利用船舶用废热回收系统的发电方法及其废热回收系统技术方案

本发明专利技术公开了发电方法、废热回收系统、船舶及废热回收系统的控制装置，提高了动力涡轮及蒸汽涡轮的输出控制对于船内荷载的急剧变化的响应性。废热回收系统的动力涡轮控制部包括：动力涡轮反馈控制部，基于根据发动机荷载算出的动力涡轮输出目标值与实际动力涡轮输出的偏差，通过PID控制器算出动力涡轮控制阀机构的第一操作量；开度换算器，基于动力涡轮的目标转速与实际转速的转速偏差，将动力涡轮反馈控制部的输出信号换算为动力涡轮控制阀机构的第二操作量；动力涡轮前馈控制部，根据动力涡轮开度指令图表，算出动力涡轮控制阀机构的第三操作量；将第一操作量、第二操作量和第三操作量相加来设定动力涡轮控制阀机构的操作量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发电方法及利用船舶用废热回收系统的废热回收系统，特别是，涉及通过动力涡轮的驱动与蒸汽涡轮的驱动进行发电的发电方法及利用船舶用废热回收系统的废热回收系统。
技术介绍
目前，作为船舶用废热回收系统，已知有为利用发动机的废气而设置废气节能器并使其与船舶主机做功后产生的废气的热量进行热交换来驱动蒸汽涡轮进行发电的系统，以及在发动机上设置轴带发电机而利用该发动机的输出使轴带发电机旋转来提供船内荷载的电力的系统。作为船舶的节能化技术，这样的废热回收系统已提出并在例如专利文献I (日本特开2007 — 1339号公报)中公开。专利文献I中公开的系统利用发动机的废气来驱动动力涡轮从而提供船内荷载的一部分电力。在具有所述动力涡轮的废热回收系统中，根据发动机荷载来确定蒸汽涡轮、动力涡轮、轴带发电机等的电力分配。由于动力涡轮的发电是由现有的开关阀之类的阀来控制，因此，在因船内荷载的急剧减少而有可能导致涡轮停机的情况下，需要使阀关闭或设置旁通流路来完全阻止蒸汽流入，从而不能进行精细的流量控制。图7是表示在现有的废热回收系统进行的控制逻辑的框图。图8是表示图7所示的控制逻辑的流程图。根据图7所示的控制逻辑，在步骤S21开始后，在步骤S22中，通过发电输出指令计算器52，根据发动机荷载计算出动力涡轮输出目标值。在步骤S23中，测量动力涡轮实际输出值，在步骤S24中通过减法器53计算出动力涡轮输出目标值与动力涡轮实际输出值的差，在步骤S25中，基于控制偏差，通过PID控制器54进行PID控制运算，导出操作量Op其后，在步骤S26中，基于动力涡轮的目标转速与实际转速的转速偏差，通过开度换算器51将未图示的反馈控制的输出信号换算为操作量02，在步骤S27中通过加法器55计算出操作量O1与操作量O2之和，由此确定控制阀的开度。之后，返回步骤S22的前段。这样，通过反馈控制设定了动力涡轮的控制阀的开度。并且，专利文献2 (日本特许第3804693号公报)中公开了作为控制阀开度的专利技术。具体地说，包括:荷载侧循环水温度传感器，其配置于荷载侧循环配管的所述废热回收荷载下游侧，测定在此处流过的荷载侧循环水的温度；废热回收量检测部，其将所述荷载侧循环水温度传感器测出的荷载侧循环水的温度与第一设定温度进行比较，在荷载侧循环水的温度在第一设定温度以上时，输出散热信号；流动状态检测部，其设置于所述荷载侧循环配管，检测荷载侧循环水的流动状态是规定的流动状态还是其他的异常流动状态，在检测出为异常流动状态时，输出散热信号；保持部，其基于所述散热信号，在所述冷却水温度传感器测定出的冷却水的测定温度低于第二设定温度之前输出散热信号；前馈侧控制部，其响应所述散热信号，以使所述散热量变更部的阀开度达到预先设定的、小于所述发动机额定运转且所述废热回收荷载的废热需求为零时流过应供给至所述散热用热交换器的冷却水量的阀开度的设定阀开度的方式输出控制输出；反馈侧控制部，其基于所述冷却水温度传感器测定出的冷却水的测定温度，输出以该测定温度越高则散热量越增大的方式对所述散热量变更部进行控制的控制输出。通过来自所述前馈侧控制部的控制输出与来自所述反馈侧控制部的控制输出相加后的控制输出来控制所述散热量变更部。所述专利文献2公开的废热回收系统是为了防止因废热回收量急剧变动而引起过冲而着眼于水温进行控制。然而，在船内荷载急剧减少的情况下，由于出现剩余电力，因此需要立即减小动力涡轮输出。此时，有可能因动力涡轮输出控制的响应性而导致电力频率发生较大变动。同样地，通过蒸汽涡轮进行发电时，若船内荷载急剧减少，则由于出现剩余电力，因此也需要立即进行阀的流量控制以减小蒸汽涡轮输出。此时，同样可能因蒸汽涡轮输出控制的响应性而导致电力频率发生较大变动。由此，在船内荷载急剧减少的情况下，需要考虑电力频率的变动，但专利文献2中并未对电力频率的变动进行任何记载。而且，在船内荷载的电力急剧减少的情况下，在对动力涡轮、蒸汽涡轮的输出进行控制时，由于各自的响应速度的差异，可能导致供给电力达到稳定需要耗费一定时间。专利文献1:(日本)特开2007 - 1339号公报专利文献2:(日本)特许第3804693号公报
技术实现思路
于是，鉴于上述现有技术的课题，本专利技术的目的在于，提供一种能够提高动力涡轮以及蒸汽涡轮的输出控制对于船内荷载的急剧变化的响应性的废热回收系统的控制装置。为了解决以上技术课题，本专利技术提供一种发电方法，包括:驱动发动机而排出废气的工序；使用所述废气驱动动力涡轮的工序；将所述废气导入废气节能器而产生蒸汽的工序；由所述蒸汽驱动蒸汽涡轮的工序；通过所述动力涡轮的驱动与所述蒸汽涡轮的驱动进行发电的工序；第一方案的发电方法的特征在于，包括:根据发动机荷载计算出动力涡轮输出目标值，接着计算出所述动力涡轮输出目标值与实际的动力涡轮输出的偏差，然后基于所述计算出的偏差进行PID控制运算，从而计算出动力涡轮控制阀机构的第一操作量的工序；基于动力涡轮的目标转速与实际转速的转速偏差，计算出动力涡轮控制阀机构的第二操作量的工序；根据预先设定有所述发动机荷载、所述动力涡轮输出目标值与动力涡轮控制阀机构的操作量之间的关系的动力涡轮开度指令图表，计算出动力涡轮控制阀机构的第三操作量的工序；将所述动力涡轮控制阀机构的第一操作量、所述动力涡轮控制阀机构的第二操作量及所述动力涡轮控制阀机构的所述第三操作量之和设定为动力涡轮控制阀机构的操作量，控制动力涡轮的驱动的工序。第二方案的发电方法的特征在于，包括:根据发动机荷载计算出蒸汽涡轮输出目标值，接着计算出所述蒸汽涡轮输出目标值与实际的蒸汽涡轮输出的偏差，然后基于所述计算出的偏差进行PID控制运算，从而计算出蒸汽涡轮控制阀机构的第一操作量的工序；基于蒸汽涡轮的目标转速与实际转速的转速偏差，计算出蒸汽涡轮控制阀机构的第二操作量的工序；根据预先设定有所述发动机荷载、所述蒸汽涡轮输出目标值与蒸汽涡轮控制阀机构的操作量之间的关系的蒸汽涡轮开度指令图表，计算出蒸汽涡轮控制阀机构的第三操作量的工序；将所述蒸汽涡轮控制阀机构的第一操作量、所述蒸汽涡轮控制阀机构的第二操作量及所述蒸汽涡轮控制阀机构的所述第三操作量之和设定为蒸汽涡轮控制阀机构的操作量，控制蒸汽涡轮的驱动的工序。第三方案的发电方法的特征在于，包括:根据发动机荷载计算出动力涡轮输出目标值，接着计算出所述动力涡轮输出目标值与实际的动力涡轮输出的偏差，然后基于所述计算出的偏差进行PID控制运算，从而计算出动力涡轮控制阀机构的第一操作量的工序；基于动力涡轮的目标转速与实际转速的转速偏差，计算出动力涡轮控制阀机构的第二操作量的工序；根据预先设定有所述发动机荷载、所述动力涡轮输出目标值与动力涡轮控制阀机构的操作量之间的关系的动力涡轮开度指令图表，计算出动力涡轮控制阀机构的第三操作量的工序；将所述动力涡轮控制阀机构的第一操作量、所述动力涡轮控制阀机构的第二操作量及所述动力涡轮控制阀机构的所述第三操作量之和设定为动力涡轮控制阀机构的操作量，控制动力涡轮的驱动的工序；根据发动机荷载计算出蒸汽涡轮输出目标值，接着计算出所述蒸汽涡轮输出目标值与实际的蒸汽涡轮输出的偏差，然后基于所述计算出的偏差进行PID控制运算，从而计算出蒸汽涡轮控制阀机构的第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电方法，包括：驱动发动机而排出废气的工序；使用所述废气驱动动力涡轮的工序；将所述废气导入废气节能器而产生蒸汽的工序；由所述蒸汽驱动蒸汽涡轮的工序；通过所述动力涡轮的驱动与所述蒸汽涡轮的驱动进行发电的工序；所述发电方法的特征在于，包括：根据发动机荷载计算出动力涡轮输出目标值，接着计算出所述动力涡轮输出目标值与实际的动力涡轮输出的偏差，然后基于所述计算出的偏差进行PID控制运算，从而计算出动力涡轮控制阀机构的第一操作量的工序；基于动力涡轮的目标转速与实际转速的转速偏差，计算出动力涡轮控制阀机构的第二操作量的工序；根据预先设定有所述发动机荷载、所述动力涡轮输出目标值与动力涡轮控制阀机构的操作量之间的关系的动力涡轮开度指令图表，计算出动力涡轮控制阀机构的第三操作量的工序；将所述动力涡轮控制阀机构的第一操作量、所述动力涡轮控制阀机构的第二操作量及所述动力涡轮控制阀机构的所述第三操作量之和设定为动力涡轮控制阀机构的操作量，控制动力涡轮的驱动的工序。

【技术特征摘要】
2008.12.26 JP 2008-3341351.一种发电方法，包括: 驱动发动机而排出废气的工序； 使用所述废气驱动动力涡轮的工序； 将所述废气导入废气节能器而产生蒸汽的工序； 由所述蒸汽驱动蒸汽涡轮的工序； 通过所述动力涡轮的驱动与所述蒸汽涡轮的驱动进行发电的工序； 所述发电方法的特征在于，包括: 根据发动机荷载计算出动力涡轮输出目标值，接着计算出所述动力涡轮输出目标值与实际的动力涡轮输出的偏差，然后基于所述计算出的偏差进行PID控制运算，从而计算出动力涡轮控制阀机构的第一操作量的工序； 基于动力涡轮的目标转速与实际转速的转速偏差，计算出动力涡轮控制阀机构的第二操作量的工序； 根据预先设定有所述发动机荷载、所述动力涡轮输出目标值与动力涡轮控制阀机构的操作量之间的关系的动力涡轮开度指令图表，计算出动力涡轮控制阀机构的第三操作量的工序； 将所述动力涡轮控制阀机构的第一操作量、所述动力涡轮控制阀机构的第二操作量及所述动力涡轮控制阀机构的所述第三操作量之和设定为动力涡轮控制阀机构的操作量，控制动力涡轮的驱动的工序。2.—种发电方法，包括: 驱动发动机而排出废气的工序； 使用所述废气驱动动力涡轮的工序； 将所述废气导入废气节能器而产生蒸汽的工序； 由所述蒸汽驱动蒸 汽涡轮的工序； 通过所述动力涡轮的驱动与所述蒸汽涡轮的驱动进行发电的工序； 所述发电方法的特征在于，包括: 根据发动机荷载计算出蒸汽涡轮输出目标值，接着计算出所述蒸汽涡轮输出目标值与实际的蒸汽涡轮输出的偏差，然后基于所述计算出的偏差进行PID控制运算，从而计算出蒸汽涡轮控制阀机构的第一操作量的工序； 基于蒸汽涡轮的目标转速与实际转速的转速偏差，计算出蒸汽涡轮控制阀机构的第二操作量的工序； 根据预先设定有所述发动机荷载、所述蒸汽涡轮输出目标值与蒸汽涡轮控制阀机构的操作量之间的关系的蒸汽涡轮开度指令图表，计算出蒸汽涡轮控制阀机构的第三操作量的工序； 将所述蒸汽涡轮控制阀机构的第一操作量、所述蒸汽涡轮控制阀机构的第二操作量及所述蒸汽涡轮控制阀机构的所述第三操作量之和设定为蒸汽涡轮控制阀机构的操作量，控制蒸汽涡轮的驱动的工序。3.一种发电方法，包括: 驱动发动机而排出废气的工序； 使用所述废气驱动动力涡轮的工序；将所述废气导入废气节能器而产生蒸汽的工序； 由所述蒸汽驱动蒸汽涡轮的工序； 通过所述动力涡轮的驱动与所述蒸汽涡轮的驱动进行发电的工序； 所述发电方法的特征在于，包括: 根据发动机荷载计算出动力涡轮输出目标值，接着计算出所述动力涡轮输出目标值与实际的动力涡轮输出的偏差，然后基于所述计算出的偏差进行PID控制运算，从而计算出动力涡轮控制阀机构的第一操作量的工序； 基于动力涡轮的目标转速与实际转速的转速偏差，计算出动力涡轮控制阀机构的第二操作量的工序； 根据预先设定有所述发动机荷载、所述动力涡轮输出目标值与动力涡轮控制阀机构的操作量之间的关系的动力涡轮开度指令图表，计算出动力涡轮控制阀机构的第三操作量的工序； 将所述动力涡轮控制阀机构的第一操作量、所述动力涡轮控制阀机构的第二操作量及所述动力涡轮控制阀机构的所述第三操作量之和设定为动力涡轮控制阀机构的操作量，控制动力涡轮的驱动的工序； 根据发动机荷载计算出蒸汽涡轮输出目标值，接着计算出所述蒸汽涡轮输出目标值与实际的蒸汽涡轮输出的偏差，然后基于所述计算出的偏差进行PID控制运算，从而计算出蒸汽涡轮控制阀机构的第一操作量的工序； 基于蒸汽涡轮的目标转速与实际转速的转速偏差，计算出蒸汽涡轮控制阀机构的第二操作量的工序； 根据预先设定有所述发动机荷载、所述蒸汽涡轮输出目标值与蒸汽涡轮控制阀机构的操作量之间的关系的蒸汽涡轮开度指令图表，计算出蒸汽涡轮控制阀机构的第三操作量的工序； 将所述蒸汽涡轮控制阀机构的第一操作量、所述蒸汽涡轮控制阀机构的第二操作量及所述蒸汽涡轮控制阀机构的所述第三操作量之和设定为蒸汽涡轮控制阀机构的操作量，控制蒸汽涡轮的驱动的工序。4.根据权利要求1或3所述的发电方法，其特征在于，还包括: 根据所述蒸汽涡轮的荷载变化来修正所述动力涡轮输出目标值的工序； 基于修正后的修正动力涡轮输出目标值，计算出所述动力涡轮控制阀机构的第一操作量及所述动力涡轮控制阀机构的第三操作量的工序。5.根据权利要求4所述的发电方法，其特征在于，还包括: 基于预先设定有蒸汽涡轮荷载、发动机荷载与修正动力涡轮输出目标值之间的关系的修正动力涡轮开度指令图表，根据发动机荷载与蒸汽涡轮荷载，计算出修正动力涡轮输出目标值的工序。6.一种废热回收系统，包括: 使用发动机的废气驱动的动力涡轮； 使用由发动机的废气节能器产生的蒸汽驱动的蒸汽涡轮； 通过所述动力涡轮的驱动与所述蒸汽涡轮的驱动来产生电力的发电机； 动力涡轮控制阀机构，其由配置在所述动力涡轮上游并通过调节所述废气的流量来控制动力涡轮的输出的一个或多个控制阀机构构成； 蒸汽涡轮控制阀机构，其由配置在所述蒸汽涡轮上游并控制蒸汽涡轮的输出的一个或多个控制阀机构构成； 动力涡轮控制部，其控制所述动力涡轮控制阀机构的操作量； 蒸汽涡轮控制部，其控制所述蒸汽涡轮控制阀机构的操作量； 所述废热回收系统的特征在于，所述动力涡轮控制部包括: 动力涡轮反馈控制部，其基于根据发动机荷载计算出的动力涡轮输出目标值与实际的动力涡轮输出的偏差，通过PID控制器，计算出动力涡轮控制阀机构的第一操作量； 开度换算器，其基于动力涡轮的目标转速与实际转速的转速偏差，将所述动力涡轮反馈控制部的输出信号换算为所述动力涡轮控制阀机构的第二操作量； 动力涡轮前馈控制部，其根据预先设定有所述发动机荷载、所述动力涡轮输出目标值与所述动力涡轮控制阀机构的操作量之间的关系的动力涡轮开度指令图表，计算出所述动力涡轮控制阀机构的第三操作量； 将所述动力涡轮控制阀机构的第一操作量、所述动力涡轮控制阀机构的第二操作量及所述动力涡轮控制阀机构的第三操作量相加来设定所述动力涡轮控制阀机构的操作量。7.根据权利要求6所述的废热回收系统，其特征在于，所述动力涡轮控制阀机构的操作量为控制向所述动力涡轮流入的流入量的流入控制阀的开度。8.根据权利要求6所述的废热回收系统，其特征在于，所述动力涡轮控制阀机构的操作量为控制所述动力涡轮的旁通流量的旁通控制阀的开度。9.一种废热回收系统，包括: 使用发动机的废气驱动的动力涡轮； 使用由发动机的废气节能器产生的蒸汽驱动的蒸汽涡轮； 通过所述动力涡轮的驱动与所述蒸汽涡轮的驱动来产生电力的发电机； 动力涡轮控制阀机构，其由配置在所述动力涡轮上游并通过调节所述废气的流量来控制动力涡轮的输出的一个或多个控制阀机构构成； 蒸汽涡轮控制阀机构，其由配置在所述蒸汽涡轮上游并控制蒸汽涡轮的输出的一个或多个控制阀机构构成； 动力涡轮控制部，其控制所述动力涡轮控制阀机构的操作量； 蒸汽涡轮控制部，其控制所述蒸汽涡轮控制阀机构的操作量； 所述废热回收系统的特征在于，所述蒸气涡轮控制部包括: 蒸汽涡轮反馈控制部，其基于根据发动机荷载计算出的蒸汽涡轮输出目标值与实际的蒸汽涡轮输出的偏差，通过PID控制器，计算出蒸汽涡轮控制阀机构的第一操作量； 开度换算器，其基于蒸汽涡轮的目标转速与实际转速的转速偏差，将所述蒸汽涡轮反馈控制部的输出信号换算为所述蒸汽涡轮控制阀机构的第二操作量； 蒸汽涡轮前馈控制部，其根据预先设定有所述发动机荷载、所述蒸汽涡轮输出目标值与所述蒸汽涡轮控制阀机构的操作量之间的关系的蒸汽涡轮开度指令图表，计算出所述蒸汽涡轮控制阀机构的第三操作量； 将所述蒸汽涡轮控制阀机构的第一操作量、所述蒸汽涡轮控制阀机构的第二操作量及所述蒸汽涡轮控制阀机构的第三操作量相加来设定所述蒸汽涡轮控制阀机构的操作量。10.根据权利要求9所述的废热回收系统，其特征在于，所述蒸汽涡轮控制阀机构的操作量为控制向所述蒸汽涡轮流入的流入量的流入控制阀的开度。11.根据权利要求9所述的废热回收系统，其特征在于，所述蒸汽涡轮控制阀机构的操作量为控制所述蒸汽涡轮的旁通流量的旁通控制阀的开度。12.—种废热回收系统，包括: 使用发动机的废气驱动的动力涡轮； 使用由发动机的废气节能器产生的蒸汽驱动的蒸汽涡轮； 通过所述动力涡轮的驱动与所述蒸汽涡轮的驱动来产生电力的发电机； 动力涡轮控制阀机构，其由配置在所述动力涡轮上游并通过调节所述废气的流量来控制动力涡轮的输出的一个或多个控制阀机构构成； 蒸汽涡轮控制阀机构，其由配置在所述蒸汽涡轮上游并控制蒸汽涡轮的输出的一个或多个控制阀机构构成； 动力涡轮控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：坂口佑介，市来芳弘，金星隆之，太田裕二，键本良实，
申请(专利权)人：三菱重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：