(57)【要約】【課題】  ガスタービン（１０）の目標排気温度（７０）を決める方法を提供する。【解決手段】  目標排気温度を決める方法は、圧縮機圧力条件に基づいて目標排気温度（７０）を決めるステップと、比湿（６８）、圧縮機入口圧力損失（５２）及びタービン背圧（５６）からなるパラメータ群の少なくとも１つのパラメータに基づいて目標排気温度に対する温度調整量を決めるステップと、温度調整量を適用することによって目標排気温度を調整するステップとを含む。【選択図】      図２
2005155622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン燃焼器（１４）の燃料スプリットをスケジューリングする方法であって、
ａ．基準燃料スプリットで所望の窒素酸化物（ＮＯｘ）に対応する目標排気温度（７０）を決めるステップと、
ｂ．スケジューリング排気温度（３８）と前記目標排気温度（７０）との間の比較に基づいて排気温度誤差（８８）を決めるステップと、
ｃ．前記排気温度誤差を推定ＮＯｘレベリング燃料スプリット調整量（９６）に変換するステップと、
ｄ．前記推定ＮＯｘレベリング燃料スプリット調整量（ＤＰＭ１）を使用して前記基準燃料スプリット（ＰＭ１＿ｂａｓｅ）を調整するステップと、
ｅ．前記調整燃料スプリットを適用して燃焼器への燃料流量を決めるステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記目標排気温度（７０）が、比湿（６８）、圧縮機入口圧力損失（５２）及びタービン背圧（５６）からなるパラメータ群の少なくとも１つのパラメータに基づいて決められる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記燃料スプリットレベルが、その各々が燃焼器（１４）内の燃料ノズルの複数のゾーンの１つに対する燃料流量の割当分を示す複数の燃料スプリットレベル（ＰＭ１、ＰＭ３）である、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｂ）〜ステップ（ｄ）が、窒素酸化物（ＮＯｘ）レベリングアルゴリズム４４と関連して実行される、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記排気温度誤差（８８）を推定ＮＯｘレベリング調整量（ＰＭ１）に変換する前記ステップが、前記排気温度誤差から推定ＮＯｘレベル（９４）を決めるステップと、ＮＯｘレベルベースライン要件（ＮＯｘ  ｒｅｑ）と前記推定ＮＯｘレベル（９４）との比率として調整Ｑ係数（９６）を決めるステップと、前記調整Ｑ係数を適用して前記推定ＮＯｘレベル調整量（ＤＰＭ１）を決めるステップとをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記排気温度誤差（８８）から前記調整ＮＯｘレベル（９４）を決めるステップをさらに含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記排気温度誤差から前記調整ＮＯｘレベル（９４）を決める前記ステップが、ガスタービンの圧縮機の条件（ＴＣＤ）を考慮して前記排気温度誤差を補正するステップと、前記補正排気温度誤差（９２）を、該補正排気温度誤差を前記調整ＮＯｘレベルに関係付ける実験的に得た曲線（８６）に適用するステップとをさらに含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記圧縮機の条件が、該圧縮機から吐出された加圧空気の温度（ＴＣＤ）である、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記排気温度誤差（８８）を決めるために使用した前記比較が、前記スケジューリング排気温度（３８）と前記目標排気温度（７０）との間の差であり、前記差が前記排気温度誤差である、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
ガスタービン燃焼器（１４）のベース燃料スプリット（ＰＭ１  ｂaｓｅ）スケジュールを調整する方法であって、
ａ．圧縮機圧力条件（Ｘｃ）に基づいて補正目標タービン排気温度（４８）を決めるステップと、
ｂ．圧縮機入口圧力損失（５２）及びタービン背圧（５６）からなるパラメータ群の少なくとも１つのパラメータに基づいて前記補正目標排気温度に対する第１の補正温度調整量を決めるステップと、
ｃ．窒素酸化物（ＮＯｘ）限界要件（８４）及びベース燃料スプリットコマンド（７６）に基づいて前記補正目標排気温度に対する第２の補正温度調整量（６０）を決めるステップと、
ｄ．前記第１の補正温度調整量及び第２の補正温度調整量に基づいて調整補正目標排気温度を決めるステップと、
ｅ．ガスタービンの圧縮機の吐出温度（ＴＣＤ）及び前記調整補正目標排気温度に基づいて未補正調整目標排気温度（７０）を決めるステップと、
ｆ．前記未補正にされた調整補正目標排気温度（７０）と燃焼器温度レベリングアルゴリズムから選択した未補正目標排気温度（３８）との間の温度差（８８）を決めるステップと、
ｇ．前記温度差（８８）を適用して調整燃料スプリットスケジュール（ＰＭ１）を生成するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはガスタービンの燃焼システムの制御装置に関する。具体的には、本発明は、燃料スプリット及び窒素酸化物／二酸化窒素（ＮＯｘ）レベリングのための燃焼器制御アルゴリズムに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用及び発電用ガスタービンは、その運転をモニタしかつ制御する制御システム（「制御装置」）を有する。これらの制御装置は、ガスタービンの燃焼システムを管理する。ドライ式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）燃焼システムは、ガスタービンからのＮＯｘの排出（エミッション）を最小にするように設計されている。制御装置は、ＤＬＮ燃焼システムの安全かつ効率的な作動を保証するためのアルゴリズムを実行する。従来のＤＬＮアルゴリズムは、タービンの実排気温度及び実作動圧縮機圧力比の測定値を入力として受ける。ＤＬＮ燃焼システムは、典型的には測定タービン排気温度及び圧縮機圧力比に依存して、ガスタービン運転条件、例えば所望のタービン排気温度、全燃焼器燃料流量、燃料スプリットスケジュール及び入口抽気熱流量を設定する。
【０００３】
ＤＬＮ燃焼システムのための従来のスケジューリングアルゴリズムは、一般的に圧縮機入口圧力損失、タービン背圧又は圧縮機入口湿度の変化を考慮に入れていない。従来のスケジューリングアルゴリズムは、一般的に、周囲条件、例えば圧縮機入口湿度、圧縮機入口圧力損失及びタービン背圧が任意の確定一定条件に維持されている、或いはこれらの条件の変化が目標燃焼器燃焼温度に大きく影響を与えないとの前提をおいている。
【０００４】
圧縮機入口圧力損失及びタービン背圧レベルは、ＤＬＮ燃焼設定値を定めるために使用したレベルから変化することになる。ガスタービンからのＮＯｘエミッションは、従来のＤＬＮ燃焼システムが環境条件の変化に合わせて調整されない場合、規定限界値を越えて増加する可能性がある。季節による湿度の変化、或いは例えば蒸発冷却器、フォギングシステムのような種々の入口コンディショニング装置からのタービン入口湿度の変化は、ＤＬＮ燃焼システムの作動に影響を与えるおそれがある。季節によって周囲条件が変化した場合、ＤＬＮ燃焼システムの設定値は周囲の季節的変化を考慮して手動で調整されることが多い。
【特許文献１】特開平０９−１６６０２９号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ガスタービン燃焼器の燃料スプリットをスケジューリングする方法として実施することができ、本方法は、基準燃料スプリットで所望のＮＯｘを発生することになる目標排気温度を（比湿、圧縮機入口圧力損失及びタービン背圧からなるパラメータ群の少なくとも１つのパラメータに基づいて）決めるステップと、スケジューリング排気温度と基準燃料スプリットで所望のＮＯｘを発生することになる排気温度との間の差に基づいて排気温度誤差を決めるステップと、排気温度誤差を基準燃料スプリットでの推定ＮＯｘレベル誤差に変換するステップと、推定ＮＯｘレベル誤差を燃料スプリットレベルに対する調整量に変換するステップとを含む。
【０００６】
本発明はまた、ガスタービン燃焼器の燃料スプリットをスケジューリングする方法として実施することができ、本方法は、基準燃料スプリットで所望のＮＯｘに対応する目標排気温度を決めるステップと、スケジューリング排気温度と目標排気温度との間の比較に基づいて排気温度誤差を決めるステップと、排気温度誤差を推定ＮＯｘレベリング燃料スプリット調整量に変換するステップと、推定ＮＯｘレベリング燃料スプリット調整量を使用して基準燃料スプリットを調整するステップと、調整燃料スプリットを適用して燃焼器への燃料流量を決めるステップとを含む。
【０００７】
本発明はさらに、ガスタービン燃焼器のベース燃料スプリットスケジュールを調整する方法として実施することができ、本方法は、圧縮機圧力条件に基づいて補正目標タービン排気温度を決めるステップと、圧縮機入口圧力損失及びタービン背圧からなるパラメータ群の少なくとも１つのパラメータに基づいて補正目標排気温度に対する第１の補正温度調整量を決めるステップと、窒素酸化物限界要件及びベース燃料スプリットコマンドに基づいて補正目標排気温度に対する第２の補正温度調整量を決めるステップと、第１の補正温度調整量及び第２の補正温度調整量に基づいて調整補正目標排気温度を決めるステップと、ガスタービンの圧縮機の吐出温度及び調整補正目標排気温度に基づいて未補正調整目標排気温度を決めるステップと、未補正にされた調整補正目標排気温度と燃焼器温度レベリングアルゴリズムから選択した未補正目標排気温度との間の温度差を決めるステップと、温度差を適用して調整ベース燃料スプリットスケジュールを生成するステップとを含む。
【０００８】
本明細書の記載と共に添付の図面により、本発明の実施形態を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
ガスタービン制御システム及び方法のアルゴリズムは、タービン排気温度と燃焼器燃料スプリットとが連係的にスケジューリングされるようにガスタービンの運転をスケジューリングするために開発されてきた。タービン排気温度と燃料スプリットとを決めるためのアルゴリズムを組み合わせることによって、ガスタービン制御システムは、燃焼器温度上昇（それ以外の制限がない場合）とＮＯｘエミッションとを同時にレベリングすることができる。この特徴は部分負荷ガスタービン運転時に特に有益である。
【００１０】
多くの場合、ガスタービンの部分負荷運転は、制御システムによって、部分負荷レベルを達成するように全燃料流量を調整しかつ所望の部分負荷レベルに合ったガスタービンサイクル適合ポイントを設定するように圧縮機入口ガイドベーン（ＩＧＶ）を調整することを必要とする。さらに、制御装置は、例えば部分負荷全燃料流量のような所望の燃焼モードを維持しかつ例えば燃焼ダイナミックスについてのような設定運転可能限界内でガスタービンを運転するように燃焼器の燃料スプリットをスケジューリングする。さらに、部分負荷運転時には、サイクル適合ポイント及び燃焼器燃料スプリットはＮＯｘエミッションに大きな影響を与える。部分負荷運転時におけるガスタービンの運転を最適化するために、制御装置は、ＮＯｘレベリングアルゴリズム及び他のアルゴリズムを同時に適用して燃焼器温度上昇を制御する。
【００１１】
図１は、圧縮機１２と、燃焼器１４と、圧縮機に駆動結合されたタービン１６と、制御システム（制御装置）１８とを有するガスタービン１０を示す。圧縮機への入口ダクト２０は、周囲空気及び場合によっては注入水を圧縮機に供給する。入口ダクトは、ダクト、フィルタ、スクリーン及び吸音装置を有し、これらが入口２０を通って圧縮機の入口ガイドベーン２１に流入する周囲空気の圧力損失の原因となる。タービンの排気ダクト２２は、タービンの出口から例えばエミッション制御及び吸音装置を通して燃焼ガスを導く。排気ダクト２２は、吸音材料及びエミッション制御装置を含み、これらがタービンに背圧を加えることになる。入口圧力損失と背圧との量は、時間の経過と共にダクト２０、２２への構成要素の付加並びに入口及び出口ダクトを詰まらせる塵や埃によって変化する可能性がある。タービンは電力を発生する発電機２４を駆動することができる。圧縮機への入口損失及びタービン排気圧力損失は、ガスタービンを通る修正流量の関数になる傾向がある。さらに、入口損失及びタービン背圧の量は、ガスタービンを通る流量に応じて変化することになる。
【００１２】
ガスタービンの運転は、タービン、発電機及び周囲環境の様々な条件を検出する幾つかのセンサ２６によってモニタすることができる。例えば、温度センサ２６によって、ガスタービンの周りの周囲温度、圧縮機吐出温度、タービン排気ガス温度及びガスタービンを通るガス流の他の温度測定値をモニタすることができる。圧力センサ２６によって、周囲圧力と、圧縮機入口及び出口における、タービン排気における並びにガスタービンを通るガス流内の他の位置における静圧及び動圧レベルとをモニタすることができる。湿度センサ２６、例えば湿球及び乾球温度計により、圧縮機の入口ダクトの周囲湿度を測定する。センサ２６はまた、ガスタービン１０の運転に関係する様々なパラメータを感知する流量センサ、速度センサ、火炎検出センサ、バルブ位置センサ、ガイドベーン角度センサ又はこれらに類するものを含むことができる。本明細書で用いる場合、「パラメータ」は、タービン内の規定位置における温度、圧力及びガス流量のようなタービンの運転条件を規定するのに用いることができる項目を意味する。これらのパラメータは、任意のタービン運転条件を表すために用いることができる。
【００１３】
燃料制御システム２８は、燃料供給源から燃焼器１４に流れる燃料と、一次及び二次燃料ノズルに流入する燃料間のスプリット（分配）と、燃焼室に流入する二次空気と混合される燃料とを制御する。燃料制御装置はまた、燃焼器における燃料の種類を選択することができる。燃料制御システム２８は、別個のユニットとすることができ、或いはより大型の制御装置１８の構成要素とすることもできる。燃料制御システムはさらに、一次燃料ノズルに流れる燃料の割当分と二次燃料ノズルに流れる燃料の割当分とを決める燃料スプリットコマンドを生成しかつ実行することができる。
【００１４】
制御装置は、ニューヨーク州スケネクタディ所在のＧＥ  Ｉｎｄｓｕｔｒｉａｌ  ＆  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓによって出版された、Ｒｏｗｅｎ，Ｗ．Ｉ．による「ＳＰＥＥＤＴＲＯＮＩＣ（商標）  Ｍａｒｋ  Ｖ  Ｇａｓ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ」（ＧＥ−３６５８）に記載されているような、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＳＰＥＥＤＴＲＯＮＩＣ（商標）ガスタービン制御システムとすることができる。制御装置１８は、センサ入力及び操作員からの命令を用いてガスタービンの運転を制御するためのプログラムを実行する１つ又は複数のプロセッサを有するコンピュータシステムとすることができる。制御装置１８により実行されるプログラムは、燃焼器１４への燃料流量を制御するスケジューリングアルゴリズムを含むことができる。制御装置によって生成されたコマンドにより、ガスタービン上のアクチュエータが、例えば燃焼器に流れる燃料の流量、燃料スプリット及び種類を制御する、燃料供給源と燃焼器との間のバルブ（アクチュエータ３２）を調整し、圧縮機上の入口ガイドベーン２１（アクチュエータ３０）を調整し、またガスタービン上の他の制御機構を起動するようになる。
【００１５】
制御装置１８は、該制御装置のコンピュータメモリ内に格納したアルゴリズムに一部基づいてガスタービンを制御する。これらのアルゴリズムは、制御装置１８がタービン排気のＮＯｘ及びＣＯエミッションを一定の所定排出限界値の範囲内に維持し、かつ燃焼器火炎温度を所定の温度限界値の範囲内に維持することを可能にする。アルゴリズムは、現在の圧縮機圧力比、周囲比湿、入口圧力損失及びタービン背圧のパラメータ変数についての入力を有する。アルゴリズムが入力パラメータを使用することによって、制御装置１８は、周囲温度及び湿度における季節的な変化並びにガスタービンの入口２０を通る入口圧力損失及び排気ダクト２２における背圧の変化に対処する。周囲条件並びに入口圧力損失及び背圧の入力パラメータを含む利点は、ＮＯｘ、ＣＯ及びタービン燃焼アルゴリズムによって、制御装置がガスタービン運転における季節的な変化並びに入口損失及び背圧における変化を自動的に補償することが可能になることである。従って、オペレータが、周囲条件における季節的な変化並びに入口圧力損失又はタービン背圧の変化を考慮してガスタービンを手動で調整する必要性が少なくなる。
【００１６】
燃焼器１４は、ＤＬＮ燃焼システムとすることができる。制御システム１８は、ＤＬＮ燃焼システムを制御するようにプログラミングされかつ修正されることができる。燃料スプリットを決めるためのＤＬＮ燃焼制御アルゴリズムを、図２〜図５に示す。
【００１７】
制御装置１８によって実行されるスケジュール及びアルゴリズムは、部分負荷ガスタービン運転条件においてＮＯｘ、燃焼器ダイナミックス及び燃焼温度限界値に影響を与える周囲条件（温度、湿度、入口圧力損失及び背圧）の変化に対処する。制御システム１８は、排気温度及び燃焼器燃料スプリットを同時にスケジューリングする。制御システム１８は、ガスタービンをスケジューリングするための、例えば所望のタービン排気温度及び燃焼器燃料スプリットを設定するためのアルゴリズムを適用して、ガスタービンの運転可能限界に従いながら性能目標を満たすようにする。タービン制御システム１８は、燃焼ダイナミックス限界に対する運転マージンを増大させ、それによってガスタービンの運転性、信頼性及び有用性を向上させるように、部分負荷運転時の燃焼器温度上昇及びＮＯｘを同時に決める。
【００１８】
燃焼器燃料スプリットは、制御システム１８によって、燃焼ダイナミックスのような他の運転可能限界に従いながら所望の燃焼モードを維持するようスケジューリングされる。任意の負荷レベルにおいて、サイクル適合ポイント及び燃焼器燃料スプリットは、結果として生じるＮＯｘエミッションに影響を及ぼす。部分負荷運転時にＮＯｘと燃焼器温度上昇とを同時にレベリングすることは、燃焼ダイナミックスのレベルを最小にし、エミッション適合性又は部品寿命に悪影響を与えずにガスタービンの運転範囲を拡大する。
【００１９】
図２は、所望のタービン排気温度目標（Ｔｘ＿ｒｅｑ）及び調整燃料スプリット（ＰＭ１、ＰＭ３）３９、４１を選択するためのプロセス３４のハイレベルブロック図である。ここに開示したプロセス及び関連するアルゴリズムは、主として燃料スプリット調整量を決めるＮＯｘレベリングアルゴリズム７４（図４）に向けられる。ＮＯｘレベリングアルゴリズムは、入力として実スケジューリングタービン排気温度目標（Ｔｘ＿ｒｅｑ）３８を必要とする。所望のタービン排気温度目標を決める方式は、ＮＯｘレベリングアルゴリズム７４を適用して燃料制御装置２８のための調整燃料スプリット入力パラメータ（ＰＭ１、ＰＭ３）３９、４１を決めるための技術的方法の範囲又は意図から逸脱せずに変更することができる。
【００２０】
全体的なプロセス３４は、入力温度目標の最低温度の選択のようなある論理を適用することによって複数の提案温度から燃焼排気温度目標（Ｔｘ＿ｒｅｑ）３８を選択する選択論理３６を含む。これらの排気温度目標案には、最高排気温度（Ｉｓｏ-Ｔｈｅｒｍ）、燃焼温度レベリングアルゴリズム４０によって生成された所望の排気温度（Ｔｘ＿Ｔｆ）、燃焼器温度上昇レベリングアルゴリズム４２によって生成された所望の排気温度（Ｔｘ＿Ｔｒ）及び燃焼器温度上昇レベリングアルゴリズム４４によって生成された所望の排気温度（Ｔｘ＿ＮＯｘ）が含まれる。スケジューリング排気温度３８は、制御装置１８によって実タービン排気温度と比較される。所望の排気温度と実排気温度との差を制御装置が適用して、燃焼器への燃料流量又はＩＧＶ２１の角度を制御する（部分負荷運転の場合に）。
【００２１】
ＮＯｘレベリングアルゴリズム４４は、燃料制御装置２８に対して調整燃料スプリットコマンド（ＰＭ１、ＰＭ３）３９、４１を出力する。燃料スプリットコマンドは、寄せ合わせると燃料スプリットスケジュールとなる。燃料スプリットコマンドは、燃料噴射器の種々のゾーン、例えば一次燃料ノズルと燃焼器に流入する二次空気と燃料を混合するための二次燃料噴射器とに流れることになる燃料の割当分を示す。ＮＯｘレベリングアルゴリズムは、タービンからのＮＯｘエミッションを低減し、エミッション限界値内にＮＯｘエミッションを維持するための１つの技術的方法である。
【００２２】
図３は、比較的簡単かつ実行容易な排気温度対圧縮機圧力比（Ｘｃ）関係４６に依存して所望の運転条件、例えば燃料スプリット及び排気温度を決めるＮＯｘレベリングアルゴリズム４４を示すブロック図である。これらの関係は、制御システム１８の電子メモリに格納されており、データ参照テーブル、数学関数（１次又は２次曲線関数のような）及びパラメータ関係を電子的に表す他の形式を含むことができる。
【００２３】
ＮＯｘレベリングアルゴリズム４４は、現在の圧縮機圧力比（Ｘｃ又はＣＰＲ）、ＮＯｘエミッション限界値（ＮＯｘ＿ｒｅｑ）８４（これは、ＮＯｘエミッション限界値と各特定のガスタービンについて決めた一定のＮＯｘ調整量であるデルタＮＯｘチューニング係数（ΔＮＯｘ＿ｔｕｎｅ）との和である）、圧縮機１２に流入する周囲空気の現在の比湿（ＳＨ）６８、入口圧力損失ΔＰｉｎ５２及びタービン背圧デルタΔＰｅｘ５６に関する入力データを受ける。これらの入力パラメータに基づいて、ＮＯｘアルゴリズム４４は、基準燃料スプリットで所望のＮＯｘレベルを発生することになる排気温度７０を生成する。
【００２４】
ＮＯｘレベリングアルゴリズム４４は、圧縮機圧力比（Ｘｃ）を適用してＮＯｘアルゴリズムのための補正タービン排気温度目標４８（Ｔ＿ｃｏｒｒ）を得るスケジュール４６を含む。補正排気温度対圧縮機圧力比のスケジュール４６（制御曲線）は、ＮＯｘ目標、燃料スプリット、湿度、入口圧力損失及び背圧の規定基準パラメータ条件に対する補正タービン排気温度目標４８（Ｔ＿ｃｏｒｒ）を出力する。圧縮機圧力比対排気温度目標スケジュール４６は、圧縮機圧力比を補正排気温度目標４８に相関させるグラフ、参照テーブル又は関数とすることができる。スケジュール４６は、従来の方式でガスタービン或いはガスタービンタイプ又はクラスに対して決められるが、このことは本発明の技術的範囲外である。
【００２５】
補正排気温度４８は、基準外の入口圧力損失（ΔＰｉｎ）、基準外の背圧（ΔＰｅｘ）、基準外のＮＯｘ目標及び基準外の湿度を補正するように調整される。入口圧力損失関数（ｆ（ΔＰｉｎ））５２を適用して、ベース入口圧力損失レベルとの実入口圧力損失の差（ΔＰｉｎ）による、補正排気温度に対する調整量を決める。入口圧力損失関数は、入口圧力損失差（ΔＰｉｎ）を補正排気温度目標４８に対する調整量５４に相関させる実験的に得たグラフ、参照テーブル又は関数とすることができる。この関数５２は、ガスタービンの特定のクラス、モデル又はタイプについて及び／又は入口ダクト及び入口構成要素の特定の配置について得ることができる。これに代えて、圧力損失関数は、入口圧力損失差（ΔＰｉｎ）及び圧縮機圧力比（ＣＰＲ）レベルの入力変数を有することができる。圧力損失関数５２は、補正排気温度目標４８と合計されることになる温度目標調整量５４を生成する。
【００２６】
同様に、タービン背圧関数（ΔＰｅｘ）５６は、実タービン背圧とベースタービン背圧レベルとの差（ΔＰｅｘ）の入力変数を有する。背圧関数５６は、第２の入力変数としてＣＰＲを有することができる。タービン背圧関数は、補正排気温度４８と合計されることになる温度目標調整量５８を生成する。別の温度目標調整量（ΔＴｘ＿Ｔｕｎｅ）６０が調整目標ＮＯｘレベル８４（ＮＯｘ＿ｒｅｑ）から生成され、補正排気温度目標４８と合計される。補正排気温度目標４８（圧縮機入口圧力損失、背圧及び目標ＮＯｘレベルを考慮して調整した後の）は、圧縮機吐出温度（ＴＣＤ）と基準ＴＣＤとの非整数指数の比率である補正係数６４を適用することによって未補正にされる。非整数指数の値は、ガスタービンのクラス又はモデルについて実験的に得られる。補正係数６４は、図４のガスタービンの負荷範囲全体にわたって部分負荷排気温度対ＴＣＤデータを崩壊させるために使用される補正係数の逆数である。
【００２７】
未補正排気温度目標は、周囲比湿、及び可能なら圧縮機圧力比（ＣＰＲ）を入力として持つ実験的に得た関数である比湿関数（ｆ（ＳＨ））６８によって生成された温度目標補正６６とさらに合計される。この結果が、現在の運転条件下において基準燃料スプリットで所望のＮＯｘレベルを発生することになる排気温度である排気温度目標（Ｔｘ＿ＮＯｘ）７０である。
【００２８】
図４は、調整燃料スプリット（ＰＭ１、ＰＭ３）を生成する燃料スプリットスケジューリングアルゴリズム７４の概略図である。ベース燃料スプリット（ＰＭ１＿ｂａｓｅ及びＰＭ３＿ｂａｓｅ）に対する調整量（ＤＰＭ１及びＤＰＭ３）は、燃料スプリットに対するＮＯｘレベリング調整量に反映される。このアルゴリズム７４は、基準燃料スプリットで所望のＮＯｘレベルを発生することになる排気温度（Ｔｘ＿ＮＯｘ）７０と、実スケジューリング排気温度（Ｔｘ＿ｒｅｑ）３８とを入力として受ける。デルタ排気温度差（Ｔｘ＿ｅｒｒ）８８は、目標に対するＮＯｘをレベリングすることになる温度レベル７０と実際にスケジューリングした温度３８との差である。温度差（Ｔｘ＿ｅｒｒ）７０は、正の差Ｔｘ＿ｅｒｒ又はゼロのうちより大きい方を選択する最小選択論理９０によって正の値に限定される。正の温度差Ｔｘ＿ｅｒｒは、圧縮機吐出温度（ＴＣＤ）と基準ＴＣＤとの比率の非整数指数である補正係数６４を適用することによって補正される。さらに、補正温度差は、ＮＯｘ目標調整量によって生成した補正ＮＯｘ温度補正量（ΔＴｘ＿Ｔｕｎｅ）６０と合計される。合計した補正温度差９２は、ＮＯｘ＿ｒｅｑ８４係数をＮＯｘ温度差６０に変換するのに使用したのと同じ曲線である実験的に得た非線形曲線８６によって仮のＮＯｘ目標９４に変換される。
【００２９】
仮のＮＯｘ目標９４を逆数にし、要求ＮＯｘレベル（ＮＯｘ＿ｒｅｑ）８４に乗じて、仮のＮＯｘ目標／ＮＯｘ＿ｒｅｑのＱ調整（Ｑ＿ａｄｊ）比（Ｑ＿ａｄｊ）９６が得られる。調整Ｑ係数（Ｑ＿ａｄｊ）９６は、必要デルタ−ＰＭ１燃料スプリット調整量（コマンドＤＰＭ１）をＱ係数９６に関係付ける非線形スケジュール７６を使用してデルタ?ＰＭ１要件コマンド（ＤＰＭ１）に変換される。このスケジュール７６は、燃料スプリットのＮＯｘエミッションへの影響に基づいて開発される。スケジュール７６は、燃焼器に加えられることになるベース燃料スプリットを生じることになるＮＯｘレベリング誤差を推定する。このスケジュール７６には、ＰＭ１とＰＭ３との間の規定関係が組み込まれる。デルタ?ＰＭ１調整コマンド（ＤＰＭ１）は、ＤＰＭ３とＤＰＭ１との間の関係を反映した非線形スケジュール９８を使用してデルタ−ＰＭ３要件コマンド（ＤＰＭ３）を生成するために使用される。燃料スプリット要件（ＰＭ１、ＰＭ３）は、それぞれデルタ−燃料スプリット（ＤＰＭ１及びＤＰＭ３）とベース−負荷燃料スプリットレベル（ＰＭ１＿ｂａｓｅ、ＰＭ３＿ｂａｓｅ）との和として生成される。燃料スプリット要件コマンド（ＰＭ１、ＰＭ３）は、種々の燃料ノズルに流れる燃料の割当分を制御するために燃料制御装置によって使用される。
【００３０】
現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、また特許請求の範囲に記載した参照符号は本発明の技術的範囲を狭めるのではなくそれらを容易に理解をするためのものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】燃料制御システムを有するガスタービンの概略図。
【図２】所望のタービン排気温度及び燃料スプリットスケジュールを選択するためのシステムのハイレベルブロック図。
【図３】基準燃料スプリットで所望のＮＯｘを発生することになる排気温度を算出するための例示的なアルゴリズムの図。
【図４】ＮＯｘレベリングアルゴリズムのための例示的なベース燃料スプリット調整アルゴリズムの図。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ガスタービン
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  タービン
１８  制御装置
２０  入口ダクト
２１  入口ガイドベーン
２２  排気ダクト
２４  発電機
２６  センサ
２８  燃料制御装置
３０、３２  アクチュエータ
【図１】
2005155622.tif 000003
【図２】
2005155622.tif 000004
【図３】
2005155622.tif 000005
【図４】
2005155622.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月18日(2005.1.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
全体的なプロセス３４は、入力温度目標の最低温度の選択のようなある論理を適用することによって複数の提案温度から燃焼排気温度目標（Ｔｘ＿ｒｅｑ）３８を選択する選択論理３６を含む。これらの排気温度目標案には、最高排気温度（Ｉｓｏ-Ｔｈｅｒｍ）、燃焼温度レベリングアルゴリズム４０によって生成された所望の排気温度（Ｔｘ＿Ｔｆ）、燃焼器温度上昇レベリングアルゴリズム４２によって生成された所望の排気温度（Ｔｘ＿Ｔｒ）及びＮＯｘレベリングアルゴリズム４４によって生成された所望の排気温度（Ｔｘ＿ＮＯｘ）が含まれる。スケジューリング排気温度３８は、制御装置１８によって実タービン排気温度と比較される。所望の排気温度と実排気温度との差を制御装置が適用して、燃焼器への燃料流量又はＩＧＶ２１の角度を制御する（部分負荷運転の場合に）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
燃料スプリットスケジューリングアルゴリズム７４は、燃料制御装置２８に対して調整燃料スプリットコマンド（ＰＭ１、ＰＭ３）３９、４１を出力する。燃料スプリットコマンドは、寄せ合わせると燃料スプリットスケジュールとなる。燃料スプリットコマンドは、燃料噴射器の種々のゾーン、例えば一次燃料ノズルと燃焼器に流入する二次空気と燃料を混合するための二次燃料噴射器とに流れることになる燃料の割当分を示す。ＮＯｘレベリングアルゴリズムは、タービンからのＮＯｘエミッションを低減し、エミッション限界値内にＮＯｘエミッションを維持するための１つの技術的方法である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2005155622.tif 000007
【外国語明細書】
2005155622000001.pdf