このことから、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。
【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１１０、減算器１１０の出力が閾値ε１３以下であるときに”Ｈ”信号を出力する比較器１１１、実酸素流量と目標酸素流量との差分を算出する減算器１１２、減算器１１２の出力が閾値ε１４以上であるときに”Ｈ”信号を出力する比較器１１３、及び、比較器１１１並びに１１３の出力が入力され、少なくとも何れか一方が”Ｈ”信号であった場合に、”Ｈ”信号を出力するＯＲ回路１１５を備えている。このカロリ異常検知装置では、ＯＲ回路１１５の出力が”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ε１３は、偏差の許容変動範囲の下限値、閾値ε１４は、偏差の許容変動範囲の上限値に設定されている。
【００６２】
〈実際のチャー投入量と目標チャ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、チャー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ャーの流量（以下「実チャー投入量」という。）が目標チャー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、目標チャー投入量と実チャー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、実チャー投入量と目標チャー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。
【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１４に示す。
図１４に示すように、カロリ異常検知装置は、実チャー投入量と目標チャー投入量との差分を算出する減算器１１６、減算器１１６の出力が閾値ε１５以下であるときに”Ｈ”信号を出力する比較器１１７、実チャー投入量と目標チャー投入量との差分を算出する減算器１１８、減算器１１８の出力が閾値ε１６以上であるときに”Ｈ”信号を出力する比較器１１９、及び、比較器１１７並びに１１９の出力が入力され、少なくとも何れか一方が”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の出力が”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ε１５は、偏差の許容変動範囲の下限値、閾値ε１６は、偏差の許容変動範囲の上限値に設定されている。
【００６４】
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ができ、コストの低減を図ることができる。
【００６５】
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ＩＧＣＣ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ができる。
【００６６】
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く、更に、その結果を通知することとしてもよい。
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。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【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い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ャー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】チャー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】実際のチャー投入量と目標チャー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】
【００６８】
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  チャー回収装置
５０  燃料流量制御装置
６１  調節弁
６２  流量計測器
Ｇ  発電機
【図１】
2008121513.tif 000003
【図２】
2008121513.tif 000004
【図３】
2008121513.tif 000005
【図４】
2008121513.tif 000006
【図５】
2008121513.tif 000007
【図６】
2008121513.tif 000008
【図７】
2008121513.tif 000009
【図８】
2008121513.tif 000010
【図９】
2008121513.tif 000011
【図１０】
2008121513.tif 000012
【図１１】
2008121513.tif 000013
【図１２】
2008121513.tif 000014
【図１３】
2008121513.tif 000015
【図１４】
2008121513.tif 000016
【図１５】
2008121513.tif 000017