(57)【要約】【課題】燃料ガスの発熱量が急変した場合でも、ガスタービンを非常停止することなく、継続して安定運転できるガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】燃料系統を介して燃料供給源から供給される燃料ガスの発熱量計測手段のないガスタービン燃焼器の制御装置であって、前記燃料系統に設けられ、前記燃焼器に供給される前記燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整手段と、前記燃焼器に設けられ、前記燃焼器内の燃焼ガスの圧力変動を計測する燃焼振動計測手段と、前記燃焼振動計測手段が計測した信号に応じて、前記燃料ガスの発熱量の急変化を判定する燃焼振動判定手段と、前記燃焼振動判定手段が前記燃料ガスの発熱量の急変化を判定した場合に、前記燃焼器に供給される前記燃料ガスの流量を低減させる操作信号を生成して前記燃料調整手段を制御する操作信号生成手段とを備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料系統を介して燃料供給源から供給される燃料ガスの発熱量計測手段のないガスタービン燃焼器の制御装置であって、
空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から導入される高圧空気と前記燃料系統から供給された前記燃料ガスとを混合燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器で生成された燃焼ガスにより駆動されるタービンとからなるガスタービンと、
前記燃料系統に設けられ、前記燃焼器に供給される前記燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整手段と、
前記燃焼器に設けられ、前記燃焼器内の燃焼ガスの圧力変動を計測する燃焼振動計測手段と、
前記燃焼振動計測手段が計測した信号に応じて、前記燃料ガスの発熱量の急変化を判定する燃焼振動判定手段と、
前記燃焼振動判定手段が前記燃料ガスの発熱量の急変化を判定した場合に、前記燃焼器に供給される前記燃料ガスの流量を低減させる操作信号を生成して前記燃料調整手段を制御する操作信号生成手段とを備えた
ことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器の制御装置において、
前記燃焼器に設けた拡散燃焼方式バーナと予混合燃焼方式バーナと、
前記燃料系統に設けられ、前記拡散燃焼方式バーナに供給される前記燃料ガスの流量を調整する拡散燃料流量調整手段と、前記予混合燃焼方式バーナに供給される前記燃料ガスの流量を調整する予混合燃料流量調整手段と、
前記燃焼振動判定手段が前記燃料ガスの発熱量の急変化を判定した場合に、前記拡散燃料流量調整手段と前記予混合燃料流量調整手段とへの操作信号を生成して、前記拡散燃料流量調整手段を制御して前記拡散燃焼方式バーナに供給される前記燃料ガスの流量を増加させ、前記予混合燃料流量調整手段を制御して前記予混合燃焼方式バーナに供給される前記燃料ガスの流量を低減させる操作信号生成手段とを備えた
ことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のガスタービン燃焼器の制御装置において、
前記燃焼器に設けた複数の予混合燃焼方式バーナと、
前記燃料系統に設けられ、前記複数の予混合燃焼方式バーナに供給される前記燃料ガスの流量をそれぞれ調整する複数の予混合燃料流量調整手段と、
前記ガスタービンの出力を計測する出力計測手段と、
前記出力計測手段が計測したガスタービンの出力と予め設定された切替出力とを比較して、前記燃料ガスが供給される前記予混合燃焼方式バーナの個数を算出する燃焼切替制御手段と、
前記燃焼切替制御手段が算出した前記予混合燃焼方式バーナの個数に応じて前記複数の予混合燃料流量調整手段への操作信号を生成する操作信号生成手段とを備え、
前記燃焼切替制御手段が算出した前記予混合燃焼方式バーナの個数が増加して、前記操作信号生成手段が新たな予混合燃焼方式バーナに前記燃料ガスを供給する燃焼切替制御を実行中に、前記燃焼振動判定手段が前記燃料ガスの発熱量の急変化を判定した場合、
前記操作信号生成手段は、前記燃焼切替制御を中止し、前記燃焼切替制御手段は、前記予め設定された切替出力の値を増加させた値に変更設定する
ことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御装置。
【請求項４】
燃料ガスを燃料系統を介して供給する燃料供給源と、
空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から導入される高圧空気と前記燃料系統から供給された前記燃料ガスとを混合燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器で生成された燃焼ガスにより駆動されるタービンとからなるガスタービンと、
前記燃料系統に設けられ、前記燃焼器に供給される前記燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整手段と、
前記燃焼器に設けられ、前記燃焼器内の燃焼ガスの圧力変動を計測する燃焼振動計測手段と、
前記燃焼振動計測手段が計測した信号に応じて、前記燃料ガスの発熱量の急変化を判定して、前記燃焼器に供給する前記燃料ガスの流量を制御する制御部とを備えた前記燃料ガスの発熱量計測手段のないガスタービン燃焼器の制御方法であって、
前記制御部は、前記燃焼振動計測手段が計測した信号に応じて、前記燃料ガスの発熱量の急変化を判定する手順と、
前記燃料ガスの発熱量の急変化に応じて、前記燃料流量調整手段への操作信号を生成する手順と、
前記操作信号を前記燃料調整手段へ出力することで前記燃料ガスの流量を低減する手順とを備えた
ことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御方法。
【請求項５】
請求項４に記載のガスタービン燃焼器の制御方法において、
前記燃焼器に設けた拡散燃焼方式バーナと予混合燃焼方式バーナと、
前記燃料系統に設けられ、前記拡散燃焼方式バーナに供給される前記燃料ガスの流量を調整する拡散燃料流量調整手段と、前記予混合燃焼方式バーナに供給される前記燃料ガスの流量を調整する予混合燃料流量調整手段と、
前記制御部は、前記燃焼振動計測手段が計測した信号に応じて、前記燃料ガスの発熱量の急変化を判定する手順と、
前記燃料ガスの発熱量の急変化に応じて、前記拡散燃料流量調整手段と前記予混合燃料流量調整手段とへの操作信号を生成する手順と、
前記操作信号を出力して前記拡散燃焼方式バーナに供給される前記燃料ガスの流量を増加させ、前記予混合燃料流量調整手段を制御して前記予混合燃焼方式バーナに供給される前記燃料ガスの流量を低減させる手順とを備えた
ことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載のガスタービン燃焼器の制御方法において、
前記燃焼器に設けた複数の予混合燃焼方式バーナと、
前記燃料系統に設けられ、前記複数の予混合燃焼方式バーナに供給される前記燃料ガスの流量をそれぞれ調整する複数の予混合燃料流量調整手段と、
前記ガスタービンの出力を計測する出力計測手段と、
前記出力計測手段が計測したガスタービンの出力と予め設定された切替出力とを比較して、前記燃料ガスが供給される前記予混合燃焼方式バーナの個数を算出する燃焼切替制御手段とを更に備え、
前記制御部は、前記燃焼切替制御手段が算出した前記予混合燃焼方式バーナの個数に応じて前記複数の予混合燃料流量調整手段への操作信号を生成する手順と、
前記燃焼切替制御手段が算出した前記予混合燃焼方式バーナの個数が増加して、新たな予混合燃焼方式バーナに前記燃料ガスを供給する燃焼切替制御を実行する手順と、
前記燃焼切替制御中であって、前記燃焼振動計測手段が計測した信号に応じて、前記燃料ガスの発熱量の急変化を判定する手順と、
前記燃焼切替制御を中止する手順と、
前記予め設定された切替出力の値を増加させた値に変更設定する手順とを備えた
ことを特徴とするガスタービン燃焼器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界的な環境問題に対する観点から、よりクリーンなエネルギとして天然ガスが注目されている。この天然ガスを冷却して液化し、液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」と略称する）を製造するための液化基地では、天然ガスを冷却する冷凍コンプレッサの駆動用や電力を発生させる発電用としてガスタービンが利用されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
ガス田等から採掘された原料天然ガスは、ＬＮＧ液化基地の前処理設備において、酸性ガス、水分、水銀、重質炭化水素等を除去されて精製される。この精製されたガスが液化設備で液化されてＬＮＧとなり、貯蔵設備に貯蔵される。ＬＮＧ液化基地におけるガスタービンは、前処理設備の１つであるスラグキャッチャーと計量設備を経た燃料ガスと貯蔵設備のＬＮＧから発生するボイルオフガス（以下、「ＢＯＧ」と略称する）とを輸送駆動装置で混合させて輸送したものを燃料ガスとして用いている。
【０００４】
ところで、一般的な発電用ガスタービンにおいては、環境を守るために排気ガス規制の一貫として、低ＮＯｘ燃焼が要求されている。このため、燃料と空気を予め混合させた後に燃焼室で火炎を形成する予混合燃焼方式を採用するとともに、燃料ガスの発熱量を計測して、発熱量に応じて燃料流量を調整するガスタービン燃焼制御装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２２４６８９号公報
【非特許文献１】宮▲崎▼信一，「ＬＮＧビジネスの本質を理解するための液化プラント必須知識」，石油・天然ガスレビュー，独立行政法人  石油天然ガス・金属鉱物資源機構，２００５年３月，Vol ３９，No.２，p.１−２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＬＮＧ液化基地は、一般的に、ガスタービン燃料のための燃料ガス発熱量の計測設備を備えていない。このため、ＬＮＧ液化基地におけるガスタービンにおいて、燃料ガスの発熱量が急変すると、燃焼器の火炎安定性が低下して安定燃焼状態を継続できず、燃焼温度の急上昇により燃焼振動が増加した場合には、燃焼器に組み込まれている構成部品の損傷を防ぐために、ガスタービンの非常停止を必要とする場合が生じる。具体的には、例えば、ＢＯＧの輸送駆動装置が何らかの原因で緊急停止すると、燃料ガスの混合比が急変し、ガスタービンに供給される燃料ガスの発熱量が急変することになる。
【０００７】
ガスタービンを動力源として使用しているＬＮＧ液化基地において、ガスタービンが非常停止するとプラント全体の運転停止に繋がるため、プラント稼働率の低下、生産性の低下等の問題が発生する。
【０００８】
本発明は、上述の事柄に基づいてなされたものであって、その目的は、燃料ガスの発熱量の計測設備を備えずに、発熱量の変動する燃料ガスが供給されるガスタービンに適用されて、燃料ガスの発熱量が急変した場合でも、ガスタービンを非常停止することなく、継続して安定運転できるガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、燃料系統を介して燃料供給源から供給される燃料ガスの発熱量計測手段のないガスタービン燃焼器の制御装置であって、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から導入される高圧空気と前記燃料系統から供給された前記燃料ガスとを混合燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器で生成された燃焼ガスにより駆動されるタービンとからなるガスタービンと、前記燃料系統に設けられ、前記燃焼器に供給される前記燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整手段と、前記燃焼器に設けられ、前記燃焼器内の燃焼ガスの圧力変動を計測する燃焼振動計測手段と、前記燃焼振動計測手段が計測した信号に応じて、前記燃料ガスの発熱量の急変化を判定する燃焼振動判定手段と、前記燃焼振動判定手段が前記燃料ガスの発熱量の急変化を判定した場合に、前記燃焼器に供給される前記燃料ガスの流量を低減させる操作信号を生成して前記燃料調整手段を制御する操作信号生成手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃焼器内の燃焼振動計測手段を設け、燃料の発熱量の急変化に伴う燃焼振動の計測値を基に、供給する燃料流量を制御するので、燃料発熱量が急変した場合でもガスタービン燃焼器の火炎安定性を保つことができる。このことにより、ガスタービン燃焼器の運用性および信頼性の向上を図ることができる。この結果、ガスタービンを動力源として使用するプラントの稼働率低下を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第１の実施の形態を備えたガスタービンプラントを示す概略構成図である。
【図２】本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第１の実施の形態における燃料発熱量上昇に対する燃焼振動と燃料御流量指令の関係を示す特性図である。
【図３】本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第１の実施の形態の処理フローを示すフローチャート図の一例である。
【図４】本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第２の実施の形態を備えたガスタービンプラントを示す概略構成図である。
【図５】本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第２の実施の形態における燃料発熱量上昇に対する燃焼振動と予混合比率（燃料ガスの配分割合）の関係を示す特性図である。
【図６】本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第２の実施の形態の処理フローを示すフローチャート図の一例である。
【図７】本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第３の実施の形態を備えたガスタービン燃焼器の縦断面図である。
【図８】図７に示すガスタービン燃焼器のＡ−Ａ矢視図である。
【図９Ａ】本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第３の実施の形態を備えたガスタービン燃焼器のセクタブロック図である。
【図９Ｂ】本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第３の実施の形態におけるガスタービン負荷に対する系統毎の燃料流量を示す特性図の一例である。
【図１０】本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第３の実施の形態におけるガスタービン負荷に対する系統毎の燃料流量を示す特性図の他の例である。
【図１１】本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第３の実施の形態における燃料発熱量が設計基準値を下回っていた場合における燃焼振動と燃焼切替と系統毎の燃料流量との関係を示す特性図である。
【図１２】本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第３の実施の形態の処理フローを示すフローチャート図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の実施の形態を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第１の実施の形態を備えたガスタービンプラントを示す概略構成図である。図１に示すように、ガスタービンプラントは、主として、ガス製造プラント１と、ガスタービン２と、燃料制御装置４と、燃料系統１０と、ガス圧縮機２５０とから構成されている。
【００１４】
燃料供給源であるガス製造プラント１は、ガス田等から採掘された原料天然ガスから酸性ガス、水分、水銀、重質炭化水素等を除去して精製する前処理設備と、この精製された天然ガスを液化する液化設備と、液化されたＬＮＧを貯蔵する貯蔵設備とを備えている。ガス製造プラント１からは、前処理設備を経た燃料ガスと貯蔵設備のＬＮＧから発生するＢＯＧとを輸送駆動装置で混合させてガスタービン２へ輸送している。
【００１５】
通常は、ＢＯＧと前処理設備を経た燃料ガスとの混合燃料ガスがガスタービン２へ供給されているが、何らかの事象が発生すると、ＢＯＧのみ又は前処理設備を経た燃料ガスのみがガスタービン２へ供給されることになり、燃料ガスの発熱量が大きく変化する。
【００１６】
ガスタービン２は、空気１００を圧縮して高圧の燃焼用空気を生成する圧縮機１１０と、この圧縮機１１０から導入される高圧空気１２０と燃料系統１０からの燃料ガスとを混合して、内部で火炎を形成し、高温高圧の燃焼ガス１８０を生成する燃焼器１３０と、この燃焼器１３０で生成された燃焼ガス１８０が導入されるタービン１９０とを備えている。圧縮機１１０の回転軸とタービン１９０の回転軸とはシャフト２１０で連結されている。また、ガスタービン１９０によって駆動されるガス圧縮機２５０の回転軸も、圧縮機１１０の回転軸とタービン１９０の回転軸とシャフト２１０により連結されている。
【００１７】
ガスタービン２では、高温高圧の燃焼ガス１８０が断熱膨張する際に発生する仕事量を、タービン１９０において軸回転力に転換している。本実施の形態においては、タービン１９０の軸回転力を利用してガス圧縮機２５０を駆動することで、ガスタービン２を流体圧縮の動力源としている。タービン１９０には、仕事を終えた後の排ガス温度を計測する排ガス温度センサ１９０Ａが設けられている。排ガス温度センサ１９０Ａが計測した排ガス温度計測信号２７は、後述する燃料制御装置４の操作信号生成手段６に取込まれる。
【００１８】
燃焼器１３０には、内部の燃焼ガスの圧力変動である燃焼振動を計測する燃焼振動計測手段として燃焼振動計測センサ８が設けられている。燃焼振動計測センサ８が計測した燃焼振動計測信号２６は、後述する燃料制御装置４の燃焼振動判定手段５に取込まれる。
【００１９】
ガス製造プラント１からの混合された燃料ガスは、燃料系統１０に設けた燃料流量燃料調整手段である燃料弁３ａを介してガスタービン２の燃焼器１３０へ供給されている。
【００２０】
燃料制御装置４は、燃焼振動計測センサ８からの信号を基に燃料ガスの発熱量の急変化を判断する燃焼振動判定手段５と、操作信号生成手段６とを備えている。燃焼振動判定手段５は、燃焼振動計測センサ８から燃焼器１３０に供給される燃料ガスの発熱量の急変化した際に上昇する燃焼振動計測信号２６を入力し、燃焼振動判定信号２３を操作信号生成手段６へ出力する。具体的には、入力した燃焼振動計測信号２６が、予め設定した燃焼振動制限値を超えたか否か又は予め設定した燃焼振動通常値以上か否かを判断して、燃焼振動判定信号２３を生成している。ここで、燃焼振動制限値は、例えば、燃焼器１３０に組み込まれている構成部品の損傷を防ぐための最大値が設定され、燃焼振動通常値は、例えば、長時間の連続運転が可能となる通常の燃焼振動の値が設定される。
【００２１】
操作信号生成手段６は、通常は図示しない運転指令信号に応じて燃料弁３ａの開度指令２１ａを生成するが、燃焼振動判定信号２３により、燃焼振動計測信号２６が燃焼振動制限値を超えた場合には、燃料流量を低減する開度指令２１ａを生成し、燃焼振動計測信号２６が燃焼振動通常値まで低減した場合には、燃料流量の減少を終了するように開度指令２１ａを生成して、燃料弁３ａへ開度指令２１ａを出力する。また、排ガス温度センサ１９０Ａが計測した排ガス温度計測信号２７は、その他の計測信号と共に、例えば、ガスタービン２の出力の算出や燃焼ガス温度の算出に用いられる。
【００２２】
なお、一般的な発電プラントに適用するガスタービンの場合、燃料系統１０に燃料ガスの発熱量計測装置を設け、この発熱量計測装置が計測した発熱量に応じて燃料制御装置４が燃料弁３ａの開度を制御することで燃焼安定性を確保することが多い。本実施の形態のようなガスタービンを動力源として用いるガス製造プラント１の場合は、燃料ガスの発熱量の計測設備を持たない場合が多い。
【００２３】
次に、本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第１の実施の形態の制御内容について図２及び図３を用いて説明する。図２は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第１の実施の形態における燃料発熱量上昇に対する燃焼振動と燃料御流量指令の関係を示す特性図、図３は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第１の実施の形態の処理フローを示すフローチャート図の一例である。
【００２４】
図２において、縦軸は上から順に（Ａ）未計測の燃料発熱量の予想特性、（Ｂ）燃焼ガス温度、（Ｃ）燃焼振動計測値、（Ｄ）燃料流量をそれぞれ示し、横軸は時間を示している。また、図２において、Ｔ１は燃料発熱量が変化し始めた時刻、Ｔ２は燃焼振動計測値が制限値を超えて、燃焼ガス温度が最大値となった時刻、Ｔ３は燃焼振動計測値が通常値に戻った時刻をそれぞれ示している。
【００２５】
時刻Ｔ１以前においては、ガスタービン２は所定の燃焼ガス温度、燃焼振動計測値、燃料流量で、負荷運転を行っている。時刻Ｔ１において、例えば、ガス製造プラント１で何らかの事象が発生して、ＢＯＧのみ又は前処理設備を経た燃料ガスのみがガスタービン２へ供給されることになると、燃料ガスの発熱量が大きく変化する。本実施の形態においては、（Ａ）未計測の燃料発熱量の予想特性に示すように燃料発熱量が増加する場合を想定している。
【００２６】
時刻Ｔ１から時刻Ｔ２においては、ガスタービン２に供給される燃料の燃料発熱量は増加し、それに伴って（Ｂ）燃焼ガス温度も増加する。燃焼ガス温度が増加することで、（Ｃ）燃焼振動計測値が増加し、燃焼振動制限値を超えてくる。時刻Ｔ２において、（Ｄ）燃料流量を低減する制御が行われる。
【００２７】
この時刻Ｔ２までの燃料制御装置４の処理内容を以下に説明する。図３において、燃料制御装置４は、燃焼器１３０の燃焼振動を計測する（ステップＳ１）。具体的には、燃焼振動判定手段５が燃焼振動計測センサ８から燃焼振動計測信号２６を取得する。
【００２８】
燃料制御装置４は、燃焼振動計測信号２６が、予め設定した燃焼振動制限値を超えたか否かを判断する（ステップＳ２）。具体的には、燃焼振動判定手段５において、予め設定した燃焼振動制限値と比較することで行われ、その結果として燃焼振動判定信号２３が出力される。燃焼振動計測信号２６が、予め設定した燃焼振動制限値を超えた場合には（ステップＳ３）へ進み、それ以外の場合は（ステップＳ１）へ戻る。時刻Ｔ２以前は（ステップＳ１）に戻り、時刻Ｔ２以後は（ステップＳ３）の処理を行う。
【００２９】
燃料制御装置４は、弁開度調整指令を生成し、燃料弁３ａの弁開度を調整することで、燃料流量を低減する（ステップＳ３）。具体的には、操作信号生成手段６が燃焼振動判定信号２３を基に燃料弁３ａの開度指令２１ａを生成して、燃料弁３ａへ開度指令２１ａを出力して、燃料流量を低減する。
【００３０】
燃料制御装置４において、（ステップＳ３）の燃料流量の低減に伴い、図２に示す燃焼ガス温度が低下する（ステップＳ４）。
【００３１】
図２に戻り、時刻Ｔ２以後（Ｄ）燃料流量低減の制御が時刻Ｔ３まで実行される。この燃料流量低減に伴って、（Ｂ）燃焼ガス温度も低減するとともに（Ｃ）燃焼振動計測値も低減する。
【００３２】
図３において、燃料制御装置４は、燃焼振動計測信号２６が、予め設定した燃焼振動通常値以上か否かを判断する（ステップＳ５）。具体的には、燃焼振動判定手段５において、予め設定した燃焼振動通常値と比較することで行われ、その結果として燃焼振動判定信号２３が出力される。燃焼振動計測信号２６が、予め設定した燃焼振動通常値以上の場合には（ステップＳ３）へ戻り、それ以外の場合は（ステップＳ６）へ進む。時刻Ｔ３以前は（ステップＳ３）に戻り、時刻Ｔ３以後は（ステップＳ６）の処理を行う。
【００３３】
燃料制御装置４は、燃料流量低減制御を終了する（ステップＳ６）。
【００３４】
上述した本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第１の実施の形態によれば、燃焼器１３０内の燃焼振動計測手段８を設け、燃料ガスの発熱量の急変化した際の燃焼振動の計測値を基に、供給する燃料流量を制御するので、燃料発熱量が急変した場合でもガスタービン燃焼器１３０の火炎安定性を保つことができる。このことにより、ガスタービン燃焼器１３０の運用性および信頼性の向上を図ることができる。この結果、ガスタービン２を動力源として使用するプラント１の稼働率低下を抑制することが可能になる。
【００３５】
また、上述した本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第１の実施の形態によれば、燃料系統１０に燃料発熱量の計測機器が無いプラント１において、ガスタービン燃焼器１３０の定常運転時に燃料発熱量が急上昇してもガスタービン燃焼器１３０の火炎安定性を保つことが可能となる。この結果、ガスタービン燃焼器１３０の運用性および信頼性の向上を図ると同時に、ガスタービン２を動力源として使用するプラント１の稼働率低下を抑制することができる。
【実施例２】
【００３６】
以下、本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図４は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第２の実施の形態を備えたガスタービンプラントを示す概略構成図、図５は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第２の実施の形態における燃料発熱量上昇に対する燃焼振動と予混合比率（燃料ガスの配分割合）の関係を示す特性図、図６は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第２の実施の形態の処理フローを示すフローチャート図の一例である。図４乃至図６において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
図４に示す本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第２の実施の形態は、大略第１の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、燃焼器１３１が拡散燃焼方式の拡散燃焼方式バーナ１１と予混合燃焼方式の予混合燃焼方式バーナ１２とを備えている。
【００３８】
燃料系統１０は、その上流側に燃焼器１３１への燃料ガス流量を制御する燃料弁３ａが配置され、燃料弁３ａの下流側は、拡散燃焼方式バーナ１１用の系統と予混合燃焼方式バーナ１２用の系統とに分岐され、それぞれの系統に拡散燃料流量調整手段である拡散燃料弁３ｂと予混合燃料流量調整手段である予混合燃料弁３ｃとが配置されている。燃料弁３ａには燃料制御装置４の操作信号生成手段６から弁開度指令信号２１ａが、拡散燃料弁３ｂには燃料制御装置４の操作信号生成手段６から弁開度指令信号２１ｂが、予混合燃料弁３ｃには燃料制御装置４の操作信号生成手段６から弁開度指令信号２１ｃが、それぞれ出力されている。
【００３９】
拡散燃料弁３ｂの開度と予混合燃料弁３ｃの開度を調整することにより、拡散燃焼方式バーナ１１に対する予混合燃焼方式バーナ１２の燃焼比率（予混合比率）を調整できる。一般に、燃焼室１３０に燃料を直接噴射して形成される拡散火炎は、燃料と空気を予め混合した後に形成される予混合火炎よりも、火炎温度が高く火炎安定性が高い。したがって、未計測の燃料発熱量が上昇して燃焼振動計測値が増加した場合には、拡散燃焼方式バーナ１２へ供給する燃料を増加させて、予混合燃焼方式バーナ１２へ供給する燃料を減少させること（燃焼比率を調整すること）で、燃焼振動を低減させることができる。
【００４０】
操作信号生成手段６は、通常は図示しない運転指令信号に応じて拡散燃料弁３ｂと予混合燃料弁３ｃの開度指令２１ｂと２１ｃとを生成するが、燃焼振動判定信号２３により、燃焼振動計測信号２６が燃焼振動制限値を超えた場合には、拡散燃焼方式バーナ１１の燃料流量を増加する開度指令２１ｂと、予混合燃焼方式バーナ１２の燃料流量を減少する開度指令２１ｃとを生成し、燃焼振動計測信号２６が燃焼振動通常値まで低減した場合には、これら燃料流量の増減調整を終了させるように各開度指令２１ｂ，２１ｃを生成して、拡散燃料弁３ｂと予混合燃料弁３ｃとへ開度指令２１ｂ，２１ｃを出力する。
【００４１】
次に、本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第２の実施の形態の制御内容について図５及び図６を用いて説明する。  
図５において、縦軸は上から順に（Ａ）未計測の燃料発熱量の予想特性、（Ｂ）燃焼ガス温度、（Ｃ）燃焼振動計測値、（Ｄ）拡散燃焼方式バーナの燃料流量、（Ｅ）予混合燃焼方式バーナの燃料流量、（Ｆ）総燃料流量をそれぞれ示し、横軸は時間を示している。また、図５において、Ｔ１は燃料発熱量が変化し始めた時刻、Ｔ２は燃焼振動計測値が制限値を超えた時刻、Ｔ３は燃焼振動計測値が通常値に戻った時刻をそれぞれ示している。
【００４２】
時刻Ｔ１以前においては、ガスタービン２は所定の燃焼ガス温度、燃焼振動計測値、予混合比率、総燃料流量で、負荷運転を行っている。時刻Ｔ１において、例えば、ガス製造プラント１で何らかの事象が発生して、ＢＯＧのみ又は前処理設備を経た燃料ガスのみがガスタービン２へ供給されることになると、燃料ガスの発熱量が大きく変化する。本実施の形態においては、（Ａ）未計測の燃料発熱量の予想特性に示すように燃料発熱量が増加する場合を想定している。
【００４３】
時刻Ｔ１から時刻Ｔ２においては、ガスタービン２に供給される燃料の燃料発熱量は増加し、それに伴って（Ｂ）燃焼ガス温度も増加する。燃焼ガス温度が増加することで、（Ｃ）燃焼振動計測値が増加し、燃焼振動制限値を超えてくる。時刻Ｔ２において、予混合比率を調整する制御が開始される。具体的には、（Ｄ）拡散燃焼方式バーナ１２の燃料流量を増加させて、（Ｅ）予混合燃焼方式バーナの燃料流量を減少させる制御が開始される。
【００４４】
この時刻Ｔ２までの燃料制御装置４の処理内容を以下に説明する。図６において、燃料制御装置４は、燃焼器１３１の燃焼振動を計測する（ステップＳ１１）。具体的には、燃焼振動判定手段５が燃焼振動計測センサ８から燃焼振動計測信号２６を取得する。
【００４５】
燃料制御装置４は、燃焼振動計測信号２６が、予め設定した燃焼振動制限値を超えたか否かを判断する（ステップＳ１２）。具体的には、燃焼振動判定手段５において、予め設定した燃焼振動制限値と比較することで行われ、その結果として燃焼振動判定信号２３が出力される。燃焼振動計測信号２６が、予め設定した燃焼振動制限値を超えた場合には（ステップＳ１３）へ進み、それ以外の場合は（ステップＳ１１）へ戻る。時刻Ｔ２以前は（ステップＳ１１）に戻り、時刻Ｔ２以後は（ステップＳ１３）の処理を行う。
【００４６】
燃料制御装置４は、弁開度調整指令を生成し、拡散燃料弁３ｂ、及び予混合燃料弁３ｃの各弁開度を調整することで、予混合比率（燃料ガスの配分割合）を調整する（ステップＳ１３）。具体的には、操作信号生成手段６が燃焼振動判定信号２３を基に拡散燃料弁３ｂの開度指令２１ｂ、及び予混合燃料弁３ｃの開度指令をそれぞれ生成する。そして、拡散燃料弁３ｂの開度を増加する開度指令２１ｂと予混合燃料弁３ｃの開度を減少する開度指令２１ｃをそれぞれ出力して、予混合比率（燃料ガスの配分割合）を調整する。このとき、拡散燃焼方式バーナ１１の燃料減少量と予混合燃焼方式バーナ１２の燃料増加量とを等しくすることで、燃焼器１３１に供給する（Ｆ）総燃料流量は一定としている。このような燃料制御を（Ｃ）燃焼振動計測値が低減するまで継続することで、火炎安定性の高い拡散燃焼方式バーナ１１の燃料比率が高くなるため、火炎の状態が安定化して燃焼振動計測値を制限値以下まで減少させることが可能となる。
【００４７】
図５に戻り、時刻Ｔ２以後（Ｄ）拡散燃焼方式バーナ１１の燃料流量の増加制御と、（Ｅ）予混合燃焼方式バーナ１２の燃料流量の減少制御とが時刻Ｔ３まで実行される。この予混合比率制御に伴って（Ｃ）燃焼振動計測値が低減する。
【００４８】
図６において、燃料制御装置４は、燃焼振動計測信号２６が、予め設定した燃焼振動通常値以上か否かを判断する（ステップＳ１４）。具体的には、燃焼振動判定手段５において、予め設定した燃焼振動通常値と比較することで行われ、その結果として燃焼振動判定信号２３が操作信号生成手段６へ出力される。燃焼振動計測信号２６が、予め設定した燃焼振動通常値以上の場合には（ステップＳ１３）へ戻り、それ以外の場合は（ステップＳ１５）へ進む。時刻Ｔ３以前は（ステップＳ１３）に戻り、時刻Ｔ３以後は（ステップＳ１５）の処理を行う。
【００４９】
燃料制御装置４は、予混合比率調整制御を終了する（ステップＳ１５）。具体的には、操作信号生成手段６から連続的に出力していた予混合比率の変化（拡散燃焼方式バーナ１１の燃料流量の増加と予混合燃焼方式バーナ１２の燃料流量の減少）が停止され、一定の比率で制御されるようになる。
【００５０】
上述した本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００５１】
以下、本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第３の実施の形態を図面を用いて説明する。図７は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第３の実施の形態を備えたガスタービン燃焼器の縦断面図、図８は図７に示すガスタービン燃焼器のＡ−Ａ矢視図、図９Ａは本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第３の実施の形態を備えたガスタービン燃焼器のセクタブロック図、図９Ｂは本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第３の実施の形態におけるガスタービン負荷に対する系統毎の燃料流量を示す特性図の一例、図１０は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第３の実施の形態におけるガスタービン負荷に対する系統毎の燃料流量を示す特性図の他の例、図１１は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第３の実施の形態における燃料発熱量が設計基準値を下回っていた場合における燃焼振動と燃焼切替と系統毎の燃料流量との関係を示す特性図、図１２は本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第３の実施の形態の処理フローを示すフローチャート図の一例である。図７乃至図１２において、図１乃至図６に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第３の実施の形態は、大略第２の実施の形態と同様の機器で構成されるが、本実施の形態においては、ガスタービン負荷に応じて燃焼させる予混合燃焼方式バーナの個数を制御する燃焼切替において、燃焼振動計測値に応じて中止／実行を切替えることを特徴とする。
【００５３】
まず、本実施の形態を説明するための燃焼器運転の概要を説明する。  
一般に、予混合燃焼方式は、燃料と多くの空気とを予め混合して火炎温度を低く抑えることでＮＯｘ排出量を低減しているため、予混合気の燃料濃度が薄く、上述したように拡散燃焼方式に対して火炎安定性が低いという特性がある。具体的には、予混合燃焼方式では、燃焼可能な燃空比（燃料重量に対する空気重量の比率：燃料重量÷空気重量）の範囲が拡散燃焼方式よりも狭い。このためガスタービン燃焼器１３１では、予混合燃焼方式バーナ１２を最適な燃空比範囲で燃焼させるために、複数のセクタ（領域）に分割して、ガスタービン負荷に応じて燃焼させる予混合燃焼方式バーナ１２の個数を制御する方式が広く採用されている。
【００５４】
図７に示すガスタービン燃焼器１３１は、略円筒構造に形成されていて、軸中心部には拡散燃料ノズル３１から噴射された燃料が拡散火炎３２を形成する拡散燃焼方式バーナ１１が配置され、その外周側には予混合燃料ノズル２１から噴射された燃料が空気と混合して保炎器２２の下流で予混合火炎２３を形成する予混合燃焼方式バーナ１２が４個配置されている。
【００５５】
燃料系統１０は、その上流側に燃焼器１３１への燃料ガス流量を制御する燃料弁３ａが配置され、燃料弁３ａの下流側は、拡散燃焼方式バーナ１１用の系統と予混合燃焼方式バーナ１２用の系統とに分岐され、それぞれの系統に拡散燃料流量調整手段である拡散燃料弁３ｂと予混合燃料流量調整手段である予混合燃料弁３ｃ１〜３ｃ４とが配置されている。
【００５６】
燃料弁３ａには燃料制御装置４の操作信号生成手段６から弁開度指令信号２１ａが、拡散燃料弁３ｂには燃料制御装置４の操作信号生成手段６から弁開度指令信号２１ｂが、予混合燃料弁３ｃ１〜３ｃ４には燃料制御装置４の操作信号生成手段６から弁開度指令信号２１ｃ１〜２１ｃ４が、それぞれ出力されている。
【００５７】
燃料制御装置４は、振動判定手段５と操作信号生成手段６と燃焼切替制御手段７とを備えている。燃焼振動判定手段５は、燃焼振動計測センサ８から燃焼器１３１に供給される燃料ガスの発熱量の急変化した際に上昇する燃焼振動計測信号２６を入力し、燃焼振動判定信号２３を操作信号生成手段６と燃焼切替制御手段７とへ出力する。具体的には、入力した燃焼振動計測信号２６が、予め設定した燃焼振動制限値を超えたか否かを判断して、燃焼振動判定信号２３を生成している。ここで、燃焼振動制限値は、燃焼切替において予混合火炎の失火直前に発生する５〜１０Ｈｚ程度の燃焼振動、つまり予混合火炎の失火を報知する燃焼振動を検知できる値が設定される。
【００５８】
燃焼切替制御手段７は、排ガス温度センサ１９０Ａが計測した排ガス温度計測信号２７と図示しない運転指令信号や燃料流量信号等を基にガスタービン２の出力を算出し、このガスタービン出力（負荷）と予め設定される設計基準負荷とを比較して、ガスタービン出力が設計基準負荷を超えたときに、燃料ガスが供給される予混合燃焼方式バーナの個数を１つ増加する個数信号２８を算出し、操作信号生成手段６へ出力する。また、予混合燃焼方式バーナの個数が増加して燃焼切替制御実行中に、燃焼振動判定信号２３が入力された場合には、予め設定された切替出力の値（設計基準負荷）を増加させた値（再燃焼切替負荷）に変更設定するとともに、操作信号生成手段６へ出力している個数信号２８を１つ減少するものに変更する。
【００５９】
操作信号生成手段６は、詳細後述するガスタービン負荷に応じて燃焼させる予混合燃焼方式バーナの個数を制御する燃焼切替を行う。具体的には、燃焼切替制御手段７からの個数信号２８を基に予混合燃料弁３ｃ１〜３ｃ４への開度指令を生成するが、燃焼振動判定信号２３により、燃焼振動計測信号２６が燃焼振動制限値を超えた場合には、燃焼切替制御を中止して、燃焼切替開始前の燃料系統を構成する。
【００６０】
図８に示すように、ガスタービン燃焼器１３１を構成する保炎器２２は、円環状に形成されている。ガスタービン燃焼器１３１における予混合燃料の系統は、上部セクタ４１と下部セクタ４４と右部セクタ４３と左部セクタ４２とに４つのセクタに分割されている。ここで、上部セクタ４１には予混合燃料弁３ｃ１を介して燃料が供給され、下部セクタ４４には予混合燃料弁３ｃ４を介して燃料が供給される。同様に、右部セクタ４３には予混合燃料弁３ｃ３を、左部セクタ４２には予混合燃料弁３ｃ２をそれぞれ介して燃料が供給される。
【００６１】
図９Ａは、図８に示すガスタービン燃焼器１３１の燃料系統と対応するセクタブロック図であり、拡散燃焼方式バーナ１１の拡散燃料系統をＦ１、予混合燃焼方式バーナ１２の４つのセクタに分けられた予混合燃料系統をＦ４１〜Ｆ４４と示している。
【００６２】
図９Ｂは、本実施の形態におけるガスタービン負荷に対する系統毎の燃料流量を示す特性図の一例であって、横軸がガスタービン２の負荷（出力）を示し、縦軸が燃料流量であって、区分される領域が各系統の燃料流量を示している。図の上部には、燃料が供給されて燃焼しているバーナを網掛けで示す燃焼パターンが記載されている。例えば、負荷がＷより少し高い場合には、拡散燃料系統Ｆ１と予混合燃料系統Ｆ４１とＦ４２とに燃料が供給されていて、燃焼パターンもＦ１、Ｆ４１、Ｆ４２が網掛けされている。このとき、拡散燃料弁３ｂと予混合燃料弁３ｃ１と３ｃ２とが開度制御されていて、予混合燃料弁３ｃ３と３ｃ４とは全閉制御されている。このように、各セクタ（各予混合燃料系統）に該当する予混合燃料弁３ｃ１〜３ｃ４を制御することで、燃料制御装置４が燃焼切替を制御できる。
【００６３】
拡散燃料系統Ｆ１は燃焼器１３１の火炎安定性を高めるために常に燃料を供給して拡散火炎３２を形成しているが、上述したように予混合火炎２３は燃焼可能な燃空比範囲が狭いため、ガスタービン２の負荷上昇に応じて燃焼させる予混合燃焼方式バーナ１２のセクタを１つずつ増やして、最適な燃空比範囲で予混合燃焼させている。
【００６４】
次に燃焼切替について説明する。図９Ｂのガスタービン負荷Ｗ点においては、ガスタービン負荷Ｗの前の拡散燃料系統Ｆ１と予混合燃料系統Ｆ４１とが燃焼している状態から、拡散燃料系統Ｆ１＋予混合燃料系統Ｆ４１＋予混合燃料系統Ｆ４２が燃焼する状態に移行する燃焼切替が発生する（以下、燃焼切替点と表記する）。
【００６５】
この燃焼切替点では、２つの系統に供給していた燃料を３つの系統に再分配するため、拡散燃料系統Ｆ１の燃料流量はＸ１からＸ２に、予混合燃料系統Ｆ４１の燃料流量はＹ１からＹ２に減少する。拡散燃料系統Ｆ１の拡散燃焼方式バーナ１１は燃焼可能な燃空比範囲が広いため、燃料流量が減少しても直ちに火炎消失（失火）することは無い。しかし予混合燃焼方式バーナ１２は燃焼可能な燃空比範囲が狭く、燃焼切替後の予混合燃料系統Ｆ４１の予混合燃焼方式バーナは予混合火炎２３の安定燃焼可能な燃空比の下限近くにいるため、燃料流量がＹ１からＹ２に減少する際に燃料を下げ過ぎると予混合火炎２３は失火する。
【００６６】
つまり燃焼切替時に空気流量、燃料流量、又は燃料発熱量等の燃焼条件が変化すると火炎が不安定となり失火することを意味している。特に燃料発熱量が設計基準値よりも低い場合には、燃焼ガス温度が低下するため予混合火炎２３の状態が不安定となり燃焼切替時に失火しやすくなる。このため一般的な発電用ガスタービンでは燃料ガスの発熱量を計測して、発熱量が低い場合には燃焼切替点のガスタービン負荷を増加させて燃焼ガス温度を上昇させることで安定に燃焼切替する制御をしている。
【００６７】
しかし発熱量の計測機器を持たないプラントでは上述する燃料調整ができないため、燃焼切替時に予混合火炎２３が不安定となり失火することが懸念される。本実施の形態においては、ガスタービン負荷に応じて燃焼させる予混合燃焼方式バーナの個数を制御する燃焼切替を、燃焼振動計測値に応じて行うことを特徴とする。
【００６８】
上述した燃焼切替において、予混合火炎２３が失火する直前には、短時間で点火と消火を繰り返すことで５〜１０Ｈｚ程度の燃焼振動が発生する特性がある。本実施の形態においては、この燃焼振動の特性を利用している。
【００６９】
図１０は、本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第３の実施の形態におけるガスタービン負荷に対する系統毎の燃料流量を示す特性図であって、図９Ｂに示すガスタービン負荷Ｚ点の部分を拡大している。
【００７０】
発熱量の計測機器を持たないプラント１において、燃料発熱量が設計基準値よりも低い状態で、ガスタービン負荷Ｚ１点で燃焼切替をした際に上述した燃焼振動（予混合火炎の失火を報知する燃焼振動）が発生した場合には、燃料制御装置４が、燃焼切替するガスタービン負荷をＺ１からＺ２に上昇変更させる。このことにより、ガスタービン負荷Ｚ１において、開始された燃焼切替は中止されて、ガスタービン負荷Ｚ１以下の状態（拡散燃料系統Ｆ１＋予混合燃料系統Ｆ４１＋予混合燃料系統Ｆ４２＋予混合燃料系統Ｆ４３が燃焼する状態）で運転が継続される。
【００７１】
その後、ガスタービン負荷がＺ２まで上昇すると、燃焼切替が開始され、燃焼切替が完了すると、拡散燃料系統Ｆ１＋予混合燃料系統Ｆ４１＋予混合燃料系統Ｆ４２＋予混合燃料系統Ｆ４３＋予混合燃料系統Ｆ４４が燃焼する状態になって、運転が継続される。
【００７２】
ここで、ガスタービン負荷Ｚ１は、通常使用される燃料の発熱量（計画値）を基に設計基準負荷として予め設定される。この設計基準負荷であるガスタービン負荷Ｚ１での燃焼切替で燃焼振動が発生することから、実際にガスタービンに供給されている燃料の発熱量が計画値より低いとみなして、燃焼切替の負荷をＺ２に上昇変更する。この後、ガスタービン負荷が増加してＺ２まで上昇すると、予混合火炎の失火を報知する燃焼振動の発生なしに、再燃焼切替が実行される。このガスタービン負荷Ｚ２は、再燃焼切替負荷として設計基準負荷に予め定めた負荷分を加算して設定される。
【００７３】
次に、本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第３の実施の形態の制御内容について図１１及び図１２を用いて説明する。
【００７４】
図１１において、縦軸は上から順に（Ａ）未計測の燃料発熱量の予想実態値（一点鎖線）と設計基準値（破線）の特性、（Ｂ）ガスタービン負荷、（Ｃ）燃焼振動計測値、（Ｄ）拡散燃料系統Ｆ１の燃料流量、（Ｅ）予混合燃料系統Ｆ４１の燃料流量、（Ｆ）予混合燃料系統Ｆ４２の燃料流量、（Ｇ）予混合燃料系統Ｆ４３の燃料流量、（Ｈ）予混合燃料系統Ｆ４４の燃料流量、（Ｉ）総燃料流量、（Ｊ）燃焼モードをそれぞれ示し、横軸は時間を示している。また、図１１において、Ｔ４は設計基準値より低い発熱量の燃料において、設計基準負荷で燃焼切替して燃焼振動計測値が制限値を超えた時刻、Ｔ５は上昇変更された再燃焼切替負荷にガスタービン負荷が到達して再燃焼切替が実行される時刻をそれぞれ示している。
【００７５】
時刻Ｔ４以前において、ガスタービン２は、拡散燃料系統Ｆ１＋予混合燃料系統Ｆ４１＋予混合燃料系統Ｆ４２＋予混合燃料系統Ｆ４３が燃焼する状態であって、（Ｂ）ガスタービン負荷を増加させるように（Ｉ）総燃料流量も漸増するように運転している。ここで、（Ａ）未計測の燃料発熱量の一点鎖線で示す実態値は、破線で示す設計基準値より低い場合を想定している。
【００７６】
時刻Ｔ４において、ガスタービン２の負荷が、設計基準負荷に到達すると、燃料制御装置４が燃焼切替制御を開始する。具体的には、（Ｄ）に示すように操作信号生成手段６から拡散燃料弁３ｂへ燃料流量減指令が、（Ｅ）（Ｆ）（Ｇ）に示すように操作信号生成手段６から予混合燃料弁３ｃ１〜３へ燃料流量減指令が、（Ｈ）に示すように操作信号生成手段６から予混合燃料弁３ｃ４へ燃料流量増指令が同時に出力されて、新たに予混合燃料系統Ｆ４４に燃料が供給され始める。
【００７７】
しかし、（Ａ）に示すように燃料の発熱量の実態値が低いため、燃焼切替に伴って燃料流量を下げられた予混合燃料系統Ｆ４１〜Ｆ４３では、火炎が不安定となり失火しやすくなる。このときに、予混合火炎２３の失火を報知する燃焼振動を燃焼振動判定手段５が判定した場合、具体的には、（Ｃ）に示す燃焼振動計測値が予め定めた燃焼振動制限値を超えた場合には、燃焼切替制御手段７が燃焼切替するガスタービン負荷の制御設定値をＺ１（設計基準負荷）からＺ２（再燃焼切替負荷）に上昇変更させる。
【００７８】
この結果、燃焼切替は中止される。（Ｄ）に示すように操作信号生成手段６から拡散燃料弁３ｂへ燃料流量増指令が、（Ｅ）（Ｆ）（Ｇ）に示すように操作信号生成手段６から予混合燃料弁３ｃ１〜３へ燃料流量増指令が、（Ｈ）に示すように操作信号生成手段６から予混合燃料弁３ｃ４へ燃料流量遮断指令が同時に出力されて、予混合燃料系統Ｆ４４への燃料供給は遮断され、時刻Ｔ４前の燃料系統の状態に戻る。（Ｂ）に示すガスタービン負荷と（Ｉ）に示す総燃料流量は漸増していく。
【００７９】
時刻Ｔ５において、ガスタービン２の負荷が、再燃焼切替負荷に到達すると、燃料制御装置４が再燃焼切替制御を開始する。具体的には、燃焼切替制御手段７が操作信号生成手段６へ個数信号２８が出力され、（Ｄ）に示すように操作信号生成手段６から拡散燃料弁３ｂへ燃料流量減指令が、（Ｅ）（Ｆ）（Ｇ）に示すように操作信号生成手段６から予混合燃料弁３ｃ１〜３へ燃料流量減指令が、（Ｈ）に示すように操作信号生成手段６から予混合燃料弁３ｃ４へ燃料流量増指令が同時に出力されて、新たに予混合燃料系統Ｆ４４に燃料が供給され始める。このとき、時刻Ｔ４のときとは異なり、（Ｃ）に示す燃焼振動計測値が上昇しないので、燃焼切替は完全に実行されて完了する。
【００８０】
次に、燃料制御装置４の処理内容を説明する。図１２において、燃料制御装置４は、燃焼器１３１の燃焼振動を計測する（ステップＳ２１）。具体的には、燃焼振動判定手段５が燃焼振動計測センサ８から燃焼振動計測信号２６を取得する。
【００８１】
燃料制御装置４は、燃焼切替を開始する（ステップＳ２２）。具体的には、燃焼切替制御手段７において、ガスタービン２の負荷が設計基準負荷に到達したことを条件に、操作信号生成手段６へ個数信号２８を出力し、操作信号生成手段６において、拡散燃料弁３ｂへ燃料流量減指令が、予混合燃料弁３ｃ１〜３へ燃料流量減指令が、予混合燃料弁３ｃ４へ燃料流量増指令が同時に出力されて、新たに予混合燃料系統Ｆ４４に燃料が供給され始める。
【００８２】
燃料制御装置４は、燃焼振動計測信号２６が、予め設定した燃焼振動制限値を超えたか否かを判断する（ステップＳ２３）。具体的には、燃焼振動判定手段５において、予め設定した燃焼振動制限値と比較することで行われ、その結果として燃焼振動判定信号２３が出力される。燃焼振動計測信号２６が、予め設定した燃焼振動制限値を超えた場合には（ステップＳ２４）へ進み、それ以外の場合は（ステップＳ２８）へ進む。
【００８３】
燃料制御装置４は、燃焼切替を中止するとともに、燃焼切替するガスタービン負荷の制御設定値を設計基準負荷から再燃焼切替負荷に上昇変更させる（ステップＳ２４）。具体的には、燃焼切替制御手段７において、燃焼切替の負荷を定める制御設定値を設計基準負荷から再燃焼切替負荷に上昇変更する。このことにより、（ステップＳ２２）で操作信号生成手段６から出力されていた燃焼切替のための各指令信号が消失し、（ステップＳ２２）の前の燃料系統の状態に戻る。
【００８４】
燃料制御装置４は、ガスタービン負荷を上昇させる（ステップＳ２３）。具体的には、操作信号生成手段６から燃料弁３ａに出力する弁開度指令信号２１ａを漸増する。
【００８５】
燃料制御装置４は、再燃焼切替を開始する（ステップＳ２６）。具体的には、燃焼切替制御手段７において、ガスタービン２の負荷が再燃焼切替負荷に到達したことを条件に、操作信号生成手段６へ個数信号２８を出力し、操作信号生成手段６において、拡散燃料弁３ｂへ燃料流量減指令が、予混合燃料弁３ｃ１〜３へ燃料流量減指令が、予混合燃料弁３ｃ４へ燃料流量増指令が同時に出力されて、新たに予混合燃料系統Ｆ４４に燃料が供給され始める。
【００８６】
燃料制御装置４は、燃焼振動計測信号２６が、予め設定した燃焼振動制限値を超えたか否かを判断する（ステップＳ２７）。具体的には、燃焼振動判定手段５において、予め設定した燃焼振動制限値と比較することで行われ、その結果として燃焼振動判定信号２３が出力される。燃焼振動計測信号２６が、予め設定した燃焼振動制限値を超えた場合には（ステップＳ２４）へ戻り、それ以外の場合は（ステップＳ２８）へ進む。
【００８７】
（ステップＳ２３）又は（ステップＳ２７）において、燃焼振動計測信号２６が、予め設定した燃焼振動制限値を超えない場合、燃料制御装置４は、ガスタービン負荷を上昇させる（ステップＳ２８）。
【００８８】
燃料制御装置４は、燃焼切替制御を完了する（ステップＳ２９）。
【００８９】
本実施の形態においては、燃焼切替時に予混合燃焼の失火を報知する燃焼振動が発生した場合、燃焼切替を中止するとともに燃焼切替負荷の制御設定値を増加させる。その後、ガスタービン負荷を一定量上昇させた後に再燃焼切替を実施し、燃焼振動が発生しない場合には通常のガスタービンの負荷上昇制御に入り、また燃焼振動が発生した場合には、再度燃焼切替を中止して燃焼切替負荷を上昇させ、ガスタービン負荷上昇後に再燃焼切替することを繰り返す。この結果、燃焼切替に伴う失火を防ぐとともに、過大な燃焼振動の発生を防止できる。
【００９０】
上述した本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００９１】
また、上述した本発明のガスタービン燃焼器の制御装置及び制御方法の第３の実施の形態によれば、燃料発熱量の計測機器が無いプラントにおいて、燃料発熱量が設計基準値よりも低くなる場合でも、安定した燃焼切替が実施できる。この結果、ガスタービン燃焼器１３１の運用性および信頼性の向上を図ると同時に、ガスタービン２を動力源として使用するプラントの稼働率低下を抑制することができる。
【００９２】
なお、本発明の各実施の形態において、１軸式のガスタービン２を例に説明したが、これに限るものではない。本発明は、例えば２軸式のガスタービンにも適用することができる。
【００９３】
また、本発明の実施の形態においては、ガスタービンの出力を計測する手段として排ガス温度センサが計測した排ガス温度計測信号２７を主として、その他の信号（運転指令信号や燃料流量信号等）を用いて算出する場合を例に説明したがこれに限るものではない。トルクセンサやガス圧縮機２５０の仕事量等を計測してそれを用いても良い。
【００９４】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
【符号の説明】
【００９５】
１        ガス製造プラント（燃料供給源）
２        ガスタービン
３ａ      燃料弁（燃料流量調整手段）
３ｂ      拡散燃料弁（拡散燃料流量調整手段）
３ｃ      予混合燃料弁（予混合燃料流量調整手段）
３ｃ１    予混合燃料弁（予混合燃料流量調整手段）
３ｃ２    予混合燃料弁（予混合燃料流量調整手段）
３ｃ３    予混合燃料弁（予混合燃料流量調整手段）
３ｃ４    予混合燃料弁（予混合燃料流量調整手段）
４        燃料制御装置
５        燃焼振動判定手段
６        操作信号生成手段
７        燃焼切替制御手段
８        燃焼振動計測センサ（燃焼振動計測手段）
１０      燃料系統
１１      拡散燃焼方式バーナ
１２      予混合燃焼方式バーナ
１１０    圧縮機
１２０    高圧空気
１３０    燃焼器
１３１    燃焼器
１９０    タービン
１９０Ａ  排ガス温度センサ
２１０    シャフト
２５０    ガス圧縮機
【図１】
2014240635.tif 000003
【図２】
2014240635.tif 000004
【図３】
2014240635.tif 000005
【図４】
2014240635.tif 000006
【図５】
2014240635.tif 000007
【図６】
2014240635.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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