(57)【要約】【課題】ガスタービンプラントの燃料ガスの成分が変化したときに、短時間で運転条件を調整し、ガスタービンを停止することなく運転を継続する。【解決手段】燃料ガスの供給源となる複数の機器のうちのいずれかがトリップしたとき、トリップ信号をガスタービンプラントに送信する。ガスタービンプラントは、受信したトリップ信号に基づいて急速ランバックを行い、かつバイパス弁開度、燃料流量比を調整する。ガスタービンプラントは、燃料ガス供給源の近くに設置されたオンラインガスクロマトグラフが検出した燃料ガスの成分を用いて、バイパス弁開度、燃料流量比を更に調整する。成分が変化した燃料ガスが燃焼器に到達したときには、ガスタービンプラントは変化した燃料ガスに対応する運転条件で運転されている。そのため、供給される燃料ガスが変化したときに燃焼振動は低く抑制され、ガスタービンプラントがトリップすることが防止される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンに供給される燃料ガスが第１ガスから第２ガスに切替えられたことを示す変更信号を受信する受信部と、
前記変更信号に基づいて、前記第２ガスが前記ガスタービンに到達する前に、前記第２ガスの種類に対応して前記ガスタービンの運転条件を変更する制御部
とを具備する
燃焼管理システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記燃料ガスが、前記ガスタービンへの供給を止められることなく連続的に前記第１ガスから前記第２ガスに切替えられる
燃焼管理システム。
【請求項３】
請求項１または２において、
更に、前記燃料ガスの種類に対応する燃料ガス情報と、前記燃料ガスを燃焼する燃焼器の振動が抑制される運転条件を示す制御値とを対応づけて格納するデータベースと、
前記データベースに基づいて前記変更信号から前記制御値を検索し出力する検索部
とを具備する
燃焼管理システム。
【請求項４】
請求項１または３において、
前記制御部は、前記検索部が出力する前記制御値を用いて前記ガスタービンの運転条件を変更する
燃焼管理システム。
【請求項５】
請求項１から４のうちのいずれか１項において、
前記変更信号は、前記燃料ガスを供給する供給源に含まれる複数の装置のうちのいずれかがトリップしたことを示すトリップ情報を含む
燃焼管理システム。
【請求項６】
請求項５において、
前記制御部は、前記トリップ情報を受け取ったとき、所定の負荷に到達するまで前記ガスタービンをランバックする
燃焼管理システム。
【請求項７】
請求項１から６のうちのいずれか１項において、
前記変更信号は、前記第２ガスの組成をガスクロマトグラフによって検出した組成情報と、前記第２ガスの発熱量を熱量計によって検出した発熱量情報とのうちの少なくとも一方を含む
燃焼管理システム。
【請求項８】
請求項１から７のうちのいずれか１項に記載された燃焼管理システムによって燃焼器における燃焼の条件を管理される
ガスタービンプラント。
【請求項９】
燃料ガスが第１ガスから第２ガスに切替えられたことを示す燃料ガス情報を生成するステップと、
前記燃料ガスの供給を止めることなく前記第１ガスから前記第２ガスに切替えるステップと、
前記燃料ガス情報を用いて、前記第２ガスの種類に対応して前記ガスタービンの運転条件を変更する変更ステップと
を具備する
燃焼管理方法。
【請求項１０】
燃料ガスが第１ガスから第２ガスに切替えられたことを示す燃料ガス情報を生成するステップと、
前記燃料ガスの供給を止めることなく前記第１ガスから前記第２ガスに切替えるステップと、
所定のデータベースにおいて前記第２ガスの種類に対応する制御値を検索し出力するステップと、
を具備する
燃焼管理方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
更に、前記制御値を用いてガスタービンの運転条件を自動的に変更する変更ステップ
を具備する
燃焼管理方法。
【請求項１２】
請求項９または１１において、
前記変更ステップは、前記第２ガスが前記ガスタービンの燃焼器に到達する前に行われる
燃焼管理方法。
【請求項１３】
請求項９から１２のうちのいずれか１項において、
前記燃料ガス情報は、前記燃料ガスを供給する複数の装置のうちのいずれかがトリップしたことを示すトリップ情報を含む
燃焼管理方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
更に、前記トリップ情報に基づいて、所定の負荷に到達するまで前記ガスタービンをランバックするステップ
を具備する
燃焼管理方法。
【請求項１５】
請求項９から１４のうちのいずれか１項において、
更に、前記第２ガスの組成を検出するステップと、
前記組成を用いて前記運転条件を調整するステップと
を具備する
燃焼管理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンプラントの燃焼器における燃焼振動を抑制する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４を参照して、ガスタービンプラントの燃焼器における燃焼振動を抑制するための従来技術の一例について説明する。
【０００３】
ガスタービンプラント１０１は、圧縮機１０２、燃焼器１０４、タービン１０６及び発電機１０８を備えている。圧縮機１０２は、第一段動翼の上流側に入口案内翼１１０を備えている。入口案内翼１１０の角度は入口案内翼制御装置１１２によって制御される。
【０００４】
燃焼器１０４はバイパス管１１４を備えている。バイパス管１１４が備える弁の開度がバイパス弁駆動装置１１６によって変化されることによって、燃焼器１０４の燃空比が調整される。
【０００５】
ガスタービンプラント１０１には、燃料ガス配管Ｌを通して燃料ガスＧが供給される。燃料ガス配管Ｌはメインノズル用燃料調整弁１２２を介して燃焼器１０４が具備するメインノズル（図示しない）に燃料ガスＧを供給する。メインノズル用燃料調整弁１２２の開度はメインノズル用燃料調整弁駆動装置１２４によって制御される。燃料ガス配管Ｌは更に、パイロットノズル用燃料調整弁１２８を介して燃焼器１０４が具備するパイロットノズル（図示しない）に燃料を供給する。パイロットノズル用燃料調整弁１２８の開度は、パイロットノズル用燃料調整弁駆動装置１３０によって制御される。
【０００６】
燃焼器１０４には、燃焼器１０４の内部の圧力を測定する圧力計１３４と、燃焼器１０４の振動加速度を測定する加速度計１３６が取り付けられている。圧力計１３４が測定する圧力と加速度計１３６が計測する振動加速度とを含む運転条件情報１３８は、ガスタービンコントローラ１４０に送信される。ガスタービンコントローラ１４０は演算装置を備えており、入力された圧力と加速度とに対して高速フーリエ変替を行い、燃焼器１０４の燃焼振動の周波数特性を算出する。ガスタービンコントローラ１４０は、算出された周波数特性に基づき、圧力変動幅又は振動加速度が管理許容値を超えた場合には、燃焼器４の燃焼振動を抑制するように適切な制御信号１４７を出力し、バイパス弁駆動装置１１８、メインノズル用燃料調整弁駆動装置１２４及びパイロットノズル用燃料制御弁駆動装置１３０に送信する。
【０００７】
こうしたガスタービンプラントが駆動されると、圧力計１３４は燃焼器１０４の内部の圧力を測定してガスタービンコントローラ１４０に送信する。加速度計１３６は燃焼器１０４の振動加速度を測定してガスタービンコントローラ１４０に送信する。ガスタービンコントローラ１４０は、受け取った圧力と加速度とに対して高速フーリエ変替を行い、燃焼器１０４の燃焼振動の周波数特性を算出する。ガスタービンコントローラ１４０は、算出された周波数特性に基づき、圧力変動幅又は振動加速度が管理許容値を超えた場合には、燃焼器４の燃焼振動を抑制するように適切な制御信号１４７を出力し、バイパス弁駆動装置１１８、メインノズル用燃料調整弁駆動装置１２４及びパイロットノズル用燃料制御弁駆動装置１３０を制御する。こうした制御によって、燃焼器１０４の燃焼振動が抑制される。
【０００８】
ガスタービン用燃焼器の燃焼振動を検出して周波数解析した結果を表示する燃焼振動監視装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−６５０７８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ガスタービンプラントの燃料の切替えを短時間で行なうことを可能にする燃焼管理システム及び燃焼管理方法を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、ガスタービンプラントの燃料が切替えられたときにガスタービンがトリップされる可能性を低減する燃焼管理システム及び燃焼管理方法を提供することである。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、ガスタービンプラントの燃料の切り換えに応じて燃焼モードが自動的に切替えられる燃焼管理システム及び燃焼管理方法を提供することである。
【００１３】
本発明の更に他の目的は、複数の種類のガスを安定的かつ安価に処理することを可能にするガスタービンプラントの燃焼管理システム及び燃焼管理方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］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［発明の実施の形態］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。
【００１５】
本発明による燃焼管理システム（３）は、ガスタービン（１）に供給される燃料ガス（Ｇ）が第１ガス（ＣＡＳＥ−１）から第２ガス（Ｇ´）に切替えられたことを示す変更信号（４３、４４）を受信する受信部（４１）と、変更信号（４３、４４）に基づいて、第２ガス（Ｇ´）がガスタービン（１）に到達する前に、第２ガス（Ｇ´）の種類に対応してガスタービン（１）の運転条件を変更する制御部（４２）とを具備している。
【００１６】
変更される運転条件としては、燃焼器（４）のバイパス弁開度（６４）、燃焼器（４）が備えるメインノズルに供給される燃料とパイロットノズルに供給される燃料の流量比（６６）、圧縮機（２）が備えるＩＧＶ（入口案内翼）の角度（６８）、あるいは燃料ガス（Ｇ）の低位発熱量（Ｌｏｗｅｒ  Ｈｅａｔｉｎｇ  Ｖａｌｕｅ）が例示される。
こうした燃焼管理システム（３）によれば、第２ガス（Ｇ´）がガスタービン（１）に到達したとき、ガスタービン（１）はすでに第２ガス（Ｇ´）に適合した運転条件への変更を行っている。そのため、燃料ガス（Ｇ）の変更に起因するガスタービン（１）のトリップが防止される。こうした燃焼管理システム（３）によれば、複数種類の燃料ガスの切替をスムーズに行うことが可能なガスタービン（１）が提供される。
【００１７】
本発明による燃焼管理システム（３）において、燃料ガス（Ｇ）は、ガスタービン（１）への供給を止められることなく連続的に第１ガス（ＣＡＳＥ−１）から第２ガス（Ｇ´）に切替えられる。
【００１８】
こうした燃焼管理システム（３）によれば、燃料ガス（Ｇ）の切替時に、燃料ガス（Ｇ）を一時的に貯蔵する設備が不要となるため、コストが低減する。
【００１９】
本発明による燃焼管理システム（３）は、燃料ガス（Ｇ）の種類に対応する燃料ガス情報（４３、６３）と燃料ガス（Ｇ）を燃焼する燃焼器（４）の振動が抑制される運転条件を示す制御値（６４、６６、６８、７０）とを対応づけて格納するデータベース（５６、５８）と、変更信号（４３、４４）に基づいてデータベース（５６、５８）から制御値（６４、６６、６８、７０）を検索し出力する検索部（５４）とを具備している。
【００２０】
こうした燃焼管理システム（３）によれば、燃料ガス（Ｇ）の種類に応じて適切な運転条件が予めデータベース（５８、５９）に格納されているため、熟練の作業員でなくても燃料ガス（Ｇ）の切替時に短時間で適切な対応が可能になる。
【００２１】
本発明による燃焼管理システム（３）において、制御部（４２）は、検索部（５４）が出力する制御値（６４、６６、６８、７０）を用いてガスタービン（１）の運転条件を変更する。
【００２２】
こうした燃焼管理システム（３）によれば、燃料ガス（Ｇ）の切替に対応する運転条件の変更が短時間で自動的に行われる。
【００２３】
本発明による燃焼管理システム（３）において、変更信号（４３、４４）は、燃料ガス（Ｇ）を供給する供給源（７４）に含まれる複数の装置（Ｒ１、Ｒ２、…Ｒｎ）のうちのいずれかがトリップしたことを示すトリップ情報（４４）を含んでいる。
【００２４】
こうした燃焼管理システム（３）によれば、予期せざる事情により燃料ガス（Ｇ１、Ｇ２、…Ｇｎ）を供給する装置（Ｒ１、Ｒ２、…Ｒｎ）がトリップされたとき、それによる燃料ガス（Ｇ）の組成の変化に短時間で対応して、ガスタービンの運転を継続することが可能である。
【００２５】
本発明による燃焼管理システム（３）において、制御部（４２）は、トリップ情報（４４）を受け取ったとき、所定の負荷に到達するまでガスタービン（１）をランバックする。
【００２６】
こうした燃焼管理システム（３）によれば、燃料ガス（Ｇ）の切替えに起因するガスタービン（１）のトリップが防止される。
【００２７】
本発明による燃焼管理システム（３）において、変更信号（４３、４４）は、第２ガス（Ｇ´）の組成をガスクロマトグラフ（７６）によって検出した組成情報（４３）を含んでいる。
【００２８】
こうした燃焼管理システム（３）によれば、切替え後の燃料ガス（Ｇ´）の組成の実測値（４３）を用いることで、ガスタービン（１）の運転条件が適切に制御される。
こうした燃焼管理システム（３）において、ガスクロマトグラフ（７６）は燃料ガス（Ｇ）の供給源（７４）の近くに設置されることが好ましい。供給源（７４）の近くに設置されたガスクロマトグラフ（７６）により検出された組成情報（４３）が燃焼管理システム（３）に送信されると、ガスタービン（１）に第２ガス（Ｇ´）が到達する前に、組成情報（４３）に基づいてガスタービン（１）の運転条件を第２ガス（Ｇ´）に適合するように変更することが可能となる。
【００２９】
本発明によるガスタービンプラント（１）は、本発明による燃焼管理システム（３）によって燃焼器（４）における燃焼の条件を管理される。
【００３０】
本発明による燃焼管理方法は、燃料ガス（Ｇ）が第１ガス（ＣＡＳＥ−１）から第２ガス（Ｇ´）に切替えられたことを示す燃料ガス（Ｇ）情報を生成するステップと、燃料ガス（Ｇ）の供給を止めることなく第１ガス（ＣＡＳＥ−１）から第２ガス（Ｇ´）に切替えるステップと、燃料ガス情報（４３、４４）を用いて、第２ガス（Ｇ´）の種類に対応してガスタービン（１）の運転条件を変更する変更ステップとを具備している。
【００３１】
こうした燃焼管理システム（３）によれば、複数種類の燃料ガスの切替をスムーズに行うことが可能なガスタービン（１）が提供される。
【００３２】
本発明による燃焼管理方法は、燃料ガス（Ｇ）が第１ガス（ＣＡＳＥ−１）から第２ガス（Ｇ´）に切替えられたことを示す燃料ガス情報（４３、４４）を生成するステップと、燃料ガス（Ｇ）の供給を止めることなく第１ガス（ＣＡＳＥ−１）から第２ガス（Ｇ´）に切替えるステップと、所定のデータベース（５６、５８）において第２ガス（Ｇ´）の種類に対応する制御値（６４、６６、６８、７０）を検索し出力するステップとを具備している。
【００３３】
こうした燃焼管理システム（３）によれば、燃料ガス（Ｇ）の種類に応じて適切な運転条件が予めデータベース（５８、５９）に格納されているため、熟練の作業員でなくても燃料ガス（Ｇ）の切替時に短時間で適切な対応が可能になる。制御値（６４、６６、６８、７０）の検索は、燃料ガス情報（４３、４４）に基づいて自動的に行われることが好ましい。
【００３４】
本発明による燃焼管理方法は、制御値（６４、６６、６８、７０）を用いてガスタービン（１）の運転条件を自動的に変更する変更ステップを具備している。
【００３５】
こうした燃焼管理システム（３）によれば、燃料ガス（Ｇ）の切替に対応する運転条件の変更が短時間で自動的に行われる。
【００３６】
本発明による燃焼管理方法において、変更ステップは、第２ガス（Ｇ´）がガスタービン（１）の燃焼器（４）に到達する前に行われる。
【００３７】
こうした燃焼管理方法によれば、第２ガス（Ｇ´）がガスタービン（１）に到達したとき、ガスタービン（１）はすでに第２ガス（Ｇ´）に適合した運転条件への変更を行っている。そのため、燃料ガス（Ｇ´）の変更に起因するガスタービン（１）のトリップが防止される。更に、燃料ガス（Ｇ）の切替時に、燃料ガス（Ｇ）を一時的に貯蔵する設備が不要となるため、コストが低減する。
【００３８】
本発明による燃焼管理方法において、燃料ガス情報（４３、４４）は、燃料ガス（Ｇ）を供給する複数の装置（Ｒ１、Ｒ２、…Ｒｎ）のうちのいずれかがトリップしたことを示すトリップ情報（４４）を含んでいる。
【００３９】
こうした燃焼管理方法によれば、予期せざる事情により燃料ガス（Ｇ１、Ｇ２、…Ｇｎ）を供給する装置（Ｒ１、Ｒ２、…Ｒｎ）がトリップされたとき、それによる燃料ガス（Ｇ）の組成の変化に短時間で対応して、ガスタービンの運転を継続することが可能である。
【００４０】
本発明による燃焼管理方法は、トリップ情報（４４）に基づいて、所定の負荷に到達するまでガスタービン（１）をランバックするステップを具備している。
【００４１】
こうした燃焼管理システム（３）によれば、燃料ガス（Ｇ）の切替えに起因するガスタービン（１）のトリップが防止される。
【００４２】
本発明による燃焼管理方法は、第２ガス（Ｇ´）の組成を検出するステップと、組成を用いて運転条件を調整するステップとを具備している。
【００４３】
こうした燃焼管理方法によれば、切替え後の燃料ガス（Ｇ´）の組成の実測値（４３）を用いることで、ガスタービン（１）の運転条件が適切に制御される。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による燃焼管理システム及び燃焼管理方法の実施の形態について詳細に説明する。
【００４５】
本発明による燃焼管理システム３は、ガスタービンプラント１が備える燃焼器４の燃焼条件を管理するために用いられる。ガスタービンプラント１は、圧縮機２、燃焼器４、タービン６及び発電機８を備えている。圧縮機２は、第一段動翼の上流側に入口案内翼１０を備えている。入口案内翼１０の角度は入口案内翼駆動装置１２によって制御される。
【００４６】
燃焼器４は、空気を燃焼器４の内部に取り入れるためのバイパス管１４を備えている。バイパス管１４はバイパス弁１６によって開閉される。バイパス弁１６の開度はバイパス弁駆動装置１８によって制御される。
【００４７】
ガスタービンプラント１には、後述する燃料ガス供給施設７４から燃料ガス供給ラインＬによって燃料ガスＧが供給されている。燃料ガスＧは、メインノズル用燃料調整弁２２を介して、燃焼器４が備えるメインノズル（図示しない）に供給される。メインノズル用燃料調整弁２２の開度はメインノズル用燃料調整弁駆動装置２４によって制御される。燃料ガスＧは更に、パイロットノズル用燃料調整弁２８を介して、燃焼器４が備えるパイロットノズル（図示しない）に供給される。パイロットノズル用燃料調整弁２８の開度は、パイロットノズル用燃料調整弁駆動装置３０によって制御される。
【００４８】
燃焼器４には、燃焼器４の内部の圧力を測定する圧力計３４と、燃焼器４の燃焼振動による振動加速度を測定する加速度計３６が取り付けられている。
【００４９】
燃焼管理システム３は、ガスタービンコントローラ４０と、コンピュータ５２とを具備している。ガスタービンコントローラ４０は、コンピュータシステムによって構成可能である。
【００５０】
ガスタービンコントローラ４０には、圧力計３４から送信された圧力、加速度計３６から送信された振動加速度、大気条件（気温、気圧及び湿度）及び圧縮機２の吸気流量を含む運転条件情報３８が入力されている。ガスタービンコントローラ４０は、入力された圧力と振動加速度に対して高速フーリエ変換を行い、燃焼器４の燃焼振動の周波数特性を算出する。
【００５１】
ガスタービンコントローラ４０は、受信部４１と制御部４２とを具備している。受信部４１は、後述する燃料ガス供給施設７４から送信される燃料ガス組成情報４３と、入力トリップ信号４４とを受信する。
【００５２】
ガスタービンコントローラ４０は、算出された燃焼器４の燃焼振動の周波数特性と、入力トリップ信号４４と、燃料ガス組成情報４３とを含む運転情報４８をコンピュータ５２に送信する。
【００５３】
制御部４２は、コンピュータ５２から入力した制御指令値５０に基づいて、バイパス弁駆動装置１８、メインノズル用燃料調整弁駆動装置２４、パイロットノズル用燃料調整弁駆動装置３０及び入口案内翼制御装置１２を制御する。制御部４２は更に、入力トリップ信号４４に基づいて急速ランバック信号４６を出力し、バイパス弁駆動装置１８、メインノズル用燃料調整弁駆動装置２４、パイロットノズル用燃料調整弁駆動装置３０及び入口案内翼制御装置１２を制御して急速ランバックを行う。
【００５４】
図２を参照して、コンピュータ５２は、検索部５４と、振動限界データベース５６と、燃料切替用データベース５８と、微調整用データベース５９とを具備している。
【００５５】
図３を参照して、振動限界データベース５６は、周波数６０と、許容振動限界６２とを対応づけて格納している。
【００５６】
図４を参照して、燃料切替用データベース５８は、トリップ信号６３と、トリップ信号６３に対応して燃焼器４の燃焼振動を抑制するための制御目標値であるバイパス弁開度６４、パイロット比６６、及び入口案内翼角度６８を対応づけて格納している。燃料切替用データベース５８は更に、トリップ信号６３と燃料ガスＧの低位発熱量（Ｌｏｗｅｒ  Ｈｅａｔｉｎｇ  Ｖａｌｕｅ）とを対応づけて格納していることが好ましい。
【００５７】
トリップ信号６３は、第１トリップ信号Ｔ１から第ｎトリップ信号Ｔｎ（ｎは２以上の整数）の場合と、“トリップ信号無し”の場合とがある。トリップ信号６３はさらに、第１トリップ信号Ｔ１から第ｎトリップ信号Ｔｎのうちの２つ以上が組み合わせれた場合も含んでいることが好ましい。
【００５８】
パイロット比６６は、燃焼器４が備えるメインノズル（図示しない）への燃料供給量に対する、燃焼器４が備えるパイロットノズル（図示しない）への燃料供給量の比を示す。
【００５９】
図５を参照して、微調整用データベース５９は、燃料ガス組成情報４３と、大気条件７０と、バイパス弁開度６４と、パイロット比６６と、入口案内翼角度６８とを対応づけて格納している。
【００６０】
図６を参照して、ガスタービンプラント１に燃料ガスＧを供給する燃料ガス供給施設７４について説明する。燃料ガス供給施設７４は、複数の燃料ガス供給源Ｒ１、Ｒ２、…Ｒｎを具備している。
【００６１】
ひとつの燃料ガス供給源Ｒｉ（ｉは１以上ｎ以下の任意の整数）に注目すると、燃料ガス供給源Ｒｉは成分燃料ガス供給ラインＬｉに成分燃料ガスＧｉを供給する。燃料ガス供給源Ｒｉは、成分燃料ガスＧｉの供給が停止されると、入力トリップ信号４４として第ｉトリップ信号Ｔｉをガスタービンコントローラ４０に送信する。燃料ガス供給源Ｒｉは、供給が停止されていた成分燃料ガスＧｉの供給を再開すると、入力トリップ信号４４として第ｉトリップ解除信号Ｔ´ｉをガスタービンコントローラ４０に送信する。
【００６２】
複数の燃料ガス供給源Ｒ１、Ｒ２、…Ｒｎに接続されている成分燃料ガス供給ラインＬ１、Ｌ２、…Ｌｎは、燃料ガス供給ラインＬに合流する。燃料ガス供給ラインＬにおいて、複数の燃料ガス供給源Ｒ１、Ｒ２、…Ｒｎから排出されるガスは混合して燃料ガスＧになる。
【００６３】
燃料ガス供給源Ｒ１、Ｒ２、…Ｒｎが排出するガスに変動が生じたとき、その変動によって、燃料ガス供給ラインＬのオンラインクロマトグラフ７６が設置されている位置における燃料ガスＧが変動するまでには時間ΔＴだけかかる。
【００６４】
燃料ガス供給ラインＬにはオンラインガスクロマトグラフ７６が設置されている。オンラインガスクロマトグラフ７６は燃料ガス供給ラインＬを流れる燃料ガスＧの成分を検出し、燃料ガス組成情報４３を生成する。燃料ガスＧの成分の検出を開始してから燃料ガス組成情報４３を生成するまでにかかる時間は、現在製品化されているオンラインクロマトグラフで例えば１分である。オンラインガスクロマトグラフ７６は、生成した燃料ガス組成情報４３をガスタービンコントローラ４０に自動的に送信する。
【００６５】
燃料ガス供給施設７４の構成は、複数種類の要因に対応して異なる成分の燃料ガスＧを供給する燃料ガス供給施設であれば、トリップ信号Ｔ１、Ｔ２、…Ｔｎに代えてそれらの要因に対応する信号がガスタービンコントローラ４０に送信されることにより、本実施の形態と同じ燃焼管理システムが適用される。
【００６６】
ガスタービンプラント１と燃料ガス供給施設７４とは離れた場所に設けられていることがある。そのため、燃料ガス供給施設７４から排出された燃料ガスＧがガスタービンプラント１に到達するまでには、数十秒〜数分間の時間がかかることがある。本実施の形態において燃料ガス供給施設７４から排出された燃料ガスＧは約１分３０秒後にガスタービンプラント１に到達する。
【００６７】
以上の構成を具備するガスタービンプラント１と燃料ガス供給施設７４とは、次のように動作する。
【００６８】
図７は、燃焼管理システム３により制御されるガスタービンプラント１の動作を示すタイミングチャートである。図７において、時刻ｔ１より前におけるガスタービンプラント１は、タービン６の負荷が１００％である定格運転をしている。
【００６９】
ガスタービンプラント１が定格運転をしているとき、燃料ガス供給源Ｒ１、Ｒ２、…Ｒｎの各々は、成分燃料ガス供給ラインＬ１、Ｌ２、…Ｌｎに成分燃料ガスＧ１、Ｇ２、…Ｇｎを供給している。成分燃料ガスＧ１、Ｇ２、…Ｇｎは混合して燃料ガスＧとして燃料ガス供給ラインＬを流れる。成分燃料ガスＧ１、Ｇ２、…Ｇｎが混合された燃料ガスＧをオリジナルガスＣＡＳＥ−１と呼ぶことにする。
【００７０】
本実施の形態における燃料ガス供給施設７４はガスタービンプラント１から離れた場所に設けられており、燃料ガス供給施設７４から排出されたオリジナルガスＣＡＳＥ−１がガスタービンプラント１に供給されるまでに約１分３０秒の時間がかかる。
【００７１】
圧縮機２は、入口案内翼１０を介して空気を取り入れ圧縮する。圧縮された空気は燃焼器４に導入される。
【００７２】
燃料ガス供給ラインＬを流れるオリジナルガスＣＡＳＥ−１は、メインノズル用燃料調整弁２２を介して、燃焼器４が備えるメインノズル（図示しない）に供給される。燃料ガス供給ラインＬを流れるオリジナルガスＣＡＳＥ−１は更に、パイロットノズル用燃料調整弁２８を介して、燃焼器４が備えるパイロットノズル（図示しない）に供給される。
【００７３】
圧縮機２から導入される空気とメインノズルから噴射されるオリジナルガスＣＡＳＥ−１とは、予め混合されて燃焼器４の内部で燃焼される。パイロットノズルから噴射されるオリジナルガスＣＡＳＥ−１は、燃焼器４の内部で拡散燃焼される。燃焼器４において燃焼されたガスは、タービン６に導入され、タービン６を駆動する。タービン６はタービン軸７を介して発電機８を駆動する。
【００７４】
圧力計３４は燃焼器４の内部の圧力を測定してタービンコントローラ４０に送信する。加速度計３６は燃焼器４の振動加速度を測定してタービンコントローラ４０に送信する。タービンコントローラ４０は、コンピュータ５２と交信し、圧力計３４が測定した圧力、加速度計３６が測定した燃焼加速度、大気条件（気温、気圧及び湿度）及び吸気流量を含む運転条件情報３８を用いて、燃焼器４の燃焼振動が抑制されるように制御信号４７を生成し、バイパス弁駆動装置１８、メインノズル用燃料調整弁駆動装置２４、パイロットノズル用燃料調整弁駆動装置３０及び入口案内翼制御装置１２に送信する。バイパス弁駆動装置１８、メインノズル用燃料調整弁駆動装置２４、パイロットノズル用燃料調整弁駆動装置３０及び入口案内翼制御装置１２の各々は、受信した制御信号４７に基づいてバイパス弁１６、メインノズル用燃料調整弁２２、パイロットノズル用燃料調整弁２８及び入口案内翼１０を制御する。
【００７５】
時刻ｔ１において、燃料ガス供給源Ｒ１、Ｒ２、…Ｒｎのうちのひとつがトリップされる。トリップされたのが燃料ガス供給源Ｒ１であるとすると、燃料ガス供給源Ｒ１から成分燃料ガスＧ１の供給が停止される。成分燃料ガス供給源Ｒ１は、入力トリップ信号４４として第１トリップ信号Ｔ１をガスタービンコントローラ４０に送信する。ガスタービンコントローラ４０の受信部４１が、第１トリップ信号Ｔ１を受信すると、制御部４２はタービン６が急速にランバックされるように、すなわち短時間のうちにタービン６の負荷を低下させるように急速ランバック信号４６を出す。急速ランバック信号４６に基づく制御によって、タービン６の負荷は低下しはじめる。
【００７６】
燃料ガス供給源Ｒ１がトリップされ成分燃料ガスＧ１の供給が停止されることによって、燃料ガスＧの組成が変化する。組成が変化した燃料ガスＧを切替ガスＧ´と呼ぶことにする。燃料ガス供給源Ｒ１がトリップされてから燃料ガス供給ラインＬのオンラインガスクロマトグラフ７６が設置されている場所を切替ガスＧ´が安定的に流れるまでには既述の時間ΔＴだけかかる。
【００７７】
ガスタービンコントローラ４０は、記憶装置に予めΔＴを格納しており、時刻ｔ１から時間ΔＴだけ経過した時刻ｔ２における燃料ガス組成情報４３を切替ガスＧ´の組成情報としてオンラインガスクロマトグラフ７６に要求する。オンラインガスクロマトグラフ７６は、切替ガスＧ´の組成の分析を開始する。
【００７８】
ガスタービンコントローラ４０が切替ガスＧ´の組成情報を取得するための上述の手段に代わる他の手段として、ガスタービンコントローラ４０がオンラインガスクロマトグラフ７６から定期的に燃料ガス組成情報４３を取得し、入力トリップ信号４４を受信した後において取得した燃料ガスの組成が所定の基準を超える変化を示したときにオリジナルガスＣＡＳＥ−１が切替ガスＧ´に切替えられたと判断して、その後、燃料ガス組成情報４３が示す燃料ガスの組成が安定したときの燃料ガス組成情報４３を切替ガスＧ´の組成情報として取得することが可能である。
【００７９】
時刻ｔ１から３０秒後の時刻ｔ３においてタービン６の負荷が定格運転の５０パーセントになる。時刻ｔ３において制御部４２は、ランバックを停止しタービン６が定格運転の５０％の負荷で運転を継続するように制御信号４７を出力する。
【００８０】
ガスタービンプラント１に切替ガスＧ´が供給される前にランバックが行われることにより、燃焼器４の燃焼振動を所定の基準よりも低く抑えて運転するためにバイパス弁開度６４、パイロット比６６あるいは入口案内翼角度６８が取るべき値の範囲が定格運転のときよりも広くされる。このため、切替ガスＧ´が供給されたことによる燃焼器４の燃焼振動が変化することに起因するガスタービンプラント１のトリップが防止される。ガスタービンプラント１のトリップが防止されることにより、燃料ガス供給施設７４から供給される燃料ガスＧは貯蔵設備を介することなく連続的にガスタービンプラント１により燃焼される。
【００８１】
ランバックが行われた後の負荷は、本実施の形態では５０％であるが、ガスタービンプラントあるいは燃料ガスに応じて適宜設定される。供給される燃料ガスの組成が変化したときにガスタービンプラントの運転条件があまり大きく変動しないときは、ランバック後の負荷は５０パーセントよりも大きく取られる。ランバック後の負荷が大きく取られると、ランバックが開始されてから完了するまでの時間が短くなるため、入力トリップ信号４４が入力されてから切替ガスＧ´を受け入れる準備が整うまでにかかる時間が短くなり好ましい。ランバック後の負荷が大きく取られると、ランバックされた状態においてガスタービンプラント１処理できるガスの量が多くなり好ましい。
【００８２】
ガスタービンコントローラ４０は、第１トリップ信号Ｔ１が入力されたことを示す情報をコンピュータ５２に送信する。コンピュータ５２は、燃料切替用データベース５８を参照して、トリップ信号６３が第１トリップ信号Ｔ１であるときに対応するバイパス弁開度６４と、パイロット比６６と、入口案内翼角度６８とを制御指令値５０としてガスタービンコントローラ４０に送信する。
【００８３】
制御部４２は、受信した制御指令値５０に基づいて制御信号４７を出力し、バイパス弁駆動装置１８、メインノズル用燃料調整弁駆動装置２４及びパイロットノズル用燃料調整弁駆動装置３０に送信する。バイパス弁駆動装置１８は、受信した制御信号４７に基づいてバイパス弁１６の開度を制御する。メインノズル用燃料調整弁駆動装置２４は、受信した制御信号４７に基づいてメインノズル用燃料調整弁２２の開度を制御する。パイロットノズル用燃料調整弁駆動装置３０は、受信した制御信号４７に基づいてパイロットノズル用燃料調整弁２８の開度を制御する。
【００８４】
トリップ信号４４を用いて燃料切替用データベース５８から検索されたバイパス弁開度６４と、パイロット比６６と、入口案内翼角度６８を用いて制御が行われることにより、切替ガスＧ´が供給されたときの燃焼器４の燃焼振動が低く抑えられる。燃焼器４の燃焼振動が抑制されることによって、ガスタービンプラント１のトリップが防止される。
【００８５】
オンラインガスクロマトグラフ７６が切替ガスＧ´の組成の検出を開始した時刻ｔ２から１分後の時刻ｔ４において、オンラインガスクロマトグラフ７６は切替ガスＧ´の組成の分析を終了して燃料ガス組成情報４３を生成し、ガスタービンコントローラ４０に送信する。
【００８６】
ガスタービンコントローラ４０は、受信部４１が受信した燃料ガス組成情報４３と、大気条件測定器（図示されない）が測定した大気条件７０（気温、気圧及び湿度）とをコンピュータ５２に送信する。コンピュータ５２は微調整用データベース５９を参照し、受信した燃料ガス組成情報４３と大気条件７０とに対応するバイパス弁開度６４と、パイロット比６６と、入口案内翼角度６８とを検索して、制御指令値５０としてガスタービンコントローラ４０に送信する。
【００８７】
制御部４２は、受信した制御指令値５０に基づいて制御信号４７を出力し、バイパス弁駆動装置１８、メインノズル用燃料調整弁駆動装置２４及びパイロットノズル用燃料調整弁駆動装置３０に送信する。バイパス弁駆動装置１８は、受信した制御信号４７に基づいてバイパス弁１６の開度を制御する。メインノズル用燃料調整弁駆動装置２４は、受信した制御信号４７に基づいてメインノズル用燃料調整弁２２の開度を制御する。パイロットノズル用燃料調整弁駆動装置３０は、受信した制御信号４７に基づいてパイロットノズル用燃料調整弁２８の開度を制御する。
【００８８】
オンラインガスクロマトグラフ７６が検出した切替ガスＧ´の燃料ガス組成情報４３および大気条件７０を用いてガスタービンプラント１の制御が行われることによって、切替ガスＧ´が供給されたときにおける燃焼器４の燃焼振動が効果的に抑制される。
【００８９】
本実施の形態におけるオンラインガスクロマトグラフ７６に代えて、あるいはオンラインガスクロマトグラフ７６と併用して、１０秒以下の短時間でガスの発熱量を測定できる熱量計を使用することが可能である。その場合、コンピュータ５２は、燃料ガスＧの熱量と、燃焼振動を抑制するための制御信号４７とを対応づけて格納するデータベースを備えている。
【００９０】
時刻ｔ５において、燃焼器４に切替ガスＧ´が供給される。時刻ｔ５においては、バイパス弁開度６４、パイロット比６６及び入口案内翼角度６８が、燃料ガス組成情報４３およびトリップ信号４４を用いて、切替ガスＧ´の組成に対応して調整されているため、燃焼器４の燃焼振動は低く抑えられる。
【００９１】
ガスタービンコントローラ４０は、圧力計３４から送られてくる燃焼器４の内部の圧力と、加速度計３６から送られてくる燃焼器４の振動加速度とに対して高速フーリエ変換を行う。ガスタービンコントローラ４０は、高速フーリエ変換によって得られた周波数帯ごとの振動加速度の大きさをコンピュータ５２に送信する。コンピュータ５２は、振動限界データベース５６を参照し、任意の周波数６０に対応する振動加速度が許容振動限界６２を超えていたとき、ガスタービンプラント１をトリップさせるように制御指令値５０をガスタービンコントローラ４０に送信し、制御部４２はガスタービンプラント１をトリップさせる。ただし本発明によれば、切替ガスＧ´の組成に対応してガスタービンプラント１の運転条件が調整されているため、ガスタービンプラント１がトリップされる可能性は抑制されている。
【００９２】
時刻ｔ６において、燃料ガス供給源Ｒ１のトリップが解除され、成分燃料ガスＧ１の供給が再開される。燃料ガス供給源Ｒ１は、第１トリップ解除信号Ｔ´１（切り戻し信号）をガスタービンコントローラ４０に送信する。燃料ガス供給源Ｒ１から供給された成分燃料ガスＧ１は燃料ガス供給ラインＬに流入し、燃料ガスＧの組成はオリジナルガスＣＡＳＥ−１の組成に戻る。
【００９３】
受信部４１が第１トリップ解除信号Ｔ´１を受信すると、ガスタービンコントローラ４０は、受信した第１トリップ解除信号Ｔ´１をコンピュータ５２に送信する。コンピュータ５２は、燃料切替用データベース５８を参照して、トリップ信号４４が“無し”のときに対応するバイパス弁開度６４と、パイロット比６６と、燃焼振動７０との関係を用いて、燃焼器４の燃焼振動が小さくなるような制御指令値５０を生成し、ガスタービンコントローラ４０に送信する。制御指令値５０は、バイパス弁１６の開度、メインノズル用燃料調整弁２２の開度、パイロットノズル用燃料調整弁２８の開度として用いられる値を含んでいる。
【００９４】
制御部４２は、コンピュータ５２から受信した制御指令値５０に基づいて制御信号４７を出力し、バイパス弁駆動装置１８、メインノズル用燃料調整弁駆動装置２４及びパイロットノズル用燃料調整弁駆動装置３０に送信する。バイパス弁駆動装置１８は、受信した制御信号４７に基づいてバイパス弁１６の開度を制御する。メインノズル用燃料調整弁駆動装置２４は、受信した制御信号４７に基づいてメインノズル用燃料調整弁２２の開度を制御する。パイロットノズル用燃料調整弁駆動装置３０は、受信した制御信号４７に基づいてパイロットノズル用燃料調整弁２８の開度を制御する。
【００９５】
時刻ｔ６から約１分３０秒後の時刻ｔ７において、燃焼器４にオリジナルガスＣＡＳＥ−１が供給される。時刻ｔ７においては、バイパス弁開度６４、パイロット比６６及び入口案内翼角度６８がオリジナルガスＣＡＳＥ−１の組成に対応して調整されているため、燃焼器４の燃焼振動は低く抑えられる。
【００９６】
時刻ｔ７から時刻ｔ８までの約１分間は静定のために一定の運転条件が維持されることが好ましい。時刻ｔ８において、制御部４２はガスタービンプラント１の負荷の上昇を開始し、ガスタービンプラント１を負荷１００％の定格運転がなされている状態にまで戻す。
【００９７】
こうした燃焼管理システムによれば、燃料ガス供給施設から排出されるガスの成分が変化したときにガスタービンがトリップすることなく連続的にガスが処理される。そのために、燃料ガス供給施設から排出されるガスが高い効率で処理される。あるいは、燃料ガス供給施設から排出されるガスを一時的に貯蔵しておくための設備を設置することが不要となり、ガスの処理にかかるコストが低減される。
【００９８】
【発明の効果】
本発明によれば、ガスタービンプラントの燃料の切替えを短時間で行なうことを可能にする燃焼管理システム及び燃焼管理方法が提供される。
更に本発明によれば、ガスタービンプラントの燃料が切替えられたときにガスタービンがトリップされる可能性を低減する燃焼管理システム及び燃焼管理方法が提供される。
更に本発明によれば、ガスタービンプラントの燃料の切替えに応じて燃焼モードが自動的に切替えられる燃焼管理システム及び燃焼管理方法が提供される。
更に本発明によれば、複数の種類のガスを安定的かつ安価に処理することを可能にするガスタービンプラントの燃焼管理システム及び燃焼管理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ガスタービンプラントの構成を示す。
【図２】図２は、コンピュータの構成を示す。
【図３】図３は、振動限界データベースの構成を示す。
【図４】図４は、燃料切替用データベースの構成を示す。
【図５】図５は、微調整用データベースの構成を示す。
【図６】図６は、燃料ガス供給施設の構成を示す。
【図７】図７は、ガスタービンプラントの動作を示すタイミングチャートである。
【図８】図８は、従来技術におけるガスタービンプラントを示す。
【符号の説明】
１…ガスタービンプラント
２…圧縮機
３…燃焼管理システム
４…燃焼器
６…タービン
７…タービン軸
８…発電機
１０…入口案内翼
１２…入口案内翼駆動装置
１４…バイパス管
１６…バイパス弁
１８…バイパス弁駆動装置
２２…メインノズル用燃料調整弁
２４…メインノズル用燃料調整弁駆動装置
２８…パイロットノズル用燃料調整弁
３０…パイロットノズル用燃料調整弁駆動装置
３４…燃焼器圧力計
３６…燃焼器加速度計
３８…運転条件情報
４０…ガスタービンコントローラ
４１…受信部
４２…制御部
４３…燃料ガス組成情報
４４…入力トリップ信号
４６…急速ランバック信号
４７…制御信号
４８…運転情報
５０…制御指令値
５２…コンピュータ
５４…検索部
５６…振動限界データベース
５８…燃料切替用データベース
５９…微調整用データベース
６０…周波数
６２…許容振動限界
６３…トリップ信号
６４…バイパス弁開度
６６…パイロット比
６８…入口案内翼角度
７０…大気条件
７４…燃料ガス供給施設
７６…オンラインガスクロマトグラフ又は簡易熱量計
１０２…圧縮機
１０４…燃焼器
１０６…タービン
１０７…タービン軸
１０８…発電機
１１０…入口案内翼
１１２…入口案内翼駆動装置
１１４…バイパス管
１１６…バイパス弁
１１８…バイパス弁駆動装置
１２２…メインノズル用燃料調整弁
１２４…メインノズル用燃料調整弁駆動装置
１２８…パイロットノズル用燃料調整弁
１３０…パイロットノズル用燃料調整弁駆動装置
１３４…燃焼器圧力計
１３６…燃焼器加速度計
１３８…運転条件情報
１４０…ガスタービンコントローラ
１４７…制御信号
【図１】
2005009374.tif 000003
【図２】
2005009374.tif 000004
【図３】
2005009374.tif 000005
【図４】
2005009374.tif 000006
【図５】
2005009374.tif 000007
【図６】
2005009374.tif 000008
【図７】
2005009374.tif 000009
【図８】
2005009374.tif 000010