(57)【要約】【課題】本発明は、応答遅れが無く正確にタービン入口温度が演算可能であるとともに、演算結果となるタービン入口温度に基づいて燃焼器の制御を行うことができる燃焼器制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】タービン入口温度演算部１５で、燃焼器３へ供給する燃料の流量Ｇｆ及び温度Ｔｆと空気の流量Ｇ３及び温度Ｔ３とに基づいて、タービン入口温度Ｔ４を求める。そして、このタービン入口温度Ｔ４に基づいて、パイロット比演算部１６においてパイロット比が設定されるとともに、バイパス弁開度演算部１７及びＩＧＶ開度演算部１８において、バイパス弁制御信号及びＩＧＶ制御信号が生成される。【選択図】　　　図１
2004132255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機と同軸に設けられたガスタービンに設けられるとともに当該ガスタービンに燃焼ガスを与えて回転させる燃焼器を制御する燃焼器制御装置において、
前記発電機の出力と前記発電機が目標とする出力の差分値に基づいて、前記燃焼器に与える燃料流量を設定する燃料流量演算部と、
前記燃焼器に流入される燃料及び空気それぞれの流量及び温度に基づいて、前記ガスタービンに前記燃焼器から流入される燃焼ガスの温度であるタービン入口温度を求めるタービン入口温度演算部と、
種火を拡散燃焼する前記燃焼器内のパイロットノズルに与えるパイロット燃料と空気と燃料とを混合して予混燃焼する前記燃焼器内のメインノズルに与えるメイン燃料との合計となる全燃料流量に対する前記パイロット燃料の比となるパイロット比を、前記タービン入口温度演算部で求められたタービン入口温度に基づいて設定するパイロット比演算部と、
前記燃焼器内に流入させる空気流量を、前記タービン入口温度演算部で求められたタービン入口温度に基づいて設定する空気流量演算部と、
を備え、
前記パイロット比演算部で求められたパイロット比と前記燃料流量演算部で求められた前記燃料流量とに基づいて、前記パイロット燃料及び前記メイン燃料の流量を制御するとともに、前記空気流量演算部で求められた空気流量によって前記燃焼器内に流入させる空気流量を制御することで、前記燃焼器の燃焼状態を制御することを特徴とする燃焼器制御装置。
【請求項２】
前記タービン入口温度演算部において、タービン入口温度Ｔ４が、
Ｃｐ４　Ｖｃｂγ４×（ｄＴ４／ｄｔ）＝Ｃｐｆ　Ｇｆ　Ｔｆ＋Ｃｐ３　Ｇ３　Ｔ３＋ηＨｆ　Ｇｆ−Ｃｐ４　Ｇ４　Ｔ４
Ｇｆ：前記燃焼器へ供給する燃料の流量
Ｔｆ：前記燃焼器へ供給する燃料の温度
Ｇ３：前記燃焼器へ供給する空気の流量
Ｔ３：前記燃焼器へ供給する空気の温度
Ｃｐ３：前記燃焼器の車室比熱、
Ｃｐ４：前記燃焼器で生成される燃焼ガスの比熱
Ｃｐｆ：前記燃料の比熱
η：前記燃焼器の熱効率
Ｈｆ：前記燃料の発熱量
γ４：前記燃焼ガスの比重
Ｖｃｂ：前記燃焼器の容積
Ｇ４：タービン入口燃焼ガス流量（＝Ｇ３＋Ｇｆ）
により、求められることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器制御装置。
【請求項３】
前記タービン入口温度演算部で求められたタービン入口温度が低いとき、前記パイロット比演算部で求められる前記パイロット比が高く、前記空気流量演算部で求められる空気流量が多くなり、
又、前記タービン入口温度演算部で求められたタービン入口温度が高いとき、前記パイロット比演算部で求められる前記パイロット比が低く、前記空気流量演算部で求められる空気流量が少なくなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃焼器制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの燃焼器制御装置に関するもので、特に、燃焼器に与える燃料及び空気の燃空比を制御するための燃焼器制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンの燃焼器として、燃料ガスを拡散させて種火で拡散燃焼するパイロットノズルと空気と燃料を混合して予混燃焼するメインノズルとを備えたものが、従来より使用されている。このような燃焼器から燃焼ガスを利用してガスタービンが回転を行い、このガスタービンの動力により発電機が発電する。よって、ガスタービンを利用した発電施設では、燃焼器の燃焼制御を行うことで、発電機の出力制御を行うことができる。
【０００３】
このような燃焼器の燃焼制御を行う際、パイロットノズルに供給するパイロット燃料とメインノズルに供給するメイン燃料との燃料比率も制御される。この燃料比率を適切な値に制御することによって、ＮＯｘの排出量を抑制することができる。図６に、このようなパイロットノズル及びメインノズルを備えた燃焼器の制御を行うための従来の燃焼器制御装置の構成を示す。
【０００４】
図６の燃焼器制御装置１００は、燃焼器バイパス弁８の開度を制御するためのバイパス弁制御信号をバイパス弁開度演算部１０２によって発電機４からの出力に基づいて生成し、燃焼器バイパス弁８に与えて燃焼器３に供給する空気量を制御する。又、この燃焼器制御装置１００は、入口案内翼（ＩＧＶ）５の開度を制御するためのＩＧＶ制御信号をＩＧＶ開度演算部１０３によって発電機４からの出力に基づいて生成し、ＩＧＶ５に与えて圧縮機１に流入する空気量を制御する。尚、バイパス弁開度演算部１０２及びＩＧＶ開度演算部１０３では、図３及び図４のグラフに基づいて、バイパス弁制御信号及びＩＧＶ制御信号の値が求められる。又、図３及び図４の横軸は、発電機４からの出力を表す。
【０００５】
更に、燃焼器制御装置１００は、減算部９において発電機４からの出力と目標値とする発電機出力との差分を求めた後、ＰＩ部１０において積分成分を与えて、燃料流量指令信号（ＣＳＯ）を生成する。そして、このＰＩ部１０からのＣＳＯの値をリミッタ１１で所定値Ｌと比較して、その値が所定値Ｌより低くなると、ＣＳＯをパイロット比演算部１０１及び乗算部１２に与える。
【０００６】
パイロット比演算部１０１では、ＣＳＯに基づいて、乗算部１２での乗算値を設定して乗算部１２に与える。乗算部１２では、リミッタ１１より与えられるＣＳＯに対して、パイロット比演算部１０１より与えられる乗算値を乗算してパイロット燃料制御信号を生成し、パイロット燃料制御弁７に与える。又、減算部１３において、リミッタ１１より与えられるＣＳＯから乗算部１２より与えられるパイロット燃料制御信号を減算してメイン燃料制御信号を生成し、メイン燃料制御弁６に与える。尚、パイロット比演算部１０１では、図２のグラフに基づいて、パイロット燃料制御信号の値が求められる。又、図２の横軸は、ＣＳＯの値を表す。
【０００７】
このような燃焼器制御装置１００によって、ガスタービン２への負荷が低く発電機４の出力が低くなるとき、燃焼振動を抑えて安定燃焼させるために、ＩＧＶ５の開度を閉じて圧縮機１に流入する空気流量を減少させるとともに、燃焼器バイパス弁８の開度を開いて圧縮機１からガスタービン２へ直接流入させる圧縮空気の流量を増加させる。このようにして、燃焼器３への空気流量を減らすことで、燃空比を上げる。又、ガスタービン２への負荷が高く発電機４の出力が高くなるとき、ＮＯｘ排出量を抑制するために、ＩＧＶ５の開度を開いて圧縮機１に流入する空気流量を増加させるとともに、燃焼器バイパス弁８の開度を閉じて圧縮機１からガスタービン２へ直接流入させる圧縮空気の流量を減少させる。このようにして、燃焼器３への空気流量を増やすことで、燃空比を下げる。
【０００８】
更に、発電機の出力が低くなるとき、パイロットノズルの燃焼を活性化させ燃焼振動を抑えて安定燃焼させるために、メイン燃料制御弁６の開度を閉じるとともにパイロット燃料制御弁７の開度を開いて、燃焼器３に与えられる全燃料に対するパイロット燃料の比率（パイロット比）を高くする。又、発電機の出力が高くなるとき、パイロットノズルの燃焼を抑えてＮＯｘ排出量を抑制するために、メイン燃料制御弁６の開度を開くとともにパイロット燃料制御弁７の開度を閉じて、パイロット比を低くする。
【０００９】
このように、従来は、燃焼によって得られた熱エネルギーがガスタービン２による運動エネルギーに変換され、この運動エネルギーが発電機４によって電気エネルギーに変換される。このように、発電機４の出力が燃焼器３における燃焼状態に近い状態を表し、又、燃焼器３での燃焼状態の変化に対して応答遅れが少ない。よって、上述で説明したように、従来では、パイロット比やＩＧＶ５及び燃焼器バイパス弁８の開度は、発電機４の出力に基づいて設定される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の燃焼器制御装置において、燃焼器へ供給する空気流量やパイロットノズル及びメインノズルへ供給する燃料流量が、発電機の出力に基づいて設定されるため、発電機の電力供給系統の力率が変化した場合や蒸気タービンを併用した複合発電システムで急激な負荷変動があった場合などにおいて、正確な制御を行うことができない。
【００１１】
即ち、発電機の電力供給系統において、無効電力が増大して、その力率が変化した場合、発電機出力を有効電力で測定していることから、燃焼によって得たガスタービンの推進トルクと発電機出力との比例関係が崩れてしまう。このとき、ガスタービンの推進トルクが変化していないにも関わらず、発電機出力が小さくなるため、パイロット比及び燃空比を増大するような制御を行ってしまう。
【００１２】
又、蒸気タービンとガスタービンとを１本の軸でつないだ複合発電施設では、発電機の出力は、ガスタービンの推進トルクと蒸気タービンの推進トルクとの和に相当する。そのため、ガスタービンの推進トルクに基づく発電機の出力が、定常状態における蒸気タービンの推進トルクを推定することによって求められ、この求められたガスタービンの推進トルクに相当する発電機の出力に基づいて燃焼器におけるパイロット比及び燃空比が制御されている。よって、ガスタービンの推進トルクに相当する発電機の出力が正確に求められるわけではなく、急激な負荷変動が発生したときなどは、燃焼器におけるパイロット比及び燃空比の正確な制御が行えない。
【００１３】
このような問題を防ぐためには、燃焼器出口における燃焼ガスの温度（即ち、ガスタービン入口に供給される燃焼ガス温度であり、以下、「タービン入口温度」と呼ぶ）により、燃焼器におけるパイロット比及び燃空比の制御を行うことが好ましい。しかしながら、近年のガスタービンにおいて、そのタービン入口温度が１５００℃を超えるようになっているため、タービン入口温度を長期間続けて測定できる温度測定器が存在しない。又、タービン入口温度を、燃焼器の車室圧力とガスタービンの排ガス温度から演算して推定する方法もあるが、燃焼状態に対する排ガス温度の応答性が悪い。よって、結果的に、実際のタービン入口温度が遅延した値が与えられ、燃焼器におけるパイロット比及び燃空比の制御において、応答遅れが発生する。
【００１４】
このような問題を鑑みて、本発明は、応答遅れが無く正確にタービン入口温度が演算可能であるとともに、演算結果となるタービン入口温度に基づいて燃焼器の制御を行うことができる燃焼器制御装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の燃焼器制御装置は、発電機と同軸に設けられたガスタービンに設けられるとともに当該ガスタービンに燃焼ガスを与えて回転させる燃焼器を制御する燃焼器制御装置において、前記発電機の出力と前記発電機が目標とする出力の差分値に基づいて、前記燃焼器に与える燃料流量を設定する燃料流量演算部と、前記燃焼器に流入される燃料及び空気それぞれの流量及び温度に基づいて、前記ガスタービンに前記燃焼器から流入される燃焼ガスの温度であるタービン入口温度を求めるタービン入口温度演算部と、種火を拡散燃焼する前記燃焼器内のパイロットノズルに与えるパイロット燃料と空気と燃料とを混合して予混燃焼する前記燃焼器内のメインノズルに与えるメイン燃料との合計となる全燃料流量に対する前記パイロット燃料の比となるパイロット比を、前記タービン入口温度演算部で求められたタービン入口温度に基づいて設定するパイロット比演算部と、前記燃焼器内に流入させる空気流量を、前記タービン入口温度演算部で求められたタービン入口温度に基づいて設定する空気流量演算部と、を備え、前記パイロット比演算部で求められたパイロット比と前記燃料流量演算部で求められた前記燃料流量とに基づいて、前記パイロット燃料及び前記メイン燃料の流量を制御するとともに、前記空気流量演算部で求められた空気流量によって前記燃焼器内に流入させる空気流量を制御することで、前記燃焼器の燃焼状態を制御することを特徴とする。
【００１６】
このとき、パイロット比演算部で演算されたパイロット比を燃料流量演算部で求められた燃料流量に乗算してパイロットノズルへのパイロット燃量流量を求めるとともに、燃料流量演算部で求めた燃料流量よりパイロット燃料流量を減算することでメインノズルへのメイン燃料流量を求める。そして、燃焼器制御装置は、パイロット燃料流量及びメイン燃料流量を決定するパイロット燃料制御弁及びメイン燃料弁それぞれの開度を制御する。
【００１７】
又、燃焼器制御装置は、ガスタービンと同軸の圧縮機で圧縮された空気が与えられるとき、圧縮機に設けられた入口案内翼の開度と、圧縮機から燃焼器へ圧縮空気を供給する経路から分岐されてガスタービンへ圧縮空気を供給する経路に設けられた燃焼器バイパス弁の開度とを、空気流量演算部で求められた空気流量に基づいて制御する。
【００１８】
又、燃料流量演算部では、発電機の出力と前記発電機が目標とする出力の差分値を求める減算部と、この減算部より燃焼器への燃料流量を設定する流量設定部とを備え、流量設定部で設定した燃料流量が所定の閾値以上となる場合、当該所定の閾値を燃料流量として設定して出力する。
【００１９】
更に、タービン入口温度演算部に与える燃焼器へ供給される空気流量の値が、圧縮機入口における差圧と、燃焼器バイパス弁の開度に基づいて求められるようにしても構わない。
【００２０】
又、請求項２に記載するように、　前記タービン入口温度演算部において、タービン入口温度Ｔ４が、
Ｃｐ４　Ｖｃｂγ４×（ｄＴ４／ｄｔ）＝Ｃｐｆ　Ｇｆ　Ｔｆ＋Ｃｐ３　Ｇ３　Ｔ３＋ηＨｆ　Ｇｆ−Ｃｐ４　Ｇ４　Ｔ４
Ｇｆ：前記燃焼器へ供給する燃料の流量
Ｔｆ：前記燃焼器へ供給する燃料の温度
Ｇ３：前記燃焼器へ供給する空気の流量
Ｔ３：前記燃焼器へ供給する空気の温度
Ｃｐ３：前記燃焼器の車室比熱、
Ｃｐ４：前記燃焼器で生成される燃焼ガスの比熱
Ｃｐｆ：前記燃料の比熱
η：前記燃焼器の熱効率
Ｈｆ：前記燃料の発熱量
γ４：前記燃焼ガスの比重
Ｖｃｂ：前記燃焼器の容積
Ｇ４：タービン入口燃焼ガス流量（＝Ｇ３＋Ｇｆ）
により、求められる。
【００２１】
又、請求項３に記載するように、前記タービン入口温度演算部で求められたタービン入口温度が低いとき、前記パイロット比演算部で求められる前記パイロット比が高く、前記空気流量演算部で求められる空気流量が多くなり、又、前記タービン入口温度演算部で求められたタービン入口温度が高いとき、前記パイロット比演算部で求められる前記パイロット比が低く、前記空気流量演算部で求められる空気流量が少なくなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における燃焼器制御装置を備えたガスタービン発電施設の構成を示すブロック図である。尚、図１において、図６と同一部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
【００２３】
図１のガスタービン発電施設は、第１段静翼であるＩＧＶ５を備えた圧縮機１と、圧縮機１と同軸に備えられたガスタービン２と、ガスタービン２を回転させるために燃焼ガスを供給する燃焼器３と、ガスタービン２が回転することによって回転して発電する発電機４とを備える。又、燃焼器３のメインノズル（不図示）に供給する燃料流量を設定するメイン燃料制御弁６と、燃焼器３のパイロットノズル（不図示）に供給する燃料流量を設定するパイロット燃料制御弁７と、燃焼器３へ供給する空気流量を決定するために圧縮機１からガスタービン２へバイパスさせる空気流量を設定する燃焼器バイパス弁８と、燃焼器３の燃空比及びパイロット比を制御する燃焼器制御装置２０とを備える。
【００２４】
更に、燃焼器３への燃料流量Ｇｆ及び燃料温度Ｔｆそれぞれを測定するためにメインノズル及びパイロットノズルそれぞれに燃料を供給する燃料供給用通路の分岐までに設けられた流量測定器２１及び温度測定器２２と、圧縮機１から吐出される圧縮空気の温度Ｔ３を測定するために圧縮機１の出口に設けられた温度測定器２３と、圧縮機１に流入される空気の差圧Ｐｄを測定するために圧縮機１のＩＧＶ５の前後に設けられた差圧測定器２４と、を備える。
【００２５】
ガスタービン発電施設がこのように構成されるとき、圧縮機１へ流入される空気量がＩＧＶの開度によって設定されるとともに、圧縮機１から燃焼器３へ流入される空気量が燃焼器バイパス弁８によって設定される。そして、圧縮機１で圧縮された空気が燃焼器３に供給されると、パイロット燃料制御弁７を通じて燃料が与えられるパイロットノズルによって拡散燃焼が成されるとともに、メイン燃料制御弁６を通じて燃料が与えられるメインノズルによって予混燃焼が成され、燃焼器３で燃焼されて得た高温の燃焼ガスがガスタービン２に供給される。ガスタービン２が燃焼器３より供給される燃焼ガスによって回転すると、同軸の発電機４も回転するため、発電機４が発電して電気出力を行う。
【００２６】
このとき、燃焼器３に供給される全燃料流量Ｇｆが流量測定器２１によって測定されるとともに、その温度Ｔｆが温度測定器２２によって測定される。又、圧縮機１から燃焼器３へ供給される空気温度Ｔ３が温度測定器２３によって測定される。更に、圧縮機１へ流入される空気の差圧Ｐｄが差圧測定器２４によって測定される。測定された燃料流量Ｇｆ、燃料温度Ｔｆ、空気温度Ｔ３、差圧Ｐｄ及び燃焼器バイパス弁８の開度ｋが燃焼器制御装置２０に与えられる。
【００２７】
そして、燃焼器制御装置２０によって、燃料流量Ｇｆ、燃料温度Ｔｆ、空気温度Ｔ３、差圧Ｐｄ及び燃焼器バイパス弁８の開度ｋに基づいて、燃焼器３の燃空比及びパイロット比が設定される。そして、設定された燃空比及びパイロット比に基づいて、ＩＧＶ制御信号、メイン燃料制御信号、パイロット燃料制御信号、及びバイパス弁制御信号がそれぞれ生成され、ＩＧＶ５、メイン燃料制御弁６、パイロット燃料制御弁７、及び燃焼器バイパス弁８に与えられる。
【００２８】
この燃焼器制御装置２０は、発電機４の出力Ｅ０が与えられるとともに目標とする出力Ｅ１との差分値Ｅ１−Ｅ０が求められる減算部９と、減差分部９からの差分値Ｅ１−Ｅ０に対して積分成分を付加してＣＳＯを生成するＰＩ部１０と、ＰＩ部１０からのＣＳＯの値がＬ以上となるとき値がＬとなるＣＳＯを出力するリミッタ１１と、リミッタ１１からのＣＳＯが与えられてパイロット燃料制御信号を生成する乗算部１２と、リミッタ１１からのＣＳＯの値より乗算部１２からのパイロット燃料制御信号の値を減算してメイン燃料制御信号を生成する減算部１３と、差圧Ｐｄ及び燃焼器バイパス弁８の開度ｋに基づいて燃焼器３へ流入される空気流量Ｇ３を求める空気流量演算部１４と、燃料流量Ｇｆ、燃料温度Ｔｆ、空気流量Ｇ３、及び空気温度Ｔ３に基づいてタービン入口温度Ｔ４を求めるタービン入口温度演算部１５と、タービン入口温度Ｔ４に基づいてパイロット比を求め乗算部１２に与えるパイロット比演算部１６と、タービン入口温度Ｔ４に基づいてバイパス弁制御信号を生成するバイパス弁開度演算部１７と、タービン入口温度Ｔ４に基づいてＩＧＶ制御信号を生成するＩＧＶ開度演算部１８とを備える。
【００２９】
このように燃焼器制御装置２０が構成されるとき、発電機４からの出力Ｅ０が減算部９に与えられると、目標とする発電機４の出力Ｅ１から実際の出力Ｅ０が減算されて、差分値Ｅ１−Ｅ０が求められる。この差分値Ｅ１−Ｅ０に対して、応答特性を良好にするためにＰＩ部１０において積分成分が付加されてＣＳＯが生成されると、リミッタ１１に与えられる。リミッタ１１では、ＣＳＯの値がＬと比較されて、Ｌより小さい場合はＰＩ部１０からのＣＳＯがそのまま出力され、Ｌ以上となる場合は値がＬとなるＣＳＯが出力される。
【００３０】
又、差圧測定器２４で測定されたＩＧＶ５の内外の差圧Ｐｄと燃焼器バイパス弁８の開度ｋが空気流量演算部１４に与えられて、圧縮機１から燃焼器バイパス弁８を介して燃焼器３に供給される空気流量Ｇ３が求められる。そして、この空気流量演算部１４で求められた空気流量Ｇ３とともに、流量測定部２１及び温度測定部２２，２３それぞれで測定された燃料流量Ｇｆ及び燃料温度Ｔｆ及び空気温度Ｔ３がタービン入口温度演算部１５に与えられる。タービン入口温度演算部１５では、（１）式より得られる（２）式で表される伝達関数に基づいて、タービン入口温度Ｔ４が求められる。
【００３１】
Ｃｐ４　Ｖｃｂγ４×（ｄＴ４／ｄｔ）＝Ｃｐｆ　Ｇｆ　Ｔｆ＋Ｃｐ３　Ｇ３　Ｔ３＋ηＨｆ　Ｇｆ−Ｃｐ４　Ｇ４　Ｔ４…　（１）
Ｔ４（ｓ）＝（Ｃｐｆ　Ｇｆ（ｓ）　Ｔｆ（ｓ）＋Ｃｐ３　Ｇ３（ｓ）　Ｔ３（ｓ）＋ηＨｆ　Ｇｆ（ｓ））／（Ｃｐ４　Ｇ４（ｓ）＋Ｃｐ４　Ｖｃｂγ４　ｓ）…　（２）
但し、Ｃｐ３：燃焼器３の車室比熱、Ｃｐ４：燃焼ガス比熱、Ｃｐｆ：燃料比熱、η：燃焼器３の熱効率、Ｈｆ：燃料発熱量、γ４：燃焼ガス比重、Ｖｃｂ：燃焼器容積、Ｇ４：タービン入口燃焼ガス流量（＝Ｇ３＋Ｇｆ）である。又、Ｇ３（ｓ）、Ｔ３（ｓ）、Ｇ４（ｓ）、Ｇｆ（ｓ）、Ｔｆ（ｓ）はそれぞれｓによる関数であり、それぞれは計測値により変化する関数である。
【００３２】
尚、（１）式は、タービン入口温度の動的挙動を表すもので、右辺の第１項が燃料ガスの有する熱エネルギーを、右辺の第２項が流入空気の有する熱エネルギーを、右辺の第３項が燃焼によって発生する熱エネルギーを、右辺の第４項が燃焼ガスを現在のタービン入口温度Ｔ４までに上昇するために必要なエネルギーを、左辺がタービン入口温度Ｔ４の変化量に対する燃焼ガスによる熱エネルギーの変化量を、それぞれ表す。よって、右辺が正となる場合、現在のタービン入口温度Ｔ４まで上昇するのに必要なエネルギーよりも燃焼器３によって投入されるエネルギーが高いことを示し、又、右辺が負となる場合、現在のタービン入口温度Ｔ４まで上昇するのに必要なエネルギーよりも燃焼器３によって投入されるエネルギーが低いことを示す。
【００３３】
タービン入口温度演算部１５において（２）式の伝達関数に基づいて求められたタービン入口温度Ｔ４の値が、パイロット比演算部１６、バイパス弁開度演算部１７、ＩＧＶ開度演算部１８に与えられる。そして、パイロット比演算部１６では、図２に基づいてパイロット比が求められ、乗算部１２に与えられる。又、バイパス弁解度演算部１７では、図３に基づく値となるバイパス弁制御信号が求められ、燃焼器バイパス弁８に与えられる。又、ＩＧＶ開度演算部１８では、図４に基づく値となるＩＧＶ制御信号が求められ、ＩＧＶ５に与えられる。尚、図２〜図４の横軸は、タービン入口温度Ｔ４を表す。即ち、タービン入口温度Ｔ４が高くなると、パイロット比が小さくなり、又、所定値以上となったとき、燃焼器バイパス弁８の開度を閉じる方向に変化させるとともにＩＧＶ５の開度を開く方向に変化させる。
【００３４】
このように、パイロット比演算部１６で求められたパイロット比は、乗算部１２に与えられて、乗算部１２において、リミッタ１１より与えられるＣＳＯに乗算される。今、パイロット比をＰとすると、乗算部１２よりＰ×ＣＳＯとなる値のパイロット燃料制御信号が出力され、減算部１３及びパイロット燃料制御弁７に与えられる。このパイロット燃料制御信号が減算部１３に与えられるため、減算部１３でリミッタ１１から与えられるＣＳＯより減算すると、減算部１２より（１−Ｐ）×ＣＳＯとなる値のメイン燃料制御信号が出力され、メイン燃料制御弁６に与えられる。
【００３５】
このようにして燃焼器制御装置２０が動作することによって、タービン入口温度Ｔ４に基づいて、燃焼器３の燃焼状態を制御することができる。即ち、タービン入口温度Ｔ４が高い場合は、ＩＧＶ５の開度を開くとともに燃焼器バイパス弁８の開度を閉じることで、燃焼器３への流入空気の流量を増加させて燃空比を下げ、又、メイン燃料制御弁６の開度を開くとともにパイロット燃料制御弁７の開度を閉じることで、パイロット比を低くして、高負荷時に発生するＮＯｘの排出量を抑制することができる。
【００３６】
又、タービン入口温度Ｔ４が低い場合は、ＩＧＶ５の開度を閉じるとともに燃焼器バイパス弁８の開度を開くことで、燃焼器３への流入空気の流量を増加させて燃空比を上げ、又、メイン燃料制御弁６の開度を閉じるとともにパイロット燃料制御弁７の開度を開くことで、パイロット比を高くして、低負荷時に発生する燃焼振動を抑えて安定燃焼させることができる。
【００３７】
又、本実施形態では、タービン入口温度演算部１５について、（２）式の伝達関数に基づいてタービン入口温度Ｔ４を求めるものとしたが、例えば、図５に示すような構成のものを用いても構わない。図５に示すタービン入口温度演算部１５は、下の（３）式に基づく構成となる。尚、（３）式において、Ｔ４：現在のタービン入口温度、Ｔ４ｋ：前回の演算結果であるタービン入口温度、Δｔ：各計測部２２〜２４から計測値が与えられるタイミング時間である。又、（３）式によって、現在のタービン入口温度Ｔ４は、（４）式のように表される。
【００３８】
Ｃｐ４　Ｖｃｂγ４×（Ｔ４−Ｔ４ｋ）／Δｔ＝Ｃｐｆ　Ｇｆ　Ｔｆ＋Ｃｐ３　Ｇ３　Ｔ３＋ηＨｆ　Ｇｆ−Ｃｐ４　Ｇ４　Ｔ４…　（３）
Ｔ４＝（（Ｃｐｆ　Ｇｆ　Ｔｆ＋Ｃｐ３　Ｇ３　Ｔ３＋ηＨｆ　Ｇｆ）×Δｔ＋Ｃｐ４　Ｖｃｂγ４×Ｔ４ｋ）／（Δｔ　Ｃｐ４　Ｇ４＋Ｃｐ４　Ｖｃｂγ４）…　（４）
【００３９】
図５において、乗算部３１によって燃料温度Ｔｆ及び燃料流量Ｇｆが乗算された後、乗算部３２によって定数である燃料比熱Ｃｐｆが乗算されるとともに、乗算部３３によって空気温度Ｔ３及び空気流量Ｇ３が乗算された後、乗算部３４によって定数である燃焼器３の車室比熱Ｃｐ３が乗算される。又、燃料流量Ｇｆは乗算部３６によって定数である燃焼器３の熱効率η及び燃料発熱量Ｈｆを乗算した値η×Ｈｆが乗算される。そして、乗算部３２，３４より得られた値が加算部３５で加算された後、この加算部３５で得られた値と乗算部３６で得られた値とが加算部３７で加算される。
【００４０】
このようにして加算部３７より出力される値（Ｃｐｆ　Ｇｆ　Ｔｆ＋Ｃｐ３　Ｇ３　Ｔ３＋ηＨｆ　Ｇｆ）に対して、乗算部３８において、定数であるタイミング時間Δｔが乗算される。又、メモリ３０には、前回の演算結果であるタービン入口温度Ｔ４ｋが格納されており、このタービン入口温度Ｔ４ｋが乗算部３９に与えられると、定数である燃焼ガス比熱Ｃｐ４と燃焼器３の容積Ｖｃｂと燃焼ガス比重γ４との乗算値が乗算され、更に、加算部４０において、乗算部３８で得られた（Ｃｐｆ　Ｇｆ　Ｔｆ＋Ｃｐ３　Ｇ３　Ｔ３＋ηＨｆ　Ｇｆ）×Δｔが加算される。
【００４１】
又、加算部４１では、燃料流量Ｇｆと空気流量Ｇ３が加算されてタービン入口燃焼ガス流量Ｇ４が求められた後、このタービン入口燃焼ガス流量Ｇ４に、定数であるタイミング時間Δｔと燃焼ガス比熱Ｃｐ４との乗算値が乗算部４２において乗算される。そして、更に、加算部４３において、乗算部４２で得られた値に、定数である燃焼ガス比熱Ｃｐ４と燃焼器３の容積Ｖｃｂと燃焼ガス比重γ４との乗算値が加算される。
【００４２】
このようにして、加算器４０より得られた値Ａ＝（（Ｃｐｆ　Ｇｆ　Ｔｆ＋Ｃｐ３　Ｇ３　Ｔ３＋ηＨｆ　Ｇｆ）×Δｔ＋Ｃｐ４　Ｖｃｂγ４×Ｔ４ｋ）と、加算部４３より得られた値Ｂ＝（Δｔ　Ｃｐ４　Ｇ４＋Ｃｐ４　Ｖｃｂγ４）とが除算部４４に与えられると、Ａ／Ｂの演算が行われ、現在のタービン入口温度Ｔ４が求められる。そして、求められたタービン入口温度Ｔ４は、パイロット比演算部１６、バイパス弁開度演算部１７、ＩＧＶ開度演算部１８それぞれに与えられるとともに、メモリ３０にタービン入口温度Ｔ４ｋとして格納される。
【００４３】
尚、タービン入口温度演算部１５については、、（１）式の関数に基づいてタービン入口温度Ｔ４を求める構成であれば、図５のような構成例に限らず、他の構成としても構わない。又、燃焼器３への空気流量Ｇ３を、圧縮機１へ流入される空気の差圧Ｐｄ及び燃焼器バイパス弁８の開度ｋに基づいて求めるものとしたが、燃焼器３へ空気を供給する経路に流量計を設け、この流量計によって直接測定するようにしても構わない。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によると、タービン入口温度演算部において、燃焼器へ供給される燃料及び空気それぞれの流量及び温度に基づいてタービン入口温度が求められるため、比較的、実際の温度に近いタービン入口温度を求めることができる。又、このタービン入口温度に基づいて、燃焼器の燃焼状態を制御するため、その応答性を良くすることができる。又、従来と異なり、発電機出力に基づく燃焼器の燃焼状態の制御でないので、電力系統の外乱やガスタービンと同軸に設けられた蒸気タービンの状態変化に関係なく、常に最適な燃焼状態に保つように制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃焼器制御装置を備えたガスタービン発電施設の構成を示すブロック図。
【図２】パイロット比とタービン入口温度又はＣＳＯとの関係を示すグラフ。
【図３】燃焼器バイパス弁の開度とタービン入口温度又は発電機出力との関係を示すグラフ。
【図４】ＩＧＶの開度とタービン入口温度又は発電機出力との関係を示すグラフ。
【図５】タービン入口温度演算部の内部構成の一例を示す図。
【図６】従来のガスタービン発電施設の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１　圧縮機
２　ガスタービン
３　燃焼器
４　発電機
５　ＩＧＶ
６　メイン燃料制御弁
７　パイロット燃料制御弁
８　燃焼器バイパス弁
９　減算部
１０　ＰＩ部
１１　リミッタ
１２　乗算部
１３　減算部
１４　空気流量演算部
１５　タービン入口温度演算部
１６　パイロット比演算部
１７　バイパス弁開度演算部
１８　ＩＧＶ開度演算部
２０　燃焼器制御装置
【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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