(57)【要約】【課題】空気と燃料をバランスよく混合して、安定してガスタービンが燃焼するように制御する。【解決手段】メイン燃料供給系及びパイロット燃料供給系からそれぞれ燃焼器に燃料を供給するとともに、燃焼器に圧縮空気を供給して燃焼器で発生する燃焼ガスによってタービンを回転させて発電機を駆動する際、発電機の出力を設定する発電機出力指令と発電機の出力を計測した結果得られた計測発電機出力とに応じて、燃焼器に供給する燃料の流量を求めて燃料指令値とする。燃焼器の車室圧力に応じた空気量と計測発電機出力に応じた燃料量と基づいて燃空比を算出して、燃料指令値で示される燃料流量を燃空比に応じてメイン燃料供給系とパイロット燃料供給系とに分配する。さらに、燃空比に基づいて燃焼器に供給する圧縮空気流量を決定するとともに、計測発電機出力に応じた燃料量に基づいて空気圧縮機に流入する空気流量を決定する。【選択図】　　　図１
2004116384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メイン燃料供給系及びパイロット燃料供給系からそれぞれ燃焼器に燃料を供給するとともに、前記燃焼器に圧縮空気を供給して前記燃焼器で発生する燃焼ガスによってタービンを回転させて発電機を駆動するようにしたガスタービン装置の燃焼を制御するためのガスタービン燃焼制御装置であって、
前記発電機の出力を設定する発電機出力指令と前記発電機の出力を計測した結果得られた計測発電機出力との偏差に応じて、前記燃焼器に供給する燃料の流量を求めて燃料指令値とする燃料指令値生成手段と、
前記燃焼器の車室圧力に応じた空気量と前記計測発電機出力に応じた燃料量とに基づいて燃空比を算出する燃空比算出手段と、
前記燃料指令値で示される燃料流量を前記燃空比に応じて前記メイン燃料供給系と前記パイロット燃料供給系とに分配する燃料分配手段と、
前記燃空比に基づいて前記燃焼器に供給する圧縮空気流量を決定する空気流量決定手段とを有することを特徴とするガスタービン燃焼制御装置。
【請求項２】
前記燃料分配手段は、前記パイロット燃料供給系に配分される燃料流量比と前記燃空比との関係が規定され前記燃空比に対応する燃料流量比を出力する分配比決定関数部と、
前記燃料流量比と前記燃料指令値とに応じて前記パイロット燃料供給系の燃料流量を決定するパイロット燃料流量決定手段と、
前記パイロット燃料供給系の燃料流量と前記燃料指令値とに基づいて前記メイン燃料供給系の燃料流量を決定するメイン燃料流量決定手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼制御装置。
【請求項３】
前記ガスタービン装置には、前記圧縮空気を生成する空気圧縮機が備えられており、
前記計測発電機出力に応じた燃料量に基づいて、前記空気圧縮機に流入する空気流量を決定する圧縮機流入空気流量決定手段を有することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼制御装置。
【請求項４】
メイン燃料供給系及びパイロット燃料供給系からそれぞれ燃焼器に燃料を供給するとともに、前記燃焼器に圧縮空気を供給して前記燃焼器で発生する燃焼ガスによってタービンを回転させて発電機を駆動するようにしたガスタービン装置の燃焼を制御するためのガスタービン燃焼制御装置であって、
少なくとも前記燃焼器に流入する圧縮空気流量と前記燃料の流量とに応じて、前記燃焼器で安定的に燃焼を行うための燃焼パラメータを求める燃焼パラメータ算出手段と、
該燃焼パラメータに応じて、前記パイロット燃料供給系における燃料流量の上限値及び下限値を設定する燃料上限下限値設定手段と、
前記パイロット燃料供給系における燃料流量の上限値及び下限値の範囲に、前記パイロット燃料供給系の燃料流量を制限する第１の制限手段と、
前記燃焼パラメータに応じて、前記圧縮空気流量の上限値及び下限値を設定する圧縮空気上限下限値設定手段と、
前記圧縮空気流量の上限値及び下限値の範囲に、前記圧縮空気流量を制限する第２の制限手段とを有することを特徴とするガスタービン燃焼制御装置。
【請求項５】
前記発電機の出力を設定する発電機出力指令と前記発電機の出力を計測した結果得られた計測発電機出力との偏差に応じて、前記燃焼器に供給する燃料の流量を求めて燃料指令値とする燃料指令値生成手段と、
前記燃料指令値と前記パイロット燃料供給系に分配される燃料流量比との関係が規定され、前記燃料指令値に対応する燃料流量比に応じた前記パイロット燃料供給系の燃料流量を決定して前記第１の制限手段に与える燃料分配手段と、
前記燃焼器の車室圧力に応じた空気量と前記計測発電機出力に応じた燃料量とに基づいて、燃空比を算出する燃空比算出手段と、
前記燃空比に基づいて、前記燃焼器に供給する圧縮空気流量を決定して前記第２の制限手段に与える空気流量決定手段とを有することを特徴とする請求項４に記載のガスタービン燃焼制御装置。
【請求項６】
前記燃焼パラメータ算出手段にはさらに前記燃焼器の車室温度、前記燃料の温度、及び前記燃焼器の熱効率が与えられ、
前記燃焼パラメータ算出手段は、前記燃焼パラメータとして前記タービンの入口温度を推定するようにしたことを特徴とする請求項４に記載のガスタービン燃焼制御装置。
【請求項７】
前記ガスタービン装置には、前記圧縮空気を生成する空気圧縮機が備えられており、
前記計測発電機出力に応じた燃料量に基づいて、前記空気圧縮機に流入する空気流量を決定する圧縮機流入空気流量決定手段を有することを特徴とする請求項５に記載のガスタービン燃焼制御装置。
【請求項８】
メイン燃料供給系及びパイロット燃料供給系からそれぞれ燃焼器に燃料を供給するとともに、前記燃焼器に圧縮空気を供給して前記燃焼器で発生する燃焼ガスによってタービンを回転させて、発電機を駆動するようにしたガスタービン装置の燃焼を制御するためのガスタービン燃焼制御装置であって、前記発電機の出力を設定する発電機出力指令と前記発電機の出力を計測した結果得られた計測発電機出力との偏差に応じて、前記燃焼器に供給する燃料の流量を求めて燃料指令値とする燃料指令値生成手段と、
前記燃焼器の車室圧力に応じた空気量と前記計測発電機出力に応じた燃料量とに基づいて燃空比を算出する燃空比算出手段と、
前記燃料指令値で示される燃料流量を前記燃空比に応じて前記メイン燃料供給系と前記パイロット燃料供給系とに分配する燃料分配手段と、
少なくとも前記燃焼器に流入する圧縮空気流量と前記燃料の流量とに応じて前記燃焼器で安定的に燃焼を行うための燃焼パラメータを求める燃焼パラメータ算出手段と、
該燃焼パラメータに応じて前記パイロット燃料供給系における燃料流量の上限値及び下限値を設定する燃料上限下限値設定手段と、
前記パイロット燃料供給系における燃料流量の上限値及び下限値の範囲に前記パイロット燃料供給系の燃料流量を制限する第１の制限手段と、
前記燃空比に基づいて前記燃焼器に供給する圧縮空気流量を決定する空気流量決定手段と、
前記燃焼パラメータに応じて前記圧縮空気流量の上限値及び下限値を設定する圧縮空気上限下限値設定手段と、前記圧縮空気流量の上限値及び下限値の範囲に前記圧縮空気流量を制限する第２の制限手段とを有することを特徴とするガスタービン燃焼制御装置。
【請求項９】
前記燃焼パラメータ算出手段には、さらに前記燃焼器の車室温度、前記燃料の温度、及び前記燃焼器の熱効率が与えられ、
前記燃焼パラメータ算出手段は、前記燃焼パラメータとして前記タービンの入口温度を推定するようにしたことを特徴とする請求項８に記載のガスタービン燃焼制御装置。
【請求項１０】
前記ガスタービン装置には前記圧縮空気を生成する空気圧縮機が備えられており、
前記計測発電機出力に応じた燃料量に基づいて前記空気圧縮機に流入する空気流量を決定する圧縮機流入空気流量決定手段を有することを特徴とする請求項８に記載のガスタービン燃焼制御装置。
【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制御装置に関し、特に、メイン燃料供給系（メイン燃料系）及びパイロット燃料供給系（パイロット燃料系）を有するガスタービンの燃焼制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、発電所等で用いられるガスタービン装置では、圧縮空気と燃料とを燃焼器に供給して、燃焼器における燃焼に伴う高温の燃焼ガスを利用してタービンを回転させている。図５を参照すると、ガスタービン装置には、燃料系統にはメイン燃料系及びパイロット燃料系が備えられ、メイン燃料系及びパイロット燃料系における燃料流量はそれぞれ燃料流量調節弁１１及び１２で調整される。そして、後述するように、メイン燃料系及びパイロット燃料系における燃料分配を調整して最適な燃焼状態とする。
【０００３】
メイン燃料系及びパイロット燃料系を介して燃焼器１３にはメイン燃料及びパイロット燃料が与えられる。一方、空気圧縮機１４からは圧縮空気が燃焼器１３に与えられる。この際、後述するようにして、空気圧縮機入口案内翼（ＩＧＶ：Ｉｎｌｅｔ　Ｇｕｉｄｅ　Ｖａｎｅ）１５によって、空気圧縮機１４に流入する空気量が調整される。
【０００４】
図示のように、燃焼器１３に並列に燃焼器バイパス弁１６が配置されており、このバイパス弁１６によって燃焼器１３に流入する圧縮空気量が調整される。そして、燃焼器１３から排出される高温燃焼ガスによってタービン１７が回転駆動されて、タービン１７の回転駆動によって発電機１８が回転駆動されて発電が行われる。
【０００５】
ここで、図６を参照して、従来の燃焼制御について説明する。前述のように、ガスタービンの燃焼制御を行う際には、メイン燃料系及びパイロット燃料系における燃料分配を調整するとともに、空気圧縮機１４に流入する空気量及び燃焼器１３に流入する圧縮空気量を制御する必要がある。言い換えると、ガスタービンの燃焼制御を行う際には、燃料分配比制御及び空気流量制御を行う必要がある。
【０００６】
図６に示す制御手法では、発電機の出力を設定する発電機出力指令、実際の発電出力（計測発電出力）、及び燃焼器の車室内圧力（車室圧力）に応じて燃料分配比制御及び空気流量制御を行っている。
【０００７】
まず、減算器２１に発電機出力指令及び発電機出力（計測発電機出力）が与えられ、発電機出力指令と発電機出力との偏差が求められる。この偏差は比例積分制御部（ＰＩ制御部）２２に与えられ、ここで偏差に応じたＰＩ値が求められる。そして、このＰＩ値は燃料指令値（ＣＳＯ：Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｏｕｔｐｕｔ）演算部２３に与えられ、ＣＳＯ演算部２３ではＰＩ値に基づいてＣＳＯを演算生成する。このＣＳＯは燃焼器１３に与えるべき燃料の流量（単位時間当たり）を表す。
【０００８】
パイロット分配比決定関数部２４には、ＣＳＯに応じたパイロット燃料系の燃料流量分配比（パイロット分配比）を示す関数（ＣＳＯ−パイロット分配比関数：ＣＳＯを横軸、パイロット分配比を縦軸にとった際に、ＣＳＯに対するパイロット分配比を示す関数）が予め設定されており、パイロット分配比決定関数部２４では、ＣＳＯに対応するパイロット分配比をパイロット分配比関数に基づいて得て、この分配比とＣＳＯとに基づいてパイロット燃料系の燃料流量（パイロット燃料流量）を算出する。
【０００９】
この算出パイロット燃料流量はパイロット燃料流量調節弁開度演算部２６に与えられ、パイロット燃料流量調節弁開度演算部２６では算出パイロット燃料流量に応じた燃料流量調節弁１２の開度を演算・決定して、パイロット燃料流量調節弁開度指令として燃料流量調節弁１２に与える。そして、燃料流量調節弁１２はパイロット燃料流量調節弁開度指令に応じた開度に調整されて、パイロット燃料を燃焼器１３に与える。
【００１０】
前述のようにして求められたパイロット燃料流量は減算器２５に与えられ、減算器２５は、ＣＳＯからパイロット燃料流量を減算して、メイン燃料系の燃料流量（メイン燃料流量）を求める。そして、この算出メイン燃料流量は、メイン燃料流量調節弁開度演算部２７に与えられ、メイン燃料流量調節弁開度演算部２７では算出メイン燃料流量に応じた燃料流量調節弁１１の開度を演算・決定して、メイン燃料流量調節弁開度指令として燃料流量調節弁１１に与える。燃料流量調節弁１１はメイン燃料流量調節弁開度指令に応じた開度に調整されて、メイン燃料を燃焼器１３に与える。
【００１１】
このようにして、発電機出力指令と発電機出力に応じてメイン燃料系とパイロット燃料系との燃料分配比が制御されることになる。
【００１２】
一方、空気流量を制御する際には、車室圧力及び発電機出力が用いられ、車室圧力に基づいて現在の空気量が求められる。つまり、空気量関数部３１には、通常の燃焼状態における車室圧力と空気量との関係が空気量関数として設定されており、空気量関数部３１では、車室圧力に応じて空気量関数から現在の空気量を求める。
【００１３】
一方、前述の発電機出力を、現在の燃料量と見なし、この燃料量が除算器３２に与えられ、前述の空気量と燃料量との間で除算が行われて、燃空比が求められる。この燃空比は燃焼器流入空気流量（圧縮空気流量）決定関数部３３に与えられる。燃焼器流入空気流量決定関数部３３には燃空比に応じた圧縮空気量が規定された関数（圧縮空気量関数）が設定されており、燃焼器流入空気流量決定関数部３３では、燃空比に応じて圧縮空気量関数によって圧縮空気量を求め、この算出圧縮空気量を、燃焼器バイパス弁開度演算部３４に与える。
【００１４】
燃焼器バイパス弁開度演算部３４では、算出圧縮空気量に応じて燃焼器バイパス弁１６の開度を演算・決定して、燃焼器バイパス弁開度指令として燃焼器バイパス弁１６に与える。そして、この燃焼器バイパス弁開度指令に応じて燃焼器バイパス弁１６の開度が制御される。
【００１５】
前述の発電機出力に対して必要な燃料量は、空気圧縮機流入空気流量決定関数部３５に与えられる。空気圧縮機流入空気流量決定関数部３５には、必要な燃料量に対する空気圧縮機流入空気流量が規定された関数（圧縮機流入空気流量関数）が設定されており、空気圧縮機流入空気流量決定関数部３５では、必要な燃料量に応じて圧縮機流入空気流量関数によって圧縮機流入空気流量を求め、この算出圧縮機流入空気流量をＩＧＶ開度演算部３６に与える。
【００１６】
ＩＧＶ開度演算部３６では、算出圧縮機流入空気流量に対応するＩＧＶ１５の開度を演算・決定して、ＩＧＶ開度指令としてＩＧＶ１５に与える。そして、このＩＧＶ開度指令に応じてＩＧＶ１５の開度が制御される。このようにして、発電機出力と車室圧力とに応じて空気流量が制御されることになる。
【００１７】
ところで、ガスタービンを燃焼制御する際には、燃料と空気とをバランスよく混合して、安定的に燃焼状態を制御する必要がある。特に、環境汚染防止の観点からは、低ＮＯＸ（低窒素酸化物）状態でガスタービンを燃焼制御する必要がある。
【００１８】
低ＮＯＸ状態で安定的にガスタービンを燃焼制御する際には、例えば、燃焼器への予混合燃料供給系の分配比を燃焼器温度によって求めて、さらに分配比に応じて燃料分配弁の開度を求めている。そして、燃焼器温度を算出する際、圧縮機入口温度、圧縮機出口圧力、タービン排気温度、タービン負荷、及び燃焼器空気供給量を用いるようにしている（特許文献１参照）
【００１９】
【特許文献１】
特開平６−１０７１１号公報（第３ページ、第１図）
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図６に示す制御手法では、燃料分配比を制御する際には、発電機出力指令及び発電機出力を用い、空気流量を制御する際には、発電機出力及び燃焼器車室圧力を用いているため（つまり、燃料の分配比と空気流量を制御する際、異なる制御指標を用いているため）、常に燃料と空気とをバランスよく混合させることが難しく、その結果、ガスタービンを常に安定的に燃焼させることが難しく、燃焼振動等が発生することがある。さらに、安定的にガスタービンを燃焼することが難しい結果、窒素酸化物等の排出濃度が上昇してしまうという課題がある。
【００２１】
一方、特許文献１では、予混合燃料供給系の分配比を求める際、圧縮機入口温度、圧縮機出口圧力、タービン排気温度、タービン負荷、及び燃焼器空気供給量等の多数のパラメータを用いて燃焼器温度を算出して、この燃焼器温度に応じて分配比を求めているものの、パラメータの数が多く、分配比を算出する際の計算が複雑となってしまうばかりでなく、空気流量と燃料との関係を考慮しておらず、その結果、常に燃料と空気とをバランスよく混合させることが難しく、ガスタービンを常に安定的に燃焼させることが難しいという課題がある。
【００２２】
本発明の目的は、常に燃料と空気とをバランスよく混合させて、ガスタービンを常に安定的に燃焼させることができるガスタービン燃焼制御装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、メイン燃料供給系及びパイロット燃料供給系からそれぞれ燃焼器に燃料を供給するとともに前記燃焼器に圧縮空気を供給して前記燃焼器で発生する燃焼ガスによってタービンを回転させて発電機を駆動するようにしたガスタービン装置の燃焼を制御するためのガスタービン燃焼制御装置であって、前記発電機の出力を設定する発電機出力指令と前記発電機の出力を計測した結果得られた計測発電機出力との偏差に応じて前記燃焼器に供給する燃料の流量を求めて燃料指令値とする燃料指令値生成手段と、前記燃焼器の車室圧力に応じた空気量と前記計測発電機出力に応じた燃料量と基づいて燃空比を算出する燃空比算出手段と、前記燃料指令値で示される燃料流量を前記燃空比に応じて前記メイン燃料供給系と前記パイロット燃料供給系とに分配する燃料分配手段と、前記燃空比に基づいて前記燃焼器に供給する圧縮空気流量を決定する空気流量決定手段とを有することを特徴とするガスタービン燃焼制御装置が得られる。
【００２４】
このようにして、発電機の出力を設定する発電機出力指令と発電機の出力を計測した結果得られた計測発電機出力に応じて得られた燃料指令値に応じてメイン燃料供給系の燃料流量とパイロット燃料供給系の燃料流量を決定する際、燃焼器の車室圧力に応じた空気量と計測発電機出力に応じた燃料量とに基づいて得られた燃空比に応じてメイン燃料供給系の燃料流量とパイロット燃料供給系の燃料流量とを分配決定するようにすれば、空気流量をも考慮してパイロット燃料流量及びメイン燃料流量が決定されることになって、ガスタービンを安定的に燃焼制御することができることになる。
【００２５】
例えば、前記燃料分配手段は、前記パイロット燃料供給系に配分される燃料流量比と前記燃空比との関係が規定され前記燃空比に対応する燃料流量比を出力する分配比決定関数部と、前記燃料流量比と前記燃料指令値とに応じて前記パイロット燃料供給系の燃料流量を決定するパイロット燃料流量決定手段と、前記パイロット燃料供給系の燃料流量と前記燃料指令値とに基づいて前記メイン燃料供給系の燃料流量を決定するメイン燃料流量決定手段とを有している。
【００２６】
また、前記ガスタービン装置には前記圧縮空気を生成する空気圧縮機が備えられており、前記計測発電機出力に応じた燃料量に基づいて前記空気圧縮機に流入する空気流量を決定する圧縮機流入空気流量決定手段を有するようにしてもよい。
【００２７】
本発明によれば、メイン燃料供給系及びパイロット燃料供給系からそれぞれ燃焼器に燃料を供給するとともに前記燃焼器に圧縮空気を供給して前記燃焼器で発生する燃焼ガスによってタービンを回転させて発電機を駆動するようにしたガスタービン装置の燃焼を制御するためのガスタービン燃焼制御装置であって、少なくとも前記燃焼器に流入する圧縮空気流量と前記燃料の流量とに応じて前記燃焼器で安定的に燃焼を行うための燃焼パラメータを求める燃焼パラメータ算出手段と、該燃焼パラメータに応じて前記パイロット燃料供給系における燃料流量の上限値及び下限値を設定する燃料上限下限値設定手段と、前記パイロット燃料供給系における燃料流量の上限値及び下限値の範囲に前記パイロット燃料供給系の燃料流量を制限する第１の制限手段と、前記燃焼パラメータに応じて前記圧縮空気流量の上限値及び下限値を設定する圧縮空気上限下限値設定手段と、前記圧縮空気流量の上限値及び下限値の範囲に前記圧縮空気流量を制限する第２の制限手段とを有することを特徴とするガスタービン燃焼制御装置が得られる。
【００２８】
このようにして、少なくとも燃焼器に流入する圧縮空気流量と燃料の流量とに応じて燃焼器で安定的に燃焼を行うための燃焼パラメータを求め、燃焼パラメータに応じてパイロット燃料供給系における燃料流量の上限値及び下限値を設定して、パイロット燃料供給系における燃料流量の上限値及び下限値の範囲にパイロット燃料供給系の燃料流量を制限するとともに、燃焼パラメータに応じて圧縮空気流量の上限値及び下限値を設定して、圧縮空気流量の上限値及び下限値の範囲に圧縮空気流量を制限するようにすれば、燃焼パラメータによってパイロット燃料流量及び燃焼器流入空気流量の範囲が決定されることになって、パイロット燃料流量とメイン燃料流量及び燃焼器流入空気流量が安定燃焼を行う範囲から逸脱することがなくなる。
【００２９】
ここでは、前記発電機の出力を設定する発電機出力指令と前記発電機の出力を計測した結果得られた計測発電機出力との偏差に応じて前記燃焼器に供給する燃料の流量を求めて燃料指令値とする燃料指令値生成手段と、前記燃料指令値と前記パイロット燃料供給系に分配される燃料流量比との関係が規定され前記燃料指令値に対応する燃料流量比に応じた前記パイロット燃料供給系の燃料流量を決定して前記第１の制限手段に与える燃料分配手段と、前記燃焼器の車室圧力に応じた空気量と前記計測発電機出力に応じた燃料量と基づいて燃空比を算出する燃空比算出手段と、前記燃空比に基づいて前記燃焼器に供給する圧縮空気流量を決定して前記第２の制限手段に与える空気流量決定手段とを有している。
【００３０】
前記燃焼パラメータ算出手段にはさらに前記燃焼器の車室温度、前記燃料の温度、及び前記燃焼器の熱効率が与えられ、前記燃焼パラメータ算出手段は、前記燃焼パラメータとして前記タービンの入口温度を推定する。このように、燃焼パラメータとしてタービン入口温度を用いるようにすれば、精度よくパイロット燃料流量の上限及び下限を規定できるともに、燃焼器流入空気流量の上限及び下限を規定することができる。
【００３１】
また、前記ガスタービン装置には前記圧縮空気を生成する空気圧縮機が備えられており、前記計測発電機出力に応じた燃料量に基づいて前記空気圧縮機に流入する空気流量を決定する圧縮機流入空気流量決定手段を有するようにしてもよい。
【００３２】
本発明によれば、メイン燃料供給系及びパイロット燃料供給系からそれぞれ燃焼器に燃料を供給するとともに前記燃焼器に圧縮空気を供給して前記燃焼器で発生する燃焼ガスによってタービンを回転させて発電機を駆動するようにしたガスタービン装置の燃焼を制御するためのガスタービン燃焼制御装置であって、前記発電機の出力を設定する発電機出力指令と前記発電機の出力を計測した結果得られた計測発電機出力との偏差に応じて前記燃焼器に供給する燃料の流量を求めて燃料指令値とする燃料指令値生成手段と、前記燃焼器の車室圧力に応じた空気量と前記計測発電機出力に応じた燃料量とに基づいて燃空比を算出する燃空比算出手段と、前記燃料指令値で示される燃料流量を前記燃空比に応じて前記メイン燃料供給系と前記パイロット燃料供給系とに分配する燃料分配手段と、少なくとも前記燃焼器に流入する圧縮空気流量と前記燃料の流量とに応じて前記燃焼器で安定的に燃焼を行うための燃焼パラメータを求める燃焼パラメータ算出手段と、該燃焼パラメータに応じて前記パイロット燃料供給系における燃料流量の上限値及び下限値を設定する燃料上限下限値設定手段と、前記パイロット燃料供給系における燃料流量の上限値及び下限値の範囲に前記パイロット燃料供給系の燃料流量を制限する第１の制限手段と、前記燃空比に基づいて前記燃焼器に供給する圧縮空気流量を決定する空気流量決定手段と、前記燃焼パラメータに応じて前記圧縮空気流量の上限値及び下限値を設定する圧縮空気上限下限値設定手段と、前記圧縮空気流量の上限値及び下限値の範囲に前記圧縮空気流量を制限する第２の制限手段とを有することを特徴とするガスタービン燃焼制御装置が得られる。
【００３３】
このようにして、発電機の出力を設定する発電機出力指令と発電機の出力を計測した結果得られた計測発電機出力に応じて得られた燃料指令値に応じてメイン燃料供給系の燃料流量とパイロット燃料供給系の燃料流量を決定する際、燃焼器の車室圧力に応じた空気量と計測発電機出力に応じた燃料量と基づいて得られた燃空比に応じてメイン燃料供給系の燃料流量とパイロット燃料供給系の燃料流量とを分配決定し、さらに、少なくとも燃焼器に流入する圧縮空気流量と燃料の流量とに応じて燃焼器で安定的に燃焼を行うための燃焼パラメータを求め、燃焼パラメータに応じてパイロット燃料供給系における燃料流量の上限値及び下限値を設定して、パイロット燃料供給系における燃料流量の上限値及び下限値の範囲にパイロット燃料供給系の燃料流量を制限するとともに、燃焼パラメータに応じて圧縮空気流量の上限値及び下限値を設定して、圧縮空気流量の上限値及び下限値の範囲に圧縮空気流量を制限するようにすれば、空気流量をも考慮してパイロット燃料流量及びメイン燃料流量が決定されるばかりでなく、燃焼パラメータによってパイロット燃料流量及び燃焼器流入空気流量の範囲が決定されることになって、ガスタービンを精度よく安定して燃焼制御することができる。
【００３４】
ここでも、前記燃焼パラメータ算出手段にはさらに前記燃焼器の車室温度、前記燃料の温度、及び前記燃焼器の熱効率が与えられ、前記燃焼パラメータ算出手段は、前記燃焼パラメータとして前記タービンの入口温度を推定する。また、前記ガスタービン装置には前記圧縮空気を生成する空気圧縮機が備えられており、前記計測発電機出力に応じた燃料量に基づいて前記空気圧縮機に流入する空気流量を決定する圧縮機流入空気流量決定手段を有するようにしてもよい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３６】
まず、図１を参照して、本発明によるガスタービン燃焼制御装置の第１の例について説明する。図示のガスタービン燃焼制御装置において、図６に示す燃焼制御装置と同一の構成要素については同一の参照番号を付す。このガスタービン燃焼制御装置は、例えば、図５に示すガスタービンの燃焼制御を行う。
【００３７】
図１に示すガスタービン燃焼制御装置は、パイロット分配比決定関数部４１を有しており、このパイロット分配比決定関数部４１は、燃空比に応じたパイロット分配比を規定する関数（燃空比−パイロット分配比関数）が設定されている。例えば、燃空比を横軸にとり、パイロット分配比（パイロット分配比とはパイロット燃料系に分配される燃料流量の比をいう）を縦軸にとった際、燃空比の増減（変化）に応じた最適なパイロット分配比が予め実験等によって求められて、燃空比とパイロット分配比との関係を示す燃空比−パイロット分配比関数として設定されている。
【００３８】
図示のように、パイロット分配比決定関数部４１には、除算器３２から燃空比が与えられており、パイロット分配比決定関数部４１では、燃空比に応じて燃空比−パイロット分配比関数から最適なパイロット分配比を求める。このようにして得られたパイロット分配比は乗算器４２に与えられ、乗算器４２では、パイロット分配比とＣＳＯとを乗算して、パイロット燃料系に供給すべき燃料流量（パイロット燃料流量）を求める。そして、この算出パイロット燃料流量がパイロット燃料流量調節弁開度演算部２６に与えられ、前述のようにして、燃料流量調節弁１２の開度が制御される。
【００３９】
一方、乗算器４２の出力であるパイロット燃料流量は減算器２５に与えられて、減算器２５はＣＳＯからパイロット燃料流量を減算して、メイン燃料流量を求める。そして、この算出メイン燃料流量がメイン燃料流量調節弁開度演算部２７に与えられ、前述のようにして、燃料流量調節弁１１の開度が制御される。
【００４０】
上述のように、図１に示すガスタービン燃焼制御装置では、燃空比に基づいてパイロット分配比を決定して、この分配比に応じてパイロット燃料流量及びメイン燃料流量を決定するようにしたから、空気流量をも考慮してパイロット燃料流量及びメイン燃料流量が決定されることになって、ガスタービンの燃焼が不安定となることを防止することができる。
【００４１】
次に、図２を参照して、本発明によるガスタービン燃焼制御装置の第２の例について説明する。図示のガスタービン制御装置において、図１に示すガスタービン燃焼制御装置と同一の構成要素について同一の参照番号を付す。
【００４２】
図示のガスタービン燃焼制御装置は、ガスタービンの入口温度（タービンに入る直前のガス温度）を予測するためのガスタービン入口温度演算部（以下ＴＩＴ演算部という）５１が備えられている。一般に、燃焼器内は高温、高圧、及び高流速であるため、ガスタービン入口温度を計測することが困難である。
【００４３】
このため、ここでは、ＴＩＴ演算部５１によってガスタービン入口温度（以下ＴＩＴという）を、次のようにして予測している。このガスタービン入口温度は燃焼器で安定的に燃焼を行うための燃焼パラメータとして用いられる。
【００４４】
ＴＩＴ演算部５１には、センサ（図示せず）によって計測された車室温度、燃焼器１３に供給される燃料の温度、燃焼器１３に流入する空気の流量、及び燃焼器に供給される燃料の流量が与えられるとともに、燃焼器の熱効率が与えられている。なお、以下の説明は、ＴＩＴ演算を行う際の一例であり、ＴＩＴ演算に当たっては以下で説明する条件（内容）を全て満足する必要ななく、他の手法によって、ＴＩＴ演算を行うようにしてもよい。つまり、以下に説明するＴＩＴ演算と全く同一の手法でＴＩＴを求める必要はなく、他の手法でＴＩＴを求めるようにしてもよい。
【００４５】
車室温度Ｔ３，燃料温度Ｔｆ，燃焼器流入空気流量Ｇ３，及び燃料流量Ｇｆとすると、ＴＩＴ演算部では、まず、車室温度Ｔ３，燃料温度Ｔｆ，燃焼器流入空気流量Ｇ３，及び燃料流量Ｇｆの遅れ補償を行って、それぞれ補償後車室温度Ｔ’３，補償後燃料温度Ｔ’ｆ，補償後燃焼器流入空気流量Ｇ’３，及び補償後燃料流量Ｇ’ｆを得る。
【００４６】
なお、遅れ補償を行う際には、補償式として、Ｋ（１＋αＴｓ）／（１＋Ｔｓ）が用いられる（α＞１）。ＴＩＴ演算部５１では、次の数１に基づいて、ＴＩＴ（Ｔ４）を推定する。
【００４７】
【数１】
ｃｐ４Ｖｃｂγ４（ｄＴ４／ｄｔ）＝ｃｐｆＧ’ｆＴ’ｆ＋ｃｐ３Ｇ’３　Ｔ’３＋ηＨｆＧ’ｆ−ｃｐ４Ｇ’４　Ｔ４
【００４８】
なお、Ｔ３：車室温度（℃）、Ｔｆ：燃料温度（℃）、Ｔ４：タービン入口温度、Ｇ３：燃焼器流入空気流量（ｋｇ／ｓ）、Ｇｆ：燃料流量（ｋｇ／ｓ）、Ｇ４：タービン入口燃焼ガス流量（ｋｇ／ｓ）、ｃｐ３：車室比熱（ｋｃａｌ／ｋｇ℃）、ｃｐｆ：燃料比熱（ｋｃａｌ／ｋｇ℃）、ｃｐ４：燃焼ガス比熱（ｋｃａｌ／ｋｇ℃）、Ｈｆ：発熱量（ｋｃａｌ／ｋｇ）、η：燃焼器熱効率（ｋｃａｌ／ｋｇ）、Ｖｃｂ：車室〜尾筒容積（ｍ３）、γ４：燃焼ガス比重（ｋｇ／ｍ３）、ｔ：時間（ｓｅｃ）である。
【００４９】
Ｔ３、Ｔｆ、Ｇ３、及びＧｆは計測値であり、遅れ補償する。Ｔ４＝ＴＩＴ、Ｇ４＝Ｇ３＋Ｇｆである。ｃｐ３、ｃｐｆ、ｃｐ４、Ｈｆ、及びγ４は物性値であり、ηは設計値を用いるか、または、より精度のよいＴＩＴを算出するために、運転状態から予測する。Ｖｃｂは設計値である。
【００５０】
上述のようにして、ＴＩＴ演算部５１では、車室温度Ｔ３，燃料温度Ｔｆ，燃焼器流入空気流量Ｇ３，及び燃料流量Ｇｆと燃焼室熱効率に応じてタービン入口温度ＴＩＴを求めた後、このタービン入口温度ＴＩＴを第１及び第２の上限関数部５２及び５３と第１及び第２の下限関数部５４及び５５に与える。
【００５１】
第１の上限関数部５２には、タービン入口温度ＴＩＴに応じてパイロット燃料流量の上限値（パイロット燃料流量上限値）を規定する関数（パイロット燃料流量上限値関数）が設定されており、同様に、第１の下限関数部５４には、タービン入口温度ＴＩＴに応じてパイロット燃料流量の下限値（パイロット燃料流量下限値）を規定する関数（パイロット燃料流量下限値関数）が設定されている。
【００５２】
例えば、図３に示すように、第１の上限関数部５２には符号Ｆ１で示す関数が設定され、第１の下限関数部５４には、符号Ｆ２で示す関数が設定される。関数Ｆ１、つまり、上限値関数は、タービン入口温度（ＴＩＴ）が増加するにつれて、単調減少する関数であり、関数Ｆ２、つまり、下限値関数は、タービン入口温度（ＴＩＴ）が増加するにつれて、単調増加する関数である。
【００５３】
第１の上限関数部５２ではＴＩＴに対応するパイロット燃料流量上限値を出力しており、このパイロット燃料流量上限値は第１の上限値リミッタ５６に与えられる。一方、第１の下限関数部５４ではＴＩＴに対応するパイロット燃料流量下限値を出力しており、このパイロット燃料流量下限値は第１の下限値リミッタ５７に与えられる。
【００５４】
図６で説明したパイロット分配比決定関数部２４からパイロット燃料流量が第１の上限値リミッタ５６に与えられており、第１の上限値リミッタ５６では、このパイロット燃料流量がパイロット燃料流量上限値未満であるか否かを判定して、パイロット燃料流量＜パイロット燃料流量上限値であると、パイロット燃料流量を選択してパイロット燃料上限値リミッタ出力として出力する。
【００５５】
一方、パイロット燃料流量≧パイロット燃料流量上限値であると、第１の上限値リミッタ５６では、パイロット燃料流量上限値をパイロット燃料上限値リミッタ出力として出力する。
【００５６】
この上限値リミッタ出力は第１の下限値リミッタ５７に与えられ、第１の下限値リミッタ５７ではパイロット燃料上限値リミッタ出力がパイロット燃料流量下限値未満であるか否かを判定して、パイロット燃料上限値リミッタ出力≦パイロット燃料流量下限値であると、パイロット燃料流量下限値を選択してパイロット燃料下限値リミッタ出力として出力する。
【００５７】
一方、パイロット燃料上限値リミッタ出力＞パイロット燃料流量下限値であると、第１の下限値リミッタ５７では、パイロット燃料上限値リミッタ出力をパイロット燃料下限値リミッタ出力として出力する。
【００５８】
なお、図示の例では、第１の上限値リミッタ５６が第１の下限値リミッタ５７の前段に配置されているが、第１の下限値リミッタ５７を第１の上限値リミッタ５６の前段に配置するようにしてもよい。
【００５９】
いずれにしても、第１の上限値及び下限値リミッタ５６及び５７によって乗算器４２から出力されるパイロット燃料流量をパイロット燃料流量上限値及び下限値で規定される範囲に制限することになる。
【００６０】
上述のようにして、第１の下限値リミッタ５７から出力されたパイロット燃料下限値リミッタ出力が算出パイロット燃料流量としてはパイロット燃料流量調節弁開度演算部２６に与えられ、前述のようにして、燃料流量調節弁１２の開度が制御される。
【００６１】
さらに、第１の下限値リミッタ５７から出力されたパイロット燃料下限値リミッタ出力は減算器２５に与えられ、減算器２５はＣＳＯからパイロット燃料下限値リミッタ出力を減算して、メイン燃料流量を求める。そして、この算出メイン燃料流量がメイン燃料流量調節弁開度演算部２７に与えられ、前述のようにして、燃料流量調節弁１１の開度が制御される。
【００６２】
図２に示すように、タービン入口温度ＴＩＴは第２の上限及び下限関数部５３及び５５に与えられている。第２の上限関数部５３には、タービン入口温度ＴＩＴに応じて燃焼器に流入すべき空気流量の上限値（燃焼器空気流量上限値）を規定する関数（燃焼器空気流量上限値関数）が設定されており、同様に、第２の下限関数部５５には、タービン入口温度ＴＩＴに応じて燃焼器に流入すべき空気流量の下限値（燃焼器空気流量下限値）を規定する関数（燃焼器空気流量下限値関数）が設定されている。
【００６３】
第２の上限関数部５３ではＴＩＴに対応する燃焼器空気流量上限値を出力しており、この燃焼器空気流量上限値は第２の上限値リミッタ５８に与えられる。一方、第２の下限関数部５５ではＴＩＴに対応する燃焼器空気流量下限値を出力しており、この燃焼器空気流量下限値は第２の下限値リミッタ５９に与えられる。
【００６４】
図６で説明した燃焼器流入空気流量決定関数部３３から、燃空比に応じた圧縮空気流量が第２の上限値リミッタ５８に与えられ、第２の上限値リミッタ５８では、圧縮空気流量が燃焼器空気流量上限値未満であるか否かを判定して、圧縮空気流量＜燃焼器空気流量上限値であると、圧縮空気流量を選択して燃焼器空気上限値リミッタ出力として出力する。
【００６５】
一方、圧縮空気流量≧燃焼器空気流量上限値であると、第２の上限値リミッタ５８では、燃焼器空気流量上限値を燃焼器空気上限値リミッタ出力として出力する。
【００６６】
この燃焼器空気上限値リミッタ出力は第２の下限値リミッタ５９に与えられ、第２の下限値リミッタ５９では燃焼器空気上限値リミッタ出力が燃焼器空気流量下限値未満であるか否かを判定して、燃焼器空気上限値リミッタ出力≦燃焼器空気流量下限値であると、燃焼器空気流量下限値を選択して燃焼器空気下限値リミッタ出力として出力する。
【００６７】
一方、燃焼器空気上限値リミッタ出力＞燃焼器空気流量下限値であると、第２の下限値リミッタ５９では、燃焼器空気上限値リミッタ出力を燃焼器空気下限値リミッタ出力として出力する。
【００６８】
なお、図示の例では、第２の上限値リミッタ５８が第２の下限値リミッタ５９の前段に配置されているが、第２の下限値リミッタ５９を第２の上限値リミッタ５８の前段に配置するようにしてもよい。
【００６９】
いずれにしても、第２の上限値及び下限値リミッタ５８及び５９によって、燃焼器流入空気流量決定関数部３３から出力される圧縮空気流量を燃焼器空気流量上限値及び下限値で規定される範囲に制限することになる。
【００７０】
上述のようにして、第２の下限値リミッタ５９から出力された燃焼器空気下限値リミッタ出力が燃焼器バイパス弁開度演算部３４に算出圧縮空気流量として与えられ、前述したように、燃焼器バイパス弁開度演算部３４では算出圧縮空気流量に応じて燃焼器バイパス弁１６の開度を演算・決定して、燃焼器バイパス弁開度指令として燃焼器バイパス弁１６に与える。そして、この燃焼器バイパス弁開度指令に応じて燃焼器バイパス弁１６の開度が制御されることになる。
【００７１】
このようにして、図２に示すガスタービン燃焼制御装置では、タービン入口温度に基づいてパイロット燃料流量の上限及び下限（つまり、範囲）を規定するとともに、燃焼器流入空気流量の上限及び下限を規定するようにしたから、タービン入口温度によってパイロット燃料流量及び燃焼器流入空気流量の範囲が決定されることになって、パイロット燃料流量及び燃焼器流入空気流量が安定燃焼を行う範囲から逸脱することがなくなる。
【００７２】
なお、図２に示す例では、車室温度、燃料温度、燃焼器流入空気流量、燃料流量、及び燃焼器熱効率に応じてタービン入口温度を推測して、このタービン入口温度に基づいてパイロット燃料流量の上限及び下限を規定するとともに、燃焼器流入空気流量の上限及び下限を規定するようにしてが、少なくとも燃焼器流入空気流量及び燃料流量に応じてパイロット燃料流量の上限及び下限を規定するとともに、燃焼器流入空気流量の上限及び下限を規定するようにすればよい。
【００７３】
図４を参照して、本発明によるガスタービン燃焼制御装置の第３の例について説明する。図示のガスタービン燃焼制御装置において図１及び図２に示す構成要素として同一の構成要素については同一の参照番号を付す。
【００７４】
図示の例では、パイロット分配比決定関数部４１で燃空比に基づいて得られたパイロット分配比が第１の上限値リミッタ５６に与えられ、第１の上限値リミッタ５６では、図２で説明したようにして、パイロット燃料流量上限値に応じてパイロット燃料分配比を規制する。同様にして、第１の下限値リミッタ５７では、第１の上限値リミッタからの出力を、パイロット燃料流量下限値に応じて規制する。そして、第１の下限値リミッタからの出力は乗算器４２に与えられる。乗算器４２では、ＣＳＯと第１の下限値リミッタからの出力とを乗算してパイロット燃料流量を得る。その後、減算器２５で、ＣＳＯとパイロット燃料流量との減算が行われて、メイン燃料流量が求められることになる。
【００７５】
なお、他の構成要素については図１及び図２で説明したので、ここでは説明を省略する。
【００７６】
このように、図４に示すガスタービン燃焼制御装置では、燃空比に基づいてパイロット分配比を決定して、この分配比に応じてパイロット燃料流量を得るようにしたから、空気流量をも考慮してパイロット燃料流量が決定され、さらに、タービン入口温度に基づいてパイロット燃料流量の上限及び下限を規定するとともに、燃焼器流入空気流量の上限及び下限を規定するようにしたから、タービン入口温度によってパイロット燃料流量及び燃焼器流入空気流量の範囲が決定されることになって、ガスタービンを精度よく安定して燃焼制御することができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、発電機の出力を設定する発電機出力指令と発電機の出力を計測した結果得られた計測発電機出力に応じて得られた燃料指令値に応じてメイン燃料供給系の燃料流量とパイロット燃料供給系の燃料流量を決定する際、燃焼器の車室圧力に応じた空気量と計測発電機出力に応じた燃料量と基づいて得られた燃空比に応じてメイン燃料供給系の燃料流量とパイロット燃料供給系の燃料流量とを分配決定するようにしたから、空気流量をも考慮してパイロット燃料流量及びメイン燃料流量が決定されることになって、ガスタービンを安定的に燃焼制御することができるという効果がある。
【００７８】
本発明では、少なくとも燃焼器に流入する圧縮空気流量と燃料の流量とに応じて燃焼器で安定的に燃焼を行うための燃焼パラメータを求め、燃焼パラメータに応じてパイロット燃料供給系における燃料流量の上限値及び下限値を設定して、パイロット燃料供給系における燃料流量の上限値及び下限値の範囲にパイロット燃料供給系の燃料流量を制限するとともに、燃焼パラメータに応じて圧縮空気流量の上限値及び下限値を設定して、圧縮空気流量の上限値及び下限値の範囲に圧縮空気流量を制限するようにしたから、燃焼パラメータによってパイロット燃料流量及び燃焼器流入空気流量の範囲が決定されることになって、パイロット燃料流量とメイン燃料流量及び燃焼器流入空気流量が安定燃焼を行う範囲から逸脱することがなくなるという効果がある。
【００７９】
そして、燃焼パラメータとしてタービン入口温度を用いるようにしたから、精度よくパイロット燃料流量の上限及び下限を規定できるともに、燃焼器流入空気流量の上限及び下限を規定することができるという効果がある。
【００８０】
本発明では、発電機の出力を設定する発電機出力指令と発電機の出力を計測した結果得られた計測発電機出力に応じて得られた燃料指令値に応じてメイン燃料供給系の燃料流量とパイロット燃料供給系の燃料流量を決定する際、燃焼器の車室圧力に応じた空気量と計測発電機出力に応じた燃料量とに基づいて得られた燃空比に応じてメイン燃料供給系の燃料流量とパイロット燃料供給系の燃料流量とを分配決定し、さらに、少なくとも燃焼器に流入する圧縮空気流量と燃料の流量とに応じて燃焼器で安定的に燃焼を行うための燃焼パラメータを求め、燃焼パラメータに応じてパイロット燃料供給系における燃料流量の上限値及び下限値を設定して、パイロット燃料供給系における燃料流量の上限値及び下限値の範囲にパイロット燃料供給系の燃料流量を制限するとともに、燃焼パラメータに応じて圧縮空気流量の上限値及び下限値を設定して、圧縮空気流量の上限値及び下限値の範囲に圧縮空気流量を制限するようにしたから、空気流量をも考慮してパイロット燃料流量及びメイン燃料流量が決定されるばかりでなく、燃焼パラメータによってパイロット燃料流量及び燃焼器流入空気流量の範囲が決定されることになって、ガスタービンを精度よく安定して燃焼制御することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガスタービン燃焼制御装置の第１の例を示すブロック図である。
【図２】本発明によるガスタービン燃焼制御装置の第２の例を示すブロック図である。
【図３】図２に示す第１の上限及び下限関数部で設定される上限値及び下限値とタービン入口温度との関係を示す図である。
【図４】本発明によるガスタービン燃焼制御装置の第３の例を示すブロック図である。
【図５】ガスタービンの一例を燃料供給系及び空気供給系とともに示すブロック図である。
【図６】従来のガスタービン燃焼制御装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１，１２　燃料流量調節弁
１３　燃焼器
１４　空気圧縮機
１５　空気圧縮機入口案内翼（ＩＧＶ）
１６　バイパス弁
１７　タービン
１８　発電機
２１，２５　減算器
２２　ＰＩ制御部
２３　燃料指令値（ＣＳＯ）演算部
２４　パイロット分配比決定関数部
２６　パイロット燃料流量調節弁開度演算部
２７　メイン燃料流量調節弁開度演算部
３１　空気量関数部
３２　除算器
３３　燃焼器流入空気流量決定関数部
３４　燃焼器バイパス弁開度演算部
３５　空気圧縮機流入空気流量決定関数部
３６　ＩＧＶ開度演算部
４１　パイロット分配比決定関数部
４２　乗算器
５１　タービン入口温度演算部
５２，５３　上限関数部
５４，５５　下限関数部
５６，５８　上限値リミッタ
５７，５９　下限値リミッタ
【図１】
2004116384.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004116384.tif 000005
【図４】
2004116384.tif 000006
【図５】
2004116384.tif 000007
【図６】
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