燃料气化系统、其控制方法及控制程序、以及具备燃料气化系统的燃料气化复合发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种即使燃料的种类或性状发生变化，也能够抑制炭的产生量的增减，同时将燃料气化而得到可燃性气体的发热量稳定的燃料气化系统、应用于燃料气化系统的控制方法以及控制程序、以及具备燃料气化系统的燃料气化复合发电系统。燃料气化系统(12)的控制装置(26)根据与可燃性气体的发热量(SG发热量)相对应的指标，控制对气化炉(16)的燃料的供给量，并且控制对气化炉(16)的氧气的供给量，使得对气化炉(16)的氧气的供给量相对于空气的供给量的比率发生变化。
【专利说明】燃料气化系统、其控制方法及控制程序、以及具备燃料气化系统的燃料气化复合发电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种燃料气化系统、应用于燃料气化系统的控制方法以及控制程序、以及具备燃料气化系统的燃料气化复合发电系统，更详细来说，涉及一种稳定地保持通过燃料气化而产生的可燃性气体的发热量的技术。
【背景技术】
[0002]近年来,一种煤气化复合发电(IGCC:1ntegrated Gasification Combined Cycle)系统正被开发、实用化。煤气化复合发电系统与现有的燃煤火力发电相比发电效率高且作为结果非常环保。
[0003]煤气化复合发电系统由煤气化系统和燃气轮机联合循环发电(GTCC:Gas TurbineCombined Cycle)系统组合而构成。
[0004]煤气化系统具有气化炉、煤供给装置以及空气供给装置，在气化炉中，从煤供给装置供给的煤以空气供给装置所供给的空气为氧化剂进行燃烧的同时被气化。
[0005]另一方面，GTCC系统具有燃气轮机装置、蒸气轮机、废热回收锅炉以及发电机。燃气轮机装置具有燃气轮机、压缩机以及燃烧器，通过煤气化而得到的可燃性气体、以及来自压缩机的空气被供给到燃烧器。在燃烧器中通过可燃性气体的燃烧而产生的燃烧气体驱动燃气轮机之后，流入到废热回收锅炉中而产生蒸气。蒸气驱动蒸气轮机。如这样，以可燃性气体为燃料来驱动燃气轮机 以及蒸气轮机，发电机将燃气轮机以及蒸气轮机的输出变换为电力。
[0006]另外，燃气轮机装置的压缩机也具有作为煤气化系统的空气供给装置的功能。
[0007]煤气化复合发电系统通常运行为发电机的发电量保持恒定。但是，伴随着作为燃料的煤的种类、性状的变化，通过气化而得到的可燃性气体的发热量发生变化，作为结果而发电量发生了变化。因此，例如在发热量下降了的情况下，会进行对供给到气化炉的煤以及空气的供给量进行增量这样的控制。通过该控制，在增加了可燃性气体的产生量之后，增加对燃烧器的可燃性气体的供给量，由此能够防止在燃烧器中的发热量下降，因而能够防止发电量的下降。
[0008]但是，在供给到气化炉的空气的供给源是燃气轮机装置的压缩机、并对气化炉的空气的供给量进行了增量的情况下，对燃烧器的空气的供给量减少而燃气轮机的输出下降。于是，作为其结果，发电机的发电量减少。因此，在将燃气轮机装置的压缩机用作提供给气化炉的空气的供给源的煤气化复合发电系统中，在发热量下降了的情况下，难以将发电量保持恒定。
[0009]因此，在专利文献I所公开的煤气化复合系统中，在可燃性气体的发热量下降了的情况下，一边将空气的供给量保持大致恒定，一边增加煤的供给量。由此，无需使从压缩机对燃烧器的空气的供给量减少，就能够增大可燃性气体的产生量，作为结果能够将发电量保持恒定。[0010]除此以外，在气化炉具有上下2段射流床的情况下，还提案有如下这样的控制方法:在发热量下降时，为了调整发热量而使提供给上段射流床的燃料与整体燃料的比率(R/T比)发生变化。
[0011]在先技术文献
[0012]专利文献
[0013]专利文献I JP特开2010-285564号公报
【发明内容】
[0014]发明要解决的课题
[0015]在可燃性气体的发热量下降而对煤的供给量进行了增量的情况下，在气化炉中，由灰分以及固定碳构成的炭的产生量增加。炭在与气化炉相连接的炭回收装置中，被从可燃性气体中分离、回收，并被重新投入到气化炉中。在炭回收装置的容量上存在限制，另一方面若炭回收装置内的炭的量减少则会发生可燃性气体的漏气。因此，存在需要稳定地保持气化炉中的炭的产生量、炭的产生量发生增减并不可取这样的问题。
[0016]而且同样的问题在调整了 R/T比的情况下也会发生。
[0017]本发明鉴于上述问题而作，其目的在于提供一种即使燃料的种类或性状发生变化，也能够抑制炭的产生量的增减，同时将燃料气化而得到的可燃性气体的发热量稳定的燃料气化系统、应用于燃料气化系统的控制方法以及控制程序、以及具备燃料气化系统的燃料气化复合发电系 统。
[0018]解决课题的手段
[0019]为了解决上述课题，本发明采用以下的手段。
[0020]本发明提供一种燃料气化系统，其特征在于，具备:气化炉，其使燃料燃烧并气化而产生可燃性气体；空气供给装置，其向所述气化炉供给空气；空气分离装置，其将空气分离成氮气和氧气；高氧浓度氧化剂供给装置，其将由所述空气分离装置分离出的氧气供给到所述气化炉；燃料供给装置，其利用由所述空气分离装置分离出的氮气，将所述燃料供给到所述气化炉；和控制装置，其对所述空气供给装置、所述高氧浓度氧化剂供给装置以及所述燃料供给装置进行控制，所述控制装置根据与所述可燃性气体的发热量相对应的指标，控制对所述气化炉的所述燃料的供给量，并且控制对所述气化炉的氧气的供给量，使得对所述气化炉的氧气的供给量相对于空气的供给量的比率发生变化。
[0021]在该燃料气化系统中，在与通过气化而得到的可燃性气体的发热量相对应的指标发生了变化的情况下，控制对气化炉的燃料的供给量的同时控制氧气的供给量。由此，能够一边抑制对气化炉的空气的供给量的变化，一边抑制可燃性气体的发热量的变化。
[0022]因此，在将该燃料气化系统应用于燃料气体复合发电系统的情况下，即使可燃性气体的发热量发生变化，也能够抑制从燃气轮机装置的压缩机对气化炉的空气的供给量的变化。作为其结果，燃气轮机的输出稳定，发电机的发电量也稳定。因此，燃料气体复合发电系统能够稳定运打。
[0023]此外，在控制对气化炉的燃料以及氧气的供给量的情况下，与仅控制燃料的供给量的情况相比较，在气化炉中的炭的产生量稳定，炭的过剩产生或不足得到防止。因此，燃料气化系统能够稳定运行。[0024]而且，在控制燃料以及氧气的供给量的情况下，与控制燃料以及空气的供给量的情况相比较，可燃性气体的压力变动得到抑制。从这一点来看，燃料气化系统能够稳定运行。
[0025]作为优选的构成，所述控制装置根据作为所述指标的所述可燃性气体的发热量自身，对所述燃料以及所述氧气的供给量进行控制。
[0026]根据该构成，将可燃性气体的发热量作为控制对象，对燃料以及氧气的供给量进行控制，所以可燃性气体的发热量的变化可靠地得到抑制。
[0027]作为优选的构成，所述控制装置根据作为所述指标的在所述气化炉中的炭的产生量，对所述燃料以及所述氧气的供给量进行控制。
[0028]根据该构成，将炭的产生量作为控制对象，对燃料以及氧气的供给量进行控制，所以炭的产生量的变化可靠地得到抑制。
[0029]此外，本发明提供一种燃料气化系统的控制方法，该燃料气化系统具备:气化炉，其使燃料燃烧并气化而产生可燃性气体；空气供给装置，其向所述气化炉供给空气；空气分离装置，其将空气分离成氮气和氧气；高氧浓度氧化剂供给装置，其将由所述空气分离装置分离出的氧气供给到所述气化炉；和燃料供给装置，其利用由所述空气分离装置分离出的氮气，将 所述燃料供给到所述气化炉，所述控制方法的特征在于，根据与所述可燃性气体的发热量相对应的指标，控制对所述气化炉的所述燃料的供给量，并且控制对所述气化炉的氧气的供给量，使得对所述气化炉的氧气的供给量相对于空气的供给量的比率发生变化。
[0030]在该燃料气化系统的控制方法中，在与通过气化而得到的可燃性气体的发热量相对应的指标发生了变化的情况下，控制燃料的供给量的同时控制氧气的供给量。由此，能够一边抑制空气的供给量的变化，一边抑制可燃性气体的发热量的变化。
[0031]因此，在将该燃料气化系统的控制方法应用于燃料气体复合发电系统的情况下，即使可燃性气体的发热量发生变化，也能够抑制从燃气轮机装置的压缩机对气化炉的空气的供给量的变化。作为其结果，燃气轮机的输出稳定，发电机的发电量也稳定。因此，燃料气体复合发电系统能够稳定运行。
[0032]此外，在控制燃料以及氧气的供给量的情况下，与仅控制燃料的供给量的情况相比较，在气化炉中的炭的产生量稳定，炭的过剩产生或不足得到防止。因此，燃料气化系统能够稳定运行。
[0033]而且，在控制燃料以及氧气的供给量的情况下，与控制燃料以及空气的供给量的情况相比较，可燃性气体的压力变动得到抑制。从这一点来看，燃料气化系统能够稳定运行。
[0034]此外本发明提供一种燃料气化系统的控制程序，该燃料气化系统具备:气化炉，其使燃料燃烧并气化而产生可燃性气体；空气供给装置，其向所述气化炉供给空气；空气分离装置，其将空气分离成氮气和氧气；高氧浓度氧化剂供给装置，其将由所述空气分离装置分离出的氧气供给到所述气化炉；燃料供给装置，其利用由所述空气分离装置分离出的氮气，将所述燃料供给到所述气化炉；和控制装置，其对所述空气供给装置、所述高氧浓度氧化剂供给装置以及所述燃料供给装置进行控制，所述控制程序的特征在于，使所述控制装置实现如下的功能:根据与所述可燃性气体的发热量相对应的指标，控制对所述气化炉的所述燃料的供给量，并且控制对所述气化炉的氧气的供给量，使得对所述气化炉的氧气的供给量相对于空气的供给量的比率发生变化。
[0035]在该燃料气化系统的控制程序中，在与通过气化而得到的可燃性气体的发热量相对应的指标发生了变化的情况下，控制燃料的供给量的同时控制氧气的供给量。由此，能够一边抑制空气的供给量的变化，一边抑制可燃性气体的发热量的变化。
[0036]因此，在将该燃料气化系统的控制程序应用于燃料气体复合发电系统的情况下，即使可燃性气体的发热量发生变化，也能够抑制从燃气轮机装置的压缩机对气化炉的空气的供给量的变化。作为其结果，燃气轮机的输出稳定，发电机的发电量也稳定。因此，燃料气体复合发电系统能够稳定运行。
[0037]此外，在控制燃料以及氧气的供给量情况下，与仅控制燃料的供给量的情况相比较，在气化炉中的炭的产生量稳定，炭的过剩产生或不足得到防止。因此，燃料气化系统能够稳定运行。
[0038]而且，在控制燃料以及氧气的供给量的情况下，与控制燃料以及空气的供给量的情况相比较，可燃性气体的压力变动得到抑制。从这一点来看，燃料气化系统能够稳定运行。
[0039]此外本发明提供一种燃料气化复合发电系统，其特征在于，具备:气化炉，其使燃料燃烧并气化而产生可燃性气体；燃烧器，其使所述可燃性气体燃烧而产生燃烧气体；燃气轮机，其使用由所述燃烧器产生的燃烧气体来驱动；发电机，其利用所述燃气轮机的输出来发电；空气供给装置，其向所述气化炉供给空气；压缩机，其向所述燃烧器供给空气并兼作所述空气供给装置的 一部分；高氧浓度氧化剂供给装置，其包含将空气分离成氮气和氧气的空气分离装置，并将由所述空气分离装置分离出的氧气供给到所述气化炉；燃料供给装置，其利用由所述空气分离装置分离出的氮气，将所述燃料供给到所述气化炉；和控制装置，其对所述空气供给装置、所述高氧浓度氧化剂供给装置以及所述燃料供给装置进行控制，使得所述发电机的发电量接近目标值，所述控制装置根据与所述可燃性气体的发热量相对应的指标，控制对所述气化炉的所述燃料的供给量，并且控制对所述气化炉的氧气的供给量，使得对所述气化炉的氧气的供给量相对于空气的供给量的比率发生变化。
[0040]在该燃料气化复合发电系统中，在与通过气化而得到的可燃性气体的发热量相对应的指标发生了变化的情况下，控制燃料的供给量的同时控制氧气的供给量。由此，能够一边抑制空气的供给量的变化，一边抑制可燃性气体的发热量的变化。因此，即使可燃性气体的发热量发生变化，也能够抑制从空气供给装置对气化炉的空气的供给量的变化。作为其结果，从空气供给装置对燃烧器的空气的供给量的变化得到抑制，燃气轮机的输出稳定，发电机的发电量也稳定。因此，燃料气体复合发电系统能够稳定运行。
[0041]此外，在控制燃料以及氧气的供给量的情况下，与仅控制燃料的供给量的情况相比较，在气化炉中的炭的产生量稳定，炭的过剩产生或不足得到防止。因此，燃料气化复合发电系统能够稳定运行。
[0042]而且，在控制燃料以及氧气的供给量的情况下，与控制燃料以及空气的供给量的情况相比较，可燃性气体的压力变动得到抑制。从这一点来看，燃料气化复合发电系统也能够稳定运行。
[0043]发明效果[0044]根据本发明，能够提供一种即使燃料的种类或性状发生变化，也能够抑制炭的产生量的增减，同时将燃料气化而得到的可燃性气体的发热量稳定的燃料气化系统、应用于燃料气化系统的控制方法以及控制程序、以及、具备燃料气化系统的燃料气化复合发电系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]图1是表示本发明的第I实施方式所涉及的燃料气化复合发电系统整体的简要结构的图。
[0046]图2是示意性地示出图1中的控制装置的功能构成的框图。
[0047]图3是示意性地示出图2中的气化炉控制部的功能构成的框图。
[0048]图4是表 示在图3中的各模块中所执行的运算的内容的框图。
[0049]图5是表示使燃料.高氧浓度氧化剂流量指令值校正部的功能停止了的状态下的图1的燃料气化复合发电系统的动作的一个参考例的时序图。
[0050]图6是表示使燃料.高氧浓度氧化剂流量指令值校正部的功能停止了的状态下的图1的燃料气化复合发电系统的动作的其他参考例的时序图。
[0051]图7是表示燃料?高氧浓度氧化剂流量指令值校正部发挥作用的状态下的图1的燃料气化复合发电系统的动作的一例的时序图。
[0052]图8是表示示意性地示出第2实施方式所涉及的气化炉控制部的功能构成的框图。
[0053]图9是表示在图8中的各模块中所执行的运算的内容的框图。
[0054]图10是示意性地示出第3实施方式所涉及的气化炉控制部的功能构成的框图。
[0055]图11是表示在图9中的各模块中所执行的运算的内容的框图。
[0056]图12是示意性地示出第4实施方式所涉及的气化炉控制部的功能构成的框图。
[0057]图13是表示在图12中的各模块中所执行的运算的内容的框图。
【具体实施方式】
[0058]以下，使用图示的实施方式对本发明进行详细说明。其中，实施方式中所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要没有特别明确的记载，就不意味着将本发明的范围限定于此。
[0059]〔第I实施方式〕
[0060]图1示出了第I实施方式的燃料气化复合发电系统(以下，也称为IGCOlO的简要结构。另外，在燃料是煤的情况下，IGCClO是煤气化复合发电系统。
[0061]IGCClO由燃料气化系统12以及燃气轮机联合循环发电系统(以下，也称为GTCC) 14构成。燃料气化系统12将燃料气化以产生可燃性气体，GTCC14使用可燃性气体来发电。另外，在燃料是煤的情况下，燃料气化系统12是煤气化系统。
[0062]〔燃料气化系统〕
[0063]燃料气化系统12具有气化炉16、向气化炉16提供作为燃料的煤的燃料供给装置18、向气化炉16提供作为氧化剂的空气的空气供给装置20、向气化炉16作为高氧浓度氧化剂而提供氧气的高氧浓度氧化剂供给装置22、以及对在气化炉16中产生的可燃性气体进行处理的气体处理装置24。此外，燃料气化系统12具有控制装置26，控制装置26对燃料供给装置18、空气供给装置20以及高氧浓度氧化剂供给装置22进行控制。
[0064]另外，控制装置26还控制GTCC14，并控制IGCClO整体。
[0065]〔气化炉〕
[0066]气化炉16是上下2段的射流床型，具有下段射流床部(燃烧室)28以及上段射流床部(还原器)30。微粉状态的煤被供给到燃烧室28的燃烧嘴以及还原器30的燃烧嘴。对燃烧室28的燃烧嘴供给空气以及氧气，若在燃烧室28中煤进行燃烧，则在还原器30中煤进行气化而产生可燃性气体。
[0067]〔燃料供给装置〕
[0068]燃料供给装置18具有从燃烧室28以及还原器30延伸的燃料供给路32，在燃料供给路32中，沿煤的流动方向按顺序设置有燃料瓶34、燃料料斗36、燃料流量调整阀38以及分配装置40。
[0069]燃料瓶34暂时地储存从未图示的粉碎装置供给的微粉状态的煤。燃料料斗36将燃料瓶34内的煤供给到燃料供给路32的下游。
[0070]此外，燃料供给装置18具有空气分离装置(ASU:Air Separator Unit) 42，空气分离装置42将空气分离成氮气以及氧气。然后,分离出的氮气作为载气而被供给到燃料供给路32，从燃料料斗36供给的煤通过载气来输送。
[0071]燃料流量调 整阀38基于来自控制装置26的指令，对煤的流量进行调整。分配装置40以适当的分配比率将煤供给到燃烧室28以及还原器30。另外，分配比率既可以可变也可以固定。
[0072]〔空气供给装置〕
[0073]空气供给装置20具有延伸至燃烧室28的空气供给路44。由压缩机(GT空气压缩机)46升压后的空气的一部分被抽气，升压机48对来自压缩机46的抽气空气进行升压。然后，由升压机48升压后的抽气空气被送到气化炉16的燃烧室28。
[0074]另外，升压机48由电动机50来驱动，电动机50由控制装置26来控制，空气流量通过电动机旋转数或升压机48入口导向叶片来控制。
[0075]〔高氧浓度氧化剂供给装置〕
[0076]空气分离装置42兼作高氧浓度氧化剂供给装置22的一部分，高氧浓度氧化剂供给装置22具有高氧浓度氧化剂供给路47，该高氧浓度氧化剂供给路47对空气分离装置42的氧气放出口与比升压机48更靠下游的空气供给路44的部分进行连接。因此，由空气分离装置42分离出的氧气通过高氧浓度氧化剂供给路47以及空气供给路44的一部分，而供给到燃烧室28。
[0077]此外，在高氧浓度氧化剂供给路47中，设置有高氧浓度氧化剂流量调整阀51，高氧浓度氧化剂流量调整阀51由控制装置26来控制。即，对气化炉16的氧气的供给量由控制装置26来控制。
[0078]〔气体处理装置〕
[0079]气体处理装置24具有从气化炉16的上部延伸至GTCC14的可燃性气体供给路52，在可燃性气体供给路52中，沿可燃性气体的流动方向按顺序设置有热交换器(合成气冷却器)54、炭回收装置56以及气体精制装置58。[0080]在合成气冷却器54中，可燃性气体被冷却至适当的温度。此时，通过热交换而产生蒸气，所产生的蒸气被供给到GTCC14。
[0081]炭回收装置56从可燃性气体中将炭分离出来。炭回收装置56经由炭返送路60而与燃烧室28相连接，在炭返送路60中，沿炭的流动方向按顺序设置有炭瓶62以及炭料斗64。在炭返送路60中，从空气分离装置42作为载气而供给氮气，炭通过载气而输送到燃烧室28。
[0082]另外，在炭瓶62中，安装有作为与炭的产生量相对应的值而能计量炭的储存量的计量器(丽)65。计量器65例如由能检测炭的上端位置的位置传感器或储存量重量传感器构成。由计量器65测量出的炭的储存量(炭产生量)根据必要而输入到控制装置26。
[0083]气体精制装置58例如由除尘装置和脱硫装置构成，从可燃性气体中除去煤尘以及硫成分。
[0084]此外，在可燃性气体供给路52中，安装有用于检测通过燃料的气化而得到的可燃性气体(系统气体)的压力(系统气体(SG)压力)的压力计(PG) 66、以及用于检测系统气体的发热量的发热量计(HG) 68。系统气体的发热量是通过燃烧一定单位量的系统气体而产生的热量，并随着如下情形而发生变化:根据燃料的种类、性状、还有在气化炉16中的气化的条件，系统气体中的可燃性成分的种类、浓度发生变化。 [0085]在本实施方式中，作为一例，压力计66安装于在炭回收装置56与气体精制装置58之间延伸的可燃性气体供给路52的部分，发热量计68安装于比气体精制装置58更靠下游的可燃性气体供给路52的部分。
[0086]而且，在比气体精制装置58更靠下游的可燃性气体供给路52的部分，连接有分岔路70，在分岔路70中，设置有放出流量调整阀72以及地面火炬74。地面火炬74使不需要的可燃性气体燃烧，并作为无害洁净气体而放出到大气中。
[0087]〔燃气轮机联合循环发电系统〕
[0088]GTCC14具有可燃性气体流量调整阀76、燃气轮机装置78、蒸气轮机80、发电机(G) 82以及废热回收锅炉84。
[0089]可燃性气体流量调整阀76设置于可燃性气体供给路52的出口附近。可燃性气体流量调整阀76由控制装置26来控制。即控制装置26也具有控制GTCC14的功能。
[0090]〔燃气轮机装置〕
[0091]燃气轮机装置78具有压缩机46、燃烧器86、以及燃气轮机88。压缩机46是涡轮压缩机，吸入大气中的空气而向燃烧器86送出。另外如前所述，压缩机46还具有作为空气供给装置20的空气供给源的功能，兼作空气供给装置20的一部分。
[0092]可燃性气体供给路52的出口被连接至燃烧器86，并在燃烧器86中使可燃性气体进行燃烧。在燃烧器86中产生的燃烧气体驱动燃气轮机88之后，被送回到废热回收锅炉84中，然后，从废热回收锅炉84的烟筒放出。
[0093]〔蒸气轮机〕
[0094]在废热回收锅炉84以及合成气冷却器54中产生的蒸气被提供给蒸气轮机80，蒸气轮机80通过蒸气来驱动。
[0095]〔发电机〕
[0096]发电机82的旋转轴在本实施例的情况下，与燃气轮机88、压缩机46以及蒸气轮机80的旋转轴同轴地连结，发电机82将燃气轮机88以及蒸气轮机80的输出即旋转力变换为电力以进行发电。另外，发电机82的发电量(输出)的检测值被输出到控制装置26。
[0097]〔控制装置〕
[0098]以下，对控制装置26进行详细说明。
[0099]控制装置26例如由计算机构成，具有存储控制程序的存储装置、执行控制程序的运算装置、以及输入输出接口等。
[0100]另外，控制程序也可以保存在计算机可读取的记录介质中。作为记录介质，能够使用磁盘、光磁盘、⑶-ROM、DVD-ROM、以及半导体存储器等。或者控制程序也可以通过通信线路来分发到计算机中。
[0101]图2是表示控制装置26的功能构成的框图。控制装置26具有总括负载压力控制部90、燃气轮机控制部92以及气化炉控制部94。
[0102]〔总括负载压力控制部〕
[0103]总括负载压力控制部90具有发电机输出目标值设定部96、发电机输出偏差运算部98、偏差合计部100、SG压力目标值设定部102以及SG压力偏差运算部104。
[0104]发电机输出目标值设定部96例如基于由管理者通过手动而输入的负载设定值X，利用适当的函数(FX)或 图数据来设定发电机82的输出的目标值(MWD =Mega Watt Demand)。
[0105]发电机输出偏差运算部98对从发电机82输入的发电机82的输出的检测值与由发电机输出目标值设定部96设定的MWD的偏差(发电机输出偏差)进行运算。
[0106]SG压力目标值设定部102基于由发电机输出目标值设定部96设定的MWD，利用适当的函数(FX)或图数据来设定SG压力的目标值。
[0107]SG压力偏差运算部104对从压力计66输入的SG压力的检测值与由SG压力目标值设定部102设定的SG压力的目标值的偏差(SG压力偏差)进行运算(Λ )。
[0108]偏差合计部100对由发电机输出偏差运算部98运算出的发电机输出偏差与由SG压力偏差运算部104运算出的SG压力偏差的和进行运算(Σ )。
[0109]〔燃气轮机控制部〕
[0110]燃气轮机控制部92具有偏差积分部105以及SG供给量指令值设定部106，对由偏差合计部100运算出的发电机输出偏差与SG压力偏差的和持续预先设定的规定期间进行积分，并算出积分值。SG供给量指令值设定部106基于由偏差积分部105得到的积分值，利用适当的函数或图数据，来设定对燃烧器86的可燃性气体的供给量(SG供给量)的指令值。SG供给量的指令值被输入到可燃性气体流量调整阀76，可燃性气体流量调整阀76的阀开度被调整为对燃烧器86的可燃性气体的供给量接近指令值。
[0111]〔气化炉控制部〕
[0112]气化炉控制部94具有气化炉输入指令(GID)设定部108以及燃料.高氧浓度氧化剂流量指令值校正部110。气化炉控制部94基于由发电机输出目标值设定部96设定的MWD,由SG压力偏差运算部104运算出的SG压力偏差、以及从发热量计68输入的系统气体的发热量的检测值，对空气流量指令值、燃料流量指令值、以及高氧浓度氧化剂流量指令值进行运算并输出。
[0113]空气流量指令值被输入到升压机48 (电动机50)，升压机48入口导向叶片(或电动机50)的旋转速度被调整为供给到气化炉16中的空气的流量接近空气流量指令值。[0114]燃料流量指令值被输入到燃料流量调整阀38，燃料流量调整阀38的阀开度被调整为供给到气化炉16中的煤的流量接近燃料流量指令值。
[0115]高氧浓度氧化剂流量指令值被输入到高氧浓度氧化剂流量调整阀51，高氧浓度氧化剂流量调整阀51的阀开度被调整为供给到气化炉16中的氧气的流量接近高氧浓度氧化剂流量指令值。
[0116]〔 GID 设定部〕
[0117]图3进一步详细地示出气化炉控制部94的功能构成，图4示出了图3的各模块所执行的运算的内容。图4实质性地示出了气化炉控制部94所执行的控制方法或控制程序。
[0118]如图3所示，GID设定部108具有GID目标值设定部112、GID校正量设定部114、GID决定部116、空气流量指令值设定部118、燃料流量指令值设定部120以及高氧浓度氧化剂流量指令值设定部122。
[0119]若也参照图4，则GID目标值设定部112基于由发电机输出目标值设定部96设定的MWD，利用适当的函数(FX)或图数据来设定GID的目标值。另一方面，GID校正量设定部114进行P(比例)控制、PI (比例积分)控制或PID(比例积分微分)控制等补偿控制。具体来说，GID校正量设定部114基于由SG压力偏差运算部104运算出的SG压力偏差，利用适当的函数(FX)来设定GID的校正量。
[0120]然后，GID决定部116将由GID目标值设定部112设定的GID的目标值与由GID校正量设定部114设定的GID的校正量加在一起(Σ )。加在一起所得到的结果被决定为校正后的GID的目标 值。
[0121 ] 空气流量指令值设定部118基于由GID决定部116决定的校正后的GID的目标值，利用适当的函数(FX)或图数据来设定空气流量指令值。
[0122]燃料流量指令值设定部120基于由GID决定部116决定的校正后的GID的目标值，利用适当的函数(FX)或图数据来设定燃料流量指令值。
[0123]高氧浓度氧化剂流量指令值设定部122基于由GID决定部116决定的校正后的GID的目标值，利用适当的函数(FX)或图数据来设定高氧浓度氧化剂流量指令值。
[0124]〔燃料.高氧浓度氧化剂流量指令值校正部〕
[0125]燃料.高氧浓度氧化剂流量指令值校正部110具有SG发热量目标值设定部124、SG发热量偏差运算部126、校正用变量决定部128、燃料流量校正量设定部130、燃料流量指令值决定部132、高氧浓度氧化剂流量校正量设定部134、以及高氧浓度氧化剂流量指令值决定部136。
[0126]SG发热量目标值设定部124基于由发电机输出目标值设定部96设定的MWD，利用适当的函数(FX)或图数据来设定系统气体的发热量(SG发热量)的目标值。
[0127]SG发热量偏差运算部126对由SG发热量目标值设定部124设定的SG发热量的目标值与从发热量计68输入的SG发热量的检测值的偏差(SG发热量偏差)进行运算(Λ )。
[0128]校正用变量决定部128进行P控制、PI控制或PID控制等补偿控制。具体来说，校正用变量决定部128基于由SG发热量偏差运算部126运算出的SG发热量偏差，利用预先设定的适当的函数(FX)来设定校正用变量。
[0129]燃料流量校正量设定部130基于由校正用变量决定部128决定的校正用变量，利用适当的函数(FX)或图数据来设定燃料流量的校正量。然后，燃料流量指令值决定部132将由燃料流量指令值设定部120设定的燃料流量指令值与由燃料流量校正量设定部130设定的燃料流量的校正量加在一起(Σ)。加在一起所得到的结果被决定为校正后的燃料流量指令值。
[0130]高氧浓度氧化剂流量校正量设定部134基于由校正用变量决定部128决定的校正用变量，利用适当的函数(FX)或图数据来设定高氧浓度氧化剂流量的校正量。然后，高氧浓度氧化剂流量指令值决定部136将由高氧浓度氧化剂流量指令值设定部122设定的高氧浓度氧化剂流量指令值与由高氧浓度氧化剂流量校正量设定部134设定的高氧浓度氧化剂流量的校正量加在一起(Σ )。加在一起所得到的结果被决定为校正后的高氧浓度氧化剂流量指令值。
[0131]如这样，对于 燃料流量指令值以及高氧浓度氧化剂流量指令值，输出校正后的燃料流量指令值以及高氧浓度氧化剂流量指令值，而对于空气流量指令值，维持不变地输出由空气流量指令值设定部118设定的空气流量指令值。
[0132]〔动作〕
[0133]以下，对上述第I实施方式的IGCClO的动作、换言之、IGCClO的控制方法进行说明。另外，该动作按照安装在控制装置26中的IGCClO的控制程序通过控制装置26控制IGCClO来实现。
[0134]图5、图6以及图7是示意性地示出表示IGCClO的运行状态的参数的时间变化的时序图，纵轴以任意尺度来表示各参数的大小，横轴表示时间。然后，在图5、图6以及图7中的任意一者的情况下，负载设定值X都从时刻to开始始终恒定，因此，发电机输出目标值以及SG压力目标值也恒定。
[0135]其中，图5以及图6为了明确燃料.高氧浓度氧化剂流量指令值校正部110的功能，作为参考例而示出了使燃料.高氧浓度氧化剂流量指令值校正部110的功能停止后的情况下的IGCCio的动作。因此在图5以及图6的情况下，由燃料流量指令值设定部120设定的燃料流量指令值以及由高氧浓度氧化剂流量指令值设定部122设定的高氧浓度氧化剂流量指令值保持不变地从控制装置26输出。
[0136]〔图5的情况(参考例)〕
[0137](I)从时刻t0到时刻11
[0138]IGCClO除了燃料.高氧浓度氧化剂流量指令值校正部110的功能停止以外，处于正常的运行状态。
[0139](2)从时刻tl到时刻t3
[0140]由于某些原因或干扰、例如煤的性状的变化，发热量计68所检测出的可燃性气体(系统气体)的发热量(SG发热量)正在徐徐下降。
[0141]在该情况下，从燃烧器86供给到燃气轮机88的热量减少，发电机输出检测值减少。因此，发电机输出偏差增大，SG供给量指令值被增大。由此，可燃性气体流量调整阀76的阀开度被增大，对燃烧器86的可燃性气体的供给量被增量。作为其结果，压力计66所检测出的系统气体的压力(SG压力)徐徐下降。
[0142]若SG压力检测值减少，则SG压力偏差增大，GID校正量被增大，校正后的GID目标值增大。由此，空气流量指令值、燃料流量指令值、以及高氧浓度氧化剂流量指令值被增大，空气流量、燃料供给量以及氧气流量(高浓度氧化剂流量)徐徐增加。[0143]作为其结果，SG发热量、SG压力以及发电机输出的恢复受到期待，但在图5的情况下，SG发热量、SG压力以及发电机输出的减少并不停止。另一方面，由于空气流量、燃料供给量以及氧气流量增加了，炭产生量徐徐增加。
[0144](3)时刻t3以后
[0145]在图5的情况下，尽管空气流量、煤供给量以及氧气流量已增加，但时刻t3以后SG发热量、SG压力以及发电机输出仍然徐徐减少。
[0146]另一方面，在GID目标值中存在预先设定的上限，在时刻t3，校正后的GID目标值达到了上限。因此，时刻t3以后，空气流量、燃料供给量以及氧气流量不再增加而达到饱和。
[0147]另外，炭产生量直到时刻t4为止徐徐增加，时刻t4以后也达到饱和。
[0148]〔图6的情况(参考例)〕
[0149]在图6的情况下，也从时刻tl开始SG发热量、SG压力以及发电机输出下降。与图5的情况不同的是在图6的情况下，空气流量、燃料供给量以及氧气流量的增加奏效，时刻t2以后，SG发热量变为恒定，并且SG压力以及发电机输出恢复。即，图6示出了与图5的情况相比干扰小的情 况。
[0150]另外，在燃料?高氧浓度氧化剂流量指令值校正部110的功能停止的情况下，控制对象是发电机输出以及SG压力。因此，只要在时刻t3发电机输出以及SG压力达到各自的目标值，即使SG发热量没有恢复，最终也达成了目标。
[0151]〔图7的情况〕
[0152](I)从时刻t0到时刻11
[0153]对于IGCC10，燃料.高氧浓度氧化剂流量指令值校正部110也正在发挥作用，IGCClO处于正常的运行状态。
[0154](2)从时刻tl到时刻t2
[0155]由于某些原因，从时刻tl开始，SG发热量的徐徐减少，随之，与图5的情况同样地，发电机输出以及SG压力不断下降。
[0156]若SG压力检测值减少，则SG压力偏差增大，GID校正量被增大，校正后的GID目标值增大。由此，空气流量指令值、燃料流量指令值、以及高氧浓度氧化剂流量指令值被增大。
[0157]而且，在燃料.高氧浓度氧化剂流量指令值校正部110发挥作用的情况下，若SG发热量的检测值减少，则SG发热量的偏差增加，燃料流量的校正量以及高氧浓度氧化剂流量的校正量增加。因此，由燃料流量指令值决定部132决定的校正后的燃料流量指令值与燃料.高氧浓度氧化剂流量指令值校正部110并未作用的情况相比变大。同样地，由高氧浓度氧化剂流量指令值决定部136决定的校正后的高氧浓度氧化剂流量指令值与燃料?高氧浓度氧化剂流量指令值校正部110并未作用的情况相比变大。
[0158]因此，在图7的情况下，与图5以及图6的情况相比，从时刻tl到时刻t2之间的燃料供给量以及高氧浓度氧化剂流量的增加量变大。即，在燃料.高氧浓度氧化剂流量指令值校正部110发挥作用的情况下，燃料供给量以及高氧浓度氧化剂流量迅速增加。
[0159](3)从时刻t2到时刻t3
[0160]作为从时刻tl到时刻t2之间的燃料供给量以及高氧浓度氧化剂流量的增加量大的结果，SG发热量、SG压力以及发电机输出不断上升。另外，根据对气化炉16的燃料的供给量与高氧浓度氧化剂的供给量的比率，能够预测在气化炉16中的碳燃料的气化所产生的气体量与固定碳的气化所产生的气体量的比率。因此，校正用变量决定部128、燃料流量校正量设定部130以及高氧浓度氧化剂流量校正量设定部134决定燃料流量的校正量以及高氧浓度氧化剂流量的校正量以使得该比率成为最佳，其结果，能够使SG发热量高效率地增加。
[0161](4)时刻t3以后
[0162]若SG发热量高效率地增加并在SG发热量的上升中发电机输出检测值达到发电机输出目标值，则发电机输出偏差减少，SG供给量指令值被减少。由此，可燃性气体流量调整阀76的阀开度被减少，对燃烧器86的可燃性气体的供给量被减量。作为其结果，由压力计66检测出的系统气体的压力(SG压力)增加。
[0163]若SG压力检测值增加而超过SG压力目标值，则SG压力偏差向与时刻t2的情况相反的方向增加。因此，在时刻t4，GID目标值沿减少方向被校正，之后SG压力检测值逐渐接近SG压力目标值。
[0164]如上所述，根据上述第I实施方式的IGCC10、IGCClO的控制方法、以及IGCClO的控制程序，在SG发热量的检测值发生了变化的情况下，控制对气化炉16的燃料的供给量的同时控制氧气的供给量，使得氧气的供给量相对于空气的供给量的比率发生变化。由此，对气化炉16的空气的供给量的变化得到抑制的同时，SG发热量的变化也得到抑制。因此，SP使SG发热量发生变化，也能够抑制从空气供给装置20对气化炉16的空气的供给量的变化。 [0165]作为其结果，从兼作空气供给装置20的一部分的压缩机46对燃烧器86的空气的供给量的变化得到抑制，燃气轮机88的输出稳定，发电机82的发电量也稳定。因此，IGCClO能够稳定运行。
[0166]此外，在为了抑制SG发热量的变化而控制燃料以及氧气的供给量的情况下，与仅控制燃料的供给量的情况相比较，在气化炉16中的炭的产生量稳定，炭的过剩产生或不足得到防止。因此，IGCClO能够稳定运行。
[0167]而且，在控制燃料以及氧气的供给量的情况下，与控制燃料以及空气的供给量的情况相比较，IGCClO中的系统气体的压力变动得到抑制。从这一点来看，IGCClO能够稳定运行。
[0168]另一方面，SG发热量检测值与发电机输出目标值(MWD)以及GID目标值中的每一个都相关，发电机输出目标值经由SG发热量检测值而与GID目标值相关。因此，只要发电机输出目标值以及SG发热量检测值被提供出来，就能够决定适当的GID目标值。若从这样的观点来看，在IGCClO中，虽然GID目标值自身并非基于SG发热量检测值来设定，但燃料流量指令值以及高氧浓度氧化剂流量指令值基于SG发热量检测值而被校正。因此，即使在GID目标值设定部112中用于GID目标值的设定的函数或图数据与现状并不相符而未能适当地设定GID目标值，但从结果来看，燃料流量指令值以及高氧浓度氧化剂流量指令值被适当地决定，IGCClO能够稳定运行。
[0169]另外，对于IGCClO的控制方法以及IGCClO的控制程序，能够将这些中的一部分作为燃料气化系统12的控制方法以及控制程序来使用。[0170]〔第2实施方式〕
[0171]以下，对第2实施方式进行说明。
[0172]第2实施方式如图8以及图9所示，控制装置26中的气化炉控制部94的构成与第I实施方式不同。
[0173]具体来说，首先，取代SG发热量检测值而从计量器65将炭产生量的检测值输入到气化炉控制部94。然后，燃料?高氧浓度氧化剂流量指令值校正部110取代SG发热量目标值设定部124以及SG发热量偏差运算部126而具有炭产生量目标值设定部138以及炭产生量偏差运算部140。
[0174]炭产生量目标值设定部138基于由GID决定部决定的校正后的GID校正量目标值，利用适当的函数(FX)或图数据来设定炭产生量的目标值。
[0175]然后，炭产生量偏差运算部140对炭产生量的目标值与检测值的偏差(炭产生量偏差)进行运算，校正用变量决定部142取代SG发热量偏差而基于炭产生量偏差，进行P控制、PI控制或PID控制等补偿控制。具体来说，校正用变量决定部142利用预先设定的适当的函数(FX)来决定校正用变量。
[0176]即，在第I实施方式中，作为与系统气体的发热量相对应的指标而使用了 SG发热量，但在第2实施方式中，使用了炭产生量。
[0177]第2实施方式也与第I实施方式起到同样的效果。这是因为，通过基于炭的产生量对燃料流量指令值以及高氧浓度氧化剂流量指令值进行校正，可以稳定地控制炭的产生量，作为其结果，可以与第I实施方式的情况同样地适当地维持SG发热量。
[0178]〔第3实施方式〕
[0179]以下，对第3实施方式进行说明。
[0180]第3实施方式如图10以及图11所示，控制装置26中的气化炉控制部94的构成与第I实施方式不同。
[0181]具体来说，第3实施方式的气化炉控制部94还具有燃料流量追加校正量设定部
144、燃料流量校正量决定部146、高氧浓度氧化剂流量追加校正量设定部148、以及高氧浓度氧化剂流量校正量决定部150。
[0182]燃料流量追加校正量设定部144进行先行控制。具体来说，燃料流量追加校正量设定部144基于由GID目标值设定部112设定的GID目标值，利用适当的函数(FX)来设定燃料流量的追加校正量。优选为燃料流量追加校正量设定部144所利用的函数包含GID目标值的时间微分值。
[0183]燃料流量校正量决定部146将由燃料流量校正量设定部130设定的校正量与由燃料流量追加校正量设定部144设定的追加校正量加在一起，并将所得到的值决定为最终校正量。然后，燃料流量指令值决定部132通过将由燃料流量指令值设定部120设定的燃料流量指令值与由燃料流量校正量决定部146决定的校正量加在一起，来决定校正后的燃料流量指令值。
[0184] 同样地，高氧浓度氧化剂流量追加校正量设定部148进行先行控制。具体来说，高氧浓度氧化剂流量追加校正量设定部148基于由GID目标值设定部112设定的GID目标值，利用适当的函数(FX)来设定高氧浓度氧化剂流量的追加校正量。优选为高氧浓度氧化剂流量追加校正量设定部148所利用的函数包含GID目标值的时间微分值。[0185]高氧浓度氧化剂流量校正量决定部150将由高氧浓度氧化剂流量校正量设定部134设定的校正量与由高氧浓度氧化剂流量追加校正量设定部148设定的追加校正量加在一起，并将所得到的值决定为最终校正量。然后，高氧浓度氧化剂流量指令值决定部136通过将由高氧浓度氧化剂流量指令值设定部122设定的高氧浓度氧化剂流量指令值与由高氧浓度氧化剂流量校正量决定部150决定的校正量加在一起，来决定校正后的高氧浓度氧化剂流量指令值。
[0186]第3实施方式也与第I实施方式起到同样的效果。
[0187]而且，在第3实施方式的气化炉控制部94中，通过还考虑追加校正量来校正燃料流量指令值以及高氧浓度氧化剂流量指令值，附加了前馈控制的功能。然后特别是，在调整了高氧浓度氧化剂的流量的情况下，燃料气化系统12的响应较快。因此，在负载设定值X的变动时，SG发热量迅速地收敛于合适值。
[0188]〔第4实施方式〕
[0189]以下，对第4实施方式进行说明。
[0190]如图12以及图13所示，第4实施方式和第2实施方式的不同点与第3实施方式和第I实施方式的不同点相同。
[0191]因此，虽然省略第4实施方式和第2实施方式的不同点的说明，但第4实施方式也与第2实施方式起到同样的效果。
[0192]而且，在 第4实施方式的气化炉控制部94中，通过还考虑追加校正量来校正燃料流量指令值以及高氧浓度氧化剂流量指令值，附加了前馈控制的功能。因此，在负载设定值X的变动时，炭产生量以及SG发热量迅速地收敛于合适值。
[0193]本发明并非限于上述的第I至第4实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行适当变更。
[0194]例如，作为燃料气化系统12的燃料而并非限定于煤，能够使用煤、生物质以及石油残渣油等碳氢起源燃料。
[0195]然后，作为与可燃性气体的发热量相对应的指标，在第I实施方式中由发热量计68对发热量本身进行了检测，在第2实施方式中对炭产生量进行了检测，但也可以使用其他指标。例如，也可以将发电机82的输出以及可燃性气体的供给量的组合作为指标来使用。发电机82的输出以及可燃性气体的供给量的组合与可燃性气体的发热量相关。
[0196]此外，燃料气化系统12除了用于发电以外，还可以作为用于生成所希望的组成的气体的气体生成系统来使用。
[0197]而且，对于由空气分离装置42分离出的氧气，纯度无需为100%，也可以含有氮气、二氧化碳气体。
【权利要求】
1.一种燃料气化系统，其特征在于，具备: 气化炉，其使燃料燃烧并气化而产生可燃性气体； 空气供给装置，其向所述气化炉供给空气； 高氧浓度氧化剂供给装置，其包含将空气分离成氮气和氧气的空气分离装置，并将由所述空气分离装置分离出的氧气供给到所述气化炉； 燃料供给装置，其利用由所述空气分离装置分离出的氮气，将所述燃料供给到所述气化炉；和 控制装置，其对所述空气供给装置、所述高氧浓度氧化剂供给装置以及所述燃料供给装置进行控制， 所述控制装置根据与所述可燃性气体的发热量相对应的指标，控制对所述气化炉的所述燃料的供给量，并且控制对所述气化炉的氧气的供给量，使得对所述气化炉的氧气的供给量相对于空气的供给量的比率发生变化。
2.根据权利要求1所述的燃料气化系统，其特征在于， 所述控制装置根据作为所述指标的所述可燃性气体的发热量自身，对所述燃料以及所述氧气的供给量进行控制。
3.根据权利要 求1所述的燃料气化系统，其特征在于， 所述控制装置根据作为所述指标的在所述气化炉中的炭的产生量，对所述燃料以及所述氧气的供给量进行控制。
4.一种燃料气化系统的控制方法，该燃料气化系统具备: 气化炉，其使燃料燃烧并气化而产生可燃性气体； 空气供给装置，其向所述气化炉供给空气； 空气分离装置，其将空气分离成氮气和氧气； 高氧浓度氧化剂供给装置，其将由所述空气分离装置分离出的氧气供给到所述气化炉；和 燃料供给装置，其利用由所述空气分离装置分离出的氮气，将所述燃料供给到所述气化炉， 所述控制方法的特征在于，根据与所述可燃性气体的发热量相对应的指标，控制对所述气化炉的所述燃料的供给量，并且控制对所述气化炉的氧气的供给量，使得对所述气化炉的氧气的供给量相对于空气的供给量的比率发生变化。
5.一种燃料气化系统的控制程序，该燃料气化系统具备: 气化炉，其使燃料燃烧并气化而产生可燃性气体； 空气供给装置，其向所述气化炉供给空气； 空气分离装置，其将空气分离成氮气和氧气； 高氧浓度氧化剂供给装置，其将由所述空气分离装置分离出的氧气供给到所述气化炉； 燃料供给装置，其利用由所述空气分离装置分离出的氮气，将所述燃料供给到所述气化炉；和 控制装置，其对所述空气供给装置、所述高氧浓度氧化剂供给装置以及所述燃料供给装置进行控制，所述控制程序的特征在于，使所述控制装置实现如下的功能:根据与所述可燃性气体的发热量相对应的指标，控制对所述气化炉的所述燃料的供给量，并且控制对所述气化炉的氧气的供给量，使得对所述气化炉的氧气的供给量相对于空气的供给量的比率发生变化。
6.一种燃料气化复合发电系统，其特征在于，具备: 气化炉，其使燃料燃烧并气化而产生可燃性气体； 燃烧器，其使所述可燃性气体燃烧而产生燃烧气体； 燃气轮机，其使用由所述燃烧器产生的燃烧气体而被驱动； 发电机，其利用所述燃气轮机的输出来发电； 空气供给装置，其向所述气化炉供给空气； 压缩机，其向所述燃烧器供给空气并兼作所述空气供给装置的一部分； 高氧浓度氧化剂供给装置，其包含将空气分离成氮气和氧气的空气分离装置，并将由所述空气分离装置分离出的氧气供给到所述气化炉； 燃料供给装置，其利用由所述空气分离装置分离出的氮气，将所述燃料供给到所述气化炉；和 控制装置，其对所述空气供给装置、所述高氧浓度氧化剂供给装置以及所述燃料供给装置进行控制，使得所述发电机的发电量接近目标值， 所述控制装置根据与所述可燃性气体的发热量相对应的指标，控制对所述气化炉的所述燃料的供给量，并且控制对所述气化炉的氧气的供给量，使得对所述气化炉的氧气的供给量相对于空气的供给量的比率发生变化。
【文档编号】C10J3/48GK104011183SQ201280059718
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年11月26日 优先权日:2011年12月6日
【发明者】堤孝则, 石井弘实, 藤井贵, 小山智规 申请人:三菱重工业株式会社