CN113874612A - 燃气轮机的燃烧控制装置、燃烧控制方法及程序 - Google Patents

燃气轮机的燃烧控制装置、燃烧控制方法及程序 Download PDF

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Abstract

燃烧控制装置是将流入机室内的由压缩机产生的压缩空气向燃烧器供给的燃气轮机的燃烧控制装置,其具备:抽气阀控制部,其对设置于抽气配管的抽气阀进行控制,所述抽气配管将流入机室内的压缩空气的一部分以不用作燃烧器中的燃烧用空气的方式抽出;燃料控制部,其对燃料调整阀进行控制,该燃料调整阀对向燃烧器供给的燃料的燃料流量进行调整;以及温度取得部,其取得燃烧器内的通过燃料的燃烧产生的火焰的火焰温度,在接收到从燃气轮机断开负载的负载切断信号时,抽气阀控制部将抽气阀的阀开度从关闭状态控制为规定开度的打开状态,燃料控制部对燃料调整阀进行控制,以使所取得的火焰温度收敛于由上限值及下限值确定的规定的温度范围内。

Description

燃气轮机的燃烧控制装置、燃烧控制方法及程序
技术领域
本发明涉及一种负载切断时的燃气轮机的燃烧控制。
背景技术
在发电用燃气轮机设备中,有时实施在负载运转中断开负载的负载切断。对于该负载切断后的运转,若燃烧器中的火焰没有失火,且燃气轮机的转速成为超速跳闸(overspeed trip)(以下,OST)规定值的例如110%以下,则视为成功。为了使负载切断后的运转成功,例如需要较多地供给燃料等来提高燃料空气比以防止失火,但由于上述转速根据燃料的供给量而变高,因此OST的可能性提高。另一方面,燃料的供给量越少,则越可靠地避免OST,但由于燃料的供给量较少,在燃料空气比过低时会发生失火,导致燃气轮机停止。
例如在专利文献1中公开了如下内容:在负载切断时对入口引导叶片(IGV:InletGuide Vane)的开度以及从压缩机抽出压缩空气的抽气阀的阀开度进行控制,以抑制燃气轮机的转速的降低。另外,在专利文献2中公开了如下内容:燃烧控制装置在负载切断时,将来自燃烧器的燃料喷嘴的喷射量(燃料供给流量)控制为用于使燃气轮机的转速不超过OST规定值的110%的阈值以下,并且将用于从机室抽出压缩空气的抽气配管上的旁通阀(抽气阀)从关闭状态控制为打开状态。由此,通过在负载切断时进行的来自机室的压缩空气的抽气,使压缩空气向燃料喷嘴供给的供给量(空气供给流量)减少,因此能够在不增加向燃烧器内的燃料供给流量的情况下提高燃烧器中的燃料空气比。因此,通过供给不会发生OST的量的燃料而能够防止OST的发生,并且通过在不消耗多余的燃料的情况下提高燃料空气比而能够防止失火。需要说明的是,在专利文献3中公开了基于燃气轮机的运转状态来推定火焰温度的方法。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第5147766号公报
专利文献2:日本特开2017-106324号公报
专利文献3:日本特开2018-178803号公报
发明内容
发明要解决的课题
如上所述,谋求在燃气轮机的负载切断时,防止燃气轮机的转速过度上升,并且防止失火。在上述专利文献2中,将燃料供给流量相对于空气供给流量的比例即燃料空气比用作用于防止失火的控制的指标,但是为了更准确地确认燃烧器内的燃烧稳定性,并且防止由火焰温度过高引起的设备的损伤,而谋求基于火焰温度进行负载切断时的燃烧控制的方法。
鉴于上述情况,本发明的至少一个实施方式的目的在于,提供一种能够防止由火焰引起的设备的损伤、并且能够适当地进行负载切断时的燃气轮机的运转的燃烧控制装置。
用于解决课题的方案
本发明的至少一个实施方式的燃气轮机的燃烧控制装置是将流入机室内的由压缩机产生的压缩空气向燃烧器供给的燃气轮机的燃烧控制装置,其中,
所述燃气轮机的燃烧控制装置具备:
抽气阀控制部,其构成为对设置于抽气配管的抽气阀进行控制,所述抽气配管将流入所述机室内的所述压缩空气的一部分以不用作所述燃烧器中的燃烧用空气的方式抽出;
燃料控制部,其构成为对燃料调整阀进行控制,所述燃料调整阀对向所述燃烧器供给的燃料的燃料流量进行调整;以及
温度取得部,其构成为取得所述燃烧器内的通过所述燃料的燃烧产生的火焰的火焰温度,
在接收到从所述燃气轮机断开负载的负载切断信号时,所述抽气阀控制部将所述抽气阀的阀开度从关闭状态控制为规定开度的打开状态,所述燃料控制部对所述燃料调整阀进行控制,以使所取得的所述火焰温度收敛于由上限值及下限值确定的规定的温度范围内。
本发明的至少一个实施方式的燃气轮机的燃烧控制方法是将流入机室内的由压缩机产生的压缩空气向燃烧器供给的燃气轮机的燃烧控制方法,其中,
所述燃气轮机的燃烧控制方法包括:
抽气阀控制步骤,在该抽气阀控制步骤中,对设置于抽气配管的抽气阀进行控制,所述抽气配管将流入所述机室内的所述压缩空气的一部分以不用作所述燃烧器中的燃烧用空气的方式抽出;
燃料控制步骤,在该燃料控制步骤中,对燃料调整阀进行控制,所述燃料调整阀对向所述燃烧器供给的燃料的燃料流量进行调整;以及
温度取得步骤,在该温度取得步骤中,取得所述燃烧器内的通过所述燃料的燃烧产生的火焰的火焰温度,
在接收到从所述燃气轮机断开负载的负载切断信号时,在所述抽气阀控制步骤中,将所述抽气阀的阀开度从关闭状态控制为规定开度的打开状态,在所述燃料控制步骤中,对所述燃料调整阀进行控制,以使所取得的所述火焰温度收敛于由上限值及下限值确定的规定的温度范围内。
本发明的至少一个实施方式的燃气轮机的燃烧控制程序是将流入机室内的由压缩机产生的压缩空气向燃烧器供给的燃气轮机的燃烧控制程序,其中,
所述程序使计算机实现如下功能部:
抽气阀控制部,其构成为对设置于抽气配管的抽气阀进行控制,所述抽气配管将流入所述机室内的所述压缩空气的一部分以不用作所述燃烧器中的燃烧用空气的方式抽出;
燃料控制部,其构成为对燃料调整阀进行控制,所述燃料调整阀对向所述燃烧器供给的燃料的燃料流量进行调整;以及
温度取得部,其构成为取得所述燃烧器内的通过所述燃料的燃烧产生的火焰的火焰温度,
所述程序使所述计算机实现如下控制:
在接收到从所述燃气轮机断开负载的负载切断信号时,所述抽气阀控制部将所述抽气阀的阀开度从关闭状态控制为规定开度的打开状态,所述燃料控制部对所述燃料调整阀进行控制,以使所取得的所述火焰温度收敛于由上限值及下限值确定的规定的温度范围内。
发明效果
根据本发明的至少一个实施方式,提供能够防止由火焰引起的设备的损伤、并且能够适当地进行负载切断时的燃气轮机的运转的燃烧控制装置。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的燃气轮机设备的系统图。
图2是示出本发明的一个实施方式的燃烧控制装置的功能的框图。
图3A是示出本发明的一个实施方式的负载切断时的向燃烧器的第一筒部供给的空气供给流量的推移的曲线图。
图3B是示出本发明的一个实施方式的负载切断时的抽气阀的阀开度的推移的曲线图。
图3C是示出本发明的一个实施方式的负载切断时的来自先导燃料系统的燃料供给流量的推移的曲线图。
图3D是示出本发明的一个实施方式的负载切断时的火焰温度的推移的曲线图。
图4A是示出本发明的一个实施方式的抽气阀控制部的功能的框图,基于燃气轮机的负载来控制抽气阀。
图4B是示出本发明的一个实施方式的抽气阀控制部的功能的框图,基于火焰温度来控制抽气阀。
图5是示出本发明的一个实施方式的抽气阀控制部的功能的框图,基于负载切断时的主喷嘴的使用根数来控制抽气阀。
图6是示出本发明的一个实施方式的燃料控制部的功能的框图。
图7是示出本发明的一个实施方式的燃气轮机的燃烧控制方法的图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。其中,作为实施方式所记载的或附图中所示的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并不旨在将本发明的范围限定于此,而只不过是说明例。
例如,“在某一方向上”、“沿着某一方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等表示相对或绝对的配置的表述不仅严格地表示这样配置,还表示具有公差、或者可得到相同功能的程度的角度、距离而相对位移了的状态。
例如,“相同”、“相等”以及“均质”等表示事物相等的状态的表述不仅表示严格相等的状态,也表示存在公差、或者可得到相同功能的程度的差异的状态。
例如,四边形状、圆筒形状等表示形状的表述不仅表示几何学上严格意义的四边形状、圆筒形状等形状,也表示在可得到相同效果的范围内包含凹凸部、倒角部等的形状。
另一方面,“配备”、“具有”、“具备”、“包含”、或“有”一构成要素这样的表述不是将其他构成要素的存在排出在外的排他性表述。
图1是本发明的一个实施方式的燃气轮机设备6的系统图。如图1所示,本实施方式的燃气轮机设备6具备燃气轮机7、以及由燃气轮机7驱动而进行发电的发电机61。燃气轮机7和发电机61通过转子75连结,通过燃气轮机7经由转子75来驱动发电机61,由此进行发电。需要说明的是,在图1所示的实施方式中,发电机61在涡轮机74(后述)侧与转子75(后述)连结,但在其他几个实施方式中,也可以在压缩机71(后述)侧与转子75(后述)连结。
(燃气轮机的说明)
对燃气轮机7进行说明,如图1所示,燃气轮机7具备:压缩机71,其对从空气入口系统62向内部流入的空气A进行压缩而生成压缩空气Ac;机室72,其供由压缩机71压缩后的空气(压缩空气Ac)流入;至少一个燃料系统8(在图1中为多个);燃烧器73,其将从该燃料系统8供给的燃料F(燃料气体。以下相同)和从上述机室72流入的压缩空气Ac混合并使燃料F燃烧,生成高温的燃烧气体E;涡轮机74,其通过该燃烧气体E使转子75旋转而驱动发电机61;抽气配管9p,其从上述机室72抽出压缩空气Ac;抽气阀9,其对从设置于抽气配管9p的机室72抽出的压缩空气Ac的抽气量进行调节;以及后述的燃气轮机的燃烧控制装置1。
在图1所示的实施方式中,燃气轮机7具备对从空气入口系统62流入的空气A的流量进行调整的IGV71a(Inlet Guide Vane:入口引导叶片),使通过了入口引导叶片71a的空气流入压缩机71。
另外,燃气轮机7具备多个燃料系统8。即,具备如下合计五个燃料系统8:扩散先导系统8A,其进行扩散燃烧而实现火焰的稳定化;预混先导系统8B,其进行预混合燃烧而提高燃烧器73的低NOx化;主A系统8C及主B系统8D,其是供给与燃气轮机7的输出对应的预混合燃料(预混合气体)的主力的燃料系统8;以及顶帽系统8E,其为了实现燃烧效率的提高、火焰的稳定化而从燃烧器73的上游(机室72侧)喷射燃料F。
更具体而言,在扩散先导系统8A中包括对来自燃料箱86的燃料流量进行调整的燃料调整阀83A、与扩散先导用歧管82A连接的燃料喷嘴81A。在预混先导系统8B中包括对来自燃料箱86的燃料流量进行调整的燃料调整阀83B、与预混先导用歧管82B连接的燃料喷嘴81B。在主A系统8C中包括对来自燃料箱86的燃料流量进行调整的燃料调整阀83C、与主A用歧管82C连接的燃料喷嘴81C(主喷嘴)。在主B系统8D中包括对来自燃料箱86的燃料流量进行调整的燃料调整阀83D、与主B用歧管82D连接的燃料喷嘴81D(主喷嘴)。在顶帽系统8E中包括对来自燃料箱86的燃料流量进行调整的燃料调整阀83E、与顶帽用歧管82E连接的燃料喷嘴81E。
另外,各燃料系统8分别与燃料箱86连接。在该燃料箱86连接有向燃料箱86施加燃料的供给压力的压力系统87,经由对从压力系统87向燃料箱86供给的燃料供给压力进行控制的两个燃料压力调整阀88(88a、88b),从压力系统87向燃料箱86施加燃料供给压力。这样,燃料箱86的燃料能够经由各燃料系统8分别向燃烧器73供给。
该燃烧器73具有使燃料和压缩空气Ac燃烧而生成燃烧气体E的第一筒部73a(例如内筒)、以及位于第一筒部73a的下游侧且将第一筒部73a与涡轮机74连接的第二筒部73b(例如尾筒)。而且,上述燃料喷嘴81(81A~81E)向燃烧器73的第一筒部73a喷射燃料。另一方面,顶帽系统8E的燃料喷嘴81E在比燃烧器73靠上游处喷射燃料。
需要说明的是,对于扩散先导系统8A和预混先导系统8B,多数是仅使用预混先导系统8B等至少使用一方的情况。另外,在以下的说明中,在称为主燃料系统8m的情况下,包括主A系统8C及主B系统8D等用于向燃烧器73供给燃料的全部的主系统,在称为先导燃料系统8p的情况下,包括扩散先导系统8A及预混先导系统8B的至少一方等用于向燃烧器73供给燃料所有使用中的全部的先导系统。
另外,在图1所示的实施方式中,上述抽气配管9p的下游端与排出来自涡轮机74的燃烧气体E的排气系统63连接,从机室72抽出的压缩空气Ac流入排气系统63。在该抽气配管9p中流动的压缩空气Ac的流量由抽气阀9调整。该抽气阀9在燃气轮机7的负载运转时成为全闭状态,但在负载切断时成为打开状态。
但是,本发明并不限定于本实施方式。抽气配管9p只要设置为能够以机室72内的一部分的压缩空气Ac不用作燃烧器73中的燃烧用空气As的方式从机室72抽出压缩空气Ac的一部分即可。因此,在其他几个实施方式中,也可以通过将抽气配管9p的一端与机室72连接,将另一端(下游端)与例如燃烧器73的第二筒部73b连接,由此使从机室72抽出的压缩空气Ac流向第二筒部73b。这样,通过将抽气配管9p的下游端连接在比燃烧器73的第一筒部73a靠下游侧处,能够将原本(抽气阀9为全闭时)从机室72流入到第一筒部73a的压缩空气Ac的一部分绕过第一筒部73a流动,能够使抽出的压缩空气Ac不用作燃烧器73中的燃烧用空气As。需要说明的是,冷却配管64是抽出对压缩机71进行冷却的冷却空气的配管。
另外,燃气轮机7的燃烧控制装置1(以下,简称为燃烧控制装置1)是对上述那样的燃气轮机7的燃烧进行控制的装置,在燃气轮机7的负载切断时以外的通常的运转时(通常运转时),根据燃气轮机7的输出、运转状态,来对向燃烧器73供给的燃料流量Gf(燃料供给流量)、和同样地向燃烧器73供给的燃烧用空气As(压缩空气Ac。以下同样)的流量(空气供给流量Ga)进行控制。另一方面,在从燃气轮机7断开负载的负载切断被实施的负载切断时,燃烧控制装置1一边确认通过从燃料喷嘴81(81A~81E)喷射的燃料F的燃烧所产生的第一筒部73a内的火焰的温度(以下,火焰温度Tf),一边执行燃料调整阀83及抽气阀9的控制,以使燃气轮机7的转速成为例如被确定为OST规定值的110%以下等的转速阈值以下且不会发生失火、由火焰引起的损伤的程度。
(燃气轮机7的燃烧控制装置1的说明)
以下,使用图2~图3D对燃气轮机7的燃烧控制装置1在负载切断时进行的燃烧控制进行详细说明。图2是示出本发明的一个实施方式的燃烧控制装置1的功能的框图。图3A是示出本发明的一个实施方式的负载切断时的向燃烧器73的第一筒部73a供给的空气供给流量Ga的推移的曲线图。图3B是示出本发明的一个实施方式的负载切断时的抽气阀9的阀开度V的推移的曲线图。图3C是示出本发明的一个实施方式的负载切断时的来自先导燃料系统8p的燃料供给流量的推移的曲线图。图3D是示出本发明的一个实施方式的负载切断时的火焰温度Tf的推移的曲线图。
燃烧控制装置1是执行将流入上述那样的机室72内的由压缩机71产生的压缩空气Ac向燃烧器73供给的燃气轮机7的燃烧控制的装置。如图2所示,燃烧控制装置1具备燃料控制部3、抽气阀控制部2、以及温度取得部4。对于上述的功能部,以燃气轮机7从正通过包括上述主A系统8C及主B系统8D在内的主燃料系统8m、以及作为预混先导系统8B的先导燃料系统8p来执行燃烧控制时起执行负载切断的情况为例分别进行说明。
需要说明的是,燃烧控制装置1也可以由计算机构成。计算机具备未图示的CPU等处理器11、ROM、RAM这样的存储器(存储装置12)等。并且,处理器11按照加载到主存储装置中的程序(燃烧控制程序10)的命令进行动作(数据的运算等),由此实现上述的各功能部。换言之,上述燃烧控制程序10是用于使计算机实现上述各功能部的软件,也可以不是暂时的信号,而是存储在可被计算机读入且可携带的上述那样的存储介质中。
抽气阀控制部2是构成为对设置于上述抽气配管9p的抽气阀9的阀开度V进行控制的功能部。抽气阀控制部2在负载切断时以外的通常运转时使抽气阀9为关闭状态,使机室72的压缩空气Ac不通过抽气配管9p被抽出。
燃料控制部3是构成为对上述燃料调整阀83进行控制的功能部。通过控制燃料调整阀83(燃料调整阀83的阀开度),来对向燃烧器73的内部(第一筒部73a的内部)供给的燃料流量(燃料量)进行控制。在负载切断时,燃料控制部3对主燃料系统8m的燃料调整阀83(在图1中为83C及83D)、以及先导燃料系统8p的燃料调整阀83(在图1中为83A或83B的至少一方)如后述那样进行控制。
温度取得部4是构成为取得燃烧器73内的通过燃料F的燃烧产生的火焰的火焰温度Tf的功能部。在几个实施方式中,温度取得部4也可以基于表示燃气轮机7的运转状态的各种指标来推定火焰温度Tf。在其他几个实施方式中,温度取得部4也可以取得由能够直接或者间接地测定火焰温度Tf的温度测量单元(例如温度传感器等)测定出的测定值。在图1~图3D所示的实施方式中,温度取得部4通过计算火焰温度Tf的推定值来取得火焰温度Tf,其详情后述。
并且,在具备上述结构的燃烧控制装置1中,当接收到从燃气轮机7断开负载的负载切断信号S时,燃料控制部3在负载切断时,减少燃料F向燃烧器73供给的总供给量(总量),并在此期间,减少从主燃料系统8m供给的燃料F的供给量,并且增加来自先导燃料系统8p的燃料F的供给流量(以下,先导燃料流量Fp)。也就是说,减小向燃料箱86供给的燃料压力调整阀88的阀开度,并且减小主燃料系统8m的燃料调整阀83(83C、84D)的阀开度,增大先导燃料系统8p的燃料调整阀83(在本实施方式中为预混先导系统8B的燃料调整阀83B)的阀开度。
在此基础上,燃料控制部3及抽气阀控制部2如下述那样对各个控制对象的阀进行控制。即,抽气阀控制部2将在接收到负载切断信号S之前处于关闭状态的抽气阀9的阀开度V从关闭状态控制为规定开度Vc的打开状态(参照后述的图3B)。该规定开度Vc可以如后述那样为全开,也可以为阀开度比全开小且阀开度比完全关闭的状态即全闭大的中间开度。另外,在将负载切断时的控制中的抽气阀9设定为规定开度Vc后,可以不将抽气阀9的阀开度V从规定开度Vc变更,也可以变更。
在此,燃料空气比越高则火焰温度Tf越高,失火的可能性减少。因此,若在负载切断时使抽气阀9从关闭状态变为打开状态,则一部分的压缩空气Ac从机室72绕过燃烧器73的第一筒部73a流动。因此,从机室72向燃烧器73供给的燃烧用空气As的量相对减少(参照后述的图3A),第一筒部73a内的燃料空气比上升,因此火焰温度Tf上升(参照后述的图3D)。也就是说,通过在负载切断时使抽气阀9成为打开状态,从而即使不增加燃料流量也能够使火焰温度Tf上升。但是,若火焰温度Tf因由此引起的燃料空气比的上升而变得过于高温,则有可能燃烧器73的第一筒部73a等燃气轮机7因火焰而损伤。
因此,上述燃料控制部3对燃料调整阀83进行控制,以使由上述温度取得部4取得的火焰温度Tf收敛于由上限值Lu及下限值L1确定的规定的温度范围内(参照后述的图3C)。该上限值Lu被设定为能够防止燃气轮机7因火焰而损伤的温度,上述下限值L1被设定为能够防止燃烧器73中的火焰消失(失火)的温度。由此,实现防止负载切断时的失火、以及由具有过高的火焰温度Tf的火焰引起的燃气轮机7的损伤。
在图1~图3D所示的实施方式中,上述燃烧控制装置1还具备构成为在燃气轮机7的运转中接收负载切断信号S的负载切断信号接收部50。并且,以负载切断信号接收部50接收负载切断信号S为契机,将IGV71a控制在关闭侧,由此减少流入压缩机71的空气A的流量,使流入机室72的整体的压缩空气Ac的流量逐渐减少。具体而言,在图3A~图3D所示的实施方式中,当接收到负载切断信号S时,燃烧控制装置1从时刻t0开始负载切断时的控制,如图3A所示,以一定的比例使整体的压缩空气Ac的流量减少。
因此,如图3A的虚线所示,流入燃烧器73的第一筒部73a的内部的燃烧用空气As的流量减少,但同时如图3B所示,抽气阀控制部2使抽气阀9的阀开度V随着时间的经过而朝向上述规定开度Vc增大(在图3B中以一定的比例增大阀开度)。因此,流入到燃烧器73的第一筒部73a的燃烧用空气As的流量由于整体的压缩空气Ac的流量的减少及抽气阀9成为打开状态引起的减少,从而如图3A的实线所示那样,与虚线的情况相比急剧减少。需要说明的是,在图3A中,抽气阀9的阀开度V在时刻t1达到规定开度Vc后,空气A向压缩机71的流入也减少,因此时刻t1~时刻t2之间的由实线所示的空气流量的减少比例(曲线图的倾斜度)与虚线相同。
另一方面,对于向燃烧器73的第一筒部73a的内部供给的燃料量,所供给的燃料量(燃料流量)越多则燃气轮机7的转速越高。因此,以负载切断信号接收部50接收负载切断信号S为契机,燃料控制部3如上述那样随着时间的经过而减少从主燃料系统8m向第一筒部73a的燃料流量,并且为了防止失火而如图3C所示那样随着时间的经过增加先导燃料流量Fp(在图3C中以一定的比例增大)。其结果是,如图3D的实线所示,在先导燃料系统8p中,通过燃料流量的增加、以及由抽气阀9的打开控制引起的燃烧用空气As的减少,如图3D的实线所示那样,火焰温度Tf随着时间的经过而逐渐上升。
更详细而言,在图3D中,到时刻t1为止,由于上述的两个主要原因,火焰温度Tf上升。在时刻t1,抽气阀9的阀开度V成为规定开度Vc(参照图3B),因此在之后的从时刻t1到时刻t2之间,仅由于上述先导燃料流量Fp的增大的作用而火焰温度Tf上升。因此,时刻t1之后的火焰温度Tf的增加比例(曲线图的倾斜度)变平缓。
通过这样的燃烧控制,火焰温度Tf比下限值L1高,避免失火。另外,燃料控制部3一边以火焰温度Tf不超过上限值Lu的方式监视火焰温度Tf,一边对燃料供给流量进行反馈控制,因此火焰温度Tf成为上限值Lu以下。需要说明的是,图3D的虚线表示使抽气阀9保持为关闭状态的情况,与使抽气阀9成为打开状态的情况相比燃料空气比较低,示出火焰温度Tf低于下限值L1的情况。
在图1~图3D所示的实施方式中,如图2所示,燃料控制部3具有:燃料流量决定部31,其决定向燃烧器73供给的燃料流量Gf,以使从温度取得部4输入的火焰温度Tf成为具有在上述上限值Lu与上述下限值Ll之间的任意值的设定温度(Ll≤设定温度≤Lu);以及燃料阀开度决定部32,其对燃料调整阀83进行控制,以供给由该燃料流量决定部31决定的燃料流量Gf。而且,抽气阀9的阀开度V被反馈并输入到温度取得部4,一边确认根据该抽气阀9的阀开度V等而变化的火焰温度Tf,一边控制燃料调整阀83(主燃料系统8m及先导燃料系统8p的燃料调整阀83)。
需要说明的是,在图1~图3D所示的实施方式中,如图2所示,燃烧控制装置1具备决定上述抽气阀9的规定开度Vc的规定开度决定部5,所决定的规定开度Vc存储于存储装置12。并且,抽气阀控制部2从存储装置12取得规定开度Vc。规定开度决定部5也可以将由操作者输入的值存储于存储装置12,也可以如后述那样在按照规定的逻辑决定后存储于存储装置12。另外,在该存储装置12中还存储有上述火焰温度Tf的上限值Lu及下限值Ll,上述燃料控制部3从存储装置12取得这些信息。
根据上述结构,燃气轮机7具备抽气配管及抽气阀9,该抽气配管及抽气阀9从机室72抽出由压缩机71产生的压缩空气Ac,从而能够减少燃烧用空气As向燃烧器73供给的供给量。在这样的燃气轮机7的负载切断时,在防止燃气轮机7的转速的过度上升及燃烧器73的失火时,进一步控制燃料调整阀及抽气阀9各自的阀开度,来控制向燃烧器73供给的燃料流量及燃烧用空气As量,以使燃烧器73内的火焰温度Tf收敛于由上限值Lu及下限值L1确定的规定的温度范围内。由此,能够防止燃气轮机7的转速的过度上升及失火,并且能够防止由火焰温度Tf的过度上升引起的设备的损伤。
接着,对推定火焰温度Tf的实施方式进行说明。
在几个实施方式中,如图2所示,温度取得部4也可以具有:空气流量计算部41,其构成为基于抽气阀9的阀开度V,计算向第一筒部73a的内部供给的燃烧用空气As的流量(上述空气供给流量Ga);以及温度计算部42,其构成为基于分别向第一筒部73a的内部供给的燃料的燃料流量Gf及空气供给流量Ga,计算火焰温度Tf的推定值。也就是说,考虑抽气阀9的阀开度V来计算火焰温度Tf的推定值。
此时,空气流量计算部41也可以预先理论上或者通过实验求出例如抽气阀9为全闭状态时的抽气配管9p中的抽气阀9的上游侧及下游侧各自的压力或压力差、抽气阀9的阀开度V、以及抽出的压缩空气Ac的量(以下,抽气流量Ge)的关系,并基于规定了该关系的函数,计算抽气阀9以任意的阀开度V打开时的空气供给流量Ga。即,将上述上游侧及下游侧的两个压力或压力差及抽气阀9的阀开度V代入上述函数并进行函数的运算,由此得到抽气流量Ge。另外,基于例如IGV71a的阀开度、大气压、大气温度等,计算在抽气阀9的全闭时从机室72向第一筒部73a供给的燃烧用空气As的流量(以下,通常时空气流量Gg)。该通常时空气流量Gg也可以使用差压式流量计测方法来计算。而且,也可以通过从该通常时空气流量Gg的计算结果减去抽气流量Ge来计算抽气阀9以任意的阀开度V成为打开状态时的空气供给流量Ga(Ga=Gg-Ge)。
另一方面,温度计算部42在计算火焰温度Tf的推定值时,除了向第一筒部73a的内部供给的燃料F的燃料流量Gf及空气供给流量Ga之外,还可以进一步考虑通过基于未图示的温度传感器的测定等所得到的机室72内的压缩空气Ac的温度(机室空气温度Tcs)。此外,也可以考虑燃料的低位发热量Hf。即,若将推定火焰温度Tf的推定函数设为f,则火焰温度Tf也可以通过Tf=f(Gf、Ga)、Tf=(Gf、Ga、Tcs)、Tf=(Gf、Ga、Tcs、Hf)中的任一个来计算,越增加考虑的要素则越能够实现推定精度的提高。
在图2所示的实施方式中,基于向第一筒部73a的内部供给的燃料流量Gf及空气供给流量Ga、机室空气温度Tcs、以及低位发热量Hf来计算火焰温度Tf的推定值。更具体而言,向空气流量计算部41输入通常时空气流量Gg以及抽气阀9的阀开度V,而输出空气供给流量Ga。另外,向温度计算部42输入由燃料控制部3计算出的燃料流量Gf、空气供给流量Ga、机室72内的机室空气温度Tcs、以及燃料的低位发热量Hf,而输出基于此计算出的火焰温度Tf的推定值。这样,通过考虑抽气阀9的阀开度V来计算空气供给流量Ga,能够更高精度地求出空气供给流量Ga,能够在无需实测的情况下高精度地推定火焰温度Tf。
需要说明的是,也可以在燃料箱86或其上游侧设置热量计(未图示),并实时地测定上述低位发热量Hf,在图2所示的实施方式中,将基于该热量计的低位发热量Hf的测定结果输入温度计算部42。
根据上述结构,温度取得部考虑抽气阀9的阀开度V来计算向燃烧器73的第一筒部73a的内部(燃烧空间)供给的燃烧用空气As(压缩空气Ac)的流量,并且基于该计算出的燃烧用空气As的流量和燃料流量来推定火焰温度Tf。通过像这样考虑抽气阀的阀开度,能够更高精度地求出燃烧用空气As的流量,能够在无需实测的情况下高精度地推定火焰温度Tf。
接着,使用图4A~图5对在负载切断时由抽气阀控制部2对抽气阀9设定的上述规定开度Vc的决定方法进行说明。图4A是示出本发明的一个实施方式的抽气阀控制部2的功能的框图,基于燃气轮机7的负载来控制抽气阀9。图4B是示出本发明的一个实施方式的抽气阀控制部2的功能的框图,基于火焰温度Tf来控制抽气阀9。图5是示出本发明的一个实施方式的抽气阀控制部2的功能的框图,基于负载切断时的主喷嘴的使用根数来控制抽气阀9。
在几个实施方式中,上述规定开度Vc可以是全开。在此,阀存在即使打开至某阀开度以上,流量的变化也极小而几乎不变化的区域。因此,上述全开不仅包含100%打开的情况,也可以包含比100%小的阀开度,且能够得到与100%打开时同样的结果的阀开度。由此,能够使基于抽气阀9的燃料空气比的增大最大化。因此,能够实现为了防止失火而供给的燃料量的最小化,能够实现燃料效率的提高。
在此,火焰温度Tf与燃气轮机7的负载(输出。以下相同)存在相关性,通常在燃气轮机7的负载低的情况下,火焰温度Tf也低,相反,在负载高的情况下,火焰温度Tf也变高。在例如上述负载低的情况下,由于火焰温度Tf原本较低,因此即使将抽气阀9全开等而减少燃烧用空气As向燃烧器73供给的供给量,也容易控制成不超过火焰温度Tf的上限值Lu,但在上述负载高的情况下,由于火焰温度Tf原本较高,因此若将抽气阀9全开等,则容易使火焰温度Tf过度上升,可以预想到有时难以通过燃料调整阀83的控制将火焰温度Tf收敛于规定范围内。
因此,在几个实施方式中,如图4A~图4B所示,上述抽气阀9的规定开度Vc也可以基于正要接收到负载切断信号S之前等接收时的燃气轮机7的负载指标值Ld(负载值、输出值等)或上述火焰温度Tf来决定。其结果是,上述规定开度Vc被决定为全开、中间开度等。例如,也可以在接收负载切断信号S之前事先监视负载指标值Ld或者火焰温度Tf,并在接收到负载切断信号S时,基于该接收之前的负载指标值Ld或火焰温度Tf来决定规定开度Vc。
在图4A~图4B所示的实施方式中,上述规定开度决定部5还具备第一决定部51,该第一决定部51基于接收负载切断信号S时的燃气轮机7的负载指标值Ld(图4A)或火焰温度Tf(图4B)来决定抽气阀9的上述规定开度Vc。在图4A所示的实施方式中,燃烧控制装置1还具备负载指标值取得部52,该负载指标值取得部52构成为取得接收负载切断信号S时的燃气轮机7的负载指标值Ld。而且,上述第一决定部51基于由该负载指标值取得部52取得的负载指标值Ld来决定抽气阀9的上述规定开度Vc。另一方面,在图4B所示的实施方式中,上述第一决定部51从上述温度取得部4取得火焰温度Tf,并基于所取得的火焰温度Tf来决定抽气阀9的上述规定开度Vc。例如,规定开度决定部5也可以使用预先确定了任意的负载指标值Ld或任意的火焰温度Tf和与其相对应的阀开度的对应关系的函数等,取得与所取得的负载指标值Ld或火焰温度Tf对应的阀开度,并将所取得的阀开度作为规定开度Vc。
根据上述结构,基于负载切断时的燃气轮机7的负载指标值Ld或火焰温度Tf来决定抽气阀9的规定开度Vc。由此,在将抽气阀9设定为规定开度Vc之后,能够更可靠地防止由于燃料调整阀83的控制而火焰温度Tf超过上限值Lu。另外,在推定火焰温度Tf的情况下,能够事先进行火焰温度Tf推移地较高的情况等的预测,在这种情况下能够使抽气阀9成为中间开度等。
另外,在负载切断时,根据燃烧振动的产生状况等设备的特性,有可能改变主燃料系统8m的燃料喷嘴81(以下为主喷嘴)的使用根数(例如:从八根变更为三根)。若改变主喷嘴的使用根数,则在主燃料系统8m中使用的主喷嘴的每一根的燃料流量会改变,因此火焰温度Tf也可能变化。例如,如图1所示,在主A系统8C连接有五根主喷嘴,在主B系统8D连接有三根主喷嘴。在这样的情况下,在接收负载切断信号S之前,从通过来自主A系统8C及主B系统8D的燃料供给而使用合计八根主喷嘴进行运转时起,在接收负载切断信号S之后例如停止来自主A系统8C的燃料供给而仅从主B系统8D进行燃料供给,由此主喷嘴的使用根数合计为三根等,使用根数能够改变。
因此,在几个实施方式中,如图5所示,抽气阀控制部2也可以取得接收负载切断信号S后使用的主喷嘴的使用根数,并基于所取得的使用根数来决定抽气阀9的上述规定开度Vc。例如,在使用根数为八根的情况下,在将抽气阀9设为例如全开等的高开度时,通过将使用根数减少为五根或者三根而使燃料更集中于所使用的各个主喷嘴,在该情况下,主喷嘴的每一根的燃料增大。因此,也可以通过使抽气阀9的规定开度Vc比使用根数更多的情况小来进一步减小每一根的燃料空气比,从而使得火焰温度Tf进一步降低而不会超过上限值Lu。
在图5所示的实施方式中,上述规定开度决定部5具有:喷嘴数取得部53,其构成为取得在接收到负载切断信号S之后使用的主燃料系统8m的燃料喷嘴81的使用根数;以及第二决定部54,其构成为基于由该喷嘴数取得部53取得的上述使用根数来决定抽气阀9的上述规定开度Vc。
根据上述结构,在从主燃料系统8m使用多个燃料喷嘴81(主喷嘴)向燃烧器73供给燃料F的情况下,基于在负载切断时使用的主喷嘴的根数来决定抽气阀9的规定开度Vc。例如,如果主喷嘴的使用根数为八根,则在使抽气阀9的规定开度Vc为全开等相对较高开度的情况下,使主喷嘴减少为三根、五根而使燃料F集中,这样,主喷嘴的每一根的燃料F增大,因此使抽气阀9的规定开度Vc更小。由此,能够更可靠地防止火焰温度Tf超过上限值Lu。
接着,使用图6对与燃料控制部3相关的实施方式进行说明。图6是示出本发明的一个实施方式的燃料控制部3的功能的框图。
已经对基于负载指标值Ld等来决定抽气阀9的规定开度Vc的实施方式进行了说明,但在几个实施方式中,如图6所示,也可以基于负载指标值Ld来决定先导燃料系统8p的燃料调整阀的阀开度。如上所述,通常在燃烧器73连接有先导燃料系统8p及主燃料系统8m。而且,负载切断时的燃料F向燃烧器73的供给被控制为,整体上减少燃料F的供给量,其中,降低来自主燃料系统的供给,并增加来自先导燃料系统8p的供给。因此,燃料控制部3对先导燃料系统8p的燃料调整阀(81A或81B)执行基于负载指标值Ld的控制。
在图6所示的实施方式中,燃烧控制装置1具备上述负载指标值取得部52。而且,燃料控制部3具有:基准开度决定部31a,其构成为在通过上述的负载切断信号接收部50接收到负载切断信号S时,根据燃气轮机7的运转状态来决定先导燃料系统8p的燃料调整阀83的基准开度Vb;以及开度校正部31b,其构成为在燃气轮机7的负载指标值Ld比额定负载等额定时的负载指标值Ld(额定负载指标值)低的低负载时,对基准开度Vb加上附加开度Vp。也就是说,通过在低负载时对基准开度Vb加上附加开度Vp而使燃料流量与低负载时相比增加,从而使燃料空气比增加,由此使得更不会发生失火。
根据上述结构,在负载切断时燃气轮机7的运转状态为低负载的情况下,使先导燃料系统8p的燃料调整阀的阀开度比额定负载、高负载时大,从而使供给的燃料流量更多。在负载切断时燃气轮机7的运转状态为低负载的情况下,上述燃料调整阀83的阀开度为低开度的状态,因此燃料空气比较低,火焰温度Tf低。因此,在以低负载状态进行负载切断的情况下,通过进一步增大先导燃料系统8p的燃料调整阀83的燃料流量,能够提高火焰温度Tf的上升的响应性,能够使火焰温度Tf不低于下限值Ll等,能够更可靠地防止失火。
以下,使用图7对与上述燃烧控制装置1进行的处理对应的燃烧控制方法进行说明。图7是示出本发明的一个实施方式的燃气轮机7的燃烧控制方法的图。
如图7所示,燃气轮机7的燃烧控制方法(以下简称为燃烧控制方法)包括:对上述抽气阀9的阀开度V进行控制的抽气阀控制步骤;对上述燃料调整阀83进行控制的燃料控制步骤;以及取得上述火焰的火焰温度Tf的温度取得步骤。这些抽气阀控制步骤(S1)、燃料控制步骤(S2)、以及温度取得步骤(S3)分别与已经说明的抽气阀控制部2、燃料控制部3、以及温度取得部4执行的处理内容相同,因此省略详细说明。
在图7所示的实施方式中,在步骤S0中,接收负载切断信号S。之后,在步骤S1中,执行抽气阀控制步骤,将抽气阀9的阀开度V从关闭状态控制为规定开度Vc的打开状态。在步骤S2中,执行温度取得步骤,计算火焰温度Tf的推定值。在步骤S3中,执行燃料控制步骤,通过反馈控制来控制燃料调整阀83,以使上述火焰温度Tf收敛于由上限值Lu及下限值L1确定的规定的温度范围内。
例如,步骤S2和步骤S3的顺序也可以相反。即,例如,也可以首先决定燃气轮机7的转速成为转速阈值的燃料流量以下的燃料流量,在将该燃料流量向燃烧器73供给之后,取得火焰温度Tf,并控制燃料流量。或者,也可以先推定使抽气阀9的阀开度V成为规定开度Vc时的火焰温度Tf,之后,基于该火焰温度Tf来控制燃料流量。
另外,在几个实施方式中,燃烧控制方法还可以进一步包括决定上述规定开度Vc的规定开度决定步骤。规定开度决定步骤与已经说明的规定开度决定部5执行的处理内容相同,因此省略详细说明。如图7所示,规定开度决定步骤也可以在图7的步骤S0与步骤S1之间的步骤S01中执行。
本发明并不限定于上述的实施方式,也包括对上述实施方式施加变形而得的方式、将这些方式适当组合而得的方式。例如,也可以基于负载指标值Ld或火焰温度Tf、以及主喷嘴的使用根数来决定上述规定开度Vc。
(附注)
(1)本发明的至少一个实施方式的燃气轮机(7)的燃烧控制装置(1)是将流入机室(72)内的由压缩机(71)产生的压缩空气(Ac)向燃烧器(73)供给的燃气轮机(7)的燃烧控制装置(1),其中,
所述燃气轮机(7)的燃烧控制装置(1)具备:
抽气阀控制部(2),其构成为对设置于抽气配管(9p)的抽气阀(9)进行控制,所述抽气配管(9p)将流入所述机室(72)内的所述压缩空气(Ac)的一部分以不用作所述燃烧器(73)中的燃烧用空气(As)的方式抽出;
燃料控制部(3),其构成为对燃料调整阀(83)进行控制,所述燃料调整阀(83)对向所述燃烧器(73)供给的燃料(F)的燃料流量进行调整;以及
温度取得部(4),其构成为取得所述燃烧器(73)内的通过所述燃料(F)的燃烧产生的火焰的火焰温度(Tf),
在接收到从所述燃气轮机(7)断开负载的负载切断信号(S)时,所述抽气阀控制部(2)将所述抽气阀(9)的阀开度从关闭状态控制为规定开度(Vc)的打开状态,所述燃料控制部(3)对所述燃料调整阀(83)进行控制,以使所取得的所述火焰温度(Tf)收敛于由上限值(Lu)和下限值(Ll)确定的规定的温度范围内。
根据上述(1)的结构,燃气轮机(7)具备抽气配管(9p)及抽气阀(9),所述抽气配管(9p)及抽气阀(9)通过从机室(72)抽出由压缩机(71)产生的压缩空气(Ac)而能够减少燃烧用空气(As)向燃烧器(73)供给的供给量。在这样的燃气轮机(7)的负载切断时,燃烧控制装置(1)执行燃烧控制以使得防止以往那样燃气轮机(7)的转速的过度上升(超过OST规定值的110%的上升等)及燃烧器(73)的失火,此外,控制燃料调整阀(83)及抽气阀(9)各自的阀开度来抑制向燃烧器(73)供给的燃料流量及燃烧用空气(As)的流量,以使燃烧器(73)内的火焰温度(Tf)收敛于由上限值(Lu)及下限值(Ll)确定的规定的温度范围内。
供给的燃料量(燃料流量)越多,则燃气轮机(7)的转速越高,且燃料空气比越高,则火焰温度(Tf)越高。因此,当在负载切断时使抽气阀(9)从关闭状态变为打开状态时,一部分的压缩空气(Ac)从机室(72)绕过燃烧器(73)(后述的第一筒部(73a))流动,因此从机室(72)向燃烧器(73)供给的燃烧用空气(As)的量减少,燃料空气比上升。也就是说,通过在负载切断时使抽气阀(9)成为打开状态,从而即使不增加燃料流量也能够使火焰温度(Tf)上升。这样,通过将燃烧器(73)中的火焰温度(Tf)的上限值(Lu)设定为能够防止例如由燃气轮机(7)的火焰引起的损伤的温度,将下限值(L1)设置为能够防止火焰的失火的温度,以对火焰温度(Tf)收敛于该温度范围内的方式供给的燃料流量及空气量(空气流量)进行控制,从而能够防止燃气轮机(7)的转速的过度上升及失火,并且能够防止由火焰温度(Tf)的过度上升引起的设备的损伤。
(2)在几个实施方式中,在上述(1)的结构的基础上,
所述燃烧器(73)具有将所述燃料和所述压缩空气(Ac)燃烧而生成燃烧气体的第一筒部(73a),
所述温度取得部(4)具有:
空气流量计算部(41),其构成为基于所述抽气阀(9)的阀开度,计算向所述第一筒部(73a)的内部供给的所述燃烧用空气(As)的流量;以及,
温度计算部(42),其构成为基于分别向所述第一筒部(73a)的内部供给的所述燃料的燃料流量及所述燃烧用空气(As)的流量,计算所述火焰温度(Tf)的推定值。
根据上述(2)的结构,温度取得部(4)考虑抽气阀(9)的阀开度来计算向燃烧器(73)的第一筒部(73a)(例如内筒)的内部(燃烧空间)供给的燃烧用空气(As)(压缩空气(Ac))的流量,并且基于该计算出的燃烧用空气(As)的流量和燃料流量来推定火焰温度(Tf)。这样,通过考虑抽气阀(9)的阀开度,能够更高精度地求出燃烧用空气(As)的流量,能够在无需实测的情况下高精度地推定火焰温度(Tf)。
(3)在几个实施方式中,在上述(1)~(2)的结构的基础上,
所述燃气轮机(7)的燃烧控制装置(1)还具备决定所述规定开度(Vc)的规定开度决定部(5),
所述规定开度决定部(5)具有第一决定部(51),所述第一决定部(51)基于接收到所述负载切断信号(S)时的所述燃气轮机(7)的负载指标值(Ld)或所述火焰温度(Tf),决定所述抽气阀(9)的所述规定开度(Vc)。
根据上述(3)的结构,基于负载切断时的燃气轮机(7)的负载指标值(Ld)或火焰温度(Tf)来决定抽气阀(9)的规定开度(Vc)。火焰温度(Tf)与燃气轮机(7)的负载存在相关性,通常,在燃气轮机(7)的负载(输出)低的情况下,火焰温度(Tf)也低,相反,在负载高的情况下,火焰温度(Tf)也变高。例如在上述负载低的情况下,由于火焰温度(Tf)原本较低,因此即使将抽气阀(9)全开等减少燃烧用空气(As)向燃烧器(73)供给的供给量,也容易控制成不超过火焰温度(Tf)的上限值(Lu),但在上述负载高的情况下,由于火焰温度(Tf)原本较高,因此若将抽气阀(9)全开等,则容易使火焰温度(Tf)过度上升,可以预想到有时难以通过燃料调整阀(83)的控制将火焰温度(Tf)收敛于规定范围内。
因此,通过基于接收负载切断信号(S)时(接收之前等)的燃气轮机(7)的负载指标值(Ld)或火焰温度(Tf)来将抽气阀(9)的阀开度控制为全开、不足全开的中间开度,从而在将抽气阀(9)设定为规定开度(Vc)之后,能够更可靠地防止基于燃料调整阀(83)的控制的火焰温度(Tf)超过上限值(Lu)。另外,在推定火焰温度(Tf)的情况下,能够事先进行火焰温度(Tf)推移地较高的情况等的预测,在这种情况下能够使抽气阀(9)成为中间开度等。
(4)在几个实施方式中,在上述(3)的结构的基础上,
在所述燃烧器(73)连接有包括先导燃料系统(8p)在内的多个燃料系统(8),
所述燃料控制部(3)具有:
基准开度决定部(31a),其构成为在接收到所述负载切断信号(S)时,根据所述燃气轮机(7)的运转状态来决定所述先导燃料系统(8p)的所述燃料调整阀(83)的基准开度(Vb);以及
开度校正部(31b),其构成为在接收到所述负载切断信号(S)时的所述燃气轮机(7)的所述负载指标值(Ld)比额定负载指标值低的低负载时,对所述基准开度(Vb)加上附加开度(Vp)。
通常,在燃烧器(73)连接有用于实现火焰的稳定化的先导燃料系统(8p)、以及根据燃气轮机(7)的输出供给预混合燃料的主力的主燃料系统(8m)。而且,负载切断时的燃料向燃烧器(73)的供给被控制为,整体上减少燃料的供给量,其中,降低来自主燃料系统(8m)的供给,并增加来自先导燃料系统(8p)的供给。
根据上述(4)的结构,在负载切断时燃气轮机(7)的运转状态为低负载的情况下,使先导燃料系统(8p)的燃料调整阀(83)的阀开度比额定负载、高负载时大,使供给的燃料流量更多。在负载切断时燃气轮机(7)的运转状态为低负载的情况下,由于上述燃料调整阀(83)的阀开度为低开度的状态,因此燃料空气比较低,火焰温度(Tf)低。因此,在以低负载状态进行负载切断的情况下,通过进一步增大先导燃料系统(8p)的燃料调整阀(83)的燃料流量,能够提高火焰温度(Tf)的上升的响应性,能够使火焰温度(Tf)不低于下限值(L1)等,能够更可靠地防止失火。
(5)在几个实施方式中,在上述(1)~(4)的结构的基础上,
在所述燃烧器(73)连接有包括主燃料系统(8m)在内的多个燃料系统(8),所述主燃料系统(8m)使用多个燃料喷嘴(81)将所述燃料与所述燃烧用空气(As)的预混合燃料的对应于所述燃气轮机(7)的负载的流量向所述燃烧器(73)供给,
所述燃气轮机(7)的燃烧控制装置(1)还具备决定所述规定开度(Vc)的规定开度决定部(5),
所述规定开度决定部(5)具有:
喷嘴数取得部,其构成为取得在接收到所述负载切断信号(S)后使用的所述主燃料系统(8m)的所述燃料喷嘴(81)的使用根数;以及
第二决定部,其构成为基于所述使用根数,决定所述抽气阀(9)的所述规定开度(Vc)。
在负载切断时,根据燃烧振动的产生状况等设备的特性,有可能改变主燃料系统(8m)的燃料喷嘴(81)(主喷嘴)的使用根数(例如从八根变更为三根)。若改变主喷嘴的使用根数,则在主燃料系统(8m)中使用的主喷嘴的每一根的燃料流量会改变,因此火焰温度(Tf)也会变化。
根据上述(5)的结构,在从主燃料系统(8m)使用多个燃料喷嘴(81)(主喷嘴)向燃烧器(73)供给燃料的情况下,基于在负载切断时使用的主喷嘴的根数,来决定抽气阀(9)的规定开度(Vc)。例如,如果主喷嘴的使用根数为八根,则在使抽气阀(9)的规定开度(Vc)为全开等相对较高开度的情况下,在使主喷嘴减少为三根、五根而使燃料集中的情况下,主喷嘴的每一根的燃料增大,因此使抽气阀(9)的规定开度(Vc)更小。由此,能够更可靠地防止火焰温度(Tf)超过上限值(Lu)。
(6)在几个实施方式中,在上述(1)~(2)的结构的基础上,
所述规定开度(Vc)为全开。
根据上述(6)的结构,在负载切断时,使抽气阀(9)的阀开度为全开。由此,能够使基于抽气阀(9)的燃料空气比的增大最大化。因此,能够实现为了防止失火而供给的燃料量的最小化,能够实现燃料效率的提高。
(7)在几个实施方式中,在上述(1)~(6)的结构的基础上,
所述上限值(Lu)是能够防止所述燃气轮机(7)的由所述火焰引起的损伤的温度,
所述下限值(Ll)是能够防止所述火焰的失火的温度。
根据上述(7)的结构,如上所述,通过确定火焰温度(Tf)的上限值(Lu)及下限值(Ll),由此在负载切断时,能够防止燃气轮机(7)的损伤及失火。
(8)本发明的至少一个实施方式的燃气轮机(7)的燃烧控制方法是将流入机室(72)内的由压缩机(71)产生的压缩空气(Ac)向燃烧器(73)供给的燃气轮机(7)的燃烧控制方法,其中,
所述燃气轮机(7)的燃烧控制方法包括:
抽气阀(9)控制步骤,在该抽气阀(9)控制步骤中,对设置于抽气配管(9p)的抽气阀(9)进行控制,所述抽气配管(9p)将流入所述机室(72)内的所述压缩空气(Ac)的一部分以不用作所述燃烧器(73)中的燃烧用空气(As)的方式抽出;
燃料控制步骤,在该燃料控制步骤中,对燃料调整阀(83)进行控制,所述燃料调整阀(83)对向所述燃烧器(73)供给的燃料的燃料流量进行调整;以及
温度取得步骤,在该温度取得步骤中,取得所述燃烧器(73)内的通过所述燃料的燃烧产生的火焰的火焰温度(Tf),
在接收到从所述燃气轮机(7)断开负载的负载切断信号(S)时,在所述抽气阀(9)控制步骤中,将所述抽气阀(9)的阀开度从关闭状态控制为规定开度(Vc)的打开状态,在所述燃料控制步骤中,对所述燃料调整阀(83)进行控制,以使所取得的所述火焰温度(Tf)收敛于由上限值(Lu)及下限值(L1)确定的规定的温度范围内。
根据上述(8)的结构,实现与上述(1)相同的效果。
(9)本发明的至少一个实施方式的燃气轮机(7)的燃烧控制程序(10)是将流入机室(72)内的由压缩机(71)产生的压缩空气(Ac)向燃烧器(73)供给的燃气轮机(7)的燃烧控制程序(10),其中,
所述程序(10)使计算机实现如下功能部:
抽气阀控制部(2),其构成为对设置于抽气配管(9p)的抽气阀(9)进行控制,所述抽气配管(9p)将流入所述机室(72)内的所述压缩空气(Ac)的一部分以不用作所述燃烧器(73)中的燃烧用空气(As)的方式抽出;
燃料控制部(3),其构成为对燃料调整阀(83)进行控制,所述燃料调整阀(83)对向所述燃烧器(73)供给的燃料的燃料流量进行控制;以及
温度取得部(4),其构成为取得所述燃烧器(73)内的通过所述燃料的燃烧产生的火焰的火焰温度(Tf),
所述程序(10)使所述计算机实现如下控制:
在接收到从所述燃气轮机(7)断开负载的负载切断信号(S)时,所述抽气阀控制部(2)将所述抽气阀(9)的阀开度从关闭状态控制为规定开度(Vc)的打开状态,所述燃料控制部(3)对所述燃料调整阀(83)进行控制,以使所取得的所述火焰温度(Tf)收敛于由上限值(Lu)和下限值(L1)确定的规定的温度范围内。
根据上述(9)的结构,实现与上述(1)相同的效果。
附图标记说明:
1...燃烧控制装置;
10...燃烧控制程序;
11...处理器;
12...存储装置;
2...抽气阀控制部;
3...燃料控制部;
31...燃料流量决定部;
31a...基准开度决定部;
31b...开度校正部;
32...燃料阀开度决定部;
4...温度取得部;
41...空气流量计算部;
42...温度计算部;
50...负载切断信号接收部;
5...规定开度决定部;
51...第一决定部;
52...负载指标值取得部;
53...喷嘴数取得部;
54...第二决定部;
6...燃气轮机设备;
61...发电机;
62...空气入口系统;
63...废弃系统;
64...冷却配管;
7...燃气轮机;
71...压缩机;
71a...入口引导叶片;
72...机室;
73...燃烧器;
73a...第一筒部;
73b...第二筒部;
74...涡轮机;
75...转子;
8...燃料系统;
8m...主燃料系统;
8p...先导燃料系统;
8A...扩散先导系统;
8B...预混先导系统;
8C...主A系统;
8D...主B系统;
8E...顶帽系统;
81...燃料喷嘴;
82A...扩散先导用歧管;
82B...预混先导用歧管;
82C...主A用歧管;
82D...主B用歧管;
82E...顶帽用歧管;
83...燃料调整阀;
83A...燃料调整阀(扩散先导系统);
83B...燃料调整阀(预混先导系统);
83C...燃料调整阀(主A系统);
83D...燃料调整阀(主B系统);
83E...燃料调整阀(顶帽系统);
86...燃料箱;
87...压力系统;
88...燃料压力调整阀(用于控制燃料供给压力);
9...抽气阀;
9p...抽气配管;
Tf...火焰温度;
Ll...火焰温度的下限值;
Lu...火焰温度的上限值;
S...负载切断信号;
A...空气;
Ac...压缩空气;
As...燃烧用空气(压缩空气);
E...燃烧气体;
F...燃料(燃料气体);
Fp...先导燃料流量;
Ga...空气供给流量;
Ge...抽气流量;
Gf...燃料流量;
Gg...通常时空气流量;
Hf...低位发热量;
Tcs...机室空气温度;
V...抽气阀的阀开度;
Vc...规定开度;
Vb...基准开度;
Vp...附加开度;
Ld...负载指标值。

Claims (9)

1.一种燃气轮机的燃烧控制装置,其是将流入机室内的由压缩机产生的压缩空气向燃烧器供给的燃气轮机的燃烧控制装置,其中,
所述燃气轮机的燃烧控制装置具备:
抽气阀控制部,其构成为对设置于抽气配管的抽气阀进行控制,所述抽气配管将流入所述机室内的所述压缩空气的一部分以不用作所述燃烧器中的燃烧用空气的方式抽出;
燃料控制部,其构成为对燃料调整阀进行控制,所述燃料调整阀对向所述燃烧器供给的燃料的燃料流量进行调整;以及
温度取得部,其构成为取得所述燃烧器内的通过所述燃料的燃烧产生的火焰的火焰温度,
在接收到从所述燃气轮机断开负载的负载切断信号时,所述抽气阀控制部将所述抽气阀的阀开度从关闭状态控制为规定开度的打开状态,所述燃料控制部对所述燃料调整阀进行控制,以使所取得的所述火焰温度收敛于由上限值及下限值确定的规定的温度范围内。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机的燃烧控制装置,其中,
所述燃烧器具有将所述燃料和所述压缩空气燃烧而生成燃烧气体的第一筒部,
所述温度取得部具有:
空气流量计算部,其构成为基于所述抽气阀的阀开度,计算向所述第一筒部的内部供给的所述燃烧用空气的流量;以及
温度计算部,其构成为基于分别向所述第一筒部的内部供给的所述燃料的燃料流量及所述燃烧用空气的流量,计算所述火焰温度的推定值。
3.根据权利要求1或2所述的燃气轮机的燃烧控制装置,其中,
所述燃气轮机的燃烧控制装置还具备决定所述规定开度的规定开度决定部,
所述规定开度决定部具有第一决定部,所述第一决定部基于接收到所述负载切断信号时的所述燃气轮机的负载指标值或所述火焰温度,决定所述抽气阀的所述规定开度。
4.根据权利要求3所述的燃气轮机的燃烧控制装置,其中,
在所述燃烧器连接有包括先导燃料系统在内的多个燃料系统,
所述燃料控制部具有:
基准开度决定部,其构成为在接收到所述负载切断信号时,根据所述燃气轮机的运转状态来决定所述先导燃料系统的所述燃料调整阀的基准开度;以及
开度校正部,其构成为在接收到所述负载切断信号时的所述燃气轮机的所述负载指标值比额定负载指标值低的低负载时,对所述基准开度加上附加开度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃气轮机的燃烧控制装置,其中,
在所述燃烧器连接有包括主燃料系统在内的多个燃料系统,所述主燃料系统使用多个燃料喷嘴将所述燃料与所述燃烧用空气的预混合燃料的对应于所述燃气轮机的负载的流量向所述燃烧器供给,
所述燃气轮机的燃烧控制装置还具备决定所述规定开度的规定开度决定部,
所述规定开度决定部具有:
喷嘴数取得部,其构成为取得在接收到所述负载切断信号后使用的所述主燃料系统的所述燃料喷嘴的使用根数;以及
第二决定部,其构成为基于所述使用根数,决定所述抽气阀的所述规定开度。
6.根据权利要求1或2所述的燃气轮机的燃烧控制装置,其中,
所述规定开度为全开。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃气轮机的燃烧控制装置,其中,
所述上限值是能够防止所述燃气轮机的由所述火焰引起的损伤的温度,
所述下限值是能够防止所述火焰的失火的温度。
8.一种燃气轮机的燃烧控制方法,其是将流入机室内的由压缩机产生的压缩空气向燃烧器供给的燃气轮机的燃烧控制方法,其中,
所述燃气轮机的燃烧控制方法包括:
抽气阀控制步骤,在该抽气阀控制步骤中,对设置于抽气配管的抽气阀进行控制,所述抽气配管将流入所述机室内的所述压缩空气的一部分以不用作所述燃烧器中的燃烧用空气的方式抽出;
燃料控制步骤,在该燃料控制步骤中,对燃料调整阀进行控制,所述燃料调整阀对向所述燃烧器供给的燃料的燃料流量进行调整;以及
温度取得步骤,在该温度取得步骤中,取得所述燃烧器内的通过所述燃料的燃烧产生的火焰的火焰温度,
在接收到从所述燃气轮机断开负载的负载切断信号时,在所述抽气阀控制步骤中,将所述抽气阀的阀开度从关闭状态控制为规定开度的打开状态,在所述燃料控制步骤中,对所述燃料调整阀进行控制,以使所取得的所述火焰温度收敛于由上限值及下限值确定的规定的温度范围内。
9.一种程序,其是将流入机室内的由压缩机产生的压缩空气向燃烧器供给的燃气轮机的燃烧控制程序,其中,
所述程序使计算机实现如下功能部:
抽气阀控制部,其构成为对设置于抽气配管的抽气阀进行控制,所述抽气配管将流入所述机室内的所述压缩空气的一部分以不用作所述燃烧器中的燃烧用空气的方式抽出;
燃料控制部,其构成为对燃料调整阀进行控制,所述燃料调整阀对向所述燃烧器供给的燃料的燃料流量进行调整;以及
温度取得部,其构成为取得所述燃烧器内的通过所述燃料的燃烧产生的火焰的火焰温度,
所述程序使所述计算机实现如下控制:
在接收到从所述燃气轮机断开负载的负载切断信号时,所述抽气阀控制部将所述抽气阀的阀开度从关闭状态控制为规定开度的打开状态,所述燃料控制部对所述燃料调整阀进行控制,以使所取得的所述火焰温度收敛于由上限值及下限值确定的规定的温度范围内。
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