(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気を圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機と、該圧縮空気に燃料ガスを混合して燃焼させ燃焼ガスを生成する燃焼器と、該燃焼ガスにより駆動するタービンとを有するガスタービンを備えているガスタービンプラントにおいて、
前記燃料ガスの単位量当たりカロリー値を調節するカロリー調節器と、
前記カロリー調節器でカロリー調節された前記燃料ガスが前記燃焼器に流れ込む流量を調節する燃料流量調節器と、
前記カロリー調節器及び前記燃料流量調節器を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記燃料ガスのカロリー値が低下するよう、前記カロリー調節器に指示するカロリー制御部と、前記燃料ガスの流量が前記ガスタービンの状態量に関する目標値を維持できる流量になるよう、前記燃料流量調節器に指示する燃料流量制御部と、ガスタービン出力が低下した場合、又はガスタービン出力を上昇させる場合に、前記カロリー制御部に対して、前記燃料ガスのカロリー値を低下させるよう指令を出力するカロリー制御指示部と、を有する、
ことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記ガスタービンの出力、又は、該ガスタービンの出力変化に影響を与える出力影響値を検知する出力影響値検知器を備え、
前記カロリー制御指示部は、前記出力影響値検知器により検知された前記ガスタービンの出力が予め定められた値より小さくなると、又は、前記出力影響値が予め定められた値を基準として前記ガスタービンの出力の低い側になると、前記指令を前記カロリー制御部に出力する、
ことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項３】
請求項２に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記出力影響値検知器は、前記大気の密度の変化に対して相関関係のある密度相関値を前記出力影響値として検知する密度相関値検知器を有している、
ことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項４】
請求項３に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記密度相関値検知器は、前記密度相関値として、前記大気の温度を検知する温度計である、
ことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記カロリー制御部は、前記燃料ガスのカロリー値又は該カロリー値を変化させることができるカロリー制御値に関する設定値と前記密度相関値との関係を予め記憶しており、該関係を用いて、前記密度相関値検知器で検知された前記密度相関値に対応する設定値を定めて、前記燃料ガスのカロリー値が前記設定値になるよう、又は前記カロリー制御値が前記設定値になるよう、前記カロリー調節器に指示する、
ことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一項に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記カロリー制御部は、前記燃料ガスのカロリー値又は該カロリー値を変化させることができるカロリー制御値が所定のルールで定められた変化幅で低下するよう、前記カロリー調節器に指示する、
ことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記燃料流量制御部は、前記タービンにおける前記燃焼ガスの入口温度目標値を前記状態量の目標値とし、前記燃料ガスの流量が該入口温度目標値を維持できる流量になるよう、前記燃料流量調節器に指示する温度制御部を有する、
ことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか一項に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記燃料流量制御部は、前記ガスタービンの目標出力を前記状態量の目標値とし、前記燃料ガスの流量が該目標出力を維持できる流量になるよう、前記燃料流量調節器に指示する目標出力制御部を有する、
ことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記燃焼器には、低カロリー燃料ガスと、該低カロリー燃料ガスよりも単位質量当たりのカロリー値の高い高カロリー燃料ガスとが混合したガスが前記燃料ガスとして供給され、
前記カロリー調節器は、前記低カロリー燃料ガスと前記高カロリー燃料ガスとのうち、少なくとも一方の流量を調節する流量調節弁を備えている、
ことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記燃料ガスを圧縮して前記燃焼器に送る燃料ガス圧縮機を備え、
前記燃料ガス圧縮機は、前記カロリー調節器により前記燃料ガスのカロリー値が低下させられている状態で、前記状態量の目標値を維持できる前記燃料ガスの流量を確保できる、
ことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記カロリー調節器により前記燃料ガスのカロリー値が低下させられている状態で、前記燃料ガスの流量が前記ガスタービンの状態量に関する目標値を維持できる流量になっている際、前記空気圧縮機の吐出口圧力が該空気圧縮機のサージ限界圧力未満である、
ことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記低カロリー燃料ガスが、高炉ガスであり、
前記高カロリー燃料ガスが、コークス炉ガス、転炉ガス、天然ガスのいずれか１つ又はいずれか２つ以上の混合物である、
ことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれか一項に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記燃焼器には、燃焼可能なガスを生成するガス生成装置から該ガスを前記燃料ガスとして供給され、
前記カロリー調節器は、前記ガス生成装置で生成する前記ガスのカロリー値を調節するものである、
ことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項１４】
請求項１３に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記ガス生成装置は、固体燃料又は液体燃料である燃料に、該燃料の酸化剤を混合し、必要に応じて不活性ガスを混合して、該燃料をガス化して、ガス化された燃料を前記燃料ガスとして生成し、
前記カロリー調節器は、前記燃料と前記酸化剤との混合比率、又は該酸化剤に対する前記不活性ガスの混合比率を調節する、
ことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項１５】
大気を圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機と、圧縮空気にカロリー調整可能な燃料ガスを混合して燃焼させ燃焼ガスを生成する燃焼器と、該燃焼ガスにより駆動するタービンとを有するガスタービンを備えているガスタービンプラントの運転方法において、
前記ガスタービンの出力が低下した場合、又は該ガスタービンの出力を上昇させる場合に、前記燃料ガスのカロリー値を低下させるカロリー低下処理と、
前記カロリー低下処理中に、前記燃焼器に送る前記燃料ガスの流量を増加させる燃料流量制御処理と、
前記ガスタービンの出力、又は、該ガスタービンの出力変化に影響を与える出力影響値を検知する出力影響値検知処理と、
を実行し、
前記ガスタービンの出力が低下した場合、又は該ガスタービンの出力を上昇させる場合は、前記出力影響値検知処理で検知された前記ガスタービンの出力が予め定められた値より小さくなった場合、又は、前記出力影響値が予め定められた値を基準として前記ガスタービンの出力の低い側になった場合である、
ことを特徴とするガスタービンプラントの運転方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載のガスタービンプラントの運転方法において、
前記燃料流量制御処理では、前記燃料ガスの流量が前記ガスタービンの状態量に関する目標値を得られる流量になるまで、該流量を増加させる、
を実行することを特徴とするガスタービンプラントの運転方法。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載のガスタービンプラントの運転方法において、
前記出力影響値は、前記大気の密度の変化に対して相関関係のある密度相関値である、
ことを特徴とするガスタービンプラントの運転方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載のガスタービンプラントの運転方法において、
前記密度相関値は、前記大気の温度である、
ことを特徴とするガスタービンプラントの運転方法。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載のガスタービンプラントの運転方法において、
前記カロリー低下処理では、前記燃料ガスのカロリー値又は該カロリー値を変化させることができるカロリー制御値に関する設定値と前記密度相関値との予め定めた関係を用いて、前記出力影響値検知処理で検知された前記密度相関値に対応する設定値を定めて、前記燃料ガスのカロリー値を前記設定値に近づける、又は前記カロリー制御値を前記設定値に近づける、
ことを特徴とするガスタービンプラントの運転方法。
【請求項２０】
請求項１５から１８のいずれか一項に記載のガスタービンプラントの運転方法において、
前記カロリー低下処理では、前記燃料ガスのカロリー値、又は該カロリー値を変化させることができるカロリー制御値が所定のルールで定められた変化幅で低下させる、
ことを特徴とするガスタービンプラントの運転方法。
【請求項２１】
請求項１６から２０のいずれか一項に記載のガスタービンプラントの運転方法において、
前記燃料流量制御処理では、前記タービンにおける前記燃焼ガスの入口温度目標値を前記状態量の目標値とし、前記燃料ガスの流量を該入口温度目標値の得られる流量に近づける、
ことを特徴とするガスタービンプラントの運転方法。
【請求項２２】
請求項１６から２０のいずれか一項に記載のガスタービンプラントの運転方法において、
前記燃料流量制御処理では、前記ガスタービンの目標出力を前記状態量の目標値とし、前記燃料ガスの流量が該目標出力の得られる流量に近づける、
ことを特徴とするガスタービンプラントの運転方法。
【請求項２３】
請求項１５から２２のいずれか一項に記載のガスタービンプラントの運転方法において、
前記燃焼器には、低カロリー燃料ガスと、該低カロリー燃料ガスよりも単位質量当たりのカロリー値の高い高カロリー燃料ガスとが混合したガスが前記燃料ガスとして供給され、
前記カロリー低下処理では、前記低カロリー燃料ガスと前記高カロリー燃料ガスとのうち、少なくとも一方の流量を調節する、
ことを特徴とするガスタービンプラントの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カロリー調整可能な燃料ガスを燃焼させてタービンを駆動するガスタービンプラント、及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンプラントとしては、例えば、以下の特許文献１に記載されているように、製鉄所の高炉からの高炉ガス（以下、ＢＦＧ（Blast Furnace Gas）とする）に代表される低カロリー燃料ガスと、コークス炉からのコークス炉ガス（以下、ＣＯＧ（Coke Oven Gas）とする）に代表される高カロリー燃料ガスとを混合したガスを燃料とするものがある。
【０００３】
また、石炭ガス化炉、ガスタービン及び蒸気タービンを含む石炭ガス化複合発電システム（ＩＧＣＣ：Integrated coal Gasification Combined Cycle）も、石炭ガス化炉で生成された生成ガスをガスタービンの燃料にするガスタービンプラントの一種である。
【０００４】
これらのガスタービンプラントでは、いずれも、大気を空気圧縮機で圧縮して圧縮空気を生成し、これを燃焼器に送っている。燃焼器では、燃料ガスをこの圧縮空気と混合して燃焼させ、燃焼ガスを生成し、これをタービンに送っている。タービンは、この高温高圧の燃焼ガスにより駆動し、例えば、このタービンに接続されている発電機を駆動させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１９０６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のようなガスタービンプラントでは、夏季の気温上昇と共にガスタービン出力（発電出力）が低下することが知られている。この理由は、以下の通りである。
【０００７】
図１５に示すように、大気温度が上昇すると空気の密度が小さくなり、空気圧縮機が吸い込む空気の質量流量、つまり吸気質量流量が減少する。その一方、燃料ガスのカロリー値及び質量流量に変化が無ければ、燃焼器内の燃焼温度は空気の質量流量が減少することにより上昇することになる。しかしながら、高温部品を保護するため、タービン入口温度がその上限値になるように制御されているため、燃焼器内に供給される燃料ガスの質量流量も吸気質量流量と同様に減少する。燃焼器内に供給される燃料ガスの質量流量及び吸気質量流量の双方が減少すると、タービンを通過する燃焼ガスの質量流量が減少する。よって、大気温度が上昇すると、ガスタービン出力が低下する。
【０００８】
そこで、本発明は、大気温度の上昇等に起因したガスタービン出力の低下を抑えることができる、言い換えると、ガスタービン出力を上昇させることができるガスタービンプラント、及びその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するための発明に係るガスタービンプラントは、
大気を圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機と、該圧縮空気に燃料ガスを混合して燃焼させ燃焼ガスを生成する燃焼器と、該燃焼ガスにより駆動するタービンとを有するガスタービンを備えているガスタービンプラントにおいて、前記燃料ガスの単位量当たりカロリー値を調節するカロリー調節器と、前記カロリー調節器でカロリー調節された前記燃料ガスが前記燃焼器に流れ込む流量を調節する燃料流量調節器と、前記カロリー調節器及び前記燃料流量調節器を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記燃料ガスのカロリー値が低下するよう、前記カロリー調節器に指示するカロリー制御部と、前記燃料ガスの流量が前記ガスタービンの状態量に関する目標値を維持できる流量になるよう、前記燃料流量調節器に指示する燃料流量制御部と、ガスタービン出力が低下した場合、又はガスタービン出力を上昇させる場合に、前記カロリー制御部に対して、前記燃料ガスのカロリー値を低下させるよう指令を出力するカロリー制御指示部と、を有していることを特徴とする。
【００１０】
当該ガスタービンプラントでは、カロリー制御部がカロリー調節器により燃料ガスのカロリー値を低下させると、ガスタービンの状態量が変化する。燃料流量制御部は、この状態量が変化すると、燃料流量調節器により、燃料ガスの流量を、この状態量の目標値を維持できる流量にする。この場合、燃料ガスのカロリー値の低下を燃料ガス流量の変化で補うことになるため、燃料ガス流量は増加する。
【００１１】
燃料ガスで、そのカロリー値が比較的に低いガスをガスタービンの駆動に利用する場合、空気圧縮機が吸い込む吸気質量流量（空気質量流量）に対する燃料ガスの質量流量の割合が高い。このため、カロリー値が比較的に低い燃料ガスをガスタービンの駆動に利用する場合、燃料ガスのカロリー値を低下させても、燃料ガスのカロリー値の低下を燃料ガス流量の変化で補うことができる。つまり、燃料ガスのカロリー値を低下させるほど、燃料ガスの質量流量を増加させることができる。これにより、燃料ガスのカロリー値を低下させる前と比べて、タービンを通過するガスの質量流量（空気の質量流量＋燃料ガスの質量流量）を多くすることができ、結果としてガスタービン出力を上昇させることができる。
【００１３】
当該ガスタービンプラントでは、ガスタービン出力が低下した場合にはガスタービン出力の低下を抑制することができ、ガスタービン出力を上昇させたい場合にはガスタービン出力を上昇させることができる。具体的には、大気温度が上昇し、空気の質量流量が低下するような場合であっても、燃料ガスのカロリー値を低下させる一方、燃料ガスの質量流量を増加させて、空気の質量流量の低下を補うことで、ガスタービン出力の低下を抑制することができる。
【００１４】
また、前記ガスタービンプラントにおいて、前記ガスタービンの出力、又は、該ガスタービンの出力変化に影響を与える出力影響値を検知する出力影響値検知器を備え、前記カロリー制御指示部は、前記出力影響値検知器により検知された前記ガスタービンの出力が予め定められた値より小さくなると、又は、前記出力影響値が予め定められた値を基準として前記ガスタービンの出力の低い側になると、前記指令を前記カロリー制御部に出力してもよい。
【００１５】
当該ガスタービンプラントでは、ガスタービンの出力が低下しても、自動的にその低下を抑制することができる。
【００１６】
また、前記出力影響値検知器を有する前記ガスタービンプラントにおいて、前記出力影響値検知器は、前記大気の密度の変化に対して相関関係のある密度相関値を前記出力影響値として検知する密度相関値検知器を有してもよい。この場合、前記密度相関値検知器は、前記密度相関値として、前記大気の温度を検知する温度計であってもよい。
【００１７】
大気温度が上昇するか、又は大気圧力が低下すると、大気密度が小さくなり、空気圧縮機による吸気質量流量が少なくなる。このため、ガスタービン出力が低下する。しかしながら、当該ガスタービンでは、大気温度の上昇又は大気圧力の低下で大気密度が小さくなり、ガスタービンの出力が低下しても、自動的にその低下を抑制することができる。
【００１８】
また、前記密度相関値検知器を有する前記ガスタービンプラントにおいて、前記カロリー制御部は、前記燃料ガスのカロリー値又は該カロリー値を変化させることができるカロリー制御値に関する設定値と前記密度相関値との関係を予め記憶しており、該関係を用いて、前記密度相関値検知器で検知された前記密度相関値に対応する設定値を定めて、前記燃料ガスのカロリー値が前記設定値になるよう、又は前記カロリー制御値が前記設定値になるよう、前記カロリー調節器に指示してもよい。
【００１９】
また、前記ガスタービンプラントにおいて、前記カロリー制御部は、前記燃料ガスのカロリー値又は該カロリー値を変化させることができるカロリー制御値が所定のルールで定められた変化幅で低下するよう、前記カロリー調節器に指示してもよい。
【００２０】
また、前記ガスタービンプラントにおいて、前記燃料流量制御部は、前記タービンにおける前記燃焼ガスの入口温度目標値を前記状態量の目標値とし、前記燃料ガスの流量が該入口温度目標値を維持できる流量になるよう、前記燃料流量調節器に指示する温度制御部を有してもよい。
【００２１】
また、ガスタービンプラントにおいて、前記燃料流量制御部は、前記ガスタービンの目標出力を前記状態量の目標値とし、前記燃料ガスの流量が該目標出力を維持できる流量になるよう、前記燃料流量調節器に指示する目標出力制御部を有してもよい。
【００２２】
また、前記ガスタービンプラントにおいて、前記燃焼器には、低カロリー燃料ガスと、該低カロリー燃料ガスよりも単位質量当たりのカロリー値の高い高カロリー燃料ガスとが混合したガスが前記燃料ガスとして供給され、前記カロリー調節器は、前記低カロリー燃料ガスと前記高カロリー燃料ガスとのうち、少なくとも一方の流量を調節する流量調節弁を備えてもよい。
【００２３】
また、前記ガスタービンプラントにおいて、前記燃料ガスを圧縮して前記燃焼器に送る燃料ガス圧縮機を備え、前記燃料ガス圧縮機は、前記カロリー調節器により前記燃料ガスのカロリー値が低下させられている状態で、前記状態量の目標値を維持できる前記燃料ガスの流量を確保できることが好ましい。
【００２４】
また、ガスタービンプラントにおいて、前記カロリー調節器により前記燃料ガスのカロリー値が低下させられている状態で、前記燃料ガスの流量が前記ガスタービンの状態量に関する目標値を維持できる流量になっている際、前記空気圧縮機の吐出口圧力が該空気圧縮機のサージ限界圧力未満であることが好ましい。
【００２５】
また、前記ガスタービンプラントにおいて、前記低カロリー燃料ガスが、高炉ガスであり、前記高カロリー燃料ガスが、コークス炉ガス、転炉ガス、天然ガスのいずれか１つ又はいずれか２つ以上の混合物であってもよい。
【００２６】
また、前記ガスタービンプラントにおいて、前記燃焼器には、燃焼可能なガスを生成するガス生成装置から該ガスを前記燃料ガスとして供給され、前記カロリー調節器は、前記ガス生成装置で生成する前記ガスのカロリー値を調節するものであってもよい。
【００２７】
また、前記ガスタービンプラントにおいて、前記ガス生成装置は、固体燃料又は液体燃料である燃料に、該燃料の酸化剤を混合し、必要に応じて不活性ガスを混合して、該燃料をガス化して、ガス化された燃料を前記燃料がとして生成し、前記カロリー調節器は、前記燃料と前記酸化剤との混合比率、又は該酸化剤に対する前記不活性ガスの混合比率を調節してもよい。
【００２８】
前記目的を達成するための発明に係るガスタービンプラントの運転方法は、
大気を圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機と、圧縮空気にカロリー調整可能な燃料ガスを混合して燃焼させ燃焼ガスを生成する燃焼器と、該燃焼ガスにより駆動するタービンとを有するガスタービンを備えているガスタービンプラントの運転方法において、前記ガスタービンの出力が低下した場合、又は該ガスタービンの出力を上昇させる場合に、前記燃料ガスのカロリー値を低下させるカロリー低下処理と、前記カロリー低下処理中に、前記燃焼器に送る前記燃料ガスの流量を増加させる燃料流量制御処理と、前記ガスタービンの出力、又は、該ガスタービンの出力変化に影響を与える出力影響値を検知する出力影響値検知処理と、を実行し、前記ガスタービンの出力が低下した場合、又は該ガスタービンの出力を上昇させる場合は、前記出力影響値検知処理で検知された前記ガスタービンの出力が予め定められた値より小さくなった場合、又は、前記出力影響値が予め定められた値を基準として前記ガスタービンの出力の低い側になった場合であることを特徴とする。この場合、前記出力影響値は、前記大気の密度の変化に対して相関関係のある密度相関値であってもよい。さらに、この場合、前記密度相関値は、前記大気の温度であってもよい。
【００２９】
当該運転方法では、ガスタービンの出力が低下した場合、又はガスタービンの出力を上昇させる場合には、カロリー低下処理により、燃料ガスのカロリー値が低下する。燃料流量制御処理では、燃料ガスのカロリー値の低下に対して、燃料ガスの流量を増加させる。
【００３０】
燃料ガスで、そのカロリー値が比較的に低いガスをガスタービンの駆動に利用する場合、空気圧縮機が吸い込む吸気質量流量（空気質量流量）に対する燃料ガスの質量流量の割合が高い。このため、カロリー値が比較的に低い燃料ガスをガスタービンの駆動に利用する場合、燃料ガスのカロリー値を低下させても、燃料ガスのカロリー値の低下を燃料ガス流量の変化で補うことができる。つまり、燃料ガスのカロリー値を低下させるほど、燃料ガスの質量流量を増加させることができる。これにより、燃料ガスのカロリー値を低下させる前と比べて、タービンを通過するガスの質量流量（空気の質量流量＋燃料ガスの質量流量）を多くすることができ、結果として、ガスタービン出力を上昇させることができる。
【００３１】
よって、当該運転方法では、ガスタービン出力が低下した場合にはガスタービン出力の低下を抑制することができ、ガスタービン出力を上昇させたい場合にはガスタービン出力を上昇させることができる。具体的には、大気温度が上昇し、空気の質量流量が低下するような場合であっても、燃料ガスのカロリー値を低下させる一方、燃料ガスの質量流量を増加させて、空気の質量流量の低下を補うことで、ガスタービン出力の低下を抑制することができる。
【００３２】
ここで、前記ガスタービンプラントの運転方法において、前記燃料流量制御処理では、前記燃料ガスの流量が前記ガスタービンの状態量に関する目標値を得られる流量になるまで、該流量を増加させてもよい。
【００３４】
また、前記ガスタービンプラントの運転方法において、前記カロリー低下処理では、前記燃料ガスのカロリー値又は該カロリー値を変化させることができるカロリー制御値に関する設定値と前記密度相関値との予め定めた関係を用いて、前記出力影響値検知処理で検知された前記密度相関値に対応する設定値を定めて、前記燃料ガスのカロリー値を前記設定値に近づける、又は前記カロリー制御値を前記設定値に近づけてもよい。
【００３５】
また、前記ガスタービンプラントの運転方法において、前記カロリー低下処理では、前記燃料ガスのカロリー値、又は該カロリー値を変化させることができるカロリー制御値が所定のルールで定められた変化幅で低下させてもよい。
【００３６】
また、前記ガスタービンプラントの運転方法において、前記燃料流量制御処理では、前記タービンにおける前記燃焼ガスの入口温度目標値を前記状態量の目標値とし、前記燃料ガスの流量を該入口温度目標値の得られる流量に近づけてもよい。
【００３７】
また、前記ガスタービンプラントの運転方法において、前記燃料流量制御処理では、前記ガスタービンの目標出力を前記状態量の目標値とし、前記燃料ガスの流量が該目標出力の得られる流量に近づけてもよい。
【００３８】
また、前記ガスタービンプラントの運転方法において、前記燃焼器には、低カロリー燃料ガスと、該低カロリー燃料ガスよりも単位質量当たりのカロリー値の高い高カロリー燃料ガスとが混合したガスが前記燃料ガスとして供給され、前記カロリー低下処理では、前記低カロリー燃料ガスと前記高カロリー燃料ガスとのうち、少なくとも一方の流量を調節してもよい。
【発明の効果】
【００３９】
本発明では、ガスタービンの出力が低下した場合にはその低下を抑制することができ、ガスタービンの出力を上昇させたい場合には、それを上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る第一実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態における制御装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明に係る第一実施形態におけるガスタービンプラントのシーケンス図である。
【図４】本発明に係る第一実施形態におけるガスタービンプラントのタイムチャートである。
【図５】本発明に係る第一実施形態における低設定カロリーと大気温度との関係を示すグラフである。
【図６】本発明に係る第一実施形態の変形例における低設定カロリーと大気圧力との関係を示すグラフである。
【図７】本発明に係る第一実施形態の他の変形例における低設定カロリーと大気密度との関係を示すグラフである。
【図８】本発明に係る第一実施形態におけるガスタービンの状態点の変化を示す説明図である。
【図９】本発明に係る第一実施形態における大気温度とタービンを通過するガスの質量流量との関係を示す説明図である。
【図１０】本発明に係る第二実施形態における制御装置の機能ブロック図である。
【図１１】本発明に係る第二実施形態におけるガスタービンプラントのシーケンス図である。
【図１２】本発明に係る第二実施形態におけるガスタービンプラントのタイムチャートである。
【図１３】本発明に係る第二実施形態におけるガスタービンの状態点の変化を示す説明図である。
【図１４】本発明に係る第三実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。
【図１５】従来技術における大気温度とタービンを通過するガスの質量流量との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明に係るガスタービンプラントの各種実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４２】
「第一実施形態」
まず、図１〜図９を用いて、第一実施形態としてのガスタービンプラントについて説明する。
【００４３】
本実施形態のガスタービンプラントは、図１に示すように、燃料ガスにより駆動するガスタービン１０と、このガスタービン１０の駆動で発電する発電機１９と、ガスタービン１０に燃料ガスを供給する燃料ガス設備２０と、これらを制御する制御装置１００と、を備えている。
【００４４】
ガスタービン１０は、大気を圧縮して圧縮空気を生成する空気圧縮機１１と、燃料ガスに圧縮空気を混合して燃焼させ高温の燃焼ガスを生成する燃焼器１２と、燃焼ガスにより駆動するタービン１３と、を備えている。
【００４５】
空気圧縮機１１は、大気を圧縮して圧縮空気を生成し、これを燃焼器１２に送る。燃焼器１２は、燃料ガスをこの圧縮空気と混合して燃焼させ、燃焼ガスを生成し、これをタービン１３に送る。タービン１３は、この高温高圧の燃焼ガスにより駆動し、このタービン１３に接続されている発電機１９を駆動させる。タービン１３を通過した燃焼ガスは、例えば、廃熱回収装置に送られ、そこでこの燃焼ガスの熱が回収される。
【００４６】
燃料ガス設備２０は、製鉄所の高炉からの低カロリー燃料ガスとしてのＢＦＧ（Blast Furnace Gas）が通るＢＦＧライン２１と、コークスプラントのコークス炉からの高カロリー燃料ガスとしてのＣＯＧ（Coke Oven Gas）が通るＣＯＧライン２２と、ＢＦＧライン２１からのＢＦＧとＣＯＧライン２２からのＣＯＧとを混合する混合器２３と、この混合器２３でＢＦＧとＣＯＧとが混合されて燃料ガスを燃焼器１２に送る主燃料ガスライン２４と、この主燃料ガスライン２４に設けられ、燃料ガスを加圧する燃料ガス圧縮機２５と、燃料ガス圧縮機２５で加圧された燃料ガスを主燃料ガスライン２４中の上流側部分に戻す燃料リターンライン２６と、を備えている。
【００４７】
燃料ガス圧縮機２５は、燃料ガスの吸込量を調節するための吸気量調節器３１を備えている。この吸気量調節器３１は、燃料ガス圧縮機２５の吸込口に設けられている入口案内翼３２と、この入口案内翼３２の開度を変える案内翼駆動装置３３とを有している。また、燃料リターンライン２６には、燃料ガス圧縮機２５で加圧された燃料ガスのうち、主燃料ガスライン２４の上流側部分に戻す燃料ガスの流量を調節するリターン流量調節弁３４が設けられている。
【００４８】
なお、本実施形態では、燃料ガス圧縮機２５の吸気量調節器３１と燃料リターンライン２６中のリターン流量調節弁３４とで燃料流量調節器３０を構成している。燃焼器１２に供給する燃料ガスの流量は、燃料流量調節器３０を構成する燃料ガス圧縮機２５の吸気量調節器３１とリターン流量調節弁３４とのうち、吸気量調節器３１の入口案内翼３２の開度を変えることのみで調節することができる。しかしながら、本実施形態では、燃料ガスの流量調節の応答性を高めるためにリターン流量調節弁３４を設けている。このため、本実施形態において、入口案内翼３２の開度は、燃料ガスの目標とする流量が大きくなるに伴って大きくなり、リターン流量調節弁３４の弁開度は、逆に、燃料ガスの目標とする流量が大きくなるに伴って小さくなる。なお、吸気量調節器３１及びリターン流量調節弁３４には、制御装置１００から同一の開度指令が出力される。但し、吸気量調節器３１は、開度指令が示す開度をそのまま解釈して、入口案内翼３２の開度がこの開度になるよう調節するのに対し、リターン流量調節弁３４は、開度指令が示す開度が大きいほど弁開度を小さくすると解釈して、弁開度がこの解釈に応じた開度になるよう調節する。
【００４９】
ＣＯＧライン２２には、ＣＯＧの流量を調節するＣＯＧ流量調節弁３５が設けられている。このＣＯＧ流量調節弁３５は、その弁開度が変わってＣＯＧ流量を変えることで、燃料ガスの単位量当たりのカロリー値、つまり単位カロリー値を調節するカロリー調節器を成している。
【００５０】
主燃料ガスライン２４には、この主燃料ガスライン２４を通る燃料ガスの単位カロリー値を検知するカロリー計４１が設けられている。また、ガスタービン１０には、空気圧縮機１１が吸い込む大気の温度を検知する大気温度計４２と、この大気の圧力を検知する大気圧力計４３と、空気圧縮機１１の吐出圧、つまり圧縮空気の圧力を検知する圧縮空気圧力計４４と、タービン１３から排気された燃焼ガスの温度を検知する排気温度計４５とが設けられている。また、発電機１９には、ガスタービン出力の変化に影響を与える出力影響値の検知器として、その発電量、言い換えるとガスタービン出力を検知する出力計４６が設けられている。
【００５１】
制御装置１００は、ＣＯＧ流量調節弁３５に対してその弁開度を指示して、燃料ガスのカロリーを制御するカロリー制御部１１０と、このカロリー制御部１１０の動作を指示するカロリー制御指示部１２０と、燃料流量調節器３０を構成する吸気量調節器３１の入口案内翼３２の開度及びリターン流量調節弁３４の弁開度を指示して、燃焼器１２に供給される燃料ガスの流量を制御する燃料流量制御部１３０と、を有している。
【００５２】
制御装置１００のカロリー制御部１１０は、図２に示すように、予め定められた初期設定カロリーを出力する初期設定カロリー出力部１１１と、大気温度計４２で検知された大気温度に応じた設定カロリーである低設定カロリーを出力する低設定カロリー出力部１１２と、初期設定カロリーと低設定カロリーとのうちの一方の設定カロリーを出力する出力切替部１１３と、出力切替部１１３から出力された設定カロリーとカロリー計４１で検知された燃料ガスのカロリー値との偏差Δを求めるカロリー偏差演算部１１４と、この偏差Δが０に近づくＣＯＧ流量調節弁３５の弁開度を求めて、この弁開度を示す開度指令をＣＯＧ流量調節弁３５に出力する開度指令出力部１１５と、を有している。
【００５３】
低設定カロリー出力部１１２は、大気温度と低設定カロリーとの関係を示す（温度−カロリー）特性を持っており、この（温度−カロリー）特性を用いて、大気温度計４２で検知された大気温度に応じた低設定カロリーを出力する。この（温度−カロリー）特性は、図５に示すように、大気温度が高くなるに連れて、次第に低設定カロリーの値が低くなる関係である。なお、この（温度−カロリー）特性で、予め定められた大気温度許容値以上の大気温度に対する低設定カロリーの値は、初期設定カロリーよりも低い値である。また、この大気温度許容値は、ガスタービンプラントが設置される地域の年間を通じた気温の変化に基づいて定められる値で、例えば、日本においては２６℃〜３０℃である。
【００５４】
カロリー制御指示部１２０は、前述の大気温度許容値を出力する大気温度許容値出力部１２１と、この大気温度許容値と大気温度計４２で検知された大気温度との比較結果に応じて、カロリー制御部１１０の出力切替部１１３に対して切替指令を出力する比較部１２２と、を有している。比較部１２２は、大気温度計４２で検知された大気温度が大気温度許容値より高くなると、低設定カロリーの出力指示を示す切替指令を出力し、大気温度計４２で検知にされた大気温度が大気温度許容値以下になると、初期設定カロリーの出力指示を示す切替指令を出力する。
【００５５】
大気温度が大気温度許容値以下である場合、カロリー制御指示部１２０の比較部１２２は、初期設定カロリー処理の実行を示す切替指令を出力する。カロリー制御部１１０の出力切替部１１３は、この切替指令を受けると、初期設定カロリー出力部１１１からの初期設定カロリーを出力する。カロリー偏差演算部１１４は、出力切替部１１３からの初期設定カロリーとカロリー計４１で検知された燃料ガスのカロリー値との偏差Δを求める。開度指令出力部１１５は、この偏差Δが０に近づくＣＯＧ流量調節弁３５の弁開度を求めて、この弁開度を示す開度指令をＣＯＧ流量調節弁３５に出力する。この結果、燃料ガス中のＣＯＧの混合比が変わり、燃料ガスのカロリー値はほぼ初期設定カロリーになる。
【００５６】
また、大気温度が大気温度許容値より高くなると、カロリー制御指示部１２０は、カロリー低下処理の実行を示す切替指令を出力する。カロリー制御部１１０の出力切替部１１３は、この切替指令を受けると、低設定カロリー出力部１１２からの低設定カロリーを出力する。この際、低設定カロリー出力部１１２は、初期設定カロリーよりも低く、且つ大気温度計４２で検知された大気温度に応じた低設定カロリーを出力する。カロリー偏差演算部１１４は、出力切替部１１３からの初期設定カロリーとカロリー計４１で検知された燃料ガスのカロリー値との偏差Δを求める。開度指令出力部１１５は、この偏差Δが０に近づくＣＯＧ流量調節弁３５の弁開度を求めて、この弁開度を示す開度指令をＣＯＧ流量調節弁３５に出力する。この結果、燃料ガス中のＣＯＧの混合比が変わり、燃料ガスのカロリー値はほぼ低設定カロリーになる。この低設定カロリーは、前述したように、初期設定カロリーよりも低い値であるため、大気温度が大気温度許容値より高くなると、燃料ガスのカロリー値は、このカロリー制御部１１０による制御により、大気温度が大気温度許容値以下の場合と比べて低くなる。また、この低設定カロリーは、大気温度が高くなるに連れて低くなるので、燃料ガスのカロリー値は、このカロリー制御部１１０による制御により、大気温度が高くなるに連れて低くなる。
【００５７】
なお、ここでは、カロリー計４１で検知されたカロリー値と設定カロリーとの偏差Δに基づいて、燃料ガスのカロリー値が設定カロリーになるようフィードバック制御を実行している。しかしながら、一方的に設定カロリー見合いの弁開度をＣＯＧ流量調節弁３５に出力するフィードフォワード制御を実行してもよい。この場合、初期設定カロリー出力部１１１及び低設定カロリー出力部１１２は、設定カロリーの替わりに、設定カロリー見合いの弁開度を出力するようにしてもよい。
【００５８】
燃料流量制御部１３０は、タービン入口温度（ガスタービン１０の状態量）がその上限値になる燃料流量に対応する入口案内翼３２の開度を求める上限温度制御部１４０と、ガスタービン出力がその上限値になる入口案内翼３２の開度を求める上限出力制御部１５０と、上限温度制御部１４０で求められた入口案内翼３２の開度と上限出力制御部１５０で求められた入口案内翼３２の開度とのうち、小さい方を出力する比較部１３４と、この比較部１３４から出力された入口案内翼３２の開度を示す開度指令を出力する開度指令出力部１３５と、を有している。
【００５９】
なお、タービン入口温度上限値（ガスタービン１０の状態量に関する目標値）は、タービン１３を構成する部品で、燃焼ガスに接触する部品を燃焼ガスの熱から保護する目的で定められた値である。ガスタービン出力の上限値である許容出力上限値は、例えば、タービン１３に接続される発電機１９を保護する目的で定められた値である。
【００６０】
タービン入口温度は、基本的に温度計で検知することが好ましい。しかしながら、タービン入口温度は、非常に高温であるため、このタービン入口温度を連続検知できる温度計は存在しない。ところで、タービン１３から排気される燃焼ガスの温度である排気温度と空気圧縮機１１の圧力比（吐出圧／大気圧）とで定まるガスタービン１０の特定の状態点と、タービン入口温度とには相関関係がある。そこで、ここでは、図８に示すように、タービン入口温度が上限値になる排気温度と圧力比で定まる特定の状態点の集まりを温度調節特性Ｕとし、この温度調節特性Ｕ上に現実の排気温度と圧力比で定まる現実の状態点Ｑを位置させることで、タービン入口温度をその上限値になるよう管理している。
【００６１】
なお、以上のように、温度調節特性Ｕを用いて、タービン入口温度をその上限値になるよう管理する上限温度制御に関しては、例えば、特開２００３−６５０８１号公報に詳しく記載されている。また、ここでは、図８に示す温度調節特性Ｕを用いた上限温度制御を採用しているが、上限温度制御には各種方法があるので、本実施形態においていずれの上限温度制御方法を採用してもよい。
【００６２】
具体的に、燃料流量制御部１３０の上限出力制御部１５０は、現実の排気温度と圧力比で定まる現実の状態点を把握する状態点把握部１４１と、温度調節特性Ｕ上の状態点を出力する上限温度状態点出力部１４２と、現状の状態点と温度調節特性Ｕ上の状態点との偏差Δを求める状態点偏差演算部１４３と、この偏差Δを０に近づけることができる入口案内翼３２の開度を求める開度演算部１４４と、を有している。
【００６３】
状態点把握部１４１には、排気温度計４５で検知された排気温度（Ｔｅ）と、大気圧力計４３で検知された大気圧力（Ｐａ）と、圧縮空気圧力計４４で検知された圧縮空気圧力（吐出圧：Ｐｄ）とが入力する。状態点把握部１４１は、図８に示すように、これらに基づいて現状の状態点Ｑ（Ｔｅ，Ｐｄ／Ｐａ）を把握する。上限温度状態点出力部１４２は、例えば、この現実の状態点Ｑが示す排気温度Ｔｅにおける温度調節特性Ｕ上の状態点Ｑｕ（Ｔｅ，Ｐｕ）の圧力比Ｐｕを出力する。そして、状態点偏差演算部１４３は、現実の状態点Ｑの圧力比Ｐｄ／Ｐａと、温度調節特性Ｕ上の状態点Ｑｕの圧力比Ｐｕとの偏差Δを求める。
【００６４】
空気圧縮機１１の圧力比（吐出圧／大気圧）は、燃焼ガス質量流量（燃料ガス質量流量＋空気質量流量）や、ガスタービン出力とほぼ比例する。また、入口案内翼３２の開度と燃料ガス質量流量とは一定の関係がある。そこで、開度演算部１４４は、これらの関係を用いて、周知の方法により、圧力比の偏差Δを０にする入口案内翼３２の開度を求める。
【００６５】
燃料流量制御部１３０の上限出力制御部１５０は、許容出力上限値を出力する許容出力上限値出力部１５２と、出力計４６で検知された出力と許容出力上限値との偏差Δを求める出力偏差演算部１５３と、この偏差Δを０に近づけることができる入口案内翼３２の開度を求める開度演算部１５４と、を有している。
【００６６】
比較部１３４は、上限温度制御部１４０で求められた入口案内翼３２の開度と上限出力制御部１５０で求められた入口案内翼３２の開度とのうち、小さい方を出力する。開度指令出力部１３５は、比較部１３４から出力された入口案内翼３２の開度を示す開度指令を吸気量調節器３１及びリターン流量調節弁３４に出力する。
【００６７】
この結果、燃焼器１２に供給される燃料ガスの流量は、タービン入口温度がその上限値になる流量、又は、ガスタービン出力がその上限値になる流量になる。なお、以下では、上限温度制御部１４０からの出力で、タービン入口温度がその上限値になるよう燃料流量を制御することを上限温度制御とする。また、上限出力制御部１５０からの出力で、ガスタービン出力がその上限値になるよう燃料流量を制御すること上限出力制御とする。
【００６８】
本実施形態では、ガスタービン１０からできる限り大きく出力を得るために、通常、タービン入口温度がその上限値になるように、上限温度制御を実行する。つまり、本実施形態において、燃料流量は、通常、上限温度制御部１４０で求められた入口案内翼３２の開度に応じた燃料流量になる。但し、タービン入口温度がその上限値のとき、ガスタービン出力がその上限値を超える場合がある。そこで、本実施形態では、タービン入口温度が上限値を超えず、且つガスタービン出力がその上限値を超えないようにするため、燃料流量制御部１３０の比較部１３４は、上限温度制御部１４０で求められた入口案内翼３２の開度と上限出力制御部１５０で求められた入口案内翼３２の開度とのうち、小さい方を出力する。
【００６９】
次に、図３に示すシーケンス図及び図４に示すタイムチャートに従って、本実施形態のガスタービンプラントの動作について説明する。なお、以下では、簡単のため、燃料流量制御部１３０が上限温度制御処理を実行しているときのガスタービンプラントの動作について説明する。
【００７０】
大気温度が大気温度許容値以下の場合、前述したように、カロリー制御部１１０は、初期設定カロリー見合いの開度指令をＣＯＧ流量調節弁３５に出力する、つまり初期設定カロリー処理を実行する（Ｓ１）。このため、燃焼器１２に供給される燃料ガスのカロリー値は、ほぼ初期設定カロリーに維持される。また、燃料流量制御部１３０は、タービン入口温度がその上限値になる開度を示す開度指令を吸気量調節器３１及びリターン流量調節弁３４に出力する、つまり上限温度制御処理を実行する（Ｓ２）。このため、タービン入口温度は、ほぼその上限値に維持される。
【００７１】
図４に示すように、大気温度が上昇し始めると（ｔ１）、空気の密度が小さくなり、空気圧縮機１１が吸い込む空気の質量流量、つまり吸気質量流量が減少する。吸気質量流量が減少すると、燃料ガスの質量流量に対する吸気質量流量の割合が小さくなるので、燃料ガスのカロリー値及び質量流量に変化が無ければ、タービン入口温度が上昇する。そこで、燃料流量制御部１３０は、タービン入口温度がその上限値に維持されるよう、燃料ガス圧縮機２５の入口案内翼３２の開度を小さくして、燃料ガスの質量流量も吸気質量流量と同様に減少させる。このため、燃焼器１２内に供給される燃料ガスの質量流量及び吸気質量流量の双方が減少により、タービン１３を通過する燃焼ガスの質量流量（燃料ガスの質量流量＋吸気質量流量）が減少して、燃料ガス圧縮機２５の圧力比及びガスタービン出力が低下する。
【００７２】
大気温度がさらに上昇して大気温度許容値を超えると（ｔ２）、カロリー制御指示部１２０は、カロリー制御部１１０に対してカロリー低下処理への切替指令を出力し、カロリー制御の切替を指示する、つまり切替指令を出力する（Ｓ３）。カロリー制御部１１０の出力切替部１１３は、この切替指令を受けると、低設定カロリー出力部１１２からの低設定カロリーを出力する。そして、カロリー制御部１１０の開度指令出力部１１５は、大気温度計４２で検知された大気温度に応じた低設定カロリー見合いの弁開度を示す弁開度指令をＣＯＧ流量調節弁３５に出力する（Ｓ４）。つまり、カロリー制御は初期設定カロリー処理からカロリー低下処理に移行する。この結果、ＣＯＧ流量調節弁３５の弁開度が小さくなって、高カロリーのＣＯＧ流量が減少し、燃料ガスのカロリー値は、初期設定カロリーよりも低い低設定カロリーになる。
【００７３】
燃料ガスのカロリー値が低下すると、燃焼器１２に供給されるカロリー値が低下するため、一時的にタービン入口温度が低下する（ｔ３）。タービン入口温度が低下すると、上限温度制御中の燃料流量制御部１３０は、タービン入口温度をその上限値に維持するための入口案内翼３２の開度に関する開度指令を吸気量調節器３１に出力する（Ｓ５）。この結果、入口案内翼３２の開度が大きくなり、燃焼器１２に供給される燃料ガスの流量が増加し（ｔ４）、タービン入口温度が上限値に復帰する（ｔ５）。なお、制御内容を理解し易くするために、図４では、燃料ガスのカロリー値が低下によるタービン入口温度の低下（ｔ３）を極端に描いているが、実際には、タービン入口温度の低下の程度は僅かである。
【００７４】
燃焼器１２内に供給される燃料ガスの質量流量が増加すると（ｔ４）、図４に示すように、タービン１３を通過する燃焼ガスの質量流量も増加して、燃料ガス圧縮機２５の圧力比及びガスタービン出力が上昇する。この結果、ガスタービン出力は、大気温度が上昇し始める前のガスタービン出力とほぼ同じ値になる。
【００７５】
このように、本実施形態では、大気温度が上昇する前に比べて燃料ガスの質量流量を増加させるため、燃料ガス圧縮機２５は、燃料ガスのカロリー値が低下させられている状態で、ガスタービン１０の状態量の目標値であるタービン入口温度上限値を維持できる燃料ガスの流量、つまり燃料ガスの増量後の流量を確保できる容量がある必要がある。また、空気圧縮機１１は、燃料ガスのカロリー値が低下させられ、燃料ガスの流量がタービン入口温度上限値を維持できる流量になっている際、つまり、燃料ガスの流量が燃料ガスのカロリー低下前に比べて燃料ガスの流量が増加している際、この空気圧縮機１１の吐出口圧力がサージ限界圧力未満である必要がある。
【００７６】
その後、大気温度がさらに上昇すると、カロリー制御部１１０は、再び、大気温度計４２で検知された大気温度に応じた低設定カロリー見合いの弁開度を示す弁開度指令をＣＯＧ流量調節弁３５に出力する（Ｓ４）。この結果、ＣＯＧ流量調節弁３５の弁開度がさらに小さくなって、高カロリーのＣＯＧ流量が減少し、燃料ガスのカロリー値は、さらに低い低設定カロリーになる。燃料ガスのカロリー値が低下すると、前述の場合と同様に、一時的にタービン入口温度が低下するため、燃料流量制御部１３０は、タービン入口温度をその上限値に維持するための入口案内翼３２の開度に関する開度指令を吸気量調節器３１に出力する（Ｓ５）。この結果、入口案内翼３２の開度がさらに大きくなり、燃焼器１２に供給される燃料ガスの流量が増加して、タービン入口温度が上限値に復帰する。
【００７７】
このように、大気温度が大気温度許容値を超えた以降、さらに上昇しても、図４に示すように、燃焼器１２内に供給される燃料ガスの質量流量が増加し、燃料ガス圧縮機の圧力比及びガスタービン出力は、大気温度が上昇し始める前の値とほぼ同じ値を維持することになる。
【００７８】
すなわち、本実施形態では、大気温度が上昇しても、ガスタービン出力の低下を抑えることができる。なお、大気温度が大気温度許容値を超えた時点（ｔ２）で、燃料流量制御部１３０が上限出力制御していても、カロリー制御部１１０によりカロリー低下処理が実行されて、燃料ガスのカロリー値が低下すると、ガスタービン出力及びタービン入口温度が低下するため、燃料流量制御部１３０は、上限温度制御に移行する。そして、その後、燃料流量制御部１３０は、以上で説明した同様の処理を実行する。よって、大気温度が大気温度許容値を超えた時点（ｔ２）で、燃料流量制御部１３０が上限出力制御していても、大気温度の上昇によるガスタービン出力の低下を抑えることができる。
【００７９】
ここで、カロリー低下処理中の上限温度制御部１４０の動作について、図８に示すガスタービンの状態図を用いて簡単に説明する。
【００８０】
大気温度が上昇し始めると（ｔ１）、空気圧縮機１１の吸気質量流量が減少し始めると共に、上限温度制御の実行により燃料ガスの質量流量が減少し始める。ところで、空気圧縮機１１の圧力比は、前述したように、燃焼ガス質量流量（燃料ガス質量流量＋空気質量流量）とほぼ比例する。このため、大気温度が上昇し始めると（ｔ１）、上限温度制御下でのガスタービン１０の状態点は、温度調節特性Ｕ上であって空気圧縮機１１の圧力比が小さくなる側、言い換えると排気温度が高くなる側に移行する。
【００８１】
大気温度がさらに上昇して大気温度許容値を超えると（ｔ２）、本実施形態では、カロリー低下処理が実行され、タービン入口温度が一時的に低下すると共に、排気温度も低下する（ｔ３）。上限温度制御部１４０は、例えば、この時点（ｔ３）での状態点が示す排気温度における温度調節特性Ｕ上の状態点になるように燃料流量を制御する。この結果、ガスタービン１０の状態点は温度調節特性Ｕ上であって空気圧縮機１１の圧力比が大きくなる側、言い換えると排気温度が低くなる側に移行し（ｔ５）、大気温度が上昇し始めた時点（ｔ１）の状態点とほぼ同じ位置になる。
【００８２】
よって、本実施形態では、大気温度が上昇しても、上限温度制御下でカロリー低下処理が実行されることにより、ガスタービン１０の状態点は大気温度上昇前の状態点とほぼ同じ位置になるため、空気圧縮機１１の圧力比及び燃焼ガスの質量流量も大気温度上昇前の質量流量とほとんど変わらないことになる。
【００８３】
再び、ガスタービンプラントの動作について、図３に示すシーケンス図及び図４に示すタイムチャートに従って説明する。
【００８４】
図４に示すように、大気温度が低下し始め（ｔ６）、吸気質量流量が増加し始めると、カロリー制御部１１０は、大気温度計４２で検知された大気温度に応じた低設定カロリー見合いの弁開度を示す弁開度指令をＣＯＧ流量調節弁３５に出力する。この場合、低設定カロリーは、大気温度の低下に対して高くなるので、ＣＯＧ流量調節弁３５の弁開度が大きくなり、高カロリーのＣＯＧ流量が増加して、燃料ガスのカロリー値が上昇する。燃料流量制御部１３０は、燃料ガスのカロリー上昇に伴うタービン入口温度の上昇を抑えるために、燃焼器１２に供給される燃料ガスの質量流量を減少させる。このため、本実施形態では、大気温度の低下により吸気質量流量が増加しても、燃料ガスの質量流量が減少するので、燃焼ガスの質量流量はほぼ維持される。よって、大気温度が大気温度許容値より高く、カロリー低下処理が実行される間に、大気温度が変動しても、燃焼ガスの質量流量がほぼ維持され、ガスタービン出力もほぼ維持される。
【００８５】
大気温度がさらに低下し、大気温度許容値以下になると（ｔ７）、カロリー制御指示部１２０は、カロリー制御部１１０に対して初期設定カロリー処理への移行を示す切替指令を出力して、カロリー制御の切替を指示する（Ｓ６）。カロリー制御部１１０は、この切替指令を受けると、カロリー制御をカロリー低下処理から初期設定カロリー処理に切り替える。つまり、カロリー制御部１１０は、予め設定されている初期設定カロリー見合いの弁開度を示す弁開度指令をＣＯＧ流量調節弁３５に出力する（Ｓ７）。この結果、ＣＯＧ流量調節弁３５の弁開度が大きくなって、高カロリーのＣＯＧ流量が増加し、燃料ガスのカロリー値は、低設定カロリーよりも高い初期設定カロリーになる。
【００８６】
燃料ガスのカロリー値が上昇すると、燃焼器１２に供給されるカロリー値も上昇するため、一時的にタービン入口温度が上昇する（ｔ８）。タービン入口温度が上昇すると、燃料流量制御部１３０は、タービン入口温度をその上限値に維持するための入口案内翼３２の開度に関する開度指令を吸気量調節器３１に出力する（Ｓ８）。この結果、入口案内翼３２の開度が小さくなり、燃焼器１２に供給される燃料ガスの流量が減少し（ｔ９）、タービン入口温度が上限値に復帰する（ｔ１０）。なお、制御内容を理解し易くするために、図４では、燃料ガスのカロリー値が上昇によるタービン入口温度の上昇（ｔ８）を極端に描いているが、実際には、タービン入口温度の上昇の程度は僅かである。
【００８７】
以上、本実施形態では、図９に示すように、大気温度が上昇して、空気圧縮機１１による吸気質量流量が減少しても、上限温度制御下でカロリー低下処理が実行されることにより、燃料ガスの質量流量が増加して、燃焼ガスの質量流量がほぼ維持されるので、ガスタービン出力の低下を抑えることができる。
【００８８】
すなわち、図４に示すように、燃焼器１２内に供給される燃料ガスの質量流量が増加すると（ｔ４）、タービン１３を通過する燃焼ガスの質量流量も増加して、燃料ガス圧縮機２５の圧力比及びガスタービン出力が上昇する。この結果、ガスタービン出力は、大気温度が上昇し始める前のガスタービン出力とほぼ同じ値になる。
【００８９】
なお、以上の実施形態では、大気温度がその上限値を超えたか否かにより、自動的にカロリー低下処理を実行するようにしているが、このガスタービンプラントのオペレータ等がカロリー低下処理の実行に関する指令を制御装置１００に入力し、この指令の入力によりカロリー低下処理を実行するようにしてもよい。また、以上では、カロリー低下処理を実行する温度範囲を予め定めた大気温度許容値に限定しているが、この温度範囲の限定を排除し、大気温度が上昇すれば、常時、その大気温度がどのような値でもカロリー低下処理を実行するようにしてもよい。
【００９０】
また、以上の実施形態では、ガスタービン出力の変化に影響を与える出力影響値として、大気温度を検知している。しかしながら、これは、空気圧縮機１１の吸気質量流量の変化を検知するためであるから、大気温度の変りに、大気圧力を検知してもよいし、大気密度を検知してもよい。つまり、大気密度と相関関係のある大気密度相関値であれば如何なる値を検知してもよい。
【００９１】
大気圧力を検知する場合、大気圧力が低下すると大気密度が小さくなって、空気圧縮機１１の吸気質量流量が減少するため、大気圧力に対する低設定カロリーは、図６に示すように、大気圧力の低下に伴って、低下するように設定することになる。
【００９２】
また、大気密度を検知する場合、大気密度が小さくなると、空気圧縮機１１の吸気質量流量が減少するため、大気密度に対する低設定カロリーは、図７に示すように、大気密度が小さくなるに伴って、低下するように設定することになる。なお、大気密度を検知する場合は、例えば、大気温度及び大気圧力を検知し、これらの値から大気密度を求めるとよい。
【００９３】
また、以上では、燃料ガスのカロリー値を低下させるために、ＣＯＧの流量を減少させているが、ＢＦＧの流量を調節できる場合には、このＢＦＧの流量を増加させてもよい。すなわち、燃料ガスのカロリー値を低下させる場合、プラントに応じて、高カロリーガスの流量を減少させてもよいし、低カロリーガスの流量を増加させてもよい。また、不活性ガスを混合することにより、燃料ガスのカロリー値を低下させてもよい。
【００９４】
また、以上では、高カロリーガスとして、ＣＯＧを用いているが、この替わりに、転炉ガスや天然ガスを用いてもよし、ＣＯＧ、転炉ガス、天然ガスのいずれか２つ以上の混合ガスを用いてもよい。
【００９５】
「第二実施形態」
次に、図１０〜図１３を用いて、第二実施形態としてのガスタービンプラントについて説明する。
【００９６】
本実施形態のガスタービンプラントは、図１０に示すように、第一実施形態のガスタービンプラントと同様、燃料ガスにより駆動するガスタービン１０と、このガスタービン１０の駆動で発電する発電機１９と、ガスタービン１０に燃料ガスを供給する燃料ガス設備２０と、これらを制御する制御装置１００ａと、を備えている。
【００９７】
本実施形態では、ガスタービン１０、発電機１９及び燃料ガス設備２０は、第一実施形態と同様で、制御装置１００ａのみが第一実施形態と異なっている。そこで、以下では、制御装置１００ａについて主として詳細に説明する。
【００９８】
本実施形態の制御装置１００ａは、ＣＯＧ流量調節弁３５に対してその弁開度を指示して、燃料ガスのカロリー値を制御するカロリー制御部１１０ａと、このカロリー制御部１１０ａの動作を指示するカロリー制御指示部１２０ａと、燃料流量調節器３０を構成する吸気量調節器３１の入口案内翼３２の開度及びリターン流量調節弁３４の弁開度を指示して、燃焼器１２に供給される燃料ガスの流量を制御する燃料流量制御部１３０ａと、ガスタービン１０の目標出力を受け付ける目標出力受付部１０２と、を有している。
【００９９】
制御装置１００ａのカロリー制御部１１０ａは、予め定められた初期設定カロリーを出力する初期設定カロリー出力部１１１と、現状の設定カロリーＣａから予め定められたカロリー変化幅分ｄＣを減算して、その結果である低設定カロリーを出力する低設定カロリー出力部１１２ａと、初期設定カロリーと低設定カロリーとのうちの一方の設定カロリーを出力する出力切替部１１３ａと、出力切替部１１３ａから出力された設定カロリーとカロリー計４１で検知された燃料ガスのカロリー値との偏差Δを求めるカロリー偏差演算部１１４と、この偏差Δが０に近づくＣＯＧ流量調節弁３５の弁開度を求めて、この弁開度を示す開度指令をＣＯＧ流量調節弁３５に出力する開度指令出力部１１５と、を有している。
【０１００】
低設定カロリー出力部１１２ａは、一旦、低設定カロリーを出力すると、予め定められた制御周期で、その時点での設定カロリーＣａから予め定められたカロリー変化幅分ｄＣを引いた値を低設定カロリーとして順次出力する。このため、低設定カロリーは、繰り返して出力される過程で、次第に低い値になる。但し、設定カロリーには下限値があるため、低設定カロリー出力部１１２ａは、予め定められた回数だけ低設定カロリーを出力すると、以降、最後に出力した値の低設定カロリーを出力し続ける。
【０１０１】
カロリー制御指示部１２０ａは、目標出力受付部１０２が受け付けたガスタービン１０の目標出力の所定比率分の値と出力計４６で検知されたガスタービン出力（ガスタービン出力の変化に影響を与える出力影響値の一種）とを比較し、その比較結果に応じてカロリー低下処理への切替指令を出力する比較部１２２ａと、カロリー低下処理から初期設定カロリー処理への切替指示を外部から受け付けて、カロリー低下処理から初期設定カロリー処理への切替指令を出力する切替受付部１２３と、を有している。比較部１２２ａは、目標出力受付部１０２が受け付けたガスタービン１０の目標出力の所定比率分の値と出力計４６で検知されたガスタービン出力とを比較し、検知された出力が目標出力の所定比率分の値を下回ると、初期設定カロリー処理からカロリー低下処理への切替指令を出力する。ここで、ガスタービン１０の目標出力の所定比率分は、例えば、目標出力の９５％である。従って、この場合、比較部１２２ａは、出力計４６で検知された出力が目標出力の９５％を下回ると、初期設定カロリー処理からカロリー低下処理への切替指令を出力する。
【０１０２】
カロリー制御部１１０ａの出力切替部１１３ａは、このカロリー低下処理への切替指令を受けると、低設定カロリー出力部１１２ａからの低設定カロリーを出力する。また、出力切替部１１３ａは、初期設定カロリー処理への切替指令を受け付けると、初期設定カロリー出力部１１１からの初期設定カロリーを出力する。カロリー偏差演算部１１４は、出力切替部１１３ａからの設定カロリーとカロリー計４１で検知された燃料ガスのカロリー値との偏差Δを求める。開度指令出力部１１５は、この偏差Δが０に近づくＣＯＧ流量調節弁３５の弁開度を求めて、この弁開度を示す開度指令をＣＯＧ流量調節弁３５に出力する。
【０１０３】
なお、本実施形態でも、第一実施形態と同様に、カロリー計４１で検知されたカロリー値と設定カロリーとの偏差Δに基づいて、燃料ガスのカロリー値が設定カロリーになるようフィードバック制御を実行している。しかしながら、一方的に、設定カロリー見合いの弁開度をＣＯＧ流量調節弁３５に出力するフィードフォワード制御を実行してもよい。この場合、初期設定カロリー出力部１１１及び低設定カロリー出力部１１２ａは、設定カロリーの替わりに、設定カロリー見合いの弁開度を出力するようにしてもよい。
【０１０４】
燃料流量制御部１３０ａは、タービン入口温度をその上限値にするためのガスタービン１０の状態点と現状のガスタービン１０の状態点との偏差Δを０に近づけることができる入口案内翼３２の開度を出力する上限温度制御部１４０ａと、目標出力受付部１０２が受け付けたガスタービン１０の目標出力と出力計４６で検知された出力との偏差Δを０に近づけることができる入口案内翼３２の開度を出力する目標出力制御部１５０ａと、上限温度制御部１４０ａからの入口案内翼３２の開度と目標出力制御部１５０ａからの入口案内翼３２の開度とを比較して、小さい方の開度を出力する比較部１３４ａと、比較部１３４ａから出力された入口案内翼３２の開度を示す開度指令を出力する開度指令出力部１３５ａと、を有している。なお、以下では、上限温度制御部１４０ａからの入口案内翼３２の開度を比較部１３４ａが出力している制御状態を上限温度制御といい、目標出力制御部１５０ａからの入口案内翼３２の開度を比較部１３４ａが出力している制御状態を目標出力制御という。
【０１０５】
上限温度制御部１４０ａは、現状の排気温度と圧力比で定まる現状の状態点を把握する状態点把握部１４１と、温度調節特性Ｕ上の状態点を出力する上限温度状態点出力部１４２と、現状の状態点と温度調節特性Ｕ上の状態点との偏差Δを求める状態点偏差演算部１４３aと、この偏差Δを０に近づけることができる入口案内翼３２の開度を求める開度演算部１４４ａと、を有している。また、目標出力制御部１５０ａは、目標出力受付部１０２が受け付けたガスタービン１０の目標出力と出力計４６で検知された出力との偏差Δを求める出力偏差演算部１５３ａと、この偏差Δを０に近づけることができる入口案内翼３２の開度を求める開度演算部１５４ａと、を有している。
【０１０６】
比較部１３４ａは、上限温度制御部１４０ａで求められた入口案内翼３２の開度と目標出力制御部１５０ａで求められた入口案内翼３２の開度とのうち、小さい方を出力する。開度指令出力部１３５ａは、比較部１３４ａから出力された入口案内翼３２の開度を示す開度指令を吸気量調節器３１及びリターン流量調節弁３４に出力する。
【０１０７】
次に、図１１に示すシーケンス図及び図１２に示すタイムチャートに従って、本実施形態のガスタービンプラントの動作について説明する。
【０１０８】
ガスタービン出力が目標出力の所定比率分（例えば、９５％）以上の場合、前述したように、カロリー制御部１１０ａは、初期設定カロリー見合いの開度指令をＣＯＧ流量調節弁３５に出力する、つまり初期設定カロリー処理を実行する（Ｓ２０）。このため、燃焼器１２に供給される燃料ガスのカロリー値は、ほぼ初期設定カロリーに維持される。また、大気温度が比較的低い場合、つまり大気密度が比較的高い場合、燃料流量制御部１３０ａは、ガスタービン出力が目標出力になる開度を示す開度指令を吸気量調節器３１及びリターン流量調節弁３４に出力する、つまり目標出力制御を実行する（Ｓ２１）。このため、ガスタービン出力はほぼ目標出力に維持される。
【０１０９】
大気温度が上昇し（ｔ２１）、空気の密度が小さくなると、空気圧縮機１１が吸い込む空気の質量流量、つまり吸気質量流量が減少する。吸気質量流量が減少すると、ガスタービン出力が低下する（ｔ２２）。このため、出力計４６で検知されたガスタービン出力と目標出力との偏差Δが大きくなり、目標出力制御中の燃料流量制御部１３０ａは、この偏差Δが０に近づく入口案内翼３２の開度を求め、この開度を示す開度指令を吸気量調節器３１及びリターン流量調節弁３４に出力する（Ｓ２２）。この場合、入口案内翼３２の開度は大きくなり、燃料流量が増加する（ｔ２３）。この結果、ガスタービン出力は元の目標出力に戻る（ｔ２４）。すなわち、多少、大気温度が上昇しても、ガスタービン出力は目標出力に維持される。
【０１１０】
ここで、以上の変化について、図１３に示すガスタービンの状態図を用いて説明する。大気温度が上昇し、空気の密度が小さくなると、前述したように、空気圧縮機１１が吸い込む空気の質量流量、つまり吸気質量流量が減少する。一方で、燃料質量流量は変わらないので、ガスタービン出力が低下すると共に、空気圧縮機１１の圧力比が低下する。さらに、空気の質量流量に対する燃料質量流量の割合が高まるので、タービン入口温度が上昇し、排気温度も高まる。このため、大気温度が上昇してガスタービン出力が低下した時点（ｔ２２）の状態点は、大気温度が上昇する前と比べて、排気温度が高く、且つ空気圧縮機１１の圧力比が小さい位置に移動する。燃料流量制御部１３０ａは、この状態点の変化に対して、ガスタービン出力を上げるため、燃料質量流量を増加させる。この結果、ガスタービン出力が上昇して元の目標出力に戻ると共に、空気の質量流量に対する燃料質量流量の割合が高まるので、排気温度は高まる。このため、この時点（ｔ２４）の状態点は、燃料質量流量が増加する前（ｔ２２）と比べて、排気温度が高く、且つ空気圧縮機１１の圧力比が大きい位置に移動する。
【０１１１】
大気温度がさらに上昇すると（ｔ２５）、この時点の状態点は、排気温度がさらに高く、且つ空気圧縮機１１の圧力比が小さい位置に移動する。この際、この時点（ｔ２５）の状態点が温度調節特性Ｕよりも排気温度が高い側に位置していると、タービン入口温度がその上限値を超えていることになるので、燃料流量制御部１３０ａは温度上限制御に移行する。温度上限制御に移行した燃料流量制御部１３０ａは、この状態点の変化に対して、タービン入口温度を下げるため、燃料質量流量を減少させる（ｔ２６）。この結果、タービン入口温度が下がってその上限値になると共に、ガスタービン出力が低下する（ｔ２７）。このため、この時点（ｔ２７）の状態点は、燃料質量流量が減少する前と比べて、排気温度が低く、且つ空気圧縮機１１の圧力比が小さい位置に移動する。
【０１１２】
ここで、以上の状態点の変化に対するガスタービンプラントの動作について、再び、図１１及び図１２に従って説明する。
【０１１３】
温度上限制御部の状態点把握部１４１には、第一実施形態と同様、大気圧力計４３で検知された大気の圧力、圧縮空気圧力計４４で検知された圧縮空気の圧力、排気温度計４５で検知された燃焼ガスの排気温度が入力している。この状態点把握部１４１は、これら入力した値に基づいて、常時、現状の排気温度と圧力比で定まる現状の状態点を把握している。
【０１１４】
大気温度がさらに上昇して、タービン入口温度がその上限値よりも高くなると（ｔ２５）、目標出力制御部１５０ａは、目標出力を維持するべく、燃料流量を増加させるため、入口案内翼３２の開度を更に大きくするような開度を出力する。しかし、この場合、目標出力制御部１５０ａからの入口案内翼３２の開度は、上限温度制御部１４０ａからの入口案内翼３２の開度よりも大きくなっている。従って、燃料流量制御部１３０ａの比較部１３４ａは、タービン入口温度をその上限値に維持するため、より開度の小さい上限温度制御部１４０ａからの入口案内翼３２の開度を選択して出力する。この結果、開度指令出力部１３５ａには、上限温度制御部１４０ａからの入口案内翼３２の開度が入力する。すなわち、燃料流量制御部１３０ａは目標出力制御から上限温度制御に移行する。開度指令出力部１３５ａは、この上限温度制御部１４０ａからの入口案内翼３２の開度を示す開度指令を吸気量調節器３１及びリターン流量調節弁３４に出力する（Ｓ２４）。この場合、入口案内翼３２の開度は小さくなり、燃料流量が減少する（ｔ２６）。そして、タービン入口温度は低下してその上限値になる（ｔ２７）。
【０１１５】
燃料流量制御部１３０ａは、以降、目標出力が変更されない限り、流量制御指示部１０１が新たな切替指令を出力しない限り、上限温度制御を継続する。このため、タービン入口温度は、以降、基本的にその上限値を維持する。
【０１１６】
上限温度制御下で大気温度がさらに上昇すると（ｔ２８）、図１３に示すように、図８を用いて前述した場合と同様、ガスタービン１０の状態点は、タービン入口温度がその上限値となる温度調節特性Ｕ上であって空気圧縮機１１の圧力比が小さくなる側に移動する（ｔ２９）。このため、上限温度制御下で大気温度が上昇すると、ガスタービン１０の出力は低下する。この際（ｔ２９）、出力計４６で検知されたガスタービン１０の出力が目標出力の所定比率分（例えば、９５％）を下回っていると、カロリー制御指示部１２０ａの比較部１２２ａは、カロリー制御部１１０ａの出力切替部１１３ａに対して、カロリー低下処理への切替指令を出力する（Ｓ２５）。カロリー制御部１１０ａの出力切替部１１３ａは、この切替指令を受けると、低設定カロリー出力部１１２ａからの低設定カロリーを出力する。つまり、カロリー制御部１１０ａは、初期設定カロリー処理からカロリー低下処理に移行する。この際、低設定カロリー出力部１１２ａは、まず、初期設定カロリーから予め定められたカロリー変化幅分ｄＣを引いた値を低設定カロリーとして出力する。以降、この低設定カロリー出力部１１２ａは、その時点での設定カロリーＣａから予め定められたカロリー変化幅分ｄＣを引いた値を低設定カロリーとして繰り返して出力する。
【０１１７】
そして、カロリー制御部１１０ａの開度指令出力部１１５は、この低設定カロリー見合いの弁開度を示す弁開度指令をＣＯＧ流量調節弁３５に出力する（Ｓ２６）。この結果、ＣＯＧ流量調節弁３５の弁開度が小さくなって、高カロリーのＣＯＧ流量が減少し、燃料ガスのカロリー値は、初期設定カロリーよりも低い低設定カロリーになる。
【０１１８】
燃料ガスのカロリー値が低下すると、燃焼器１２に供給されるカロリー値が低下するため、一時的に排気温度と共にタービン入口温度が低下する（ｔ３０）。タービン入口温度が低下すると、上限温度制御中の燃料流量制御部１３０ａは、タービン入口温度をその上限値に維持するための入口案内翼３２の開度に関する開度指令を吸気量調節器３１に出力する（Ｓ２７）。この結果、入口案内翼３２の開度が大きくなり、燃焼器１２に供給される燃料ガスの流量が増加し（ｔ３１）、タービン入口温度が上限値に復帰する（ｔ３２）。なお、制御内容を理解し易くするために、図１２では、燃料ガスＦのカロリー値が低下によるタービン入口温度の低下（ｔ３０）を極端に描いているが、実際には、タービン入口温度の低下の程度は僅かである。また、図１２では、カロリー変化幅分ｄＣやＣＯＧ流量調節弁３５の開度の変化ステップを極端に描いているが、ガスタービンの出力やタービン入口温度の急激な変化を抑えるため、実際には微小な変化幅で、略連続的な動作でカロリーを変化させている。
【０１１９】
燃焼器１２内に供給される燃料ガスの質量流量が増加すると（ｔ３１）、図１２に示すように、タービン１３を通過する燃焼ガスの質量流量も増加して、燃料ガス圧縮機２５の圧力比及びガスタービン出力が上昇する。この結果、本実施形態では、ガスタービン出力が目標出力の所定比率分（例えば、９５％）より大きく下回るのを抑制することができる。
【０１２０】
本実施形態では、以降も、カロリー制御部１１０ａから順次低下する低設定カロリー見合いの弁開度指令が、繰り返して、ＣＯＧ流量調節弁３５に出力され（Ｓ２６）。この結果、新たな開度指令がＣＯＧ流量調節弁３５に出力される毎に、燃料ガスのカロリー低下に伴うタービン入口温度の低下を抑制するため、燃料ガスの質量流量が増加して、燃料ガス圧縮機２５の圧力比及びガスタービン出力が上昇する。
【０１２１】
低設定カロリー出力部１１２ａは、出力する低設定カロリーが予め定められたカロリー値以下になると、以降、そのときの低設定を出力し続ける。このため、図１２に示すように、カロリー低下処理が開始されて、燃料ガスＦのカロリー値が低下し始めてから、所定のカロリー値まで低下すると（ｔ３３）、以降、燃料ガスのカロリー値は一定になる。
【０１２２】
このため、燃料ガスのカロリー値が一定になると、上限温度制御下では、先に説明しているように、大気温度が上昇すると、この大気温度の上昇に伴う吸気質量流量の減少に対して、燃料流量質量流量が減少して、ガスタービン出力が低下する。また、大気温度が低下すると、この大気温度の低下に伴う吸気質量流量の増加に対して、燃料流量質量流量が増加して、ガスタービン出力が上昇する。
【０１２３】
本実施形態では、カロリー低下処理から初期設定カロリー処理への移行は、オペレータ等による制御装置１００ａへのその旨の入力が必要である。つまり、切替受付部１２３が外部から切替指示を受け付ける必要がある。切替受付部１２３は、この切替指示を受け付けると、カロリー制御部１１０ａの出力切替部１１３ａに対して切替指令を出力する。
【０１２４】
カロリー制御部１１０ａの出力切替部１１３ａは、この切替指令を受け付けると、初期設定カロリー出力部１１１からの初期設定カロリーを出力するようになる。つまり、カロリー制御部１１０ａは低カロリー処理から初期設定カロリー処理に移行する。この移行前の低設定カロリーは、カロリー低下処理開始時の低設定カロリーよりも低く、初期設定カロリーとの差が比較的大きい。このため、初期設定カロリーの移行直後に、直ちに、この初期設定カロリー見合いの弁開度を示す開度指令をＣＯＧ流量調節弁３５に出力すると、燃料ガスのカロリー値が急激に高まることになる。そこで、カロリー制御部１１０ａの開度指令出力部１１５は、初期設定カロリー出力部１１１からの初期設定カロリーが入力しても、直ちに、この初期設定カロリー見合いの弁開度を示す開度指令を出力せずに、弁開度の変化率が予め定められた変化率以下になるよう開度指令を出力することが好ましい。
【０１２５】
また、切替受付部１２３の切替指示の受付に伴って、カロリー制御の切替と燃料流量制御の切替とを同時に行うと、ガスタービン１０の制御系の乱れが大きくなるので、カロリー制御の切替と燃料流量制御の切替とにはタイムラグを設けることが好ましい。
【０１２６】
以上、本実施形態では、大気温度が上昇して、空気圧縮機１１の吸気質量流量が減少しても、ガスタービン出力が目標出力の所定比率分（例えば、９５％）より大きく下回るのを抑制することができる。
【０１２７】
なお、本実施形態では、初期設定カロリー処理からカロリー低下処理への移行のトリガーとして、ガスタービン１０の出力を用いているが、替わりに、第一実施形態と同様、大気密度相関値を用いてもよい。この場合、低設定カロリー出力部１１２ａは、第一実施形態と同様、大気密度相関値に応じた低設定カロリーを出力するようにしてもよい。また、外部からの切替指示をトリガーとしてもよい。この場合、外部からの切替指示は、切替受付部１２３が受け付けることになる。
【０１２８】
仮に、例えば、大気温度が比較的低く、燃料流量制御部１３０ａが目標出力制御を実行している際に、切替受付部１２３が初期設定カロリー処理からカロリー低下処理への移行の旨を示す切替指示を受け付けて、カロリー制御部１１０ａがカロリー低下処理に移行しても、大気温度の上昇に伴うガスタービン出力の低下を抑えることができる。
【０１２９】
「第三実施形態」
次に、図１４を用いて、第三実施形態としてのガスタービンプラントについて説明する。
【０１３０】
以上のガスタービンプラントは、いずれも、ガスタービン１０の燃料ガスとしてＢＦＧ及びＣＯＧの二種類のガスを用いるものである。しかしながら、本発明は、燃料ガスがこれに限定されるものではなく、燃料ガスのカロリー値を調節できるものであれば、他の燃料ガスでもよく、しかも、一種類のガスであってもよい。そこで、以下では、カロリー調節可能な一種のガスをガスタービンの燃料ガスとして用いるガスタービンプラントについて説明する。
【０１３１】
本実施形態のガスタービンプラントも、基本的には、以上の実施形態におけるガスタービンプラントと同様、燃料ガスにより駆動するガスタービン１０と、このガスタービン１０の駆動で発電する発電機１９と、ガスタービン１０に燃焼ガスＧを供給する燃料ガス設備２０ｂと、これらを制御する制御装置１００ｂと、を備えている。但し、本実施形態のガスタービンプラントの燃料ガス設備２０ｂは、以上の実施形態と異なり、石炭ガス化設備である。
【０１３２】
本実施形態の燃料ガス設備２０ｂは、石炭をガス化する石炭ガス化炉５０と、この石炭ガス化炉５０に微粉炭を供給する石炭供給装置５３と、石炭ガス化炉５０に圧縮空気を供給する空気圧縮機５８と、空気から酸素及び窒素を分離生成する空気分離装置５４と、石炭ガス化炉５０からの生成ガスに含まれているチャーを除去回収するチャー回収装置５５と、チャー回収装置５５でチャーが除去された生成ガスに対して除塵及び脱硫処理を施すガス精製装置５６と、を備えている。
【０１３３】
石炭ガス化炉５０は、微粉炭、この酸化剤である空気や酸素、酸化抑制のための不活性ガスである窒素が供給され、微粉炭を熱分解して、揮発分（生成ガス）とチャー（未燃炭素と灰分から成る微小粒子）にするガス化炉本体５１と、ガス化炉本体５１で発生した熱を回収する熱交換器５２と、を有している。
【０１３４】
ガス化炉本体５１には、石炭供給装置５３からの微粉炭をガス化炉本体５１に送る微粉炭搬送ライン６１と、空気圧縮機５８からの圧縮空気をガス化炉本体５１に送る空気ライン６２と、チャー回収装置５５で回収されたチャーをガス化炉本体５１に戻すチャー戻しライン６３と、が接続されている。微粉炭搬送ライン６１の最上流部には、空気分離装置５４で分離生成された窒素を微粉炭の搬送ガスとして供給するための微粉炭搬送ガスライン６４が接続されている。この微粉炭搬送ガスライン６４は、途中で分岐して、チャー搬送ガスライン６５としてチャー戻しライン６３に接続されている。空気ライン６２には、空気分離装置５４で分離生成された酸素を供給するための酸素ライン６６が接続されている。
【０１３５】
空気ライン６２には、空気圧縮機５８からガス化炉本体５１に送る圧縮空気の流量を調節する空気流量調節弁７２が設けられている。微粉炭搬送ガスライン６４には、空気分離装置５４から微粉炭搬送ライン６１に送る搬送ガスとしての窒素の流量を調節する第一窒素流量調節弁７４が設けられている。また、チャー搬送ガスライン６５には、微粉炭搬送ガスライン６４からチャー戻しライン６３に送る搬送ガスとしての窒素の流量を調節する第二窒素流量調節弁７５が設けられている。酸素ライン６６には、空気分離装置５４から空気ライン６２に送る酸素の流量を調節する酸素流量調節弁７６が設けられている。また、石炭供給装置５３と微粉炭搬送ライン６１との間には、石炭供給装置５３からの微粉炭を微粉炭搬送ライン６１に定量供給する定量供給機７１が設けられている。
【０１３６】
これらの調節弁７２〜７６は、いずれも、そこを通るガスの流量を調節することで、生成ガスのカロリー値を調節することができるので、カロリー調節器として機能する。また、定量供給機７１も、この定量供給で供給する微粉炭の量を調節することで、生成ガスのカロリー値を調節することができるので、カロリー調節器として機能する。
【０１３７】
熱交換器５２には、ガス化炉本体５１で発生した生成ガスと共に一部のチャーが供給される。熱交換器５２では、これらと水とを熱交換して、蒸気を発生させる。発生した蒸気は、蒸気ライン６７を経て、燃焼器１２からの燃焼ガスで駆動するタービン１３に接続されている蒸気タービン５７に供給される。すなわち、このガスタービンプラントは、ＩＧＣＣ（Integrated coal Gasification Combined Cycle）を構成している。また、この熱交換器５２を通過した生成ガス及びチャーは、チャー回収装置５５に送られ、そこでチャーが回収される。このチャーは、チャー戻しライン６３を介して、ガス化炉本体５１に戻される。ガス化炉本体５１に戻されたチャーは、このチャー中に含まれている未燃炭素がガス化された後、このガス化炉本体５１の下部から外部に排出される。
【０１３８】
一方、チャー回収装置５５でチャーが除去された生成ガスは、ガス精製装置５６に送られ、そこで、前述したように、除塵及び脱硫処理が施される。除塵及び脱硫処理が施され生成ガスは、精製ガスライン２１ｂを経て、ガスタービン１０の燃焼器１２に送られる。この精製ガスライン２１ｂには、以上の各実施形態の主燃料ガスライン２４と同様、カロリー計４１が設けられている。さらに、この精製ガスライン２１ｂには、燃料流量調節器としての精製ガス流量調節弁３０ｂが設けられている。
【０１３９】
ガスタービン１０には、以上の実施形態の同様に、大気温度計４２、大気圧力計４３、圧縮空気圧力計４４、排気温度計４５が設けられている。また、発電機１９には、出力計４６が設けられている。
【０１４０】
制御装置１００ｂは、以上の実施形態と同様に、大気温度計４２、大気圧力計４３、圧縮空気圧力計４４、排気温度計４５、出力計４６で検知された値に基づいて、カロリー調節器としての各調節弁７２〜７６や定量供給機７１に指令を送って、ガスタービン１０に供給される生成ガスのカロリー値を制御すると共に、燃料流量調節器３０としての精製ガス流量調節弁３０ｂに指令を送って、ガスタービン１０に供給される生成ガスの流量を制御する。
【０１４１】
本実施形態においても、以上の実施形態と同様に、大気温度上昇に伴ってガスタービン出力が低下した場合、制御装置１００ｂからカロリー調節器に対して、燃料ガスである生成ガスのカロリー値が低くなるような指令を出力する。この結果、生成ガスのカロリー値が低下する。これに対して、制御装置１００ｂは、ガスタービン１０の状態量に関する目標値、例えば、タービン入口温度の上限値や目標出力を維持できよう、燃料流量調節器としての精製ガス流量調節弁３０ｂに対して生成ガスの流量の増加を示す指令を出力する。この結果、ガスタービン１０に供給される生成ガスの質量流量が増加して、ガスタービン１０の出力が上昇する。
【０１４２】
以上のように、燃料ガスのカロリー値を調節できるものであれば、燃料ガスが如何なるものでもよく、例えば、以上の他、石油残渣ＩＧＣＣによる生成ガスや、液体燃料をガス化したものや、有機性廃棄物（生ゴミ等）や家畜の糞尿などを発酵させて得られる可燃性ガスなどのバイオガスをガスタービンの燃料ガスとしてもよい。
【０１４３】
また、本実施形態では、図１などで示すように、ガス圧縮機２５と、ガスタービン１０とが同軸で結合され、ガスタービン１０でガス圧縮機２５と発電機１９を駆動するが、本発明は、これに限定されない。例えば、ガス圧縮機を別の原動機で駆動する構成としてもよい。あるいは、ガス圧縮機とガスタービンと、蒸気タービン（図示せず）と、発電機とを同軸で結合してもよい。いずれの場合においても、ガスタービンによって駆動される発電機の出力を検出することによって、この発電機の出力をガスタービンの出力変化に影響を与える出力影響値の一つとして取り扱うことができる。
【符号の説明】
【０１４４】
１０…ガスタービン、１１：空気圧縮機、１２：燃焼器、１３：タービン、１９：発電機、２０，２０ｂ：燃料ガス設備、２１：ＢＦＧライン、２２：ＣＯＧライン、２４：主燃料ガスライン、２５：燃料ガス圧縮機、３０：燃料流量調節器、３０ｂ：精製ガス流量調節弁、３１：吸気流量調節器、３２：入口案内翼、３５：ＣＯＧ流量調節弁、４１：カロリー計、４２：大気温度計、４３：大気圧力計、４４：圧縮空気圧力計、４５：排気温度計、４６：出力計、５０：石炭ガス化炉、５３：石炭供給装置、５７：蒸気タービン、１００，１００ａ，１００ｂ：制御装置、１０２：目標出力受付部、１１０，１１０ａ：カロリー制御部、１２０，１２０ａ：カロリー制御指示部、１２３：切替受付部、１３０，１３０ａ：燃料流量制御部、１４０，１４０ａ：上限温度制御部、１５０：上限出力制御部、１５０ａ：目標出力制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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