CN103195587B - 设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法及燃料控制装置 - Google Patents

设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法及燃料控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法，该方法在加湿开始前后，抑制燃气轮机燃烧器的NOX生成，且燃烧稳定性优良。设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法，将具有向燃气轮机燃烧器个别供给燃料的多个燃烧部的燃烧器的一部分由比其他部分火焰稳定性优良的燃烧部构成，当按照由设置于利用高湿量空气的燃气轮机的加湿装置产生的向压缩空气的加湿状态进行控制时，在加湿开始时基于加湿水量、加湿后的空气温度评价燃烧空气的湿量，控制向火焰稳定性优良的燃烧部供给的燃料比率。

Description

设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法及燃料控制装置
技术领域
本发明涉及设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法及燃料控制装置。
背景技术
在日本特开2008－175098号公报中公开了如下燃料控制机构，在对燃气轮机工作流体(空气)添加湿量进行加湿，并利用该加湿空气回收燃气轮机排出气体所具有的热能，从而提高输出功率及效率的利用高湿量空气的燃气轮机发电成套设备中，在加湿开始的前后，该燃料控制机构能够确保燃烧器的低NOX性能且维持火焰的稳定性。
一般而言，在燃气轮机启动时的转速上升时，压缩机吸入空气流量和旋转体的振动特性发生变化，因此存在与达到额定转速后相比运转状态由于干扰而容易变得不稳定的倾向。
在利用高湿量空气的燃气轮机成套设备中，若在转速上升中途开始加湿，则对燃气轮机施加干扰，因此为了确保启动时的稳定性，最好在达到额定转速后的部分负载状态下开始加湿。
在使用天然气或煤油、汽油等氮含量少的燃料的情况下，由燃烧器产生的氮氧化物(NOX)大部分是空气中的氮氧化而产生的热NOX。
热NOX的生成由于温度依赖性高，因此一般在使用这些燃料的燃气轮机中，降低火焰温度是低NOX燃烧法的基本思想。作为降低火焰温度的方法，已知在预先将燃料与空气混合之后使其燃烧的预混合燃烧。
另外，在如利用高湿量空气的燃气轮机成套设备那样利用再生器使燃烧空气成为高温的情况下，需要在防止燃料的自燃的同时适当地控制火焰温度来实现低NOX，有效的方法是专利文献1所述的将燃料和空气作为多个小径的同轴喷流向燃烧室喷出。
在这种低NOX燃烧器中，若要同时实现低NOX性能和火焰的稳定性，则重要的是将燃料流量与空气流量之比即燃空比调节在预定的范围。
在日本特开平7－189743号公报中公开了如下方法，即，以伴随着燃气轮机的运用而产生的压缩机入口引导阀的开度变化、由大气温度变化和大气压力变化引起的空气流量的变化、由燃料温度及燃料发热量变化引起的燃料流量的变化为对象，调整燃料流量与空气流量之比。
另外，在日本特开平11－72029号公报中公开了如下方法，即，在通过吸气喷雾来冷却压缩机的吸入空气并降低压缩动力的燃气轮机系统中，根据大气吸入空气的湿度及吸气喷雾水量来增减燃料流量。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2008－175098号公报
专利文献2：日本特开平7－189743号公报
专利文献3：日本特开平11－72029号公报
若在利用高湿量空气的燃气轮机成套设备中开始加湿，则在燃烧器中燃烧空气的湿量增加，因此燃烧热被湿量夺去而火焰温度降低，NOX发生量减少。
另外，随着湿量的增加而涡轮工作流体的流量增加，因此为了保持转速一定而燃料流量减少。燃料流量的减少导致火焰温度降低，NOX发生量减少。而且通过火焰温度降低而在再生器的回收热量减少，因此燃烧空气温度降低。燃烧空气温度的降低导致火焰温度降低，NOX发生量减少。
通过如此开始加湿，同时进行(1)湿量的增加、(2)燃料流量的减少、(3)空气温度的降低而火焰温度降低，因此虽然NOX发生量减少，但是燃烧稳定性变差。
若考虑到加湿而预先将燃烧空气流量设定得较低，则能够防止在高湿量条件下产生火焰的吹灭。然而，在如此设定燃烧器空气分配的燃烧器中，在开始加湿前与上述相反火焰温度增高，因此存在能够确保火焰稳定性但NOX发生量却增加的倾向。
即，在利用高湿量空气的燃气轮机成套设备中，在加湿开始前后，对于燃烧器的NOX生成及火焰稳定性产生较大的条件变化。而且认为，在加湿开始后根据阀控制或其系统的体积等，在燃气轮机的负载增加时，产生滞后直到对燃烧空气实际添加湿量为止。
在燃气轮机的负载减少时，由于相同的理由而产生迟延直至燃烧空气的湿度降低为止。
对于加湿操作的开始及停止操作，若在迟延时间之后燃烧空气湿度发生变化，则存在火焰温度过度增高或降低的可能性，因此有可能引起明显的NOX增加或燃烧稳定性的降低。
从而，对于这种条件变化，也需要将燃烧器以低NOX温定地燃烧的控制机构。
于是，如日本特开2008－175098号公报所公开的那样，将具有多个分别供给燃料的燃烧部的燃烧器的一部分燃烧部由火焰稳定性比其他燃烧部优良的燃烧部(具有对气流提供旋转分量的空气孔的燃烧部)构成，并且利用如下机构，即，以在加湿开始后的预定期间使火焰稳定性优良的燃烧部的燃烧温度成为加湿开始前的燃烧温度以上的方式，较大地设定向火焰稳定性优良的燃烧部供给的燃料的比率而控制燃料，从而能够确保加湿后的燃烧稳定性。
对于这种温度的变化，在应用如日本特开平7－189743号公报所公开的机构确保燃烧的稳定性的情况下，想到测量燃烧空气中的湿量并以其值为基础来控制燃料流量比例的方法。
在此，考虑用湿度传感器测量燃烧空气的湿量。
若考虑湿量的测量位置，第一，想到在加湿装置出口的湿量测量。但是，由于加湿装置出口的空气接近露点，因此存在利用湿度传感器进行测量则无法期待测定精度的问题。第二，想到在再生器出口的湿量测量。但是，由于再生器出口的空气为450℃以上的高温，因此要求湿度传感器具有高耐热性。
其次，考虑湿度传感器所要必备的性能。燃烧状态根据空气中的湿量变化而时时刻刻发生变化。因此，要求湿度传感器以高应答性测量空气中的湿量，并控制燃料流量比例来维持稳定燃烧。
如此，若用湿度传感器测量空气中的湿量进行燃烧控制，并使其稳定燃烧，则存在很多问题。
在日本特开平11－72029号公报中公开了如下机构，在利用吸气喷雾装置冷却压缩机的吸入空气，并降低压缩动力的燃气轮机系统中，相对于由大气湿度及吸气喷雾水量的变化引起的燃烧空气湿度的变化，使其稳定燃烧。
上述的现有技术所公开的利用高湿量空气的燃气轮机由于在压缩机的下游具备加湿装置，因此不仅是由于压缩机的吸气喷雾，而且还由于加湿装置的加湿量而燃烧空气湿度发生较大变化。而且认为，若压缩机排出空气的温度及湿度根据吸气喷雾装置的工作条件而发生变化，则随之利用加湿装置的加湿量也发生变化。
然而，对于为了使利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器稳定燃烧，考虑由压缩机的吸气喷雾引起的湿量变化和由加湿装置引起的湿量变化这双方而控制燃气轮机燃烧器的燃料流量的技术，并没有进行研究。
另外，对于在利用高湿量空气的燃气轮机的加湿前、加湿开始前后、加湿中无损燃气轮机燃烧器的燃烧稳定性而能以高可靠性运用，并且与加湿状态无关而将NOX发生量维持在低水平的控制利用高湿量空气的燃气轮机燃烧器的燃料流量的技术，也没有进行研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种如下设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法及其燃料控制装置，其在利用喷雾式加湿装置对空气进行加湿的利用高湿量空气的燃气轮机中，在加湿前、加湿开始前后、加湿中也无损燃烧稳定性而能以高可靠性运用，并且与加湿状态无关而能将NOX发生量维持在低水平。
本发明的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法如下，上述燃气轮机燃烧器用于利用高湿量空气的燃气轮机，该利用高湿量空气的燃气轮机具备：压缩机；使用由上述压缩机压缩的压缩空气燃烧燃料并产生燃烧气体的燃气轮机燃烧器；利用由燃气轮机燃烧器产生的燃烧气体驱动的涡轮；以及对由压缩机压缩并向上述燃气轮机燃烧器供给的压缩空气用喷雾水加湿的加湿装置，上述燃气轮机燃烧器设置多个由供给燃料的多个燃料喷嘴和供给燃烧空气的多个空气流路构成的燃烧部，基于负载指令与发电量的偏差，控制分别向燃气轮机燃烧器的上述多个燃烧部供给的燃料的燃料比率，上述设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法的特征在于，在设置于上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部之中，一部分燃烧部形成为与其他燃烧部相比火焰稳定性优良的燃烧部，如下地向上述燃气轮机燃烧器的燃烧部的燃料流量：基于上述加湿装置的向压缩空气的加湿水量和加湿后的空气温度，评价从上述加湿装置向上述燃气轮机燃烧器供给的燃烧空气的湿量，基于该燃烧空气的湿量的评价，调节向形成于上述燃气轮机燃烧器的上述火焰稳定性优良的燃烧部供给的燃料流量与向其他燃烧部供给的燃料流量的燃料比率。
另外，本发明的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法如下，上述燃气轮机燃烧器用于利用高湿量空气的燃气轮机，该利用高湿量空气的燃气轮机具备：压缩机；在上述压缩机的吸气部对吸入空气进行水喷雾的吸气喷雾装置；使用由上述压缩机压缩的压缩空气使燃料燃烧的燃烧器；利用来自上述燃烧器的燃烧气体驱动的涡轮；以及对由上述压缩机压缩的压缩空气用喷雾水加湿的喷雾式加湿装置，上述燃气轮机燃烧器设置多个由供给燃料的多个燃料喷嘴和供给燃烧空气的多个空气流路构成的燃烧部，基于负载指令与发电量的偏差，控制分别向燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的燃料比率，上述设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法的特征在于，在设置于上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部之中，一部分燃烧部形成为与其他燃烧部相比火焰稳定性优良的燃烧部，如下地控制向上述燃气轮机燃烧器的燃烧部的燃料流量：基于用上述吸气喷雾装置的加湿水量、向压缩空气的加湿水量和由上述加湿装置加湿后的空气温度，评价从上述加湿装置向上述燃气轮机燃烧器供给的燃烧空气的湿量，基于该燃烧空气的湿量的评价，调节向形成于上述燃气轮机燃烧器的上述火焰稳定性优良的燃烧部供给的燃料流量与向其他燃烧部供给的燃料流量的燃料比率。
本发明的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置如下，上述燃气轮机燃烧器用于利用高湿量空气的燃气轮机，该利用高湿量空气的燃气轮机具备：压缩机；使用由压缩机压缩的压缩空气燃烧燃料并产生燃烧气体的燃气轮机燃烧器；利用由燃气轮机燃烧器产生的燃烧气体驱动的涡轮；以及对由压缩机压缩并向上述燃气轮机燃烧器供给的燃烧用空气进行加湿的加湿装置，上述燃气轮机燃烧器设置多个由供给燃料的多个燃料喷嘴和供给燃烧用空气的多个空气流路构成的燃烧部，基于负载指令与发电量的偏差，控制分别向燃气轮机燃烧器的上述多个燃烧部供给的燃料的燃料比率，上述设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置的特征在于，在设置于上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部之中，一部分燃烧部形成为与其他燃烧部相比火焰稳定性优良的燃烧部，控制向上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的流量的燃料控制装置具有：基于负载指令MWD与实际的发电量MW的偏差，输出控制向燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的燃料流量指令的燃料流量控制器；基于从上述燃料流量控制器输出的燃料流量指令，分别设定向燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的燃料比率的燃料流量比率设定器；以及基于由上述燃料流量比率设定器设定的燃料流量比率设定值，操作分别调节向燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的流量比例的燃料控制阀的实际燃料流量控制器，而且设有：根据加湿装置的出口空气温度运算加湿装置出口的最大湿度的加湿装置出口最大湿度运算器；根据加湿装置的喷雾水量和由上述加湿装置出口最大湿度运算器运算的加湿装置出口最大湿度运算加湿装置出口湿度的加湿装置出口湿度运算器；以及燃烧温度F1增益运算器及湿度F1增益运算器，其根据向燃气轮机燃烧器供给的燃烧空气的燃烧空气流量和、由上述加湿装置出口湿度运算器运算的上述加湿装置出口湿度，对于向上述火焰稳定性优良的燃气轮机燃烧器的燃烧部供给的燃料的燃料比率分别运算相对于燃烧温度及湿度的控制增益，基于这些燃烧温度F1增益运算器及湿度F1增益运算器的运算值，用上述燃料流量比率设定器设定向设置于燃气轮机燃烧器的多个燃烧部之中火焰稳定性优良的燃烧部供给的燃料的燃料比率，控制向上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的流量比例。
另外，本发明的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置如下，上述燃气轮机燃烧器用于利用高湿量空气的燃气轮机，该利用高湿量空气的燃气轮机具备：压缩机；使用由压缩机压缩的压缩空气燃烧燃料并产生燃烧气体的燃气轮机燃烧器；利用由燃气轮机燃烧器产生的燃烧气体驱动的涡轮；以及对由压缩机压缩并向上述燃气轮机燃烧器供给的燃烧用空气进行加湿的加湿装置，上述燃气轮机燃烧器设置多个由供给燃料的多个燃料喷嘴和供给燃烧用空气的多个空气流路构成的燃烧部，基于负载指令与发电量的偏差，控制分别向燃气轮机燃烧器的上述多个燃烧部供给的燃料的燃料比率，上述设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置的特征在于，在设置于上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部之中，一部分燃烧部形成为与其他燃烧部相比火焰稳定性优良的燃烧部，控制向上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的流量的燃料控制装置具有：基于负载指令MWD与实际的发电量MW的偏差，输出控制向燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的燃料流量指令的燃料流量控制器；基于从上述燃料流量控制器输出的燃料流量指令，分别设定向燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的燃料比率的燃料流量比率设定器；以及基于由上述燃料流量比率设定器设定的燃料流量比率设定值，操作分别调节向燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的流量比例的燃料控制阀的实际燃料流量控制器，而且设有：根据加湿装置的出口空气温度运算加湿装置出口的最大水蒸气量的加湿装置出口最大水蒸气量运算器；根据加湿装置的喷雾水量和由上述加湿装置出口最大水蒸气量运算器运算的加湿装置出口最大水蒸气量运算加湿装置出口水蒸气量的加湿装置出口水蒸气量运算器；根据由上述加湿装置出口水蒸气量运算器运算的加湿装置出口水蒸气量运算加湿装置出口湿度的加湿装置出口湿度运算器；以及燃烧温度F1增益运算器及湿度F1增益运算器，其根据向燃气轮机燃烧器供给的燃烧空气的燃烧空气流量、和由上述加湿装置出口湿度运算器运算的上述加湿装置出口湿度，对于向上述火焰稳定性优良的燃气轮机燃烧器的燃烧部供给的燃料的燃料比率分别运算相对于燃烧温度及湿度的控制增益，基于这些燃烧温度F1增益运算器及湿度F1增益运算器的运算值，用上述燃料流量比率设定器设定向设置于燃气轮机燃烧器的多个燃烧部之中火焰稳定性优良的燃烧部供给的燃料的燃料比率，控制向上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的流量比例。
另外，本发明的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置如下，上述燃气轮机燃烧器用于利用高湿量空气的燃气轮机，该利用高湿量空气的燃气轮机具备：压缩机；在上述压缩机的吸气部对吸入空气进行水喷雾的吸气喷雾装置；使用由压缩机压缩的压缩空气燃烧燃料并产生燃烧气体的燃气轮机燃烧器；利用由燃气轮机燃烧器产生的燃烧气体驱动的涡轮；以及对由压缩机压缩并向上述燃气轮机燃烧器供给的燃烧用空气进行加湿的加湿装置，上述燃气轮机燃烧器设置多个由供给燃料的多个燃料喷嘴和供给燃烧用空气的多个空气流路构成的燃烧部，基于负载指令与发电量的偏差，控制分别向燃气轮机燃烧器的上述多个燃烧部供给的燃料的燃料比率，上述设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置的特征在于，在设置于上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部之中，一部分燃烧部形成为与其他燃烧部相比火焰稳定性优良的燃烧部，控制向上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的流量的燃料控制装置具有：基于负载指令MWD与实际的发电量MW的偏差，输出控制向燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的燃料流量指令的燃料流量控制器；基于从上述燃料流量控制器输出的燃料流量指令，分别设定向燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的燃料比率的燃料流量比率设定器；以及基于由上述燃料流量比率设定器设定的燃料流量比率设定值，操作分别调节向燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的流量比例的燃料控制阀的实际燃料流量控制器，而且设有：根据加湿装置的出口空气温度，运算加湿装置出口的最大湿度的加湿装置出口最大湿度运算器；根据加湿装置的喷雾水量及吸气喷雾装置的喷雾水量和由上述加湿装置出口最大湿度运算器运算的加湿装置出口最大湿度，运算加湿装置出口湿度的加湿装置出口湿度运算器；以及燃烧温度F1增益运算器及湿度F1增益运算器，其根据向燃气轮机燃烧器供给的燃烧空气的燃烧空气流量、和由上述加湿装置出口湿度运算器运算的上述加湿装置出口湿度，对于向上述火焰稳定性优良的燃气轮机燃烧器的燃烧部供给的燃料的燃料比率分别运算相对于燃烧温度及湿度的控制增益，基于这些燃烧温度F1增益运算器及湿度F1增益运算器的运算值，用上述燃料流量比率设定器设定向设置于燃气轮机燃烧器的多个燃烧部之中火焰稳定性优良的燃烧部供给的燃料的燃料比率，控制向上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的流量比例。
另外，本发明的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置如下，上述燃气轮机燃烧器用于利用高湿量空气的燃气轮机，该利用高湿量空气的燃气轮机具备：压缩机；在上述压缩机的吸气部对吸入空气进行水喷雾的吸气喷雾装置；使用由压缩机压缩的压缩空气燃烧燃料并产生燃烧气体的燃气轮机燃烧器；利用由燃气轮机燃烧器产生的燃烧气体驱动的涡轮；以及对由压缩机压缩并向上述燃气轮机燃烧器供给的燃烧用空气进行加湿的加湿装置，上述燃气轮机燃烧器具有多个由供给燃料的多个燃料喷嘴和供给燃烧用空气的多个空气流路构成的燃烧部，基于负载指令与发电量的偏差，控制分别向燃气轮机燃烧器的上述多个燃烧部供给的燃料的燃料比率，上述设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置的特征在于，在设置于上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部之中，一部分燃烧部形成为与其他燃烧部相比火焰稳定性优良的燃烧部，控制向上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的流量的燃料控制装置具有：基于负载指令MWD与实际的发电量MW的偏差，输出控制向燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的燃料流量指令的燃料流量控制器；基于从上述燃料流量控制器输出的燃料流量指令，分别设定向燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的燃料比率的燃料流量比率设定器；以及基于由上述燃料流量比率设定器设定的燃料流量比率设定值，操作分别调节向燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的流量比例的燃料控制阀的实际燃料流量控制器，而且设有：根据加湿装置的出口空气温度，运算加湿装置出口的最大水蒸气量的加湿装置出口最大水蒸气量运算器；根据吸气喷雾装置的喷雾水量，运算加湿装置喷雾量的修正量的加湿装置喷雾量修正量运算器；根据加湿装置的喷雾水量和由上述加湿装置出口最大水蒸气量运算器运算的加湿装置出口最大水蒸气量及由上述加湿装置喷雾量修正量，运算器运算的加湿装置喷雾量修正量运算加湿装置出口水蒸气量的加湿装置出口水蒸气量运算器；根据由上述加湿装置出口水蒸气量运算器运算的加湿装置出口水蒸气量，运算加湿装置出口湿度的加湿装置出口湿度运算器；以及燃烧温度F1增益运算器及湿度F1增益运算器，其根据向燃气轮机燃烧器供给的燃烧空气的燃烧空气流量、和由上述加湿装置出口湿度运算器运算的上述加湿装置出口湿度，对于向上述火焰稳定性优良的燃气轮机燃烧器的燃烧部供给的燃料的燃料比率分别运算相对于燃烧温度及湿度的控制增益，基于这些燃烧温度F1增益运算器及湿度F1增益运算器的运算值，用上述燃料流量比率设定器设定向设置于燃气轮机燃烧器的多个燃烧部之中火焰稳定性优良的燃烧部供给的燃料的燃料比率，控制向上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的流量比例。
本发明具有如下有益效果。
根据本发明，能够实现如下设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法及其燃料控制装置，其在利用喷雾式加湿装置对空气进行加湿的利用高湿量空气的燃气轮机中，在加湿前、加湿开始前后、加湿中也无损燃烧稳定性而能以高可靠性运用，并且与加湿状态无关而能将NOX发生量维持在低水平。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施例具有的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统的结构图。
图2是表示设置于图1所示的本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器上的燃料喷嘴的结构的局部剖视图。
图3是从燃烧室观察设置于图2所示的本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器上的燃料喷嘴的空气孔板的主视图。
图4是表示具有本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统的运转方法的一例的特性图。
图5是表示具有本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统的运转方法的另一个例子的特性图。
图6是具有本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统中的加湿装置喷雾水量与加湿装置出口湿度的关系的模式图。
图7是具有本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统中的加湿装置喷雾水量与加湿装置出口湿度的关系的模式图(近似线图)。
图8是表示具有本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统的运转方法的又一个例子的特性图。
图9是表示构成本发明的第一实施例的利用高湿量空气的燃气轮机系统中的燃气轮机燃烧器的燃烧控制装置的控制装置的一例的控制块图。
图10是表示图9所示的本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器的燃烧控制装置中的F1燃烧嘴的F1增益的一结构的说明图。
图11是表示具有本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统的运转方法的一例的特性图。
图12是具有本发明的第二实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统中的加湿装置喷雾水量与加湿装置出口湿度的关系的模式图。
图13是表示构成本发明的第二实施例的利用高湿量空气的燃气轮机系统中的燃气轮机燃烧器的燃气控制装置的控制装置的一例的控制块图。
图14是表示具有本发明的第三实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统的结构图。
图15是表示具有本发明的第三实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统的运转方法的一例的特性图。
图16是表示具有本发明的第三实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统的运转方法的另一个例子的特性图。
图17是具有本发明的第三实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统中的加湿装置喷雾水量与加湿装置出口湿度的关系的模式图。
图18是表示构成本发明的第三实施例的利用高湿量空气的燃气轮机系统中的燃气轮机燃烧器的燃烧控制装置的控制装置的一例的控制块图。
图19是表示具有本发明的第四实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统的运转方法的一例的特性图。
图20是具有本发明的第四实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统中的加湿装置喷雾水量与加湿装置出口湿度的关系的模式图。
图21是表示构成本发明的第四实施例的利用高湿量空气的燃气轮机中的燃气轮机燃烧器的燃烧控制装置的控制装置的一例的控制块图。
图中：
1－压缩机，2－燃气轮机燃烧器，3－涡轮，4－加湿装置，5－再生器，6－燃烧器壳体，7－燃烧器罩，8－燃料喷嘴，9－燃烧器火焰管，10－火焰管流动套筒，11－过渡部分，12－过渡部分流动套筒，20－发电机，21－旋转轴，22－排气塔，23－吸气喷雾装置，30－燃料喷嘴集管，31－燃料喷嘴，32－空气孔，33－空气孔板，35－燃料喷流，36－空气喷流，51－F1燃料凸缘，52－F2燃料凸缘，53－F3燃料凸缘，54－F4燃料凸缘，100－燃气轮机吸入空气，101－水喷雾后的吸入空气，102－压缩空气，103－加湿前高温空气，104－加湿空气，105－高温高湿量空气，106－高温燃烧气体，107－涡轮出口低压燃烧气体，108－再生器出口低压燃烧气体，109－排气筒排出气体，200－燃料，201－F1燃料，202－F2燃料，203－F3燃料，204－F4燃料，210－燃料断流阀，211－F1燃料控制阀，212－F2燃料控制阀，213－F3燃料控制阀，214－F4燃料控制阀，300－压缩机吸气喷雾水，301－加湿装置喷雾水，310－压缩机吸气喷雾水量控制阀，311－加湿装置喷雾水量控制阀，320－吸气喷雾装置排水管，321－压缩机内部排水管，322－加湿装置排水管，400－加湿装置喷雾水量修正量运算器，401－减法器，402－燃料流量控制器，403－燃料流量比率设定器，404－加湿装置出口湿度运算器，405－湿度F1增益设定器，406－实际燃料流量控制器，407－加湿装置出口水蒸气量运算器，408－加湿装置出口最大湿度运算器，409－加湿装置出口最大水蒸气量运算器，410－燃料流量指令值，411－F1燃料比率，412－F2燃料比率，413－F3燃料比率，414－F4燃料比率，415－燃烧温度F1增益设定器，416－乘法器，500－加湿装置出口温度，1000－控制装置。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施例、即利用高湿量空气的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法及燃料控制装置。
实施例1
使用图1～图10说明本发明的第一实施例的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法及其燃料控制装置。
图1是表示应用本发明的第一实施例即设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法及燃料控制装置的利用高湿量空气的燃气轮机系统的整体结构的系统流程图。
在图1所示的利用高湿量空气的燃气轮机系统中，发电用利用高湿量空气的燃气轮机包括压缩机1、燃气轮机燃烧器2、涡轮3、加湿装置4及再生器5，并且通过涡轮3的输出而得到使发电机20旋转的电力。
燃气轮机燃烧器2容纳在燃烧器壳体6及燃烧器罩7内。在燃气轮机燃烧器2的上游端中央具有燃料喷嘴8，在其下游具有隔开燃烧空气与燃烧气体的大致圆筒状的燃烧器火焰管9。
用压缩机1压缩压缩机1入口的燃气轮机吸入空气100(大气压)的高压空气102流过过渡部分11与过渡部分流动套筒12的间隙而对过渡部分11进行对流冷却，然后成为加湿前高温空气103。
加湿前高温空气103供给到加湿装置4并添加湿量而成为加湿空气104。加湿装置4通过喷雾水的喷雾而对空气进行加湿。在此，用加湿装置4加湿的加湿空气104处于水蒸气饱和条件以下(相对湿度100％以下)。
为了监视利用高湿量空气的燃气轮机的完好程度，在加湿装置4的出口设置测量加湿装置出口温度500的温度计。
用加湿装置4添加湿量的加湿空气104被引导到再生器5，并通过与燃气轮机排出气体107(涡轮出口低压燃烧气体)进行换热而被加热。
被加热的加湿空气104成为高温高湿量空气105后向燃烧器壳体6注入。燃烧器壳体6内的高温高湿量空气105经过燃烧器火焰管9的外侧的大致环状的空间并流向燃气轮机燃烧器2的燃烧器头部，途中用于燃烧器火焰管9的对流冷却。
一部分高温高湿量空气105从设置于燃烧器衬套9的冷却孔流入燃烧器火焰管9内，用于薄膜冷却。剩余的高温高湿量空气105(图中A部详细结构的36)从后述的空气孔32流入燃烧器火焰管9内，与从燃料喷嘴31喷出的燃料一起用于燃气轮机燃烧器2的燃烧，并成为高温的燃烧气体106被输送到涡轮3。
流出涡轮3的涡轮出口低压燃烧气体107被再生器5进行热回收后成为再生器出口低压燃烧气体108，并从排气塔22作为排出气体109排出。
用涡轮3得到的驱动力经由旋转轴21传递给压缩机1及发电机20。一部分驱动力成为压缩机1中的空气的压缩动力，剩余的驱动力由发电机20转换为电力。
作为利用高湿量空气的燃气轮机发电成套设备的输出的发电量MW，基于来自控制装置1000的指令信号调节用于运算向燃气轮机燃烧器2供给的燃料的流量的燃料流量调整阀211～214的开闭而进行控制。
用于以加湿装置4对空气进行加湿的水量，根据来自控制装置1000的指令信号调节加湿装置喷雾水量控制阀311的开闭而进行控制。
图2是表示图1所示的本实施例的利用高湿量空气的燃气轮机所使用的燃气轮机燃烧器2的燃料喷嘴9的结构的图。
在设置于燃气轮机燃烧器2的燃烧器罩7上的燃料喷嘴集管30上安装有多个燃料喷嘴31，具有与多个燃料喷嘴31的每一根相对应的多个空气孔32的空气孔板33通过支架34安装在燃烧器罩7上。
一对形成于燃料喷嘴31及空气孔板33上的空气孔32配设成大致同心状，如图2的A部详细结构所示，在中央形成燃料喷流35，在其周围形成多个空气喷嘴36的同轴喷流。
根据该同轴喷流结构，在形成于空气孔板33上的空气孔32内燃料与空气未混合，因此即使如利用高湿量空气的燃气轮机那样燃烧空气为高温也不发生燃料的自燃，空气孔板33也不会熔损，所以能够成为可靠性高的燃气轮机燃烧器2。
而且，通过形成多个这种小的同轴喷流，燃料与空气的界面增加而促进混合，因此在燃气轮机燃烧器2燃烧时能够抑制NOX的发生量。
图3是将设置于本实施例的燃气轮机燃烧器2的空气孔板33从燃烧器下游侧观察的图。在本实施例的燃气轮机燃烧器2中，多个空气孔32(以及未图示的与空气孔22成对的燃料喷嘴31)从空气孔板33的径向内周侧直到径向外周侧的范围以同心状配置有8列环状的空气孔列。
形成上述燃气轮机燃烧器2的燃烧部的燃烧嘴分别分组为：由中心侧的四列(第一列～第四列)形成第一组(F1)燃烧部的F1燃烧嘴；由第五列形成第二组(F2)燃烧部的F2燃烧嘴；由其外侧的两列(第六、七列)形成第三组(F3)燃烧部的F3燃烧嘴；以及由最外周(第八列)形成第四组(F4)燃烧部的F4燃烧嘴，如图2所示，经由对应于F1燃烧嘴～F4燃烧嘴的每一组而设置于集管30上的凸缘51～54将从分别具有流量控制阀211～214的燃料系统201～204供给的燃料向燃料喷嘴31供给。
根据这种燃料系统201～204的分组结构，能够实现相对于燃气轮机的燃料流量变化使供给燃料的燃料喷嘴的根数逐级地发生变化的燃料分级，能够确保燃气轮机部分负载运转时的燃烧稳定性并实现低NOX化。
而且，构成形成中央的四列(F1)燃烧部的F1燃烧嘴的空气孔板33的空气孔32形成为向节圆切线方向具有角度(图3中的α°)的倾斜孔，从而对流下该空气孔32的气流整体施加旋转，利用产生的循环流使火焰稳定。
配设在F1燃烧嘴的外周侧的F2燃烧嘴～F4燃烧嘴利用中央的F1燃烧嘴的燃烧热使火焰稳定。从而，当在高湿量燃气轮机中开始加湿，且燃烧用空气的湿量增加时，增加向燃气轮机燃烧器2的F1燃烧嘴供给的燃料流量，局部地设置高温部分，从而提高F1火焰的燃烧稳定性。
F2燃烧嘴以后的燃烧嘴的燃料流量减少相当于F1燃料的增加部分的量，而它们的火焰利用F1燃烧嘴的燃烧热而使火焰稳定，因此作为燃烧嘴整体确保燃烧稳定性。
对于应用本实施例的燃气轮机燃烧器2的燃料控制方法及燃料控制装置的利用高湿量空气的燃气轮机的运转方法的一例，参照图4、图5所示的各特性图进行说明。
在图4的利用高湿量空气的燃气轮机的运转方法的特性图中，横轴表示从开始启动的时刻，纵轴从上依次表示转速、发电量、空气流量、加湿装置4的喷雾水量、加湿装置4的出口湿度、加湿装置4的出口温度500。
而且，在图5的利用高湿量空气的燃气轮机的运转方法的特性图中，横轴与图4同样地表示从开始启动的时刻，纵轴从上依次模式地表示燃气轮机燃烧器2的燃烧温度、燃气轮机燃烧器2的整体的燃料流量、向F1燃烧嘴～F4燃烧嘴供给燃料的各燃料系统201～204的个别燃料流量(F1流量～F4流量)。
另外，在图4及图5的特性图中，期间a表示从启动直至达到额定转速的转速提速期间，期间b表示在燃气轮机启动中的负载增加期间之中加湿后的燃烧温度为Tg1以下的期间，期间c表示在燃气轮机启动中的负载增加期间之中加湿后的燃烧温度为温度Tg1以上且温度比温度Tg1高的温度Tg2以下的期间，期间d表示启动结束后的负载跟踪运转期间。
上述负载增加期间b进一步分为前一半的水分无添加期间b1、水分添加量变化期间b2、以及水分添加量固定期间b3。在此，燃气轮机燃烧器2的燃烧温度是根据燃空比(燃料流量与空气流量之比)、燃烧空气温度、燃烧空气湿度求出的值。
在本实施例的利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器2的燃料控制装置的运转方法中，首先，在根据来自燃料控制装置的控制装置1000的指令而燃料流量比较少的着火及提速时，仅使位于燃气轮机燃烧器2的轴心侧的F1燃烧嘴燃烧并运转(即仅对图2的燃料系统201供给F1燃料)，并使其提速至额定转速无负载条件附近。在以后的说明中将该F1燃烧嘴的单独燃烧称为1/4模式。
然后，在其以后的负载上升过程(期间b)中，对设置于燃气轮机燃烧器2的F1燃烧嘴的外周侧的F2燃烧嘴投入F2燃料，以F1+F2运转。即，对燃料系统201及202供给F1燃料及F2燃料，根据来自控制装置1000的指令调节分别设置于这些燃料系统201及202上的流量控制阀211及212的开度，从而控制各F1燃料及F2燃料的燃料流量。将此时称为2/4模式。
然后，对设置于燃气轮机燃烧器2的F2燃烧嘴的外周侧的F3燃烧嘴投入燃料而对燃料系统203供给燃料，将F3燃烧嘴着火的状态称为3/4模式。
在到此为止的过程中，未对利用高湿量空气的燃气轮机的加湿装置4添加水分(b1)。即图1所示的调节向利用高湿量空气的燃气轮机的加湿装置4供给的水的流量的加湿装置供水阀311为全闭，根据加湿装置旁通阀312的开度控制流过设置于再生换热器5的下游侧的供水过热器12的水量。
而且，就在此期间的燃料流量增加而言，以燃气轮机发电量按照燃气轮机的启动计划所设定的负载上升率增加的方式调节流量控制阀211、212及213的开度，从而控制向F1燃烧嘴、F2燃烧嘴、F3燃烧嘴供给的F1燃料、F2燃料、F3燃料的各燃料流量。
另外，向F1燃烧嘴、F2燃烧嘴、F3燃烧嘴供给的各燃料系统201至203的上述F1燃料、F2燃料、F3燃料的燃料流量分配，以燃气轮机燃烧器2的燃烧稳定且生成的NOX最小的方式设定的比率进行供给。
在本实施例的燃气轮机燃烧器2的燃料控制方法及燃料控制装置中，用该3/4模式开始向利用高湿量空气的燃气轮机的加湿装置4添加水分。通过加湿开始指令并根据来自上述控制装置1000的指令信号，设置于加湿装置4的空气冷却器侧加湿装置供水阀312打开，与开度相应的流量的供水注入到加湿装置4(期间b)。
同时，空气冷却器侧加湿装置旁通阀313根据来自上述控制装置1000的指令信号以流过空气冷却器28的水量成为预定值的方式被控制，与此同时减少开度并最终成为全闭状态。
之后通过控制空气冷却器侧加湿装置供水阀312的开度，以流过空气冷却器28的水量成为预定值的方式进行调整(期间b2～b3)。
此时，根据来自上述控制装置1000的指令信号，以燃气轮机发电量按照燃气轮机的启动计划所设定的负载上升率增加的方式，分别控制向燃气轮机燃烧器2的F1燃烧嘴、F2燃烧嘴、F3燃烧嘴供给的燃料流量。其中，向F1燃烧嘴供给的F1燃料在确保燃烧稳定性方面起到主要作用，因此需要如下设定，即，相对于向加湿装置4开始加湿前，在开始加湿后F1流量相对于全体燃料流量的比率增大。
在图5所示的具有本实施例的燃气轮机燃烧器的燃气轮机系统的运转方法的特性图中，用虚线表示的直线部分表示加湿前的设定。在本实施例的燃气轮机燃烧器2中，为了避免全体燃料流量相对于计划产生偏差，如下设定燃料流量，即，向F1燃烧嘴供给的燃料流量相对于用虚线表示的直线部分如实线所示提高F1流量，向F3燃烧嘴供给的燃料流量相对于用虚线表示的直线部分如实线所示降低F3流量。
在最适合确保燃气轮机燃烧器2的燃烧稳定性的F1流量的决定方面，利用F1燃烧温度的判断是最有效的。
在计算燃烧温度所需的各量之中，燃烧空气湿度如上所述存在难以利用湿度传感器实时直接测量的问题。
于是，在本实施例的燃气轮机燃烧器2中，考虑利用燃料控制装置的控制装置1000，根据向加湿装置4的喷雾水量即加湿装置喷雾水量Gwh、sp评价加湿装置4的出口温度即加湿装置出口温度Hmh、exit。
与利用湿度传感器的湿度测量相比，加湿装置喷雾水量Gwh、sp的测量容易进行高速且高精度的测量。从而，若能够根据加湿装置喷雾水量Gwh、sp一对一地评价加湿装置出口湿度Hmh、exit，则能够进行上述加湿装置出口湿度Hmh、exit的实时评价。
认为在充分确保加湿装置4的滞留时间的情况下，在加湿装置喷雾水量Gwh、sp少的期间，空气脱离水蒸气饱和条件而容易加湿，但是若加湿装置喷雾水量Gwh、sp变多，则接近水蒸气饱和状态而难以加湿。
换言之，若加湿装置喷雾水量Gwh、sp无限大，则加湿装置出口湿度Hmh、 exit逐渐接近加湿装置出口最大湿度Hmh、max。在理想的条件下，加湿装置出口最大湿度Hmh、max是加湿装置出口温度500中的饱和温度Hmh、sat。
图6的模式图表示该向加湿装置4的加湿装置喷雾水量Gwh、sp与加湿装置出口湿度Hmh、exit的关系。该关系能够利用形成数据库的实测值或模拟加湿的计算式求出。
在图6的表示设有本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统中的加湿装置4的加湿装置喷雾水量与加湿装置出口湿度的关系的模式图中，形成若加湿装置喷雾水量Gwh、sp增加则加湿装置出口湿度Hmh、exit的值连续上升的曲线。
另外，也可以如图7所示的表示具有本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统中的加湿装置4的加湿装置喷雾水量与加湿装置出口湿度的关系的模式图(近似线图)那样，对于加湿装置出口湿度Hmh、exit的值的几个点求出加湿装置出口湿度Hmh、exit相对于加湿装置喷雾水量Gwh、sp的值，并以用直线连结这些点的值的直线进行近似。
若使用图9所示的设置于本实施例的燃气轮机燃烧器2的燃料控制装置上的控制装置1000所使用的燃烧空气湿度，则能够根据燃烧空气温度、燃空比计算燃气轮机燃烧器2中的燃烧温度。对于强化火焰稳定性的F1燃烧嘴计算燃烧温度，并比较稳定燃烧所需的F1燃烧温度，则能够求出温度燃烧所需的F1流量。
设置于本实施例的燃气轮机燃烧器2的燃料控制装置上的控制装置1000中的上述湿度计算方法，不仅在相对于加湿装置4的加湿装置喷雾水量301为固定量的期间(图4的期间b3)有效，而且在加湿装置供水量301变化的期间(图4的期间b2)也有效。从而，对于由加湿装置喷雾水量301的变化引起的燃烧空气的过渡的湿度变化，也能够通过设定适当的F1流量来确保燃烧稳定性。
对于达到计划的加湿量之后，使用表示具有本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统的运转方法的另一个例子的特性图即图4及图5进行说明。
在本实施例的燃气轮机燃烧器2中，由于以加湿量固定为基础上升至预定的负载，因此若增加燃料，则燃烧温度达到温度Tg1。若局部燃烧温度高至NOX的生成温度以上，则即使是高湿量燃烧也难以生成NOX。
在此，根据要素燃烧试验的结果可知，若燃气轮机燃烧器2的燃烧温度提高一定程度，则即使是高湿量燃烧也能实现燃气轮机燃烧器2的稳定燃烧，所以在设有本实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统的运转中，如图5所示，燃气轮机燃烧器2的燃烧温度成为Tg1以上，则逐渐降低到此为止提高的F1流量，并逐渐提高F3流量。
然后，若燃气轮机燃烧器2的燃烧温度达到比温度Tg1高的温度Tg2，则以F1燃烧嘴与F3燃烧嘴的局部燃烧温度变为相等的方式设定F1流量。
如此，在燃气轮机燃烧器2的燃烧温度为温度Tg1以上且温度Tg2以下的期间(图4、图5的期间c)，通过与期间b相反地逐渐降低F1流量，从而能够在全负载带实现燃气轮机燃烧器2的稳定燃烧和进一步的低NOX燃烧。
图8是表示具有本发明的第一实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统的运转方法的又一个例子的特性图，是对于图5的期间b2、b3、c选出F1流量和F3流量并放大的图。
在该图8的特性图所示的设有本实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统的运转方法中，用虚线表示的直线部分表示燃气轮机燃烧器2的F1与F3的燃烧温度相等的流量，用实线表示的部分是与图5所示的运转相对应的运转。
在该图8所示的特性图中表示如下控制方法，即，在用实线表示的部分，刚向加湿装置4开始加湿之后将F1流量设定得较高，在燃烧温度为温度Tg1以上的期间c在确保稳定燃烧的阶段，以F1与F3的燃烧温度成为相等的方式控制燃料流量。
若燃气轮机燃烧器2的燃烧稳定性没有问题，则还能进行如用单点划线表示的简单的流量控制。在用单点划线表示的流量控制中，只需决定在燃气轮机燃烧器2的燃烧温度Tg1时对F1燃烧嘴供给的F1流量，就能够决定流量控制线，容易设定控制。
在发电量或涡轮排出气体温度达到预定量的时刻，结束利用高湿量空气的燃气轮机的启动，之后，如图5的特性图所示，通过按照利用高湿量空气的燃气轮机的负载的增减来增减向燃气轮机2供给的燃料流量而进行负载跟踪(期间d)。
在利用高湿量空气的燃气轮机的高负载运转时，在设置于燃气轮机燃烧器2的F1燃烧嘴～F4燃烧嘴之中，主要增减向最外周的F4燃烧嘴供给的F4燃料的燃料流量而对应。此时F4燃料与空气的混合气体与直到F1燃烧嘴～F3燃烧嘴的燃烧气体混合后成为高温，因此燃料的氧化反应缓慢进行，能够得到高燃烧效率。
另外，由于以燃烧结束后的温度成为NOX的生成明显的温度以下的方式设定空气分配，因此能够实现从F4燃烧嘴的NOX发生几乎为零的燃烧。而且，投入到F4燃烧嘴的F4燃料极少也能结束反应，因此能够连续转换燃料，运用性提高。
图9表示构成设置于本实施例的利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器2的燃料控制装置中的控制装置1000的具体的控制块的一例。
如图9所示的构成设置于本实施例的利用高湿量空气的燃气轮机上的燃气轮机燃烧器2的燃料控制装置所设置的控制装置1000的具体的控制块那样，设有燃料流量控制器402，利用设置于控制装置1000的减法器401求出以按照预定的发电量增加率的方式提供的负载指令MWD与实际的发电量MW的偏差，并且燃料流量控制器402基于用该减法器401求出的负载指令MWD与实际的发电量MW的偏差,运算燃料流量指令值410并向实际燃料流量控制器406输出，实际燃料流量控制器406控制向燃气轮机燃烧器2的F1燃烧嘴～F4燃烧嘴供给的F1燃料控制阀211～F4燃料控制阀214的阀开度。
用设置于上述控制装置1000的上述燃料流量控制器402运算的燃料流量指令值410，成为设置于控制装置1000的燃料流量比率设定器403的输入。
另一方面，设置于控制装置1000的加湿装置出口最大湿度运算器408输入由设置于加湿装置4的出口的温度计测量的加湿装置出口温度500，并用该加湿装置最大湿度运算器408运算加湿装置出口最大湿度Hmh、max，并且根据由上述加湿装置最大湿度运算器408运算的加湿装置出口最大湿度Hmh、max和向加湿装置4喷雾的加湿装置喷雾水量301即加湿装置喷雾水量Gwh、sp，利用加湿装置出口湿度运算器404运算加湿装置出口湿度Hmh、exit。
由上述加湿装置出口湿度运算器404运算的加湿装置出口湿度Hmh、exit，成为设置于控制装置1000的湿度F1增益运算器405及燃烧温度F1增益运算器415的各自的输入。
湿度F1增益运算器405以湿度Hmh、exit为基础运算相对于湿度的F1增益。燃烧温度F1增益运算器415根据燃料空气流量、由燃料流量控制器402运算的燃料流量指令值410、以及由加湿装置出口湿度运算器404运算的加湿装置出口湿度Hmh、exit，运算相对于燃烧温度的F1增益。
然后，利用设置于控制装置1000的乘法器416求出湿度F1增益运算器405的输出与燃烧温度F1增益运算器415的输出之积从而算出F1增益417，将该F1增益417作为设置于控制装置1000的燃料比率设定器403的输入。
图10是表示设置于控制装置1000的湿度F1增益运算器405、燃烧温度F1增益运算器415的输出、以及根据这些输出用乘法器416计算的F1增益417的一例的概略图。
如图10所示设定后，根据湿度和燃烧温度，能够计算用于实现向燃气轮机燃烧器2的F1燃烧嘴供给的图5及图8所示的F1流量的F1增益417。
在同时实现本实施例的燃气轮机燃烧器2的低NOX和稳定燃烧方面，具有以下方法。
第一，相对于加湿装置出口湿度Hmh、exit的增加，使F1增益417增加。通过使F1增益追随湿度增加量，能够实现稳定燃烧。
而且，以在向加湿装置4加湿后在燃气轮机燃烧器2的燃烧温度成为能够确保温度燃烧的燃烧温度Tg1以上之后，上述燃气轮机燃烧器2的F1燃烧嘴～F4燃烧嘴的局部燃烧温度成为与燃气轮机燃烧器2的F1燃烧嘴～F4燃烧嘴的所有燃烧温度变为相等的燃烧温度Tg2相等的方式，以逐渐减小的方式设定F1增益，从而能够同时实现燃气轮机燃烧器2的低NOX和稳定燃烧。
第二，相对于加湿装置出口湿度Hmh、exit的增加，以燃气轮机燃烧器2的F1燃烧温度成为固定的方式使F1增益417增加。以与湿度变化无关而使F1燃烧温度变为相等的方式，并以按照湿度增加量使F1燃料流量增加的方式设定F1增益417，从而能够同时实现燃气轮机燃烧器2的稳定燃烧和低NOX燃烧。
而且，以在加湿后的燃烧温度成为燃烧温度Tg1以上之后，F1燃烧嘴～F4燃烧嘴的局部燃烧温度成为与燃烧温度Tg2相等的方式，以逐渐减小的方式设定F1增益317，从而能够同时实现燃气轮机燃烧器2的低NOX和稳定燃烧。
第三，相对于加湿装置出口湿度Hmh、exit的增加，以燃气轮机燃烧器2的F1燃烧温度增高的方式使F1增益417增加。认为根据燃烧条件，若湿度增加则燃烧稳定性降低。
通过以F1燃烧温度按照湿度的增加而上升的方式设定F1增益317，能够相对于湿度变化提高燃气轮机燃烧器2的燃烧稳定性，进一步提高可靠性。
而且，以在加湿后的燃烧温度成为燃烧温度Tg1以上之后，燃气轮机燃烧器2的F1燃烧嘴～F4燃烧嘴的局部燃烧温度成为与燃烧温度Tg2相等的方式，以逐渐减小的方式设定F1增益317，从而能够同时实现燃气轮机燃烧器2的低NOX和稳定燃烧。
于是，在本实施例的燃气轮机燃烧器2的控制装置1000中，如图9所示，利用设置于该控制装置1000的燃料流量比率设定器403，将从同样设置于该控制装置1000的燃料流量控制器402输出的燃料流量指令值410作为输入值，并在参照F1增益415的值的同时运算F1～F4的各燃料流量比率411～414。
在设置于该控制装置1000的实际燃料流量控制器406中，根据由上述燃料流量比率设定器403运算并输出的F1～F4的各燃料流量比率411～414以及从上述燃料流量控制器402输出的燃料流量指令值410，运算F1～F4各燃料系统的流量或阀开度并向燃料流量控制阀211～214输出，从而分别控制燃料流量控制阀211～214的阀开度。
如此，在本实施例的燃气轮机燃烧器2中，利用图9所示的结构的控制装置1000，能够实现如图5中用实线所示的燃料流量控制。
另外，认为根据阀控制或系统所保有的体积，在加湿开始后直到对燃烧空气实际添加湿量为止，产生时滞。此时，若相对于燃烧空气湿度，考虑一次滞后而推算实际的燃料空气湿度，则能够同时实现燃气轮机燃烧器2的低NOX化和稳定燃烧。
在燃气轮机负载下降时，根据配管等系统保有的体积，直到燃烧空气湿度跟踪由加湿装置4引起的加湿装置喷雾水量301为止产生滞后，特别有效。
而且，在由于某种情况而向喷雾装置4的喷雾水供给量急剧减少或喷雾水供给停止的情况下，燃烧空气湿度急剧降低，因此燃气轮机燃烧器2的F1燃烧温度有可能变得过高。
根据本实施例，由于是根据供水量推定燃烧空气湿度的方法，并且能够检测燃烧空气湿度的变动，因此能够避免燃气轮机燃烧器2的F1燃烧温度的急剧上升并提高燃气轮机的可靠性。
从而，根据本实施例，能够实现利用高湿量空气的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法及其燃料控制装置，其在利用喷雾式加湿装置对空气加湿的利用高湿量空气的燃气轮机中，在加湿前、加湿开始前后、加湿中也无损燃烧稳定性而能以高可靠性运用，与加湿状态无关而能将NOX发生量维持在低水平。
实施例2
接着使用图11～图13说明设置于本发明的第二实施例的利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法及其燃料控制装置。
本实施例的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置其基本结构与图1～图10所示的本发明的第一实施例的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置共同，因此省略两者共同的结构及作用的说明，以下说明不同的部分。
图11是表示本发明的第二实施例的利用高湿量空气的燃气轮机的运转方法的一例的特性图，该图11的特性图与第一实施例中的图4的特性图相对应。
本实施例的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置与第一实施例的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置的不同点在于，不直接评价加湿装置4的加湿装置出口湿度，而是首先求出加湿装置4的加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit，并根据求出的该加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit计算燃料空气湿度。
通过根据加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit评价燃烧空气湿度，能够高精度地评价加湿装置4的加湿装置出口湿度Hmh、exit。
图12是表示设有本实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统中的加湿装置4的加湿装置喷雾水量GWh、sp与加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit的关系的模式图。在图12所示的模式图中，形成若加湿装置喷雾水量GWh、sp增加，则加湿装置出口湿度Hmh、exit逐渐接近加湿装置出口最大湿度Hmh、 max的曲线。
认为在本实施例的利用高湿量空气的燃气轮机中，也与图12所示的模式图同样，若加湿装置喷雾水量GWh、sp增加，则加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit逐渐接近加湿装置出口最大水蒸气量Gvh、max。
在此，在理想条件下的加湿装置4的加湿装置出口最大水蒸气量Gvh、max成为相对于加湿装置出口流量及温度的饱和水蒸气量Gvh、sat。例如，加湿装置4的加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit由与加湿装置出口最大水蒸气量Gvh、max成比例，且与单位量和以乘上加湿装置喷雾水量Gwh、sp和负的比例常数的值作为变量的指数函数值之差成比例的函数提供。
具体而言，加湿装置4的加湿装置喷雾水量Gwh、sp与加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit的关系以如式(1)的形式表示。
式(1):
Gvh、exit＝Gvh、max(1－exp(－C·Gwh、sp))…(1)
在此，C为常数。
图13是构成本实施例的设置于利用高湿量空气的燃气轮机系统的燃气轮机燃烧器2的燃料控制装置中的控制装置1000的具体的控制块的一例。
在图13所示的本实施例的燃气轮机燃烧器2的燃料控制装置中的控制装置1000中，加湿装置出口最大水蒸气量运算器409输入由设置于加湿装置4的出口的温度计测量的加湿装置出口温度500，用该加湿装置最大水蒸气量运算器409运算加湿装置出口最大水蒸气量Gvh、max，根据由上述加湿装置最大水蒸气量运算器409运算的加湿装置出口最大水蒸气量Gvh、max和向加湿装置4喷雾的加湿装置喷雾水量301即加湿装置喷雾水量Gwh、sp，利用加湿装置出口水蒸气量运算器407运算加湿装置4的加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit。
由上述加湿装置出口水蒸气量运算器407运算的加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit成为加湿装置出口湿度运算器404的输入。其他控制块的结构与图9所示的第一实施例的控制装置1000相同。
如此，本实施例的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置与第一实施例相同地，相对于时时刻刻变化的燃烧空气湿度，能够求出稳定燃烧所需的F1增益，而且，能够高精度地评价流入燃气轮机燃烧器的燃烧空气的湿度，因此能够实现更准确地同时实现低NOX和稳定燃烧的可靠性高的运用。
从而，根据本实施例，能够实现设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法及其燃料控制装置，其在利用喷雾式加湿装置对空气加湿的利用高湿量空气的燃气轮机中，在加湿前、加湿开始前后、加湿中也无损燃烧稳定性而能以高可靠性运用，并且与加湿状态无关而能将NOX发生量维持在低水平。
实施例3
接着使用图14～图18说明本发明的第三实施例的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法及其燃料控制装置。
本实施例的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置其基本结构与图1～图10所示的本发明的第一实施例的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置共同，因此省略两者共同的结构及作用的说明，以下说明不同的部分。
图14是表示本发明的第三实施例的利用高湿量空气的燃气轮机系统的整体结构的系统流程图，本实施例的利用高湿量空气的燃气轮机系统与第一实施例的利用高湿量空气的燃气轮机系统的不同点在于，相对于燃气轮机吸入空气100，能够用吸气喷雾装置23将水进行喷雾并作为水喷雾后的吸入空气101用压缩机1压缩。
在本实施例的利用高湿量空气的燃气轮机系统中，通过利用吸气喷雾装置23对吸入空气进行水的喷雾，能够大幅度降低压缩机1的压缩动力。
在本实施例的利用高湿量空气的燃气轮机系统中，加湿前高温空气103与第一实施例的方式不同，在用吸气喷雾装置23加湿的状态下流入加湿装置4。从而，在加湿前高温空气103已经加湿的情况下，需要捕捉相对于向加湿装置4喷雾的加湿装置喷雾水301的流量，用加湿装置4加湿的加湿空气104的湿度如何变化。
参照图15、图16的曲线说明图14所示的应用本实施例的燃气轮机燃烧器2的燃料控制方法及燃料控制装置的利用高湿量空气的燃气轮机系统的运转方法的一例。
在图15的利用高湿量空气的燃气轮机的运转方法的特性图中，横轴与4同样地表示从开始启动的时刻，纵轴从上依次表示转速、发电量、空气流量、喷雾水量(加湿装置喷雾水量301和压缩机吸气喷雾水量300)、加湿装置4的加湿装置出口湿度、加湿装置4的加湿装置出口温度500。
而且，在图16的利用高湿量空气的燃气轮机的运转方法的特性图中，横轴与图15同样地表示从开始启动的时刻，纵轴从上依次模式地表示燃气轮机燃烧器2的燃烧温度、燃气轮机燃烧器2的整体的燃料流量、向F1燃烧嘴～F4燃烧嘴供给燃料的各燃料系统201～204的个别燃料流量(F1流量～F4流量)。
另外，在图15及图16的特性图中，期间a表示从启动直至达到额定转速的转速提速期间，期间b表示燃气轮机启动中的负载增加期间，期间c表示启动结束后的负载跟踪运转期间。
上述负载增加期间b分别分为无加湿期间b1、加湿装置4的加湿量变化期间b2、加湿装置4的加湿量固定期间b3、吸气喷雾装置23的喷雾水量变化期间b4、吸气喷雾装置23的喷雾水量固定期间b5。
用加湿装置4开始加湿且直至加湿量成为固定的期间(图4的期间b1～b3)与本发明的第一实施例的方式相同。
在本实施例的利用高湿量空气的燃气轮机的运转方法中，在用加湿装置4的加湿量成为固定之后，在吸气喷雾装置23中开始进行吸气喷雾。根据吸气喷雾开始指令而吸气喷雾水量控制阀310打开，与开度相应的流量的供水向吸气喷雾装置23供给，吸气喷雾水量阶段性地增加(期间b4)，以喷雾水量成为预定值的方式进行调整(期间b4～b5)。
相对于湿度变化，提高本实施例的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器2的F1流量的比率而提高F1燃烧温度,且使燃气轮机燃烧器2稳定燃烧的方式与本发明的第一实施例的方式相同。
在本实施例的利用高湿量空气的燃气轮机的运转方法中，也在加湿装置4的加湿装置喷雾水量Gwh、sp与加湿装置出口湿度Hmh、exit之间，与本发明的第一实施例的方式同样地成立与图6所示的模式图类似的关系。
图17表示本实施例的利用高湿量空气的燃气轮机的运转方法中的加湿装置4的加湿装置喷雾水量Gwh、sp与加湿装置出口湿度Hmh、exit的关系的模式图。
在图17的模式图中，用虚线表示的加湿装置出口湿度Hmh、exit为有吸气喷雾冷却时的加湿装置出口湿度Hmh、exit，用实线表示的加湿装置出口湿度Hmh、exit为没有吸气喷雾冷却时的加湿装置出口湿度Hmh、exit，并且相当于本发明的第一实施例的图6。
在本实施例的利用高湿量空气的燃气轮机的运转方法中，由于利用吸气喷雾装置23对加湿前高温空气103加湿，因此在向加湿装置4的加湿装置喷雾水量Gwh、sp＝0时，如图17的虚线所示加湿装置4的加湿装置出口湿度Hmh、 exit不成为零。即，加湿装置喷雾水量Gwh、sp＝0时的加湿装置出口湿度Hmh、exit与压缩机出口湿度Hmc、exit相等。
在此，压缩机出口湿度Hmc、exit是从包含吸气喷雾装置23的压缩机1吸气部到压缩机1排出部的加湿所引起的湿度变化。
在图17所示的模式图中的加湿装置4的加湿装置喷雾水量Gwh、sp与加湿装置出口湿度Hmh、exit的关系，与图6所示的情况同样地利用形成数据库的实测值或模拟加湿的计算式求出。
图18表示构成本实施例的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器2的燃料控制装置中的控制装置1000的具体的控制块的一例。
在上述控制装置1000中，说明与第一实施例的燃气轮机燃烧器2的燃料控制装置中的控制装置不同的部分，在压缩机的上游具有吸气喷雾装置23的高湿量燃气轮机系统中，压缩机出口湿度Hmc、exit根据吸气喷雾装置23的运转状态、即吸气喷雾水量Gwc、wac而发生变化。
于是，在本实施例的上述控制装置1000中，在加湿装置出口最大湿度运算器408中，输入由设置于加湿装置4的出口的温度计测量的加湿装置出口温度500，利用该加湿装置最大湿度运算器408运算加湿装置出口最大湿度Hmh、 max，根据由上述加湿装置最大湿度运算器408运算的加湿装置出口最大湿度Hmh、max、向加湿装置4喷雾的加湿装置喷雾水量301即加湿装置喷雾水量Gwh、 sp、从吸气喷雾装置23喷雾的吸气喷雾装置喷雾水量Gwc、wac，利用加湿装置出口湿度运算器404运算加湿装置出口湿度Hmh、exit，从而对应该压缩机出口湿度Hmc、exit的变动。
由上述加湿装置出口湿度运算器404运算的加湿装置出口湿度Hmh、exit，如此不仅考虑加湿装置喷雾水量Gwh、sp，还考虑吸气喷雾装置喷雾水量Gwc、sp运算上述加湿装置出口湿度Hmh、exit，从而即使是具有吸气喷雾装置23的利用高湿量空气的燃气轮机，也能高精度地评价燃烧空气湿度。其他控制块的结构与图9所示的第一实施例的控制装置1000相同。
如此，本实施例的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置与第一实施例同样地，相对于时时刻刻变化的燃烧空气湿度，能够求出稳定燃烧所需的F1增益，而且，能够高精度地评价流入燃气轮机燃烧器的燃烧空气的湿度，因此能够实线更准确地同时实现低NOX和稳定燃烧的可靠性高的运用。
在本实施例中，如图15所示在用加湿装置4的加湿量成为固定量之后开始用吸气喷雾装置23进行吸气喷雾，但也可以在开始吸气喷雾且吸气喷雾水量成为固定量之后开始用加湿装置4加湿。在此情况下，也能应用与本实施例相同的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法。在大气温度上升的夏季，利用吸气喷雾来降低压缩动力特别有效。
从而，根据本实施例，能够实现设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法及其燃料控制装置，其在利用喷雾式加湿装置对空气加湿的利用高湿量空气的燃气轮机中，在加湿前、加湿开始前后、加湿中也无损燃烧稳定性而能以高可靠性运用，并且与加湿状态无关而能将NOX发生量维持在低水平。
实施例4
接着使用图19～图21说明本发明的第四实施例的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法及其燃料控制装置。
本实施例的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置其基本结构与图14～图18所示的本发明的第三实施例的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置共同，因此省略两者共同的结构及作用的说明，以下说明不同的部分。
图19是表示本发明的第四实施例的利用高湿量空气的燃气轮机的运转方法的一例的特性图，该图19的特性图与第三实施例中的图15的特性图相对应。而且，本实施例的利用高湿量空气的燃气轮机的结构与图14所示的第三实施例的利用高湿量空气的燃气轮机的结构相同。
本实施例的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置与本发明的第三实施例的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置的不同点在于，与本发明的第二实施例的方式同样，不直接评价加湿装置4的加湿装置出口湿度，而是首先求出加湿装置4的加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit，并根据求出的该加湿装置出口水蒸气量Gvh、 exit计算燃烧空气湿度。
在本实施例的利用高湿量空气的燃气轮机的运转方法中，与本发明的第二实施例同样，通过根据加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit评价燃烧空气湿度，高精度地评价加湿装置4的加湿装置出口湿度Hmh、exit。
图20是表示设有本实施例的燃气轮机燃烧器的利用高湿量空气的燃气轮机系统中的加湿装置4的加湿装置喷雾水量Gwh、sp与加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit的关系的模式图。
在图20所示的模式图中，形成若加湿装置喷雾水量Gwh、sp增加，则加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit逐渐接近加湿装置出口最大水蒸气量Gvh、max的曲线。
在图20的模式图中，用虚线表示的加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit是有吸气喷雾冷却时的加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit，用实线表示的加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit是，没有吸气喷雾冷却时的加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit，相当于本发明的第二实施例的方式的图12。
在本实施例的利用高湿量空气的燃气轮机的运转方法中，与本发明的第二实施例的方式同样，若加湿装置喷雾水量增加，则加湿装置出口水蒸气量Gvh、 exit逐渐接近加湿装置出口最大水蒸气量Gvh、max。而且，在理想条件下加湿装置出口最大水蒸气量Gvh、max是相对于加湿装置4的加湿装置出口流量及加湿装置4的出口温度500的饱和水蒸气量Gvh、sat。
本实施例的利用高湿量空气的燃气轮机的运转方法，与本发明的第三实施例的方式同样地，利用吸气喷雾装置23对加湿前高温空气103加湿，因此在加湿装置4的加湿装置喷雾水量Gwh、sp＝0时，如图20的虚线所示加湿装置4的加湿装置出口水蒸气量Gvh、max不成为零。
即，加湿装置喷雾水量Gwh、sp＝0时的加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit与压缩机出口水蒸气量Gvc、exit相等。
在此，压缩机出口水蒸气量Gvc、exit是从包含吸气喷雾装置23的压缩机1吸气部到压缩机1排出部的加湿所产生的水蒸气量。
例如，加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit由与加湿装置出口最大水蒸气量Gvh、 max成比例，且与单位量与以在加湿装置喷雾水量Gwh、sp和加湿装置喷雾水量修正量Gwh、sp_cor之和乘上负的比例常数的值作为变量的指数函数值的差成比例的函数提供。具体而言，加湿装置喷雾水量Gwh、sp与加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit的关系用如式(2)的形式表示。
式(2):
Gvh、exit＝Gvh、max(1－exp(－C·(Gwh、sp+Gwh、sp_cor)))…(2)
在此，C为常数，Gwh、sp_cor为考虑用吸气喷雾装置23的加湿量的修正项。换言之，将相当于压缩机出口水蒸气量Gvc、exit的加湿量利用加湿装置4实现时所需的加湿装置喷雾水量是加湿装置喷雾水量修正量Gwh、sp_cor。
图21表示构成本实施例的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器2的燃料控制装置中的控制装置1000的具体的控制块的一例。
在上述燃料控制装置的控制装置1000中，说明与第二实施例的燃料控制装置的控制装置不同的部分，在本实施例中根据从吸气喷雾装置23喷雾的吸气喷雾装置喷雾水量Gwc、wac，利用加湿装置喷雾水量修正量运算器400运算加湿装置喷雾水量修正量Gwh、sp_cor。
而且，在加湿装置出口水蒸气量运算器407中，根据输入加湿装置出口温度500并由加湿装置出口最大水蒸气量运算器409运算的加湿装置出口最大水蒸气量Gvh、max、用加湿装置4喷雾的加湿装置喷雾水量Gwh、sp、由上述加湿装置喷雾水量修正量运算器400运算的加湿装置喷雾水量修正量Gwh、sp_cor，运算加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit，将由该加湿装置出口水蒸气量运算器407运算的加湿装置出口水蒸气量Gvh、exit输入加湿装置出口湿度运算器404运算加湿装置出口湿度Hmh、exit。
如此，不仅考虑加湿装置出口最大水蒸气量Gvh、max和加湿装置喷雾水量Gwh、sp，而且还考虑基于吸气喷雾装置喷雾水量Gwc、sp的加湿装置喷雾水量修正量Gwh、sp_cor，利用上述加湿装置出口水蒸气量与运算器407运算加湿装置出口最大水蒸气量Gvh、max，从而即使是具有吸气喷雾装置23的利用高湿量空气的燃气轮机，也能够以更高的精度评价燃烧空气湿度。其他控制块的结构与图13所示的第二实施例的控制装置1000相同。
如此，本实施例的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置与第一实施例同样地，相对于时时刻刻变化的燃烧空气湿度，能够求出稳定燃烧所需的F1增益，而且，能够高精度地评价流入燃气轮机燃烧器的燃烧空气的湿度，因此能够实现更准确地同时实现低NOX和稳定燃烧的可靠性高的运用。
从而，根据本实施例，能够实现设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法及其燃料控制装置，其在利用喷雾式加湿装置对空气加湿的利用高湿量空气的燃气轮机中，在加湿前、加湿开始前后、加湿中也无损燃烧稳定性而能以高可靠性运用，并且与加湿状态无关而能将NOX发生量维持在低水平。
产业上的可利用性如下。
本发明能够应用于设置于利用高湿量空气的湿量空气利用燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法及其燃料控制装置。

Claims (13)

1.一种设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法，上述燃气轮机燃烧器用于利用高湿量空气的燃气轮机，该利用高湿量空气的燃气轮机具备：压缩机；使用由上述压缩机压缩的压缩空气燃烧燃料并产生燃烧气体的燃气轮机燃烧器；利用由上述燃气轮机燃烧器产生的燃烧气体驱动的涡轮；以及对由上述压缩机压缩并向上述燃气轮机燃烧器供给的压缩空气进行加湿的加湿装置，上述燃气轮机燃烧器具有多个由供给燃料的多个燃料喷嘴和供给燃烧空气的多个空气流路构成的燃烧部，在设置于上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部之中，一部分燃烧部形成为与其他燃烧部相比火焰稳定性优良的燃烧部，基于负载指令与发电量的偏差，控制分别向燃气轮机燃烧器的上述多个燃烧部供给的燃料的燃料比率，
上述设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法的特征在于，
如下地控制向上述燃气轮机燃烧器的燃烧部的燃料流量：基于上述加湿装置的加湿水量和加湿后的空气温度，评价向上述燃气轮机燃烧器供给的燃烧空气的湿量，利用向上述燃气轮机燃烧器供给的燃烧空气流量评价上述燃烧部的燃烧温度，基于该湿量的评价和燃烧温度的评价而调节向上述火焰稳定性优良的燃烧部供给的燃料流量与向其他燃烧部供给的燃料流量的燃料比率。
2.根据权利要求1所述的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法，其特征在于，
基于用上述加湿装置加湿的燃烧空气的湿量增加，进行如下控制，使向在设置于上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部之中火焰稳定性优良的燃烧部供给的燃料的燃料比率比向其他燃烧部供给的燃料增加。
3.根据权利要求2所述的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法，其特征在于，
基于用上述加湿装置加湿的燃烧空气的湿量增加，为了使在设置于上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部之中上述火焰稳定性优良的燃烧部的燃烧温度成为固定，进行如下控制，使向上述火焰稳定性优良的燃烧部供给的燃料的燃料比率比向其他燃烧部供给的燃料增加。
4.根据权利要求2所述的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法，其特征在于，
基于用上述加湿装置加湿的燃烧空气的湿量增加，为了使在设置于上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部之中上述火焰稳定性优良的燃烧部的温度上升，进行如下控制，使向上述火焰稳定性优良的燃烧部供给的燃料的燃料比率比向其他燃烧部供给的燃料增加。
5.根据权利要求1所述的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法，其特征在于，
燃烧空气的湿量的量相对于向压缩空气的加湿水量单调增加，伴随着加湿水量的增加而在燃烧空气的湿量上限量的范围内评价上述燃烧空气的湿量，基于该燃烧空气的湿量的评价控制向上述火焰稳定性优良的燃烧部供给的燃料的燃料比率。
6.根据权利要求2所述的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法，其特征在于，
对上述燃气轮机燃烧器的火焰稳定性优良的燃烧部的燃烧温度设置第一设定温度，在上述火焰稳定性优良的燃烧部的燃烧温度达到该第一设定温度以上的燃烧温度的情况下，以使向上述火焰稳定性优良的燃烧部供给的燃料比率在燃烧空气的湿量增加时所增加的燃料比率的范围内减少的方式调节上述燃料比率。
7.根据权利要求6所述的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法，其特征在于，
设置上述燃气轮机燃烧器的火焰稳定性优良的燃烧部的燃烧温度比上述第一设定温度高的第二设定温度，在上述火焰稳定性优良的燃烧部的燃烧温度达到比上述第一设定温度高的第二设定温度的情况下，以向火焰稳定性优良的燃烧部供给的燃料比率与向其他燃烧部供给的燃料比率成为相等的方式调节上述燃料比率。
8.根据权利要求1所述的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法，其特征在于，
上述方法是设置于具有在上述压缩机的吸气部对吸入空气进行水喷雾的吸气喷雾装置的利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法，
如下地控制向上述燃气轮机燃烧器的燃烧部的燃料流量：基于用上述吸气喷雾装置的加湿水量、向压缩空气的加湿水量、和由上述加湿装置进行的加湿后的空气温度，评价从上述加湿装置向上述燃气轮机燃烧器供给的燃烧空气的湿量，基于该燃烧空气的湿量的评价，调节向形成于上述燃气轮机燃烧器的上述火焰稳定性优良的燃烧部供给的燃料流量与向其他燃烧部供给的燃料流量的燃料比率。
9.一种设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置，上述燃气轮机燃烧器用于利用高湿量空气的燃气轮机，该利用高湿量空气的燃气轮机具备：压缩机；使用由压缩机压缩的压缩空气燃烧燃料并产生燃烧气体的燃气轮机燃烧器；利用由燃气轮机燃烧器产生的燃烧气体驱动的涡轮；以及对由压缩机压缩并向上述燃气轮机燃烧器供给的燃烧用空气进行加湿的加湿装置，上述燃气轮机燃烧器具有多个由供给燃料的多个燃料喷嘴和供给燃烧用空气的多个空气流路构成的燃烧部，基于负载指令与发电量的偏差，控制分别向燃气轮机燃烧器的上述多个燃烧部供给的燃料的燃料比率，
上述设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置的特征在于，
在设置于上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部之中，一部分燃烧部形成为与其他燃烧部相比火焰稳定性优良的燃烧部，
控制向上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的流量的燃料控制装置具有：
基于负载指令MWD与实际的发电量MW的偏差，输出控制向燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的燃料流量指令的燃料流量控制器；基于从上述燃料流量控制器输出的燃料流量指令，分别设定向燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的燃料比率的燃料流量比率设定器；以及基于由上述燃料流量比率设定器设定的燃料流量比率设定值，操作分别调节向燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的流量比例的燃料控制阀的实际燃料流量控制器，
而且设有：以上述加湿装置的加湿水量和加湿后的空气温度作为输入而运算加湿装置出口湿度的机构，其中加湿装置出口湿度是向上述燃气轮机燃烧器供给的燃烧空气在上述加湿装置出口的湿度；以及燃烧温度增益运算器及湿度增益运算器，其根据向上述燃气轮机燃烧器供给的燃烧空气流量、和由运算加湿装置出口湿度的上述机构运算的上述加湿装置出口湿度，对于向上述火焰稳定性优良的燃气轮机燃烧器的燃烧部供给的燃料的燃料比率分别运算相对于燃烧温度及湿度的控制增益，
基于这些燃烧温度增益运算器及湿度增益运算器的运算值，用上述燃料流量比率设定器设定向设置于燃气轮机燃烧器的多个燃烧部之中火焰稳定性优良的燃烧部供给的燃料的燃料比率，控制向上述燃气轮机燃烧器的多个燃烧部供给的燃料的流量比例。
10.根据权利要求9所述的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置，其特征在于，
作为运算上述加湿装置出口湿度的机构具有：根据加湿装置的出口空气温度，运算加湿装置出口的最大湿度的加湿装置出口最大湿度运算器；以及根据加湿装置的喷雾水量和由上述加湿装置出口最大湿度运算器运算的加湿装置出口最大湿度，运算加湿装置出口湿度的加湿装置出口湿度运算器。
11.根据权利要求9所述的设置于利用高湿量空气燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置，其特征在于，
作为运算上述加湿装置出口湿度的机构具有：根据加湿装置的出口空气温度，运算加湿装置出口的最大水蒸气量的加湿装置出口最大水蒸气量运算器；根据加湿装置的喷雾水量和由上述加湿装置出口最大水蒸气量运算器运算的加湿装置出口最大水蒸气量，运算加湿装置出口水蒸气量的加湿装置出口水蒸气量运算器；以及根据由上述加湿装置出口水蒸气量运算器运算的加湿装置出口水蒸气量，运算加湿装置出口湿度的加湿装置出口湿度运算器。
12.根据权利要求9所述的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置，其特征在于，
上述控制装置是设置于具有在上述压缩机的吸气部对吸入空气进行水喷雾的吸气喷雾装置的利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置，
作为运算上述加湿装置出口湿度的机构具有：根据加湿装置的出口空气温度，运算加湿装置出口的最大湿度的加湿装置出口最大湿度运算器；以及根据加湿装置的喷雾水量及吸气喷雾装置的喷雾水量和由上述加湿装置出口最大湿度运算器运算的加湿装置出口最大湿度，运算加湿装置出口湿度的加湿装置出口湿度运算器。
13.根据权利要求9所述的设置于利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置，其特征在于，
上述装置是设置于具有在上述压缩机的吸气部对吸入空气进行水喷雾的吸气喷雾装置的利用高湿量空气的燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制装置，
作为运算上述加湿装置出口湿度的机构具有：根据加湿装置的出口空气温度，运算加湿装置出口的最大水蒸气量的加湿装置出口最大水蒸气量运算器；根据吸气喷雾装置的喷雾水量，运算加湿装置喷雾量的修正量的加湿装置喷雾量修正量运算器；根据加湿装置的喷雾水量和由上述加湿装置出口最大水蒸气量运算器运算的加湿装置出口最大水蒸气量、及由上述加湿装置喷雾量修正量运算器运算的加湿装置喷雾量修正量，运算加湿装置出口水蒸气量的加湿装置出口水蒸气量运算器；以及根据由上述加湿装置出口水蒸气量运算器运算的加湿装置出口水蒸气量，运算加湿装置出口湿度的加湿装置出口湿度运算器。
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