(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンから排出される排ガスが、押込通風機から圧送される燃焼用空気に合流され、ボイラ本体の火炉内に導入される排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける燃焼用空気流量制御方法であって、
ガスタービンの排ガス中に含まれる酸素量を検出すると共に、ガスタービン負荷に基づきガスタービンの排ガス中に含まれる酸素量上限値を求め、前記検出された酸素量が酸素量上限値を越えないよう制限を加えて制限酸素量として出力し、該制限酸素量を大気換算して制限追加空気流量を求める一方、押込通風機から圧送される燃焼用空気流量を検出し、該燃焼用空気流量に前記制限追加空気流量を加えて総燃焼用空気流量を求め、ボイラ負荷に基づく総燃焼用空気流量設定値から前記総燃焼用空気流量を差し引いて空気流量偏差を求め、該空気流量偏差がなくなるよう押込通風機を制御することを特徴とする排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける燃焼用空気流量制御方法。
【請求項２】
ガスタービンから排出される排ガスが、押込通風機から圧送される燃焼用空気に合流され、ボイラ本体の火炉内に導入される排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける燃焼用空気流量制御装置であって、
ガスタービンの排ガス中に含まれる酸素量を検出する酸素計と、
ガスタービン負荷に基づきガスタービンの排ガス中に含まれる酸素量上限値を求めて出力する関数発生器と、
前記酸素計で検出された酸素量が前記関数発生器から出力される酸素量上限値を越えないよう制限を加えて制限酸素量として出力する高信号制限器と、
該高信号制限器から出力される制限酸素量を大気換算して制限追加空気流量を出力する換算器と、
押込通風機から圧送される燃焼用空気流量を検出する流量計と、
該流量計で検出された燃焼用空気流量に前記換算器から出力される制限追加空気流量を加えて総燃焼用空気流量を出力する加算器と、
ボイラ負荷に基づく総燃焼用空気流量設定値と前記加算器から出力される総燃焼用空気流量との差を求め、空気流量偏差を出力する減算器と、
該減算器から出力される空気流量偏差を比例積分処理して該空気流量偏差をなくすための押込通風機の動翼開度或いは入口ダンパ開度の制御指令を出力する比例積分調節器と
を備えたことを特徴とする排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける燃焼用空気流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける燃焼用空気流量制御方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、既設の発電プラントを改造し、ガスタービンを追加装備して熱効率の向上を図った排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントとする試みが行われている。
【０００３】
図３はガスタービンを追加装備した排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントの一例を表わすものであって、図中、１は火炉１ａと副側壁１ｂと後部伝熱部１ｃとからなるボイラ本体、２はボイラ本体１の火炉１ａへ燃料Ｆを噴射するバーナであり、基本的には、押込通風機（ＦＤＦ）３から燃焼用空気ダクト４を経由してボイラ本体１の火炉１ａに設けられた風箱５へ燃焼用空気Ｇ１を圧送すると共に、バーナ２から燃料Ｆを噴射して燃焼させ、生成された燃焼ガスＧ２により、ボイラ本体１の伝熱管内を流れる水、蒸気を加熱し、且つボイラ本体１の副側壁１ｂ内に配設された過熱器６内を流れる主蒸気を過熱し、熱を奪われた燃焼ガスＧ２を後部伝熱部１ｃの下端からボイラ排ガスＧ３として排ガスダクト７へ排出し、誘引通風機（ＩＤＦ）８を介して煙突９から大気へ放出し、前記過熱器６で過熱された過熱蒸気Ｖを過熱蒸気管１０から蒸気タービン１１へ導き、蒸気タービン１１を駆動して発電機１２を駆動するようになっている。
【０００４】
１３は燃焼器１４から送給された燃焼ガスにより駆動され、発電機１５及び圧縮機１６を駆動し得るようにしたガスタービンであり、燃焼器１４では、噴射された燃料が圧縮機１６から送給された圧縮空気と混合して燃焼し得るようになっている。
【０００５】
１７はガスタービン１３から排出された排ガスＧ１’を、押込通風機３から燃焼用空気ダクト４を経由して圧送される燃焼用空気Ｇ１に合流せしめ、燃焼用ガスとして風箱５を介し火炉１ａ内へ送給するための燃焼用排ガスダクトであり、該燃焼用排ガスダクト１７途中には、排ガスＧ１’の熱を回収してボイラ本体１へ供給される給水を加熱するための給水加熱器１８が設けられている。
【０００６】
前述の如き排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおいて、ガスタービン１３からの排ガスＧ１’を利用するコンバインドサイクル運転を行う場合には、燃焼器１４で生成された燃焼ガスが、ガスタービン１３へ導入されてガスタービン１３が駆動され、該ガスタービン１３により発電機１５及び圧縮機１６が駆動され、該圧縮機１６から吐出された圧縮空気が燃焼用空気として燃焼器１４へ送給され、該燃焼器１４で燃料が燃焼され、ガスタービン１３から排出される排ガスＧ１’が、誘引通風機８の作動により燃焼用排ガスダクト１７を介して燃焼用空気ダクト４側へ誘引され、押込通風機３から燃焼用空気ダクト４を経由して圧送される燃焼用空気Ｇ１に合流され、燃焼用ガスとして風箱５からボイラ本体１の火炉１ａ内に導入されると共に、バーナ２から燃料Ｆが噴射されて燃焼され、生成された燃焼ガスＧ２により、ボイラ本体１の伝熱管内を流れる水、蒸気が加熱され、且つボイラ本体１の副側壁１ｂ内に配設された過熱器６内を流れる主蒸気が過熱され、熱を奪われた燃焼ガスＧ２が後部伝熱部１ｃの下端からボイラ排ガスＧ３として排ガスダクト７へ排出され、誘引通風機８を介して煙突９から大気へ放出され、前記過熱器６で過熱された過熱蒸気Ｖは過熱蒸気管１０から蒸気タービン１１へ導かれ、蒸気タービン１１が駆動されて発電機１２が駆動される。
【０００７】
ところで、前記ボイラ本体１の火炉１ａ内に導入される燃焼用空気流量の制御系は、
ガスタービン１３の排ガスＧ１’中に含まれる酸素量１９を検出する酸素計２０と、
該酸素計２０で検出された酸素量１９を大気換算（２１％換算）して追加空気流量２１を出力する換算器２２と、
押込通風機３から圧送される燃焼用空気流量２３を検出する流量計２４と、
該流量計２４で検出された燃焼用空気流量２３に前記換算器２２から出力される追加空気流量２１を加えて総燃焼用空気流量２５を出力する加算器２６と、
ボイラ負荷に基づく総燃焼用空気流量設定値２７と前記加算器２６から出力される総燃焼用空気流量２５との差を求め、空気流量偏差２８を出力する減算器２９と、
該減算器２９から出力される空気流量偏差２８を比例積分処理して該空気流量偏差２８をなくすための押込通風機３の動翼開度の制御指令３０を出力する比例積分調節器３１と
を備えてなる構成を有している。
【０００８】
尚、前記押込通風機３が軸流ファンの場合、動翼開度の制御となるが、前記押込通風機３が遠心ファンの場合には、動翼開度ではなく入口ダンパ開度を制御するようになることは言うまでもない。
【０００９】
前記燃焼用空気流量の制御系においては、酸素計２０によってガスタービン１３の排ガスＧ１’中に含まれる酸素量１９が検出され、該酸素計２０で検出された酸素量１９が換算器２２において大気換算（２１％換算）されて追加空気流量２１が加算器２６へ出力される一方、流量計２４によって押込通風機３から圧送される燃焼用空気流量２３が検出されて前記加算器２６へ出力され、該加算器２６において前記流量計２４で検出された燃焼用空気流量２３に前記換算器２２から出力される追加空気流量２１が加えられて総燃焼用空気流量２５が減算器２９へ出力され、該減算器２９においてボイラ負荷に基づく総燃焼用空気流量設定値２７と前記加算器２６から出力される総燃焼用空気流量２５との差が求められ、空気流量偏差２８が比例積分調節器３１へ出力され、該比例積分調節器３１において前記減算器２９から出力される空気流量偏差２８が比例積分処理されて該空気流量偏差２８をなくすための押込通風機３の動翼開度の制御指令３０が押込通風機３へ出力され、該押込通風機３の動翼開度が調節され、燃焼用空気流量２３が増減され、総燃焼用空気流量２５が総燃焼用空気流量設定値２７と等しくなるよう制御が行われるようになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の如き従来の燃焼用空気流量の制御系では、ガスタービン１３の燃焼モードの変化に伴ってガスタービン１３の排ガスＧ１’中に含まれる酸素量１９が急激に増加する方向に変動したり、或いは酸素計２０の異常により検出される酸素量１９が実際より非常に大きな値として加算器２６へ出力されたような場合、その変動に追従すべく押込通風機３の動翼開度が一気に絞り込まれて、ボイラ本体１の火炉１ａ内へ導入される燃焼用空気流量２３が急激に減少し、ボイラ本体１の火炉１ａ内における燃焼が不安定になる虞れがあった。
【００１１】
本発明は、斯かる実情に鑑み、ガスタービンの燃焼モードの変化に伴う排ガス中に含まれる酸素量の急激な増加、或いは酸素計の異常による酸素量検出値の増大に対しても、ボイラ本体の火炉内へ導入される燃焼用空気流量の急激な減少を防止し得、ボイラ本体の火炉内における燃焼が不安定になることを回避し得る排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける燃焼用空気流量制御方法及び装置を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガスタービンから排出される排ガスが、押込通風機から圧送される燃焼用空気に合流され、ボイラ本体の火炉内に導入される排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける燃焼用空気流量制御方法であって、
ガスタービンの排ガス中に含まれる酸素量を検出すると共に、ガスタービン負荷に基づきガスタービンの排ガス中に含まれる酸素量上限値を求め、前記検出された酸素量が酸素量上限値を越えないよう制限を加えて制限酸素量として出力し、該制限酸素量を大気換算して制限追加空気流量を求める一方、押込通風機から圧送される燃焼用空気流量を検出し、該燃焼用空気流量に前記制限追加空気流量を加えて総燃焼用空気流量を求め、ボイラ負荷に基づく総燃焼用空気流量設定値から前記総燃焼用空気流量を差し引いて空気流量偏差を求め、該空気流量偏差がなくなるよう押込通風機を制御することを特徴とする排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける燃焼用空気流量制御方法にかかるものである。
【００１３】
又、本発明は、ガスタービンから排出される排ガスが、押込通風機から圧送される燃焼用空気に合流され、ボイラ本体の火炉内に導入される排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける燃焼用空気流量制御装置であって、
ガスタービンの排ガス中に含まれる酸素量を検出する酸素計と、
ガスタービン負荷に基づきガスタービンの排ガス中に含まれる酸素量上限値を求めて出力する関数発生器と、
前記酸素計で検出された酸素量が前記関数発生器から出力される酸素量上限値を越えないよう制限を加えて制限酸素量として出力する高信号制限器と、
該高信号制限器から出力される制限酸素量を大気換算して制限追加空気流量を出力する換算器と、
押込通風機から圧送される燃焼用空気流量を検出する流量計と、
該流量計で検出された燃焼用空気流量に前記換算器から出力される制限追加空気流量を加えて総燃焼用空気流量を出力する加算器と、
ボイラ負荷に基づく総燃焼用空気流量設定値と前記加算器から出力される総燃焼用空気流量との差を求め、空気流量偏差を出力する減算器と、
該減算器から出力される空気流量偏差を比例積分処理して該空気流量偏差をなくすための押込通風機の動翼開度或いは入口ダンパ開度の制御指令を出力する比例積分調節器と
を備えたことを特徴とする排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける燃焼用空気流量制御装置にかかるものである。
【００１４】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１５】
本発明の排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける燃焼用空気流量制御方法においては、ガスタービンから排出される排ガスが、押込通風機から圧送される燃焼用空気に合流され、ボイラ本体の火炉内に導入される運転時には、ガスタービンの排ガス中に含まれる酸素量が検出されると共に、ガスタービン負荷に基づきガスタービンの排ガス中に含まれる酸素量上限値が求められ、前記検出された酸素量が酸素量上限値を越えないよう制限が加えられて制限酸素量として出力され、該制限酸素量が大気換算されて制限追加空気流量が求められる一方、押込通風機から圧送される燃焼用空気流量が検出され、該燃焼用空気流量に前記制限追加空気流量が加えられて総燃焼用空気流量が求められ、ボイラ負荷に基づく総燃焼用空気流量設定値から前記総燃焼用空気流量が差し引かれて空気流量偏差が求められ、該空気流量偏差がなくなるよう押込通風機が制御される。
【００１６】
又、本発明の排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける燃焼用空気流量制御装置においては、ガスタービンから排出される排ガスが、押込通風機から圧送される燃焼用空気に合流され、ボイラ本体の火炉内に導入される運転時には、酸素計によってガスタービンの排ガス中に含まれる酸素量が検出され、該酸素計で検出された酸素量が高信号制限器へ出力されると共に、そのときのガスタービン負荷に基づきガスタービンの排ガス中に含まれる酸素量上限値が関数発生器において求められて高信号制限器へ出力され、該高信号制限器において前記酸素計で検出された酸素量が前記関数発生器から出力される酸素量上限値を越えないよう制限が加えられて制限酸素量として換算器へ出力され、該換算器において前記制限酸素量が大気換算されて制限追加空気流量が加算器へ出力される一方、流量計によって押込通風機から圧送される燃焼用空気流量が検出されて前記加算器へ出力され、該加算器において前記流量計で検出された燃焼用空気流量に前記換算器から出力される制限追加空気流量が加えられて総燃焼用空気流量が減算器へ出力され、該減算器においてボイラ負荷に基づく総燃焼用空気流量設定値と前記加算器から出力される総燃焼用空気流量との差が求められ、空気流量偏差が比例積分調節器へ出力され、該比例積分調節器において前記減算器から出力される空気流量偏差が比例積分処理されて該空気流量偏差をなくすための押込通風機の動翼開度或いは入口ダンパ開度の制御指令が押込通風機へ出力され、該押込通風機の動翼開度或いは入口ダンパ開度が調節され、燃焼用空気流量が増減され、総燃焼用空気流量が総燃焼用空気流量設定値と等しくなるよう制御が行われる。
【００１７】
この結果、本発明の排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける燃焼用空気流量制御方法及び装置においては、ガスタービンの燃焼モードの変化に伴ってガスタービンの排ガス中に含まれる酸素量が急激に増加する方向に変動したり、或いは酸素計の異常により検出される酸素量が実際より非常に大きな値として出力されたような場合であっても、前記制限酸素量は、ガスタービン負荷に基づいた酸素量上限値を越えることはないため、押込通風機の動翼開度或いは入口ダンパ開度が一気に絞り込まれて、ボイラ本体の火炉内へ導入される燃焼用空気流量が急激に減少してしまうことがなくなり、ボイラ本体の火炉内における燃焼が不安定になることが回避される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１９】
図１は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図３に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１に示す如く、ガスタービン負荷３２に基づきガスタービン１３の排ガスＧ１’中に含まれる酸素量上限値３３を求めて出力する関数発生器３４と、酸素計２０で検出された酸素量１９が前記関数発生器３４から出力される酸素量上限値３３を越えないよう制限を加えて制限酸素量１９’として出力する高信号制限器３５とを追加装備し、該高信号制限器３５から出力される制限酸素量１９’を換算器２２において大気換算して制限追加空気流量２１’を加算器２６へ出力し、該加算器２６において流量計２４で検出された燃焼用空気流量２３に前記換算器２２から出力される制限追加空気流量２１’を加えて総燃焼用空気流量２５を減算器２９へ出力するよう構成した点にある。
【００２０】
尚、前記関数発生器３４には、図２に示すような関数が設定されており、該関数は、ガスタービン負荷３２の増加に対し略反比例させる形で、ガスタービン１３の排ガスＧ１’中に含まれる酸素量上限値３３を減少させることを表わしている。
【００２１】
次に、上記図示例の作動を説明する。
【００２２】
運転時には、酸素計２０によってガスタービン１３の排ガスＧ１’中に含まれる酸素量１９が検出され、該酸素計２０で検出された酸素量１９が高信号制限器３５へ出力されると共に、そのときのガスタービン負荷３２に基づきガスタービン１３の排ガスＧ１’中に含まれる酸素量上限値３３が関数発生器３４において求められて高信号制限器３５へ出力され、該高信号制限器３５において前記酸素計２０で検出された酸素量１９が前記関数発生器３４から出力される酸素量上限値３３を越えないよう制限が加えられて制限酸素量１９’として換算器２２へ出力され、該換算器２２において前記制限酸素量１９’が大気換算（２１％換算）されて制限追加空気流量２１’が加算器２６へ出力される一方、流量計２４によって押込通風機３から圧送される燃焼用空気流量２３が検出されて前記加算器２６へ出力され、該加算器２６において前記流量計２４で検出された燃焼用空気流量２３に前記換算器２２から出力される制限追加空気流量２１’が加えられて総燃焼用空気流量２５が減算器２９へ出力され、該減算器２９においてボイラ負荷に基づく総燃焼用空気流量設定値２７と前記加算器２６から出力される総燃焼用空気流量２５との差が求められ、空気流量偏差２８が比例積分調節器３１へ出力され、該比例積分調節器３１において前記減算器２９から出力される空気流量偏差２８が比例積分処理されて該空気流量偏差２８をなくすための押込通風機３の動翼開度の制御指令３０が押込通風機３へ出力され、該押込通風機３の動翼開度が調節され、燃焼用空気流量２３が増減され、総燃焼用空気流量２５が総燃焼用空気流量設定値２７と等しくなるよう制御が行われる。
【００２３】
この結果、ガスタービン１３の燃焼モードの変化に伴ってガスタービン１３の排ガスＧ１’中に含まれる酸素量１９が急激に増加する方向に変動したり、或いは酸素計２０の異常により検出される酸素量１９が実際より非常に大きな値として出力されたような場合であっても、前記高信号制限器３５から出力される制限酸素量１９’は、ガスタービン負荷３２に基づいた酸素量上限値３３を越えることはないため、押込通風機３の動翼開度が一気に絞り込まれて、ボイラ本体１の火炉１ａ内へ導入される燃焼用空気流量２３が急激に減少してしまうことがなくなり、ボイラ本体１の火炉１ａ内における燃焼が不安定になることが回避される。
【００２４】
こうして、ガスタービン１３の燃焼モードの変化に伴う排ガスＧ１’中に含まれる酸素量１９の急激な増加、或いは酸素計２０の異常による酸素量１９検出値の増大に対しても、ボイラ本体１の火炉１ａ内へ導入される燃焼用空気流量２３の急激な減少を防止し得、ボイラ本体１の火炉１ａ内における燃焼が不安定になることを回避し得る。
【００２５】
尚、本発明の排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける燃焼用空気流量制御方法及び装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、押込通風機が軸流ファンではなく遠心ファンの場合には、動翼開度ではなく入口ダンパ開度を制御すればよいこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２６】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の排気再燃型コンバインドサイクル発電プラントにおける燃焼用空気流量制御方法及び装置によれば、ガスタービンの燃焼モードの変化に伴う排ガス中に含まれる酸素量の急激な増加、或いは酸素計の異常による酸素量検出値の増大に対しても、ボイラ本体の火炉内へ導入される燃焼用空気流量の急激な減少を防止し得、ボイラ本体の火炉内における燃焼が不安定になることを回避し得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例の全体概要構成図である。
【図２】図１に示される関数発生器に設定された関数を表わす線図である。
【図３】従来例の全体概要構成図である。
【符号の説明】
１          ボイラ本体
１ａ        火炉
３          押込通風機
１３          ガスタービン
１９          酸素量
１９’        制限酸素量
２０          酸素計
２１’        制限追加空気流量
２２          換算器
２３          燃焼用空気流量
２４          流量計
２５          総燃焼用空気流量
２６          加算器
２７          総燃焼用空気流量設定値
２８          空気流量偏差
２９          減算器
３０          制御指令
３１          比例積分調節器
３２          ガスタービン負荷
３３          酸素量上限値
３４          関数発生器
３５          高信号制限器
Ｇ１          燃焼用空気
Ｇ１’        排ガス
【図１】
0003882294.tif 000002
【図２】
0003882294.tif 000003
【図３】
0003882294.tif 000004