气化发电设备的控制装置、气化发电设备以及气化发电设备的控制方法制造方法及图纸

一种气化发电设备的控制装置、气化发电设备以及气化发电设备的控制方法，IGCC设备具备：利用氧化剂使煤气化的煤气化炉；通过使燃料气体燃烧而得到的燃烧气体来驱动的燃气轮机，燃料气体利用气体精制设备对由煤气化炉生成的气体进行精制而得到；将从燃气轮机的空气压缩机抽取的空气或从该空气分离出的氧作为煤气化炉的氧化剂供给的氧化剂供给路。IGCC设备的控制装置(50)根据煤气化炉的运转状态量变动或IGCC设备的负载变动，允许空气比从预定的设定值偏移并在规定上限值内控制向煤气化炉供给的氧化剂量，空气比为向煤气化炉供给的空气量相对于碳的理论燃烧空气量的比。由此，IGCC设备不增加氧化剂的供给设备的容量且能够使设备整体的控制迅速地稳定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气化发电设备的控制装置、气化发电设备以及气化发电设备的控制方法
本专利技术涉及气化发电设备的控制装置、气化发电设备、以及气化发电设备的控制方法。
技术介绍
一直以来，例如为了提高煤火力发电设备的发电效率，煤气化复合发电(IGCC；IntegratedGasificationCombinedCycle)设备得以开发、实用化。该IGCC设备利用气化炉使以煤为代表的含碳燃料气化而得到生成气体。而且，IGCC设备具备燃气轮机和蒸汽轮机，所述燃气轮机将由气体精制设备对生成气体进行精制而得到的气体作为燃料进行运转，所述蒸汽轮机通过回收燃气轮机的废热而得到的蒸汽进行运转。IGCC设备在通常运转时、负载变化时，以空气比在各负载中成为预定的设定值的方式被控制。空气比是向气化炉供给的空气量相对于煤的理论燃烧空气量的比。而且，如图9所示，基于作为规定向气化炉投入的输入能量的参数的气化炉输入指令(GID；GasifierInputDemand)来控制向气化炉供给的作为氧化剂的空气、氧的供给流量。需要说明的是，根据基于GID的设定值、负载变化时的先行信号来控制向气化炉供给的煤流量。而且，如图10所示，根据基于IGCC设备的发电输出指令(MWD；MegaWattDemand)的设定值来控制气化炉的压力。在气化炉的压力产生了与设定值的偏差的情况下，通过GID的增减来控制气化炉的压力，以使得气化炉的压力与基于MWD的压力设定值一致。需要说明的是，IGCC设备的负载越高，气化炉的压力设定得越高，向燃气轮机供给的燃料的压力上升。尤其在抽取燃气轮机的空气压缩机的出口空气的一部分来用作气化炉的氧化剂的IGCC设备中进行上述控制的情况下，即使MWD固定，由于煤的品质不固定，因此也存在气化炉的运转状态量发生变化而使生成气体的发热量暂时下降的情况。另外，在将由设置于气化炉下游的除尘设备回收的炭送回气化炉的炭喷烧器而使之再循环的IGCC设备中进行上述控制的情况下，即使MWD固定，由于炭再循环系统的堵塞等，因此也存在气化炉的运转状态量发生变化而使生成气体的发热量暂时下降的情况。在这样的情况下，IGCC设备中会产生如下现象(以下称为“燃料消耗量增加现象”。)。即，生成气体的发热量的下降导致要向燃气轮机补偿燃料输入能量的燃料消耗量增加。燃气轮机的燃料消耗量的增加使上游侧的气体压力过渡性地下降，从而导致气化炉内压力的下降。在产生了计测值低于气化炉的压力设定值的偏差的情况下，GID增加，并且煤以及氧化剂投入量增加。在抽取燃气轮机的空气压缩机的出口空气的一部分来用作气化炉的氧化剂的IGCC设备中，氧化剂流量的增加导致来自燃气轮机的抽取空气流量的增加。由于抽取空气流量的增加会使作为燃气轮机的动作介质的空气过渡性地分配为抽取空气，因此导致燃气轮机的输出下降。燃气轮机的输出在下降时会低于MWD设定值，从而使要对此进行补偿的燃气轮机的燃料消耗量增加。根据上述燃料消耗量增加现象可知，主要由于生成气体的发热量的变化而造成在IGCC设备的发电输出中产生波动。而且，最终通过气化炉的输入能量增加而使与气化炉的下游连接的气体冷却器(SGC；SynGasCooler)所带来的蒸汽的产生量增加，从而蒸汽轮机的输出增加。其结果是，发出使燃气轮机的输出下降的指令，IGCC设备变得稳定。图11是示出上述燃料消耗量增加现象中的各种状态量的时间变化的图。如图11所示，在产生了生成气体的发热量下降那样的过渡性运转状态的情况下，燃气轮机为了满足MWD而需要更多的燃料气体，因此气化炉的压力开始下降(图11的GTin)。通过气化炉的压力下降，从而向气化炉供给的煤流量基于GID而增加。而且，向气化炉内供给的氧化剂流量(空气流量)伴随着煤流量的增加而增加，以便保持将煤灰以熔融炉渣的形态排出的运转状态、并且将最容易表现该运转状态的空气比保持为规定的设定值，从而使气化炉稳定运转。即，从空气压缩机向气化炉抽取的空气流量增加。由于这样的状态量的变化，因此在稳定控制的过程中存在氧化剂流量产生过调节(overshoot)的情况。因此，需要对氧化剂的供给设备(例如设置在燃气轮机的空气压缩机与气化炉之间的空气升压机)的容量考虑过调节量的容量增加(过调节裕度)。另外，在产生了上述燃料消耗量增加现象的情况下，存在伴随着过调节的产生而使IGCC设备整体的控制稳定需要时间的情况。氧化剂的过调节裕度引起的供给设备的容量增加导致设备成本的增加。并且，当通常运转时的运转点与考虑了过调节裕度的设备计划点之间的背离变大时，通常运转时的压缩机动力偏离最佳值(最小值)而需要额外的动力。另外，在针对IGCC设备的负载上升时，伴随着燃气轮机的消耗燃料量的过渡性的增大，从气化炉到燃气轮机入口为止的燃料气体系统的压力发生下降。并且伴随着IGCC设备的负载上升，气化炉压力设定值也上升，燃料气体系统的压力偏差成为扩大的趋势。因此，为了减小气化炉的设定压力与燃料气体系统的压力之间的偏差，通过先行信号，如图12所示首先向气化炉供给煤以及氧化剂。在该情况下，也由于氧化剂流量的增加而产生上述燃料消耗量增加现象，使IGCC设备整体的控制稳定需要时间。另外，对氧化剂的供给设备的容量也需要考虑该先行信号引起的过调节裕度。在此，专利文献1中公开了一种煤气化炉，该煤气化炉在生成气体的发热量发生变化的情况下，使作为氧化剂的空气的供给量大致固定并通过调整煤的供给量，由此将生成气体的发热量维持为大致固定。在先技术文献专利文献1：日本特开2010-285564号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题在专利文献1所公开的气化炉中，即使生成气体的发热量发生变化也维持供给空气(氧化剂)的压缩机的运转点，但煤的供给量产生过调节等，从而认为使IGCC设备整体的控制稳定需要时间。本专利技术是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种不增加氧化剂的供给设备的容量，且能够使设备整体的控制迅速地稳定的气化发电设备的控制装置、气化发电设备以及气化发电设备的控制方法。用于解决课题的方案为了解决上述课题，本专利技术的气化发电设备的控制装置、气化发电设备以及气化发电设备的控制方法采用以下的方案。在本专利技术的第一方式的气化发电设备的控制装置中，所述气化发电设备具备：气化炉，其利用氧化剂使含碳燃料气化；燃气轮机，其通过使燃料气体燃烧而得到的燃烧气体来驱动，所述燃料气体通过利用气体精制设备对由所述气化炉生成的气体进行精制而得到；以及氧化剂供给路，其将从所述燃气轮机的空气压缩机抽取的空气或从该空气分离出的氧作为所述气化炉的氧化剂进行供给，其中，所述气化发电设备的控制装置具备切换机构，所述切换机构在所述气化发电设备为静稳定状态的情况下，采用使空气比固定的空气比固定模式，在所述气化炉的运转状态量发生变动的情况或所述气化发电设备的负载发生变动的情况下，采用能够使所述空气比变动的空气比变动模式，所述空气比为向所述气化炉供给的氧化剂量相对于含碳燃料的理论燃烧氧化剂量的比。根据本专利技术，气化发电设备具备：气化炉，其利用氧化剂使含碳燃料气化；燃气轮机，其通过使燃料气体燃烧而得到的燃烧气体来驱动，所述燃料气体通过利用气体精制设备对由气化炉生成的气体进行精制而得到；以及氧化剂供给路，其将从燃气轮机的空气压缩机抽取的空气或从该空气分离出的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气化发电设备的控制装置，所述气化发电设备具备：气化炉，其利用氧化剂使含碳燃料气化；燃气轮机，其通过使燃料气体燃烧而得到的燃烧气体来驱动，所述燃料气体利用气体精制设备对由所述气化炉生成的气体进行精制而得到；以及氧化剂供给路，其将从所述燃气轮机的空气压缩机抽取的空气或从该空气分离出的氧作为所述气化炉的氧化剂进行供给，其中，所述气化发电设备的控制装置具备切换机构，所述切换机构在所述气化发电设备为静稳定状态的情况下，采用使空气比固定的空气比固定模式，在所述气化炉的运转状态量发生变动的情况或所述气化发电设备的负载发生变动的情况下，采用能够使所述空气比变动的空气比变动模式，所述空气比为向所述气化炉供给的氧化剂量相对于含碳燃料的理论燃烧氧化剂量的比。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.04.26 JP 2013-0942721.一种气化发电设备的控制装置，所述气化发电设备具备：气化炉，其利用氧化剂使含碳燃料气化；燃气轮机，其通过使燃料气体燃烧而得到的燃烧气体来驱动，所述燃料气体利用气体精制设备对由所述气化炉生成的气体进行精制而得到；以及氧化剂供给路，其将从所述燃气轮机的空气压缩机抽取的空气或从该空气分离出的氧作为所述气化炉的氧化剂进行供给，其特征在于，所述气化发电设备的控制装置具备切换机构，所述切换机构在所述气化发电设备为静稳定状态的情况下，采用使空气比固定的空气比固定模式，在所述气化炉的运转状态量发生变动的情况或所述气化发电设备的负载发生变动的情况下，采用通过使氧化剂量根据负载发生变动而能够使所述空气比变动来使所述空气比下降的空气比变动模式，所述空气比为向所述气化炉供给的氧化剂量相对于含碳燃料的理论燃烧氧化剂量的比。2.根据权利要求1所述的气化发电设备的控制装置，其中，所述气化炉的运转状态量发生变动的情况是指，所述气化炉的压力的计测值与气化炉压力的设定值之间的偏差与静稳定时相比变大的情况。3.根据权利要求1所述的气化发电设备的控制装置，其中，所述气化发电设备具备蒸汽轮机，所述蒸汽轮机通过被所述气化炉以及所述燃气轮机的废气加热后的蒸汽来驱动，且驱动轴不与所述燃气轮机的驱动轴同轴，所述气化炉的运转状态量发生变动的情况是指，所述燃气轮机的输出不增加而作为规定向所述气化炉投入的输入能量的参数的气化炉输入指令值增加的情况。4.一种气化发电设备的控制装置，所述气化发电设备具备：气化炉，其利用氧化剂使含碳燃料气化；燃气轮机，其通过使燃料气体燃烧而得到的燃烧气体来驱动，所述燃料气体利用气体精制设备对由所述气化炉生成的气体进行精制而得到；以及氧化剂供给路，其将从所述燃气轮机的空气压缩机抽取的空气或从该空气分离出的氧作为所述气化炉的氧化剂进行供给，其特征在于，所述气化发电设备的控制装置具备氧化剂量控制机构，所述氧化剂量控制机构根据所述气化炉的运转状态量的变动或所述气化发电设备的负载的变动，允许空气比从预定的设定值下降而使氧化剂量根据负载发生变动，并将向所述气化炉供给的氧化剂量控制在规定的上限值内，所述空气比为向所述气化炉供给的氧化剂量相对于含碳燃料的理论燃烧氧化剂量的比。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：田村宪，藤井贵，堤孝则，木岛太志，
申请(专利权)人：三菱日立电力系统株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP