燃气轮机发电系统及其热量异常检测方法

专利名称：燃气轮机发电系统及其热量异常检测方法
技术领域：
本发明涉及燃气轮机发电系统及其热量异常检测方法。
背景技术：
目前，煤气化炉及燃气轮机设备和蒸汽轮机设备组合成的整体煤气化联
合循环(IGCC; Integrated Gasification Combined Cycle )已众所周知的(例如， 参照专利文件1)。
在这种IGCC中，煤气化炉和燃气轮机通过燃气精炼设备直接连接在一 起。因而，因为从煤气化炉产生的生成气体直接成为燃气轮机的燃料，所以 当煤气化炉生成的燃烧气体发生热量变化时，直接表现为燃气轮机的输出变化。
专利文件1:(曰本)特开平6-288262号公报
另外，当伴生气体作为燃气轮机的燃料投入时，预先设置热量计，基于 该热量计的检测值求出热量的变化幅度，由此可以检测出热量的异常。 但是，热量计等计量器具因为价格高而阻碍低成本化。

发明内容
本发明是为解决上述问题而作出的，其目的是提供一种煤气化复合发电 系统及其热量异常检测方法，不使用热量计等计量器具而能运用已设的计量 值来^r测热量的变化。
为了解决上述问题，本发明采用了以下手段。
本发明的第 一 实施方式是一种燃气轮机发电系统的热量异常检测方法。 其特征在于，包括燃烧气体的目标热量中，由向燃气轮机的燃烧装置的燃 料投入量和燃气轮机的发电输出之间的关系，即、燃料投入特性，设定相对 于所述燃料投入量的燃气轮机的发电输出的容许变化范围，或，设定相对于 所述燃气轮机的发电输出的所述燃料投入量的容许变化范围的过程；实际的燃料"t殳入量或实际的燃气轮机的发电输出偏离所述容许变化范围时，检测热 量异常的过程。
在燃气轮机发电系统中，当燃烧气体热量为一定时，燃气轮机的发电输 出和向燃气轮机的燃烧装置中投入的燃料流量之间具有规定的关系。因此，
运用该关系，设定相对于燃气轮机的发电输出的燃料流量的容许变化范围， 或，相对于燃料流量的燃气轮机的发电输出的容许变化范围，通过判断实际 的燃料投入量或实际的燃气轮机的发电输出是否偏离该容许变化范围，使检 测热量异常成为可能。
通过这种方法，因为使用用于已设的系统上的计量值等检测热量异常， 所以不必使用热量计等计量器具，使通过简单的结构检测热量的异常成为可 能。
在上述燃气轮机发电系统的热量异常检测方法中，可以为在检测所述 热量异常的过程中，在实际的所述燃料投入量不足所述容许变化范围的下限 值时，或在实际的所述燃气轮机的发电输出超出所述容许变化范围的上限值 时，检测为高热量异常；在实际的所述燃料投入量超出所述容许变化范围的
限值时，检测为低热量异常。
这样，根据实际的燃料投入量或燃气轮机的发电输出是否低于容许变化 范围的下限值或超出上限值来检测低热量异常、高热量异常。因此，能把握 热量异常的详细情况。
在上述燃气轮机发电系统的热量异常检测方法中，可以具有当检测出热 量异常时，告知这一情况的过程。
本发明的第二实施方式是一种煤气化复合发电系统的热量异常检测方 法。其特征在于，包括，由向煤气化炉中投入的炭、空气、煤及氧气中的至 少任一种的冲殳入量和燃气轮机的发电输出的之间关系，设定相对于所述投入 量的燃气轮机的发电输出的容许变化范围，或设定相对于所述燃气轮机的发 电输出的所述投入量的容许变化范围的过程；实际的招人量或实际的燃气轮 机的发电输出偏离所述容许变化范围时，检测为热量异常的过程。
在IGCC的煤气化炉中，为了使燃烧气体的热量成为目标热量，向燃气 化炉中投入的炭、空气、煤及氧气的流量分别被反馈控制。这样，假设生成 的燃烧气体的热量是目标热量，向煤气化炉中投入的炭、空气、煤及氧气的流量和燃气轮机的发电输出之间具有规定的关系。因此，通过^^测至少一种 成分的流量和燃气轮机的发电输出的之间关系(平衡)破坏的情况，使容易 地检测出燃烧气体的热量的异常成为可能。而且，这样，因为运用在已有的
IGCC上使用的计量值等检测热量的异常，所以不必使用热量计等计量器具
而通过运算使容易地检测出燃烧气体的热量的异常成为可能。
本发明的第三实施方式是一种煤气化复合发电系统的热量异常检测方 法。其特征在于，在向煤气化炉中投入的炭、空气、煤及氧气中，对于至少 任一种，算出其目标投入量和实际投入量之间的偏差。如果该偏差在预先设 定的容许变化范围之外时，检测为热量的异常。
在IGCC中，为了使煤气化炉的燃烧气体的热量成为目标热量，反馈控 制煤、氧气、炭、空气的投入量。这时，实际投入的煤、氧气、炭、空气的 流量相对于各自的目标投入量偏离规定值以上时，燃烧气体的热量变化。
因此，求出相对于至少任一种变化成份的目标流量和实际流量之间的偏 差，通过判断该偏差是否在预先设定的适应性范围之外使容易地检测热量异 常成为可能。
此时，因为是使用在已有的IGCC中使用的计量值等检测热量异常，所 以使不用热量计等计量器具而通过运算容易地检测出燃烧气体的热量的异 常成为可能。
在上述煤气化复合发电系统的热量异常检测方法中，可以具有当检测到 热量异常时，告知这一情况的过程。
本发明的第四实施方式是一种燃气轮机发电系统，其特征在于，包括热 量异常检测装置，在燃烧气体的目标热量中，由向燃气轮机的燃烧装置的燃 料投入量和燃气轮机的发电输出之间的关系、即燃料投入特性，设定相对于 所述燃料投入量的燃气轮机的发电输出的容许变化范围，或设定相对于所述 燃气轮机的发电输出的所述燃料投入量的容许变化范围，当实际的燃料投入 量或实际的燃气轮机的发电输出在所述容许变化范围之外时，该热量异常检 测装置检测为热量异常。
本发明的第五实施方式是一种煤气化复合发电系统。其特征在于，包括 热量异常检测装置，由向煤气化炉中投入的炭、空气、煤及氧气中的至少任 一种的投入量和燃气轮机的发电输出之间的关系，设定相对于所述投入量的 燃气轮机的发电输出的容许变化范围，或设定相对于所述燃气轮机的发电输出的所述投入量的容许变化范围，当实际的投入量或实际的燃气轮机的发电 输出在所述容许变化范围之外时，该热量异常检测装置4企测为热量异常。
本发明的第六实施方式是一种煤气化复合发电系统。其特征在于，包括 热量异常检测装置，对于向煤气化炉中投入的炭、空气、煤及氧气中的至少 任一种，算出其目标投入量和实际的投入量之间的偏差，当该偏差在预先设 定的容许变化范围之外时，该热量异常检测装置检测为热量异常。
并且，上述实施方式可以在可能的范围内组合利用。
通过本发明可以达到不使用热量计等计量器具而使用已设的计量值检 测热量的变化的效果。


图1是表示本发明第一实施例的IGCC的整体简略结构图。
图2是对于图1显示的燃气轮机设备中的燃烧量控制进行说明的说明图。
图3是表示燃烧气体的热量作为目标热量时的燃气轮机的发电输出和 燃料流量控制信号之间关系的图。
图4是表示关于本发明第一实施例的热量异常^r测装置的一种结构例 的框图。
图5是表示燃烧气体的热量作为目标热量时的炭的投入量和燃气轮机 的发电输出之间关系的图。
图6是基于炭^t殳入量的检测热量异常时的热量异常检测装置的一种结 构例的框图。
图7是表示燃烧气体的热量作为目标热量时的煤投入量和空气流量之 间关系的图。
图8是基于空气比例检测热量异常时的热量异常检测装置的一种结构 例的框图。
图9是表示燃烧气体的热量作为目标热量时的空气流量和煤投入量之 间关系的图。
图10是基于空气比例检测热量异常时的热量异常检测装置的一种结构
例的框图。
图11是表示基于煤投入量和目标煤投入量之间的偏差来检测热量异常时的热量异常检测装置的一种结构例的框图。
图12是表示基于实际的空气流量和目标空气流量之间的偏差来检测热 量异常时的热量异常检测装置的 一种结构例的框图。
图13是表示基于实际的氧气流量和目标氧气流量之间的偏差来检测热 量异常时的热量异常检测装置的 一种结构例的框图。
图14是表示基于实际的炭投入量和目标炭投入量之间的偏差来检测热
量异常时的热量异常检测装置的 一种结构例的框图。
图15是表示图4显示的热量异常检测装置的其他结构例的框图。 符号说明
1煤气化复合发电系统
3煤气化炉
5燃气轮机设备
5a燃烧装置
5b燃气轮机
20炭回收装置
50燃料流量控制装置
61调节阀
62流量计量器
G发电机
具体实施方式
〔第一实施例〕
下面，参照图1对本发明的第一实施例的煤气化复合发电系统进行说明。
如图1所示，本实施例的以煤为燃料的煤气化复合发电系统(IGCC; Integrated Coal Gasification Combined Cycle ) 1主要包括煤气化炉3、燃气 轮机设备5、蒸汽轮机设备7、废热回收锅炉(HRSG) 30。
在煤气化炉3的上游侧，设置有向煤气化炉3供给微炭粉的煤供给设备 10。该煤供给设备10包括将原料煤粉碎为数到数百的微炭粉的粉碎 机(未图示)。由该粉碎机粉碎的微炭粉储存在数个料斗11中。各料斗11中储存的微炭粉和从空气分离设备15以规定流量供给的氮一
起传送至煤气化炉3。
煤气化炉3具有形成为使燃烧气体从下方向上方流动的煤气化部3a、 和连接在煤气化部3a的下游一侧、形成为使燃烧气体从上方向下方流动的 热交换部3b。
在煤气化部3a上，从下方设置了燃烧室13及减压室(y夕、'夕夕)14。 燃烧室13使微炭粉及炭的一部分燃烧、剩余部分是通过加热分解作为挥发 成分(CO、 H2、低级炭氢化合物)放出的部分。燃烧室13上采用了喷流床。 但是，流动式床或固定式床也可以。
在燃烧室13及减压室14上各自设置有燃烧室燃烧器13a及减压室燃烧 器Ma。煤炭供给设备10向该燃烧器13a、 14a供给微炭粉。
在燃烧器13a中，作为气化剂供给来自空气升压机17的空气和在空气 分离装置15中分离的氧气。这样，向燃烧器13a供给调整了氧气浓度的空
对于减压室14，通过来自燃烧室13的高温燃烧气体微炭粉被气化。因 此，由煤炭生成CO、 H2等作为气体燃料的可燃性气体。煤气化反应是微炭 粉及炭中的炭和高温气体中的C02及H20反应生成CO和H2的吸热反应。
在煤气化炉3的热交换部3b上设置有多个热交换器(图上未示)，从 减压室14导入的燃烧气体得到显热而产生蒸汽。热交换器中产生的蒸汽主 要作为蒸汽轮机7b的驱动用蒸汽而使用。通过热交换部3b的燃烧气体导入 炭回收装置20。该炭回收装置20具有多孔滤网。通过使燃烧气体通过多孔 滤网捕捉混杂在燃烧气体中的炭并进行回收。被捕捉的炭形成堆积在多孔滤 网中的炭层。在炭层上，燃烧气体中包含的Na成分及K成分凝结，最终在 炭回收装置中Na成分和K成分也被除去。
这样被回收的炭和在空气分离装置15中被分离的氮一起被运回至煤气 化炉3的燃烧室燃烧器13a并进行再循环。另外，和炭一起被运送至燃烧室 燃烧器13a的Na成分及K成分最终与熔化的微炭粉的灰一起从煤气化部3a 的下方排出。熔化排出的灰遇水骤冷，成为破碎玻璃状的矿渣。在从空气分 离装置15中输出的氮的移送配管上，配置有调节向燃烧装置燃烧器13a供 给的氮的量的调节阀61。而且，在炭的移送配管上，配置有检测炭的流量的 流量计量器62。
9通过了炭回收装置20的燃烧气体作为燃烧气体通过进行脱尘/脱硫的设
备燃气精炼设备24，向燃气轮机设备5的燃烧装置5a运送。
燃气轮机设备5包括使气化燃料燃烧的燃烧装置5a、由燃烧气体驱动的
燃气轮机5b、向燃烧装置5a输送高压空气的涡轮压缩机5c。燃气轮机5b
和涡轮压缩机5c通过同一旋转轴5d连接。涡轮压缩机5c中的压缩空气除
了导入燃烧装置5a之外，也导入空气升压机17。
通过了蒸汽轮机5b的燃烧废气(排力'、7 )被导入废热(排熱)回收锅炉。
蒸汽轮机设备7的蒸汽轮机7b与燃气轮机设备5连接在同一旋转轴5b 上，形成所谓一轴式混合系统。由煤气化炉3及废热回收锅炉30向蒸汽轮 机7b供给高压蒸汽。另外，不限于一轴式混合系统，分轴式的混合系统也 可以。
从由燃气轮机5b及蒸汽轮机7b驱动的旋转轴5d输出电的发电机G隔 着蒸汽轮机设备7、配置于燃气轮机设备5的相反一侧。另外，关于发电机 的配置位置，不限于该位置，能从旋转轴5d得到电输出的位置均可。
废热回收锅炉30中，通过来自燃气轮机5b燃烧废废气产生蒸汽，同时， 从烟囱35将燃烧废废气排入大气。
其次，说明上述结构的煤气化复合发电系统1的动作。
由粉碎机(未图示)粉碎原料炭之后，将其导入料斗11进行储存。料 斗11中储存的微炭粉和在空气分离装置15中分离的氮一起供给至减压室燃 烧器14a及燃烧室燃烧器13a。而且，向燃烧装置燃烧器13a供给的不只是 微炭粉，也供给炭回收装置20中回收的炭。
作为燃烧室燃烧器13a的燃烧用气体，使用如下所述的空气，即将由燃 气轮机设备5的涡轮压缩机5c抽气的压缩空气，通过空气升压机17进一步 升压，在该升压后的压缩空气中，添加在空气分离机15中分离的氧气。在 燃烧室13中，微炭粉及炭通过燃烧用空气而部分燃烧，残留部分热分解为 挥发部分(CO、 H2、低级碳炭氢化合物)。
在减压室14中，由减压室燃烧器14a供给的微炭粉及在燃烧室13内放 出挥发成分的炭通过从燃烧室13上升来的高温气体而气化，生成CO、 H2 等可燃性气体。通过了减压室14的气体边通过煤气化炉3的热交换部3b边将其显热施
与各热交换装置，产生蒸汽。在热交换部3b产生的蒸汽主要用于蒸汽轮机 7b的驱动。
通过了热交换部3b的气体被导入炭回收装置20,炭被回收。气体中的 Na成分及K成分被在此凝结的炭所吸收。包含回收的Na成分及K成分的 炭被送至煤气化炉3。
通过了炭回收装置20的燃烧气体被导入燃气轮机设备5的燃烧装置5a， 与从涡轮压缩机5c供给的压缩空气一起燃烧。通过该燃烧气体使燃气轮机 5b旋转、驱动旋转轴5b。
通过了燃气轮机5b的燃烧废气被导入废热回收锅炉30。通过利用该燃 烧废废气的显热而产生蒸汽。在废热回收锅炉30中产生的蒸汽主要用于蒸 汽轮机7b的驱动。
而被旋转，和燃气轮机设备5驱动同一旋转轴5b。旋转轴5b的旋转力通过 发电机G转换为电输出。
其次，参照图2说明上述IGCC中燃气轮机设备的一般的燃料流量控制。
如图2所示，在向燃烧装置5a供给燃烧气体的燃料配管上，配置有调 整燃料流量的燃料流量调整阀40。燃料流量控制装置50控制该燃料流量控 制阀40的开度。在向涡轮压缩机5c供给空气的空气配管上设置有调整空气 流量的空气流量调节阀(以下简称为"IGV调整阀")41。该空气流量调节阀 41通过IGV控制电路56调节开度。
在燃气轮机5b的附近设置有计量燃气轮机5b的废气温度(称为叶片轨 迹(7、、 P— P、八。7 )温度)的BPT传感器42。在设置有BPT传感器42的 废气流路的更下游侧，设置有计量排气导管的废气温度(以下简称为"废气 温度，，)的EXT传感器43。在上述传感器上，例如，使用热电偶等。通过 BPT传感器42、 EXT传感器43计量的温度施加给燃料流量控制装置50。
燃料流量控制装置50是作为输入信号取得关于燃气轮机的运转状态和 温度状态的状态量，并基于这些输入信号对燃料流量指令进行运算的装置， 该燃料流量指令用于控制向燃烧装置5a供给的燃料流量。关于上述运转状 态的状态量，例如，发电机G(参照图1)的输出、燃气轮机5b的旋转速度或转速等可以作为一个例子。并且，关于温度状态的状态量，例如，废气温 度、叶片轨迹温度等可以作为一个例子。
燃料流量控制装置50具备例如负荷极限控制电路51、温度极限控制 电路52、调节器控制电路53及低值选择电路54。
负荷极限控制电路51将发电输出等作为输入信号取得，为使发电输出 和目标值一致而计算出控制燃料流量的负荷控制信号。
温度极限控制电路52作为输入信号取得燃气轮机3的叶片轨迹温度 BPT及废气温度EXT，为了使这些温度不超出各自的温度上限而计算出控制 燃料流量的温度控制信号。
调节器(力>《于)控制电路53作为输入信号取得燃气轮机3的旋转速 度或转速，为了使燃气轮机3的旋转速度或转速与目标值一致而计算出控制 燃料流量的调节器控制信号。
通过上述负荷极限控制电路51、温度极限控制电路52、调节器控制电 路53计算出的各种控制信号被施加到低值选择电路54。低值选择电路54 选择该各种控制信号中最低值的控制信号，将其作为燃料控制信号CSO输出。
这样，通过燃料流量控制装置50求得的燃料控制信号CSO被施加到燃 料流量调整阀40。通过基于上述燃料控制信号CSO调整燃料流量调整阀40 的开度，由此，向燃烧装置5a供给最合适的流量的燃料。
接下来，说明本实施例的IGCC的热量异常^r测方法。
首先，在IGCC的燃烧气体的热量控制中，设定目标热量，为生成该目 标热量的燃烧气体，控制向煤气化炉中投入的炭、氧气、煤、空气的投入量。 而且，假设向燃烧装置5a中投入的燃烧气体的热量是目标热量时，向燃烧 装置5a中投入的燃料投入量和燃气轮机的发电输出形成图3所示的关系。
在图3中，横轴表示燃气轮机的发电输出，纵轴表示燃料控制信号CSO。 另夕卜，如图1所示，本实施例的IGCC形成所谓的 一轴式混合系统。此时， 由发电机G的输出减去蒸汽轮机7b的发电输出的值成为燃气轮机的发电输 出。
在图3中，实线是当燃烧气体的热量是目标热量时，燃气轮机的发电输 出-燃料投入量特性(以下简称为"燃料投入特性")。而且，该特性曲线的下侧及上侧所示的虚线分别表示热量变化的容许变化范围的下限值及上限值。
另外，在图3中，纵轴只要是与向燃烧器5a投入的投入燃料量具有关 联关系的控制量等即可，例如，可以是对燃料流量调整阀40的操作信号、 燃料流量调整阀40的阀开度，或者，也可以是燃料投入量本身。
而且，在IGCC中，当燃烧气体的热量比目标热量少时，即使将由燃气 轮机发电输出求得的目标流量的燃烧气体投入到燃烧装置5a,也得不到所期 望的燃气轮机的发电输出，因此，出现增加燃料流量、超出图3所示的容许 变化范围上限的情况。相反地，当燃烧气体的热量比目标热量多时，用少量 的燃料得到大量的发电输出，因此出现燃料流量向降低方向变化，比图3所 示的容许变化范围的下限还低的情况。
运用这样的关系，在本实施例中，监控实际向燃烧装置5a投入的燃烧 量的相关信息，例如，燃料控制信号CSO,当该燃料控制信号CSO和当时 的燃气轮机的发电输出之间的关系在图3所示的容许变化范围以外时，检测 为热量异常。
图4表示用于实现上述热量异常检测方法的热量异常检测装置(以下， 简称为"热量异常检测装置")的一个结构例。
如图4所示，热量异常检测装置具有，输入实际的发电输出，由该输入 信息计算出燃料控制信号CSO的下限值的第1函数器71;计算第1函数器 71的输出，即下限值和实际的燃料控制信号CSO的差分的减法器72;减法 器72的输出在临界值sl以下时输出"H"信号的比较器73;输入实际的燃气 轮机的发电输出，由该输入信息计算出燃料控制信号CSO的上限值的第2 函数器74;计算第2函数器74的输出，即上限值和实际的燃料控制信号CSO 的差分的减法器75;减法器75的输出在临界值s2以上时输出"H"信号的比 较器76;输入比较器73及比较器76的输出，当至少其中之一为"H，，信号时， 输出"H，，信号的OR电路77。在该热量异常检测装置中，OR电路77的输出 是"H，，时，发生热量异常。
如上所说明的那样，通过本实施例的IGCC及其热量异常4企测方法，由 于运用现有的控制量来检测热量异常，因此，可以不使用热量计，达到降低 成本的目的。
13〔第二实施例〕
其次，对本发明的第2实施例的IGCC及其热量异常检测方法进行说明。
在IGCC的煤气化炉3中，为了使燃烧气体的热量成为目标热量，向煤 气化炉3中投入的炭、空气、煤及氧气等各成分的流量分别被反馈控制。因 此，该流量相对于目标流量而变化时，燃烧气体的热量就会发生变化。
具体地说，炭及煤、氧气的流量比目标流量大时，燃烧气体的热量增加， 另一方面，空气的流量比目标流量大时，燃烧气体的热量减少。
因此，在第二实施例中，基于炭、空气、煤及氧气等引起热量变化的主 要因素的投入量，检测热量的异常。 (基于炭投入量的检测)
以下，说明基于炭的投入量检测热量异常的情况。
在IGCC的燃烧气体的热量控制中，设定目标热量，为了达到该目标热 量而控制炭的投入量。这样，假设向燃烧器5a中投入的燃烧气体的热量是 目标热量时，炭的投入量和燃气轮机5b之间形成图5所示的关系。
在图5中，横轴表示燃气轮机5b的发电输出，纵轴表示向煤气化炉3 中投入的炭的投入量。并且，在图5中，实线是为目标热量时燃气轮机的发 电输出-炭投入量特性(以下，简称为"炭投入特性")。该特性曲线的下方 所示的双点划线表示容许变化范围的下限值，该特征曲线的上方所示的虚线 表示容许变化范围的上限值。
另外，炭投入量可通过例如炭移送配管上设置的流量计62 (参照图1) 来检测。
而且，由于连接在煤气化炉3上的移送炭的移送配管等堵塞而导致向煤 气化炉3中投入的炭的投入量比目标投入量少时，为了使燃烧气体的热量降 低，即使将规定量的燃料投入燃烧装置5a,也得不到与其对应的所期望的燃 气轮机的发电输出而使燃料投入量增加。因而，此时，出现低于图5所示的 容许变化范围的下限的情况。相反地，向煤气化炉3中投入的炭的投入量比 目标投入量多时，由于燃烧气体的热量增加，可用少量的燃料量得到更多的 发电输出。此时，出现超出图5所示的容许变化范围的上限的情况。
因此，在检测燃烧气体的热量异常中，向煤气化炉3中实际投入的炭的 投入量和燃气轮机的发电输出之间的关系在处于图5中的容许变化范围之外 时，检测为热量异常。图6表示用于实现上述热量异常检测方法的热量检测装置的一结构例。 如图6所示，热量异常检测装置包括，输入实际的燃气轮机的发电输出，
由该输入信息计算炭投入量的下限值的第3函数器78;计算第3函数器78 的输出，即下限值和实际的炭投入量的差分的减法器79;当减法器79的输 出在临界值s3以下时输出"H"信号的比较器80;输入实际的燃气轮机的发电 输出，由该输入信息计算炭投入量的上限值的第4函数器81;计算第4函数 器81的输出，即上限值和实际的炭投入量的差分的减法器82;当减法器82 的输出在临界值s4以上时输出"H"信号的比较器83;输入比较器80及比较 器83的输出，至少其中任一方是"H"信号时，输出"H"信号的OR电路84。 在该热量异常检测装置中，OR电路84的输出成为"H"时，检测为热量异常。 (基于燃料(煤)和空气(包括氧气)的比率的检测)
由煤气化炉3生成的燃烧气体的热量的变化的主要原因是投入的燃料 (煤)和空气(包括氧气)的比率的混乱。由煤气化炉3生成的燃烧气体的 热量与预定相同的话，燃料和空气的比率(以下简称为"空气比")形成图7 所示的规定的关系。基于该关系被破坏的状况，检测燃烧气体的热量的异常。
在图7中，横轴表示煤投入量，纵轴表示空气流量。而且，在图7中， 实线表示在目标热量时的煤投入量-空气流量特性(以下简称为"空气比特 性")，而且，该特性曲线的下方所示的双点划线表示容许变化范围的下限 值，而且，该特性曲线的上方所示的虚线表示容许变化范围的上限值。
并且，当向煤气化炉3中投入的煤的投入量减少时，或当空气流量增加 时，出现燃烧气体的热量降低、超出图7所示的容许变化范围的上限的情况。 相反地，当向煤气化炉3中投入的煤的投入量增加时，或当空气流量减少时， 出现燃烧气体的热量升高、低于图7所示的容许变化范围的下限的情况。
因此，在检测燃烧气体的热量异常中，当向煤气化炉3中投入的燃料投 入量和空气投入量的关系在图7的容许变化范围之外时，检测为热量的异常。
图8表示用于实现上述热量异常检测方法的热量异常检测装置的一个结 构例。
如图8所示，热量异常检测装置包括输入实际的煤投入量，由该输入 信息计算空气流量的下限值的第5函数器85;计算第5函数器85的输出， 即下限值和实际的空气流量的差分的减法器86;当减法器86的输出在临界 值s5以下时输出"H，，信号的比较器87;输入实际的煤投入量，由该输入信息计算空气流量的上限值的第6函数器88;计算第6函数器88的输出，即上限值和实际的空气流量的差分的减法器89;当减法器89的输出在临界值s6以上时输出"H，，信号的比较器90;输入比较器87及比较器90的输出，至少其中任一方是"H"信号时，输出"H"信号的OR电路91。在该热量异常检测装置中，OR电路91的输出成为"H"时，检测为热量异常。
上述是以煤」投入量为横轴，空气流量为纵轴，设定煤投入量相对于空气流量的容许变化范围，根据实际的空气流量是否在该容许变化范围内来检测热量异常。但是，如图9及图IO所示，也可以以空气流量为横轴，煤投入量为纵轴，设定空气流量相对于煤投入量的容许变化范围，根据实际的煤投入量是否在该容许变化范围内来检测热量异常。对于图10中表示的结构，仅仅在图8所表示的结构中更换了煤投入量和空气流量，所以省略其说明。
这样，因为由空气流量和煤投入量之间的关系来;^测热量异常，所以可以通过简单的结构来快速地检测热量异常。
(基于煤投入量和目标煤投入量之间的偏差的检测)
在IGCC中，为了使煤气化炉的燃烧气体的热量成为目标热量，反馈控制煤的投入量。此时如果实际投入的煤的流量(以下筒称"实际煤投入量")比目标投入量(以下简称"煤目标投入量")大时，燃烧气体的热量增加，反之，实际投入的煤的流量比目标投入量小时热量减少。
因此，当目标煤投入量和实际煤投入量之间的偏差在容许变化范围之外时，检测出热量变化的情况。
由此，由实际煤投入量和目标煤投入量之间的设定关系，能够以简单结构使快速地检测热量异常成为可能。
图11显示实现上述热量异常检测方法的热量检测装置的一种结构例。
如图11所示，热量异常检测装置包括计算实际煤投入量和目标煤投入量之间的差分的减法器100;当减法器100的输出在临界值s9以下时输出"H，，信号的比较器101;计算实际煤投入量和目标煤投入量之间的差分的减法器102;当减法器102的输出在临界值slO以上时输出"H"信号的比较器103;输入比较器101及103的输出，至少其中任一方是"H"信号时，输出"H，，信号的OR电路104。在该热量异常检测装置中，OR电路104的输出成为"H，，时，检测为热量异常。在这里，临界值s9被设定为偏差的容许变化范围的下限值，临界值s10
被设定为偏差的容许变化范围的上限值。
(基于实际的空气流量和目标空气流量之间的偏差的检测)
在IGCC中，为了使煤气化炉的燃烧气体的热量成为目标热量，反馈控
制空气的投入量。此时如果实际投入的空气的流量(以下简称"实际空气流量")比目标空气流量大时，燃烧气体的热量减少，反之，实际投入的空气的流量比目标空气流量小时热量增加。
因此，当目标空气流量和实际空气流量之间的偏差在容许变化范围之外时，检测出热量变化的情况。
由此，由空气流量和目标空气流量之间的设定关系，能够以简单结构使快速地检测出热量异常成为可能。
图12表示用于实现上述热量异常检测方法的热量检测装置的一个结构例。
如图12所示，热量异常检测装置包括计算实际空气流量和目标空气流量之间的差分的减法器105;当减法器105的输出在临界值sll以下时输出"H"信号的比较器106;计算实际空气流量和目标空气流量之间的差分的减法器107;当减法器107的输出在临界值s12以上时输出"H"信号的比较器108;输入比较器106及108的输出，至少其中任一方是"H"信号时，输出"H，，信号的OR电路109。在该热量异常检测装置中，OR电路109的输出成为"H"时，检测为热量异常。在这里，临界值sll被设定为偏差的容许变化范围的下限值，临界值s 12被设定为偏差的容许变化范围的上限值。(基于实际的氧气流量和目标氧气流量之间的偏差的检测)
在IGCC中，为了使煤气化炉的燃烧气体的热量成为目标热量，反馈控制氧气的投入量。此时如果实际投入的氧气的流量(以下简称"实际氧气流量")比目标氧气流量大时，燃烧气体的热量减少，反之，实际投入的氧气的流量比目标氧气流量小时热量增加。
因此，当目标氧气流量和实际氧气流量之间的偏差在容许变化范围之外时，检测出热量变化的情况。
由此，由氧气流量和目标氧气流量之间的设定关系，能够以简单的结构使快速地检测热量异常成为可能。图13表示用于实现上述热量异常检测方法的热量检测装置的一个结构例。
如图13所示，热量异常检测装置包括计算实际氧气流量和目标氧气流量之间的差分的减法器110;当减法器110的输出在临界值s13以下时输出"H，，信号的比较器111;计算实际氧气流量和目标氧气流量之间的差分的减法器112;当减法器112的输出在临界值sl4以上时输出"H"信号的比较器113;输入比较器111及113的输出，至少其中任一方是"H"信号时，输出"H"信号的OR电路115。在该热量异常检测装置中，OR电路115的输出为"H，，时，检测为热量异常。在这里，临界值sl3被设定为偏差的容许变化范围的下限值，临界值s 14被设定为偏差的容许变化范围的上限值。(基于实际的炭投入量和目标炭投入量之间的偏差的检测)
在IGCC中，为了使煤气化炉的燃烧气体的热量成为目标热量，反馈控制炭的投入量。此时如果实际投入的炭的流量(以下简称"实际炭投入量")比目标炭投入量大时，燃烧气体的热量增加，反之，实际投入的炭的流量比目标炭投入量小时热量减少。
因此，当目标炭投入量和实际炭投入量之间的偏差在容许变化范围之外时，检测出热量变化的情况。
由此，由实际炭投入量和目标炭投入量之间的设定关系，能够以简单的结构使快速地检测热量异常成为可能。
图14表示用于实现上述热量异常检测方法的热量异常检测装置的一个结构例。
如图14所示，热量异常检测装置包括计算实际炭投入量和目标炭投入量之间的差分的减法器116;当减法器116的输出在临界值e15以下时输出"H，，信号的比较器117;计算实际炭投入量和目标炭投入量之间的差分的减法器118;当减法器118的输出在临界值sl6以上时输出"H"信号的比较器119;输入比较器117及119的输出，至少其中任一方是"H"信号时，输出"H"信号的OR电路120。在该热量异常检测装置中，OR电路120的输出为"H"时，检测为热量异常。
在这里，临界值s15被设定为偏差的容许变化范围的下限值，临界值s16被设定为偏差的容许变化范围的上限值。如上所说明的那样，根据本实施例的IGCC及其热量异常检测方法，由于利用现有的控制量来检测热量异常，因此，可以不需要热量计，能够达到降低成本的目的。
另外，在上述各实施例中，可以是在检测出热量异常时，向IGCC的系统操作员等告知该状况的结构。告知机构可以为在显示图像上显示、指示灯点亮等利用视觉告知异常的机构，或是通过警报器、或留言信息进行通知等利用听觉告知异常的机构。
其次，在上述各实施例的热量异常检测方法中，当某参数在容许变化范围之外时，通知热量异常的情况。然而，也可以检测是否低于容许变化范围的下限或是否超出容许变化范围的上限，而且，也可以通知其结果。
具体地，以图4所示的热量异常^^测装置为例，可以为如下结构，即除去图4的OR电路77,如图15所示，将比较器73的输出和比较器76的输出分别输出。由此，当比较器73输出"H"时，可以检测出热量增加的热量异常，当比较器76输出"H，，时，可以检测出热量减少的热量异常。
权利要求
1、一种燃气轮机发电系统的热量异常检测方法，其特征在于，具有，在燃烧气体的目标热量中，由燃气轮机的燃烧装置的燃料投入量和燃气轮机的发电输出之间的关系、即燃料投入特性，设定相对于所述燃料投入量的燃气轮机的发电输出的容许变化范围，或设定相对于所述燃气轮机的发电输出的所述燃料投入量的容许变化范围的过程；当实际的燃料投入量或实际的燃气轮机的发电输出在所述容许变化范围之外时，检测为热量异常的过程。
2、 如权利要求1所述的燃气轮机发电系统的热量异常检测方法，其特 征在于，在所述检测热量异常的过程中，当实际的所述燃料投入量低于所述容许变化范围的下限值时，或，当实 际的所述燃气轮机的发电输出超出所述容许变化范围的上限值时，检测为高 热量异常；当实际的所述燃料投入量超出所述容许变化范围的上限值时，或，实际 的所述燃气轮机的发电输出低于所述容许变化范围的下限值时，检测为低热量异常。
3、 如权利要求1或2所述的燃气轮机发电系统的热量异常检测方法， 其特征在于，具有当检测出热量异常时，告知这一情况的过程。
4、 一种煤气复合发电系统的热量异常检测方法，其特征在于，具有， 由向煤气化炉投入的炭、空气、煤及氧气中的至少任一种的投入量和燃气轮机的发电输出之间的关系，设定相对于所述投入量的燃气轮机的发电输 出的容许变化范围，或设定相对于所述燃气轮机的发电输出的所述投入量的 容许变化范围的过程；当实际的投入量或实际的燃气轮机的发电输出在所述容许变化范围之 外时，检测为热量异常的过程。
5、 一种煤气复合发电系统的热量异常检测方法，其特征在于， 对于向煤气化炉投入的炭、空气、煤及氧气中的至少任一种，计算其目标投入量和实际的投入量之间的偏差，该偏差在预先设定的容许变化范围之 外时，检测热量的异常。
6、 如权利要求4或5所述的煤气复合发电系统的热量异常检测方法，其特征在于，具有当检测出热量异常时，告知这一情况的过程。
7、 一种燃气轮机发电系统，其特征在于，包括热量异常检测装置， 在燃烧气体的目标热量中，由燃气轮机的燃烧装置的燃料投入量和燃气轮机的发电输出之间的关系、即燃料投入特性，设定相对于所述燃料投入量 的燃气轮机的发电输出的容许变化范围，或设定相对于所述燃气轮机的发电输出的所述燃料投入量的容许变化范围；当实际的燃料投入量或实际的燃气轮机的发电输出在所述容许变化范围之外时，该热量异常检测装置检测为热量异常。
8、 一种煤气复合发电系统，其特征在于，包括热量异常检测装置， 由向煤气化炉投入的炭、空气、煤及氧气中的至少任一种的投入量和燃气轮机的发电输出之间的关系，设定相对于所述投入量的燃气轮机的发电输 出的容许变化范围，或设定相对于所述燃气轮机的发电输出的所述投入量的 容许变化范围；当实际的投入量或实际的燃气轮机的发电输出在所述容许变 化范围之外时，该热量异常检测装置检测为热量异常。
9、 一种煤气复合发电系统，其特征在于，包括热量异常检测装置， 对于向煤气化炉投入的炭、空气、煤及氧气中的至少任一种，计算其目标投入量和实际的投入量之间的偏差，该偏差在预先设定的容许变化范围之 外时，该热量异常检测装置检测为热量异常。
全文摘要
本发明涉及一种燃气轮机发电系统及其热量异常检测方法，不使用热量计等计量器具而使用已设的计量值来检测热量的变化。该方法由向燃烧气体的热量为一定时的燃气轮机的燃烧装置的燃料投入量和燃气轮机的发电输出之间的关系，设定相对于燃料投入量的燃气轮机发电输出的容许变化范围，或，相对于燃气轮机发电输出的燃料投入量的容许变化范围，当实际的燃料投入量或实际的燃气轮机的发电输出在容许变化范围之外时，检测热量的异常。
文档编号F02C7/00GK101479454SQ200780024308
公开日2009年7月8日 申请日期2007年11月9日 优先权日2006年11月10日
发明者北川雄一郎, 园田隆, 垂水清, 蒲原觉, 高嶋康裕 申请人:三菱重工业株式会社