(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外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、を備え、
前記空気圧縮機は、開度が変化して前記外気の吸込量を調節する吸気量調節器を有し、
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重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を前記燃料ガスとして前記燃焼器に導入するガスタービンプラントの制御装置において、
前記燃料ガスの単位重量当たりのカロリーに関する設定カロリーの値を認識する設定カロリー認識部と、
ガスタービンの出力であるガスタービン出力を受け付けるガスタービン出力受付部と、
前記設定カロリーの値毎の、前記吸気量調節器の開度と前記ガスタービン出力との予め定めた関係を用いて、前記設定カロリー認識部が認識した前記設定カロリーの値と前記ガスタービン出力受付部が受け付けた前記ガスタービンの出力とに応じた前記吸気量調節器の開度を求める開度演算部と、
前記開度演算部が求めた前記開度を前記吸気量調節器に出力する出力部と、
を有することを特徴とするガスタービンプラントの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービンプラントの制御装置において、
前記関係は、前記設定カロリーの値が低いほど、前記ガスタービン出力に対する前記吸気量調節器の開度が大きく設定された関係である、
ことを特徴とするガスタービンプラントの制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガスタービンプラントの制御装置において、
前記設定カロリー認識部は、前記高カロリー燃料ガスの供給元である高カロリー燃料供給元の異常を示す異常信号を受け付けると、該高カロリー燃料ガスの比率が小さい又は該高カロリー燃料ガスを含まないガスを前記燃料ガスとし、該異常信号に対して、予め定められている該燃料ガスに関するカロリーの値を前記設定カロリーの値として認識する、
ことを特徴とするガスタービンプラントの制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のガスタービンプラントの制御装置において、
前記ガスタービンプラントは、前記燃焼器に流入する前記燃料ガスの流量を調節する燃料流量調節器を備えており、
前記ガスタービンの目標出力を受け付ける目標出力受付部と、
前記目標出力受付部が受け付けた前記目標出力と、前記ガスタービン出力受付部が受け付けた前記出力との偏差に応じた前記燃料流量調節器の制御量を求める制御量演算部と、
前記高カロリー燃料ガスの供給元である高カロリー燃料供給元の異常時における、前記燃料流量調節器の制御量を出力する異常時制御量出力部と、
前記高カロリー燃料供給元の異常を示す異常信号を受け付けていないときには、前記制御量演算部が求めた前記制御量を出力し、前記異常信号を受け付けたときには、前記異常時制御量出力部からの前記制御量を出力する切替部と、
前記切替部から出力された制御量を前記燃料流量調節器に出力する出力部と、
を有することを特徴とするガスタービンプラントの制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載のガスタービンプラントの制御装置において、
前記異常時制御量出力部は、前記高カロリー燃料供給元の異常時における前記ガスタービンの予め定められている目標出力である異常時目標出力と、前記ガスタービン出力受付部が受け付けた前記出力との偏差に応じた前記燃料流量調節器の前記制御量を出力する、
ことを特徴とするガスタービンの制御装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のガスタービンプラントの制御装置において、
前記ガスタービンプラントは、前記燃焼器に流入する前記燃料ガスの流量を調節する燃料流量調節器を備えており、
前記設定カロリーの値とガスタービンの許容最大出力との予め定めた関係を用いて、前記設定カロリー認識部が認識した前記設定カロリーの値に対する該ガスタービンの許容最大出力を求める許容出力演算部と、
前記ガスタービンの目標出力を受け付ける目標出力受付部と、
前記目標出力受付部が受け付けた前記目標出力と前記許容出力演算部が求めた前記許容最大出力とを比較し、該目標出力が該許容最大出力未満のときには該目標出力を出力し、該目標出力が該許容最大出力以上のときには該許容最大出力を目標出力として出力する比較部と、
前記ガスタービン出力受付部が受け付けた前記ガスタービン出力と前記比較部が出力した前記目標出力との偏差に応じた前記燃料流量調節器の制御量を求める制御量演算部と、
前記制御量演算部が求めた前記制御量を前記燃料流量調節器に出力する出力部と、
を有することを特徴とするガスタービンプラントの制御装置。
【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の制御装置において、
前記ガスタービンプラントは、前記高カロリー燃料ガスのみが流れる高カロリー燃料ラインと、該高カロリー燃料ラインに並列配置された複数の高カロリー燃料流量調節弁と、を備え、
前記複数の高カロリー燃料流量調節弁に対する制御量を求める制御量演算部と、
前記制御量に応じて、前記複数の高カロリー燃料流量調節弁毎の弁開度を定める弁開度設定部と、
前記複数の高カロリー燃料流量調節弁のそれぞれに対して、前記弁開度設定部が定めた前記弁開度を出力する出力部と、
を有することを特徴とするガスタービンプラントの制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載のガスタービンプラントの制御装置において、
前記弁開度設定部は、前記複数の高カロリー燃料流量調節弁に対する前記制御量が所定値以下では、１台の前記高カロリー燃料流量調節弁のみを稼働させ、該制御量が所定値より大きければ、前記複数の高カロリー燃料流量調節弁を稼働させるよう、該複数の高カロリー燃料流量調節弁毎の弁開度を定める、
ことを特徴とするガスタービンプラントの制御装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の制御装置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】
外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、を備え、
前記空気圧縮機は、開度が変化して前記外気の吸込量を調節する吸気量調節器を有し、
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重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を前記燃料ガスとして前記燃焼器に導入するガスタービンプラントの制御方法において、
前記燃料ガスの単位重量当たりのカロリーに関する設定カロリーの値を認識する設定カロリー認識工程と、
ガスタービンの出力であるガスタービン出力を受け付けるガスタービン出力受付工程と、
前記設定カロリーの値毎の、前記吸気量調節器の開度と前記ガスタービン出力との予め定めた関係を用いて、前記設定カロリー認識工程で認識された前記設定カロリーの値と前記ガスタービン出力受付工程で受け付けられた前記ガスタービン出力とに応じた前記吸気量調節器の開度を求める開度演算工程と、
前記開度演算工程で求められた前記開度を前記吸気量調節器に出力する出力工程と、
を実行することを特徴とするガスタービンプラントの制御方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のガスタービンプラントの制御方法において、
前記関係は、前記設定カロリーの値が低いほど、前記ガスタービン出力に対する前記吸気量調節器の開度が大きく設定された関係である、
ことを特徴とするガスタービンプラントの制御方法。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載のガスタービンプラントの制御方法において、
前記設定カロリー認識工程では、前記高カロリー燃料ガスの供給元である高カロリー燃料供給元の異常を示す異常信号を受け付けると、該高カロリー燃料ガスの比率が小さい又は該高カロリー燃料ガスを含まないガスを前記燃料ガスとし、該異常信号に対して、予め定められている該燃料ガスに関するカロリーの値を前記設定カロリーの値として認識する、
ことを特徴とするガスタービンプラントの制御方法。
【請求項１３】
請求項１０から１２のいずれか一項に記載のガスタービンプラントの制御方法において、
前記ガスタービンプラントは、前記燃焼器に流入する前記燃料ガスの流量を調節する燃料流量調節器を備えており、
前記ガスタービンの目標出力を受け付ける目標出力受付工程と、
前記目標出力受付工程で受け付けられた前記目標出力と、前記ガスタービン出力受付工程で受け付けた前記ガスタービン出力との偏差に応じた前記燃料流量調節器の制御量を求める制御量演算工程と、
前記高カロリー燃料供給元の異常を示す異常信号を受け付けていないときには、前記制御量演算工程で求められた前記制御量を出力し、前記異常信号を受け付けたときには、前記高カロリー燃料ガスの供給元である高カロリー燃料供給元の異常時における、前記燃料流量調節器の制御量を出力する制御量切替工程と、
前記制御量切替工程で出力された制御量を前記燃料流量調節器に出力する出力工程と、
を実行することを特徴とするガスタービンプラントの制御方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のガスタービンプラントの制御方法において、
前記高カロリー燃料供給元の異常時における前記ガスタービンの予め定められている目標出力である異常時目標出力と、前記ガスタービン出力受付工程で受け付けられた前記出力との偏差に応じた異常時制御量を求める異常制御量演算工程を実行し、
前記制御量切替工程では、前記異常信号を受け付けたときには、前記異常制御量演算工程で求められた前記異常時制御量を前記制御量として出力する、
ことを特徴とするガスタービンの制御方法。
【請求項１５】
請求項１０から１４のいずれか一項に記載のガスタービンプラントの制御方法において、
前記ガスタービンプラントは、前記燃焼器に流入する前記燃料ガスの流量を調節する燃料流量調節器を備えており、
前記設定カロリーの値と前記ガスタービンの許容最大出力との予め定めた関係を用いて、前記設定カロリー認識工程で認識された前記設定カロリーの値に対する該ガスタービンの許容最大出力を求める許容出力演算工程と、
前記ガスタービンの目標出力を受け付ける目標出力受付工程と、
前記目標出力受付工程で受け付けられた前記目標出力と前記許容出力演算工程で求められた前記許容最大出力とを比較し、該目標出力が該許容最大出力未満のときには該目標出力を出力し、該目標出力が該許容最大出力以上のときには該許容最大出力を目標出力として出力する比較工程と、
前記ガスタービン出力受付工程で受け付けられた前記ガスタービン出力と前記比較工程で出力された前記目標出力との偏差に応じた前記燃料流量調節器の制御量を求める制御量演算工程と、
前記制御量演算工程で求められた前記制御量を前記燃料流量調節器に出力する出力工程と、
を実行することを特徴とするガスタービンプラントの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低カロリー燃料ガスと高カロリー燃料ガスとが混合したガスを燃焼させて駆動するガスタービンプラント、その制御装置、及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンプラントでは、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
以上のようなガスタービンプラントでは、経済性の面から、コストの高い高カロリー燃料ガスの使用量を少なくしても、安定運転可能なプラントが望まれている。
【０００５】
そこで、本発明は、高カロリー燃料ガスの使用量を少なくしても安定運転できるガスタービンプラント、その制御装置、及びその制御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】
【０００６】
上記目的を達成するための発明の一態様としてのガスタービンプラントの制御装置は、
外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、を備え、前記空気圧縮機は、開度が変化して前記外気の吸込量を調節する吸気量調節器を有し、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重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を前記燃料ガスとして前記燃焼器に導入するガスタービンプラントの制御装置において、
前記燃料ガスの単位重量当たりのカロリーに関する設定カロリーの値を認識する設定カロリー認識部と、ガスタービンの出力であるガスタービン出力を受け付けるガスタービン出力受付部と、前記設定カロリーの値毎の、前記吸気量調節器の開度と前記ガスタービン出力との予め定めた関係を用いて、前記設定カロリー認識部が認識した前記設定カロリーの値と前記ガスタービン出力受付部が受け付けた前記ガスタービン出力とに応じた前記吸気量調節器の開度を求める開度演算部と、前記開度演算部が求めた前記開度を前記吸気量調節器に出力する出力部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
当該制御装置では、オペレータ等の意思に応じて、燃料ガスの単位重量あたりのカロリー（以下、単に単位カロリーとする）に関する設定カロリーを変更することができる。このため、当該制御装置では、経済性の観点から、オペレータ等の意思に応じて、高カロリー燃料ガスの使用量を少なくすることができる。
【０００８】
また、当該制御装置では、設定カロリーが変更されても、ガスタービンプラントを安定運転することができる。
【０００９】
ここで、前記ガスタービンプラントの制御装置において、前記関係は、前記設定カロリーの値が低いほど、前記ガスタービン出力に対する前記吸気量調節器の開度が大きく設定された関係であることが好ましい。
【００１０】
空気圧縮機は、燃料ガスの単位カロリーが低くなるに伴って、サージングの可能性が高まり、吸気量調節器の許容最小開度が大きくなる。このため、設定カロリーの値毎の、吸気量調節器の開度とガスタービン出力との予め定めた関係が、設定カロリーの値が低いほど、ガスタービン出力に対する吸気量調節器の開度が大きく設定された関係であれば、燃料ガスの単位カロリーが低くなっても、空気圧縮機のサージング発生を抑えることができる。
【００１１】
また、いずれか一の前記ガスタービンプラントの制御装置において、前記設定カロリー認識部は、前記高カロリー燃料ガスの供給元である高カロリー燃料供給元の異常を示す異常信号を受け付けると、該高カロリー燃料ガスの比率が小さい又は該高カロリー燃料ガスを含まないガスを前記燃料ガスとし、該異常信号に対して、予め定められている該燃料ガスに関するカロリーの値を前記設定カロリーの値として認識するようにしてもよい。
【００１２】
当該制御装置では、高カロリー燃料供給元に異常が発生し、燃料ガス中の高カロリー燃料ガスの比率が小さくなる、又は、燃料ガス中に高カロリーガスが含まれなくなっても、設定カロリーの値が異常時に応じた値に自動変更されるため、ガスタービンプラントを安定運転することができる。
【００１３】
また、いずれか一の前記ガスタービンプラントの制御装置において、前記ガスタービンプラントは、前記燃焼器に流入する前記燃料ガスの流量を調節する燃料流量調節器を備えており、前記ガスタービンの目標出力を受け付ける目標出力受付部と、前記目標出力受付部が受け付けた前記目標出力と、前記ガスタービン出力受付部が受け付けた前記出力との偏差に応じた前記燃料流量調節器の制御量を求める制御量演算部と、前記高カロリー燃料ガスの供給元である高カロリー燃料供給元の異常時における、前記燃料流量調節器の制御量を出力する異常時制御量出力部と、前記高カロリー燃料供給元の異常を示す異常信号を受け付けていないときには、前記制御量演算部が求めた前記制御量を出力し、前記異常信号を受け付けたときには、前記異常時制御量出力部からの前記制御量を出力する切替部と、前記切替部から出力された制御量を前記燃料流量調節器に出力する出力部と、を有してもよい。
【００１４】
当該制御装置では、異常信号を受け付けたときに、この異常に応じたガスタービン出力の制御を行うので、高カロリー燃料供給元の異常により燃焼器に流入する燃焼ガスの単位カロリーが低下する前に、ガスタービン出力を先行制御することになる。よって、当該制御装置では、高カロリー燃料供給元に異常が発生しても、ガスタービンプラントを安定運転することができる。
【００１５】
また、前記切替部を有する前記制御装置において、前記異常時制御量出力部は、前記高カロリー燃料供給元の異常時における前記ガスタービンの予め定められている目標出力である異常時目標出力と、前記ガスタービン出力受付部が受け付けた前記出力との偏差に応じた前記燃料流量調節器の前記制御量を出力してもよい。
【００１６】
また、いずれか一の前記ガスタービンプラントの制御装置において、前記ガスタービンプラントは、前記燃焼器に流入する前記燃料ガスの流量を調節する燃料流量調節器を備えており、前記設定カロリーの値と前記ガスタービンの許容最大出力との予め定めた関係を用いて、前記設定カロリー認識部が認識した前記設定カロリーの値に対する該ガスタービンの許容最大出力を求める許容出力演算部と、前記ガスタービンの目標出力を受け付ける目標出力受付部と、前記目標出力受付部が受け付けた前記目標出力と前記許容出力演算部が求めた前記許容最大出力とを比較し、該目標出力が該許容最大出力未満のときには該目標出力を出力し、該目標出力が該許容最大出力以上のときには該許容最大出力を目標出力として出力する比較部と、前記ガスタービン出力受付部が受け付けた前記ガスタービン出力と前記比較部が出力した前記目標出力との偏差に応じた前記燃料流量調節器の制御量を求める制御量演算部と、前記制御量演算部が求めた前記制御量を前記燃料流量調節器に出力する出力部と、を有してもよい。
【００１７】
当該制御装置では、設定カロリーが変更されても、ガスタービンの許容最大出力を大きく超えた運転を避けることができるので、ガスタービンプラントを安定運転することができる。
【００１８】
また、いずれか一の前記ガスタービンプラントの制御装置において、前記ガスタービンプラントは、前記高カロリー燃料ガスのみが流れる高カロリー燃料ラインと、該高カロリー燃料ラインに並列配置された複数の高カロリー燃料流量調節弁と、を備え、前記制御装置は、前記複数の高カロリー燃料流量調節弁に対する制御量を求める制御量演算部と、前記制御量に応じて、前記複数の高カロリー燃料流量調節弁毎の弁開度を定める弁開度設定部と、前記複数の高カロリー燃料流量調節弁のそれぞれに対して、前記弁開度設定部が定めた前記弁開度を出力する出力部と、を有してもよい。
【００１９】
当該制御装置では、高カロリー燃料ラインを流れる高カロリー燃料ガスの流量を高い精度で制御することができる。
【００２０】
また、前記複数の高カロリー燃料流量調節弁を備えているガスタービンプラントの前記制御装置において、前記弁開度設定部は、前記複数の高カロリー燃料流量調節弁に対する前記制御量が所定値以下では、１台の前記高カロリー燃料流量調節弁のみを稼働させ、該制御量が所定値より大きければ、前記複数の高カロリー燃料流量調節弁を稼働させるよう、該複数の高カロリー燃料流量調節弁毎の弁開度を定めてもよい。
【００２１】
また、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、
以上のいずれかの制御装置を備えていることを特徴とする。
【００２２】
当該ガスタービンプラントも以上のいずれか制御装置を備えているので、高カロリー燃料ガスの使用量を少なくしても、ガスタービンプラントを安定運転することができる。
【００２３】
また、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制御方法は、
外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、を備え、前記空気圧縮機は、開度が変化して前記外気の吸込量を調節する吸気量調節器を有し、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重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を前記燃料ガスとして前記燃焼器に導入するガスタービンプラントの制御方法において、
前記燃料ガスの単位重量当たりのカロリーに関する設定カロリーの値を認識する設定カロリー認識工程と、ガスタービンの出力であるガスタービン出力を受け付けるガスタービン出力受付工程と、前記設定カロリーの値毎の、前記吸気量調節器の開度と前記ガスタービン出力との予め定めた関係を用いて、前記設定カロリー認識工程で認識された前記設定カロリーの値と前記ガスタービン出力受付工程で受け付けられた前記ガスタービン出力とに応じた前記吸気量調節器の開度を求める開度演算工程と、前記開度演算工程で求められた前記開度を前記吸気量調節器に出力する出力工程と、を実行することを特徴とする。
【００２４】
当該制御方法では、オペレータ等の意思に応じて、燃料ガスの単位重量あたりのカロリー（以下、単に単位カロリーとする）に関する設定カロリーを変更することができる。このため、当該制御装置では、経済性の観点から、オペレータ等の意思に応じて、高カロリー燃料ガスの使用量を少なくすることができる。さらに、当該制御方法では、設定カロリーが変更されても、ガスタービンプラントを安定運転することができる。
【００２５】
ここで、前記ガスタービンプラントの制御方法において、前記関係は、前記設定カロリーの値が低いほど、前記ガスタービン出力に対する前記吸気量調節器の開度が大きく設定された関係であることが好ましい。
【００２６】
空気圧縮機は、前述したように、燃料ガスの単位カロリーが低くなるに伴って、吸気量調節器の許容最小開度が大きくなる。このため、設定カロリーの値毎の、吸気量調節器の開度とガスタービン出力との予め定めた関係が、設定カロリーの値が低いほど、ガスタービン出力に対する吸気量調節器の開度が大きく設定された関係であれば、燃料ガスの単位カロリーが低くなっても、空気圧縮機のサージング発生を抑えることができる。
【００２７】
また、いずれか一の前記ガスタービンプラントの制御方法において、前記設定カロリー認識工程では、前記高カロリー燃料ガスの供給元である高カロリー燃料供給元の異常を示す異常信号を受け付けると、該高カロリー燃料ガスの比率が小さい又は該高カロリー燃料ガスを含まないガスを前記燃料ガスとし、該異常信号に対して、予め定められている該燃料ガスに関するカロリーの値を前記設定カロリーの値として認識してもよい。
【００２８】
当該制御方法では、高カロリー燃料供給元に異常が発生し、燃料ガス中の高カロリー燃料ガスの比率が小さくなる、又は、燃料ガス中に高カロリーガスが含まれなくなっても、設定カロリーの値が異常時に応じた値に自動変更されるため、ガスタービンプラントを安定運転することができる。
【００２９】
また、いずれか一のガスタービンプラントの制御方法において、前記ガスタービンプラントは、前記燃焼器に流入する前記燃料ガスの流量を調節する燃料流量調節器を備えており、前記ガスタービンの目標出力を受け付ける目標出力受付工程と、前記目標出力受付工程で受け付けられた前記目標出力と、前記ガスタービン出力受付工程で受け付けた前記出力との偏差に応じた前記燃料流量調節器の制御量を求める制御量演算工程と、前記高カロリー燃料供給元の異常を示す異常信号を受け付けていないときには、前記制御量演算工程で求められた前記制御量を出力し、前記異常信号を受け付けたときには、前記高カロリー燃料ガスの供給元である高カロリー燃料供給元の異常時における、前記燃料流量調節器の制御量を出力する制御量切替工程と、前記制御量切替工程で出力された制御量を前記燃料流量調節器に出力する出力工程と、を実行してもよい。
【００３０】
当該制御方法では、異常信号を受け付けたときに、この異常に応じたガスタービン出力の制御を行うので、高カロリー燃料供給元の異常により燃焼器に流入する燃焼ガスの単位カロリーが低下する前に、ガスタービン出力を先行制御することになる。よって、当該制御方法では、高カロリー燃料供給元に異常が発生しても、ガスタービンプラントを安定運転することができる。
【００３１】
また、前記制御量切替工程を実行する前記制御方法において、前記高カロリー燃料供給元の異常時における前記ガスタービンの予め定められている目標出力である異常時目標出力と、前記ガスタービン出力受付工程で受け付けられた前記出力との偏差に応じた異常時制御量を求める異常制御量演算工程を実行し、前記制御量切替工程では、前記異常信号を受け付けたときには、前記異常制御量演算工程で求められた前記異常時制御量を前記制御量として出力してもよい。
【００３２】
また、いずれか一の前記ガスタービンプラントの制御方法において、前記ガスタービンプラントは、前記燃焼器に流入する前記燃料ガスの流量を調節する燃料流量調節器を備えており、前記設定カロリーの値と前記ガスタービンの許容最大出力との予め定めた関係を用いて、前記設定カロリー認識工程で認識された前記設定カロリーの値に対する該ガスタービンの許容最大出力を求める許容出力演算工程と、前記ガスタービンの目標出力を受け付ける目標出力受付工程と、前記目標出力受付工程で受け付けられた前記目標出力と前記許容出力演算工程で求められた前記許容最大出力とを比較し、該目標出力が該許容最大出力未満のときには該目標出力を出力し、該目標出力が該許容最大出力以上のときには該許容最大出力を目標出力として出力する比較工程と、前記ガスタービン出力受付工程で受け付けられた前記ガスタービン出力と前記比較工程で出力された前記目標出力との偏差に応じた前記燃料流量調節器の制御量を求める制御量演算工程と、前記制御量演算工程で求められた前記制御量を前記燃料流量調節器に出力する出力工程と、を実行してもよい。
【００３３】
当該制御方法では、設定カロリーが変更されても、ガスタービンの許容最大出力を大きく超えた運転を避けることができるので、ガスタービンプラントを安定運転することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明では、高カロリー燃料ガスの使用量を少なくしても、ガスタービンプラントを安定運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る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】本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの要部切欠全体側面図である。
【図３】本発明に係る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４】燃料ガスの単位カロリーの値とガスタービンの許容最大出力との関係、及び燃料ガスの単位カロリーの値と空気圧縮機の入口案内翼の許容最小開度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係る一実施形態における制御量に対する、リターン流量調節弁の弁開度と吸気燃料調節器の入口案内翼の開度の関係を示すグラフである。
【図６】本発明に係る一実施形態における、設定カロリーの値毎の、ガスタービン出力と空気圧縮機の入口案内翼の開度との関係を示すグラフである。
【図７】本発明に係る一実施形態における、コークスプラントに異常が発生した際のコークスプラントから出るＣＯＧ流量の時間変化、燃料ガスの単位カロリーの時間変化、ガスタービン出力の時間変化を示すグラフである。
【図８】本発明に係る一実施形態における、複数のＣＯＧ流量調節弁に対する制御量と各ＣＯＧ流量調節弁の弁開度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明に係るガスタービンプラントの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３７】
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、ガスタービン１０と、このガスタービン１０の出力等を制御する制御装置１００と、を備えている。
【００３８】
ガスタービン１０は、図２に示すように、外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１４と、燃焼ガスにより駆動するタービン２１と、を備えている。
【００３９】
空気圧縮機１１は、圧縮機ロータ１２と、これを回転可能に覆う圧縮機ケーシング１３と、外気の吸気量を調節するために開度を変えることができる入口案内翼１６と、この入口案内翼１６の開度を変える案内翼駆動装置１７と、を有している。なお、本実施形態では、入口案内翼１６と案内翼駆動装置１７とで、吸気量調節器１５を構成している。
【００４０】
燃焼器１４は、燃料ガス及び空気圧縮機１１からの圧縮空気を受け入れてこれらを噴出する燃料供給器１８と、燃料供給器１８から燃料ガス及び圧縮空気が内部に噴射されて、燃料ガスの燃焼領域を形成する燃焼筒１９と、を有している。燃料供給器１８には、例えば、特開平０９−２２１６８６号公報等に記載されているものように、燃料ガスの噴出口及び圧縮空気の噴出口のそれぞれにスワラが設けられている。燃料ガスの噴出口に設けられている燃料用スワラと圧縮空気の噴出口に設けられている空気用スワラとは、互い異なる角度で設けられている。このため、燃料噴出口から噴出した燃料ガスの旋回流と空気噴出口から噴出した圧縮空気の旋回流との角度が異なり、燃料ガスと圧縮空気との混合が促進される。このため、この燃焼器１４は、燃料ガスの単位カロリーの比較的大きな変動があっても、この燃料ガスを安定燃焼させることができる。
【００４１】
タービン２１は、燃焼ガスにより回転するタービンロータ２２と、このタービンロータ２２を回転可能に覆うタービンケーシング２３とを有している。空気圧縮機１１の圧縮機ロータ１２は、タービンロータ２２と接続され、このタービンロータ２２と一体回転する。
【００４２】
ガスタービンプラントは、さらに、図１に示すように、ガスタービン１０の回転で発電する発電機２５と、ガスタービン１０から排気された燃焼ガスの熱を利用して蒸気を発生させる排熱回収ボイラー２６と、この排熱回収ボイラー２６で発生した蒸気で駆動する蒸気タービン２７と、蒸気タービン２７の駆動で発電する発電機２８と、蒸気タービン２７から排気された蒸気を水に戻す復水器２９と、燃料ガスを圧縮して燃焼器１４に送る燃料ガス圧縮機３１と、燃焼器１４に燃料ガスを供給するための主燃料ガスライン６５と、製鉄所４０の高炉４１からのＢＦＧを主燃料ガスライン６５に送るＢＦＧライン４５と、コークスプラント５０のコークス炉５１からのＣＯＧを主燃料ガスライン６５に送るＣＯＧライン５５と、主燃料ガスライン６５中で燃料ガス圧縮機３１で加圧された燃料ガスを主燃料ガスライン６５中の上流側部分に戻す燃料リターンライン６７と、を備えている。なお、以下では、主燃料ガスライン６５及び燃料リターンライン６７を流れるガスがＣＯＧとＢＦＧとの混合ガスであっても、ＢＦＧ単味であっても、主燃料ガスライン６５を流れるガスを単に燃料ガスと呼ぶことにする。
【００４３】
ＢＦＧの単位重量あたりのカロリー（以下、単に単位カロリーとする）は、場合によるがＣＯＧの単位カロリーの１／１０程度である。このため、低カロリー燃料ガスとしてのＢＦＧは、高カロリー燃料ガスとしてのＣＯＧよりも低コストである。
【００４４】
ガスタービン１０に接続されている発電機２５には、ガスタービン１０の出力としての発電量を検知する出力計２４が取り付けられている。蒸気タービン２７には、前述したように、蒸気タービン２７の駆動で発電する発電機２８が接続されている。なお、ここでは、ガスタービン１０及び蒸気タービン２７のそれぞれが異なる発電機２５，２８を駆動するが、ガスタービン１０及び蒸気タービン２７で共通の発電機を駆動するようにしてもよい。この場合、この共通の発電機による発電量がガスタービン１０の出力として扱われる。
【００４５】
燃料ガス圧縮機３１は、空気圧縮機１１と同様、圧縮機ロータと、これを回転可能に覆う圧縮機ケーシングと、燃料ガスの吸気量を調節するために吸気燃料量調節器３５と、を有している。吸気燃料量調節器３５は、圧縮機ケーシングの入口に設けられ、開度を変えることができる入口案内翼３６と、この入口案内翼３６の開度を変える案内翼駆動装置３７と、を有している。また、本実施形態において、燃料ガス圧縮機３１は、図示しない減速装置を介して空気圧縮機１１によって駆動される。
【００４６】
主燃料ガスライン６５には、この主燃料ガスライン６５を通る燃料ガスの単位カロリーを検知するカロリー計６６が設けられている。燃料リターンライン６７には、ここを流れる燃料ガスの流量を調節するリターン流量調節弁６８が設けられている。なお、本実施形態では、燃料ガス圧縮機３１の吸気燃料量調節器３５とリターン流量調節弁６８とで燃料流量調節器３９を構成している。また、ＣＯＧライン５５は、途中で２ライン５５ａ，５５ｂに分岐しており、各ライン５５ａ，５５ｂに、ここを流れるＣＯＧの流量を調節するＣＯＧ流量調節弁５６（５６ａ，５６ｂ）が設けられている。
【００４７】
コークスプラント５０は、コークス及びＣＯＧを生成するコークス炉５１と、コークス炉５１からのＣＯＧをガスタービンプラントへ送るためのＣＯＧ送風ファン５２と、これらを制御する制御装置５３と、を備えている。コークスプラント５０の制御装置５３は、コークス炉５１やＣＯＧ送風ファン５２が異常状態になると、異常信号をガスタービンプラントの制御装置１００に送る。
【００４８】
ガスタービンプラントの制御装置１００は、図３に示すように、ガスタービン１０の目標出力を外部から受け付ける目標出力受付部１０１と、燃焼器１４に供給する燃料ガスの単位カロリーの設定値である設定カロリーの値を外部から受け付ける設定カロリー受付部１０２と、出力計２４からのガスタービン出力を受け付けるガスタービン出力受付部１０３と、カロリー計６６からの燃料ガスの単位カロリーを受け付ける検知カロリー受付部１０４と、コークスプラント５０の異常時における燃料ガスの予め定められたカロリーの値を出力する異常時カロリー出力部１０５と、コークスプラント５０から異常信号を受け付けたか否かに応じて、設定カロリー受付部１０２が受け付けた設定カロリーの値と異常時カロリー出力部１０５からのカロリーの値とのうち一方を出力するカロリー切替部１０６と、燃料流量調節器３９の制御量を算出する第一制御量算出部１１０と、空気圧縮機１１の吸気量調節器１５の制御量を算出する第二制御量算出部１２０と、各ＣＯＧ流量調節弁５６の制御量を算出する第三制御量算出部１３０と、を有している。
【００４９】
設定カロリー受付部１０２は、外部から受け付けた設定カロリーの値を記憶しておく記憶部１０２ａを有している。また、目標出力受付部１０１も、外部から受け付けた目標出力を記憶しておく記憶部１０１ａを有している。なお、前述したように、ガスタービン１０及び蒸気タービン２７で共通の発電機を駆動する場合、目標出力は、この共通の発電機による発電量の目標値がガスタービン１０の目標出力として扱われる。
【００５０】
カロリー切替部１０６は、コークスプラント５０から異常信号を受け付けていないときには、設定カロリー受付部１０２が受け付けた設定カロリーの値を出力し、異常信号を受け付けたときには、異常時カロリー出力部１０５からのカロリーの値を設定カロリーの値として出力する。
【００５１】
第一制御量算出部１１０は、設定カロリー受付部１０２が受け付けた設定カロリーの値に対応したガスタービン１０の許容最大出力を求める許容出力演算部１１１と、目標出力受付部１０１が受け付けた目標出力と許容出力演算部１１１が求めた許容最大出力とを比較し、目標出力が許容最大出力未満のときには目標出力を出力し、目標出力が許容最大出力以上のときには許容最大出力を目標出力として出力する比較部１１２と、ガスタービン出力受付部１０３が受け付けたガスタービン出力と比較部１１２が出力した目標出力との偏差に応じた燃料流量調節器３９の制御量を求める制御量演算部１１３と、コークスプラント５０の異常時における燃料流量調節器３９の予め定めた制御量を出力する異常時制御量出力部１１６と、コークスプラント５０から異常信号を受け付けたか否かに応じて、制御量演算部１１３が求めた制御量と異常時制御量出力部１１６からの制御量とのうち一方を出力する制御量切替部１１７と、制御量切替部１１７から出力された制御量を示す制御信号を燃料流量調節器３９に出力する第一出力部１１８と、を有している。
【００５２】
許容出力演算部１１１は、設定カロリーの値とガスタービン１０の許容最大出力との関係を記憶しており、この関係を用いて、設定カロリー受付部１０２が受け付けた設定カロリーの値に対応したガスタービン１０の許容最大出力を求める。
【００５３】
許容出力演算部１１１が用いる関係は、図４に示すように、設定カロリーの値が高くなるに伴って、ガスタービン１０の許容最大出力が大きくなる関係、言い換えると、設定カロリーの値が低くなるに伴って、許容最大出力が小さくなる関係である。
【００５４】
燃料ガスの単位カロリーが低くなると、ガスタービン１０の出力を一定に保つために、燃焼器１４に送る燃料ガスの流量が多くなり、燃焼器１４内の圧力及びタービン２１の入口圧力が高まる。このため、空気圧縮機１１は、高圧の燃焼器１４内に空気を送ることになり、サージングの可能性が高まる。すなわち、燃料ガスの単位カロリーが低くなるに伴って、空気圧縮機１１のサージングの可能性が高まり、ガスタービン１０の許容最大出力は小さくなる。このため、本実施形態では、許容出力演算部１１１が用いる関係として、前述したように、設定カロリーの値が低くなるに伴って、許容最大出力が小さくなる関係を用いている。
【００５５】
制御量演算部１１３は、ガスタービン出力受付部１０３が受け付けたガスタービン出力と比較部１１２が出力した目標出力との偏差を求める減算器１１４と、この偏差に対する比例及び積分制御量を求めるＰＩ制御量演算器１１５と、を有している。なお、ここでは、制御量演算部１１３は、偏差に対する比例及び積分制御量を出力するが、この代わりに、偏差に対する比例、積分及び微分制御量を出力するようにしてもよい。
【００５６】
コークスプラント５０のＣＯＧ送風ファン５２が停止する等、コークスプラント５０に異常が発生した場合、コークスプラント５０からＣＯＧが送られてこなくなり、燃料ガスの単位カロリーが低くなる。また、前述したように、燃料ガスの単位カロリーが低くなるに伴って、ガスタービン１０の許容最大出力は小さくなる。このため、異常時制御量出力部１１６から出力される燃料流量調節器３９の制御量は、コークスプラント５０が正常で、燃料ガス中にＣＯＧが含まれ、燃料ガスの単位カロリーが高い場合と比べて、燃焼器１４に送る燃料ガスの流量を少なくする制御量である。
【００５７】
この異常時制御量出力部１１６は、このような制御量を予め定められている値として記憶しておき、これを出力する。但し、異常時制御量出力部１１６が出力する制御量は、予め定められている値でなくてもよい。この場合、具体的に、異常時制御量出力部１１６は、図３に示すように、コークスプラント５０の異常時におけるガスタービン１０の予め定められている目標出力である異常時目標出力を出力する異常時目標出力部１１６ａと、この異常時目標出力とガスタービン出力受付部１０３が受け付けたガスタービン出力との偏差を求める減算器１１６ｂと、を有して構成してもよい。なお、この場合、この異常時制御量出力部１１６は、前述の制御量演算部１１３と同様、減算器１１６ｂが求めた偏差に対する比例及び積分制御量を求めるＰＩ制御量演算器を有していてもよい。
【００５８】
制御量切替部１１７は、コークスプラント５０から異常信号を受け付けていないときには、制御量演算部１１３が求めた制御量を出力し、異常信号を受け付けたときには、異常時制御量出力部１１６からの制御量を出力する。
【００５９】
第一出力部１１８は、前述したように、制御量切替部１１７からの制御量を示す制御信号を燃料流量調節器３９に出力する。この燃料流量調節器３９は、前述したように、燃料ガス圧縮機３１の吸気燃料量調節器３５とリターン流量調節弁６８とで構成されている。燃料ガス圧縮機３１の吸気燃料量調節器３５は、図５に示すように、この制御信号が示す制御量を、この制御量が大きいほど吸気燃料量調節器３５の入口案内翼３６の開度を大きくすると解釈する。また、リターン流量調節弁６８は、この制御信号が示す制御量を、この制御量が大きいほど自身の開度を小さくすると解釈する。このため、第一出力部１１８からの制御量が大きい場合には、燃料ガス圧縮機３１の入口案内翼３６の開度が大きくなり、リターン流量調節弁６８の弁開度が小さくなって、燃焼器１４に送られる燃料ガスの流量は多くなる。逆に、第一出力部１１８からの制御量が小さい場合には、燃料ガス圧縮機３１の入口案内翼３６の開度が小さくなり、リターン流量調節弁６８の弁開度が大きくなって、燃焼器１４に送られる燃料ガスの流量は少なくなる。
【００６０】
このように、燃料ガス圧縮機３１の入口案内翼３６の開度及びリターン流量調節弁６８の弁開度を変化させて、燃焼器１４に送る燃料ガスの流量を調節しているのは、第一出力部１１８からの制御量の変化に対して、燃焼器１４に送る燃料ガスの流量変化の応答性を高めるためである。
【００６１】
第二制御量算出部１２０は、ガスタービン出力受付部１０３が受け付けたガスタービン出力とカロリー切替部１０６からの設定カロリーの値とに対応した空気圧縮機１１の入口案内翼１６（ＩＧＶ）の制御量である開度を求める制御量演算部１２５と、制御量演算部１２５が求めた入口案内翼１６の開度を示す制御信号を空気圧縮機１１の案内翼駆動装置１７に出力する第二出力部１２８と、を有している。
【００６２】
第二制御量算出部１２０の制御量演算部１２５は、図６に示すように、燃料ガスの設定カロリーの値毎の、ガスタービン出力と空気圧縮機１１の入口案内翼１６（ＩＧＶ）の開度との関係を記憶している。制御量演算部１２５は、この関係を用いて、カロリー切替部１０６からの設定カロリーの値とガスタービン出力受付部１０３が受け付けたガスタービン出力とに対応した空気圧縮機１１の入口案内翼１６の開度を求める。
【００６３】
ガスタービン出力と入口案内翼１６の開度との関係は、設定カロリーの値がいずれの場合も、ガスタービン出力が設定カロリーの値毎の第一の値以上で且つ第二の値（＞第一の値）未満の間で、ガスタービン出力が大きくなるに伴って、入口案内翼１６の開度を大きくする関係である。また、設定カロリーの値がいずれの場合も、ガスタービン出力が第一の値未満では、入口案内翼１６の開度が０であり、ガスタービン出力が第二の値以上では、入口案内翼１６の開度がその設定カロリーの値における最大開度である。
【００６４】
また、ガスタービン出力と入口案内翼１６の開度との関係は、設定カロリーの値が低くなるに伴って、ガスタービン出力に対する入口案内翼１６の開度が大きくなるよう設定されている。具体的に、入口案内翼１６が開き始めるガスタービン出力、つまり、ガスタービン出力の第一の値は、設定カロリーの値が低くなるに伴って小さくなっている。また、ガスタービン出力が第一の値以上で第二の値未満でのガスタービン出力の増大に伴う入口案内翼１６の開度の増大の割合は、設定カロリーの値が低くなるに伴って大きくなっている。さらに、ガスタービン出力が第二の値以上の入口案内翼１６の開度、つまり、その設定カロリーの値における最大開度も、設定カロリーの値が低くなるに伴って大きくなっている。
【００６５】
前述したように、燃料ガスの単位カロリーが低くなると、ガスタービン出力を一定に保つために、燃焼器１４に送る燃料ガスの流量が多くなり、燃焼器１４内の圧力及びタービン２１の入口圧力が高まる。このため、空気圧縮機１１は、高圧の燃焼器１４内に空気を送ることになり、サージングの可能性が高まる。すなわち、燃料ガスの単位カロリーが低くなるに伴って、空気圧縮機１１のサージングの可能性が高まる。また、空気圧縮機１１は、入口案内翼１６の開度が小さくなるに伴って、サージングの可能性が高まり、許容最小開度が大きくなる。よって、図４に示すように、燃料ガスの単位カロリーが低くなるに伴って、空気圧縮機１１の入口案内翼１６（ＩＧＶ）の許容最小開度が大きくなる。このため、本実施形態では、制御量演算部１２５が用いる関係として、設定カロリーの値が低くなるに伴って、空気圧縮機１１における入口案内翼１６の許容最小開度が大きくなる関係を用いている。
【００６６】
第三制御量算出部１３０は、検知カロリー受付部１０４が受け付けた燃料ガスの単位カロリーとカロリー切替部１０６からの設定カロリーの値とに応じたＣＯＧ流量調節弁５６の制御量を求める制御量演算部１３１と、この制御量に対する２台のＣＯＧ流量調節弁５６ａ，５６ｂ毎の弁開度を定める弁開度設定部１３５と、この弁開度設定部１３５が定めた２台のＣＯＧ流量調節弁５６ａ，５６ｂ毎の弁開度を対応するＣＯＧ流量調節弁５６ａ，５６ｂに出力する第三出力部１３８と、を有している。
【００６７】
第三制御量算出部１３０の制御量演算部１３１は、検知カロリー受付部１０４が受け付けた燃料ガスの単位カロリーとカロリー切替部１０６からの設定カロリーの値との偏差を求める減算器１３２と、この偏差に対する比例及び積分制御量を求めるＰＩ制御量演算器１３３と、を有している。なお、ここでは、ＰＩ制御量演算器１３３は、偏差に対する比例及び積分制御量を出力するが、この代わりに、偏差に対する比例、積分及び微分制御量を出力するようにしてもよい。
【００６８】
弁開度設定部１３５は、図８に示すように、ＣＯＧ流量調節弁５６の制御量と、この制御量に対する２台のＣＯＧ流量調節弁５６（５６ａ，５６ｂ）のそれぞれの弁開度との関係が設定されている。具体的に、この弁開度設定部１３５には、例えば、制御量演算部１３１からの制御量が所定値（例えば４０％）Ｃまでは、２台のＣＯＧ流量調節弁５６ａ，５６ｂのうちの第一ＣＯＧ流量調節弁５６ａの弁開度Ｖａとして、この制御量に比例した弁開度が設定されている。また、弁開度設定部１３５には、制御量が前述の所定値Ｃまでは、２台のＣＯＧ流量調節弁５６ａ，５６ｂのうちの第二ＣＯＧ流量調節弁５６ｂの弁開度Ｖｂとして、０、つまり全閉が設定されている。また、弁開度設定部１３５には、制御量が所定値Ｃになると、第一ＣＯＧ流量調節弁５６ａの弁開度Ｖａとして、所定のレートで小さくなる弁開度が設定され、第二ＣＯＧ流量調節弁５６ｂの弁開度Ｖｂとして、所定のレートで大きくなる弁開度が設定されている。そして、第一及び第二ＣＯＧ流量調節弁５６ａ，５６ｂの弁開度が同一の弁開度になると、これらの弁開度Ｖａ，Ｖｂとして、両流量調節弁５６ａ，５６ｂに関して同一であって、制御量の増加に伴って大きくなる弁開度が設定されている。
【００６９】
すなわち、本実施形態では、ＣＯＧの流量が比較的小さい場合（制御量が比較的小さい場合）は第一ＣＯＧ流量調節弁５６ａの１台のみを稼働対象とし、ＣＯＧの流量が比較的大きい場合（制御量が比較的大きい場合）は第一及び第二ＣＯＧ流量調節弁５６ａ，５６ｂの両方を稼働対象とする。
【００７０】
なお、図８では、弁開度の変化を理解しやすくするために、ＣＯＧ流量調節弁５６の稼動台数が切り替わる時は、弁開度が急激に変化するように示されている。しかしながら、実際には、前述したように、各ＣＯＧ流量調節弁５６の弁開度は、稼働台数が切り替わる時、所定のレートで変化するので、ＣＯＧ流量が急激に変化することはない。
【００７１】
ここで、本実施形態において、設定カロリーの値を認識する設定カロリー認識部は、設定カロリー受付部１０２と異常時カロリー出力部１０５とカロリー切替部１０６とを有して構成されている。
【００７２】
また、以上で説明した本実施形態の制御装置１００は、コンピュータで構成されており、制御装置１００の各部の処理は、いずれも、ハードディスクドライブ装置等の外部記憶装置やメモリ等の記憶装置と、この記憶装置に記憶されているプログラムを実行するＣＰＵとを有して構成されている。
【００７３】
次に、以上で説明したガスタービンプラントの動作について説明する。
【００７４】
まず、コークス炉５１から所定流量以上のＣＯＧが供給されることを前提として、オペレータがガスタービン１０の目標出力として比較的高い目標出力を目標出力受付部１０１に入力し、設定カロリーの値として比較的高い値を設定カロリー受付部１０２に入力した場合について説明する。
【００７５】
目標出力受付部１０１は、外部からガスタービン１０の目標出力を一旦受け付けると、この目標出力を記憶部１０１ａに記憶して、新たに目標出力を受け付けない限り、この記憶部１０１ａに記憶した目標出力を出力し続ける。また、設定カロリー受付部１０２も、外部から設定カロリーの値を一旦受け付けると、この値を記憶部１０２ａに記憶して、新たに設定カロリーの値を受け付けない限り、この記憶部１０２ａに記憶した値を出力し続ける。
【００７６】
第一制御量算出部１１０の許容出力演算部１１１は、設定カロリー受付部１０２が受け付けた設定カロリーの値に対応したガスタービン１０の許容最大出力を求める。比較部１１２は、目標出力受付部１０１が受け付けた目標出力と許容出力演算部１１１が求めた許容最大出力とを比較し、目標出力が許容最大出力未満のときにはこの目標出力を出力し、目標出力が許容最大出力以上のときには許容最大出力を目標出力として出力する。
【００７７】
この場合、設定カロリー受付部１０２が受け付けた設定カロリーの値が前述したように比較的高い値であるため、許容出力演算部１１１は、比較的高い許容最大出力を出力する。このため、許容出力演算部１１１から出力された許容最大出力に対して、目標出力受付部１０１が受け付けた目標出力の方が基本的に小さい値である。よって、比較部１１２は、目標出力受付部１０１が受け付けた目標出力をそのまま目標出力として出力する。
【００７８】
減算器１１４は、比較部１１２から出力された目標出力と、ガスタービン出力受付部１０３が受け付けたガスタービン出力との偏差を求める。ＰＩ制御量演算器１１５は、この偏差に対する比例及び積分制御量を求める。制御量切替部１１７は、コークスプラント５０から異常信号を受け付けていなければ、このＰＩ制御量演算器１１５が求めた制御量を出力する。第一出力部１１８は、この制御量を示す制御信号を燃料流量調節器３９に出力する。
【００７９】
この場合、目標出力が大きい関係で、ＰＩ制御量演算器１１５が求めた制御量は、燃焼器１４に送る燃料ガスの流量が比較的多いことを示す制御量である。このため、この制御量を示す制御信号を受け付けた燃料流量調節器３９のうち、燃料ガス圧縮機３１の吸気燃料量調節器３５における入口案内翼１６の開度は、比較的大きな開度になり、リターン流量調節弁６８の弁開度は０又は０に近い弁開度になる。
【００８０】
第二制御量算出部１２０の制御量演算部１２５は、ガスタービン出力受付部１０３が受け付けたガスタービン出力とカロリー切替部１０６からの設定カロリーの値とに対応した空気圧縮機１１の入口案内翼１６の開度を求める。ここで、カロリー切替部１０６は、コークスプラント５０から異常信号を受け付けていなければ、設定カロリー受付部１０２が受け付けた設定カロリーの値を制御量演算部１２５に出力する。
【００８１】
制御量演算部１２５は、図６に示す、設定カロリーの値毎の、ガスタービン出力と空気圧縮機１１の入口案内翼１６（ＩＧＶ）の開度との関係ａ，ｂ，ｃのうちから、カロリー切替部１０６から出力された設定カロリーの値、つまり、設定カロリー受付部１０２が受け付けた設定カロリーの値に対応した関係ａを抽出する。この場合、設定カロリー受付部１０２が受け付けた設定カロリーの値は、比較的高い値であるため、制御量演算部１２５は、ガスタービン出力に対する入口案内翼１６の開度が比較的小さくなるよう設定されている関係ａを抽出する。
【００８２】
制御量演算部１２５は、この関係を用いて、ガスタービン出力受付部１０３が受け付けたガスタービン出力に対応する空気圧縮機１１の入口案内翼１６の開度を求める。
【００８３】
第二出力部１２８は、制御量演算部１２５が求めた空気圧縮機１１の入口案内翼１６の開度を示す制御信号を空気圧縮機１１の吸気量調節器１５に出力する。この結果、吸気量調節器１５の入口案内翼１６は、制御量演算部１２５が求めた入口案内翼１６の開度になる。
【００８４】
第三制御量算出部１３０における制御量演算部１３１の減算器１３２は、検知カロリー受付部１０４が受け付けた燃料ガスの単位カロリー、つまりカロリー計６６で検知された燃料ガスの単位カロリーとカロリー切替部１０６からの設定カロリーの値との偏差を求める。この場合、カロリー切替部１０６は、前述したように、コークスプラント５０から異常信号を受け付けていなければ、設定カロリー受付部１０２が受け付けた設定カロリーの値を出力するので、減算器１３２は、カロリー計６６で検知された燃料ガスの単位カロリーと設定カロリー受付部１０２が受け付けた設定カロリーの値との偏差を求める。制御量演算部１３１のＩＰ制御量演算器１３３は、この偏差に対する比例及び積分制御量、つまり、ＣＯＧ流量調節弁５６の制御量を求める。すなわち、制御量演算部１３１は、燃料ガスのカロリーの値が設定カロリーの値に維持されるようにフィードバック制御を行う。
【００８５】
第三制御量算出部１３０の弁開度設定部１３５は、制御量と２台のＣＯＧ流量調節弁５６（５６ａ，５６ｂ）のそれぞれの弁開度との関係を用いて、制御量演算部１３１が求めた制御量に対する２台のＣＯＧ流量調節弁５６毎の弁開度を求める。前述したように、制御量演算部１３１が求めた制御量が所定値までは、２台のＣＯＧ流量調節弁５６のうちの第一ＣＯＧ流量調節弁５６ａのみが稼働対象となり、第二ＣＯＧ流量調節弁５６ｂは稼働対象にならない、つまりこの第二ＣＯＧ流量調節弁５６ｂは全閉のままである。一方、制御量演算部１３１が求めた制御量が所定値より大きくなれば、２台のＣＯＧ流量調節弁５６ａ，５６ｂのいずれもが稼動対象になる。ここでは、設定カロリー受付部１０２が受け付けた設定カロリーの値が、所定流量以上のＣＯＧ供給を前提とした比較的高い値であることから、制御量演算部１３１が求めた制御量は比較的大きな値のＣＯＧ流量になる制御量となる。このため、この制御量は所定値以上になり、２台のＣＯＧ流量調節弁５６ａ，５６ｂのいずれもが稼動対象になる可能性が高い。
【００８６】
第三出力部１３８は、弁開度設定部１３５が求めた弁開度を示す制御信号を、２台のＣＯＧ流量調節弁５６ａ，５６ｂに出力する。この結果、各ＣＯＧ流量調節弁５６ａ，５６ｂは、弁開度設定部１３５が求めた弁開度になる。
【００８７】
次に、オペレータがガスタービン１０の目標出力として、前述の場合と同様、比較的高い目標出力を目標出力受付部１０１に入力し、設定カロリーの値として、前述の場合と異なり、比較的低い値を設定カロリー受付部１０２に入力した場合について説明する。つまり、前述の場合と同様のガスタービン出力を確保しつつも、ＣＯＧの消費量を抑える場合について説明する。
【００８８】
第一制御量算出部１１０の許容出力演算部１１１は、設定カロリー受付部１０２が受け付けた設定カロリーの値が比較的低い値であるため、比較的低い許容最大出力を出力する。比較部１１２は、前述したように、目標出力受付部１０１が受け付けた目標出力と許容出力演算部１１１が求めた許容最大出力とを比較し、目標出力が許容最大出力未満のときには目標出力を出力し、目標出力が許容最大出力以上のときには許容最大出力を目標出力として出力する。この場合、比較的高い目標出力が比較的低い許容最大出力以上である可能性が高く、比較部１１２は、目標出力として、目標出力受付部１０１が受け付けた目標出力ではなく、許容出力演算部１１１が求めた許容最大出力を目標出力として出力する可能性が高い。すなわち、設定カロリー受付部１０２が受け付ける設定カロリーの値が低い値になるにつれて、比較部１１２は、目標出力として、目標出力受付部１０１が受け付けた目標出力ではなく、許容出力演算部１１１が求めた許容最大出力を目標出力として出力する可能性が高くなる。そこで、ここでは、比較部１１２が許容最大出力を目標出力として出力したとする。
【００８９】
以下、第一制御量算出部１１０は、前述の場合と同様に、減算器１１４が、比較部１１２から出力された目標出力とガスタービン出力受付部１０３が受け付けたガスタービン出力との偏差を求め、ＰＩ制御量演算器１１５が、この偏差に対する比例及び積分制御量を求める。制御量切替部１１７は、コークスプラント５０から異常信号を受け付けていなければ、このＰＩ制御量演算器１１５が求めた制御量を出力する。第一出力部１１８は、この制御量を示す制御信号を燃料流量調節器３９に出力する。
【００９０】
図４を用いて前述したように、設定カロリーの値が低くなれば、ガスタービン１０の許容最大出力は低下し、この許容最大出力よりも高い出力でガスタービン１０を運転しようとすると、空気圧縮機１１がサージングする可能性が極めて高くなる。これに対して、本実施形態では、設定カロリーの値が低くなれば、許容最大出力を目標出力としてフィードバック制御するため、空気圧縮機１１のサージング発生を抑えることができる。しかも、本実施形態では、ガスタービン出力が、目標出力受付部１０１が受け付けた目標出力よりも低い出力になるものの、この目標出力に近い出力を確保することができる。
【００９１】
第二制御量算出部１２０の制御量演算部１２５は、前述の場合と同様、ガスタービン出力受付部１０３が受け付けたガスタービン出力とカロリー切替部１０６からの設定カロリーの値とに対応した空気圧縮機１１の入口案内翼１６の開度を求める。この際、制御量演算部１２５は、図６に示す、設定カロリーの値毎の、ガスタービン出力と空気圧縮機１１の入口案内翼１６（ＩＧＶ）の開度との関係ａ，ｂ，ｃのうちから、カロリー切替部１０６から出力された設定カロリーの値、つまり、設定カロリー受付部１０２が受け付けた設定カロリーの値に対応した関係を抽出する。この場合、設定カロリー受付部１０２が受け付けた設定カロリーの値は、比較的低い値であるため、制御量演算部１２５は、ガスタービン出力に対する入口案内翼１６の開度が比較的大きくなるよう設定されている関係ｂ又はｃを抽出する。そして、制御量演算部１２５は、この関係ｂ又はｃを用いて、ガスタービン出力受付部１０３が受け付けたガスタービン出力に対応する空気圧縮機１１の入口案内翼１６の開度を求める。
【００９２】
そして、第二出力部１２８は、制御量演算部１２５が求めた空気圧縮機１１の入口案内翼１６の開度を示す制御信号を空気圧縮機１１の吸気量調節器１５に出力する。
【００９３】
図４を用いて前述したように、設定カロリーの値が低くなれば、空気圧縮機１１における入口案内翼１６の許容最小開度は大きくなり、この許容最小開度よりも小さな開度で空気圧縮機１１を運転しようとすると、この空気圧縮機１１がサージングする可能性が極めて高くなる。これに対して、本実施形態では、設定カロリーの値が小さくなれば、ガスタービン出力に対する入口案内翼１６の開度が比較的大きくなるよう設定されている関係を用いて、入口案内翼１６の開度を求め、ガスタービン出力に対する入口案内翼１６の開度を比較的大きくしているため、空気圧縮機１１のサージング発生を抑えることができる。
【００９４】
第三制御量算出部１３０の制御量演算部１３１は、設定カロリー受付部１０２が受け付けた設定カロリーの値とカロリー計６６で検知された燃料ガスの単位カロリーとの偏差を用いて、この偏差が無くなるＣＯＧ流量調節弁５６の制御量を求める。この場合、設定カロリー受付部１０２が受け付けた設定カロリーの値は比較的低い値であるため、制御量演算部１３１は、ＣＯＧ流量調節弁５６の制御量として比較的小さい値のＣＯＧ流量になる制御量を求める。
【００９５】
第三制御量算出部１３０の弁開度設定部１３５は、前述したように、制御量演算部１３１が求めた制御量に対する２台のＣＯＧ流量調節弁５６それぞれの弁開度を求める。前述したように、制御量演算部１３１が求めた制御量が比較的小さい値のＣＯＧ流量になる制御量である場合は、第一ＣＯＧ流量調節弁５６ａの１台のみみが稼働対象となり、この制御量が比較的大きい値のＣＯＧ流量になる制御量である場合は、第一及び第二ＣＯＧ流量調節弁５６a，５６ｂの２台が稼動対象になる。ここでは、制御量演算部１３１は比較的小さい値のＣＯＧ流量になる制御量を求めることから、第一ＣＯＧ流量調節弁５６ａの１台のみが稼働対象になる可能性が高い。
【００９６】
第三出力部１３８は、弁開度設定部１３５が求めた弁開度を示す制御信号を、２台のＣＯＧ流量調節弁５６ａ，５６ｂに出力する。この結果、各ＣＯＧ流量調節弁５６ａ，５６ｂは、弁開度設定部１３５が求めた弁開度になる。
【００９７】
流量調節弁は、基本的に、弁開度が大きいときに弁を流れる流体の流量精度に対して、弁開度が小さいときに弁を流れる流体の流量精度の方が悪い傾向にある。本実施形態では、ＣＯＧの流量が小さいときには、２台のＣＯＧ流量調節弁５６ａ，５６ｂのうち、第一ＣＯＧ流量調節弁５６ａのみを稼動し、残りの１台である第二ＣＯＧ流量調節弁５６ｂを全閉とするため、１台のＣＯＧ流量調節弁５６ａを流れるＣＯＧの流量が比較的大きくなり、ＣＯＧ流量を高精度で制御することができる。
【００９８】
なお、２台のＣＯＧ流量調節弁５６ａ，５６ｂを用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、３台以上のＣＯＧ流量調節弁を用いてもよい。この場合、ＣＯＧ流量調節弁の制御量に関する所定値として、ＣＯＧ流量調節弁の台数ｎから１を引いた値（ｎ−１）分の所定値を設定する。具体的に、例えば、ＣＯＧ流量調節弁の台数が４台の場合、３つの所定値を設定する。そして、制御量が最も小さい第一所定値までの場合は、１台のＣＯＧ流量調節弁を稼働対象とし、制御量が第一所定値から次に小さい第二所定値までの場合は、２台のＣＯＧ流量調節弁を稼働対象とする。さらに、制御量が第二所定値から次に小さい第三所定値までの場合は、３台のＣＯＧ流量調節弁を稼働対象とし、制御量が第三所定値より多き場合は、４台のＣＯＧ流量調節弁の全てを稼働対象にする。
【００９９】
以上のように、本実施形態では、設定カロリーの値が比較的低い値になっても、ＣＯＧ流量を高精度で制御できる。よって、本実施形態では、設定カロリーの値が比較的低い値になっても、燃料ガスの単位カロリーを高精度で制御することができる。
【０１００】
また、本実施形態では、設定カロリーの値が比較的低い値になっても、空気圧縮機１１のサージング発生を抑えることができる。よって、本実施形態では、コストの高い高カロリー燃料ガスであるＣＯＧの使用量を少なくしても、ガスタービンプラントを安定運転することができる。
【０１０１】
次に、オペレータがガスタービン１０の目標出力として、最初の場合と同様、比較的高い目標出力を目標出力受付部１０１に入力し、設定カロリーの値として比較的高い値を設定カロリー受付部１０２に入力し、そのときに、コークスプラント５０から異常信号が出力された場合について説明する。
【０１０２】
コークスプラント５０のＣＯＧ送風ファン５２が停止する等の異常があった場合、図７に示すように、コークスプラント５０から出るＣＯＧ流量は、瞬時に少なくなる、又は瞬時に０になる。また、コークスプラント５０からのＣＯＧは、ガスタービンプラントの燃焼器１４に至るまでに、比較的長い配管中を流れることになるため、燃焼器１４に流入するＣＯＧ流量は、コークスプラント５０に異常が発生してから遅れを持って、比較的急激に少なくなる。このため、燃焼器１４に流入する燃料ガスの単位カロリーも、コークスプラント５０に異常が発生してから遅れを持って、比較的急激に低下する。
【０１０３】
第一制御量算出部１１０の制御量切替部１１７は、コークスプラント５０から異常信号を受け付けると、異常時制御量出力部１１６からの制御量を出力する。そして、第一出力部１１８は、この制御量を示す制御信号を燃料流量調節器３９に出力する。
【０１０４】
ところで、コークスプラント５０に異常が発生すると、図７を用いて前述したように、燃焼器１４に流入する燃料ガスの単位カロリーが異常発生から遅れを持って、比較的急激に低下する。また、燃料ガスの単位カロリーが低下すると、ガスタービン１０の許容最大出力も低下する。このため、異常時制御量出力部１１６に記憶されている異常時の制御量は、コークスプラント５０の異常で想定される燃料ガスの低い単位カロリーに対応したガスタービン１０の許容最大出力を目標とする制御量である。
【０１０５】
本実施形態では、コークスプラント５０から異常信号が出力されると、ガスタービン出力と目標出力との偏差に基づくフィードバック制御から、前述したように、異常時制御量出力部１１６が予め記憶している異常時の制御量、つまり、低い単位カロリーに対応した小さい許容最大出力を目標とする制御量の出力制御に切り替わる。このため、コークスプラント５０から異常信号が出力されると、図７に示すように、コークスプラント５０の異常に伴って、燃焼器１４に流入する燃料ガスの単位カロリーが低下する前に、ガスタービン出力が急低下する。
【０１０６】
なお、異常時制御量出力部１１６が異常時目標出力部１１６ａと減算器１１６ｂと、を有して構成している場合、異常時目標出力部１１６ａは、コークスプラント５０の異常で想定される燃料ガスの低い単位カロリーに対応したガスタービン１０の許容最大出力を異常時目標出力として出力する。減算器１１６ｂは、この異常時目標出力とガスタービン出力受付部１０３が受け付けたガスタービン出力との偏差を求め、この偏差を燃料流量調節器３９の制御量として出力する。異常時目標出力は、前述したように、コークスプラント５０の異常で想定される燃料ガスの低い単位カロリーに対応したガスタービン１０の許容最大出力であるから、異常時制御量出力部１１６が異常時目標出力部１１６ａと減算器１１６ｂとを有して構成している場合でも、前述の場合と同様、コークスプラント５０から異常信号が出力されると、燃焼器１４に流入する燃料ガスの単位カロリーが低下する前に、ガスタービン出力が急低下する。
【０１０７】
以上のように、本実施形態では、コークスプラント５０の異常に伴って、燃焼器１４に流入する燃料ガスの単位カロリーが低下する前に、ガスタービン出力を急低下させているので、燃焼器１４に流入する燃料ガスの単位カロリーが低下した結果、ガスタービン出力が低下する場合に比べて、ガスタービンプラントを安定運転することができる。しかも、本実施形態では、コークスプラント５０の異常時に想定されるガスタービン１０の許容最大出力を目標とする制御量を出力するため、コークスプラントの異常時におけるガスタービン出力の低下を最小限に抑えることができる。
【０１０８】
カロリー切替部１０６は、コークスプラント５０からの異常信号を受け付けると、異常時カロリー出力部１０５からの設定カロリーの値を第二制御量算出部１２０に出力する。異常時カロリー出力部１０５に記憶されている異常時の設定カロリーの値は、コークスプラント５０の異常時に想定される燃料ガスの低い単位カロリーの値である。
【０１０９】
このため、第二制御量算出部１２０の制御量演算部１２５は、図６に示す、設定カロリーの値毎の、ガスタービン出力と空気圧縮機１１の入口案内翼１６（ＩＧＶ）の開度との関係ａ，ｂ，ｃのうちから、カロリー切替部１０６から出力された設定カロリーの値、つまり、設定カロリーの値が比較的低い値の関係ｃを抽出する。そして、制御量演算部１２５は、この関係ｃを用いて、ガスタービン出力受付部１０３が受け付けたガスタービン出力に対応する空気圧縮機１１の入口案内翼１６の開度を求める。
【０１１０】
第二出力部１２８は、制御量演算部１２５が求めた空気圧縮機１１の入口案内翼１６の開度を示す制御信号を空気圧縮機１１の吸気量調節器１５に出力する。
【０１１１】
図４を用いて前述したように、燃料ガスの単位カロリーが低くなれば、空気圧縮機１１における入口案内翼１６の許容最小開度は大きくなり、この許容最小開度よりも小さな開度で空気圧縮機１１を運転しようとすると、この空気圧縮機１１がサージングする可能性が極めて高くなる。これに対して、本実施形態では、コークスプラント５０の異常に伴って、燃焼器１４に流入する燃料ガスの単位カロリーが低下する前に、ガスタービン出力に対する入口案内翼１６の開度が比較的大きくなるよう設定されている関係を用いて、入口案内翼１６の開度を求め、ガスタービン出力に対する入口案内翼１６の開度を比較的大きくしているため、空気圧縮機１１のサージング発生を抑えることができる。
【０１１２】
第三制御量算出部１３０の制御量演算部１３１は、カロリー切替部１０６からの設定カロリーの値とカロリー計６６で検知された燃料ガスの単位カロリーとの偏差を用いて、この偏差が無くなるＣＯＧ流量調節弁５６の制御量を求める。カロリー切替部１０６から出力される設定カロリーの値は、コークスプラント５０から異常信号が出力された場合、前述したように、異常時カロリー出力部１０５から出力された設定カロリーの値、つまり、コークスプラント５０の異常時に想定される燃料ガスの低い単位カロリーの値である。この場合、異常時カロリー出力部１０５から出力された設定カロリーの値は比較的低い値であるため、制御量演算部１３１は、ＣＯＧ流量調節弁５６の制御量として比較的小さい値のＣＯＧ流量になる制御量を求める。
【０１１３】
第三制御量算出部１３０の弁開度設定部１３５は、前述したように、制御量演算部１３１が求めた制御量に対する２台のＣＯＧ流量調節弁５６ａ，５６ｂ毎の弁開度を求める。第三出力部１３８は、弁開度設定部１３５が求めた弁開度を示す制御信号を、２台のＣＯＧ流量調節弁５６ａ，５６ｂに出力する。この結果、各ＣＯＧ流量調節弁５６ａ，５６ｂは、弁開度設定部１３５が求めた弁開度になる。この場合、制御量演算部１３１は比較的小さい値のＣＯＧ流量になる制御量を求めることから、第一ＣＯＧ流量調節弁５６ａの１台のみが稼働対象になり、第二ＣＯＧ流量調節弁５６ｂの弁開度は０、つまり第二ＣＯＧ流量調節弁５６ｂは全閉状態になる。
【０１１４】
以上、本実施形態では、経済性の観点から、オペレータ等の意思により、高カロリー燃料ガスであるＣＯＧガスの使用量を少なくすることができる。しかも、本実施形態では、高カロリー燃料ガスの使用量を少なくしても、ガスタービンプラントを安定運転することができる。
【０１１５】
さらに、本実施形態では、高カロリー燃料ガスの発生元であるコークスプラント５０に異常が発生しても、ガスタービンプラントを安定運転することができる。
【０１１６】
なお、異常時カロリー出力部１０５や異常時制御量出力部１１６が記憶している異常時の値は、高カロリー燃料ガスの発生元の一つの異常形態に対応した値のみでもよいが、高カロリー燃料ガスの発生元の複数の異常形態のそれぞれに対応した値であってもよい。この場合、異常時カロリー出力部１０５や異常時制御量出力部１１６は、高カロリー燃料ガスの発生元からの異常信号が示す異常形態に応じた異常時の値を出力することになる。
【０１１７】
また、以上で説明した実施形態は、高カロリー燃料ガスとしてＣＯＧを用い、低カロリー燃料ガスとしてＢＦＧを用いる例であるが、本発明は、これに限定されるものではなく、高カロリー燃料ガスや低カロリー燃料ガスとして他のガスを用いてもよい。
【符号の説明】
【０１１８】
１０…ガスタービン、１１：空気圧縮機、１４：燃焼器、１５：吸気量調節器、１６：入口案内翼、２１：タービン、２４：出力計、２５：発電機、３１：燃料ガス圧縮機、３５：吸気燃料量調節器、３９：燃料流量調節器、４０：製鉄所、４１：高炉、４５：ＢＦＧライン、５０：コークスプラント、５１：コークス炉、５２：ＣＯＧ送風ファン、５５：ＣＯＧライン、５６：ＣＯＧ流量調節弁、６５：主燃料ガスライン、６６：カロリー計、１００：制御装置、１０１：目標出力受付部、１０２：設定カロリー受付部、１０３：ガスタービン出力受付部、１０４：検知カロリー受付部、１０５：異常時カロリー出力部、１０６：カロリー切替部、１１０：第一制御量算出部、１１１：許容出力演算部、１１２：比較部、１１３：（第一制御量算出部の）制御量演算部、１１６：異常時制御量出力部、１１６ａ：異常時目標出力部、１１６ｂ：減算器１１６ｂ、１１７：制御量切替部、１１８：第一出力部、１２０：第二制御量算出部、１２５：（第二制御量算出部の）制御量演算部、１２８：第二出力部、１３０：第三制御量算出部、１３１：（第三制御量算出部の）制御量演算部、１３２：減算器、１３３：ＰＩ制御量演算器、１３５：弁開度設定部、１３８：第三出力部
【図１】
0005984558.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0005984558.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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