(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料要求の変化の影響を控除したガスタービン出力の変化を表す出力変化指標値を求める出力変化演算部と、
前記出力変化演算部が求めた前記出力変化指標値が、ガスタービンの高温異常と対応して予め定められた閾値以上である場合に、前記ガスタービンの燃焼器に供給される燃料が高カロリー異常となっていると判定する判定部と、
を具備することを特徴とする燃料異常検出装置。
【請求項２】
前記出力変化演算部は、燃料要求の影響を控除したガスタービン出力を表す出力指標値として現在の燃料指令から無負荷時燃料指令を減算した差と、前記ガスタービン出力との比で表される出力／燃料比を求める出力指標演算部と、
前記ガスタービンの出力変化指標値として、前記出力指標演算部で求められた前記出力／燃料比の変化量または変化率を求める出力変化指標演算部と、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の燃料異常検出装置。
【請求項３】
前記出力指標演算部は、前記出力／燃料比を、次式
ＰＰＦ＝ＧＴＭＷ／（（１／τｓ＋１）Ｇf_ref−Ｇf_ref_FNSL）
により求めることを特徴とする請求項２に記載の燃料異常検出装置。
ここで、ＰＰＦは出力燃料比を示し、ＧＴＭＷはガスタービン出力を示し、τは時定数を示し、ｓはラプラス演算子を示し、Ｇf_refは燃料指令を示し、Ｇf_ref_FNSLは無負荷時燃料指令を示す。
【請求項４】
前記出力変化演算部は、前記燃料要求の影響を控除したガスタービン出力を表す出力指標値として前記ガスタービンの現在の車室圧力から無負荷時車室圧力を減算した差と、前記ガスタービン出力との比で表される出力／車室圧力比を求め、前記ガスタービンの出力変化指標値として前記出力／車室圧力比の変化を求めることを特徴とする請求項１に記載の燃料異常検出装置。
【請求項５】
前記出力変化演算部は、前記出力／車室圧力比を、次式
ＰＰＰcs＝ＧＴＭＷ／（（１／τｓ＋１）Ｐcs−Ｐcs_FNSL）
により求めることを特徴とする請求項４に記載の燃料異常検出装置。
ここで、ＰＰＰcsは出力車室圧力比を示し、ＧＴＭＷはガスタービン出力を示し、τは時定数を示し、ｓはラプラス演算子を示し、Ｐcsは車室圧力を示し、Ｐcs_FNSLは無負荷時車室圧力を示す。
【請求項６】
前記出力変化演算部は、前記燃料要求の影響を控除したガスタービン出力を表す出力指標値として前記ガスタービンに対する出力指令である現在の出力指令信号から無負荷時の出力指令信号を減算した差に対する前記ガスタービン出力の大きさを示す出力／ＣＳＯ比を求め、前記ガスタービンの出力変化指標値として前記出力／ＣＳＯ比の変化を求めることを特徴とする請求項１に記載の燃料異常検出装置。
【請求項７】
前記出力変化演算部は、前記出力／ＣＳＯ比を、次式
ＰＰＣ＝ＧＴＭＷ／（（１／τｓ＋１）ＣＳＯ−ＣＳＯ_FNSL）
により求めることを特徴とする請求項６に記載の燃料異常検出装置。
ここで、ＰＰＣは出力／ＣＳＯ比を示し、ＧＴＭＷはガスタービン出力を示し、τは時定数を示し、ｓはラプラス演算子を示し、ＣＳＯは出力指令信号を示し、ＣＳＯ_FNSLは負荷出力指令信号（無負荷時）を示す。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料異常検出装置と、
前記燃料異常検出装置が、前記ガスタービンの燃焼器に供給される燃料が高カロリー異常となっていると判定すると、前記ガスタービンに供給される燃料のカロリーが低下するように燃料の混合を調整する燃料調整部と、
を具備することを特徴とする燃料調整装置。
【請求項９】
燃料異常検出装置の燃料異常検出方法であって、
出力変化演算部が、燃料要求の変化の影響を控除したガスタービン出力の変化を表すガスタービン出力変化指標値を求める出力変化演算ステップと、
判定部が、前記出力変化演算ステップにて求まった前記ガスタービン出力変化指標値が、ガスタービンの高温異常と対応して予め定められた閾値以上である場合に、前記ガスタービンの燃焼器に供給される燃料が高カロリー異常となっていると判定する判定ステップと、
を具備することを特徴とする燃料異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの燃焼器に供給される燃料が高カロリー異常となっていることを検出する燃料異常検出装置および燃料異常検出方法、並びに燃料が高カロリー異常となっているか否かの判定結果に基づいて燃料のカロリーを調整する燃料調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン発電プラントやコンバインドサイクル発電プラントに設置されるガスタービンには、燃焼ガスを生成するための燃料のカロリーを一定に保つために、異なる組成の燃料を混合するものがある。
例えば、ＢＦＧ（Blast Furnace Gas、高炉ガス）を主燃料とするＢＦＧ焚き発電プラントでは、高炉の操業状態に応じてＢＦＧのカロリーが変化する。このＢＦＧのカロリーが大幅に低下した場合には不安定燃焼や消焔に至るおそれがある。そこで、ＢＦＧ焚き発電プラントは、ＢＦＧのカロリーが低下した場合には、ＢＦＧよりも高カロリーであるＣＯＧ（Coke Oven Gas、コークス炉ガス）等を増熱ガスとして添加することにより、燃料のカロリー低下を解消する制御を行う（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、一般的な燃料のカロリーの検出方法としては、燃料のカロリーを測定するカロリーメータを設置し、カロリーメータによってカロリー測定値を直接検出する方法が挙げられる。
例えば、図６に示す発電プラント１００１では、燃料混合器１０１１が、ＢＦＧとＣＯＧとを混合して燃料を生成し、生成した燃料を燃焼器１０１２に供給する。燃焼器１０１２は、燃料混合器１０１１から供給される燃料を燃焼させて燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスによりガスタービン１０１３を回転させる。また、カロリーメータ１０２１が、燃料混合器１０１１の生成する燃料を抽気し燃焼させて燃料のカロリーを測定し、測定値を制御装置１０２２に出力する。制御装置１０２２は、カロリーメータ１０２１から出力されるカロリー測定値に基づいて、低カロリー異常を検知してカロリー回復制御またはプラント停止を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５２５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に示される方法では、燃料の低カロリー化を検出することで燃焼器における消焔の防止を図ることが可能であるものの、燃料のカロリー異常上昇を防止することはできない。燃料のカロリーが上昇すると燃焼器内の温度が上昇し、燃焼器破損のおそれがあるため、燃料の高カロリー化は速やかに検出し、対策を講じる必要がある。
しかしながら、カロリーメータによるカロリー測定値に基づいて燃料の配合を調節する方法では、カロリー測定に時間を要する。すなわち、カロリーメータは、サンプリング配管の応答遅れや、ガス伝達系および高炉ガスの洗浄を行うためのガス洗浄系等をガスカロリー測定端に含むこと等により、通常、カロリーの測定に１分以上の時間を要する。この測定時間により、燃料のカロリーが上昇した場合に、ランバック等、ガスタービン燃焼器１０１２を保護するための制御が遅れてしまう。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、燃料の高カロリー異常の有無を迅速に判定できる燃料異常検出装置、燃料調整装置および燃料異常検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様による燃料異常検出装置は、燃料要求の変化の影響を控除したガスタービン出力の変化を表す出力変化指標値を求める出力変化演算部と、前記出力変化演算部が求めた前記出力変化指標値が、ガスタービンの高温異常と対応して予め定められた閾値以上である場合に、前記ガスタービンの燃焼器に供給される燃料が高カロリー異常となっていると判定する判定部と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の一態様による燃料異常検出装置は、上述の燃料異常検出装置であって、前記出力変化演算部は、燃料要求の影響を控除したガスタービン出力を表す出力指標値として現在の燃料指令から無負荷時燃料指令を減算した差と、前記ガスタービン出力との比で表される出力／燃料比を求める出力指標演算部と、前記ガスタービンの出力変化指標値として、前記出力指標演算部で求められた前記出力／燃料比の変化量または変化率を求める出力変化指標演算部と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の一態様による燃料異常検出装置は、上述の燃料異常検出装置であって、前記出力指標演算部は、前記出力／燃料比を、次式ＰＰＦ＝ＧＴＭＷ／（（１／τｓ＋１）Ｇf_ref−Ｇf_ref_FNSL）により求めることを特徴とする。ここで、ＰＰＦは出力／燃料比を示し、ＧＴＭＷはガスタービン出力を示し、τは時定数を示し、ｓはラプラス演算子を示し、Ｇf_refは燃料指令を示し、Ｇf_ref_FNSLは無負荷時燃料指令を示す。
【００１０】
また、本発明の一態様による燃料異常検出装置は、上述の燃料異常検出装置であって、前記出力変化演算部は、前記燃料要求の影響を控除したガスタービン出力を表す出力指標値として前記ガスタービンの現在の車室圧力から無負荷時車室圧力を減算した差と、前記ガスタービン出力との比で表される出力／車室圧力比を求め、前記ガスタービンの出力変化指標値として前記出力／車室圧力比の変化量または変化率を求めることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一態様による燃料異常検出装置は、上述の燃料異常検出装置であって、前記出力変化演算部は、前記出力／車室圧力比を、次式ＰＰＰcs＝ＧＴＭＷ／（（１／τｓ＋１）Ｐcs−Ｐcs_FNSL）により求めることを特徴とする。ここで、ＰＰＰcsは出力／車室圧力比を示し、ＧＴＭＷはガスタービン出力を示し、τは時定数を示し、ｓはラプラス演算子を示し、Ｐcsは車室圧力を示し、Ｐcs_FNSLは無負荷時車室圧力を示す。
【００１２】
また、本発明の一態様による燃料異常検出装置は、上述の燃料異常検出装置であって、前記出力変化演算部は、前記燃料要求の影響を控除したガスタービン出力を表す出力指標値として前記ガスタービンに対する出力指令である現在の出力指令信号から無負荷時の出力指令信号を減算した差に対する前記ガスタービン出力の大きさを示す出力／ＣＳＯ比を求め、前記ガスタービンの出力変化指標値として前記出力／ＣＳＯ比の変化量または変化率を求めることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の一態様による燃料異常検出装置は、上述の燃料異常検出装置であって、前記出力変化演算部は、前記出力／ＣＳＯ比を、次式ＰＰＣ＝ＧＴＭＷ／（（１／τｓ＋１）ＣＳＯ−ＣＳＯ_FNSL）により求めることを特徴とする。ここで、ＰＰＣは出力／ＣＳＯ比を示し、ＧＴＭＷはガスタービン出力を示し、τは時定数を示し、ｓはラプラス演算子を示し、ＣＳＯは出力指令信号を示し、ＣＳＯ_FNSLは負荷出力指令信号（無負荷時）を示す。
【００１４】
また、本発明の一態様による燃料調整装置は、上述した燃料異常検出装置のいずれか１つと、前記燃料異常検出装置が、前記ガスタービンの燃焼器に供給される燃料が高カロリー異常となっていると判定すると、前記ガスタービンに供給される燃料のカロリーが低下するよう前記燃料の混合を調整する燃料調整部と、を具備することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の一態様による燃料異常検出方法は、燃料異常検出装置の燃料異常検出方法であって、出力変化演算部が、燃料要求の変化の影響を控除したガスタービン出力の変化を表すガスタービン出力変化指標値を求める出力変化演算ステップと、判定部が、前記出力変化演算ステップにて求まった前記ガスタービン出力変化指標値が、ガスタービンの高温異常と対応して予め定められた閾値以上である場合に、前記ガスタービンの燃焼器に供給される燃料が高カロリー異常となっていると判定する判定ステップと、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃料の高カロリー異常の有無を迅速に判定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態における発電プラントの構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態における燃料異常検出装置の構成を示すブロック図である。
【図３】同実施形態において、燃料異常検出装置が、燃料が高カロリー異常となっていることを検出する処理手順を示すフローチャートである。
【図４】同実施形態において、燃料指令を遅延させる遅延フィルタ部を具備する出力変化演算部２１１の構成を示すブロック図である。
【図５】同実施形態において、図４に示す燃料異常検出装置２１が、燃料が高カロリー異常となっていることを検出する処理手順を示すフローチャートである。
【図６】カロリーメータを備える従来の発電プラントの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態における発電プラントの構成を示すブロック図である。同図において、発電プラント１は、燃料混合器１１と、圧縮機１４、燃焼器１２、及びタービン１３を有するガスタービン（Gas Turbine；ＧＴ）１００と、排熱回収ボイラ（He at Recovery Stem Generator；ＨＲＳＧ）１５と、蒸気タービン（Steam Turbine；ＳＴ）１６と、発電機１７と、燃料異常検出装置２１と、制御装置２２とを具備する。
なお、本発明の適用範囲は、同図に示す一軸コンバインドサイクル発電プラントのガスタービンに限らない。本発明は、燃料のカロリーが変化し得る様々なガスタービンに適用できる。
【００１９】
燃料混合器１１は、ＢＦＧとＣＯＧとを混合して燃料を生成し、生成した燃料をガスタービン１００の燃焼器１２に供給する。また、ガスタービン１００の圧縮機１４は、外気を圧縮して圧縮空気を燃焼器１２に供給する。燃焼器１２は、圧縮機１４から供給される圧縮空気と、燃料混合器１１から供給される燃料とを混合させて燃焼させることで燃焼ガスを生成し、生成した燃焼ガスをタービン１３に供給する。タービン１３は、燃焼器１２から供給される燃焼ガスを作動ガスとして回転駆動する。
排熱回収ボイラ１５は、タービン１３からの排ガスにより蒸気を発生させ、発生させた蒸気を蒸気タービン１６に供給する。蒸気タービン１６は、排熱回収ボイラ１５から供給される蒸気により回転駆動する。
発電機１７は、タービン１３および蒸気タービン１６によって回転して発電する。
燃料異常検出装置２１は、燃料混合器１１が生成した燃料の高カロリー異常を検出する。制御装置２２は、各部の動作制御を行う。特に、制御装置２２は、燃料異常検出装置２１が燃料の高カロリー異常を検出すると、ＣＯＧの混合比率を低くするなど燃料のカロリーを低下させるように燃料混合器１１を制御することにより、タービン１３をランバックさせる。
【００２０】
図２は、燃料異常検出装置２１の構成を示すブロック図である。同図において、燃料異常検出装置２１は、出力変化演算部２１１と、判定部２１２とを具備する。出力変化演算部２１１は、出力指標演算部７１１と、遅延フィルタ部７１２と、減算部（出力変化指標演算部）７１３とを具備する。
出力変化演算部２１１は、燃料要求の変化の影響を控除したガスタービン出力の変化を表す出力変化指標値を求める。具体的には、出力変化演算部２１１は、燃料要求の影響を控除したガスタービン出力を表す出力指標値として、現在の燃料指令から無負荷時燃料指令を減算した差と、ガスタービン出力との比で表される出力／燃料比（Power Per Fuel；ＰＰＦ）を求め、タービン１３の出力変化指標値として、出力／燃料比の変化量（増加を正の値で示し、減少を負の値で示す）を求める。
【００２１】
出力指標演算部７１１は、現在の燃料指令と、無負荷時燃料指令と、ガスタービン出力とを取得して、出力／燃料比を算出する。遅延フィルタ部７１２は、参照信号出力部として、出力指標演算部７１１が算出する出力／燃料比を遅延させることで、出力指標演算部７１１から減算部７１３に出力される値に対して一定時間前の同値を参照信号として出力する。なお、一定時間前の値を参照信号として出力する参照信号出力部としては、上記遅延フィルタ部７１２に限らず、出力指標演算部７１１から出力される値を記憶する記憶部と、当該記憶部から一定時間前の値を抽出し、減算部７１３に出力する出力部とによって構成しても良い。
減算部７１３は、出力指標演算部７１１が算出する出力／燃料比（以下では、「今回値」と称する）から、遅延フィルタ部７１２が出力する遅延された出力／燃料比（以下では、「前回値」と称する）を減算して出力／燃料比の変化量を算出する。
【００２２】
判定部２１２は、出力変化演算部２１１が求めた出力／燃料比の変化量が、ガスタービンの高温異常と対応して予め定められた閾値以上である場合に、燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっていると判定する。
正常な状態では、一般的に、出力／燃料比は、ガスタービン出力指令値等に応じて緩やかに変化する。これに対して、出力／燃料比の急激な変化が検出された場合は、異常な状態と考えられ、その原因としては、例えば、燃料のカロリーが急激に変化したことが考えられる。特に、出力／燃料比が急激に増加した場合、燃料のカロリーが急激に上昇したことが考えられる。この燃料のカロリー上昇により燃焼器１２の温度が上昇することとなるため、燃焼振動等により燃焼器１２を破損してしまわないように、燃料のカロリーを下げて燃焼器１２の温度を抑制する必要がある。そこで、燃料異常検出装置２１は、出力／燃料比の変化量が予め定められた閾値以上か否かを判定し、出力／燃料比の変化量が閾値以上である場合に、燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっていると判定する。
なお、この閾値の決定方法としては、例えば、通常運転時の発電プラント１における出力／燃料比を測定し、出力／燃料比の単位時間当たりの変化量について統計を取り、正常運転時における変化量の最大値に対して定数倍（例えば１．５倍）の値に設定するなど、正常運転時に測定される出力／燃料比の変化量よりもやや大きい値に決定することが考えられる。
【００２３】
なお、制御装置２２と燃料混合器１１とで燃料調整部を構成し、さらに燃料異常検出装置２１とで燃料調整装置を構成する。すなわち、燃料混合器１１は、異なる組成の燃料であるＢＦＧおよびＣＯＧを混合してタービン１３に供給する。また、燃料異常検出装置２１の判定部２１２は、タービン１３の燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっていると判定し、「高カロリー異常」の判定結果を制御装置２２に出力する。制御装置２２は、「高カロリー異常」の判定結果に基づいて、燃料混合器１１によってタービン１３に供給される燃料のカロリーを低下させるよう燃料の混合比率または供給量を変化させる（例えば、ＣＯＧの混合比率を低下させる）。
【００２４】
次に、図３を参照して、燃料異常検出装置２１の動作について説明する。
図３は、燃料異常検出装置２１が、燃料が高カロリー異常となっていることを検出する処理手順を示すフローチャートである。燃料異常検出装置２１は、発電プラント１の運転中において、同図の処理を繰り返し行うことにより、燃料が高カロリー異常となっているか否かを随時判定する。
同図の処理において、まず、出力指標演算部７１１は、制御装置２２から出力される、現在の燃料指令と、無負荷時燃料指令と、ガスタービン出力とを取得する。
【００２５】
ここで、燃料指令は、例えば、発電プラント運転員により設定されるガスタービン出力設定値に基づいて制御装置２２が算出し、燃料混合器１１に出力する指令値である。また、無負荷時燃料指令は、ヒートバランス上で求まる固定値であり、例えば、制御装置２２が予め記憶しておく。
また、ガスタービン出力は、例えば制御装置２２が、蒸気タービン１６の状態量に基づいて蒸気タービン出力を算出し、算出した蒸気タービン出力を、発電プラント１の総出力（発電機１７の出力）から減算して算出する。なお、ガスタービンを単体で動かすガスタービン発電プラント（非コンバインドサイクル発電プラント）や、多軸コンバインドサイクル発電プラントのように、タービンと発電機とが１対１に対応して同一の軸上に配置されている発電プラントでは、ガスタービンと同軸上に配置された発電機の出力をタービン出力として用いることができる。
【００２６】
次に、出力指標演算部７１１は、現在の燃料指令Ｇｆ＿ｒｅｆから無負荷時燃料指令Ｇｆ＿ｒｅｆ＿ＦＮＳＬを減算した差と、出力ＧＴＭＷとの比で表される出力／燃料比ＰＰＦを、式（１）に基づいて算出する。
【００２７】
【数１】
0005523949.tif 000002
【００２８】
この、出力／燃料比は、燃料指令（現在の燃料指令から無負荷時燃料指令を減算した相対的な燃料指令）と、ガスタービン出力との比を取っている点で、ガスタービン出力から燃料要求の影響を控除した値となっている。出力指標演算部７１１は、算出した出力／燃料比を、遅延フィルタ部７１２と減算部７１３とに出力する（以上、ステップＳ１）。
【００２９】
遅延フィルタ部７１２は、出力指標演算部７１１から出力される出力／燃料比を遅延させて減算部７１３に出力する（ステップＳ２）。
減算部７１３は、出力指標演算部７１１から出力される出力／燃料比（今回値）から、遅延フィルタ部７１２から出力される出力／燃料比（前回値）を減算して、出力／燃料比の変化量を算出する。減算部７１３は、算出した出力／燃料比の変化量を、判定部２１２に出力する（以上、ステップＳ３）。
【００３０】
判定部２１２は、減算部７１３から出力される出力／燃料比の変化量が、ガスタービンの高温異常と対応して予め定められた閾値以上か否かを判定する（ステップＳ４）。出力／燃料比の変化量が閾値以上であると判定した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、判定部２１２は、燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっていると判定し、当該異常を示す信号を制御装置２２に出力する（ステップＳ５）。その後、同図の処理を終了する。
一方、ステップＳ４にて、出力／燃料比の変化量が閾値未満であると判定した場合（ステップＳ４：ＮＯ）、判定部２１２は、燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっていないと判定し、同図の処理を終了する。したがって、この場合、判定部２１２は、異常を示す信号を出力しない。
【００３１】
以上のように、燃料異常検出装置２１は、現在の燃料指令と、無負荷時燃料指令と、ガスタービン出力とに基づいて、燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっているか否かを判定する。したがって、燃料異常検出装置２１は、カロリーメータを用いずに燃料が高カロリー異常となっているか否かを判定できるので、カロリーメータによる測定時間を必要とせず、燃料の高カロリー異常の有無を迅速に判定できる。
また、制御装置２２は、燃料異常検出装置２１の判定結果に基づいて、燃料が高カロリー異常となっている場合に、タービン１３をランバックさせる等の制御を行うことができる。これにより、タービン１３を高温異常による破損から保護することができる。
【００３２】
なお、出力変化指標演算部である減算部７１３が求める、出力／燃料比の変化を示す値は、上述した、今回値の出力／燃料比から前回値の出力／燃料比を減算した差に限らない。例えば、今回値の出力／燃料比を前回値の出力／燃料比で除した変化率など、出力／燃料比の変化の度合いを示す値であればよい。
【００３３】
なお、出力変化演算部２１１が算出する出力指標値は、上述した出力／燃料比に限らず、燃料比と相関関係のあるパラメータによって正規化された出力であれば良い。例えば、出力変化演算部２１１が、出力／燃料比に代えて出力／車室圧力比を算出するようにしてもよい。
この場合、出力指標演算部７１１は、現在の車室圧力と、無負荷時車室圧力と、ガスタービン出力との入力を受ける。そして、出力指標演算部７１１は、現在の車室圧力Ｐｃｓから無負荷時車室圧力Ｐｃｓ＿ＦＮＳＬを減算した差と、出力ＧＴＭＷとの比で表される出力／車室圧力比ＰＰＰｃｓを、式（２）に基づいて算出する。
【００３４】
【数２】
0005523949.tif 000003
【００３５】
ここで、燃料指令の値が大きいほど、燃焼器１２で燃焼される燃料の量が多くなり、車室圧力が高くなる。従って、車室圧力は燃料指令に対応する値を示す。そして、出力／車室圧力比は、燃料指令に対応する値を示す車室圧力（現在の車室圧力から無負荷時車室圧力を減算した相対的な車室圧力）と、ガスタービン出力との比を取っている点で、上述した出力／燃料比を用いる場合と同様、ガスタービン出力から燃料要求の影響を控除した値となっている。
【００３６】
以下、図３で説明したのと同様に、遅延フィルタ部７１２は、出力指標演算部７１１が算出した出力／車室圧力比を遅延させる。そして、減算部７１３は、出力指標演算部７１１が算出した出力／車室圧力比（今回値）から、遅延フィルタ部７１２が遅延させた出力／車室圧力比（前回値）を減算して、出力／車室圧力比の変化量（増加を正の値で示し、減少を負の値で示す）を算出する。
そして、判定部２１２は、減算部７１３が算出した出力／車室圧力比の変化量が、ガスタービンの高温異常と対応して予め定められた閾値以上であると判定した場合は、燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっていると判定し、当該異常を示す信号を制御装置２２に出力する。一方、判定部２１２は、減算部７１３が算出した出力／車室圧力比の変化量が、閾値未満であると判定した場合は、燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっていないと判定する。
【００３７】
なお、この閾値は、出力／車室圧力比の変化量が通常運転時の変化量よりも大きいか否かを判定するための閾値であり、上述した出力／燃料比を用いる場合の閾値とは異なる値であってよい。この閾値の決定方法としては、例えば、通常運転時の発電プラント１における出力／車室圧力比の変化量を測定して統計を取り、測定された変化量の最大値の１．５倍の値に設定するなど、通常運転時に測定される出力／車室圧力比の変化量よりもやや大きい値に決定することが考えられる。
【００３８】
以上のように、燃料異常検出装置２１は、現在の車室圧力と、無負荷時車室圧力と、ガスタービン出力とに基づいて、燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっているか否かを判定する。したがって、燃料異常検出装置２１は、上述した出力／燃料比を求める場合と同様、燃料の高カロリー異常の有無を迅速に判定できる。
また、出力／燃料比を求める場合と同様、制御装置２２は、燃料異常検出装置２１の判定結果に基づいて、燃料が高カロリー異常となっている場合に、タービン１３をランバックさせる等の制御を行うことができる。これにより、タービン１３を高温異常による破損から保護することができる。
【００３９】
また、出力変化演算部２１１が、出力／燃料比に代えて出力／ＣＳＯ比（Power Per CSO；ＰＰＣ）を算出するようにしてもよい。
この場合、出力指標演算部７１１は、現在の負荷出力指令信号と、負荷出力指令信号（無負荷時）と、ガスタービン出力との入力を受ける。そして、出力指標演算部７１１は、現在の負荷出力指令信号ＣＳＯから負荷出力指令信号（無負荷時）ＣＳＯｃｓ＿ＦＮＳＬを減算した差と、出力ＧＴＭＷとの比で表される出力／ＣＳＯ比ＰＰＣを、式（３）に基づいて算出する。
【００４０】
【数３】
0005523949.tif 000004
【００４１】
ここで、負荷出力指令信号の値が大きいほど、当該負荷出力を得るために、燃料指令の値が大きく設定される。従って、負荷出力指令信号は燃料指令に対応する値を示す。そして、出力／ＣＳＯ比は、燃料指令に対応する値を示す負荷出力指令信号（現在の負荷出力指令信号から負荷出力指令信号（無負荷時）を減算した相対的な負荷出力指令信号）と、ガスタービン出力との比を取っている点で、上述した出力／燃料比を用いる場合と同様、ガスタービン出力から燃料要求の影響を控除した値となっている。
【００４２】
以下、図３で説明したのと同様に、遅延フィルタ部７１２は、出力指標演算部７１１が算出した出力／ＣＳＯ比を遅延させる。そして、減算部７１３は、出力指標演算部７１１が算出した出力／ＣＳＯ比（今回値）から、遅延フィルタ部７１２が遅延させた出力／ＣＳＯ比（前回値）を減算して、出力／ＣＳＯ比の変化量（増加を正の値で示し、減少を負の値で示す）を算出する。
そして、判定部２１２は、減算部７１３が算出した出力／ＣＳＯ比の変化量が、ガスタービンの高温異常と対応して予め定められた閾値以上であると判定した場合は、燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっていると判定し、当該異常を示す信号を制御装置２２に出力する。一方、判定部２１２は、減算部７１３が算出した出力／ＣＳＯ比の変化量が、閾値未満であると判定した場合は、燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっていないと判定する。
【００４３】
なお、この閾値は、出力／ＣＳＯ比の変化量が通常運転時の変化量よりも大きいか否かを判定するための閾値であり、上述した出力／燃料比を用いる場合の閾値や出力／車室圧力を用いる場合の閾値とは異なる値であってよい。この閾値の決定方法としては、例えば、通常運転時の発電プラント１における出力／ＣＳＯ比の変化量を測定して統計を取り、測定された変化量の最大値の１．５倍の値に設定するなど、通常運転時に測定される出力／ＣＳＯ比の変化量よりもやや大きい値に決定することが考えられる。
【００４４】
以上のように、燃料異常検出装置２１は、現在の負荷出力指令信号と、負荷出力指令信号（無負荷時）と、ガスタービン出力とに基づいて、燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっているか否かを判定する。したがって、燃料異常検出装置２１は、上述した出力／燃料比を求める場合と同様、燃料の高カロリー異常の有無を迅速に判定できる。
また、出力／燃料比を求める場合と同様、制御装置２２は、燃料異常検出装置２１の判定結果に基づいて、燃料が高カロリー異常となっている場合に、タービン１３をランバックさせる等の制御を行うことができる。これにより、タービン１３を高温異常による破損から保護することができる。
【００４５】
なお、燃料異常検出装置２１が、遅延させた燃料指令を用いて、出力指標値を求めるようにしてもよい。一般に、燃料指令が更新されてからガスタービン出力に反映されるまでの間には、燃料が配管を通過する時間やバルブの開閉時間等による遅れ時間が生じる。そこで、燃料異常検出装置の出力指標演算部は、遅れ時間に応じて遅延させた燃料指令Ｇｆ＿ｒｅｆを用いて、出力指標値を求める。
【００４６】
具体的には、出力指標演算部７１１は、制御装置２２から出力される燃料指令を時定数τだけ遅延させる。そして、出力指標演算部７１１は、時定数τだけ遅延させた燃料指令Ｇｆ＿ｒｅｆ、すなわち、遅れ時間を考慮した燃料指令から、無負荷時燃料指令Ｇｆ＿ｒｅｆ＿ＦＮＳＬを減算した差と、出力ＧＴＭＷとの比で表される出力／燃料比ＰＰＦを、式（４）に基づいて算出する。
【００４７】
【数４】
0005523949.tif 000005
【００４８】
ここで、ｓはラプラス演算子を表す。
なお、時定数τの値の決定方法としては、例えば発電プラント１において、燃料指令を変化させてからガスタービン出力に反映されるまでの遅れ時間を実測し、実測結果に基づいてτの値を決定することが考えられる。
【００４９】
以上のように、燃料異常検出装置２１は、遅延させた燃料指令と、無負荷時燃料指令と、ガスタービン出力とに基づいて、燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっているか否かを判定する。したがって、上述した、燃料指令を遅延させずにそのまま用いる場合と同様、燃料の高カロリー異常の有無を迅速に判定できる。
また、燃料異常検出装置２１の判定結果に基づいて、制御装置２２は、燃料が高カロリー異常となっている場合に、タービン１３をランバックさせる等の制御を行うことができる。これにより、燃料指令を遅延させずにそのまま用いる場合と同様、タービン１３を高温異常による破損から保護することができる。
さらに、燃料異常検出装置２１は、時定数τだけ遅延させた燃料指令、すなわち、遅れ時間を考慮した燃料指令を用いて、燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっているか否かを判定する。これによって、出力／燃料比をより正確に求めることができ、燃料が高カロリー異常となっているか否かの判定を、より正確に行えることが期待できる。
【００５０】
なお、燃料指令を遅延させずにそのまま用いる場合と同様、出力変化演算部２１１が算出する出力指標値は、上述した出力／燃料比に限らない。例えば、出力変化演算部２１１が、出力／燃料比に代えて出力／車室圧力比を算出するようにしてもよい。
この場合、出力指標演算部７１１は、時定数τだけ遅延させた車室圧力Ｐｃｓ、すなわち、現在のガスタービン出力に対応する車室圧力から、無負荷時車室圧力Ｐｃｓ＿ＦＮＳＬを減算した差と、出力ＧＴＭＷとの比で表される出力／車室圧力比ＰＰＰｃｓを、式（５）に基づいて算出する。
【００５１】
【数５】
0005523949.tif 000006
【００５２】
ここで、ｓはラプラス演算子を表す。
また、τは車室圧力が変化してからガスタービン出力に反映されるまでの遅れ時間を示す時定数である。この時定数τは、上述した出力／燃料比を用いる場合の時定数τとは異なる値であってよい。時定数τの値の決定方法としては、例えば、発電プラント１において、車室圧力が変化してからガスタービン出力に反映されるまでの遅れ時間を実測し、実測結果に基づいてτの値を決定することが考えられる。
【００５３】
以下、上述した出力／燃料比を用いる場合と同様に、遅延フィルタ部７１２は、出力指標演算部７１１が算出した出力／車室圧力比を遅延させる。そして、減算部７１３は、出力指標演算部７１１が算出した出力／車室圧力比（今回値）から、遅延フィルタ部７１２が遅延させた出力／車室圧力比（前回値）を減算して、出力／車室圧力比の変化量（増加を正の値で示し、減少を負の値で示す）を算出する。
そして、判定部２１２は、減算部７１３が算出した出力／車室圧力比の変化量が、ガスタービンの高温異常と対応して予め定められた閾値以上であると判定した場合は、燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっていると判定し、当該異常を示す信号を制御装置２２に出力する。一方、判定部２１２は、減算部７１３が算出した出力／車室圧力比の変化量が、閾値未満であると判定した場合は、燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっていないと判定する。
【００５４】
以上のように、燃料異常検出装置２１は、遅延させた車室圧力と、無負荷時車室圧力と、ガスタービン出力とに基づいて、燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっているか否かを判定する。したがって、上述した出力／燃料比を用いる場合と同様、燃料の高カロリー異常の有無を迅速に判定できる。
また、燃料異常検出装置２１の判定結果に基づいて、制御装置２２は、燃料が高カロリー異常となっている場合に、タービン１３をランバックさせる等の制御を行うことができる。これにより、上述した出力／燃料比を用いる場合と同様、タービン１３を高温異常による破損から保護することができる。
さらに、燃料異常検出装置２１は、時定数τだけ遅延させた車室圧力、すなわち、遅れ時間を考慮した車室圧力を用いて燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっているか否かを判定する。これによって、出力／車室圧力比をより正確に求めることができ、燃料が高カロリー異常となっているか否かの判定を、より正確に行えることが期待できる。
【００５５】
なお、上述した、燃料指令を遅延させずにそのまま用いる場合と同様、出力変化演算部２１１が、出力／燃料比に代えて出力／ＣＳＯ比を算出するようにしてもよい。
この場合、出力指標演算部７１１は、時定数τだけ遅延させた負荷出力指令信号ＣＳＯ、すなわち、現在のガスタービン出力に対応する負荷出力指令信号から、無負荷時の負荷出力指令信号ＣＳＯ＿ＦＮＳＬを減算した差と、出力ＧＴＭＷとの比で表される出力／ＣＳＯ比ＰＰＣを、式（６）に基づいて算出する。
【００５６】
【数６】
0005523949.tif 000007
【００５７】
ここで、ｓはラプラス演算子を表す。
また、τは負荷出力指令信号が変化してからガスタービン出力に反映されるまでの遅れ時間を示す時定数である。この時定数τは、上述した出力／燃料比を用いる場合の時定数τや、出力／車室圧力比を用いる場合の時定数τとは異なる値であってよい。時定数τの値の決定方法としては、例えば、発電プラントにおいて、負荷出力指令信号が変化してからガスタービン出力に反映されるまでの遅れ時間を実測し、実測結果に基づいてτの値を決定することが考えられる。
【００５８】
以下、上述した出力／燃料比を用いる場合と同様に、遅延フィルタ部７１２は、出力指標演算部７１１が算出した出力／ＣＳＯ比を遅延させる。そして、減算部７１３は、出力指標演算部７１１が算出した出力／ＣＳＯ比（今回値）から、遅延フィルタ部７１２が遅延させた出力／ＣＳＯ比（前回値）を減算して、出力／ＣＳＯ比の変化量（増加を正の値で示し、減少を負の値で示す）を算出する。
そして、判定部２１２は、減算部７１３が算出した出力／ＣＳＯ比の変化量が、ガスタービンの高温異常と対応して予め定められた閾値以上であると判定した場合は、燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっていると判定し、当該異常を示す信号を制御装置２２に出力する。一方、判定部２１２は、減算部７１３が算出した出力／ＣＳＯ比の変化量が、閾値未満であると判定した場合は、燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっていないと判定する。
【００５９】
以上のように、燃料異常検出装置２１は、遅延させた負荷出力指令信号と、無負荷時の負荷出力指令信号と、ガスタービン出力とに基づいて、燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっているか否かを判定する。したがって、上述した出力／燃料比を用いる場合と同様、燃料の高カロリー異常の有無を迅速に判定できる。
また、燃料異常検出装置２１の判定結果に基づいて、制御装置２２は、燃料が高カロリー異常となっている場合に、タービン１３をランバックさせる等の制御を行うことができる。これにより、上述した出力／燃料比を用いる場合と同様、タービン１３を高温異常による破損から保護することができる。
さらに、燃料異常検出装置２１は、時定数τだけ遅延させた負荷出力指令信号、すなわち、遅れ時間を考慮した負荷出力指令信号を用いて燃焼器１２に供給される燃料が高カロリー異常となっているか否かを判定する。これによって、出力／ＣＳＯ比をより正確に求めることができ、燃料が高カロリー異常となっているか否かの判定を、より正確に行えることが期待できる。
【００６０】
なお、出力指標演算部７１１が出力指標値を求める際に用いる、遅延させた燃料指令を得るために、出力変化演算部２１１が、燃料指令を遅延させる遅延フィルタ部を具備するようにしてもよい。
図４は、燃料指令を遅延させる遅延フィルタ部を具備する出力変化演算部２１１の構成を示すブロック図である。同図において、遅延フィルタ部８１２は、制御装置２２から入力される燃料指令を遅延させて出力指標演算部７１１に出力する。
【００６１】
図５は、図４に示す燃料異常検出装置２１が、燃料が高カロリー異常となっていることを検出する処理手順を示すフローチャートである。まず、遅延フィルタ部８１２は、制御装置２２から出力される燃料指令を時定数τだけ遅延させ、遅延させた燃料指令を出力指標演算部７１１に出力する（ステップＳ２１）。出力指標演算部７１１は、遅延フィルタ部８１２から出力される、遅延させた燃料指令と、制御装置２２から出力される、無負荷時燃料指令およびガスタービン出力とを取得する。そして、出力指標演算部７１１は、上述した式（４）に基づいて、出力／燃料比ＰＰＦを算出する。出力指標演算部７１１は、算出した出力／燃料比を遅延フィルタ部７１２と減算部７１３とに出力する（以上、ステップＳ２２）。以下、ステップＳ２３〜Ｓ２６は、図３のステップＳ２〜Ｓ５と同様である。
なお、車室圧力を遅延させる場合、および、負荷出力指令信号についても同様である。
【００６２】
なお、燃料異常検出装置２１や３１の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【００６３】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、ガスタービンの燃焼器に供給される燃料が高カロリー異常となっていることを検出する燃料異常検出装置および燃料異常検出方法や、燃料が高カロリー異常となっているか否かの判定結果に基づいて燃料のカロリーを調整する燃料調整装置に用いて好適である。
【符号の説明】
【００６５】
１  発電プラント
１１  燃料混合器
１２  燃焼器
１３  ガスタービン
１４  圧縮機
１５  排熱回収ボイラ
１６  蒸気タービン
１７  発電機
２１  燃料異常検出装置
２２  制御装置
２１１  出力変化演算部
２１２  判定部
７１１  出力指標演算部
７１２  遅延フィルタ部
７１３  減算部
【図１】
0005523949.tif 000008
【図２】
0005523949.tif 000009
【図３】
0005523949.tif 000010
【図４】
0005523949.tif 000011
【図５】
0005523949.tif 000012
【図６】
0005523949.tif 000013