(57)【要約】【課題】出力負荷に影響を与えることなく燃料調節弁の弁体の動作不良を防止し、良好な燃焼制御を行うための燃料弁開度制御システムを提供することである。【解決手段】開度変動関数発生器１４は、燃焼器１１が負荷一定運転をしている際に２つ以上のいずれかの燃料調節弁１２に開度変動指令値を与え、一方、開度変動補正関数発生器１６は開度変動指令値に対する燃料流量変動を相殺するための開度変動補償指令値を残りの燃料調節弁１２に与える。これにより、負荷一定運転を保持しながら燃料調節弁１２の開度を変化させることができ弁体の動作不良を防止できる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器に燃料を供給する２つ以上の燃料系統を有し、各々の燃料系統の燃料調節弁を開度調節して負荷一定運転を行う燃料弁開度制御システムにおいて、前記燃焼器が負荷一定運転をしている際にいずれかの燃料調節弁に開度変動指令値を与える開度変動関数発生器と、前記開度変動指令値に対する燃料流量変動を相殺するための開度変動補償指令値を残りの燃料調節弁に与える開度変動補正関数発生器とを備えたことを特徴とする燃料弁開度制御システム。
【請求項２】
前記開度変動関数発生器は、一定時間毎に開度変動指令値を出力することを特徴とする請求項１記載の燃料弁開度制御システム。
【請求項３】
燃焼器に燃料を供給する２つ以上の燃料系統を有し、前記燃焼器の燃焼温度に基づいて各々の燃料系統に供給する燃料流量の配分を定め、燃料分配弁をその配分に基づいて開度調節して負荷一定運転を行う燃料弁開度制御システムにおいて、前記燃焼器が負荷一定運転をしている際に前記燃焼器内に流入する空気流量を調節するための入口案内翼の案内翼開度変動指令値を出力する案内翼開度変動発生器を備えたことを特徴とする燃料弁開度制御システム。
【請求項４】
前記案内翼開度変動発生器は、一定時間毎に案内翼開度変動指令値を出力することを特徴とする請求項３記載の燃料弁開度制御システム。
【請求項５】
燃焼器に燃料を供給する２つ以上の燃料系統を有し、各々の燃料系統の燃料調節弁を開度調節して負荷一定運転を行う燃料弁開度制御システムにおいて、前記燃焼器が負荷一定運転をしている際に各々の燃料系統の燃焼温度から各燃料系統の燃料流量配分を演算する燃料流量配分演算部と、前記燃料流量配分演算部で演算された演算燃料配分と設定燃料配分との誤差に基づいて各々の燃料調節弁の開度指令に開度補正信号を加味する燃料流量配分補正関数発生器とを備えたことを特徴とする燃料弁開度制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発電プラントに用いられる２つ以上の燃料系統をもつガスタービンに付属する燃焼器の燃料弁開度制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、発電プラントに用いられる２つ以上の燃料系統をもつガスタービンは、出力一定運転時において、燃料調節弁開度一定にて各燃料系統の燃料流量が一定となる様に制御されている。
【０００３】
一方、燃料調節弁は開度一定運転を長期に行っていると、動作不良を発生することがある。動作不良を起こした場合には弁動作指令に対して弁動作が遅れる。例えば、ガスタービン出力を一定値から変化させるときに弁動作が遅れると、制御設定に対する不追従を起こし、異常な燃料配分もしくは燃料流量で運転されることがある。これを回避するために、ある一定間隔にてガスタービン出力を変化させることで燃料調節弁の動作を行い、弁体の動作不良を防止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような弁の動作不良の防止方法は、発電プラントの運用に制約を与えることとなる。つまり、燃料調節弁の動作により発電効率として最適運用点から外れることとなり非効率な面が多い。
【０００５】
さらに、昨今のガスタービン燃焼器は高燃焼温度化や低ＮＯＸ化が図られていることにより、運転が許容される燃料配分範囲が狭く、複数の燃料系統の燃料配分を精度良くセンシティブに制御することが求められている。このために、燃料調節弁の動作不良によるわずかな燃料配分のズレが燃焼異常を引き起こす可能性が増加しており、より厳しく良好な燃料調節弁開度制御が求められている。
【０００６】
このように、ガスタービン燃焼器の燃料制御では、弁体の動作不良防止のために弁動作を行わせるので出力変化を必要としていたが、これは発電プラントの運用上大きな制約となりガスタービンユーザから見ると大きなデメリットとなっている。
【０００７】
本発明の目的は、出力負荷に影響を与えることなく燃料調節弁の弁体の動作不良を防止し、良好な燃焼制御を行うための燃料弁開度制御システムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る燃料弁開度制御システムは、燃焼器に燃料を供給する２つ以上の燃料系統を有し、各々の燃料系統の燃料調節弁を開度調節して負荷一定運転を行う燃料弁開度制御システムにおいて、前記燃焼器が負荷一定運転をしている際にいずれかの燃料調節弁に開度変動指令値を与える開度変動関数発生器と、前記開度変動指令値に対する燃料流量変動を相殺するための開度変動補償指令値を残りの燃料調節弁に与える開度変動補正関数発生器とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１の発明に係る燃料弁開度制御システムにおいては、開度変動関数発生器は、燃焼器が負荷一定運転をしている際に２つ以上のいずれかの燃料調節弁に開度変動指令値を与え、一方、開度変動補正関数発生器は開度変動指令値に対する燃料流量変動を相殺するための開度変動補償指令値を残りの燃料調節弁に与える。これにより、負荷一定運転を保持しながら燃料調節弁の開度を変化させることができ弁体の動作不良を防止できる。
【００１０】
請求項２の発明に係る燃料弁開度制御システムは、請求項１の発明において、前記開度変動関数発生器は、一定時間毎に開度変動指令値を出力することを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明に係る燃料弁開度制御システムにおいては、請求項１の発明の作用に加え、開度変動関数発生器は一定時間毎に開度変動指令値を出力し燃料調節弁の開度を変化させる。従って、常時、燃料調節弁に開度変動を入力することがなくなるので安定的に弁体の動作不良を防止できる。
【００１２】
請求項３の発明に係る燃料弁開度制御システムは、燃焼器に燃料を供給する２つ以上の燃料系統を有し、前記燃焼器の燃焼温度に基づいて各々の燃料系統に供給する燃料流量の配分を定め、燃料分配弁をその配分に基づいて開度調節して負荷一定運転を行う燃料弁開度制御システムにおいて、前記燃焼器が負荷一定運転をしている際に前記燃焼器内に流入する空気流量を調節するための入口案内翼の案内翼開度変動指令値を出力する案内翼開度変動発生器を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明に係る燃料弁開度制御システムにおいては、案内翼開度変動発生器は、出力一定運転をしている際に、燃焼器内に流入する空気流量を調節するための入口案内翼の案内翼開度変動指令値を変化させ、燃焼器内に流入する空気流量に変化を与えて燃焼温度を変化させる。これにより、２つ以上の燃料系統の燃料配分が変動し燃料分配弁開度に変動を与え、出力負荷を変動させることなく燃料分配弁の弁体の動作不良を防止する。
【００１４】
請求項４の発明に係る燃料弁開度制御システムは、請求項３の発明において、前記案内翼開度変動発生器は、一定時間毎に案内翼開度変動指令値を出力することを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明に係る燃料弁開度制御システムにおいては、請求項３の発明の作用に加え、案内翼開度変動発生器は一定時間毎に案内翼開度変動指令値を出力し燃焼温度を変化させる。従って、常時、燃料分配弁に開度変動が発生することがなくなるので安定的に弁体の動作不良を防止できる。
【００１６】
請求項５の発明に係る燃料弁開度制御システムは、燃焼器に燃料を供給する２つ以上の燃料系統を有し、各々の燃料系統の燃料調節弁を開度調節して負荷一定運転を行う燃料弁開度制御システムにおいて、前記燃焼器が負荷一定運転をしている際に各々の燃料系統の燃焼温度から各燃料系統の燃料流量配分を演算する燃料流量配分演算部と、前記燃料流量配分演算部で演算された演算燃料配分と設定燃料配分との誤差に基づいて各々の燃料調節弁の開度指令に開度補正信号を加味する燃料流量配分補正関数発生器とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明に係る燃料弁開度制御システムにおいては、燃料流量配分演算部は、２つ以上の各々の燃料系統の燃焼温度から各燃料系統の燃料流量配分を演算し負荷一定運転を行う。燃料流量配分補正関数発生器は、燃料流量配分演算部で演算された演算燃料配分と設定燃料配分との誤差に基づいて各々の燃料調節弁の開度指令に開度補正信号を加味して燃料調節弁開度を変化させる。これにより、燃料調節弁の動作不良を防止する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る燃料弁開度制御システムの構成図である。図１では燃料器１１に２つの燃料調節弁１２ａ、１２ｂから燃料が供給される場合を示している。燃焼器１１には２つの燃料調節弁１２ａ、１２ｂから燃料が供給され、それぞれ燃料ノズル１３ａ、１３ｂから燃料が燃焼器１１内に噴射される。
【００１９】
いま、燃料調節弁１２ａ、１２ｂから一定の燃料が燃料器１１に供給され一定負荷運転されているとする。この状態では、各燃料調節弁１２ａ、１２ｂは所定の弁開度指令Ｓａ、Ｓｂにより各燃料系統の燃料流量を制御している。
【００２０】
開度変動関数発生器１４は、燃焼器１１が負荷一定運転をしている際に燃料調節弁１２ａに開度変動指令値ΔＳａを与えるものである。開度変動関数発生器１４からの開度変動指令値ΔＳａは、加算器１５により弁開度指令Ｓａに加算されて燃料調節弁１２ａに出力される。これにより、燃料調節弁１２ａの開度は変動する。
【００２１】
一方、開度変動関数発生器１４の開度変動指令値ΔＳａは開度変動補正関数発生器１６に入力され、開度変動指令値ΔＳａによる燃料調節弁１２ａの開度変動による燃料流量変動を相殺するための燃料調節弁１２ｂの開度を演算する。開度変動補正関数発生器１６で演算された燃料調節弁１２ｂの開度変動指令値ΔＳｂは加算器１７に入力され、弁開度指令Ｓｂに加算されて燃料調節弁１２ｂに出力される。これにより、常に燃焼器１１に供給されるトータルの燃料流量を一定にする。従って、負荷を変動させることなく燃料調節弁１２ａ、１２ｂの弁体の動作不良を防止し、良好な燃焼制御を行うための燃料調節弁１２ａ、１２ｂの開度制御を行うことが可能となる。
【００２２】
以上の説明では、開度変動関数発生器１４からの開度変動指令値ΔＳａは定常的に出力される場合について説明したが、一定時間毎に開度変動指令値を出力するようにしても良い。その場合には、常時開度変動を入力することがなくなるため、より安定的に燃焼器１１の負荷を変動させることなく燃料調節弁１２ａ、１２ｂの弁体の動作不良を防止することが可能となる。
【００２３】
第１の実施の形態によれば、２つ以上の燃料系統を持つ燃焼器が出力一定運転をしている際に、燃焼器の負荷を変動させることなく、各系統の燃料流量を制御する燃料調節弁１２ａ、１２ｂの開度に変動を与えることができるので、燃料調節弁１２ａ、１２ｂの弁体の動作不良を防止できる。
【００２４】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図２は本発明の第２の実施の形態に係る燃料弁開度制御システムの構成図である。図２では燃料分配弁２１として三方弁が用いられ、燃焼器１１の燃焼温度に基づいて２つの燃料系統に供給する燃料流量の配分を定め、燃料分配弁２１により開度調節して負荷一定運転を行うようにしたものを示している。
【００２５】
燃焼器１１には２つの燃料系統から燃料が供給され、それぞれ燃料ノズル１３ａ、１３ｂから燃料が燃焼器１１内に噴射される。燃焼器１１には燃料供給弁１８および燃料分配弁２１を介して燃料が供給され、燃料分配弁２１により、これら２つの燃料系統に対して流量配分が行われる。また、燃料流量の配分は燃焼器１１の燃焼温度に基づいて行われる。
【００２６】
燃料器１１の燃焼温度Ｔは温度検出器１９で検出され、燃料分配設定関数発生器２０に入力される。燃料分配設定関数発生器２０は燃焼器１１の燃焼温度Ｔに基づいて燃料流量の設定値を変化させる。燃料分配弁開度設定器２２は、燃焼器１１に供給される燃料流量が燃料分配設定関数発生器２０で設定された燃料設定値になるように燃料分配弁２１に燃料分配指令を出力して２つの燃料系統に燃料分配を行うものである。つまり、温度検出器１９によって計測された燃焼器１１の燃焼温度Ｔによって２つの燃料系統の燃料配分を決定している。
【００２７】
ここで、燃焼器１１の燃焼温度は圧縮機２３に供給される空気流量により変化する。また、圧縮機２３に供給される空気流量は圧縮機２３の入口案内翼２４の開度により変化する。
【００２８】
このことから、燃焼器１１に対し案内翼開度変動発生器２５によって、一定期間毎に入口案内翼２４の開度に変動を発生させる。つまり、入口案内翼開度変動指令値ΔＳｃを加算器２６にて入口案内翼開度指令値Ｓｃに加えることにより、入口案内翼２４を一定期間毎に開度変動させる。
【００２９】
この入口案内翼２４の開度変動により圧縮機２３の吸込空気流量は変化し、負荷一定運転時は一般に燃料流量は一定であることから燃空比が変化し、結果的に燃焼温度Ｔが変化する。この燃焼温度Ｔの変化は温度検出器１９にて検知され、この検知された燃焼温度Ｔの変化に伴い、燃料分配設定関数発生器２０の設定値が変化し、さらに、燃料分配弁開度設定器２２の開度設定も変化する。これにより、燃料分配弁２１の開度が変化することとなる。
【００３０】
このように、入口案内翼２４の開度に一定期間毎に開度変動を与えることにより、負荷一定運転を保ちながら、燃料分配弁２１へ開度変動を与えることが可能となり、燃料分配弁２１の弁体の動作不良を防止し、良好な燃焼制御を行うための燃料分配弁の開度制御を行うことが可能となる。
【００３１】
以上の説明では、案内翼開度変動発生器２５からの入口案内翼開度変動指令値ΔＳｃは一定時間毎に出力される場合について説明したが、定常的に出力されるようにしても良い。その場合には、常時開度変動が入力されることになる。
【００３２】
第２の実施の形態によれば、出力一定運転をしている際に、燃焼器１１内に流入する空気流量に変化を与えて燃焼温度Ｔを変化させ、燃料分配弁２１の開度に変動を与える。これにより、燃焼器１１の出力を変動させることなく、燃料分配弁２１の開度を変化させることができるので、燃料分配弁の弁体の動作不良を防止することができる。
【００３３】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図３は本発明の第３の実施の形態に係る燃料弁開度制御システムの構成図である。図３では、燃焼温度Ｔを基に２つの燃料系統の燃料流量配分を決定し、燃料調節弁１２ａ、１２ｂにて流量制御を行う場合を示している。
【００３４】
設定配分関数発生器２７は、燃料器１１の燃焼温度Ｔから燃料配分を決定し、その燃料配分を乗算器２８に出力する。乗算器２８では燃料流量指令値に燃料配分を乗算して燃料系統ａに流す燃料流量を求め、弁開度関数発生器２９ａに出力する。一方、減算器３０により燃料系統ｂに流す燃料流量が求められ弁開度関数発生器２９ｂに出力される。弁開度関数発生器２９ａ、２９ｂは、各燃料系統に流す燃料流量に基づいて燃料調節弁１２ａ、１２ｂの開度を演算し、燃料調節弁１２ａ、１２ｂの開度設定を指令している。
【００３５】
一方、各燃料系統の実際の燃料流量の計測は、例えばオリフィス３１ａ、３１ｂにて検出される。このオリフィス３１ａ、３１ｂの前圧を圧力計３２ａ、３２ｂ、差圧を差圧計３３ａ、３３ｂ、燃料温度を温度計３４ａ、３４ｂにて計測し、流量演算器３５ａ、３５ｂで演算することにより各燃料系統の燃料流量を計測している。
【００３６】
この実測結果から、燃料調節弁１２ａ側に流れる燃料流量配分を演算する。つまり、燃料系統ａ、ｂの双方に流れる燃料流量Ｂを加算器３６で求め、除算器３７で、燃料系統ａを流れる燃料流量Ａを全体の燃料流量Ｂで除算して燃料調節弁１２ａ側に流れる燃料流量配分を求める。
【００３７】
除算器３７で求められた燃料調節弁１２ａ側に流れる燃料流量配分と、設定配分関数発生器２７で演算される燃料系統ａの燃料配分とを減算器３８で比較し差分を求める。この差分に燃料流量指令値を乗算器３９で乗算して、その差分による燃料流量を相殺することに相当する各燃料調節弁１２ａ、１２ｂの開度を燃料流量分配補正関数発生器４０ａ、４０ｂにて演算する。
【００３８】
そして、この燃料流量分配補正関数発生器４０ａ、４０ｂにて演算された各燃料調節弁開度補正指令値を加算器４１および減算器４２により各々の燃料調節弁１２ａ、１２ｂの開度設定値に付加させる。このようにして、実燃料流量のフィードバック制御をかけている。
【００３９】
第３の実施の形態によれば、実際の各燃料系統ａ、ｂの燃料流量は微妙な流量変動があるので、この流量の微少変動を開度指令にフィードバックさせることにより、各燃料調節弁１２ａ、１２ｂの開度に変動を与えることとなり、負荷を変動させることなく燃料調節弁１２ａ、１２ｂの弁体の動作不良を防止できる。従って、良好な燃焼制御を行うための燃料調節弁開度制御を行うことが可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、出力一定運転をしている際に、燃焼器の出力を変動させることなく、各系統流量を制御する燃料調節弁や燃料分配弁の開度に変動を与えることで、燃料調節弁の弁体の動作不良を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る燃料弁開度制御システムの構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る燃料弁開度制御システムの構成図。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る燃料弁開度制御システムの構成図。
【符号の説明】
１１…燃焼器、１２…燃料調節弁、１３…燃料ノズル、１４…開度変動関数発生器、１５…加算器、１６…開度変動補正関数発生器、１７…加算器、１８…燃料供給弁、１９…温度検出器、２０…燃料分配設定関数発生器、２１…燃料分配弁、２２…燃料分配弁開度設定器、２３…圧縮機、２４…入口案内翼、２５…案内翼開度変動発生器、２６…加算器、２７…設定配分関数発生器、２８…乗算器、２９…弁開度関数発生器、３０…減算器、３１…オリフィス、３２…圧力計、３３…差圧計、３４…温度計、３５…流量演算器、３６…加算器、３７…乗算器、３８…減算器、３９…乗算器、４０…燃料流量分配補正関数発生器、４１…加算器、４２…減算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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