(57)【要約】【課題】ガスタービンの燃焼器に対する燃料分割を制御するための方法を提供する。【解決手段】本方法は、ガスタービンの燃焼基準温度を決定する段階（２０２）と、ガスタービンのバイアス・パラメータを測定する段階（２０４）と、前記燃焼基準温度及び前記バイアス・パラメータに基づいて少なくとも１つの燃料分割バイアス値を決定する段階（２０６）と、前記少なくとも１つの燃料分割バイアス値に基づいて前記ガスタービンの公称燃料分割スケジュールを調節する段階（２０８）とを含むことができる。【選択図】図２
2012026449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン（１０）の燃焼器（１４）に対する燃料分割を制御するための方法であって、
前記ガスタービン（１０）の燃焼基準温度を決定する段階と、
前記ガスタービン（１０）の入口案内翼角度を測定する段階と、
前記燃焼基準温度及び前記入口案内翼角度に基づいて少なくとも１つの燃料分割バイアス値を決定する段階と、
前記少なくとも１つの燃料分割バイアス値に基づいて前記ガスタービン（１０）の公称燃料分割スケジュールを調節する段階と、
を有する方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの燃料分割バイアス値を決定する段階は、少なくとも１つのルックアップ・テーブルにおいて前記燃焼基準温度及び前記入口案内翼角度の所在場所を見付けることを有している、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つのルックアップ・テーブルは、前記少なくとも１つの燃料分割バイアス値が自動的に決定されるように、前記ガスタービン（１０）の制御装置（１８）内に記憶されている、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの燃料分割バイアス値を決定する段階は、前記燃焼基準温度及び前記入口案内翼角度を少なくとも１つの相関数学関数に入力することを有している、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの相関数学関数は、前記少なくとも１つの燃料分割バイアス値が自動的に決定されるように、前記ガスタービン（１０）の制御装置（１８）内に記憶されている、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記方法は、前記ガスタービン（１０）の少なくとも１つの二次バイアス・パラメータを測定する段階を更に有しており、この場合、前記少なくとも１つの燃料分割バイアス値が、前記燃焼基準温度、前記入口案内翼角度及び前記少なくとも１つの二次バイアス・パラメータに基づいて決定される、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つの燃料分割バイアス値を決定する段階は、少なくとも１つのルックアップ・テーブルにおいて前記燃焼基準温度、前記入口案内翼角度及び前記少なくとも１つの二次バイアス・パラメータの所在場所を見付けること、或いは前記燃焼基準温度、前記入口案内翼角度及び前記二次バイアス・パラメータを少なくとも１つの相関数学関数に入力することを有している、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つの二次バイアス・パラメータは、圧縮機吐出圧力、圧縮機入口温度、圧縮機圧力比、圧縮機吐出温度、周囲温度、圧縮機入口空気質量流量、気体燃料流量及び液体燃料流量の内の少なくとも１つを有している、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの燃料分割バイアス値は、前記燃焼器（１４）の中への全燃料流量の変化百分率で構成されており、前記公称燃料分割スケジュールが、前記少なくとも１つの燃料分割バイアス値と前記公称燃料分割スケジュールの少なくとも１つの燃料分割百分率とを加算することによって調節される、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記公称燃料分割スケジュールを調節する段階は、前記ガスタービン（１０）の制御装置（１８）により前記公称燃料分割スケジュールを自動的に調節することを有している、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記入口案内翼角度を測定する段階は、前記ガスタービン（１０）の制御装置（１８）と通信状態にあるセンサ（２６）を使用して、前記入口案内翼角度を自動的に測定することを有している、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
ガスタービン（１０）の燃焼器（１４）に対する燃料分割を制御するための方法であって、
前記ガスタービン（１０）の燃焼基準温度を決定する段階と、
前記ガスタービン（１０）の入口案内翼角度を測定する段階と、
前記ガスタービン（１０）の少なくとも１つの二次バイアス・パラメータを測定する段階と、
前記燃焼基準温度、前記入口案内翼角度及び前記少なくとも１つの二次バイアス・パラメータに基づいて少なくとも１つの燃料分割バイアス値を決定する段階と、
前記少なくとも１つの燃料分割バイアス値に基づいて前記ガスタービン（１０）の公称燃料分割スケジュールを調節する段階と、
を有する方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの燃料分割バイアス値を決定する段階は、少なくとも１つのルックアップ・テーブルにおいて前記燃焼基準温度、前記入口案内翼角度及び前記少なくとも１つの二次バイアス・パラメータの所在場所を見付けることによって、前記少なくとも１つの燃料分割バイアス値を自動的に決定することより成り、前記少なくとも１つのルックアップ・テーブルは前記ガスタービン（１０）の制御装置（１８）内に記憶されている、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの燃料分割バイアス値を決定する段階は、前記燃焼基準温度、前記入口案内翼角度及び前記少なくとも１つの二次バイアス・パラメータを少なくとも１つの相関数学関数に入力することによって、前記少なくとも１つの燃料分割バイアス値を自動的に決定することより成り、前記少なくとも１つの相関数学関数は前記ガスタービン（１０）の制御装置（１８）内に記憶されている、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの二次バイアス・パラメータは、圧縮機吐出圧力、圧縮機入口温度、圧縮機圧力比、圧縮機吐出温度、周囲温度、圧縮機入口空気質量流量、気体燃料流量及び液体燃料流量の内の少なくとも１つを有している、請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に云えば、ガスタービンに関し、より詳しくは、ガスタービン燃焼器に対する燃料分割(fuel split)を制御するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工業用及び発電用ガスタービンは、それらの運転を監視し制御するタービン制御システム（制御装置）を備えている。このような制御装置は、ガスタービンの燃焼システム及びタービンの他の動作機能を統制する。そこで、制御装置は、ガスタービンの安全で効率の良い運転を確実にするために、燃料流量、燃焼器燃料分割（すなわち、ガスタービンへの全燃料流量をタービンの様々な燃料回路の間で分割すること）、入口案内翼（ＩＧＶ）の角度、及び他の制御入力を調節するスケジューリング・アルゴリズムを実行することができる。また、タービン制御装置は、測定された運転パラメータの入力値及び所望の運転設定値を受け取って、スケジューリング・アルゴリズムに関連して、所望の運転を達成するための制御パラメータの設定値を決定することができる。制御パラメータについてスケジューリング・アルゴリズムによって定められた値により、タービンを所望の状態で、例えば、所望の出力レベルで及び／又は規定された排出物限界内内で運転させることができる。
【０００３】
工業用ガスタービンの部分負荷運転には、典型的には、制御装置が所望の部分負荷レベルを達成するように全燃料流量を調節すると共に、特定の部分負荷レベルのためのガスタービン・サイクル整合点を設定する（すなわち、運転境界を観察しながら所望の出力及び熱量を発生する）ように圧縮機ＩＧＶを調節することを必要とする。更に、制御装置は、所望の燃焼モード（例えば、部分負荷全燃料流量）を維持して、燃焼ダイナミクスについてのような確立された運転境界内でガスタービンを運転させるために、燃焼器についての燃料分割をスケジュールする。部分負荷運転中、燃焼器燃料分割は、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）のような有害な排出物の生成に大幅に影響を及ぼす虞がある。従って、燃料分割の適切なスケジューリングは、ガスタービンを排出物規制内に維持するのにしばしば不可欠である。
【０００４】
燃焼器燃料分割は、典型的には、公称(nominal) 燃料分割スケジューリング・アルゴリズムに従って設定され、その公称燃料分割スケジューリング・アルゴリズムは計算された燃焼基準温度（ＴＴＲＦ）によって駆動される。一般に知られているように、ＴＴＲＦの値は、圧縮機吐出圧力、タービン排気温度、排気流量、周囲温度及び入口案内翼角度のような様々な測定されたパラメータを入力として用いて計算される。ガスタービンの動的運転状態に起因して、該タービンは、任意の所与のＴＴＲＦ値において任意の特定の運転パラメータの広範囲の値にわたって運転する能力を持つことができる。従って、部分負荷における排出物規制運転を確実に行うため、また音響ダイナミクスを避け且つフレーム・アウト(flame out) を防止するために、公称燃料分割スケジュールは、各々の特定のＴＴＲＦにおけるガスタービンの運転状態／パラメータに関して或る特定の仮定を組み入れなければならない。
【０００５】
例えば、しばしば実際には、ガスタービンが最悪の状態での運転中でも排出物規制内に留まるように、燃焼器燃料分割がスケジュールされる。従って、部分負荷運転中、ＩＧＶを全ての計算されたＴＴＲＦ値において比較的開放した位置に（例えば、約５４°よりも大きい角度に）保持すると仮定することが多い。このような場合、燃料分割は、一般に、燃料対空気比が比較的低いと仮定して最適化され、従って、燃料流量は、燃焼器内でフレーム・アウトを防止することを意図した公称分配で割り当てられる。しかしながら、周囲状態及び他の運転パラメータ／状態に依存して、ガスタービンは任意の特定のＴＴＲＦにおいて広範囲のＩＧＶ角度にわたって部分負荷で運転する能力を持つことができる。従って、より高い燃料対空気比において（例えば、ＩＧＶ角度が５４°よりも低いときに）同じ燃料分割が適用されたとき、ガスタービンを運転境界内に維持することは屡々困難である。詳しく述べると、燃料対空気比を高くした際に公称燃料分配では、結果としてＮＯｘ排出量、不所望な音響ダイナミクス及び他の問題のある状態が増大する虞がある。
【０００６】
そこで、変化する運転パラメータに対処し得るようにガスタービン燃焼器への燃料分割を制御するための方法があれば、当該技術分野において歓迎されよう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６２７９３１３号
【発明の概要】
【０００８】
本発明の様々な面及び利点は、一部は以下に記載し、又は以下の記載から明らかであり、或いは本発明の実施を通じて習得することができよう。
【０００９】
一面においては、ガスタービンの燃焼器に対する燃料分割を制御するための方法が開示される。本方法は、一般に、前記ガスタービンの燃焼基準温度を決定する段階と、前記ガスタービンのバイアス・パラメータを測定する段階と、前記燃焼基準温度及び前記バイアス・パラメータに基づいて少なくとも１つの燃料分割バイアス値を決定する段階と、前記少なくとも１つの燃料分割バイアス値に基づいて前記ガスタービンの公称燃料分割スケジュールを調節する段階とを含むことができる。
【００１０】
別の面においては、ガスタービンの燃焼器に対する燃料分割を制御するための別の方法が開示される。本方法は、一般に、前記ガスタービンの燃焼基準温度を決定する段階と、前記ガスタービンの入口案内翼角度を測定する段階と、前記ガスタービンの少なくとも１つの二次バイアス・パラメータを測定する段階と、前記燃焼基準温度、前記入口案内翼角度及び前記少なくとも１つの二次バイアス・パラメータに基づいて少なくとも１つの燃料分割バイアス値を決定する段階と、前記少なくとも１つの燃料分割バイアス値に基づいて前記ガスタービンの公称燃料分割スケジュールを調節する段階とを含むことができる。
【００１１】
更に別の面においては、ガスタービンの燃焼器に対する燃料分割を制御するための更に別の方法が開示される。本方法は、一般に、前記ガスタービンの燃焼基準温度を決定する段階と、前記ガスタービンのバイアス・パラメータを測定する段階であって、該バイアス・パラメータが、入口案内翼角度、圧縮機吐出圧力、圧縮機圧力比、圧縮機吐出温度、周囲温度、圧縮機入口空気質量流量、気体燃料流量及び液体燃料流量より成る群から選択されたパラメータである、当該段階と、前記燃焼基準温度及び前記バイアス・パラメータに基づいて少なくとも１つの燃料分割バイアス値を決定する段階と、前記少なくとも１つの燃料分割バイアス値に基づいて公称燃料分割スケジュールを調節する段階とを含むことができる。
【００１２】
本発明のこれらの及び他の特徴、面及び利点は、以下の説明及び「特許請求の範囲」の記載を参照するとより良く理解されよう。添付の図面は、本明細書に取り入れられて明細書の一部を構成するが、本発明の実施形態を例示していて、以下の説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１３】
以下の説明では、当業者を対象として、最良の実施形態を含む本発明の完全で実現可能な開示を、添付の図面を参照して行う。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、ガスタービンの概略図である。
【図２】図２は、本発明の様々な面に従ってガスタービンの燃焼器に対する燃料分割を制御するための方法の一実施形態を例示する流れ図である。
【図３】図３は、本発明の様々な面に従ってガスタービンの特定の燃料回路についての燃料分割バイアス値を決定するためのルックアップ・テーブルの一実施形態を例示する図表である。
【図４】図４は、本発明の様々な面に従ってガスタービンの異なる燃料回路についての燃料分割バイアス値を決定するためのルックアップ・テーブルの別の実施形態を例示する図表である。
【図５】図５は、ガスタービンのための公称燃料分割スケジュールの一実施形態を例示する図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に本発明の様々な実施形態について詳しく説明するが、その内の１つ以上の例を図面に示す。各々の例は本発明を説明するためのものであり、本発明を制限するものではない。実際に、当業者には、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく本発明に様々な修正及び変更を為し得ることが明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として例示し説明した特徴を別の実施形態に用いて、更に別の実施形態を作成することが可能である。従って、本発明は、このような修正及び変更を「特許請求の範囲」の記載及びその等価な内容の範囲内に入るものとして包含するものとする。
【００１６】
本発明は、一般的には、ガスタービンの燃焼器に対する燃料分割を制御するための方法を対象とする。詳しく述べると、部分負荷運転中にガスタービンの運転パラメータの変化に対処するように公称燃料分割スケジュールを補完又は調節することのできる方法を開示する。例えば、本発明では、ガスタービンの様々な燃料回路の間での燃焼器燃料分割を、タービンの運転パラメータの変更又は変化に応答して同時に調節することのできる方法を提供する。このような場合、ガスタービンに対して様々な利点、例えば、ＮＯｘ及びＣＯの排出量の低減、音響ダイナミクスの低減及びターンダウン能力の低下などを提供することができる。
【００１７】
図面について説明すると、図１は、圧縮機１２と、複数の燃焼器１４と、圧縮機１２に駆動結合されたタービン１６と、タービン制御システム１８（以後、「制御装置」と呼ぶ）とを持つガスタービン１０の概略図を示す。一実施形態では、燃焼器１４は乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）燃焼システムの一部であってよく、また制御装置１８はＤＬＮ燃焼システムを制御するようにプログラムし及び／又は修正することができる。圧縮機１２に対する入口ダクト２０は圧縮機１２に周囲空気を、及び場合により注入水を供給する。圧縮機１２の第１段は、複数の円周方向に配列された片持ち型入口案内翼（ＩＧＶ）２１を含むことができる。これらのＩＧＶ２１はアクチュエータ２９に結合されていて、圧縮機１２を通って流れる空気流量を調整するように制御装置１８によって作動することができる。例えば、ベース負荷運転中、ＩＧＶは、圧縮機１２に最大空気流量を通すことができるように、約９０°の角度のような全開位置まで作動することができる。しかしながら、部分負荷運転中、ＩＧＶ角度は、圧縮機１２を通る空気流量を低減するために約５４°よりも小さい角度のようなより閉じた位置に設定することができる。ガスタービン１０の排気ダクト２２が、タービン１６の出口からの燃焼ガスを、例えば、排出物制御及び吸音装置に導く。更に、タービン１６は、電力を発生する発電機２４を駆動することができる。
【００１８】
ガスタービン１０はまた、燃焼器１４内の様々な燃料ノズルへ燃料を送り出すように構成された複数の燃料回路を含むことができる。例えば、一実施形態では、ガスタービン１０は、４つの燃料回路、すなわち、様々な予混合燃料ノズル集成体へ燃料を送り出す３つの燃料回路（例えば、ＰＭ１、ＰＭ２及びＰＭ３燃料回路）と、複数の拡散燃料通路を介して様々な燃料ノズルへ燃料を送り出す１つの拡散燃料回路（Ｄ５燃料回路）とを含むことができる。しかしながら、ガスタービン１０は該ガスタービン１０の構成に依存して任意の数及び種類の燃料回路を含むことができ、従って、上述したものと同じ数及び種類の燃料回路を持つ必要が無いことを理解されたい。また、ガスタービン１０が動作している特定のモードに依存して、燃料が各々の燃料回路を介して供給されないことがあることを理解されたい。例えば、部分負荷運転中、燃料はＰＭ１、ＰＭ２及びＰＭ３燃料回路を介して燃焼器１４へ送り出すことのみできる。
【００１９】
ガスタービン１０の運転は、タービン、発電機及び周囲環境の様々な状態を検出する複数のセンサ２６によって監視することができる。例えば、温度センサ２６により、ガスタービンの周りの周囲温度、圧縮機吐出温度、タービン排気温度、及びガスタービンを通る作動流体及び燃焼ガスの他の温度測定値を監視することができる。また、圧力センサ２６により、周囲圧力と、圧縮機入口及び出口、タービン排気口、並びにガスタービンを通るガス流中の他の位置における静圧及び動圧とを監視することができる。また、湿度センサ２６（例えば、乾湿球湿度計）により、圧縮機の入口ダクトにおける周囲湿度を測定する。また１つ以上の入口案内翼センサ２６により、ＩＧＶ２１の角度を監視し又は確認する。センサ２６にはまた、流れセンサ、速度センサ、火炎検出器センサ、弁位置センサ、又はガスタービン１０の運転に関する様々なパラメータを検知するセンサを含めることができる。本書で用いる「パラメータ」とは、ガスタービンの運転状態を明確にするために用いることのできる項目、例えば、限定するものではないが、ガスタービン内の規定された位置における温度、圧力及びガス流量などを表す。一部のパラメータは、検知することができ且つ直接的に知ることができるので、測定することができる。他のパラメータは、測定されたパラメータを用いて推定又は計算することができる。これらの測定された及び計算されたパラメータは、一般に、所与のタービン運転状態を表すために用いることができる。
【００２０】
燃料制御装置２８は、燃料供給装置から燃焼器１４へ流れる燃料を調整することができる。燃料制御装置２８はまた燃焼器のための燃料の種類を選択することができる。更に、燃料制御装置２８は、燃焼器１２の様々な燃料回路へ流れる燃料の部分を決定する燃料分割指令を発生し実行することもできる。一般に、燃料分割指令は各燃料回路についての燃料分割百分率に対応し、これは、燃焼器へ送り出される燃料の総量の内の何パーセントが特定の燃料回路を介して供給されるか（例えば、ＰＭ１、ＰＭ２及びＰＭ３燃料回路に供給される全燃料流量の百分率）を定める。ここで、燃料制御装置２８は別個のユニットとすることができ、或いはタービン制御装置１８の一構成要素とすることができることを理解されたい。
【００２１】
制御装置１８は、一般的には、本書で述べるようにガスタービン１０を制御し及び／又は動作させることのできる当該技術分野で知られている任意のタービン制御システムであってよい。例えば、制御装置１８は、米国ニューヨーク州スケネクタデイ所在のジーイー・インダストリアル・アンド・パワー・システムズ社によって発行されたＷ．Ｉ．ロウエン著の「SPEEDTRONIC Mark V Gas Turbine Control System 」，ＧＥ−３６５８Ｄ，に記載されているようなゼネラル・エレクトリック社のスピードトロニック(SPPEDTRONIC) ガスタービン制御システムで構成することができる。一般的に云えば、制御装置１８は、センサ入力と人間オペレータからの命令とを用いてガスタービン１０の運転を制御するように、制御装置のメモリに記憶されているコンピュータ読取り可能な命令のようなプログラムを実行するプロセッサ（１つ又は複数）を持つ任意のコンピュータ・システムで構成することができる。制御装置１８によって実行されるプログラムは、燃焼器１４への燃料流量を調整するためのスケジューリング・アルゴリズムを含むことができる。制御装置１８によって発生された指令はまた、ガスタービン上の様々なアクチュエータに作用して、例えば、燃料供給装置と燃焼器１４との間に設けられていて、燃焼器１４へ流れる燃料の流量、燃料分割及び種類を調整する弁を調節し（アクチュエータ２７）、圧縮機１２の入口案内翼２１の角度を調節し（アクチュエータ２９）、且つガスタービンについて他の制御設定を作動することができる。
【００２２】
スケジューリング・アルゴリズムは、一般に、制御装置１８が、例えば、タービン排気中のＮＯｘ及びＣＯ排出物を所定の排出物限界内に維持し、且つ燃焼器燃焼温度を所定の温度限界内に維持することができるようにする。従って、スケジューリング・アルゴリズムは様々な運転パラメータを入力として用いることができることを理解されたい。そこで、制御装置１８は該アルゴリズムを適用して、例えば、タービンの運転境界を遵守しながらパフォーマンス目標を満足させるように、所望のタービン排気温度及び燃焼器燃料分割を設定するために、ガスタービン１０のスケジュールすることができる。
【００２３】
燃料分割スケジューリング・アルゴリズムに関して説明すると、予め定められた又は公称の燃料分割スケジュールが、一般に、所望の燃焼モードを維持すると共に、燃焼ダイナミクス及び排出物のような他のオペラビリティ境界を遵守するために、制御装置１８によって適用される。この公称燃料分割スケジュールは、典型的には、計算された燃焼基準温度（ＴＴＲＦ）によってのみ駆動され、従って、ガスタービンの運転パラメータの変化に完全に対処することができない。例えば、前に示したように、ガスタービンは任意の所与のＴＴＲＦについて広い範囲内のＩＧＶ角度で運転することができる。このような場合、各燃料回路についての公称燃料分割百分率は、このように変えられるＩＧＶ角度に関連させることのできる広範囲の燃料対空気比に対処するように適切にスケジュールすることができない。
【００２４】
ここで図２について説明すると、ガスタービン１０の燃焼器１４に対する燃料分割を制御するための方法の一実施形態が例示されている。一般的に云えば、本方法は、ガスタービンの燃焼基準温度（ＴＴＲＦ）を決定する段階２０２と、ガスタービンのバイアス・パラメータを測定する段階２０４と、前記ＴＴＲＦ及び前記バイアス・パラメータに基づいて少なくとも１つの燃料分割バイアス値を決定する段階２０６と、前記燃料分割バイアス値に基づいて公称燃料分割スケジュールを調節する段階２０８とを含む。このようにして、開示された方法は、ガスタービンのＩＧＶ角度のような１つ以上のバイアス・パラメータの変化を考慮するために、ガスタービン１０の公称燃料分割スケジュールを補完又は調節することができる。本書で用いる「バイアス・パラメータ」及び「二次バイアス・パラメータ」には、ＩＧＶ角度、圧縮機吐出圧力、圧縮機圧力比、圧縮機入口温度、圧縮機吐出温度、周囲温度、圧縮機入口空気質量流量、気体燃料流量、液体燃料流量のようなパラメータ、並びにガスタービンの動作及び／又は性能を規定し又は評価するために用いることのできる他の同様なパラメータを含むことができる。更に、本発明についての以下の説明では、公称燃料分割スケジュールを調節するためのベースとしてＩＧＶ角度を用いるが、公称燃料分割スケジュールを補完し又は増強するためのベースとして任意のバイアス・パラメータを本発明の範囲内で利用することができることを理解されたい。
【００２５】
図２に示されているように、段階２０２において、ガスタービンのＴＴＲＦが決定される。一般に、ＴＴＲＦの値は、ガスタービンの様々な測定された運転パラメータ及び定数を表す利用可能なデータに基づいて計算される。例えば、圧縮機吐出圧力、タービン排気温度、排気流量、周囲温度及び入口案内翼角度のような、測定された運転パラメータを、計算のための入力として用いることができる。このような運転パラメータと任意の他の必要なパラメータ／状態とを相関させる数学的モデルを、一般に、制御装置１８のメモリの中にプログラムすることができる。このような場合、ＴＴＲＦの値はガスタービン１０の運転中に制御装置１８によって実時間で自動的に且つ連続的に計算することができる。ここで、当業者には、ＴＴＲＦの値を決定するための数学的モデルの作成には一般にガスタービンの様々な運転パラメータ及び状態を相関させるかなりの数の空気熱力学的非線形方程式が考慮されることが直ぐに理解されよう。更に、該モデルは一般にガスタービン毎に変わることがある。従って、当業者には、特定のガスタービン１０についてＴＴＲＦの値を決定するために当該技術分野で知られているどの数学的モデルも本発明の範囲から逸脱することなく用いることができることが明らかであろう。
【００２６】
段階２０４において、ガスタービンのバイアス・パラメータが測定され、或いは決定される。前に述べたように、様々なセンサ２６をガスタービン１０全体にわたって取り付けることができ、それらのセンサはガスタービン１０の様々な運転パラメータを測定するために使用することができる。従って、本発明におけるバイアス・パラメータがこのようなセンサ２６を利用して測定できることを理解されたい。例えば、特定の実施形態では、ＩＧＶ２１の上、その中、或いはそれに隣接して配置された１つ以上の入口案内翼センサ２６を使用して、圧縮機１２のＩＧＶ角度を測定することができる。このような実施形態では、入口案内翼センサ（１つ又は複数）２６は、有線又は無線接続を介して制御装置１８に通信可能に結合することができる。従って、ＩＧＶ角度は、ガスタービン１０の運転中に制御装置１８によって連続的に且つ自動的に測定して該制御装置１８内に記憶させることができる。
【００２７】
更に図２について説明すると、段階２０６において、ＴＴＲＦ及び測定されたバイアス・パラメータに基づいて少なくとも１つの燃料分割バイアス値が決定される。一般に、本発明における燃料分割バイアス値は、任意の数、係数、百分率又は他のバイアス量で構成することができ、これは、測定されたバイアス・パラメータの変化を考慮してガスタービンについての所望の運転状態を達成及び／又は維持するために公称燃料分割スケジュールの燃料分割百分率に対して適用することができる。例えば、特定の実施形態では、燃料分割バイアス値は、特定のガスタービン１０についてのＴＴＲＦの計算された値及び測定されたＩＧＶ角度に基づいて定めることができる。従って、燃料分割バイアス値は、測定されたＩＧＶ角度に基づいてガスタービン内の燃料分配を最適化することができるように、公称燃料分割スケジュールを調節するために利用することができる。
【００２８】
一般に、燃料分割バイアス値は燃料回路毎に且つガスタービン毎に変わることがある。一実施形態では、ガスタービンの各燃料回路に複数の一意的な燃料分割バイアス値を関連させることができ、各燃料分割バイアス値は特定のＴＴＲＦ及び特定のバイアス・パラメータ測定値に基づいて決定される。従って、当業者には、任意の特定のガスタービン１０について公称燃料分割スケジュールを補完するのに必要とされる様々な燃料分割バイアス値を特定するために、実験的な試験又は数学的モデルを用いることができることを理解されたい。例えば、１つ以上のバイアス・パラメータの変化に基づいて最も望ましい運転状態を得ることのできる燃料分割百分率を決定するために、実験的な試験を行うことができる。実験的に得られた燃料分割百分率は、次いで、ガスタービンの各燃料回路についての燃料分割バイアス値を特定するために、公称燃料分割スケジュールの燃料分割百分率に相関させることができる。代替の形態では、ガスタービンの運転パラメータ、ガスタービン定数及び他の運転状態に基づいて、各燃料回路についての燃料分割バイアス値を決定することができるように所与のＴＴＲＦ及び所与のバイアス・パラメータ測定値について最も望ましい燃料分割百分率を予測し又は計算することのできる一つの数式又は一連の数式を作成することができる。
【００２９】
一実施形態では、特定のガスタービン１０に関連した燃料分割バイアス値は、このような値を素速く参照し且つ決定することを可能にするルックアップ・テーブル（１つ又は複数）において提供することができる。詳しく述べると、本発明における燃料分割バイアス値は、ＴＴＲＦ値及びバイアス・パラメータ測定値を基準パラメータとして使用する１つ以上のルックアップ・テーブルにおいて規定することができる。例えば、特定の実施形態では、１つ以上のルックアップ・テーブルは、様々なＴＴＲＦ値及び様々なＩＧＶ角度に対してガスタービン１０についての燃料分割バイアス値を図表にすることができる。このような実施形態では、ガスタービン１０の各燃料回路について一意的なルックアップ・テーブルを提供することができることを理解されたい。また、一実施形態では、ルックアップ・テーブル（１つ又は複数）はガスタービン１０の制御装置１８にプログラムし、或いはその中に記憶させることができることを理解されたい。このような場合、制御装置１８は、記憶されたルックアップ・テーブル（１つ又は複数）を参照することによって、例えば、ルックアップ・テーブル（１つ又は複数）に記憶された値を補間すること等によって、燃料分割バイアス値を自動的に決定し適用することができる。代替の形態では、ルックアップ・テーブルは、パワー・プラント・オペレータ、保守要員などへ提供して、燃料分割バイアス値を現場で決定することができる。
【００３０】
２つの燃料回路、すなわち、ＰＭ１燃料回路及びＰＭ３燃料回路についてのルックアップ・テーブルの実施例を図３及び図４にそれぞれ示す。前に述べたように、燃料分割バイアス値は一般に燃料回路毎に且つガスタービン毎に異なることがある。具体的に述べると、該ルックアップ・テーブルに示されている値は、使用されているガスタービンの種類及び特定のガスタービンを運転している方法に依存してかなり変わることがある。従って、図示のルックアップ・テーブルは、本発明の範囲内で利用することのできるルックアップ・テーブルの例示的な例として提示されているに過ぎないことを理解されたい。図３及び図４に示されているように、各燃料回路についての燃料分割バイアス値は或る範囲のＴＴＲＦ値及びＩＧＶ角度にわたって図表にすることができる。従って、例えば、ＴＴＲＦが２２００°Ｆで且つＩＧＶ角度が５１°であるとき、ＰＭ１燃料回路についての燃料分割バイアス値は０．２５であり、またＰＭ３燃料回路についての燃料分割バイアス値は−１．００である。別の例として、ＴＴＲＦが２４００°Ｆで且つＩＧＶ角度が４８°であるとき、ＰＭ１燃料回路についての燃料分割バイアス値は−０．５０であり、またＰＭ３燃料回路についての燃料分割バイアス値は０．００である（すなわち、このような運転状態では、公称燃料分割スケジュールはＰＭ３回路について調節する必要はない）。勿論、当業者には、ＴＴＲＦ値及びＩＧＶ角度をより小さい増分で含んでいる一層詳しいルックアップ・テーブル（１つ又は複数）を作成できることを理解されたい。しかしながら、計算されたＴＴＲＦ及び測定されたＩＧＶ角度がルックアップ・テーブル（１つ又は複数）に記載されている値に対応していない場合、燃料分割バイアス値は、記載された値を線形補間することによって決定することができる。
【００３１】
更に、図３及び図４に示されているように、燃料分割バイアス値は、燃焼器１４の中へ流れる全燃料の変化百分率を構成する。従って、燃料分割バイアス値は、各燃料回路についての公称燃料分割百分率を調節するために単純に加算（又は、負の燃料分割バイアス値の場合には、減算）することができる。しかしながら、燃料分割バイアス値は全燃料の変化百分率に対応する必要はなく、一般的には、ガスタービンの運転状態を改善するためにガスタービンの公称燃料分割スケジュールを調節するために用いることのできる任意の値であってよいことを理解されたい。
【００３２】
代替実施形態では、燃料分割バイアス値を決定することを可能にするためにルックアップ・テーブル（１つ又は複数）の代わりに又はそれに加えて相関数学関数を用いることができる。詳しく述べると、公称燃料分割スケジュールを調節するためにベースとして用いられているＴＴＲＦ値及びバイアス・パラメータ測定値の両方に、各燃料回路についての燃料分割バイアス値を関係付ける一つの数式又は一連の数式を作成することができる。例えば、ＴＴＲＦ値及びＩＧＶ角度を入力変数として利用する相関数学関数を作成することができる。また、一実施形態では、この数学関数は制御装置１８にプログラムし、或いはその中に記憶させることができる。このような場合、制御装置１８は、特定の燃料回路について燃料分割バイアス値を決定するように、計算されたＴＴＲＦ値及び測定されたＩＧＶ角度を相関数学関数に自動的に入力することができる。代替の形態では、数学関数は、ガスタービンについての燃料分割バイアス値を現場で決定することができるように、パワー・プラント・オペレータ、保守要員などへ提供することができる。ここで、数学関数は、個別の現場試験、フリート実験、物理学を基礎とした分析的相関関係に基づいて、又は様々な他の適当な方法を用いて、作成することができることを理解されたい。
【００３３】
図２に戻って説明すると、段階２０８において、公称燃料分割スケジュールが少なくとも１つの燃料分割バイアス値に基づいて調節される。詳しく述べると、公称燃料分割スケジュールは、燃料分割バイアス値を決定するためのベースとして用いられているバイアス・パラメータ（１つ又は複数）の変化に対処するように調節することができる。例えば、一実施形態では、公称燃焼器燃料分割は、ガスタービン１０を部分負荷運転中に排出物規制内に維持するためにＩＧＶ２１が約５４度よりも大きい角度に設定されていると仮定して、スケジュールすることができる。しかしながら、所与のＴＴＲＦ値の場合、ガスタービンは、（図３及び図４に示されているように）約５４°から約４５°までのように、５４°よりも小さい角度で運転する能力を持つことができる。従って、公称燃料分割スケジュールは、このような運転パラメータ（１つ又は複数）の変化にも拘わらずガスタービンについて望ましい運転状態を維持するために調節することができる。
【００３４】
公称燃料分割スケジュールの一例が図５に示されている。図示のスケジュールは例示の目的で示されているに過ぎないこと、及び公称燃料分割スケジュールは一般にガスタービン毎に変わることを理解されたい。図示のように、ＰＭ１燃料回路及びＰＭ３燃料回路について様々なＴＴＲＦ値における公称燃料分割百分率が図表で表される。従って、例えば、２２００°ＦのＴＴＲＦにおいて、全燃料流量の１４％がＰＭ１回路を通って供給されるようにスケジュールされ、残りの燃料流量の７３％（全燃料流量の約６３％）がＰＭ３回路を通って供給されるようにスケジュールされる。燃料が３つの予混合燃料回路を介して燃焼器へ供給されていると仮定すると、全燃料流量の残り（約２３％）がＰＭ２回路を通って供給されることになる。更に、上述の一実施形態では、各燃料回路についての燃料分割バイアス値は、１つ以上のルックアップ・テーブルにおいて適切なＴＴＲＦ値及びＩＧＶ角度の所在場所を見付けることによって決定することができる。そこで、２２００°ＦのＴＴＲＦにおいて、ＩＧＶ角度が５１°であると仮定すると、ＰＭ１燃料回路についての燃料分割バイアス値は０．２５であり（図３）、またＰＭ３燃料回路についての燃料分割バイアス値は−１．００である（図４）。このように、燃料分割バイアス値が全燃料流量の変化百分率に対応する実施形態では、公称燃料分割スケジュールは、各公称燃料分割百分率に対応する燃料分割バイアス値を加算することによって調節することができる。従って、ＰＭ１燃料回路についての調節された燃料分割百分率は、１４％＋０．２５％、すなわち１４．２５％に等しくすることができる。同様に、ＰＭ３燃料回路についての調節された燃料分割百分率は、残りの燃料流量の７３％＋（−１．００％）、すなわち７２％に等しくすることができる。その場合、ＰＭ２燃料回路についての調節された燃料分割百分率は、燃料流量の残り（すなわち、全燃料流量の約２４％）になる。勿論、ガスタービンの様々な他のバイアス・パラメータに基づいた燃料分割バイアス値を利用して、公称燃料分割百分率に対して同様な調節を行うことができることを理解されたい。
【００３５】
またここで、本発明の代替実施形態では、公称燃料分割スケジュールを調節するためのベースとして複数のバイアス・パラメータを用いることができることも理解されたい。例えば、一実施形態では、公称燃料分割スケジュールは、ＩＧＶ角度及び二次バイアス・パラメータの両方を用いて調節又は補完することができる。このように実施形態では、燃料分割バイアス値は、計算されたＴＴＲＦとＩＧＶ角度及び二次バイアス・パラメータの両方についての測定された値とに基づいて決定することができる。例えば、ＩＧＶ角度及び二次バイアス・パラメータの両方を所望の燃料分割バイアス値に相関させる複数のルックアップ・テーブルを設けることができる。代替の形態では、各燃料回路について燃料分割バイアス値を決定できるようにＩＧＶ角度及び二次バイアス・パラメータを所望の燃料分割百分率に関係付ける１つ以上の相関数学関数を作成するすることができる。このような燃料分割バイアス値が決定された後、ＩＧＶ角度及び二次バイアス・パラメータの両方の変化に対処するように公称燃料分割スケジュールを調節することができる。
【００３６】
ここで更に、本発明の代替実施形態では、公称燃料分割スケジュールをバイアスするための基準パラメータの１つとしてＴＴＲＦの代わりにＴ３９パラメータ（燃焼器出口温度）を用いることができることを理解されたい。例えば、Ｔ３９パラメータは、タービン制御装置によって全負荷サイクル制御(All Load Cycle Control)又は他のモデル準拠の制御アプリケーションが利用されている実施形態で利用することができる。当業者には理解されるように、全負荷サイクル制御は、ガスタービン・サイクル・デッキ・モデルを使用してＴ３９の値を計算する一形式のモデル準拠の制御システムである。詳しく述べると、このサイクル・モデルは、スケジュール準拠の制御（すなわち、ＴＴＲＦに基づく分割）とは対照的に直接境界制御を実行する。
【００３７】
本発明の技術的効果は、ガスタービンの性能及び／又は運転を改善することである。詳しく述べると、公称燃料分割スケジュールを調節して様々なバイアス・パラメータ及び状態を考慮することによって、ガスタービンの性能及び／又は運転を改善することができる。例えば、燃料分割スケジュールの適切なバイアスにより、ＮＯｘ及びＣＯの排出を低減し、音響ダイナミクスを低減し、且つガスタービンについてのより低いターンダウン能力提供することができる。
【００３８】
本明細書は、最良の実施形態を含めて、本発明を開示するために、また当業者が任意の装置又はシステムを作成し使用し、任意の採用した方法を遂行すること含めて、本発明を実施することができるようにするために、複数の例を使用した。本発明の特許可能な範囲は「特許請求の範囲」の記載に定めており、また当業者に考えられる他の例を含み得る。このような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの記載から実質的に差異のない構造的要素を持つ場合、或いはそれらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に差異のない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３９】
１０  ガスタービン
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  タービン
１８  タービン制御システム
２０  入口ダクト
２１  入口案内翼（ＩＧＶ）
２２  排気ダクト
２４  発電機
２６  センサ
２７  アクチュエータ
２８  燃料制御装置
２９  ＩＧＶアクチュエータ
【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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