JP2000110508A

JP2000110508A - ガスタービン制御装置

Info

Publication number: JP2000110508A
Application number: JP10282221A
Authority: JP
Inventors: Kazue Nagata; 一衛永田; Yasuhisa Tanaka; 泰久田中; Nobuyuki Yasuo; 信行安尾; Kunio Uowaki; 邦夫魚脇
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba System Technology Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba System Technology Corp
Priority date: 1998-10-05
Filing date: 1998-10-05
Publication date: 2000-04-18

Abstract

(57)【要約】【課題】中カロリー等の燃料を用いたガスタービンで
も、軸トルクリミット値となることを回避できる。【解決手段】ガスタービン制御装置１１Ａは、起動時
制御信号ｄと負荷制御信号ｅと排ガス温度制御信号ｆと
出力制限制御手段１８の出力制限信号ｇとを低値優先手
段１５へ入力して、いずれが低値を選択し、開度指令信
号ｈを燃料制御弁６へ出力する。出力制限制御手段１８
は、ガスタービン１側の電力検出信号ａが出力制限設定
値手段１９により設定される出力制限設定値信号以上と
なるのを抑制するように出力制限制御信号を低値優先手
段１５へ出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通常の発電用燃料
である高カロリーのＬＮＧ等の燃料ではなく、中カロリ
ーまたは低カロリーガス燃料または液体燃料を使用した
ガスタービン及びこのガスタービンを組み入れた複合発
電設備に用いられるガスタービン制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エネルギー資源の有効利用・燃料多様化
と高効率化の要求を背景に石炭あるいは石油残さ油等の
炭素質燃料のガス化ガスあるいは、高炉排ガス等の中・
低カロリーガスを燃料として発電するガスタービンと蒸
気タービンを組み合わせてた複合発電プラントが計画さ
れている。

【０００３】上記計画されている複合発電プラントの説
明の前に、現在運用されている従来燃料であるＬＮＧガ
スを燃料としたガスタービン設備を含む複合発電設備に
ついて説明する。

【０００４】複合発電設備は、ガスタービン設備と排熱
回収ボイラ（以下、ＨＲＳＧと呼ぶ）および蒸気タービ
ン設備から構成されている。

【０００５】図６は、ガス燃料を使用するガスタービン
設備とそれを含む複合発電設備およびその負荷制御装置
の一般的な構成例を示すものである。

【０００６】図示するガスタービン設備は、大気中から
吸入した空気を圧縮する圧縮機３と空気と燃料との混合
気体を燃焼する燃焼器２と燃焼器２とからの燃焼ガスに
より駆動されるガスタービン１と更にガスタービン軸に
より駆動される発電機４とを主要機器として構成されて
いる。

【０００７】圧縮機３では、大気から吸入された空気が
圧縮されて燃焼器２に送られ、燃焼器２内で、燃料制御
弁６の開度により決定される燃料と混合されて燃焼し、
高温の燃焼ガスとなり、ガスタービン１に流入し膨張す
ることにより、ガスタービン軸端動力を得る。この動力
により、発電機４を駆動し電力を得る。すなわち、ガス
タービンの出力は、燃料制御弁６の開度により調節さ
れ、この開度は後述するガスタービン制御装置１１によ
り制御される。

【０００８】ＨＲＳＧ５は、ガスタービン１の排ガスに
より、排ガスから水、蒸気への熱伝達により蒸気を発生
させる設備である。発生した蒸気は、蒸気タービン７に
送られる。蒸気タービン７はＨＲＳＧ５で発生した蒸気
によりタービンを回し発電機４を駆動し、電力を発生す
る。

【０００９】ＨＲＳＧ５は、ガスタービン１の排ガスの
エンタルピーとその流量に応じて、蒸気を発生させる
が、ガスタービン１の排ガスから水、蒸気への熱伝達の
遅れから、排ガスエネルギーの変化から蒸気エネルギー
への変換には数分の遅れがある。すなわち、排ガスのエ
ネルギーである排ガスのエンタルピーとその流量の積の
変化に数分の遅れで蒸気発生量が変化するため、ガスタ
ービン１の出力変化から蒸気タービン７の出力変化には
数分の遅れが存在する。

【００１０】ＨＲＳＧ５によって発生した蒸気は、蒸気
タービン７へ蒸気加減弁８を介して流入するが、一般に
効率重視の観点から蒸気加減弁８は、全開運用されるた
め蒸気タービン７の発生トルク（出力）は、特に積極的
な制御は行っておらず、ＨＲＳＧ５の蒸気発生量に依存
している。

【００１１】複合発電設備の制御装置は大別して、統括
負荷制御装置１０とガスタービン制御装置１１とから構
成されている。統括負荷制御装置１０は、ガスタービン
出力と蒸気タービン出力の総和を目標とする複合発電設
備出力に追従するように制御する機能を有し、加減演算
手段１６と統括負荷制御手段１７と出力設定値設定手段
２１と加算手段２２とからなっている。

【００１２】ここで、複合発電設備は、ガスタービン１
と蒸気タービン７のそれぞれの発電機４から各電力検出
器９で得られる値の総出力が目標の出力設定値となるよ
うにガスタービン制御装置１１によってガスタービン１
の燃料制御弁６を制御するように構成されている。

【００１３】図７は、ガスタービン制御装置１１の従来
構成例である。

【００１４】図示するガスタービン制御装置１１は、速
度負荷制御手段１２、排ガス温度制御手段１３、起動時
制御手段１４と、低値優先手段１５を含んで構成され、
速度負荷制御手段１２等の複数の制御系の信号の低値を
選択する低値優先手段１５によって要求値を決定し、燃
料制御弁６の開度を調節して燃焼器２への燃料を制御す
る手段が一般的に用いられている。

【００１５】ここで、速度負荷制御手段１２は、目標と
する発電機出力及び回転数を得るべく制御信号を出力
し、排ガス温度制御手段１３は、制限されるガスタービ
ン入口温度に相当する排ガス温度を設定し、この設定値
以上の温度上昇を防止すべく制限制御信号を出力する。
起動時制御手段１４は、着火、暖機動作を含み、定格回
転数到達までの昇速制御を行なうべく制御信号を出力す
る。

【００１６】低値優先手段１５は、各制御手段からの出
力信号を入力して最小値を選択して、燃料制御弁６へ開
度指令信号として出力する。

【００１７】以上の構成により、全ての運転状態におい
て、低値優先手段１５の入力側の信号が、他の制御手段
の信号より低値となれば、即座に低値優先手段１５によ
りその信号が選択され、燃料制御弁６へ開度信号が出力
されて、ガスタービンを安全に運転継続することができ
る。

【００１８】図８は図６と図７に示す複合発電設備にお
いて、負荷上昇を行った場合のガスタービン出力と蒸気
タービン出力の応答関係を示すものである。

【００１９】図８において、ガスタービン出力の変化を
ＧＴＭＷ、蒸気タービン出力の変化をＳＴＭＷで示し、
複合発電設備全体の目標とする出力設定値は図中にＣＣ
ＭＷと同じとして１つのカーブで示されている。負荷変
化に対して、出力設定値にガスタービン出力と蒸気ター
ビン出力の総和を合致させるように、ガスタービン制御
装置１１によって燃料制御弁６に開度指令が与えられ、
これによりガス燃料流量を開方向へ変化させ、ガスター
ビン出力を増加させる。ところで、ガスタービン出力の
増加は負荷変化の初期にはＨＲＳＧ５での熱伝達の遅れ
から蒸気タービン出力の立ち上がりが数分遅れるため蒸
気タービン７は遅れて負荷上昇してくる。このため、ガ
スタービン１は複合発電設備の出力全体の出力を出力設
定値設定手段２１にあわせるために多く出力する。この
様子は、図８のＧＴＭＷのカーブで示されている。すな
わち、ガスタービン出力が蒸気タービン出力の遅れを補
って、出力がオーバーシュートして目標とする設定出力
に整定するように動作する。

【００２０】ところで、一般に、ガスタービン１には軸
トルクリミットの制限による出力上限値が存在する。こ
の出力上限値はいかなる場合にもその制限出力以上のト
ルクを発生してはならないガスタービン出力の上限値で
ある。この出力上限値とは、具体的にはガスタービン駆
動シャフトのトルクリミット制限のことでガスタービン
１と発電機４との接続部とコンプレッサとタービンの接
続部に存在する。この上限リミット値は図８においてｙ
Ｌで示されている。

【００２１】図８においては、ガスタービン出力のオー
バシュートはガスタービンの定格出力付近での負荷変化
の場合は前述したガスタービンの出力上限ｙＬに近ずく
ことになる。従来燃料であるＬＮＧ等を燃料とするガス
タービンにおいては、この上限値はかなり高いところに
ある。従って、従来燃料では、出力上限に達することは
ないが、発熱量の低い中・低カロリー燃料をこのガスタ
ービンへ適用した場合、ＬＮＧ燃料を燃料とする場合に
比べて、ガスタービン出力が多く出るため、出力上限値
をオーバーするおそれがある。

【００２２】中・低カロリー燃料を使用したガスタービ
ンで出力が増加する理由は次のように説明される。

【００２３】まず、ガスタービン出力と温度の関係につ
いて図９乃至図１１に基づき説明する。なお、図９のｙ
Ｌは図８と同様のトルクリミットによる出力制限値であ
る。

【００２４】図１０及び図１１に示すように、中・低カ
ロリー燃料はＬＮＧに比べて発熱量が低いため、例え
ば、中カロリーガスでは、圧縮機吸い込み流量を１００
％としたときの燃料流量の比率は１６％以上（ＬＮＧの
場合は燃料流量の比率は約２〜３％）となる。この結
果、タービンを流れる燃焼ガスの流量はＬＮＧ等に比べ
て１４％増加し、同じ燃焼温度でのタービン出力は圧縮
機空気の抽気が必要なければ、図１０の下側の計算のよ
うに約２８％のＧＴの出力増加となる。ここでは中カロ
リー燃料の場合について説明したが、燃料の発熱量が低
カロリーになると燃料流量の割合がさらに増加する。

【００２５】ＬＮＧ燃料によるガスタービン出力と大気
温度の関係の一例は図９のカーブｃに示され、燃焼器２
での燃焼温度を定格温度一定とした場合（すなわち、燃
焼温度は一定値以下となるように制御されており、この
燃焼温度に制御されている時がその時のガスタービンの
最大出力が得られる）大気温度が上昇するとガスタービ
ンの圧縮機３の吸い込み重量流量が低下するため、大気
温度とガスタービン出力の関係は大気温度が上昇すると
ガスタービン出力は低下し、大気温度が下がると出力は
増加する。一般に、ガスタービンは１５℃か、あるい
は、これ以下の温度を定格として設計され、この例の場
合は−２０℃でもガスタービンの出力ｙＮＧは出力制限
値（図中ｙＬの値）をオーバすることはない。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、中、低カロ
リー燃料を従来のガスタービンにそのまま適用して使用
したとすると、前述したガスタービンの軸トルクリミッ
トをオーバーしてしまい従来技術のガスタービンでは運
転が困難となるという問題がある。

【００２７】すなわち、図９の破線ｄによって中カロリ
ーガス焚きガスタービンの大気温度とガスタービン出力
の関係を示すが、この図９から判るように中カロリーガ
ス焚きのガスタービンでは、大気温度がＡ℃以下でガス
タービン出力ｄは出力制限値ｙＬをオーバしている。す
なわち、Ａ℃以下ではカーブｄ上の運転はガスタービン
のトルクリミットをオーバしてしまうために、従来技術
によるガスタービンの運転は困難となる。

【００２８】そこで、本発明は中または低カロリー燃料
をガスタービンに適用可能とするガスタービン制御装置
を提供することを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、通常
燃料であるＬＮＧ等の高カロリーと比べてカロリーが低
い石炭・石油の残さ油等の炭酸物質のガス化ガスや液体
燃料等、あるいは、高炉排ガス等の燃料等の中カロリー
または低カロリー燃料を燃焼させて発電する複合発電設
備のガスタービンへ前記燃料を供給して燃料制御弁を燃
料制御信号によって開閉制御するガスタービン制御装置
であって、総発電機出力が総目標値となるように速度負
荷制御信号を出力する速度負荷制御手段と、ガスタービ
ン側の発電機出力が該当ガスタービンの固有の出力制限
値に近づいた場合に、前記速度負荷制御信号より低値と
なるように出力制限制御信号を出力する出力制限制御手
段と、前記速度負荷制御信号及び前記出力制限制御信号
を入力していずれか低値の信号を前記燃料制御信号とし
て前記燃料制御弁へ出力する低値選択手段とを備えるこ
とを特徴とする。この手段によれば、ガスタービン側の
発電機出力がガスタービンの固有の出力制限値に近づく
と速度負荷制御信号より低値となるように出力制限制御
信号が低値選択手段へ出力され、出力制限制御信号によ
って制御される。これによって、中カロリーまたは低カ
ロリー燃料を用いてもガスタービン側の発電機出力がガ
スタービンの固有の出力制限値を越えることが常に抑制
され、軸トルクリミット値となることが回避できる。従
って、この手段を用いれば、エネルギー資源の有効利用
や高効率化の背景から期待され計画されている中カロリ
ーまたは低カロリーの燃料を使用する複合発電設備に安
全に、実用的に適用することができる。

【００３０】請求項２の発明は、通常燃料であるＬＮＧ
等の高カロリーと比べてカロリーが低い石炭・石油の残
さ油等の炭酸物質のガス化ガスや液体燃料等、あるい
は、高炉排ガス等の燃料等の中カロリーまたは低カロリ
ー燃料を燃焼させて発電するシングルサイクルのガスタ
ービンへ前記燃料を供給して燃料制御弁を燃料制御信号
によって開閉制御するガスタービン制御装置であって、
発電機出力が目標値となるように速度負荷制御信号を出
力する速度負荷制御手段と、発電機出力が該当ガスター
ビンの固有の出力制限値に近づいた場合に、前記速度負
荷制御信号より低値となるように出力制限制御信号を出
力する出力制限制御手段と、前記速度負荷制御信号及び
前記出力制限制御信号を入力していずれか低値の信号を
前記燃料制御信号として前記燃料制御弁へ出力する低値
選択手段とを備えることを特徴とする。この手段によれ
ば、シングルサイクルのガスタービン側の発電機出力が
ガスタービンの固有の出力制限値に近づくと速度負荷制
御信号より低値となるように出力制限制御信号が低値選
択手段へ出力され、出力制限制御信号によって制御され
る。これによって、中カロリーまたは低カロリー燃料を
用いてもガスタービン側の発電機出力がガスタービンの
固有の出力制限値を越えることが常に抑制され、軸トル
クリミット値となることが回避できる。従って、この手
段を用いれば、エネルギー資源の有効利用や高効率化の
背景から期待され計画されている中カロリーまたは低カ
ロリーの燃料を使用するシングルサイクルのガスタービ
ンに安全に、実用的に適用することができる。

【００３１】請求項３の発明は、通常燃料であるＬＮＧ
等の高カロリーと比べて低い石炭・石油の残さ油等の炭
酸物質のガス化ガスや液体燃料等、あるいは、高炉排ガ
ス等の燃料等の中カロリーまたは低カロリー燃料を燃焼
させて発電する一軸型の複合発電設備のガスタービンへ
前記燃料を供給して燃料制御弁を燃料制御信号によって
開閉制御するガスタービン制御装置であって、総発電機
出力が総目標値となるように速度負荷制御信号を出力す
る速度負荷制御手段と、発電機軸の軸トルクが該当ガス
タービンの固有の軸トルク制限値に近づいた場合に、前
記速度負荷制御信号より低値となるように出力制限制御
信号を出力する出力制限制御手段と、前記速度負荷制御
信号及び前記出力制限制御信号を入力していずれか低値
の信号を前記燃料制御信号として前記燃料制御弁へ出力
する低値選択手段とを備えることを特徴とする。この手
段によれば、単軸型のガスタービンの軸トルクがガスタ
ービンの固有の軸トルク制限値に近づくと速度負荷制御
信号より低値となるように出力制限制御信号が低値選択
手段へ出力され、出力制限制御信号によって制御され
る。これによって、中カロリーまたは低カロリー燃料を
用いてもガスタービンの軸トルクがガスタービンの固有
のトルク制限値を越えることが常に抑制され、軸トルク
リミット値となることが回避できる。従って、この手段
を用いれば、エネルギー資源の有効利用や高効率化の背
景から期待され計画されている中カロリーまたは低カロ
リーの燃料を使用する単軸型複合発電設備に安全に、実
用的に適用することができる。

【００３２】請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３
記載のいずれかのガスタービン制御装置において、前記
出力制限制御手段は、ガスタービン固有の出力制限信号
を出力する出力制限設定値手段と、この出力制限設定値
手段により出力される出力制限信号とガスタービン発電
機出力信号あるいは軸トルク検出信号との偏差信号を演
算出力する加減演算手段と、この加減演算手段により演
算出力される偏差信号に基づいて出力制限制御信号を演
算出力する出力制限手段とから構成されることを特徴と
する。この手段によれば、予め定める制限値信号とガス
タービン発電信号あるいは軸トルク検出信号との偏差信
号に基づいて出力制限制御信号が演算出力される。これ
によって、中カロリーや低カロリーの燃料を使用するガ
スタービンにおいてもガスタービン固有の軸トルクリミ
ットとなるおそれを回避できる。

【００３３】請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４
記載のいずれかのガスタービン制御装置において、前記
出力制限制御手段は、当該制御系の応答遅れを加味し、
ガスタービン固有の出力制限値よりやや低い所定値に設
定した出力制限制御信号とすることを特徴とする。この
手段によれば、制御系の応答遅れを加味し、ガスタービ
ン固有の出力制限値よりやや低い値を出力制限制御信号
とすることにより、さらに、安全性を確保し、中カロリ
ーまたは低カロリーの燃料によるガスタービンを実用化
することができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００３５】図１は、本発明の第１実施の形態を示す複
合発電設備と制御装置との系統図、図２はガスタービン
制御装置の構成図である。

【００３６】図１及び図２において、従来技術に示す対
応する図６と図７と同一符号は、同一部分または相当部
分を示している。

【００３７】図１において、複合発電設備は、図６とほ
ぼ同様でガスタービン１と燃焼器２と圧縮機３と発電機
４とＨＲＳＧ５と蒸気タービン７等からなり、燃焼器２
の燃料ラインに燃料制御弁６を配置する一方、蒸気ター
ビン７の蒸気入口に蒸気加減弁８を配置し、さらに、各
発電機４の発電機軸に各電力検出器９を配置している。

【００３８】一方、制御装置は、図１に示すように統括
負荷制御装置１０Ａとガスタービン制御装置１１Ａとに
大別されている。統括負荷制御装置１０Ａは、加減演算
手段１６と統括負荷制御手段１７と出力設定値設定手段
２１と加算手段２２とから構成され、複合発電設備に配
置される前述するガスタービン１側の発電機４の電力検
出器９によって検出される電力検出信号ａと蒸気タービ
ン７側の発電機４の電力検出器９によって電力検出信号
ｂとが統括負荷制御装置１０Ａの加算手段２２へ入力す
るように接続している。

【００３９】ガスタービン制御装置１１Ａは、具体的に
図２に示すように、速度負荷制御手段１２と排ガス温度
制御手段１３と起動時制御手段１４と低値優先手段１５
と出力制限制御手段１８とから構成され、図７の従来技
術と異なり出力制限制御手段１８とを備えている。

【００４０】ここで、統括負荷制御装置１０Ａでは、複
合発電設備全体の出力目標値を設定する出力設定値設定
手段２１からの出力設定値信号と前述したガスタービン
側の電力検出信号ａと蒸気タービン側の電力検出信号ｂ
とを加算して得られる加算信号が加減演算手段１６へ入
力されて得られる偏差信号が統括負荷制御手段１７へ入
力され、前記加算信号が出力設定値となるように制御さ
れ、統括負荷制御信号ｃがガスタービン制御装置１１Ａ
へ出力される。

【００４１】一方、ガスタービン制御装置１１Ａでは、
起動時制御手段１４の起動時制御信号ｄと速度負荷制御
手段１２の負荷制御信号ｅと排ガス温度制御手段１３の
排ガス温度制御信号ｆと出力制限制御手段１８の出力制
限信号ｇとが低値優先手段１５へ入力され、いずれが低
値か選択され、開度指令信号ｈが燃料制御弁６へ出力さ
れる。

【００４２】次に、本発明の主要部となる出力制限制御
手段１８は、加減演算手段１６と出力制限設定値手段１
９と比例制御手段２０とからなっており、ガスタービン
１側の電力検出信号ａが出力制限設定値手段１９により
設定される出力制限設定値信号以上となるのを抑制する
ように出力制限制御信号ｇを低値優先手段１５へ出力す
るように構成されている。

【００４３】以下、ガスタービン制御装置の作用につい
て図１乃至図３を参照して具体的に説明する。

【００４４】まず、統括負荷制御装置１０Ａにおいて、
複合発電設備の許容するある一定の負荷変化率を持った
ランプ状の出力設定値信号が出力設定値設定手段２１に
よって加減演算手段１６に与えられる。この出力設定値
信号と加算手段２２で演算された電力検出信号ａと電力
検出信号ｂの加算信号が加減演算手段１６によって比較
演算がされ、その偏差に基づいて統括負荷制御手段１７
で制御出力が演算されガスタービン制御装置１１Ａの速
度負荷制御手段１２へ統括負荷制御信号ｃが与えられ
る。

【００４５】統括負荷制御信号ｃの増加に伴い、図３に
示すＸ１の負荷上昇開始のタイミングでガスタービン１
の燃料制御弁６が開動作し、ガスタービン１の出力上昇
が開始される。

【００４６】ガスタービンの負荷上昇に伴って、図３に
示すように、蒸気タービンの出力ＳＴＭＷは大きな遅れ
を伴って上昇する（図中の破線で示す）。複合発電全体
の出力であるＣＣＭＷが追従するように増加して上昇す
る。なお、複合発電設備全体の出力設定値は太字の破線
で示している。この図から出力設定値設定手段２１の出
力値設定信号との偏差を補うように、すなわち、ガスタ
ービン出力ＧＴＭＷが上昇変化していることがわかる。

【００４７】中カロリーガス焚き複合発電設備全体の出
力は、図８と比べると判るようにガスタービン出力が大
きく、従って、定格負荷に到達する前のＸ２のタイミン
グでガスタービンの出力制限設定値ｙＬＬに到達してし
まう。ガスタービン出力がｙＬＬを越えたＸ２時点で、
図２に示す比例制御手段２０がマイナスの偏差信号の大
きさに応じて、出力制限制御信号ｇを低値とするように
出力される。これによって、低値優先手段１５が負荷制
御信号ｅに優先して出力制限制御信号ｇが選択され、開
度指令信号ｈとして出力される。

【００４８】この結果、ガスタービン出力がトルクリミ
ット値ｙＬとなる前の時点で出力制限値ｙＬＬ以下にな
るように制御される。その後に、蒸気タービン出力が上
昇してくるので、全体出力を出力設定値に合わせるよう
にガスタービン出力が下がってきて、ガスタービンの出
力は図３の時刻Ｘ３のタイミングで、出力制限値ｙＬＬ
以下となる。この後は、蒸気タービンの整定と共に、複
合発電出力（ＣＣＭＷ）は目標値に整定する。

【００４９】これにより、図３のタイミングＸ２からＸ
３までは、トルクリミット値ｙＬ以下にガスタービンの
出力を抑えこむための出力制限制御手段１８が動作する
ため、ＣＣＭＷの上昇変化率は低下するが、ガスタービ
ン１の出力に急激な制限に加えられない、安全、かつ、
スムーズな負荷上昇が可能となる。

【００５０】このように第１実施の形態によれば、ガス
タービンの出力制限値をオーバーしないようにガスター
ビンの出力を制限制御する機能を設けたガスタービン制
御装置により、ガスタービン出力の制限以上の上昇を防
止し円滑な負荷運用を実現することが可能となる。特に
複合発電設備の場合には、ガスタービンの出力制限制御
機能は効果的に機能する。従って、中又は低カロリー燃
料によるガスタービンに安全に、実用的に適用すること
ができる。

【００５１】図４は、本発明の第２実施の形態を示す一
軸型の複合発電設備と制御装置との系統図、図５は図４
のガスタービン制御装置１１Ｂの構成図である。

【００５２】図４及び図５において、第１実施の形態を
示す図１及び図２と同一符号は、同一部分または相当部
分を示している。

【００５３】図４において、ガスタービン１と蒸気ター
ビン７とは単軸で結合されており、発電機４から得られ
る電力検出器９の電力検出信号ａが統括負荷制御装置１
０Ｂの加減演算手段１６へ入力されるように構成されて
いる。また、単軸に設けられる軸トルク検出器２３から
の軸トルク検出信号ｉが図５に示すガスタービン制御装
置１１Ｂへ入力するように構成されている。

【００５４】具体的には、図５に示すガスタービン制御
装置１１Ｂでは、出力制限制御手段１８Ｂの構成が図２
の出力制限制御手段１８と異なり、出力制限設定値手段
１９と加減演算手段１６と比例制御手段２０とにより構
成され、加減演算手段１６に、図４に示す軸トルク検出
器２３の軸トルク検出信号ｉと出力制限設定値手段１９
の出力制限設定値信号とが入力され得られた偏差信号が
比例制御手段２０へ入力されるようになっている。

【００５５】この構成で、軸トルク検出信号ｉが増加す
ると軸トルク検出信号ｉが出力制限設定値手段１９の出
力制限設定値信号より大きくなり、偏差信号が増加して
比例制御手段２０から出力制限制御信号ｇを低値とする
ように出力される。この結果、低値優先手段１５によつ
て負荷制御信号ｅに対して優先して出力制限制御信号ｇ
が選択され開度指令信号ｈとして燃料制御弁６へ出力さ
れる。従って、軸トルク検出信号ｉが出力制限設定値手
段１９の出力制限設定値信号より大きくなるのが抑制さ
れる。

【００５６】このように本発明の第２実施の形態によれ
ば、ガスタービン１と蒸気タービンが一つの軸で連結し
た一軸型の複合発電設備の場合でも、燃料が中カロリー
または低カロリーの場合には、一台の発電機のみで発電
がされるので、ガスタービンのみの出力トルクの検出が
必要となる。これはガスタービンの出力を伝達する軸に
取付けた軸トルク検出器で検出し、この出力をガスター
ビン出力と見なして出力制限制御することができる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、ガスタービン側の発電機出力がガスタービンの固
有の出力制限値に近づくと速度負荷制御信号より低値と
なるように出力制限制御信号を低値選択手段へ出力し
て、出力制限制御信号によって制御するので、中カロリ
ーまたは低カロリー燃料を用いてもガスタービン側の発
電機出力がガスタービンの固有の出力制限値を越えるこ
とが常に抑制され、軸トルクリミット値となることが回
避できる。従って、この手段を用いれば、エネルギー資
源の有効利用や高効率化の背景から期待され計画されて
いる中カロリーまたは低カロリーの燃料を使用する複合
発電設備に安全に、実用的に適用することができる。

【００５８】また、請求項２の発明によれば、シングル
サイクルのガスタービン側の発電機出力がガスタービン
の固有の出力制限値に近づくと速度負荷制御信号より低
値となるように出力制限制御信号を低値選択手段へ出力
して、出力制限制御信号によって制御するので、中カロ
リーまたは低カロリー燃料を用いてもガスタービン側の
発電機出力がガスタービンの固有の出力制限値を越える
ことが常に抑制され、軸トルクリミット値となることが
回避できる。従って、この手段を用いれば、中カロリー
または低カロリーの燃料を使用するシングルサイクルの
ガスタービンに安全に、実用的に適用することができ
る。

【００５９】また、請求項３の発明によれば、単軸型の
ガスタービンの軸トルクがガスタービンの固有の軸トル
ク制限値に近づくと出力制限制御信号によって制御する
ので、中カロリーまたは低カロリー燃料を用いてもガス
タービンの軸トルクがガスタービンの固有のトルク制限
値を越えることが常に抑制され、軸トルクリミット値と
なることが回避できる。

【００６０】また、請求項４の発明によれば、予め定め
る制限値信号とガスタービン発電信号あるいは軸トルク
検出信号との偏差信号に基づいて出力制限制御信号を演
算出力して、中カロリーや低カロリーの燃料を使用する
ガスタービンにおいてもガスタービン固有の軸トルクリ
ミットとなるおそれを回避できる。

【００６１】また、請求項５の発明によれば、制御系の
応答遅れを加味し、ガスタービン固有の出力制限値より
やや低い値を出力制限制御信号とすることにより、安全
性を確保し、中カロリーまたは低カロリーの燃料による
ガスタービンを実用化を推進することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態を示す複合発電設備の
構成図である。

【図２】図１の複合発電設備に対するガスタービン制御
装置の構成図である。

【図３】図２のガスタービン制御装置による作用を示す
図８に対応する説明図である。

【図４】本発明の第２実施の形態を示す複合発電設備の
構成図である。

【図５】図４の複合発電設備に設けるガスタービン制御
装置の構成図である。

【図６】従来の複合発電設備を示す構成図である。

【図７】図６の複合発電設備に設けるガスタービン制御
装置の構成図である。

【図８】従来のガスタービン制御装置による作用を示す
説明図である。

【図９】中、低カロリー燃料によるガスタービンとＬＮ
Ｇによるガスタービンについて大気温度に対するガスタ
ービン出力を比較した図である。

【図１０】ＬＮＧによるガスタービンと中カロリー燃料
によるガスタービンとのガスタービン出力を比較した図
である。

【図１１】中カロリー燃料をガスタービンへ適用した場
合の作用を示す説明図である。

【符号の説明】

１ガスタービン２燃焼器３圧縮機４発電機５ＨＲＳＧ６燃料制御弁７蒸気タービン８蒸気加減弁９電力検出器１０統括負荷制御装置１１ガスタービン制御装置１２速度負荷制御手段１３排ガス温度制御手段１４起動時制御手段１５低値優先手段１６加減演算手段１７統括負荷制御手段１８出力制限制御手段１９出力制限設定値手段２０比例制御手段２１出力設定値設定手段２２加算手段２３軸トルク検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中泰久東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者安尾信行神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事務所内 (72)発明者魚脇邦夫東京都府中市晴見町２丁目24番地の１東芝システムテクノロジー株式会社内Ｆターム(参考） 3G081 BA02 BA11 BA12 BA13 BA16 BB00 BC07 BD00 DA22 DA26 5H590 CA01 CA08 CA29 CC01 EA07 EA14 FA01 FA05 GA06 GA10 HA06 HA28 JA08 JA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通常燃料であるＬＮＧ等の高カロリーと
比べてカロリーが低い石炭・石油の残さ油等の炭酸物質
のガス化ガスや液体燃料等、あるいは、高炉排ガス等の
燃料等の中カロリーまたは低カロリー燃料を燃焼させて
発電する複合発電設備のガスタービンへ前記燃料を供給
して燃料制御弁を燃料制御信号によって開閉制御するガ
スタービン制御装置であって、総発電機出力が総目標値となるように速度負荷制御信号
を出力する速度負荷制御手段と、ガスタービン側の発電機出力が該当ガスタービンの固有
の出力制限値に近づいた場合に、前記速度負荷制御信号
より低値となるように出力制限制御信号を出力する出力
制限制御手段と、前記速度負荷制御信号及び前記出力制限制御信号を入力
していずれか低値の信号を前記燃料制御信号として前記
燃料制御弁へ出力する低値選択手段とを備えることを特
徴とするガスタービン制御装置。
【請求項２】通常燃料であるＬＮＧ等の高カロリーと
比べてカロリーが低い石炭・石油の残さ油等の炭酸物質
のガス化ガスや液体燃料等、あるいは、高炉排ガス等の
燃料等の中カロリーまたは低カロリー燃料を燃焼させて
発電するシングルサイクルのガスタービンへ前記燃料を
供給して燃料制御弁を燃料制御信号によって開閉制御す
るガスタービン制御装置であって、発電機出力が目標値となるように速度負荷制御信号を出
力する速度負荷制御手段と、発電機出力が該当ガスタービンの固有の出力制限値に近
づいた場合に、前記速度負荷制御信号より低値となるよ
うに出力制限制御信号を出力する出力制限制御手段と、前記速度負荷制御信号及び前記出力制限制御信号を入力
していずれか低値の信号を前記燃料制御信号として前記
燃料制御弁へ出力する低値選択手段とを備えることを特
徴とするガスタービン制御装置。
【請求項３】通常燃料であるＬＮＧ等の高カロリーと
比べて低い石炭・石油の残さ油等の炭酸物質のガス化ガ
スや液体燃料等、あるいは、高炉排ガス等の燃料等の中
カロリーまたは低カロリー燃料を燃焼させて発電する一
軸型の複合発電設備のガスタービンへ前記燃料を供給し
て燃料制御弁を燃料制御信号によって開閉制御するガス
タービン制御装置であって、総発電機出力が総目標値となるように速度負荷制御信号
を出力する速度負荷制御手段と、発電機軸の軸トルクが該当ガスタービンの固有の軸トル
ク制限値に近づいた場合に、前記速度負荷制御信号より
低値となるように出力制限制御信号を出力する出力制限
制御手段と、前記速度負荷制御信号及び前記出力制限制御信号を入力
していずれか低値の信号を前記燃料制御信号として前記
燃料制御弁へ出力する低値選択手段とを備えることを特
徴とするガスタービン制御装置。
【請求項４】前記出力制限制御手段は、ガスタービン固有の出力制限信号を出力する出力制限設
定値手段と、この出力制限設定値手段により出力される出力制限信号
とガスタービン発電機出力信号あるいは軸トルク検出信
号との偏差信号を演算出力する加減演算手段と、この加
減演算手段により演算出力される偏差信号に基づいて出
力制限制御信号を演算出力する出力制限手段とから構成
されることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のい
ずれかのガスタービン制御装置。
【請求項５】前記出力制限制御手段は、当該制御系の
応答遅れを加味し、ガスタービン固有の出力制限値より
やや低い所定値に設定した出力制限制御信号とすること
を特徴とする請求項１乃至請求項４記載のいずれかのガ
スタービン制御装置。