(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼し燃焼ガスを発生させるガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、圧縮機で圧縮されて前記ガスタービン燃焼器に供給される圧縮空気を噴霧水で加湿する加湿装置を備えた高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器であって、前記ガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと燃焼空気を供給する複数の空気流路とで構成する燃焼部を複数設置し、負荷指令と発電量との偏差に基づいてガスタービン燃焼器の前記複数の燃焼部にそれぞれ供給する燃料の燃料比率を制御する高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
前記ガスタービン燃焼器に複数設置された燃焼部のうち、一部の燃焼部を他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部に形成し、
前記ガスタービン燃焼器の燃焼部への燃料流量は、前記加湿装置における圧縮空気への加湿水量と、加湿後の空気温度に基づいて前記加湿装置から前記ガスタービン燃焼器に供給する燃焼空気の湿分を評価し、この燃焼空気の湿分の評価に基づいて前記ガスタービン燃焼器に形成した前記保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料流量と、他の燃焼部に供給する燃料流量との燃料比率の調節によって制御するようにしたことを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
前記加湿装置で加湿する燃焼空気の湿分増加に基づいて、前記スタービン燃焼器に設置された複数の燃焼部のうち、保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料の燃料比率を、他の燃焼部に供給する燃料よりも増加するように制御することを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
【請求項３】
請求項２に記載の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
前記加湿装置で加湿する燃焼空気の湿分増加に基づいて、前記スタービン燃焼器に設置された複数の燃焼部のうち、前記保炎性に優れた燃焼部の燃焼温度が一定となるように、前記保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料の燃料比率を、他の燃焼部に供給する燃料よりも増加するように制御することを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
【請求項４】
請求項２に記載の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
前記加湿装置で加湿する燃焼空気の湿分増加に基づいて、前記スタービン燃焼器に設置された複数の燃焼部のうち、前記保炎性に優れた燃焼部の温度が上昇するように、前記保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料の燃料比率を、他の燃焼部に供給する燃料よりも増加するように制御することを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
【請求項５】
請求項１に記載の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
圧縮空気への加湿水量に対して燃焼空気の湿分量は単調増加であり、加湿水量の増加にともなって燃焼空気の湿分上限量の範囲内で前記燃焼空気の湿分を評価し、この燃焼空気の湿分の評価に基づいて前記保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料の燃料比率を制御することを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
【請求項６】
請求項２乃至４の何れか１項に記載の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
前記ガスタービン燃焼器の保炎性に優れた燃焼部の燃焼温度に第１の設定温度を設けて、前記保炎性に優れた燃焼部の燃焼温度が、この第１の設定温度以上の燃焼温度に到達した場合には、前記保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料比率を、燃焼空気の湿分増加時に増加させた燃料比率の範囲内で減少させるように前記燃料比率を調節することを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
【請求項７】
請求項６に記載の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
前記ガスタービン燃焼器の保炎性に優れた燃焼部の燃焼温度が前記第１の設定温度よりも高温の第２の設定温度を設けて、前記保炎性に優れた燃焼部の燃焼温度が、前記第１の設定温度よりも高温の第２の設定温度に到達した場合には、保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料比率と、他の燃焼部に供給する燃料比率とが同等となるように前記燃料比率を調節することを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
【請求項８】
圧縮機と、前記圧縮機の吸気部で吸込空気に水噴霧する吸気噴霧装置と、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるタービンと、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を噴霧水で加湿する噴霧式加湿装置を備えた高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器であって、前記ガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと燃焼空気を供給する複数の空気流路とで構成する燃焼部を複数設置し、負荷指令と発電量との偏差に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部にそれぞれ供給する燃料の燃料比率を制御する高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
前記ガスタービン燃焼器に複数設置された燃焼部のうち、一部の燃焼部を他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部に形成し、
前記ガスタービン燃焼器の燃焼部への燃料流量は、前記吸気噴霧装置での加湿水量と、圧縮空気への加湿水量と、前記加湿装置による加湿後の空気温度に基づいて前記加湿装置から前記ガスタービン燃焼器に供給する燃焼空気の湿分を評価し、この燃焼空気の湿分の評価に基づいて前記ガスタービン燃焼器に形成した前記保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料流量と、他の燃焼部に供給する燃料流量との燃料比率の調節によって制御するようにしたことを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
【請求項９】
圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼し燃焼ガスを発生させるガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、圧縮機で圧縮されて前記ガスタービン燃焼器に供給される燃焼用空気を加湿する加湿装置を備えた高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器であって、前記ガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと燃焼用空気を供給する複数の空気流路とで構成する燃焼部を複数設置し、負荷指令と発電量との偏差に基づいてガスタービン燃焼器の前記複数の燃焼部にそれぞれ供給する燃料の燃料比率を制御する高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置において、
前記ガスタービン燃焼器に複数設置された燃焼部のうち、一部の燃焼部を他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部として構成し、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量を制御する燃料制御装置は、
負荷指令ＭＷＤと実際の発電量ＭＷとの偏差に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料を制御する燃料流量指令を出力する燃料流量制御器と、前記燃料流量制御器から出力された燃料流量指令に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の燃料比率をそれぞれ設定する燃料流量比率設定器と、前記燃料流量比率設定器で設定された燃料流量比率設定値に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合をそれぞれ調節する燃料制御弁を操作する実燃料流量制御器を備え、
更に、加湿装置の出口空気温度から加湿装置出口の最大湿度を演算する加湿装置出口最大湿度演算器と、加湿装置の噴霧水量と前記加湿装置出口最大湿度演算器で演算した加湿装置出口最大湿度から加湿装置出口湿度を演算する加湿装置出口湿度演算器と、ガスタービン燃焼器に供給される燃焼空気の燃焼空気流量と前記加湿装置出口湿度演算器で演算した加湿装置出口湿度とから前記保炎性に優れたガスタービン燃焼器の燃焼部に供給する燃料の燃料比率について燃焼温度及び湿度に対する制御ゲインをそれぞれ演算する燃焼温度Ｆ１ゲイン演算器及び湿度Ｆ１ゲイン演算器を設け、これらの燃焼温度Ｆ１ゲイン演算器及び湿度Ｆ１ゲイン演算器の演算値に基づいて前記燃料流量比率設定器でガスタービン燃焼器に複数設けられた燃焼部のうち、保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料の燃料比率を設定するようにして、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合を制御することを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置。
【請求項１０】
圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼し燃焼ガスを発生させるガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、圧縮機で圧縮されて前記ガスタービン燃焼器に供給される燃焼用空気を加湿する加湿装置を備えた高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器であって、前記ガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと燃焼用空気を供給する複数の空気流路とで構成する燃焼部を複数設置し、負荷指令と発電量との偏差に基づいてガスタービン燃焼器の前記複数の燃焼部にそれぞれ供給する燃料の燃料比率を制御する高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置において、
前記ガスタービン燃焼器に複数設置された燃焼部のうち、一部の燃焼部を他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部として構成し、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量を制御する燃料制御装置は、
負荷指令ＭＷＤと実際の発電量ＭＷとの偏差に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料を制御する燃料流量指令を出力する燃料流量制御器と、
前記燃料流量制御器から出力された燃料流量指令に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の燃料比率をそれぞれ設定する燃料流量比率設定器と、前記燃料流量比率設定器で設定された燃料流量比率設定値に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合をそれぞれ調節する燃料制御弁を操作する実燃料流量制御器を備え、
更に、加湿装置の出口空気温度から加湿装置出口の最大水蒸気量を演算する加湿装置出口最大水蒸気量演算器と、加湿装置の噴霧水量と前記加湿装置出口最大水蒸気量演算器で演算した加湿装置出口最大水蒸気量から加湿装置出口水蒸気量を演算する加湿装置出口水蒸気量演算器と、前記加湿装置出口水蒸気量演算器で演算した加湿装置出口水蒸気量から加湿装置出口湿度を演算する加湿装置出口湿度演算器と、ガスタービン燃焼器に供給される燃焼空気の燃焼空気流量と前記加湿装置出口湿度演算器で演算した加湿装置出口湿度とから前記保炎性に優れたガスタービン燃焼器の燃焼部に供給する燃料の燃料比率について燃焼温度及び湿度に対する制御ゲインをそれぞれ演算する燃焼温度Ｆ１ゲイン演算器及び湿度Ｆ１ゲイン演算器を設け、これらの燃焼温度Ｆ１ゲイン演算器及び湿度Ｆ１ゲイン演算器の演算値に基づいて前記燃料流量比率設定器でガスタービン燃焼器に複数設けられた燃焼部のうち、保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料の燃料比率を設定するようにして、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合を制御することを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置。
【請求項１１】
圧縮機と、前記圧縮機の吸気部で吸込空気に水噴霧する吸気噴霧装置と、圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼し燃焼ガスを発生させるガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、圧縮機で圧縮されて前記ガスタービン燃焼器に供給される燃焼用空気を加湿する加湿装置を備えた高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器であって、前記ガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと燃焼用空気を供給する複数の空気流路とで構成する燃焼部を複数設置し、負荷指令と発電量との偏差に基づいてガスタービン燃焼器の前記複数の燃焼部にそれぞれ供給する燃料の燃料比率を制御する高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置において、
前記ガスタービン燃焼器に複数設置された燃焼部のうち、一部の燃焼部を他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部として構成し、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量を制御する燃料制御装置は、
負荷指令ＭＷＤと実際の発電量ＭＷとの偏差に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料を制御する燃料流量指令を出力する燃料流量制御器と、前記燃料流量制御器から出力された燃料流量指令に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の燃料比率をそれぞれ設定する燃料流量比率設定器と、前記燃料流量比率設定器で設定された燃料流量比率設定値に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合をそれぞれ調節する燃料制御弁を操作する実燃料流量制御器を備え、
更に、加湿装置の出口空気温度から加湿装置出口の最大湿度を演算する加湿装置出口最大湿度演算器と、加湿装置の噴霧水量及び吸気噴霧装置の噴霧水量と前記加湿装置出口最大湿度演算器で演算した加湿装置出口最大湿度から加湿装置出口湿度を演算する加湿装置出口湿度演算器と、ガスタービン燃焼器に供給される燃焼空気の燃焼空気流量と前記加湿装置出口湿度演算器で演算した加湿装置出口湿度とから前記保炎性に優れたガスタービン燃焼器の燃焼部に供給する燃料の燃料比率について燃焼温度及び湿度に対する制御ゲインをそれぞれ演算する燃焼温度Ｆ１ゲイン演算器及び湿度Ｆ１ゲイン演算器を設け、これらの燃焼温度Ｆ１ゲイン演算器及び湿度Ｆ１ゲイン演算器の演算値に基づいて前記燃料流量比率設定器でガスタービン燃焼器に複数設けられた燃焼部のうち、保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料の燃料比率を設定するようにして、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合を制御することを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置。
【請求項１２】
圧縮機と、前記圧縮機の吸気部で吸込空気に水噴霧する吸気噴霧装置と、圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼し燃焼ガスを発生させるガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、圧縮機で圧縮されて前記ガスタービン燃焼器に供給される燃焼用空気を加湿する加湿装置を備えた高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器であって、前記ガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと燃焼用空気を供給する複数の空気流路とで構成する燃焼部を複数設置し、負荷指令と発電量との偏差に基づいてガスタービン燃焼器の前記複数の燃焼部にそれぞれ供給する燃料の燃料比率を制御する高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置において、
前記ガスタービン燃焼器に複数設置された燃焼部のうち、一部の燃焼部を他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部として構成し、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量を制御する燃料制御装置は、
負荷指令ＭＷＤと実際の発電量ＭＷとの偏差に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料を制御する燃料流量指令を出力する燃料流量制御器と、前記燃料流量制御器から出力された燃料流量指令に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の燃料比率をそれぞれ設定する燃料流量比率設定器と、前記燃料流量比率設定器で設定された燃料流量比率設定値に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合をそれぞれ調節する燃料制御弁を操作する実燃料流量制御器を備え、
更に、加湿装置の出口空気温度から加湿装置出口の最大水蒸気量を演算する加湿装置出口最大水蒸気量演算器と、吸気噴霧装置の噴霧水量から加湿装置噴霧量の補正量を演算する加湿装置噴霧量補正量演算器と、加湿装置の噴霧水量と前記加湿装置出口最大水蒸気量演算器で演算した加湿装置出口最大水蒸気量及び前記加湿装置噴霧量補正量演算器で演算した加湿装置噴霧量補正量から加湿装置出口水蒸気量を演算する加湿装置出口水蒸気量演算器と、前記加湿装置出口水蒸気量演算器で演算した加湿装置出口水蒸気量から加湿装置出口湿度を演算する加湿装置出口湿度演算器と、ガスタービン燃焼器に供給される燃焼空気の燃焼空気流量と前記加湿装置出口湿度演算器で演算した加湿装置出口湿度とから前記保炎性に優れたガスタービン燃焼器の燃焼部に供給する燃料の燃料比率について燃焼温度及び湿度に対する制御ゲインをそれぞれ演算する燃焼温度Ｆ１ゲイン演算器及び湿度Ｆ１ゲイン演算器を設け、これらの燃焼温度Ｆ１ゲイン演算器及び湿度Ｆ１ゲイン演算器の演算値に基づいて前記燃料流量比率設定器でガスタービン燃焼器に複数設けられた燃焼部のうち、保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料の燃料比率を設定するようにして、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合を制御することを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法及び燃料制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン作動流体（空気）に湿分を添加して加湿し、この加湿空気によってガスタービン排ガスの持つ熱エネルギーを回収することで、出力及び効率の向上を図る高湿分空気利用ガスタービン発電プラントにおいて、加湿開始の前後に、燃焼器の低ＮＯｘ性能を確保しつつ火炎の安定性を維持可能な燃料の制御手段が特開２００８−１７５０９８号公報に開示されている。
【０００３】
一般に、ガスタービン起動時の回転数上昇時には、圧縮機吸込み空気流量や回転体の振動特性が変化するため、定格回転数到達後に比べると外乱により運転状態が不安定になりやすい傾向がある。
【０００４】
高湿分空気利用ガスタービンプラントにおいて、回転数上昇途中に加湿を開始すると、ガスタービンに対して外乱を与えることになるため、起動時の安定性を確保するためには、定格回転数到達後の部分負荷状態で加湿を開始する方が望ましい。
【０００５】
燃焼器で発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）は、天然ガスや灯油、軽油等の窒素含有量の少ない燃料を用いる場合、空気中の窒素が酸化されて発生するサーマルＮＯｘが大部分である。
【０００６】
サーマルＮＯｘの生成は温度依存性が高いため、一般にこれらの燃料を使用するガスタービンでは、火炎温度の低減が低ＮＯｘ燃焼法の基本思想である。火炎温度を低減する方策として、燃料と空気を予め混合した後に燃焼させる予混合燃焼が知られている。
【０００７】
また、高湿分空気利用ガスタービンプラントのように、再生器により燃焼空気が高温化されている場合には、燃料の自発火を防止しつつ火炎温度を適度に制御して低ＮＯｘ化を図る必要があり、特許文献１に示されている、燃料と空気を多数の小径の同軸噴流として燃焼室に噴出する方法が有効である。
【０００８】
このような低ＮＯｘ燃焼器において、低ＮＯｘ性能と火炎の安定性を両立させるためには、燃料流量と空気流量の比である燃空比を所定の範囲に調節することが肝要である。
【０００９】
特開平７−１８９７４３号公報には、ガスタービンの運用にともなう圧縮機入口案内弁の開度変化、大気温度変化、大気圧力変化に起因する空気流量の変化、燃料温度および燃料発熱量変化に起因する燃料流量の変化を対象に、燃料流量と空気流量の比を調整する手段が開示されている。
【００１０】
また、特開平１１−７２０２９号公報には、吸気噴霧によって圧縮機の吸込空気を冷却し圧縮動力を低減するガスタービンシステムにおいて、大気吸込空気の湿度及び吸気噴霧水量に応じて燃料流量を増減させる手段が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−１７５０９８号公報
【特許文献２】特開平７−１８９７４３号公報
【特許文献３】特開平１１−７２０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
高湿分空気利用ガスタービンプラントで加湿が開始されると、燃焼器においては燃焼空気の湿分が増加するため、燃焼熱が湿分に奪われて火炎温度が低下し、ＮＯｘ発生量は減少する。
【００１３】
また、湿分の添加によってタービン作動流体の流量が増加するため、回転数を一定に保持するために燃料流量が減少する。燃料流量の減少は火炎温度を低下させ、ＮＯｘ発生量が減少する。さらに火炎温度が低下することで再生器での回収熱量が減少するため、燃焼空気温度が低下する。燃焼空気温度の低下は火炎温度を低下させ、ＮＯｘ発生量が減少する。
【００１４】
このように加湿が開始されることよって、(1)湿分の増加、(2)燃料流量の減少、(3)空気温度の低下が同時に進行して火炎温度が低下するため、ＮＯｘ発生量は減少するが、燃焼安定性は悪くなる。
【００１５】
予め加湿を考慮して燃焼空気流量を低めに設定すれば、高湿分条件で火炎の吹き消えが生じないようにすることができる。しかしながら、このように燃焼器空気配分が設定された燃焼器では、加湿開始前には上記とは逆に火炎温度が高くなるため、火炎の安定性は確保されるがＮＯｘ発生量は増加する傾向がある。
【００１６】
すなわち、高湿分空気利用ガスタービンプラントにおいては、加湿開始前後で、燃焼器のＮＯｘ生成および火炎安定性に対して大きな条件変化が生ずる。また、加湿開始後に弁制御やその系の体積等によって、ガスタービン増負荷時には、燃焼空気に実際に湿分が添加されるまでに遅れが生じると考えられる。
【００１７】
ガスタービン降負荷時には、同様の理由によって燃焼空気の湿度が低下するまでに遅れが生じると考えられる。
【００１８】
加湿操作の開始及び停止操作に対して、遅れ時間の後に燃焼空気湿度が変化すると、火炎温度が過度に高くなる、あるいは低くなる可能性があるため、著しいＮＯｘ増加や燃焼安定性の低下が起こる可能性がある。
【００１９】
したがって、このような条件変化に対しても燃焼器を低ＮＯｘで安定に燃焼する制御手段が求められる。
【００２０】
そこで、特開２００８−１７５０９８号公報に開示されたように、個別に燃料が供給される複数の燃焼部を備えた燃焼器の一部の燃焼部を、他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部（空気流に旋回成分を与える空気孔を備えた燃焼部）で構成し、加湿開始後の所定の間、保炎性に優れた燃焼部における燃焼温度が加湿開始前の燃焼温度以上となるように、保炎性に優れた燃焼部に供給される燃料の比率を大きく設定して燃料を制御する手段によって、加湿後の燃焼安定性を確保することができる。
【００２１】
このような湿度の変化に対して、特開平７−１８９７４３号公報に開示されているような手段を適用して燃焼の安定性を確保する場合には、燃焼空気中の湿分を計測し、その値をもとに燃料流量割合を制御することが考えられる。
【００２２】
ここで、湿度センサーで燃焼空気の湿分を計測することを考える。
【００２３】
湿分の計測位置を考えると、第一には、加湿装置出口における湿分計測が考えられる。しかし、加湿装置出口の空気は露点に近いため、湿度センサーによる計測では測定精度が期待できないという課題がある。第二には、再生器出口における湿分計測が考えられる。しかし、再生器出口の空気は４５０℃以上と高温であるため、湿度センサーに高い耐熱性が要求される。
【００２４】
次に、湿度センサーに求められる性能を考える。空気中の湿分変化により燃焼状態は時々刻々と変化する。そのため、湿度センサーには、高い応答性で空気中の湿分を計測し、燃料流量割合を制御して安定燃焼を維持することが求められる。
【００２５】
このように、湿度センサーによって空気中の湿分を計測して燃焼制御し、安定燃焼させるには課題が多い。
【００２６】
特開平１１−７２０２９号公報には、圧縮機の吸込空気を吸気噴霧装置によって冷却し、圧縮動力を低減するガスタービンシステムにおいて、大気湿度及び吸気噴霧水量の変化による燃焼空気湿度の変化に対して、安定燃焼させる手段が開示されている。
【００２７】
前記した従来技術に開示された高湿分空気利用ガスタービンは、圧縮機の下流に加湿装置を備えるため、圧縮機の吸気噴霧だけでなく、加湿装置の加湿量によって燃焼空気湿度が大きく変化する。また、吸気噴霧装置の作動条件によって圧縮機吐出空気の温度及び湿度が変化すると、それに合わせて加湿装置での加湿量も変化すると考えられる。
【００２８】
しかしながら、高湿分空気利用ガスタービンのガスタービン燃焼器を安定燃焼させるために、圧縮機の吸気噴霧による湿分変化と加湿装置での湿分変化の両方を考慮してガスタービン燃焼器の燃料流量を制御する技術については検討されていなかった。
【００２９】
また、高湿分空気利用ガスタービンの加湿前、加湿開始前後、加湿中にもガスタービン燃焼器の燃焼安定性を損なわずに高い信頼性で運用でき、加湿状態に拘わらずＮＯｘ発生量を低レベルに維持できる高湿分空気利用ガスタービン燃焼器の燃料流量を制御する技術についても検討されていなかった。
【００３０】
本発明の目的は、噴霧式加湿装置によって空気を加湿する高湿分空気利用ガスタービンにおいて、加湿前、加湿開始前後、加湿中にも燃焼安定性を損なわずに高い信頼性で運用でき、加湿状態に拘わらずＮＯｘ発生量を低レベルに維持できる高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法及びその燃料制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法は、圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼し燃焼ガスを発生させるガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、圧縮機で圧縮されて前記ガスタービン燃焼器に供給される圧縮空気を噴霧水で加湿する加湿装置を備えた高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器であって、前記ガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと燃焼空気を供給する複数の空気流路とで構成する燃焼部を複数設置し、負荷指令と発電量との偏差に基づいてガスタービン燃焼器の前記複数の燃焼部にそれぞれ供給する燃料の燃料比率を制御する高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、前記ガスタービン燃焼器に複数設置された燃焼部のうち、一部の燃焼部を他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部に形成し、前記ガスタービン燃焼器の燃焼部への燃料流量は、前記加湿装置における圧縮空気への加湿水量と、加湿後の空気温度に基づいて前記加湿装置から前記ガスタービン燃焼器に供給する燃焼空気の湿分を評価し、この燃焼空気の湿分の評価に基づいて前記ガスタービン燃焼器に形成した前記保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料流量と、他の燃焼部に供給する燃料流量との燃料比率の調節によって制御するようにしたことを特徴とする。
【００３２】
また、本発明の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法は、圧縮機と、前記圧縮機の吸気部で吸込空気に水噴霧する吸気噴霧装置と、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるタービンと、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を噴霧水で加湿する噴霧式加湿装置を備えた高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器であって、前記ガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと燃焼空気を供給する複数の空気流路とで構成する燃焼部を複数設置し、負荷指令と発電量との偏差に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部にそれぞれ供給する燃料の燃料比率を制御する高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、前記ガスタービン燃焼器に複数設置された燃焼部のうち、一部の燃焼部を他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部に形成し、前記ガスタービン燃焼器の燃焼部への燃料流量は、前記吸気噴霧装置での加湿水量と、圧縮空気への加湿水量と、前記加湿装置による加湿後の空気温度に基づいて前記加湿装置から前記ガスタービン燃焼器に供給する燃焼空気の湿分を評価し、この燃焼空気の湿分の評価に基づいて前記ガスタービン燃焼器に形成した前記保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料流量と、他の燃焼部に供給する燃料流量との燃料比率の調節によって制御するようにしたことを特徴とする。
【００３３】
本発明の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置は、圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼し燃焼ガスを発生させるガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、圧縮機で圧縮されて前記ガスタービン燃焼器に供給される燃焼用空気を加湿する加湿装置を備えた高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器であって、前記ガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと燃焼用空気を供給する複数の空気流路とで構成する燃焼部を複数設置し、負荷指令と発電量との偏差に基づいてガスタービン燃焼器の前記複数の燃焼部にそれぞれ供給する燃料の燃料比率を制御する高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置において、前記ガスタービン燃焼器に複数設置された燃焼部のうち、一部の燃焼部を他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部として構成し、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量を制御する燃料制御装置は、負荷指令ＭＷＤと実際の発電量ＭＷとの偏差に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料を制御する燃料流量指令を出力する燃料流量制御器と、前記燃料流量制御器から出力された燃料流量指令に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の燃料比率をそれぞれ設定する燃料流量比率設定器と、前記燃料流量比率設定器で設定された燃料流量比率設定値に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合をそれぞれ調節する燃料制御弁を操作する実燃料流量制御器を備え、更に、加湿装置の出口空気温度から加湿装置出口の最大湿度を演算する加湿装置出口最大湿度演算器と、加湿装置の噴霧水量と前記加湿装置出口最大湿度演算器で演算した加湿装置出口最大湿度から加湿装置出口湿度を演算する加湿装置出口湿度演算器と、ガスタービン燃焼器に供給される燃焼空気の燃焼空気流量と前記加湿装置出口湿度演算器で演算した加湿装置出口湿度とから前記保炎性に優れたガスタービン燃焼器の燃焼部に供給する燃料の燃料比率について燃焼温度及び湿度に対する制御ゲインをそれぞれ演算する燃焼温度Ｆ１ゲイン演算器及び湿度Ｆ１ゲイン演算器を設け、これらの燃焼温度Ｆ１ゲイン演算器及び湿度Ｆ１ゲイン演算器の演算値に基づいて前記燃料流量比率設定器でガスタービン燃焼器に複数設けられた燃焼部のうち、保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料の燃料比率を設定するようにして、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合を制御することを特徴とする。
【００３４】
また、本発明の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置は、圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼し燃焼ガスを発生させるガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、圧縮機で圧縮されて前記ガスタービン燃焼器に供給される燃焼用空気を加湿する加湿装置を備えた高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器であって、前記ガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと燃焼用空気を供給する複数の空気流路とで構成する燃焼部を複数設置し、負荷指令と発電量との偏差に基づいてガスタービン燃焼器の前記複数の燃焼部にそれぞれ供給する燃料の燃料比率を制御する高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置において、前記ガスタービン燃焼器に複数設置された燃焼部のうち、一部の燃焼部を他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部として構成し、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量を制御する燃料制御装置は、負荷指令ＭＷＤと実際の発電量ＭＷとの偏差に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料を制御する燃料流量指令を出力する燃料流量制御器と、前記燃料流量制御器から出力された燃料流量指令に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の燃料比率をそれぞれ設定する燃料流量比率設定器と、前記燃料流量比率設定器で設定された燃料流量比率設定値に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合をそれぞれ調節する燃料制御弁を操作する実燃料流量制御器を備え、更に、加湿装置の出口空気温度から加湿装置出口の最大水蒸気量を演算する加湿装置出口最大水蒸気量演算器と、加湿装置の噴霧水量と前記加湿装置出口最大水蒸気量演算器で演算した加湿装置出口最大水蒸気量から加湿装置出口水蒸気量を演算する加湿装置出口水蒸気量演算器と、前記加湿装置出口水蒸気量演算器で演算した加湿装置出口水蒸気量から加湿装置出口湿度を演算する加湿装置出口湿度演算器と、ガスタービン燃焼器に供給される燃焼空気の燃焼空気流量と前記加湿装置出口湿度演算器で演算した加湿装置出口湿度とから前記保炎性に優れたガスタービン燃焼器の燃焼部に供給する燃料の燃料比率について燃焼温度及び湿度に対する制御ゲインをそれぞれ演算する燃焼温度Ｆ１ゲイン演算器及び湿度Ｆ１ゲイン演算器を設け、これらの燃焼温度Ｆ１ゲイン演算器及び湿度Ｆ１ゲイン演算器の演算値に基づいて前記燃料流量比率設定器でガスタービン燃焼器に複数設けられた燃焼部のうち、保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料の燃料比率を設定するようにして、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合を制御することを特徴とする。
【００３５】
また、本発明の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置は、圧縮機と、前記圧縮機の吸気部で吸込空気に水噴霧する吸気噴霧装置と、圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼し燃焼ガスを発生させるガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、圧縮機で圧縮されて前記ガスタービン燃焼器に供給される燃焼用空気を加湿する加湿装置を備えた高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器であって、前記ガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと燃焼用空気を供給する複数の空気流路とで構成する燃焼部を複数設置し、負荷指令と発電量との偏差に基づいてガスタービン燃焼器の前記複数の燃焼部にそれぞれ供給する燃料の燃料比率を制御する高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置において、前記ガスタービン燃焼器に複数設置された燃焼部のうち、一部の燃焼部を他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部として構成し、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量を制御する燃料制御装置は、負荷指令ＭＷＤと実際の発電量ＭＷとの偏差に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料を制御する燃料流量指令を出力する燃料流量制御器と、前記燃料流量制御器から出力された燃料流量指令に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の燃料比率をそれぞれ設定する燃料流量比率設定器と、前記燃料流量比率設定器で設定された燃料流量比率設定値に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合をそれぞれ調節する燃料制御弁を操作する実燃料流量制御器を備え、更に、加湿装置の出口空気温度から加湿装置出口の最大湿度を演算する加湿装置出口最大湿度演算器と、加湿装置の噴霧水量及び吸気噴霧装置の噴霧水量と前記加湿装置出口最大湿度演算器で演算した加湿装置出口最大湿度から加湿装置出口湿度を演算する加湿装置出口湿度演算器と、ガスタービン燃焼器に供給される燃焼空気の燃焼空気流量と前記加湿装置出口湿度演算器で演算した加湿装置出口湿度とから前記保炎性に優れたガスタービン燃焼器の燃焼部に供給する燃料の燃料比率について燃焼温度及び湿度に対する制御ゲインをそれぞれ演算する燃焼温度Ｆ１ゲイン演算器及び湿度Ｆ１ゲイン演算器を設け、これらの燃焼温度Ｆ１ゲイン演算器及び湿度Ｆ１ゲイン演算器の演算値に基づいて前記燃料流量比率設定器でガスタービン燃焼器に複数設けられた燃焼部のうち、保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料の燃料比率を設定するようにして、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合を制御することを特徴とする。
【００３６】
また、本発明の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置は、圧縮機と、前記圧縮機の吸気部で吸込空気に水噴霧する吸気噴霧装置と、圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼し燃焼ガスを発生させるガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンと、圧縮機で圧縮されて前記ガスタービン燃焼器に供給される燃焼用空気を加湿する加湿装置を備えた高湿分空気利用ガスタービン用のガスタービン燃焼器であって、前記ガスタービン燃焼器は、燃料を供給する複数の燃料ノズルと燃焼用空気を供給する複数の空気流路とで構成する燃焼部を複数設置し、負荷指令と発電量との偏差に基づいてガスタービン燃焼器の前記複数の燃焼部にそれぞれ供給する燃料の燃料比率を制御する高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置において、前記ガスタービン燃焼器に複数設置された燃焼部のうち、一部の燃焼部を他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部として構成し、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量を制御する燃料制御装置は、負荷指令ＭＷＤと実際の発電量ＭＷとの偏差に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料を制御する燃料流量指令を出力する燃料流量制御器と、前記燃料流量制御器から出力された燃料流量指令に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の燃料比率をそれぞれ設定する燃料流量比率設定器と、前記燃料流量比率設定器で設定された燃料流量比率設定値に基づいてガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合をそれぞれ調節する燃料制御弁を操作する実燃料流量制御器を備え、更に、加湿装置の出口空気温度から加湿装置出口の最大水蒸気量を演算する加湿装置出口最大水蒸気量演算器と、吸気噴霧装置の噴霧水量から加湿装置噴霧量の補正量を演算する加湿装置噴霧量補正量演算器と、加湿装置の噴霧水量と前記加湿装置出口最大水蒸気量演算器で演算した加湿装置出口最大水蒸気量及び前記加湿装置噴霧量補正量演算器で演算した加湿装置噴霧量補正量から加湿装置出口水蒸気量を演算する加湿装置出口水蒸気量演算器と、前記加湿装置出口水蒸気量演算器で演算した加湿装置出口水蒸気量から加湿装置出口湿度を演算する加湿装置出口湿度演算器と、ガスタービン燃焼器に供給される燃焼空気の燃焼空気流量と前記加湿装置出口湿度演算器で演算した加湿装置出口湿度とから前記保炎性に優れたガスタービン燃焼器の燃焼部に供給する燃料の燃料比率について燃焼温度及び湿度に対する制御ゲインをそれぞれ演算する燃焼温度Ｆ１ゲイン演算器及び湿度Ｆ１ゲイン演算器を設け、これらの燃焼温度Ｆ１ゲイン演算器及び湿度Ｆ１ゲイン演算器の演算値に基づいて前記燃料流量比率設定器でガスタービン燃焼器に複数設けられた燃焼部のうち、保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料の燃料比率を設定するようにして、前記ガスタービン燃焼器の複数の燃焼部に供給する燃料の流量割合を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、噴霧式加湿装置によって空気を加湿する高湿分空気利用ガスタービンにおいて、加湿前、加湿開始前後、加湿中にも燃焼安定性を損なわずに高い信頼性で運用でき、加湿状態に拘わらずＮＯｘ発生量を低レベルに維持できる高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法及びその燃料制御装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施例に係るガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンシステムを示す構成図。
【図２】図１に示した本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器に設置された燃料ノズルの構成を表す部分断面図。
【図３】図２に示した本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器に設置された燃料ノズルを燃焼室から見た空気孔プレートの正面図。
【図４】本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンシステムの運転方法の一例を表す特性図。
【図５】本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンシステムの運転方法の他の一例を表す特性図。
【図６】本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンシステムにおける加湿装置噴霧水量と加湿装置出口湿度の関係の模式図。
【図７】本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンシステムにおける加湿装置噴霧水量と加湿装置出口湿度の関係の模式図（近似線図）。
【図８】本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンシステムにおける運転方法の更に他の一例を表す特性図。
【図９】本発明の第１実施例の高湿分空気利用ガスタービンシステムにおけるガスタービン燃焼器の燃焼制御装置を構成する制御装置の一例を示す制御ブロック図。
【図１０】図９に示した本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器の燃焼制御装置におけるＦ１バーナのＦ１ゲインの一構成を示す説明図。
【図１１】本発明の第２実施例のガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンシステムの運転方法の一例を表す特性図。
【図１２】本発明の第２実施例のガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンシステムにおける加湿装置噴霧水量と加湿装置出口湿度の関係の模式図。
【図１３】本発明の第２実施例の高湿分空気利用ガスタービンシステムにおけるガスタービン燃焼器の燃焼制御装置を構成する制御装置の一例を示す制御ブロック図。
【図１４】本発明の第３実施例に係るガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンシステムを示す構成図。
【図１５】本発明の第３実施例のガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンシステムの運転方法の一例を表す特性図。
【図１６】本発明の第３実施例のガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンシステムの運転方法の他の一例を表す特性図。
【図１７】本発明の第３実施例のガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンシステムにおける加湿装置噴霧水量と加湿装置出口湿度の関係の模式図。
【図１８】本発明の第３の実施例の高湿分空気利用ガスタービンシステムにおけるガスタービン燃焼器の燃焼制御装置を構成する制御装置の一例を示す制御ブロック図。
【図１９】本発明の第４実施例のガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンシステムの運転方法の一例を表す特性図。
【図２０】本発明の第４実施例のガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンシステムにおける加湿装置噴霧水量と加湿装置出口湿度の関係の模式図。
【図２１】本発明の第４実施例の高湿分空気利用ガスタービンシステムにおけるガスタービン燃焼器の燃焼制御装置を構成する制御装置の一例を示す制御ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明の実施例である高湿分空気利用ガスタービン燃焼器の燃料制御方法及び燃料制御装置について図面を参照して以下に説明する。
【実施例１】
【００４０】
本発明の第１実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法及びその燃料制御装置について図１〜図１０を用いて説明する。
【００４１】
図１は本発明の第１実施例である高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法及び燃料制御装置が適用される高湿分空気利用ガスタービンシステムの全体構成を表すシステムフロー図である。
【００４２】
図１に示した高湿分空気利用ガスタービンシステムにおいて、発電用高湿分空気利用ガスタービンは、圧縮機１、ガスタービン燃焼器２、タービン３、加湿装置４、再生器５から構成され、タービン３の出力により発電機２０を回転させ電力を得る。
【００４３】
ガスタービン燃焼器２は、燃焼器ケーシング６、および燃焼器カバー７内に格納されている。ガスタービン燃焼器２の上流端中央には燃料ノズル８があり、その下流には、燃焼空気と燃焼ガスを隔てる概略円筒状の燃焼器ライナ９がある。
【００４４】
圧縮機１入口のガスタービン吸込空気１００（大気圧）を圧縮機１で圧縮した高圧空気１０２は、トランジションピース１１とトランジションピースフロースリーブ１２との間隙を流れてトランジションピース１１を対流冷却し、加湿前高温空気１０３となる。
【００４５】
加湿前高温空気１０３は、加湿装置４に供給されて湿分を添加され加湿空気１０４となる。加湿装置４は、スプレイ水の噴霧により空気を加湿する。ここで、加湿装置４で加湿された加湿空気１０４は、水蒸気飽和条件以下（相対湿度１００％以下）である。
【００４６】
高湿分空気利用ガスタービンの健全性を監視するために、加湿装置４の出口には、加湿装置出口温度５００を計測する温度計を設置する。
【００４７】
加湿装置４で湿分を添加された加湿空気１０４は、再生器５に導かれ、ガスタービン排気ガス１０７（タービン出口低圧燃焼ガス）との熱交換により加熱される。
【００４８】
加熱された加湿空気１０４は、高温高湿分空気１０５となって燃焼器ケーシング６へと注入される。燃焼器ケーシング６内での高温高湿分空気１０５は、燃焼器ライナ９の外側の概して環状の空間を通ってガスタービン燃焼器２の燃焼器頭部へ向かって流れ、途中、燃焼器ライナ９の対流冷却に使用される。
【００４９】
高温高湿分空気１０５の一部は燃焼器ライナ９に設けられた冷却孔から燃焼器ライナ９内へ流入し、フィルム冷却に使用される。残りの高温高湿分空気１０５（図中Ａ部詳細の３６）は、後述する空気孔３２から燃焼器ライナ９内に流入し、燃料ノズル３１から噴出される燃料とともにガスタービン燃焼器２の燃焼に使用され、高温の燃焼ガス１０６となってタービン３へと送られる。
【００５０】
タービン３を出たタービン出口低圧燃焼ガス１０７は再生器５で熱回収されて再生器出口低圧燃焼ガス１０８となって、排気塔２２から排気ガス１０９として排気する。
【００５１】
タービン３で得られた駆動力はシャフト２１を通じて圧縮機１及び発電機２０に伝えられる。駆動力の一部は圧縮機１における空気の圧縮動力となり、残りの駆動力は発電機２０で電力に変換する。
【００５２】
高湿分空気利用ガスタービン発電プラントの出力である発電量ＭＷは、制御装置１０００からの指令信号に基づいてガスタービン燃焼器２に供給する燃料の流量を演算する燃料流量調整弁２１１〜２１４の開閉を調節して制御する。
【００５３】
加湿装置４で空気を加湿するための水量は、制御装置１０００からの指令信号によって加湿装置噴霧水量制御弁３１１の開閉を調節して制御する。
【００５４】
図２は図１に示した本実施例の高湿分空気利用ガスタービンで用いるガスタービン燃焼器２の燃料ノズル９の構造を示した図である。
【００５５】
ガスタービン燃焼器２の燃焼器カバー７に設けた燃料ノズルヘッダ３０に多数の燃料ノズル３１が取り付けられており、多数の燃料ノズル３１の１本１本に対応した多数の空気孔３２を備えた空気孔プレート３３が、サポート３４を介して燃焼器カバー７に取り付けられた構造となっている。
【００５６】
一対の燃料ノズル３１及び空気孔プレート３３に形成された空気孔３２は、ほぼ同心状に配設されており、図２のＡ部詳細に示すように、中央に燃料噴流３５、その周囲に空気噴流３６の同軸噴流を多数形成する。
【００５７】
同軸噴流構造によって、空気孔プレート３３に形成された空気孔３２内では燃料と空気は未混合であるため、高湿分空気利用ガスタービンのように燃焼空気が高温であっても燃料の自発火は発生せず、空気孔プレート３３が溶損するようなことはないので、信頼性の高いガスタービン燃焼器２とすることができる。
【００５８】
また、このような小さな同軸噴流を多数形成することにより、燃料と空気の界面が増加し混合が促進するため、ガスタービン燃焼器２の燃焼時にＮＯｘの発生量を抑制することができる。
【００５９】
図３は本実施例のガスタービン燃焼器２に設置した空気孔プレート３３を燃焼器下流側から見た図である。本実施例のガスタービン燃焼器２において、多数の空気孔３２（および、図示しないが空気孔３２と対を成す燃料ノズル３１）は空気孔プレート３３の半径方向内周側から半径方向外周側にかけて環状の空気孔列が同心状に８列配置されている。
【００６０】
前記ガスタービン燃焼器２の燃焼部を形成するバーナは、中心側の４列（第１列〜第４列）が第１群（Ｆ１）の燃焼部を形成するＦ１バーナ、第５列が第２群（Ｆ２）の燃焼部を形成するＦ２バーナ、その外側の２列（第６、７列）が第３群（Ｆ３）の燃焼部を形成するＦ３バーナ、最外周（第８列）が第４群（Ｆ４）の燃焼部を形成するＦ４バーナとそれぞれ群分けされており、図２に示した様に、Ｆ１バーナ〜Ｆ４バーナのそれぞれの群ごとにヘッダ３０に設けたフランジ（５１〜５４）を通じて流量制御弁２１１〜２１４をそれぞれ備えた燃料系統２０１〜２０４から供給される燃料を燃料ノズル３１に供給する。
【００６１】
このような燃料系統２０１〜２０４の群分け構造によって、ガスタービンの燃料流量変化に対し燃料供給する燃料ノズルの本数を段階的に変化させる燃料ステージングが可能となり、ガスタービン部分負荷運転時の燃焼安定性の確保と低ＮＯｘ化が可能となる。
【００６２】
さらに中央の４列（Ｆ１）の燃焼部を形成するＦ１バーナを構成する空気孔プレート３３の空気孔３２はピッチ円接線方向に角度（図３中のα°）を持った斜め穴に形成することで、この空気孔３２を流下する空気流全体に旋回をかけ、生じる循環流によって火炎を安定化させている。
【００６３】
Ｆ１バーナの外周側に配設したＦ２バーナ〜Ｆ４バーナは、中央のＦ１バーナの燃焼熱によって火炎が安定化される。したがって、高湿分ガスタービンにおいて加湿が開始され、燃焼用空気の湿分が増加する際には、ガスタービン燃焼器２のＦ１バーナに供給する燃料流量を増加させ、局所的に高温な部分を設けることで、Ｆ１火炎の燃焼安定性が向上する。
【００６４】
Ｆ１燃料の増加分だけＦ２バーナ以降のバーナの燃料流量は減少するが、これらの火炎はＦ１バーナの燃焼熱によって火炎が安定化されているため、バーナ全体として、燃焼安定性が確保される。
【００６５】
本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料制御方法及び燃料制御装置を適用した高湿分空気利用ガスタービンの運転方法の一例について、図４、図５に示した各特性図を参照しながら説明する。
【００６６】
図４の高湿分空気利用ガスタービンの運転方法の特性図において、横軸は起動開始からの時刻、縦軸は上から回転数、発電量、空気流量、加湿装置４の噴霧水量、加湿装置４の出口湿度、加湿装置４の出口温度５００をそれぞれ示したものである。
【００６７】
また、図５の高湿分空気利用ガスタービンの運転方法の特性図において、横軸は図４と同じく起動開始からの時刻、縦軸は上からガスタービン燃焼器２の燃焼温度、ガスタービン燃焼器２の全体の燃料流量、Ｆ１バーナ〜Ｆ４バーナに燃料を供給する各燃料系統２０１〜２０４の個別燃料流量（Ｆ１流量〜Ｆ４流量）を模式的に表したものである。
【００６８】
また、図４及び図５の特性図において、期間ａは起動から定格回転数に達するまでの回転数昇速期間、期間ｂはガスタービン起動中の増負荷期間のうち加湿後の燃焼温度がＴｇ１以下となる期間、期間ｃはガスタービン起動中の増負荷期間のうち加湿後の燃焼温度が温度Ｔｇ１以上で、且つ、温度Ｔｇ１よりも温度が高い、温度Ｔｇ２以下となる期間、期間ｄは起動終了後の負荷追従運転期間をそれぞれ表す。
【００６９】
前記増負荷期間ｂは、更に、前半の水分無添加期間ｂ１、水分添加量変化期間ｂ２、及び水分添加量一定期間ｂ３に分かれている。ここで、ガスタービン燃焼器２の燃焼温度は、燃空比（燃料流量と空気流量の比）、燃焼空気温度、燃焼空気湿度から求まる値とする。
【００７０】
本実施例の高湿分空気利用ガスタービンのガスタービン燃焼器２の燃料制御装置の運転方法において、まず、燃料制御装置の制御装置１０００からの指令によって燃料流量が比較的少ない着火および昇速時は、ガスタービン燃焼器２の軸心側に位置するＦ１バーナのみを燃焼させて運転（すなわち図２の燃料系統２０１のみにＦ１燃料を供給）し、定格回転数無負荷条件付近まで昇速させる。このＦ１バーナの単独燃焼を今後の説明では１／４モードと呼ぶことにする。
【００７１】
次にそれ以降の負荷上昇過程（期間ｂ）では、ガスタービン燃焼器２のＦ１バーナの外周側に設置したＦ２バーナにＦ２燃料を投入して、Ｆ１＋Ｆ２で運転する。すなわち、燃料系統２０１及び２０２にＦ１燃料及びＦ２燃料を供給し、制御装置１０００からの指令によってこれらの燃料系統２０１及び２０２にそれぞれ設置された流量制御弁２１１及び２１２の開度を調節することにより各Ｆ１燃料及びＦ２燃料の燃料流量を制御する。このときを２／４モードと呼ぶことにする。
【００７２】
次に、さらにガスタービン燃焼器２のＦ２バーナの外周側に設置したＦ３バーナに燃料を投入する燃料系統２０３にＦ３燃料を供給し、Ｆ３バーナに着火した状態を３／４モードと呼ぶ。
【００７３】
ここまでの過程では高湿分空気利用ガスタービンの加湿装置４には水分が添加されていない（ｂ１）。すなわち図１に示した高湿分空気利用ガスタービンの加湿装置４に供給する水の流量を調節する加湿装置給水弁３１１は全閉であり、加湿装置バイパス弁３１２の開度によって再生熱交換器５の下流側に設置された給水過熱器１２を流れる水量が制御されている。
【００７４】
また、この間の燃料流量増加は、ガスタービンの起動計画に定められた負荷上昇率に従ってガスタービン発電量が増加する様に、流量制御弁２１１、２１２及び２１３の開度を調節することによってＦ１バーナ、Ｆ２バーナ、Ｆ３バーナに供給するＦ１燃料、Ｆ２燃料、Ｆ３燃料の各燃料流量が制御される。
【００７５】
また、Ｆ１バーナ、Ｆ２バーナ、Ｆ３バーナに供給する各燃料系統２０１乃至２０３の前記Ｆ１燃料、Ｆ２燃料、Ｆ３燃料の燃料流量配分は、ガスタービン燃焼器２の燃焼が安定し、かつ生成するＮＯｘが最小となる様に定められた比率で供給される。
【００７６】
本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料制御方法及び燃料制御装置においては、この３／４モードで、高湿分空気利用ガスタービンの加湿装置４への水分添加を開始する。加湿開始指令により前記制御装置１０００からの指令信号によって加湿装置４に設置した空気冷却器側加湿装置給水弁３１２が開き、開度に応じた流量の給水が加湿装置４へと注水される（期間ｂ２）。
【００７７】
同時に、空気冷却器側加湿装置バイパス弁３１３は、前記制御装置１０００からの指令信号によって空気冷却器２８を流れる水量が所定の値となるように制御されながら、開度を減少し最終的には全閉状態となる。
【００７８】
その後は空気冷却器側加湿装置給水弁３１２の開度を制御することで、空気冷却器２８を流れる水量が所定の値となるよう調整される（期間ｂ２〜ｂ３）。
【００７９】
このとき、前記制御装置１０００からの指令信号によって、ガスタービンの起動計画に定められた負荷上昇率に従ってガスタービン発電量が増加する様に、ガスタービン燃焼器２のＦ１バーナ、Ｆ２バーナ、Ｆ３バーナに供給する燃料流量がそれぞれ制御される。そのうち、Ｆ１バーナに供給するＦ１燃料は、燃焼安定性の確保に主要な役割を担うため、加湿装置４への加湿開始前に対して加湿開始後には、全燃料流量に対するＦ１流量の比率が大きくなるように設定される必要がある。
【００８０】
図５に示した本実施例のガスタービン燃焼器を備えたガスタービンシステムの運転方法の特性図において、点線で示した直線部分が加湿前の設定を示す。本実施例のガスタービン燃焼器２では、全燃料流量が計画に対して偏差を生じないようにするため、Ｆ１バーナに供給する燃料流量は、点線で示した直線部分に対して実線で示したようにＦ１流量を高めた分だけ、Ｆ３バーナに供給する燃料流量は、点線で示した直線部分に対して実線で示したようにＦ３流量を下げた設定となっている。
【００８１】
ガスタービン燃焼器２の燃焼安定性の確保に最適なＦ１流量の決定には、Ｆ１燃焼温度による判断が有効である。
【００８２】
燃焼温度の計算に必要な諸量のうち、燃焼空気湿度は、前述のように湿度センサーによるリアルタイム直接計測が難しいという課題がある。
【００８３】
そこで本実施例のガスタービン燃焼器２では、燃料制御装置の制御装置１０００によって、加湿装置４への噴霧水量である加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐから加湿装置４の出口湿度である加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔを評価することを考える。
【００８４】
湿度センサーによる湿度計測に比して、加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐの計測は、高速かつ高精度の計測が容易である。したがって、加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐから加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔが一対一で評価できれば、前記加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔのリアルタイム評価が可能となる。
【００８５】
加湿装置４の滞留時間が十分に確保される場合、加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐが少量の間は、空気は水蒸気飽和条件から離れているため加湿されやすいが、加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐが多量になると、水蒸気飽和状態に近づくため空気は加湿されにくくなると考えられる。
【００８６】
つまり、加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐを無限大とすると、加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔは加湿装置出口最大湿度Ｈｍｈ、ｍａｘに漸近すると考えられる。理想的な条件下では、湿装置出口最大湿度Ｈｍｈ、ｍａｘは加湿装置出口温度５００における飽和湿度Ｈｍｈ、ｓａｔである。
【００８７】
この加湿装置４への加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐと加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔの関係を示したのが図６の模式図である。この関係は、データベース化した実測値あるいは加湿を模擬した計算式によって求めることができる。
【００８８】
図６の本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器を設置した高湿分空気利用ガスタービンシステムにおける加湿装置４の加湿装置噴霧水量と加湿装置出口湿度の関係を示した模式図では、加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐが増加すると、加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔの値が連続して上昇する曲線となっている。
【００８９】
また、図７に示した本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンシステムにおける加湿装置４の加湿装置噴霧水量と加湿装置出口湿度の関係を示した模式図（近似線図）のように、加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔの値が数点について加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐに対する加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔの値を求め、それらの点の値を直線で結んだ直線で近似することもできる。
【００９０】
図９に示した本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料制御装置に設置された制御装置１０００で使用される燃焼空気湿度を使えば、燃焼空気温度、燃空比からガスタービン燃焼器２における燃焼温度が計算できる。保炎性を強化したＦ１バーナについて燃焼温度を計算し、安定燃焼に必要なＦ１燃焼温度を比較すれば、安定燃焼に必要なＦ１流量が求まる。
【００９１】
本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料制御装置に設置された制御装置１０００における前記湿度算出方法は、加湿装置４に対する加湿装置噴霧水量３０１が一定量である期間（図４の期間ｂ３）だけでなく、加湿装置給水量３０１が変化する期間（図４の期間ｂ２）においても有効である。したがって、加湿装置噴霧水量３０１の変化による燃焼空気の過渡的な湿度変化に対しても、適切なＦ１流量設定によって燃焼安定性を確保できる。
【００９２】
計画の加湿量に達した後について、本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンシステムの運転方法の他の一例を表す特性図である図４及び図５を用いて説明する。
【００９３】
本実施例のガスタービン燃焼器２では、加湿量一定のもとで所定の負荷に上昇させるため、燃料を増加させると、燃焼温度が温度Ｔｇ１に達する。局所燃焼温度がＮＯｘの生成温度以上に高ければ、高湿分燃焼であってもＮＯｘは生成しやすくなる。
【００９４】
ここで、要素燃焼試験の結果から、ガスタービン燃焼器２の燃焼温度がある程度高くなると、高湿分燃焼でもガスタービン燃焼器２の安定燃焼が可能であることが分かっているので、本実施例であるガスタービン燃焼器を設置した高湿分空気利用ガスタービンシステムの運転では、図５に示したように、ガスタービン燃焼器２の燃焼温度が温度Ｔｇ１以上になると、それまで高めていたＦ１流量を徐々に下げていき、Ｆ３流量を徐々に上げていく。
【００９５】
そして、ガスタービン燃焼器２の燃焼温度が温度Ｔｇ１よりも高温の温度Ｔｇ２に到達すると、Ｆ１バーナとＦ３バーナの局所燃焼温度が同等となるようにＦ１流量を設定する。
【００９６】
このように、ガスタービン燃焼器２の燃焼温度が、温度Ｔｇ１以上で、且つ、温度Ｔｇ２以下の期間（図４、図５の期間ｃ）では、期間ｂとは逆にＦ１流量を下げていくことで、全負荷帯でガスタービン燃焼器２の安定燃焼と、さらなる低ＮＯｘ燃焼を実現できる。
【００９７】
図８は、本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器を備えた高湿分空気利用ガスタービンシステムにおける運転方法の更に他の一例を表す特性図であり、図５の期間ｂ２、ｂ３、ｃについて、Ｆ１流量とＦ３流量を取り出して拡大した図である。
【００９８】
この図８の特性図に示した本実施例であるガスタービン燃焼器を設置した高湿分空気利用ガスタービンシステムの運転方法において、点線で示した直線部分は、ガスタービン燃焼器２のＦ１とＦ３の燃焼温度が同等となる流量を示しており、実線で示した部分が図５に示したものと対応した運転である。
【００９９】
この図８に示した特性図において、実線で示した部分では、加湿装置４への加湿開始直後はＦ１流量を高めに設定し、燃焼温度が温度Ｔｇ１以上となる期間ｃでは安定燃焼が確保された段階で、Ｆ１とＦ３の燃焼温度が同等となるように燃料の流量を制御する方法であることを示している。
【０１００】
ガスタービン燃焼器２の燃焼安定性に問題なければ、一点鎖線で示したような単純な流量制御も可能である。一点鎖線で示した流量制御では、ガスタービン燃焼器２の燃焼温度Ｔｇ１におけるＦ１バーナに供給するＦ１流量を決めるだけで、流量制御線を決めることができ、制御の設定が容易である。
【０１０１】
発電量またはタービン排ガス温度が所定の量に達した時点で、高湿分空気利用ガスタービンの起動が完了し、その後は、図５に示した特性図のように、高湿分空気利用ガスタービンの負荷の増減に合わせてガスタービン燃焼器２に供給する燃料流量が増減することで負荷追従する（期間ｄ）。
【０１０２】
高湿分空気利用ガスタービンの高負荷運転時においては、ガスタービン燃焼器２に設置したＦ１バーナ〜Ｆ４バーナのうち、主として最外周のＦ４バーナに供給するＦ４燃料の燃料流量を増減させて対応する。このときＦ４燃料と空気の混合気は、Ｆ１バーナ〜Ｆ３バーナまでの燃焼ガスと混合して高温になるため、燃料の酸化反応が緩慢に進行し、高い燃焼効率を得ることができる。
【０１０３】
また燃焼完結後の温度をＮＯｘ生成が顕著となる温度以下になるよう空気配分が設定されているため、Ｆ４バーナからのＮＯｘ発生をほとんどゼロとする燃焼が可能となる。また、Ｆ４バーナに投入したＦ４燃料がごくわずかでも反応が完結するため、連続的な燃料切り換えが可能となり、運用性が向上する。
【０１０４】
本実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されたガスタービン燃焼器２の燃料制御装置における制御装置１０００を構成する具体的な制御ブロックの一例を図９に示す。
【０１０５】
図９に示した本実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器２の燃料制御装置に設置された制御装置１０００を構成する具体的な制御ブロックのように、予め定められた発電量増加率に従うように与えられた負荷指令ＭＷＤと実際の発電量ＭＷの偏差を制御装置１０００に設置された減算器４０１で求め、この減算器４０１で求めた負荷指令ＭＷＤと実際の発電量ＭＷとの偏差に基づいてスタービン燃焼器２のＦ１バーナ〜Ｆ４バーナに供給するＦ１燃料制御弁２１１〜Ｆ４燃料制御弁２１４の弁開度を制御する実燃料流量制御器４０６に燃料流量指令値４１０を演算して出力する燃料流量制御器４０２が設置されている。
【０１０６】
前記制御装置１０００に設置された前記燃料流量制御器４０２で演算した燃料流量指令値４１０は、制御装置１０００に設置された燃料流量比率設定器４０３の入力となる。
【０１０７】
一方、制御装置１０００に設置された加湿装置出口最大湿度演算器４０８は、加湿装置４の出口に設置した温度計によって計測した加湿装置出口温度５００を入力して、この加湿装置最大湿度演算器４０８にて加湿装置出口最大湿度Ｈｍｈ、ｍａｘを演算し、前記加湿装置最大湿度演算器４０８で演算した加湿装置出口最大湿度Ｈｍｈ、ｍａｘと、加湿装置４に噴霧する加湿装置噴霧水量３０１である加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐとから、加湿装置出口湿度演算器４０４によって加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔを演算する。
【０１０８】
前記加湿装置出口湿度演算器４０４で演算した加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔは、制御装置１０００に設置された湿度Ｆ１ゲイン演算器４０５及び燃焼温度Ｆ１ゲイン演算器４１５のそれぞれの入力となる。
【０１０９】
湿度Ｆ１ゲイン演算器４０５は、湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔを基に湿度に対するＦ１ゲインを演算する。燃焼温度Ｆ１ゲイン演算器４１５は、燃焼空気流量と燃料流量制御器４０２で演算した燃料流量指令値４１０、及び加湿装置出口湿度演算器４０４で演算した加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔとから、燃焼温度に対するＦ１ゲインを演算する。
【０１１０】
そして、湿度Ｆ１ゲイン演算器４０５の出力と燃焼温度Ｆ１ゲイン演算器４１５の出力との積を制御装置１０００に設置された乗算器４１６で求めてＦ１ゲイン４１７を算出し、このＦ１ゲイン４１７を制御装置１０００に設置された燃料比率設定器４０３の入力とする。
【０１１１】
図１０は、制御装置１０００に設置された湿度Ｆ１ゲイン演算器４０５と、燃焼温度Ｆ１ゲイン演算器４１５の出力と、これらの出力から乗算器４１６で計算されるＦ１ゲイン４１７の一例を示した概略図である。
【０１１２】
図１０に示したようにして、湿度と燃焼温度から、ガスタービン燃焼器２のＦ１バーナに供給される図５及び図８に示したＦ１流量を実現するためのＦ１ゲイン４１７が計算できる。
【０１１３】
本実施例のガスタービン燃焼器２で低ＮＯｘと安定燃焼を両立するには、以下の方法がある。
【０１１４】
第一には、加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔの増加に対して、Ｆ１ゲイン４１７を増加させる。湿度増加量にＦ１ゲインを追随させることで、安定燃焼させることができる。
【０１１５】
そして、加湿装置４への加湿後にガスタービン燃焼器２の燃焼温度が安定燃焼が確保できる燃焼温度Ｔｇ１以上となってから、前記ガスタービン燃焼器２のＦ１バーナ〜Ｆ４バーナの局所燃焼温度が、ガスタービン燃焼器２のＦ１バーナ〜Ｆ４バーナの全ての燃焼温度が等しくなる燃焼温度Ｔｇ２と同等となるように、Ｆ１ゲインを徐々に小さくなるように設定することで、ガスタービン燃焼器２の低ＮＯｘと安定燃焼の両立が可能となる。
【０１１６】
第二には、加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔの増加に対して、ガスタービン燃焼器２のＦ１燃焼温度が一定となるようにＦ１ゲイン４１７を増加させる。湿度変化によらずＦ１燃焼温度が同等となるように、湿度増加量に合わせてＦ１燃料流量を増加させるようにＦ１ゲイン４１７を設定することで、ガスタービン燃焼器２の安定燃焼と低ＮＯｘ燃焼の両立が可能となる。
【０１１７】
そして、加湿後の燃焼温度が燃焼温度Ｔｇ１以上となってから、Ｆ１バーナ〜Ｆ４バーナの局所燃焼温度が、燃焼温度Ｔｇ２と同等となるようにＦ１ゲイン３１７を徐々に小さくなるように設定することで、ガスタービン燃焼器２の低ＮＯｘと安定燃焼の両立が可能となる。
【０１１８】
第三には、加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔの増加に対して、ガスタービン燃焼器２のＦ１燃焼温度が高くなるようにＦ１ゲイン４１７を増加させる。燃焼条件によっては、湿度が増加すると燃焼安定性が低下すると考えられる。
【０１１９】
湿度増加に合わせて、Ｆ１燃焼温度が上昇するようにＦ１ゲイン３１７を設定することで、湿度変化に対してガスタービン燃焼器２の燃焼安定性を高めることができて、信頼性がさらに向上する。
【０１２０】
そして、加湿後の燃焼温度が燃焼温度Ｔｇ１以上となってから、ガスタービン燃焼器２のＦ１バーナ〜Ｆ４バーナの局所燃焼温度が、燃焼温度Ｔｇ２と同等となるようにＦ１ゲイン３１７を徐々に小さくなるように設定することで、ガスタービン燃焼器２の低ＮＯｘと安定燃焼の両立が可能となる。
【０１２１】
そこで、本実施例のガスタービン燃焼器２の制御装置１０００では、図９に示したように、該制御装置１０００に設置された燃料流量比率設定器４０３にて、同じく該制御装置１０００に設置された燃料流量制御器４０２から出力した燃料流量指令値４１０を入力値として、Ｆ１ゲイン４１５の値を参照しながらＦ１〜Ｆ４の各燃料流量比率（４１１〜４１４）を演算する。
【０１２２】
該制御装置１０００に設置された実燃料流量制御器４０６では、前記燃料流量比率設定器４０３で演算して出力されたＦ１〜Ｆ４の各燃料流量比率（４１１〜４１４）、及び前記燃料流量制御器４０２から出力した燃料流量指令値４１０とから、Ｆ１〜Ｆ４各燃料系統の流量または弁開度を演算して燃料流量制御弁２１１〜２１４に出力し、燃料流量制御弁２１１〜２１４の弁開度をそれぞれ制御する。
【０１２３】
かくして、本実施例のガスタービン燃焼器２では、図９に示した構成の制御装置１０００によって、図５に実線で示したような燃料流量制御を行うことが実現できる。
【０１２４】
また、弁制御や系が保有する体積によって、加湿開始後に実際に燃焼空気に湿分が添加されるまでには、時間遅れが生ずると考えられる。その時は、燃焼空気湿度に対して、一次遅れを考慮して実際の燃焼空気湿度を推算すれば、ガスタービン燃焼器２の低ＮＯｘ化と安定燃焼を両立できる。
【０１２５】
ガスタービン降負荷時には、配管等の系が保有する体積によって、燃焼空気湿度が加湿装置４での加湿装置供噴霧水量３０１に追従するまでに遅れが生じると考えられ、特に有効である。
【０１２６】
さらに、何らかの事情によって噴霧装置４への噴霧水供給量が急に減少あるいは噴霧水供給が停止した場合には、燃焼空気湿度が急激に低下するためガスタービン燃焼器２のＦ１燃焼温度が高くなりすぎる可能性がある。
【０１２７】
本実施例によれば、供給水量から燃焼空気湿度を推定する方法であり、燃焼空気湿度の変動を検知できるため、ガスタービン燃焼器２のＦ１燃焼温度の急上昇を回避できてガスタービンの信頼性が向上する。
【０１２８】
したがって、本実施例によれば、噴霧式加湿装置によって空気を加湿する高湿分空気利用ガスタービンにおいて、加湿前、加湿開始前後、加湿中にも燃焼安定性を損なわずに高い信頼性で運用でき、加湿状態に拘わらずＮＯｘ発生量を低レベルに維持できる高湿分空気利用ガスタービン燃焼器の燃料制御方法及びその燃料制御装置を実現することができる。
【実施例２】
【０１２９】
次に本発明の第２実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法及びその燃料制御装置について図１１〜図１３を用いて説明する。
【０１３０】
本実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置は図１〜図１０に示した本発明の第１実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置と基本的な構成は共通しているので、両者に共通した構成及び作用の説明は省略し、相違する部分について以下に説明する。
【０１３１】
図１１は本発明の第２実施例の高湿分空気利用ガスタービンの運転方法の一例を示した特性図であり、この図１１の特性図が第１実施例における図４の特性図に対応している。
【０１３２】
本実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置が、第１実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置と異なる点は、加湿装置４の加湿装置出口湿度を直接評価するのではなく、まず加湿装置４の加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔを求め、求めたこの加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔから燃焼空気湿度を計算するようにした点である。
【０１３３】
燃焼空気湿度を加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔから評価することによって、高精度に加湿装置４の加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔを評価できる。
【０１３４】
図１２は本実施例であるガスタービン燃焼器を設置した高湿分空気利用ガスタービンシステムにおける加湿装置４の加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐと加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔとの関係を示した模式図である。図１２に示した模式図では、加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐが増加すると、加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔは、加湿装置出口最大湿度Ｈｍｈ、ｍａｘに漸近する曲線となっている。
【０１３５】
本実施例の高湿分空気利用ガスタービンシステムにおいても、図１２に示した模式図と同様に、加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐが増加すると、加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔは、加湿装置出口最大水蒸気量Ｇｖｈ、ｍａｘに漸近すると考える。
【０１３６】
ここで、理想的な条件での加湿装置４の加湿装置出口最大水蒸気量Ｇｖｈ、ｍａｘは、加湿装置出口流量および温度に対する飽和水蒸気量Ｇｖｈ、ｓａｔとなる。例えば、加湿装置４の加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔは、加湿装置出口最大水蒸気量Ｇｖｈ、ｍａｘに比例し、単位量と、加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐと負の比例定数を乗じた値を変数とする指数関数値との差に比例するような関数で与えられる。
【０１３７】
具体的には、加湿装置４の加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐと加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔとの関係は、式（１）のような形で表される。
【０１３８】
【数１】
0005452634.tif 000002
【０１３９】
ここで、Ｃは定数である。
【０１４０】
図１３は、本実施例の高湿分空気利用ガスタービンシステムに設置したガスタービン燃焼器２の燃料制御装置における制御装置１０００を構成する具体的な制御ブロックの一例である。
【０１４１】
図１３に示した本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料制御装置における制御装置１０００において、加湿装置出口最大水蒸気量演算器４０９は、加湿装置４の出口に設置した温度計によって計測した加湿装置出口温度５００を入力して、この加湿装置最大水蒸気量演算器４０９にて加湿装置出口最大水蒸気量Ｇｖｈ、ｍａｘを演算し、前記加湿装置最大水蒸気量演算器４０９で演算した加湿装置出口最大水蒸気量Ｇｖｈ、ｍａｘと、加湿装置４に噴霧する加湿装置噴霧水量３０１である加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐから、加湿装置出口水蒸気量演算器４０７によって加湿装置４の加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔを演算する。
【０１４２】
前記加湿装置出口水蒸気量演算器４０７で演算した加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔは、加湿装置出口湿度演算器４０４の入力となる。その他の制御ブロックの構成は、図９に示した第１実施例の制御装置１０００と同じである。
【０１４３】
かくして、本実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置は第１実施例のものと同じく、時々刻々と変化する燃焼空気湿度に対して、安定燃焼に必要なＦ１ゲインを求めることができ、更に、ガスタービン燃焼器に流入する燃焼空気の湿度を高精度に評価することができるため、より正確に低ＮＯｘと安定燃焼を両立する信頼性の高い運用が実現できる。
【０１４４】
したがって、本実施例によれば、噴霧式加湿装置によって空気を加湿する高湿分空気利用ガスタービンにおいて、加湿前、加湿開始前後、加湿中にも燃焼安定性を損なわずに高い信頼性で運用でき、加湿状態に拘わらずＮＯｘ発生量を低レベルに維持できる高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法及びその燃料制御装置を実現することができる。
【実施例３】
【０１４５】
次に本発明の第３実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法及びその燃料制御装置について図１４〜図１８を用いて説明する。
【０１４６】
本実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置は図１〜図１０に示した本発明の第１実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置と基本的な構成は共通しているので、両者に共通した構成及び作用の説明は省略し、相違する部分について以下に説明する。
【０１４７】
図１４は本発明の第３実施例の高湿分空気利用ガスタービンシステムの全体構成を表すシステムフロー図であり、本実施例の高湿分空気利用ガスタービンシステムが第１実施例の高湿分空気利用ガスタービンシステムと異なる点は、ガスタービン吸込空気１００に対して、吸気噴霧装置２３で水を噴霧して水噴霧後の吸込空気１０１として圧縮機１で圧縮することである。
【０１４８】
本実施例の高湿分空気利用ガスタービンシステムでは、吸込空気に吸気噴霧装置２３で水を噴霧することによって、圧縮機１の圧縮動力を大幅に低減できる。
【０１４９】
本実施例の高湿分空気利用ガスタービンシステムでは、加湿前高温空気１０３は、第１実施例の形態と違って吸気噴霧装置２３で加湿された状態で加湿装置４に流入する。したがって、加湿前高温空気１０３が既に加湿されている場合において、加湿装置４に噴霧する加湿装置噴霧水３０１の流量に対して、加湿装置４で加湿された加湿空気１０４の湿度がどのように変化するか捉える必要がある。
【０１５０】
図１４に示した本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料制御方法及び燃料制御装置を適用した高湿分空気利用ガスタービンシステムの運転方法の一例について、図１５、図１６のグラフを参照しながら説明する。
【０１５１】
図１５の高湿分空気利用ガスタービンの運転方法の特性図において、横軸は図４と同じく起動開始からの時刻、縦軸は上から回転数、発電量、空気流量、噴霧水量（加湿装置噴霧水量３０１と圧縮機吸気噴霧水量３００）、加湿装置４の加湿装置出口湿度、加湿装置４の加湿装置出口温度５００を示したものである。
【０１５２】
また、図１６の高湿分空気利用ガスタービンの運転方法の特性図において、横軸は図１５に同じく起動開始からの時刻、縦軸は上からガスタービン燃焼器２の燃焼温度、ガスタービン燃焼器２の全体の燃料流量、Ｆ１バーナ〜Ｆ４バーナに燃料を供給する各燃料系統２０１〜２０４の個別燃料流量（Ｆ１流量〜Ｆ４流量）を模式的に表したものである。
【０１５３】
また、図１５及び図１６の特性図において、期間ａは起動から定格回転数に達するまでの回転数昇速期間、期間ｂはガスタービン起動中の増負荷期間、期間ｃは起動終了後の負荷追従運転期間を表す。
【０１５４】
前記増負荷期間ｂは、無加湿期間ｂ１、加湿装置４の加湿量変化期間ｂ２、加湿装置４の加湿量一定期間ｂ３、吸気噴霧装置２３の噴霧水量変化期間ｂ４、吸気噴霧装置２３の噴霧水量一定期間ｂ５にそれぞれ分かれている。
【０１５５】
加湿装置４で加湿を開始して加湿量が一定となるまでの期間（図４の期間ｂ１〜ｂ３）は本発明の第１実施例の形態と同じである。
【０１５６】
本実施例の高湿分空気利用ガスタービンの運転方法では、加湿装置４での加湿量が一定となった後、吸気噴霧装置２３において吸気噴霧を開始する。吸気噴霧開始指令により吸気噴霧水量制御弁３１０が開き、開度に応じた流量の給水が吸気噴霧装置２３に供給されて吸気噴霧水量は段階的に増加し（期間ｂ４）、噴霧水量が所定の値となるよう調整される（期間ｂ４〜ｂ５）。
【０１５７】
湿度変化に対して、本実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されたガスタービン燃焼器２のＦ１流量の比率を高めてＦ１燃焼温度を高くしてガスタービン燃焼器２を安定燃焼させる方式は本発明の第１実施例の形態と同じである。
【０１５８】
本実施例の高湿分空気利用ガスタービンの運転方法でも、加湿装置４の加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐと加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔとの間には、本発明の第１実施例の形態と同じく、図６に示した模式図と類似の関係が成立する。
【０１５９】
本実施例の高湿分空気利用ガスタービンの運転方法における加湿装置４の加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐと加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔとの関係の模式図を図１７に示す。
【０１６０】
図１７の模式図において、点線で示された加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔは、吸気噴霧冷却が有りの場合の加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔであり、実線で示された加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔは、吸気噴霧冷却が無い場合の加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔであって、本発明の第１実施例の形態に係る図６に該当するものである。
【０１６１】
本実施例の高湿分空気利用ガスタービンの運転方法では、吸気噴霧装置２３によって加湿前高温空気１０３が加湿されているために、加湿装置４への加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐ＝０のとき、図１７の点線で示すように加湿装置４の加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔはゼロとならない。すなわち、加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐ＝０のときの加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔは、圧縮機出口湿度Ｈｍｃ、ｅｘｉｔに等しい。
【０１６２】
ここで、圧縮機出口湿度Ｈｍｃ、ｅｘｉｔは、吸気噴霧装置２３を含めた圧縮機１吸気部から圧縮機１吐出部までの加湿による湿度変化である。
【０１６３】
図１７に示した模式図における加湿装置４の加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐと加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔとの関係は、図６に示した場合と同じようにデータベース化した実測値あるいは加湿を模擬した計算式によって求める。
【０１６４】
本実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されたガスタービン燃焼器２の燃料制御装置における制御装置１０００を構成する具体的な制御ブロックの一例を図１８に示す。
【０１６５】
前記制御装置１０００において、第１実施例のガスタービン燃焼器２の燃料制御装置における制御装置と異なる部分を説明すると、吸気噴霧装置２３を圧縮機１の上流に備える高湿分ガスタービンシステムでは、吸気噴霧装置２３の運転状態、すなわち吸気噴霧水量Ｇｗｃ、ｗａｃによって圧縮機出口湿度Ｈｍｃ、ｅｘｉｔが変化する。
【０１６６】
そこで本実施例の前記制御装置１０００において、加湿装置出口最大湿度演算器４０８では、加湿装置４の出口に設置した温度計によって計測した加湿装置出口温度５００を入力して、この加湿装置最大湿度演算器４０８によって加湿装置出口最大湿度Ｈｍｈ、ｍａｘを演算し、前記加湿装置最大湿度演算器４０８で演算した加湿装置出口最大湿度Ｈｍｈ、ｍａｘと、加湿装置４に噴霧する加湿装置噴霧水量３０１である加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐと、吸気噴霧装置２３から噴霧する吸気噴霧装置噴霧水量Ｇｗｃ、ｗａｃから、加湿装置出口湿度演算器４０４によって加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔを演算することで、この圧縮機出口湿度Ｈｍｃ、ｅｘｉｔの変動に対応する。
【０１６７】
前記加湿装置出口湿度演算器４０４で演算される加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔは、このように、加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐだけでなく、吸気噴霧装置噴霧水量Ｇｗｃ、ｓｐも考慮して前記加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔを演算することで、吸気噴霧装置２３を備えた高湿分空気利用ガスタービンであっても、より高精度に燃焼空気湿度を評価することができる。その他の制御ブロックの構成は、図９に示した第１実施例の制御装置１０００と同じである。
【０１６８】
かくして、本実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置は第１実施例のものと同じく、時々刻々と変化する燃焼空気湿度に対して、安定燃焼に必要なＦ１ゲインを求めることができ、更に、ガスタービン燃焼器に流入する燃焼空気の湿度を高精度に評価することができるため、より正確に低ＮＯｘと安定燃焼を両立する信頼性の高い運用が実現できる。
【０１６９】
本実施例では、図１５に示すように加湿装置４での加湿量を一定量としてから吸気噴霧装置２３での吸気噴霧を開始しているが、吸気噴霧を開始して吸気噴霧水量を一定量としてから加湿装置４での加湿を開始することもできる。その場合でも、本実施例と同じガスタービン燃焼器の燃料制御方法が適用できる。大気温度が上昇する夏季は、吸気噴霧による圧縮動力の低減が特に有効である。
【０１７０】
したがって、本実施例によれば、噴霧式加湿装置によって空気を加湿する高湿分空気利用ガスタービンにおいて、加湿前、加湿開始前後、加湿中にも燃焼安定性を損なわずに高い信頼性で運用でき、加湿状態に拘わらずＮＯｘ発生量を低レベルに維持できる高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法及びその燃料制御装置を実現することができる。
【実施例４】
【０１７１】
次に本発明の第４実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法及びその燃料制御装置について図１９〜図２１を用いて説明する。
【０１７２】
本実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置は図１４〜図１８に示した本発明の第３実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置と基本的な構成は共通しているので、両者に共通した構成及び作用の説明は省略し、相違する部分について以下に説明する。
【０１７３】
図１９は本発明の第４実施例の高湿分空気利用ガスタービンの運転方法の一例を示した特性図であり、この図１９の特性図が第３実施例における図１５の特性図に対応している。また、本実施例の高湿分空気利用ガスタービンの構成は、図１４に示した第３実施例の高湿分空気利用ガスタービンの構成と同じである。
【０１７４】
本実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置が、本発明の第３実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置と異なる点は、本発明の第２実施例の形態と同じく、加湿装置４の加湿装置出口湿度を直接評価するのではなく、まず加湿装置４の加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔを求め、求めたこの加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔから燃焼空気湿度を計算するようにした点である。
【０１７５】
本実施例の高湿分空気利用ガスタービンの運転方法においては、本発明の第２の実施例と同じく、燃焼空気湿度を加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔから評価することによって、高精度に加湿装置４の加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔを評価している。
【０１７６】
図２０は本実施例であるガスタービン燃焼器を設置した高湿分空気利用ガスタービンシステムにおける加湿装置４の加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐと加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔとの関係を示した模式図である。
【０１７７】
図２０に示した模式図では、加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐが増加すると、加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔは、加湿装置出口最大水蒸気量Ｇvｈ、ｍａｘに漸近する曲線となっている。
【０１７８】
図２０の模式図において、点線で示された加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔは、吸気噴霧冷却が有りの場合の加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔであり、実線で示された加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔは、吸気噴霧冷却が無い場合の加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔであって、本発明の第２実施例の形態に係る図１２に該当するものである。
【０１７９】
本実施例の高湿分空気利用ガスタービンの運転方法では、本発明の第２実施例の形態と同じく、加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐが増加すると、加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔは、加湿装置出口最大水蒸気量Ｇｖｈ、ｍａｘに漸近する。また、理想的な条件では加湿装置出口最大水蒸気量Ｇｖｈ、ｍａｘは、加湿装置４の加湿装置出口流量および加湿装置４の出口温度５００に対する飽和水蒸気量Ｇｖｈ、ｓａｔである。
【０１８０】
本実施例の高湿分空気利用ガスタービンの運転方法は、本発明の第３実施例の形態と同じく、吸気噴霧装置２３によって加湿前高温空気１０３が加湿されているために、加湿装置４の加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐ＝０のとき、図２０の点線で示すように加湿装置４の加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔはゼロとならない。
【０１８１】
すなわち、加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐ＝０のときの加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔは、圧縮機出口水蒸気量Ｇｖｃ、ｅｘｉｔに等しい。
【０１８２】
ここで、圧縮機出口水蒸気量Ｇｖｃ、ｅｘｉｔは、吸気噴霧装置２３を含めた圧縮機１吸気部から圧縮機１吐出部までの加湿による水蒸気量である。
【０１８３】
例えば、加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔは、加湿装置出口最大水蒸気量Ｇｖｈ、ｍａｘに比例し、単位量と、加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐと加湿装置噴霧水量補正量Ｇｗｈ、ｓｐ＿ｃｏｒとの和に負の比例定数を乗じた値を変数とする指数関数値との差に比例するような関数で与えられる。具体的には、加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐと加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔとの関係は、式（２）のような形で表される。
【０１８４】
【数２】
0005452634.tif 000003
【０１８５】
ここで、Ｃは定数、Ｇｗｈ、ｓｐ＿ｃｏｒは吸気噴霧装置２３での加湿量を考慮する補正項である。つまり、圧縮機出口水蒸気量Ｇｖｃ、ｅｘｉｔに相当する加湿量を、加湿装置４で実現する場合に必要な加湿装置噴霧水量が、加湿装置噴霧水量補正量Ｇｗｈ、ｓｐ＿ｃｏｒである。
【０１８６】
本実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されたガスタービン燃焼器２の燃料制御装置における制御装置１０００を構成する具体的な制御ブロックの一例を図２１に示す。
【０１８７】
前記燃料制御装置の制御装置１０００において、第２実施例の燃料制御装置の制御装置と異なる部分を説明すると、本実施例では吸気噴霧装置２３から噴霧する吸気噴霧装置噴霧水量Ｇｗｃ、ｗａｃから加湿装置噴霧水量補正量演算器４００によって加湿装置噴霧水量補正量Ｇｗｈ、ｓｐ＿ｃｏｒを演算する。
【０１８８】
そして加湿装置出口水蒸気量演算器４０７では、加湿装置出口温度５００を入力して加湿装置出口最大水蒸気量演算器４０９で演算した加湿装置出口最大水蒸気量Ｇｖｈ、ｍａｘと、加湿装置４で噴霧する加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐと、前記加湿装置噴霧水量補正量演算器４００で演算した加湿装置噴霧水量補正量Ｇｗｈ、ｓｐ＿ｃｏｒから加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔを演算し、この加湿装置出口水蒸気量演算器４０７で演算した加湿装置出口水蒸気量Ｇｖｈ、ｅｘｉｔを加湿装置出口湿度演算器４０４に入力して加湿装置出口湿度Ｈｍｈ、ｅｘｉｔを演算するように構成している。
【０１８９】
このように、加湿装置出口最大水蒸気量Ｇｖｈ、ｍａｘと加湿装置噴霧水量Ｇｗｈ、ｓｐだけでなく、吸気噴霧装置噴霧水量Ｇｗｃ、ｓｐに基づいた加湿装置噴霧水量補正量Ｇｗｈ、ｓｐ＿ｃｏｒも考慮して前記加湿装置出口水蒸気量演算器４０７によって加湿装置出口最大水蒸気量Ｇｖｈ、ｍａｘを演算するように構成することで、吸気噴霧装置２３を備えた高湿分空気利用ガスタービンであっても、より高精度に燃焼空気湿度を評価することができる。その他の制御ブロックの構成は、図１３に示した第２実施例の制御装置１０００と同じである。
【０１９０】
かくして、本実施例の高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御装置は第１実施例のものと同じく、時々刻々と変化する燃焼空気湿度に対して、安定燃焼に必要なＦ１ゲインを求めることができ、更に、ガスタービン燃焼器に流入する燃焼空気の湿度を高精度に評価することができるため、より正確に低ＮＯｘと安定燃焼を両立する信頼性の高い運用が実現できる。
【０１９１】
したがって、本実施例によれば、噴霧式加湿装置によって空気を加湿する高湿分空気利用ガスタービンにおいて、加湿前、加湿開始前後、加湿中にも燃焼安定性を損なわずに高い信頼性で運用でき、加湿状態に拘わらずＮＯｘ発生量を低レベルに維持できる高湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法及びその燃料制御装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１９２】
本発明は、高湿分空気を利用した湿分空気利用ガスタービンに設置されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法及びその燃料制御装置に適用可能である。
【符号の説明】
【０１９３】
１：圧縮機、２：ガスタービン燃焼器、３：タービン、４：加湿装置、５：再生器、６：燃焼器ケーシング、７：燃焼器カバー、８：燃料ノズル、９：燃焼器ライナ、１０：ライナフロースリーブ、１１：トランジションピース、１２：トランジションピースフロースリーブ、２０：発電機、２１：シャフト、２２：排気塔、２３：吸気噴霧装置、３０：燃料ノズルヘッダ、３１：燃料ノズル、３２：空気孔、３３：空気孔プレート、３５：燃料噴流、３６：空気噴流、５１：Ｆ１燃料フランジ、５２：Ｆ２燃料フランジ、５３：Ｆ３燃料フランジ、５４：Ｆ４燃料フランジ、１００：ガスタービン吸込空気、１０１：水噴霧後の吸込空気、１０２：圧縮空気、１０３：加湿前高温空気、１０４：加湿空気、１０５：高温高湿分空気、１０６：高温燃焼ガス、１０７：タービン出口低圧燃焼ガス、１０８：再生器出口低圧燃焼ガス、１０９：排気筒排気ガス、２００：燃料、２０１：Ｆ１燃料、２０２：Ｆ２燃料、２０３：Ｆ３燃料、２０４：Ｆ４燃料、２１０：燃料遮断弁、２１１：Ｆ１燃料制御弁、２１２：Ｆ２燃料制御弁、２１３：Ｆ３燃料制御弁、２１４：Ｆ４燃料制御弁、３００：圧縮機吸気噴霧水、３０１：加湿装置噴霧水、３１０：圧縮機吸気噴霧水量制御弁、３１１：加湿装置噴霧水量制御弁、３２０：吸気噴霧装置ドレン、３２１：圧縮機内部ドレン、３２２：加湿装置ドレン、４００：加湿装置噴霧水量補正量演算器、４０１：減算器、４０２：燃料流量制御器、４０３：燃料流量比率設定器、４０４：加湿装置出口湿度演算器、４０５：湿度Ｆ１ゲイン設定器、４０６：実燃料流量制御器、４０７：加湿装置出口水蒸気量演算器、４０８：加湿装置出口最大湿度演算器、４０９：加湿装置出口最大水蒸気量演算器、４１０：燃料流量指令値、４１１：Ｆ１燃料比率、４１２：Ｆ２燃料比率、４１３：Ｆ３燃料比率、４１４：Ｆ４燃料比率、４１５：燃焼温度Ｆ１ゲイン設定器、４１６：乗算器、５００：加湿装置出口温度、１０００：制御装置。
【図１】
0005452634.tif 000004
【図２】
0005452634.tif 000005
【図３】
0005452634.tif 000006
【図４】
0005452634.tif 000007
【図５】
0005452634.tif 000008
【図６】
0005452634.tif 000009
【図７】
0005452634.tif 000010
【図８】
0005452634.tif 000011
【図９】
0005452634.tif 000012
【図１０】
0005452634.tif 000013
【図１１】
0005452634.tif 000014
【図１２】
0005452634.tif 000015
【図１３】
0005452634.tif 000016
【図１４】
0005452634.tif 000017
【図１５】
0005452634.tif 000018
【図１６】
0005452634.tif 000019
【図１７】
0005452634.tif 000020
【図１８】
0005452634.tif 000021
【図１９】
0005452634.tif 000022
【図２０】
0005452634.tif 000023
【図２１】
0005452634.tif 000024