| 【発明の名称】 |
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空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御方法及び装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】松田 昭義
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| 【要約】 |
【課題】コンバインドサイクル運転開始後の空気予熱器出口ガス温度の空気予熱器出口ガス温度設定値に対するオーバシュートとアンダシュートとを抑制し、制御性の向上を図り、空気予熱器出口ガス温度が空気予熱器出口ガス温度設定値を大きく上回ることをなくして、空気予熱器に悪影響を及ぼすことを防止する。
【解決手段】空気予熱器出口ガス温度設定値25と空気予熱器出口ガス温度23との空気予熱器出口ガス温度偏差26を求め、空気予熱器出口ガス温度偏差26をなくすための空気予熱器入口ガスダンパ22の開度指令28を求める一方、ガスタービン負荷30に基づき空気予熱器入口ガスダンパ22の開度上下限値31,33を求め、開度指令28が開度上下限値31,33の範囲内に収まるよう制限を加えて制限開度指令28’として空気予熱器入口ガスダンパ22へ出力する。 |
【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を、押込通風機から圧送される燃焼用空気に合流せしめ、空気予熱器を介してボイラ本体の火炉内に導入すると共に、前記空気予熱器を通過させるボイラ排ガス流量を空気予熱器出口ガス温度に基づく空気予熱器入口ガスダンパの開度調節により制御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空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御方法であって、予め設定された空気予熱器出口ガス温度設定値と検出された空気予熱器出口ガス温度との空気予熱器出口ガス温度偏差を求め、該空気予熱器出口ガス温度偏差をなくすための空気予熱器入口ガスダンパの開度指令を求めると共に、ガスタービン負荷に基づき空気予熱器入口ガスダンパの開度上限値と開度下限値とを求め、前記空気予熱器入口ガスダンパの開度指令が前記ガスタービン負荷に基づく開度上下限値の範囲内に収まるよう制限を加えて制限開度指令として空気予熱器入口ガスダンパへ出力し、該空気予熱器入口ガスダンパの開度を調節し、空気予熱器を通過させるボイラ排ガス流量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空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御方法。 【請求項2】 ガスタービンから排出される排ガスを、押込通風機から圧送される燃焼用空気に合流せしめ、空気予熱器を介してボイラ本体の火炉内に導入すると共に、前記空気予熱器を通過させるボイラ排ガス流量を空気予熱器出口ガス温度に基づく空気予熱器入口ガスダンパの開度調節により制御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空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御装置であって、空気予熱器出口ガス温度を検出する温度計と、予め設定された空気予熱器出口ガス温度設定値と前記温度計で検出された空気予熱器出口ガス温度との差を求め、空気予熱器出口ガス温度偏差を出力する減算器と、該減算器から出力される空気予熱器出口ガス温度偏差を比例積分処理して該空気予熱器出口ガス温度偏差をなくすための空気予熱器入口ガスダンパの開度指令を出力する比例積分調節器と、ガスタービン負荷に基づき空気予熱器入口ガスダンパの開度上限値を求めて出力する上限関数発生器と、ガスタービン負荷に基づき空気予熱器入口ガスダンパの開度下限値を求めて出力する下限関数発生器と、前記比例積分調節器から出力される空気予熱器入口ガスダンパの開度指令が前記上下限関数発生器から出力される開度上下限値の範囲内に収まるよう制限を加えて制限開度指令として空気予熱器入口ガスダンパへ出力する高低信号制限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空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御装置。
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【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空気予熱器へのボイラ排ガス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4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】又、前記燃焼用空気ダクト4と排ガスダクト7の途中には、該排ガスダクト7内を流れるボイラ排ガスG3により前記燃焼用空気ダクト4内を流れる燃焼用空気G1を加熱するための空気予熱器19が設けられており、該空気予熱器19が設けられた排ガスダクト7途中には、空気予熱器19を迂回するバイパスダクト20が設けられ、該バイパスダクト20途中には、ボイラ排ガスG3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21が設けられている。 【0007】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、排ガスG1’を含む燃焼用空気G1が空気予熱器19において後述するボイラ排ガスG3により加熱された後、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、前記空気予熱器19においてガスタービン13からの排ガスG1’を含む燃焼用空気G1と熱交換を行った後、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。 【0008】ところで、前記バイパスダクト20は、ガスタービン13の増設によりボイラ本体1から排出されるトータルのボイラ排ガスG3流量が増加することに伴って空気予熱器19の温度が高くなりすぎることを防止するために設けられたものであり、コンバインドサイクル運転開始後の空気予熱器19へ導入されるボイラ排ガスG3の流量は、空気予熱器19の出口ガス温度が設定値と等しくなるよう、空気予熱器入口ガスダンパ22の開度を調節することにより制御されるようになっている。 【0009】前記空気予熱器19へのボイラ排ガスG3の流量の制御系は、空気予熱器出口ガス温度23を検出する温度計24と、予め設定された空気予熱器出口ガス温度設定値25と前記温度計24で検出された空気予熱器出口ガス温度23との差を求め、空気予熱器出口ガス温度偏差26を出力する減算器27と、該減算器27から出力される空気予熱器出口ガス温度偏差26を比例積分処理して該空気予熱器出口ガス温度偏差26をなくすための空気予熱器入口ガスダンパ22の開度指令28を出力する比例積分調節器29とを備えてなる構成を有しており、コンバインドサイクル運転時には、温度計24によって空気予熱器出口ガス温度23が検出され、減算器27において予め設定された空気予熱器出口ガス温度設定値25と前記温度計24で検出された空気予熱器出口ガス温度23との差が求められ、空気予熱器出口ガス温度偏差26が比例積分調節器29へ出力され、該比例積分調節器29において前記減算器27から出力される空気予熱器出口ガス温度偏差26が比例積分処理されて該空気予熱器出口ガス温度偏差26をなくすための空気予熱器入口ガスダンパ22の開度指令28が空気予熱器入口ガスダンパ22へ出力され、該空気予熱器入口ガスダンパ22の開度が調節され、空気予熱器19へ導入されるボイラ排ガスG3の流量が増減され、空気予熱器出口ガス温度23が空気予熱器出口ガス温度設定値25と等しくなるよう制御が行われる。 【0010】 【発明が解決しようとする課題】前述の如き従来の空気予熱器19へのボイラ排ガスG3の流量の制御系のように、検出した空気予熱器出口ガス温度23に基づいて単に空気予熱器入口ガスダンパ22の開度調節を行うのでは、空気予熱器出口ガス温度23が空気予熱器出口ガス温度設定値25を越えて初めて空気予熱器入口ガスダンパ22の開度が絞られる一方、空気予熱器出口ガス温度23が空気予熱器出口ガス温度設定値25より低くなって初めて空気予熱器入口ガスダンパ22の開度が広げられる形となるが、前記空気予熱器19は冷えた状態から暖まるまでに時間がかかる一方、暖まった状態から冷えるまでにも長い時間を必要とし、空気予熱器入口ガスダンパ22の開度調節に対する空気予熱器出口ガス温度23の応答性が悪いため、コンバインドサイクル運転開始後、空気予熱器出口ガス温度23が空気予熱器出口ガス温度設定値25に対してオーバシュートとアンダシュートとを繰り返し、空気予熱器出口ガス温度設定値25になかなか収束せず、制御性が悪いと共に、空気予熱器出口ガス温度23が空気予熱器出口ガス温度設定値25を大きく上回ったような場合には、空気予熱器19にも悪影響を及ぼすという欠点を有していた。 【0011】本発明は、斯かる実情に鑑み、コンバインドサイクル運転開始後の空気予熱器出口ガス温度の空気予熱器出口ガス温度設定値に対するオーバシュートとアンダシュートとを抑制し得、制御性の向上を図り得ると共に、空気予熱器出口ガス温度が空気予熱器出口ガス温度設定値を大きく上回ることをなくして、空気予熱器に悪影響を及ぼすことを防止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空気予熱器へのボイラ排ガス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を、押込通風機から圧送される燃焼用空気に合流せしめ、空気予熱器を介してボイラ本体の火炉内に導入すると共に、前記空気予熱器を通過させるボイラ排ガス流量を空気予熱器出口ガス温度に基づく空気予熱器入口ガスダンパの開度調節により制御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空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御方法であって、予め設定された空気予熱器出口ガス温度設定値と検出された空気予熱器出口ガス温度との空気予熱器出口ガス温度偏差を求め、該空気予熱器出口ガス温度偏差をなくすための空気予熱器入口ガスダンパの開度指令を求めると共に、ガスタービン負荷に基づき空気予熱器入口ガスダンパの開度上限値と開度下限値とを求め、前記空気予熱器入口ガスダンパの開度指令が前記ガスタービン負荷に基づく開度上下限値の範囲内に収まるよう制限を加えて制限開度指令として空気予熱器入口ガスダンパへ出力し、該空気予熱器入口ガスダンパの開度を調節し、空気予熱器を通過させるボイラ排ガス流量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空気予熱器へのボイラ排ガス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を、押込通風機から圧送される燃焼用空気に合流せしめ、空気予熱器を介してボイラ本体の火炉内に導入すると共に、前記空気予熱器を通過させるボイラ排ガス流量を空気予熱器出口ガス温度に基づく空気予熱器入口ガスダンパの開度調節により制御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空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御装置であって、空気予熱器出口ガス温度を検出する温度計と、予め設定された空気予熱器出口ガス温度設定値と前記温度計で検出された空気予熱器出口ガス温度との差を求め、空気予熱器出口ガス温度偏差を出力する減算器と、該減算器から出力される空気予熱器出口ガス温度偏差を比例積分処理して該空気予熱器出口ガス温度偏差をなくすための空気予熱器入口ガスダンパの開度指令を出力する比例積分調節器と、ガスタービン負荷に基づき空気予熱器入口ガスダンパの開度上限値を求めて出力する上限関数発生器と、ガスタービン負荷に基づき空気予熱器入口ガスダンパの開度下限値を求めて出力する下限関数発生器と、前記比例積分調節器から出力される空気予熱器入口ガスダンパの開度指令が前記上下限関数発生器から出力される開度上下限値の範囲内に収まるよう制限を加えて制限開度指令として空気予熱器入口ガスダンパへ出力する高低信号制限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空気予熱器へのボイラ排ガス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空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御方法においては、コンバインドサイクル運転時には、予め設定された空気予熱器出口ガス温度設定値と検出された空気予熱器出口ガス温度との空気予熱器出口ガス温度偏差が求められ、該空気予熱器出口ガス温度偏差をなくすための空気予熱器入口ガスダンパの開度指令が求められると共に、ガスタービン負荷に基づき空気予熱器入口ガスダンパの開度上限値と開度下限値とが求められ、前記空気予熱器入口ガスダンパの開度指令が前記ガスタービン負荷に基づく開度上下限値の範囲内に収まるよう制限が加えられて制限開度指令として空気予熱器入口ガスダンパへ出力され、該空気予熱器入口ガスダンパの開度が調節され、空気予熱器を通過させるボイラ排ガス流量が制御される。 【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空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御装置においては、コンバインドサイクル運転時には、温度計によって空気予熱器出口ガス温度が検出され、減算器において予め設定された空気予熱器出口ガス温度設定値と前記温度計で検出された空気予熱器出口ガス温度との差が求められ、空気予熱器出口ガス温度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予熱器出口ガス温度偏差が比例積分処理されて該空気予熱器出口ガス温度偏差をなくすための空気予熱器入口ガスダンパの開度指令が高低信号制限器へ出力される一方、上限関数発生器においてガスタービン負荷に基づき空気予熱器入口ガスダンパの開度上限値が求められて高低信号制限器へ出力され、且つ下限関数発生器においてガスタービン負荷に基づき空気予熱器入口ガスダンパの開度下限値が求められて高低信号制限器へ出力され、該高低信号制限器において前記比例積分調節器から出力される空気予熱器入口ガスダンパの開度指令が前記上下限関数発生器から出力される開度上下限値の範囲内に収まるよう制限が加えられて制限開度指令として空気予熱器入口ガスダンパへ出力され、該空気予熱器入口ガスダンパの開度が調節され、空気予熱器へ導入されるボイラ排ガスの流量が増減され、空気予熱器出口ガス温度が空気予熱器出口ガス温度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空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御方法及び装置においては、ガスタービン負荷が低く、その排ガス流量が少なく、ボイラ本体から排出されるトータルのボイラ排ガス流量も少ない場合には、空気予熱器入口ガスダンパの開度が開き気味となるある範囲内で調節される一方、ガスタービン負荷が高く、その排ガス流量が多く、ボイラ本体から排出されるトータルのボイラ排ガス流量も多い場合には、空気予熱器入口ガスダンパの開度が絞り気味となるある範囲内で調節されることとなり、コンバインドサイクル運転開始後、空気予熱器出口ガス温度が空気予熱器出口ガス温度設定値に対してオーバシュートとアンダシュートとを繰り返すことが抑制され、空気予熱器出口ガス温度設定値に収束しやすくなり、制御性がよくなると共に、空気予熱器出口ガス温度が空気予熱器出口ガス温度設定値を大きく上回ってしまうようなこともなくなり、空気予熱器にも悪影響が及ぼされなくなる。 【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4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4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30に基づき空気予熱器入口ガスダンパ22の開度上限値31を求めて出力する上限関数発生器32と、ガスタービン負荷30に基づき空気予熱器入口ガスダンパ22の開度下限値33を求めて出力する下限関数発生器34と、比例積分調節器29から出力される空気予熱器入口ガスダンパ22の開度指令28が前記上下限関数発生器32,34から出力される開度上下限値31,33の範囲内に収まるよう制限を加えて制限開度指令28’として空気予熱器入口ガスダンパ22へ出力する高低信号制限器35とを追加装備した点にある。 【0020】尚、前記上限関数発生器32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30の増加に対し略反比例させる形で、空気予熱器入口ガスダンパ22の開度上限値31を減少させることを表わしており、又、前記下限関数発生器34には、図3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30の増加に対し略反比例させる形で、空気予熱器入口ガスダンパ22の開度下限値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】コンバインドサイクル運転時には、温度計24によって空気予熱器出口ガス温度23が検出され、減算器27において予め設定された空気予熱器出口ガス温度設定値25と前記温度計24で検出された空気予熱器出口ガス温度23との差が求められ、空気予熱器出口ガス温度偏差26が比例積分調節器29へ出力され、該比例積分調節器29において前記減算器27から出力される空気予熱器出口ガス温度偏差26が比例積分処理されて該空気予熱器出口ガス温度偏差26をなくすための空気予熱器入口ガスダンパ22の開度指令28が高低信号制限器35へ出力される一方、上限関数発生器32においてガスタービン負荷30に基づき空気予熱器入口ガスダンパ22の開度上限値31が求められて高低信号制限器35へ出力され、且つ下限関数発生器34においてガスタービン負荷30に基づき空気予熱器入口ガスダンパ22の開度下限値33が求められて高低信号制限器35へ出力され、該高低信号制限器35において前記比例積分調節器29から出力される空気予熱器入口ガスダンパ22の開度指令28が前記上下限関数発生器32,34から出力される開度上下限値31,33の範囲内に収まるよう制限が加えられて制限開度指令28’として空気予熱器入口ガスダンパ22へ出力され、該空気予熱器入口ガスダンパ22の開度が調節され、空気予熱器19へ導入されるボイラ排ガスG3の流量が増減され、空気予熱器出口ガス温度23が空気予熱器出口ガス温度設定値25と等しくなるよう制御が行われる。 【0023】この結果、ガスタービン負荷30が低く、その排ガスG1’流量が少なく、ボイラ本体1から排出されるトータルのボイラ排ガスG3流量も少ない場合には、空気予熱器入口ガスダンパ22の開度が開き気味となるある範囲内で調節される一方、ガスタービン負荷30が高く、その排ガスG1’流量が多く、ボイラ本体1から排出されるトータルのボイラ排ガスG3流量も多い場合には、空気予熱器入口ガスダンパ22の開度が絞り気味となるある範囲内で調節されることとなり、コンバインドサイクル運転開始後、空気予熱器出口ガス温度23が空気予熱器出口ガス温度設定値25に対してオーバシュートとアンダシュートとを繰り返すことが抑制され、空気予熱器出口ガス温度設定値25に収束しやすくなり、制御性がよくなると共に、空気予熱器出口ガス温度23が空気予熱器出口ガス温度設定値25を大きく上回ってしまうようなこともなくなり、空気予熱器19にも悪影響が及ぼされなくなる。 【0024】こうして、コンバインドサイクル運転開始後の空気予熱器出口ガス温度23の空気予熱器出口ガス温度設定値25に対するオーバシュートとアンダシュートとを抑制し得、制御性の向上を図り得ると共に、空気予熱器出口ガス温度23が空気予熱器出口ガス温度設定値25を大きく上回ることをなくして、空気予熱器19に悪影響を及ぼすことを防止し得る。 【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空気予熱器へのボイラ排ガス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、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空気予熱器へのボイラ排ガス流量制御方法及び装置によれば、コンバインドサイクル運転開始後の空気予熱器出口ガス温度の空気予熱器出口ガス温度設定値に対するオーバシュートとアンダシュートとを抑制し得、制御性の向上を図り得ると共に、空気予熱器出口ガス温度が空気予熱器出口ガス温度設定値を大きく上回ることをなくして、空気予熱器に悪影響を及ぼすことを防止し得るという優れた効果を奏し得る。
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| 【出願人】 |
【識別番号】000000099 【氏名又は名称】石川島播磨重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成9年(1997)10月28日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】 【氏名又は名称】山田 恒光 (外1名)
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| 【公開番号】 |
特開平11−132443 |
| 【公開日】 |
平成11年(1999)5月21日 |
| 【出願番号】 |
特願平9−295363 |
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