CN104968918A - 燃气轮机系统、控制装置以及燃气轮机的运转方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够以更高的精确度控制燃气轮机的燃烧气体温度的燃气轮机系统、控制装置以及燃气轮机的运转方法。燃气轮机系统具有：燃气轮机，其具有压缩机、燃烧器及涡轮机；燃料供应装置，其用于给燃烧器供应燃料；组分检测部，其用于检测燃料的组分；以及控制装置，其依据从压缩机朝向燃烧器排出的空气的空气压或涡轮机的膨胀比与通过涡轮机的排气的排气温度之间的函数，对于从燃料供应装置供应给燃烧器的燃料的流量进行控制；控制装置从由组分检测部检测出来的燃料的组分算出燃烧气体的比热比，依据算出的比热比修正函数，并且，依据修正的函数控制燃料的流量。

Description

燃气轮机系统、控制装置以及燃气轮机的运转方法

技术领域

本发明涉及一种向燃烧器供应燃气、令其燃烧的燃气轮机系统、控制装置以及燃气轮机的运转方法。

背景技术

燃气轮机具有压缩机、燃烧器和涡轮机，在燃烧器中令燃气和被压缩机压缩的空气燃烧，将产生的燃气供应给涡轮机，令涡轮机旋转。燃气轮机为了提高输出和效率，人们希望其能够使涡轮机入口的燃气温度在许可范围内尽可能高一些，而运转。为此，有如此方法：在涡轮机入口的燃气温度为固定的情况下，利用从涡轮机排出的排气的温度，同从压缩机排出的空气的压力之间的关系，控制供应给燃烧器的燃气的流量，从而将燃气温度设为指定值，以下将该控制方式称为“温度调节控制”。具体而言，涡轮机入口的燃气由于经过涡轮机而绝热膨胀，并且同来自于涡轮叶片等的冷却空气混合，从而从涡轮机入口温度降低到排气温度。即，在被赋予了某个涡轮机入口温度的时候，决定排气温度的主要参数为以下五点：确定由绝热膨胀产生的燃气的温度降低量的涡轮机膨胀比、涡轮机效率与燃气的比热比、以及确定由冷却空气的混合而产生的温度降低量的冷却空气量和冷却空气温度。从广义上讲，涡轮机效率、燃气的比热比、冷却空气量、冷却空气温度这四点如果不会因为燃气轮机的运转状态而发生太大变动，则某个涡轮机入口温度、某个涡轮机膨胀比下的排气温度会明确。反过来说，从涡轮机膨胀比和排气温度可以推算出涡轮机入口温度。上述温度调节控制中，控制燃料流量，从而使实际检测到的涡轮机膨胀比和排气温度，同指定的涡轮机膨胀比和排气温度的函数一致，通过这种方式燃气温度将会是指定值。另外，考虑到在实际的温度调节控制中，涡轮机的入口压力在除去燃烧器压力损失以外，跟压缩机排出空气压力相同，涡轮机的出口压力在除去排气压力损失以外，跟大气压相同即大概1气压，通常作为涡轮机膨胀比的代替品，也会使用上述压缩机排出空气压力。

然而，特别是在将高炉气体和煤炭气体作为燃料的燃气轮机中，燃气的组分会有很大的变化。在这种情况下，考虑到燃气的组分，我们希望对于温度调节控制中的涡轮机膨胀比和排气温度之间的函数进行修正。例如在专利文献1中公开了如下方法：其为检测燃气轮机压缩机的吐出空气压，及燃气轮机排气温度，依据这些检测值来控制燃气轮机燃料流量，从而控制燃烧温度的方法，在该燃气轮机燃烧温度控制方法中，检测出燃气轮机燃料的发热量，使用上述发热量检测值，算出对于燃气轮机压缩机的吐出空气压的排气温度特性的变化，根据上述算出值修正排气温度特性，将上述修正值和排气温度的实际检测值进行比较，且调节燃料流量，使上述比较中的差异变得极小。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭和63-183230公报

发明内容

发明要解决的课题

专利文献1所述的燃气轮机燃烧温度控制方法，其目的在于，使用燃气轮机燃料的发热量，对于排气温度特性进行修正并控制，从而即使燃气组分发生了变动，也能够进行温度调节控制，而使燃气的温度成为指定的温度。

然而，即使是在专利文献1所述的控制方法中，由于实际的燃气温度和设想的燃气温度有偏差，因此从结果而言会出现燃气轮机的输出和效率的低下的问题。更具体而言，可能会有例如燃气的发热量相同，但燃气的组分不同的情况。在这种情况下，即使燃气的发热量相同，但是因为燃气的组分不同，因此燃气的比热比也不同，结果会使排气温度也不同。因此，使用仅对于燃气发热量进行修正的排气温度特性控制燃料流量，则不能将燃烧气体温度控制在指定的温度。一般而言，若燃烧气体温度超出燃气轮机的最高许可温度，即过度燃烧的话，会缩短燃烧器和涡轮叶片的寿命，因此不是人们所希望的。此外，既然不能精确地控制燃烧气体温度，则必须将燃烧气体温度降低到最高许可温度以下，然后使燃气轮机运转，但通过这种方式会招致该运转的燃气轮机输出和效率低下的问题。

本发明是为了解决上述课题的发明，其目的在于提供一种能够控制燃气轮机的燃烧气体温度，从而降低发生过度燃烧的风险的燃气轮机系统、控制装置以及燃气轮机的运转方法。

用于解决课题的方法

为达成上述目的，本发明的燃气轮机系统，其特征在于，具有：燃气轮机，其具有压缩机、燃烧器及涡轮机；燃料供应装置，其给所述燃烧器供应燃料；组分检测部，其检测所述燃料的组分；以及控制装置，其依据从所述压缩机朝向所述燃烧器排出的空气的空气压或所述涡轮机的膨胀比，与通过所述涡轮机的排气的排气温度之间的函数，对从所述燃料供应装置供应给所述燃烧器的燃料的流量进行控制；所述控制装置从由所述组分检测部检测出来的所述燃料的组分中算出燃烧气体的比热比，依据算出的所述比热比修正所述函数，并且，依据所述修正的函数控制所述燃料的流量。

如上所述，确定排气温度的主要参数是涡轮机膨胀比、涡轮机效率、燃烧气体比热比、冷却空气量和冷却空气温度这五点。若改变涡轮机燃气的组分，则在这些参数中主要是燃烧气体比热比会发生变动，从而涡轮机膨胀比和排气温度之间的关系就偏离了基准的状态。因此，依据燃烧气体比热比，修正从压缩机朝向燃烧器排出的空气的空气压或涡轮机膨胀比，及通过涡轮机的排气的排气温度之间的函数，依据该修正结果，调整燃气的供应量，从而能够更加精确地控制燃烧器的燃烧气体温度。通过这种方式，能够控制燃气轮机的燃烧气体温度，从而可以降低过度燃烧发生的风险。此外，通过以高精确度控制燃烧器的燃烧气体温度，从而可以降低过度燃烧发生的风险，能够让燃烧器的燃烧气体温度达到更高的温度，从而可以更高效率地利用燃气轮机进行输出。

本发明的燃气轮机系统，其特征在于，所述控制装置依据所述燃料的组分与所述压缩机的吸气流量，算出所述燃烧气体的组分，并且依据所述燃烧气体中包含的各成分的比例与所述各成分的比热比，算出所述燃烧气体的比热比。

因此，考虑到燃烧器中的空燃比，可以算出更精确的燃气比热比。

本发明的燃气轮机系统，其特征在于，所述控制装置依据算出的所述燃烧气体的比热比与基准燃烧气体的比热比来算出偏压值，并且，依据在所述基准燃烧气体情况下的所述函数上加上算出的偏压值而得到的函数，控制供应给所述燃烧器的燃料的流量。

因此，不需要根据每个燃烧气体的比热比来设定函数，通过少许的储存容量和演算量，就能够得到修正后的函数。

另外，本发明为控制向燃气轮机的燃烧器供应燃料的燃料供应装置的控制装置，其特征在于，具有：组分信息获取部，其用于获取供应给所述燃烧器的燃料的组分信息；以及燃料供应装置控制部，其依据从所述压缩机朝向所述燃烧器排出的空气的空气压或所述涡轮机的膨胀比，与通过所述涡轮机的排气的排气温度之间的函数，对从所述燃料供应装置供应给所述燃烧器的燃料的流量进行控制；所述燃料供应装置控制部从所述燃料的组分中算出燃烧气体的比热比，依据算出的所述比热比修正所述函数，并且依据所述修正的函数和运转信息控制所述燃料的流量。

因此，改变涡轮机燃气的组分，从而主要改变确定排气温度的主要参数之一的燃烧气体比热比，通过这种方式即使涡轮机膨胀比和排气温度之间的关系偏离了基准的状态，也能够根据偏差进行控制，从而能够以高精确度控制燃气轮机的燃烧气体温度。具体而言，依据燃烧气体比热比，修正从压缩机朝向燃烧器排出的空气的空气压或涡轮机膨胀比，及通过涡轮机的排气的排气温度之间的函数，依据该修正结果，调整燃气的供应量，从而能够更加精确地控制燃烧器的燃烧气体温度。通过这种方式，能够控制燃气轮机的燃烧气体温度，从而可以降低过度燃烧发生的风险。此外，通过以高精确度控制燃烧器的燃烧气体温度，从而可以降低过度燃烧发生的风险，能够让燃烧器的燃烧气体温度达到更高的温度，从而可以更高效率地利用燃气轮机进行输出。

另外，本发明的燃气轮机的运转方法，所述燃气轮机具有：燃气轮机，其具有压缩机、燃烧器及涡轮机；燃料供应装置，其给所述燃烧器供应燃料；以及组分检测部，其检测所述燃料的组分；其特征在于，具有如下步骤：由所述组分检测部检测出的所述燃料的组分，算出燃烧气体的比热比的步骤；依据预先设定的从所述压缩机朝向所述燃烧器排出的空气的空气压或所述涡轮机的膨胀比，与通过所述涡轮机的排气的排气温度之间的函数算出的所述比热比，进行修正的步骤；以及依据所述修正函数，控制从所述燃料供应装置供应给所述燃烧器的燃料的步骤。

因此，改变涡轮机燃气的组分，从而主要改变确定排气温度的主要参数之一的燃烧气体比热比，通过这种方式即使涡轮机膨胀比和排气温度之间的关系偏离了基准的状态，也能够根据偏差进行控制，从而能够以高精确度控制燃气轮机的燃烧气体温度。具体而言，依据燃烧气体的比热比，修正从压缩机朝向燃烧器排出的空气的空气压或涡轮机膨胀比，与通过涡轮机的排气的排气温度之间的函数，依据该修正结果，调整燃气的供应量，从而能够更加精确地控制燃烧器的燃烧气体温度。通过这种方式，能够控制燃气轮机的燃烧气体温度，从而可以降低过度燃烧发生的风险。此外，通过以高精确度控制燃烧器的燃烧气体温度，从而可以降低过度燃烧发生的风险，能够让燃烧器的燃烧气体温度达到更高的温度，从而可以更高效率地利用燃气轮机进行输出。

发明效果

利用本发明的燃气轮机系统、控制装置以及燃气轮机的运转方法，能够对应供应给燃烧器的燃气的组分的变动，控制燃烧气体的温度，从而可以降低过度燃烧发生的风险。通过这种方式，可以让燃烧器的燃烧气体的温度达到更高的温度，从而可以更高效率地利用燃气轮机进行输出。

附图说明

图1为示出本实施例的燃气轮机系统的概略结构图。

图2为示出燃气轮机系统的控制装置的概略图。

图3为示出温度调节曲线的一个例子的曲线图。

图4为示出比热比和偏压值之间关系的一个例子的曲线图。

图5为示出比热比和偏压值之间关系的一个例子的曲线图。

图6为示出比热比和偏压值之间关系的一个例子的曲线图。

图7为示出本实施例的燃气轮机系统的驱动操作的一个例子的流程图。

图8为示出燃气供应装置的其他例子的概略图。

图9为示出其他例子的燃气轮机系统的驱动操作的一个例子的流程图。

图10为示出燃气轮机系统的驱动操作的变形例的流程图。

图11为示出燃气轮机系统的驱动操作的变形例的流程图。

图12为示出燃气轮机系统的驱动操作的变形例的流程图。

图13为示出其他实施例的燃气轮机系统的概略结构图。

具体实施方式

以下参照附图，详细说明本发明所涉及的燃气轮机系统、控制装置以及燃气轮机的运转方法的优选实施例。另外，本发明并不限定于该实施例，并且，在存在多个实施例的情况下，也包括将各实施例加以组合而构成的实施例。

实施例

图1是表示本实施例的燃气轮机系统的概略结构图。在本实施例中，如图1所示，燃气轮机系统10具有：燃气轮机11；燃气供应装置12，其用于将燃气供应给燃气轮机11；空气供应装置13，其用于将空气供应给燃气轮机11；排气排出装置14，其用于使从燃气轮机11排出的排气流通；运转信息检测部16，其用于检测燃气轮机11的各种运转信息；控制装置18，其依据输入的设定、输入的指示以及检测部检测出来的结果等，控制燃气轮机系统10的各部分的操作。

燃气轮机11具有压缩机(A/C)21、燃烧器22以及涡轮机(G/T)23，压缩机21和涡轮机23通过旋转轴24以能够一体旋转的方式相连接。另外，燃气轮机11中，压缩机21和燃烧器22相连接，燃烧器22和涡轮机23相连接。压缩机21在对从空气供应装置13吸入的空气A进行压缩的同时，通过改变设置在该入口的入口导叶21a的角度，从而改变吸入的空气A的量。燃烧器22将从压缩机21供应的压缩空气，与从燃气供应管线23供应的燃气L进行混合并燃烧。涡轮机23通过被供应利用燃烧器22燃烧燃气L所生成的燃气，而进行旋转。压缩机21设置有能够调整空气吸入口开度的入口导叶(IGV：InletGuideVane)21a。压缩机21通过将入口导叶21a的开度增大，从而使压缩机生成的压缩空气量增加，通过将入口导叶21a的开度减小，从而使压缩机生成的压缩空气量减少。另外，虽未图示，涡轮机23通过机室供应利用压缩机21压缩的压缩空气，并将该压缩空气作为冷却空气来冷却叶片等。

燃气供应装置12具有燃气供应管线32和控制阀34。燃气供应管线32是将供应燃气的供应源和燃烧器22联系在一起的配管。燃气供应管线32将由供应来源供应的燃气供应给燃烧器22。控制阀34为具备调整开度的装置的阀，设置在燃气供应管线32上。控制阀34通过调整开闭和开度，从而能够调整从燃气供应管线32供应给燃烧器22的燃气L的流量。

空气供应装置13具备空气供应管线36。空气供应管线36一边向大气开放，一边同压缩机21连接。空气供应管线36将空气A供应给压缩机21。

排气排出装置14具备排气管线38。排气管线38同涡轮机23相连接，供应通过涡轮机23的排气，即通过涡轮机23的燃烧气体。排气管线38将排气供应给处理排气的装置，例如排热回收装置或用于去除有害物质的装置等。

运转信息检测部16具有组分测定仪50、排气温度计52、压缩空气压力计54、燃料流量计56、大气压计59、入口导叶角度计70即IGV开度计、及旋转数计72。各部分将检测的信息传送到控制装置18。组分测定仪50被设在燃气供应管线32上，检测流通于燃气供应管线32的燃气的组分。作为组分测定仪50，可以使用各种用来测定燃气组分的测定装置，可以使用将测量光束照射在燃气上，检测出测量光束的吸收，依据吸收量来检测出对象成分的传感器，或检测出测量光束的拉曼散射光，依据该拉曼散射光的强度检测出对象成分的传感器。组分检测仪50可以分别具备检测待检测成分的传感器，也可以利用一个传感器来检测燃气的全部成分。另外，组分检测仪50只要能够检测出燃气中包含的主要成分即可，并不需要连微量成分都检测出来。排气温度计52设置在排气管线38上，检测流动在排气管线38的排气的温度，即所谓的排气温度。压缩空气压力计54检测从压缩机21朝向燃烧器22流动的压缩空气的压力。压缩空气压力计54测定压缩机21的吐出压力。燃料流量计56被配置在燃气供应管线32的控制阀34和燃烧器22之间。燃料流量计56测定通过控制阀34而供应给燃烧器22的燃气的流量。大气压计59是检测大气压的压力计。大气压计59只要能够检测出设置有燃气轮机系统10的空间里的大气的压力，那么对于设置位置并没有特别限制。入口导叶角度计70为检测设置在压缩机21的入口上的入口导叶21a的角度的测量仪器。旋转数计72为检测燃气轮机11的旋转速度的测量仪器。旋转数计72可以使用设置在跟燃气轮机11的旋转轴24同轴旋转的转动轴上的编码器。

控制装置18控制燃气轮机系统10的各部分的操作。使用图2，对控制装置18的结构进行说明。图2为示出燃气轮机系统的控制装置的概略图。另外，图2是在控制装置18的功能中，抽取出了同控制供应燃气的功能相关部分。控制装置18除了图2所示的功能以外，还具备用于控制燃气轮机系统10所需要的各种功能。

控制装置18具有组分信息获取部60、运转信息获取部62、演算处理部64、储存部66、控制阀控制部68即燃气供应装置控制部。组分信息获取部60获取利用组分检测仪50检测出来的燃气的组分的信息。运转信息获取部62获取利用排气温度计52检测出来的排气的温度、利用压缩空气压力计54检测出来的压缩空气的压力、利用燃料流量计56检测出来的燃气的流量的信息。

演算处理部64具备CPU(CentralProcessingUnit)和缓冲器，且具备执行程序和各种验算的功能。演算处理部64依据利用组分信息获取部60获取的燃气的组分信息、利用运转信息获取部62获取的运转信息、储存在储存部66的信息，从而算出控制阀34的开度，控制供应给燃烧器22的燃气的流量。关于这一点将后述。

储存部66具有基准数据66a，及偏压值算出表66b。基准数据66a储存了作为基准的燃气的组分下的温度调节曲线的信息。图3为示出温度调节曲线，即表示控制设定值的关系的曲线的一个例子的曲线图。具体而言，如图3所示，温度调节曲线为涡轮机23的入口温度为固定的压缩空气的压力和排气温度之间的函数。此处，压缩机排出空气压力即压缩空气压力从本质上是涡轮机膨胀比，不过如上所述，考虑到涡轮机23的入口压力在除去燃烧器22压力损失以外，跟压缩机排出空气压力相同，涡轮机23的出口压力在除去排气压力损失以外，跟大气压即大概1气压相同，所以作为涡轮机膨胀比的代替品，使用了压缩空气的压力，即利用压缩空气压力计54测定的位置的压缩空气的压力。所谓排气温度是在利用排气温度计52测定出的位置上的排气的温度。燃气轮机系统10中，若燃料组分跟基准一样且没有变动，则在该情况下的温度调节曲线60所示的条件下运转，这样能够使供应给涡轮机的燃烧气体的温度成为所希望的温度。

例如，如图3所示，在作为基准的燃气的组分中，燃烧气体的κ为1.4，这种情况下的温度调节曲线为80。此后，燃气的组分发生变动，其结果在燃气的κ成为1.5的情况下，温度调节曲线成为温度调节曲线82。这种以温度调节曲线80为基准的温度调节曲线82的偏差量即是偏压值84。偏压值算出表66b为将从燃气的组分中算出的燃烧气体的比热比κ，同对基准数据的温度调节曲线80进行偏压修正的偏压值的关系进行储存的表。偏压值算出表66b的比热比κ同偏压值之间的关系，通过实验或模拟算出即可。更进一步，这样的关系并不需要必须是对于燃烧气体的κ的变动，要令燃烧气体的温度保持固定的关系，也可以是根据目的，使用与之不同的关系。此外，本实施例中，使用的是表，但也可以作为单独的函数，例如也可以储存对于上述偏差量的偏压值的比。演算处理部64在κ为1.5的情况下，算出来自于偏压值算出表66b和上述函数的偏压值84，从而利用偏压值84来对温度调节曲线80进行修正，算出温度调节曲线82。关于这一点将后述。

以下使用图4至图6，对能够用于本实施例的比热比和偏压值的关系进行说明。图4至6分别为示出比热比和偏压值之间关系的一个例子的曲线图。如图4所示，作为储存在偏压值算出表66b的比热比κ和偏压值的关系，可以是根据比热比κ来令温度调节偏压发生变化的关系，从而使其跟燃烧气体的比热比κ无关、燃烧气体的温度为固定。控制装置18使用图4所示的关系来控制偏压值，从而在燃烧气体的比热比κ发生变动的情况下，能够使产生的燃烧气体温度的变动更小。

此外，如图5所示，作为偏压值算出表66b中储存的比热比κ和偏压值之间的关系，可以使用在燃烧气体的比热比κ为基准值κ以下的情况下，将偏压值作为固定的值X1，在燃烧气体的比热比κ比基准值κ大的情况下，跟燃气的比热比κ无关的令燃烧气体的温度为固定的关系。控制装置18使用图5所示的关系控制偏压值，从而在燃烧气体的比热比κ比基准值κ大的情况下，通过根据比热比κ令温度调节偏压进行直线变动，使燃烧气体跟比热比κ无关的燃烧气体的温度为固定，从而在燃气的组分在过度燃烧一侧发生变动的情况下，能够控制温度保持稳定。另外，控制装置18使用图5所示的关系控制偏压值，从而在燃烧气体的比热比κ在基准值κ以下的情况下，将偏压值作为固定的值X1，从检测出的燃气的组分中算出的燃烧气体的比热比κ比基准值低的情况下，即使这是因为计算器的误差等原因而导致算出了比实际的燃烧气体的比热比κ低的比热比κ，也能够在发生过度燃烧的风险较低的条件下进行燃烧。

此外，如图6所示，作为储存在偏压值算出表66b中的比热比κ和偏压值的关系，可以使用在燃烧气体的比热比在基准值κ以下的情况下，将偏压值作为固定的值X1，在燃烧气体的比热比κ比基准值大的情况下，将偏压值作为固定的值X2。此处，X2为比X1小的值，也就是X2＜X1。控制装置18使用图6所示的关系来控制偏压值，在燃烧气体的比热比κ比基准值κ大、或者在基准值κ以下的情况下，即使是切换偏压值的关系，也能够提升燃烧气体的比热比κ，若在同样的燃烧条件下，处于容易发生过度燃烧的状态，则降低偏压值，从而在发生过度燃烧的风险较低的条件下进行燃烧。另外，图6中依据燃烧气体的比热比κ，将偏压值以二段式来进行了切换，但是也可以以三段式以上来进行切换。

控制阀控制部68依据利用演算处理部64算出的控制阀34的开度，控制控制阀34。

接着使用图7，对利用控制装置进行的控制操作进行说明。图7为示出本实施例的燃气轮机系统的驱动操作的一个例子的流程图。控制装置18在燃气轮机11的运转中，反复执行图7所示的处理。控制装置18获得运转信息和燃气的组分，即进行步骤S12。控制装置18利用组分信息获取部60获得燃气的组分信息，利用运转信息获取部62获取各种运转信息。

控制装置18若获得了燃气和运转信息，则算出燃烧气体的组分，即进行步骤S13。具体而言，依据获取的燃气的组分，算出燃气在燃烧后的组分。例如，H2在燃烷之后变成H2O，CO在燃烧之后变成CO2，CH4在燃烧之后变成CO2和H2O。利用不可燃烧成分的氮气和二氧化碳以及水保持原样等关系，算出当燃气在完全燃烧的情况下生成的气体的组分。接着，控制装置18依据利用入口导叶角度计70检测出的入口导叶21a的角度、吸气温度、利用旋转数计72检测出的压缩机的旋转数，从而算出空气的供应量，更进一步，依据燃气的供应量和空气的供应量，算出空燃比。接着，控制装置18依据燃气在完全燃烧的情况下生成的气体的组分和空燃比，从而检测出燃烧气体的组分。即，依据空燃比，算出不参与燃烧的剩余空气的比例，利用在燃气完全燃烧的情况下生成的气体被该剩余空气稀释，从而算出该剩余的组分。

控制装置18依据燃烧气体的组分，算出燃烧气体的κ，即进行步骤S14。具体而言，依据燃烧气体的组分，抽取燃烧气体各成分的κ。之后，依据燃烧气体所包含的成分的比热比和燃烧气体的各成分的比例，从而算出燃烧气体的比热比。作为算出方法，依据各成分的浓度，可以用加权平均来算出。

控制装置18在算出燃烧气体的比热比κ后，依据燃烧气体的比热比κ确定偏压值，即进行步骤S16。具体而言，读取出偏压值算出表66b，且依据偏压值算出表66b和算出的燃烧气体的比热比κ，从而确定同燃烧气体的比热比κ对应的偏压值。

控制装置18在确定偏压值之后，使用偏压值对压缩空气压力和排气温度的函数进行修正，即进行步骤S18。即，通过在作为基准的温度调节曲线上合计偏压值，从而得到修正后的温度调节曲线。

控制装置18利用偏压值修正压缩空气压力和排气温度的函数即温度调节曲线之后，依据修正后的温度调节曲线即函数和运转信息，确定燃料控制值，即用于燃气供应量的控制的值，即进行步骤S20。具体而言，在图3中，将实测的压缩空气压力和排气温度的组合标绘，在其比修正后的温度调节曲线还要靠近右上时，减少燃料流量，在靠近左下时增加燃料流量，从而确定燃料控制值。依据控制阀控制部68所确定的燃料控制值，控制控制阀34，即进行步骤S22，从而结束本处理。另外，燃料控制值可以是表示控制阀34的开度的值的信息，也可以是开度的变动量的信息。

燃气轮机系统10如上所述，检测出燃气的组分，依据燃气的组分算出燃烧气体的比热比κ，依据预先设定的关系算出偏压值，使用偏压值来修正温度调节曲线。通过这种方式，即使在燃气的组分发生变化的情况下，也能够根据该变化来修正温度调节曲线。燃气轮机系统10通过修正温度调节曲线，能够使排气温度和涡轮机入口的燃烧气体的温度之间的关系同燃气的组分相对应。通过这种方式，依据修正的温度调节曲线，控制运转条件，在本实施例中为燃气的供应量，从而能够使涡轮机入口的燃烧气体的预测温度同实际温度之间的差异变小。通过这种方式，能够用更高的精确度控制燃气轮机系统10，从而使燃气轮机系统10以更高输出、效率进行运转。具体而言，利用燃气的卡路里来控制温度调节曲线，则即使卡路里相同，对于组分不同的燃气、对于利用相同温度调节曲线来控制的情况，本实施例的燃气轮机系统10只要改变燃气的组分，就能够算出对应该组分的燃烧气体的κ，从而能够修正温度调节曲线。通过这种方式，能够更加准确地控制在燃烧器22中的燃烧，从而能够降低发生过度燃烧的风险。此外，燃气轮机系统10可以让涡轮机入口的燃烧气体的目标温度同实际温度的误差减小，从而能够使目标温度接近燃气轮机11的最高允许温度。通过这种方式，能够更高效率地使燃气轮机系统10运转。

此处，燃气轮机系统10例如使用图4所示的关系算出偏压值，从而能够使实际温度的变动变小，且能够降低发生过度燃烧的风险，并且在燃烧气体的比热比κ发生变动的情况下，也能够维持接近最高允许温度的状态而进行运转。此外，燃气轮机系统10例如使用图4所示的关系算出偏压值，从而能够在燃烧气体的比热比κ比基准值κ更朝向过度燃烧一侧发生变动的情况下，准确地进行温度控制，且能够降低发生过度燃烧的风险。

此处，本实施例中，将温度调节曲线作为压缩空气压力和排气温度之间的函数进行了说明，但也可以使用涡轮机膨胀比来替代压缩空气压力。这种情况下，也可以取代用于求得涡轮机膨胀比的涡轮机入口压力，使用压缩空气压力，也可以使用大气压力取代涡轮机排气压力。此外，在本实施例中是以燃料为气体来进行说明的，但从本质而言可以明确，燃料的形态并不局限于气体，例如也可以是液体燃料。

燃气轮机系统10使用组分检测仪，检测出燃气的组分，但并不仅限于此。图8为示出燃气供应装置的其他例子的概略图。图8所示的燃气轮机系统10a除了燃气供应管线32的上流一侧的结构以外，和燃气轮机系统10相同。对燃气轮机系统10a的特有构成进行说明。

图8所示的燃气轮机系统10a中，燃气供应装置12a具有供应燃气L1的第1燃气供应管线102、供应燃气L2的第2燃气供应管线104、设置在第1燃气供应管线102上的控制阀106、设置在第2燃气供应管线104上的控制阀108。燃气供应装置12a从第1燃气供应管线102将燃气L1供应给燃气供应管线32，从第2燃气供应管线104将燃气L2供应给燃气供应管线32。另外，本实施例中，设置了可以调整第1燃气供应管线102和第2燃气供应管线104的流量的控制阀106、108，不过也可以不设置控制阀106、108。此外，本实施例的燃气L1、L2，其组分为我们所熟知的燃气。

运转信息检测部16a还具有设置在第1燃气供应管线102上的燃料流量计112、设置在第2燃气供应管线104上的燃料流量计114。燃料流量计112、114算出其被设置的管线的燃料流量。

接着使用图9，对算出燃气轮机系统10a的燃气的组分的方法进行说明。图9为示出其他例子的燃气轮机系统的驱动操作的一个例子的流程图。另外，图9所示的演算也可以由控制装置18执行，也可以设置其他的演算装置执行。本实施例中，使用控制装置18来执行。

控制装置18获取各燃气，也就是燃气L1、L2的组分，即进行步骤S30，从燃料流量计112、114中获取各燃气的流量的平衡，即进行步骤S32，依据各燃气的流量的平衡和组分，算出混合的燃气的组分，即进行步骤S34，从而结束本处理。另外，流量的平衡只要获取相对平衡即可，且无论是获取流量还是检测出流量比都可以。

如同燃气轮机系统10a，在燃气的组分为已知的情况下，或者在被认为是已知的情况下，即使不用组分检测仪来检测出燃气的组分，也能够算出供应给燃烧器的燃气的组分。此外由于不使用组分检测仪，可以使装置结构变得简单。此外，燃气轮机系统10a是将两种类型的燃气进行混合，但混合的燃气的数量并没有特别的限定。

此外，燃气轮机系统10、10a优选为，相对于燃气的组分而设定基准值，且根据燃气的组分是否比基准值更朝向过度燃烧一侧变化，而切换所执行的控制。即，燃气轮机系统10、10a优选为，相对于依据燃气的组分算出的比热比即κ，而设定基准值，且切换在κ比基准值更朝向过度燃烧一侧变化时，也就是κ变大时，跟朝过度燃烧一侧相反的一侧变化时，也就是κ变小时，执行的控制。

作为一个例子，控制装置18在κ比基准值更大时，算出偏压值，依据偏压值执行控制即降低偏压，在κ为基准值以下时，不执行变更偏压值的控制即不提升偏压。

以下使用图10，对控制操作的一个例子进行说明。图10为示出燃气轮机系统的驱动操作的变形例的流程图。以下，对作为燃气轮机系统10的情况进行说明，而在燃气轮机系统10a或其他例子的燃气轮机系统的情况下也是相同的。此处，在控制装置18中，将图10所示的处理作为依据燃气的组分确定偏压值的处理，例如，作为图7的流程图的步骤S14、步骤S16的处理来执行。

控制装置18依据燃气的组分算出燃烧气体的比热比κ，即进行步骤S42。控制装置18在算出燃烧气体的比热比κ之后，判断算出的燃烧气体的比热比κ是否比基准值要高，即进行步骤S44。控制装置18在判断比热比κ比基准值高，即步骤S44为是的情况下，依据比热比κ，设定偏压值，即进行步骤S46。在这种情况下，由于比热比κ比基准值要高，因此降低偏压值。通过降低偏压值，成为相对于压缩空气压力的排气温度被设定的较低的状态，从而能够变更为使燃烧器22内的燃烧以更安全的状态进行运转的条件。此外，控制装置18在比热比κ不比基准值高，即步骤S44为否，也就是判断为基准值以下的情况下，不变更偏压值，即进行步骤S48。这种情况下，由于比热比κ为基准值以下，因此燃烧器22的燃烧温度根据温度调节控制，将相对比热比κ为基准值的情况降低。因此，能够使燃烧器22在更加安全的状态下运转。

燃气轮机系统10通过执行燃气的组分仅在朝过度燃烧一侧变动的情况下才调整偏压值的控制，从而能够执行使偏压值不比基准值高的控制。通过这种方式，能够使燃气轮机系统10安全地运转。另外，这样的动作也可以使用图5所示的关系来作为比热比κ和偏压值的关系，从而实现控制偏压值。

此外，燃气轮机系统10优选为相对于依据燃气的组分算出的比热比即κ来设定基准值，且在κ朝向过度燃烧一侧变动的情况下，也就是κ变大的情况下，迅速执行降低偏压值的处理；在朝向过度燃烧一侧的相反一侧变化的情况下，也就是κ变小的情况下，配合燃气的到达时间，执行提升偏压值的处理。燃气轮机系统10通过错开执行依据偏压值的变动的处理的时机，从而能够错开调整控制阀开度的时机。

以下使用图11，对控制操作的一个例子进行说明。图11为示出燃气轮机系统的驱动操作的变形例的流程图。控制装置18将图11所示的处理作为执行对控制阀的控制的处理，例如图7的步骤S22的处理来执行。

控制装置18判断算出的比热比κ是否上升，即进行步骤S52。控制装置18在判断比热比κ上升，即步骤S52为是的情况下，不设置等待时间，而执行控制阀34的控制，即进行步骤S54。这种情况下，控制装置18将控制控制阀34，使控制值成为确定控制值的时候的值。控制装置18在判断比热比κ没有上升，即步骤S52为否，也就是比热比κ相同或者更低的情况下，参考燃气的到达时间，执行控制阀34的控制，即进行步骤S56。这种情况下，控制装置18将控制控制阀34，使计算检测出的燃气在到达控制阀34的那一刻，成为确定的控制值。

燃气轮机系统10通过错开执行依据偏压值的变动的处理的时机，从而错开调整控制阀开度的时机，通过这种方式在高度保持安全性的同时，还能够对燃烧器22内的燃烧条件进行恰当控制。具体而言，在κ变大的情况下，通过迅速执行降低偏压值的处理，从而能够防止过度燃烧，防止对于燃烧器22的伤害，相反在κ变小的情况下，通过配合燃气的到达时间来执行提升偏压值的处理，从而能够防止由于燃烧温度的变动而导致的燃气轮机输出的变动。

此外，燃气轮机系统10在检测出组分检测仪50出现异常的情况下，优选降低偏压值。以下使用图12，说明配合组分检测仪50的状态的控制操作的一个例子。图12为示出燃气轮机系统的驱动操作的变形例的流程图。控制装置18优选为，将图12所示的控制同上述各种控制并行而执行。

控制装置18判断组分检测仪50是否检测出异常，即进行步骤S62。控制装置18在检测从组分检测仪50输出的告知发生异常的信号的情况下，或者是无法从组分检测仪50获得计测结果的情况下，判断组分检测仪50出现异常。控制装置18在判断组分检测仪50检测出异常，即步骤S62为是的情况下，将偏压值设定为更靠近安全一侧的偏压值，即进行步骤S64。即，控制装置18进一步降低偏压值，将条件朝降低输出的方向变更。控制装置18在判断组分检测仪50没有检测出异常，即步骤S62为否的情况下，直接结束处理。

燃气轮机系统10在检测出组分检测仪58异常的情况下，将偏压值设定为以更安全的条件进行运转的值，从而能够使燃气轮机系统10更加安全地运转。

图13为示出其他实施例的燃气轮机系统的概略结构图。接着使用图13，对燃气轮机系统的其他例子进行说明。图13所示的燃气轮机系统10b除了燃气供应管线32的上流一侧的结构以外，跟燃气轮机系统10相同。对燃气轮机系统10b特有的结构进行说明。燃气轮机系统10b为高炉气体(BFG、BlastFurnaceGas)焚烧的燃气轮机系统，将高炉气体(BFG)作为燃气L1a供应，将焦炉气体(COG、CokeOvenGas)作为燃气L2a供应。

燃气轮机系统10b的燃气供应装置12b具有：第1燃气供应管线120，其供应燃气L1a；第2燃气供应管线122，其供应燃气L2a；混合器124，其将从第1燃气供应管线120供应的燃气L1a和从第2燃气供应管线122供应的燃气L2a进行混合；混合燃料管线126，其引导在混合器124中混合的燃气，且同燃气供应管线32相连接；气体压缩机(G/C)128，其配置在混合燃料管线126，压缩混合的燃气，并使其升压；旁路管线130，其从燃气供应管线32和混合燃料管线126的连接部分开，同混合燃料管线126的上流一侧连接；冷却器132，其设置在旁路管线130上；旁路控制阀140，其配置在旁路管线130的连接部与冷却器132之间，所述连接部连接燃气供应管线32和混合燃料管线126。此外，气体压缩机128设置有控制燃气吸入口处流量的入口导叶(IGV：Inlet Guide Vane)128a。

燃气供应装置12b将从第1燃气供应管线120供应的燃气L1a和从第2燃气供应管线122供应的燃气L2a在混合器124内进行混合，供应给混合燃料管线126。供应给混合燃料管线126的燃气利用气体压缩机128升压，供应给燃气供应管线32。此处，燃气供应装置12b通过设置旁路管线130，从而在旁路控制阀140打开的情况下，让混合燃料管线126的燃气的一部分流入旁路管线130。流入旁路管线130的燃气在冷却到同利用冷却器132升压之前的混合燃气相同的压力之后，供应给混合燃料管线126。通过这种方式，燃气供应装置12b中，燃气的一部分在旁路管线130进行循环。此外，燃气供应装置12b通过旁路控制阀140来控制在旁路管线130进行循环的燃气的流量，从而控制供应给燃烧器22的燃气的流量。通过这种方式，燃气供应装置12b通过令燃气一部分循环，从而在减轻施加给燃气轮机11的负荷的同时，能够将升压到指定压力的燃气持续地供应给燃气轮机11。

运转信息检测部16b中，组分检测仪50被设置在混合燃料管线126上。控制装置18a依据利用组分检测仪50a检测出的混合的燃气的组分，从而跟控制装置18一样确定燃气的供应量，依据该确定的量，控制旁路控制阀140的开度，从而控制供应给燃烧器22的燃气的流量。

此外，燃气轮机系统10b即使如同高炉气体焚烧的燃气轮机系统那样，在燃气的特性发生很大变化的情况下，也能够通过检测燃气的组分，依据燃烧气体的κ来修正温度调节曲线，从而以高精度控制燃气轮机的输出。

此外，本实施例中，是将组分检测仪50a设置在混合燃料管线126上的，不过设置组分检测仪50a的位置并不仅限于此。例如可以设置在燃气供应管线32上，也可以设置在旁路管线130上。此外，燃气轮机系统10b也可以在燃气供应管线32上设置控制阀，控制控制阀的开度。此外，燃气轮机系统10b也可以在混合燃料管线126上设置用于除去电动集尘器等的燃料中包含的杂物的装置。此外，在本实施例中，混合了两种类型的燃气，但也可以混合三种以上类型的燃料。

本实施例的燃气轮机系统除了高炉气体焚烧的燃气轮机系统以外，也可以适用于卡路里设定发生变化的低卡路里气体焚烧的燃气轮机系统。本实施例的燃气轮机系统在上述高炉气体焚烧的燃气轮机系统和低卡路里气体焚烧的燃气轮机系统等燃气的卡路里较低，燃气的流量较多的情况下，并且适用于燃气的组分发生变化的系统的情况下，能够起到显著的效果。

附图说明

10、10a、10b 燃气轮机系统

11 燃气轮机

12、12a、12b 燃气供应装置

13 空气供应装置

14 排气排出装置

16、16a 运转信息检测部

18 控制装置

21 压缩机

22 燃烧器

23 涡轮机

24 旋转轴

32 燃气供应管线

34、106、108 控制阀

36 空气供应管线

38 废气管线

50、50a 组分检测仪

52 排气温度计

54 压缩空气压力计

56、112、114 燃料流量计

59 大气压计

60 组分信息获取部

62 运转信息获取部

64 演算处理部

66 储存部

66a 基准数据

66b 偏压值算出表

68 控制阀控制部(燃气供应装置控制部)

80、82 温度调节曲线

84 偏压值

102、120 第1燃气供应管线

104、122 第2燃气供应管线

124 混合器

126 混合燃料管线

128 气体压缩机

130 旁路管线

132 冷却器

140 旁路控制阀

Claims (6)

1.一种燃气轮机系统，其特征在于，具有：燃气轮机，其具有压缩机、燃烧器及涡轮机；

燃料供应装置，其用于给所述燃烧器供应燃料；

组分检测部，其用于检测所述燃料的组分；

控制装置，其依据从所述压缩机朝向所述燃烧器排出的空气的空气压或所述涡轮机的膨胀比，与通过所述涡轮机的排气的排气温度之间的函数，对从所述燃料供应装置供应给所述燃烧器的燃料的流量进行控制；

所述控制装置从由所述组分检测部检测出来的所述燃料的组分中算出燃烧气体的比热比，依据算出的所述比热比修正所述函数，并且，依据所述修正的函数控制所述燃料的流量。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机系统，其特征在于，所述控制装置依据所述燃料的组分与所述压缩机的吸气流量，算出所述燃烧气体的组分，

并且，依据所述燃烧气体中包含的各成分的比例与所述各成分的比热比，算出所述燃烧气体的比热比。

3.根据权利要求1或2所述的燃气轮机系统，其特征在于，所述控制装置依据算出的所述燃烧气体的比热比与基准燃烧气体的比热比来算出偏压值，并且，依据在所述基准燃烧气体情况下的所述函数上加上算出的偏压值而得到的函数，控制供应给所述燃烧器的燃料的流量。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机系统，其特征在于，所述燃料供应装置将多种不同成分的燃料混合，并将混合后的燃料供应给所述燃烧器，

所述组分检测部依据所述多种不同成分的燃料的组分与所述多种不同成分的燃料的混合比，检测出所述燃料的组分。

5.一种控制装置，其对向燃气轮机的燃烧器供应燃料的燃料供应装置进行控制，其特征在于，具有：

组分信息获取部，其用于获取供应给所述燃烧器的燃料的组分信息；以及

燃料供应装置控制部，其依据从所述压缩机朝向所述燃烧器排出的空气的空气压或所述涡轮机的膨胀比，与通过所述涡轮机的排气的排气温度之间的函数，对从所述燃料供应装置供应给所述燃烧器的燃料的流量进行控制；

所述燃料供应装置控制部从所述燃料的组分中算出燃烧气体的比热比，依据算出的所述比热比修正所述函数，并且，依据所述修正的函数和运转信息控制所述燃料的流量。

6.一种燃气轮机的运转方法，所述燃气轮机具有：燃气轮机，其具有压缩机、燃烧器及涡轮机；燃料供应装置，其用于给所述燃烧器供应燃料；以及组分检测部，其用于检测所述燃料的组分；其特征在于，具有如下步骤：

由所述组分检测部检测出的所述燃料的组分，算出燃烧气体的比热比的步骤；

依据预先设定的从所述压缩机朝向所述燃烧器排出的空气的空气压或所述涡轮机的膨胀比，及通过所述涡轮机的排气的排气温度之间的函数算出的所述比热比，进行修正的步骤；以及

依据所述修正函数，控制从所述燃料供应装置供应给所述燃烧器的燃料的步骤。