(57)【要約】【課題】負荷遮断後の失火を防ぐガスタービン燃焼制御装置を提供する。【解決手段】ガスタービンの燃焼制御システムは、入口案内翼を備えた圧縮機と、燃料ノズルを備えた燃焼器と、圧縮機によって圧縮された空気が流入する車室と、車室から圧縮空気を抽気する抽気配管と、を備えたガスタービンの燃焼制御システムであって、ガスタービンの運転中に負荷を切り離す負荷遮断信号を取得する負荷遮断信号取得部と、燃料ノズルから噴射する燃料の供給量を制御する燃料制御部と、抽気空気の抽気量を調節するバイパス弁を制御するバイパス弁制御部と、を備え、負荷遮断信号取得部が負荷遮断信号を取得すると、燃料制御部は、燃料の供給量を、ガスタービンの回転数が所定の閾値を超えないように定められた供給量以下に制御し、バイパス弁制御部は、バイパス弁を閉状態から開状態に制御する。【選択図】図２
2017106324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口案内翼を備えた圧縮機と、燃料ノズルを備えた燃焼器と、前記圧縮機によって圧縮された空気が流入する車室と、前記車室から圧縮空気を抽気する抽気配管と、を備えたガスタービンの燃焼制御システムであって、
前記ガスタービンの運転中に負荷を切り離す負荷遮断信号を取得する負荷遮断信号取得部と、
前記燃料ノズルから噴射する燃料の供給量を制御する燃料制御部と、
前記圧縮空気の抽気量を調節するバイパス弁を制御するバイパス弁制御部と、
を備え、
前記負荷遮断信号取得部が負荷遮断信号を取得すると、前記燃料制御部は、前記燃料の供給量を、ガスタービンの回転数が所定の閾値を超えないように定められた供給量以下に制御し、前記バイパス弁制御部は、前記バイパス弁を閉状態から開状態に制御する、
ガスタービンの燃焼制御システム。
【請求項２】
前記負荷遮断信号取得部が負荷遮断信号を取得すると、
前記バイパス弁制御部は、前記燃焼器での燃空比が、失火が発生しないよう定められた所定の燃空比以上となるように前記抽気量を調整する、
請求項１に記載のガスタービンの燃焼制御システム。
【請求項３】
前記負荷遮断信号取得部が負荷遮断信号を取得すると、
前記バイパス弁制御部は、燃料と空気とを予め混合した予混燃料ガスを噴射する予混パイロットノズルの火炎が失火しない燃空比以上となるよう前記バイパス弁の制御を行う、
請求項１または請求項２に記載のガスタービンの燃焼制御システム。
【請求項４】
前記バイパス弁制御部は、前記バイパス弁を所定の時間だけ全開状態とする、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載のガスタービンの燃焼制御システム。
【請求項５】
前記バイパス弁制御部は、前記バイパス弁の弁開度を、前記負荷遮断信号を取得する直前の前記ガスタービンの出力値に応じて決定する、
請求項１から請求項４の何れか１項に記載のガスタービンの燃焼制御システム。
【請求項６】
前記バイパス弁制御部は、前記バイパス弁の弁開度を、前記負荷遮断信号を取得する直前の前記入口案内翼の開度に応じて決定する、
請求項１から請求項５の何れか１項に記載のガスタービンの燃焼制御システム。
【請求項７】
前記バイパス弁制御部が決定した前記バイパス弁の弁開度を、大気温度に応じて補正する大気温度補正部、
をさらに備える請求項１から請求項６の何れか１項に記載のガスタービンの燃焼制御システム。
【請求項８】
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の燃焼制御システム、を備えるガスタービン。
【請求項９】
入口案内翼を備えた圧縮機と、燃料ノズルを備えた燃焼器と、前記圧縮機によって圧縮された空気が流入する車室と、前記車室から圧縮空気を抽気する抽気配管と、を備えたガスタービンの燃焼制御方法であって、
前記ガスタービンの運転中に負荷を切り離す負荷遮断信号を取得するステップと、
前記燃料ノズルから噴射する燃料の供給量を制御するステップと、
前記圧縮空気の抽気量を調節するバイパス弁を制御するステップと、
を備え、
前記負荷遮断信号を取得するステップにおいて負荷遮断信号を取得すると、前記燃料の供給量を制御するステップでは、前記燃料の供給量を、ガスタービンの回転数が所定の閾値を超えないように定められた供給量以下に制御し、前記バイパス弁を制御するステップでは、前記バイパス弁を閉状態から開状態に制御する、
ガスタービンの燃焼制御方法。
【請求項１０】
入口案内翼を備えた圧縮機と、燃料ノズルを備えた燃焼器と、前記圧縮機によって圧縮された空気が流入する車室と、前記車室から圧縮空気を抽気する抽気配管と、を備えたガスタービンの燃焼制御システムのコンピュータを、
前記ガスタービンの運転中に負荷を切り離す負荷遮断信号を取得する手段、
前記燃料ノズルから噴射する燃料の供給量を制御する手段、
前記圧縮空気の抽気量を調節するバイパス弁を制御する手段、
として機能させるためのプログラムであって、
前記負荷遮断信号を取得する手段が負荷遮断信号を取得すると、前記燃料の供給量を制御する手段は、前記燃料の供給量を、ガスタービンの回転数が所定の閾値を超えないように定められた供給量以下に制御し、前記バイパス弁を制御する手段は、前記バイパス弁を閉状態から開状態に制御する、
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの燃焼制御システム、ガスタービン、燃焼制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電用ガスタービンプラントでは、負荷運転中に負荷を切り離す「負荷遮断」を実施することがある。この負荷遮断後の運転は、燃焼器における火炎の失火がなく、ガスタービンの回転数がオーバースピードトリップ（OST）規定値の１１０％以下となると、成功とみなされる。負荷遮断後の運転を成功させるためには、燃料を多めに投入し燃空比を高めて失火を防ぐ必要があるが、燃料を多く投入すると回転数が高くなるため、ＯＳＴの可能性が高まる。一方、燃料の投入量を少なくするとＯＳＴを回避することはできるが、失火が発生してガスタービンが停止してしまう。
【０００３】
負荷遮断時の制御に関して、例えば特許文献１には、負荷遮断時に入口案内翼（ＩＧＶ：inlet guide vane）の開度と、圧縮機から抽気する抽気弁の開度を制御して、ガスタービンの回転数の低下を抑制する技術について記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５１４７７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
負荷遮断時の運転を成功させた実績のあるガスタービンにおいて、ＯＳＴと失火を同時に回避できる燃料投入量のデータが採取できたとする。同様の性能を有する他のガスタービンについては、そのデータに基づいて、負荷遮断時の運転を成功させられる可能性がある。しかし、例えば、他のガスタービンにおける燃料供給圧が、成功実績のあるガスタービンの燃料供給圧よりも低い場合には、成功実績のあるガスタービンと同等の燃料を投入することができない。このようなガスタービンでは、十分な燃料を供給することができないため失火が発生し、負荷遮断時の運転が失敗に終わる可能性が高くなる。
【０００６】
そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできるガスタービンの燃焼制御システム、ガスタービン、燃焼制御方法及びプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、ガスタービンの燃焼制御システムは、入口案内翼を備えた圧縮機と、燃料ノズルを備えた燃焼器と、前記圧縮機によって圧縮された空気が流入する車室と、前記車室から圧縮空気を抽気する抽気配管と、を備えたガスタービンの燃焼制御システムであって、前記ガスタービンの運転中に負荷を切り離す負荷遮断信号を取得する負荷遮断信号取得部と、前記燃料ノズルから噴射する燃料の供給量を制御する燃料制御部と、前記圧縮空気の抽気量を調節するバイパス弁を制御するバイパス弁制御部と、を備え、前記負荷遮断信号取得部が負荷遮断信号を取得すると、前記燃料制御部は、前記燃料の供給量を、ガスタービンの回転数が所定の閾値を超えないように定められた供給量以下に制御し、前記バイパス弁制御部は、前記バイパス弁を閉状態から開状態に制御する。
【０００８】
また、本発明の第２の態様によれば、前記負荷遮断信号取得部が負荷遮断信号を取得すると、前記バイパス弁制御部は、前記燃焼器での燃空比が、失火が発生しないよう定められた所定の燃空比以上となるように前記抽気量を調整する。
【０００９】
また、本発明の第３の態様によれば、前記負荷遮断信号取得部が負荷遮断信号を取得すると、前記バイパス弁制御部は、燃料と空気とを予め混合した予混燃料ガスを噴射する予混パイロットノズルの火炎が失火しない燃空比以上となるよう前記バイパス弁の制御を行う。
【００１０】
また、本発明の第４の態様によれば、前記バイパス弁制御部は、前記バイパス弁を所定の時間だけ全開状態とする。
【００１１】
また、本発明の第５の態様によれば、前記バイパス弁制御部は、前記バイパス弁の弁開度を、前記負荷遮断信号を取得する直前の前記ガスタービンの出力値に応じて決定する。
【００１２】
また、本発明の第６の態様によれば、前記バイパス弁制御部は、前記バイパス弁の弁開度を、前記負荷遮断信号を取得する直前の前記入口案内翼の開度に応じて決定する。
【００１３】
また、本発明の第７の態様によれば、前記燃焼制御システムは、前記バイパス弁制御部が決定した前記バイパス弁の弁開度を、大気温度に応じて補正する大気温度補正部、をさらに備える。
【００１４】
また、本発明の第８の態様によれば、ガスタービンは、上述の燃焼制御システム、を備える。
【００１５】
また、本発明の第９の態様によれば、ガスタービンの燃焼制御方法は、入口案内翼を備えた圧縮機と、燃料ノズルを備えた燃焼器と、前記圧縮機によって圧縮された空気が流入する車室と、前記車室から圧縮空気を抽気する抽気配管と、を備えたガスタービンの燃焼制御方法であって、前記ガスタービンの運転中に負荷を切り離す負荷遮断信号を取得するステップと、前記燃料ノズルから噴射する燃料の供給量を制御するステップと、前記圧縮空気の抽気量を調節するバイパス弁を制御するステップと、を備え、前記負荷遮断信号を取得するステップにおいて負荷遮断信号を取得すると、前記燃料の供給量を制御するステップでは、前記燃料の供給量を、ガスタービンの回転数が所定の閾値を超えないように定められた供給量以下に制御し、前記バイパス弁を制御するステップでは、前記バイパス弁を閉状態から開状態に制御する。
【００１６】
また、本発明の第１０の態様によれば、プログラムは、入口案内翼を備えた圧縮機と、燃料ノズルを備えた燃焼器と、前記圧縮機によって圧縮された空気が流入する車室と、前記車室から圧縮空気を抽気する抽気配管と、を備えたガスタービンの燃焼制御システムのコンピュータを、前記ガスタービンの運転中に負荷を切り離す負荷遮断信号を取得する手段、前記燃料ノズルから噴射する燃料の供給量を制御する手段、前記圧縮空気の抽気量を調節するバイパス弁を制御する手段、として機能させるためのプログラムであって、前記負荷遮断信号を取得する手段が負荷遮断信号を取得すると、前記燃料の供給量を制御する手段は、前記燃料の供給量を、ガスタービンの回転数が所定の閾値を超えないように定められた供給量以下に制御し、前記バイパス弁を制御する手段は、前記バイパス弁を閉状態から開状態に制御する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、燃料投入量を増やさずに負荷遮断時の燃空比を確保できるため，ガスタービンの回転数の上昇を抑え、燃焼器の失火を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る第一実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態におけるガスタービン燃焼制御装置のブロック図である。
【図３】本発明に係る第一実施形態におけるバイパス弁の制御方法を説明する図である。
【図４】本発明に係る第一実施形態における燃焼制御処理のフローチャートである。
【図５】本発明に係る第一実施形態における燃焼制御処理の効果を説明する図である。
【図６】本発明に係る第二実施形態におけるバイパス弁の制御方法を説明する図である。
【図７】本発明に係る第二実施形態における燃焼制御処理のフローチャートである。
【図８】本発明に係る第三実施形態におけるバイパス弁の制御方法を説明する図である。
【図９】本発明に係る第三実施形態における燃焼制御処理のフローチャートである。
【図１０】本発明に係る第四実施形態におけるガスタービン燃焼制御装置のブロック図である。
【図１１】本発明に係る第四実施形態におけるバイパス弁の制御方法を説明する図である。
【図１２】本発明に係る第四実施形態における燃焼制御処理のフローチャートである。
【図１３】従来の従来の燃焼制御方法による問題点を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態によるガスタービン燃焼制御装置を図１〜図５を参照して説明する。
図１は、本発明に係る第一実施形態におけるガスタービンプラントの系統図である。
図示するように本実施形態のガスタービンプラント１は、ガスタービン２と、ガスタービン２によって駆動され発電する発電機３とを含む。ガスタービン２と発電機３はロータ１６で連結されている。
ガスタービン２は、空気入口系統１０から流入する空気量を調整するＩＧＶ（入口案内翼）１１と、流入した空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機１２と、圧縮機１２によって圧縮された空気が流入する車室１３と、複数の燃料ノズル２１Ｃ〜２５Ｃが噴射した燃料ガスおよび車室１３から入流した圧縮空気を混合して燃料ガスを燃焼させ、高温の燃焼ガスを生成する燃焼器１４と、燃焼ガスによりロータ１６を回転し発電機３を駆動するタービン１５と、圧縮機１２を冷却する冷却空気を抽気する冷却配管１７と、車室１３から圧縮空気を抽気する抽気配管１８と、燃料タンク２６および複数の燃料系統（２１〜２５）と、圧力系統２７が供給する燃料供給圧を制御する調整弁２８及び調整弁２９と、ガスタービン燃焼制御装置５０とを含んで構成される。抽気配管１８には、抽気空気の抽気量を調節するバイパス弁１９が設けられている。また、空気入口系統１０の付近には、温度センサ３０が設けられている。また、廃棄系統２０は、タービン１５からの排ガスや抽気配管１８からの圧縮空気などを廃棄する。
【００２０】
燃料系統には、拡散パイロット系統２１、予混パイロット系統２２、メインＡ系統２３、メインＢ系統２４、トップハット系統２５が含まれる。拡散パイロット系統２１には、燃料タンク２６からの燃料供給量を調整する調整弁２１Ａ、拡散パイロット用マニホールド２１Ｂに接続された燃料ノズル２１Ｃが含まれている。予混パイロット系統２２には、燃料タンク２６からの燃料供給量を調整する調整弁２２Ａ、予混パイロット用マニホールド２２Ｂに接続された燃料ノズル２２Ｃが含まれている。メインＡ系統２３には、燃料タンク２６からの燃料供給量を調整する調整弁２３Ａ、メインＡ用マニホールド２３Ｂに接続された燃料ノズル２３Ｃが含まれている。メインＢ系統２４には、燃料タンク２６からの燃料供給量を調整する調整弁２４Ａ、メインＢ用マニホールド２４Ｂに接続された燃料ノズル２４Ｃが含まれている。トップハット系統２５には、燃料タンク２６からの燃料供給量を調整する調整弁２５Ａ、トップハット用マニホールド２５Ｂに接続された燃料ノズル２５Ｃが含まれている。燃料ノズル２１Ｃ、燃料ノズル２２Ｃ、燃料ノズル２３Ｃ、燃料ノズル２４Ｃは、燃焼器１４に燃料ガスを噴射する。燃料ノズル２５Ｃは、燃焼器１４のより上流で燃料ガスを噴射する。圧力系統２７は、燃料タンク２６へ燃料の供給圧を与える。調整弁２８および調整弁２９は、燃料タンク２６への燃料の供給圧を調整する弁である。
【００２１】
拡散パイロット系統２１は、拡散燃焼を行って火炎の安定化を図る。予混パイロット系統２２は、予混合燃焼を行って燃焼器１４の低ＮＯｘ化を向上する。メインＡ系統２３、メインＢ系統２４は、ガスタービン２の出力に応じた予混ガスを供給する主力の燃料系統である。トップハット系統２５は、燃焼効率の向上や火炎の安定化を図るため、燃焼器１４の上流（車室１３側）から燃料ガスを噴射する。ガスタービン燃焼制御装置５０は、ガスタービン２の出力や運転状態に応じて、これら複数の燃料系統２１〜２５から供給する燃料供給量を制御する。
【００２２】
ここで、負荷遮断時における従来の燃焼制御方法による問題を、図１３を用いて説明する。図１３は、従来の従来の燃焼制御方法による問題点を説明する図である。
図１３（ａ）、（ｂ）は、負荷遮断時に燃料を投入しすぎた場合に生じる問題点を説明する図である。図１３（ａ）のグラフ１２１は、負荷遮断後の時間の経過に伴う、ガスタービンの回転数の変化を示したグラフである。グラフ１２Ｔは、オーバースピードトリップ（ＯＳＰ）の１１０％となる回転数を示している。図示するように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間でグラフ１２１の値は、グラフ１２Ｔの値を超えている。このとき、ガスタービンでは、ＯＳＰが発生している。
【００２３】
図１３（ｂ）のグラフ１２２は、負荷遮断後の予混パイロット系統２２の燃料ノズル２２Ｃが噴出した燃料ガスの燃空比（予混パイロット燃空比）と、メインＡ系統およびメインＢ系統の燃料ノズル２３Ｃ、燃料ノズル２４Ｃが噴出した燃料ガスの燃空比（メイン燃空比）との関係を示している。グラフ１２Ｃは、予混パイロット系統２２の燃料ノズル２２Ｃにおける火炎が失火するかどうかの閾値となる値（燃空比クライテリア）を示している。予混パイロット燃空比が少なくともある1点で燃空比クライテリア以上となると燃料ノズル２２Ｃの失火を防ぐことができる。なお、燃空比とは、燃料供給量を空気量で除算した値である。
負荷遮断が生じると、メインＡ系統、メインＢ系統から供給する燃料を減らし、拡散パイロット系統２１および予混パイロット系統２２から供給する燃料を増加させることで、ガスタービン２の出力を抑えつつ燃焼器１４の保炎を図る制御が行われる。グラフ１２２は、負荷遮断直後に予混パイロット燃空比が上昇し（グラフ１２２右端）、やがて、燃空比クライテリアに達する様子を示している。図１３（ｂ）の場合、予混パイロット燃空比は、燃空比クライテリアを上回っているので失火は生じない。
図１３（ａ）、図１３（ｂ）の場合、燃料ノズル２２Ｃから投入する燃料の量が多いため、失火は生じないが、回転数がＯＳＰ規定値の１１０％を超えてしまう。従って、この場合の負荷遮断後の運転は失敗と判定される。
【００２４】
図１３（ｃ）、（ｄ）は、燃料投入量が足りない場合に生じる問題点を説明する図である。図１３（ｃ）のグラフ１２１は、負荷遮断後の時間の経過に伴う、ガスタービンの回転数の変化を示したグラフである。図示するようにグラフ１２１の値は、グラフ１２Ｔの値以下のまま推移している。つまり、図１３（ｃ）の例では、ＯＳＰが発生していない。  図１３（ｄ）のグラフ１２２は、ガスタービンの回転数が図１３（ｃ）のような挙動を示したときの予混パイロット燃空比とメイン燃空比との関係を示している。図示するようにグラフ１２２の値は、グラフ１２Ｃの値以下である。この場合、予混パイロット燃空比は、燃空比クライテリア以下となるため、燃料ノズル２２Ｃにおいて失火が生じる可能性が高くなる。失火が生じると負荷遮断後の運転は失敗と判定される。
【００２５】
上述のとおり、負荷遮断後は、ガスタービンの回転数を徐々に低下させていくため、メインＡ系統およびメインＢ系統から供給する燃料を少なくしてゆく。このとき、燃焼器１４内の火炎は、拡散パイロット系統２１と予混パイロット系統２２から供給される燃料によって保持する。拡散パイロット系統２１の燃料ノズル２１Ｃからは、燃焼しやすい燃料ガスを噴射する。一方、予混パイロット系統２２の燃料ノズル２２Ｃからは、燃料と空気とを予め混合した予混燃料ガスを噴射する。そのため、燃料ノズル２１Ｃに比べ、燃料ノズル２２Ｃは失火しやすく、負荷遮断後の失火という観点からは、予混パイロット系統２２の燃料ノズル２２Ｃにおける保炎が課題となる場合が多い。つまり、燃料ノズル２２Ｃの燃空比を燃空比クライテリア以上にする必要がある。
【００２６】
ところで、ガスタービン２の回転数は、燃空比ではなく燃焼器１４に供給される燃料の量に依存する。従って、負荷遮断後の燃料供給量を、ＯＳＴが発生しないような燃料供給量に制限すれば、燃空比によらず、ガスタービンの回転数をＯＳＴ規定値の１１０％以下に制御することができる。しかし、ＯＳＴを発生させないような量の燃料を供給したとしても失火を防ぐことができる燃空比を保つことができない可能性がある。そこで、本実施形態のガスタービン燃焼制御装置５０は、負荷遮断信号４０を取得すると、ガスタービンの回転数がＯＳＴ規定値の１１０％を超えないような所定量以下の燃料を各燃料ノズル２１Ｃ〜２５Ｃから供給するよう調整弁２１Ｂ〜２５Ｂの弁開度を制御するとともに、バイパス弁１９を閉状態から開状態に制御する。バイパス弁１９が開状態となると車室１３の圧縮空気を廃棄系統２０へ抽気する。これにより、燃焼器１４に流入する圧縮空気が減少し、燃焼器１４の燃空比を燃空比クライテリア以上に保つことができる。
【００２７】
図２は、本発明に係る第一実施形態におけるガスタービン燃焼制御装置のブロック図である。
図示するようにガスタービン燃焼制御装置５０は、負荷遮断信号取得部５１と、燃料制御部５２と、バイパス弁制御部５３と、記憶部５４を備えている。
【００２８】
なお、ガスタービン燃焼制御装置５０は、例えば、サーバ端末装置などのコンピュータによって構成され、負荷遮断信号取得部５１、燃料制御部５２、バイパス弁制御部５３の少なくとも一部はガスタービン燃焼制御装置５０の備えるＣＰＵがハードディスクなどの記憶部５４からプログラムを読み出し実行することで備わる機能である。また、負荷遮断信号取得部５１、燃料制御部５２、バイパス弁制御部５３の全て又は一部は、マイコン、ＬＳＩ（Large  Scale  Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。ガスタービン燃焼制御装置５０は、ガスタービン燃焼制御システムの一例である。
【００２９】
負荷遮断信号取得部５１は、ガスタービンの運転中に負荷を切り離す負荷遮断信号４０を取得する。
燃料制御部５２は、燃料ノズル２１Ｃ〜２５Ｃから噴射する燃料の供給量を制御する。特に本実施形態において燃料制御部５２は、負荷遮断信号取得部５１が負荷遮断信号４０を取得すると、燃料ノズル２１Ｃ〜２５Ｃから噴射する燃料の供給量を、ガスタービンの回転数がＯＳＴ規定値の１１０％を超えないような所定の供給量以下に制御する。
【００３０】
バイパス弁制御部５３は、抽気配管１８から抽気される圧縮空気の抽気量を調節するバイパス弁１９を制御する。具体的には、バイパス弁制御部５３は、負荷遮断信号取得部５１が負荷遮断信号４０を取得すると、バイパス弁１９を閉状態から開状態に制御し、燃焼器１４における燃料ノズル２２Ｃからの予混燃料ガスの燃空比が、失火が発生しないと定められた所定の燃空比（燃空比クライテリア）以上となるように抽気量を調整する。特に本実施形態においてバイパス弁制御部５３は、バイパス弁１９を所定の時間だけ１００％開状態とする制御を行う。
【００３１】
記憶部５４は、負荷遮断時の回転数がＯＳＴ規定値の１１０％を超えないように定められた所定の燃料供給量、バイパス弁１９をどれだけの時間だけ開状態とするか等の種々の情報を記憶する。
なお、ガスタービン燃焼制御装置５０は、これらの他にもさまざまな機能を備えているが、本実施形態に関係のない機能についての説明は省略する。
【００３２】
図３は、本発明に係る第一実施形態におけるバイパス弁の制御方法を説明する図である。
圧縮機１２で圧縮された圧縮空気は、車室１３を経由して燃焼器１４に流入する。燃焼器１４では、燃料ガスが流入した圧縮空気と混合し燃焼する。この際、流入する空気流量は圧縮機１２の回転数とＩＧＶ１１の開度で決まるが、圧縮機１２はタービン１５と同軸となっており、ガスタービン２の出力は負荷遮断後の出力制御によって管理されるため、圧縮機１２の回転数（タービン１５の回転数）を変更して空気流量を操作することはできない。一方、ＩＧＶ１１は負荷遮断時に全閉に近い状態に制御されるが、既にＩＧＶ１１を通過して流入した空気は、燃焼器１４に投入されてしまう。そこで、車室１３から抽気した空気を大気に排出する系統（抽気配管１８）を追加する。また、抽気配管１８にはバイパス弁１９を設け、負荷遮断時の必要なときのみバイパス弁１９を開状態とし、車室１３の圧縮空気を廃棄系統２０へ抽気する。これにより、自由に変更することができない圧縮機１２の回転数およびＩＧＶの開度によらず、燃焼器１４に流入する圧縮空気の量を制御することができる。
【００３３】
図３のスイッチ５３１は、このバイパス弁１９の弁開度を制御し、負荷遮断時に車室１３の圧縮空気を廃棄系統２０へ抽気する。スイッチ５３１は、弁開度を１００％（全開）とする弁開度指令信号と弁開度を０％（全閉）とする弁開度指令信号を切り替えてバイパス弁１９へ出力する。スイッチ５３１は、負荷遮断信号取得部５１を経由して負荷遮断信号（ＬＲＴ）４０を取得すると、バイパス弁１９を所定の時間だけ全開にし、その後、全閉にする。所定の時間とは、弁開度を全開にして圧縮空気を抽気した場合に、燃料ノズル２２Ｃの燃空比が燃空比クライテリア以上となり、かつ過度に上昇することがないように定められた時間である。なお、スイッチ５３１は、バイパス弁制御部５３の具体的な構成の一例である。
【００３４】
図４は、本発明に係る第一実施形態における燃焼制御処理のフローチャートである。
図４のフローチャートを用いて本実施形態における負荷遮断時の燃料供給制御およびバイパス弁１９の開閉制御について説明する。
前提としてバイパス弁１９は閉状態であるとする。また、ガスタービン２の運転中に負荷遮断が生じたものとする。すると、負荷遮断信号取得部５１が負荷遮断信号（ＬＲＴ）４０を取得する（ステップＳ１１）。負荷遮断信号取得部５１は、燃料制御部５２およびバイパス弁制御部５３に負荷遮断の発生を通知し、負荷遮断時の燃焼制御を行うよう指示を行う。すると燃料制御部５２は、回転数がＯＳＴ規定値の１１０％以下となる燃料流量を決定する（ステップＳ１２）。例えば、記憶部５４には、ガスタービン２の回転数がＯＳＴ規定値１１０％を超えないような燃料供給量の閾値が記録されている。この閾値は、実機での検証やシミュレーションで算出された値である。そして、燃料制御部５２は、その閾値に基づいて、各燃料系統２１〜２５に配分する燃料の割合を算出する。燃料制御部５２は、予混パイロット系統２２に配分する燃料供給量の最大値を算出する。同様に、燃料制御部５２は、拡散パイロット系統２１、メインＡ系統２３、メインＢ系統２４、トップハット系統２５への燃料供給量を算出する。燃料制御部５２は、各燃料ノズル２１Ｃ〜２５Ｃから算出した燃料が噴出されるように、各燃料ノズルに対応する調整弁２１Ｂ〜２５Ｂそれぞれの弁開度を算出する。燃料制御部５２は、算出した弁開度に応じた弁開度指令値を各調整弁２１Ｂ〜２５Ｂに出力する。これにより、各燃料系統２１〜２５からは、回転数がＯＳＴ規定値１１０％以下となるような量の燃料ガスが噴射される。
【００３５】
一方、バイパス弁制御部５３は、バイパス弁１９を閉状態から開状態に制御する。まず、バイパス弁制御部５３は、バイパス弁１９を全開にしておく時間Ｔｃ（例えば数秒）を決定する（ステップＳ１３）。例えば、予混パイロット系統２２の燃料ノズル２２Ｃの燃空比が、火炎の失火が生じない燃空比となるようなバイパス弁１９の全開時間が予め燃焼器１４の単体試験、シミュレーション等で決定されており、その値が記憶部５４に記録されている。バイパス弁制御部５３は、この値を記憶部５４から読み出して時間Ｔｃに設定する。次に、バイパス弁制御部５３は、バイパス弁１９を全開（弁開度１００％）とする弁開度指令値を、バイパス弁１９に出力する（ステップＳ１４）。これにより、バイパス弁１９は全開となり、圧縮機１２から車室１３に送出された圧縮空気の一部が、抽気配管１８を経由して廃棄系統２０から大気へ放出される。車室１３の圧縮空気の一部が失われることによって、車室１３から燃焼器１４に流入する圧縮空気の量が減少する。これにより、燃焼器１４における燃空比が上昇する。ここで、時間Ｔｃより長時間、車室１３からの抽気を行うと、燃空比が過度に増大し、燃料ノズル２１Ｃ〜２５Ｃを含む燃焼器１４の故障等を引き起こす可能性がある。そこで、バイパス弁制御部５３は、失火が生じないように時間Ｔｃの間だけバイパス弁１９を全開にし、その後、全閉の状態に戻す制御を行う。バイパス弁制御部５３は、時間Ｔｃが経過したかどうかを監視する（ステップＳ１５）。時間Ｔｃが経過しない場合（ステップＳ１５；Ｎｏ）、バイパス弁制御部５３は、バイパス弁１９を全開にしてから時間Ｔｃが経過するまで待機する。時間Ｔｃが経過した場合（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、バイパス弁制御部５３は、バイパス弁１９を全閉（弁開度０％）とする弁開度指令値を、バイパス弁１９に出力する（ステップＳ１６）。これにより、車室１３からの抽気が停止され、燃焼器１４の燃空比が過度に上昇することを防ぐことができる。
【００３６】
図５は、本発明に係る第一実施形態における燃焼制御処理の効果を説明する図である。
図５（ａ）、（ｂ）は、本実施形態によるバイパス弁１９の開閉制御を行った場合の負荷遮断後に生じる回転数および燃空比の挙動を示す図である。
図５（ａ）のグラフ１２１は、負荷遮断後の時間の経過に伴う、ガスタービンの回転数の変化を示したグラフである。図示するようにグラフ１２１の値は、グラフ１２Ｔの値以下のまま推移しており、ＯＳＰが発生していない。
図５（ｂ）のグラフ１２２は、予混パイロット燃空比とメイン燃空比との関係を示している。図示するようにグラフ１２２の値は、グラフ１２Ｃの値を上回っている。予混パイロット燃空比が燃空比クライテリアを上回っているため失火は生じない。このように本実施形態によれば、負荷遮断後の運転は成功となる。
【００３７】
本実施形態によれば、車室１３の圧縮空気をバイパスする抽気配管１８を設け、バイパス弁１９の開閉制御により、負荷遮断時の必要なときのみ圧縮空気を抽気するよう制御する。車室１３から圧縮空気を抽気することで、燃焼器１４に流入する空気流量を減らすことができる。これにより、燃焼器１４に供給する燃料流量を増やさずに燃焼器１４の燃空比を高めることができる。燃焼器１４への燃料供給量を増やさないためＯＳＴの発生を防ぐことができる。また、無駄な燃料を消費することを防止することができる。燃空比を高めることができるので、燃焼器１４における失火、ガスタービンの停止を防ぐことができる。本実施形態によるバイパス弁１９の開閉制御は、比較的失火しやすい予混パイロット系統２２に対して特に効果的である。このように本実施形態のガスタービン燃焼制御装置５０によれば、ガスタービン２の回転数をＯＳＴ以下とし、かつ失火を防ぐことができるので、負荷遮断後の運転を成功させることができる。
【００３８】
＜第二実施形態＞
以下、本発明の第二実施形態によるガスタービン燃焼制御装置を図６〜図７を参照して説明する。
以下、図１に例示したガスタービンプラントの系統図、図２に例示したガスタービン燃焼制御装置のブロック図を前提に第二実施形態に係るガスタービン燃焼制御装置５０ａについて説明を行う。第一実施形態と同様の構成には同じ符号を付して説明を行う。ガスタービン燃焼制御装置５０ａは、第一実施形態と異なる方法でバイパス弁１９の制御を行う。第二実施形態においてバイパス弁１９の制御は、バイパス弁制御部５３ａが行う。第一実施形態では、バイパス弁制御部５３がバイパス弁１９を所定時間だけ全開とすることで車室１３から抽気する圧縮空気の抽気量を制御した。この第二実施形態では、バイパス弁制御部５３ａが、バイパス弁１９の弁開度を、負荷遮断信号取得部５１が負荷遮断信号４０を取得する直前のガスタービン２の出力値に応じて決定する。
【００３９】
図６は、本発明に係る第二実施形態におけるバイパス弁の制御方法を説明する図である。
負荷遮断を行うと、急に負荷が無くなるので、それまでの回転動力の勢いによってガスタービン２の回転数は上昇傾向になる。負荷遮断時の回転数の上昇には、直前のガスタービン２の出力の大きさが支配的に影響する。例えば、負荷遮断直前の出力が小さい場合は、負荷遮断後の回転数の上昇が小さく、ＯＳＴが生じる可能性は少ない。また、ガスタービン２の出力に応じて、各燃料ノズル２１Ｃ〜２５Ｃから噴射される燃料供給量やＩＧＶ１１の開度（圧縮機１２への空気流入量）も異なるため、燃空比の制御もガスタービン２の出力に応じて行うことが好ましい。そこで、本実施形態では、負荷遮断直前のガスタービン２の出力値を用いてバイパス弁１９の開度を決定する。
【００４０】
図６のスイッチ５３２ｃは、負荷遮断直前のガスタービン２の出力値に応じた弁開度（Ｘ％）指令信号と、弁開度を０％（全閉）とする指令信号を切り替えてバイパス弁１９へ出力する。スイッチ５３２ｃは、負荷遮断信号取得部５１が負荷遮断信号（ＬＲＴ）４０を取得すると、バイパス弁１９を所定の時間だけＸ％の開度で開状態とし、その後、閉状態（全閉）とする。
弁開度Ｘ％は、関数５３２ｂが算出する。関数５３２ｂは、ガスタービンの出力値と弁開度との対応関係を規定する関数である。グラフ５３２ｄは、関数５３２ｂの一例である。グラフ５３２ｄの横軸はガスタービン２の出力値、縦軸はバイパス弁１９の弁開度である。グラフ５３２ｄが示すように、バイパス弁１９の弁開度は、ガスタービン２の出力値が大きい程、大きくなるように規定されている。関数５３２ｂは、スイッチ５３２ａからガスタービン２の出力値を取得し、グラフ５３２ｄで例示した関数に基づいてバイパス弁１９の弁開度を算出する。関数５３２ｂは、バイパス弁１９を所定の時間だけ開状態とすれば、燃料ノズル２２Ｃ（予混パイロット系統２２）における失火を防ぐ燃空比が維持できる分量の圧縮空気を抽気することができる弁開度Ｘ％を、ガスタービン出力値に対応付けて規定した関数である。関数５３２ｂは、予め実験、シミュレーション等により用意され、記憶部５４に記録されている。なお、所定の時間とは、例えば第一実施形態の時間Ｔｃである。
【００４１】
スイッチ５３２ａは、関数５３２ｂに出力する負荷遮断直前のガスタービン２の出力値を設定する。スイッチ５３２ａにはガスタービン２の出力値（ＧＴＭＷ）が入力され、スイッチ５３２ａはその値を関数５３２ｂに出力している。また、スイッチ５３２ａには、負荷遮断信号取得部５１を経由して負荷遮断信号４０が入力される。スイッチ５３２ａは、負荷遮断信号４０を取得すると、その時出力しているＧＴＭＷを保持する。つまり、負荷遮断後、スイッチ５３２ａは保持したＧＴＭＷ（負荷遮断直前のＧＴＭＷ）を関数５３２ｂに出力する。
このように負荷遮断が生じると、スイッチ５３２ａ、関数５３２ｂ、スイッチ５３２ｃは連動し、スイッチ５３２ｃは、負荷遮断直前のガスタービン出力値に応じた弁開度でバイパス弁１９の開度を制御する。なお、スイッチ５３２ａ、関数５３２ｂ、スイッチ５３２ｃは、バイパス弁制御部５３ａの具体的な実装の一例を示している。
【００４２】
例えば、負荷遮断直前のガスタービン２の出力値が小さい場合、燃焼器１４へ供給される燃料は少ない。従って負荷遮断後の回転数がＯＳＴ規定値の１１０％に達するまでに投入できる燃料の量には余裕がある（ＯＳＴとなる可能性は低い）。また、負荷遮断直前のガスタービン２の出力値が小さい場合、燃焼器１４への燃料供給量だけでなく、圧縮機１２へ流入する空気量も小さくなるようにＩＧＶ１１の開度が制御される。従って、バイパス弁１９の開度を大きくし過ぎると、元々少ない圧縮空気を余分に抽気することになり、燃空比が過度に上昇してしまうことになる。従って、第二実施形態では、ガスタービン出力値が低い場合、バイパス弁１９の開度を絞り気味にする。一方、ガスタービン出力値が大きい場合、燃焼器１４へ投入されている燃料供給量と圧縮機１２へ流入する空気量は大きくなるよう制御される。従ってこの場合、圧縮空気の量が元々多いのでバイパス弁１９の開度を大きくし、抽気を多く行うことで燃空比を維持する。
【００４３】
図７は、本発明に係る第二実施形態における燃焼制御処理のフローチャートである。
図７のフローチャートを用いて本実施形態における負荷遮断時の燃料供給制御およびバイパス弁１９の開閉制御について説明する。第一実施形態と同様の処理には同じ符号を付して簡単に説明を行う。
まず、負荷遮断信号取得部５１が負荷遮断信号（ＬＲＴ）４０を取得する（ステップＳ１１）。負荷遮断信号取得部５１は、燃料制御部５２およびバイパス弁制御部５３ａに負荷遮断の発生を通知し、負荷遮断時の燃焼制御を行うよう指示を行う。すると燃料制御部５２は、回転数がＯＳＴ規定値の１１０％以下となる燃料流量を決定する（ステップＳ１２）。燃料制御部５２は、決定した燃料流量に応じた弁開度指令値を各調整弁２１Ｂ〜２５Ｂに出力する。
【００４４】
一方、バイパス弁制御部５３ａは、バイパス弁１９を閉状態から開状態に制御する。まず、バイパス弁制御部５３ａは、バイパス弁１９を開状態にしておく時間Ｔｃ（例えば数秒）を決定する（ステップＳ１３）。例えば、バイパス弁制御部５３ａは、時間Ｔｃの値を記憶部５４から読み出す。次に、バイパス弁制御部５３ａは、ガスタービン２の出力値に応じたバイパス弁１９の弁開度を算出する（ステップＳ１４１）。具体的な算出方法は、図６を用いて説明したとおりである。つまり、バイパス弁制御部５３ａは、ガスタービン出力値と弁開度の関係を規定する関数等（例えば、グラフ５３２ｄ）と、負荷遮断直前のガスタービン２の出力値に基づいて、ガスタービン２の出力値に応じた弁開度を算出する。バイパス弁制御部５３ａは、算出した弁開度に対応する弁開度指令値をバイパス弁１９に出力する（ステップＳ１４２）。これにより、バイパス弁１９が開状態となり、車室１３から圧縮空気の一部が抽気される。そして、燃焼器１４における燃空比が上昇する。
【００４５】
ここで、燃空比が過度に上昇すると燃焼器１４の故障等を引き起こす可能性があるのは第一実施形態と同様である。そのため、バイパス弁制御部５３ａは、時間Ｔｃの間だけバイパス弁１９をステップＳ１４１で算出した弁開度で開状態にし、その後、全閉の状態に戻す制御を行う。バイパス弁制御部５３ａは、時間Ｔｃが経過したかどうかを監視し（ステップＳ１５）、バイパス弁１９を開状態にしてから時間Ｔｃが経過するまで待機する。時間Ｔｃが経過した場合（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、バイパス弁制御部５３ａは、バイパス弁１９を全閉（弁開度０％）とする弁開度指令値を、バイパス弁１９に出力する（ステップＳ１６）。これにより、車室１３からの抽気が停止され、燃焼器１４の燃空比が過度な上昇を防ぐことができる。
【００４６】
本実施形態では、負荷遮断直前のガスタービン出力に応じてバイパス弁１９の弁開度を調整可能である。例えば出力が高いときは弁開度を大きく，出力が低いときは弁開度を小さくする。これにより、車室１３から抽気する圧縮空気の抽気量を、ガスタービン２の出力に応じて変化する燃料供給量および空気流入量に対して最適化することができる。本実施形態によれば第一実施形態の効果に加え、燃焼器１４の燃空比をガスタービン出力値に応じてより適切に制御することで、負荷遮断時の失火をより確実に防ぐことができる。
【００４７】
＜第三実施形態＞
以下、本発明の第三実施形態によるガスタービン燃焼制御装置を図８〜図９を参照して説明する。
以下、第二実施形態と同様に図１のガスタービンプラント、図２のガスタービン燃焼制御装置を前提に第三実施形態に係るガスタービン燃焼制御装置５０ｂについて説明を行う。第一実施形態と同様の構成には同じ符号を付して説明を行う。ガスタービン燃焼制御装置５０ｂは、第一実施形態、第二実施形態と異なる方法でバイパス弁１９の制御を行う。第三実施形態おいてバイパス弁１９の制御は、バイパス弁制御部５３ｂが行う。バイパス弁制御部５３ｂは、バイパス弁１９の弁開度を、負荷遮断信号取得部５１が負荷遮断信号４０を取得する直前のＩＧＶ１１の開度に応じて決定する。
【００４８】
図８は、本発明に係る第三実施形態におけるバイパス弁の制御方法を説明する図である。
ＩＧＶ１１は、圧縮機１２への空気流量を調整する翼である。空気流量が多いときはそれだけ多くの圧縮空気を車室１３から抽気する必要がある。そこで、本実施形態では、バイパス弁１９の開度を、ＩＧＶ１１の開度の関数として決定する。なお、負荷遮断時には、ＩＧＶ１１は全閉に近い状態に制御される。そのため、負荷遮断直前のＩＧＶ１１の開度をパラメータとして用いる。
【００４９】
図８のスイッチ５３３ｂは、負荷遮断直前のＩＧＶ１１の開度に応じた弁開度（Ｙ％）指令信号と、弁開度を０％（全閉）とする指令信号を切り替えてバイパス弁１９へ出力する。
弁開度Ｙ％は、関数５３３ａが算出する。関数５３３ａは、ＩＧＶ１１の開度と弁開度との対応関係を規定する関数である。グラフ５３３ｃは、関数５３３ａの一例である。グラフ５３３ｃの横軸はＩＧＶ１１の開度、縦軸はバイパス弁１９の弁開度である。グラフ５３３ｃが示すように、バイパス弁１９の弁開度は、ＩＧＶ１１の開度が大きい程、大きくなるように規定されている。これにより、ＩＧＶ１１の開度が大きく、多量の空気が流入した場合、それに応じて多量の圧縮空気を車室１３から抽気することができる。関数５３３ａは、ＩＧＶ１１の開度を制御する制御装置（図示せず）などからＩＧＶ開度を取得し、グラフ５３３ｃで例示した関数に基づいてバイパス弁１９の弁開度を算出する。関数５３３ａは、バイパス弁１９を所定時間だけ開状態とすれば、燃料ノズル２２Ｃ（予混パイロット系統２２）における失火を防ぐ燃空比が維持できる分量の圧縮空気を抽気することができる弁開度Ｙ％をＩＧＶ１１の開度に対応付けて規定した関数である。関数５３３ａは、予め実験、シミュレーション等により用意され、記憶部５４に記録されている。なお、所定の時間とは、例えば第一実施形態の時間Ｔｃである。
【００５０】
スイッチ５３３ｂは、負荷遮断信号（ＬＲＴ）４０を取得すると、関数５３３ａが算出した弁開度Ｙ％を取得する。そして、スイッチ５３３ｂは、バイパス弁１９を所定の時間だけＹ％の開度にし、その後、全閉にする。このように負荷遮断が生じると、関数５３３ａ、スイッチ５３３ｂは連動し、負荷遮断直前のＩＧＶ１１の開度に応じた弁開度でバイパス弁１９の開度を制御する。
なお、関数５３３ａ、スイッチ５３３ｂは、バイパス弁制御部５３ｂの具体的な実装の一例を示している。
【００５１】
図９は、本発明に係る第三実施形態における燃焼制御処理のフローチャートである。
図９のフローチャートを用いて本実施形態における負荷遮断時の燃料供給制御およびバイパス弁１９の開閉制御について説明する。第一実施形態、第二実施形態と同様の処理には同じ符号を付して簡単に説明を行う。
まず、負荷遮断信号取得部５１が負荷遮断信号４０を取得する（ステップＳ１１）。負荷遮断信号取得部５１は、燃料制御部５２およびバイパス弁制御部５３ｂに負荷遮断の発生を通知し、負荷遮断時の燃焼制御を行うよう指示を行う。すると燃料制御部５２は、回転数がＯＳＴ規定値の１１０％以下となる燃料流量を決定する（ステップＳ１２）。燃料制御部５２は、決定した燃料流量に応じた弁開度指令値を各調整弁２１Ｂ〜２５Ｂに出力する。
【００５２】
一方、バイパス弁制御部５３ｂは、バイパス弁１９を閉状態から開状態に制御する。まず、バイパス弁制御部５３ｂは、バイパス弁１９を開状態にしておく時間Ｔｃ（例えば数秒）を決定する（ステップＳ１３）。例えば、バイパス弁制御部５３ｂは、実験等に基づいて決定された時間Ｔｃの値を記憶部５４から読み出す。次に、バイパス弁制御部５３ｂは、ＩＧＶ１１の開度に応じたバイパス弁１９の弁開度を算出する（ステップＳ１４３）。具体的な算出方法は、図８を用いて説明したとおりである。つまり、バイパス弁制御部５３ｂは、ＩＧＶ開度と弁開度の関係を規定する関数等（例えば、グラフ５３３ｃ）と、負荷遮断直前のＩＧＶ１１の開度に基づいて、ＩＧＶ１１の開度に応じた弁開度を算出する。バイパス弁制御部５３ｂは、算出した弁開度に対応する弁開度指令値をバイパス弁１９に出力する（ステップＳ１４２）。これにより、バイパス弁１９が開状態となり、ＩＧＶ１１を介して圧縮機１２に流入した空気量に応じた分量の圧縮空気が車室１３から抽気される。そして、燃焼器１４における燃空比が上昇する。
【００５３】
バイパス弁制御部５３ｂは、圧縮空気の過度な抽気を防ぐため時間Ｔｃの間だけバイパス弁１９を開状態にし、その後、全閉の状態に戻す制御を行う。バイパス弁制御部５３ｂは、時間Ｔｃが経過したかどうかを監視し（ステップＳ１５）、時間Ｔｃが経過するまで待機する。時間Ｔｃが経過した場合（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、バイパス弁制御部５３ｂは、バイパス弁１９を全閉（弁開度０％）とする弁開度指令値を、バイパス弁１９に出力する（ステップＳ１６）。これにより、車室１３からの抽気が停止される。
【００５４】
本実施形態によれば、ＩＧＶ１１の開度に応じて、バイパス弁１９の開度も調整し、車室１３からの抽気量を失火が生じないような量に制御することができる。これにより、車室１３から抽気する圧縮空気の抽気量を、空気流入量に応じた適切な量に最適化することができる。本実施形態によれば第一実施形態の効果に加え、燃焼器１４の燃空比をより適切に制御することで、負荷遮断時の失火をより確実に防ぐことができる。
なお、本実施形態は、第二実施形態と組み合わせ、負荷遮断直前のガスタービン２の出力値とＩＧＶ１１の開度の両方の影響を考慮してバイパス弁１９の弁開度を算出するようにしてもよい。
【００５５】
＜第四実施形態＞
以下、本発明の第四実施形態によるガスタービン燃焼制御装置を図１０〜図１２を参照して説明する。第四実施形態は、第一実施形態〜第三実施形態の何れとも組み合わせることが可能であるが、第三実施形態と組み合わせた場合を例に説明を行う。
図１０は、本発明に係る第四実施形態におけるガスタービン燃焼制御装置のブロック図である。
本発明の第四実施形態に係る構成のうち、本発明の第三実施形態に係るガスタービン燃焼制御装置５０ｂを構成する機能部と同じものには同じ符号を付し、それぞれの説明を省略する。第四実施形態に係るガスタービン燃焼制御装置５０ｃは、第三実施形態の構成に加えて、大気温度補正部５５を備えている。
大気温度補正部５５は、バイパス弁制御部５３ｂが決定したバイパス弁１９の弁開度を大気温度に応じて補正する。
【００５６】
図１１は、本発明に係る第四実施形態におけるバイパス弁の制御方法を説明する図である。
大気温度によって圧縮機１２に流入する空気の質量流量は変化する。例えば大気温度が上昇すると空気の密度が低下し、圧縮機１２に流入する空気の質量流量が減少する。空気の質量流量が減少すると同じ体積の空気が流入したとしても、燃焼器１４での燃空比は低下する。そこで、本実施形態では、バイパス弁制御部５３ｂが、大気温度によらず所望の質量流量の圧縮空気を抽気できるようバイパス弁１９の開度を大気温度で補正する。
【００５７】
図１１の関数５３３ａ、スイッチ５３３ｂ、グラフ５３３ｃは、第三実施形態と同様の機能を有している。つまり、関数５３３ａはＩＧＶ１１の開度に応じた弁開度（Ｙ％）をグラフ５３３ｃに基づいて算出し、スイッチ５３３ｂは、負荷遮断信号取得部５１を経由して負荷遮断信号（ＬＲＴ）４０を取得すると、関数５３３ａが算出した弁開度Ｙ％を取得する。スイッチ５３３ｂは、取得した弁開度Ｙ％に対応する弁開度指令信号を出力する。本実施形態では、スイッチ５３３ｂは、弁開度指令信号をバイパス弁１９へ出力するのではなく、大気温度補正部５５へ出力する。
【００５８】
大気温度補正部５５は、温度センサ３０から空気入口系統１０付近の大気温度を取得する。大気温度補正部５５は、補正係数テーブル５５ａから大気温度による弁開度補正係数を算出する。補正係数テーブル５５ａの横軸は大気温度、縦軸は弁開度補正係数である。大気温度が高ければ圧縮機１２へ流入する空気の質量流量は減少する。それに応じて車室１３からの抽気量も減少させる必要がある。従って、図示するように補正係数テーブル５５ａには、大気温度が高い程、弁開度補正係数の値が小さい値となるよう規定されている。補正係数テーブル５５ａは、例えばガスタービン２の設計時におけるヒートバランス計算等に基づいて決定されたものである。補正係数テーブル５５ａは、記憶部５４に記録されている。大気温度補正部５５は、温度センサ３０から取得した大気温度と補正係数テーブル５５ａに基づいて弁開度補正係数を算出する。次に大気温度補正部５５は、乗算器５５ｂによって、スイッチ５３３ｂから取得した弁開度指令信号と補正係数テーブル５５ａに基づく弁開度補正係数を乗算する。大気温度補正部５５は、乗算して求めた補正後の弁開度指令信号をバイパス弁１９へ出力する。
【００５９】
図１２は、本発明に係る第三実施形態における燃焼制御処理のフローチャートである。
図１２のフローチャートを用いて本実施形態における負荷遮断時の燃料供給制御およびバイパス弁１９の開閉制御について説明する。第三実施形態と同様の処理には同じ符号を付して簡単に説明を行う。
まず、負荷遮断信号取得部５１が負荷遮断信号（ＬＲＴ）４０を取得する（ステップＳ１１）。負荷遮断信号取得部５１は、燃料制御部５２およびバイパス弁制御部５３ｂに負荷遮断の発生を通知し、負荷遮断時の燃焼制御を行うよう指示を行う。すると燃料制御部５２は、回転数がＯＳＴ規定値の１１０％以下となる燃料流量を決定する（ステップＳ１２）。燃料制御部５２は、決定した燃料流量に応じた弁開度指令値を各調整弁２１Ｂ〜２５Ｂに出力する。
【００６０】
一方、バイパス弁制御部５３ｂは、バイパス弁１９を閉状態から開状態に制御する。まず、バイパス弁制御部５３ｂは、バイパス弁１９を開状態にしておく時間Ｔｃ（例えば数秒）を決定する（ステップＳ１３）。次に、バイパス弁制御部５３ｂは、ＩＧＶ１１の開度に応じたバイパス弁１９の弁開度を算出する（ステップＳ１４３）。バイパス弁制御部５３ｂは、算出した弁開度を大気温度補正部５５に出力する。次に大気温度補正部５５は、大気温度に応じて弁開度を補正する（ステップＳ１４４）。具体的な算出方法は、図１１を用いて説明したとおりである。つまり、大気温度補正部５５は、大気温度と弁開度補正係数の関係を規定する関数等（例えば、補正係数テーブル５５ａ）と、温度センサ３０から取得した大気温度に基づいて弁開度補正係数を算出する。大気温度補正部５５は、バイパス弁制御部５３ｂから取得した弁開度に弁開度補正係数を乗じて補正後の弁開度を求める。大気温度補正部５５は、補正後の弁開度に対応する弁開度指令値をバイパス弁１９に出力する（ステップＳ１４５）。次にバイパス弁制御部５３ｂは、バイパス弁１９を開状態にしてから時間Ｔｃが経過したかどうかを監視し（ステップＳ１５）、時間Ｔｃが経過するまで待機する。時間Ｔｃが経過した場合（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、バイパス弁制御部５３ｂは、バイパス弁１９を全閉（弁開度０％）とする弁開度指令値を、バイパス弁１９に出力する（ステップＳ１６）。これにより、車室１３からの抽気が停止される。
【００６１】
本実施形態によれば、大気温度に応じて車室１３からの抽気量を補正するので、より正確に燃空比を制御し、失火を防ぐことができる。また、例えば、ガスタービンプラント１が年間を通して大気温度差が大きい場所に設置されている場合でもバイパス弁１９の弁開度を大気温度に応じて設定し直す必要がないという効果が得られる。なお、ここでは第三実施形態と組み合わせた場合を例に説明を行ったが、本実施形態は、第一実施形態または第二実施形態と組み合わせてもよい。
また、本実施形態では、大気温度に応じてバイパス弁１９の弁開度を補正したが、さらに大気圧力や大気湿度などに応じて弁開度を補正するように構成してもよい。
【００６２】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、燃空比を維持して失火を防ぐ対象を予混パイロット系統２２の燃料ノズル２２Ｃとしたが、これに限定されない。第一実施形態〜第四実施形態のバイパス弁１９の制御を、拡散パイロット系統２１やメインＡ系統２３、メインＢ系統２４、トップハット系統２５における失火の防止のために適用することも可能である。
なお、燃料ノズル２２Ｃは予混パイロットノズルの一例である。ＯＳＰ規定値の１１０％の回転数は、ガスタービンの回転数の所定の閾値の一例である。燃空比クライテリアは、失火が発生しないよう定められた所定の燃空比の一例である。
【００６３】
なお、上述のガスタービン燃焼制御装置５０は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述したガスタービン燃焼制御装置５０における各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【００６４】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１・・・ガスタービンプラント
２・・・ガスタービン
３・・・発電機
１０・・・空気入口系統
１１・・・ＩＧＶ
１２・・・圧縮機
１３・・・車室
１４・・・燃焼器
１５・・・タービン
１６・・・ロータ
１７・・・冷却配管
１８・・・抽気配管
１９・・・バイパス弁
２０・・・廃棄系統
２１・・・拡散パイロット系統
２２・・・予混パイロット系統
２３・・・メインＡ系統
２４・・・メインＢ系統
２５・・・トップハット系統
２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、２４Ａ、２５Ａ・・・調整弁
２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ、２４Ｂ、２５Ｂ・・・マニホールド
２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃ、２４Ｃ、２５Ｃ・・・燃料ノズル
２６・・・燃料タンク
２７・・・圧力系統
２８、２９・・・調整弁
３０・・・温度センサ
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ・・・ガスタービン燃焼制御装置
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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