CN103348115A - 燃气轮机发电成套设备的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃气轮机发电成套设备的控制装置，具备压缩机（1），其对燃烧用空气进行加压；吸气喷雾装置（3），其对被吸入所述压缩机（1）的空气流喷雾经由喷雾流量调节阀（13）提供的喷雾水的液滴；燃烧器（2），其将所述燃烧用空气和燃料进行混合/燃烧，产生高温的燃烧气体，在运行中进行燃烧切换；汽轮机（4），其利用所述燃烧气体驱动所述压缩机（1）以及发电机；喷雾流量调节阀（13），其控制所述喷雾水的流量；压缩机入口内翼（11），其控制被吸入所述压缩机（1）的空气的流量，该燃气轮机发电成套设备的控制装置还具备控制单元（24），其对所述燃烧切换时产生的所述燃烧器（2）的燃料空气比下降进行补偿的燃料空气比修正指令信号进行运算，根据该燃料空气比修正指令信号来控制所述压缩机入口内翼（11）的开度或者/以及所述喷雾流量调节阀（13）的开度。

Description

燃气轮机发电成套设备的控制装置

技术领域

本发明涉及一种具备了压缩机、燃烧器、汽轮机以及发电机的燃气轮机发电成套设备的控制装置。

背景技术

燃气轮机发电成套设备具备：压缩机，其对燃烧用空气进行加压；燃烧器，其将被加压的燃烧用空气和燃气轮机燃料（以下称为燃料）进行混合/燃烧，产生高温的燃烧气体；汽轮机，其利用燃烧气体驱动压缩机以及发电机。

作为这种燃气轮机发电成套设备中的燃料控制方式，为了降低燃烧器内产生的氮氧化物的排出量，采用了将空气和燃料进行预先混合然后燃烧的预混合燃烧方式。预混合燃烧方式由多个燃烧室和燃料系统构成燃烧器，通过这些燃烧室和燃料系统将燃烧器的预混合燃烧部分分割为多个，根据运行负荷来增减燃烧部分。具体地说，提出了一种方法（燃烧切换），即起动时使用1个燃料系统在1部燃烧室中使燃料燃烧，之后，随着燃料流量的增加，在增加使用燃料系统的同时对未点燃的燃烧室依次点火，从而增加燃烧部分（例如参照专利文献1）。

另一方面，为了提高燃气轮机发电成套设备的输出/效率，有时会在压缩机入口设置对燃烧用空气喷雾液滴的吸气喷雾装置（例如参照专利文献2）。对燃烧用空气喷雾液滴时，通过空气温度的下降和空气流量的增加而提高输出，但是在液滴喷雾起动后燃料空气比立即下降，所以燃烧器中的灭火的风险增高。因此，在燃气轮机发电成套设备转移到额定运行后进行吸气喷雾装置的起动（例如参照专利文献3、4）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-343869号公报

专利文献2：日本特开平9-236024号公报

专利文献3：日本特开平11-72029号公报

专利文献4：日本特表2005-511947号公报

发明内容

发明要解决的课题

起动时的燃烧切换中，随着燃料流量的增加，追加分配燃料流量的新燃料系统，所以提供给原来的使用燃料系统的燃料流量减少。因此，已知燃料切换时，燃料流量和空气流量的比（燃料空气比）下降，燃烧状态变得不稳定，燃烧器中的灭火风险增高。

利用图9～图12来说明随着起动时的燃烧切换的燃料空气比的下降。图9是分别表示现有的燃气轮机发电成套设备的转速特性（上段）、发电机负荷特性（中段）以及燃料流量特性（下段）的特性图，图10是表示构成现有的燃气轮机发电成套设备的燃烧器的燃烧室的配置的剖面图，图11是表示与现有的燃气轮机发电成套设备的燃气轮机负荷对应的每个燃烧室的燃料流量的特性图，图12是表示现有的燃气轮机发电成套设备的燃烧切换时的燃料流量特性（上段）以及燃料空气比特性（下段）的特性图。

如图9所示，在燃气轮机发电成套设备中，转速上升并到达额定转速（图中的时刻Tn）后，使发电机的负荷上升来转移到额定运行（图中的时刻Tf）。在额定转速到达时刻Tn和额定运行转移时刻Tf之间，随着发电机负荷的上升，供给燃烧器的燃料流量增加。

燃烧器如图10所示那样由多个燃烧室（图中a、b1、b2、b3、b4）构成，各个燃烧室由各自的燃料提供系统提供燃料。燃气轮机发电成套设备起动时，使用1个燃料提供系统点燃1部燃烧室进行燃烧。之后，随着燃料流量的增加而增加使用的燃料提供系统的同时，依次将未点燃的燃烧室点火。将这样一连串的动作称为燃烧切换。具体地说，例如像图10的左侧到右侧所示那样，按照[a]→[a、b1]→[a、b1、b2]→[a、b1～b3]→[a、b1～b4]的顺序依次点火未点燃的燃烧室，同时使得使用燃料提供系统增加。

在这种起动时的燃烧切换中，如图11所示，在增加全部燃料流量的同时，追加分配燃料流量的燃料系统（使用燃料提供系统）。因此，提供给原来的使用燃料系统的燃料流量减少。详细表示该燃烧切换时的燃料流量的特性和燃料流量和空气流量的比（燃料空气比）的特性的是图12。通过燃烧切换，在上段表示原来的使用燃料系统中的燃料流量的举动，在下段表示燃料空气比的举动。如图12所示，在燃烧切换（图中的时刻Tsw）后燃料流量和燃料空气比立即突然下降。这种现象有时候会成为灭火的原因。

另一方面，如上所述，通过设置吸气喷雾装置可以提高燃气轮机发电成套设备的输出/效率，但是为了避免吸气喷雾装置的起动而产生的燃烧器灭火的风险，将吸取喷雾装置的起动设在额定运行转移后，所以会产生燃气轮机发电成套设备整体的起动时间变长的问题。

本发明是根据所述情况而做出的，其目的在于提供一种燃气轮机发电成套设备的控制装置，在启动了吸气喷雾装置的状态下可以稳定地维持燃烧切换时的燃料空气比，并且可以缩短燃气轮机发电成套设备整体的起动时间。

用于解决课题的手段

为了达到上述目的，第1发明是一种燃气轮机发电成套设备的控制装置，具备压缩机，其对燃烧用空气进行加压；吸气喷雾装置，其对被吸入所述压缩机的空气流喷雾经由喷雾流量调节阀提供的喷雾水的液滴；燃烧器，其将所述燃烧用空气和燃料进行混合/燃烧，产生高温的燃烧气体，在运行中进行燃烧切换；汽轮机，其利用所述燃烧气体驱动所述压缩机以及发电机；喷雾流量调节阀，其控制所述喷雾水的流量；压缩机入口内翼，其控制被吸入所述压缩机的空气的流量，该燃气轮机发电成套设备的控制装置还具备燃料流量控制单元，其运算针对所述燃烧器的燃料流量指令值；控制单元，其运算对所述燃烧切换时产生的所述燃烧器中的燃料空气比下降进行补偿的燃料空气比修正指令信号，并根据该燃料空气比修正指令信号来控制所述压缩机入口内翼的开度或者/以及所述喷雾流量调节阀的开度。

另外，第2发明是一种燃气轮机发电成套设备的控制装置，具备压缩机，其对燃烧用空气进行加压；吸气喷雾装置，其对被吸入所述压缩机的空气流喷雾经由喷雾流量调节阀提供的喷雾水的液滴；燃烧器，其将所述燃烧用空气和燃料进行混合/燃烧，产生高温的燃烧气体，在运行中进行燃烧切换；汽轮机，其利用所述燃烧气体驱动所述压缩机以及发电机；燃料流量计，其测量提供给所述燃烧器的燃料流量；空气流量计，其测量被吸入所述压缩机的空气流量；喷雾流量计，其测量提供给所述喷雾装置的所述喷雾水的流量；大气条件检测器，其测量大气的温度、湿度、压力等；喷雾流量调节阀，其控制所述喷雾水的流量，该燃气轮机发电成套设备的控制装置具备：燃料流量控制单元，其运算针对所述燃烧器的燃料流量指令值；空气流量控制单元，其运算针对所述压缩机的空气流量指令值；以及喷雾流量控制单元，其取得所述空气流量计、所述燃料流量计、所述喷雾流量计和所述大气条件检测器的各个测量值、所述燃料流量指令值和所述空气流量指令值，运算对所述燃烧切换时产生的所述燃烧器中的燃料空气比下降进行补偿的喷雾流量修正指令值和基于该喷雾流量修正指令值的控制开始时刻，在所述燃烧切换发生前启动所述吸气喷雾装置，从所述控制开始时刻根据附加了所述喷雾流量修正指令值的喷雾流量指令值来控制所述喷雾流量调节阀的开度。

并且，第3发明是一种燃气轮机发电成套设备的控制装置，具备压缩机，其对燃烧用空气进行加压；吸气喷雾装置，其对被吸入所述压缩机的空气流喷雾喷雾水的液滴；燃烧器，其将所述燃烧用空气和燃料进行混合/燃烧，产生高温的燃烧气体，在运行中进行燃烧切换；汽轮机，其利用所述燃烧气体驱动所述压缩机以及发电机；燃料流量计，其测量提供给所述燃烧器的燃料流量；空气流量计，其测量被吸入所述压缩机的空气流量；喷雾流量计，其测量提供给所述喷雾装置的所述喷雾水的流量；大气条件检测器，其测量大气的温度、湿度、压力等；压缩机入口内翼，其控制被吸入所述压缩机的空气的流量，该燃气轮机发电成套设备的控制装置具备：燃料流量控制单元，其运算针对所述燃烧器的燃料流量指令值；喷雾流量控制单元，其运算针对所述喷雾装置的喷雾流量指令值；以及空气流量控制单元，其取得所述空气流量计、所述燃料流量计、所述喷雾流量计和所述大气条件检测器的各个测量值、所述燃料流量指令值和所述喷雾流量指令值，运算对所述燃烧切换时产生的所述燃烧器中的燃料空气比下降进行补偿的空气流量修正指令值和基于该空气流量修正指令值的控制开始时刻，在所述燃烧切换发生前启动所述吸气喷雾装置，从所述控制开始时刻根据附加了所述空气流量修正指令值的空气流量指令值来控制所述压缩机入口内翼的开度。

并且，第4发明是一种燃气轮机发电成套设备的控制装置，具备压缩机，其对燃烧用空气进行加压；吸气喷雾装置，其对被吸入所述压缩机的空气流喷雾经由喷雾流量调节阀提供的喷雾水的液滴；燃烧器，其将所述燃烧用空气和燃料进行混合/燃烧，产生高温的燃烧气体，在运行中进行燃烧切换；汽轮机，其利用所述燃烧气体驱动所述压缩机以及发电机；燃料流量计，其测量提供给所述燃烧器的燃料流量；空气流量计，其测量被吸入所述压缩机的空气流量；喷雾流量计，其测量提供给所述喷雾装置的所述喷雾水的流量；大气条件检测器，其测量大气的温度、湿度、压力等；喷雾流量调节阀，其控制所述喷雾水的流量；压缩机入口内翼，其控制被吸入所述压缩机的空气的流量，该燃气轮机发电成套设备的控制装置具备：燃料流量控制单元，其运算针对所述燃烧器的燃料流量指令值；空气流量控制单元，其运算针对所述压缩机的空气流量指令值；以及喷雾流量控制单元，其取得所述空气流量计、所述燃料流量计、所述喷雾流量计、所述大气条件检测器的各个测量值、所述燃料流量指令值和所述空气流量指令值，运算对所述燃烧切换时产生的所述燃烧器中的燃料空气比下降进行补偿的喷雾流量修正指令值和基于该喷雾流量修正指令值的控制开始时刻，在所述燃烧切换发生前启动所述吸气喷雾装置，从所述控制开始时刻根据附加了所述喷雾流量修正指令值的喷雾流量指令值来控制所述喷雾流量调节阀的开度，所述空气流量控制单元，取得所述空气流量计、所述燃料流量计、所述喷雾流量计和所述大气条件检测器的各个测量值、所述燃料流量指令值和所述喷雾流量指令值，运算对所述燃烧切换时产生的所述燃烧器中的燃料空气比下降进行补偿的空气流量修正指令值和基于该空气流量修正指令值的控制开始时刻，从所述控制开始时刻根据附加了所述空气流量修正指令值的空气流量指令值来控制所述压缩机入口内翼的开度。

发明的效果

根据本发明，控制吸气喷雾量或者/以及空气流量，从而先行补偿燃烧切换引起的燃料空气比的变动，因此可以抑制燃烧切换时的不稳定燃烧，预防灭火。其结果，实现了燃气轮机发电成套设备的起动的稳定化。另外，在到达燃气轮机的额定转速后可以快速地启动吸气喷雾装置，所以可以缩短燃气轮机发电成套设备整体的起动时间。

附图说明

图1是表示具备本发明燃气轮机发电成套设备的控制装置的第1实施方式的燃气轮机发电成套设备的系统结构图。

图2是表示本发明燃气轮机发电成套设备的控制装置的第1实施方式的处理流程的流程图。

图3是表示本发明燃气轮机发电成套设备的控制装置的第1实施方式的喷雾流量指令信号的特性的特性图。

图4是表示本发明燃气轮机发电成套设备的控制装置的第1实施方式的燃料流量指令信号特性（上段）、喷雾流量特性（中段）以及燃料空气比特性（下段）的特性图。

图5是表示具备本发明燃气轮机发电成套设备的控制装置的第2实施方式的燃气轮机发电成套设备的系统结构图。

图6是表示本发明燃气轮机发电成套设备的控制装置的第2实施方式的处理流程的流程图。

图7是表示本发明燃气轮机发电成套设备的控制装置的第2实施方式的空气流量指令信号特性（上段）、空气流量特性（中段）以及燃料空气比特性（下段）的特性图。

图8是表示本发明燃气轮机发电成套设备的控制装置的第3实施方式的空气流量指令信号特性（上段）以及燃料空气比特性（下段）的特性图。

图9是表示现有的燃气轮机发电成套设备的转速特性（上段）、发电机负荷特性（中段）以及燃料流量特性（下段）的特性图。

图10是表示构成现有的燃气轮机发电成套设备的燃烧器的燃烧室的配置的剖面图。

图11是表示与现有的燃气轮机发电成套设备中的燃气轮机负荷对应的每个燃烧室的燃料流量的特性图。

图12是表示现有的燃气轮机发电成套设备的燃烧切换时的燃料流量特性（上段）以及燃料空气比特性（下段）的特性图。

具体实施方式

<第1实施方式>

以下利用附图来说明本发明燃气轮机发电成套设备的控制装置的第1实施方式。图1是表示具备本发明燃气轮机发电成套设备的控制装置的第1实施方式的燃气轮机发电成套设备的系统结构图，图2是表示本发明燃气轮机发电成套设备的控制装置的第1实施方式的处理流程的流程图，图3是表示本发明燃气轮机发电成套设备的控制装置的第1实施方式的喷雾流量指令信号的特性的特性图，图4是表示本发明燃气轮机发电成套设备的控制装置的第1实施方式的燃料流量指令信号特性（上段）、喷雾流量特性（中段）以及燃料空气比特性（下段）的特性图。

图1中，燃气轮机发电成套设备大致由对燃烧用空气进行加压的压缩机1、将燃烧用空气和燃料进行混合/燃烧后产生高温的燃烧气体的燃烧器2、使用燃烧气体来驱动压缩机1和未图示的发电机的汽轮机4、将液滴喷雾到被压缩机1吸入的空气流中的吸气喷雾装置3而构成。

被压缩机1吸入的空气流量由压缩机入口内翼11进行调节，提供给燃烧器2的燃料流量由燃料流量调节阀12进行调节，从吸气喷雾装置3喷雾到空气流中的喷雾流量由喷雾流量调节阀13进行调节。这些调节装置11，12，13分别由来自控制装置24的指令信号控制。

本实施方式中具备控制装置24，其为了缩短燃气轮机发电成套设备的起动时间和补偿燃料空气比，在燃烧切换前启动从吸气喷雾装置3的液滴喷雾，并且控制喷雾流量调节阀13使得在燃烧切换前减少喷雾流量。

控制装置24具备：空气流量控制电路21，其计算吸入空气流量并输出空气流量指令信号Uigv31以及41；燃料流量控制电路22，其计算燃料流量并输出燃料流量指令信号Ucmb32以及42；喷雾流量控制电路23，其计算喷雾流量并输出喷雾流量指令信号Uwac33。

如图1所示，喷雾流量控制电路23，作为输入而接受测量被压缩机1吸入的空气流量的空气流量计51的检测信号、测量提供给燃烧器2的燃料流量的燃料流量计52的检测信号、测量从吸气喷雾装置3喷雾的喷雾流量的喷雾流量计53的检测信号、测量大气的温度、湿度、压力等（任意一个或它们的组合）的大气条件检测器54的检测信号、从空气流量控制电路21输出的空气流量指令信号Uigv41、从燃料流量控制电路22输出的燃料流量指令信号Ucmb42中的至少一个以上。但是，只要是可以用于喷雾流量的计算的信号，也可以是该信号。另外，喷雾流量控制电路23作为输出而生成输入到喷雾流量调节阀13的喷雾流量指令信号Uwac33。另外，空气流量计51不仅直接测量空气流量，例如也可以根据压力计算空气流量等，只要可以确定空气流量即可。

空气流量控制电路21和燃料流量控制电路22作为输入而接受空气流量计51的检测信号、燃料流量计52的检测信号、喷雾流量计53的检测信号、大气条件检测器54的检测信号、空气流量指令信号Uigv31、燃料流量指令信号Ucmb32、喷雾流量指令信号Uwac33、压缩机1的转速、燃气轮机4的负荷中的至少一个以上，根据燃气轮机发电成套设备的起动时的状态量的变化，由空气流量控制电路21计算空气流量，由燃料流量控制电路22计算燃料流量，作为输出，空气流量控制电路21生成空气流量指令信号Uigv31和41，燃料流量控制电路22生成燃料流量指令信号Ucmb32和42。

空气流量指令信号Uigv31从空气流量控制电路21被输出到压缩机入口内翼11，通过使该压缩机入口内翼11的开度发生变化来控制空气流量。燃料流量指令信号Ucmb32从燃料流量控制电路22被输出到燃料流量调节阀12，通过使该燃料流量调节阀12的开度发生变化来控制燃料流量。喷雾流量指令信号Uwac32从喷雾流量控制电路23被输出到喷雾流量调节阀13，通过使该喷雾流量调节阀13的开度发生变化来控制喷雾流量。

利用图9和图12来说明燃气轮机发电成套设备起动时的喷雾流量控制电路23的动作特征。

（1）在转移到额定运行（图9的时刻Tf）之前的负荷上升时的燃烧切换（图12的时刻Tsw）前的时刻，输出吸气喷雾装置3和喷雾流量调节阀13的启动指令、以及从吸气喷雾装置3的液滴喷雾开始指令。当超越了燃烧器2的点火、燃气轮机的起动装置的脱离、压缩机1的转速的危险速度区域等后，或者已知这种动作时刻的情况下，在这些动作之间输出液滴喷雾的开始指令。

（2）液滴喷雾开始后，根据大气的状态或燃气轮机成套设备起动时的状态量决定喷雾流量，并将喷雾流量指令信号Uwac33输出到喷雾流量调节阀13。

（3）从比燃烧切换时刻提前一定时间到燃烧切换完成之间，决定先行补偿伴随着燃烧切换的燃料空气比下降的喷雾流量（以下称为补偿喷雾流量），作为喷雾流量指令信号Uwac33进行输出。这里，所述一定时间为直到喷雾流量变化影响燃料空气比的时间。

接着，利用图2至图4来详细说明喷雾流量控制电路23的内部动作。

图2中，首先在步骤（S101）判断是否是燃气轮机发电成套设备起动时。作为判断方法，可以列举以下方法，例如监视空气流量计51的检测信号或者空气流量指令信号Uigv31，或者监视燃料流量计52的检测信号或者燃料流量指令信号Ucmb32等，如果这些信号随着时间的经过而增加的话，则判断为燃气轮机发电成套设备起动时。除了该判断方法以外，也可以是公知的燃气轮机发电成套设备的起动判断方法。如果判断为燃气轮机发电成套设备起动时，则判断为“是”，进入步骤（S102），如果判断为起动时以外，则判断为“否”，进入步骤（S105）。

在步骤（S102）运算当前的时刻和预测进行燃烧切换的时刻Tsw之间的时间差，判断该时间差是否比通过喷雾流量变化而影响燃料空气比的时间θTwac大。也就是说，判断当前时刻是否比Tsw-θTwac提前。

通过喷雾流量变化而影响燃料空气比的时间θTwac是根据预先实验/计算等而决定的值。具体地说，例如是从液滴被从吸气喷雾装置3喷雾到到达燃烧器入口的时间的偏差。到达燃烧器入口的液滴的量是从对燃烧器2的供给空气流量减去压缩机1的吸入空气流量所得的流量。从吸气喷雾装置3喷雾的液滴的量是由喷雾流量计53测量的喷雾流量，对燃烧器2的供给空气流量是由设置在燃烧器2的空气入口的流量计（图中省略）进行测量的值，压缩机1的吸入空气流量是由空气流量计51测量的值。这样，这些值是燃气轮机发电系统的实际测量值，但在不能进行测量时可以从模拟燃气轮机发电系统的计算模型来进行计算。另外，可以特别根据将阶跃信号输入给喷雾流量调节阀13时的喷雾流量和对燃烧器2的供给空气流量和压缩机1的吸入空气流量的实际测量值或者计算值来高精度地确定这种时间的偏差。

时刻Tsw-θTwac是根据燃料流量指令信号Ucmb32、或者燃料流量计52的检测信号、或者空气流量指令信号Uigv31、或者空气流量计51的检测信号、发电机的负荷而确定的值。

这里，利用图3来说明该计算方法。图3表示燃料流量指令信号Ucmb32的时间系列的特性，例如燃料流量指令信号Ucmb增加，在到达Ccmb的时刻Tsw开始燃烧切换。

（1）这里，时刻Tsw-θTwac是满足条件Ucmb=Ccmb-θTwac×dUcmb/dT的时刻。这里，Ccmb是根据预先决定的顺序或规则而决定的值，dUcmb/dT是燃料流量指令信号Ucmb32的每单位时间的变化量。

（2）并且，当Ucmb=Ccmb-θTwac×dUcmb/dT时，判断当前的时刻为时刻Tsw-θTwac。

返回图2，若在步骤（S102）判断出当前时刻比燃烧切换预测时刻Tsw提前θTwac以上的话，则判断为“是”，进入步骤（S103），如果判断出当前时刻并非比燃烧切换预测时刻Tsw提前θTwac以上的话，则判断为“否”，进入步骤（S105）。

在步骤（S103）计算对预计在燃烧切换预测时刻Tsw产生的燃料空气比下降进行补偿的喷雾流量，作为喷雾流量指令信号Uwac33进行输出。作为补偿燃料空气比下降的喷雾流量的决定方法，如图4的中段的喷雾流量的特性图所示，对于在时刻Tsw-θTwac的喷雾流量Qwac0，可以将削减量减少了θQwac的喷雾流量作为补偿喷雾流量。

削减量θQwac是根据实验或计算等预先确定的。具体地说，例如，如图12所示，在燃烧切换时刻Tsw，每个使用燃料流量供给系统的燃料流量从Qf1减少到Qf2，燃料空气比从N1降低到N2时，削减量θQwac可以使用燃料流量通过θQwac=（Qf1-Qf2）/Qf1×Qa计算，或者使用燃料空气比通过θQwac=（N1-N2）/N1×Qa计算。这里，Qa是在燃烧切换时刻Tsw的对燃烧器的供给空气流量，或者是在时刻Tsw-θTwac的对燃烧器的供给空气流量。燃烧切换前不久的燃料空气比是N1=Qf1/Qa，现有的刚刚燃烧切换后的燃料空气比是N2=Qf2/Qa。这里，将空气流量补偿为Qa-θQwac，为了将刚刚燃烧切换后的燃料空气比保持为与燃烧切换前不久相同的值N1，需要满足Qf1/Qa=Qf2/（Qa-θQwac）。如果将该式变形的话，导出θQwac=（Qf1–Qf2）/Qf1×Qa，如果代入N2=Qf2/Qa和N1=Qf1/Qa并用燃料空气比表示的话，导出θQwac=（N1–N2）/N1×Qa。

另外，作为补偿喷雾流量的决定方法，有一种将喷雾流量Qwac0以预先决定的比例减少后的喷雾流量作为补偿喷雾流量的方法，即使是这样按照预先决定的步骤而决定的值，只要是补偿燃烧切换时的燃料空气比下降的量即可。

在步骤（S104）判断燃烧切换是否结束。作为燃烧切换结束判断方法，列举出判断从燃烧切换开始经过了预先设定的一定时间后燃烧切换结束的方法、以及判断排气温度或者排气流量达到预先设定的值后燃烧切换结束的方法等。或者除此以外，只要是公知的燃烧切换结束的检测方法的话什么方法都可以。若判断燃烧切换结束的话，则判断为“是”后进入步骤（S105），若判断燃烧切换没有结束的话，则判断为“否”后返回步骤（S103）。

在步骤（S105）进行跟踪控制，使得喷雾流量达到期望喷雾流量。期望喷雾流量例如是为了燃烧用空气达到预先设定的湿度所需要的喷雾流量，或者为了达到预先设定的喷雾流量和空气流量的比例所需要的喷雾流量等这时候的运行所需要的喷雾流量。为了燃烧用空气达到预先设定的湿度所需要的喷雾流量，具体地说，例如是用于达到预先设定的湿度的水蒸气量和大气中的水蒸气量的差。这些值根据空气流量和湿度来进行计算。另外，空气流量根据空气流量计51的检测信号或者空气流量指令信号Uigv31进行计算，湿度根据测量大气的温度、湿度、压力等的大气条件检测器54的检测信号进行计算。

具体地说，为了达到预先设定的喷雾流量和空气流量的比例所需要的喷雾流量，例如是在预先设定的喷雾流量和空气流量的比例上乘以空气流量所得的值。空气流量是根据空气流量计51的检测信号或者空气流量指令信号Uigv31进行计算的。

并且，根据由喷雾流量计53测量的喷雾流量来执行P控制或者PI控制或者PID控制，从而使得喷雾流量跟踪期望喷雾流量。进行跟踪控制的方法，只要是当喷雾流量比期望喷雾流量多时输出喷雾更少量的喷雾流量指令信号Uwac33，相反情况下输出喷雾更多量的喷雾流量指令信号Uwac33的方法，则可以是公知的任意方法。

利用图4说明使得喷雾流量控制电路23如以上所述的图2的流程图那样进行动作时的喷雾流量指令信号Uwac33、来自吸气喷雾装置3的喷雾流量以及燃烧器2的燃料空气比的推移。

如图4的上段所示那样，喷雾流量调节阀13从启动后到时刻Tsw-θTwac的期间被跟踪控制到期望喷雾流量，之后，在燃烧切换结束时刻Tcom之前的期间进行燃料空气比补偿控制从而降低喷雾流量，在燃烧切换结束时刻Tcom之后再次被跟踪控制到期望喷雾流量。

这时候，如图4的中段所示那样，到达时刻Tsw-θTwac之后，喷雾流量从Qwac0减少到Qwac0-θQwac，由此，燃烧用空气流量减少，燃料空气比如图4的下段实线那样上升。这里的燃料空气比的上升是由于空气流量比现有的空气流量减少而产生的。之后，在时刻Tsw通过燃烧切换来降低燃料空气比。这样，通过从燃烧切换的发生时刻之前进行预先使燃料空气比上升的控制，可以使得现有的燃烧切换时产生的燃料空气比下降的方式（图4的下段的点划线来显示）变更为图4的下段的实线所显示的方式，可以抑制燃料空气比下降。

其结果，可以预防灭火，稳定燃气轮机发电成套设备的起动。而且，通过在燃气轮机转移到额定运行之前启动吸气喷雾装置，能够缩短成套设备整体的起动时间。

根据所述本发明的燃气轮机发电成套设备的控制装置的第1实施方式，控制吸气喷雾量使得先行补偿燃料空气比的变动，所以可以抑制燃烧切换时的不稳定燃烧，可以预防灭火。其结果，可以使燃气轮机发电成套设备的起动稳定化。另外，到达燃气轮机的额定转速后可以迅速地启动吸气喷雾装置，所以可以缩短燃气轮机发电成套设备整体的起动时间。

<第2实施方式>

下面，利用附图来说明本发明的燃气轮机发电成套设备的控制装置的第2实施方式。图5是表示具备本发明燃气轮机发电成套设备的控制装置的第2实施方式的燃气轮机发电成套设备的系统结构图，图6是表示本发明燃气轮机发电成套设备的控制装置的第2实施方式的处理流程的流程图，图7是表示本发明燃气轮机发电成套设备的控制装置的第2实施方式的空气流量指令信号特性（上段）、空气流量特性（中段）以及燃料空气比特性（下段）的特性图。图5至图7中与图1至图4所示的符号相同符号的内容是相同的部分，所以省略其详细的说明。

本发明的燃气轮机发电成套设备的第1实施方式中具备控制装置24，其为了缩短燃气轮机发电成套设备的起动时间和补偿燃料空气比，在燃烧切换前启动从吸气喷雾装置3的液滴喷雾，同时控制喷雾流量调节阀13，使得在燃烧切换前减少喷雾流量。与此相对，第2实施方式具有以下不同点，即具备控制装置24，其在燃烧切换前启动从吸气喷雾装置3的液滴喷雾，同时控制压缩机入口内翼11的开度，使得在燃烧切换前减少空气流量。其他构成燃气轮机发电成套设备的设备等和第1实施方式相同。

更具体地说，与第1实施方式相比，控制装置24中的喷雾流量控制电路23和空气流量控制电路21的动作不同。第1实施方式中利用喷雾流量对燃料空气比进行了补偿控制，但是在第2实施方式中利用空气流量对燃料空气比进行补偿控制。因此，在图1将用于燃料空气比补偿的各种信号输入到喷雾流量控制电路23，与此相对，在图5将其输入到空气流量控制电路21。

本实施方式中，喷雾流量控制电路23输出喷雾流量跟踪期望喷雾流量的喷雾流量指令信号Uwac33。

如图5所示，空气流量控制电路21作为输入而接受测量被压缩机1吸入的空气流量的空气流量计51的检测信号、测量提供给燃烧器2的燃料流量的燃料流量计52的检测信号、测量从吸气喷雾装置3喷雾的喷雾流量的喷雾流量计53的检测信号、测量大气的温度、湿度、压力等的大气条件检测器54的检测信号、由燃料流量控制电路22输出的燃料流量指令信号Ucmb62、由喷雾流量控制电路23输出的喷雾流量指令信号Uwac63中的至少一个以上。但是，只要是可以用于空气流量的计算的话，则可以是任何信号。另外，空气流量控制电路21作为输出而生成向压缩机入口内翼11输入的空气流量指令信号Uigv31。

在燃气轮机发电成套设备起动时，空气流量控制电路21决定压缩机入口内翼11的开度，使得满足预先设定的条件的空气流量被吸入到压缩机1，输出空气流量指令信号Uigv31。另外，从比燃烧切换时刻提前一定时间起到燃烧切换结束的期间，决定先行补偿伴随燃烧切换的燃料空气比下降的空气流量，输出空气流量指令信号Uigv31。这里，所述一定时间是直到空气流量变化影响燃料空气比的时间。

接着，利用图5至图7来详细说明空气流量控制电路21的内部动作。空气流量控制电路21的流程和第1实施方式中的喷雾流量控制电路23的流程相比，不同点为操作对象不是喷雾流量而是吸入空气流量，但内部动作的逻辑是同样的。

图6中，首先在步骤（S201）判断是否是燃气轮机发电成套设备起动时。用和第1实施方式相同的判断方法来判断。若判断为燃气轮机发电成套设备起动时的话，则判断为“是”后进入步骤（S202），当判断为起动时以外的话，判断为“否”后进入步骤（S205）。

在步骤（S202）运算当前时刻和预测进行燃烧切换的时刻Tsw之间的时间差，判断该时间差是否比压缩机入口内翼11的开度的变化影响燃料空气比之前的时间θTigv要大。也就是说，判断当前时刻是否比Tsw-θTigv提前。如果判断出当前时刻比燃烧切换时刻Tsw提前θTigv以上的话，则判断为“是”后进入步骤（S203），如果判断出当前时刻没有比燃烧切换预测时刻Tsw提前θTigv以上的话，则判断为“否”后进入步骤（S205）。

在步骤（S203），计算对于预想在燃烧切换预测时刻Tsw产生的燃料空气比下降进行补偿的空气流量，作为空气流量指令信号Uigv31进行输出。作为补偿燃料空气比下降的空气流量的决定方法，如图7的中段的空气流量的特性图所示，对于在时刻Tsw-θTigv的空气流量Qigv1，计算减少了通过实验/计算等预先设定的补偿空气流量θQigv所得的空气流量，或者计算出以预先决定的比例减少了空气流量Qigv1所得的空气流量。

在步骤（S204）判断燃烧切换是否结束。用和第1实施方式同样的判断方法进行判断。如果判断出燃烧切换结束了的话，则判断为“是”后进入步骤（S205），如果判断出燃烧切换没有结束的话，则判断为“否”后返回步骤（S203）。

在步骤（S205），将空气流量跟踪控制到期望空气流量。期望空气流量例如是为了成为预先设定的燃料空气比所需要的空气流量，或者是为了满足和预先设定的燃气轮机负荷之间的关系所需要的空气流量，其决定方法可以是决定起动时的空气流量的公知的任意方法。

利用图7说明使空气流量控制电路21如以上所述的图6流程图那样进行动作时的空气流量指令信号Uigv31、被压缩机1吸入的空气流量和燃烧器2的燃料空气比的推移。

如图7的上段所示那样，压缩机入口内翼11从燃气轮机发电成套设备启动后到时刻Tsw-θTigv之间被跟踪控制到期望空气流量，之后，在燃烧切换结束时刻Tcom之前的期间进行燃料空气比补偿控制，在燃烧切换结束时刻Tcom之后，再次通过处理205被跟踪控制到期望空气流量。

这时候，空气流量如图7的中段所示那样，到达时刻Tsw-θTigv之后，将空气流量从Qigv0减少到Qigv0-θQigv，由此，燃烧用空气流量减少，燃料空气比如图7的下段实线那样上升。这里的燃料空气比的上升是由于空气流量比现有的空气流量减少而产生的。之后，在时刻Tsw通过燃烧切换来降低燃料空气比。这样，通过从燃烧切换的发生时刻之前进行预先使得燃料空气比上升的控制，从而使得现有的燃烧切换时产生的燃料空气比下降的方式（用图7的下段的点划线来显示）变更为用图7的下段实线所显示的方式，可以抑制燃料空气比下降。

这样，如果使得空气流量控制电路21如上述图6的流程图那样进行动作的话，得到与使得喷雾流量控制电路23如图2的流程图那样进行动作的第1实施方式的情况相同的效果。本实施例特别是在喷雾流量的控制超过了某操作范围而无法使用的情况下有效。

根据所述本发明的燃气轮机发电成套设备的控制装置的第2实施方式，控制空气流量使得先行补偿燃料空气比的变动，所以可以抑制燃烧切换时的不稳定燃烧，可以预防灭火。其结果，使燃气轮机发电成套设备的起动稳定化。另外，到达燃气轮机的额定转速后可以迅速地启动吸气喷雾装置，所以可以缩短燃气轮机发电成套设备整体的起动时间。

另外，在适用的燃气轮机发电成套设备中限定了喷雾流量的控制范围，即使在超出某个操作范围而无法使用的情况下也可以对应，并且达到上述效果。

<第3实施方式>

下面，利用附图来说明本发明的燃气轮机发电成套设备的控制装置的第3实施方式。图8是表示本发明燃气轮机发电成套设备的控制装置的第3实施方式的空气流量指令信号特性（上段）以及燃料空气比特性（下段）的特性图。图8中，与图1至图7所示的符号相同符号的内容是相同的部分，所以省略其详细的说明。

本发明的燃气轮机发电成套设备的控制装置的第3实施方式是第1实施方式和第2实施方式的组合，其具备控制装置24，其为了缩短燃气轮机发电成套设备的起动时间和补偿燃料空气比，在燃烧切换前启动从吸气喷雾装置3的液滴喷雾的同时，控制喷雾流量调节阀13，使得在燃烧切换前减少喷雾流量，且控制压缩机入口内翼11的开度，从而使得在燃烧切换前减少空气流量。其他的构成燃气轮机发电成套设备的设备等和第1实施方式相同。

利用图8来说明提供给本实施方式的燃烧器2的燃烧用空气流量和燃烧器2的燃料空气比的推移。

从起动到时刻Tsw-θTwac，喷雾流量调节阀13被跟踪控制到期望喷雾流量，压缩机入口内翼11被跟踪控制到期望喷雾流量。之后，直到时刻Tsw-θTigv的期间，对喷雾流量调节阀13进行燃料空气比补偿控制，另一方面，压缩机入口内翼11继续向期望喷雾流量的跟踪控制。之后，直到时刻Tcom的期间，对喷雾流量调节阀13和压缩机入口内翼11分别进行燃料空气比补偿控制。在时刻Tcom之后，喷雾流量调节阀13再次被跟踪控制到期望喷雾流量，压缩机入口内翼11被跟踪控制到期望喷雾流量。

这时候，如图8的上段实线所示那样，燃烧用空气流量成为从起动到时刻Tsw-θTwac的期望喷雾流量和期望空气流量的和的值。然后，从接着的时刻Tsw-θTwac到时刻Tsw-θTigv之间下降，在时刻Tsw-θTigv之后立即更大幅地下降。这是由于，从时刻Tsw-θTwac到时刻Tsw-θTigv之间，只用喷雾流量调节阀13来减少燃烧用空气流量，不过从时刻Tsw-θTigv到时刻Tcom之间，通过喷雾流量调节阀13和压缩机入口内翼11双方来减少燃烧用空气流量。在时刻Tcom之后，燃烧用空气流量跟踪期望喷雾流量和期望空气流量的和的值。

如图8的下段实线所示那样，燃料空气比的推移从起动到时刻Tsw-θTwac和现有的情况（用点划线显示）是相同的。然后，在从时刻Tsw-θTwac到时刻Tsw-θTigv之间上升，在时刻Tsw-θTigv之后立即再次大幅地上升。这是上述的燃烧用空气流量的变化所导致的。之后，燃料空气比在时刻Tsw通过燃烧切换而下降。

这样，具备了同时具有喷雾流量调整功能和空气流量调整功能的控制装置24的燃气轮机系统，与具备了只具有喷雾流量调整功能的控制装置24的燃气轮机系统（图8的下段的虚线进行显示）和具备了只具有空气流量调整功能的控制装置24的燃气轮机系统相比，可以使燃烧用空气流量的削减幅度比θQigv+θQwac更大幅度地变化，因此可补偿的燃料空气比的范围变宽。另外，也可以提高燃烧用空气流量变化的应答性，可以在燃烧空气补偿控制时短时间地增加燃料空气比，可以缩短燃料空气比达到高状态的时间。

另外，图8是θTwac比θTigv更长的情况的例子，即使二者的大小关系相反时，具备了同时具有喷雾流量调整功能和空气流量调整功能的控制装置24的燃气轮机系统，与具备了只具有喷雾流量调整功能的控制装置24的燃气轮机系统和具备了只具有空气流量调整功能的控制装置24的燃气轮机系统相比，可补偿的燃料空气比的范围变宽，也可以提高燃烧用空气流量变化的应答性，可以在燃料空气比补偿控制时短时间地增加燃料空气比、可以缩短燃料空气比达到高状态的时间的情况不会改变。

根据所述本发明的燃气轮机发电成套设备的控制装置的第3实施方式，可以得到与所述第1以及第2实施方式相同的效果，并且可以扩大可补偿的燃料空气比的范围。

符号的说明

1压缩机

2燃烧器

3吸气喷雾装置

4汽轮机

11压缩机入口内翼

12燃料流量调节阀

13喷雾流量调节阀

21空气流量控制电路

22燃料流量控制电路

23喷雾流量控制电路

24控制装置

31空气流量指令信号

32燃料流量指令信号

33喷雾流量指令信号

41空气流量指令信号

42燃料流量指令信号

51空气流量计

52燃料流量计

53喷雾流量计

54大气条件检测器

62燃料流量指令信号

63喷雾流量指令信号

Claims (4)

1.一种燃气轮机发电成套设备的控制装置，具备压缩机（1），其对燃烧用空气进行加压；吸气喷雾装置（3），其对被吸入所述压缩机（1）的空气流喷雾经由喷雾流量调节阀（13）提供的喷雾水的液滴；燃烧器（2），其将所述燃烧用空气和燃料进行混合/燃烧，产生高温的燃烧气体，在运行中进行燃烧切换；汽轮机（4），其利用所述燃烧气体驱动所述压缩机（1）以及发电机；喷雾流量调节阀（13），其控制所述喷雾水的流量；压缩机入口内翼（11），其控制被吸入所述压缩机（1）的空气的流量，该燃气轮机发电成套设备的控制装置的特征在于，具备：

燃料流量控制单元（22），其运算针对所述燃烧器（2）的燃料流量指令值（32）；以及

控制单元（24），其运算对所述燃烧切换时产生的所述燃烧器（2）中的燃料空气比下降进行补偿的燃料空气比修正指令信号，并根据该燃料空气比修正指令信号来控制所述压缩机入口内翼（11）的开度或者/以及所述喷雾流量调节阀（13）的开度。

2.一种燃气轮机发电成套设备的控制装置，具备压缩机（1），其对燃烧用空气进行加压；吸气喷雾装置（3），其对被吸入所述压缩机（1）的空气流喷雾经由喷雾流量调节阀（13）提供的喷雾水的液滴；燃烧器（2），其将所述燃烧用空气和燃料进行混合/燃烧，产生高温的燃烧气体，在运行中进行燃烧切换；汽轮机（4），其利用所述燃烧气体驱动所述压缩机（1）以及发电机；燃料流量计（52），其测量提供给所述燃烧器（2）的燃料流量；空气流量计（51），其测量被吸入所述压缩机（1）的空气流量；喷雾流量计（53），其测量提供给所述喷雾装置（3）的所述喷雾水的流量；大气条件检测器（54），其测量大气的温度、湿度、压力等；喷雾流量调节阀（13），其控制所述喷雾水的流量，该燃气轮机发电成套设备的控制装置的特征在于，具备：

燃料流量控制单元（22），其运算针对所述燃烧器（2）的燃料流量指令值（32）；

空气流量控制单元（21），其运算针对所述压缩机（1）的空气流量指令值（31）；以及

喷雾流量控制单元（23），其取得所述空气流量计（51）、所述燃料流量计（52）、所述喷雾流量计（53）和所述大气条件检测器（54）的各个测量值、所述燃料流量指令值（32）和所述空气流量指令值（31），运算对所述燃烧切换时产生的所述燃烧器（2）中的燃料空气比下降进行补偿的喷雾流量修正指令值和基于该喷雾流量修正指令值的控制开始时刻，在所述燃烧切换发生前启动所述吸气喷雾装置（3），从所述控制开始时刻根据附加了所述喷雾流量修正指令值的喷雾流量指令值（33）来控制所述喷雾流量调节阀（13）的开度。

3.一种燃气轮机发电成套设备的控制装置，具备压缩机（1），其对燃烧用空气进行加压；吸气喷雾装置（3），其对被吸入所述压缩机（1）的空气流喷雾喷雾水的液滴；燃烧器（2），其将所述燃烧用空气和燃料进行混合/燃烧，产生高温的燃烧气体，在运行中进行燃烧切换；汽轮机（4），其利用所述燃烧气体驱动所述压缩机（1）以及发电机；燃料流量计（52），其测量提供给所述燃烧器（2）的燃料流量；空气流量计（51），其测量被吸入所述压缩机（1）的空气流量；喷雾流量计（53），其测量提供给所述喷雾装置（3）的所述喷雾水的流量；大气条件检测器（54），其测量大气的温度、湿度、压力等；压缩机入口内翼（11），其控制被吸入所述压缩机（1）的空气的流量，该燃气轮机发电成套设备的控制装置的特征在于，具备：

燃料流量控制单元（22），其运算针对所述燃烧器（2）的燃料流量指令值（32）；

喷雾流量控制单元（23），其运算针对所述喷雾装置（3）的喷雾流量指令值（33）；以及

空气流量控制单元（21），其取得所述空气流量计（51）、所述燃料流量计（52）、所述喷雾流量计（53）和所述大气条件检测器（54）的各个测量值、所述燃料流量指令值（32）和所述喷雾流量指令值（33），运算对所述燃烧切换时产生的所述燃烧器（2）中的燃料空气比下降进行补偿的空气流量修正指令值和基于该空气流量修正指令值的控制开始时刻，在所述燃烧切换发生前启动所述吸气喷雾装置（3），从所述控制开始时刻根据附加了所述空气流量修正指令值的空气流量指令值（31）来控制所述压缩机入口内翼（11）的开度。

4.一种燃气轮机发电成套设备的控制装置，具备压缩机（1），其对燃烧用空气进行加压；吸气喷雾装置（3），其对被吸入所述压缩机（1）的空气流喷雾经由喷雾流量调节阀（13）提供的喷雾水的液滴；燃烧器（2），其将所述燃烧用空气和燃料进行混合/燃烧，产生高温的燃烧气体，在运行中进行燃烧切换；汽轮机（4），其利用所述燃烧气体驱动所述压缩机（1）以及发电机；燃料流量计（52），其测量提供给所述燃烧器（2）的燃料流量；空气流量计（51），其测量被吸入所述压缩机（1）的空气流量；喷雾流量计（53），其测量提供给所述喷雾装置（3）的所述喷雾水的流量；大气条件检测器（54），其测量大气的温度、湿度、压力等；喷雾流量调节阀（13），其控制所述喷雾水的流量；压缩机入口内翼（11），其控制被吸入所述压缩机（1）的空气的流量，该燃气轮机发电成套设备的控制装置的特征在于，具备：

燃料流量控制单元（22），其运算针对所述燃烧器（2）的燃料流量指令值（32）；

空气流量控制单元（21），其运算针对所述压缩机（1）的空气流量指令值（31）；以及

喷雾流量控制单元（23），其取得所述空气流量计（51）、所述燃料流量计（52）、所述喷雾流量计（53）、所述大气条件检测器（54）的各个测量值、所述燃料流量指令值（32）和所述空气流量指令值（31），运算对所述燃烧切换时产生的所述燃烧器（2）中的燃料空气比下降进行补偿的喷雾流量修正指令值和基于该喷雾流量修正指令值的控制开始时刻，在所述燃烧切换发生前启动所述吸气喷雾装置（3），从所述控制开始时刻根据附加了所述喷雾流量修正指令值的喷雾流量指令值（33）来控制所述喷雾流量调节阀（13）的开度，

所述空气流量控制单元（21），取得所述空气流量计（51）、所述燃料流量计（52）、所述喷雾流量计（53）和所述大气条件检测器（54）的各个测量值、所述燃料流量指令值（32）和所述喷雾流量指令值（33），运算对所述燃烧切换时产生的所述燃烧器（2）中的燃料空气比下降进行补偿的空气流量修正指令值和基于该空气流量修正指令值的控制开始时刻，从所述控制开始时刻根据附加了所述空气流量修正指令值的空气流量指令值（31）来控制所述压缩机入口内翼（11）的开度。

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