(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つのガスタービン燃焼器に対して、それぞれに燃料制御弁を有する互いに平行な複数の燃料系統から燃料を供給するガスタービン燃焼器燃料系統であって、
前記複数の燃料系統から供給されるべき燃料の合計流量の指令に基づいて各燃料系統への設定流量を決定する手段と、
前記各燃料系統の設定流量に応じて前記各燃料制御弁の設定開度を決定する手段と、
前記設定開度に基づいて前記各燃料制御弁の開度を調整する手段と、
前記各燃料制御弁の開度を検出する手段と、
前記検出された前記各燃料制御弁の開度に基づいて前記各燃料系統の実際の流量配分を表す信号を求める手段と、
前記各燃料系統の設定流量に基づいて前記各燃料系統の設定流量配分を表す信号を求める手段と、
前記各燃料系統の設定流量配分を表す信号と前記各燃料系統の実際の流量配分を表す信号とを比較して、それらの偏差が所定の範囲を逸脱したときに異常を表わす信号を発する手段と、
を有することを特徴とするガスタービン燃焼器燃料系統。
【請求項２】
一つのガスタービン燃焼器に対して、それぞれに燃料制御弁を有する互いに平行な複数の燃料系統から燃料を供給するガスタービン燃焼器燃料系統であって、
前記複数の燃料系統から供給されるべき燃料の合計流量の指令に基づいて各燃料系統の設定流量を決定する手段と、
前記各燃料系統の設定流量に応じて前記各燃料制御弁の設定開度を決定する手段と、
前記設定開度に基づいて前記各燃料制御弁の開度を調整する手段と、
前記各燃料系統の流量を計測する手段と、
前記計測された前記各燃料系統の流量に基づいて前記各燃料系統の実際の流量配分を表す信号を求める手段と、
前記各燃料系統の設定流量に基づいて前記各燃料系統の設定流量配分を表す信号を求める手段と、
前記各燃料系統の設定流量配分を表す信号と前記各燃料系統の実際の流量配分を表す信号とを比較して、それらの偏差が所定の範囲を逸脱したときに異常を表わす信号を発する手段と、
を有することを特徴とするガスタービン燃焼器燃料系統。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガスタービン燃焼器燃料系統において、
前記所定の範囲は、前記ガスタービン燃焼器での燃焼温度を加味して決定されること、を特徴とするガスタービン燃焼器燃料系統。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のガスタービン燃焼器燃料系統において、前記所定の範囲は、前記ガスタービン燃焼器での試験運転の結果に基づいて決定されること、を特徴とするガスタービン燃焼器燃料系統。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン燃焼器での異常を早期に検知できるガスタービン燃焼器燃料系統に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電等に用いられる二つ以上の燃料系統をもつガスタービンに付属する燃焼器での異常検知する従来の方法は燃焼振動・排ガス温度の偏差・排出ＮＯｘ（窒素酸化物）濃度等の値を監視することによって、燃焼異常の有無を検出していた。この検出方法は燃焼器内で異常が発生した後に起きる事象を捉えるものであった。一方で、昨今のガスタービン燃焼器では排出ＮＯｘの低減を図るために、運転が許容される燃料配分範囲が狭く、わずかな燃料配分のズレが燃焼異常を引き起こす可能性が増加している。このため、複数の燃料系統の燃料配分を高精度で制御することが求められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術による燃焼異常監視方法は、燃焼器内で異常が発生した後に起きる事象を捉えることで燃焼異常を検出しているために、当該監視方法にて燃焼異常と判断された後にガスタービンを停止したとしても、燃焼器部品に大きな損傷を与えてしまっていることが多くあり、修理のためのガスタービンの長期停止が余儀なくされ、運用を大きく阻害することとなり、大きなデメリットとなっていた。
【０００４】
燃焼異常が発生する前にその事象を捉える技術は、例えば特開平１１−２１８０３４号公報に開示されている。この技術は、複数の燃料系統をもつ燃焼器の各燃料系統の差圧を監視し、系統圧損を計測して、当該系統に流れている燃料流量を大まかに算出し、これが安定燃焼を保証できない値を示したら、警報を出すというものである。しかしながら、差圧だけによる監視では精度として不十分であった。
【０００５】
本発明は、二つ以上の燃料系統をもつガスタービン燃焼器の燃焼異常に伴う燃料配分異常を早期に判断し、警報を発報もしくはガスタービン停止とさせ、燃焼器の損傷を防止または抑制することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記目的を達成するものであって、請求項１の発明は、一つのガスタービン燃焼器に対して、それぞれに燃料制御弁を有する互いに平行な複数の燃料系統から燃料を供給するガスタービン燃焼器燃料系統であって、前記複数の燃料系統から供給されるべき燃料の合計流量の指令に基づいて各燃料系統への設定流量を決定する手段と、前記各燃料系統の設定流量に応じて前記各燃料制御弁の設定開度を決定する手段と、前記設定開度に基づいて前記各燃料制御弁の開度を調整する手段と、前記各燃料制御弁の開度を検出する手段と、前記検出された前記各燃料制御弁の開度に基づいて前記各燃料系統の実際の流量配分を表す信号を求める手段と、前記各燃料系統の設定流量に基づいて前記各燃料系統の設定流量配分を表す信号を求める手段と、前記各燃料系統の設定流量配分を表す信号と前記各燃料系統の実際の流量配分を表す信号とを比較して、それらの偏差が所定の範囲を逸脱したときに異常を表わす信号を発する手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項１の発明によれば、各燃料系統燃料制御弁の実開度の測定値に基づいて、燃料配分異常を早期に判断し、燃焼器の異常燃焼を防止または抑制することができる。弁開度を監視するので、精度がよく、流量や圧力などのプロセス値を監視するよりも設備を簡素化することができる。さらに、流量配分を基準にして異常判断を行なうので、異常判断が的確に行なえる。
【００１２】
また、請求項２の発明は、一つのガスタービン燃焼器に対して、それぞれに燃料制御弁を有する互いに平行な複数の燃料系統から燃料を供給するガスタービン燃焼器燃料系統であって、前記複数の燃料系統から供給されるべき燃料の合計流量の指令に基づいて各燃料系統の設定流量を決定する手段と、前記各燃料系統の設定流量に応じて前記各燃料制御弁の設定開度を決定する手段と、前記設定開度に基づいて前記各燃料制御弁の開度を調整する手段と、前記各燃料系統の流量を計測する手段と、前記計測された前記各燃料系統の流量に基づいて前記各燃料系統の実際の流量配分を表す信号を求める手段と、前記各燃料系統の設定流量に基づいて前記各燃料系統の設定流量配分を表す信号を求める手段と、前記各燃料系統の設定流量配分を表す信号と前記各燃料系統の実際の流量配分を表す信号とを比較して、それらの偏差が所定の範囲を逸脱したときに異常を表わす信号を発する手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明によれば、各燃料系統燃料流量の流量の測定に基づいて、燃焼器の異常燃焼を防止または抑制することができる。さらに、流量配分を基準にして異常判断を行なうので、異常判断が的確に行なえる。
【００１４】
また、請求項３の発明は、請求項１または２に記載のガスタービン燃焼器燃料系統において、前記所定の範囲は、前記ガスタービン燃焼器での燃焼温度を加味して決定されること、を特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明の作用・効果が得られるほか、燃焼器の燃焼状態に応じて的確な許容燃料配分範囲に合わせて監視することができる。
【００１６】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のガスタービン燃焼器燃料系統において、前記所定の範囲は、前記ガスタービン燃焼器での試験運転の結果に基づいて決定されること、を特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかの発明の作用・効果が得られるほか、燃焼器各々の個体差による燃焼異常を起こす燃料配分のバラツキを考慮することができ、さらに精度良く燃焼異常を防止・抑制できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
図１に、本発明に係るガスタービン燃焼器燃料系統の第１の実施の形態を示す。図示のように、燃料系統主配管１は、例えば２系統に分岐されて、一つのガスタービン燃焼器８に燃料を供給できるように接続されている。分岐された燃料系統それぞれに燃料制御弁２が取り付けられている。各燃料制御弁２には開度検出器６が設置されている。
【００１９】
ガスタービン燃焼器８へ投入される全体燃料流量と等価信号である燃料流量指令を受け、設定配分関数発生器４にて各燃料系統の燃料流量指令を演算する。この指令値を受け、各燃料制御弁２の弁開度と燃料流量指令の関係を表す弁開度関数発生器５によって、各燃料制御弁２の開度指令が演算され、その開度指令に見合うように各燃料制御弁２の動作が行われる。
【００２０】
一方、各開度検出器６により、各燃料制御弁２の実開度が検出される。この実開度と開度指令値の差Ａ、Ｂを取り、これらの差Ａ、Ｂがそれぞれ、許容開度偏差設定器９の上限設定ＳＧ１、ＳＧ３よりも大きい場合もしくは下限設定ＳＧ２、ＳＧ４よりも小さい場合には、警報発報もしくはガスタービン停止させることにより、燃焼異常発生を回避することが可能となる。
【００２１】
また、この実施の形態では、各燃料系統の燃料制御弁実開度を監視しているので、差圧を監視するよりも、精度よく流量を反映しており、しかも流量や圧力などの実機のプロセス値を計測することなく、燃料配分を監視しできるので、設備を複雑に構成することなく、燃焼異常を未然に防止することが可能である。
【００２２】
上・下限設定ＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３、ＳＧ４は、例えば、個々のガスタービン燃焼器の試験運転結果より、許容される範囲を予め求めておく。このようにすれば、ガスタービン燃焼器の個体差による燃焼異常を起こす燃料配分のバラツキを考慮することが可能となる。
【００２３】
［第２の実施の形態］（請求項１、３、４等に対応）
図２に、本発明に係るガスタービン燃焼器燃料系統の第２の実施の形態を示す。ここで、図１と共通または類似の部分には同一の符号を付して、重複説明は適宜省略する。図２に示すように、ガスタービン燃焼器８へ投入される全体燃料流量と等価信号である燃料流量指令を受け、設定配分関数発生器４にて各燃料系統の燃料流量指令を演算する。この指令値を受け、各燃料制御弁２の弁開度と燃料流量指令の関係を表す弁開度関数発生器５によって、各燃料制御弁２の開度指令が演算され、その開度指令に見合うように各燃料制御弁２の動作が行われる。
ここで、設定配分関数発生器４による設定配分関数は、好ましくは、燃焼器８の燃焼温度に基づいて決定される。
【００２４】
一方、各燃料制御弁２に付属されている開度検出器６により、弁開度が検出され、その弁開度から弁開度関数発生器５の逆関数である燃料流量指令関数発生器１７により、各燃料制御弁２がガスタービン燃焼器８に送り込んでいる燃料流量Ｇ、Ｈが演算される。演算された各燃料制御弁６の燃料流量Ｇ、Ｈから、燃料配分（Ｊ＝Ｇ／Ｉ＝Ｇ／（Ｇ＋Ｈ））が計算される。この燃料配分が、上限燃料配分関数発生器１８による設定Ｄを超えた場合または下限燃料配分関数発生器１９による設定Ｆよりも低下した場合に、警報発報またはガスタービン停止を行なうことにより、燃焼異常発生を回避することが可能となる。
【００２５】
ここで、上限燃料配分関数発生器１８による上限燃料配分関数および下限燃料配分関数発生器１９による下限燃料配分関数は、好ましくは、燃焼器８の燃焼温度に基づいて決定される。
【００２６】
また、各燃焼温度における燃料配分の上・下限設定値は、例えば、個々のガスタービン燃焼器の試験運転結果より、許容される範囲を予め求めておく。このようにすれば、ガスタービン燃焼器の個体差による燃焼異常を起こす燃料配分のバラツキを考慮することが可能となる。
なお、異常判断対象とする燃料配分としては、上記Ｊ＝Ｇ／Ｉのほか、例えば、Ｉ／Ｇ、Ｇ／Ｈなどを使うことも可能である。
【００２７】
［第３の実施の形態］（請求項２、３、４等に対応）
図３に、本発明に係るガスタービン燃焼器燃料系統の第３の実施の形態を示す。ここで、図１または図２と共通または類似の部分には同一の符号を付して、重複説明は適宜省略する。図３に示すように、ガスタービン燃焼器８へ投入する全燃料流量と等価信号である燃料流量指令を設定配分関数発生器４にて各燃料系統の燃料流量指令を演算する。この指令値を受け、各燃料制御弁２の弁開度と燃料流量指令の関係を表す弁開度関数発生器５によって、各燃料制御弁２の開度指令が演算され、その開度指令に見合うように各燃料制御弁２の動作が行われる。
ここで、設定配分関数発生器４による設定配分関数は、好ましくは、燃焼器８の燃焼温度に基づいて決定される。
【００２８】
一方、各燃料系統に付属されたオリフィス２６周りに設置された温度計２７、圧力計２８、差圧計２９の計測値から流量演算器３０によって、各燃料系統の燃料流量Ｍ、Ｎが算出される。算出された燃料流量Ｍ、Ｎから、各燃料系統の燃料制御弁２の燃料配分（Ｑ＝Ｍ／Ｐ＝Ｍ／（Ｍ＋Ｎ））が計算される。この燃料配分Ｑが、上限燃料配分関数発生器３１による設定Ｊを超えた場合または下限燃料配分関数発生器３２による設定Ｌよりも低下した場合に、警報発報またはガスタービン停止を行なうことにより、燃焼異常発生を回避することが可能となる。また、燃料温度およびオリフィス前圧を計測することで、実機に適用するに十分な精度をもって燃料配分を監視し、燃焼異常を未然に防止することが可能である。
【００２９】
ここで、上限燃料配分関数発生器３１による上限燃料配分関数および下限燃料配分関数発生器３２による下限燃料配分関数は、好ましくは、燃焼器８の燃焼温度に基づいて決定される。
【００３０】
また、各燃焼温度における燃料配分の上・下限設定値は、例えば、個々のガスタービン燃焼器の試験運転結果より、許容される範囲を予め求めておく。このようにすれば、ガスタービン燃焼器の個体差による燃焼異常を起こす燃料配分のバラツキを考慮することが可能となる。
なお、異常判断対象とする燃料配分としては、上記Ｑ＝Ｍ／Ｐのほか、例えば、Ｐ／Ｍ、Ｍ／Ｎなどを使うことも可能である。
【００３１】
さらに、ここで説明した実施の形態では異常判断対象として流量配分を採用したが、第１の実施の形態との対比から類推されるように、各燃料系統の流量そのものを異常判断対象として、それぞれの上・下限設定値を設定しておいて、これらとの比較を行なうことも可能である（図示せず）。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、二つ以上の燃料系統をもつ、ガスタービン燃焼器での異常を早期に検知して、燃焼器の異常燃焼を防止または抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガスタービン燃焼器燃料系統の第１の実施の形態の系統図。
【図２】本発明に係るガスタービン燃焼器燃料系統の第２の実施の形態の系統図。
【図３】本発明に係るガスタービン燃焼器燃料系統の第３の実施の形態の系統図。
【符号の説明】
１…燃料系統主配管、２…燃料制御弁、４…設定配分関数発生器、５…弁開度関数発生器、６…開度検出器、８…ガスタービン燃焼器、９…許容開度偏差設定器、１７…燃料流量指令関数発生器、１８…上限配分関数発生器、１９…下限配分関数発生器、２６…オリフィス、２７…温度計、２８…圧力計、２９…差圧計、３０…流量演算器、３１…上限配分関数発生器、３２…下限配分関数発生器。
【図１】
0003955892.tif 000002
【図２】
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【図３】
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