CN105492740A - 燃气涡轮设备及其控制装置以及燃气涡轮的运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃气涡轮设备及其控制装置以及燃气涡轮的运行方法。本发明的控制装置(50)具有：调温控制部(51)，控制燃料流量调节阀(47)的阀开度，使供燃烧气体流入的涡轮(21)的入口温度保持恒定；及吸气量控制部(52)，控制吸气量调节器(15)，以从热量仪(55)接收供给到燃烧器(19)的燃料的单位热量，且使空气压缩机(11)中的吸气量相对于单位热量的变化以正相关变化。

Description

燃气涡轮设备及其控制装置以及燃气涡轮的运行方法

技术领域

本发明涉及一种具备燃气涡轮的燃气涡轮设备及其控制装置以及燃气涡轮的运行方法。本申请主张基于2013年9月6日申请于日本的日本专利申请2013-185230号的优先权，并将其内容援用于本说明书中。

背景技术

燃气涡轮具备：压缩机，压缩空气；燃烧器，在通过压缩机压缩的空气中燃烧燃料以生成燃烧气体；及涡轮，通过燃烧气体驱动。燃烧器上连接有用于将来自外部的燃料供给到燃烧器的燃料管路。该燃料管路上设置有调节供给到燃烧器的燃料的流量的燃料流量调节阀。并且，燃气涡轮上例如连接有通过燃气涡轮的驱动来发电的发电机。

作为该燃气涡轮的运行方法例如有以下专利文献1中公开的方法。该方法是被称为调温控制法的方法，且为通过调节燃料流量调节阀的阀开度，以使供燃烧气体流入的涡轮入口的温度维持预先确定的上限温度的方法。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开平8-42360号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

燃气涡轮中，假定在供给到燃烧器的燃料的每单位量的热量即单位热量变大的情况下，燃料流量及吸气量恒定，则涡轮的入口温度上升。此时，在上述调温控制法中，通过调小燃料流量调节阀的阀开度，以使涡轮的入口温度达到预先确定的上限值，从而减少供给到燃烧器的燃料的流量。

因此，在上述调温控制法中，相对于单位热量的增加，虽然可保持流入到涡轮的入热量，但是通过涡轮的气体流量减少，且使燃气涡轮的输出减少。

因此，本发明的目的在于提供一种不仅使涡轮的入口温度保持恒定，还能够抑制燃气涡轮输出的波动的燃气涡轮设备及其控制装置以及燃气涡轮的运行方法。

用于解决技术课题的手段

作为用于实现上述目的的发明所涉及的一方式的燃气涡轮设备的控制装置，其中，

所述燃气涡轮具备：压缩机，具有调节吸气量的吸气量调节器；燃烧器，在通过所述压缩机压缩的空气中燃烧燃料以生成燃烧气体；涡轮，通过所述燃烧气体驱动；及燃料流量调节阀，调节供给到所述燃烧器的所述燃料的流量，该燃气涡轮设备的控制装置具有：调温控制部，控制所述燃料流量调节阀的阀开度，使供所述燃烧气体流入的所述涡轮的入口温度保持恒定；及吸气量控制部，控制所述吸气量调节器，以从外部接收供给到所述燃烧器的所述燃料的每单位量的热量即单位热量，且使所述压缩机的吸气量相对于所述单位热量的变化以正相关变化。

该控制装置中，燃料流量调节阀的阀开度通过调温控制部的控制，使涡轮的入口温度保持恒定。即，通过调温控制部来执行调温控制。在进行该调温控制的过程中，若单位热量变大，则涡轮的入口温度变高，因此通过调小燃料流量阀的阀开度，使供给到燃烧器的燃料的流量变少。其结果，涡轮的入口温度恢复到原来的温度。涡轮的入口温度通过调温控制而恢复到原来的温度之时，由于燃料流量变少，因此流入到涡轮的气体的流量也变少。因此，涡轮的入口温度通过调温控制恢复到原来的温度之时，燃气涡轮的输出减少。

因此，该控制装置的吸气量控制部控制吸气量调节器，使吸气量相对于燃料的单位热量的变化以正相关变化。即，若燃料的单位热量变大，则吸气量控制部增加通过空气压缩机吸入的吸气量。其结果，流入到涡轮的气体的流量增加，且使得燃气涡轮的输出也增加。因此，在该控制装置中，即便燃料的单位热量在调温控制过程中发生变化，也能够抑制燃气涡轮的输出波动。

作为用于实现上述目的的发明所涉及的另一方式的燃气涡轮设备的控制装置，其中，所述燃气涡轮具备：压缩机，具有调节吸气量的吸气量调节器；燃烧器，在通过所述压缩机压缩的空气中燃烧燃料以生成燃烧气体；涡轮，通过所述燃烧气体驱动；及燃料流量调节阀，调节供给到所述燃烧器的所述燃料的流量，该燃气涡轮设备的控制装置具有：调温控制部，控制所述燃料流量调节阀的阀开度，使供所述燃烧气体流入的所述涡轮的入口温度保持恒定；及吸气量控制部，控制所述吸气量调节器，使所述压缩机的吸气量相对于具有所述压缩机、所述燃烧器及所述涡轮的燃气涡轮的输出波动以负相关变化。

该控制装置的吸气量控制部控制吸气量调节器，使吸气量相对于调温控制过程中的燃气涡轮的输出波动以负相关变化。即，若燃气涡轮的输出在调温控制过程中减少，则吸气量控制部增加通过空气压缩机吸入的吸气量。其结果，流入到涡轮的气体的流量增加，且使得燃气涡轮的输出也增加。因此，在该控制装置中，能够抑制调温控制过程中的燃气涡轮的输出波动。

其中，作为所述其他方式的燃气涡轮设备的控制装置可以如下：所述吸气量控制部控制所述吸气量调节器，以从外部接收供给到所述燃烧器的所述燃料的每单位量的热量即单位热量，且使所述吸气量相对于所述单位热量的变化以正相关变化。

并且，从外部接收燃料的单位热量的任意所述燃气涡轮设备的控制装置可以如下：所述吸气量控制部确定变更后的所述吸气量，以使燃气涡轮维持所述单位热量变化前的输出。

在该控制装置中，能够进一步抑制调温控制过程中的燃气涡轮的输出波动。

并且，从外部接收燃料的单位热量的任意所述燃气涡轮设备的控制装置可以如下：所述吸气量调节器具有：入口引导叶片，设置于所述压缩机的外壳的吸气口侧，且根据开度变更改变吸气量；及叶片驱动机，变更所述入口引导叶片的开度，所述吸气量控制部利用所述燃料的单位热量的变化量与相对于所述入口引导叶片的基准开度的开度变更量之间的预先确定的关系，求出相对于从外部接收的所述燃料的单位热量的变化量的开度变更量，且在所述开度变更量上加上所述基准开度，以确定指令开度，并将所述指令开度作为指令值而输出到所述吸气量调节器，所述关系为使所述开度变更量相对于从所述燃料的单位热量减去预先确定的基准单位热量的变化量具有正相关性的关系。

并且，将入口引导叶片的指令开度作为指令值而输出到吸气量调节器的所述燃气涡轮设备的控制装置可以如下：所述关系为能够获得使燃气涡轮相对于所述变化量维持所述单位热量发生变化之前的输出的开度变更量的关系。

并且，从外部接收燃料的单位热量的任意所述燃气涡轮设备的控制装置可以如下：所述吸气量控制部具有：指令值运算部，从外部接收所述单位热量并求出表示通过所述吸气量调节器调节的所述吸气量的变更量的指令值；及输出时机控制部，控制向所述吸气量调节器输出所述指令值的输出时机，以在从所述指令值运算部接收所述单位热量起经过设定时间之后使所述吸气量发生变化，所述设定时间根据所述吸气量控制部从外部接收所述单位热量起有相应单位热量的所述燃料到达所述燃烧器为止的到达时间而定。

此时，所述输出时机控制部可以从外部接收所述燃料的流量，并利用所述流量确定所述到达时间。

并且，具有所述输出时机控制部的任意所述燃气涡轮设备的控制装置可以如下：所述设定时间与所述到达时间相同。

该控制装置的吸气量控制部在单位热量发生变化的燃料到达燃烧器之时变更压缩机的吸气量。因此，在该控制装置中，即便燃料气体的单位热量在调温控制过程中发生变化，也能够抑制涡轮的入口温度的变化。

并且，具有所述输出时机控制部的任意所述燃气涡轮设备的控制装置可以如下：当从外部接收的所述单位热量变大时，所述设定时间比所述到达时间短；当从外部接收的所述单位热量变小时，所述设定时间比所述到达时间长。

当燃料的单位热量变大时，该控制装置的吸气量控制部在该燃料到达燃烧器之前变更压缩机的吸气量。并且，相反地当燃料的单位热量变小时，该控制装置的吸气量控制部在该燃料到达燃烧器之后变更压缩机的吸气量。因此，在该控制装置中，即便燃料气体的单位热量在调温控制过程中发生变化，也能够抑制涡轮的入口温度的变化。

作为用于实现上述目的的发明所涉及的一方式的燃气涡轮设备具备：以上任意控制装置；燃气涡轮，具有所述压缩机、所述燃烧器及所述涡轮；及所述燃料流量调节阀。

由于该燃气涡轮设备也具备以上任意控制装置，因此能够抑制调温控制过程中的燃气涡轮的输出波动。

作为用于实现上述目的的发明所涉及的一方式的燃气涡轮的运行方法，其中，

所述燃气涡轮具备：压缩机，压缩空气；燃烧器，在通过所述压缩机压缩的空气中燃烧燃料以生成燃烧气体；及涡轮，通过所述燃烧气体驱动，该燃气涡轮的运行方法执行如下工序：调温控制工序，调节供给到所述燃烧器的所述燃料的流量，使供所述燃烧气体流入的所述涡轮的入口温度保持恒定；及吸气量控制工序，从外部接收供给到所述燃烧器的所述燃料的每单位量的热量即单位热量，且变更所述压缩机的吸气量，使其相对于所述单位热量的变化具有正相关性。

作为用于实现上述目的的发明所涉及的另一方式的燃气涡轮的运行方法，其中，

所述燃气涡轮具备：压缩机，压缩空气；燃烧器，在通过所述压缩机压缩的空气中燃烧燃料以生成燃烧气体；及涡轮，通过所述燃烧气体驱动，该燃气涡轮的运行方法执行如下工序：调温控制工序，调节供给到所述燃烧器的所述燃料的流量，使供所述燃烧气体流入的所述涡轮的入口温度保持恒定；及吸气量控制工序，变更所述压缩机的吸气量，使其相对于所述燃气涡轮的输出波动具有负相关性。

在此，作为所述其他方式的所述燃气涡轮的运行方法可以如下：在所述吸气量控制工序中，从外部接收供给到所述燃烧器的所述燃料的每单位量的热量即单位热量，且变更所述吸气量，使其相对于所述单位热量的变化具有正相关性。

并且，从外部接收燃料的单位热量的任意所述燃气涡轮的运行方法可以如下：在所述吸气量控制工序中，确定变更后的所述吸气量，以使所述燃气涡轮维持所述单位热量变化之前的输出。

并且，从外部接收燃料的单位热量的任意所述燃气涡轮的运行方法可以如下：在所述吸气量控制工序中执行如下工序：指令值运算工序，从外部接收所述单位热量并求出表示所述吸气量的变更量的指令值；及时机控制工序，从在所述指令值运算工序中接收所述单位热量起经过设定时间之后变更所述吸气量，所述设定时间根据从外部接收所述单位热量起有相应单位热量的所述燃料到达所述燃烧器为止的到达时间而定。

此时，在所述时机控制工序中可以如下：从外部接收所述燃料的流量，并利用所述流量来确定所述到达时间。

并且，执行时机控制工序的任意所述燃气涡轮的运行方法可以如下：所述设定时间与所述到达时间相同。并且，当从外部接收的所述单位热量变大时，所述设定时间比所述到达时间短；当从外部接收的所述单位热量变小时，所述设定时间比所述到达时间长。

发明效果

根据本发明，能够抑制调温控制过程中的燃气涡轮的输出波动。

附图说明

图1为本发明所涉及的第一实施方式的燃气涡轮设备的系统图。

图2为表示本发明所涉及的第一实施方式的燃气涡轮的调温曲线与各状态点之间的关系的说明图。

图3为表示本发明所涉及的第一实施方式的单位热量的变化量与入口引导叶片的开度变更量之间的关系的说明图。

图4为本发明所涉及的第二实施方式的燃气涡轮设备的系统图。

图5为表示入口引导叶片的开度随着本发明所涉及的第二实施方式的、燃料气体的单位热量的变化而变化的时机的时序图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明所涉及的燃气涡轮设备的各种实施方式进行详细说明。

[第一实施方式]

利用图1～图3对本发明所涉及的燃气涡轮设备的第一实施方式进行说明。

如图1所示，本实施方式的燃气涡轮设备具备燃气涡轮10、通过燃气涡轮10的驱动来发电的发电机31、通过燃气涡轮10的驱动压缩燃料气体的气体压缩机35及控制燃气涡轮10的状态等的控制装置50。

燃气涡轮10具备通过压缩空气A来生成压缩空气的空气压缩机11、在压缩空气中燃烧燃料气体以生成高温的燃烧气体的燃烧器19及通过燃烧气体驱动的涡轮21。

空气压缩机11具有压缩机转子12、以能够使该压缩机转子旋转的方式进行覆盖的压缩机外壳13及调节空气A的吸气量的吸气量调节器15。吸气量调节器15具有设置于压缩机外壳13的吸入口侧的入口引导叶片16及改变该入口引导叶片16的开度的引导叶片驱动机17。供空气压缩机11的喷出口与燃烧器19的压缩空气入口之间的压缩空气流动的压缩空气流路上设置有检测该压缩空气流路内的压力的压力计56。

涡轮21具有通过燃烧气体旋转的涡轮转子22及以能够使该涡轮转子22旋转的方式进行覆盖的涡轮外壳23。涡轮21的排气口上设有检测从涡轮21排出的燃烧气体即废气的温度的温度仪57。压缩机转子12与涡轮转子22彼此相连而成为一体，从而组成燃气涡轮转子28。

发电机31具有发电机转子32及以能够使该发电机转子32旋转的方式进行覆盖的发电机外壳33。发电机转子32连结于燃气涡轮转子28。因此，若燃气涡轮转子28旋转，则发电机转子32也一体旋转。该发电机31上设置有检测由该发电机31产生的发电量的输出仪58。

气体压缩机35具有压缩机转子36及以能够使该压缩机转子旋转的方式进行覆盖的压缩机外壳37。气体压缩机35的压缩机转子36经由增速机38与发电机转子32或燃气涡轮转子28机械连接。该气体压缩机35的喷出口与燃烧器19通过高压燃料气体管路44而连接。该高压燃料气体管路44上设置有调节通过该管路的燃料气体的流量的燃料流量调节阀47。

该燃气涡轮设备从钢铁厂61及焦炉设备62获得燃料气体的供给。钢铁厂61从钢铁厂61的高炉产生作为低卡路里燃料气体的BFG(BlastFurnaceGas)。在该高炉上连接有供BFG流动的BFG管路41。BFG管路41上设置有调节该BFG的流量的BFG流量调节阀45。焦炉设备62从焦炉设备62的焦炉产生作为高卡路里燃料气体的COG(CokeOvenGas)。在该焦炉上连接有供COG流动的COG管路42。COG管路42上设置有调节COG的流量的COG流量调节阀46。BFG管路41与COG管路42汇合成低压燃料气体管路43。该低压燃料气体管路43连接于气体压缩机35的吸入口。低压燃料气体管路43上设置有测量通过该管路的气体的每单位量(单位体积或单位重量)的热量即单位热量的热量仪55。

另外，以下将无论在低压燃料气体管路43及高压燃料气体管路44中只有BFG流动还是只有COG流动，还是BFG与COG混合而流动时的流到低压燃料气体管路43及高压燃料气体管路44的气体称为燃料气体。

控制装置50具有控制燃料流量调节阀47的阀开度的调温控制部51及控制吸气量调节器15的入口引导叶片16的开度的吸气量控制部52。

调温控制部51控制燃料流量调节阀47的阀开度，以使从燃气涡轮10的燃烧器19供燃烧气体流入的涡轮21的入口温度保持预先确定的上限值。因此，调温控制部51需要识别涡轮21的入口温度。然而，涡轮21的入口温度是高达一千几百℃的超高温，因此通过热电偶等温度仪难以检测涡轮21的入口温度。因此，在本实施方式中，实际上根据空气压缩机11的喷出口与燃烧器19的压缩空气入口之间的压缩空气流路内的压力及从涡轮21排出的废气的温度推测涡轮21的入口温度。

在涡轮21内，能够认为气体从涡轮21的气体入口至气体出口为止绝热膨胀。因此，只要能够掌握涡轮21的入口压力与涡轮21的出口压力之比即涡轮压力比及涡轮21的出口温度，则能够推测涡轮21的入口温度。

但是，涡轮21的入口压力相对于燃烧器19的气体入口的压力而言，气体通过燃烧器19时的压力损失量较低。但是，可以认为该压力损失几乎恒定。并且，涡轮21的出口压力几乎为大气压且几乎恒定，因此实际上能够将其视作固定值。因此，能够将相对于涡轮21的入口压力低恒定压力损失量的燃烧器19的气体入口的压力代替为涡轮压力比。因此，只要能够掌握燃烧器19的气体入口的压力与涡轮21的出口温度，则能够推测涡轮21的入口温度。

在本实施方式中，鉴于以上观点，实际上根据压缩空气流路内的压力及从涡轮21排出的废气的温度推测涡轮21的入口温度。因此，在本实施方式中，通过压力计56来检测压缩空气流路内的压力，并通过温度仪57来检测从涡轮21排出的废气的温度。

如图2所示，压缩空气流路内的压力Pcs与废气的温度Tex及涡轮21的入口温度Tin之间具有将涡轮21的入口温度Tin设为恒定时，废气的温度Tex随着压缩空气流路内的压力Pcs的增加而降低的关系。表示将该涡轮21的入口温度Tin设为恒定时的压缩空气流路内的压力Pcs与废气的温度Tex之间的关系的曲线通常被称为调温曲线H。本实施方式的调温控制部51中存储有涡轮21的入口温度Tin为预先确定的上限值时的调温曲线H。并且，调温控制部51中输入有通过压力计56检测的压缩空气流路内的压力Pcs及通过温度仪57检测的废气的温度Tex。如上所述，调温控制部51实际上推测涡轮21的入口温度，但是并不推测该入口温度本身。即，调温控制部51利用入口温度为上限值时的调温曲线H来识别涡轮21的入口温度是该上限值还是比该上限值高或低。

假设，根据目前的压缩空气流路内的压力Pcs1与废气的温度Tex1而确定的目前的状态点S1在调温曲线H上。此时，调温控制部51识别出目前的入口温度为所希望的上限值。之后，在供给到涡轮21的压缩空气的流量恒定的状态下，使得燃料气体的单位热量变大。此时，由于涡轮21的入口压力及入口温度变高，因此压缩空气流路内的压力Pcs变高而达到压力Pcs2，并且废气的温度Tex也变高而达到温度Tex2。在通过该压力Pcs2与温度Tex2确定的状态点S2，废气的温度Tex高于调温曲线H，因此调温控制部51识别出涡轮21的入口温度升至高于上限值。调温控制部51若识别出涡轮21的入口温度比上限值高，则向燃料流量调节阀47发出调小阀开度的指示。其结果，燃料流量调节阀47的阀开度变小，供给到燃烧器19的燃料气体的流量变少。若燃料气体的流量变少，则废气的温度Tex下降，并且压缩空气流路内的压力Pcs也下降，结果使得状态点S3(Pcs3，Tex3)位于调温曲线H上。即，涡轮21的入口温度恢复到所希望的上限值。

如上所述，调温控制部51首先根据压缩空气流路内的压力Pcs1与废气的温度Tex1识别出涡轮21的入口温度是上限值还是比该上限值高或低。而且，调温控制部51根据该识别结果控制燃料流量调节阀47的阀开度，以使涡轮21的入口温度维持上限值。即，调温控制部51执行调温控制工序。

但是，在通过调温控制部51执行调温控制之后的状态点S3，与燃料气体的单位热量变大之前相比，虽然涡轮21的入口温度相同，但燃料气体的流量减少，因此流入到涡轮21的燃烧气体的流量也减少。因此，在状态点S3，与燃料气体的单位热量变大之前相比，涡轮21的入口压力变低，并且涡轮压力比变小。因此，在通过调温控制部51执行调温控制之后的状态点S3，与燃料气体的单位热量变大之前相比，燃气涡轮10的输出及燃气涡轮10整体的输出减少。

并且，与上述情况相反，在供给到涡轮21的压缩空气的流量恒定的状态下，燃料气体的单位热量变小时，压缩空气流路内的压力Pcs下降，并且废气的温度Tex也下降。此时，状态点S上的废气Tex变得低于调温曲线H，因此调温控制部51识别出涡轮21的入口温度变得低于上限值。若调温控制部51识别出涡轮21的入口温度变得低于上限值，则向燃料流量调节阀47发出调大阀开度的指示。其结果，燃料流量调节阀47的阀开度变大，供给到燃烧器19的燃料气体的流量变多。若燃料气体的流量变多，则废气的温度Tex变高，并且压缩空气流路内的压力Pcs也变高，结果状态点S回到调温曲线H上。在该状态点S，与燃料气体的单位热量变小之前相比，虽然涡轮21的入口温度相同，但是燃料气体的流量增加，因此流入到涡轮21的燃烧气体的流量也增加。因此，在该状态点S，与燃料气体的单位热量变小之前相比，涡轮21的入口压力变高，并且涡轮压力比变大。因此，在通过调温控制部51执行调温控制之后的状态点S，与燃料气体的单位热量变小之前相比，燃气涡轮10的输出增加。

如上所述，在调温控制过程中，若燃料气体的单位热量发生变化，则燃气涡轮输出也随着该变化而变化。更具体而言，燃气涡轮输出的变化相对于调温控制中的燃料气体的单位热量的变化具有负相关性。

因此，在本实施方式中，抑制燃气涡轮输出随着调温控制过程中的燃料气体的单位热量的变化而变化，因此由吸气量控制部52控制吸气量调节器15的入口引导叶片16的开度。即，吸气量控制部52执行吸气量控制工序。

吸气量控制部52从热量仪55随时接收燃料气体的单位热量。吸气量控制部52根据所接收的单位热量识别单位热量的变化，并控制吸气量调节器15，以使空气压缩机11的吸气量相对于该单位热量的变化以正相关变化。换言之，吸气流量控制部向空气压缩机11的吸气量调节器15输出使入口引导叶片16的开度相对于单位热量的变化以正相关变化的指令值。即，若单位热量变大，则吸气量控制部52向吸气量调节器15输出调大入口引导叶片16的开度的指令值。

假设，如利用图2所说明的，因燃料气体的单位热量变大而执行调温控制，则会使状态点S3位于调温曲线H上。此时，吸气量控制部52根据单位热量变大的情况，向吸气量调节器15输出调大入口引导叶片16的开度的指令值。

若入口引导叶片16的开度变大，且空气压缩机11的吸气量增加，则压缩空气流路内的压力Pcs变高而成为压力Pcs4，另一方面，废气的温度Tex下降而成为温度Tex4。在通过该压力Pcs4与温度Tex4确定的状态点S4，废气的温度Tex低于调温曲线H，因此调温控制部51识别为涡轮21的入口温度变得低于上限值。而且，调温控制部51指示燃料流量调节阀47调大阀开度。其结果，燃料流量调节阀47的阀开度变大，且供给到燃烧器19的燃料气体的流量变多。若燃料气体的流量变多，则废气的温度Tex变高，并且与涡轮21的入口压力几乎相等的压缩空气流路内的压力Pcs也升高，结果使得状态点S5(Pcs5，Tex5)位于调温曲线H上。即，涡轮21的入口温度恢复到所希望的上限值。

在该状态点S5，与入口引导叶片16的开度变大之前的状态点S3时相比，虽然涡轮21的入口温度相同，但是由于燃料气体的流量增加，使得涡轮21的入口压力变高。因此，在该状态点S5，与入口引导叶片16的开度变大之前的状态点S3时相比，涡轮压力比变高。此外，在该状态点S5，与入口引导叶片16的开度变大之前的状态点S3时相比，流入到涡轮21的燃烧气体的流量也增加。因此，在该状态点S5，与入口引导叶片16的开度变大之前的状态点S3时相比，燃气涡轮10的输出增加。

因此，在本实施方式中，即便燃料气体的单位热量在调温控制过程中发生变化，也能够抑制燃气涡轮输出的波动。

在此，燃料气体的单位热量发生变化时的入口引导叶片16的开度变更量可以是预先确定的单位变更量，也可以是与单位热量的变化量相对应的变更量。在将入口引导叶片16的开度变更量设为单位变更量的情况下，即便随着燃料气体的单位热量的变化变更入口引导叶片16的开度，通过设置于发电机31的输出仪58检测的发电量(＝燃气涡轮10输出)比单位热量的变化之前小时，也可以如图2所示再次变更入口引导叶片16的开度。

并且，在将入口引导叶片16的开度变更量设为与单位热量的变化量相对应的变更量的情况下，在吸气量控制部52中预先存储单位热量的变化量与开度变更量之间的关系。该关系为开度变更量随着单位热量的变化量的增加而增加，且能够几乎维持燃气涡轮10输出的关系。吸气量控制部52利用该关系求出与单位热量的变化量相对应的开度变更量。

并且，在将入口引导叶片16的开度变更量设为与单位热量的变化量相对应的变更量的情况下，作为单位热量的变化量可采用与基准单位热量相对应的变化量，且作为入口引导叶片16的开度变更量可采用相对于入口引导叶片16的基准开度的变更量。此时，如图3所示，在吸气量控制部52中预先存储从通过热量仪55测量的单位热量Cd减去基准单位热量Cs的变化量(Cd-Cs)与相对于入口引导叶片的基准开度As的开度变更量Ac之间的关系f。该关系f也是开度变更量Ac随着单位热量的变化量(Cd-Cs)的增加而增加，且能够维持燃气涡轮10输出的关系。另外，图3中，适当确定表示关系f的线的倾斜度，由此该关系f成为能够维持燃气涡轮10输出的关系。可以将该关系f作为函数存储在吸气量控制部52，也可以作为单位热量的每个变化量的开度变更量的图表来存储。

若从热量仪55接收单位热量Cd，则吸气量控制部52从该单位热量Cd减去基准单位热量Cs而求出变化量(Cd-Cs)。接着，吸气量控制部52利用关系f来求出相对于变化量(Cd-Cs)的开度变更量Ac。之后，如下式所示，在相对于变化量(Cd-Cs)的开度变更量Ac上加上基准开度As来求出指令开度Ai，并将该指令开度Ai作为指令值而输出到吸气量调节器15。

Ai＝As+f(Cd-Cs)＝As+Ac

另外，在以上随时测量燃料气体的单位热量，且燃料气体的单位热量在调温控制过程中发生变化的情况下，根据通过测量所获得的单位热量的变化量，控制入口引导叶片16的开度即空气压缩机11的吸气量。然而，例如在随时测量以发电机31的发电量等来表示的燃气涡轮输出，且燃料气体的单位热量在调温控制过程中发生变化而使燃气涡轮输出发生变化的情况下，可以根据通过测量所获得的燃气涡轮输出变化量，控制入口引导叶片16的开度即空气压缩机11的吸气量。

[第二实施方式]

接着，利用图4及图5对本发明所涉及的燃气涡轮设备的第二实施方式进行说明。

本实施方式的燃气涡轮设备与第一实施方式的燃气涡轮设备相比，除了控制装置的结构不同之外，基本上相同。因此，以下主要对本实施方式的燃气涡轮设备的控制装置50a进行说明。

本实施方式的控制装置50a与第一实施方式的控制装置50同样具有调温控制部51和吸气量控制部52a。但是，本实施方式的控制装置50a的吸气量控制部52a与第一实施方式的吸气量控制部52不同。

本实施方式的吸气量控制部52a具有根据由热量仪55测量的燃烧气体的单位热量来求出指令开度(指令值)的指令值运算部53及控制向吸气量调节器15输出指令开度(指令值)的输出时机的输出时机控制部54。

指令值运算部53利用第一实施方式中所例示的任一种方法求出指令开度(指令值)。

如图5所示，输出时机控制部54控制向吸气量调节器15输出指令值的输出时机，以使指令值运算部53在从热量仪55接收单位热量起(t2)经过设定时间Ts之后变更吸气量。该设定时间Ts根据指令值运算部53从热量仪55接收单位热量(t2)至该单位热量的燃料气体到达燃烧器19为止的到达时间Tr而定。在本实施方式中，当单位热量变大时，将该设定时间Ts设定为比到达时间Tr稍短的时间，当单位热量变小时，将该设定时间Ts设定为比到达时间Tr稍长的时间。

本实施方式的低压燃料气体管路43或高压燃料气体管路44中设有检测通过这些管路的燃料气体的流量的流量仪59。输出时机控制部54利用通过该流量仪59检测的流量及热量仪55从抽取燃烧气体样品的位置至燃烧器19的燃料气体入口为止的管路距离等求出上述到达时间Tr。输出时机控制部54以该到达时间Tr为基准，例如确定比该到达时间Tr短预先确定的时间的设定时间Ts。另外，例如也可以利用根据燃料流量调节阀47的阀开度来推测的流量来确定上述到达时间Tr，以代替通过流量仪59检测的流量。

接着，根据图5对空气压缩机11的入口引导叶片16的开度随着燃料气体的单位热量的变化而变化的情况进行说明。

假设，热量仪55的气体采样位置上的单位热量Ca在时刻t1变大。从热量仪55进行燃料气体采样并求出该燃料气体的单位热量，且由控制装置50a的指令值运算部53接收该单位热量为止，需要第一规定时间T1。因此，控制装置50a的指令值运算部53从热量仪55接收的单位热量Cb从时刻t1经过第一规定时间T1之后变成时刻t2。

热量仪55进行气体采样的位置上的燃料气体的一部分由热量仪55来采样，剩余部分经由低压燃料气体管路43、气体压缩机35及高压燃料气体管路44而到达燃烧器19。从热量仪55进行气体采样的位置至燃料气体到达燃烧器19为止的时间为比第一规定时间T1长的第二规定时间T2。因此，流入到燃烧器19的燃料气体的单位热量Cc在从时刻t1经过第二规定时间T2之后，即从时刻t2经过上述到达时间Tr之后的时刻t4变大。因此，第一规定时间T1、到达时间Tr及第二规定时间T2之间的关系为下式表示的关系。

T1+Tr＝T2

因此，当要求出到达时间Tr时，预先测量第一规定时间T1，并将该第一规定时间T1存储在输出时机控制部54。输出时机控制部54首先利用通过流量仪59检测的流量及从热量仪55抽取燃烧气体样品的位置至燃烧器19的燃料气体入口为止的管路距离等来求出第二规定时间T2。之后，输出时机控制部54从第二规定时间T2减去第一规定时间T1以求出到达时间Tr。

如上所述，输出时机控制部54所采用的设定时间Ts为在单位热量Ca变大时比到达时间Tr稍微短的时间。因此，空气压缩机11的入口引导叶片16的开度在流入到燃烧器19的燃料气体的单位热量Cc变大的时刻t4之前的时刻t3变大。即，在本实施方式中，与流入到燃烧器19的燃料气体的单位热量的变化相比，先行控制空气压缩机11的入口引导叶片16的开度。

如上所述，在燃料气体的单位热量Cc变大的时刻t4之前的时刻t3，若空气压缩机11的入口引导叶片16的开度变大，则在涡轮21的入口温度没有太大超过上限值或在涡轮21的入口温度变高之前，通过吸气量的增加与调温控制来使涡轮21的入口温度恢复到上限值。

并且，如上所述，输出时机控制部54所采用的设定时间Ts为在单位热量Ca变小时比到达时间Tr稍长的时间。因此，空气压缩机11的入口引导叶片16的开度在流入到燃烧器19的燃料气体的单位热量Cc变小的时刻之后的时刻变小。

如此，在燃料气体的单位热量Ca变小的时刻之后的时刻，若空气压缩机11的入口引导叶片16的开度变小，则在涡轮21的入口温度变得低于上限值之后，通过吸气量的减少与调温控制来使涡轮21的入口温度恢复到上限值。

因此，在本实施方式中，即便燃料气体的单位热量在调温控制过程中发生变化，也能够抑制涡轮21的入口温度的变化。因此，在本实施方式中，能够提高燃烧器19及涡轮21的耐久性。

另外，在本实施方式中，当单位热量变大时，将设定时间Ts设定为比到达时间Tr稍短的时间；当单位热量变小时，将该设定时间Ts设定为比到达时间Tr稍长的时间。然而，即便将设定时间Ts设定为与到达时间Tr相同的时间，如上述情况一样，也能够抑制涡轮21的入口温度在调温控制过程中随着燃料气体的单位热量的变化而变化。

但是，在不执行以上所说明的先行控制时，如“第一实施方式”一栏中所述，根据通过测量所获得的燃气涡轮输出的变化量也能够控制入口引导叶片16的开度。然而，执行以上所说明的先行控制时，根据通过测量所获得的燃气涡轮输出的变化量无法控制入口引导叶片16的开度。即，在流入到燃烧器19的燃料气体的单位热量发生变化时或变化之前无法变更空气压缩机11的入口引导叶片16的开度。因此，在执行以上所说明的先行控制时，无需测量燃料气体的单位热量。

在以上实施方式中，为了进行调温控制，实际上利用通过压力计56检测的压缩空气流路内的压力及通过温度仪57检测的来自涡轮21的废气的温度，推测涡轮21的入口温度。然而，也可以利用其他方法推测涡轮21的入口温度，还可以利用温度仪来检测涡轮21的入口温度。

并且，以上各实施方式的燃气涡轮设备的燃料为无掺料BFG、无掺料COG、BFG与COG的混合物中的任一种。然而，燃气涡轮设备的燃料可以仅BFG，也可以是仅COG。此外，燃气涡轮10的燃料也可以是其他燃料气体，例如天然气或生物气体等。

产业上的可利用性

在本发明的一方式中，能够抑制调温控制过程中的燃气涡轮的输出波动。

符号说明

10-燃气涡轮，11-空气压缩机，15-吸气量调节器，16-入口引导叶片，19-燃烧器，21-涡轮，31-发电机，35-气体压缩机，43-低压燃料气体管路，44-高压燃料气体管路，47-燃料流量调节阀，50、50a-控制装置，51-调温控制部，52、52a-吸气量控制部，53-指令值运算部，54-输出时机控制部，55-热量仪，56-压力计，57-温度仪，58-输出仪，59-流量仪。

Claims (19)

1.一种燃气涡轮设备的控制装置，其中，燃气涡轮具备：压缩机，具有调节吸气量的吸气量调节器；燃烧器，在通过所述压缩机压缩的空气中燃烧燃料以生成燃烧气体；涡轮，通过所述燃烧气体驱动；及燃料流量调节阀，调节供给到所述燃烧器的所述燃料的流量，该燃气涡轮设备的控制装置具有：

调温控制部，控制所述燃料流量调节阀的阀开度，使供所述燃烧气体流入的所述涡轮的入口温度保持恒定；及

吸气量控制部，控制所述吸气量调节器，以从外部接收供给到所述燃烧器的所述燃料的每单位量的热量即单位热量，且使所述压缩机的吸气量相对于所述单位热量的变化以正相关变化。

2.一种燃气涡轮设备的控制装置，其中，所述燃气涡轮具备：压缩机，具有调节吸气量的吸气量调节器；燃烧器，在通过所述压缩机压缩的空气中燃烧燃料以生成燃烧气体；涡轮，通过所述燃烧气体驱动；及燃料流量调节阀，调节供给到所述燃烧器的所述燃料的流量，该燃气涡轮设备的控制装置具有：

调温控制部，控制所述燃料流量调节阀的阀开度，使供所述燃烧气体流入的所述涡轮的入口温度保持恒定；及

吸气量控制部，控制所述吸气量调节器，使所述压缩机的吸气量相对于具有所述压缩机、所述燃烧器及所述涡轮的燃气涡轮的输出波动以负相关变化。

3.根据权利要求2所述的燃气涡轮设备的控制装置，其中，

所述吸气量控制部控制所述吸气量调节器，以从外部接收供给到所述燃烧器的所述燃料的每单位量的热量即单位热量，且使所述吸气量相对于所述单位热量的变化以正相关变化。

4.根据权利要求1或3所述的燃气涡轮设备的控制装置，其中，

所述吸气量控制部确定变更后的所述吸气量，以使燃气涡轮维持所述单位热量变化前的输出。

5.根据权利要求1、3及4中任一项所述的燃气涡轮设备的控制装置，其中，

所述吸气量调节器具有：入口引导叶片，设置于所述压缩机的外壳的吸气口侧，且根据开度变更改变吸气量；及叶片驱动机，变更所述入口引导叶片的开度，

所述吸气量控制部利用所述燃料的单位热量的变化量与相对于所述入口引导叶片的基准开度的开度变更量之间的预先确定的关系，求出相对于从外部接收的所述燃料的单位热量的变化量的开度变更量，且在所述开度变更量上加上所述基准开度，以确定指令开度，并将所述指令开度作为指令值而输出到所述吸气量调节器，

所述关系为使所述开度变更量相对于从所述燃料的单位热量减去预先确定的基准单位热量的变化量具有正相关性的关系。

6.根据权利要求5所述的燃气涡轮设备的控制装置，其中，

所述关系为能够获得使燃气涡轮相对于所述变化量维持所述单位热量发生变化之前的输出的开度变更量的关系。

7.根据权利要求1、3及6中任一项所述的燃气涡轮设备的控制装置，其中，

所述吸气量控制部具有：指令值运算部，从外部接收所述单位热量并求出表示通过所述吸气量调节器调节的所述吸气量的变更量的指令值；及输出时机控制部，控制向所述吸气量调节器输出所述指令值的输出时机，以在从所述指令值运算部接收所述单位热量起经过设定时间之后使所述吸气量发生变化，

所述设定时间根据所述吸气量控制部从外部接收所述单位热量起有相应单位热量的所述燃料到达所述燃烧器为止的到达时间而定。

8.根据权利要求7所述的燃气涡轮设备的控制装置，其中，

所述输出时机控制部从外部接收所述燃料的流量，并利用所述流量确定所述到达时间。

9.根据权利要求7或8所述的燃气涡轮设备的控制装置，其中，

所述设定时间与所述到达时间相同。

10.根据权利要求7或8所述的燃气涡轮设备的控制装置，其中，

当从外部接收的所述单位热量变大时，所述设定时间比所述到达时间短；当从外部接收的所述单位热量变小时，所述设定时间比所述到达时间长。

11.一种燃气涡轮设备，具备：

权利要求1至10中任一项所述的控制装置；

燃气涡轮，具有所述压缩机、所述燃烧器及所述涡轮；及

所述燃料流量调节阀。

12.一种燃气涡轮的运行方法，其中，所述燃气涡轮具备：压缩机，压缩空气；燃烧器，在通过所述压缩机压缩的空气中燃烧燃料以生成燃烧气体；及涡轮，通过所述燃烧气体驱动，该燃气涡轮的运行方法执行如下工序：

调温控制工序，调节供给到所述燃烧器的所述燃料的流量，使供所述燃烧气体流入的所述涡轮的入口温度保持恒定；及

吸气量控制工序，从外部接收供给到所述燃烧器的所述燃料的每单位量的热量即单位热量，且变更所述压缩机的吸气量，使其相对于所述单位热量的变化具有正相关性。

13.一种燃气涡轮的运行方法，其中，所述燃气涡轮具备：压缩机，压缩空气；燃烧器，在通过所述压缩机压缩的空气中燃烧燃料以生成燃烧气体；及涡轮，通过所述燃烧气体驱动，该燃气涡轮的运行方法执行如下工序：

调温控制工序，调节供给到所述燃烧器的所述燃料的流量，使供所述燃烧气体流入的所述涡轮的入口温度保持恒定；及

吸气量控制工序，变更所述压缩机的吸气量，使其相对于所述燃气涡轮的输出波动具有负相关性。

14.根据权利要求13所述的燃气涡轮的运行方法，其中，

在所述吸气量控制工序中，从外部接收供给到所述燃烧器的所述燃料的每单位量的热量即单位热量，且变更所述吸气量，使其相对于所述单位热量的变化具有正相关性。

15.根据权利要求12或14所述的燃气涡轮的运行方法，其中，

在所述吸气量控制工序中，确定变更后的所述吸气量，以使所述燃气涡轮维持所述单位热量变化之前的输出。

16.根据权利要求12、14及15中任一项所述的燃气涡轮的运行方法，其中，

在所述吸气量控制工序中执行如下工序：指令值运算工序，从外部接收所述单位热量并求出表示所述吸气量的变更量的指令值；及时机控制工序，从在所述指令值运算工序中接收所述单位热量起经过设定时间之后变更所述吸气量，

所述设定时间根据从外部接收所述单位热量起有相应单位热量的所述燃料到达所述燃烧器为止的到达时间而定。

17.根据权利要求16所述的燃气涡轮的运行方法，其中，

在所述时机控制工序中，从外部接收所述燃料的流量，并利用所述流量来确定所述到达时间。

18.根据权利要求16或17所述的燃气涡轮的运行方法，其中，

所述设定时间与所述到达时间相同。

19.根据权利要求16或17所述的燃气涡轮的运行方法，其中，

当从外部接收的所述单位热量变大时，所述设定时间比所述到达时间短；当从外部接收的所述单位热量变小时，所述设定时间比所述到达时间长。