JPH01178731A - ガスタービンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、燃料圧力調整弁および燃料流量１刈整弁の弁
開度を制御することによりガスタービンの負荷および回
転速度を１，１Ｊ御するガスタービンの制御装置に関す
る。

（従来の技術） 従来のノＪス燃オ′」たきのガスタービンには、ＮＧ（
天然ガス）、ＰＧ（プロパンツＪス）等のクリーンな燃
料か使用され、燃料圧力調整弁に微粒子、酸化物等のテ
ボジットか堆積する可能性は、皆無てあ、った。しかし
、最近、エネルギーの多様化の要請により、石炭ガスあ
るいは高炉ガス等のクリーンでないカス燃料を用いたガ
スタービンか求められている。この場０、石炭ガスに残
留してガスタービンに送られてくる燃月中の微粒子や、
化学物質の堆積が問題となる。

燃料制御は、一般に燃料圧力調整弁と燃料流量調整弁の
弁開度を制御することにより行なわれる。

これらの調整弁は速度、負荷、および温度制御上重要な
機器であり、これらの調整弁のケージ、弁棒、およびし
ゅう動部への微粒子や化学物質の堆積は、制御機能を団
害１７、好ましくない。このため、この異ν：５を早期
に発見し、適切な処置をとることが要求される。

クリーンでないガス燃料の代表である石炭ガスを燃料と
するノブスタービンを用いた石炭ガス化コンハインドザ
イクル発電システム（以下、発電システムという）につ
いて説明する。この発電システムは、石炭をカス化し、
その燃焼ガスを作動流体としてガスタービンならびに圧
縮機を回転駆動するとともに発電機を駆動するものであ
って、エネルギーの有効利用、公害問題の優位性ｑの点
て注目をあびている。

第３図に、この種の発電システムの概略系統図を示す。

ｍ３図において、ガス化炉４は粗ガスを作り出すもので
あって、ここには空気流量調整弁３を経て空気か送られ
ており、また蒸気流量調整弁２を経て蒸気か、更に石炭
流量調整弁］を経て石炭かそれぞれ送り込まれている。

ガス化炉４で作り１申された粗ガスは、ガスクーラ５を
経て脱硫装置６に送り込まれ、ここで燃料ガスが精製さ
れる。その燃料カスはガスヒータ７、燃料圧力調整弁８
、燃料流量調整弁９を経て燃焼器１０に送られ、圧縮機
１１によって昇圧された空気により燃焼される。この燃
焼ガスをガスタービン］２に送り込んでガスタービン１
２を回転駆動することにより発電機２６を回転させ、電
力を作り出している。なお、圧縮機１１によって圧縮さ
れた圧縮空気の一部は別置きの空気圧縮機１４に送られ
、昇圧された後、空気流量調整弁３を介してカス化炉４
に送り込すれる。

一方、ガスタービン１２の駆動後、燃焼ガスはガスター
ビンの排ガスとして排熱回収ボイラコ５に送り出され、
ここで排ガスのエネルギー回収がなされる。排熱回収ボ
イラ］５は、その胴体下部から順に、スーパーヒータ１
６、エバポレータ］７、およびエコノマイザ］８を有し
ており、これらの熱交換器によって蒸気が発生される。

まず、エコノマイザ−１８によって加熱化された飽和蒸
気は、一部をガスクーラドラム］３に送られ、ここて気
水分離がなされ、その液分をガスクーラ５、ガスヒータ
７を経てガスクーラドラ１６１３に循環させ、この間、
発生する蒸気をガスクーラドラム］３からスーパーヒー
タ］６に送るようにしている。また、エコノマイザ−１
８の飽和蒸気の残りは、蒸気ドラム１つに送られ、ここ
でも気水分離かなされ、その液分はエバポレータ１７を
経て再び蒸気ドラム１つに戻され、この間発生する蒸気
はスーパーヒータ１６に送るようにしである。

かく（７て、スーパーヒータ１６によって生成された乾
き蒸気は、蒸気加減弁２０を経て蒸気タービン２１に送
られ、ここで蒸気のエネルギを動力に代えて発電機２２
を回し、電力を作り出す。エネルギを失った蒸気は蒸気
タービン２１から復水器２３に送られ、ここで冷却水と
間接熱交換がなされ、はぼ常温化される。常温化された
復水は、給水加熱器２４、脱気器２５を経て上述のエコ
ノマイザ−１８に送られ、再度蒸気化かなされている。

一方、燃料圧力１凋整弁８は、ガスタービン１２への燃
料の供給を非常時に停止さけ−るためばかりでなく、低
流量時における燃料流量調整弁９の制御性を向上させる
ために設けられたものであって、燃料流量調整弁９の１
次側圧力を調整する。すなわぢ、ガスタービンの回転速
度が低い場合や、低負荷の場合のようにガスタービンに
供給されるガス燃料の流量が少ない時は、燃料圧力調整
弁８の弁開度を絞ることによって燃料流量調整弁９の１
次側圧力を低下させ、燃料流量調整弁９の弁開度が全開
度の５０〜８０％位の弁開度位置で使用されるようにす
る。

第２図に、燃料圧力調整弁８および燃料流量調整弁９の
制御系統をブロックで示す。図中に圧縮器］１、燃焼器
］０５ガスタービン］２、発電機２６からなるガスター
ビンプラントが示されている。発電機２６からの出力信
号およびガスタービン１２の回転速度を検出する速度検
出器３５からの出力信号は、燃料流量制御装置３６に導
かれ、負荷制御および速度制御指令として操作端である
燃料流量制御弁９へ制御信号か出力される。一方、燃料
流量調整弁９の１次側の圧力を検ｊ′１１する圧力検１
１″ｌ器３４の検出信号は、速度検出器３５の（再帰と
ともに燃料圧力制御装置７０に導かれる。燃料圧力制御
装置７０は、関数発生器３１、減算器３２、比例積分器
３３から構成されており、速度検出器３５の信号は、関
数発生器３１に入力され、検出速度に応した圧力設定値
か出力される。そして、この圧力設定値と、圧力検出器
３４によって検出された圧力検出値との圧力偏差か減算
器３２において演算される。この圧力偏差に基づいて比
例積分器３３か比例積分動作を行い、′圧力偏差が零と
なる燃料圧力調整弁８の弁開度を演算する。

この演算された弁開度に基ついで、燃料圧力調整弁８の
弁開度か図示していないアクチュエータを介して制御さ
れる。

（発明が解決しようとする問題点） 上記発電システムにおけるガスタービンのカス燃料は、
石炭と蒸気と空気のカス化反応により発生したガスを脱
しん装置、脱流装置を経由してクリーンなガスに精製し
、ガスタービンに送られるようになっている。

しかし、炭種の違いにより、石炭粗ガスの中のばいじん
、硫黄分は、大きく異なり、更にガス化炉の性能によっ
ても粗ノｊス成分は、変化する。また、精製設備の性能
によってもガスタービンに送られるガスの精製度は左右
され、常に設計とおりのクリーンな石炭ガスかガスター
ビンに送られるとは限らない。このことは、石炭ガスに
限らす、高炉カスあるいはクリーンでない合成ガス燃料
の場合にもあてはまる。

クリーンでないガス中の微粒子あるいは、硫黄水素等が
、カス流路のうち、燃料流量制御弁、燃料圧力調整弁の
しゅう動部およびケージ部に堆積両管し、健全な制御機
能を阻害する恐れがある。

特に、硫黄は１００％回収することが難しく、下流側の
弁部に硫化鉄として堆積することか知られている。この
ような堆漬物による調整弁への影響は、負荷運転中に特
に動きの少ない燃料圧力調整弁８に大きく現れ、弁しゆ
う動部、ケーン部等をスティックさせる可能性があった
。

本発明は、負荷運転中であっても燃料圧力調整弁の動作
確認をすることのできるガスタービンの制御装置を提（
兵することを［１的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ガスタービンと、このガスタービンに供給さ
れるガス燃料の圧力を調整する燃料圧力調整弁と、この
燃料圧力調整弁によって圧力調整されたガス燃料の流量
を調整する燃料流量調整弁とを有しているガスタービン
プラントに用いられ、ガスタービンの回転速度および負
荷の検出値に基づいて燃料流量調整弁の弁開度を制御す
る燃料流量制御手段と、ガスタービンの回転速度に応じ
たガス燃料の圧力設定値を出力する関数発生器、および
この関数発生器の出力と燃料圧力調整弁によって圧力調
整されたガス燃料の圧力の実際値との圧力偏差を演算す
る減算器、ならびに圧力偏差に基づいて比例積分動作を
行い圧力偏差が零となる燃料圧力調整弁の弁開度を出力
する比例積分要素を有し、この比例積分要素の出力に基
づいて燃料圧力調整弁の弁開度を制御する燃料圧力制御
手段とを備えているガスタービンの制御装置において、
燃料圧力調整弁の弁開度が全開となる全開指令信号を出
力する全開指令信号発生手段と、燃料圧力調整弁の弁開
度が全閉となる全閉指令信号を出力する全開指令信号発
生手段と、燃料圧力調整弁の動作確認指令信号を発生す
る動作確認指令信号発生手段と、動作確認指令信号が発
せられないときは、全開指令信号を出力し、動作確認指
令信号か発せられているときは全閉指令信号を出力する
切換手段と、減算手段と、この減算手段の出力をｉｒｌ
限するリミッタ回路と、このリミッタ回路の出力を積分
する積分回路と、燃料流量調整弁の弁開度をほぼ全開に
しても燃料圧力調整弁の弁開度を小さくすることにより
ガスタービンブラントの現在の負荷運転を維持すること
が可能な燃料圧力調整弁の弁開度の最小値を出力する最
小弁開度出力手段と、この最小弁開度出力手段の出力お
よび積分回路の出力のうち大きいほうの値を優先して出
力する高値優先回路と、この高値優先回路の出力および
比例積分要素の出力のうち小さいほうの値を優先して出
力する低値優先回路とを設けてなり、減算手段は前記切
換手段の出力と積分回路の出力との偏差を演算し、燃料
圧力制御手段は、低値優先回路の出力に基づいて燃料圧
力調整弁の弁開度を制御することを特徴とする。

（作　用） このように構成された本発明によるガスタービンの制御
装置において、ガスタービンの負荷運転中に燃料圧力調
整弁の動作確認指令信号が発せられた場合を考える。す
ると切換手段によってその出力が全開指令信号から全開
指令信号に切換られる。そして減算手段において、全開
指令信号の値と積分回路の出力との差が演算され、この
差がリミッタ回路を介して積分回路に入力されるから、
時間の経過とともに積分回路の出力は減少する。

積分回路の出力と最小弁開度出力手段の出力のうち大き
い方の値が高値優先回路によって優先されて出力される
ため、高値優先回路の出力も最小弁開度出力手段の出力
と等しくなるまで減少する。

また高値優先回路の出力と比例積分要素の出力のうち小
さい方の値が低値優先回路によって優先されて出力され
るため、低値優先回路の出力も最小弁開度出力手段の出
力と等しくなるまで減少することになる。

低値優先回路の出力に基づいて燃料圧力調整弁の弁開度
か制御されることにより燃料圧力調整弁の弁開度も最小
弁開度出力手段の出力に等しくなるまで減少し、これに
よりガスタービンに供給される燃料の流量も減少するが
、燃料流量制御手段によって燃料流量調整弁の弁開度が
増すように制御されるため、ガスタービンは所定の回転
速度で運転され、負荷運転が維持されることになる。

この時、動作確認指令信号の発信が停止すると、切換手
段によってその出力か全開指令信号から全開指令信号に
切換られる。そして、減算手段において、全開指令信号
の値と積分回路の出力との差が演算され、この差がリミ
ッタ回路を介して積分回路に入力されるから、時間の経
過とともに積分回路の出力は増大する。これに伴い、高
値優先回路の出力も増大し、比例積分要素の出力よりも
大きくなる。すると、比例積分要素の出力が低値優先回
路の出力となり、通常の負荷および速度制御か行われる
ことになる。以上により本発明によれば負荷運転中であ
っても燃料圧力調整弁の動作を確認することができるこ
ととなる。

（実施例） 第１図に本発明によるガスタービンの制御装置（以下、
制御装置という）の実施例を示す。この実施例の制御装
置は、燃料圧力制御装置３０と、燃料流量制御装置３６
とを備えており、燃料圧力調整弁８および燃料流量調整
弁９を有しているガスタービン発電プラントに用いられ
る。燃料圧力制御装置３０は、従来の技術の項で説明し
た第２図に示す燃料圧力制御装置７０に信号発生器４０
゜４］、切換回路４２、減算器４３、リミッタ回路４４
、積分回路４５、高値優先回路４６、信号発生器４７、
低値優先回路４８および動作確認指令信号出力回路５０
を新たに設けたものであり、低値優先回路４８の出力に
基づいて燃料圧力調整弁の弁開度を制御する。また、動
作確認指令信号出力回路５０は、押ボタンスイッチ５１
、ＯＲ回路５３、ＡＮＤ回路５４、オフデイレイタイマ
５５、およびＮＯＴ回路５６を有している。

一方、燃料流量制御装置３６は、第２図に示した燃料流
量制御装置３６と同一であり、ガスタービン１２によっ
て駆動される発電機２６の出力信号、およびガスタービ
ン１２の回転速度を検出する速度検出器３５の検出信号
に基づいて燃料流量調整弁９の弁開度を制御する。信号
発生器４０は、燃料圧力調整弁８の弁開度が全開となる
全開指令信号を出力し、信号発生器４］は燃料圧力調整
弁８の弁開度が全開となる全開指令信号を出力する。

切換回路４２は、信号発生器４０および４１の出力に基
づいて、通常時は信号発生器４０の出力である全開指令
信号を出力し、動作確認指令信号出力回路５０の出力で
ある動作確認指令信号が発せられたときに信号発生器４
１の出力である全開指令信号を出力する。減算器４３は
切換回路４２の出力と積分回路４５の出力との差を演算
する。リミッタ回路４４は、減算器４３の出力を制限す
る。

積分回路４５は、リミッタ回路の出力を積分する。

信号発生器４７は、燃料流量調整弁９の弁開度を全開−
α迄開操作しても燃料圧力調整弁８の弁開度を小さくす
ることによりガスタービンプラントの現在の負荷運転を
維持することが可能な燃料圧力調整弁８の弁開度の最小
値を出力する。ここでαは燃料圧力調整弁８の制御に対
する制御余有を表す。高値優先回路４６は、積分回路４
５の出力と信号発生器４７の出力のうぢ高いほうの値を
優先して出力する。低値優先回路４８は、高値優先回路
４６の出力とＰ１要素３３の出力のうち低い値のほうの
値を優先して出力する。

次に本実施例の作用を説明する。今、ガスタービン発電
プラントが負荷運転されており、かつ動作確認指令信号
発生回路５０から動作確認指令信号が発せられていない
ものとする。すると、切換器４２の出力は、信号発生器
４０の出力である全開指令信号に一致する。減算器４３
において、切換器４２の出力と積分回路４５の出力との
差が演算され、この差がリミッタ回路４４を介して積分
回路４５に入力されるから、積分回路４５の出力は全開
指令信号となる。そして、信号発生器４７の出力は信号
発生器４０の出力よりも小さいから高値優先回路４６に
よって積分回路４５の出力が優先的に選択されて出力さ
れる。

一方、ガスタービン１２の速度検出器３５の検出値に応
じた燃料圧力調整弁８によって調整される燃料の圧力設
定値が関数発生器３１から出力され、この圧力設定値と
燃料流星調整弁９の一次側の圧力を検出する圧力検出器
３４の検出値との圧力偏差か減算器３２によって演算さ
れる。そしてこの圧力偏差に基づいて、比例積分器３３
が比例積分動作を行い圧力偏差が零となるような燃料圧
力調整弁８の弁開度が出力される。この時、比例積分器
３３の出力は信号発生器４０の出力より小さいから、低
値優先回路４８によって比例積分器３３出力が優先的に
出力される。この比例積分器３３の出力に基づいて、燃
料圧力調整弁８の弁開度が制御されることになる。

次に、負荷運転中に燃料圧力調整弁８の動作を確認する
ため、運転員によって押ボタンスイッチ５１が押された
場合を考える。押ボタンスイッチ５］かＯＮされるとＯ
Ｒ回路５３か動作し、ＡＮＤ回路５４に動作信号を出力
する。この時、負荷運転中の条件（実施例では、ガスタ
ービンが定格速度に到達していること）か成立し２てい
ればＡＮＤ回路５４は動作し、動作信号、すなわち、動
作確認指令信号を切換回路４２に発信する。また、この
動作確認指令信号はオフデイレイタイマ５５を介してＮ
ＯＴ回路５６にも送られている。

そしてこのＮＯＴ回路５６の出力がＡＮＤ回路５４に人
力されているから、動作確認指令信号はオフデイレイタ
イマ５５によって設定された時間たけ発信され続（する
。この動作確認指令信号に基ついて、切換回路４２によ
ってその出力が信号発生器４０の出力から信号発生器４
］の出力で全開指令信号に切換られる。この全閉指令信
号と積分回路４５の出力の差か減算器４３によって演算
され、この差がリミッタ回路４４を介して積分回路４５
に送られるから、時間の経過とともに積分回路の出力は
減少する。積分回路４５の出力と信号発生器４７の出力
のうち大きいほうの値が高値優先回路１−１６によって
優先されて出力されるため、高値優先回路４６の日４力
も信号発生器４７の出力と′：’ｉ’　Ｌ、　くなるま
て減少する。また、高値優先回路４６の出力と比例積分
器３３の出力のうち小さいほうの値か低値優先回路４８
によって優先されて出力されるため、低値優先回路の出
力も信号発生器４７の出力と等しくなるまで減少するこ
とになる。低値優先回路４８の出力に基ついて燃料圧力
調整弁８の弁開度が制御されることにより、燃料圧力調
整弁８の弁開度も信号発生器４７の出力に等しくなるま
で減少し、これによりガスタービン］２の燃焼器１０に
供給される燃料の流量も減少するか、燃料流量制御装置
３６によって燃料流量調整弁９の弁開度が増大するよう
に制御されるため、ガスタービン］２は所定の回転速度
で運転され、負荷運転が維持される。

この時、動作確認指令信号の発信か停止すると、切換回
路４２によってその出力か全閉指令信号から全開指令信
号に切換られる。そして、減算器４３において、全開指
令信号の値と積分回路４５−２０〜 の出力との差が演算され、この差がリミッタ回路４４を
介して積分回路４５に入力されるから、時間の経過とと
もに積分回路４５の出力は増大する。

これに伴い、高値優先回路４６の出力も増大し、比例積
分器３３の出力よりも大きくなる。すると、比例積分器
３３のｊおりが低値優先回路４８の出力となり、通常の
負荷および速度制御が行われることになる。

以上により本実施例によれは、負荷運転中であっても燃
料圧力Ｊ５．］整弁の動作を確認することかできる。

〔発明の効果」 本発明によるガスタービンの制御装置によれば、負荷運
転中であっても、燃料圧力調整弁の動作を確認すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガスタービンの制御装置の実施例
を示すブロック図、第′、２図は従来のガスタービンの
制御装置を示すブロック図、第３図は石炭）Ｊス化コン
バインドザイクル発電システムの系統を示す系統図であ
る。 ８・燃オ′ミ１圧力調整弁、９・・燃料流量調整弁、コ
０・・燃焼器、１］・・・圧縮器、］２・・・ガスター
ビン、２６・発電機、３０・・燃料圧力制御装置、３１
・・関数発生器、３２・・減算器、３３・・・比例積分
器、３４・圧力検出器、３５・・速度検出器、３６・燃
料流量制御装置、４０，４：ｌ・信号発生器、４２　リ
Ｊ換回路、４３　減算器、４４・　リミッタ回路、４５
・・・積分回路、４６・・高値優先回路、４７・・・信
号発生器、４８・・低値優先回路、５０　・動作確認指
令信号出力回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ガスタービンと、このガスタービンに供給されるガス燃
   料の圧力を調整する燃料圧力調整弁と、この燃料圧力調
   整弁によって圧力調整されたガス燃料の流量を調整する
   燃料流量調整弁とを有しているガスタービンプラントに
   用いられ、 前記ガスタービンの回転速度および負荷の検出値に基づ
   いて前記燃料流量調整弁の弁開度を制御する燃料流量制
   御手段と、 前記ガスタービンの回転速度に応じたガス燃料の圧力設
   定値を出力する関数発生器、およびこの関数発生器の出
   力と前記燃料圧力調整弁によって圧力調整されたガス燃
   料の圧力の実際値との圧力偏差を演算する減算器、なら
   びに前記圧力偏差に基づいて比例積分動作を行い圧力偏
   差が零となる前記燃料圧力調整弁の弁開度を出力する比
   例積分要素を有し、この比例積分要素の出力に基づいて
   前記燃料圧力調整弁の弁開度を制御する燃料圧力制御手
   段とを備えているガスタービンの制御装置において、 前記燃料圧力調整弁の弁開度が全開となる全開指令信号
   を出力する全開指令信号出力手段と、前記燃料圧力調整
   弁の弁開度が全閉となる全閉指令信号を出力する全閉指
   令信号出力手段と、前記燃料圧力調整弁の動作確認指令
   信号を出力する動作確認指令信号出力手段と、動作確認
   指令信号が発せられないときは全開指令信号を出力し、
   動作確認指令信号が発せられているときは全閉指令信号
   を出力する切換手段と、減算手段と、この減算手段の出
   力を制限するリミッタ回路と、このリミッタ回路の出力
   を積分する積分回路と、前記燃料流量調整弁の弁開度を
   ほぼ全開にしても前記燃料圧力調整弁の弁開度を小さく
   することにより前記ガスタービンプラントの現在の負荷
   運転を維持することが可能な前記燃料圧力調整弁の弁開
   度の最小値を出力する最小弁開度出力手段と、この最小
   弁開度出力手段の出力および前記積分回路の出力のうち
   大きいほうの値を優先して出力する高値優先回路と、こ
   の高値優先回路の出力および前記比例積分要素の出力の
   うち小さいほうの値を優先して出力する低値優先回路と
   を設けてなり、前記減算手段は前記切換手段の出力と積
   分回路の出力との偏差を演算し、前記燃料圧力制御手段
   は、前記低値優先回路の出力に基づいて前記燃料圧力調
   整弁の弁開度を制御することを特徴とするガスタービン
   の制御装置。