(57)【要約】【課題】燃焼器（２８）に流入する燃料の組成（１６）を決定するための方法及びシステムを開示する。【解決手段】本方法は、燃焼器（２８）に流入する燃料の温度（２４）を測定するステップと、燃料特性及び燃料ノズル（２６）有効面積（Ａe）を用いて第１の推定総燃料流量を算出するステップと、空力加熱サイクルモデル（１４）分析を用いて第２の推定総燃料流量を算出するステップとを含む。第１の推定総燃料流量は、第２の推定総燃料流量と比較され、燃料の低位発熱量が、第１の推定総燃料流量と第２の推定総燃料流量との差から求められる。ガスタービン（１０）を制御するための方法及びシステムは、該ガスタービン（１０）の性能に対する燃料組成（１６）の影響を算出するステップと、１以上の性能パラメータを１以上のパラメータ限界値（４０）と比較するステップとを含む。ガスタービン（１０）の１以上の機械制御装置（４２）は、比較の結果に基づいて変更される。【選択図】      図１
2009062990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器（２８）に流入する燃料の組成（１６）を決定する方法であって、
前記燃焼器（２８）に流入する燃料の温度（２４）を測定するステップと、
燃料特性及び燃料ノズル（２６）有効面積（Ａe）を用いて第１の推定総燃料流量を算出するステップと、
空力加熱サイクルモデル（１４）分析を用いて第２の推定総燃料流量を算出するステップと、
第１の推定総燃料流量を第２の推定総燃料流量と比較するステップと、
第１の推定総燃料流量と第２の推定総燃料流量との差から燃料の低位発熱量を求めるステップと
を含む方法。
【請求項２】
燃料中の１種以上の成分の比率を決定するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記１種以上の成分の比率が、前記低位発熱量を相対成分モデル（４４）に入力するステップによって決定される、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記１種以上の成分の比率が、１以上の成分センサを用いて１種以上の成分の量を測定するステップによって決定される、請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記１種以上の成分の比率が、
１以上の成分センサを用いて前記１種以上の成分の少なくとも１つの成分の量を測定するステップと、
前記少なくとも１つの成分の量を相対成分モデルに入力するステップと、
前記低位発熱量を前記相対成分モデル（４４）に入力することによって残りの所望の成分の相対量を求めるステップと
によって決定される、請求項２記載の方法。
【請求項６】
ガスタービン（１０）を制御する方法であって、
前記ガスタービン（１０）の燃焼器（２８）に流入する燃料の組成（１６）を決定するステップと、
前記ガスタービン（１０）の性能に対する前記燃料組成（１６）の影響を算出するステップと、
１以上の性能パラメータを１以上のパラメータ限界値（４０）と比較するステップと、
前記比較の結果に基づいて前記ガスタービン（１０）の１以上の機械制御装置（４２）を変更するステップと
を含む方法。
【請求項７】
前記燃料の組成（１６）が、
前記ガスタービン（１０）の燃焼器（２８）に流入する燃料の温度（２４）を測定するステップと、
燃料特性及び燃料ノズル（２６）有効面積（Ａe）を用いて第１の推定総燃料流量を算出するステップと、
空力加熱サイクルモデル（１４）分析を用いて第２の推定総燃料流量を算出するステップと、
第１の推定総燃料流量を第２の推定総燃料流量と比較するステップと、
第１の推定総燃料流量と第２の推定総燃料流量との差から燃料の低位発熱量を求めるステップと
によって決定される、請求項６記載の方法。
【請求項８】
燃料中の１種以上の成分の比率を決定するステップを含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記１種以上の成分の比率が、前記低位発熱量を相対成分モデル（４４）に入力するステップによって決定される、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記１種以上の成分の比率が、
１以上の成分センサを用いて前記１種以上の成分の少なくとも１つの成分の量を測定するステップと、
前記少なくとも１つの成分の量を相対成分モデルに入力するステップと、
前記低位発熱量を前記相対成分モデル（４４）に入力することによって残りの所望の成分の相対量を求めるステップと
によって決定される、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、ガスタービンに関する。より具体的には、本願発明は、燃料組成情報の特定、並びにガスタービンを制御するために用いるサイクル及び燃焼モデルへの該燃料組成情報の統合に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの性能は、ガスタービン燃焼システムに供給する燃料の組成に影響を受けやすい。燃料組成における非補償形変化は、燃焼不安定性（ダイナミックス）、ＮＯｘ及びＣＯを含む排出量の増加、希薄吹消え、並びに保炎マージンの低減又は逆火を招くおそれがある。燃料組成の変化を適時に把握することは、ガスタービン制御システムによる燃焼システムの最適化に役立てることができる。燃料組成の変化に対する補償を達成する１つの方法は、様々な方法によって達成することができる燃料組成の直接測定を含むが、それら様々な方法の多くは、費用がかかり、応答が緩慢であり、或いはそれとは別に制御目的には望ましくないものである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、燃焼器に流入する燃料の組成を決定するための方法及びシステムを提供することによって上述の問題を解決する。本方法は、燃焼器に流入する燃料の温度及び圧力を測定するステップと、燃料特性及び燃料ノズル有効面積（Ａe）を用いて第１の推定総燃料流量を算出するステップと、空力加熱サイクルモデル分析を用いて第２の推定総燃料流量を算出するステップとを含む。第１の推定総燃料流量は、第２の推定総燃料流量と比較され、燃料の低位発熱量における変化が、第１の推定総燃料流量と第２の推定総燃料流量との差から推測される。
【０００４】
さらに開示しているのは、ガスタービンを制御するための方法及びシステムであり、本方法は、ガスタービンの性能に対する燃料組成の影響を算出するステップと、１以上の性能パラメータを１以上のパラメータ限界値と比較するステップとを含む。ガスタービンの１以上の機械制御装置は、比較の結果に基づいて変更される。
【０００５】
これらの及びその他の利点及び特徴は、図面と共に行う以下の説明から一層明らかになるであろう。
【０００６】
本発明とみなされる主題は、特許請求の範囲に具体的かつ明確に記載されている。本発明の上記その他の目的、特徴及び利点は、添付図面と以下の詳細な説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下の詳細な説明は、図面を参照して実施例によって、本発明の実施形態をその利点及び特徴と共に説明している。
【０００８】
図１を参照すると、ガスタービン１０は、該ガスタービン１０全体にわたって分散配置した複数のデータセンサ１１を含む。データセンサ１１は、ここでは例示を目的として示しているが、所望のデータを得るようにその個数及び／又は位置を変更することができる。データセンサ１１は、例えば温度、圧力、速度及び発電機出力のような一連のデータ１２をガスタービン１０から得る。データセンサ１１からのデータ１２は、ベースラインすなわち予定燃料組成１６と共に空力加熱サイクルモデル１４に入力される。空力加熱サイクルモデル１４により、例えば燃焼室圧力（Ｐｃｃ）及び燃料特性２０などを含む空力加熱サイクルモデル出力１８が得られる。空力加熱サイクルモデル出力１８、２０は、燃料システムモデル２２に提供される。
【０００９】
幾つかの実施形態では、燃料システムモデル２２への付加的入力は、燃料温度２４である。燃料温度２４は、図２に示すように燃焼器２８の１以上の噴射装置ノズル２６において測定して、燃焼室３０に流入する燃料の温度を正確に測定する（必ずではないが）のが好ましい。再び図１を参照すると、燃料温度２４が測定されると、この燃料温度２４は、燃料システムモデル２２に入力される。燃料システムモデル２２は、燃焼器圧力比（ＰＲ）を算出し、この燃焼器圧力比は、燃料特性２０及び燃料ノズル有効面積（Ａe）と共に使用されて、燃焼器２８における総燃料流量（Ｗtot#FSYS）が算出される。Ｗtot#FSYSは、空力加熱サイクルモデル１４によって算出した総燃料流量Ｗtot#ARESと比較され、従って実際の燃料組成に基づいて算出した流量（Ｗtot#FSYS）を予定燃料組成１６に基づいて算出した流量と比較する。Ｗtot#FSYSとＷtot#ARESとの間の差Ｗtot#ERRORは、燃焼器２８における燃料の低位発熱量（ＬＨＶ）の変化を示し、これは燃料組成の重要な識別子である。
【００１０】
ＬＨＶは、新たな予定燃料組成１６として空力加熱サイクルモデル１４に入力され、新たな空力加熱サイクルモデル出力１８は、燃料システムモデル２２に入力され、また新たなＷtot#FSYSが、燃料システムモデル２２によって出力される。Ｗtot#FSYSは再びＷtot#ARESと比較され、新たなＷtot#ERROR及び新たなＬＨＶが得られる。この誤差低減処理は、Ｗtot#ERRORがゼロに等しくなるまで継続される。
【００１１】
誤差低減が達成されると、総流量Ｗ及び圧力比ＰＲが第１の伝達関数３２に入力され、この第１の伝達関数３２は、例えば排出データ３４及びダイナミックスデータ３６などのガスタービン１０の性能に関連するデータを出力する。データ３４、３６は、制御機能（制御関数）３８に供給され、この制御関数３８は、データ３４、３６を限界値４０と比較する。データ３４、３６が限界値４０の１以上を超えている場合には、制御関数３８は、１以上の機械制御装置４２に、入口案内ベーン角度及び／又はノズル面積などのガスタービン１０の運転パラメータを変化させるような変更を行わせることができる。この方法によって、燃料組成の変化に影響を受けやすいガスタービン１０の制御が可能になり、燃料組成の変化に対応して機械制御装置４２を迅速に調整することが可能になる。
【００１２】
幾つかの実施形態では、燃料中の成分要素の相対量が決定される。この決定は、特定の燃料の保炎マージン（ＦＨＭ）を想定するのに、またその想定に対応して機械制御装置４０を調整するのに特に有用である。例えば、燃料が天然ガスであるガスタービン１０においては、燃料中に存在する成分メタン、エタン、ブタン及びプロパンの相対量を知ることは有利である。この実施形態では、上述のようにＬＨＶが求められると、相対成分モデル４４を用いて、燃料中に存在する成分の相対量が想定される。
【００１３】
別の実施形態では、１種以上の成分の直接測定を用いて、相対成分含有量を決定することができる。特定の成分を検出するように同調させた例えば光学装置４６などの１以上の成分センサを、ガスタービン１０の燃料ストリーム（図示せず）内に配置することができる。次に１以上の光学装置４６からの出力は、相対成分モデル４４に導かれ、この相対成分モデル４４において、残りの成分の相対量が求められる。１以上の光学装置４６からの出力はまた、相対成分モデル４４を調整するように使用され、従って将来の反復における信頼を改善する。
【００１４】
成分量が上述のように決定されると、ＦＨＭ伝達関数４８を用いて、特定の燃料組成のＦＨＭを求める。ＦＨＭは次に、制御関数３８に入力され、限界値４０と比較される。制御関数３８は、限界値４０に対するＦＨＭを評価し、機械制御装置４２の１以上に対する調整が必要かどうかを判定し、必要である場合には変更を指示する。
【００１５】
本発明を限られた数の実施形態のみに関して詳細に説明してきたが、本発明はそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解されるであろう。むしろ、本発明は、前述していない変形、変更、置き換え又は均等な構成を幾つでも組み込むように修正することができるが、それらは本発明の技術思想及び技術的範囲に相応している。加えて、本発明の様々な実施形態を説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、前述の説明によって限定されると見なすべきではなく、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ガスタービンを制御するためのシステムの概略図。
【図２】ガスタービンの燃焼器の断面図。
【符号の説明】
【００１７】
１０  ガスタービン
１２  一連のデータ
１４  サイクルモデル
１６  燃料組成
１８、２０  サイクルモデル出力
２２  燃料システムモデル
２４  燃料温度
２６  噴射装置ノズル
２８  燃焼器
３０  燃焼室
３２  第１の伝達関数
３４  排出データ
３６  ダイナミックスデータ
３８  制御関数
４０  限界値
４２  機械制御装置
４４  成分モデル
４６  光学装置
４８  ＦＨＭ伝達関数
【図１】
2009062990.tif 000003
【図２】
2009062990.tif 000004