DE112020002338T5

DE112020002338T5 - Vorrichtung zur verbrennungssteuerung für gasturbine, verfahren zur verbrennungssteuerung und programm

Info

Publication number: DE112020002338T5
Application number: DE112020002338.9T
Authority: DE
Inventors: Kazushige TAKAKI; Makoto Kishi; Takahiko Sakaki; Kotaro Miyauchi
Original assignee: Mitsubishi Power Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-08-22
Filing date: 2020-08-06
Publication date: 2022-01-27
Also published as: WO2021033559A1; CN113874612A; KR20210145807A; JP7252861B2; US20220228532A1; CN113874612B; TWI761905B; TW202113222A; JP2021032121A; US11920523B2

Abstract

Eine Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung ist eine Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung für eine Gasturbine zum Zuführen von verdichteter Luft, die von einem Verdichter verdichtet wurde und die in ein Gehäuse einströmt, zu einer Brennkammer, wobei die Vorrichtung eine Zapfventil-Steuereinheit zum Steuern eines Zapfventils, das an einem Zapfrohr zum Ausführen einer Entlüftung angeordnet ist, umfasst, so dass ein Teil der verdichteten Luft, die in das Gehäuse einströmt, nicht als Verbrennungsluft in der Brennkammer verwendet wird, eine Brennstoff-Steuereinheit zum Steuern eines Brennstoffregulierventils zum Regulieren einer Strömungsrate von Brennstoff, der der Brennkammer zugeführt wird, und eine Temperaturerfassungseinheit zum Erfassen einer Flammentemperatur einer Flamme, die durch die Verbrennung des Brennstoffs in der Brennkammer erzeugt wird. Bei Empfang eines Lastabschaltsignals zum Abschalten einer Last von der Gasturbine steuert die Zapfventil-Steuereinheit einen Ventilöffnungsgrad des Zapfventils von einem geschlossenen Zustand zu einem offenen Zustand mit einem vorbestimmten Öffnungsgrad, und die Brennstoff-Steuereinheit steuert das Brennstoffregulierventil derart, dass die erfasste Flammentemperatur in einem vorbestimmten Temperaturbereich liegt, der durch einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert definiert ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft die Verbrennungssteuerung für eine Gasturbine bei einer Lastabschaltung.
HINTERGRUND
Bei einer Gasturbinenanlage zur Stromerzeugung kann während eines Lastbetriebs eine Lastabschaltung (engl.: „load rejection“) ausgeführt werden, bei der eine Last abgeschaltet wird. Ein Betrieb nach der Lastabschaltung wird als erfolgreich angesehen, wenn in einer Brennkammer eine Flamme nicht erlischt (engl.: „flame off“) und eine Drehzahl einer Gasturbine beispielsweise nicht größer als 110% eines vorbestimmten Wertes einer Überdrehzahlabschaltung (im Folgenden als OST (engl.: „overspeed trip“) bezeichnet) ist. Um den Betrieb nach der Lastabschaltung erfolgreich zu gestalten, muss ein Erlöschen der Flamme verhindert werden, indem das Luft-Brennstoff-Verhältnis erhöht wird, beispielsweise durch Zuführen von mehr Brennstoff. Die oben beschriebene Drehzahl wird jedoch gemäß der Zufuhrmenge des Brennstoffs erhöht, wodurch die Möglichkeit eines OST erhöht wird. Obwohl OST zuverlässig vermieden wird, wenn die Zufuhrmenge des Brennstoffs abnimmt, kommt es zu einem Erlöschen der Flamme, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis aufgrund der geringen Zufuhrmenge des Brennstoffs zu niedrig ist, was die Gasturbine anhalten kann.
Beispielsweise offenbart Patentdokument 1 eine Verhinderung einer Drehzahlabnahme einer Gasturbine durch Steuern eines Öffnungsgrads einer Einlassleitschaufel (IGV; engl.: „inlet guide vane“)) und eines Ventilöffnungsgrads eines Zapf- oder Ablaßventils zur Entlüftung verdichteter Luft aus einem Verdichter bei einer Lastabschaltung. Des Weiteren offenbart Patentdokument 2, dass bei einer Lastabschaltung eine Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung eine Einspritzmenge (Brennstoffzufuhr-Strömungsrate) aus einer Brennstoffdüse einer Brennkammer auf einen Wert nicht über einen Schwellenwert steuert, um zu verhindern, dass die Drehzahl der Gasturbine 110% des vorbestimmten OST-Wertes übersteigt, und ein Umgehungsventil (Zapf- oder Ablaßventil) an einem Zapfrohr zur Entnahme oder zum Ablassen von verdichteter Luft aus einem Gehäuse von einem geschlossenen Zustand in einen offenen Zustand steuert. Da die Menge der verdichteten Luft, die der Brennstoffdüse zugeführt wird (Luftzufuhr-Strömungsrate), durch die bei der Lastabschaltung ausgeführte Entnahme der verdichteten Luft aus dem Gehäuse verringert wird, kann das Luft-Brennstoff-Verhältnis in der Brennkammer erhöht werden, ohne die Brennstoffzufuhr-Strömungsrate in der Brennkammer zu erhöhen. Daher kann das Erlöschen der Flamme verhindert werden, indem das Luft-Brennstoff-Verhältnis erhöht wird, ohne unnötig Brennstoff zu verbrauchen, während das Auftreten von OST verhindert wird, indem Brennstoff in einer Menge zugeführt wird, die kein OST verursacht. Das Patentdokument 3 offenbart ein Schätzverfahren für eine Flammentemperatur auf der Basis von einem Betriebszustand einer Gasturbine.
Zitierliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: JP5147766B
Patentdokument 2: JP2017-106324A
Patentdokument 3: JP2018-178803A

ZUSAMMENFASSUNG
Technisches Problem
Wie oben beschrieben ist, bei einer Lastabschaltung der Gasturbine, die Verhinderung eines Erlöschens einer Flamme erforderlich, während ein übermäßiger Anstieg der Drehzahl der Gasturbine verhindert wird. In dem oben beschriebenen Patentdokument 2 wird das Luft-Brennstoff-Verhältnis, das das Verhältnis der Brennstoffzufuhr-Strömungsrate zur Luftzufuhr-Strömungsrate ist, als Steuerungsreferenz zum Verhindern des Erlöschens der Flamme verwendet, und, um die Verbrennungsstabilität in der Brennkammer genauer zu bestimmen sowie Schäden an der Einrichtung aufgrund der zu hohen Flammentemperatur zu verhindern, ist ein Verfahren erforderlich, das die Verbrennungssteuerung bei der Lastabschaltung basierend auf der Flammentemperatur ausführt.
In Anbetracht dessen ist es eine Aufgabe zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung bereitzustellen, die einen Betrieb der Gasturbine bei Lastabschaltung in geeigneter Weise ausführen und gleichzeitig Schäden an der Ausrüstung aufgrund der Flamme verhindern kann.
Lösung des Problems
Eine Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung für eine Gasturbine gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung für eine Gasturbine zum Zuführen von verdichteter Luft, die von einem Verdichter verdichtet wurde und in ein Gehäuse einströmt, zu einer Brennkammer, wobei die Vorrichtung eine Zapfventil-Steuereinheit, die konfiguriert ist, um ein Zapfventil zu steuern, das an einem Zapfrohr zum Ausführen einer Entlüftung angeordnet ist, so dass ein Teil der verdichteten Luft, die in das Gehäuse einströmt, nicht als Verbrennungsluft in der Brennkammer verwendet wird, eine Brennstoff-Steuereinheit, die konfiguriert ist, um ein Brennstoffregulierventil zum Regulieren einer Brennstoffströmungsrate von Brennstoff, der der Brennkammer zugeführt wird, zu steuern, und eine Temperaturerfassungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Flammentemperatur einer Flamme zu erfassen, die durch die Verbrennung des Brennstoffs in der Brennkammer erzeugt wird, aufweist. Bei einem Empfang eines Lastabschaltsignals zum Abschalten einer Last von der Gasturbine steuert die Zapfventil-Steuereinheit einen Ventilöffnungsgrad des Zapfventils von einem geschlossenen Zustand zu einem offenen Zustand mit einem vorbestimmten Öffnungsgrad, und die Brennstoff-Steuereinheit steuert das Brennstoff-Regulierventil derart, dass die erfasste Flammentemperatur in einem vorbestimmten Temperaturbereich liegt, der durch einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert definiert ist.
Ein Verfahren zur Verbrennungssteuerung für eine Gasturbine gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Verbrennungssteuerung für eine Gasturbine zum Zuführen von verdichteter Luft, die von einem Verdichter verdichtet wurde und in ein Gehäuse einströmt, zu einer Brennkammer, wobei das Verfahren einen Schritt des Steuerns eines Zapfventils zum Steuern eines Zapfventils, das an einem Zapfrohr zum Ausführen einer Entlüftung angeordnet ist, so dass ein Teil der in das Gehäuse einströmenden verdichteten Luft nicht als Verbrennungsluft in der Brennkammer verwendet wird, einen Brennstoff-Steuerschritt des Steuerns eines Brennstoffregulierventils zum Regulieren einer Brennstoffströmungsrate von Brennstoff, der der Brennkammer zugeführt wird, und einen Temperaturerfassungsschritt des Erfassens einer Flammentemperatur einer Flamme, die durch die Verbrennung des Brennstoffs in der Brennkammer erzeugt wird, aufweist. Bei einem Empfang eines Lastabschaltsignals zum Abschalten einer Last von der Gasturbine umfasst der Schritt des Steuerns des Zapfventils das Steuern eines Ventilöffnungsgrads des Zapfventils von einem geschlossenen Zustand zu einem offenen Zustand mit einem vorbestimmten Öffnungsgrad, und der Brennstoff-Steuerschritt umfasst ein Steuern des Brennstoffregulierventils derart, dass die erfasste Flammentemperatur in einem vorbestimmten Temperaturbereich liegt, der durch einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert definiert ist.
Ein Programm zur Verbrennungssteuerung für eine Gasturbine gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Programm zur Verbrennungssteuerung für eine Gasturbine zum Zuführen von verdichteter Luft, die von einem Verdichter verdichtet wurde und in ein Gehäuse strömt, zu einer Brennkammer, wobei das Programm in einem Computer eine Zapfventil-Steuereinheit, die konfiguriert ist, um ein Zapfventil zu steuern, das zum Ausführen einer Entlüftung an einem Zapfrohr angeordnet ist, so dass ein Teil der verdichteten Luft, die in das Gehäuse einströmt, nicht als Verbrennungsluft in der Brennkammer verwendet wird, eine Brennstoff-Steuereinheit, die konfiguriert ist, um ein Brennstoffregulierventil zum Regulieren einer Strömungsrate des der Brennkammer zugeführten Brennstoffs zu steuern, und eine Temperaturerfassungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Flammentemperatur einer Flamme zu erfassen, die durch Verbrennung des Brennstoffs in der Brennkammer erzeugt wird. Bei einem Empfang eines Lastabschaltsignals zum Abschalten einer Last von der Gasturbine veranlasst das Programm den Computer, umzusetzen, dass die Zapfventil-Steuereinheit einen Ventilöffnungsgrad des Zapfventils von einem geschlossenen Zustand zu einem offenen Zustand mit einem vorbestimmten Öffnungsgrad steuert, und die Brennstoff-Steuereinheit das Brennstoff-Regulierventil derart steuert, dass die erfasste Flammentemperatur in einem vorbestimmten Temperaturbereich liegt, der durch einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert definiert ist.
Vorteilhafte Effekte
Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung bereitgestellt, die einen Betrieb einer Gasturbine bei Lastabschaltung in geeigneter Weise ausführen und gleichzeitig Schäden an der Ausrüstung aufgrund einer Flamme verhindern kann.
Figurenliste

1 ist eine Systemdarstellung einer Gasturbinenanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein funktionelles Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3A ist ein Diagramm, das einen Übergang einer Luftzufuhr-Strömungsrate zu einem ersten Zylinderabschnitt einer Brennkammer bei Lastabschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3B ist ein Diagramm, das einen Übergang eines Ventilöffnungsgrads eines Zapfventils bei der Lastabschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3C ist ein Diagramm, das einen Übergang einer Brennstoffzufuhr-Strömungsrate von einem Pilotbrennstoffsystem bei Lastabschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3D ist ein Diagramm, das einen Übergang einer Flammentemperatur bei Lastabschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4A ist ein funktionelles Blockschaltbild einer Zapfventil-Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der das Zapfventil basierend auf einer Last der Gasturbine gesteuert wird.
4B ist ein funktionelles Blockschaltbild der Zapfventil-Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der das Zapfventil basierend auf der Flammentemperatur gesteuert wird.
5 ist ein funktionelles Blockschaltbild der Zapfventil-Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der das Zapfventil basierend auf der Anzahl der verwendeten Hauptdüsen bei Lastabschaltung gesteuert wird.
6 ist ein funktionelles Blockschaltbild einer Brennstoff-Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Verbrennungssteuerung für die Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass, sofern nicht besonders gekennzeichnet, Abmessungen, Materialien, Formen, relative Positionen und dergleichen von Komponenten, die in den Zeichnungen als die Ausführungsformen beschrieben oder gezeigt werden, nur als illustrativ zu verstehen sind und den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht beschränken sollen.
Beispielsweise ist ein Ausdruck für eine relative oder absolute Anordnung wie „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht so auszulegen, dass er nur die Anordnung in einem streng wörtlichen Sinne angibt, sondern umfasst auch einen Zustand, in dem die Anordnung relativ um eine Toleranz oder um einen Winkel oder einen Abstand versetzt ist, wodurch es möglich ist, die gleiche Funktion zu erreichen.
Beispielsweise ist der Ausdruck „gleich“, „äquivalent“ und „einheitlich“ nicht so zu verstehen, dass er nur den Zustand angibt, in dem das Merkmal strikt gleich ist, sondern auch einen Zustand umfasst, in dem es eine Toleranz oder einen Unterschied gibt, mit dem noch die gleiche Funktion erreicht werden kann.
Ferner ist beispielsweise ein Ausdruck einer Form wie einer viereckigen Form oder einer röhrenförmigen Form nicht so auszulegen, dass damit nur die geometrisch strenge Form gemeint ist, sondern umfasst auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken innerhalb des Bereichs, in dem die gleiche Wirkung erzielt werden kann.
Andererseits sind die Ausdrücke „eine Komponente umfassen“, „enthalten“, „haben“, „aufweisen“ und „bilden“ keine ausschließlichen Ausdrücke, die das Vorhandensein anderer Komponenten ausschließen.
1 ist eine Systemdarstellung einer Gasturbinenanlage 6 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 dargestellt umfasst die Gasturbinenanlage 6 der vorliegenden Ausführungsform eine Gasturbine 7 und einen Generator 61, der von der Gasturbine 7 angetrieben wird, um Leistung bzw. Strom zu erzeugen. Die Gasturbine 7 und der Generator 61 sind durch einen Rotor 75 gekoppelt, und der Generator 61 wird durch den Rotor 75 von der Gasturbine 7 angetrieben, wodurch Leistung bzw. Strom erzeugt wird. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der Generator 61 mit dem Rotor 75 (der später beschrieben wird) an einer Seite einer Turbine 74 (die später beschrieben wird) gekoppelt. Bei einigen anderen Ausführungsformen kann der Generator 61 jedoch auch auf einer Seite eines Verdichters 71 (der später beschrieben wird) mit dem Rotor 75 (der später beschrieben wird) gekoppelt sein.
(Beschreibung der Gasturbine)
Zur Beschreibung der Gasturbine 7 umfasst die in 1 dargestellte Gasturbine 7 den Verdichter 71 zum Verdichten von Luft A, die von einem Lufteinlasssystem 62 einströmt, um verdichtete Luft Ac zu erzeugen, ein Gehäuse 72, in das die von dem Verdichter 71 verdichtete Luft (verdichtete Luft Ac) strömt, mindestens ein (mehrere in 1) Brennstoffsystem 8, eine Brennkammer 73 zur Verbrennung von Brennstoff F (Brennstoffgas; dasselbe gilt im Folgenden), der von dem Brennstoffsystem 8 durch Mischen des Brennstoffs F und der aus dem oben beschriebenen Gehäuse 72 einströmenden verdichteten Luft Ac zugeführt wird, um ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas E zu erzeugen, die Turbine 74 zum Drehen des Rotors 75 durch das Verbrennungsgas E, um den Generator 61 anzutreiben, ein Zapf- oder Ablaßrohr (im Folgenden einheitlich „Zapfrohr“) 9p zur Entnahme der verdichteten Luft Ac von dem oben beschriebenen Gehäuse 72, ein an dem Zapfrohr 9p angeordnetes Zapf- oder Ablaßventil (im Folgenden einheitlich „Zapfventil“) 9 zur Regulierung einer Zapfluftströmung der aus dem Gehäuse 72 entnommenen verdichteten Luft Ac, und eine später zu beschreibende Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung 1 für die Gasturbine.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfasst die Gasturbine 7 eine IGV (Einlassleitschaufel; engl. „inlet guide vane“) 71a zur Regulierung der Strömungsrate der vom Lufteinlasssystem 62 einströmenden Luft A, und die Luft, die die Einlassleitschaufel 71a durchströmte, strömt in den Verdichter 71 ein.
Die Gasturbine 7 umfasst ferner eine Vielzahl von Brennstoffsystemen 8. Die Gasturbine 7 umfasst also insgesamt fünf Brennstoffsysteme 8, nämlich ein Diffusionspilotsystem 8A zur Stabilisierung der Flamme durch Ausführen einer Diffusionsverbrennung, ein Vormischpilotsystem 8B zur Verbesserung einer NOx-Reduzierung der Brennkammer 73 durch Ausführen einer Vormischverbrennung, ein Haupt-A-System 8C und ein Haupt-B-System 8D, bei denen es sich um Hauptbrennstoffsysteme 8 zum Zuführen von vorgemischtem Brennstoff (Vormischgas) gemäß einer Ausgabe der Gasturbinenausgabe 7 handelt, und ein Kopfsystem oder Top-Hat-System (engl.: „top hat system“) 8E zum Einspritzen des Brennstoffs F von stromaufwärts der Brennkammer 73 (einer Seite des Gehäuses 72), um den Verbrennungswirkungsgrad zu verbessern und die Flamme zu stabilisieren.
Genauer gesagt umfasst das Diffusionspilotsystem 8A ein Brennstoffregulierventil 83A zur Regulierung einer Brennstoffströmungsrate von einem Brennstofftank 86 und eine Brennstoffdüse 81A, die mit einem Diffusionspilotsammelrohr oder -verteilerrohr 82A verbunden ist. Das Vormischpilotsystem 8B umfasst ein Brennstoffregulierventil 83B zum Regulieren der Brennstoffströmungsrate von dem Brennstofftank 86 und eine Brennstoffdüse 81B, die mit einem Vormischpilotsammelrohr oder -verteilerrohr 82B verbunden ist. Das Haupt-A-System 8C umfasst ein Brennstoffregulierventil 83C zur Regulierung der Brennstoffströmungsrate von dem Brennstofftank 86 und eine Brennstoffdüse 81C (Hauptdüse), die mit einem Haupt-A-Sammelrohr 82C verbunden ist. Das Haupt-B-System 8D umfasst ein Brennstoffregulierventil 83D zur Regulierung der Brennstoffströmungsrate von dem Brennstofftank 86 und eine Brennstoffdüse 81D (Hauptdüse), die mit einem Haupt-B-Sammelrohr oder -Verteilerrohr 82D verbunden ist. Das Kopfsystem 8E umfasst ein Brennstoffregulierventil 83E zum Regulieren der Brennstoffströmungsrate von dem Brennstofftank 86 und eine mit einem Kopfsammelrohr oder Kopfverteilerrohr (engl.: „top hat manifold“) 82E verbundene Brennstoffdüse 81E.
Ferner sind die jeweiligen Brennstoffsysteme 8 mit dem Brennstofftank 86 verbunden. Der Brennstofftank 86 ist mit einem Drucksystem 87 zum Aufbringen eines Brennstoffzufuhrdrucks auf den Brennstofftank 86 verbunden, und der Brennstoffzufuhrdruck wird von dem Drucksystem 87 auf den Brennstofftank 86 über zwei Brennstoffdruckregulierventile 88 (88a,88b) zum Steuern des vom Drucksystem 87 zum Brennstofftank 86 zugeführten Brennstoffzufuhrdrucks aufgebracht. Somit kann der Brennstoff des Brennstofftanks 86 der Brennkammer 73 über die jeweiligen Brennstoffsysteme 8 zugeführt werden.
Die Brennkammer 73 umfasst einen ersten Zylinderabschnitt 73a (beispielsweise eine Verbrennungsauskleidung) zur Erzeugung des Verbrennungsgases E durch Verbrennung des Brennstoffs und der verdichteten Luft Ac sowie einen zweiten Zylinderabschnitt 73b (beispielsweise ein Übergangsstück), der sich stromabwärts von dem ersten Zylinderabschnitt 73a befindet und den ersten Zylinderabschnitt 73a und die Turbine 74 verbindet. Anschließend spritzen die oben beschriebenen Brennstoffdüsen 81 (81A bis 81E) den Brennstoff in den ersten Zylinderabschnitt 73a der Brennkammer 73 ein. Die Brennstoffdüse 81E des Kopfsystems 8E spritzt dabei den Brennstoff weiter stromaufwärts von der Brennkammer ein.
Häufig wird mindestens eines der beiden Systeme von dem Diffusionspilotsystem 8A und dem Vormischpilotsystem 8B verwendet, derart, dass beispielsweise nur das Vormischpilotsystem 8B verwendet wird. Ferner umfasst die folgende Beschreibung alle Hauptsysteme, die für die Brennstoffzufuhr zur Brennkammer 73 verwendet werden, beispielsweise das Haupt-A-System 8C und das Haupt-B-System 8D, wenn sie als Hauptbrennstoffsystem 8m bezeichnet werden, und umfasst alle Pilotsysteme, die für die Brennstoffzufuhr zu der Brennkammer 73 verwendet werden, beispielsweise mindestens eines von dem Diffusionspilotsystem 8A und dem Vormischpilotsystem 8B, wenn sie als Pilotbrennstoffsystem 8p bezeichnet werden.
Ferner ist bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ein stromabwärtiges Ende des oben beschriebenen Zapfrohrs 9p mit einem Abgassystem 63 zum Ausstoßen des Verbrennungsgases E aus der Turbine 74 verbunden, und die aus dem Gehäuse 72 ausgestoßene verdichtete Luft Ac strömt in das Abgassystem 63 ein. Die Strömungsrate der verdichteten Luft Ac, die durch das Zapfrohr 9p strömt, wird durch das Zapfventil 9 reguliert. Das Zapfventil 9 ist im Lastbetrieb der Gasturbine 7 vollständig geschlossen, wohingegen es bei der Lastabschaltung offen ist.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorliegende Ausführungsform beschränkt. Es ist nur erforderlich, dass das Zapfrohr 9p angeordnet ist, um einen Teil der verdichteten Luft Ac aus dem Gehäuse 72 entnehmen zu können, so dass der Teil der verdichteten Luft Ac in dem Gehäuse 72 nicht als Verbrennungsluft As in der Brennkammer 73 verwendet wird. Bei einigen anderen Ausführungsformen kann die aus dem Gehäuse 72 entnommene verdichtete Luft Ac in den zweiten Zylinderabschnitt 73b der Brennkammer 73 strömen, indem ein Ende des Zapfrohrs 9p mit dem Gehäuse 72 verbunden wird und das andere Ende (stromabwärtiges Ende) des Zapfrohrs 9p beispielsweise mit dem zweiten Zylinderabschnitt 73b verbunden ist. Da das stromabwärtige Ende des Zapfrohrs 9p stromabwärts von dem ersten Zylinderabschnitt 73a der Brennkammer 73 verbunden ist, kann der Teil der verdichteten Luft Ac, der von sich aus (bei vollständig geschlossenem Zapfventil 9) in den ersten Zylinderabschnitt 73a des Gehäuses 72 strömt, unter Umgehung des ersten Zylinderabschnitts 73a strömen, und es kann verhindert werden, dass die entnommene verdichtete Luft Ac als Verbrennungsluft As in der Brennkammer 73 verwendet wird. Ein Kühlrohr 64 ist ein Rohr zur Entnahme von Kühlluft zur Kühlung des Verdichters 71.
Ferner ist die Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung 1 für die Gasturbine 7 (im Folgenden einfach als Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung 1 bezeichnet) eine Vorrichtung zum Steuern einer Verbrennung der oben beschriebenen Gasturbine 7 und steuert zum Zeitpunkt eines normalen Betriebs (im Normalbetrieb), außer bei Lastabschaltung der Gasturbine 7, eine Brennstoffströmungsrate Gf (Brennstoffzufuhr-Strömungsrate), die der Brennkammer 73 zugeführt wird, und eine Strömungsrate der Verbrennungsluft As (der verdichteten Luft Ac, gleiches gilt im Folgenden) (Luftzufuhr-Strömungsrate Ga), die ebenfalls der Brennkammer 73 zugeführt wird, in Übereinstimmung mit der Ausgabe und dem Betriebszustand der Gasturbine 7. Andererseits steuert die Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung 1 bei Lastabschaltung, bei der das Abschalten einer Last von der Gasturbine 7 ausgeführt wird, die Brennstoffregulierventile 83 und das Zapfventil 9 unter Überprüfung einer Flammentemperatur (im Folgenden als Flammentemperatur Tf bezeichnet) in dem ersten Zylinderabschnitt 73a, die durch die Verbrennung des von den Brennstoffdüsen 81 (81A bis 81E) eingespritzten Brennstoffs F erzeugt wird, wobei die Drehzahl der Gasturbine 7 nicht größer als ein Drehzahl-Schwellenwert ist, beispielsweise die Drehzahl nicht größer als 110% des vorbestimmten OST-Wertes eingestellt ist, und ohne dass Schäden aufgrund von Erlöschen und Brennen der Flamme verursacht werden.
(Beschreibung der Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung 1 für die Gasturbine 7)
Nachfolgend wird die von der Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung 1 für die Gasturbine 7 bei Lastabschaltung ausgeführte Verbrennungssteuerung unter Bezugnahme auf die 2 bis 3D im Detail beschrieben. 2 ist ein funktionelles Blockschaltbild der Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3A ist ein Diagramm, das einen Übergang der Luftzufuhr-Strömungsrate Ga zu dem ersten Zylinderabschnitt 73a der Brennkammer 73 bei Lastabschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 3B ist ein Diagramm, das einen Übergang eines Ventilöffnungsgrads V des Zapfventils 9 bei der Lastabschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 3C ist ein Diagramm, das einen Übergang der Brennstoffzufuhr-Strömungsrate des Pilotbrennstoffsystems 8p gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei der Lastabschaltung zeigt. 3D ist ein Diagramm, das einen Übergang der Flammentemperatur Tf bei der Lastabschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung 1 ist eine Vorrichtung zum Ausführen der Verbrennungssteuerung für die Gasturbine 7 zum Zuführen der verdichteten Luft Ac, die von dem Verdichter 71 verdichtet wurde und die in das Gehäuse 72 einströmt, zu der Brennkammer 73, wie oben beschrieben. Wie in 2 dargestellt umfasst die Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung 1 eine Brennstoff-Steuereinheit 3, eine Zapfventil-Steuereinheit 2 und eine Temperaturerfassungseinheit 4. Die oben beschriebenen Funktionseinheiten werden am Beispiel eines Falles beschrieben, in dem die Gasturbine 7 eine Lastabschaltung zum Ausführen der Verbrennungssteuerung in dem Hauptbrennstoffsystem 8m, das das oben beschriebene Haupt-A-System 8C und das Haupt-B-System 8D umfasst, und in dem Pilotbrennstoffsystem 8p, das das Vormisch-Pilotsystem 8B ist, ausführt.
Die Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung 1 kann durch einen Computer gebildet werden. Der Computer umfasst beispielsweise einen Prozessor 11, beispielsweise eine CPU (nicht dargestellt), einen Datenspeicher (Speichervorrichtung 12), beispielsweise ROM und RAM. Anschließend führt der Prozessor 11 einen Betrieb (beispielsweise die Berechnung von Daten) entsprechend einer Anweisung eines Programms (Programm zur Verbrennungssteuerung 10), das in einer Hauptspeichervorrichtung geladen, wodurch die jeweiligen oben beschriebenen Funktionseinheiten umgesetzt werden. Mit anderen Worten ist das oben beschriebene Programm zur Verbrennungssteuerung 10 eine Software, die den Computer veranlasst, die oben beschriebenen jeweiligen Funktionseinheiten umzusetzen, und kein temporäres Signal, und kann in dem oben beschriebenen Speichermedium gespeichert werden, das computerlesbar und tragbar ist.
Die Zapfventil-Steuereinheit 2 ist die Funktionseinheit, die konfiguriert ist, um den Ventilöffnungsgrad V des am oben beschriebenen Zapfrohr 9p angeordneten Zapfventils 9 zu steuern. Die Zapfventil-Steuereinheit 2 steuert das Zapfventil 9 im Normalbetrieb außer bei Lastabschaltung zu dem geschlossenen Zustand, so dass die verdichtete Luft Ac des Gehäuses 72 nicht durch das Zapfrohr 9p entnommen wird.
Die Brennstoff-Steuereinheit 3 ist die Funktionseinheit, die zum Steuern des jeweils oben beschriebenen Brennstoffregulierventils 83 konfiguriert ist. Zum Steuern des Brennstoffregulierventils 83 (des Ventilöffnungsgrads des Brennstoffregulierventils 83) wird die Brennstoffströmungsrate (Brennstoffmenge), die in die Brennkammer 73 (in den ersten Zylinderabschnitt 73a) zugeführt wird, gesteuert. Bei der Lastabschaltung steuert die Brennstoff-Steuereinheit 3 die Brennstoffregulierventile 83 (83C und 83D in 1) des Hauptbrennstoffsystems 8m und das Brennstoffregulierventil 83 (mindestens eines von 83A oder 83B in 1) des Pilotbrennstoffsystems 8p, wie später beschrieben wird.
Die Temperaturerfassungseinheit 4 ist die Funktionseinheit, die konfiguriert ist, um die Flammentemperatur Tf einer Flamme zu erfassen, die durch die Verbrennung des Brennstoffs F in der Brennkammer 73 entsteht. Bei einigen Ausführungsformen kann die Temperaturerfassungseinheit 4 die Flammentemperatur Tf basierend auf verschiedenen Referenzen schätzen, die den Betriebszustand der Gasturbine 7 angeben. Bei einigen anderen Ausführungsformen kann die Temperaturerfassungseinheit 4 einen Messwert erfassen, der von einer Temperaturmesseinheit (beispielsweise einem Temperatursensor oder dergleichen) gemessen wird, die die Flammtemperatur Tf direkt oder indirekt messen kann. Obwohl die Einzelheiten später beschrieben werden, erfasst die Temperaturerfassungseinheit in den in 1 bis 3D gezeigten Ausführungsformen die Temperaturerfassungseinheit 4 die Flammentemperatur Tf, indem sie einen Schätzwert der Flammentemperatur Tf berechnet.
Bei der Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung 1 mit der oben beschriebenen Konfiguration erhöht die Brennstoff-Steuereinheit 3 bei Empfang eines Lastabschaltsignals S zum Abschalten der Last von der Gasturbine 7 bei der Lastabschaltung die Zufuhrströmungsrate des Brennstoffs F aus dem Pilotbrennstoffsystem 8p (im Folgenden als Pilotbrennstoff-Strömungsrate Fp bezeichnet), während sie die Brennstoffzufuhrrate des Brennstoffs F aus dem Hauptbrennstoffsystem 8m verringert, wodurch die Gesamtzufuhrmenge (Gesamtmenge) des Brennstoffs F zu der Brennkammer 73 sinkt. Während also der Ventilöffnungsgrad des Brennstoffdruckregulierventils 88, mit dem der Brennstoff dem Brennstofftank 86 zugeführt wird, verringert wird, wird der Ventilöffnungsgrad des Brennstoffregulierventils 83 (83C, 84D) des Hauptbrennstoffsystems 8m verringert, und der Ventilöffnungsgrad des Brennstoffdruckregulierventils 83 in dem Pilotbrennstoffsystem 8p (bei dieser Ausführungsform das Brennstoffregulierventil 83B in dem Vormischpilotsystem 8B) wird erhöht.
Anschließend steuert die Brennstoff-Steuereinheit 3 und die Zapfventil-Steuereinheit 2 jeweils die zu steuernden Ventile wie folgt. Die Zapfventil-Steuereinheit 2 steuert den Ventilöffnungsgrad V des Zapfventils 9, das vollständig geschlossen ist, bevor das Lastabschaltsignal S empfangen wird, von dem vollständig geschlossenen Zustand in den offenen Zustand mit einem vorbestimmten Öffnungsgrad Vc (siehe 3B, die später beschrieben wird). Der vorbestimmte Öffnungsgrad Vc kann ein vollständiger Öffnungsgrad sein, wie später beschrieben wird, oder ein Zwischenöffnungsgrad, bei dem Ventilöffnungsgrad des relativ zu einem vollständigen Öffnen niedrig und der Ventilöffnungsgrad relativ zu einem vollständigen Schließen, d.h. einem vollständig geschlossenen Zustand, hoch ist. Nachdem das Zapfventil 9 bei der Steuerung bei Lastabschaltung auf den vorbestimmten Öffnungsgrad Vc eingestellt wurde, kann der Ventilöffnungsgrad V des Zapfventils 9 gegenüber dem vorbestimmten Öffnungsgrad Vc verändert werden oder nicht.
Die Flammentemperatur Tf steigt mit einem hohen Luft-Brennstoff-Verhältnis an, wodurch die Möglichkeit des Erlöschens der Flamme verringert wird. Wenn also das Zapfventil 9 bei Lastabschaltung vom geschlossenen in den offenen Zustand umgeschaltet wird, strömt ein Teil der verdichteten Luft Ac aus dem Gehäuse 72, so dass sie den ersten Zylinderabschnitt 73a der Brennkammer 73 umgeht. Infolgedessen wird die Menge der Verbrennungsluft As, die der Brennkammer 73 aus dem Gehäuse 72 zugeführt wird, relativ verringert (siehe 3A, die später beschrieben wird), und das Luft-Brennstoff-Verhältnis im ersten Zylinderabschnitt 73a nimmt zu, wodurch die Flammentemperatur Tf steigt (siehe 3D, die später beschrieben wird). Wenn also das Zapfventil 9 bei Lastabschaltung in dem offenen Zustand ist, kann die Flammentemperatur Tf erhöht werden, ohne die Brennstoffströmungsrate zu erhöhen. Wird jedoch die Flammentemperatur Tf durch die Zunahme des Luft-Brennstoff-Verhältnisses zu stark angehoben, kann die Gasturbine 7, beispielsweise der erste Zylinderabschnitt 73a der Brennkammer 73, durch die Flamme beschädigt werden.
Somit steuert die oben beschriebene Brennstoff-Steuereinheit 3 das Brennstoffregulierventil 83 derart, dass die von der oben beschriebenen Temperaturerfassungseinheit 4 erfasste Flammentemperatur Tf innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs liegt, der durch einen oberen Grenzwert Lu und einen unteren Grenzwert Ll definiert ist (siehe 3C, der später beschrieben wird). Der oben beschriebene obere Grenzwert Lu ist auf eine Temperatur eingestellt, bei der eine Beschädigung der Gasturbine 7 durch die Flamme verhindert werden kann, und der oben beschriebene untere Grenzwert Ll ist auf eine Temperatur begrenzt, bei der ein Verschwinden der Flamme (Erlöschen der Flamme) in der Brennkammer 73 verhindert werden kann. Damit soll die Beschädigung der Gasturbine 7 durch Erlöschender Flamme bei Lastabschaltung und der Flamme mit zu hoher Flammentemperatur Tf verhindert werden.
Bei den Ausführungsformen, die in den 1 bis 3D dargestellt sind, umfasst die oben beschriebene Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung 1 ferner eine Lastabschaltsignal-Empfangseinheit 50, die konfiguriert ist, um das Lastabschaltsignal S während des Betriebs der Gasturbine 7 zu empfangen. Anschließend wird mit dem Empfang des Lastabschaltsignals S durch die Lastabschaltsignal-Empfangseinheit 50 das IGV 71a so gesteuert, dass es geschlossen wird, die Strömungsrate der in den Verdichter 71 strömenden Luft A wird verringert, und die Gesamtströmungsrate der in das Gehäuse 72 strömenden verdichteten Luft Ac wird verringert. Insbesondere bei den in den 3A bis 3D, nach dem Empfangen des Lastabschaltsignals S, die Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung 1 die Steuerung bei der Lastabschaltung ab dem Zeitpunkt t0 startet und die Gesamtströmungsrate der verdichteten Luft Ac um einen bestimmten Anteil verringert, wie in 3A gezeigt.
Wie durch eine gestrichelte Linie in 3A angegeben, nimmt die Strömungsrate der Verbrennungsluft As, die in den ersten Zylinderabschnitt 73a der Brennkammer 73 strömt, zwar ab, aber gleichzeitig erhöht die Zapfventil-Steuereinheit 2, wie in 3B gezeigt, den Ventilöffnungsgrad V des Zapfventils 9 zu dem oben beschriebenen vorbestimmten Öffnungsgrad Vc im Laufe der Zeit (in 3B erhöht sie den Ventilöffnungsgrad um einen bestimmten Anteil). Somit nimmt die Strömungsrate des ersten Zylinderabschnitts 73a der Brennkammer 73 strömenden Verbrennungsluft As relativ zu dem Fall der gestrichelten Linie schnell ab, wie durch eine durchgezogene Linie in 3A angegeben, und zwar aufgrund der Abnahme der Gesamtströmungsrate der verdichteten Luft Ac und der Abnahme, die durch das Setzen des Zapfventils 9 in den offenen Zustand veranlasst wird. In 3A wird das Einströmen der Luft A in den Verdichter 71 weiter verringert, nachdem der Ventilöffnungsgrad V des Zapfventils 9 zum Zeitpunkt t1 den vorbestimmten Öffnungsgrad Vc erreicht hat, wobei der durch die durchgezogene Linie angegebene Anteil der Verringerung (Neigung der Kurve) der Luftströmungsrate zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 identisch mit demjenigen der gestrichelten Linie ist.
In Bezug auf die in den ersten Zylinderabschnitt 73a der Brennkammer 73 zugeführte Brennstoffmenge steigt die Drehzahl der Gasturbine 7, wenn die zugeführte Brennstoffmenge (Brennstoffströmungsrate) groß ist. Daher erhöht die Brennstoff-Steuereinheit 3 mit dem Empfang des Lastabschaltsignals S durch die Lastabschaltsignal-Empfangseinheit 50 die Pilotbrennstoff-Strömungsrate Fp über die Zeit, wie in 3C gezeigt (erhöht sich um einen bestimmten Anteil in 3C), um ein Erlöschen der Flamme zu verhindern, während die Brennstoffströmungsrate von dem Hauptbrennstoffsystem 8m zu dem ersten Zylinderabschnitt 73a über die Zeit verringert wird, wie oben beschrieben. Wie durch die durchgezogene Linie in 3D angegeben, steigt die Flammentemperatur Tf in dem Pilotbrennstoffsystem 8p mit der Erhöhung der Brennstoffströmungsrate und der Verringerung der Verbrennungsluft As durch die Öffnungssteuerung des Zapfventils 9 im Laufe der Zeit an, wie durch die durchgezogene Linie in 3D angegeben.
Insbesondere steigt in 3D bis zum Zeitpunkt t1 die Flammentemperatur Tf aufgrund der zwei oben beschriebenen Faktoren an. Da der Ventilöffnungsgrad V des Zapfventils 9 zum Zeitpunkt t1 den vorbestimmten Öffnungsgrad Vc annimmt (siehe 3B), steigt die Flammentemperatur Tf zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem darauffolgenden Zeitpunkt t2 nur durch den oben beschriebenen Anstieg der Pilotbrennstoff-Strömungsrate Fp an. Daher ist der Anteil des Anstiegs (Neigung der Kurve) der Flammentemperatur Tf nach dem Zeitpunkt t1 moderat.
Bei einer solchen Verbrennungssteuerung wird die Flammentemperatur Tf größer als der untere Grenzwert Ll, wodurch ein Erlöschen der Flamme vermieden wird. Außerdem führt die Brennstoff-Steuereinheit 3 eine Rückkopplungssteuerung bzw. einen Regelkreis bezüglich der Brennstoffzufuhr-Strömungsrate aus, während sie die Flammentemperatur Tf überwacht, so dass die Flammentemperatur Tf den oberen Grenzwert Lu nicht überschreitet, und somit die Flammentemperatur Tf nicht größer als der obere Grenzwert Lu ist. Eine gestrichelte Linie in 3D gibt einen Fall an, in dem das Zapfventil 9 geschlossen bleibt, und gibt einen Fall an, in dem das Luft-Brennstoff-Verhältnis relativ zu dem Fall niedrig ist, in dem das Zapfventil 9 offen ist und die Flammentemperatur Tf unter den unteren Grenzwert Ll sinkt.
Bei den in 1 bis 3D gezeigten Ausführungsformen umfasst die Brennstoff-Steuereinheit 3, wie in 2 dargestellt, eine Brennstoffströmungsraten-Entscheidungseinheit 31 zum Festlegen der der Brennkammer 73 zugeführten Brennstoffströmungsrate Gf, sodass die von der Temperaturerfassungseinheit 4 eingegebene Flammentemperatur Tf zu einer Solltemperatur wird, die einen beliebigen Wert zwischen dem oben beschriebenen oberen Grenzwert Lu und dem oben beschriebenen unteren Grenzwert Ll (Ll ≤ Solltemperatur ≤ Lu) aufweist, und eine Brennstoffventil-Öffnungsgrad-Entscheidungseinheit 32 zum Steuern der Brennstoffregulierventile 83, so dass die von der Brennstoffströmungsraten-Entscheidungseinheit 31 festgelegte Brennstoffströmungsrate Gf zugeführt wird. Anschließend wird der Ventilöffnungsgrad V des Zapfventils 9 zurückgeführt und in die Temperaturerfassungseinheit 4 eingegeben, und die Brennstoffregulierventile 83 (die Brennstoffregulierventile 83 des Hauptbrennstoffsystems 8m und des Pilotbrennstoffsystems 8p) werden gesteuert, während die Flammentemperatur Tf, die sich in Übereinstimmung mit dem Ventilöffnungsgrad V des Zapfventils 9 o.ä. ändert, überprüft wird.
Bei den Ausführungsformen, die in den 1 bis 3D, wie in 2 gezeigt, umfasst die Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung 1 eine Entscheidungseinheit für den vorbestimmten Öffnungsgrad 5 zum Festlegen des vorbestimmten Öffnungsgrads Vc des oben beschriebenen Zapfventils 9, und der festgelegte vorbestimmte Öffnungsgrad Vc wird in der Speichereinheit 12 gespeichert. Anschließend holt sich die Zapfventil-Steuereinheit 2 den vorbestimmten Öffnungsgrad Vc aus der Speichervorrichtung 12. Die Entscheidungseinheit für den vorbestimmten Öffnungsgrad 5 kann einen von einem Benutzer eingegebenen Wert in der Speichervorrichtung 12 speichern oder einen Wert gemäß einer vorbestimmten Logik entscheiden, wie später beschrieben wird, und kann anschließend den Wert in der Speichervorrichtung 12 speichern. Ferner speichert die Speichervorrichtung 12 auch den oberen Grenzwert Lu und den unteren Grenzwert Ll der oben beschriebenen Flammentemperatur Tf, und die oben beschriebene Brennstoff-Steuereinheit 3 erfasst solche Informationen von der Speichervorrichtung 12.
Bei der obigen Konfiguration umfasst die Gasturbine 7 das Zapfrohr und das Zapfventil 9, die die Zufuhrmenge der Verbrennungsluft As zu der Brennkammer 73 durch Entnahme der verdichteten Luft Ac von dem Verdichter 71 aus dem Gehäuse 72 verringern können. Bei einer solchen Lastabschaltung der Gasturbine 7, bei der ein übermäßiger Drehzahlanstieg der Gasturbine 7 und ein Erlöschen der Flamme in der Brennkammer 73 verhindert werden, wird der Ventilöffnungsgrad von jedem von dem Zapfventil 9 und den Brennstoffregulierventilen weiter gesteuert, um die Brennstoffströmungsrate und die Menge der der Brennkammer 73 zugeführten Verbrennungsluft As so zu steuern, dass die Flammentemperatur Tf in der Brennkammer 73 in dem vorbestimmten Temperaturbereich liegt, der durch den oberen Grenzwert Lu und den unteren Grenzwert Ll definiert ist. Auf diese Weise können Schäden an der Anlage aufgrund eines übermäßigen Anstiegs der Flammentemperatur Tf verhindert werden, während gleichzeitig ein übermäßiger Anstieg der Drehzahl der Gasturbine 7 und ein Erlöschen der Flamme vermieden wird.
Als nächstes wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der die Flammentemperatur Tf geschätzt wird.
Bei einigen Ausführungsformen, wie in 2 gezeigt ist, kann die Temperaturerfassungseinheit 4 eine Luftströmungsraten-Berechnungseinheit 41 umfassen, die konfiguriert ist, um basierend auf dem Ventilöffnungsgrad V des Zapfventils 9 die Strömungsrate der Verbrennungsluft As (die oben beschriebene Luftzufuhr-Strömungsrate Ga) zu berechnen, die in den ersten Zylinderabschnitt 73a zugeführt wird, und eine Temperaturberechnungseinheit 42, die konfiguriert ist, um einen Schätzwert der Flammentemperatur Tf basierend auf der Luftzufuhr-Strömungsrate Ga und der Brennstoffströmungsrate Gf des Brennstoffs zu berechnen, die jeweils in den ersten Zylinderabschnitt 73a zugeführt werden. Die Temperaturberechnungseinheit 42 berechnet den Schätzwert der Flammentemperatur Tf unter Berücksichtigung des Ventilöffnungsgrads V des Zapfventils 9.
Zu diesem Zeitpunkt kann die Luftströmungsraten-Berechnungseinheit 41 theoretisch oder experimentell im Voraus eine Beziehung zwischen den jeweiligen Drücken stromaufwärts und stromabwärts von dem Zapfventil 9 in dem Zapfrohr 9p oder eine Druckdifferenz zwischen den jeweiligen Drücken erhalten, wenn das Zapfventil 9 vollständig geschlossen ist, dem Ventilöffnungsgrad V des Zapfventils 9 und der Menge der entnommenen verdichteten Luft Ac (im Folgenden als Zapfströmungsrate Ge bezeichnet), kann beispielsweise basierend auf einer Funktion, die die Beziehung definiert, die Luftzufuhr-Strömungsrate Ga berechnet werden, wenn das Zapfventil 9 bei dem optionalen Ventilöffnungsgrad V geöffnet ist. Die Zapfströmungsrate Ge erhält man durch arithmetische Berechnung der Funktion, indem man die beiden stromaufwärts und stromabwärts von dem Zapfventil 9 herrschenden Drücke oder die Druckdifferenz dazwischen und den Ventilöffnungsgrad V der oben beschriebenen Funktion zuordnet. Ferner wird die Strömungsrate der Verbrennungsluft As, die dem ersten Zylinderabschnitt 73a aus dem Gehäuse 72 zugeführt wird, wenn das Zapfventil 9 vollständig geschlossen ist (im Folgenden als normale Luftströmungsrate Gg bezeichnet), basierend beispielsweise auf dem Ventilöffnungsgrad des IGV 71a, dem atmosphärischen Druck, der atmosphärischen Temperatur oder dergleichen berechnet. Die normale Luftströmungsrate Gg kann unter Verwendung eines Verfahrens zur Messung der Strömungsrate bei Differenzdruck berechnet werden. Anschließend kann die Luftzufuhr-Strömungsrate Ga, wenn das Zapfventil 9 mit dem optionalen Ventilöffnungsgrad V geöffnet ist, durch Abzug der Zapfströmungsrate Ge vom Berechnungsergebnis der normalen Luftströmungsrate Gg (Ga=Gg-Ge) berechnet werden.
Bei der Berechnung des Schätzwerts der Flammentemperatur Tf kann die Temperaturberechnungseinheit 42 ferner eine Temperatur der verdichteten Luft Ac in dem Gehäuse 72 (Gehäuselufttemperatur T_CS) berücksichtigen, die beispielsweise durch Messung mit einem Temperatursensor (nicht gezeigt) zusätzlich zu der Luftzufuhr-Strömungsrate Ga und der Brennstoffströmungsrate Gf des in den ersten Zylinderabschnitt 73a zugeführten Brennstoffs F erhalten wird. Außerdem kann die Temperaturberechnungseinheit 42 einen niedrigeren Heizwert Hf des Brennstoffs berücksichtigen. Die Flammentemperatur Tf kann durch einen der folgenden Werte berechnet werden: Tf=f(Gf,Ga), Tf=(Gf,Ga,T_CS) oder Tf=(Gf,Ga,T_CS,Hf), wobei f eine Schätzfunktion zum Schätzen der Flammentemperatur Tf ist und sich die Schätzgenauigkeit verbessert, wenn die zu berücksichtigenden Elemente zunehmen.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform wird der Schätzwert der Flammentemperatur Tf basierend auf der Luftzufuhr-Strömungsrate Ga und der Brennstoffströmungsrate Gf, die dem ersten Zylinderabschnitt 73a zugeführt werden, der Gehäuselufttemperatur T_CS und dem unteren Heizwert Hf berechnet. Im Einzelnen empfängt die Luftströmungsraten-Berechnungseinheit 41 die normale Luftströmungsrate Gg und den Ventilöffnungsgrad V des Zapfventils 9 und gibt die Luftzufuhr-Strömungsrate Ga aus. Ferner erhält die Temperaturberechnungseinheit 42 die Brennstoffströmungsrate Gf, die Luftzufuhr-Strömungsrate Ga, die Gehäuselufttemperatur T_CS im Gehäuse 72 und den in der Brennstoff-Steuereinheit 3 berechneten unteren Heizwert Hf des Brennstoffs und gibt den Ausgabewert der Flammtemperatur Tf aus, der auf der Grundlage der obigen Angaben berechnet wurde. Durch die Berechnung der Luftzufuhr-Strömungsrate Ga unter Berücksichtigung des Ventilöffnungsgrads V des Zapfventils 9 kann die Luftzufuhr-Strömungsrate Ga genauer erhalten und die Flammentemperatur Tf genau geschätzt werden, ohne dass diese tatsächlich gemessen wird.
Der oben beschriebene niedrigere Heizwert Hf kann in Echtzeit gemessen werden, indem ein Brennwertmesser (nicht gezeigt) am Brennstofftank 86 oder stromaufwärts davon installiert wird, und in der in 2 gezeigten Ausführungsform wird ein Messergebnis des niedrigeren Heizwerts Hf durch den Brennwertmesser in die Temperaturberechnungseinheit 42 eingegeben.
Bei der obigen Konfiguration berechnet die Temperaturerfassungseinheit die Strömungsrate der Verbrennungsluft As (verdichtete Luft Ac), die dem Inneren (Verbrennungsraum) des ersten Zylinderabschnitts 73a der Brennkammer 73 zugeführt wird, unter Berücksichtigung des Ventilöffnungsgrads V des Zapfventils 9, und schätzt die Flammentemperatur Tf basierend auf der berechneten Strömungsrate der Verbrennungsluft As und der Brennstoffströmungsrate. Somit kann man unter Berücksichtigung des Ventilöffnungsgrads des Zapfventils die Strömungsrate der Verbrennungsluft As genauer erhalten und die Flammentemperatur Tf genau geschätzt werden, ohne diese tatsächlich zu messen.
Ein Verfahren zum Steuern des oben beschriebenen vorbestimmten Öffnungsgrads Vc, der für das Zapfventil 9 durch die Zapfventil-Steuereinheit 2 bei der Lastabschaltung eingestellt wird, wird unter Bezugnahme auf die 4A bis 5 beschrieben. 4A ist ein funktionelles Blockschaltbild der Zapfventil-Steuereinheit 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei das Zapfventil 9 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basierend auf der Last der Gasturbine 7 gesteuert wird. 4B ist ein funktionelles Blockschaltbild der Zapfventil-Steuereinheit 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der das Zapfventil 9 gemäß der Flammentemperatur Tf gesteuert wird. 5 ist ein funktionelles Blockschaltbild der Zapfventil-Steuereinheit 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der das Zapfventil 9 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basierend auf der Anzahl der verwendeten Hauptdüsen bei der Lastabschaltung gesteuert wird.
Bei einigen Ausführungsformen kann der oben beschriebene vorbestimmte Öffnungsgrad Vc ein vollständiger Öffnungsgrad sein. Das Ventil befindet sich in einem Bereich, in dem eine Änderung der Strömungsrate äußerst gering ist und die Strömungsrate sich kaum ändert, selbst wenn das Ventil um nicht weniger als einen bestimmten Ventilöffnungsgrad geöffnet ist. Somit kann der oben beschriebene vollständige Öffnungsgrad nicht nur einen Ventilöffnungsgrad umfassen, bei dem das Ventil zu 100% geöffnet ist, sondern auch einen Ventilöffnungsgrad, der kleiner als 100% ist und das gleiche Ergebnis erhält wie der Fall, bei dem das Ventil zu 100% geöffnet ist. Auf diese Weise kann die Erhöhung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses durch das Zapfventil 9 maximiert werden. Auf diese Weise kann die zugeführte Brennstoffmenge minimiert werden, um ein Erlöschen der Flamme zu verhindern und die Brennstoffeffizienz zu verbessern.
Die Flammentemperatur Tf ist mit der Last (Ausgabe; gleiches gilt im Folgenden) der Gasturbine 7 zugeordnet, und im Allgemeinen ist die Flammentemperatur Tf auch niedrig, wenn die Last der Gasturbine 7 niedrig ist, und im Umkehrschluss ist die Flammentemperatur Tf auch hoch, wenn die Last hoch ist. Da beispielsweise die Flammentemperatur Tf bei der oben beschriebenen niedrigen Last inhärent niedrig ist, ist es einfach, die Steuerung so auszuführen, dass die Flammentemperatur Tf den oberen Grenzwert Lu nicht überschreitet, selbst wenn die Zufuhrmenge der Verbrennungsluft As zur Brennkammer 73 verringert wird, beispielsweise durch vollständiges Öffnen des Zapfventils 9. Da die Flammentemperatur Tf jedoch inhärent hoch ist, wenn die oben beschriebene Last hoch ist, wird vorhergesagt, dass der Anstieg der Flammentemperatur Tf wahrscheinlich übermäßig hoch ist, wenn beispielsweise das Zapfventil 9 vollständig geöffnet ist, was es schwierig machen kann, die Flammentemperatur Tf innerhalb des vorbestimmten Bereichs durch Steuern der Brennstoffregulierventile 83 zu halten.
Daher kann bei einigen Ausführungsformen, wie in 4A und 4B gezeigt ist, der vorbestimmte Öffnungsgrad Vc des oben beschriebenen Zapfventils 9 basierend auf der oben beschriebenen Flammentemperatur Tf oder einem Lastreferenzwert Ld (einem Lastwert, einem Ausgabewert oder dergleichen) der Gasturbine 7 beim Empfang, beispielsweise unmittelbar vor dem Empfang, des Lastabschaltsignals S festgelegt werden. Infolgedessen wird der oben beschriebene vorbestimmte Öffnungsgrad Vc als vollständiger Öffnungsgrad, als Zwischenöffnungsgrad oder dergleichen festgelegt. Wird beispielsweise der Lastreferenzwert Ld oder die Flammentemperatur Tf vor dem Empfang des Lastabschaltsignals S überwacht und anschließend das Lastabschaltsignal S empfangen, kann der vorbestimmte Öffnungsgrad Vc basierend auf dem Lastreferenzwert Ld oder der Flammentemperatur Tf unmittelbar vor dem Empfang festgelegt werden.
Bei den in 4A und 4B gezeigten Ausführungsformen umfasst die oben beschriebene Entscheidungseinheit für den vorbestimmten Öffnungsgrad 5 ferner eine erste Entscheidungseinheit 51 zum Festlegen des oben beschriebenen vorbestimmten Öffnungsgrads Vc des Zapfventils 9 basierend auf dem Lastreferenzwert Ld (4A) der Gasturbine 7 oder der Flammentemperatur Tf (4B), wenn das Lastabschaltsignal S empfangen wird. Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung 1 ferner eine Lastreferenzwert-Erfassungseinheit 52, die konfiguriert ist, um den Lastreferenzwert Ld der Gasturbine 7 zu erfassen, wenn das Lastabschaltsignal S empfangen wird. Anschließend entscheidet die oben beschriebene erste Entscheidungseinheit 51 über den oben beschriebenen vorbestimmten Öffnungsgrad Vc des Zapfventils 9 basierend auf dem Lastreferenzwert Ld, der von der Lastreferenzwert-Erfassungseinheit 52 erfasst wurde. Andererseits erfasst in der in 4B dargestellten Ausführungsform die oben beschriebene erste Entscheidungseinheit 51 die Flammentemperatur Tf von der oben beschriebenen Temperaturerfassungseinheit 4 und entscheidet den oben beschriebenen vorbestimmten Öffnungsgrad Vc des Zapfventils 9 basierend auf der erfassten Flammentemperatur Tf. Beispielsweise kann die Entscheidungseinheit für den vorbestimmten Öffnungsgrad 5 einen Ventilöffnungsgrad gemäß dem Lastreferenzwert Ld oder der Flammentemperatur Tf erfassen, die beispielsweise unter Verwendung einer Funktion erfasst werden, bei der eine Korrespondenzbeziehung zwischen dem optionalen Lastreferenzwert Ld oder der optionalen Flammentemperatur Tf und einem Ventilöffnungsgrad gemäß diesem im Voraus bestimmt wird, und kann den erfassten Ventilöffnungsgrad als den vorbestimmten Öffnungsgrad Vc haben.
Bei der obigen Konfiguration wird der vorbestimmte Öffnungsgrad Vc des Zapfventils 9 basierend auf der Flammentemperatur Tf oder dem Lastreferenzwert Ld der Gasturbine 7 bei der Lastabschaltung festgelegt. So kann, nachdem das Zapfventil 9 auf den vorbestimmten Öffnungsgrad Vc eingestellt ist, durch Steuern der Brennstoffregulierventile 83 zuverlässiger verhindert werden, dass die Flammentemperatur Tf den oberen Grenzwert Lu überschreitet. Ferner kann bei der Abschätzung der Flammentemperatur Tf ein Fall derart vorausgesagt werden, dass die Flammentemperatur Tf hoch bleibt, und in einem solchen Fall kann beispielsweise das Zapfventil 9 auf den Zwischenöffnungsgrad eingestellt werden.
Ferner kann bei der Lastabschaltung in Übereinstimmung mit den Eigenschaften der Anlage, beispielsweise dem Zustand des Auftretens von Verbrennungsschwingungen, die Anzahl der verwendeten Brennstoffdüsen 81 im Haupt-A-System 8m (im Folgenden als Hauptdüsen bezeichnet) geändert werden (beispielsweise von acht auf drei). Wenn die Anzahl der verwendeten Hauptdüsen geändert wird, ändert sich die Brennstoffströmungsrate pro im Haupt-A-System 8m verwendeter Hauptdüse, und somit kann auch die Flammentemperatur Tf geändert werden. Beispielsweise sind, wie in 1 dargestellt ist, fünf Hauptdüsen mit dem Haupt-A-System 8C verbunden, und drei Hauptdüsen sind mit dem Haupt-B-System 8D verbunden. In diesem Fall kann die Anzahl der verwendeten Hauptdüsen geändert werden, derart, dass die Anzahl der verwendeten Hauptdüsen insgesamt drei wird, indem beispielsweise die Brennstoffzufuhr vom Haupt-A-System 8C nach dem Empfang des Lastabschaltsignals S angehalten und die Brennstoffzufuhr nur vom Haupt-B-System 8D aus dem Betrieb ausgeführt wird, in dem insgesamt acht Hauptdüsen durch die Brennstoffzufuhr vom Haupt-A-System 8C und dem Haupt-B-System 8D vor dem Empfang des Lastabschaltsignals S verwendet werden.
Somit kann bei einigen Ausführungsformen, wie in 5 gezeigt ist, die Zapfventil-Steuereinheit 2 die Anzahl der verwendeten Hauptdüsen nach Empfang des Lastabschaltsignals S erfassen und den oben beschriebenen vorbestimmten Öffnungsgrad Vc des Zapfventils 9 basierend auf der erfassten Anzahl der verwendeten Hauptdüsen festlegen. Beispielsweise wird in einem Fall, in dem das Zapfventil 9 auf einen hohen Öffnungsgrad, beispielsweise auf vollständige Öffnung, eingestellt ist, wenn die Anzahl der verwendeten Hauptdüsen acht beträgt, der Brennstoff pro Hauptdüse erhöht, wenn der Brennstoff durch jede der verwendeten Hauptdüsen konzentriert wird, indem die Anzahl der verwendeten Hauptdüsen auf fünf oder drei verringert wird. Somit kann ein weiteres Absinken der Flammentemperatur Tf durch ein weiteres Verringern des Luft-Brennstoff-Verhältnisses pro Hauptdüse durch ein weiteres Verringern des vorbestimmten Öffnungsgrads Vc des Zapfventils 9 relativ zu dem Fall, in dem die Anzahl der verwendeten Hauptdüsen größer ist, verhindert werden, dass die Flammentemperatur Tf den oberen Grenzwert Lu überschreitet.
Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform umfasst die oben beschriebene Entscheidungseinheit für den vorbestimmten Öffnungsgrad 5 eine Düsenanzahlerfassungseinheit 53, die so konfiguriert ist, dass sie die Anzahl von Brennstoffdüsen 81 im Haupt-A-System 8m, die nach dem Empfang des Lastabschaltsignals S verwendet werden, erfasst, und eine zweite Entscheidungseinheit 54, die so konfiguriert ist, dass sie den oben beschriebenen vorbestimmten Öffnungsgrad Vc des Zapfventils 9 basierend auf der oben beschriebenen Anzahl der verwendeten Brennstoffdüsen 81, die von der Düsenanzahlerfassungseinheit 53 erfasst wurde, bestimmt.
Bei der obigen Konfiguration, wenn der Brennstoff F von dem Hauptbrennstoffsystem 8m zu der Brennkammer 73 unter Verwendung der Vielzahl von Brennstoffdüsen 81 (Hauptdüsen) zugeführt wird, wird der vorbestimmte Öffnungsgrad Vc des Zapfventils 9 basierend auf der Anzahl der bei der Lastabschaltung verwendeten Hauptdüsen bestimmt. In dem Fall beispielsweise, in dem der vorbestimmte Öffnungsgrad Vc des Zapfventils 9 auf einen relativ hohen Öffnungsgrad eingestellt ist, beispielsweise vollständig geöffnet ist, wenn die Anzahl der verwendeten Hauptdüsen acht beträgt, wenn der Brennstoff F konzentriert wird, indem die Anzahl der Hauptdüsen auf drei, fünf verringert wird, erhöht sich der Brennstoff F pro Hauptdüse, wodurch der vorbestimmte Öffnungsgrad Vc des Zapfventils 9 weiter verringert wird. So kann zuverlässiger verhindert werden, dass die Flammentemperatur Tf den oberen Grenzwert Lu überschreitet.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform, die sich auf die Brennstoff-Steuereinheit 3 bezieht, unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist ein funktionelles Blockschaltbild der Brennstoff-Steuereinheit 3 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Ausführungsform, bei der der vorbestimmte Öffnungsgrad Vc des Zapfventils 9 basierend auf dem Lastreferenzwert Ld und dergleichen festgelegt wird, wurde bereits beschrieben. Bei einigen Ausführungsformen, wie in 6 gezeigt ist, kann der Ventilöffnungsgrad des Brennstoffregulierventils im Pilotbrennstoffsystem 8p auch basierend auf dem Lastreferenzwert Ld festgelegt werden. Wie bereits beschrieben, ist die Brennkammer 73 im Allgemeinen mit dem Pilotbrennstoffsystem 8p und dem Hauptbrennstoffsystem 8m verbunden. Anschließend wird die Zufuhr des Brennstoffs F zur Brennkammer 73 bei Lastabschaltung derart gesteuert, dass die Zufuhr aus dem Hauptbrennstoffsystem verringert und die Zufuhr aus dem Pilotbrennstoffsystem 8p erhöht wird, wodurch die Zufuhrmenge des Brennstoffs F insgesamt verringert wird. Somit steuert die Brennstoff-Steuereinheit 3 das Brennstoffregulierventil (81A oder 81B) des Pilotbrennstoffsystems 8p basierend auf dem Lastreferenzwert Ld.
Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung 1 die oben beschriebene Lastreferenzwert-Erfassungseinheit 52. Anschließend umfasst die Brennstoff-Steuereinheit 3 eine Referenzöffnungsgrad-Entscheidungseinheit 31a, die konfiguriert ist, um einen Referenzöffnungsgrad Vb des Brennstoffregulierventils 83 im Pilotbrennstoffsystem 8p in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand der Gasturbine 7 bei Empfang des Lastabschaltsignals S durch die oben beschriebene Lastabschaltsignal-Empfangseinheit 50 zu bestimmen, und eine Öffnungsgrad-Korrektureinheit 31b, die konfiguriert ist, um einen zusätzlichen Öffnungsgrad Vp zu dem Referenzöffnungsgrad Vb bei einer niedrigen Last zu addieren, bei der der Lastreferenzwert Ld der Gasturbine 7 niedriger ist als der Lastreferenzwert Ld bei einer Bemessung derart wie der Nennlast (Nennlastreferenzwert). Indem der zusätzliche Öffnungsgrad Vp zum Referenzöffnungsgrad Vb bei niedriger Last addiert wird, wird die Brennstoffströmungsrate relativ zu niedriger Last erhöht, um das Luft-Brennstoff-Verhältnis zu erhöhen und dadurch ein Erlöschen der Flamme zu geringer zu veranlassen.
Bei der obigen Konfiguration ist der Ventilöffnungsgrad des Brennstoffregulierventils in dem Pilotbrennstoffsystem 8p relativ zu demjenigen bei Nennlast und hoher Last weiter erhöht, um die Brennstoffströmungsrate, die zuzuführen ist, weiter zu erhöhen, wenn der Betriebszustand der Gasturbine 7 bei Lastabschaltung bei niedriger Last ist. Wenn der Betriebszustand der Gasturbine 7 bei Lastabschaltung bei niedriger Last ist, ist der Ventilöffnungsgrad des oben beschriebenen Brennstoffregulierventils 83 niedrig, was zu einem relativ niedrigen Luft-Brennstoff-Verhältnis und einer niedrigen Flammentemperatur Tf führt. Wenn die Lastabschaltung im Niedriglastzustand ausgeführt wird und die Brennstoffströmungsrate des Brennstoffregulierventils 83 in dem Pilotbrennstoffsystem 8p weiter erhöht wird, kann das Ansprechen auf den Anstieg der Flammentemperatur Tf verbessert und ein Erlöschen der Flamme zuverlässiger verhindert werden, um beispielsweise zu verhindern, dass die Flammentemperatur Tf unter den unteren Grenzwert Ll fällt.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Verbrennungssteuerung, das dem von der oben beschriebenen Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung 1 ausgeführten Ablauf entspricht, unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren zur Verbrennungssteuerung für die Gasturbine 7 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 7 gezeigt umfasst das Verfahren zur Verbrennungssteuerung für die Gasturbine 7 (im Folgenden einfach als Verfahren zur Verbrennungssteuerung bezeichnet) einen Schritt des Steuerns des Zapfventils zum Steuern des Ventilöffnungsgrads V des oben beschriebenen Zapfventils 9, einen Brennstoff-Steuerschritt zum Steuern der oben beschriebenen Brennstoffregulierventile 83 und einen Temperaturerfassungsschritt zum Erfassen der Flammentemperatur Tf der oben beschriebenen Flamme. Dieser Schritt des Steuerns des Zapfventils (S1), der Brennstoff-Steuerschritt (S2) und der Temperaturerfassungsschritt (S3) sind jeweils die gleichen Verarbeitungsinhalte, die von der Zapfventil-Steuereinheit 2, der Brennstoff-Steuereinheit 3 und der Temperaturerfassungseinheit 4 ausgeführt werden, die bereits beschrieben worden sind, und daher werden Einzelheiten davon weggelassen.
Bei der in 7 gezeigten Ausführungsform umfasst Schritt S0 das Empfangen des Lastabschaltsignals S. Anschließend umfasst Schritt S1 das Ausführen des Schritts des Steuerns des Zapfventils, um den Ventilöffnungsgrad V des Zapfventils 9 von dem geschlossenen Zustand zu dem offenen Zustand mit dem vorbestimmten Öffnungsgrad Vc zu steuern. Schritt S2 umfasst das Ausführen des Temperaturerfassungsschritts, um den Schätzwert der Flammentemperatur Tf zu berechnen. Schritt S3 umfasst das Ausführen des Brennstoff-Steuerschrittes, um die Brennstoffregulierventile 83 mittels Rückkopplungssteuerung bzw. Regelkreises so zu steuern, dass die oben beschriebene Flammentemperatur Tf innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs liegt, der durch den oberen Grenzwert Lu und den unteren Grenzwert Ll definiert ist.
Beispielsweise kann die Reihenfolge von Schritt S2 und Schritt S3 vertauscht werden. Beispielsweise kann also zunächst die Brennstoffströmungsrate bestimmt werden, die nicht größer ist als die Brennstoffströmungsrate, bei der die Drehzahl der Gasturbine 7 der Schwellenwert der Drehzahl ist, die festgelegte Brennstoffströmungsrate kann der Brennkammer 73 zugeführt werden, und anschließend kann die Flammentemperatur Tf erfasst werden, um die Brennstoffströmungsrate zu steuern. Alternativ dazu kann die Flammentemperatur Tf in dem Fall, in dem der Ventilöffnungsgrad V des Zapfventils 9 auf den vorbestimmten Öffnungsgrad Vc eingestellt ist, zunächst geschätzt werden, und anschließend kann die Brennstoffströmungsrate basierend auf der geschätzten Flammentemperatur Tf gesteuert werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Verfahren zur Verbrennungssteuerung ferner einen Entscheidungsschritt für den vorbestimmten Öffnungsgrad umfassen, in dem der oben beschriebene vorbestimmte Öffnungsgrad Vc bestimmt wird. Der Entscheidungsschritt für den vorbestimmten Öffnungsgrad ist derselbe wie die Verarbeitungsinhalte, die von der Entscheidungseinheit für den vorbestimmten Öffnungsgrad 5 ausgeführt werden, die bereits beschrieben wurden, und daher werden Einzelheiten davon weggelassen. Wie in 7 gezeigt kann der Entscheidungsschritt für den vorbestimmten Öffnungsgrad zwischen Schritt S0 und Schritt S1 von 7 ausgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und umfasst auch eine Ausführungsform, die durch Modifizierung der oben beschriebenen Ausführungsformen erhalten wird, und eine Ausführungsform, die durch Kombination dieser Ausführungsformen erhalten wird. Beispielsweise kann der oben beschriebene vorbestimmte Öffnungsgrad Vc basierend auf dem Lastreferenzwert Ld oder der Flammentemperatur Tf und der Anzahl der verwendeten Hauptdüsen festgelegt werden.
(Anhang)
(1) Eine Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung (1) für eine Gasturbine (7) gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung (1) für eine Gasturbine (7) zum Zuführen von verdichteter Luft (Ac), die von einem Verdichter (71) verdichtet wurde und die in ein Gehäuse (72) strömt, zu einer Brennkammer (73), wobei die Vorrichtung eine Zapfventil-Steuereinheit (2), die konfiguriert ist, um ein Zapfventil (9) zu steuern, das an einem Zapfrohr (9p) zum Ausführen einer Entlüftung angeordnet ist, so dass ein Teil der verdichteten Luft (Ac), die in das Gehäuse (72) einströmt, nicht als Verbrennungsluft (As) in der Brennkammer (73) verwendet wird, eine Brennstoff-Steuereinheit (3), die konfiguriert ist, um ein Brennstoffregulierventil (83) zum Regulieren einer Strömungsrate von Brennstoff (F), der der Brennkammer (73) zugeführt wird, zu steuern, und eine Temperaturerfassungseinheit (4), die konfiguriert ist, um eine Flammentemperatur (Tf) einer Flamme zu erfassen, die durch die Verbrennung des Brennstoffs (F) in der Brennkammer (73) erzeugt wird, aufweist. Beim Empfang eines Lastabschaltsignals (S) zum Abschalten einer Last von der Gasturbine (7) steuert die Zapfventil-Steuereinheit (2) einen Ventilöffnungsgrad des Zapfventils (9) von einem geschlossenen Zustand zu einem offenen Zustand mit einem vorbestimmten Öffnungsgrad (Vc), und die Brennstoff-Steuereinheit (3) steuert das Brennstoffregulierventil (83) derart, dass die erfasste Flammentemperatur (Tf) in einem vorbestimmten Temperaturbereich liegt, der durch einen oberen Grenzwert (Lu) und einen unteren Grenzwert (Ll) definiert ist.
Bei der obigen Konfiguration (1) umfasst die Gasturbine (7) das Zapfrohr (9p) und das Zapfventil (9), die in der Lage sind, die Zufuhrmenge der Verbrennungsluft (As) zu dem Verdichter (73) durch Entnahme der verdichteten Luft (Ac) von dem Verdichter (71) aus dem Gehäuse (72) zu verringern. Bei einer solchen Lastabschaltung der Gasturbine (7) führt die Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung (1) üblicherweise eine Verbrennungssteuerung aus, um einen übermäßigen Anstieg der Drehzahl der Gasturbine (7) (derart, dass der Anstieg 110% des vorbestimmten OST-Wertes von überschreitet) und ein Erlöschen der Flamme in der Brennkammer (73) zu verhindern, und steuert ferner den Ventilöffnungsgrad sowohl von dem Zapfventil (9) als auch von dem Brennstoffregulierventil (83), um die Brennstoffströmungsrate und die Strömungsrate der der Brennkammer (73) zugeführten Verbrennungsluft (As) derart zu steuern, dass die Flammentemperatur (Tf) in der Brennkammer (73) in dem vorbestimmten Temperaturbereich liegt, der durch den oberen Grenzwert (Lu) und den unteren Grenzwert (Ll) definiert ist.
Die Drehzahl der Gasturbine (7) erhöht sich, wenn die zugeführte Brennstoffmenge (Brennstoffströmungsrate) groß ist, und die Flammentemperatur (Tf) steigt, wenn das Luft-Brennstoff-Verhältnis hoch ist. Wenn also das Zapfventil (9) bei der Lastabschaltung von dem geschlossenen Zustand zu dem offenen Zustand geändert wird, strömt ein Teil der verdichteten Luft (Ac) aus dem Gehäuse (72), um die Brennkammer (73) zu umgehen (ein erster Zylinderabschnitt (73a), der später beschrieben wird), wodurch die Menge der Verbrennungsluft (As), die von dem Gehäuse (72) der Brennkammer (73) zugeführt wird, verringert und das Luft-Brennstoff-Verhältnis erhöht wird. Indem also das Zapfventil (9) bei Lastabschaltung in dem offenen Zustand eingestellt wird, kann die Flammentemperatur (Tf) erhöht werden, ohne dass die Brennstoffströmungsrate steigt. Indem der obere Grenzwert (Lu) der Flammentemperatur (Tf) in der Brennkammer (73) beispielsweise bei einer Temperatur eingestellt wird, bei der eine Beschädigung der Gasturbine (7) durch die Flamme zu verhindern ist, ist der untere Grenzwert (Ll) bei einer Temperatur installiert, bei der ein Erlöschen der Flamme zu verhindert werden kann, und die Brennstoff-Strömungsrate und die zuzuführende Luftmenge (Luftströmungsrate) derart zu steuern, dass die Flammentemperatur (Tf) innerhalb des Temperaturbereiches liegt, können Schäden an der Anlage durch die übermäßige Erhöhung der Flammentemperatur (Tf) verhindert werden, wobei gleichzeitig das Erlöschen der Flamme und die übermäßige Erhöhung der Drehzahl der Gasturbine (7) verhindert werden.
(2) Bei einigen Ausführungsformen in der obigen Konfiguration (1) umfasst die Brennkammer (73) einen ersten Zylinderabschnitt (73a) zur Erzeugung eines Verbrennungsgases durch Verbrennung des Brennstoffs und der verdichteten Luft (Ac), und die Temperaturerfassungseinheit (4) umfasst eine Luftströmungsraten-Berechnungseinheit (41), die konfiguriert ist, um eine Strömungsrate der Verbrennungsluft (As) zu berechnen, die dem ersten Zylinderabschnitt (73a) zugeführt wird, basierend auf dem Ventilöffnungsgrad des Zapfventils (9), und eine Temperaturberechnungseinheit (42), die konfiguriert ist, um einen Schätzwert der Flammentemperatur (Tf) zu berechnen, basierend auf der Strömungsrate der Verbrennungsluft (As) und einer Brennstoffströmungsrate des Brennstoffs, die jeweils in den ersten Zylinderabschnitt (73a) zugeführt werden.
Bei der obigen Konfiguration (2) berechnet die Temperaturerfassungseinheit (4) die Strömungsrate der Verbrennungsluft (As) (verdichtete Luft (Ac)), die dem Inneren (Verbrennungsraum) des ersten Zylinderabschnitts (73a) (beispielsweise einer Verbrennungsauskleidung) der Brennkammer (73) zugeführt wird, unter Berücksichtigung des Ventilöffnungsgrads des Zapfventils (9) und schätzt die Flammentemperatur (Tf) basierend auf der berechneten Strömungsrate der Verbrennungsluft (As) und der Brennstoffströmungsrate. So kann man unter Berücksichtigung des Ventilöffnungsgrads des Zapfventils (9) die Strömungsrate der Verbrennungsluft (As) genauer erhalten und die Flammentemperatur (Tf) genau abschätzen, ohne diese tatsächlich zu messen.
(3) Bei einigen Ausführungsformen in den obigen Konfigurationen (1) und (2) umfasst die Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung (1) für die Gasturbine (7) ferner eine Entscheidungseinheit für den vorbestimmten Öffnungsgrad (5) zum Festlegen des vorbestimmten Öffnungsgrads (Vc). Die Entscheidungseinheit für den vorbestimmten Öffnungsgrad (5) umfasst eine erste Entscheidungseinheit (51) zum Festlegen des vorbestimmten Öffnungsgrads (Vc) des Zapfventils (9) basierend auf der Flammentemperatur (Tf) oder einem Lastreferenzwert (Ld) der Gasturbine (7), wenn das Lastabschaltsignal (S) empfangen wird.
Bei der obigen Konfiguration (3) wird der vorbestimmte Öffnungsgrad (Vc) des Zapfventils (9) basierend auf der Flammentemperatur (Tf) oder dem Lastreferenzwert (Ld) der Gasturbine (7) bei Lastabschaltung festgelegt. Die Flammentemperatur (Tf) ist mit der Last der Gasturbine (7) zugeordnet, und im Allgemeinen ist die Flammentemperatur (Tf) auch niedrig, wenn die Last (Ausgabe) der Gasturbine (7) niedrig ist, und im Umkehrschluss ist die Flammentemperatur (Tf) auch hoch, wenn die Last hoch ist. Da beispielsweise die Flammentemperatur (Tf) bei der oben beschriebenen geringen Last inhärent niedrig ist, lässt sich die Steuerung so ausführen, dass die Flammentemperatur (Tf) den oberen Grenzwert (Lu) selbst dann nicht überschreitet, wenn die Zufuhrmenge der Verbrennungsluft (As) zu der Brennkammer (73) beispielsweise durch vollständiges Öffnen des Zapfventils (9) verringert wird. Da die Flammentemperatur (Tf) jedoch inhärent hoch ist, wenn die oben beschriebene Last hoch ist, wird vorhergesagt, dass der Anstieg der Flammentemperatur (Tf) wahrscheinlich übermäßig hoch ist, wenn beispielsweise das Zapfventil (9) vollständig geöffnet ist, was es schwierig machen kann, die Flammentemperatur (Tf) innerhalb des vorbestimmten Bereichs durch Steuern der Brennstoffregulierventile (83) zu halten.
Durch die Steuerung des Ventilöffnungsgrads des Zapfventils (9) bei vollständiger Öffnung oder einem Zwischenöffnungsgrad, der kleiner als die vollständige Öffnung ist, basierend auf der Flammentemperatur (Tf) oder dem Lastreferenzwert (Ld) der Gasturbine (7) beim Empfang (beispielsweise unmittelbar vor dem Empfang) des Lastabschaltsignals (S), kann somit zuverlässiger verhindert werden, dass die Flammentemperatur (Tf) den oberen Grenzwert (Lu) überschreitet, indem die Brennstoffregulierventile (83) gesteuert werden, nachdem das Zapfventil (9) auf den vorbestimmten Öffnungsgrad (Vc) eingestellt wurde. Ferner ist es beim Schätzen der Flammentemperatur (Tf) möglich, im Voraus einen Fall vorherzusagen, beispielsweise in dem die Flammentemperatur (Tf) hoch bleibt, und in einem solchen Fall kann beispielsweise das Zapfventil (9) auf den Zwischenöffnungsgrad eingestellt werden.
(4) Bei einigen Ausführungsformen in der obigen Konfiguration (3) ist die Brennkammer (73) mit einer Vielzahl von Brennstoffsystemen (8) einschließlich eines Pilotbrennstoffsystems (8p) verbunden, und die Brennstoff-Steuereinheit (3) umfasst eine Referenzöffnungsgrad-Entscheidungseinheit (31a), die so konfiguriert ist, dass sie einen Referenzöffnungsgrad (Vb) des Brennstoffregulierventils (83) in dem Pilotbrennstoffsystem (8p) in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand der Gasturbine (7) festlegt, nach dem Empfang des Lastabschaltsignals (S), und eine Öffnungsgrad-Korrektureinheit (31b), die konfiguriert ist, um einen zusätzlichen Öffnungsgrad (Vp) zu dem Referenzöffnungsgrad (Vb) zu addieren, bei einer niedrigen Last, bei der der Lastreferenzwert (Ld) der Gasturbine (7), wenn das Lastabschaltsignal (S) empfangen wird, niedriger als ein Nennlastreferenzwert ist.
Im Allgemeinen ist die Brennkammer (73) mit dem Pilotbrennstoffsystem (8p) zur Stabilisierung der Flamme und dem wesentlichen Hauptbrennstoffsystem (8m) zum Zuführen von vorgemischtem Brennstoff in Übereinstimmung mit der Ausgabe der Gasturbine (7) verbunden. Anschließend wird die Zufuhr des Brennstoffs zur Brennkammer (73) bei Lastabschaltung derart gesteuert, dass die Zufuhr aus dem Hauptbrennstoffsystem (8m) verringert und die Zufuhr aus dem Pilotbrennstoffsystem (8p) erhöht wird, wobei die Zufuhrmenge des Brennstoffs insgesamt verringert wird.
Bei der obigen Konfiguration (4) wird, wenn der Betriebszustand der Gasturbine (7) bei niedriger Last bei Lastabschaltung ist, der Ventilöffnungsgrad des Brennstoffregulierventils (83) in dem Pilotbrennstoffsystem (8p) relativ zu dem bei Nennlast und hoher Last weiter erhöht, um die Brennstoffströmungsrate, die zuzuführen ist, weiter zu erhöhen. Wenn der Betriebszustand der Gasturbine (7) bei Lastabschaltung bei niedriger Last ist, ist der Ventilöffnungsgrad des oben beschriebenen Brennstoffregulierventils (83) niedrig, was zu einem relativ niedrigen Luft-Brennstoff-Verhältnis und einer niedrigen Flammentemperatur (Tf) führt. Wird die Lastabschaltung im Niedriglastzustand ausgeführt und die Brennstoffströmungsrate des Brennstoffregulierventils (83) im Pilotbrennstoffsystem (8p) weiter erhöht, kann derart das Ansprechen auf den Anstieg der Flammentemperatur (Tf) verbessert und ein Erlöschen der Flamme zuverlässiger verhindert werden, um beispielsweise zu verhindern, dass die Flammentemperatur (Tf) unter den unteren Grenzwert (Ll) sinkt.
(5) Bei einigen Ausführungsformen ist die Brennkammer (73) gemäß einer der obigen Konfigurationen (1) bis (4) mit einer Vielzahl von Brennstoffsystemen (8) verbunden, die ein Hauptbrennstoffsystem (8m) zum Zuführen von vorgemischtem Brennstoff aus dem Brennstoff und der Verbrennungsluft (As) mit einer Strömungsrate gemäß einer Last der Gasturbine (7) zu der Brennkammer (73) unter Verwendung einer Vielzahl von Brennstoffdüsen (81) umfassen, wobei die Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung (1) für die Gasturbine (7) ferner eine Entscheidungseinheit für den vorbestimmten Öffnungsgrad (5) zum Festlegen des vorbestimmten Öffnungsgrads (Vc) aufweist, und die Entscheidungseinheit für den vorbestimmten Öffnungsgrad (5) eine Düsenanzahlerfassungseinheit umfasst, die konfiguriert ist, um die Anzahl von Brennstoffdüsen (81) in dem Hauptbrennstoffsystem (8m) zu erfassen, die nach dem Empfang des Lastabschaltsignals (S) verwendet werden, und eine zweite Entscheidungseinheit, die konfiguriert ist, um den vorbestimmten Öffnungsgrad (Vc) des Zapfventils (9) basierend auf der Anzahl der verwendeten Brennstoffdüsen (81) festzulegen.
Bei der Lastabschaltung kann in Übereinstimmung mit Eigenschaften der Einrichtung, beispielsweise dem Zustand des Auftretens von Verbrennungsschwingungen, die Anzahl der verwendeten Brennstoffdüsen (81) im Hauptbrennstoffsystem (8m) (Hauptdüsen) geändert werden (beispielsweise von acht auf drei geändert). Wird die Anzahl der verwendeten Hauptdüsen geändert, so ändert sich auch die Brennstoffströmungsrate pro verwendeter Hauptdüse in dem Hauptbrennstoffsystem (8m), und damit kann auch die Flammentemperatur (Tf) geändert werden.
Bei der obigen Konfiguration (5) wird der vorbestimmte Öffnungsgrad (Vc) des Zapfventils (9) basierend auf der Anzahl der bei der Lastabschaltung verwendeten Hauptbrennstoffdüsen (81) (Hauptdüsen) festgelegt, wenn der Brennstoff von dem Hauptbrennstoffsystem (8m) der Brennkammer (73) zugeführt wird. Wird beispielsweise der vorbestimmte Öffnungsgrad (Vc) des Zapfventils (9) auf einen relativ hohen Öffnungsgrad, beispielsweise die vollständige Öffnung, eingestellt, wenn die Anzahl der verwendeten Hauptdüsen acht beträgt, und wird der Brennstoff durch Verringerung der Anzahl der Hauptdüsen auf drei oder fünf konzentriert, erhöht sich der Brennstoff pro Hauptdüse, wodurch der vorbestimmte Öffnungsgrad (Vc) des Zapfventils (9) weiter verringert wird. So kann zuverlässiger verhindert werden, dass die Flammentemperatur (Tf) den oberen Grenzwert (Lu) überschreitet.
(6) Bei einigen Ausführungsformen ist bei der obigen Konfiguration (1) oder (2) der vorbestimmte Öffnungsgrad (Vc) ein vollständiger Öffnungsgrad.
Bei der obigen Konfiguration (6) ist bei Lastabschaltung der Ventilöffnungsgrad des Zapfventils (9) auf vollständige Öffnung eingestellt. Dadurch kann die Erhöhung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses durch das Zapfventil (9) maximiert werden. So kann die zugeführte Brennstoffmenge minimiert werden, um ein Erlöschen der Flamme zu verhindern und die Brennstoffeffizienz zu verbessern.
(7) Bei einigen Ausführungsformen in einer der obigen Ausführungsformen (1) bis (6) ist der obere Grenzwert (Lu) eine Temperatur, bei der eine Beschädigung der Gasturbine (7) durch die Flamme zu verhindern ist, und der untere Grenzwert (Ll) ist eine Temperatur, bei der ein Erlöschen der Flamme zu verhindern ist.
Mit der obigen Konfiguration (7), die den oberen Grenzwert (Lu) und den unteren Grenzwert (Ll) der Flammentemperatur (Tf) wie oben beschrieben definiert, kann ein Erlöschen der Flamme und eine Beschädigung der Gasturbine (7) bei Lastabschaltung verhindert werden.
(8) Ein Verfahren zur Verbrennungssteuerung einer Gasturbine (7) gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Verbrennungssteuerung einer Gasturbine (7) zum Zuführen von verdichteter Luft (Ac), die von dem Verdichter (71) verdichtet wurde und die in ein Gehäuse (72) einströmt, zu einer Brennkammer (73), wobei das Verfahren einen Schritt des Steuerns eines Zapfventils (9) zum Steuern eines Zapfventils (9), das an einem Zapfrohr (9p) zum Ausführen einer Entlüftung angeordnet ist, so dass ein Teil der in das Gehäuse (72) einströmenden verdichteten Luft (Ac) nicht als Verbrennungsluft (As) in der Brennkammer (73) verwendet wird, einen Brennstoff-Steuerschritt zum Steuern eines Brennstoffregulierventils (83) zum Regulieren einer Brennstoffströmungsrate von Brennstoff, der der Brennkammer (73) zugeführt wird, und einen Temperaturerfassungsschritt des Erfassens einer Flammentemperatur (Tf) einer Flamme, die durch die Verbrennung des Brennstoffs in der Brennkammer (73) erzeugt wird, aufweist. Bei Empfang eines Lastabschaltsignals (S) zum Abschalten einer Last von der Gasturbine (7) der Schritt des Steuerns des Zapfventils (9) ein Steuern eines Ventilöffnungsgrads des Zapfventils (9) von einem geschlossenen Zustand zu einem offenen Zustand mit einem vorbestimmten Öffnungsgrad (Vc) umfasst, und der Brennstoff-Steuerschritt ein Steuern des Brennstoffregulierventils (83) derart umfasst, dass die erfasste Flammentemperatur (Tf) in einem vorbestimmten Temperaturbereich liegt, der durch einen oberen Grenzwert (Lu) und einen unteren Grenzwert (Ll) definiert ist.
Mit der obigen Konfiguration (8) wird derselbe Effekt wie mit der obigen Konfiguration (1) erreicht.
(9) Ein Programm zur Verbrennungssteuerung (10) für eine Gasturbine (7) gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Programm zur Verbrennungssteuerung (10) für eine Gasturbine (7) zum Zuführen von verdichteter Luft (Ac), die von einem Verdichter (71) verdichtet wurde und die in ein Gehäuse (72) einströmt, zu einer Brennkammer (73), wobei das Programm in einem Computer eine Zapfventil-Steuereinheit (2), die konfiguriert ist, um ein Zapfventil (9) zu steuern, das an einem Zapfrohr (9p) zum Ausführen einer Entlüftung angeordnet ist, so dass ein Teil der verdichteten Luft (Ac), die in das Gehäuse (72) einströmt, nicht als Verbrennungsluft (As) in der Brennkammer (73) verwendet wird, eine Brennstoff-Steuereinheit (3), die konfiguriert ist, um ein Brennstoffregulierventil (83) zum Regulieren einer Brennstoffströmungsrate von Brennstoff, der der Brennkammer (73) zugeführt wird, zu steuern, und eine Temperaturerfassungseinheit (4), die konfiguriert ist, um eine Flammentemperatur (Tf) einer Flamme zu erfassen, die durch die Verbrennung des Brennstoffs in der Brennkammer (73) erzeugt wird, aufweist. Beim Empfang eines Lastabschaltsignals (S) zum Abschalten einer Last von der Gasturbine (7) veranlasst das Programm den Computer, umzusetzen, dass die Zapfventil-Steuereinheit (2) einen Ventilöffnungsgrad des Zapfventils (9) von einem geschlossenen Zustand zu einem offenen Zustand mit einem vorbestimmten Öffnungsgrad (Vc) steuert, und die Brennstoff-Steuereinheit (3) das Brennstoffregulierventil (83) derart steuert, dass die erfasste Flammentemperatur (Tf) in einem vorbestimmten Temperaturbereich liegt, der durch einen oberen Grenzwert (Lu) und einen unteren Grenzwert (Ll) definiert ist.
Mit der obigen Konfiguration (9) wird der gleiche Effekt wie mit der obigen Konfiguration (1) erreicht.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung
10: Programm zur Verbrennungssteuerung
11: Prozessor
12: Speichervorrichtung
2: Zapfventil-Steuereinheit
3: Brennstoff-Steuereinheit
31: Brennstoffströmungsraten-Entscheidungseinheit
31a: Referenzöffnungsgrad-Entscheidungseinheit
31b: Öffnungsgrad-Korrektureinheit
32: Brennstoffventil-Öffnungsgrad-Entscheidungseinheit
4: Temperaturerfassungseinheit
41: Luftströmungsraten-Berechnungseinheit
42: Temperaturberechnungseinheit
50: Lastabschaltsignal-Empfangseinheit
5: Entscheidungseinheit für den vorbestimmten Öffnungsgrad
51: Erste Entscheidungseinheit
52: Lastreferenzwert-Erfassungseinheit
53: Düsenanzahlerfassungseinheit
54: zweite Entscheidungseinheit
6: Gasturbinenanlage
61: Generator
62: Lufteinlasssystem
63: Ableitungssystem
64: Kühlrohr
7: Gasturbine
71: Verdichter
71a: Einlassleitschaufel
72: Gehäuse
73: Brennkammer
73a: erster Zylinderabschnitt
73b: zweiter Zylinderabschnitt
74: Turbine
75: Rotor
8: Brennstoffsystem
8m: Hauptbrennstoffsystem
8p: Pilotbrennstoffsystem
8A: Diffusionspilotsystem
8B: Vormischpilotsystem
8C: Haupt-A-System
8D: Haupt-B-System
8E: Kopfsystem
81: Brennstoffdüse
82A: Diffusionspilotsammelrohr
82B: Vormischpilotsammelrohr
82C: Haupt-A-Sammelrohr
82D: Haupt-B-Sammelrohr
82E: Kopfsammelrohr
83: Brennstoffregulierventil
83A: Brennstoffregulierventil (Diffusionspilotsystem)
83B: Brennstoffregulierventil (Vormischpilotsystem)
83C: Brennstoffregulierventil (Haupt-A-System)
83D: Brennstoffregulierventil (Haupt-B-System)
83E: Brennstoffregulierventil (Kopfsystem)
86: Brennstofftank
87: Drucksystem
88: Brennstoffdruckregulierventil (zum Steuern des Brennstoffzufuhrdrucks)
9: Zapfventil
9p: Zapfrohr
Tf: Flammentemperatur
Ll: unterer Grenzwert der Flammentemperatur
Lu: obere Grenze der Flammentemperatur
S: Lastabschaltsignal
A: Luft
Ac: verdichtete Luft
As: Verbrennungsluft (verdichtete Luft)
E: Verbrennungsgas
F: Brennstoff (Brennstoffgas)
Fp: Pilotbrennstoff-Strömungsrate
Ga: Luftzufuhr-Strömungsrate
Ge: Zapfströmungsrate
Gf: Brennstoffströmungsrate
Gg: normale Luftströmungsrate
Hf: unterer Heizwert
TCS: Gehäuselufttemperatur
V: Ventilöffnungsgrad des Zapfventils
Vc: vorbestimmter Öffnungsgrad
Vb: Referenzöffnungsgrad
Vp: zusätzlicher Öffnungsgrad
Ld: Lastreferenzwert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5147766 B [0003]
JP 2017106324 A [0003]
JP 2018178803 A [0003]

Claims

Eine Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung für eine Gasturbine zum Zuführen von verdichteter Luft, die von einem Verdichter verdichtet wurde und die in ein Gehäuse einströmt, zu einer Brennkammer, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Zapfventil-Steuereinheit, die konfiguriert ist, um ein Zapfventil zu steuern, das an einem Zapfrohr zur Ausführung einer Entlüftung angeordnet ist, so dass ein Teil der verdichteten Luft, die in das Gehäuse einströmt, nicht als Verbrennungsluft in der Brennkammer verwendet wird, eine Brennstoff-Steuereinheit, die konfiguriert ist, um ein Brennstoffregulierventil zum Regulieren einer Brennstoffströmungsrate von Brennstoff, der der Brennkammer zugeführt wird, zu steuern, und eine Temperaturerfassungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Flammentemperatur einer Flamme zu erfassen, die durch die Verbrennung des Brennstoffs in der Brennkammer erzeugt wird, wobei bei Empfang eines Lastabschaltsignals zum Abschalten einer Last von der Gasturbine die Zapfventil-Steuereinheit einen Ventilöffnungsgrad des Zapfventils von einem geschlossenen Zustand zu einem offenen Zustand mit einem vorbestimmten Öffnungsgrad steuert, und die Brennstoff-Steuereinheit das Brennstoff-Regulierventil derart steuert, dass die erfasste Flammentemperatur in einem vorbestimmten Temperaturbereich liegt, der durch einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert definiert ist.
Die Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung für die Gasturbine gemäß Anspruch 1, wobei die Brennkammer einen ersten Zylinderabschnitt zum Erzeugen eines Verbrennungsgases durch Verbrennen des Brennstoffs und der verdichteten Luft umfasst, und wobei die Temperaturerfassungseinheit umfasst: eine Luftströmungsraten-Berechnungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Strömungsrate der Verbrennungsluft zu berechnen, die in den ersten Zylinderabschnitt zugeführt wird, basierend auf dem Ventilöffnungsgrad des Zapfventils, und eine Temperaturberechnungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Schätzwert der Flammentemperatur zu berechnen, basierend auf der Strömungsrate der Verbrennungsluft und einer Brennstoffströmungsrate des Brennstoffs, die jeweils in den ersten Zylinderabschnitt zugeführt werden.
Die Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung für die Gasturbine gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Entscheidungseinheit für den vorbestimmten Öffnungsgrad zum Festlegen des vorbestimmten Öffnungsgrads, wobei die Entscheidungseinheit für den vorbestimmten Öffnungsgrad eine erste Entscheidungseinheit zum Festlegen des vorbestimmten Öffnungsgrads des Zapfventils basierend auf der Flammentemperatur oder einem Lastreferenzwert der Gasturbine, wenn das Lastabschaltsignal empfangen wird, umfasst.
Die Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung für die Gasturbine gemäß Anspruch 3, wobei die Brennkammer mit einer Vielzahl von Brennstoffsystemen verbunden ist, die ein Pilotbrennstoffsystem umfassen, und wobei die Brennstoff-Steuereinheit umfasst: eine Referenzöffnungsgrad-Entscheidungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Referenzöffnungsgrad des Brennstoffregulierventils in dem Pilotbrennstoffsystem in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand der Gasturbine nach dem Empfang des Lastabschaltsignals festzulegen, und eine Öffnungsgrad-Korrektureinheit, die konfiguriert ist, um einen zusätzlichen Öffnungsgrad zu dem Referenzöffnungsgrad bei einer niedrigen Last hinzuzufügen, bei der der Lastreferenzwert der Gasturbine, wenn das Lastabschaltsignal empfangen wird, niedriger als ein Nennlastreferenzwert ist.
Die Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung für die Gasturbine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Brennkammer mit einer Vielzahl von Brennstoffsystemen verbunden ist, die ein Hauptbrennstoffsystem zum Zuführen von vorgemischtem Brennstoff aus dem Brennstoff und der Verbrennungsluft mit einer Strömungsrate gemäß einer Last der Gasturbine zu der Brennkammer unter Verwendung einer Vielzahl von Brennstoffdüsen umfassen, wobei die Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung für die Gasturbine ferner eine Entscheidungseinheit für den vorbestimmten Öffnungsgrad zum Festlegen des vorbestimmten Öffnungsgrads aufweist, und wobei die Entscheidungseinheit für den vorbestimmten Öffnungsgrad umfasst: eine Düsenanzahlerfassungseinheit, die konfiguriert ist, um die Anzahl von Brennstoffdüsen in dem Hauptbrennstoffsystem zu erfassen, die nach dem Empfang des Lastabschaltsignals verwendet werden, und eine zweite Entscheidungseinheit, die konfiguriert ist, um den vorbestimmten Öffnungsgrad des Zapfventils basierend auf der Anzahl der verwendeten Brennstoffdüsen festzulegen.
Die Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung für die Gasturbine gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der vorbestimmte Öffnungsgrad eine vollständige Öffnung ist.
Die Vorrichtung zur Verbrennungssteuerung für die Gasturbine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der obere Grenzwert eine Temperatur ist, bei der eine Beschädigung der Gasturbine durch die Flamme vermeidbar ist, und wobei der untere Grenzwert eine Temperatur ist, bei der ein Erlöschen der Flamme vermeidbar ist.
Ein Verfahren zur Verbrennungssteuerung für eine Gasturbine zum Zuführen von verdichteter Luft, die von einem Verdichter verdichtet wurde und die in ein Gehäuse einströmt, zu einer Brennkammer, wobei das Verfahren aufweist: einen Schritt des Steuerns eines Zapfventils zum Steuern eines Zapfventils, das an einem Zapfrohr zum Ausführen einer Entlüftung angeordnet ist, so dass ein Teil der in das Gehäuse einströmenden verdichteten Luft nicht als Verbrennungsluft in der Brennkammer verwendet wird, einen Brennstoff-Steuerschritt des Steuerns eines Brennstoffregulierventils zum Regulieren einer Brennstoffströmungsrate von Brennstoff, der der Brennkammer zugeführt wird, und einen Temperaturerfassungsschritt des Erfassens einer Flammentemperatur einer Flamme, die durch die Verbrennung des Brennstoffs in der Brennkammer erzeugt wird, wobei bei Empfang eines Lastabschaltsignals zum Abschalten einer Last von der Gasturbine der Schritt des Steuerns des Zapfventils ein Steuern eines Ventilöffnungsgrads des Zapfventils von einem geschlossenen Zustand zu einem offenen Zustand mit einem vorbestimmten Öffnungsgrad umfasst, und der Brennstoff-Steuerschritt ein Steuern des Brennstoffregulierventils derart umfasst, dass die erfasste Flammentemperatur in einem vorbestimmten Temperaturbereich liegt, der durch einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert definiert ist.
Ein Programm zur Verbrennungssteuerung für eine Gasturbine zum Zuführen von verdichteter Luft, die von einem Verdichter verdichtet wurde und die in ein Gehäuse einströmt, zu einer Brennkammer, wobei das Programm in einem Computer aufweist: eine Zapfventil-Steuereinheit, die konfiguriert ist, um ein Zapfventil zu steuern, das an einem Zapfrohr zur Ausführung einer Entlüftung angeordnet ist, so dass ein Teil der verdichteten Luft, die in das Gehäuse einströmt, nicht als Verbrennungsluft in der Brennkammer verwendet wird, eine Brennstoff-Steuereinheit, die konfiguriert ist, um ein Brennstoffregulierventil zum Regulieren einer Brennstoffströmungsrate von Brennstoff, der der Brennkammer zugeführt wird, zu steuern, und eine Temperaturerfassungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Flammentemperatur einer Flamme zu erfassen, die durch die Verbrennung des Brennstoffs in der Brennkammer erzeugt wird, wobei bei Empfang eines Lastabschaltsignals zum Abschalten einer Last von der Gasturbine das Programm den Computer veranlasst, umzusetzen, dass die Zapfventil-Steuereinheit einen Ventilöffnungsgrad des Zapfventils von einem geschlossenen Zustand zu einem offenen Zustand mit einem vorbestimmten Öffnungsgrad steuert, und die Brennstoff-Steuereinheit das Brennstoffregulierventil derart steuert, dass die erfasste Flammtemperatur in einem vorbestimmten Temperaturbereich liegt, der durch einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert definiert ist.