(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ本体を収納した圧力容器と、該圧力容器に空気ダクトを介して加圧空気を供給するガスタービンコンプレッサと、前記ボイラ本体から排出され、高圧排ガスダクトを介して供給される高圧排ガスによって稼動するガスタービンと、該ガスタービン出口排ガスを排出する排気ダクトと、該排気ダクトと前記空気ダクトとを連結する、開閉弁を備えたガスタービンバイパスダクトとを有する加圧流動層ボイラ装置の制御方法において、前記ボイラ装置の負荷降下時に、負荷変化率に応じて先ず前記ガスタービンコンプレッサ通過加圧空気量を、該コンプレッサのサージング制限値以上の範囲で制御し、次いで前記ガスタービンバイパスダクトに設けられた開閉弁を開いて前記加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスさせるとともに、前記開閉弁の開度を調節してボイラ本体へ供給される加圧空気量を、前記ボイラ本体に投入される燃料量に応じた必要量に制御し、さらに前記ガスタービンコンプレッサの圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプレッサのサージングに対する保護動作として前記ガスタービンバイパスダクトの開閉弁を開いて前記加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスするとともに、ボイラ本体への燃料供給量を、前記ガスタービンバイパスダクトを通過してガスタービン出口にバイパスする空気量に相当する量だけ絞り、ボイラ本体へ供給される燃料量が空気量に対応するように制御することを特徴とする加圧流動層ボイラ装置の制御方法。
【請求項２】
前記燃料の絞り量に対応してボイラ本体に供給する加圧空気量または流速を調節して流動層高を下げることを特徴とする請求項１に記載の加圧流動層ボイラ装置の燃料または空気量制御方法。
【請求項３】
請求項１に記載の加圧流動層ボイラ装置の制御方法において、前記ガスタービンコンプレッサの圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプレッサのサージングに対する保護動作として前記ガスタービンバイパスダクトの開閉弁を開いて前記加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスするとともに、前記ガスタービンコンプレッサの通過加圧空気量を、前記ガスタービンバイパスダクトを通過してガスタービン出口にバイパスする空気量に相当する量だけ増加させ、前記ボイラ本体へ供給する空気量が燃料量に対応するように制御することを特徴とする加圧流動層ボイラ装置の制御方法。
【請求項４】
請求項１に記載の加圧流動層ボイラ装置の制御方法において、前記ガスタービンコンプレッサの圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプレッサのサージングに対する保護動作として前記ガスタービンバイパスダクトの開閉弁を開いて前記加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスするとともに、ボイラ負荷が高くコンプレッサ通過空気流量が上限値近傍にある場合は、ボイラ本体への燃料供給量を、前記ガスタービンバイパスダクトを通過してガスタービン出口にバイパスする空気量に相当する量だけ絞り、ボイラ負荷が低くボイラ本体への燃料投入量が下限値近傍にある場合は、前記ガスタービンコンプレッサの通過加圧空気量を、前記ガスタービンバイパスダクトを通過してガスタービン出口にバイパスする空気量に相当する量だけ増加させ、前記ボイラ本体へ供給する燃料量と空気量が対応するように制御することを特徴とする加圧流動層ボイラ装置の制御方法。
【請求項５】
請求項１に記載の加圧流動層ボイラ装置の制御方法において、前記ガスタービンコンプレッサの圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプレッサのサージングに対する保護動作として前記ガスタービンバイパスダクトの開閉弁を開いて前記加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスさせるとともに、前記ガスタービンバイパスダクトを通過してガスタービン出口にバイパスする空気量に応じて、ボイラ本体への燃料供給量を絞る動作とコンプレッサ通過加圧空気量を増加させる操作を同時に行って前記ボイラ本体に供給する燃料量と空気量が対応するように制御することを特徴とする加圧流動層ボイラ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧流動層ボイラ装置およびその制御方法に係り、特に、ガスタービンと接続される、ボイラを収納した圧力容器を有する加圧流動層ボイラ装置の、ガスタービンコンプレッサのサージングを防止しつつボイラ燃焼に必要な燃料量または空気量を制御することができる、加圧流動層ボイラ装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、本発明が適用される加圧流動層プラントの装置系統を示す説明図である。図において、この装置は、ボイラ本体７５を収納したボイラ圧力容器７４と、空気ダクト８２を介して前記ボイラ圧力容器７４に空気を供給するガスタービンコンプレッサ７１と、前記ボイラ本体７５に高圧排ガスダクト７６を介して連結され、前記ガスタービンコンプレッサ７１と同軸に設けられたガスタービン本体７９と、該ガスタービン本体７９出口の排気ダクト８０と、該排気ダクト８０と前記空気ダクト８２とを連結するガスタービンバイパスダクト８３とから主として構成されており、前記空気ダクト８２、高圧排ガスダクト７６およびガスタービンバイパスダクト８３には、それぞれコンプレッサ出口弁７３、ガスタービン入口弁７７およびガスタービンバイパス弁７８が設けられている。７２は、コンプレッサー７１の空気流量調節機構、８１は、煙突である。
【０００３】
このような構成において、図示省略した燃料供給ノズルからボイラ本体７５に供給された燃料は、ガスタービンコンプレッサ７１で加圧され、空気ダクト８２およびボイラ圧力容器７４を経てボイラ本体７５に供給される空気と混合して燃焼し、発生した高圧排ガスは、高圧排ガスダクト７６を経てガスタービン本体７９に導かれ、該ガスタービン本体７９を起動する。
【０００４】
図８は、一般的な加圧流動層プラントの静特性を示す図である。図８において、プラント負荷に応じて空気流量調整機構により制御されるコンプレッサ通過空気流量は、前記プラント負荷の増加にほぼ比例して増加している。一方、ガスタービン入口ガス温度はプラント負荷の上昇とともに急勾配に上昇することが分かる。ところで、空気流量調整機構はコンプレッサの効率を向上させるため、その入口側に設置されていることから、正味のコンプレッサ入口圧力は負圧となり、負圧の割合は通過空気量が少ない程大きくなる。コンプレッサ出口圧力と入口圧力の比を圧力比といい、採用されるガスタービンによってその制限値、すなわちコンプレッサがサージングを起こさない上限値が設定されている。サージングが発生すると、必要な空気が流れなくなりプラントの運転ができなくなるだけでなく、温度上昇によりコンプレッサ自身が溶融する場合もある。
【０００５】
このような加圧流動層ボイラ装置において、従来、負荷が変化した時は必要入熱（燃料投入量）に応じた必要空気量となるように、コンプレッサの空気流量調整機構を操作して直接空気量を制御する方法が採られていた。
しかしながら、このような従来の制御方法では、加圧流動層ボイラ装置の特性である圧力容器の容積作用によるボイラ流入空気の遅れを補償するために、負荷上昇時にはコンプレッサ通過空気流量を適正値以上に多くし、負荷降下時には適正値以下に少なくする必要があった。空気流量を少なくすることはコンプレッサ入口圧力を下げることにつながり、コンプレッサの圧力比が高くなってサージングが生じ、結果的に、負荷降下時の負荷変化速度が遅くなるという問題が生じる。また、負荷降下時には、一般にガスタービン入口ガス温度が、高圧ガスダクトの熱容量に応じて高く残り、ガスタービン入口ガス温度が高いとボイラ内のガス圧力も高く残り、結果的に負荷降下時のコンプレッサの圧力比が高くなり、コンプレッサのサージングが発生し易くなるという問題があった。
【０００６】
このようなコンプレッサのサージングを避けるために、負荷降下時に、コンプレッサの圧力比がサージング制限値を超える可能性がある場合には、保護インターロックによってコンプレッサ保護のために、通常運転時には全閉されているガスタービンバイパス弁を開いて圧力比を低減する制御が行われている。
しかしながら、ガスタービンバイパス弁を開動作した場合は、コンプレッサの通過空気量が一定であるために、ボイラ流入空気量が不足してボイラの運転継続が困難になるという問題が生じる。
【０００７】
すなわち、上記従来技術は、加圧流動層プラントの負荷降下変化率が、事実上、コンプレッサのサージング制限値、高圧排ガスダクトの熱容量、圧力容器内容積等によって支配されており、発電プラントに要求される、需要に応じた負荷変化特性を備えたものではなかった。
このような問題を解決するために、近年、ボイラ負荷が降下した場合に、ボイラを収納した圧力容器内の圧力を、負荷指令に対応した設定圧力と実際の検出圧力との制御偏差がゼロとなるように、ガスタービンバイパス弁によって制御する方法が提案された（特開平６−２７２８１５号公報）が、この方法は高速負荷降下時のガスタービンコンプレッサのサージングを防止することはできても、燃料流量が負荷指令以外の要因によって変動するために、負荷降下時のボイラ内で実際に燃焼する燃料量と投入空気量が必ずしも対応せず、空燃比が変化し、これによって酸素濃度が増加した場合には発生ＮＯｘ量が増加し、一方酸素濃度が低すぎる場合には発生ＣＯが増加するという排ガス特性の制御上の問題があった。
【０００８】
ところで、加圧流動層ボイラプラントに用いられるコンプレッサは、従来の送風機と比較して高圧縮比で設計されており、運転上の制限は上述したように圧力比で決定され、制限上の圧力比を超えた場合にはサージングが発生する。従って、サージングが発生する手前の圧力比でガスタービンバイパス系のバルブを開き圧力差が解消するように制御する必要がある。
【０００９】
しかしながら、プラント負荷が静定している状態でプラント差圧が増加した際に、コンプレッサのサージングを回避するためにガスタービンバイパス弁を開くと、ボイラ流入燃焼空気流量が低下し、空気量が不足するという問題がある。すなわち、コンプレッサ空気流量調整機構はボイラ投入燃料量に比例するように制御されその信号は燃焼結果の排ガス中の酸素濃度で補正される。従って、ガスタービンバイパス弁を開いた場合、燃焼結果で酸素濃度が低下して初めて空気量増加信号が出されるので、排ガス酸素濃度補正回路の動作は制御の安定性により非常に遅くなり、一次的にボイラ流入空気量が不足して排ガス中のＳＯｘ濃度や未燃分が増加するという問題があった。
【００１０】
なお、加圧流動層プラントにおいては、ガスタービンは一台で構成されるので、コンプレッサトリップ時には、送風機を一台しか有しない従来のコンベンショナルボイラと同様、直ちに燃料投入を遮断し、プラントを停止しなければならない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、従来の設備をそのまま用い、電力需要に応じた負荷変化中であっても、排ガス中の酸素濃度を一定、または静特性上決められた特性に従って運転することができ、かつガスタービンコンプレッサのサージングが発生した場合であってもプラントの安定な連続運転を確保することができる、加圧流動層ボイラ装置の制御方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本願で特許請求される発明は以下のとおりである。
（１）ボイラ本体を収納した圧力容器と、該圧力容器に空気ダクトを介して加圧空気を供給するガスタービンコンプレッサと、前記ボイラ本体から排出され、高圧排ガスダクトを介して供給される高圧排ガスによって稼動するガスタービンと、該ガスタービン出口排ガスを排出する排気ダクトと、該排気ダクトと前記空気ダクトとを連結する、開閉弁を備えたガスタービンバイパスダクトとを有する加圧流動層ボイラ装置の制御方法において、前記ボイラ装置の負荷降下時に、負荷変化率に応じて先ず前記ガスタービンコンプレッサ通過加圧空気量を、該コンプレッサのサージング制限値以上の範囲で制御し、次いで前記ガスタービンバイパスダクトに設けられた開閉弁を開いて前記加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスさせるとともに、前記開閉弁の開度を調節してボイラ本体へ供給される加圧空気量を、前記ボイラ本体に投入される燃料量に応じた必要量に制御し、さらに前記ガスタービンコンプレッサの圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプレッサのサージングに対する保護動作として前記ガスタービンバイパスダクトの開閉弁を開いて前記加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスするとともに、ボイラ本体への燃料供給量を、前記ガスタービンバイパスダクトを通過してガスタービン出口にバイパスする空気量に相当する量だけ絞り、ボイラ本体へ供給される燃料量が空気量に対応するように制御することを特徴とする加圧流動層ボイラ装置の制御方法。
【００１５】
（２）前記燃料の絞り量に対応してボイラ本体に供給する加圧空気量または流速を調節して流動層高を下げることを特徴とする上記（１）に記載の加圧流動層ボイラ装置の制御方法。
【００１６】
（３）上記（１）に記載の加圧流動層ボイラ装置の制御方法において、前記ガスタービンコンプレッサの圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプレッサのサージングに対する保護動作として前記ガスタービンバイパスダクトの開閉弁を開いて前記加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスするとともに、前記ガスタービンコンプレッサの通過加圧空気量を、前記ガスタービンバイパスダクトを通過してガスタービン出口にバイパスする空気量に相当する量だけ増加させ、前記ボイラ本体へ供給する空気量が燃料量に対応するように制御することを特徴とする加圧流動層ボイラ装置の制御方法。
【００１７】
（４）上記（１）に記載の加圧流動層ボイラ装置の制御方法において、前記ガスタービンコンプレッサの圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプレッサのサージングに対する保護動作として前記ガスタービンバイパスダクトの開閉弁を開いて前記加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスするとともに、ボイラ負荷が高くコンプレッサ通過空気流量が上限値近傍にある場合は、ボイラ本体への燃料供給量を、前記ガスタービンバイパスダクトを通過してガスタービン出口にバイパスする空気量に相当する量だけ絞り、ボイラ負荷が低くボイラ本体への燃料投入量が下限値近傍にある場合は、前記ガスタービンコンプレッサの通過加圧空気量を、前記ガスタービンバイパスダクトを通過してガスタービン出口にバイパスする空気量に相当する量だけ増加させ、前記ボイラ本体へ供給する燃料量と空気量が対応するように制御することを特徴とする加圧流動層ボイラ装置の制御方法。
【００１８】
（５）上記（１）に記載の加圧流動層ボイラ装置の制御方法において、前記ガスタービンコンプレッサの圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプレッサのサージングに対する保護動作として前記ガスタービンバイパスダクトの開閉弁を開いて前記加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスさせるとともに、前記ガスタービンバイパスダクトを通過してガスタービン出口にバイパスする空気量に応じて、ボイラ本体への燃料供給量を絞る動作とコンプレッサ通過加圧空気量を増加させる操作を同時に行って前記ボイラ本体に供給する燃料量と空気量が対応するように制御することを特徴とする加圧流動層ボイラ装置の制御方法。
【００２１】
本発明は、ガスターズンコンプレッサのサージングを回避するためにガスタービンバイパス弁を開いて空気をガスタービン出口にバイパスさせる際、ボイラへの燃料投入量と空気供給量の割合を最適値に修正させる動作を排ガス酸素濃度による修正動作がかかる前に急速に行うものである。補正量は、コンプレッサ出口圧力、ガスタービンバイパス弁通過空気流量が分かれば容易に求まる。
【００２２】
図１を用いて本発明を説明する。図１は、流動層ボイラ装置のボイラ負荷降下時のプラント特性を示す図である。図において、ガスタービン入口圧（ボイラ火炉圧）は静特性よりも高めに降下することが分かる。プラント負荷が１から２に降下した場合、コンプレッサ通過空気流量を静特性ベースで絞ると圧力比が高くなってサージングを生じるおそれがあるので、本発明においては、コンプレッサ入口圧力をサージング制限値よりも高い範囲で低減し、これによってコンプレッサ通過空気流量を適正値よりも多めに流し、この状態で、ガスタービンバイパス弁を開けて加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスし、ボイラ本体へ供給する空気流量を、負荷降下時の燃料流量に対応する必要量に制御する。ガスタービンバイパス弁を開けてコンプレッサ出口圧力が低下してもコンプレッサの特性としてコンプレッサ通過空気量が変化することはない。
【００２３】
さらにこの場合、コンプレッサ通過空気流量がそのままガスタービンに飲み込まれれば、燃焼空気量およびガス量の増加となり、結果的にガスタービン入口圧を上昇させ、燃焼空気量過多による排ガス酸素濃度の上昇により排出ＮＯｘ量が増加することになるが、本発明においては、ガスタービンバイパス弁を開けて加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスさせ、これによってボイラ本体へ供給する空気流量を、負荷降下時の燃料量に対応して制御することにより、排出ＮＯｘの増加を抑制することができる。
【００２４】
図４は、本発明の原理を説明する図であって、コンプレッサ通過空気流量と運転圧力およびコンプレッサのサージング検出圧力との関係を示す図である。図において、プラントが新しくガスタービンの汚れが少ない場合、流動層ボイラ装置は計画運用点１に近い条件で運転されるが、ボイラの配管系の詰まりなどで圧力が徐々に上昇し、コンプレッササージング検出圧力２まで上昇すると、コンプレッサに対する保護のためにガスタービンバイパス弁が開かれ、圧力バランスはポイント３に移動する。このポイント３ではコンプレッサ通過空気流量は変わらないが、ボイラ流入空気量は、前記ガスタービンバイパス弁を開くことによってガスタービン出口にバイパスする空気量相当分だけ減少する。
【００２５】
このような必要空気量の減少に対処するため、本発明においては、ボイラ内圧力がコンプレッササージング検出圧力▲２▼まで上昇し、コンプレッサ保護のためにガスタービンバイパス弁が開かれ、ガスタービンコンプレッサ通過空気量の一部がガスタービン出口にバイパスされたポイント▲３▼において、ポイント▲４▼に相当するボイラ負荷まで燃料供給量を下げる（対処方法Ａ）か、またはポイント▲５▼に相当するまでコンプレッサ通過空気流量を増加させ（対処方法Ｂ）てボイラへ流入する空気量と燃料量を対応させ、これによってガスタービンコンプレッサのサージングを回避しながら、ボイラの安定燃焼を確保する。
【００２６】
本発明において、負荷が高い場合には上記対処方法Ａを、負荷が低い場合には対処方法Ｂを適用することが好ましい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、実施例により本発明を詳細に説明する。
図２は、本発明の一実施例である加圧流動層ボイラ装置の、負荷降下時の空気量制御方法を示す基本制御回路図である（負荷上昇時は別の回路に切り換えられる）。
【００２８】
図において、静定状態においては、ボイラ負荷要求信号１に基いて燃料要求関数発生器２で必要燃料投入量信号が作られ、該必要燃料投入量信号に基き燃料投入操作機３によってボイラ本体に供給される燃料流量が制御される。一方、ボイラ本体に供給される空気流量は、コンプレッサの空気流量調整機構６によって前記燃料供給量に対応した最適流量に制御される。
【００２９】
いま、ボイラの負荷降下により燃料投入量が低減すると、ボイラ負荷要求信号１に基いて空気比設定器４で作られた、供給空気流量を低減するための必要空気量投入信号が発信されるが、この信号は遅れ特性関数発生器５を経てコンプレッサの空気流量調整機構６に送られるために、プログラム的に空気流量の絞り制御が行われる。従って、負荷降下当初はコンプレッサ通過空気量は、負荷降下によって低減した燃料投入量に対応する適正量以上となる。このとき前記燃料投入量に応じたボイラの必要燃焼空気量信号８が比較器９に送られ、該比較器９でボイラ流入空気流量計７の現実の検出値と比較され、制御器１０で修正されたのちガスタービンバイパス弁１１に送られ、該バイパス弁を経てバイパスされる空気量を増加するように調節し、これによってボイラ本体へ流入する空気量が、前記負荷降下に伴って低下した燃料供給量に対応した必要量に制御される。
【００３０】
本実施例によれば、ボイラ負荷降下時に、コンプレッサの空気流量調整機構によってコンプレッサ通過空気流量を絞る操作を所定時間遅らせるようにプログラム的に制御し、負荷降下に伴う燃料投入量に応じたボイラ必要燃焼空気量信号に基づきコンプレッサ通過空気量の一部をガスタービンバイパス弁によってガスタービン出口にバイパスし、これによってボイラ本体への空気供給量が必要量になるように調整することにより、コンプレッサ通過空気流量を不必要に絞ることなく、ボイラへの空気供給量をボイラ負荷に対応した必要量に制御することができる。従って、コンプレッサの圧力比の増加によるサージングを回避しつつボイラの負荷降下に対応した空気流量を確保して負荷降下率を高めることができる。
【００３１】
図３は、本発明の他の実施例を示す基本制御回路図である。
この制御方法が、上記実施例と異なるところは、あらかじめコンプレッサに余分の空気が流れるようにしておき、この状態で、前記コンプレッサの空気流量調整器により直接ボイラ必要空気流量を制御する点である。すなわち、ボイラ負荷降下により燃料投入量が低減した場合、負荷変化率信号１２に応じて開度要求信号発生器１３を経てガスタービンバイパス弁１１の開度をプログラム的に制御してコンプレッサ通過空気の一部をガスタービン出口の排気ダクトにバイパスさせるとともに、ボイラ本体に、該ボイラ本体に投入される負荷降下後の燃料量に対応する量よりも多い量の空気が流れるようにしておき、この状態で前記コンプレッサの空気流量調整機構６を制御してボイラ本体へ流入する空気流量が前記負荷降下後の投入燃料量に対応する必要量になるように制御される。
【００３２】
本実施例によれば、上記実施例と同様、コンプレッサ通過空気流量を不必要に絞ることなく、ボイラ本体に流入する空気流量をボイラ負荷の降下によって減少した燃料量に対応した必要量に制限することができるので、コンプレッサの圧力比の増加によるサージングを回避しつつボイラの負荷降下に対応した空気流量を確保して負荷降下率を高めることができる。
【００３３】
本実施例において、ガスタービンバイパスダクトに設けられた開閉弁を本来のコンプレッササージング保護のためにのみ使用し、新たに設けたバルブによってバイパス空気流量を制御するようにしてもよい。
図５は、本発明の別の実施例における制御回路を示す説明図である。図においてこの方法は、ガスタービンコンプレッサのサージングを回避するためにガスタービンバイパス弁が開らかれてボイラ本体への空気供給量が低減した際に、ボイラ負荷要求信号２１に基いて燃料要求関数発生器２２で求められた必要燃料投入量信号から、減算器２４で、サージ発生信号による燃料減指令信号２３が減算され、該減算された信号に基いてボイラ本体へ投入される燃料量が前記低減した空気供給量に対応する必要量になるように、燃料投入操作機２５によって制御するものである。
【００３４】
本実施例によれば、ガスタービンコンプレッサのサージングを回避するためにガスタービンバイパス弁を開いてコンプレッサ通過空気量の一部をガスタービン出口にバイパスすることによりボイラ本体に供給される空気流量が低減した際、ボイラ負荷要求信号２１に基いて燃料要求関数発生器２２で求められた必要燃料投入量信号から、減算器２４で、サージ発生信号による燃料減指令信号２３が減算され、該減算された信号に基いてボイラ投入燃料量が前記低減した空気供給量に対応する必要量になるように制御されるので、プラントの燃焼状態の影響を最小限として運転を維持し、かつ機器の安全を確保し、コンプレッサのサージングを回避することができる。
【００３５】
本実施例において、ボイラ本体への燃料投入量を空気供給量に対応するように低減すると同時に負荷変化相当の層高を下げることが好ましい。これによって層温度の変化をなくすことができる。層高を下げる方法としては、例えばボイラ本体に供給する加圧空気の量または流速を調節する方法が挙げられる。
本発明において、ガスタービンコンプレッサのサージングを回避するためにガスタービンバイパス弁が開らかれてボイラ本体に供給される空気流量が低減した際に、ボイラ負荷要求信号２１に基いて燃料要求関数発生器２２で求められた必要空気投入量信号に、加算器２６で、サージ発生信号３３とプラント負荷信号３４に基いて演算機３２で演算されたサージ発生信号による空気流量加算指令信号２７を加算し、該加算した信号に基いて空気流量信号２８を比較器２９および制御器３０を介して補正し、該補正された信号に基いて空気流量調整機構３１を制御して前記ガスタービンバイパス弁が開らかれることによりガスタービン出口にバイパスされた空気量に相当する分だけコンプレッサ通過空気流量を増加させ、これによってボイラ本体へ供給される空気流量を前記ボイラ本体への投入燃料量に対応するように制御することもできる。
【００３６】
本発明において、ガスタービンコンプレッサの圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプレッサのサージングを回避するためにガスタービンバイパス弁が開らかれてボイラ本体に供給される空気流量が低減した場合であって、ボイラ負荷が高くコンプレッサの通過空気流量が上限値近くにある場合は、ボイラへの燃料供給量を、前記ガスタービンバイパス弁を通過してガスタービン出口にバイパスされる空気量に相当する量だけ絞ってボイラ本体への空気供給量に対応するように制御し、ボイラ負荷が低く、燃料投入量が最低負荷に近い場合には、コンプレッサの空気流量調整機構により、前記ガスタービンバイパス弁を通過してガスタービン出口にバイパスされる空気量に相当する量だけ空気量が増加するようにコンプレッサ通過空気量を制御することが好ましい。これによって安定運転性をさらに向上させることができる。
【００３７】
本発明において、ガスタービンコンプレッサのサージングを回避するためにガスタービンバイパス弁が開らかれてボイラ本体に供給される空気量が低減した際に、ボイラ本体への燃料投入量を絞る操作とコンプレッサ通過空気量を増加させる操作を同時に行い、これによってボイラ本体に供給される燃料量と空気量を対応させることもできる。これによって互いの操作量が小さくなり、制御応答性が向上する。
【００３８】
本発明において、ガスタービン起動時に、ガスタービン入口からボイラ本体側へリークガスが逆流するのを防止するために、あらかじめ空気ダクトを介してボイラ本体に加圧空気を供給し、ボイラ本体からガスタービンに向かって流れる加圧空気流を形成し、該空気流に前記リークガスを同伴させ、ガスタービンをバイパスさせて該ガスタービン出口排気ダクトに排出することが好ましい。
【００３９】
図６は、本発明の参考例を示す流動層ボイラ装置の説明図である。この装置は、ボイラ火炉５４を収納した圧力容器５０と、該圧力容器５０に空気ダクト６１を介して空気を供給するガスタービンコンプレッサ（空気圧縮機）４２と、前記ボイラ火炉５４から排出され、サイクロン５５および５６を有する高圧排ガスダクト６０を介して供給される高圧排ガスによって稼動するガスタービン４７と、該ガスタービン４７出口排ガスを排出する排気ダクト６２と、該排気ダクト６２と前記空気ダクト６１とを連結する、開閉弁６６を備えたガスタービンバイパスダクト６７とを有する加圧流動層ボイラ装置において、前記空気ダクト６１に分岐配管６４を介して加圧空気を供給する昇圧ファン４９を設け、前記ガスタービン入口の高圧排ガスダクト６０とガスタービン出口排気ダクト６２とを連結するガスタービンバイパス配管５７を設け、該バイパス配管５７にバイパス弁５８弁および減圧オリフィス５９を設けたものである。４１は、圧縮機入口減圧弁、４３は、圧縮空気出口弁、４４は、圧縮空気バイパス弁、４５は、燃焼器、４６は、高圧ガス止め弁、４８は、排気サイレンサ、５１は、熱風発生炉、５２は、風箱、５３は、流動層である。
【００４０】
このような構成において、ガスタービン４７の起動に先立ち、開閉弁６６、圧縮機出口弁４３および高圧ガス止め弁４６を閉じ、昇圧ファン４９を起動して圧力容器５０内の圧力を１〜２ｋｇ／ｃｍ2 ・ｇに昇圧して高圧排ガスダクト６０に空気を流し、ガスタービンバイパス配管５７のバイパス弁４８を開とし、減圧オリフィス５９で減圧し、排気サイレンサー４８の上流の排気ダクト６２に排気させておく、この状態で、圧縮空気バイパス弁４４を開き、図示省略したガスタービン起動モータで空気圧縮機４２およびガスタービン４７を起動し、回転数を、例えば２０〜３０回転まで昇速し、前記空気圧縮機４２から圧縮空気バイパス弁４４、燃焼器４５を介してガスタービン４７に空気を供給する。次に、前記燃焼器４５を点火してガスタービン４７の回転数を定格１００％に昇速させる。このとき、高温ガス止め弁４６からリークしてボイラ側へ逆流しようとするリークガスは、前記高圧排ガスダクト６０、ガスタービンバイパス配管５７を経て排気ダクト６２に排気される空気流に伴い、減温、減圧されたのち排ガスダクト６２に排気される。
【００４１】
本参考例によれば、空気供給ダクト６１に分岐配管６４を介して昇圧ファン４９を接続し、高圧排ガスダクト６０と排気ダクト６２とを連結するガスタービンバイパス配管５７を設けたことにより、ガスタービン起動時に高圧ガス止め弁４６からリークするリークガスを前記昇圧ファン４９によって昇圧され、圧力容器５０、火炉５４、高圧排ガスダクト６０を経て流通する空気流に伴ってガスタービン４７出口の排気ダクト６２に排出させることができるので、ガスタービン起動時のリークガスがボイラ火炉側へ逆流するのを回避することができる。従って流動化空気ノズルへの流動化媒体の詰まり等を未然に防止することができる。
【００４２】
なお、上記リークガスの逆流防止方法および装置構成は、加圧流動層ボイラ装置であれば、一般のものにも適用可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本願の請求項１に記載の発明によれば、ボイラ装置の負荷降下時に、負荷変化率に応じて先ずガスタービンコンプレッサ通過加圧空気量を、該コンプレッサのサージング制限値以上の範囲で制御し、次いで前記ガスタービンバイパスダクトに設けられた開閉弁を開いて前記加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスさせるとともに、前記開閉弁の開度を調節してボイラ本体へ供給される加圧空気量を、前記ボイラ本体に投入される燃料量に応じた必要量に制御し、さらにガスタービンコンプレッサの圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプレッサのサージングに対する保護動作として前記ガスタービンバイパスダクトの開閉弁を開いて前記加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスし、またボイラ本体への燃料供給量を、前記ガスタービンバイパスダクトを通過してガスタービン出口にバイパスする空気量に相当する量だけ絞り、ボイラ本体へ投入する加圧空気量と燃料量が対応するように制御することにより、ガスタービンコンプレッサのサージングを回避しつつ、加圧流動層ボイラの負荷降下率を高め、電力需要に沿ったプラント運用が可能となるとともに、機器の安全性を向上させ、安定燃焼を継続することができる。
【００４６】
本願の請求項２記載の発明によれば、前記燃料の絞り量に対応して流動層高を下げることにより、上記発明の効果に加え、流動層の温度変化をなくすことができる。本願の請求項３に記載の発明によれば、ガスタービンコンプレッサの圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプレッサのサージングに対する保護動作として前記ガスタービンバイパスダクトの開閉弁を開いて前記加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスするとともに、前記ガスタービンコンプレッサの通過加圧空気量を、前記ガスタービンバイパスダクトを通過してガスタービン出口にバイパスする空気量に相当する量だけ増加させ、前記ボイラ本体へ投入する燃料量と加圧空気量が対応するように制御することにより、ガスタービンコンプレッサのサージングを回避し、機器の安全性を向上させるとともに安定燃焼を継続することができる。
【００４７】
本願の請求項４に記載の発明によれば、ガスタービンコンプレッサの圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプレッサのサージングに対する保護動作として前記ガスタービンバイパスダクトの開閉弁を開いて前記加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスするとともに、ボイラ負荷が高くコンプレッサ通過空気流量が上限値近傍にある場合は、ボイラ本体への燃料供給量を、前記ガスタービンバイパスダクトを通過してガスタービン出口にバイパスする空気量に相当する量だけ絞り、ボイラ負荷が低くボイラへの燃料投入量が下限値近傍にある場合は、前記ガスタービンコンプレッサの通過加圧空気量を、前記ガスタービンバイパスダクトを通過してガスタービン出口にバイパスする空気量に相当する量だけ増加させ、これによって前記ボイラ本体へ投入する燃料量と加圧空気量が対応するように制御することにより、上記発明の効果に加え、より安定な燃焼を継続することができる。
【００４８】
本願の請求項５に記載の発明によれば、ガスタービンコンプレッサの圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプレッサのサージングに対する保護動作として前記ガスタービンバイパスダクトの開閉弁を開いて前記加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスするとともに、前記ガスタービンバイパスダクトを通過してガスタービン出口にバイパスする空気量に応じてボイラ本体への燃料供給量を絞る動作とコンプレッサ通過加圧空気量を増加させる操作を同時に行うことにより、上記発明の効果に加え、制御応答性がより向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を示す説明図。
【図２】本発明の一実施例を示す説明図。
【図３】本発明の他の実施例を示す説明図。
【図４】本発明の原理を示す説明図。
【図５】本発明の別の実施例を示す説明図。
【図６】本発明の参考例を示す説明図。
【図７】本発明が適用される加圧流動層ボイラ装置を示す説明図。
【図８】本発明が適用される加圧流動層ボイラ装置の静特性を示す説明図。
【符号の説明】
１…ボイラ負荷要求信号、２…燃料要求関数発生器、３…燃料投入操作機、４…空気比設定器、５…遅れ特性関数発生器、６…空気流量調整機構、７…ボイラ流入空気流量計、８…ボイラ必要空気流量信号、９…比較器、１０…制御器、１１…ガスタービンバイパス弁、１２…負荷変化率信号、１３…開度要求信号発生器、２１…ボイラ負荷要求信号、２２…燃料要求関数発生器、２３…サージ発生信号による燃料減指令信号、２４…減算器、２５…燃料投入操作機、２６…加算器、２７…サージ発生信号による空気流量加算指令信号、２８…空気流量信号、２９…比較器、３０…制御器、３１…空気流量調整機構、３２…演算器、３３…サージ発生信号、３４…プラント負荷信号、４１…圧縮機入口減圧弁、４２…空気圧縮機、４３…圧縮機出口弁、４４…圧縮空気バイパス弁、４５…燃焼器、４６…高圧ガス止め弁、４７…ガスタービン、４８…排気サイレンサ、４９…昇圧ファン、５０…圧力容器、５１…熱風発生炉、５２…風箱、５３…流動層、５４…火炉、５５…一次サイクロン、５６…二次サイクロン、５７…ガスタービンバイパス配管、５８…ガスタービンバイパス弁、５９…減圧オリフィス、６０…高圧排ガスダクト、６１…空気ダクト、６２…排気ダクト、６４…分岐ダクト、６５…空気圧縮バイパスダクト、６６…開閉弁、６７…ガスタービンバイパスダクト、７１…ガスタービンコンプレッサ、７２…空気流量調整機構、７３…コンプレッサ出口弁、７４…ボイラ圧力容器、７５…ボイラ本体、７６…高圧排ガスダクト、７７…ガスタービン入口弁、７８…ガスタービンバイパス弁、７９…ガスタービン本体、８０…排気ダクト、８１…煙突、８２…空気ダクト、８３…ガスタービンバイパスダクト。
【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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