CN105317561A - 双轴燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双轴燃气轮机，在启动完成前将压缩空气暂时抽气到燃气轮机外，由此即使燃烧空气温度变化也能够维持低NOx且稳定的燃烧。该双轴燃气轮机具备：燃烧器，其具有能够独立进行燃料供给的多个燃料系统，使来自多个燃料系统的燃料和压缩机压缩的空气燃烧来生成燃烧气体；高压涡轮，与压缩机同轴连接，通过燃烧气体进行旋转来驱动压缩机；低压涡轮，具有与高压涡轮独立的轴结构，通过来自高压涡轮的排气进行旋转；抽气流路，对压缩机压缩的空气进行抽气；注入流路，使抽气到抽气流路中的空气返回燃烧器；控制器，根据压缩机的空气流量、提供给燃烧器的燃料流量和注入流路的空气温度，控制分别提供给多个燃料系统的燃料流量。

Description

双轴燃气轮机
技术领域
本发明涉及一种具备气体发生器和动力涡轮的双轴燃气轮机，涉及一种具备压缩空气经由燃气轮机外部再次流入燃烧器的结构的燃气轮机，特别涉及适合于启动时的稳定燃烧控制的燃气轮机的燃料控制。
背景技术
双轴燃气轮机具备：气体发生器，其具有压缩机、具备多个燃料系统的燃烧器以及与该压缩机同轴连接的高压涡轮；动力涡轮(低压涡轮)，其与负载(例如发电机)连接，该双轴燃气轮机将气体发生器的旋转轴和动力涡轮的旋转轴分离。在该燃气轮机中，能够独立地控制高压涡轮和低压涡轮各自的转速。
在专利第4972533号中公开了一种单轴燃气轮机，作为在燃气轮机外设置的外部设备具备增湿装置和再生热交换器，还具备多个燃料系统，在该单轴燃气轮机中具备将压缩空气提供给增湿装置的抽气流路和将空气从再生热交换器提供给燃烧器的注入流路。并且，公开了一种方法，即在燃烧用空气的温度根据再生热交换器的温度状态而发生变化时，根据发电量和燃烧空气温度的关系切换燃料系统(有选择地增减多个燃料系统中点火的燃料系统的数量)，从而能够兼顾燃气轮机的可操作性和燃料稳定性。
另外，在专利第4464226号中公开了一种控制方法，其在具备单轴燃气轮机的设施的燃烧空气温度发生了变动的情况下，其中该单轴燃气轮机具有作为外部设备的增湿塔和再生热交换器，根据燃烧空气温度修正输出辅助控制因子，由此能够稳定且高速地启动设施。
考虑启动作为负载连接了发电机的燃气轮机，设为额定转速无负载条件的情况。首先，在将压缩机、涡轮以及发电机进行同轴连接的单轴燃气轮机中，在达到额定转速无负载条件之前的阶段不进行燃料系统的切换(也称“燃烧模式的切换”)。并且，在额定转速无负载条件下，通过投入的燃料的能源使涡轮旋转，通过其输出驱动压缩机。此时在无负载条件下几乎不需要发电机的驱动力。
与此相对在将上述的双轴燃气轮机设为额定转速无负载条件的情况下，几乎不需要用于使动力涡轮旋转的能量，所以燃料流量比单轴燃气轮机少。此时，气体发生器通过比单轴燃气轮机少的涡轮输出驱动压缩机从而转速下降，因此进行控制以便减小压缩机入口导叶(IGV)的开度从而减小吸入空气量，由此使燃料空气比(混合气体的燃料质量除以空气质量得到的值)变大，维持转速。并且，在将泵等旋转设备(被驱动设备)与双轴燃气轮机的动力涡轮连接来作为设备驱动器使用的情况下，根据该被驱动设备的负载，燃气轮机启动完成时的转速和燃料空气比变得比驱动发电机时更大。
这样在双轴燃气轮机中，具有启动完成时的燃料空气比与单轴燃气轮机相比增大的倾向，并且即使在发电开始前的部分转速条件(即达到额定转速无负载条件之前的阶段)中，为了最佳地保持具备有多个燃料系统的燃烧器的燃烧状态，有时会需要执行“燃烧模式的切换”。
特别是在双轴燃气轮机中存在在暂时将通过压缩机进行压缩后的空气(燃烧空气)抽气到燃气轮机外后使其返回到燃气轮机内的燃烧器的结构(例如，在燃气轮机外通过旁通管连接压缩机和燃烧器的结构、在经由增湿塔和再生热交换器等外部设备后导入燃烧器的结构)时，由于在经过该结构的过程中产生的热交换空气温度下降，导入到燃烧器的混合气体的燃烧空气比进一步上升，所以为了在部分转速无负载条件下也维持低NOx稳定燃烧，执行“燃烧模式切换”的必要性进一步提高。
关于这点，上述的专利第4972533号和专利第4464226号都是关于单轴燃气轮机的技术，根本不需要在部分转速负载条件下实施燃烧模式的切换。并且，在专利第4972533号技术中，即使要在发电开始前的部分转速条件下进行燃烧模式的切换，因为在该技术中根据发电量和燃烧空气温度来进行切换控制，所以在发电开始前无法应用。
专利文献1：专利第4972533号
专利文献2：专利第4464226号
发明内容
本发明的目的在于提供一种双轴燃气轮机，即使在启动完成前(特别是部分转速无负载条件的情况)由于将燃烧空气(压缩空气)暂时抽气到燃气轮机外，燃烧空气温度发生变化，也能够维持低NOx且稳定的燃烧。
为了达到上述目的，本发明的双轴燃气轮机具备：压缩机，其在空气吸入部具备入口导叶；燃烧器，其具有能够独立进行燃料供给的多个燃料系统，从该多个燃料系统使燃料与通过压缩机进行压缩后的空气燃烧来生成燃烧气体；高压涡轮，其与上述压缩机同轴连接，通过来自上述燃烧器的燃烧气体进行旋转从而驱动上述压缩机；低压涡轮，其具有与该高压涡轮独立的轴结构，通过来自该高压涡轮的排气进行旋转来驱动负载；抽气流路，其将上述压缩机进行压缩后的空气向燃气轮机外抽气；注入流路，其使被抽气到该抽气流路中的空气返回上述燃烧器；以及控制装置，其根据上述压缩机的空气流量、提供给上述燃烧器的燃料流量以及上述注入流路中的空气温度，控制分别向上述多个燃料系统提供的燃料流量。
根据本发明，即使在启动完成前在双轴燃气轮机中由于将压缩空气暂时抽气到燃气轮机外，该空气温度发生变化时，也能够切换燃料系统，由此能够维持低NOx且稳定的燃烧。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的双轴燃气轮机的整体概要结构图。
图2是表示气体发生器转速(高压涡轮转速)和压缩机入口导叶开度之间的关系的图。
图3是表示本发明实施方式的燃料喷嘴5和空气孔6的详细结构的图。
图4是从燃烧器下游侧观察本发明的实施方式的空气孔板7的图。
图5是本发明的第一实施方式的燃气轮机系统的控制器400的结构图。
图6是函数发生器411的修正值403的计算方法的一例，表示注入空气温度301和修正值403之间的关系的图。
图7是基于空气温度的燃烧控制指令402的修正方法的一例，是表示燃料流量指令401、燃烧控制指令402以及修正燃烧控制指令404与时间之间的关系的图。
图8是本发明的第二实施方式的燃气轮机系统的控制器400A的结构图。
图9是本发明的第三实施方式的燃气轮机系统的控制器400B的结构图。
图10是用于根据气体发生器的转速计算启动完成信号405的关系图。
图11是用于根据从燃气轮机启动时开始的时间计算启动完成信号405的关系图。
图12是用于根据空气温度T计算预热完成信号301a的关系图。
附图标记说明
1：压缩机、2：燃烧器、3：高压涡轮、4：气体发生器、5：燃料喷嘴、6：空气孔、7：空气孔板、8：燃烧室、9：燃烧筒、10：燃烧器外筒、11、燃烧器罩、12：燃烧筒导流衬套、15：压缩机入口导叶、21：气体发生器的旋转轴、22：动力涡轮的旋转轴、23：动力涡轮(低压涡轮)、24：发电机、25：外部设备、26：抽气流路、27：注入流路、41～44：燃料供给法兰(F1～F4)、100：燃气轮机吸入空气(大气压)、101：压缩空气(抽气空气)、102：压缩空气(注入空气)、103：冷却空气、104：燃烧用空气、105：燃烧气体、106：气体发生器排气、107：动力涡轮排气、108：涡轮排气、200：燃料、201：F1燃料、202：F2燃料、203：F3燃料、204：F4燃料、211～214：燃料流量调节阀(F1～F4)、231～234：燃料头(F1～F4)、301：注入空气温度检测器、302：压缩机入口导叶开度检测器、305：气体发生器转速检测器、306：动力涡轮转速检测器、400：控制器、401：燃料流量指令、402：燃烧控制指令、403：空气温度修正值、404：空气温度修正后的燃烧控制指令、410：运算器(燃料控制指令计算器)、411：函数发生器、412：乘法器、413：运算器(燃料流量调节阀开度指令计算器)、414：高值选择器、415：函数发生器、416：高值选择器。
具体实施方式
<第一实施方式>
以下使用附图说明本发明的实施方式。
图1是本发明第一实施方式的双轴燃气轮机的整体概要结构图。
如该图1所示，双轴燃气轮机主要具备：气体发生器4、动力涡轮23、抽气流路26、外部设备25、注入流路27、控制器400。
其中，气体发生器4主要由压缩机1、燃烧器2以及高压涡轮3构成，压缩机1在空气吸入部具有入口导叶(IGV)15，压缩空气100来生成高压的压缩空气101；燃烧器2使从压缩机1经由外部设备25导入的压缩空气102和燃料201～204进行燃烧来生成燃烧气体105；高压涡轮3通过燃烧器2生成的燃烧气体105被旋转驱动。压缩机1和高压涡轮3通过气体发生器的相同的旋转轴21连接，通过高压涡轮3驱动压缩机1。
抽气流路26是用于对压缩机1压缩后的压缩空气101进行抽气将其导入设置在燃气轮机外的外部设备25的流路。外部设备25是设置在燃气轮机的外部，针对经由抽气流路26取入到外部设备25内部的压缩空气101实施预定的处理后排出到注入流路27的设备，例如对压缩空气101进行加湿的增湿塔、通过与燃气轮机排气进行热交换来加热压缩空气101的再生热交换器等设备相当于外部设备。注入流路27是用于将从外部设备25排出的压缩空气102返回燃烧器2的流路。燃烧器2具备能够相互独立进行燃料供给的多个燃料系统，本实施方式的燃烧器2具备导入燃料201～204的4个燃料系统。
另一方面，通过来自气体发生器的高压涡轮3的燃烧气体106驱动动力涡轮(低压涡轮)23。动力涡轮23的旋转轴22具有与气体发生器的旋转轴21相独立的轴结构。成为负载的发电机24经由旋转轴22与动力涡轮23连接，通过动力涡轮23被驱动。并且，分别通过转速检测器305(N1)、306(N2)测量气体发生器4和动力涡轮23的转速N1，N2，通过控制器400分别独立地进行控制。
接着说明转速的控制方法。首先，通过控制器400变更分别设置在4个燃料系统中的燃料流量调节阀211～214的开度，来分别增减燃料201～204的流量，由此控制动力涡轮23的转速。在发电机24与其他的发电机独立的情况下如果耗电量增加，则发电机24和动力涡轮23的转速下降，但根据目标转速和实际转速N2(通过转速检测器306检测N2并将其输入到控制器400)之间的差进行控制，从而增加燃料201～204的流量，将实际转速N2保持在目标转速。相反，如果耗电量减少则发电机24和动力涡轮23的转速增加，但根据目标转速和实际转速N2之间的差进行控制，以便减少燃料201～204的流量，将实际转速N2始终保持在目标转速。
另一方面，当发电机24与其他发电机一起和电力系统协同时，发电机24和动力涡轮23的实际转速N2和电力系统的频率一致，所以代替直接控制实际转速N2，与针对发电机24的输出指令的增减成比例地使燃料201～204的流量增减来进行控制。
接着，说明气体发生器4一侧的转速N1(通过转速检测器305检测N1并将其输入到控制器400)的控制。如上所述，通过动力涡轮侧的转速控制来决定燃料流量，但是通过该燃料流量的增减高压涡轮3的输出也增减。对此，变更入口导叶15的开度来进行控制，使得高压涡轮3的输出和压缩机1的动力平衡。具体地说，如图2所示，当随着燃料流量的增加高压涡轮3的输出增加，从而转速N1(图2的横轴)增加时，在使入口导叶开度(图2的纵轴)增加的方向控制起效，使压缩机1的动力增加，由此使高压涡轮3的输出和压缩机1的动力平衡。相反，随着燃料流量的减少高压涡轮3的输出减少，从而图2横轴的转速下降时，在使图2纵轴的入口导叶开度减少的方向上控制起效，使压缩机1的动力减少，由此同样能够使高压涡轮3的输出和压缩机1的动力平衡。并且在高转速区域如图2A所示的实线那样，针对气体发生器4的转速N1，通过使压缩机入口导叶15的开度变化变大，能够进行转速恒定控制。
接着，关于燃烧器2，在图1的上部表示其截面概要来进行说明。
燃烧器2具备：多个燃料喷嘴5，其喷射燃料(201～204)；大体圆盘状的空气孔板7，其与各燃料喷嘴5相向，具备多个用于燃烧用空气104经过的空气孔6；大体圆筒状的燃烧筒9，其配置在空气孔板7的下游且外围，形成使出了空气孔6的燃料和空气的混合气体燃烧的燃烧室8；大体圆筒状的燃烧器外筒10，其将这些构成部件收纳在内部；以及大体圆盘状的燃烧器罩11，其配置在燃烧器外筒10的端部，安装燃料喷嘴5并且成为燃料的供给流路。
通过压缩机1压缩后的空气101经过抽气流路26被导入到燃气轮机外的外部设备25。这里，外部设备25具体地说是增湿装置和再生热交换器等设备。出了外部设备25后的压缩空气102经过注入流路27流入燃气轮机内的燃烧器2，在该途中通过设置在注入流路27的温度检测器301测量注入空气的温度，将温度检测器301的信号输入到控制器400。之后，流入燃烧器2的空气102在燃烧筒导流衬套12和燃烧筒9之间流动。该空气102的一部分作为燃烧筒9的冷却空气103流入燃烧室8。另外，该空气的剩余部分作为燃烧用空气104经过设置在空气孔板7上的空气孔6流入燃烧室8。
本实施方式的4个燃料系统分别具备流量调节阀211～214，能够通过从控制器400输出的信号控制流量调节阀211～214的开度，从而单独地控制燃料201～204的流量。
如图1所示，本实施方式的燃烧器2具备多个燃料喷嘴5，各燃料喷嘴5与4个燃料头231～234中的某一个连接。在本实施方式中，燃料头231是位于燃烧器轴中心的大体圆柱状的空间。另外，剩余的燃料头232～234分别是与燃料头231中心相同而半径不同的大体环状的空间，配置燃料头232使其从外围包围燃料头231，配置燃料头233使其从外围包围燃料头232，配置燃料头234使其从外围包围燃料头233。
单独地对4个燃料头231～234提供燃料201～204。通过这样的结构，多个燃料喷嘴5能够群分为4个燃料系统(与燃料头231连接的燃料喷嘴5组成的F1群(参照图4)、与燃料头232连接的多个燃料喷嘴5组成的F2群(参照图4)、与燃料头233连接的多个燃料喷嘴5组成的F3群(参照图4)以及与燃料头234连接的多个燃料喷嘴5组成的F4群(参照图4))。能够对各个燃料系统中的每个燃料系统进行燃烧控制，能够汇总属于各燃料系统的燃料喷嘴5来进行燃料控制。
图3表示燃料喷嘴5和空气孔6的详细情况。在图3中以与燃料头231连接的F1群中的一个燃料喷嘴5为例进行说明，其他的F2～F4群也相同。
燃料喷嘴5大体为圆筒状，其结构为一端与燃料头231连接，在燃料喷嘴5的内部流过燃料201。燃料喷嘴5的另一端相对于设置在空气孔板7上的空气孔6在大致相同的轴上相向，燃料201被包入到经过空气孔6的空气104中来经过空气孔6，向燃烧室8内喷出。
图4是从燃烧器下游侧观察空气孔板7的图。在本实施方式中，多个空气孔6(以及未图示但与空气孔成对的燃料喷嘴5)同心状地配置了8列。另外，将从中心开始的4列(第1列～第4列)群分为第1群(F1)，将第5列群分为第2群(F2)，将其外侧的2列(第6、7列)群分为第3群(F3)，将最外围(第8列)群分为第4群(F4)，如图1所示那样，能够针对F1～F4各个群中的每个群经过在燃料头231～234上设置的法兰(41～44)来提供燃料(201～204)。通过这样的燃料系统的群分结构，能够进行针对燃气轮机的燃料流量变化使进行燃料供给的燃料喷嘴5的个数(即点火的燃料喷嘴5的个数)阶段性地变化的燃料分级，燃气轮机部分负载运行时的燃烧稳定性提高并且低NOx化成为可能。
并且，使中央的4列(F1)的空气孔为对节距圆切线方向具有预定角度(图3中的α°)的斜孔，由此对整个空气流施加旋转，通过由此产生的循环流使火焰稳定。F1周围的F2～F4通过中央F1燃烧器的燃烧热使火焰稳定。
接着，使用图1和图4说明该燃烧器2的运行方法。首先，在燃料流量比较少的点火和预热时的初期(即部分转速无负载条件)仅通过中央的F1进行运行(即，打开流量调节阀211且关闭流量调节阀212～214仅提供燃料201)。当转速上升，成为额定转速无负载条件附近整个燃烧器的燃料空气比变高时，这次还对F1的外围的F2投入燃料，通过F1+F2进行运行。即，提供燃料201和202，通过流量调节阀211和212控制各燃料201、202的流量。把这样增减用于提供燃料的燃料系统的数量的情况称为“燃料系统的切换”。在本实施方式中，在发电开始前的部分转速条件的阶段进行从只有F1的运行向F1+F2的运行的燃料系统的切换，之后在通过F1+F2进行运行的状态下预热到额定转速无负载条件，即使在之后的负载上升过程中，通过使F1+F2的燃料流量(燃料201和燃料202的流量的总和)增加，应对负载的上升来进行运行。
接着，当负载进一步变大，整个燃烧器2的燃料空气比(混合气体中的燃料质量除以空气质量得到的值)进一步升高时，对F2周围的F3提供燃料203，对F3进行点火来进行运行。关于这期间的燃料流量的增加，如按照在燃气轮机的启动计划中决定的负载上升率燃气轮机发电量增加那样，通过流量调节阀211、212以及213控制燃料流量。另外，通过为了使燃烧稳定且生成的NOx为最小而决定的比率提供F1、F2、F3各个系统的燃料流量分配。
在燃气轮机的负载进一步变大的高负载运行时，主要增减最外围的F4的燃料204的流量来进行应对。这时F4燃料和空气的混合气体与F1～F3的燃烧气体混合成为高温，因此进行燃料的氧化反应，能够得到高的燃烧效率。另外设定空气分配，使得燃烧结束后的温度成为NOx生成显著的温度(大概1600℃)以下，因此能够进行抑制从F4产生NOx的燃烧。另外即使投入的F4燃料极少反应也会完成，因此能够进行连续的燃料切换，提高可操作性。
关于本实施方式的控制器(控制装置)400的详细情况，在图5中表示控制器400的结构来进行说明。在图5中，控制器400具备输出燃烧控制指令402的运算器(燃料控制指令计算器)410、输出修正值403的函数发生器411、输出通过修正值403修正燃烧控制指令402的修正燃烧控制指令404的乘法器421以及输出针对燃料流量调节阀211，212，213，214的开度指令的运算器413(燃料流量调节阀开度指令计算器)。
对运算器410输入通过转速检测器305检测出的气体发生器4的转速N1、通过开度检测器302检测出的压缩机1的入口导叶15的开度以及通过温度检测器301检测出的注入空气温度T。在控制器400内，计算燃料流量指令401，将该值输入到运算器410和运算器413中。在此，燃料流量指令401例如根据点火控制指令、启动控制指令、负载控制指令(或转速控制指令)、排气温度控制指令等另行计算。在运算器410中，根据这些输入值输出燃烧控制指令402。燃烧控制指令402是表示燃烧器2整体的燃烧程度的指标。作为输入和输出的关系，处于燃料流量指令401越大燃烧控制指令402越大，气体发生器的转速N1(检测器305的输出)和压缩机1的入口导叶开度(检测器302的输出)越小(即压缩空气流量越小)燃烧控制指令402越大的关系。
接着，为了说明运算器413的动作，说明燃料流量指令401和燃烧性能的关系。从燃烧器2的性能方面来说，燃料流量指令401是一种指标，即如果该值小，则NOx排出量小而燃烧的稳定性变低，从而熄火的可能性变大，相反如果该值大，则燃烧的稳定性变高，向NOx的发生量变多的方向进行变化。因此，在启动刚开始后修正燃烧控制指令404(当函数发生器411的输出为1时与燃烧控制指令402为相同值(以下相同))小的情况下，仅通过4系统的F1～F4的燃料系统中的F1进行燃烧，之后随着修正燃烧控制指令404变大，如F1+F2、F1+F2+F3、F1+F2+F3+F4这样依次增加点火的燃料系统的数量(即开始供给燃料的燃料系统的数量)，由此能够兼顾低NOx化和稳定燃烧。这样，运算器413根据修正燃烧控制指令404的值在F1，F2，F3，F4中决定进行点火的燃料系统，计算提供给各燃料系统的燃料201、202、203、204的流量，输出各燃料流量调节阀211、212、213、214的开度指令。
运算器413决定成为切换燃料系统的触发的修正燃烧控制指令404的值(切换阈值(后述))，这里，将从F1切换为F1+F2的修正燃烧控制指令404的值设为A0(参照图7)，将从F1+F2切换为F1+F2+F3的值设为A1，将从F1+F2+F3切换为F1+F2+F3+F4的值设为A2(其中A0<A1<A2)进行说明。在执行燃料系统的切换以后，通过增加燃料流量指令401，分别增加提供给各燃料系统的燃料的流量。并且，在通过下一个的燃料系统的切换而新追加了燃料提供对象的燃料系统的定时进行控制从而成为如下那样：至此已经提供燃料的燃料系统的燃料流量虽然一度减少，但提供给追加的燃料系统的燃料流量超过该减少的部分，所以即使执行燃料系统的切换，作为提供给燃烧器2的燃料流量的总量单调增加(例如，在从F1切换为F1+F2的情况下，F1的燃料流量比F1单独的时候减少，但是F2的燃料流量超过该F1减少的部分，所以作为燃料流量的总量即使在燃料系统切换后也单调增加)。
接着，说明函数发生器411。如图5所示，函数发生器411的输入是注入空气温度T，输出是空气温度修正值403。关于函数发生器411的动作，图6表示其示意图来进行说明。图6是示意地表示控制器400内的函数发生器411的输入输出的关系的图表。图6的横轴是函数发生器411的输入即注入空气温度T，纵轴是输出即修正值403。
在图6中，当注入空气温度T比预定的温度T2高时，修正值为1，如后述那样，修正后的燃烧控制指令404对于修正前的燃烧控制指令402没有变化。这是因为在启动时空气温度足够高的情况下，燃烧状态与负载运行时相比没有变化，所以即使不进行启动时的温度修正也能够运行。
并且，在注入空气温度T比T2低而比T1高的范围中，设定为温度越低修正值403越小(即，在从T2到T1的范围从T2向T1温度下降时，修正值403单调减少)。由此，输入到运算器403的外表的燃烧控制指令404变得比实际的燃烧控制指令402小。温度T1与温度T2同样是预定的温度，设为不满温度T2的值。
进而，当注入空气温度T比T1低时，将修正值设定为比0大比1小的预定值且为固定。这是因为即使在温度比预想的还要低的情况下，在成为某个燃烧控制指令以上时通过实施燃料系统的切换，保护燃烧器和涡轮等高温部件避免过热。另外，也有防止在接下来的乘法器412中发生除以0或乘以负数而使控制变得不稳定的目的。
这里具体地说，希望温度T1是大气温程度，在本实施方式中例如设定为15℃。另外，希望T2是燃烧性能上足够高的温度，在本实施方式中例如设定为300℃。
接着，说明燃烧控制指令402、通过乘法器412乘以修正值403后的修正燃烧指令404。图7的横轴表示燃气轮机启动时的时刻，纵轴的上段图表示燃料流量指令401、中段图表示燃烧控制指令402、下段图表示修正燃烧控制指令404的举动。各图中的实线A表示在注入流路27流下的注入空气的温度T足够高超过温度T2(参照图6)的情况(即修正值403为1时)，虚线B表示通过与外部设备25的热交换的影响等注入空气的温度T不满T2时(即修正值403不满1时)的情况。另外，燃料空气比的变化表示与燃烧控制指令402的变化几乎相同的倾向，因此可以将图7的中段图视为燃料空气比的变化。
如上段图所示，燃气轮机启动时的燃料流量指令401随着时间经过而增加，由此导入燃烧器2的燃料200的总量随着时间而增加。
中段图的燃烧控制指令A0是在实线A时即使进行从F1到F1+F2的燃料系统的切换也没有障碍的切换阈值，在实线A时燃料控制指令402达到阈值A0是a的时刻。
在实线A时，因为空气温度T超过T2，所以图6的修正值403是1，图7的下段图的修正燃烧控制指令404与修正前的燃烧控制指令402相等，在a的时刻达到阈值A0，产生从F1向F1+F2的燃料系统的切换。
与此相对，在虚线B时，注入空气的温度T低，如上段图所示与实线A的情况相比启动所需要的燃料流量增加一些，因此在图7的中段图中如虚线B所示，与实线A相比燃烧控制指令402增加。并且，在虚线B时即使进行从F1向F1+F2的燃料系统的切换也没有障碍的阈值B0与实线A时的阈值A0相比变高，希望在虚线B和阈值B0交叉的点b进行燃料系统的切换。即，当空气温度T不满T2时，希望在燃料供给中的F1系统的燃料流量增加的点b切换为F1+F2。这是因为空气温度T低燃烧变得不稳定，当通过相同的阈值A0切换时有可能熄火。
但是，目前即使在启动时的部分转速无负载条件下也通过与负载运行时共通的切换阈值进行燃料系统的切换控制，在双轴燃气轮机中应用与此相同的控制方式，例如在注入空气的温度T降低不满T2且燃烧控制指令402成为虚线B那样时，在虚线B和阈值A0交叉的b1点发生切换，燃烧变得不稳定而有可能熄火。
针对该课题，在本实施方式中，即使由于注入空气温度T的降低而燃烧控制指令402增加，通过函数发生器411和乘法器412的功能，将通过修正而使燃烧控制指令402降低后的修正燃烧控制指令404输出到运算器413，由此即使运算器413利用和注入空气温度T高的情况(比T2高的情况)相同的切换阈值A0也会在最佳的定时执行燃料系统的切换。由此，当注入空气温度T不满T2时，与超过T2的情况相比，在将提供给4个燃料系统F1、F2、F3、F4中的燃料供给中的F1的燃料流量增加后，进行燃料系统的切换(从F1到F1+F2的切换)。
设定虚线B时的修正值403，以便在修正燃烧控制指令404达到切换阈值A0时，燃烧控制指令402达到切换阈值B0(由于注入空气温度的下降(燃料空气比的增加)从A0增加的本来的切换阈值)。即使关于虚线B以外的情况(不满温度T2的其他温度的情况)的修正值403，也设定为当修正燃烧控制指令404达到A0时，燃烧控制指令402达到本来的切换阈值。
通过这样的结构，注入空气温度T不满T2时的修正值403如图6所示，取比0大比1小的值，因此修正后的燃烧控制指令404在图7的下段图中如虚线B所示成为比实线A要小的值。例如，设定虚线B时的修正值403，以使修正燃烧控制指令404在达到b点的时刻达到阈值A0而发生切换。这与在中段图中叙述为希望本来发生切换的b点相同。
因此，通过如本实施方式那样设定修正值403，不管空气温度T的高低，能够通过相同阈值A0进行控制，不管启动时的外部设备25的温度(低温或高温的情况)和燃气轮机的状态(是否是额定旋转运行时、是否是负载运行时)，能够统一地进行燃料系统的切换控制，能够降低NOx且稳定地运行燃烧器2。
<第二实施方式>
接着说明本发明的第二实施方式。在具备增湿器和再生热交换器等外部设备25的设施中，需要本发明的基于空气温度变化的燃料控制主要是启动时和其之后几分钟到十几分钟的时间段。通过经过该时间带，如果设施一度升温，则只要不停止设施，在温度检测器301的指示异常以外不考虑空气温度极端下降的情况。因此在本实施方式中，附加用于将基于空气温度T的燃烧控制指令402的修正限制在与启动有关的预定时间内的控制。
图8是本发明第二实施方式的控制器400A的结构图，该图所示的控制器400A和图5所示的控制器400之间的不同在于，将函数发生器411的输出即修正值403a作为高值选择器414的输入，将其与启动完成信号405进行比较，将高的值作为修正值403b输出到乘法器412。另外，关于其他部分与第一实施方式相同，因此省略说明。
启动完成信号405例如通过图10所示的函数发生器产生。该函数发生器根据气体发生器的转速(检测器305的输出)和动力涡轮的转速(检测器306的输出)判定燃气轮机的启动完成时，在启动过程中输出0，启动完成后输出1。在图10的例子中，如果气体发生器的转速达到了额定转速N0，作为启动完成信号405输出1。在高值选择器414中比较启动完成信号405的值和修正值403a，因为值大的一方是修正值403b，所以即使有时在燃气轮机启动完成后空气温度低于T2修正值403a不满1，也从高值选择器414输出1作为修正值403b，因此修正燃烧控制指令404成为与燃烧控制指令402相同的值(不进行燃烧控制指令的修正)。
由此能够将空气温度T的修正限定在启动时，例如即使在启动后一年时间持续进行负载运行的设施中由于某种原因温度检测器301的信号成为异常时，也能够维持燃烧器2的正常控制。
除此以外，如图11那样预先掌握直到设施外部设备25升温为止的时间t0，能够根据从启动开始的时间输出启动完成信号405。在图11的例子中，当从燃气轮机启动开始时的经过时间不满t0时，作为启动完成信号405输出0，如果到达t0则作为启动完成信号405输出1。这样即使根据从启动开始时的经过时间输出启动完成信号405，也能够在温度检测器的信号成为异常时维持燃烧器2的正常的控制。另外，考虑外部设备25预热所需要的时间优先将时间t0设定在到达转速N0的时刻之后，但是能够独立于图10中的转速N0来决定。
<第三实施方式>
作为其他的实施方式，可以使用图9所示的控制器400B。图9是本发明第三实施方式的控制器400B的结构图，图12是从控制器400B的函数发生器415输出的预热完成信号301a和空气温度T之间的关系图。
图9所示的控制器400B具备函数发生器415和高值选择器416。函数发生器415如图12所示，在温度检测器301的检测温度T不满T0时输出0作为预热完成信号301a，如果达到T0则输出1。控制器400B将温度检测器301的输出即空气温度T输入到函数发生器415中，在该空气温度T超过了图12的温度阈值T0的时刻针对高值选择器416输出1作为预热完成信号301a。一旦从函数发生器415作为输出301a输出了1以后，高值选择器416针对高值选择器414保持1的输出。由此，在空气温度T一旦成为T0以后，即使在温度T下降到T0以下的情况下，也不进行燃烧控制指令的修正。
由此，能够根据直接影响燃烧性能的空气温度判定预热完成，与上述图10和图11所示的通过转速和时间进行判定相比，能够进行更正确的燃烧器控制。并且能够将燃烧控制指令的空气温度修正限定在低温下的启动时，例如即使在启动后一年时间持续进行负载运行的设施中由于某种原因温度检测器301的信号成为异常时，也能够维持燃烧器2的正常控制。
以上说明了在部分转速条件下进行从F1到F1+F2的燃料系统的切换的情况，但当在部分转速条件下进行F1+F2之后的燃料系统的切换时也能够应用本发明，与该情况同样地，与注入空气温度足够高的情况相比，在增加了向各燃料系统提供的燃料流量后可以进行向下一燃料系统的切换。
另外，以上说明了在抽气流路26和注入流路27之间存在外部设备25的情况，不过即使是在将抽气流路26和注入流路27直接连接而形成旁通流路的情况下(即不存在外部设备25的情况)，在经过该旁通流路的过程中由于与该流路的热交换产生压缩空气101、102的温度降低，因此能够适用本发明。
另外，在以上的说明中，说明了在注入空气温度T发生变化时修正燃烧控制指令，由此根据共通的切换阈值A0执行燃料系统的切换控制的情况，但也可以将燃烧控制指令402直接输入给运算器413，根据注入空气温度T使切换阈值变化(即，在上述虚线B时将切换阈值变更为B0)，由此作为结果进行与上述同样的控制。
另外，本发明并不限于上述实施方式，包括不脱离其主旨的范围内的各种变形例。例如，本发明不限于具备在上述实施方式中说明的全部结构，也包括删除了其结构的一部分的情况。另外，能够将某个实施方式的结构的一部分追加或置换到其他实施方式的结构中。

Claims (7)

1.一种双轴燃气轮机，其特征在于，具备：
压缩机，其在空气吸入部具备入口导叶；
燃烧器，其具有能够独立进行燃料供给的多个燃料系统，从该多个燃料系统使燃料与通过上述压缩机进行压缩后的空气燃烧来生成燃烧气体；
高压涡轮，其与上述压缩机同轴连接，通过来自上述燃烧器的燃烧气体进行旋转从而驱动上述压缩机；
低压涡轮，其具有与该高压涡轮独立的轴结构，通过来自该高压涡轮的排气进行旋转来驱动负载；
抽气流路，其将上述压缩机进行压缩后的空气向燃气轮机外抽气；
注入流路，其使被抽气到该抽气流路中的空气返回上述燃烧器；以及
控制装置，其根据上述压缩机的空气流量、提供给上述燃烧器的燃料流量以及上述注入流路中的空气温度，控制分别向上述多个燃料系统提供的燃料流量。
2.根据权利要求1所述的双轴燃气轮机，其特征在于，
上述控制装置在上述燃气轮机启动时进行分别向上述多个燃料系统提供的上述燃料流量的控制。
3.根据权利要求1所述的双轴燃气轮机，其特征在于，
上述控制装置根据上述压缩机的空气流量、提供给上述燃烧器的燃料流量以及上述注入流路中的空气温度，对增加上述多个燃料系统中的新开始供给燃料的燃料系统的定时进行控制。
4.根据权利要求1所述的双轴燃气轮机，其特征在于，
上述控制装置在上述注入流路的空气温度不满预定值时，增加分别向上述多个燃料系统中的正在供给燃料的燃料系统提供的燃料流量。
5.根据权利要求1所述的双轴燃气轮机，其特征在于，
还具备外部设备，其对经由上述抽气流路取入到内部的空气实施预定的处理后，排出到上述注入流路。
6.根据权利要求1所述的双轴燃气轮机，其特征在于，
还具备：上述入口导叶的开度检测器；
上述压缩机或上述高压涡轮的转速检测器；
提供给上述燃烧器的燃料的流量检测器；以及
上述注入流路的空气的温度检测器，
上述控制装置根据基于上述开度检测器和上述转速检测器的输出计算出的上述压缩机的空气流量、上述流量检测器的输出以及上述温度检测器的输出，对分别提供给上述多个燃料系统的燃料流量进行控制。
7.一种双轴燃气轮机的控制方法，该双轴燃气轮机具备：
压缩机，其压缩空气；
燃烧器，其具有能够独立进行燃料供给的多个燃料系统，从该多个燃料系统使燃料与通过上述压缩机进行压缩后的空气燃烧来生成燃烧气体；
高压涡轮，其与上述压缩机同轴连接，通过来自上述燃烧器的燃烧气体进行旋转从而驱动上述压缩机；以及
低压涡轮，其具有与该高压涡轮独立的轴结构，通过来自该高压涡轮的排气进行旋转来驱动负载，
该双轴燃气轮机的控制方法的特征在于，具备：
将上述压缩机进行压缩后的空气向燃气轮机外抽气从而使其返回上述燃烧器的步骤；
根据上述压缩机的空气流量、提供给上述燃烧器的燃料流量以及向上述燃气轮机外抽气的空气温度，控制分别向上述多个燃料系统提供的燃料流量的步骤。
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