JP2000266310A

JP2000266310A - 加圧流動層ボイラ装置およびその制御方法

Info

Publication number: JP2000266310A
Application number: JP11069147A
Authority: JP
Inventors: Yasuisa Yamamoto; 恭功山本; Yasuhiro Nakatani; 康博中谷; Tetsuya Iwase; 徹哉岩瀬; Tadao Uenaka; 忠男植中; Shigenobu Oshima; 重信大嶋; Nobuyoshi Mishima; 信義三島
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2000-09-29
Anticipated expiration: 2019-03-15
Also published as: JP4287940B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電力需要に応じた負荷変化中またはコンプレ
ッサの圧力比が上昇した場合であってもコンプレッサの
サージングを防止し、プラントの安定な連続運転を確保
できる、加圧流動層ボイラ装置の制御方法を提供するこ
と。【解決手段】加圧流動層ボイラ装置の制御方法におい
て、ボイラ装置の負荷降下時に、負荷変化率に応じて先
ずガスタービンコンプレッサ通過加圧空気量を、コンプ
レッサのサージング制限値以上の範囲で制御し、次いで
ガスタービンバイパスダクトに設けられた開閉弁を開い
て加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスさせる
とともに、開閉弁の開度を調節してボイラ本体へ供給さ
れる加圧空気量を、ボイラ本体に投入される燃料量に応
じた必要量に制御すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加圧流動層ボイラ
装置およびその制御方法に係り、特に、ガスタービンと
接続される、ボイラを収納した圧力容器を有する加圧流
動層ボイラ装置の、ガスタービンコンプレッサのサージ
ングを防止しつつボイラ燃焼に必要な燃料量または空気
量を制御することができる、加圧流動層ボイラ装置およ
びその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、本発明が適用される加圧流動層
プラントの装置系統を示す説明図である。図において、
この装置は、ボイラ本体７５を収納したボイラ圧力容器
７４と、空気ダクト８２を介して前記ボイラ圧力容器７
４に空気を供給するガスタービンコンプレッサ７１と、
前記ボイラ本体７５に高圧排ガスダクト７６を介して連
結され、前記ガスタービンコンプレッサ７１と同軸に設
けられたガスタービン本体７９と、該ガスタービン本体
７９出口の排気ダクト８０と、該排気ダクト８０と前記
空気ダクト８２とを連結するガスタービンバイパスダク
ト８３とから主として構成されており、前記空気ダクト
８２、高圧排ガスダクト７６およびガスタービンバイパ
スダクト８３には、それぞれコンプレッサ出口弁７３、
ガスタービン入口弁７７およびガスタービンバイパス弁
７８が設けられている。７２は、コンプレッサー７１の
空気流量調節機構、８１は、煙突である。

【０００３】このような構成において、図示省略した燃
料供給ノズルからボイラ本体７５に供給された燃料は、
ガスタービンコンプレッサ７１で加圧され、空気ダクト
８２およびボイラ圧力容器７４を経てボイラ本体７５に
供給される空気と混合して燃焼し、発生した高圧排ガス
は、高圧排ガスダクト７６を経てガスタービン本体７９
に導かれ、該ガスタービン本体７９を起動する。

【０００４】図８は、一般的な加圧流動層プラントの静
特性を示す図である。図８において、プラント負荷に応
じて空気流量調整機構により制御されるコンプレッサ通
過空気流量は、前記プラント負荷の増加にほぼ比例して
増加している。一方、ガスタービン入口ガス温度はプラ
ント負荷の上昇とともに急勾配に上昇することが分か
る。ところで、空気流量調整機構はコンプレッサの効率
を向上させるため、その入口側に設置されていることか
ら、正味のコンプレッサ入口圧力は負圧となり、負圧の
割合は通過空気量が少ない程大きくなる。コンプレッサ
出口圧力と入口圧力の比を圧力比といい、採用されるガ
スタービンによってその制限値、すなわちコンプレッサ
がサージングを起こさない上限値が設定されている。サ
ージングが発生すると、必要な空気が流れなくなりプラ
ントの運転ができなくなるだけでなく、温度上昇により
コンプレッサ自身が溶融する場合もある。

【０００５】このような加圧流動層ボイラ装置におい
て、従来、負荷が変化した時は必要入熱（燃料投入量）
に応じた必要空気量となるように、コンプレッサの空気
流量調整機構を操作して直接空気量を制御する方法が採
られていた。しかしながら、このような従来の制御方法
では、加圧流動層ボイラ装置の特性である圧力容器の容
積作用によるボイラ流入空気の遅れを補償するために、
負荷上昇時にはコンプレッサ通過空気流量を適正値以上
に多くし、負荷降下時には適正値以下に少なくする必要
があった。空気流量を少なくすることはコンプレッサ入
口圧力を下げることにつながり、コンプレッサの圧力比
が高くなってサージングが生じ、結果的に、負荷降下時
の負荷変化速度が遅くなるという問題が生じる。また、
負荷降下時には、一般にガスタービン入口ガス温度が、
高圧ガスダクトの熱容量に応じて高く残り、ガスタービ
ン入口ガス温度が高いとボイラ内のガス圧力も高く残
り、結果的に負荷降下時のコンプレッサの圧力比が高く
なり、コンプレッサのサージングが発生し易くなるとい
う問題があった。

【０００６】このようなコンプレッサのサージングを避
けるために、負荷降下時に、コンプレッサの圧力比がサ
ージング制限値を超える可能性がある場合には、保護イ
ンターロックによってコンプレッサ保護のために、通常
運転時には全閉されているガスタービンバイパス弁を開
いて圧力比を低減する制御が行われている。しかしなが
ら、ガスタービンバイパス弁を開動作した場合は、コン
プレッサの通過空気量が一定であるために、ボイラ流入
空気量が不足してボイラの運転継続が困難になるという
問題が生じる。

【０００７】すなわち、上記従来技術は、加圧流動層プ
ラントの負荷降下変化率が、事実上、コンプレッサのサ
ージング制限値、高圧排ガスダクトの熱容量、圧力容器
内容積等によって支配されており、発電プラントに要求
される、需要に応じた負荷変化特性を備えたものではな
かった。このような問題を解決するために、近年、ボイ
ラ負荷が降下した場合に、ボイラを収納した圧力容器内
の圧力を、負荷指令に対応した設定圧力と実際の検出圧
力との制御偏差がゼロとなるように、ガスタービンバイ
パス弁によって制御する方法が提案された（特開平６−
２７２８１５号公報）が、この方法は高速負荷降下時の
ガスタービンコンプレッサのサージングを防止すること
はできても、燃料流量が負荷指令以外の要因によって変
動するために、負荷降下時のボイラ内で実際に燃焼する
燃料量と投入空気量が必ずしも対応せず、空燃比が変化
し、これによって酸素濃度が増加した場合には発生ＮＯ
ｘ量が増加し、一方酸素濃度が低すぎる場合には発生Ｃ
Ｏが増加するという排ガス特性の制御上の問題があっ
た。

【０００８】ところで、加圧流動層ボイラプラントに用
いられるコンプレッサは、従来の送風機と比較して高圧
縮比で設計されており、運転上の制限は上述したように
圧力比で決定され、制限上の圧力比を超えた場合にはサ
ージングが発生する。従って、サージングが発生する手
前の圧力比でガスタービンバイパス系のバルブを開き圧
力差が解消するように制御する必要がある。

【０００９】しかしながら、プラント負荷が静定してい
る状態でプラント差圧が増加した際に、コンプレッサの
サージングを回避するためにガスタービンバイパス弁を
開くと、ボイラ流入燃焼空気流量が低下し、空気量が不
足するという問題がある。すなわち、コンプレッサ空気
流量調整機構はボイラ投入燃料量に比例するように制御
されその信号は燃焼結果の排ガス中の酸素濃度で補正さ
れる。従って、ガスタービンバイパス弁を開いた場合、
燃焼結果で酸素濃度が低下して初めて空気量増加信号が
出されるので、排ガス酸素濃度補正回路の動作は制御の
安定性により非常に遅くなり、一次的にボイラ流入空気
量が不足して排ガス中のＳＯｘ濃度や未燃分が増加する
という問題があった。

【００１０】なお、加圧流動層プラントにおいては、ガ
スタービンは一台で構成されるので、コンプレッサトリ
ップ時には、送風機を一台しか有しない従来のコンベン
ショナルボイラと同様、直ちに燃料投入を遮断し、プラ
ントを停止しなければならない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の課題
は、上記従来技術の問題点を解決し、従来の設備をその
まま用い、電力需要に応じた負荷変化中であっても、排
ガス中の酸素濃度を一定、または静特性上決められた特
性に従って運転することができる、高負荷変化率運用
（負荷降下）が可能な、加圧流動層ボイラ装置の制御方
法を提供することにある。

【００１２】本発明の第２の課題は、ガスタービンコン
プレッサのサージングが発生した場合であってもプラン
トの安定な連続運転を確保することができる、加圧流動
層ボイラ装置の制御方法を提供することにある。本発明
の第３の課題は、加圧流動層ボイラ装置の起動時に、ガ
スタービンからボイラ側へのリークガスの発生を防止す
ることができる、加圧流動層ボイラ装置およびその制御
方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本願で特許請求される発明は以下のとおりである。（１）ボイラ本体を収納した圧力容器と、該圧力容器に
空気ダクトを介して加圧空気を供給するガスタービンコ
ンプレッサと、前記ボイラ本体から排出され、高圧排ガ
スダクトを介して供給される高圧排ガスによって稼動す
るガスタービンと、該ガスタービン出口排ガスを排出す
る排気ダクトと、該排気ダクトと前記空気ダクトとを連
結する、開閉弁を備えたガスタービンバイパスダクトと
を有する加圧流動層ボイラ装置の制御方法において、前
記ボイラ装置の負荷降下時に、負荷変化率に応じて先ず
前記ガスタービンコンプレッサ通過加圧空気量を、該コ
ンプレッサのサージング制限値以上の範囲で制御し、次
いで前記ガスタービンバイパスダクトに設けられた開閉
弁を開いて前記加圧空気の一部をガスタービン出口にバ
イパスさせるとともに、前記開閉弁の開度を調節してボ
イラ本体へ供給される加圧空気量を、前記ボイラ本体に
投入される燃料量に応じた必要量に制御することを特徴
とする加圧流動層ボイラ装置の制御方法。

【００１４】（２）上記（１）に記載の加圧流動層ボイ
ラ装置の制御方法において、前記ボイラ装置の負荷降下
時に、負荷変化率に応じて先ず前記ガスタービンバイパ
スダクトに設けられた開閉弁を開いて加圧空気の一部を
ガスタービン出口にバイパスさせ、次いで前記ガスター
ビンコンプレッサ通過加圧空気量を、該コンプレッサの
サージング制限値以上の範囲で調節してボイラ本体へ供
給される加圧空気量を、前記ボイラ本体に投入される燃
料量に応じた必要量に制御することを特徴とする加圧流
動層ボイラ装置の制御方法。（３）前記ガスタービンバイパスダクトに設けられた開
閉弁を複数とし、該複数の開閉弁の開閉操作によって前
記ガスタービン出口にバイパスさせる加圧空気量を制御
することを特徴とする上記（２）に記載の加圧流動層ボ
イラ装置の制御方法。

【００１５】（４）上記（１）に記載の加圧流動層ボイ
ラ装置の制御方法において、前記ガスタービンコンプレ
ッサの圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプ
レッサのサージングに対する保護動作として前記ガスタ
ービンバイパスダクトの開閉弁を開いて前記加圧空気の
一部をガスタービン出口にバイパスするとともに、ボイ
ラ本体への燃料供給量を、前記ガスタービンバイパスダ
クトを通過してガスタービン出口にバイパスする空気量
に相当する量だけ絞り、ボイラ本体へ供給される燃料量
が空気量に対応するように制御することを特徴とする加
圧流動層ボイラ装置の制御方法。（５）前記燃料の絞り量に対応してボイラ本体に供給す
る加圧空気量または流速を調節して流動層高を下げるこ
とを特徴とする上記（４）に記載の加圧流動層ボイラ装
置の制御方法。

【００１６】（６）上記（４）に記載の加圧流動層ボイ
ラ装置の制御方法において、前記ガスタービンコンプレ
ッサの圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプ
レッサのサージングに対する保護動作として前記ガスタ
ービンバイパスダクトの開閉弁を開いて前記加圧空気の
一部をガスタービン出口にバイパスするとともに、前記
ガスタービンコンプレッサの通過加圧空気量を、前記ガ
スタービンバイパスダクトを通過してガスタービン出口
にバイパスする空気量に相当する量だけ増加させ、前記
ボイラ本体へ供給する空気量が燃料量に対応するように
制御することを特徴とする加圧流動層ボイラ装置の制御
方法。

【００１７】（７）上記（４）に記載の加圧流動層ボイ
ラ装置の制御方法において、前記ガスタービンコンプレ
ッサの圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプ
レッサのサージングに対する保護動作として前記ガスタ
ービンバイパスダクトの開閉弁を開いて前記加圧空気の
一部をガスタービン出口にバイパスするとともに、ボイ
ラ負荷が高くコンプレッサ通過空気流量が上限値近傍に
ある場合は、ボイラ本体への燃料供給量を、前記ガスタ
ービンバイパスダクトを通過してガスタービン出口にバ
イパスする空気量に相当する量だけ絞り、ボイラ負荷が
低くボイラ本体への燃料投入量が下限値近傍にある場合
は、前記ガスタービンコンプレッサの通過加圧空気量
を、前記ガスタービンバイパスダクトを通過してガスタ
ービン出口にバイパスする空気量に相当する量だけ増加
させ、前記ボイラ本体へ供給する燃料量と空気量が対応
するように制御することを特徴とする加圧流動層ボイラ
装置の制御方法。

【００１８】（８）上記（４）に記載の加圧流動層ボイ
ラ装置の制御方法において、前記ガスタービンコンプレ
ッサの圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプ
レッサのサージングに対する保護動作として前記ガスタ
ービンバイパスダクトの開閉弁を開いて前記加圧空気の
一部をガスタービン出口にバイパスさせるとともに、前
記ガスタービンバイパスダクトを通過してガスタービン
出口にバイパスする空気量に応じて、ボイラ本体への燃
料供給量を絞る動作とコンプレッサ通過加圧空気量を増
加させる操作を同時に行って前記ボイラ本体に供給する
燃料量と空気量が対応するように制御することを特徴と
する加圧流動層ボイラ装置の制御方法。

【００１９】（９）前記ガスタービンを起動する際に、
前記空気ダクトを介してボイラ本体にあらかじめ加圧空
気を供給し、前記ボイラ本体から流出して高圧排ガスダ
クトを流通する加圧空気流を形成し、該加圧空気流によ
って、前記高圧排ガスダクトのガスタービン入口からリ
ークしてボイラ本体に向かって逆流するリークガスを前
記ガスタービンをバイパスするように設けられたバイパ
ス配管を経てガスタービン出口の排気ダクトに同伴、排
出することを特徴とする上記（１）〜（８）の何れかに
記載の加圧流動層ボイラ装置の制御方法。

【００２０】（１０）ボイラ本体を収納した圧力容器
と、該圧力容器に空気ダクトを介して空気を供給するガ
スタービンコンプレッサと、前記ボイラ本体から排出さ
れ、高圧排ガスダクトを介して供給される高圧排ガスに
よって稼動するガスタービンと、該ガスタービン出口排
ガスを排出する排気ダクトと、該排気ダクトと前記空気
ダクトとを連結する、開閉弁を備えたガスタービンバイ
パスダクトとを有する加圧流動層ボイラ装置において、
前記空気ダクトに分岐配管を介して加圧空気を供給する
昇圧ファンを設け、前記ガスタービン入口の高圧排ガス
ダクトとガスタービン出口排気ダクトとを連結するバイ
パス配管を設け、該バイパス配管に開閉弁および減圧オ
リフィスを設けたことを特徴とする加圧流動層ボイラ装
置。

【００２１】本願の第１の発明は、ガスターズンコンプ
レッサのサージングを回避するためにガスタービンバイ
パス弁を開いて空気をガスタービン出口にバイパスさせ
る際、ボイラへの燃料投入量と空気供給量の割合を最適
値に修正させる動作を排ガス酸素濃度による修正動作が
かかる前に急速に行うものである。補正量は、コンプレ
ッサ出口圧力、ガスタービンバイパス弁通過空気流量が
分かれば容易に求まる。

【００２２】図１を用いて本願の第１発明の原理を説明
する。図１は、流動層ボイラ装置のボイラ負荷降下時の
プラント特性を示す図である。図において、ガスタービ
ン入口圧（ボイラ火炉圧）は静特性よりも高めに降下す
ることが分かる。プラント負荷がからに降下した場
合、コンプレッサ通過空気流量を静特性ベースで絞ると
圧力比が高くなってサージングを生じるおそれがあるの
で、本発明においては、コンプレッサ入口圧力をサージ
ング制限値よりも高い範囲で低減し、これによってコン
プレッサ通過空気流量を適正値よりも多めに流し、この
状態で、ガスタービンバイパス弁を開けて加圧空気の一
部をガスタービン出口にバイパスし、ボイラ本体へ供給
する空気流量を、負荷降下時の燃料流量に対応する必要
量に制御する。ガスタービンバイパス弁を開けてコンプ
レッサ出口圧力が低下してもコンプレッサの特性として
コンプレッサ通過空気量が変化することはない。

【００２３】なお、この場合、コンプレッサ通過空気流
量がそのままガスタービンに飲み込まれれば、燃焼空気
量およびガス量の増加となり、結果的にガスタービン入
口圧を上昇させ、燃焼空気量過多による排ガス酸素濃度
の上昇により排出ＮＯｘ量が増加することになるが、本
発明においては、ガスタービンバイパス弁を開けて加圧
空気の一部をガスタービン出口にバイパスさせ、これに
よってボイラ本体へ供給する空気流量を、負荷降下時の
燃料量に対応して制御することにより、排出ＮＯｘの増
加を抑制することができる。

【００２４】また図４は、本発明の第２の発明の原理を
説明する図であって、コンプレッサ通過空気流量と運転
圧力およびコンプレッサのサージング検出圧力との関係
を示す図である。図において、プラントが新しくガスタ
ービンの汚れが少ない場合、流動層ボイラ装置は計画運
用点に近い条件で運転されるが、ボイラの配管系の詰
まりなどで圧力が徐々に上昇し、コンプレッササージン
グ検出圧力まで上昇すると、コンプレッサに対する保
護のためにガスタービンバイパス弁が開かれ、圧力バラ
ンスはポイントに移動する。このポイントではコン
プレッサ通過空気流量は変わらないが、ボイラ流入空気
量は、前記ガスタービンバイパス弁を開くことによって
ガスタービン出口にバイパスする空気量相当分だけ減少
する。

【００２５】このような必要空気量の減少に対処するた
め、本発明においては、ボイラ内圧力がコンプレッササ
ージング検出圧力まで上昇し、コンプレッサ保護のた
めにガスタービンバイパス弁が開かれ、ガスタービンコ
ンプレッサ通過空気量の一部がガスタービン出口にバイ
パスされたポイントにおいて、ポイントに相当する
ボイラ負荷まで燃料供給量を下げる（対処方法Ａ）か、
またはポイントに相当するまでコンプレッサ通過空気
流量を増加させ（対処方法Ｂ）てボイラへ流入する空気
量と燃料量を対応させ、これによってガスタービンコン
プレッサのサージングを回避しながら、ボイラの安定燃
焼を確保する。

【００２６】本発明において、負荷が高い場合には上記
対処方法Ａを、負荷が低い場合には対処方法Ｂを適用す
ることが好ましい。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に、実施例により本発明を詳細
に説明する。図２は、本発明の一実施例である加圧流動
層ボイラ装置の、負荷降下時の空気量制御方法を示す基
本制御回路図である（負荷上昇時は別の回路に切り換え
られる）。

【００２８】図において、静定状態においては、ボイラ
負荷要求信号１に基いて燃料要求関数発生器２で必要燃
料投入量信号が作られ、該必要燃料投入量信号に基き燃
料投入操作機３によってボイラ本体に供給される燃料流
量が制御される。一方、ボイラ本体に供給される空気流
量は、コンプレッサの空気流量調整機構６によって前記
燃料供給量に対応した最適流量に制御される。

【００２９】いま、ボイラの負荷降下により燃料投入量
が低減すると、ボイラ負荷要求信号１に基いて空気比設
定器４で作られた、供給空気流量を低減するための必要
空気量投入信号が発信されるが、この信号は遅れ特性関
数発生器５を経てコンプレッサの空気流量調整機構６に
送られるために、プログラム的に空気流量の絞り制御が
行われる。従って、負荷降下当初はコンプレッサ通過空
気量は、負荷降下によって低減した燃料投入量に対応す
る適正量以上となる。このとき前記燃料投入量に応じた
ボイラの必要燃焼空気量信号８が比較器９に送られ、該
比較器９でボイラ流入空気流量計７の現実の検出値と比
較され、制御器１０で修正されたのちガスタービンバイ
パス弁１１に送られ、該バイパス弁を経てバイパスされ
る空気量を増加するように調節し、これによってボイラ
本体へ流入する空気量が、前記負荷降下に伴って低下し
た燃料供給量に対応した必要量に制御される。

【００３０】本実施例によれば、ボイラ負荷降下時に、
コンプレッサの空気流量調整機構によってコンプレッサ
通過空気流量を絞る操作を所定時間遅らせるようにプロ
グラム的に制御し、負荷降下に伴う燃料投入量に応じた
ボイラ必要燃焼空気量信号に基づきコンプレッサ通過空
気量の一部をガスタービンバイパス弁によってガスター
ビン出口にバイパスし、これによってボイラ本体への空
気供給量が必要量になるように調整することにより、コ
ンプレッサ通過空気流量を不必要に絞ることなく、ボイ
ラへの空気供給量をボイラ負荷に対応した必要量に制御
することができる。従って、コンプレッサの圧力比の増
加によるサージングを回避しつつボイラの負荷降下に対
応した空気流量を確保して負荷降下率を高めることがで
きる。

【００３１】図３は、本発明の他の実施例を示す基本制
御回路図である。この制御方法が、上記実施例と異なる
ところは、あらかじめコンプレッサに余分の空気が流れ
るようにしておき、この状態で、前記コンプレッサの空
気流量調整器により直接ボイラ必要空気流量を制御する
点である。すなわち、ボイラ負荷降下により燃料投入量
が低減した場合、負荷変化率信号１２に応じて開度要求
信号発生器１３を経てガスタービンバイパス弁１１の開
度をプログラム的に制御してコンプレッサ通過空気の一
部をガスタービン出口の排気ダクトにバイパスさせると
ともに、ボイラ本体に、該ボイラ本体に投入される負荷
降下後の燃料量に対応する量よりも多い量の空気が流れ
るようにしておき、この状態で前記コンプレッサの空気
流量調整機構６を制御してボイラ本体へ流入する空気流
量が前記負荷降下後の投入燃料量に対応する必要量にな
るように制御される。

【００３２】本実施例によれば、上記実施例と同様、コ
ンプレッサ通過空気流量を不必要に絞ることなく、ボイ
ラ本体に流入する空気流量をボイラ負荷の降下によって
減少した燃料量に対応した必要量に制限することができ
るので、コンプレッサの圧力比の増加によるサージング
を回避しつつボイラの負荷降下に対応した空気流量を確
保して負荷降下率を高めることができる。

【００３３】本実施例において、ガスタービンバイパス
ダクトに設けられた開閉弁を本来のコンプレッササージ
ング保護のためにのみ使用し、新たに設けたバルブによ
ってバイパス空気流量を制御するようにしてもよい。図
５は、本発明の別の実施例における制御回路を示す説明
図である。図においてこの方法は、ガスタービンコンプ
レッサのサージングを回避するためにガスタービンバイ
パス弁が開らかれてボイラ本体への空気供給量が低減し
た際に、ボイラ負荷要求信号２１に基いて燃料要求関数
発生器２２で求められた必要燃料投入量信号から、減算
器２４で、サージ発生信号による燃料減指令信号２３が
減算され、該減算された信号に基いてボイラ本体へ投入
される燃料量が前記低減した空気供給量に対応する必要
量になるように、燃料投入操作機２５によって制御する
ものである。

【００３４】本実施例によれば、ガスタービンコンプレ
ッサのサージングを回避するためにガスタービンバイパ
ス弁を開いてコンプレッサ通過空気量の一部をガスター
ビン出口にバイパスすることによりボイラ本体に供給さ
れる空気流量が低減した際、ボイラ負荷要求信号２１に
基いて燃料要求関数発生器２２で求められた必要燃料投
入量信号から、減算器２４で、サージ発生信号による燃
料減指令信号２３が減算され、該減算された信号に基い
てボイラ投入燃料量が前記低減した空気供給量に対応す
る必要量になるように制御されるので、プラントの燃焼
状態の影響を最小限として運転を維持し、かつ機器の安
全を確保し、コンプレッサのサージングを回避すること
ができる。

【００３５】本実施例において、ボイラ本体への燃料投
入量を空気供給量に対応するように低減すると同時に負
荷変化相当の層高を下げることが好ましい。これによっ
て層温度の変化をなくすことができる。層高を下げる方
法としては、例えばボイラ本体に供給する加圧空気の量
または流速を調節する方法が挙げられる。本発明におい
て、ガスタービンコンプレッサのサージングを回避する
ためにガスタービンバイパス弁が開らかれてボイラ本体
に供給される空気流量が低減した際に、ボイラ負荷要求
信号２１に基いて燃料要求関数発生器２２で求められた
必要空気投入量信号に、加算器２６で、サージ発生信号
３３とプラント負荷信号３４に基いて演算機３２で演算
されたサージ発生信号による空気流量加算指令信号２７
を加算し、該加算した信号に基いて空気流量信号２８を
比較器２９および制御器３０を介して補正し、該補正さ
れた信号に基いて空気流量調整機構３１を制御して前記
ガスタービンバイパス弁が開らかれることによりガスタ
ービン出口にバイパスされた空気量に相当する分だけコ
ンプレッサ通過空気流量を増加させ、これによってボイ
ラ本体へ供給される空気流量を前記ボイラ本体への投入
燃料量に対応するように制御することもできる。

【００３６】本発明において、ガスタービンコンプレッ
サの圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプレ
ッサのサージングを回避するためにガスタービンバイパ
ス弁が開らかれてボイラ本体に供給される空気流量が低
減した場合であって、ボイラ負荷が高くコンプレッサの
通過空気流量が上限値近くにある場合は、ボイラへの燃
料供給量を、前記ガスタービンバイパス弁を通過してガ
スタービン出口にバイパスされる空気量に相当する量だ
け絞ってボイラ本体への空気供給量に対応するように制
御し、ボイラ負荷が低く、燃料投入量が最低負荷に近い
場合には、コンプレッサの空気流量調整機構により、前
記ガスタービンバイパス弁を通過してガスタービン出口
にバイパスされる空気量に相当する量だけ空気量が増加
するようにコンプレッサ通過空気量を制御することが好
ましい。これによって安定運転性をさらに向上させるこ
とができる。

【００３７】本発明において、ガスタービンコンプレッ
サのサージングを回避するためにガスタービンバイパス
弁が開らかれてボイラ本体に供給される空気量が低減し
た際に、ボイラ本体への燃料投入量を絞る操作とコンプ
レッサ通過空気量を増加させる操作を同時に行い、これ
によってボイラ本体に供給される燃料量と空気量を対応
させることもできる。これによって互いの操作量が小さ
くなり、制御応答性が向上する。

【００３８】本発明において、ガスタービン起動時に、
ガスタービン入口からボイラ本体側へリークガスが逆流
するのを防止するために、あらかじめ空気ダクトを介し
てボイラ本体に加圧空気を供給し、ボイラ本体からガス
タービンに向かって流れる加圧空気流を形成し、該空気
流に前記リークガスを同伴させ、ガスタービンをバイパ
スさせて該ガスタービン出口排気ダクトに排出すること
が好ましい。

【００３９】図６は、本発明の別の実施例を示す流動層
ボイラ装置の説明図である。この装置は、ボイラ火炉５
４を収納した圧力容器５０と、該圧力容器５０に空気ダ
クト６１を介して空気を供給するガスタービンコンプレ
ッサ（空気圧縮機）４２と、前記ボイラ火炉５４から排
出され、サイクロン５５および５６を有する高圧排ガス
ダクト６０を介して供給される高圧排ガスによって稼動
するガスタービン４７と、該ガスタービン４７出口排ガ
スを排出する排気ダクト６２と、該排気ダクト６２と前
記空気ダクト６１とを連結する、開閉弁６６を備えたガ
スタービンバイパスダクト６７とを有する加圧流動層ボ
イラ装置において、前記空気ダクト６１に分岐配管６４
を介して加圧空気を供給する昇圧ファン４９を設け、前
記ガスタービン入口の高圧排ガスダクト６０とガスター
ビン出口排気ダクト６２とを連結するガスタービンバイ
パス配管５７を設け、該バイパス配管５７にバイパス弁
５８弁および減圧オリフィス５９を設けたものである。
４１は、圧縮機入口減圧弁、４３は、圧縮空気出口弁、
４４は、圧縮空気バイパス弁、４５は、燃焼器、４６
は、高圧ガス止め弁、４８は、排気サイレンサ、５１
は、熱風発生炉、５２は、風箱、５３は、流動層であ
る。

【００４０】このような構成において、ガスタービン４
７の起動に先立ち、開閉弁６６、圧縮機出口弁４３およ
び高圧ガス止め弁４６を閉じ、昇圧ファン４９を起動し
て圧力容器５０内の圧力を１〜２ｋｇ／ｃｍ²・ｇに昇
圧して高圧排ガスダクト６０に空気を流し、ガスタービ
ンバイパス配管５７のバイパス弁４８を開とし、減圧オ
リフィス５９で減圧し、排気サイレンサー４８の上流の
排気ダクト６２に排気させておく、この状態で、圧縮空
気バイパス弁４４を開き、図示省略したガスタービン起
動モータで空気圧縮機４２およびガスタービン４７を起
動し、回転数を、例えば２０〜３０回転まで昇速し、前
記空気圧縮機４２から圧縮空気バイパス弁４４、燃焼器
４５を介してガスタービン４７に空気を供給する。次
に、前記燃焼器４５を点火してガスタービン４７の回転
数を定格１００％に昇速させる。このとき、高温ガス止
め弁４６からリークしてボイラ側へ逆流しようとするリ
ークガスは、前記高圧排ガスダクト６０、ガスタービン
バイパス配管５７を経て排気ダクト６２に排気される空
気流に伴い、減温、減圧されたのち排ガスダクト６２に
排気される。

【００４１】本実施例によれば、空気供給ダクト６１に
分岐配管６４を介して昇圧ファン４９を接続し、高圧排
ガスダクト６０と排気ダクト６２とを連結するガスター
ビンバイパス配管５７を設けたことにより、ガスタービ
ン起動時に高圧ガス止め弁４６からリークするリークガ
スを前記昇圧ファン４９によって昇圧され、圧力容器５
０、火炉５４、高圧排ガスダクト６０を経て流通する空
気流に伴ってガスタービン４７出口の排気ダクト６２に
排出させることができるので、ガスタービン起動時のリ
ークガスがボイラ火炉側へ逆流するのを回避することが
できる。従って流動化空気ノズルへの流動化媒体の詰ま
り等を未然に防止することができる。

【００４２】なお、上記リークガスの逆流防止方法およ
び装置構成は、加圧流動層ボイラ装置であれば、一般の
ものにも適用可能である。

【００４３】

【発明の効果】本願の請求項１に記載の発明によれば、
ボイラ装置の負荷降下時に、負荷変化率に応じて先ずガ
スタービンコンプレッサ通過加圧空気量を、該コンプレ
ッサのサージング制限値以上の範囲で制御し、次いで前
記ガスタービンバイパスダクトに設けられた開閉弁を開
いて前記加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパス
させるとともに、前記開閉弁の開度を調節してボイラ本
体へ供給される加圧空気量を、前記ボイラ本体に投入さ
れる燃料量に応じた必要量に制御することにより、ガス
タービンコンプレッサのサージングを回避しつつ、加圧
流動層ボイラの負荷降下率を高め、電力需要に沿ったプ
ラント運用が可能となる。

【００４４】本願の請求項２記載の発明によれば、ボイ
ラ装置の負荷降下時に、負荷変化率に応じて先ず前記ガ
スタービンバイパスダクトに設けられた開閉弁を開いて
加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスさせ、次
いで前記ガスタービンコンプレッサ通過加圧空気量を、
該コンプレッサのサージング制限値以上の範囲で調節し
てボイラ本体へ供給される加圧空気量を、ボイラ本体に
投入される燃料量に応じた必要量に制御することによ
り、上記発明と同様の効果が得られる。

【００４５】本願の請求項３に記載の発明によれば、ガ
スタービンバイパスダクトに設けられた開閉弁を複数と
し、該複数の開閉弁の開閉操作によって前記ガスタービ
ン出口にバイパスさせる加圧空気量を制御することによ
り、上記発明の効果に加え、空気量の制御性が向上す
る。本願の請求項４記載の発明によれば、ガスタービン
コンプレッサの圧力比が所定値以上に上昇した際に、前
記コンプレッサのサージングに対する保護動作として前
記ガスタービンバイパスダクトの開閉弁を開いて前記加
圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスするととも
に、ボイラ本体への燃料供給量を、前記ガスタービンバ
イパスダクトを通過してガスタービン出口にバイパスす
る空気量に相当する量だけ絞り、ボイラ本体へ投入する
加圧空気量と燃料量が対応するように制御することによ
り、ガスタービンコンプレッサのサージングを回避し、
機器の安全性を向上させるとともに安定燃焼を継続する
ことができる。

【００４６】本願の請求項５記載の発明によれば、前記
燃料の絞り量に対応して流動層高を下げることにより、
上記発明の効果に加え、流動層の温度変化をなくすこと
ができる。本願の請求項６に記載の発明によれば、ガス
タービンコンプレッサの圧力比が所定値以上に上昇した
際に、前記コンプレッサのサージングに対する保護動作
として前記ガスタービンバイパスダクトの開閉弁を開い
て前記加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパスす
るとともに、前記ガスタービンコンプレッサの通過加圧
空気量を、前記ガスタービンバイパスダクトを通過して
ガスタービン出口にバイパスする空気量に相当する量だ
け増加させ、前記ボイラ本体へ投入する燃料量と加圧空
気量が対応するように制御することにより、ガスタービ
ンコンプレッサのサージングを回避し、機器の安全性を
向上させるとともに安定燃焼を継続することができる。

【００４７】本願の請求項７に記載の発明によれば、ガ
スタービンコンプレッサの圧力比が所定値以上に上昇し
た際に、前記コンプレッサのサージングに対する保護動
作として前記ガスタービンバイパスダクトの開閉弁を開
いて前記加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパス
するとともに、ボイラ負荷が高くコンプレッサ通過空気
流量が上限値近傍にある場合は、ボイラ本体への燃料供
給量を、前記ガスタービンバイパスダクトを通過してガ
スタービン出口にバイパスする空気量に相当する量だけ
絞り、ボイラ負荷が低くボイラへの燃料投入量が下限値
近傍にある場合は、前記ガスタービンコンプレッサの通
過加圧空気量を、前記ガスタービンバイパスダクトを通
過してガスタービン出口にバイパスする空気量に相当す
る量だけ増加させ、これによって前記ボイラ本体へ投入
する燃料量と加圧空気量が対応するように制御すること
により、上記発明の効果に加え、より安定な燃焼を継続
することができる。

【００４８】本願の請求項８に記載の発明によれば、ガ
スタービンコンプレッサの圧力比が所定値以上に上昇し
た際に、前記コンプレッサのサージングに対する保護動
作として前記ガスタービンバイパスダクトの開閉弁を開
いて前記加圧空気の一部をガスタービン出口にバイパス
するとともに、前記ガスタービンバイパスダクトを通過
してガスタービン出口にバイパスする空気量に応じてボ
イラ本体への燃料供給量を絞る動作とコンプレッサ通過
加圧空気量を増加させる操作を同時に行うことにより、
上記発明の効果に加え、制御応答性がより向上する。

【００４９】本願の請求項９に記載の発明によれば、前
記ガスタービンを起動する際に、前記空気ダクトを介し
てボイラ本体にあらかじめ加圧空気を供給し、ボイラ本
体から流出する加圧空気によって前記高圧排ガスダクト
のガスタービン入口からリークしてボイラ本体に向かっ
て逆流するリークガスをガスタービンをバイパスするバ
イパス配管によってガスタービン出口の排気ダクトにバ
イパスさせることにより、上記発明の効果に加え、ガス
タービン起動時に発生し易い、ボイラ本体へのリークガ
スの逆流を防止することができる。

【００５０】本願の請求項１０に記載の発明によれば、
空気ダクトに分岐配管を介して加圧空気を供給する昇圧
ファンを設け、ガスタービン入口の高圧排ガスダクトと
ガスタービン出口の排気ダクトとを連結するバイパス配
管を設け、該バイパス配管に開閉弁および減圧オリフィ
スを設けたことにより、ガスタービン起動時に発生し易
い、ボイラ本体へのリークガスの逆流を防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示す説明図。

【図２】本発明の一実施例を示す説明図。

【図３】本発明の他の実施例を示す説明図。

【図４】本発明の原理を示す説明図。

【図５】本発明の別の実施例を示す説明図。

【図６】本発明のさらに別の実施例を示す説明図。

【図７】本発明が適用される加圧流動層ボイラ装置を示
す説明図。

【図８】本発明が適用される加圧流動層ボイラ装置の静
特性を示す説明図。

【符号の説明】

１…ボイラ負荷要求信号、２…燃料要求関数発生器、３
…燃料投入操作機、４…空気比設定器、５…遅れ特性関
数発生器、６…空気流量調整機構、７…ボイラ流入空気
流量計、８…ボイラ必要空気流量信号、９…比較器、１
０…制御器、１１…ガスタービンバイパス弁、１２…負
荷変化率信号、１３…開度要求信号発生器、２１…ボイ
ラ負荷要求信号、２２…燃料要求関数発生器、２３…サ
ージ発生信号による燃料減指令信号、２４…減算器、２
５…燃料投入操作機、２６…加算器、２７…サージ発生
信号による空気流量加算指令信号、２８…空気流量信
号、２９…比較器、３０…制御器、３１…空気流量調整
機構、３２…演算器、３３…サージ発生信号、３４…プ
ラント負荷信号、４１…圧縮機入口減圧弁、４２…空気
圧縮機、４３…圧縮機出口弁、４４…圧縮空気バイパス
弁、４５…燃焼器、４６…高圧ガス止め弁、４７…ガス
タービン、４８…排気サイレンサ、４９…昇圧ファン、
５０…圧力容器、５１…熱風発生炉、５２…風箱、５３
…流動層、５４…火炉、５５…一次サイクロン、５６…
二次サイクロン、５７…ガスタービンバイパス配管、５
８…ガスタービンバイパス弁、５９…減圧オリフィス、
６０…高圧排ガスダクト、６１…空気ダクト、６２…排
気ダクト、６４…分岐ダクト、６５…空気圧縮バイパス
ダクト、６６…開閉弁、６７…ガスタービンバイパスダ
クト、７１…ガスタービンコンプレッサ、７２…空気流
量調整機構、７３…コンプレッサ出口弁、７４…ボイラ
圧力容器、７５…ボイラ本体、７６…高圧排ガスダク
ト、７７…ガスタービン入口弁、７８…ガスタービンバ
イパス弁、７９…ガスタービン本体、８０…排気ダク
ト、８１…煙突、８２…空気ダクト、８３…ガスタービ
ンバイパスダクト。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｃ 9/28 Ｆ０２Ｃ 9/28 Ｃ 9/50 9/50 Ｆ２２Ｂ 1/02 Ｆ２２Ｂ 1/02 Ｂ 1/24 1/24 (72)発明者岩瀬徹哉広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内 (72)発明者植中忠男広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内 (72)発明者大嶋重信広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内 (72)発明者三島信義茨城県日立市大みか町７丁目２番１号株式会社日立製作所内Ｆターム(参考） 3G071 AB01 BA05 BA22 BA31 CA07 DA11 EA02 EA05 EA06 FA05 HA04 JA02 3K064 AA14 AB01 AC07 AC15 BA14 BA19 BA24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボイラ本体を収納した圧力容器と、該圧
力容器に空気ダクトを介して加圧空気を供給するガスタ
ービンコンプレッサと、前記ボイラ本体から排出され、
高圧排ガスダクトを介して供給される高圧排ガスによっ
て稼動するガスタービンと、該ガスタービン出口排ガス
を排出する排気ダクトと、該排気ダクトと前記空気ダク
トとを連結する、開閉弁を備えたガスタービンバイパス
ダクトとを有する加圧流動層ボイラ装置の制御方法にお
いて、前記ボイラ装置の負荷降下時に、負荷変化率に応
じて先ず前記ガスタービンコンプレッサ通過加圧空気量
を、該コンプレッサのサージング制限値以上の範囲で制
御し、次いで前記ガスタービンバイパスダクトに設けら
れた開閉弁を開いて前記加圧空気の一部をガスタービン
出口にバイパスさせるとともに、前記開閉弁の開度を調
節してボイラ本体へ供給される加圧空気量を、前記ボイ
ラ本体に投入される燃料量に応じた必要量に制御するこ
とを特徴とする加圧流動層ボイラ装置の制御方法。
【請求項２】請求項１に記載の加圧流動層ボイラ装置
の制御方法において、前記ボイラ装置の負荷降下時に、
負荷変化率に応じて先ず前記ガスタービンバイパスダク
トに設けられた開閉弁を開いて加圧空気の一部をガスタ
ービン出口にバイパスさせ、次いで前記ガスタービンコ
ンプレッサ通過加圧空気量を、該コンプレッサのサージ
ング制限値以上の範囲で調節してボイラ本体へ供給され
る加圧空気量を、前記ボイラ本体に投入される燃料量に
応じた必要量に制御することを特徴とする加圧流動層ボ
イラ装置の制御方法。
【請求項３】前記ガスタービンバイパスダクトに設け
られた開閉弁を複数とし、該複数の開閉弁の開閉操作に
よって前記ガスタービン出口にバイパスさせる加圧空気
量を制御することを特徴とする請求項２に記載の加圧流
動層ボイラ装置の制御方法。
【請求項４】請求項１に記載の加圧流動層ボイラ装置
の制御方法において、前記ガスタービンコンプレッサの
圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプレッサ
のサージングに対する保護動作として前記ガスタービン
バイパスダクトの開閉弁を開いて前記加圧空気の一部を
ガスタービン出口にバイパスするとともに、ボイラ本体
への燃料供給量を、前記ガスタービンバイパスダクトを
通過してガスタービン出口にバイパスする空気量に相当
する量だけ絞り、ボイラ本体へ供給される燃料量が空気
量に対応するように制御することを特徴とする加圧流動
層ボイラ装置の制御方法。
【請求項５】前記燃料の絞り量に対応してボイラ本体
に供給する加圧空気量または流速を調節して流動層高を
下げることを特徴とする請求項４に記載の加圧流動層ボ
イラ装置の燃料または空気量制御方法。
【請求項６】請求項４に記載の加圧流動層ボイラ装置
の制御方法において、前記ガスタービンコンプレッサの
圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプレッサ
のサージングに対する保護動作として前記ガスタービン
バイパスダクトの開閉弁を開いて前記加圧空気の一部を
ガスタービン出口にバイパスするとともに、前記ガスタ
ービンコンプレッサの通過加圧空気量を、前記ガスター
ビンバイパスダクトを通過してガスタービン出口にバイ
パスする空気量に相当する量だけ増加させ、前記ボイラ
本体へ供給する空気量が燃料量に対応するように制御す
ることを特徴とする加圧流動層ボイラ装置の制御方法。
【請求項７】請求項４に記載の加圧流動層ボイラ装置
の制御方法において、前記ガスタービンコンプレッサの
圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプレッサ
のサージングに対する保護動作として前記ガスタービン
バイパスダクトの開閉弁を開いて前記加圧空気の一部を
ガスタービン出口にバイパスするとともに、ボイラ負荷
が高くコンプレッサ通過空気流量が上限値近傍にある場
合は、ボイラ本体への燃料供給量を、前記ガスタービン
バイパスダクトを通過してガスタービン出口にバイパス
する空気量に相当する量だけ絞り、ボイラ負荷が低くボ
イラ本体への燃料投入量が下限値近傍にある場合は、前
記ガスタービンコンプレッサの通過加圧空気量を、前記
ガスタービンバイパスダクトを通過してガスタービン出
口にバイパスする空気量に相当する量だけ増加させ、前
記ボイラ本体へ供給する燃料量と空気量が対応するよう
に制御することを特徴とする加圧流動層ボイラ装置の制
御方法。
【請求項８】請求項４に記載の加圧流動層ボイラ装置
の制御方法において、前記ガスタービンコンプレッサの
圧力比が所定値以上に上昇した際に、前記コンプレッサ
のサージングに対する保護動作として前記ガスタービン
バイパスダクトの開閉弁を開いて前記加圧空気の一部を
ガスタービン出口にバイパスさせるとともに、前記ガス
タービンバイパスダクトを通過してガスタービン出口に
バイパスする空気量に応じて、ボイラ本体への燃料供給
量を絞る動作とコンプレッサ通過加圧空気量を増加させ
る操作を同時に行って前記ボイラ本体に供給する燃料量
と空気量が対応するように制御することを特徴とする加
圧流動層ボイラ装置の制御方法。
【請求項９】前記ガスタービンを起動する際に、前記
空気ダクトを介してボイラ本体にあらかじめ加圧空気を
供給し、前記ボイラ本体から流出して高圧排ガスダクト
を流通する加圧空気流を形成し、該加圧空気流によっ
て、前記高圧排ガスダクトのガスタービン入口からリー
クしてボイラ本体に向かって逆流するリークガスを前記
ガスタービンをバイパスするように設けられたバイパス
配管を経てガスタービン出口の排気ダクトに同伴、排出
することを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の加
圧流動層ボイラ装置の制御方法。
【請求項１０】ボイラ本体を収納した圧力容器と、該
圧力容器に空気ダクトを介して空気を供給するガスター
ビンコンプレッサと、前記ボイラ本体から排出され、高
圧排ガスダクトを介して供給される高圧排ガスによって
稼動するガスタービンと、該ガスタービン出口排ガスを
排出する排気ダクトと、該排気ダクトと前記空気ダクト
とを連結する、開閉弁を備えたガスタービンバイパスダ
クトとを有する加圧流動層ボイラ装置において、前記空
気ダクトに分岐配管を介して加圧空気を供給する昇圧フ
ァンを設け、前記ガスタービン入口の高圧排ガスダクト
とガスタービン出口排気ダクトとを連結するバイパス配
管を設け、該バイパス配管に開閉弁および減圧オリフィ
スを設けたことを特徴とする加圧流動層ボイラ装置。