(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、
前記圧縮機から吐出される圧縮空気を用いて第１燃料源から供給される第１燃料を燃焼させることで燃焼ガスを発生する燃焼器と、
前記燃焼ガスから回転動力を取り出すタービンと、
前記タービンにより駆動される発電機と、
前記発電機の出力を検出し、出力検出値として出力する出力検出器と、
前記燃焼器に供給される前記第１燃料の流量を制御する第１燃料弁と、
前記出力検出値と出力目標値とに基づいて第１燃料弁開度指令値を生成し、前記第１燃料弁開度指令値に従って前記第１燃料弁の開度を操作する第１燃料弁制御部と、
第１燃料失火判定基準値を記憶する記憶部と、
前記第１燃料弁開度指令値が前記第１燃料失火判定基準値を上回ったとき、前記燃焼器が失火したことを示す失火信号を生成する失火判定部
とを具備する
ガスタービンプラント。
【請求項２】
圧縮機と、
前記圧縮機から吐出される圧縮空気を用いて第１燃料源から供給される第１燃料を燃焼させることで燃焼ガスを発生する燃焼器と、
前記燃焼ガスから回転動力を取り出すタービンと、
前記タービンにより駆動される発電機と、
前記発電機の出力を検出し、出力検出値として出力する出力検出器と、
前記燃焼器に供給される前記第１燃料の流量を制御する第１燃料弁と、
前記出力検出値と出力目標値とに基づいて第１燃料弁開度指令値を生成し、前記第１燃料弁開度指令値に従って前記第１燃料弁の開度を操作する第１燃料弁制御部と、
前記第１燃料の流量の測定値である第１燃料流量値を生成する第１燃料流量検出部と、
第１燃料失火判定基準値を記憶する記憶部と、
前記第１燃料流量値が前記第１燃料失火判定基準値を上回ったとき、前記燃焼器が失火したことを示す失火信号を生成する失火判定部と、
前記圧縮空気よりも温度が高い高温空気を前記燃焼器に供給する高温空気供給部とを具備し、
前記高温空気の温度は、定格運転時における前記タービンの出口温度以上である
ガスタービンプラント。
【請求項３】
圧縮機と、
前記圧縮機から吐出される圧縮空気を用いて第１燃料源から供給される第１燃料を燃焼させることで燃焼ガスを発生する燃焼器と、
前記燃焼ガスから回転動力を取り出すタービンと、
前記タービンにより駆動される発電機と、
前記発電機の出力を検出し、出力検出値として出力する出力検出器と、
前記燃焼器に供給される前記第１燃料の流量を制御する第１燃料弁と、
前記出力検出値と出力目標値とに基づいて第１燃料弁開度指令値を生成し、前記第１燃料弁開度指令値に従って前記第１燃料弁の開度を操作する第１燃料弁制御部と、
前記第１燃料の流量の測定値である第１燃料流量値を生成する第１燃料流量検出部と、
第１燃料失火判定基準値を記憶する記憶部と、
前記第１燃料流量値が前記第１燃料失火判定基準値を上回ったとき、前記燃焼器が失火したことを示す失火信号を生成する失火判定部と、
前記圧縮空気よりも温度が高い高温空気を前記燃焼器に供給する高温空気供給部と、
前記第１燃料源から供給される燃料電池用燃料と前記圧縮空気との化学反応によって発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池からの排出物である第２燃料を前記燃焼器に導く第２燃料配管とを具備し、
前記高温空気は前記燃料電池から排出される反応後の空気である
ガスタービンプラント。
【請求項４】
圧縮機と、
前記圧縮機から吐出される圧縮空気を用いて第１燃料源から供給される第１燃料を燃焼させることで燃焼ガスを発生する燃焼器と、
前記燃焼ガスから回転動力を取り出すタービンと、
前記タービンにより駆動される発電機と、
前記発電機の出力を検出し、出力検出値として出力する出力検出器と、
前記燃焼器に供給される前記第１燃料の流量を制御する第１燃料弁と、
前記出力検出値と出力目標値とに基づいて第１燃料弁開度指令値を生成し、前記第１燃料弁開度指令値に従って前記第１燃料弁の開度を操作する第１燃料弁制御部と、
前記第１燃料の流量の測定値である第１燃料流量値を生成する第１燃料流量検出部と、
第１燃料失火判定基準値を記憶する記憶部と、
前記第１燃料流量値が前記第１燃料失火判定基準値を上回ったとき、前記燃焼器が失火したことを示す失火信号を生成する失火判定部と、
前記燃焼器の入口側における駆動ガスの入口温度と出口側における駆動ガスの出口温度とを検出する温度検出部と、
前記入口温度と前記出口温度との温度差が所定の温度差基準値を下回ったときに前記燃焼器が失火したことを示す信号を生成する温度差失火判定部
とを具備するガスタービンプラント。
【請求項５】
請求項１又は４に記載されたガスタービンプラントであって、
更に、前記圧縮空気よりも温度が高い高温空気を前記燃焼器に供給する高温空気供給部を具備する
ガスタービンプラント。
【請求項６】
請求項２、３、及び５のうちのいずれか１項に記載されたガスタービンプラントであって、
前記高温空気の温度は、定格運転時における前記タービンの出口温度以上である
ガスタービンプラント。
【請求項７】
請求項１又は４に記載されたガスタービンプラントであって、
更に、前記圧縮空気よりも温度が高い高温空気を前記燃焼器に供給する高温空気供給部と、
前記第１燃料源から供給される燃料電池用燃料と前記圧縮空気との化学反応によって発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池からの排出物である第２燃料を前記燃焼器に導く第２燃料配管とを具備し、
前記高温空気は前記燃料電池から排出される反応後の空気である
ガスタービンプラント。
【請求項８】
請求項３又は７に記載されたガスタービンプラントであって、
更に、前記燃焼器に供給される前記第２燃料の流量を制御する第２燃料弁と、
前記出力検出値と出力目標値とに基づいて第２燃料弁開度指令値を生成し、前記第２燃料弁開度指令値に従って前記第２燃料弁の開度を操作する第２燃料弁制御部
とを具備し、
前記第１燃料失火判定基準値は、前記第２燃料弁開度指令値に依存して変化する
ガスタービンプラント。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載されたガスタービンプラントであって、
前記第１燃料失火判定基準値は前記出力検出値に依存して変化する
ガスタービンプラント。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載されたガスタービンプラントであって、
更に、前記燃焼器の内部の火炎が発生する電磁波を検出するフレームスキャナと、
検出された前記電磁波が所定の基準を満たしたときに失火したことを示す信号を生成する火炎モニタリング部とを具備する
ガスタービンプラント。
【請求項１１】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載されたガスタービンプラントであって、
更に、前記燃焼器の入口側における駆動ガスの入口温度と出口側における駆動ガスの出口温度とを検出する温度検出部と、
前記入口温度と前記出口温度との温度差が所定の温度差基準値を下回ったときに前記燃焼器が失火したことを示す信号を生成する温度差失火判定部とを具備する
ガスタービンプラント。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載されたガスタービンプラントであって、
更に、前記タービンの出口側における駆動ガスのタービン出口温度を検出するタービン出口温度検出部と、
前記タービン出口温度が所定の基準タービン出口温度を下回ったときに前記燃焼器が失火したことを示す信号を生成するタービン出口温度失火判定部とを具備する
ガスタービンプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンプラントに関する。本発明は特に、ガスタービンの失火を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の課題を説明するために、図１と図２を参照して背景技術について説明する。構成、運転制御、特長、失火判定の順に説明する。失火判定の部分が重要である。
【０００３】
（構成）
図１に示されるガスタービン発電プラントは、圧縮機１と、燃焼器２と、タービン３と、直流発電機４と、軸５と、インバータ８とを備えている。圧縮機１と、タービン３と、直流発電機４とは、軸５により接続されている。圧縮機１は空気を吸い込んで圧縮し、燃焼器に供給する。燃焼器２は、供給された空気を利用して燃料を燃焼し、高温の燃焼ガスを発生する。タービン３は、燃焼ガスの膨張により得られる回転動力により、圧縮機１と直流発電機４とを駆動する。直流発電機４は、タービン３により駆動されて発電を行う。インバータ８は、直流発電機４が発電した電力を交流に変換し、電力系統に供給する。
【０００４】
このガスタービン発電プラントは、第１燃料と、第２燃料との２種類の燃料を使用する。ここで、第１燃料は、第１燃料供給源（不図示）からガスタービン発電プラントの運転に必要な量が安定して供給される。第１燃料供給源としては燃料タンクが例示される。そして、第１燃料としては、都市ガス又はＬＰガスが例示される。第２燃料は、第２燃料供給源（不図示）において他のプロセスの副生成物として発生する可燃性ガスである。第２燃料としては、燃料電池の燃料極（アノード）から排出される燃料電池排ガス、製鉄所で発生する高炉ガス、あるいは、下水処理場で発生する消化ガスが例示される。
【０００５】
このガスタービン発電プラントは、第１燃料及び第２燃料を燃焼器２へ供給する第１燃料供給管４１及び第２燃料供給管４２をそれぞれ備えている。第１燃料供給管４１及び第２燃料供給管４２には、第１燃料及び第２燃料の供給を調節する第１燃料弁６及び第２燃料弁７がそれぞれ介設されている。ガスタービン発電プラントは更に、発電出力検出器１１と、回転数検出器１２と、調節計２１〜２３とを備えている。調節計２１〜２３としては、ＰＩＤ調節計が例示される。
【０００６】
回転数検出器１２は、タービン３の回転数を検出し、回転数検出値ＰＶ２を出力する。調節計２３は、回転数検出値ＰＶ２と回転数目標値ＳＶ３とに基づいて制御演算ＸＣ１により発電出力操作量ＭＶ３を出力する。インバータ８は、発電出力操作量ＭＶ３に応じて直流発電機４の発電出力を調節する。発電出力が増加すると、直流発電機４を駆動するために必要となる動力が増加する。その結果、タービン３の回転数が減少する。逆に、発電出力が減少すると、タービン３の回転数が増加する。つまり調節計２３は、回転数検出値ＰＶ２を回転数目標値ＳＶ３に一致させる制御を行う。
【０００７】
発電出力検出器１１は、直流発電機４の発電出力Ｗを検出し、発電出力検出値ＰＶ１を出力する。調節計２１は、発電出力検出値ＰＶ１と第１発電出力目標値ＳＶ１とに基づいて制御演算ＨＣ１により第１燃料弁操作量ＭＶ１を出力する。第１燃料弁６の開度は第１燃料弁操作量ＭＶ１に応じて調節される。つまり調節計２１は、発電出力検出値ＰＶ１を第１発電出力目標値ＳＶ１に一致させる制御を行う。調節計２２は、発電出力検出値ＰＶ１と第２発電出力目標値ＳＶ２とに基づいて制御演算ＨＣ２により第２燃料弁操作量ＭＶ２を出力する。第２燃料弁７の開度は第２燃料弁操作量ＭＶ２に応じて調節される。つまり調節計２２は、発電出力検出値ＰＶ１を第２発電出力目標値ＳＶ２に一致させる制御を行う。ここで、第１発電出力目標値ＳＶ１及び第２発電出力目標値ＳＶ２は、ガスタービン発電プラントを適切に運転することが可能な発電出力の下限値と上限値とにそれぞれ等しい。
【０００８】
（運転制御）
図１の構成を備えるガスタービン発電プラントの運転制御について図２を用いて説明する。図２は、第２燃料供給源の第２燃料供給能力が高い場合、中間の場合、低い場合について、定常状態となったのちの第１燃料弁開度、第２燃料弁開度、及び発電出力Ｗを示す。ここで、第２燃料供給能力が高いとは、調節計２３による制御のみを行い、調節計２１及び２２による制御を行わずに第１燃料弁６の開度を０％、第２燃料弁７の開度を１００％に固定した場合に、発電出力Ｗが第２発電出力目標値ＳＶ２を超える第２燃料の供給がなされることをいう。同様に、第２燃料供給能力が中間とは発電出力Ｗが第１発電出力目標値ＳＶ１以上かつ第２発電出力目標値ＳＶ２以下となる第２燃料の供給がなされることをいい、第２燃料供給能力が低いとは発電出力Ｗが第１発電出力目標値ＳＶ１未満となる第２燃料の供給がなされることをいう。
【０００９】
このガスタービン発電プラントの制御においては、調節計２１が発電出力Ｗを第１発電出力目標値ＳＶ１に近づけようとして第１燃料弁の開度を操作し、調節計２２が発電出力Ｗを第２発電出力目標値ＳＶ２に近づけようとして第２燃料弁の開度を操作し、調節計２３が回転数を回転数目標値ＳＶ３に保持しようとして直流発電機４の発電出力Ｗを操作する。このため、第２燃料供給能力が高い場合には、定常状態において第１燃料弁開度が０％となり、第２燃料弁開度が０％と１００％の中間の開度となり、発電出力Ｗが第２発電出力目標値ＳＶ２に等しくなり、回転数が回転数目標値ＳＶ３に等しくなる。また、第２燃料供給能力が中間の場合には、定常状態において第１燃料弁開度が０％となり、第２燃料弁開度が１００％となり、発電出力Ｗが第１発電出力目標値ＳＶ１以上かつ第２発電出力目標値ＳＶ２以下の値となり、回転数が回転数目標値ＳＶ３と等しくなる。また、第２燃料供給能力が低い場合には、定常状態において第１燃料弁開度が０％より高い開度となり、第２燃料弁開度が１００％となり、発電出力が第１発電出力目標値ＳＶ１と等しくなり、回転数が回転数目標値ＳＶ３と等しくなる。
【００１０】
（特長）
このガスタービン発電プラントの制御においては、第２燃料を利用して発電出力Ｗが第１発電出力目標値ＳＶ１以上かつ第２発電出力目標値ＳＶ２以下となる発電が行われる。そして、第２燃料だけでは発電出力Ｗが第１発電出力目標値ＳＶ１に達しない場合にのみ、第２燃料の不足分を補うために第１燃料が利用される。このため、本実施形態に係るガスタービン発電プラントにおいては、第２燃料の利用効率が高い。また、第２燃料の供給量が時間的に変動し、第２燃料供給能力が低い状態となる場合であっても、ガスタービン発電プラントの運転は安定される。さらに、回転数を一定に保持することにより、ガスタービンがトリップすることが防がれる。
【００１１】
また、このガスタービン発電プラントは、他のプロセスの副生成物である第２燃料を利用して発電を行うために経済的に優れている。ここで第２燃料は、他のプロセスにおいて副生成物として発生するために供給量をガスタービン発電に適するようにコントロールすることがない。しかも第２燃料は、容積当り発熱量が低いためにタンクに貯留して使用することは効率的ではない。したがって、本実施形態に係るガスタービン発電プラントは他のプロセスにおいて副生成物として発生する可燃性ガスを燃料として発電するために適している。特に、第２燃料が高炉ガスや固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）からの燃料電池排ガスである場合には、第２燃料を貯留せずに発電に使用することにより、第２燃料の熱エネルギーも利用することができる。
【００１２】
第２燃料供給源における第２燃料の発生量が多い場合には、一つの第２燃料供給源に対して複数のガスタービン発電プラントを設置することによって高効率を達成することができる。
【００１３】
（失火判定）
このガスタービン発電プラントにおいて、燃焼器２の内部の火炎が失火したことを検出するために、タービン３の出口側の流路に設置される温度センサ２０１が用いられる。温度センサ２０１は、タービン３の出口側の流路を流れるガスの温度を定期的に検出し、その温度ＴＯＵＴを示す温度信号を生成する。温度センサ２０１には失火判定部１０１が接続される。失火判定部１０１は、温度の閾値Ｔ０を予め記憶している。失火判定部１０１は温度センサ２０１から温度信号を受信して温度ＴＯＵＴと温度の閾値Ｔ０とを比較し、ＴＯＵＴ＜Ｔ０が成立した場合、燃焼器が失火したことを示す失火信号を生成する。失火信号が生成されると、失火ランプが点灯することによりオペレータに警告が発せられる。
【００１４】
特許文献１には、ガスタービンの回転数の降下を検出することによって失火を検出する装置が開示されている。
【特許文献１】特開平１１‐２２９９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ガスタービンプラントの燃焼器に、燃料電池や高炉など他のプロセスで生成されたガスを取り込んで使用する場合、そのガスの温度が高いと、燃焼器が失火してもタービンの出口側の温度は高い状態が続く。そのため、タービン出口側の温度に基づく失火判定の信頼性が低下する。更に、ガスの温度が高いと、燃焼器が失火してもタービンが回転し続ける可能性がある。そのため、回転数の低下に基づく失火判定の信頼性が低下する。
【００１６】
従って本発明の目的は、高温ガスを取り込んで運転するガスタービンプラントにおいて、失火判定の精度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１８】
本発明によるガスタービンプラントは、圧縮機（１）と、圧縮機から吐出される圧縮空気を用いて第１燃料源（５４）から供給される第１燃料を燃焼させることで燃焼ガスを発生する燃焼器（２）と、燃焼ガスから回転動力を取り出すタービン（３）と、タービンにより駆動される発電機（４）と、発電機の出力を検出し、出力検出値として出力する出力検出器（１１）と、燃焼器に供給される第１燃料の流量を制御する第１燃料弁（７）と、出力検出値（ＰＶ１）と出力目標値（Ｓ）とに基づいて第１燃料弁開度指令値（ＭＶ２１）を生成し、第１燃料弁開度指令値に従って第１燃料弁の開度を操作する第１燃料弁制御部（６１）と、第１燃料失火判定基準値を記憶する記憶部（１０４）と、第１燃料弁開度指令値が第１燃料失火判定基準値を上回ったとき、燃焼器が失火したことを示す失火信号を生成する失火判定部（１０６）とを備える。
【００１９】
本発明によるガスタービンプラントは、圧縮機（１）と、圧縮機から吐出される圧縮空気を用いて第１燃料源（５４）から供給される第１燃料を燃焼させることで燃焼ガスを発生する燃焼器（２）と、燃焼ガスから回転動力を取り出すタービン（３）と、タービンにより駆動される発電機（４）と、発電機の出力を検出し、出力検出値として出力する出力検出器（１１）と、燃焼器に供給される第１燃料の流量を制御する第１燃料弁（７）と、出力検出値（ＰＶ１）と出力目標値（Ｓ）とに基づいて第１燃料弁開度指令値（ＭＶ２１）を生成し、第１燃料弁開度指令値に従って第１燃料弁の開度を操作する第１燃料弁制御部（６１）と、第１燃料の流量の測定値である第１燃料流量値を生成する第１燃料流量検出部（図示せず）と、第１燃料失火判定基準値を記憶する記憶部（１０４）と、第１燃料流量値が第１燃料失火判定基準値を上回ったとき、燃焼器が失火したことを示す失火信号を生成する失火判定部（１０６）とを備える。
【００２０】
本発明によるガスタービンプラントは、圧縮空気よりも温度が高い高温空気を燃焼器に供給する高温空気供給部（５５）を備える。
【００２１】
本発明によるガスタービンプラントにおいて、高温空気の温度は、定格運転時におけるタービンの出口温度以上である。
【００２２】
本発明によるガスタービンプラントは、第１燃料源（５４）から供給される燃料電池用燃料と圧縮空気との化学反応によって発電を行う燃料電池（５３）と、燃料電池用燃料の排出物である第２燃料を燃焼器に導く第２燃料配管（５５）とを備える。高温空気は燃料電池から排出される反応後の空気である。
【００２３】
本発明によるガスタービンプラントは、燃焼器（２）に供給される第２燃料の流量を制御する第２燃料弁（７）と、出力検出値（ＰＶ１）と出力目標値（Ｓ）とに基づいて第２燃料弁開度指令値（ＭＶ２２）を生成し、第２燃料弁開度指令値に従って第２燃料弁の開度を操作する第２燃料弁制御部（６２）とを備える。第１燃料失火判定基準値は、第２燃料弁開度指令値に依存して変化する。
【００２４】
本発明によるガスタービンプラントにおいて、第１燃料失火判定基準値は出力検出値（ＰＶ１）に依存して変化する。
【００２５】
本発明によるガスタービンプラントは、燃焼器の内部の火炎が発生する電磁波を検出するフレームスキャナ（２０４）と、検出された電磁波が所定の基準を満たしたときに失火したことを示す信号を生成する火炎モニタリング部（１０８）とを備える。
【００２６】
本発明によるガスタービンプラントは、燃焼器の入口側における駆動ガスの入口温度（Ｔ１）と出口側における駆動ガスの出口温度（Ｔ２）とを検出する温度検出部（２０２、２０３）と、入口温度と出口温度との温度差が所定の温度差基準値を下回ったときに燃焼器が失火したことを示す信号を生成する温度差失火判定部（１０２）とを備える。
【００２７】
本発明によるガスタービンプラントは、タービンの出口側における駆動ガスのタービン出口温度（ＴＯＵＴ）を検出するタービン出口温度検出部と、タービン出口温度が所定の基準タービン出口温度を下回ったときに燃焼器が失火したことを示す信号を生成するタービン出口温度失火判定部（１０３）とを備える。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、高温ガスを取り込んで運転するガスタービンプラントにおいて、失火判定の精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（実施の第１形態）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。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を図３に示す。本実施形態に係るガスタービン発電プラントは、圧縮機１と、燃焼器２と、タービン３と、直流発電機４と、軸５と、第１燃料弁６と、第２燃料弁７と、インバータ８と、第１燃料供給管４１と、第２燃料供給管４２とを備えている。これらの機能及び接続関係は図１を参照して説明されたガスタービン発電プラントと共通である。
【００３０】
本実施形態に係るガスタービン発電プラントは、さらに、再生熱交換器５１と、空気予熱器５２と、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）５３と、コンプレッサ５４とを備えている。第１燃料供給管４１の燃焼器２に接続されていない方の端部はコンプレッサ５４に接続されている。第２燃料供給管４２の燃焼器２に接続されていない方の端部はＳＯＦＣ５３の燃料極５３−２の出口に接続されている。圧縮機１は、フィルタを介して吸い込んだ空気を圧縮し、ＳＯＦＣ５３の空気極５３−１の入口に供給する。再生熱交換器５１は、タービン３から排出されるタービン排ガスと、圧縮機１からＳＯＦＣ５３に供給される空気とを熱交換し、ＳＯＦＣ５３に供給される空気を加熱する。空気予熱器５２は、再生熱交換器５１によって加熱された空気を更に加熱する。コンプレッサ５４は、都市ガス（第１燃料）を、第１燃料供給管４１を介して燃焼器２に供給するとともに、ＳＯＦＣ５３の燃料極５３−２に供給する。ＳＯＦＣ５３は、空気極５３−１に供給される空気中の含有酸素が空気極・燃料極間ガス透過膜を透過し、燃料極５３−２に供給される都市ガスと燃料極側で化学反応を起こして発電する。ＳＯＦＣ５３の空気極５３−１から排出されたＳＯＦＣ空気は配管５５を介して燃焼器２に供給される。ＳＯＦＣ５３の燃料極５３−２から排出されたＳＯＦＣ排ガス（第２燃料）は、第２燃料供給管４２により燃焼器２に供給される。ＳＯＦＣ空気は例えば６００℃程度の高温である。これはタービン出口側の温度（例えば４００℃）以上であることがある。
【００３１】
本実施形態に係るガスタービン発電プラントにおいては、ＳＯＦＣとのコンバインド発電プラントとなっているために、ＳＯＦＣと組み合わせるのに適切な出力を有しているガスタービンが用いられる。そして、ガスタービンの回転数が高い場合、直流発電機が通常用いられる。
【００３２】
本実施形態に係るガスタービン発電プラントは、制御ユニット６００と、発電出力検出器１１と、回転数検出器１２とを具備している。制御ユニット６００は、中央制御部６０と、第１燃料弁制御部６１と、第２燃料弁制御部６２と、発電出力制御部６３とを有している。発電出力検出器１１は、直流発電機４の発電出力Ｗを検出し、発電出力検出値ＰＶ１を出力する。回転数検出器１２は、タービン３の回転数を検出し、回転数検出値ＰＶ２を出力する。制御ユニット６００は、発電出力検出値ＰＶ１と回転数検出値ＰＶ２とに基づいて、第１燃料弁６と第２燃料弁７とインバータ８とを操作する。
【００３３】
配管５５には温度センサ２０２が取り付けられる。温度センサ２０２は配管５５を流れる空気の温度である燃焼器入口温度Ｔ１を定期的に（好ましくは実質的にリアルタイムで）検出し、その温度を示す燃焼器入口温度信号を生成する。燃焼器２とタービン３との間を結合する配管５６には、その配管を流れる燃焼ガスの温度である燃焼器出口温度Ｔ２を定期的に（好ましくは実質的にリアルタイムで）検出し、その温度を示す燃焼器出口温度信号を生成する温度センサ２０３が取り付けられる。燃焼器出口側における燃焼ガスは温度が非常に高いため、温度センサ２０３には、高温に強い金属を用いた熱電対が用いられる。
【００３４】
ガスタービン発電プラントは更に、失火判定部１０２を備える。失火判定部１０２はコンピュータによって実現され、通信装置を用いて燃焼器入口温度信号と燃焼器出口温度信号とを入力し、以下の処理を実行する。まず、ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１が計算される。次に、ΔＴと予め記憶装置に格納された閾値Ｔ０とが比較される。ΔＴ＜Ｔ０が成立したとき、燃焼器２が失火したと判定され、失火信号が生成される。失火信号が生成されると、失火したことをオペレータに警告する警告ランプが点灯する。
【００３５】
このような失火判定は、燃焼器２の入口と出口の温度差に基づいて行われるため、燃焼器に導入されるＳＯＦＣからの空気の温度が高温であっても失火の判定が確実に行われる。
【００３６】
（実施の第２形態）
図４は、実施の第２形態に係るガスタービン発電プラントを示す。本実施形態におけるガスタービン発電プラントは、実施の第１形態に係るガスタービン発電プラントに比べて、温度センサ２０２、温度センサ２０３及び失火判定部１０２を備えていない。その代わりに本実施形態におけるガスタービン発電プラントは、失火判定部１０３、フレームスキャナ２０４及び温度センサ２０５を備える。
【００３７】
フレームスキャナ２０４は、燃焼器の内部の火炎が発生する可視光、赤外線などの電磁波を検出してその火炎情報を失火判定部１０３に送信する。温度センサ２０５は、タービンから排出されるガスの温度であるタービン出口温度ＴＯＵＴを検出してその情報を失火判定部１０３に送信する。
【００３８】
図５は、第１燃料弁制御部６１について説明するための図である。第１燃料弁制御部６１は、減算器６４とＰＩＤ演算器６５とを備える。減算器６４は発電出力指令Ｓと発電出力検出値ＰＶ１との差を算出する。ＰＩＤ演算器６５はその差に基づいてＰＩＤ演算を行い、第１燃料弁操作量ＭＶ２１を算出する。第１燃料弁６の開度は第１燃料弁操作量ＭＶ２１に応じて調節される。この調節に応答してインバータ８の出力電圧が変化する。インバータ８の出力電圧は発電出力検出値ＰＶ１として検出されて第１燃料弁制御部６１にフィードバックされる。第１燃料弁制御部６１は、発電出力検出値ＰＶ１が発電出力指令Ｓに達しない場合、より多くの第１燃料を燃焼器２に供給することによってより大きい発電出力Ｗが得られるように、第１燃料弁６を制御して開度を大きくする。
【００３９】
図６は、失火判定部１０３の構成を示す。失火判定部１０３は、失火判定基準テーブル１０４、失火判定基準フラグ１０５、失火判定処理部１０６、タービン出口温度モニタリング部１０７及び火炎モニタリング部１０８を備える。失火判定部１０３はコンピュータによって実現される。上記の各構成要素は、記憶装置に記録され演算制御装置によって読み出され実行されるソフトウェアによって実現することができる。
【００４０】
図７は、失火判定基準テーブル１０４を示す。失火判定基準テーブル１０４は失火判定の基準となる第１燃料弁操作量ＭＶ２１を格納する。以下、この基準値をＭＶ２１＊で表す。このＭＶ２１＊は、失火判定基準設定フラグ１０５の設定値に応じて設定される。
【００４１】
例えば失火判定基準設定フラグ１０５が「１」（最も余裕幅の大きい基準に設定することを示す）の場合は、ＭＶ２１＊は条件に依存しない一定値を取る。これが第１基準線１０４ａとして描かれている。
【００４２】
失火判定基準設定フラグ１０５が「２」（余裕幅が中間の基準）の場合は、ＭＶ２１＊は発電出力Ｗに依存する。これが第２基準線１０４ｂとして描かれている。
【００４３】
失火判定基準設定フラグ１０５が「３」（最も余裕幅が小さい基準）の場合、ＭＶ２１＊は発電出力Ｗに加えて第２燃料弁操作量ＭＶ２２にも依存する。図７のようなグラフでは、この基準は、互いに第２燃料弁操作量ＭＶ２２が異なる状態を示す曲線群として示される。第３基準線１０４ｃはその曲線群のひとつであり、ＭＶ２２＝１０％の場合を示す。ＭＶ２２＝０％の場合は、失火判定基準設定フラグ１０５が「２」の場合の第２基準線１０４ｂに一致する。
【００４４】
このようなガスタービン発電プラントにおいて、失火判定は次のように行われる。オペレータは、予め失火判定基準設定フラグ１０５を設定する。ガスタービン発電プラントの運転時、失火判定部１０３は第１燃料弁操作量ＭＶ２１と発電出力検出値ＰＶ１とを図示しない通信装置を用いて取得する。失火判定処理部１０６は失火判定基準設定フラグ１０５を参照して、第１燃料弁操作量ＭＶ２１を失火判定基準テーブル１０４に格納された基準ＭＶ２１＊と比較する。
【００４５】
通常運転時は、第１燃料弁操作量ＭＶ２１はＭＶ２１＊よりも小さい。燃焼器２が失火した場合、発電出力が低下し、第１燃料弁制御部６１は失火しているにもかかわらず発電出力を発電出力指令Ｓに戻そうとして第１燃料弁動作量ＭＶ２１を大きく設定し、より多くの第１燃料が燃焼器２に供給される。ＭＶ２１が次第に大きくなると、やがて失火判定処理部１０６はＭＶ２１が基準値ＭＶ２１＊を上回ったことを認識して失火を認識したことを示す失火信号を生成する。失火信号が生成されると、オペレータに失火を警告するランプが点灯し、ガスタービンプラントがトリップされる。
【００４６】
失火判定基準設定フラグ１０５は、ガスタービン発電プラントの特性に応じて設定される。失火判定基準設定フラグ１０５がより余裕幅の小さいモードに設定されるほど、失火してから失火判定がなされるまでのタイムラグが小さいという効果が得られる。
【００４７】
第１燃料弁操作量ＭＶ２１に代えて、第１燃料供給管４１に流量を測定する流量計を設置し、測定された流量を用いて失火判定を行うことも可能である。
【００４８】
更に、失火判定部１０３にはタービン出口温度ＴＯＵＴが入力される。タービン出口温度モニタリング部１０７は、運転条件と基準タービン出口温度ＴＯＵＴ＊とを対応づけて記憶しており、タービンプラントの運転条件に対してタービン出口温度ＴＯＵＴが基準タービン出口温度ＴＯＵＴ＊よりも小さくなると失火信号を出力する。
【００４９】
更に、失火判定部１０３にはフレームスキャナ２０４から火炎情報が入力される。火炎モニタリング部１０８は、火炎情報を予め記憶している条件と比較して失火判定を行い、失火信号を出力する。
【００５０】
こうした失火判定によれば、燃焼器２の出口側の非常に高温の部分の温度を知ることなく失火判定が行われる。従って高温に耐える高価な熱電対等が不要であり、かつ長期間の使用における信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、背景技術におけるガスタービン発電プラントを示す。
【図２】図２は、背景技術におけるガスタービン発電プラントの運転制御について説明するための図である。
【図３】図３は、実施の第１形態におけるガスタービン発電プラントを示す。
【図４】図４は、実施の第２形態におけるガスタービン発電プラントを示す。
【図５】図５は、第１燃料弁制御部について説明するための図である。
【図６】図６は、失火判定部の構成を示す。
【図７】図７は、失火判定基準テーブルを示す。
【符号の説明】
【００５２】
１…圧縮機
２…燃焼器
３…タービン
４…直流発電機
５…軸
６…第１燃料弁
７…第２燃料弁
８…インバータ
１１…発電出力検出器
１２…回転数検出器
５１…再生熱交換器
５２…空気予熱器
５３…固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）
５３−１…空気極
５３−２…燃料極
５４…コンプレッサ
６０…中央制御部
６１…第１燃料弁制御部
６２…第２燃料弁制御部
６３…発電出力制御部
１０１…失火判定部
１０２…失火判定部
１０３…失火判定部
１０４…失火判定基準テーブル
１０５…失火判定基準設定フラグ
１０６…失火判定処理部
１０７…タービン出口温度モニタリング部
１０８…火炎モニタリング部
２０１…温度センサ
２０２…温度センサ
２０３…温度センサ
２０４…フレームスキャナ
２０５…温度センサ
【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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【図７】
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