(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスがボイラの燃料用空気に使用されるガスタービンと燃料を燃焼させて蒸気を発生させるボイラと、該ボイラで発生する蒸気で駆動される蒸気タービンとから成る排気再燃型コンバインドサイクルのボイラ燃料制御方法において、
ガスタービンの起動・停止時ならびに、ガスタービン入熱量が変動するガスタービン負荷変化時に、ボイラからの発生蒸気の安定した圧力、温度特性を得るために、ガスタービンからボイラへの入熱量をボイラに入る燃焼用空気の流量と温度から演算し、得られた入熱量を蒸気タービンの負荷とガスタービンの負荷により決まるベース燃料量指令値に対する補正信号として加えることを特徴とする排気再燃型コンバインドサイクルのボイラ燃料制御方法。
【請求項２】
排ガスがボイラの燃料用空気に使用されるガスタービンと燃料を燃焼させて蒸気を発生させるボイラと、該ボイラで発生する蒸気で駆動される蒸気タービンとから成る排気再燃型コンバインドサイクルのボイラ燃料制御方法において、
ガスタービンの起動・停止時ならびに、ガスタービン入熱量が変動するガスタービン負荷変化時に、ボイラからの発生蒸気の安定した圧力、温度特性を得るために、ガスタービンからボイラへの入熱量をボイラに入る燃焼用空気の流量と温度から演算し、得られた入熱量を蒸気タービンの負荷により決まるベース燃料量指令値に対する補正信号として加えることを特徴とする排気再燃型コンバインドサイクルのボイラ燃料制御方法。
【請求項３】
排ガスがボイラの燃焼用空気に使用されるガスタービンと燃料を燃焼させて蒸気を発生させるボイラと、該ボイラで発生する蒸気で駆動される蒸気タービンとから成る排気再燃型コンバインドサイクルのボイラ燃料制御装置において、
ガスタービンからボイラに入る燃焼用空気の流量計と温度計からなるガスタービンからボイラへの入熱量の検出手段と、
ボイラへの燃料流量を制御するボイラ燃料制御回路と、
前記入熱量検出手段の検出値により得られた入熱量を、ボイラ燃料制御回路の蒸気タービンの負荷とガスタービンの負荷により決まるベース燃料量指令値に対する補正信号として加える補正手段
を設けたことを特徴とする排気再燃型コンバインドサイクルのボイラ燃料制御装置。
【請求項４】
排ガスがボイラの燃焼用空気に使用されるガスタービンと燃料を燃焼させて蒸気を発生させるボイラと、該ボイラで発生する蒸気で駆動される蒸気タービンとから成る排気再燃型コンバインドサイクルのボイラ燃料制御装置において、
ガスタービンからボイラに入る燃焼用空気の流量計と温度計からなるガスタービンからボイラへの入熱量の検出手段と、
ボイラへの燃料流量を制御するボイラ燃料制御回路と、
前記入熱量検出手段の検出値により得られた入熱量を、ボイラ燃料制御回路の蒸気タービンの負荷により決まるベース燃料量指令値に対する補正信号として加える補正手段
を設けたことを特徴とする排気再燃型コンバインドサイクルのボイラ燃料制御装置。
【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のボイラ燃料制御方法と装置に係り、特にガスタービン起動、停止及び負荷変化時に、安定した蒸気温度特性を得ることを可能とするのに好適なボイラ燃料制御方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に従来の事業用ボイラの燃料の燃料量指令回路を示す。
ボイラ入力信号１はボイラに要求される負荷の指令信号であり、負荷に対応したベース流量を決定するボイラの給水流量信号や燃料流量信号である。
【０００３】
関数発生器２では、ボイラ入力信号１を入力として、負荷静定状態におけるボイラのベース燃料流量が決定される。
【０００４】
このベース燃料流量信号に、ボイラ燃料流量先行指令である燃料ボイラ入力加速信号４を加算器３で加えることにより、蒸気タービン負荷変化時の蒸気温度変動に対して先行制御を行い、ボイラ蒸気温度を一定に保つようにしている。
【０００５】
また、主蒸気温度設定値と実主蒸気温度の間に主蒸気温度偏差５が発生した場合、関数発生器９により、前記温度偏差に応じた関数を発生させて、信号切替器６を経由して前記温度偏差に応じた燃料量を加算器７でベース燃料流量に補正を加えて、蒸気温度の安定化を図っている。
【０００６】
上述の補正を加えた加算器７の後の信号を、最終的なボイラ燃料量指令８とし、蒸気タービンの負荷変化に対しても、ボイラ出口の蒸気温度を一定に保つようにしている。
【０００７】
図５に従来のボイラの燃焼用空気の系統図を示す。
押込通風機（ＦＤＦ）１３により大気が吸込まれ、大気は空気予熱器（ＡＨ）１１でボイラ排ガスと熱交換された後、ボイラガス再循環ファン１４により空気側に再循環されるボイラ排ガスと混合され、ウィンドボックス１０を通ってボイラ燃焼用空気として使用される。
【０００８】
図５に示すボイラの場合、上述のように大気が押込通風機１３で昇圧され、空気予熱器１１で加熱されて燃焼用空気として使われるため、燃焼用空気によるボイラへの入熱量の変化は、四季の変化による大気温度の変化分程度しかなく、また、ウィンドボックス１０の入口空気温度は空気予熱器１１で制御されているため、ほぼ一定値となり、ボイラの燃料量に補正を加えなければならない程の影響はない。
【０００９】
図５に示す、従来のボイラの場合は、大気が空気予熱器１１で加熱されて燃焼用空気として使われるが、図６に燃焼用空気の系統図を示すように排気再燃型コンバインドサイクルボイラの場合は、ガスタービン１６より排出された高温の排ガスが、直接ボイラウィンドボックス１０に導かれ、ボイラ燃焼用空気として使用される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示す排気再燃型コンバインドサイクルにおけるボイラからの排ガスは、燃焼用空気を加熱する代わりにガス給水加熱器１５によりボイラ給水と熱交換され、ボイラ給水を加熱するために利用されるが、ガス給水加熱器１５はボイラと蒸気タービンの熱交換サイクル内の熱交換であるため、ボイラ入熱として蒸気温度を変動させる要素にはならない。
【００１１】
しかし、図２に示す排気再燃型コンバインドサイクルでは、ガスタービン１６の排ガスをボイラ燃焼用空気として使用するため、ガスタービン１６の排ガス温度及び流量が変わるとボイラへの入熱量が変化し、ボイラ発生蒸気温度への外乱要素となる。ガスタービン１６の排ガス温度、流量及び排ガスの総熱量について、ガスタービン起動からの時間的変化と負荷に対する関係を、図７から図１２に示す。
【００１２】
図７は、ガスタービン起動時のガスタービン排ガス温度特性を示し、図８はガスタービン負荷に対する排ガス温度特性を示す。また、図９はガスタービン起動時の排ガス風量変化を示し、図１０はガスタービン起動時の排ガス熱量変化を示す。
【００１３】
図７に示すガスタービン排ガス温度と、図９に示すガスタービン排気風量を掛け合わせたものが、図１０に示すガスタービン出口排ガス熱量１８となる。また、ボイラ入熱となるウィンドボックス排ガス熱量１９は、ガスタービン１６の出口からボイラウィンドボックス１０までのダクトなどの熱容量により、ガスタービン１６の出口の排ガス温度変化に対して遅れを持った特性となる。
【００１４】
ガスタービン起動時は、ガスタービン排気ガス温度が大気温度から一旦６００℃程度まで上昇し、その後３００℃程度まで下がる特性のため、ボイラへの入熱量も大きく変化し、ボイラ蒸気温度特性に対して大きな外乱となる。
【００１５】
ガスタービン負荷が変化する場合も、ガスタービン排ガス風量ならびにガスタービン排ガス温度は変化し、ボイラへの入熱量がガスタービン排ガス温度変化に対して遅れを持って変動する。ガスタービン負荷変化時のガスタービン排ガス風量変化を図１１に、ガスタービン１６出口排ガス熱量１８ならびにウィンドボックス１０での排ガス熱量１９の変化を図１２にそれぞれ示す。
【００１６】
図１２に示すようにガスタービン１６の負荷変化中は、ガスタービン１６出口の排ガス総熱量変化に対し、ボイラウィンドボックス１０での排ガス熱量も遅れを持って変動するため、ボイラ蒸気温度特性への外乱となる。
【００１７】
従来の燃料量制御方式では、ボイラ燃焼用空気によるボイラへの入熱量がほとんど一定のため、ボイラ入熱量の変化に対する考慮がされておらず、排気再燃型コンバインドサイクルボイラのように、温度と風量変化の大きいガスタービン１６の排ガスをボイラ燃焼用空気として使用する場合、ボイラ燃焼用空気の入熱量変化を考慮しないと、ガスタービン１６の負荷が変化したような時はボイラ総入熱量と給水量のバランスがずれて主蒸気温度偏差が大となる。
【００１８】
主蒸気温度偏差が出た場合、その偏差量に応じて燃焼量指令に補正をかけるようにしているが、偏差が出てからの対応では、ボイラ燃焼量調節による蒸気温度の安定までに時間がかかり、ボイラ蒸気温度制御が遅れてしまう問題が生じる。
【００１９】
本発明の課題は、ガスタービンの負荷が変化しても、ボイラ蒸気温度制御が遅れない排気再燃型コンバインドサイクルボイラのボイラ燃料の制御を行うことにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は、次の構成によって達成される。
すなわち、請求項１記載の発明は、排ガスがボイラの燃料用空気に使用されるガスタービンと燃料を燃焼させて蒸気を発生させるボイラと、該ボイラで発生する蒸気で駆動される蒸気タービンとから成る排気再燃型コンバインドサイクルのボイラ燃料制御方法において、ガスタービンの起動・停止時ならびに、ガスタービン入熱量が変動するガスタービン負荷変化時に、ボイラからの発生蒸気の安定した圧力、温度特性を得るために、ガスタービンからボイラへの入熱量をボイラに入る燃焼用空気の流量と温度から演算し、得られた入熱量を蒸気タービンの負荷とガスタービンの負荷により決まるベース燃料量指令値に対する補正信号として加える排気再燃型コンバインドサイクルのボイラ燃料制御方法である。
【００２１】
請求項２記載の発明は、排ガスがボイラの燃料用空気に使用されるガスタービンと燃料を燃焼させて蒸気を発生させるボイラと、該ボイラで発生する蒸気で駆動される蒸気タービンとから成る排気再燃型コンバインドサイクルのボイラ燃料制御方法において、ガスタービンの起動・停止時ならびに、ガスタービン入熱量が変動するガスタービン負荷変化時に、ボイラからの発生蒸気の安定した圧力、温度特性を得るために、ガスタービンからボイラへの入熱量をボイラに入る燃焼用空気の流量と温度から演算し、得られた入熱量を蒸気タービンの負荷により決まるベース燃料量指令値に対する補正信号として加える排気再燃型コンバインドサイクルのボイラ燃料制御方法である。
【００２４】
これはプラント効率および最低負荷などの運用性を考慮する場合は、プラント出力に対し、蒸気タービン負荷とガスタービン負荷の組み合わせが一通りであるため、ガスタービン排ガスによるボイラへの入熱量が、予想性能上の数値として蒸気タービンの負荷により定まるので、この予想値に基づき、ボイラベース燃料量指令の補正を行うものである。
【００２５】
請求項３記載の発明は、排ガスがボイラの燃焼用空気に使用されるガスタービンと燃料を燃焼させて蒸気を発生させるボイラと、該ボイラで発生する蒸気で駆動される蒸気タービンとから成る排気再燃型コンバインドサイクルのボイラ燃料制御装置において、ガスタービンからボイラに入る燃焼用空気の流量計と温度計からなるガスタービンからボイラへの入熱量の検出手段と、ボイラへの燃料流量を制御するボイラ燃料制御回路と、前記入熱量検出手段の検出値により得られた入熱量を、ボイラ燃料制御回路の蒸気タービンの負荷とガスタービンの負荷により決まるベース燃料量指令値に対する補正信号として加える補正手段を設けた排気再燃型コンバインドサイクルのボイラ燃料制御装置である。
【００２６】
請求項４記載の発明は、排ガスがボイラの燃焼用空気に使用されるガスタービンと燃料を燃焼させて蒸気を発生させるボイラと、該ボイラで発生する蒸気で駆動される蒸気タービンとから成る排気再燃型コンバインドサイクルのボイラ燃料制御装置において、ガスタービンからボイラに入る燃焼用空気の流量計と温度計からなるガスタービンからボイラへの入熱量の検出手段と、ボイラへの燃料流量を制御するボイラ燃料制御回路と、前記入熱量検出手段の検出値により得られた入熱量を、ボイラ燃料制御回路の蒸気タービンの負荷により決まるベース燃料量指令値に対する補正信号として加える補正手段を設けた排気再燃型コンバインドサイクルのボイラ燃料制御装置である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
実施例１
図１に示す本発明の一実施例の制御回路図を示し、図２には図１の制御回路が適用される本発明の一実施例の排気再燃型コンバインドサイクルボイラの燃焼空気系統図を示す。図２に示す排気再燃型コンバインドサイクルボイラの燃焼空気系統図の装置で、図６に示す装置と同一機能を奏するものは同一番号を付して、その説明は省略する。
【００３０】
ガスタービン１６から排出された排ガスは、ボイラウィンドボックス１０に導かれ、ボイラ燃焼用空気として使用される。また、ボイラ燃焼用空気の熱量演算をするために、ボイラウィンドボックス１０の入口に温度計２０と流量計２１を設置している。
【００３１】
排気再燃型コンバインドサイクルは、ガスタービン１６と蒸気タービン（図示せず）の組み合わせとからなるため、プラント出力に対する蒸気タービン負荷とガスタービン負荷の組合わせは一通りではない。
従って、ボイラ燃料量指令は、蒸気タービン負荷とガスタービン負荷の組み合わせにより決まるボイラ入熱量を考慮した値となる。
【００３２】
図１において、蒸気タービン負荷で決まるボイラ入力信号１とガスタービン負荷２９を入力信号とし、蒸気タービンとガスタービン１６の負荷に応じたボイラ入熱量となるよう関数発生器２２でベース燃料量指令を作成している。
また、ガスタービン負荷２９とガスタービン排ガス熱量はほぼ一定の関係にあるため、関数発生器２４ではガスタービン負荷２９を入力信号とし、静特性上のガスタービン排ガス熱量信号を作成している。
【００３３】
これに対し、ボイラへ実際に入る燃焼用空気の熱量は、温度計２０により測定されるウィンドボックス入口ガス温度と流量計２１により測定されるウィンドボックス入口ガス流量の積として、乗算器２８で演算される。なお、このとき、流量計２１の測定値は温度計２０の測定値に基づき乗算器２６と開平演算器２７で補正されて前記乗算器２８に入力される。
【００３４】
この実測値に基づいたボイラ入熱量（乗算器２８の出力）と、ガスタービン負荷２９により決まる静特性上のガスタービン排ガス熱量、すなわち関数発生器２４の出力の差を減算器２５で演算し、この出力を減算器２３でボイラ入力信号１（ボイラ燃料量指令）に対する補正値として加えるようにしている。
【００３５】
ボイラ燃料入力加速信号４による補正及び主蒸気温度偏差５による燃料量補正は、図４に示す従来の制御回路と同一である。
上記図１に示す回路により、ガスタービン１６の状態が変化しても、ボイラ燃焼空気の熱量を実測し、それに基づいて燃料量指令値を補正しているので、燃料流量指令値８を最適値とすることができる。
【００３６】
また、ガスタービン風量の経時的変化、すなわち運転するに従ってガスタービン風量が減少する現象及びガスタービン１６の出口とボイラウィンドボックス１０との間のダクトによる熱容量による排ガス熱量伝達遅れも、上記図１に示す制御回路で補正される。
実施例２
本発明の他の実施例を図３に示す。図３に示す排気再燃型コンバインドサイクルボイラの燃焼空気系統図の装置で、図１に示す同一機能を奏する装置については同一番号を付して、その説明は省略する。
【００３７】
排気再燃型コンバインドサイクルプラントでは、蒸気タービン負荷とガスタービン負荷２９に組み合わせが多数あるが、プラント効率及び最低負荷などの運用性を考慮して、蒸気タービン負荷とガスタービン負荷２９の組合せが最適となる一通りの運用が多い。
本実施例はその運用を対象としたものである。
【００３８】
プラント出力に対し、蒸気タービン負荷とガスタービン負荷２９の組み合わせが一通りであるため、ガスタービン排ガスによるボイラへの入熱量が、予想性能上の数値として蒸気タービンの負荷により定まる。この予想値をボイラ入力信号１を入力信号とする関数発生器２２で出力し、実測値から演算したボイラ入熱補正値である演算器２５からの出力信号との偏差を、減算器２３でボイラベース燃料量指令に補正を加える。
【００３９】
この場合も、実施例１と同様にガスタービン排ガス風量経年変化や、ダクトの熱容量による遅れにも対応でき、しかも蒸気タービン負荷とガスタービン負荷２９の組合せが予定されたものと異なった運用となっても、実測値に基づいた燃焼用空気入熱量による燃料流量補正ができるため、規定値以上の蒸気温度差が生じない。
【００４０】
以上のように本発明によればガスタービン起動、停止及び負荷変化時等、ガスタービンからの熱排出量が変化する時でも、ボイラ燃焼用空気の総熱量を演算しボイラ燃料量指令に補正を行え、良好なボイラ主蒸気温度制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明になる一実施例を示す排気再燃型コンバインドサイクルの制御系統図である。
【図２】  本発明に関わる排気再燃型コンバインドサイクルの燃焼空気系統図である。
【図３】  本発明になる他の実施例を示す排気再燃型コンバインドサイクルの制御系統図である。
【図４】  従来技術のボイラ燃料制御を示す制御系統図である。
【図５】  従来型ボイラの燃焼空気系統図である。
【図６】  従来の排気再燃型コンバインドサイクルの燃焼空気系統図である。
【図７】  ガスタービン起動時のガスタービン排ガス温度特性図である。
【図８】  ガスタービン負荷に対するガスタービン排ガス温度特性図である。
【図９】  ガスタービン起動時のガスタービン排ガス風量特性図である。
【図１０】  ガスタービン起動時のボイラ燃焼空気入熱特性図である。
【図１１】  ガスタービン負荷に対するガスタービン排ガス風量特性図である。
【図１２】  ガスタービン負荷に対するボイラ燃焼空気入熱特性図である。
【符号の説明】
１  ボイラ入力信号                ２、９、２２、２４、２７  関数発生器
３、７  加算器                    ４  燃料ボイラ入力加速信号
５  主蒸気温度偏差                ６  信号切替器
８  ボイラ燃料量指令              １０  ウィンドボックス
１１  空気予熱器                  １２  煙突
１３  押込通風機                  １４  ボイラガス再循環ファン
１５  ガス給水加熱器              １６  ガスタービン
１７  誘引通風機                  １８  ガスタービン出口排ガス総熱量
１９  ウィンドボックスでの排ガス総熱量
２０  ウィンドボックス入口温度計  ２１  ウィンドボックス入口流量計
２３、２５  減算器                ２６、２８  乗算器
２７  開平演算器
【図１】
0003769064.tif 000002
【図２】
0003769064.tif 000003
【図３】
0003769064.tif 000004
【図４】
0003769064.tif 000005
【図５】
0003769064.tif 000006
【図６】
0003769064.tif 000007
【図７】
0003769064.tif 000008
【図８】
0003769064.tif 000009
【図９】
0003769064.tif 000010
【図１０】
0003769064.tif 000011
【図１１】
0003769064.tif 000012
【図１２】
0003769064.tif 000013