(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、高湿分空気利用ガスタービンプラントにおいて、加湿開始前後で、燃焼器のＮＯｘ生成及び火炎安定性の大きな条件変化に対して燃焼器を低ＮＯｘで、かつ安定に制御することにある。【解決手段】  本発明は、燃焼部の各々に供給される燃料の流量比率を加湿装置における圧縮空気への加湿状態に応じて制御する際に、加湿水量、加湿後の空気温度を入力として燃焼空気の湿分を評価し、この評価に基づいて燃焼部に供給する燃料比率を制御するものである。【選択図】図１
2012122422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼器で燃焼させ、該燃焼器からの燃焼ガスによってタービンが駆動される際に、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気が加湿装置からの噴霧水で加湿されるものであって、
前記燃焼器が個別に燃料が供給される複数の燃焼部を備え、該複数の燃焼部の各々に供給される燃料の流量割合が、前記加湿装置における圧縮空気への加湿状態に応じて制御されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
圧縮空気への加湿水量と加湿後の空気温度から燃焼空気の湿分を評価し、この評価に基づいて前記燃焼部に供給する燃料比率を制御することを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
前記複数の燃焼部の一部が、空気流に旋回成分を与える空気孔を備えて他の部分よりも保炎性に優れた燃焼部であり、この保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料比率を、前記燃焼空気の湿分の評価に基づいて制御することを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
【請求項３】
請求項２に記載のガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
燃焼空気の湿分増加に対して，前記保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料比率が増加することを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
【請求項４】
請求項２に記載のガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
燃焼空気の湿分増加に対して、前記保炎性に優れた燃焼部の温度が一定となるように、前記保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料比率を増加することを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
【請求項５】
請求項２に記載のガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
燃焼空気の湿分増加に対して、前記保炎性に優れた燃焼部の温度が上昇するように、前記保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料比率を増加することを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
【請求項６】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
圧縮空気への加湿水量に対して燃焼空気の湿分量は単調増加であって、かつ、加湿水量の増加にともなって燃焼空気の湿分上限量に燃焼空気の湿分量が漸近することから燃焼空気の湿分を評価し、前記燃焼部に供給する燃料比率を制御することを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
【請求項７】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
前記燃焼空気の湿分の評価は、前記加湿装置出口最大湿度と加湿装置噴霧水量から加湿装置出口湿度を演算して評価するものであることを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
【請求項８】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
前記燃焼空気の湿分の評価は、前記加湿装置出口水蒸気量を求め、この加湿装置出口水蒸気量から燃焼空気湿度を演算し、該燃焼空気湿度を前記加湿装置出口水蒸気量から評価するものであることを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
【請求項９】
吸気噴霧装置で水噴霧された空気を圧縮機で圧縮し、該圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼器で燃焼させ、該燃焼器からの燃焼ガスによってタービンが駆動される際に、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気が加湿装置からの噴霧水で加湿されるものであって、
前記燃焼器が個別に燃料が供給される複数の燃焼部を備え、該複数の燃焼部の各々に供給される燃料の流量割合が、前記加湿装置における圧縮空気への加湿状態に応じて制御されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
前記吸気噴霧装置での加湿水量、圧縮空気への加湿水量及び加湿後の空気温度から燃焼空気の湿分を評価し、この評価に基づいて前記燃焼部に供給する燃料比率を制御することを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
前記複数の燃焼部の一部が、空気流に旋回成分を与える空気孔を備えて他の部分よりも保炎性に優れた燃焼部であり、この保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料比率を、前記燃焼空気の湿分の評価に基づいて制御することを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
【請求項１１】
請求項９に記載のガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、
前記燃焼空気の湿分の評価は、前記加湿装置出口水蒸気量を求め、この加湿装置出口水蒸気量から燃焼空気湿度を演算し、該燃焼空気湿度を前記加湿装置出口水蒸気量から評価するものであることを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料制御方法。
【請求項１２】
空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて個別に燃料が供給されて燃焼させる複数の燃焼部を有する燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるタービンと、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を噴霧水で加湿する加湿装置と、前記燃焼器の複数の燃焼部の各々に供給される燃料の流量割合を、前記加湿装置における圧縮空気へ加湿状態に応じて制御する制御装置とを備えたガスタービンシステムにおいて、
前記制御装置は、圧縮空気への加湿水量と加湿後の空気温度から燃焼空気の湿分を評価し、この評価に基づいて前記燃焼部に供給する燃料比率を制御する手段を備えていることを特徴とするガスタービンシステム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のガスタービンシステムにおいて、
前記複数の燃焼部の一部が、空気流に旋回成分を与える空気孔を備えて他の部分よりも保炎性に優れた燃焼部であり、この保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料比率を、前記燃焼空気の湿分の評価に基づいて制御する手段を備えていることを特徴とするガスタービンシステム。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載のガスタービンシステムにおいて、
前記燃焼空気の湿分の評価に基づいて制御する手段は、予め定められた発電量増加率に従うように与えられた負荷指令と実際の発電量の差を求める減算器と、該減算器で求められた差に基づき燃料流量指令値を演算する燃料流量制御器と、加湿装置出口温度を入力として加湿装置出口最大湿度を演算する加湿装置出口最大湿度演算器と、該加湿装置出口最大湿度演算器で演算された加湿装置出口最大湿度と加湿装置噴霧量から加湿装置出口湿度を演算する加湿装置出口湿度演算装置と、前記加湿装置出口湿度を基に燃焼安定性確保に必要なＦ１バイアスを演算するＦ１バイアス演算器と、前記燃料流量制御器を入力値として、前記Ｆ１バイアス演算器からのＦ１バイアスを参照しながら各燃料流量比率を求める燃料流量比率設定器と、該燃料流量比率設定器で求めた各燃料流量比率及び前記成燃料流量制御器からの燃料流量指令値から各燃料系統の流量又は弁開度を制御して燃料流量制御弁とから成ることを特徴とするガスタービンシステム。
【請求項１５】
圧縮機と、該圧縮機の吸気部で吸込空気に水噴霧する吸気噴霧装置と、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて個別に燃料が供給されて燃焼させる複数の燃焼部を有する燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるタービンと、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を噴霧水で加湿する加湿装置と、前記燃焼器の複数の燃焼部の各々に供給される燃料の流量割合を、前記加湿装置における圧縮空気へ加湿状態に応じて制御する制御装置とを備えたガスタービンシステムにおいて、
前記制御装置は、前記吸気噴霧装置での加湿水量、圧縮空気への加湿水量及び加湿後の空気温度から燃焼空気の湿分を評価し、この評価に基づいて前記燃焼部に供給する燃料比率を制御する手段を備えていることを特徴とするガスタービンシステム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のガスタービンシステムにおいて、
前記複数の燃焼部の一部が、空気流に旋回成分を与える空気孔を備えて他の部分よりも保炎性に優れた燃焼部であり、この保炎性に優れた燃焼部に供給する燃料比率を、前記燃焼空気の湿分の評価に基づいて制御する手段を備えていることを特徴とするガスタービンシステム。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載のガスタービンシステムにおいて、
前記燃焼空気の湿分の評価に基づいて制御する手段は、予め定められた発電量増加率に従うように与えられた負荷指令と実際の発電量の差を求める減算器と、該減算器で求められた差に基づき燃料流量指令値を演算する燃料流量制御器と、加湿装置出口温度を入力として加湿装置出口最大湿度を演算する加湿装置出口最大湿度演算器と、該加湿装置出口最大湿度演算器で演算された加湿装置出口最大湿度と加湿装置噴霧量及び吸気噴霧装置噴霧水量から加湿装置出口湿度を演算する加湿装置出口湿度演算装置と、前記加湿装置出口湿度を基に燃焼安定性確保に必要なＦ１バイアスを演算するＦ１バイアス演算器と、前記燃料流量制御器を入力値として、前記Ｆ１バイアス演算器からのＦ１バイアスを参照しながら各燃料流量比率を求める燃料流量比率設定器と、該燃料流量比率設定器で求めた各燃料流量比率及び前記成燃料流量制御器からの燃料流量指令値から各燃料系統の流量又は弁開度を制御して燃料流量制御弁とから成ることを特徴とするガスタービンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービンシステム及びガスタービン燃焼器の燃料制御方法に係り、特に、ガスタービン作動流体に高湿分空気を利用したものに好適なガスタービンシステム及びガスタービン燃焼器の燃料制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン作動流体（空気）に湿分を添加して加湿し、この加湿空気によってガスタービン排ガスの持つ熱エネルギーを回収することで、出力及び発電効率の向上を図る高湿分空気を利用したガスタービン発電プラントにおいては、加湿開始の前後に、燃焼器の低ＮＯｘ性能を確保しつつ火炎の安定性を維持可能なように燃料を制御する必要があり、この燃料を制御する手段が、特許文献１に開示されている。
【０００３】
一般に、ガスタービン起動時の回転数上昇時には、圧縮機の吸込み空気流量や回転体の振動特性が変化するため、定格回転数到達後に比べると外乱により系が不安定になりやすい傾向がある。特に、高湿分空気利用のガスタービンプラントにおいては、回転数上昇途中に加湿を開始すると、ガスタービンに対して外乱を与えることになるため、起動時の安定性を確保するためには、定格回転数到達後の部分負荷状態で加湿を開始する方が望ましい。
【０００４】
燃焼器で発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）は、天然ガスや灯油、軽油等の窒素含有量の少ない燃料を用いる場合、空気中の窒素が酸化されて発生するサーマルＮＯｘが大部分である。サーマルＮＯｘの生成は、温度依存性が高いため、一般には、これらの燃料を使用するガスタービンでは、火炎温度の低減が低ＮＯｘ燃焼法の基本思想である。
【０００５】
この火炎温度を低減する方策として、燃料と空気を予め混合した後に燃焼させる予混合燃焼が知られている。また、高湿分空気利用のガスタービンプラントのように、再生器により燃焼空気が高温化されている場合には、燃料の自発火を防止しつつ火炎温度を適度に制御して低ＮＯｘ化を図る必要があり、特許文献１に開示されている、燃料と空気を多数の小径の同軸噴流として燃焼室に噴出する方法が有効である。
【０００６】
このような低ＮＯｘ燃焼器において、低ＮＯｘ性能と火炎の安定性を両立させるためには、燃料流量と空気流量の比である燃空比を所定の範囲に調節することが肝要である。
【０００７】
特許文献２には、ガスタービンの運用にともなう圧縮機の入口案内弁の開度変化、大気温度変化、大気圧力変化に起因する空気流量の変化、燃料温度及び燃料発熱量変化に起因する燃料流量の変化を対象に、燃料流量と空気流量の比を調整する手段が開示されている。
【０００８】
特許文献３には、吸気噴霧によって圧縮機の吸込空気を冷却し圧縮動力を低減するガスタービンシステムにおいて、大気吸込空気の湿度及び吸気噴霧水量に応じて燃料流量を増減させる手段が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１７５０９８号公報
【特許文献２】特開平７−１８９７４３号公報
【特許文献３】特開平１１−７２０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
高湿分空気利用のガスタービンプラントで加湿が開始されると、燃焼器においては、燃焼空気の湿分が増加するため、燃焼熱が湿分に奪われて火炎温度が低下し、ＮＯｘ発生量は減少する。また、湿分の添加によって、タービン作動流体の流量が増加するため、回転数を一定に保持するために燃料流量が減少する。また、燃料流量の減少は火炎温度を低下させ，ＮＯｘ発生量が減少する。さらに火炎温度が低下することで再生器での回収熱量が減少するため、燃焼空気温度が低下する。燃焼空気温度の低下は火炎温度を低下させ、ＮＯｘ発生量が減少する。
【００１１】
このように加湿が開始されることよって、(１)湿分の増加、(２)燃料流量の減少、(３)空気温度の低下が同時に進行して火炎温度が低下するため、ＮＯｘ発生量は減少するが，燃焼安定性は悪くなる。
【００１２】
予め加湿を考慮して燃焼空気流量を低めに設定すれば、高湿分条件で火炎の吹き消えが生じないようにすることができる。
【００１３】
しかしながら、燃焼器空気配分が設定された燃焼器では、加湿開始前には、上記とは逆に火炎温度が高くなるため、火炎の安定性は確保されるがＮＯｘ発生量は増加する傾向がある。
【００１４】
即ち、高湿分空気利用のガスタービンプラントにおいては、加湿開始前後で、燃焼器のＮＯｘ生成及び火炎安定性に対して大きな条件変化が生ずる。また、加湿開始後に弁制御やその系の体積等によって、ガスタービン増負荷時には、燃焼空気に実際に湿分が添加されるまでに遅れが生じると考えられる。ガスタービンの負荷を下げる時には、同様の理由によって、燃焼空気の湿度が低下するまでに遅れが生じると考えられる。このような条件変化に対しても燃焼器を低ＮＯｘで安定に燃焼する制御手段が求められる。
【００１５】
そこで、特許文献１に開示されているように、個別に燃料が供給される複数の燃焼部を備えた燃焼器の一部の燃焼部を、他の燃焼部よりも保炎性に優れた燃焼部（空気流に旋回成分を与える空気孔を備えた燃焼部）で構成し、加湿開始後の所定の間、保炎性に優れた燃焼部における燃焼温度が、加湿開始前の燃焼温度以上となるように、保炎性に優れた燃焼部に供給される燃料の比率を大きく設定して燃料を制御することによって、加湿後の燃焼安定性を確保することができる。
【００１６】
このような湿度の変化に対して、上述した特許文献２に開示されているような手段を適用して燃焼の安定性を確保する場合には、燃焼空気中の湿分を計測し、その値をもとに燃料流量割合を制御することが考えられる。
【００１７】
そこで、湿度センサーを用いて燃焼空気の湿分を計測することを考えてみる。燃料空気中の湿分を計測する際に、湿分の計測位置を考えると、第一には、加湿装置出口における湿分計測が考えられる。しかし、加湿装置出口の空気は、露点に近いため、湿度センサーによる計測では、測定精度が期待できないという課題がある。第二には、再生器の出口における湿分計測が考えられる。しかし、再生器出口の空気は、４５０℃以上と高温であるため、湿度センサーに高い耐熱性が要求される。
【００１８】
次に、湿度センサーに求められる性能について考えてみる。空気中の湿分変化により燃焼状態は時々刻々と変化する。そのため、湿度センサーには、高い応答性で空気中の湿分を計測し、燃料流量割合を制御して安定燃焼を維持することが求められる。
【００１９】
このように、湿度センサーによって空気中の湿分を計測して燃焼制御し、安定燃焼させるには課題が多い。
【００２０】
特許文献３には、圧縮機の吸込空気を吸気噴霧装置によって冷却し、圧縮動力を低減するガスタービンシステムにおいて、大気湿度及び吸気噴霧水量の変化による燃焼空気湿度の変化に対して、安定燃焼させる手段が開示されている。
【００２１】
しかしながら、高湿分空気利用のガスタービンでは、圧縮機の下流に加湿装置を備えているため、圧縮機の吸気噴霧だけでなく、加湿装置の加湿量によって燃焼空気湿度が大きく変化する。また、吸気噴霧装置の作動条件によって圧縮機吐出空気の温度及び湿度が変化すると、それに合わせて加湿装置での加湿量も変化すると考えられる。
【００２２】
高湿分空気利用のガスタービン燃焼器で安定燃焼させるためには、圧縮機の吸気噴霧による湿分変化と加湿装置での湿分変化の両方を考えて燃料流量を制御する必要がある。
【００２３】
従って、高湿分空気利用のガスタービンプラントにおいては、加湿開始後に燃焼器のＮＯｘ生成及び燃焼安定性に大きな条件変化が生じる燃焼空気中の湿分変化に対して、低ＮＯｘと安定燃焼が両立する燃焼器の燃料流量制御手段の仕方が求められる。
【００２４】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、加湿開始前後の燃焼安定性を損なうことなく、信頼性の高いガスタービン及びガスタービン燃焼器の燃焼制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明のガスタービン燃焼器の燃料制御方法は、上記目的を達成するために、圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて燃料を燃焼器で燃焼させ、該燃焼器からの燃焼ガスによってタービンが駆動される際に、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気が加湿装置からの噴霧水で加湿されるものであって、前記燃焼器が個別に燃料が供給される複数の燃焼部を備え、該複数の燃焼部の各々に供給される燃料の流量割合が、前記加湿装置における圧縮空気への加湿状態に応じて制御されるガスタービン燃焼器の燃料制御方法において、圧縮空気への加湿水量と加湿後の空気温度から燃焼空気の湿分を評価し、この評価に基づいて前記燃焼部に供給する燃料比率を制御することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明のガスタービンシステムは、空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された圧縮空気を用いて個別に燃料が供給されて燃焼させる複数の燃焼部を有する燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスによって駆動されるタービンと、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を噴霧水で加湿する加湿装置と、前記燃焼器の複数の燃焼部の各々に供給される燃料の流量割合を、前記加湿装置における圧縮空気へ加湿状態に応じて制御する制御装置とを備えたガスタービンシステムにおいて、前記制御装置は、圧縮空気への加湿水量と加湿後の空気温度から燃焼空気の湿分を評価し、この評価に基づいて前記燃焼部に供給する燃料比率を制御する手段を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、加湿開始前後で燃焼安定性を損なうことなく、高い信頼性を備えて運用することができるガスタービンシステム及びガスタービン燃焼器の燃料制御方法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のガスタービンシステムの第１及び第２の実施の形態を示す構成図である。
【図２（ａ）】本発明のガスタービンシステムの第１の実施の形態に係る燃焼器の燃料ノズル部分の部分断面図である。
【図２（ｂ）】図２（ａ）のＡ部詳細図である。
【図３（ａ）】本発明のガスタービンシステムの第１の実施の形態に係る燃焼器の燃料ノズル部分を示し、図２（ａ）を右方向から見た図である。
【図３（ｂ）】図３（ａ）における空気孔の詳細図である。
【図４】本発明のガスタービンシステムの第１の実施の形態に係る運転方法の一例を示す図である。
【図５】本発明のガスタービンシステムの第１の実施の形態に係る運転方法の一例を示す図である（図４の続き）。
【図６】本発明のガスタービンシステムの第１の実施の形態に係る加湿装置噴霧水量と加湿装置出口湿度の関係を示す特性図である。
【図７】本発明のガスタービンシステムの第１の実施の形態に係る加湿装置噴霧水量と加湿装置出口湿度の関係を示す特性図（近似線図）である。
【図８】本発明のガスタービンシステムの第１の実施の形態に採用される制御装置の一例を示すブロック図である。
【図９】本発明のガスタービンシステムの第２の実施の形態に係る運転方法の一例を示す図である。
【図１０】本発明のガスタービンシステムの第２の実施の形態に係る加湿装置噴霧水量と加湿装置出口水蒸気量の関係を示す特性図である。
【図１１】本発明のガスタービンシステムの第２の実施の形態に採用される制御装置の一例を示す図である。
【図１２】本発明のガスタービンシステムの第３及び第４の実施の形態を示す構成図である。
【図１３】本発明のガスタービンシステムの第３の実施の形態に係る運転方法の一例を示す図である。
【図１４】本発明のガスタービンシステムの第３の実施の形態に係る運転方法の一例を示す図である（図１３の続き）。
【図１５】本発明のガスタービンシステムの第３の実施の形態に係る加湿装置噴霧水量と加湿装置出口湿度の関係を示す特性図である。
【図１６】本発明のガスタービンシステムの第３の実施の形態に採用される制御装置の一例を示すブロック図である。
【図１７】本発明のガスタービンシステムの第４の実施の形態に係る運転方法の一例を示す図である。
【図１８】本発明のガスタービンシステムの第４の実施の形態に係る加湿装置噴霧水量と加湿装置出口水蒸気量の関係を示す特性図である。
【図１９】本発明のガスタービンシステムの第４の実施の形態に採用される制御装置の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（１）第１の実施の形態
以下、図面を用いて本発明の第１の実施の形態である高湿分空気利用ガスタービンシステムについて説明する。
【００３０】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る高湿分空気利用ガスタービンシステムの全体構成を示すものである。
【００３１】
該図に示す如く、発電用の高湿分空気利用ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機１と、この圧縮機１で圧縮された圧縮空気を用いて燃焼させる燃焼器２と、燃焼器２からの燃焼ガスによって駆動されるタービン３と、前記圧縮機１で圧縮された圧縮空気を噴霧水で加湿する加湿装置４と、この加湿装置４で湿分を添加された加湿空気１０４とガスタービン排気ガス１０７（タービン出口低圧燃焼ガス）との熱交換により加熱し、加熱された高温高湿分空気１０５を燃焼器ケーシング６へと注入される再生器５とから概略構成され、タービン３の出力により発電機２０を回転させ電力を得るものである。
【００３２】
燃焼器２は、燃焼器ケーシング６及び燃焼器カバー７内に格納され、燃焼器２の上流端中央には燃料ノズル８が設置され、その下流には、燃焼空気と燃焼ガスを隔てる概略円筒状の燃焼器ライナ９が設置されている。
【００３３】
圧縮機１の入口から吸気されたガスタービン吸込空気１００（大気圧）は、圧縮機１で圧縮され、この圧縮された高圧空気１０２は、トランジションピース１１とトランジションピースフロースリーブ１２との間隙を流れてトランジションピース１１を対流冷却し、加湿前高温空気１０３となる。加湿前高温空気１０３は、加湿装置４に供給されて湿分が添加され、加湿空気１０４となる。加湿装置４は、スプレイ水の噴霧により空気を加湿する。加湿装置４で加湿された加湿空気１０４は、蒸気飽和条件以下（相対湿度１００％以下）である。
【００３４】
高湿分空気利用ガスタービンの運転状態を監視するために、加湿装置４の出口には、加湿装置出口温度を計測する温度計５００を設置する。
【００３５】
加湿装置４で湿分を添加された加湿空気１０４は、再生器５に導かれ、ガスタービン排気ガス１０７（タービン出口低圧燃焼ガス）との熱交換により加熱される。加熱された加湿空気１０４は、高温高湿分空気１０５となって燃焼器ケーシング６へと注入される。燃焼器ケーシング６内での高温高湿分空気１０５は、燃焼器ライナ９の外側の概して環状の空間を通って燃焼器２の頭部へ向かって流れ、途中、燃焼器ライナ９の対流冷却に使用される。
【００３６】
高温高湿分空気１０５の一部の空気は、燃焼器ライナ９に設けられた冷却孔（図示せず）から燃焼器ライナ９内へ流入し、燃焼器ライナ９のフィルム冷却に使用される。残りの高温高湿分空気１０５（図２（ｂ）の空気噴流３６に相当）は、後述する空気孔３２から燃焼器ライナ９内に流入し、燃料ノズル３１から噴出される燃料とともに燃焼に使用され、高温の燃焼ガス１０６となってタービン３へと送られる。タービン３を出たタービン出口低圧燃焼ガス１０７は、再生器５で熱回収されて再生器出口低圧燃焼ガス１０８となって、排気塔２２から排気ガス１０９として排気する。
【００３７】
タービン３で得られた駆動力は、シャフト２１を通じて圧縮機１及び発電機２０に伝えられ、駆動力の一部は、圧縮機１における空気の圧縮動力となり、残りの駆動力は発電機２０で電力に変換される。
【００３８】
高湿分空気利用ガスタービン発電プラントの出力である発電量ＭＷは、燃料流量調整弁２１１〜２１４の開閉により制御され、加湿装置４で空気を加湿するための水量は、加湿装置噴霧水量制御弁３１１で制御される。これらは、後述するが、いずれも制御装置６００からの指令を受けて開閉制御されるものである。
【００３９】
図２（ａ）は、本実施例で用いる燃料ノズル８の構造を示したものである。該図に示す如く、燃焼器カバー７の燃料ノズルヘッダ３０に多数の燃料ノズル３１が取り付けられており、その１本１本に対応した空気孔３２を備えた空気孔プレート３３が、サポート３４を介して燃焼器カバー７に取り付けられた構造となっている。
【００４０】
そして、一対の燃料ノズル３１と空気孔３２はほぼ同心状に配設されており、図２（ｂ）に示すように、中央に燃料噴流３５、その周囲に空気噴流３６の同軸噴流が多数形成される。この同軸噴流構造によって、空気孔３２内では、燃料と空気は未混合であるため、高湿分空気利用ガスタービンのように、燃焼空気が高温であっても、燃料の自発火は発生せず、空気孔プレート３３が溶損するようなことはなく、信頼性の高い燃焼器とすることができる。
【００４１】
また、このような小さな同軸噴流を多数形成することにより、燃料と空気の界面が増加し混合が促進するため，ＮＯｘの発生量を抑制することができる。
【００４２】
図３（ａ）は、空気孔プレート３３を燃焼器下流側（図２（ａ）の右方向）から見た図である。
【００４３】
該図に示す如く、本実施例においては、多数の空気孔（及び図示しないが空気孔と対を成す燃料ノズル）は、同心状に８列配置されている。また、中心から４列（第１列〜第４列）が第１群（Ｆ１）、第５列が第２群（Ｆ２）、その外側の２列（第６，７列）が第３群（Ｆ３）、最外周（第８列）が第４群（Ｆ４）と群分けされており、図２（ａ）に示したように、第１群（Ｆ１）〜第４群（Ｆ４）それぞれの群ごとに、燃料ノズルヘッダ３０に設けたフランジ５１〜５４を通して燃料が供給される。
【００４４】
このような燃料系統の群分け構造によって、ガスタービンの燃料流量変化に対し燃料供給する燃料ノズルの本数を段階的に変化させる燃料ステージングが可能となり、ガスタービン部分負荷運転時の燃焼安定性の確保と低ＮＯｘ化が可能となる。
【００４５】
更に、中央の４列（Ｆ１）の空気孔は、ピッチ円接線方向に角度（図３（ｂ）中のα°）を持った斜め穴とすることで、空気流全体に旋回をかけ、生じる循環流によって火炎を安定化させている。Ｆ１の周囲のＦ２〜Ｆ４は、中央のＦ１バーナの燃焼熱によって火炎を安定化する。
【００４６】
高湿分空気利用ガスタービンにおいて加湿が開始され、燃焼空気の湿分が増加する際には、Ｆ１バーナに供給する燃料流量を増加させ、局所的に高温な部分を設けることで、Ｆ１火炎の燃焼安定性が向上する。Ｆ１燃料の増加分だけＦ２以降のバーナの燃料流量は減少するが、これらの火炎は、Ｆ１バーナの燃焼熱によって火炎が安定化されているため、バーナ全体としては燃焼安定性が確保される。
【００４７】
この燃焼器の運転方法について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４の横軸は起動開始からの時刻、縦軸は上から回転数、発電量、空気流量、加湿装置噴霧水量５０１、加湿装置出口湿度，加湿装置出口温度５００を示したものである。また、図５の横軸は図４に同じく起動開始からの時刻、縦軸は上から燃焼温度、燃料流量、Ｆ１〜Ｆ４各系統の個別燃料流量を示したものである。
【００４８】
両図において、期間ａは、起動から定格回転数に達するまでの回転数昇速期間、期間ｂは、ガスタービン起動中の増負荷期間、期間ｃは、起動終了後の負荷追従運転期間を示す。増負荷期間ｂは、無加湿期間ｂ１、加湿量変化期間ｂ２、加湿量一定期間ｂ３に分かれる。
【００４９】
まず、燃料流量が比較的少ない着火及び昇速時は、中央のＦ１のみで運転（即ち、燃料系統２０１のみに燃料を供給）し、定格回転数無負荷条件付近まで昇速する。このＦ１単独燃焼を今後の説明では１／４モードと呼ぶ。
【００５０】
次に、それ以降の負荷上昇過程（期間ｂ）では、 Ｆ１の外周のＦ２に燃料を投入して、Ｆ１＋Ｆ２で運転する。即ち、燃料系統２０１及び２０２に燃料を供給し，流量制御弁２１１および２１２により各燃料流量を制御する。このときを２／４モードと呼ぶ。
【００５１】
次に，Ｆ２の周囲の燃料系統２０３に燃料を供給し、Ｆ３に着火した状態を３／４モードと呼ぶ。
【００５２】
ここまでの過程では、加湿装置４において、空気に湿分は添加されていない（期間ｂ１）。この間の燃料流量増加は、ガスタービンの起動計画に定められた負荷上昇率に従ってガスタービン発電量が増加するように、制御装置６００からの指令に基づき流量制御弁２１１、２１２及び２１３によって燃料流量が制御される。また、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の各系統の燃料流量配分は、燃焼が安定し、かつ生成するＮＯｘ発生量が最小となるように定められた比率で供給する。
【００５３】
本実施例においては、この３／４モードで、加湿装置４においての空気の加湿を開始する。制御装置６００からの加湿開始指令により、加湿装置噴霧水量制御弁３１１が開き、開度に応じた流量の給水が加湿装置４へと注水され（期間ｂ２）、水量が所定の値となるよう調整される（期間ｂ２〜ｂ３）。
【００５４】
このとき、ガスタービンの起動計画に定められた負荷上昇率に従ってガスタービン発電量が増加するように、燃料流量が制御される。そのうちのＦ１燃料は、燃焼安定性の確保に重要な役割を担うため、加湿開始後は、全燃料流量に対するＦ１流量の比率を加湿開始前に対して高く設定する。
【００５５】
燃焼安定性の確保に最適なＦ１流量の比率の決定には、Ｆ１燃焼温度による判断が有効である。燃焼温度は、燃焼空気温度、燃焼空気湿度（燃焼空気湿度は、加湿装置出口湿度Hmh,exit）、燃料流量と空気流量の比（燃空比）から計算できる。
【００５６】
燃焼温度の計算に必要なこれらの諸量のうち、燃焼空気湿度は、前述のように、湿度センサーによるリアルタイム直接計測が難しいという課題がある。
【００５７】
そこで、加湿装置噴霧水量Gwh,spから加湿装置出口湿度Hmh,exitを評価することを考える。
【００５８】
湿度センサーによる湿度計測に比して、加湿装置噴霧水量Gwh,spの計測は、高速、かつ高精度の計測が容易である。従って、加湿装置噴霧水量Gwh,spから加湿装置出口湿度Hmh,exitが一対一で評価できれば、加湿装置出口湿度Hmh,exitのリアルタイム評価が可能となる。
【００５９】
加湿装置４の滞留時間が十分に確保される場合、加湿装置噴霧水量Gwh,spが少量の間は、空気は、水蒸気飽和条件から離れているため加湿されやすいが、噴霧水量Gwh,spが多量になると、水蒸気飽和状態に近づくため空気は加湿されにくくなると考えられる。
【００６０】
つまり、噴霧水量Gwh,spを無限大とすると、加湿装置出口湿度Hmh,exitは、加湿装置出口最大湿度Hmh,maxに漸近すると考えられる。理想的な条件下では、加湿装置出口最大湿度Hmh,maxは、加湿装置出口温度５００における飽和湿度Hmh,satである。
【００６１】
この加湿装置噴霧水量Gwh,spと加湿装置出口湿度Hmh,exitの関係を示したのが図６である。図６に示した関係は、データベース化した実測値あるいは加湿を模擬した計算式によって求めることができる。
【００６２】
図６では、加湿装置噴霧水量Gwh,spに対して加湿装置出口湿度Hmh,exitが連続となっている。図７のように、数点について加湿装置噴霧水量Gwh,spに対する加湿装置出口湿度Hmh,exitの値を求めて、それらを直線で結んで近似することもできる。
【００６３】
図６又は図７の燃焼空気湿度を使えば、燃焼空気温度、燃空比から燃焼温度が計算できる。保炎性を強化したＦ１について燃焼温度を計算し、安定燃焼に必要なＦ１燃焼温度を比較すれば、安定燃焼に必要なＦ１流量が求まる。
【００６４】
本実施例の湿度算出方法は、加湿装置噴霧水量３０１が一定量である期間（図４の期間ｂ３）だけでなく、加湿装置給水量３０１が変化する期間（図４の期間ｂ２）においても有効である。従って、加湿装置噴霧水量３０１の変化による燃焼空気の過渡的な湿度変化に対しても、適切なＦ１流量設定によって燃焼安定性を確保できる。
【００６５】
発電量又はタービン排ガス温度が所定の量に達した時点で、高湿分空気利用ガスタービンの起動が完了し、その後は、負荷の増減に合わせて燃料流量が増減することで負荷追従する（期間ｃ）。
【００６６】
高負荷運転時においては、主として最外周のＦ４の燃料流量を増減させて対応する。このときＦ４燃料と空気の混合気は、Ｆ１〜Ｆ３までの燃焼ガスと混合して高温になるため、燃料の酸化反応が緩慢に進行し、高い燃焼効率を得ることができる。また、燃焼完結後の温度を、ＮＯｘ生成が顕著となる温度以下になるよう空気配分が設定されているため、Ｆ４からのＮＯｘ発生をほとんどゼロとする燃焼が可能となる。また、投入したＦ４燃料がごくわずかでも反応が完結するため、連続的な燃料切り換えが可能となり、運用性が向上する。
【００６７】
本実施例に用いられる制御装置６００の制御図の一例を図８に示す。該図に示す如く、予め定められた発電量増加率に従うように与えられた負荷指令ＭＷＤと実際の発電量ＭＷの差を減算器４０１で求め、燃料流量制御器４０２で燃料流量指令値４１０を演算する。燃料流量指令値４１０は、燃料流量比率設定器４０３の入力となる。
【００６８】
一方、加湿装置出口湿度演算器４０４は、加湿装置出口温度５００を入力として、加湿装置最大湿度演算器４０８において演算する加湿装置出口最大湿度Hmh,maxと、加湿装置噴霧水量Gwh,spから加湿装置出口湿度Hmh,exitを演算する。加湿装置出口湿度Hmh,exitは、Ｆ１ バイアス演算器４０５の入力となる。Ｆ１バイアス演算器４０５は、加湿装置出口湿度Hmh,exitを基に、燃焼安定性の確保に必要なＦ１バイアス４１５を演算する。
【００６９】
燃焼安定性を維持するには、以下の方法がある。第一には、加湿装置出口湿度Hmh,exitの増加に対して、Ｆ１バイアス４１５を増加させることである。湿度増加量にＦ１バイアス増加量を追随させることで、安定燃焼させることができる。第二には、加湿装置出口湿度Hmh,exitの変化に対して、Ｆ１燃焼温度が一定となるように、Ｆ１バイアス４１５を増加させることである。湿度変化によらず、Ｆ１の燃焼温度が同等となるように、湿度増加量に合わせてＦ１燃料流量を増加させるように、Ｆ１バイアス量を設定することで、安定燃焼と低ＮＯｘ燃焼の両立が可能となる。第三には、加湿装置出口湿度Hmh,exitの増加に対して、Ｆ１燃焼温度が高くなるようにＦ１バイアス４１５を増加させることである。燃焼条件によっては、湿度が増加すると燃焼安定性が低下すると考えられる。湿度増加に合わせて、Ｆ１燃焼温度が上昇するようにＦ１バイアス量を設定することで、湿度変化に対して燃焼安定性を高めることができて、信頼性がさらに向上する。
【００７０】
燃料流量比率設定器４０３は、燃料流量指令値４１０を入力値として、Ｆ１バイアス４１５の値を参照しながらＦ１〜Ｆ４の各燃料流量比率（４１１〜４１４）を求める。
【００７１】
実燃料流量制御器４０６では、Ｆ１〜Ｆ４の各燃料流量比率（４１１〜４１４）及び燃料流量指令値４１０から、Ｆ１〜Ｆ４各燃料系統の流量又は弁開度を出力して、燃料流量制御弁２１１〜２１４を制御する。
【００７２】
かくして、図８に示した構成の燃料制御装置によって、図５の実線で示したＦ１バイアス量が実現できる。尚、図５において、点線は、本実施例によるＦ１バイアス量を適用しない場合の流量である。
【００７３】
また、弁制御や系が保有する体積によって、加湿開始後に実際に燃焼空気に湿分が添加されるまでには、時間遅れが生ずると考えられる。その時は、燃焼空気湿度に対して、一次遅れを考慮して実際の燃焼空気湿度を推算すれば、低ＮＯｘ化と安定燃焼を両立できる。ガスタービン降負荷時には、配管等の系が保有する体積によって、燃焼空気湿度が加湿装置４での加湿装置供噴霧水量３０１に追従するまでに遅れが生じると考えられ，特に有効である。
【００７４】
更に、何らかの事情によって噴霧装置４への噴霧水供給量が急に減少あるいは噴霧水供給が停止した場合には、燃焼空気湿度が急激に低下するためＦ１燃焼温度が高くなりすぎる可能性がある。
【００７５】
しかし、本実施例によれば、燃焼空気湿度の変動を検知できるため、Ｆ１燃焼温度の急上昇を回避できてガスタービンの信頼性が向上する。
（２）第２の実施の形態
図９は、本発明の第２の実施の形態について示した図であり、第１の実施例における図４に相当する。高湿分ガスタービンシステムの構成は、本発明の第１の実施の形態について示した図１と同じである。
【００７６】
本実施例が第１の実施の形態と異なる点は、加湿装置出口湿度を直接評価するのではなく、まず加湿装置出口水蒸気量Gvh,exitを求め、そして、加湿装置出口水蒸気量Gvh,exitから燃焼空気湿度を計算する。加湿装置出口湿度を加湿装置出口水蒸気量Gvh,exitから評価することによって、高精度に加湿装置出口湿度Hmh,exitを評価できる。
【００７７】
図１０は、加湿装置噴霧水量Gwh,spと加湿装置出口水蒸気量Gvh,exitとの関係を示したものである。
【００７８】
本発明の第１の実施の形態では、加湿装置噴霧水量Gwh,spが増加すると、加湿装置出口湿度Hmh,exitは、加湿装置出口最大湿度Hmh,maxに漸近した。同じように、本実施例では、加湿装置噴霧水量Gwh,spが増加すると、加湿装置出口水蒸気量Gvh,exitは、加湿装置出口最大水蒸気量Gvh,maxに漸近すると考える。ここで、理想的な条件での加湿装置出口最大水蒸気量Gvh,maxは、加湿装置出口流量及び温度に対する飽和水蒸気量Gvh,satとなる。
【００７９】
例えば、加湿装置出口水蒸気量Gvh,exitは、加湿装置出口最大水蒸気量Gvh,maxに比例し、単位量と、加湿装置噴霧水量Gwh,spと負の比例定数を乗じた値を変数とする指数関数値との差に比例するような関数で与えられる。具体的には、加湿装置噴霧水量Gwh,spと加湿装置出口水蒸気量Gvh,exitとの関係は、式（１）のような形で表される。
【００８０】
Gvh,exit＝Gvh,max(１−exp(−C・Gwh,sp))          ・・・（１）
ここで、Cは定数である。
【００８１】
図１１は，本実施例の制御装置６００の一例である。該図に示す如く、加湿装置出口水蒸気量演算器４０７は、加湿装置出口温度５００を入力として、加湿装置最大水蒸気量演算器４０９において演算する加湿装置出口最大水蒸気量Gvh,maxと、加湿装置噴霧水量Gwh,spから加湿装置出口水蒸気量Gvh,exitを演算する。演算した加湿装置出口水蒸気量Gvh,exitは、加湿装置出口湿度演算器４０４の入力となる。他は，本発明の第１の実施の形態である図８と同じである。
【００８２】
かくして、本発明の第１の実施例と同じく、時々刻々と変化する燃焼空気湿度に対して、安定燃焼に必要なＦ１バイアス量を求めることができ、また、本発明の第１の実施の形態に対して、より精度良く燃焼器に流入する燃焼空気の湿度を評価することができるため、本発明の第１の実施の形態に対し、より正確に低ＮＯｘと安定燃焼を両立する信頼性の高い運用が実現できる。
（３）第３の実施の形態
図１２は、本発明の第３の実施の形態について示した図であり、第１の実施例における図１に対応する。
【００８３】
本実施例が第１の実施の形態と異なる点は、ガスタービン吸込空気１００に対して、吸気噴霧装置２３で水を噴霧して水噴霧後の吸込空気１０１として圧縮機１で圧縮することである。吸込空気に吸気噴霧装置２３で水を噴霧することによって、圧縮機１の圧縮動力を大幅に低減できる。
【００８４】
本実施例で、加湿前高温空気１０３は、第１の実施の形態と違って吸気噴霧装置２３で加湿された状態で加湿装置４に流入する。従って、加湿前高温空気１０３が既に加湿されている場合において、加湿装置噴霧水３０１の流量に対して、加湿空気１０４の湿度がどのように変化するかを捉える必要がある。
【００８５】
図１２に示した高湿分空気利用ガスタービンシステムの燃焼器の運転方法について図１３及び図１４を参照しながら説明する。
【００８６】
図１３の横軸は、図４と同じく起動開始からの時刻、縦軸は上から回転数、発電量、空気流量、水量（加湿装置噴霧水量３０１と圧縮機吸気噴霧水量３００）、加湿装置出口湿度、加湿装置出口温度５００を示したものである。また、図１３の横軸は、図４に同じく起動開始からの時刻、縦軸は上から燃焼温度、燃料流量、Ｆ１〜Ｆ４各系統の個別燃料流量を示したものである。
【００８７】
図１３及び図１４において、期間ａは起動から定格回転数に達するまでの回転数昇速期間、期間ｂはガスタービン起動中の増負荷期間、期間ｃは起動終了後の負荷追従運転期間を示す。増負荷期間ｂは無加湿期間ｂ１、加湿装置４加湿量変化期間ｂ２、加湿装置４加湿量一定期間ｂ３、吸気噴霧装置２３の噴霧水量変化期間ｂ４、吸気噴霧装置２３の噴霧水量一定期間ｂ５に分かれる。
【００８８】
加湿装置４で加湿を開始して加湿量が一定となるまでの期間（図４の期間ｂ１〜ｂ３）は、本発明の第１の実施の形態に同じである。
【００８９】
本実施例では、加湿装置４での加湿量が一定となった後、吸気噴霧装置２３において吸気噴霧を開始する。制御装置６００からの吸気噴霧開始指令により吸気噴霧水量制御弁３１０が開き、開度に応じた流量の給水が吸気噴霧装置２３に供給されて吸気噴霧水量は段階的に増加し（期間ｂ４）、噴霧水量が所定の値となるよう調整される（期間ｂ４〜ｂ５）。
【００９０】
湿度変化に対して、Ｆ１流量の比率を高めてＦ１燃焼温度を高くし安定燃焼させる方式は本発明の第１の実施の形態に同じである。
【００９１】
本実施例でも、加湿装置噴霧水量Gwh,spと加湿装置出口湿度Hmh,exitとの間には、本発明の第１の実施の形態と同じく、図６と類似の関係が成立する。
【００９２】
本実施例における加湿装置噴霧水量Gwh,spと加湿装置出口湿度Hmh,exitとの関係を図１５の点線で示す。図１５での実線は、本発明の第１の実施の形態に係る図６と同じである。
【００９３】
本実施例は、吸気噴霧装置２３によって加湿前高温空気１０３が加湿されているため、加湿装置噴霧水量Gwh,sp＝０のとき、図１５の点線で示すように、加湿装置出口湿度Hmh,exitはゼロとならない。即ち、加湿装置噴霧水量Gwh,sp＝０のときの加湿装置出口湿度Hmh,exitは、圧縮機出口湿度Hmc,exitに等しい。ここで、圧縮機出口湿度Hmc,exitは、吸気噴霧装置２３を含めた圧縮機１吸気部から圧縮機１吐出部までの加湿による湿度変化である。
【００９４】
図１５の関係は、図６と同じように、データベース化した実測値あるいは加湿を模擬した計算式によって求めることができる。
【００９５】
本実施例の制御装置６００の一例を図１６に示す。制御装置の構成は、本発明の第１の実施の形態の図８と基本的に同じであるので、以下では、第１の実施の形態と異なる部分を説明する。
【００９６】
吸気噴霧装置２３を圧縮機１の上流に備える高湿分ガスタービンシステムでは、吸気噴霧装置２３の運転状態、即ち吸気噴霧水量Gwc,wacによって圧縮機出口湿度Hmc,exitが変化する。本実施例において、加湿装置出口湿度演算器４０４は、加湿装置出口温度５００から加湿装置最大湿度演算器４０８において演算する加湿装置出口最大湿度Hmh,maxと、加湿装置噴霧水量Gwh,spと吸気噴霧装置噴霧水量Gwc,wacから加湿装置出口湿度Hmh,exitを演算することで，この圧縮機出口湿度Hmc,exitの変動に対応する。
【００９７】
このように、加湿装置噴霧水量Gwh,spだけでなく、吸気噴霧装置噴霧水量Gwc,spも考慮して加湿装置出口湿度Hmh,exitを演算することで、より高精度に燃焼空気湿度を評価することができる。
【００９８】
かくして、本発明の第１〜第２の実施例に同じく、時々刻々と変化する燃焼空気湿度に対して、安定燃焼に必要なＦ１バイアス量を求めることができるので、低ＮＯｘと安定燃焼を両立する信頼性の高い運用が実現できる。
【００９９】
本実施例では、図１３に示すように、加湿装置４での加湿量を一定量としてから吸気噴霧装置２３での吸気噴霧を開始しているが、吸気噴霧を開始して吸気噴霧水量を一定量としてから加湿装置４での加湿を開始することもできる。その場合でも、本実施例と同じ燃料制御方法が適用できる。大気温度が上昇する夏季は、吸気噴霧による圧縮動力の低減が特に有効である。
（４）第４の実施の形態
図１７は本発明の第４の実施の形態について示したものであり、第３の実施例における図１３に対応するものである。高湿分ガスタービンシステムは、本発明の第３の実施の形態について示した図１２と同じである。
【０１００】
本実施例が第３の実施の形態と異なる点は、本発明の第２の実施の形態と同じく、加湿装置出口湿度を直接評価するのではなく、まず加湿装置出口水蒸気量Gvh,exitを求め、そして、加湿装置出口水蒸気量Gvh,exitから燃焼空気湿度Hmh,exitを計算する。本発明の第２の実施の形態と同じく、湿度を加湿装置出口水蒸気量Gvh,exitから評価することによって、高精度に加湿装置出口湿度Hmh,exitを評価できる。
【０１０１】
図１８における点線は、加湿装置噴霧水量Gwh,spと加湿装置出口水蒸気量Gvh,exitとの関係を示したものである。また、図１８における実線は、本発明の第２の実施の形態に係る図１０と同じである。
【０１０２】
本実施例でも、本発明の第２の実施の形態に同じく加湿装置噴霧水量Gwh,spが増加すると、加湿装置出口水蒸気量Gvh,exitは、加湿装置出口最大水蒸気量Gvh,maxに漸近する。また、理想的な条件では加湿装置出口最大水蒸気量Gvh,maxは、加湿装置出口流量及び温度５００に対する飽和水蒸気量Gvh,satである。
【０１０３】
本実施例は、本発明の第３の実施の形態と同じく、吸気噴霧装置２３によって加湿前高温空気１０３が加湿されているために、加湿装置噴霧水量Gwh,sp＝０のとき、図１５の点線で示すように、加湿装置出口水蒸気量Gvh,exitはゼロとならない。即ち、加湿装置噴霧水量Gwh,sp＝０のときの加湿装置出口水蒸気量Gvh,exitは、圧縮機出口水蒸気量Gvc,exitに等しい。ここで、圧縮機出口水蒸気量Gvc,exitは、吸気噴霧装置２３を含めた圧縮機１吸気部から圧縮機１吐出部までの加湿による水蒸気量である。
【０１０４】
例えば、加湿装置出口水蒸気量Gvh,exitは、加湿装置出口最大水蒸気量Gvh,maxに比例し、単位量と、加湿装置噴霧水量Gwh,spと加湿装置噴霧水量補正量Gwh,sp_corとの和に負の比例定数を乗じた値を変数とする指数関数値との差に比例するような関数で与えられる。具体的には、加湿装置噴霧水量Gwh,spと加湿装置出口水蒸気量Gvh,exitとの関係は、式（２）のような形で表される。
【０１０５】
Gvh,exit＝Gvh,max(１−exp(−C・(Gwh,sp＋Gwh,sp_cor)))      ・・・（２）
ここで、Cは定数，Gwh,sp_corは、吸気噴霧装置２３での加湿量を考慮する補正項である。つまり、圧縮機出口水蒸気量Gvc,exitに相当する加湿量を、加湿装置で実現する場合に必要な加湿装置噴霧水量が、加湿装置噴霧水量補正量Gwh,sp_corである。
【０１０６】
本実施例の制御装置６００の一例を図１９に示す。制御装置の構成は、本発明の第２の実施の形態に基本的に同じであるので、以下では第２の実施の形態と異なる部分を説明する。
【０１０７】
本実施例では、吸気噴霧装置噴霧水量Gwc,wacから加湿装置噴霧水量補正量演算器４００において加湿装置噴霧水量補正量Gwh,sp_corを演算する。加湿装置出口水蒸気量演算器４０７は、加湿装置噴霧水量Gwh,spと、加湿装置噴霧水量補正量演算器４００の出力と、温度５００を入力として加湿装置最大湿度演算器４０８において演算する加湿装置出口最大水蒸気量Gvh,maxから加湿装置出口水蒸気量Gvh,exitを演算する。
【０１０８】
このように、加湿装置噴霧水量Gwh,spだけでなく、吸気噴霧装置噴霧水量Gwc,spから求めた加湿装置噴霧水量補正量Gwh,sp_corから、加湿装置出口水蒸気量Gvh,exitを演算し、加湿装置出口湿度Hmh,exitを求めることで、より高精度に燃焼空気湿度を評価することができる。
【０１０９】
かくして、本発明の第１〜第３の実施例に同じく、時々刻々と変化する燃焼空気湿度に対して、安定燃焼に必要なＦ１バイアス量を求めることができ、また、本発明の第３の実施の形態に対してより精度良く、燃焼器に流入する燃焼空気の湿度を評価することができるため、本発明の第３の実施の形態に対し、より正確に低ＮＯｘと安定燃焼を両立する信頼性の高い運用が実現できる。
【符号の説明】
【０１１０】
１・・・圧縮機、２・・・燃焼器、３・・・タービン、４・・・加湿装置、５・・・再生器、６・・・燃焼器ケーシング、７・・・燃焼器カバー、８・・・燃料ノズル、９・・・燃焼器ライナ、１０・・・ライナフロースリーブ、１１・・・トランジションピース、１２・・・トランジションピースフロースリーブ、２０・・・発電機、２１・・・シャフト、２２・・・排気塔、２３・・・吸気噴霧装置、３０・・・燃料ノズルヘッダ、３１・・・燃料ノズル、３２・・・空気孔、３３・・・空気孔プレート、３５・・・燃料噴流、３６・・・空気噴流、５１・・・Ｆ１燃料フランジ、５２・・・Ｆ２燃料フランジ、５３・・・Ｆ３燃料フランジ、５４・・・Ｆ４燃料フランジ、１００・・・ガスタービン吸込空気（大気圧）、１０１・・・水噴霧後の吸込空気（大気圧）、１０２・・・圧縮空気、１０３・・・加湿前高温空気、１０４・・・加湿空気、１０５・・・高温高湿分空気、１０６・・・高温燃焼ガス、１０７・・・タービン出口低圧燃焼ガス、１０８・・・再生器出口低圧燃焼ガス、１０９・・・排気筒排気ガス、２００・・・燃料、２０１・・・Ｆ１燃料、２０２・・・Ｆ２燃料、２０３・・・Ｆ３燃料、２０４・・・Ｆ４燃料、２１０・・・燃料遮断弁、２１１・・・Ｆ１燃料制御弁、２１２・・・Ｆ２燃料制御弁、２１３・・・Ｆ３燃料制御弁、２１４・・・Ｆ４燃料制御弁、３００・・・圧縮機吸気噴霧水、３０１・・・加湿装置噴霧水、３１０・・・圧縮機吸気噴霧水量制御弁、３１１・・・加湿装置噴霧水量制御弁、３２０・・・吸気噴霧装置ドレン、３２１・・・圧縮機内部ドレン、３２２・・・加湿装置ドレン、４００・・・加湿装置噴霧水量補正量演算器、４０１・・・減算器、４０２・・・燃料流量制御器、４０３・・・燃料流量比率設定器、４０４・・・加湿装置出口湿度演算器、４０５・・・Ｆ１バイアス設定器、４０６・・・実燃料流量制御器、４０７・・・加湿装置出口水蒸気量演算器、４０８・・・加湿装置出口最大湿度演算器、４０９・・・加湿装置出口最大水蒸気量演算器、４１０・・・燃料流量指令値、４１１・・・Ｆ１燃料比率、４１２・・・Ｆ２燃料比率、４１３・・・Ｆ３燃料比率、４１４・・・Ｆ４燃料比率、５００・・・温度計、６００・・・制御装置。
【図１】
2012122422.tif 000003
【図２（ａ）】
2012122422.tif 000004
【図２（ｂ）】
2012122422.tif 000005
【図３（ａ）】
2012122422.tif 000006
【図３（ｂ）】
2012122422.tif 000007
【図４】
2012122422.tif 000008
【図５】
2012122422.tif 000009
【図６】
2012122422.tif 000010
【図７】
2012122422.tif 000011
【図８】
2012122422.tif 000012
【図９】
2012122422.tif 000013
【図１０】
2012122422.tif 000014
【図１１】
2012122422.tif 000015
【図１２】
2012122422.tif 000016
【図１３】
2012122422.tif 000017
【図１４】
2012122422.tif 000018
【図１５】
2012122422.tif 000019
【図１６】
2012122422.tif 000020
【図１７】
2012122422.tif 000021
【図１８】
2012122422.tif 000022
【図１９】
2012122422.tif 000023