(57)【要約】ガスタービンにおける負荷の変動に対する応答性の向上を図るとともに、その製造を容易にして製造コストの低減を図ることができる燃料供給装置およびガスタービン発電プラントを提供する。燃料供給系統を流れる燃料の流量を調節する複数の流量調節弁（１３Ｐ，１３Ｍ，１３Ｔ）と、少なくとも、燃料の流れに対する流量調節弁（１３Ｐ，１３Ｍ，１３Ｔ）より上流側の燃料圧力、流量調節弁（１３Ｐ，１３Ｍ，１３Ｔ）より下流側の燃料圧力として予め定められた圧力、および、異なる種類の燃料ノズルのうちの一の燃料ノズルに供給する燃料流量とに基づいて、一の燃料ノズルに対応する流量調節弁（１３Ｐ，１３Ｍ，１３Ｔ）における必要流量係数を算出する算出部（２１）と、必要流量係数に基づいて、一の燃料ノズルに対応する流量調節弁（１３Ｐ，１３Ｍ，１３Ｔ）の弁開度を制御する弁制御部（２３）と、が設けられている。
2013105406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの燃焼器に設けられた燃料ノズルに対して供給される燃料流量を制御する燃料供給装置であって、
前記燃料ノズルに燃料を供給する燃料供給系統に設けられ、該燃料供給系統を流れる燃料の流量を調節する複数の流量調節弁と、
少なくとも、前記燃料の流れに対する前記流量調節弁より上流側の燃料圧力、前記流量調節弁より下流側の燃料圧力として予め定められた圧力、および、前記燃料ノズルに供給する燃料流量とに基づいて、前記燃料ノズルに対応する流量調節弁における必要流量係数を算出する算出部と、
前記必要流量係数に基づいて、前記流量調節弁の弁開度を制御する弁制御部と、
が設けられている燃料供給装置。
【請求項２】
前記流量調節弁より上流側の燃料圧力を測定する圧力測定部が設けられ、
前記必要流量係数の算出に用いられる前記上流側の燃料圧力として、前記圧力測定部により測定された圧力が用いられる請求項１記載の燃料供給装置。
【請求項３】
前記燃料ノズルは、異なる種類の燃料ノズルであって、
前記異なる種類の燃料ノズルに対して、それぞれ独立して燃料を供給する複数の燃料供給系統に設けられ、該燃料供給系統を流れる燃料の流量を調節する複数の流量調節弁と、
少なくとも、前記燃料の流れに対する前記流量調節弁より上流側の燃料圧力、前記流量調節弁より下流側の燃料圧力として予め定められた圧力、および、前記異なる種類の燃料ノズルのうちの一の燃料ノズルに供給する燃料流量とに基づいて、前記一の燃料ノズルに対応する流量調節弁における必要流量係数を算出する算出部と、
前記必要流量係数に基づいて、前記一の燃料ノズルに対応する流量調節弁の弁開度を制御する弁制御部と、
が設けられている請求項１又は２に記載の燃料供給装置。
【請求項４】
前記燃料供給系統の全てに燃料を供給する共通系統に設けられ、前記流量調節弁より上流側の燃料圧力を所定の値に調節する圧力調節部が設けられ、
前記必要流量係数の算出に用いられる前記上流側の燃料圧力として、予め定められた圧力が用いられる請求項３記載の燃料供給装置。
【請求項５】
前記一の燃料ノズルに供給する燃料流量は、前記ガスタービンの負荷に基づき定まる前記燃焼器に対して供給すべき全燃料流量、および、前記異なる種類の燃料ノズルの間の燃料分配比から算出され、
前記上流側の燃料圧力は、前記全燃料流量に基づいて定められる圧力である請求項４記載の燃料供給装置。
【請求項６】
前記一の燃料ノズルに供給する燃料流量は、前記ガスタービンの負荷に基づき定まる前記燃焼器に対して供給すべき全燃料流量、および、前記異なる種類の燃料ノズルの間の燃料分配比から算出され、
前記下流側の燃料圧力は、前記全燃料流量に基づいて定められる圧力である請求項３から５のいずれかに記載の燃料供給装置。
【請求項７】
前記下流側の燃料圧力は、前記燃料ノズルが配置された車室内の圧力に基づいて算出された圧力であり、
前記燃料ノズルが配置された車室内の圧力は、前記全燃料流量に基づいて予め定められた圧力である請求項６記載の燃料供給装置。
【請求項８】
前記算出部において算出された前記必要流量係数を、少なくとも、前記車室内の圧力の実測値に基づいて補正する補正部が、さらに設けられている請求項７記載の燃料供給装置。
【請求項９】
空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮された空気および燃料の混合気を燃焼させて高温の燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼ガスから回転駆動力を抽出するタービン部と、
前記燃焼器に前記燃料を供給する請求項１から８のいずれかに記載の燃料供給装置と、
が設けられているガスタービン発電プラント。
【請求項１０】
ガスタービンの燃焼器に設けられた燃料ノズルに対して供給される燃料流量を制御する燃料流量制御装置であって、
少なくとも、前記燃料の流れに対する前記燃料ノズルに対して供給される燃料流量を調節する流量調節弁より上流側の燃料圧力、前記流量調節弁より下流側の燃料圧力として予め定められた圧力、および、前記燃料ノズルに供給する燃料流量とに基づいて、前記燃料ノズルに対応する流量調節弁における必要流量係数を算出する算出部と、
前記必要流量係数に基づいて、前記流量調節弁の弁開度を制御する弁制御部と、が設けられている燃料流量制御装置。
【請求項１１】
前記必要流量係数の算出に用いられる前記上流側の燃料圧力として、測定された圧力が用いられる請求項１０記載の燃料流量制御装置。
【請求項１２】
前記燃料ノズルは、異なる種類の燃料ノズルであって、少なくとも、前記燃料の流れに対する前記異なる種類の燃料ノズルに対して供給される燃料流量を調節する流量調節弁より上流側の燃料圧力、前記流量調節弁より下流側の燃料圧力として予め定められた圧力、および、前記異なる種類の燃料ノズルのうちの一の燃料ノズルに供給する燃料流量とに基づいて、前記一の燃料ノズルに対応する流量調節弁における必要流量係数を算出する算出部と、
前記必要流量係数に基づいて、前記一の燃料ノズルに対応する流量調節弁の弁開度を制御する弁制御部と、が設けられている請求項１０又は１１に記載の燃料流量制御装置。
【請求項１３】
前記必要流量係数の算出に用いられる前記上流側の燃料圧力として、予め定められた圧力が用いられる請求項１２記載の燃料流量制御装置。
【請求項１４】
前記一の燃料ノズルに供給する燃料流量は、前記ガスタービンの負荷に基づき定まる前記燃焼器に対して供給すべき全燃料流量、および、前記異なる種類の燃料ノズルの間の燃料分配比から算出され、
前記上流側の燃料圧力は、前記全燃料流量に基づいて定められる圧力である請求項１３記載の燃料流量制御装置。
【請求項１５】
前記一の燃料ノズルに供給する燃料流量は、前記ガスタービンの負荷に基づき定まる前記燃焼器に対して供給すべき全燃料流量、および、前記異なる種類の燃料ノズルの間の燃料分配比から算出され、
前記下流側の燃料圧力は、前記全燃料流量に基づいて定められる圧力である請求項１２から１４のいずれかに記載の燃料流量制御装置。
【請求項１６】
前記下流側の燃料圧力は、前記燃料ノズルが配置された車室内の圧力に基づいて算出され、
前記燃料ノズルが配置された車室内の圧力は、前記全燃料流量に基づいて予め定められた圧力である請求項１５記載の燃料流量制御装置。
【請求項１７】
前記算出部において算出された前記必要流量係数を、少なくとも、前記車室内の圧力の実測値に基づいて補正する補正部が、さらに設けられている請求項１６記載の燃料流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料供給装置、燃料流量制御装置、およびガスタービン発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンには、圧縮機や、燃焼器や、タービン部などが、主に設けられている。
そのうちの燃焼器としては、高負荷時におけるＮＯｘ排出量の低減と、低負荷時における燃焼安定性と、を図るために、複数種類の燃料ノズルを備えたもの、例えばＤＬＮ（Ｄｒｙ  Ｌｏｗ  ＮＯｘ）燃焼器などが知られている（例えば、特許文献１参照。）。【０００３】
上述の燃焼器としては、予混合燃焼用のメインノズルと、拡散燃焼用のパイロットノズルを備えたものや、これに加えて、更なるＮＯｘ排出量の低減を目的とした予混合燃焼用のトップハットノズルを備えたものが知られている。【０００４】
ガスタービンには、さらに、燃焼器に燃料を供給する燃料系統が設けられており、当該燃料系統は、上述のメインノズルやパイロットノズル等、各種の燃料ノズルに対して独立して燃料を供給するように構成されている。その一方で、上述の燃料系統には、メインノズル等に対して供給される燃料の圧力や、流量を調節する各種の調整弁が配置されている。【０００５】
上述の特許文献１には、各種の燃料ノズルに燃料を供給する各燃料系統に対して、燃料流れの上流側から順に、圧力調整弁、流量調整弁、および、メインノズル等が並んで配置された実施例が記載されている。【０００６】
ここで、圧力調整弁は、流量調整弁差圧、つまり、流量調整弁の上流側における燃料の圧力と下流側の間の燃料の圧力との差、を一定に保つ働きをするものであり、流量調整弁は、下流側に配置されたメインノズル等に供給される燃料の流量を調節するものである。【０００７】
流量調整弁は差圧が一定の条件の下で制御され、燃料の流量は、流量調整弁の流量係数（Ｃｖ値）に基づく演算により決定されている。特許文献１に記載された発明の場合、流量調整弁における燃料の流れは、常に、非チョークフロー域となっている。そのため、Ｃｖ値の演算に用いられる圧力項は、流量調整弁の下流側圧力の関数として表されることとなる。【０００８】
ここで、非チョークフロー域とは、流量調整弁の出口（下流側）における燃料の圧力Ｐｏｕｔと、入り口（上流側）における燃料の圧力Ｐｉｎとが、以下の関係を満たす領域のことである。
Ｐｏｕｔ  ＞  Ｐｉｎ／２【０００９】
具体的には、各圧力調整弁は、それぞれの燃料系統に設けられた流量調整弁における差圧を一定に保つように制御される。その一方で、流量調整弁は、差圧が一定の条件の下で、実測された流量調整弁下流側の燃料圧力と温度、および、外部から入力されたメインノズル等に供給すべき燃料流量から算出された弁開度に基づいて制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−７７８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述の特許文献１に記載された発明では、流量制御弁差圧よりも、圧力制御弁差圧（つまり、圧力調整弁の上流側における燃料の圧力と下流側の間の燃料の圧力との差）が大きくなっている。そのため、燃料系統全体の応答性は、圧力制御弁の応答性に依存することとなる。【００１２】
圧力制御弁は、ハンチング等の問題を発生するおそれがあることから、応答性を早くするにも限界がある。そのため、燃料系統全体における応答性の向上は、圧力制御弁の応答性によって制限されるという問題があった。【００１３】
その一方で、複数の燃料系統が設けられ、かつ、各燃料系統に圧力調節弁、および、流量調整弁が設けられているため、必要な弁の数が多くなり、製造コストがかかるという問題があった。さらに、多くの弁を配置する必要があることから、燃料系統の配置空間の確保が困難になるとともに、小型化を図ることが困難になるという問題があった。【００１４】
その他にも、圧力制御弁により流量調整弁差圧を一定に制御することから、圧力制御弁上流側の燃料圧力を所定の高い圧力に保つ必要がある。特許文献１の発明では、これを実現するために昇圧設備をガスタービン発電プラントに設ける必要があり、製造コストが高くなるという問題があった。【００１５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ガスタービンにおける負荷の変動に対する応答性の向上を図るとともに、その製造を容易にして製造コストの低減を図ることができる燃料供給装置、燃料流量制御装置、およびガスタービン発電プラント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】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様に係る燃料供給装置は、ガスタービンの燃焼器に設けられた燃料ノズルに対して供給される燃料流量を制御する燃料供給装置であって、前記燃料ノズルに対して、燃料を供給する燃料供給系統に設けられ、該燃料供給系統を流れる燃料の流量を調節する流量調節弁と、少なくとも、前記燃料の流れに対する前記流量調節弁より上流側の燃料圧力、前記流量調節弁より下流側の燃料圧力として予め定められた圧力、および、前記燃料ノズルに供給する燃料流量とに基づいて、前記燃料ノズルに対応する流量調節弁における必要流量係数を算出する算出部と、前記必要流量係数に基づいて、前記燃料ノズルに対応する流量調節弁の弁開度を制御する弁制御部と、が設けられている。
本発明の第２の態様に係る燃料流量制御装置は、ガスタービンの燃焼器に設けられた燃料ノズルに対して供給される燃料流量を制御する燃料流量制御装置であって、少なくとも、前記燃料の流れに対する前記燃料ノズルに対して供給される燃料流量を調節する流量調節弁より上流側の燃料圧力、前記流量調節弁より下流側の燃料圧力として予め定められた圧力、および、前記燃料ノズルに供給する燃料流量とに基づいて、前記燃料ノズルに対応する流量調節弁における必要流量係数を算出する算出部と、前記必要流量係数に基づいて、前記流量調節弁の弁開度を制御する弁制御部と、が設けられている。【００１７】
上記第１の態様および第２の態様によれば、燃料ノズルに供給される燃料の流量は、流量調節弁の弁開度を制御することにより調節される。そのため、上記第１の態様の燃料供給装置および第２の態様の燃料流量制御装置は、特許文献１に記載された発明と比較して、燃料ノズルに供給される燃料の流量を変更する入力に対する応答性が早くなる。【００１８】
具体的には、上述の燃料流量を変更する入力に対して、上記第１の態様の燃料供給装置および第２の態様の燃料流量制御装置は、主として流量調整弁の弁開度を制御することにより対応する。つまり、流量調整弁と比較して応答性の遅い圧力調節弁などを用いることなく対応することができる。
そのため、上述の燃料流量を変更する入力に対して、圧力調節弁および流量調節弁を用いて対応する特許文献１の発明と比較して、上記第１の態様の燃料供給装置および第２の態様の燃料流量制御装置は早く応答することができる。【００１９】
一方で、圧力調節弁が設けられていないため、燃料供給系統のそれぞれに圧力調節弁を設けた特許文献１の発明と比較して、圧力調節弁の数を減らすことができる。そのため、上記第１の態様の燃料供給装置の配置に必要な空間が少なくなり、ガスタービン発電プラントへの配置が容易となる。
さらに、圧力調節弁における圧力損失を考慮する必要がないため、燃焼器に供給される燃料の圧力を、特許文献１の発明の場合と比較して低く抑えることができる。【００２０】
さらに、流量調節弁における弁開度の制御に、上述の上流側の燃料圧力、下流側の圧力等を用いて、チョーク領域および非チョーク領域の両領域にて制御可能である。【００２１】
上記第１の態様の燃料供給装置には、前記流量調節弁より上流側の燃料圧力を測定する圧力測定部が設けられていてもよい。また、上記第１の態様および第２の態様においては、前記必要流量係数の算出に用いられる前記上流側の燃料圧力として、測定された圧力が用いられることが望ましい。【００２２】
上記第１の態様および第２の態様によれば、測定された上流側の燃料圧力に基づいて必要流量係数が算出される。そのため、供給される燃料の圧力に変動があっても、変動後の燃料の圧力に基づいて必要流量係数が算出され、この必要流量係数に基づいて流量調節弁の弁開度が制御されることになる。【００２３】
上記第１の態様においては、前記燃料ノズルは、異なる種類の燃料ノズルであって、前記異なる種類のノズルに対して、それぞれ独立して燃料を供給する複数の燃料供給系統に設けられ、該燃料供給系統を流れる燃料の流量を調節する複数の流量調節弁が設けられていてもよい。また、上記第１の態様および第２の態様においては、少なくとも、前記燃料の流れに対する前記異なる種類の燃料ノズルに対して供給される燃料流量を調節する流量調節弁より上流側の燃料圧力、前記流量調節弁より下流側の燃料圧力として予め定められた圧力、および、前記異なる種類の燃料ノズルのうちの一の燃料ノズルに供給する燃料流量とに基づいて、前記一の燃料ノズルに対応する流量調節弁における必要流量係数を算出する算出部と、前記必要流量係数に基づいて、前記一の燃料ノズルに対応する流量調節弁の弁開度を制御する弁制御部と、が設けられていてもよい。【００２４】
ここで、燃料ノズルの種類が異なるとは、メインノズル、パイロットノズル、および、トップハットノズルなどのように、燃料の供給を受ける燃料供給系統が異なることを意味している。【００２５】
上記第１の態様においては、前記燃料供給系統の全てに燃料を供給する共通系統に設けられ、前記流量調節弁より上流側の燃料圧力を所定の値に調節する圧力調節部が設けられていてもよい。また、上記第１の態様および第２の態様においては、前記必要流量係数の算出に用いられる前記上流側の燃料圧力として、予め定められた圧力が用いられることが望ましい。【００２６】
上記第１の態様によれば、圧力調節部は、全ての燃料供給系統に燃料を供給する共通系統に配置されていることから、それぞれの燃料供給系統に対する燃料分配比率の変化の影響を受けることがない。そのため、圧力調節部に求められる仕様の多様性が抑えられ、圧力調節部における仕様の共通化を図ることが容易となる。【００２７】
その一方で、圧力調節部は、流量調節弁に対して上流側の燃料圧力を所定の値、例えば一定の値に制御するものであるため、流量調節弁における差圧を一定に保つ特許文献１の発明の圧力調節弁と比較して、応答性の要求が遅く、圧力調節部における圧力損失を抑制することができる。そのため、共通系統および圧力調節部に供給される燃料の圧力を、特許文献１の発明の場合と比較して、低く抑えることができる。【００２８】
さらに、共通系統に供給される燃料の圧力に変動があっても、圧力調節部により所定の値に調節される。このように、流量調節弁に流入する燃料の圧力の変動が抑えられるため、実際の上流側の燃料圧力と、必要流量係数の算出に用いられる予め定められた圧力との間の圧力差が小さくなる。【００２９】
上記第１の態様および第２の態様においては、必要流量係数の算出に、予め定められた上流側の燃料圧力を用いるため、実際に測定された上流側の燃料圧力を用いる方法と比較して、測定された燃料圧力における変動の影響を受けることなく必要流量係数を算出することができる。【００３０】
上記第１の態様および第２の態様においては、前記一の燃料ノズルに供給する燃料流量は、前記ガスタービンの負荷に基づき定まる前記燃焼器に対して供給すべき全燃料流量、および、前記異なる種類の燃料ノズルの間の燃料分配比から算出され、前記上流側の燃料圧力は、前記全燃料流量に基づいて定められる圧力であることが望ましい。【００３１】
上記第１の態様および第２の態様によれば、一の燃料ノズルに供給すべき燃料流量と、実際に一の燃料ノズルに供給された燃料流量との一義性を確保することができる。
例えば、流量調節弁の上流側で実際に測定された燃料圧力を用いて必要流量係数を算出すると、過渡状態において一の燃料ノズルに供給すべき燃料流量と、実際に一の燃料ノズルに供給された燃料流量との間の一義性が保たれず、ガスタービンの制御性が悪化するおそれがある。
言い換えると、必要流量係数の算出に、予め定められた上流側の燃料圧力を用いるため、実際に測定された上流側の燃料圧力を用いる方法と比較して、測定された燃料圧力における変動の影響を受けることなく必要流量係数を算出することができる。【００３２】
上記第１の態様および第２の態様においては、前記一の燃料ノズルに供給する燃料流量は、前記ガスタービンの負荷に基づき定まる前記燃焼器に対して供給すべき全燃料流量、および、前記異なる種類の燃料ノズルの間の燃料分配比から算出され、前記下流側の燃料圧力は、前記全燃料流量に基づいて定められる圧力であることが望ましい。【００３３】
上記第１の態様および第２の態様によれば、必要流量係数の算出に、予め定められた下流側の燃料圧力を用いるため、実際に測定された下流側の燃料圧力を用いる方法と比較して、算出された必要流量係数に対する測定された燃料ガス圧力の変動の影響を抑制できる。【００３４】
さらに、実際に測定された下流側の燃料圧力のみを用いる方法と比較して、異なる種類の燃料ノズルの間における燃料の分配比に対する測定された燃料ガス圧力の影響を抑制することができる。
例えば、異なる種類の燃料ノズルに対応する複数の実際に測定された下流側の燃料圧力のうち、少なくとも一つが、測定装置の異常等により不正確な燃料圧力であった場合、その不正確な燃料圧力に基づいて必要流量係数が算出されることとなり、異なる種類の燃料ノズルの間における燃料の分配比に影響がでる。【００３５】
しかしながら、予め定められた下流側の燃料圧力を用いて必要流量係数を算出することにより、測定装置の異常等による影響を排除でき、異なる種類の燃料ノズルの間における燃料の分配比への影響を抑制することができる。【００３６】
上記第１の態様および第２の態様においては、前記下流側の燃料圧力は、燃料ノズルが配置された車室内の圧力に基づいて算出された圧力であり、燃料ノズルが配置された車室内の圧力は、前記全燃料流量に基づいて予め定められた圧力であることが望ましい。【００３７】
上記第１の態様および第２の態様によれば、必要流量係数の算出に、予め定められた車室内の圧力に基づいて算出した下流側の燃料圧力を用いるため、実際に測定された下流側の燃料圧力を用いる方法と比較して、測定された燃料圧力における変動の影響を受けることなく必要流量係数を算出することができる。【００３８】
さらに、予め定められた車室内の圧力を共通のパラメータとして、燃料ノズルのそれぞれに対応する下流側の燃料圧力を算出し、必要流量係数を算出することができる。そのため、車室内の圧力を用いない方法と比較して、燃料ノズルの間の燃料の分配を適切に行うことができる。【００３９】
その一方で、予め定められた下流側の燃料圧力を用いた場合、予め定められた下流側の燃料圧力と、実際の下流側の燃料圧力との差圧が大きくなった場合に、燃料ノズルごとに予め定められた下流側の燃料圧力の変更する必要があり、その変更が困難となる。特に、ガスタービン発電プラントが設置された現地における変更が困難となる。
これに対して、予め定められた車室内の圧力に基づいて下流側の燃料圧力を算出する方法では、一つの予め定められた車室内の圧力のみを変更すればよく、その対応が容易となる。【００４０】
さらに、下流側の燃料圧力の算出方法としては、上述の予め定められた車室内の圧力の他に、一の燃料ノズルにおける圧力損失に基づいて算出する方法が望ましい。さらに、燃料供給系統における流量調節弁から一の燃料ノズルまでの圧力損失にも基づいて、下流側の燃料圧力を算出する方法がより望ましい。【００４１】
つまり、異なる種類の燃料ノズルのそれぞれに対応する各流量調節弁より下流側の燃料圧力を算出する場合に、共通する予め定められた車室内の圧力と、異なる種類の燃料ノズルのそれぞれに対応する圧力損失と、に基づいて上述の異なる種類の燃料ノズルのそれぞれに対応する下流側の燃料圧力を算出することができる。【００４２】
さらに、燃料供給系統における流量調節弁から一の燃料ノズルまでの圧力損失に基づくことにより、上述の異なる種類の燃料ノズルのそれぞれに対応する下流側の燃料圧力を、より正確に算出することができる。【００４３】
上記第１の態様および第２の態様においては、前記算出部において算出された前記必要流量係数を、少なくとも、前記車室内の圧力の実測値に基づいて補正する補正部が、さらに設けられていることが望ましい。【００４４】
上記第１の態様および第２の態様によれば、算出部により算出された必要流量係数に含まれる偏差を、車室内の圧力の実測値により補正することができる。
具体的には、必要流量係数の算出に用いられた車室内の圧力に、誤差や偏差などが含まれていたことにより、算出された必要流量係数に含まれることとなった偏差を補正することができる。【００４５】
本発明の第３の態様に係るガスタービン発電プラントは、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮された空気および燃料の混合気を燃焼させて高温の燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスから回転駆動力を抽出するタービン部と、前記燃焼器に前記燃料を供給する上記第１の態様のいずれかの燃料供給装置と、が設けられている。【００４６】
上記第３の態様によれば、上記第１の態様の燃料供給装置が設けられているため、燃料ノズルのそれぞれに供給される燃料の流量を変更する入力に対する応答性が早くなる。
さらに、上記第１の態様の燃料供給装置をガスタービン発電プラントに配置しやすくなる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明の燃料供給装置、燃料流量制御装置、およびガスタービン発電プラントによれば、流量調節弁の弁開度を制御することにより、燃料ノズルに供給される燃料の流量が調節されるため、応答性の向上を図ることができるという効果を奏する。【００４８】
その一方で、圧力調節弁が設けられていないため、燃料供給装置を小型化することができるとともに、燃料供給装置のガスタービン発電プラントへの配置が容易となり、ガスタービン発電プラントの製造が容易になり、製造コストの低減を図ることができるという効果を奏する。【００４９】
さらに、圧力調節弁における圧力損失を考慮する必要がない、または圧力損失が小さいため、燃焼器に供給される燃料の圧力を低く抑えることができる。そのため、燃料を供給する設備に要求される性能を抑えることができることから、ガスタービン発電プラントの製造コストの低減を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るガスタービン発電プラントの構成の概略を説明する模式図である。
【図２】図１の燃料供給部および燃焼器における燃料ガスの流れを説明する模式図である。
【図３】図２の制御部の構成を説明するブロック図である。
【図４】図３の制御装置における燃料ガスの供給制御方法を説明するフローチャートである。
【図５】図３の制御装置における燃料ガスの供給制御ロジックを説明する図である。
【図６】図３の制御装置における燃料ガスの供給制御ロジックを説明する図である。
【図７】図３の制御装置における燃料ガスの供給制御ロジックを説明する図である。
【図８】図３の制御装置における燃料ガスの供給制御ロジックを説明する図である。
【図９】ＣＳＯと燃料流量指令値Ｇｆとの関係を説明するグラフである。
【図１０】ＣＳＯと車室内圧力の設定との関係を説明するグラフである。
【図１１】ＩＧＶの角度αと第１補正値との関係を説明するグラフである。
【図１２】大気の温度Ｔａと第２補正値との関係を説明するグラフである。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係るガスタービン発電プラントにおける燃料供給部および燃焼器における燃料ガスの流れを説明する模式図である。
【図１４】図１３の制御部の構成を説明するブロック図である。
【図１５】図１３の制御装置における燃料ガスの供給制御方法を説明するフローチャートである。
【図１６】ガスタービン負荷に対する各部における燃料ガス圧力の変化を説明するグラフである。
【図１７】本発明の第２の実施形態の変形例に係るガスタービン発電プラントにおける燃料供給部および燃焼器における燃料ガスの流れを説明する模式図である。
【図１８】図１７の燃料供給部の構成を説明するブロック図である。
【図１９】図１７の燃料供給部による制御を説明するフローチャートである。
【図２０】図１７の燃料供給部における制御ロジックの一部を説明する図である。
【図２１】図１７の燃料供給部における制御ロジックの一部を説明する図である。
【図２２】図１７の燃料供給部における制御ロジックの一部を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態について図１から図１２を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るガスタービン発電プラントの構成の概略を説明する模式図である。
ここでは、本実施形態におけるガスタービン発電プラント１を、気体の燃料ガスを燃料として用いるものであって、例えば、発電設備などにおいて発電機を回転駆動して発電を行うガスタービン発電プラントに適用して説明する。
【００５２】
ガスタービン発電プラント１には、図１に示すように、圧縮機２と、燃焼器３と、タービン部４と、燃料供給部（燃料供給装置）５と、発電機６と、が主に設けられている。
【００５３】
圧縮機２は、図１に示すように、外部の空気である大気を吸入して圧縮し、圧縮された空気を燃焼器３に供給するものである。
なお、圧縮機２としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。
【００５４】
燃焼器３は、図１に示すように、圧縮機２により圧縮された空気、および、外部から供給された燃料ガスを混合させ、混合された混合気を燃焼させることにより、高温の燃焼ガスを生成するものである。
【００５５】
タービン部４は、図１に示すように、燃焼器３により生成された高温ガスの供給を受けて回転駆動力を発生させ、発生した回転駆動力を回転軸７に伝達するものである。
なお、タービン部４としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。
【００５６】
発電機６は、タービン部４から伝達された回転駆動力を用いて発電を行うものである。
なお、発電機６としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。
【００５７】
図２は、図１の燃料供給部および燃焼器における燃料ガスの流れを説明する模式図である。
燃料供給部５は、図１に示すように、燃焼器３に燃料ガスを供給するものである。具体的には、図２に示すように、燃焼器３に設けられたパイロットノズル（燃料ノズル）１１Ｐ、メインノズル（燃料ノズル）１１Ｍ、および、トップハットノズル（燃料ノズル）１１Ｔに燃料ガスを供給するものである。
【００５８】
ここで、パイロットノズル１１Ｐは、燃焼の安定化などを図ることを目的とした拡散燃焼用のノズルである。メインノズル１１ＭはＮＯｘ低減を図ることを目的とした予混合燃焼用のノズルである。
トップハットノズル１１Ｔは、さらにＮＯｘ低減を図ることを目的とした予混合燃焼用のノズルである。
【００５９】
なお、パイロットノズル１１Ｐ、メインノズル１１Ｍ、および、トップハットノズル１１Ｔを備えた燃焼器３の構成としては、例えば上述の特許文献１に示された構成など、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
【００６０】
燃料供給部５には、共通系統１０Ｃと、メイン燃料供給系統（燃料供給系統）１０Ｍと、パイロット燃料供給系統（燃料供給系統）１０Ｐと、トップハット燃料供給系統（燃料供給系統）１０Ｔと、制御装置（燃料流量制御装置）２０と、が主に設けられている。
【００６１】
共通系統１０Ｃは、図２に示すように、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、メイン燃料供給系統１０Ｍ、およびトップハット燃料供給系統１０Ｔに燃料ガスを供給する系統である。
共通系統１０Ｃにおける一方の端部は、燃料ガスを供給する供給部１１Ｃと接続され、他方の端部は、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、メイン燃料供給系統１０Ｍ、およびトップハット燃料供給系統１０Ｔと接続されている。
【００６２】
さらに、共通系統１０Ｃには、燃料ガスの圧力を測定する共通圧力センサ（圧力測定部）１２Ｃと、燃料ガスの温度を測定する共通温度センサ１３Ｃと、が設けられている。
共通圧力センサ１２Ｃは、燃料ガスの流れに対して、後述するパイロット流量調節弁１３Ｐ、メイン流量調節弁１３Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔよりも上流側の燃料ガス圧力Ｐ１ｍを測定するものである。
【００６３】
パイロット燃料供給系統１０Ｐは、図２に示すように、パイロットノズル１１Ｐに燃料ガスを供給する系統である。
パイロット燃料供給系統１０Ｐの一方の端部は共通系統１０Ｃに接続され、他方の端部はパイロットノズル１１Ｐに燃料を供給するパイロットマニホールド１２Ｐに接続されている。
【００６４】
さらに、パイロット燃料供給系統１０Ｐには、燃料ガスの流量を制御するパイロット流量調節弁（流量調節弁）１３Ｐが設けられている。
パイロット流量調節弁１３Ｐは、パイロットノズル１１Ｐに供給される燃料ガスの流量を調節する弁である。
なお、パイロット流量調節弁１３Ｐとしては、公知の弁を用いることができ、特に限定するものではない。
【００６５】
パイロットマニホールド１２Ｐは、図２に示すように、パイロット燃料供給系統１０Ｐから供給された燃料ガスを、複数のパイロットノズル１１Ｐに分配するものである。
パイロットマニホールド１２Ｐには、パイロット燃料供給系統１０Ｐおよび複数のパイロットノズル１１Ｐと燃料ガスが流通可能に接続されている。
なお、パイロットマニホールド１２Ｐの形状としては、公知の形状を用いることができ、特に限定するものではない。
【００６６】
メイン燃料供給系統１０Ｍは、図２に示すように、メインノズル１１Ｍに燃料ガスを供給する系統である。
メイン燃料供給系統１０Ｍの一方の端部は共通系統１０Ｃに接続され、他方の端部はメインノズル１１Ｍに燃料を供給するメインマニホールド１２Ｍに接続されている。
【００６７】
さらに、メイン燃料供給系統１０Ｍには、燃料ガスの流量を制御するメイン流量調節弁（流量調節弁）１３Ｍが設けられている。
メイン流量調節弁１３Ｍは、メインノズル１１Ｍに供給される燃料ガスの流量を調節する弁である。
なお、メイン流量調節弁１３Ｍとしては、公知の弁を用いることができ、特に限定するものではない。
【００６８】
メインマニホールド１２Ｍは、図２に示すように、メイン燃料供給系統１０Ｍから供給された燃料ガスを、複数のメインノズル１１Ｍに分配するものである。
メインマニホールド１２Ｍには、メイン燃料供給系統１０Ｍおよび複数のメインノズル１１Ｍと燃料ガスが流通可能に接続されている。
なお、メインマニホールド１２Ｍの形状としては、公知の形状を用いることができ、特に限定するものではない。
【００６９】
トップハット燃料供給系統１０Ｔは、図２に示すように、トップハットノズル１１Ｔに燃料ガスを供給する系統である。
トップハット燃料供給系統１０Ｔの一方の端部は共通系統１０Ｃに接続され、他方の端部はトップハットノズル１１Ｔに燃料を供給するトップハットマニホールド１２Ｔに接続されている。
【００７０】
さらに、トップハット燃料供給系統１０Ｔには、燃料ガスの流量を制御するトップハット流量調節弁（流量調節弁）１３Ｔが設けられている。
トップハット流量調節弁１３Ｔは、トップハットノズル１１Ｔに供給される燃料ガスの流量を調節する弁である。
なお、トップハット流量調節弁１３Ｔとしては、公知の弁を用いることができ、特に限定するものではない。
【００７１】
トップハットマニホールド１２Ｔは、図２に示すように、トップハット燃料供給系統１０Ｔから供給された燃料ガスを、複数のトップハットノズル１１Ｔに分配するものである。
トップハットマニホールド１２Ｔには、トップハット燃料供給系統１０Ｔおよび複数のトップハットノズル１１Ｔと燃料ガスが流通可能に接続されている。
なお、トップハットマニホールド１２Ｔの形状としては、公知の形状を用いることができ、特に限定するものではない。
【００７２】
図３は、図２の制御部の構成を説明するブロック図である。
制御装置２０は、図２および図３に示すように、パイロット流量調節弁１３Ｐ、メイン流量調節弁１３Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔにおける弁開度を制御するものである。
制御装置２０には、図３に示すように、算出部２１と、補正部２２と、弁制御部２３と、が設けられている。
なお、制御装置２０における制御の詳細は以下に説明する。
【００７３】
算出部２１は、負荷指令に基づいて燃料流量指令値（以下、「ＣＳＯ」と表記する。）を算出するとともに、パイロット燃料流量指令（以下、「ＰＬ＿ＣＳＯ」と表記する。）、メイン燃料流量指令（以下、「Ｍ＿ＣＳＯ」と表記する。）、トップハット燃料流量指令（以下、「ＴＨ＿ＣＳＯ］と表記する。）を算出するものである。
【００７４】
さらに、算出部２１は、パイロット流量調節弁１３Ｐに関する必要流量係数（以下、「ＰＬ＿Ｃｖ」と表記する。）、メイン流量調節弁１３Ｍに関する必要流量係数（以下、「Ｍ＿Ｃｖ」と表記する。）、および、トップハット流量調節弁１３Ｔに関する必要流量係数（以下、「ＴＨ＿Ｃｖ」と表記する。）を算出するものである。
【００７５】
補正部２２は、算出部により算出されたＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値を補正するものである。
【００７６】
弁制御部２３は、補正部２２より補正されたＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値に基づいて、それぞれパイロット流量調節弁１３Ｐの弁開度（以下、「ＰＬ＿Ｌｉｆｔ」と表記する。）、メイン流量調節弁１３Ｍの弁開度（以下、「Ｍ＿Ｌｉｆｔ」と表記する。）、トップハット流量調節弁１３Ｔの弁開度（以下、「ＴＨ＿Ｌｉｆｔ」と表記する。）を算出するものである。
【００７７】
次に、上記の構成からなるガスタービン発電プラント１における一般的な運転について説明し、その後に制御装置２０による燃料ガスの供給制御について説明する。
【００７８】
ガスタービン発電プラント１は、図１に示すように、圧縮機２が回転駆動されることにより大気（空気）を吸入する。吸入された大気は、圧縮機２により圧縮されるとともに、燃焼器３に向かって送り出される。
【００７９】
燃焼器３に流入された圧縮された空気は、燃焼器３において外部から供給された燃料ガスと混合される。空気および燃料ガスの混合気は燃焼器３において燃焼され、燃焼熱により高温の燃焼ガスが生成される。
【００８０】
燃焼器３において生成された燃焼ガスは、燃焼器３から下流のタービン部４に供給される。タービン部４は燃焼ガスにより回転駆動され、その回転駆動力は回転軸７に伝達される。回転軸７は、タービン部４において抽出された回転駆動力を圧縮機２や発電機６に伝達する。
【００８１】
次に、本実施形態の特徴である制御装置２０による燃料ガスの供給制御について図３から図６などを参照しながら説明する。
図４は、図３の制御装置における燃料ガスの供給制御方法を説明するフローチャートである。図５から図８は、図３の制御装置における燃料ガスの供給制御ロジックを説明する図である。
【００８２】
本実施形態のガスタービン発電プラント１における制御装置２０では、発電設備における発電機出力を管理する中央給電センタから送られてくる発電機出力指令値に基づいて、算出部２１がガスタービン発電プラント１の負荷指令値を算出する（ステップＳ１）。そして、算出部２１は、負荷指令値に基づいてＣＳＯを設定する。
【００８３】
算出部２１は、その後、燃料分配指令値を算出する。具体的には、ＣＳＯおよびガスタービン入口燃焼ガス温度を無次元化したＣＬＣＳＯに基づいて、ＰＬ＿ＣＳＯ，Ｍ＿ＣＳＯ，ＴＨ＿ＣＳＯを算出する（ステップＳ２）。
【００８４】
具体的には、図５に示すように、所定のパイロット比が得られるように設定されたＣＳＯ、ＣＬＣＳＯ、およびＰＬ＿ＣＳＯの関数Ｆｘ１を用いて、ＰＬ＿ＣＳＯが算出される。
また、所定のトップハット比が得られるように設定されたＣＳＯ、ＣＬＣＳＯ、およびＴＨ＿ＣＳＯの関数Ｆｘ２を用いて、ＴＨ＿ＣＳＯが算出される。
さらに、以下の計算式に基づいてＭ＿ＣＳＯが算出される。
Ｍ＿ＣＳＯ  ＝  ＣＳＯ  −  ＰＬ＿ＣＳＯ  −  ＴＨ＿ＣＳＯ
【００８５】
そして、算出部２１は、算出されたＰＬ＿ＣＳＯ，Ｍ＿ＣＳＯ，ＴＨ＿ＣＳＯから、それぞれの燃料供給系統１０Ｍ，１０Ｐ，１０Ｔに対する燃料流量指令値ＰＬ＿Ｇｆ，Ｍ＿Ｇｆ，ＴＨ＿Ｇｆを算出する（ステップＳ３）。
つまり、ＣＳＯに対する割合（％）で表されるＰＬ＿ＣＳＯ，Ｍ＿ＣＳＯ，ＴＨ＿ＣＳＯから、実際の燃料流量（ｋｇ／ｓ）で表される燃料流量指令値が算出される。
【００８６】
図９は、ＣＳＯと燃料流量指令値Ｇｆとの関係を説明するグラフである。
なお、図９では、説明を容易にするために、ＣＳＯとＧｆとの関係のみを示している。
【００８７】
具体的には、算出部２１は、図９に示す関係に基づいてＰＬ＿ＣＳＯ，Ｍ＿ＣＳＯ，ＴＨ＿ＣＳＯから、それぞれの燃料供給系統に要求される燃料流量の指令値ＰＬ＿Ｇｆ，Ｍ＿Ｇｆ，ＴＨ＿Ｇｆを算出する。
本実施形態では、燃料流量指令値の算出方法として、算出部２１に予め記憶された関数Ｆｘ３によりＰＬ＿Ｇｆ，Ｍ＿Ｇｆ，ＴＨ＿Ｇｆを算出する例に適用して説明する。
【００８８】
次に、算出部２１は、ＰＬ＿Ｇｆ，Ｍ＿Ｇｆ，ＴＨ＿Ｇｆに基づいて、対応する流量調節弁１３Ｐ，１３Ｍ，１３Ｔにおける必要流量係数であるＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値を算出する（ステップＳ４）。
ここでは、パイロット流量調節弁１３Ｐ、メイン流量調節弁１３Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔにおける燃料ガスの流れが非チョーク流れの場合について説明する。
【００８９】
例えば、パイロット燃料供給系統１０Ｐについて説明すると、図６に示すように、算出部２１は、ＰＬ＿Ｇｆ、圧力項、および、温度項に基づいて、ＰＬ＿Ｃｖの値を算出する。
ここで、圧力項は、共通圧力センサ１２Ｃにより測定されたパイロット流量調節弁１３Ｐの上流側の燃料ガス圧力の実測値Ｐ１ｍ、および、燃焼器３が内部に配置される車室の内部圧力である車室内圧力の設定値（予め定められた圧力）Ｐ３に基づく関数である。
温度項は、燃料ガス温度の設定値（予め定められた温度）Ｔに基づく関数である。
【００９０】
車室内圧力の設定値Ｐ３は、ガスタービン発電プラント１の負荷指令値に基づいて算出されたＣＳＯ、圧縮機２に設けられた入口案内翼（ＩＧＶ）の角度α、および、圧縮機２に吸入される大気の温度Ｔａに基づいて、予め定められた関係式を用いて求められた設定値である。
【００９１】
図１０は、ＣＳＯと車室内圧力の設定との関係を説明するグラフである。
具体的には、まず、図１０のグラフで示すＣＳＯと車室内圧力の設定との関係式に基づいて、算出されたＣＳＯに対する車室内圧力の設定値Ｐ３を算出する。
【００９２】
図１１は、ＩＧＶの角度αと第１補正値との関係を説明するグラフである。
次に、図１１のグラフで示すＩＧＶの角度αと第１補正値との関係式に基づいて、ガスタービン発電プラント１の運転時における角度αに対する第１補正値を算出し、算出された第１補正値に基づいて車室内圧力の設定値Ｐ３を補正する。
【００９３】
図１２は、大気の温度Ｔａと第２補正値との関係を説明するグラフである。
さらに、図１２のグラフで示す大気の温度Ｔａと第２補正値との関係式に基づいて、圧縮機２に吸入される大気の温度Ｔａ対する第２補正値を算出し、算出された第２補正値に基づいて、車室内圧力の設定値Ｐ３をさらに補正する。
このように、補正された車室内圧力の設定値Ｐ３が、上述の圧力項の算出に用いられる。
【００９４】
メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔについても同様に、図７および図８に示すように、算出部２１において、Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値が算出される。
【００９５】
算出されたＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値は補正部２２に入力され、補正部２２において、ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値の補正が行われる（ステップＳ５）。
【００９６】
例えば、パイロット燃料供給系統１０Ｐについて説明すると、図６に示すように、補正部２２は、実圧力補正、および、実温度補正に基づいて、ＰＬ＿Ｃｖの値を補正する。
ここで、実圧力補正は、共通圧力センサ１２Ｃにより測定されたパイロット流量調節弁１３Ｐの上流側の燃料ガス圧力の実測値Ｐ１ｍ、その設定値（予め定められた圧力）Ｐ１、車室内圧力の実測値Ｐ３ｍ、その設定値Ｐ３に基づく関数である。
温度項は、共通温度センサ１３Ｃにより測定された燃料ガス温度の測定値ｔ１と、その設定値Ｔに基づく関数である。
【００９７】
さらに、実圧力補正、および、実温度補正は、ＰＬ＿Ｃｖの値の補正に用いられる際に、フィルタをかけることも可能とする。
フィルタをかけることにより、実圧力補正や実温度補正の値は、燃料ガス圧力や温度の変化に対して一次遅れとなる。そのため、補正後のＰＬ＿Ｃｖの値は、燃料ガス圧力や温度の変化に対する追従性が低下し、安定した値となる。
【００９８】
メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔについても同様に、図７および図８に示すように、補正部２２において、Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値が補正される。
【００９９】
補正後のＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖは弁制御部２３に入力され、弁制御部２３において、予め記憶された関数Ｆｘ４に基づいて、対応する流量調節弁における弁開度であるＰＬ＿Ｌｉｆｔ，Ｍ＿Ｌｉｆｔ，ＴＨ＿Ｌｉｆｔが算出される（ステップＳ６）。
【０１００】
例えば、パイロット燃料供給系統１０Ｐについて説明すると、図６に示すように、弁制御部２３は、ＰＬ＿Ｃｖの値およびパイロット流量調節弁１３Ｐの特性に基づいて、ＰＬ＿Ｌｉｆｔが算出される。
算出されたＰＬ＿Ｌｉｆｔは、弁制御部２３からパイロット流量調節弁１３Ｐに出力され、パイロット流量調節弁１３Ｐの弁開度が制御される。
【０１０１】
メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔについても同様に、図７および図８に示すように、弁制御部２３において、Ｍ＿Ｌｉｆｔ、および、ＴＨ＿Ｌｉｆｔの値が算出され、メイン流量調節弁１３Ｍの弁開度、および、トップハット流量調節弁１３Ｔの弁開度が制御される。
【０１０２】
上記の構成によれば、パイロットノズル１１Ｐ、メインノズル１１Ｍ、および、トップハットノズル１１Ｔのうちの一のノズル、例えばパイロットノズル１１Ｐに供給される燃料の流量は、パイロットノズル１１Ｐに対応するパイロット流量調節弁１３Ｐの弁開度（ＰＬ＿Ｌｉｆｔ）を制御することにより調節される。そのため、本実施形態の燃料供給部５は、特許文献１に記載された発明と比較して、パイロットノズル１１Ｐに供給される燃料の流量を変更する入力に対する応答性が早くなる。
【０１０３】
具体的には、上述の燃料流量を変更する入力に対して、本実施形態の燃料供給部５は、流量調整弁と比較して応答性の遅い圧力調節弁などを用いることなく対応することができる。
【０１０４】
そのため、上述の燃料流量を変更する入力に対して、圧力調節弁および流量調節弁を用いて対応する特許文献１の発明と比較して、本実施形態の燃料供給部５は早く応答することができる。
【０１０５】
その一方で、本実施形態の燃料供給部５では、圧力調節弁が設けられていないため、メイン燃料供給系統１０Ｍ、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔのそれぞれに圧力調節弁を設けた特許文献１の発明と比較して、圧力調節弁の数を減らすことができる。
【０１０６】
そのため、本実施形態の燃料供給部５を小型化することができ、配置する際に必要な空間を小さくすることができる。これにより、ガスタービン発電プラント１への燃料供給部５の配置が容易となり、製造が容易となり製造コストの低減を図ることができる。
【０１０７】
さらに、圧力調節弁における燃料ガスの圧力損失を考慮する必要がないため、燃焼器３に供給される燃料ガスの圧力を、特許文献１の発明の場合と比較して低く抑えることができる。
そのため、燃料ガスを供給する供給部１１Ｃに求められる昇圧能力を低く抑えることができ、燃料供給部５およびガスタービン発電プラント１の製造コストの低減を図ることができる。
【０１０８】
例えばパイロットノズル１１Ｐに対応するパイロット流量調節弁１３Ｐにおける弁開度（ＰＬ＿Ｌｉｆｔ）の制御に、上流側で測定された燃料ガス圧力Ｐ１ｍ、設定値Ｐ３等の関数である下流側の燃料ガス圧力を用いているため、チョーク領域および非チョーク領域の両領域にて制御可能である。
【０１０９】
その一方で、共通圧力センサ１２Ｃにより測定された上流側の燃料ガス圧力Ｐ１ｍに基づいて必要流量係数（ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖ）の値が算出されるため、共通系統１０Ｃに供給される燃料ガスの圧力、言い換えると、流量調節弁１３Ｐ，１３Ｍ，１３Ｔの上流側における燃料ガスの圧力に変動があっても、変動後の燃料ガスの圧力に基づいて必要流量係数（ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖ）の値が算出される。この必要流量係数に基づいて流量調節弁の弁開度（ＰＬ＿Ｌｉｆｔ，Ｍ＿Ｌｉｆｔ，ＴＨ＿Ｌｉｆｔ）を制御することができる。
【０１１０】
さらに、必要流量係数（ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖ）の値の算出に、車室内圧力の設定値Ｐ３の関数である圧力項、および、燃料ガス温度の設定値Ｔの関数である温度項を用いているため、実際に測定された下流側の燃料ガス圧力のみの関数である圧力項、および、実際に測定された燃料ガス温度のみの関数である温度項を用いる方法と比較して、算出された必要流量係数に対する測定された燃料ガス圧力の変動の影響を抑制できる。
【０１１１】
実際に測定された下流側の燃料ガス圧力のみを用いる方法と比較して、パイロットノズル１１Ｐ、メインノズル１１Ｍ、および、トップハットノズル１１Ｔの間における燃料の分配比、つまり、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔの間における燃料分配比に対する測定された燃料ガス圧力の影響を抑制することができる。
【０１１２】
例えば、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔに対応する複数の実際に測定された下流側の燃料ガス圧力のうち、少なくとも一つが、測定装置の異常等により不正確な燃料ガス圧力であった場合、その不正確な燃料ガス圧力に基づいて必要流量係数（ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖ）の値が算出されることとなり、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔの間における燃料の分配比に影響がでる。
【０１１３】
しかしながら、車室内圧力の設定値Ｐ３の関数である下流側の燃料ガス圧力を用いて必要流量係数（ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖ）の値を算出することにより、測定装置の異常等による影響を排除でき、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔの間における燃料分配比への影響を抑制することができる。
【０１１４】
さらに、車室内圧力の設定値Ｐ３を共通のパラメータとして、パイロットノズル１１Ｐ、メインノズル１１Ｍ、および、トップハットノズル１１Ｔのそれぞれに対応する下流側の燃料ガス圧力を算出し、必要流量係数（ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖ）の値を算出することができる。そのため、車室内圧力の設定値Ｐ３を用いない方法と比較して、パイロットノズル１１Ｐ、メインノズル１１Ｍ、および、トップハットノズル１１Ｔの間における燃料の分配、つまり、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔの間における燃料分配を適切に行うことができる。
【０１１５】
さらに、パイロットノズル１１Ｐ、メインノズル１１Ｍ、および、トップハットノズル１１Ｔごとに下流側の燃料ガス圧力の設定値（異なる設定値）を用いた場合、上述の下流側の燃料圧力と、実際の下流側の燃料圧力との差圧が大きくなった場合に、それぞれの下流側の燃料ガス圧力の設定値を変更する必要があり、その変更が困難となる。特に、ガスタービン発電プラント１が設置された現地における変更が困難となる。
それに対して本実施形態の燃料供給部５では、一つの車室内圧力の設定値Ｐ３のみを変更すればよく、その対応が容易となる。
【０１１６】
補正部２２が設けられていることにより、算出部２１において算出された必要流量係数（ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖ）の値に含まれる偏差を、車室内圧力の実測値Ｐ３ｍ、および、燃料ガス温度の実測値ｔを用いて補正することができる。
【０１１７】
なお、上述の実施形態のように、算出部２１において算出された必要流量係数（ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖ）の値を補正部２２において補正してもよいし、補正を行うことなく、算出部２１において算出された必要流量係数（ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖ）の値を弁制御部２３に直接出力してもよく、特に限定するものではない。
【０１１８】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図１３から図１６を参照して説明する。
本実施形態におけるガスタービン発電プラントの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、共通系統に共通圧力調節弁が設けられている点が異なっている。よって、本実施形態においては、図１３から図１６を用いて共通系統の周辺のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図１３は、本実施形態に係るガスタービン発電プラントにおける燃料供給部および燃焼器における燃料ガスの流れを説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付して、その説明を省略する。
【０１１９】
本実施形態のガスタービン発電プラント１０１における燃料供給部１０５は、図１３に示すように、燃焼器３に燃料ガスを供給するものである。具体的には、燃焼器３に設けられたパイロットノズル１１Ｐ、メインノズル１１Ｍ、および、トップハットノズル１１Ｔに燃料ガスを供給するものである。
【０１２０】
燃料供給部１０５には、共通系統１１０Ｃと、メイン燃料供給系統１０Ｍと、パイロット燃料供給系統１０Ｐと、トップハット燃料供給系統１０Ｔと、制御装置１２０と、が主に設けられている。
【０１２１】
共通系統１１０Ｃは、図１３に示すように、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、メイン燃料供給系統１０Ｍ、およびトップハット燃料供給系統１０Ｔに燃料ガスを供給する系統である。
共通系統１１０Ｃにおける一方の端部は、燃料ガスを供給する供給部１１Ｃと接続され、他方の端部は、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、メイン燃料供給系統１０Ｍ、およびトップハット燃料供給系統１０Ｔと接続されている。
【０１２２】
さらに、共通系統１１０Ｃには、燃料ガスの圧力を測定する共通圧力センサ１２Ｃと、燃料ガスの温度を測定する共通温度センサ１３Ｃと、燃料ガスの圧力を調節する共通圧力調節弁（圧力調節部）１１４Ｃと、が設けられている。
共通圧力調節弁１１４Ｃは、燃料ガスの流れに対して、パイロット流量調節弁１３Ｐ、メイン流量調節弁１３Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔよりも上流側の燃料ガス圧力を所定の設定値Ｐ１に調節するものである。
【０１２３】
例えば、共通圧力調節弁１１４Ｃは、共通圧力センサ１２Ｃにより測定された燃料ガス圧力の値に基づいて、制御装置１２０によって、上述の上流側の燃料ガス圧力を設定値Ｐ１とするように制御されている。
【０１２４】
図１４は、図１３の制御部の構成を説明するブロック図である。
制御装置１２０は、図１３および図１４に示すように、パイロット流量調節弁１３Ｐ、メイン流量調節弁１３Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔにおける弁開度を制御するものである。
制御装置１２０には、図１４に示すように、算出部１２１と、補正部２２と、弁制御部２３と、が設けられている。
なお、制御装置１２０における制御の詳細は以下に説明する。
【０１２５】
算出部１２１は、負荷指令に基づいてＣＳＯを算出するとともに、ＰＬ＿ＣＳＯ、Ｍ＿ＣＳＯ、ＴＨ＿ＣＳＯを算出するものである。
さらに、算出部１２１は、ＰＬ＿Ｃｖ、Ｍ＿Ｃｖ、および、ＴＨ＿Ｃｖを算出するものである。
【０１２６】
次に、本実施形態の特徴である制御装置１２０による燃料ガスの供給制御について図１５などを参照しながら説明する。なお、本実施形態のガスタービン発電プラント１０１における一般的な運転については、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【０１２７】
図１５は、図１３の制御装置における燃料ガスの供給制御方法を説明するフローチャートである。
ここで、制御装置１２０による燃料ガスの供給制御の特徴である必要流量係数であるＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値の算出（ステップＳ１４）について説明する。つまり、負荷指令値の算出（ステップＳ１）から燃料流量指令値の算出（ステップＳ３）まで、必要流量係数の補正（ステップＳ５）、および、弁開度の算出（ステップＳ６）は、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１２８】
例えば、パイロット燃料供給系統１０Ｐについて説明すると、算出部１２１は、ＰＬ＿Ｇｆ、圧力項、および、温度項に基づいて、ＰＬ＿Ｃｖの値を算出する。
温度項は、第１の実施形態と同様に燃料ガス温度の設定値Ｔに基づく関数である。
【０１２９】
圧力項は、パイロット流量調節弁１３Ｐの上流側の燃料ガス圧力の設定値（予め与えられた圧力）Ｐ１、および、車室内圧力の設定値Ｐ３に基づく関数である。
燃料ガス圧力の設定値Ｐ１は、共通圧力調節弁１１４Ｃにより調節される燃料ガス圧力の設定値である。
【０１３０】
メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔについても同様に、算出部１２１において、Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値が算出される。
【０１３１】
図１６は、ガスタービン負荷に対する各部における燃料ガス圧力の変化を説明するグラフである。
燃料ガス流れの上流側から説明すると、図１６に示すように、ガスタービン負荷が増えるに伴い、燃料供給系統の圧力損失が増加するので、供給部１１Ｃから供給される燃料ガス圧力Ｐ０は徐々に低下する。供給部１１Ｃから供給された燃料ガスの圧力は、共通圧力調節弁１１４Ｃにより、略一定の設定値Ｐ１に調節される。言い換えると、圧力Ｐ０とＰ１との差圧は、共通圧力調節弁１１４Ｃにおける差圧となる。
【０１３２】
その一方で、燃焼器３が配置される車室内圧力の設定値Ｐ３は、図１６に示すように、ガスタービン負荷が増えるに伴い徐々に増加する。さらに、メインノズル１１Ｍ、および、トップハットノズル１１Ｔにおける圧力損失Ｐ２−Ｐ３も、ガスタービン負荷が増えるに伴い徐々に増加する。
【０１３３】
そのため、車室内圧力の設定値Ｐ３および圧力損失Ｐ２−Ｐ３などから算出されるメインマニホールド１２Ｍ、および、トップハットマニホールド１２Ｔにおける燃料ガス圧力の設定値Ｐ２も同様に、ガスタービン負荷が増えるに伴い徐々に増加する。
【０１３４】
ここで、各マニホールド１２Ｐ，１２Ｍ，１２Ｔにおける設定値Ｐ２と、実際に測定された圧力の値Ｐ２ｍとの間には、差（Ｐ２ｍ−Ｐ２）がある場合もあるため、上述の補正部２２により、補正が行われている。
また、圧力Ｐ１とＰ２ｍとの差圧は、各流量調節弁１３Ｐ，１３Ｍ，１３Ｔにおける差圧となる。
【０１３５】
上記の構成によれば、共通圧力調節弁１１４Ｃは、メイン燃料供給系統１０Ｍ、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔに燃料を供給する共通系統１１０Ｃに配置されていることから、メイン燃料供給系統１０Ｍ、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔに対する燃料分配比率の変化の影響を受けることがない。そのため、共通圧力調節弁１１４Ｃに求められる仕様の多様性が抑えられ、共通圧力調節弁１１４Ｃにおける仕様の共通化を図ることが容易となる。
【０１３６】
その一方で、共通圧力調節弁１１４Ｃは、パイロット流量調節弁１３Ｐ、メイン流量調節弁１３Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔに対して上流側の燃料ガス圧力を所定の値、例えば一定の設定値Ｐ１に制御するものであるため、パイロット流量調節弁１３Ｐ、メイン流量調節弁１３Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔにおける差圧を一定に保つ特許文献１の発明の圧力調節弁と比較して、共通圧力調節弁１１４Ｃにおける圧力損失を抑制することができる。そのため、共通系統１１０Ｃおよび共通圧力調節弁１１４Ｃに供給される燃料ガスの圧力を、特許文献１の発明の場合と比較して、低く抑えることができる。
【０１３７】
さらに、共通系統１１０Ｃに供給される燃料ガスの圧力に変動があっても、共通圧力調節弁１１４Ｃにより所定の設定値Ｐ１に調節される。このように、パイロット流量調節弁１３Ｐ、メイン流量調節弁１３Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔに流入する燃料ガスの圧力の変動が抑えられるため、実際の上流側の燃料ガス圧力の値Ｐ１ｍと、必要流量係数の算出に用いられる燃料ガス圧力の設定値Ｐ１との間の圧力差が小さくすることができる。
【０１３８】
必要流量係数ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値の算出に、燃料ガス圧力の設定値Ｐ１を用いるため、実際に測定された上流側の燃料ガス圧力の値Ｐ１ｍを用いる方法と比較して、測定された燃料ガス圧力の値Ｐ１ｍにおける変動の影響を受けることなく必要流量係数ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値を算出することができる。
【０１３９】
〔第２の実施形態の変形例〕
次に、本発明の第２の実施形態の変形例について図１７から図２２を参照して説明する。
変形例のガスタービン発電プラントの基本構成は、第２の実施形態と同様であるが、第２の実施形態とは、チョーク時における流量調節弁の制御方法が追加されている点異なっている。よって、変形例においては、図１７から図２２を用いて流量調節弁の制御周辺のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図１７は、本変形例に係るガスタービン発電プラントにおける燃料供給部および燃焼器における燃料ガスの流れを説明する模式図である。
なお、第２の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１４０】
本実施形態のガスタービン発電プラント２０１における燃料供給部２０５は、図１７に示すように、燃焼器３に燃料ガスを供給するものである。具体的には、燃焼器３に設けられたパイロットノズル１１Ｐ、メインノズル１１Ｍ、および、トップハットノズル１１Ｔに燃料ガスを供給するものである。
【０１４１】
燃料供給部２０５には、共通系統１１０Ｃと、メイン燃料供給系統１０Ｍと、パイロット燃料供給系統１０Ｐと、トップハット燃料供給系統１０Ｔと、制御装置（燃料流量制御装置）２２０と、が主に設けられている。
【０１４２】
図１８は、図１７の燃料供給部の構成を説明するブロック図である。
制御装置２２０は、図１７および図１８に示すように、パイロット流量調節弁１３Ｐ、メイン流量調節弁１３Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔにおける弁開度を制御するものである。
制御装置２２０には、図１８に示すように、算出部２２１と、補正部２２２と、弁制御部２３と、が設けられている。
なお、制御装置２２０における制御の詳細は以下に説明する。
【０１４３】
算出部２２１は、各流量調節弁１３Ｐ，１３Ｍ，１３Ｔにおける燃料ガスの流れが非チョーク時の場合と、チョーク時の場合とに分けて、ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖを算出するものである。
【０１４４】
補正部２２２は、実圧力補正、および、実温度補正に基づいて、非チョーク時およびチョーク時のＰＬ＿Ｃｖ等を補正するとともに、非チョーク時のＰＬ＿Ｃｖ等の値と、チョーク時のＰＬ＿Ｃｖ等の値とを圧力演算によりチョークまたは非チョークを判定し切り替えをするものである。
【０１４５】
次に、本実施形態の特徴である制御装置２２０による燃料ガスの供給制御について図１９などを参照しながら説明する。なお、本実施形態のガスタービン発電プラント２０１における一般的な運転については、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【０１４６】
図１９は、図１７の燃料供給部による制御を説明するフローチャートである。図２０から図２２は、図１７の燃料供給部における制御ロジックの一部を説明する図である。
ここで、制御装置２２０による燃料ガスの供給制御の特徴である必要流量係数であるＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値の算出（ステップＳ１４、ステップＳ２４）、および、必要流量係数の補正および選択（ステップＳ２５）について説明する。
つまり、負荷指令値の算出（ステップＳ１）から燃料流量指令値の算出（ステップＳ３）まで、および、弁開度の算出（ステップＳ６）は、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１４７】
図１９に示すように、ステップＳ３で算出された燃料流量の指令値ＰＬ＿Ｇｆ，Ｍ＿Ｇｆ，ＴＨ＿Ｇｆは、算出部２２１に入力され、流量調節弁における燃料ガス流れが非チョーク流れの場合の必要流量係数ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値を算出する（ステップＳ１４）とともに、チョーク流れの場合の必要流量係数ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値を算出する（ステップＳ２４）。
【０１４８】
なお、非チョーク流れの場合における必要流量係数ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値の算出方法は、第２の実施形態と同様であるので、その説明を省略し、チョーク流れの場合における必要流量係数ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値の算出方法について説明する。
【０１４９】
例えば、パイロット燃料供給系統１０Ｐについて説明すると、算出部２２１は、ＰＬ＿Ｇｆ、チョーク時における圧力項、および、温度項に基づいて、ＰＬ＿Ｃｖの値を算出する。
ここで、チョーク時における圧力項は、共通圧力センサ１２Ｃにより測定されたパイロット流量調節弁１３Ｐの上流側の燃料ガス圧力の実測値Ｐ１ｍに基づく関数である。
温度項は、チョーク時であっても非チョーク時と同じ関数が用いられている。
【０１５０】
メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔについても同様に、図２１および図２２に示すように、算出部２２１において、Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値が算出される。
【０１５１】
算出されたＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値は補正部２２２に入力され、補正部２２２において、ＰＬ＿Ｃｖ等の値の補正が行われるとともに、非チョーク時のＰＬ＿Ｃｖ等の値、および、チョーク時のＰＬ＿Ｃｖ等の値とを圧力演算によりチョークまたは非チョークを判定しＰＬ＿Ｃｖ等が切り替えられる（ステップＳ２５）。
【０１５２】
例えば、パイロット燃料供給系統１０Ｐについて説明すると、図２０に示すように、まず、非チョーク時のＰＬ＿Ｃｖは、非チョーク時の実圧力補正に基づいて補正されるとともに、チョーク時のＰＬ＿Ｃｖは、チョーク時の実圧力補正に基づいて補正される。
ここで、チョーク時の実圧力補正は、共通圧力センサ１２Ｃにより測定されたパイロット流量調節弁１３Ｐの上流側の燃料ガス圧力の実測値Ｐ１ｍ、その設定値（予め定められた圧力）Ｐ１に基づく関数である。
なお、非チョーク時の実圧力補正は第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１５３】
各実圧力補正に基づいて補正されたＰＬ＿Ｃｖは切替部２２２Ｓに入力され、チョークの場合はチョーク時のＰＬ＿Ｃｖ、非チョークの場合は非チョーク時のＰＬ＿Ｃｖに切り替えられる。選択されたＰＬ＿Ｃｖは実温度補正に基づいて補正される。
なお、実温度補正については、第２の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【０１５４】
メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔについても同様に、図２１および図２２に示すように、補正部２２２において、Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値が補正されるとともに切り替えられる。
【０１５５】
上記の構成によれば、各流量調節弁１３Ｐ，１３Ｍ，１３Ｔにおける燃料ガスの流れが非チョーク流れであっても、チョーク流れであっても適切に燃料ガスの流量を調節することができる。
【０１５６】
なお、上記の第１の実施形態、第２の実施形態および第２の実施形態の変形例では、予混合燃焼方式のガスタービン発電プラントについて説明してきたが、拡散燃焼方式のガスタービン発電プラントに対しても本発明を適用することが可能である。拡散燃焼方式のガスタービン発電プラントの例としては、１種類の拡散燃焼用の燃料ノズルを備えるものや、異なる複数の拡散燃焼用の燃料ノズルを備えるものが挙げられる。
【符号の説明】
【０１５７】
１，１０１，２０１  ガスタービン発電プラント
２  圧縮機
３  燃焼器
４  タービン部
５  燃料供給部（燃料供給装置）
１０Ｃ，１１０Ｃ  共通系統
１０Ｍ  メイン燃料供給系統（燃料供給系統）
１０Ｐ  パイロット燃料供給系統（燃料供給系統）
１０Ｔ  トップハット燃料供給系統（燃料供給系統）
１１Ｐ  パイロットノズル（燃料ノズル）
１１Ｍ  メインノズル（燃料ノズル）
１１Ｔ  トップハットノズル（燃料ノズル）
１２Ｃ  共通圧力センサ（圧力測定部）
１３Ｐ  パイロット流量調節弁（流量調節弁）
１３Ｍ  メイン流量調節弁（流量調節弁）
１３Ｔ  トップハット流量調節弁（流量調節弁）
２０，２２０  制御装置（燃料流量制御装置）
２１，１２１，２２１  算出部
２２，２２２  補正部
２３  弁制御部
１１４Ｃ  共通圧力調節弁（圧力調節部）
【図１】
2013105406.tif 000003
【図２】
2013105406.tif 000004
【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】
2013105406.tif 000017
【図１６】
2013105406.tif 000018
【図１７】
2013105406.tif 000019
【図１８】
2013105406.tif 000020
【図１９】
2013105406.tif 000021
【図２０】
2013105406.tif 000022
【図２１】
2013105406.tif 000023
【図２２】
2013105406.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月19日(2014.6.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料供給装置、燃料流量制御装置、およびガスタービン発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンには、圧縮機や、燃焼器や、タービン部などが、主に設けられている。
そのうちの燃焼器としては、高負荷時におけるＮＯｘ排出量の低減と、低負荷時における燃焼安定性と、を図るために、複数種類の燃料ノズルを備えたもの、例えばＤＬＮ（Ｄｒｙ  Ｌｏｗ  ＮＯｘ）燃焼器などが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
上述の燃焼器としては、予混合燃焼用のメインノズルと、拡散燃焼用のパイロットノズルを備えたものや、これに加えて、更なるＮＯｘ排出量の低減を目的とした予混合燃焼用のトップハットノズルを備えたものが知られている。
【０００４】
ガスタービンには、さらに、燃焼器に燃料を供給する燃料系統が設けられており、当該燃料系統は、上述のメインノズルやパイロットノズル等、各種の燃料ノズルに対して独立して燃料を供給するように構成されている。その一方で、上述の燃料系統には、メインノズル等に対して供給される燃料の圧力や、流量を調節する各種の調整弁が配置されている。
【０００５】
上述の特許文献１には、各種の燃料ノズルに燃料を供給する各燃料系統に対して、燃料流れの上流側から順に、圧力調整弁、流量調整弁、および、メインノズル等が並んで配置された実施例が記載されている。
【０００６】
ここで、圧力調整弁は、流量調整弁差圧、つまり、流量調整弁の上流側における燃料の圧力と下流側における燃料の圧力との差、を一定に保つ働きをするものであり、流量調整弁は、下流側に配置されたメインノズル等に供給される燃料の流量を調節するものである。
【０００７】
流量調整弁は差圧が一定の条件の下で制御され、燃料の流量は、流量調整弁の流量係数（Ｃｖ値）に基づく演算により決定されている。特許文献１に記載された発明の場合、流量調整弁における燃料の流れは、常に、非チョークフロー域となっている。そのため、Ｃｖ値の演算に用いられる圧力項は、流量調整弁の下流側圧力の関数として表されることとなる。
【０００８】
ここで、非チョークフロー域とは、流量調整弁の出口（下流側）における燃料の圧力Ｐｏｕｔと、入り口（上流側）における燃料の圧力Ｐｉｎとが、以下の関係を満たす領域のことである。
Ｐｏｕｔ  ＞  Ｐｉｎ／２
【０００９】
具体的には、各圧力調整弁は、それぞれの燃料系統に設けられた流量調整弁における差圧を一定に保つように制御される。その一方で、流量調整弁は、差圧が一定の条件の下で、実測された流量調整弁下流側の燃料圧力と温度、および、外部から入力されたメインノズル等に供給すべき燃料流量から算出された弁開度に基づいて制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−７７８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述の特許文献１に記載された発明では、流量調整弁差圧よりも、圧力調整弁差圧（つまり、圧力調整弁の上流側における燃料の圧力と下流側における燃料の圧力との差）が大きくなっている。そのため、燃料系統全体の応答性は、圧力調整弁の応答性に依存することとなる。
【００１２】
圧力調整弁は、ハンチング等の問題を発生するおそれがあることから、応答性を早くするにも限界がある。そのため、燃料系統全体における応答性の向上は、圧力調整弁の応答性によって制限されるという問題があった。
【００１３】
その一方で、複数の燃料系統が設けられ、かつ、各燃料系統に圧力調整弁、および、流量調整弁が設けられているため、必要な弁の数が多くなり、製造コストがかかるという問題があった。さらに、多くの弁を配置する必要があることから、燃料系統の配置空間の確保が困難になるとともに、小型化を図ることが困難になるという問題があった。
【００１４】
その他にも、圧力調整弁により流量調整弁差圧を一定に制御することから、圧力調整弁上流側の燃料圧力を所定の高い圧力に保つ必要がある。特許文献１の発明では、これを実現するために昇圧設備をガスタービン発電プラントに設ける必要があり、製造コストが高くなるという問題があった。
【００１５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ガスタービンにおける負荷の変動に対する応答性の向上を図るとともに、その製造を容易にして製造コストの低減を図ることができる燃料供給装置、燃料流量制御装置、およびガスタービン発電プラント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】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様に係る燃料供給装置は、ガスタービンの燃焼器に設けられた燃料ノズルに対して供給される燃料流量を制御する燃料供給装置であって、前記燃料ノズルに対して、燃料を供給する燃料供給系統に設けられ、該燃料供給系統を流れる燃料の流量を調節する流量調節弁と、少なくとも、前記燃料の流れに対する前記流量調節弁より上流側の燃料圧力、前記流量調節弁より下流側の燃料圧力として予め定められた圧力、および、前記燃料ノズルに供給する燃料流量とに基づいて、前記燃料ノズルに対応する流量調節弁における必要流量係数を算出する算出部と、前記必要流量係数に基づいて、前記燃料ノズルに対応する流量調節弁の弁開度を制御する弁制御部と、が設けられている。
本発明の第２の態様に係る燃料流量制御装置は、ガスタービンの燃焼器に設けられた燃料ノズルに対して供給される燃料流量を制御する燃料流量制御装置であって、少なくとも、前記燃料の流れに対する前記燃料ノズルに対して供給される燃料流量を調節する流量調節弁より上流側の燃料圧力、前記流量調節弁より下流側の燃料圧力として予め定められた圧力、および、前記燃料ノズルに供給する燃料流量とに基づいて、前記燃料ノズルに対応する流量調節弁における必要流量係数を算出する算出部と、前記必要流量係数に基づいて、前記流量調節弁の弁開度を制御する弁制御部と、が設けられている。
【００１７】
上記第１の態様および第２の態様によれば、燃料ノズルに供給される燃料の流量は、流量調節弁の弁開度を制御することにより調節される。そのため、上記第１の態様の燃料供給装置および第２の態様の燃料流量制御装置は、特許文献１に記載された発明と比較して、燃料ノズルに供給される燃料の流量を変更する入力に対する応答性が早くなる。
【００１８】
具体的には、上述の燃料流量を変更する入力に対して、上記第１の態様の燃料供給装置および第２の態様の燃料流量制御装置は、主として流量調節弁の弁開度を制御することにより対応する。つまり、流量調節弁と比較して応答性の遅い圧力調節弁などを用いることなく対応することができる。
そのため、上述の燃料流量を変更する入力に対して、圧力調節弁および流量調節弁を用いて対応する特許文献１の発明と比較して、上記第１の態様の燃料供給装置および第２の態様の燃料流量制御装置は早く応答することができる。
【００１９】
一方で、圧力調節弁が設けられていないため、燃料供給系統のそれぞれに圧力調節弁を設けた特許文献１の発明と比較して、圧力調節弁の数を減らすことができる。そのため、上記第１の態様の燃料供給装置の配置に必要な空間が少なくなり、ガスタービン発電プラントへの配置が容易となる。
さらに、圧力調節弁における圧力損失を考慮する必要がないため、燃焼器に供給される燃料の圧力を、特許文献１の発明の場合と比較して低く抑えることができる。
【００２０】
さらに、流量調節弁における弁開度の制御に、上述の上流側の燃料圧力、下流側の圧力等を用いて、チョーク領域および非チョーク領域の両領域にて制御可能である。
【００２１】
上記第１の態様の燃料供給装置には、前記流量調節弁より上流側の燃料圧力を測定する圧力測定部が設けられていてもよい。また、上記第１の態様および第２の態様においては、前記必要流量係数の算出に用いられる前記上流側の燃料圧力として、測定された圧力が用いられることが望ましい。
【００２２】
上記第１の態様および第２の態様によれば、測定された上流側の燃料圧力に基づいて必要流量係数が算出される。そのため、供給される燃料の圧力に変動があっても、変動後の燃料の圧力に基づいて必要流量係数が算出され、この必要流量係数に基づいて流量調節弁の弁開度が制御されることになる。
【００２３】
上記第１の態様においては、前記燃料ノズルは、異なる種類の燃料ノズルであって、前記異なる種類のノズルに対して、それぞれ独立して燃料を供給する複数の燃料供給系統に設けられ、該燃料供給系統を流れる燃料の流量を調節する複数の流量調節弁が設けられていてもよい。また、上記第１の態様および第２の態様においては、少なくとも、前記燃料の流れに対する前記異なる種類の燃料ノズルに対して供給される燃料流量を調節する流量調節弁より上流側の燃料圧力、前記流量調節弁より下流側の燃料圧力として予め定められた圧力、および、前記異なる種類の燃料ノズルのうちの一の燃料ノズルに供給する燃料流量とに基づいて、前記一の燃料ノズルに対応する流量調節弁における必要流量係数を算出する算出部と、前記必要流量係数に基づいて、前記一の燃料ノズルに対応する流量調節弁の弁開度を制御する弁制御部と、が設けられていてもよい。
【００２４】
ここで、燃料ノズルの種類が異なるとは、メインノズル、パイロットノズル、および、トップハットノズルなどのように、燃料の供給を受ける燃料供給系統が異なることを意味している。
【００２５】
上記第１の態様においては、前記燃料供給系統の全てに燃料を供給する共通系統に設けられ、前記流量調節弁より上流側の燃料圧力を所定の値に調節する圧力調節部が設けられていてもよい。また、上記第１の態様および第２の態様においては、前記必要流量係数の算出に用いられる前記上流側の燃料圧力として、予め定められた圧力が用いられることが望ましい。
【００２６】
上記第１の態様によれば、圧力調節部は、全ての燃料供給系統に燃料を供給する共通系統に配置されていることから、それぞれの燃料供給系統に対する燃料分配比率の変化の影響を受けることがない。そのため、圧力調節部に求められる仕様の多様性が抑えられ、圧力調節部における仕様の共通化を図ることが容易となる。
【００２７】
その一方で、圧力調節部は、流量調節弁に対して上流側の燃料圧力を所定の値、例えば一定の値に制御するものであるため、流量調節弁における差圧を一定に保つ特許文献１の発明の圧力調節弁と比較して、応答性の要求が遅く、圧力調節部における圧力損失を抑制することができる。そのため、共通系統および圧力調節部に供給される燃料の圧力を、特許文献１の発明の場合と比較して、低く抑えることができる。
【００２８】
さらに、共通系統に供給される燃料の圧力に変動があっても、圧力調節部により所定の値に調節される。このように、流量調節弁に流入する燃料の圧力の変動が抑えられるため、実際の上流側の燃料圧力と、必要流量係数の算出に用いられる予め定められた圧力との間の圧力差が小さくなる。
【００２９】
上記第１の態様および第２の態様においては、必要流量係数の算出に、予め定められた上流側の燃料圧力を用いるため、実際に測定された上流側の燃料圧力を用いる方法と比較して、測定された燃料圧力における変動の影響を受けることなく必要流量係数を算出することができる。
【００３０】
上記第１の態様および第２の態様においては、前記一の燃料ノズルに供給する燃料流量は、前記ガスタービンの負荷に基づき定まる前記燃焼器に対して供給すべき全燃料流量、および、前記異なる種類の燃料ノズルの間の燃料分配比から算出され、前記上流側の燃料圧力は、前記全燃料流量に基づいて定められる圧力であることが望ましい。
【００３１】
上記第１の態様および第２の態様によれば、一の燃料ノズルに供給すべき燃料流量と、実際に一の燃料ノズルに供給された燃料流量との一義性を確保することができる。
例えば、流量調節弁の上流側で実際に測定された燃料圧力を用いて必要流量係数を算出すると、過渡状態において一の燃料ノズルに供給すべき燃料流量と、実際に一の燃料ノズルに供給された燃料流量との間の一義性が保たれず、ガスタービンの制御性が悪化するおそれがある。
言い換えると、必要流量係数の算出に、予め定められた上流側の燃料圧力を用いるため、実際に測定された上流側の燃料圧力を用いる方法と比較して、測定された燃料圧力における変動の影響を受けることなく必要流量係数を算出することができる。
【００３２】
上記第１の態様および第２の態様においては、前記一の燃料ノズルに供給する燃料流量は、前記ガスタービンの負荷に基づき定まる前記燃焼器に対して供給すべき全燃料流量、および、前記異なる種類の燃料ノズルの間の燃料分配比から算出され、前記下流側の燃料圧力は、前記全燃料流量に基づいて定められる圧力であることが望ましい。
【００３３】
上記第１の態様および第２の態様によれば、必要流量係数の算出に、予め定められた下流側の燃料圧力を用いるため、実際に測定された下流側の燃料圧力を用いる方法と比較して、算出された必要流量係数に対する測定された燃料ガス圧力の変動の影響を抑制できる。
【００３４】
さらに、実際に測定された下流側の燃料圧力のみを用いる方法と比較して、異なる種類の燃料ノズルの間における燃料の分配比に対する測定された燃料ガス圧力の影響を抑制することができる。
例えば、異なる種類の燃料ノズルに対応する複数の実際に測定された下流側の燃料圧力のうち、少なくとも一つが、測定装置の異常等により不正確な燃料圧力であった場合、その不正確な燃料圧力に基づいて必要流量係数が算出されることとなり、異なる種類の燃料ノズルの間における燃料の分配比に影響がでる。
【００３５】
しかしながら、予め定められた下流側の燃料圧力を用いて必要流量係数を算出することにより、測定装置の異常等による影響を排除でき、異なる種類の燃料ノズルの間における燃料の分配比への影響を抑制することができる。
【００３６】
上記第１の態様および第２の態様においては、前記下流側の燃料圧力は、燃料ノズルが配置された車室内の圧力に基づいて算出された圧力であり、燃料ノズルが配置された車室内の圧力は、前記全燃料流量に基づいて予め定められた圧力であることが望ましい。
【００３７】
上記第１の態様および第２の態様によれば、必要流量係数の算出に、予め定められた車室内の圧力に基づいて算出した下流側の燃料圧力を用いるため、実際に測定された下流側の燃料圧力を用いる方法と比較して、測定された燃料圧力における変動の影響を受けることなく必要流量係数を算出することができる。
【００３８】
さらに、予め定められた車室内の圧力を共通のパラメータとして、燃料ノズルのそれぞれに対応する下流側の燃料圧力を算出し、必要流量係数を算出することができる。そのため、車室内の圧力を用いない方法と比較して、燃料ノズルの間の燃料の分配を適切に行うことができる。
【００３９】
その一方で、予め定められた下流側の燃料圧力を用いた場合、予め定められた下流側の燃料圧力と、実際の下流側の燃料圧力との差圧が大きくなった場合に、燃料ノズルごとに予め定められた下流側の燃料圧力の変更する必要があり、その変更が困難となる。特に、ガスタービン発電プラントが設置された現地における変更が困難となる。
これに対して、予め定められた車室内の圧力に基づいて下流側の燃料圧力を算出する方法では、一つの予め定められた車室内の圧力のみを変更すればよく、その対応が容易となる。
【００４０】
さらに、下流側の燃料圧力の算出方法としては、上述の予め定められた車室内の圧力の他に、一の燃料ノズルにおける圧力損失に基づいて算出する方法が望ましい。さらに、燃料供給系統における流量調節弁から一の燃料ノズルまでの圧力損失にも基づいて、下流側の燃料圧力を算出する方法がより望ましい。
【００４１】
つまり、異なる種類の燃料ノズルのそれぞれに対応する各流量調節弁より下流側の燃料圧力を算出する場合に、共通する予め定められた車室内の圧力と、異なる種類の燃料ノズルのそれぞれに対応する圧力損失と、に基づいて上述の異なる種類の燃料ノズルのそれぞれに対応する下流側の燃料圧力を算出することができる。
【００４２】
さらに、燃料供給系統における流量調節弁から一の燃料ノズルまでの圧力損失に基づくことにより、上述の異なる種類の燃料ノズルのそれぞれに対応する下流側の燃料圧力を、より正確に算出することができる。
【００４３】
上記第１の態様および第２の態様においては、前記算出部において算出された前記必要流量係数を、少なくとも、前記車室内の圧力の実測値に基づいて補正する補正部が、さらに設けられていることが望ましい。
【００４４】
上記第１の態様および第２の態様によれば、算出部により算出された必要流量係数に含まれる偏差を、車室内の圧力の実測値により補正することができる。
具体的には、必要流量係数の算出に用いられた車室内の圧力に、誤差や偏差などが含まれていたことにより、算出された必要流量係数に含まれることとなった偏差を補正することができる。
【００４５】
本発明の第３の態様に係るガスタービン発電プラントは、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮された空気および燃料の混合気を燃焼させて高温の燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスから回転駆動力を抽出するタービン部と、前記燃焼器に前記燃料を供給する上記第１の態様のいずれかの燃料供給装置と、が設けられている。
【００４６】
上記第３の態様によれば、上記第１の態様の燃料供給装置が設けられているため、燃料ノズルのそれぞれに供給される燃料の流量を変更する入力に対する応答性が早くなる。
さらに、上記第１の態様の燃料供給装置をガスタービン発電プラントに配置しやすくなる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明の燃料供給装置、燃料流量制御装置、およびガスタービン発電プラントによれば、流量調節弁の弁開度を制御することにより、燃料ノズルに供給される燃料の流量が調節されるため、応答性の向上を図ることができるという効果を奏する。
【００４８】
その一方で、圧力調節弁が設けられていないため、燃料供給装置を小型化することができるとともに、燃料供給装置のガスタービン発電プラントへの配置が容易となり、ガスタービン発電プラントの製造が容易になり、製造コストの低減を図ることができるという効果を奏する。
【００４９】
さらに、圧力調節弁における圧力損失を考慮する必要がない、または圧力損失が小さいため、燃焼器に供給される燃料の圧力を低く抑えることができる。そのため、燃料を供給する設備に要求される性能を抑えることができることから、ガスタービン発電プラントの製造コストの低減を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るガスタービン発電プラントの構成の概略を説明する模式図である。
【図２】図１の燃料供給部および燃焼器における燃料ガスの流れを説明する模式図である。
【図３】図２の制御装置の構成を説明するブロック図である。
【図４】図３の制御装置における燃料ガスの供給制御方法を説明するフローチャートである。
【図５】図３の制御装置における燃料ガスの供給制御ロジックを説明する図である。
【図６】図３の制御装置における燃料ガスの供給制御ロジックを説明する図である。
【図７】図３の制御装置における燃料ガスの供給制御ロジックを説明する図である。
【図８】図３の制御装置における燃料ガスの供給制御ロジックを説明する図である。
【図９】ＣＳＯと燃料流量指令値Ｇｆとの関係を説明するグラフである。
【図１０】ＣＳＯと車室内圧力の設定との関係を説明するグラフである。
【図１１】ＩＧＶの角度αと第１補正値との関係を説明するグラフである。
【図１２】大気の温度Ｔａと第２補正値との関係を説明するグラフである。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係るガスタービン発電プラントにおける燃料供給部および燃焼器における燃料ガスの流れを説明する模式図である。
【図１４】図１３の制御装置の構成を説明するブロック図である。
【図１５】図１３の制御装置における燃料ガスの供給制御方法を説明するフローチャートである。
【図１６】ガスタービン負荷に対する各部における燃料ガス圧力の変化を説明するグラフである。
【図１７】本発明の第２の実施形態の変形例に係るガスタービン発電プラントにおける燃料供給部および燃焼器における燃料ガスの流れを説明する模式図である。
【図１８】図１７の制御装置の構成を説明するブロック図である。
【図１９】図１７の制御装置による制御を説明するフローチャートである。
【図２０】図１７の制御装置における制御ロジックの一部を説明する図である。
【図２１】図１７の制御装置における制御ロジックの一部を説明する図である。
【図２２】図１７の制御装置における制御ロジックの一部を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態について図１から図１２を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るガスタービン発電プラントの構成の概略を説明する模式図である。
ここでは、本実施形態におけるガスタービン発電プラント１を、気体の燃料ガスを燃料として用いるものであって、例えば、発電設備などにおいて発電機を回転駆動して発電を行うガスタービン発電プラントに適用して説明する。
【００５２】
ガスタービン発電プラント１には、図１に示すように、圧縮機２と、燃焼器３と、タービン部４と、燃料供給部（燃料供給装置）５と、発電機６と、が主に設けられている。
【００５３】
圧縮機２は、図１に示すように、外部の空気である大気を吸入して圧縮し、圧縮された空気を燃焼器３に供給するものである。
なお、圧縮機２としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。
【００５４】
燃焼器３は、図１に示すように、圧縮機２により圧縮された空気、および、外部から供給された燃料ガスを混合させ、混合された混合気を燃焼させることにより、高温の燃焼ガスを生成するものである。
【００５５】
タービン部４は、図１に示すように、燃焼器３により生成された高温ガスの供給を受けて回転駆動力を発生させ、発生した回転駆動力を回転軸７に伝達するものである。
なお、タービン部４としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。
【００５６】
発電機６は、タービン部４から伝達された回転駆動力を用いて発電を行うものである。
なお、発電機６としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。
【００５７】
図２は、図１の燃料供給部および燃焼器における燃料ガスの流れを説明する模式図である。
燃料供給部５は、図１に示すように、燃焼器３に燃料ガスを供給するものである。具体的には、図２に示すように、燃焼器３に設けられたパイロットノズル（燃料ノズル）１１Ｐ、メインノズル（燃料ノズル）１１Ｍ、および、トップハットノズル（燃料ノズル）１１Ｔに燃料ガスを供給するものである。
【００５８】
ここで、パイロットノズル１１Ｐは、燃焼の安定化などを図ることを目的とした拡散燃焼用のノズルである。メインノズル１１ＭはＮＯｘ低減を図ることを目的とした予混合燃焼用のノズルである。
トップハットノズル１１Ｔは、さらにＮＯｘ低減を図ることを目的とした予混合燃焼用のノズルである。
【００５９】
なお、パイロットノズル１１Ｐ、メインノズル１１Ｍ、および、トップハットノズル１１Ｔを備えた燃焼器３の構成としては、例えば上述の特許文献１に示された構成など、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
【００６０】
燃料供給部５には、共通系統１０Ｃと、メイン燃料供給系統（燃料供給系統）１０Ｍと、パイロット燃料供給系統（燃料供給系統）１０Ｐと、トップハット燃料供給系統（燃料供給系統）１０Ｔと、制御装置（燃料流量制御装置）２０と、が主に設けられている。
【００６１】
共通系統１０Ｃは、図２に示すように、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、メイン燃料供給系統１０Ｍ、およびトップハット燃料供給系統１０Ｔに燃料ガスを供給する系統である。
共通系統１０Ｃにおける一方の端部は、燃料ガスを供給する供給部１１Ｃと接続され、他方の端部は、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、メイン燃料供給系統１０Ｍ、およびトップハット燃料供給系統１０Ｔと接続されている。
【００６２】
さらに、共通系統１０Ｃには、燃料ガスの圧力を測定する共通圧力センサ（圧力測定部）１２Ｃと、燃料ガスの温度を測定する共通温度センサ１３Ｃと、が設けられている。
共通圧力センサ１２Ｃは、燃料ガスの流れに対して、後述するパイロット流量調節弁１３Ｐ、メイン流量調節弁１３Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔよりも上流側の燃料ガス圧力Ｐ１ｍを測定するものである。
【００６３】
パイロット燃料供給系統１０Ｐは、図２に示すように、パイロットノズル１１Ｐに燃料ガスを供給する系統である。
パイロット燃料供給系統１０Ｐの一方の端部は共通系統１０Ｃに接続され、他方の端部はパイロットノズル１１Ｐに燃料を供給するパイロットマニホールド１２Ｐに接続されている。
【００６４】
さらに、パイロット燃料供給系統１０Ｐには、燃料ガスの流量を制御するパイロット流量調節弁（流量調節弁）１３Ｐが設けられている。
パイロット流量調節弁１３Ｐは、パイロットノズル１１Ｐに供給される燃料ガスの流量を調節する弁である。
なお、パイロット流量調節弁１３Ｐとしては、公知の弁を用いることができ、特に限定するものではない。
【００６５】
パイロットマニホールド１２Ｐは、図２に示すように、パイロット燃料供給系統１０Ｐから供給された燃料ガスを、複数のパイロットノズル１１Ｐに分配するものである。
パイロットマニホールド１２Ｐには、パイロット燃料供給系統１０Ｐおよび複数のパイロットノズル１１Ｐと燃料ガスが流通可能に接続されている。
なお、パイロットマニホールド１２Ｐの形状としては、公知の形状を用いることができ、特に限定するものではない。
【００６６】
メイン燃料供給系統１０Ｍは、図２に示すように、メインノズル１１Ｍに燃料ガスを供給する系統である。
メイン燃料供給系統１０Ｍの一方の端部は共通系統１０Ｃに接続され、他方の端部はメインノズル１１Ｍに燃料を供給するメインマニホールド１２Ｍに接続されている。
【００６７】
さらに、メイン燃料供給系統１０Ｍには、燃料ガスの流量を制御するメイン流量調節弁（流量調節弁）１３Ｍが設けられている。
メイン流量調節弁１３Ｍは、メインノズル１１Ｍに供給される燃料ガスの流量を調節する弁である。
なお、メイン流量調節弁１３Ｍとしては、公知の弁を用いることができ、特に限定するものではない。
【００６８】
メインマニホールド１２Ｍは、図２に示すように、メイン燃料供給系統１０Ｍから供給された燃料ガスを、複数のメインノズル１１Ｍに分配するものである。
メインマニホールド１２Ｍには、メイン燃料供給系統１０Ｍおよび複数のメインノズル１１Ｍと燃料ガスが流通可能に接続されている。
なお、メインマニホールド１２Ｍの形状としては、公知の形状を用いることができ、特に限定するものではない。
【００６９】
トップハット燃料供給系統１０Ｔは、図２に示すように、トップハットノズル１１Ｔに燃料ガスを供給する系統である。
トップハット燃料供給系統１０Ｔの一方の端部は共通系統１０Ｃに接続され、他方の端部はトップハットノズル１１Ｔに燃料を供給するトップハットマニホールド１２Ｔに接続されている。
【００７０】
さらに、トップハット燃料供給系統１０Ｔには、燃料ガスの流量を制御するトップハット流量調節弁（流量調節弁）１３Ｔが設けられている。
トップハット流量調節弁１３Ｔは、トップハットノズル１１Ｔに供給される燃料ガスの流量を調節する弁である。
なお、トップハット流量調節弁１３Ｔとしては、公知の弁を用いることができ、特に限定するものではない。
【００７１】
トップハットマニホールド１２Ｔは、図２に示すように、トップハット燃料供給系統１０Ｔから供給された燃料ガスを、複数のトップハットノズル１１Ｔに分配するものである。
トップハットマニホールド１２Ｔには、トップハット燃料供給系統１０Ｔおよび複数のトップハットノズル１１Ｔと燃料ガスが流通可能に接続されている。
なお、トップハットマニホールド１２Ｔの形状としては、公知の形状を用いることができ、特に限定するものではない。
【００７２】
図３は、図２の制御装置の構成を説明するブロック図である。
制御装置２０は、図２および図３に示すように、パイロット流量調節弁１３Ｐ、メイン流量調節弁１３Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔにおける弁開度を制御するものである。
制御装置２０には、図３に示すように、算出部２１と、補正部２２と、弁制御部２３と、が設けられている。
なお、制御装置２０における制御の詳細は以下に説明する。
【００７３】
算出部２１は、負荷指令に基づいて燃料流量指令値（以下、「ＣＳＯ」と表記する。）を算出するとともに、パイロット燃料流量指令（以下、「ＰＬ＿ＣＳＯ」と表記する。）、メイン燃料流量指令（以下、「Ｍ＿ＣＳＯ」と表記する。）、トップハット燃料流量指令（以下、「ＴＨ＿ＣＳＯ］と表記する。）を算出するものである。
【００７４】
さらに、算出部２１は、パイロット流量調節弁１３Ｐに関する必要流量係数（以下、「ＰＬ＿Ｃｖ」と表記する。）、メイン流量調節弁１３Ｍに関する必要流量係数（以下、「Ｍ＿Ｃｖ」と表記する。）、および、トップハット流量調節弁１３Ｔに関する必要流量係数（以下、「ＴＨ＿Ｃｖ」と表記する。）を算出するものである。
【００７５】
補正部２２は、算出部により算出されたＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値を補正するものである。
【００７６】
弁制御部２３は、補正部２２より補正されたＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値に基づいて、それぞれパイロット流量調節弁１３Ｐの弁開度（以下、「ＰＬ＿Ｌｉｆｔ」と表記する。）、メイン流量調節弁１３Ｍの弁開度（以下、「Ｍ＿Ｌｉｆｔ」と表記する。）、トップハット流量調節弁１３Ｔの弁開度（以下、「ＴＨ＿Ｌｉｆｔ」と表記する。）を算出するものである。
【００７７】
次に、上記の構成からなるガスタービン発電プラント１における一般的な運転について説明し、その後に制御装置２０による燃料ガスの供給制御について説明する。
【００７８】
ガスタービン発電プラント１は、図１に示すように、圧縮機２が回転駆動されることにより大気（空気）を吸入する。吸入された大気は、圧縮機２により圧縮されるとともに、燃焼器３に向かって送り出される。
【００７９】
燃焼器３に流入された圧縮された空気は、燃焼器３において外部から供給された燃料ガスと混合される。空気および燃料ガスの混合気は燃焼器３において燃焼され、燃焼熱により高温の燃焼ガスが生成される。
【００８０】
燃焼器３において生成された燃焼ガスは、燃焼器３から下流のタービン部４に供給される。タービン部４は燃焼ガスにより回転駆動され、その回転駆動力は回転軸７に伝達される。回転軸７は、タービン部４において抽出された回転駆動力を圧縮機２や発電機６に伝達する。
【００８１】
次に、本実施形態の特徴である制御装置２０による燃料ガスの供給制御について図３から図６などを参照しながら説明する。
図４は、図３の制御装置における燃料ガスの供給制御方法を説明するフローチャートである。図５から図８は、図３の制御装置における燃料ガスの供給制御ロジックを説明する図である。
【００８２】
本実施形態のガスタービン発電プラント１における制御装置２０では、発電設備における発電機出力を管理する中央給電センタから送られてくる発電機出力指令値に基づいて、算出部２１がガスタービン発電プラント１の負荷指令値を算出する（ステップＳ１）。そして、算出部２１は、負荷指令値に基づいてＣＳＯを設定する。
【００８３】
算出部２１は、その後、燃料分配指令値を算出する。具体的には、ＣＳＯおよびガスタービン入口燃焼ガス温度を無次元化したＣＬＣＳＯに基づいて、ＰＬ＿ＣＳＯ，Ｍ＿ＣＳＯ，ＴＨ＿ＣＳＯを算出する（ステップＳ２）。
【００８４】
具体的には、図５に示すように、所定のパイロット比が得られるように設定されたＣＳＯ、ＣＬＣＳＯ、およびＰＬ＿ＣＳＯの関数Ｆｘ１を用いて、ＰＬ＿ＣＳＯが算出される。
また、所定のトップハット比が得られるように設定されたＣＳＯ、ＣＬＣＳＯ、およびＴＨ＿ＣＳＯの関数Ｆｘ２を用いて、ＴＨ＿ＣＳＯが算出される。
さらに、以下の計算式に基づいてＭ＿ＣＳＯが算出される。
Ｍ＿ＣＳＯ  ＝  ＣＳＯ  −  ＰＬ＿ＣＳＯ  −  ＴＨ＿ＣＳＯ
【００８５】
そして、算出部２１は、算出されたＰＬ＿ＣＳＯ，Ｍ＿ＣＳＯ，ＴＨ＿ＣＳＯから、それぞれの燃料供給系統１０Ｐ，１０Ｍ，１０Ｔに対する燃料流量指令値ＰＬ＿Ｇｆ，Ｍ＿Ｇｆ，ＴＨ＿Ｇｆを算出する（ステップＳ３）。
つまり、ＣＳＯに対する割合（％）で表されるＰＬ＿ＣＳＯ，Ｍ＿ＣＳＯ，ＴＨ＿ＣＳＯから、実際の燃料流量（ｋｇ／ｓ）で表される燃料流量指令値が算出される。
【００８６】
図９は、ＣＳＯと燃料流量指令値Ｇｆとの関係を説明するグラフである。
なお、図９では、説明を容易にするために、ＣＳＯとＧｆとの関係のみを示している。
【００８７】
具体的には、算出部２１は、図９に示す関係に基づいてＰＬ＿ＣＳＯ，Ｍ＿ＣＳＯ，ＴＨ＿ＣＳＯから、それぞれの燃料供給系統に要求される燃料流量の指令値ＰＬ＿Ｇｆ，Ｍ＿Ｇｆ，ＴＨ＿Ｇｆを算出する。
本実施形態では、燃料流量指令値の算出方法として、算出部２１に予め記憶された関数Ｆｘ３によりＰＬ＿Ｇｆ，Ｍ＿Ｇｆ，ＴＨ＿Ｇｆを算出する例に適用して説明する。
【００８８】
次に、算出部２１は、ＰＬ＿Ｇｆ，Ｍ＿Ｇｆ，ＴＨ＿Ｇｆに基づいて、対応する流量調節弁１３Ｐ，１３Ｍ，１３Ｔにおける必要流量係数であるＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値を算出する（ステップＳ４）。
ここでは、パイロット流量調節弁１３Ｐ、メイン流量調節弁１３Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔにおける燃料ガスの流れが非チョーク流れの場合について説明する。
【００８９】
例えば、パイロット燃料供給系統１０Ｐについて説明すると、図６に示すように、算出部２１は、ＰＬ＿Ｇｆ、圧力項、および、温度項に基づいて、ＰＬ＿Ｃｖの値を算出する。
ここで、圧力項は、共通圧力センサ１２Ｃにより測定されたパイロット流量調節弁１３Ｐの上流側の燃料ガス圧力の実測値Ｐ１ｍ、および、燃焼器３が内部に配置される車室の内部圧力である車室内圧力の設定値（予め定められた圧力）Ｐ３に基づく関数である。
温度項は、燃料ガス温度の設定値（予め定められた温度）Ｔに基づく関数である。
【００９０】
車室内圧力の設定値Ｐ３は、ガスタービン発電プラント１の負荷指令値に基づいて算出されたＣＳＯ、圧縮機２に設けられた入口案内翼（ＩＧＶ）の角度α、および、圧縮機２に吸入される大気の温度Ｔａに基づいて、予め定められた関係式を用いて求められた設定値である。
【００９１】
図１０は、ＣＳＯと車室内圧力の設定との関係を説明するグラフである。
具体的には、まず、図１０のグラフで示すＣＳＯと車室内圧力の設定との関係式に基づいて、算出されたＣＳＯに対する車室内圧力の設定値Ｐ３を算出する。
【００９２】
図１１は、ＩＧＶの角度αと第１補正値との関係を説明するグラフである。
次に、図１１のグラフで示すＩＧＶの角度αと第１補正値との関係式に基づいて、ガスタービン発電プラント１の運転時における角度αに対する第１補正値を算出し、算出された第１補正値に基づいて車室内圧力の設定値Ｐ３を補正する。
【００９３】
図１２は、大気の温度Ｔａと第２補正値との関係を説明するグラフである。
さらに、図１２のグラフで示す大気の温度Ｔａと第２補正値との関係式に基づいて、圧縮機２に吸入される大気の温度Ｔａ対する第２補正値を算出し、算出された第２補正値に基づいて、車室内圧力の設定値Ｐ３をさらに補正する。
このように、補正された車室内圧力の設定値Ｐ３が、上述の圧力項の算出に用いられる。
【００９４】
メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔについても同様に、図７および図８に示すように、算出部２１において、Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値が算出される。
【００９５】
算出されたＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値は補正部２２に入力され、補正部２２において、ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値の補正が行われる（ステップＳ５）。
【００９６】
例えば、パイロット燃料供給系統１０Ｐについて説明すると、図６に示すように、補正部２２は、実圧力補正、および、実温度補正に基づいて、ＰＬ＿Ｃｖの値を補正する。
ここで、実圧力補正は、共通圧力センサ１２Ｃにより測定されたパイロット流量調節弁１３Ｐの上流側の燃料ガス圧力の実測値Ｐ１ｍ、その設定値（予め定められた圧力）Ｐ１、車室内圧力の実測値Ｐ３ｍ、その設定値Ｐ３に基づく関数である。
実温度補正は、共通温度センサ１３Ｃにより測定された燃料ガス温度の測定値ｔ１と、その設定値Ｔに基づく関数である。
【００９７】
さらに、実圧力補正、および、実温度補正は、ＰＬ＿Ｃｖの値の補正に用いられる際に、フィルタをかけることも可能とする。
フィルタをかけることにより、実圧力補正や実温度補正の値は、燃料ガス圧力や温度の変化に対して一次遅れとなる。そのため、補正後のＰＬ＿Ｃｖの値は、燃料ガス圧力や温度の変化に対する追従性が低下し、安定した値となる。
【００９８】
メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔについても同様に、図７および図８に示すように、補正部２２において、Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値が補正される。
【００９９】
補正後のＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖは弁制御部２３に入力され、弁制御部２３において、予め記憶された関数Ｆｘ４に基づいて、対応する流量調節弁における弁開度であるＰＬ＿Ｌｉｆｔ，Ｍ＿Ｌｉｆｔ，ＴＨ＿Ｌｉｆｔが算出される（ステップＳ６）。
【０１００】
例えば、パイロット燃料供給系統１０Ｐについて説明すると、図６に示すように、弁制御部２３は、ＰＬ＿Ｃｖの値およびパイロット流量調節弁１３Ｐの特性に基づいて、ＰＬ＿Ｌｉｆｔが算出される。
算出されたＰＬ＿Ｌｉｆｔは、弁制御部２３からパイロット流量調節弁１３Ｐに出力され、パイロット流量調節弁１３Ｐの弁開度が制御される。
【０１０１】
メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔについても同様に、図７および図８に示すように、弁制御部２３において、Ｍ＿Ｌｉｆｔ、および、ＴＨ＿Ｌｉｆｔの値が算出され、メイン流量調節弁１３Ｍの弁開度、および、トップハット流量調節弁１３Ｔの弁開度が制御される。
【０１０２】
上記の構成によれば、パイロットノズル１１Ｐ、メインノズル１１Ｍ、および、トップハットノズル１１Ｔのうちの一のノズル、例えばパイロットノズル１１Ｐに供給される燃料の流量は、パイロットノズル１１Ｐに対応するパイロット流量調節弁１３Ｐの弁開度（ＰＬ＿Ｌｉｆｔ）を制御することにより調節される。そのため、本実施形態の燃料供給部５は、特許文献１に記載された発明と比較して、パイロットノズル１１Ｐに供給される燃料の流量を変更する入力に対する応答性が早くなる。
【０１０３】
具体的には、上述の燃料流量を変更する入力に対して、本実施形態の燃料供給部５は、流量調節弁と比較して応答性の遅い圧力調節弁などを用いることなく対応することができる。
【０１０４】
そのため、上述の燃料流量を変更する入力に対して、圧力調節弁および流量調節弁を用いて対応する特許文献１の発明と比較して、本実施形態の燃料供給部５は早く応答することができる。
【０１０５】
その一方で、本実施形態の燃料供給部５では、圧力調節弁が設けられていないため、メイン燃料供給系統１０Ｍ、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔのそれぞれに圧力調節弁を設けた特許文献１の発明と比較して、圧力調節弁の数を減らすことができる。
【０１０６】
そのため、本実施形態の燃料供給部５を小型化することができ、配置する際に必要な空間を小さくすることができる。これにより、ガスタービン発電プラント１への燃料供給部５の配置が容易となり、製造が容易となり製造コストの低減を図ることができる。
【０１０７】
さらに、圧力調節弁における燃料ガスの圧力損失を考慮する必要がないため、燃焼器３に供給される燃料ガスの圧力を、特許文献１の発明の場合と比較して低く抑えることができる。
そのため、燃料ガスを供給する供給部１１Ｃに求められる昇圧能力を低く抑えることができ、燃料供給部５およびガスタービン発電プラント１の製造コストの低減を図ることができる。
【０１０８】
例えばパイロットノズル１１Ｐに対応するパイロット流量調節弁１３Ｐにおける弁開度（ＰＬ＿Ｌｉｆｔ）の制御に、上流側で測定された燃料ガス圧力Ｐ１ｍ、設定値Ｐ３等の関数である下流側の燃料ガス圧力を用いているため、チョーク領域および非チョーク領域の両領域にて制御可能である。
【０１０９】
その一方で、共通圧力センサ１２Ｃにより測定された上流側の燃料ガス圧力Ｐ１ｍに基づいて必要流量係数（ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖ）の値が算出されるため、共通系統１０Ｃに供給される燃料ガスの圧力、言い換えると、流量調節弁１３Ｐ，１３Ｍ，１３Ｔの上流側における燃料ガスの圧力に変動があっても、変動後の燃料ガスの圧力に基づいて必要流量係数（ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖ）の値が算出される。この必要流量係数に基づいて流量調節弁の弁開度（ＰＬ＿Ｌｉｆｔ，Ｍ＿Ｌｉｆｔ，ＴＨ＿Ｌｉｆｔ）を制御することができる。
【０１１０】
さらに、必要流量係数（ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖ）の値の算出に、車室内圧力の設定値Ｐ３の関数である圧力項、および、燃料ガス温度の設定値Ｔの関数である温度項を用いているため、実際に測定された下流側の燃料ガス圧力のみの関数である圧力項、および、実際に測定された燃料ガス温度のみの関数である温度項を用いる方法と比較して、算出された必要流量係数に対する測定された燃料ガス圧力の変動の影響を抑制できる。
【０１１１】
実際に測定された下流側の燃料ガス圧力のみを用いる方法と比較して、パイロットノズル１１Ｐ、メインノズル１１Ｍ、および、トップハットノズル１１Ｔの間における燃料の分配比、つまり、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔの間における燃料分配比に対する測定された燃料ガス圧力の影響を抑制することができる。
【０１１２】
例えば、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔに対応する複数の実際に測定された下流側の燃料ガス圧力のうち、少なくとも一つが、測定装置の異常等により不正確な燃料ガス圧力であった場合、その不正確な燃料ガス圧力に基づいて必要流量係数（ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖ）の値が算出されることとなり、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔの間における燃料の分配比に影響がでる。
【０１１３】
しかしながら、車室内圧力の設定値Ｐ３の関数である下流側の燃料ガス圧力を用いて必要流量係数（ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖ）の値を算出することにより、測定装置の異常等による影響を排除でき、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔの間における燃料分配比への影響を抑制することができる。
【０１１４】
さらに、車室内圧力の設定値Ｐ３を共通のパラメータとして、パイロットノズル１１Ｐ、メインノズル１１Ｍ、および、トップハットノズル１１Ｔのそれぞれに対応する下流側の燃料ガス圧力を算出し、必要流量係数（ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖ）の値を算出することができる。そのため、車室内圧力の設定値Ｐ３を用いない方法と比較して、パイロットノズル１１Ｐ、メインノズル１１Ｍ、および、トップハットノズル１１Ｔの間における燃料の分配、つまり、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔの間における燃料分配を適切に行うことができる。
【０１１５】
さらに、パイロットノズル１１Ｐ、メインノズル１１Ｍ、および、トップハットノズル１１Ｔごとに下流側の燃料ガス圧力の設定値（異なる設定値）を用いた場合、上述の下流側の燃料圧力と、実際の下流側の燃料圧力との差圧が大きくなった場合に、それぞれの下流側の燃料ガス圧力の設定値を変更する必要があり、その変更が困難となる。特に、ガスタービン発電プラント１が設置された現地における変更が困難となる。
それに対して本実施形態の燃料供給部５では、一つの車室内圧力の設定値Ｐ３のみを変更すればよく、その対応が容易となる。
【０１１６】
補正部２２が設けられていることにより、算出部２１において算出された必要流量係数（ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖ）の値に含まれる偏差を、車室内圧力の実測値Ｐ３ｍ、および、燃料ガス温度の実測値ｔを用いて補正することができる。
【０１１７】
なお、上述の実施形態のように、算出部２１において算出された必要流量係数（ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖ）の値を補正部２２において補正してもよいし、補正を行うことなく、算出部２１において算出された必要流量係数（ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖ）の値を弁制御部２３に直接出力してもよく、特に限定するものではない。
【０１１８】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図１３から図１６を参照して説明する。
本実施形態におけるガスタービン発電プラントの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、共通系統に共通圧力調節弁が設けられている点が異なっている。よって、本実施形態においては、図１３から図１６を用いて共通系統の周辺のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図１３は、本実施形態に係るガスタービン発電プラントにおける燃料供給部および燃焼器における燃料ガスの流れを説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付して、その説明を省略する。
【０１１９】
本実施形態のガスタービン発電プラント１０１における燃料供給部１０５は、図１３に示すように、燃焼器３に燃料ガスを供給するものである。具体的には、燃焼器３に設けられたパイロットノズル１１Ｐ、メインノズル１１Ｍ、および、トップハットノズル１１Ｔに燃料ガスを供給するものである。
【０１２０】
燃料供給部１０５には、共通系統１１０Ｃと、メイン燃料供給系統１０Ｍと、パイロット燃料供給系統１０Ｐと、トップハット燃料供給系統１０Ｔと、制御装置１２０と、が主に設けられている。
【０１２１】
共通系統１１０Ｃは、図１３に示すように、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、メイン燃料供給系統１０Ｍ、およびトップハット燃料供給系統１０Ｔに燃料ガスを供給する系統である。
共通系統１１０Ｃにおける一方の端部は、燃料ガスを供給する供給部１１Ｃと接続され、他方の端部は、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、メイン燃料供給系統１０Ｍ、およびトップハット燃料供給系統１０Ｔと接続されている。
【０１２２】
さらに、共通系統１１０Ｃには、燃料ガスの圧力を測定する共通圧力センサ１２Ｃと、燃料ガスの温度を測定する共通温度センサ１３Ｃと、燃料ガスの圧力を調節する共通圧力調節弁（圧力調節部）１１４Ｃと、が設けられている。
共通圧力調節弁１１４Ｃは、燃料ガスの流れに対して、パイロット流量調節弁１３Ｐ、メイン流量調節弁１３Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔよりも上流側の燃料ガス圧力を所定の設定値Ｐ１に調節するものである。
【０１２３】
例えば、共通圧力調節弁１１４Ｃは、共通圧力センサ１２Ｃにより測定された燃料ガス圧力の値に基づいて、制御装置１２０によって、上述の上流側の燃料ガス圧力を設定値Ｐ１とするように制御されている。
【０１２４】
図１４は、図１３の制御装置の構成を説明するブロック図である。
制御装置１２０は、図１３および図１４に示すように、パイロット流量調節弁１３Ｐ、メイン流量調節弁１３Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔにおける弁開度を制御するものである。
制御装置１２０には、図１４に示すように、算出部１２１と、補正部２２と、弁制御部２３と、が設けられている。
なお、制御装置１２０における制御の詳細は以下に説明する。
【０１２５】
算出部１２１は、負荷指令に基づいてＣＳＯを算出するとともに、ＰＬ＿ＣＳＯ、Ｍ＿ＣＳＯ、ＴＨ＿ＣＳＯを算出するものである。
さらに、算出部１２１は、ＰＬ＿Ｃｖ、Ｍ＿Ｃｖ、および、ＴＨ＿Ｃｖを算出するものである。
【０１２６】
次に、本実施形態の特徴である制御装置１２０による燃料ガスの供給制御について図１５などを参照しながら説明する。なお、本実施形態のガスタービン発電プラント１０１における一般的な運転については、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【０１２７】
図１５は、図１３の制御装置における燃料ガスの供給制御方法を説明するフローチャートである。
ここで、制御装置１２０による燃料ガスの供給制御の特徴である必要流量係数であるＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値の算出（ステップＳ１４）について説明する。つまり、負荷指令値の算出（ステップＳ１）から燃料流量指令値の算出（ステップＳ３）まで、必要流量係数の補正（ステップＳ５）、および、弁開度の算出（ステップＳ６）は、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１２８】
例えば、パイロット燃料供給系統１０Ｐについて説明すると、算出部１２１は、ＰＬ＿Ｇｆ、圧力項、および、温度項に基づいて、ＰＬ＿Ｃｖの値を算出する。
温度項は、第１の実施形態と同様に燃料ガス温度の設定値Ｔに基づく関数である。
【０１２９】
圧力項は、パイロット流量調節弁１３Ｐの上流側の燃料ガス圧力の設定値（予め与えられた圧力）Ｐ１、および、車室内圧力の設定値Ｐ３に基づく関数である。
燃料ガス圧力の設定値Ｐ１は、共通圧力調節弁１１４Ｃにより調節される燃料ガス圧力の設定値である。
【０１３０】
メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔについても同様に、算出部１２１において、Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値が算出される。
【０１３１】
図１６は、ガスタービン負荷に対する各部における燃料ガス圧力の変化を説明するグラフである。
燃料ガス流れの上流側から説明すると、図１６に示すように、ガスタービン負荷が増えるに伴い、燃料供給系統の圧力損失が増加するので、供給部１１Ｃから供給される燃料ガス圧力Ｐ０は徐々に低下する。供給部１１Ｃから供給された燃料ガスの圧力は、共通圧力調節弁１１４Ｃにより、略一定の設定値Ｐ１に調節される。言い換えると、圧力Ｐ０とＰ１との差圧は、共通圧力調節弁１１４Ｃにおける差圧となる。
【０１３２】
その一方で、燃焼器３が配置される車室内圧力の設定値Ｐ３は、図１６に示すように、ガスタービン負荷が増えるに伴い徐々に増加する。さらに、メインノズル１１Ｍ、および、トップハットノズル１１Ｔにおける圧力損失Ｐ２−Ｐ３も、ガスタービン負荷が増えるに伴い徐々に増加する。
【０１３３】
そのため、車室内圧力の設定値Ｐ３および圧力損失Ｐ２−Ｐ３などから算出されるメインマニホールド１２Ｍ、および、トップハットマニホールド１２Ｔにおける燃料ガス圧力の設定値Ｐ２も同様に、ガスタービン負荷が増えるに伴い徐々に増加する。
【０１３４】
ここで、各マニホールド１２Ｐ，１２Ｍ，１２Ｔにおける設定値Ｐ２と、実際に測定された圧力の値Ｐ２ｍとの間には、差（Ｐ２ｍ−Ｐ２）がある場合もあるため、上述の補正部２２により、補正が行われている。
また、圧力Ｐ１とＰ２ｍとの差圧は、各流量調節弁１３Ｐ，１３Ｍ，１３Ｔにおける差圧となる。
【０１３５】
上記の構成によれば、共通圧力調節弁１１４Ｃは、メイン燃料供給系統１０Ｍ、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔに燃料を供給する共通系統１１０Ｃに配置されていることから、メイン燃料供給系統１０Ｍ、パイロット燃料供給系統１０Ｐ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔに対する燃料分配比率の変化の影響を受けることがない。そのため、共通圧力調節弁１１４Ｃに求められる仕様の多様性が抑えられ、共通圧力調節弁１１４Ｃにおける仕様の共通化を図ることが容易となる。
【０１３６】
その一方で、共通圧力調節弁１１４Ｃは、パイロット流量調節弁１３Ｐ、メイン流量調節弁１３Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔに対して上流側の燃料ガス圧力を所定の値、例えば一定の設定値Ｐ１に制御するものであるため、パイロット流量調節弁１３Ｐ、メイン流量調節弁１３Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔにおける差圧を一定に保つ特許文献１の発明の圧力調節弁と比較して、共通圧力調節弁１１４Ｃにおける圧力損失を抑制することができる。そのため、共通系統１１０Ｃおよび共通圧力調節弁１１４Ｃに供給される燃料ガスの圧力を、特許文献１の発明の場合と比較して、低く抑えることができる。
【０１３７】
さらに、共通系統１１０Ｃに供給される燃料ガスの圧力に変動があっても、共通圧力調節弁１１４Ｃにより所定の設定値Ｐ１に調節される。このように、パイロット流量調節弁１３Ｐ、メイン流量調節弁１３Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔに流入する燃料ガスの圧力の変動が抑えられるため、実際の上流側の燃料ガス圧力の値Ｐ１ｍと、必要流量係数の算出に用いられる燃料ガス圧力の設定値Ｐ１との間の圧力差が小さくすることができる。
【０１３８】
必要流量係数ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値の算出に、燃料ガス圧力の設定値Ｐ１を用いるため、実際に測定された上流側の燃料ガス圧力の値Ｐ１ｍを用いる方法と比較して、測定された燃料ガス圧力の値Ｐ１ｍにおける変動の影響を受けることなく必要流量係数ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値を算出することができる。
【０１３９】
〔第２の実施形態の変形例〕
次に、本発明の第２の実施形態の変形例について図１７から図２２を参照して説明する。
変形例のガスタービン発電プラントの基本構成は、第２の実施形態と同様であるが、第２の実施形態とは、チョーク時における流量調節弁の制御方法が追加されている点が異なっている。よって、変形例においては、図１７から図２２を用いて流量調節弁の制御のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図１７は、本変形例に係るガスタービン発電プラントにおける燃料供給部および燃焼器における燃料ガスの流れを説明する模式図である。
なお、第２の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１４０】
本実施形態のガスタービン発電プラント２０１における燃料供給部２０５は、図１７に示すように、燃焼器３に燃料ガスを供給するものである。具体的には、燃焼器３に設けられたパイロットノズル１１Ｐ、メインノズル１１Ｍ、および、トップハットノズル１１Ｔに燃料ガスを供給するものである。
【０１４１】
燃料供給部２０５には、共通系統１１０Ｃと、メイン燃料供給系統１０Ｍと、パイロット燃料供給系統１０Ｐと、トップハット燃料供給系統１０Ｔと、制御装置（燃料流量制御装置）２２０と、が主に設けられている。
【０１４２】
図１８は、図１７の制御装置の構成を説明するブロック図である。
制御装置２２０は、図１７および図１８に示すように、パイロット流量調節弁１３Ｐ、メイン流量調節弁１３Ｍ、および、トップハット流量調節弁１３Ｔにおける弁開度を制御するものである。
制御装置２２０には、図１８に示すように、算出部２２１と、補正部２２２と、弁制御部２３と、が設けられている。
なお、制御装置２２０における制御の詳細は以下に説明する。
【０１４３】
算出部２２１は、各流量調節弁１３Ｐ，１３Ｍ，１３Ｔにおける燃料ガスの流れが非チョーク時の場合と、チョーク時の場合とに分けて、ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖを算出するものである。
【０１４４】
補正部２２２は、実圧力補正、および、実温度補正に基づいて、非チョーク時およびチョーク時のＰＬ＿Ｃｖ等を補正するとともに、非チョーク時のＰＬ＿Ｃｖ等の値と、チョーク時のＰＬ＿Ｃｖ等の値とを圧力演算によりチョークまたは非チョークを判定し切り替えをするものである。
【０１４５】
次に、本実施形態の特徴である制御装置２２０による燃料ガスの供給制御について図１９などを参照しながら説明する。なお、本実施形態のガスタービン発電プラント２０１における一般的な運転については、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【０１４６】
図１９は、図１７の制御装置による制御を説明するフローチャートである。図２０から図２２は、図１７の制御装置における制御ロジックの一部を説明する図である。
ここで、制御装置２２０による燃料ガスの供給制御の特徴である必要流量係数であるＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値の算出（ステップＳ１４、ステップＳ２４）、および、必要流量係数の補正および選択（ステップＳ２５）について説明する。
つまり、負荷指令値の算出（ステップＳ１）から燃料流量指令値の算出（ステップＳ３）まで、および、弁開度の算出（ステップＳ６）は、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１４７】
図１９に示すように、ステップＳ３で算出された燃料流量の指令値ＰＬ＿Ｇｆ，Ｍ＿Ｇｆ，ＴＨ＿Ｇｆは、算出部２２１に入力され、流量調節弁における燃料ガス流れが非チョーク流れの場合の必要流量係数ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値を算出する（ステップＳ１４）とともに、チョーク流れの場合の必要流量係数ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値を算出する（ステップＳ２４）。
【０１４８】
なお、非チョーク流れの場合における必要流量係数ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値の算出方法は、第２の実施形態と同様であるので、その説明を省略し、チョーク流れの場合における必要流量係数ＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値の算出方法について説明する。
【０１４９】
例えば、パイロット燃料供給系統１０Ｐについて説明すると、算出部２２１は、ＰＬ＿Ｇｆ、チョーク時における圧力項、および、温度項に基づいて、ＰＬ＿Ｃｖの値を算出する。
ここで、チョーク時における圧力項は、共通圧力センサ１２Ｃにより測定されたパイロット流量調節弁１３Ｐの上流側の燃料ガス圧力の実測値Ｐ１ｍに基づく関数である。
温度項は、チョーク時であっても非チョーク時と同じ関数が用いられている。
【０１５０】
メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔについても同様に、図２１および図２２に示すように、算出部２２１において、Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値が算出される。
【０１５１】
算出されたＰＬ＿Ｃｖ，Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値は補正部２２２に入力され、補正部２２２において、ＰＬ＿Ｃｖ等の値の補正が行われるとともに、非チョーク時のＰＬ＿Ｃｖ等の値、および、チョーク時のＰＬ＿Ｃｖ等の値とを圧力演算によりチョークまたは非チョークを判定しＰＬ＿Ｃｖ等が切り替えられる（ステップＳ２５）。
【０１５２】
例えば、パイロット燃料供給系統１０Ｐについて説明すると、図２０に示すように、まず、非チョーク時のＰＬ＿Ｃｖは、非チョーク時の実圧力補正に基づいて補正されるとともに、チョーク時のＰＬ＿Ｃｖは、チョーク時の実圧力補正に基づいて補正される。
ここで、チョーク時の実圧力補正は、共通圧力センサ１２Ｃにより測定されたパイロット流量調節弁１３Ｐの上流側の燃料ガス圧力の実測値Ｐ１ｍ、その設定値（予め定められた圧力）Ｐ１に基づく関数である。
なお、非チョーク時の実圧力補正は第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１５３】
各実圧力補正に基づいて補正されたＰＬ＿Ｃｖは切替部２２２Ｓに入力され、チョークの場合はチョーク時のＰＬ＿Ｃｖ、非チョークの場合は非チョーク時のＰＬ＿Ｃｖに切り替えられる。選択されたＰＬ＿Ｃｖは実温度補正に基づいて補正される。
なお、実温度補正については、第２の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【０１５４】
メイン燃料供給系統１０Ｍ、および、トップハット燃料供給系統１０Ｔについても同様に、図２１および図２２に示すように、補正部２２２において、Ｍ＿Ｃｖ，ＴＨ＿Ｃｖの値が補正されるとともに切り替えられる。
【０１５５】
上記の構成によれば、各流量調節弁１３Ｐ，１３Ｍ，１３Ｔにおける燃料ガスの流れが非チョーク流れであっても、チョーク流れであっても適切に燃料ガスの流量を調節することができる。
【０１５６】
なお、上記の第１の実施形態、第２の実施形態および第２の実施形態の変形例では、予混合燃焼方式のガスタービン発電プラントについて説明してきたが、拡散燃焼方式のガスタービン発電プラントに対しても本発明を適用することが可能である。拡散燃焼方式のガスタービン発電プラントの例としては、１種類の拡散燃焼用の燃料ノズルを備えるものや、異なる複数の拡散燃焼用の燃料ノズルを備えるものが挙げられる。
【符号の説明】
【０１５７】
１，１０１，２０１  ガスタービン発電プラント
２  圧縮機
３  燃焼器
４  タービン部
５  燃料供給部（燃料供給装置）
１０Ｃ，１１０Ｃ  共通系統
１０Ｍ  メイン燃料供給系統（燃料供給系統）
１０Ｐ  パイロット燃料供給系統（燃料供給系統）
１０Ｔ  トップハット燃料供給系統（燃料供給系統）
１１Ｐ  パイロットノズル（燃料ノズル）
１１Ｍ  メインノズル（燃料ノズル）
１１Ｔ  トップハットノズル（燃料ノズル）
１２Ｃ  共通圧力センサ（圧力測定部）
１３Ｐ  パイロット流量調節弁（流量調節弁）
１３Ｍ  メイン流量調節弁（流量調節弁）
１３Ｔ  トップハット流量調節弁（流量調節弁）
２０，２２０  制御装置（燃料流量制御装置）
２１，１２１，２２１  算出部
２２，２２２  補正部
２３  弁制御部
１１４Ｃ  共通圧力調節弁（圧力調節部）
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
2013105406.tif 000025
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１７】
2013105406.tif 000026
【国際調査報告】
2013105406.tif 000027
2013105406.tif 000028
2013105406.tif 000029