JP2002138856A

JP2002138856A - ガスタービン燃料制御装置

Info

Publication number: JP2002138856A
Application number: JP2000333459A
Authority: JP
Inventors: Bunji Moriwaki; 文治森脇; Tetsuo Sasada; 哲男笹田; Takumi Yamanobe; 巧山野辺; Isao Takehara; 竹原　　勲; Yotaro Kimura; 陽太郎木村; Kazuyuki Ito; 和行伊藤; Naoyuki Nagabuchi; 尚之永渕
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2002-05-17
Anticipated expiration: 2020-10-31
Also published as: JP3828738B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ガスタービンの運用性の向上を図ることができ
るガスタービンの燃料制御装置を提供することにある。【解決手段】燃料制御装置２０は、負荷遮断あるいは送
電系統からの遮断が発生したときに、予め定められた予
混合燃焼用燃料系統Ｆ２−１の燃料流量を予め定められ
た第１の最小燃料流量ｂ０３に第１の有効時間Ｔ０１だ
け設定し、拡散燃焼用燃料系統Ｆ１の燃料流量を予め定
められた第２の最小燃料流量ｃ０３に第２の有効時間Ｔ
０２だけ設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の燃料供給系
統制御による拡散燃焼と予混合燃焼を行う燃焼器を有す
るガスタービン発電設備の燃料制御装置に係り、特に、
負荷遮断，系統遮断発生時等における燃焼器の燃焼安定
性を確保するに好適なガスタービン燃料制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンの排気ガス中に含まれる窒
素酸化物（ＮＯｘ）は、主に、燃焼用空気中に含まれる
窒素（Ｎ₂）が燃焼器内部で高温の燃焼ガスと反応する
ことにより発生する。拡散燃焼は、燃料濃度，発熱量，
流速，温度など燃焼器の入力条件に変動が発生した場
合、燃焼安定性において優れる反面、燃焼ガスの局所的
な高温部を源とするＮＯｘが発生しやすいものである。
一方、予混合燃焼は、拡散燃焼と比較して安定燃焼可能
な範囲が狭い特性があるが、燃焼ガスの局所的な高温部
の発生を抑制する特性をもつことから、低ＮＯｘ化が可
能となる。近年のＮＯｘ排出規制による低ＮＯｘ化の要
求の高まりにより、低ＮＯｘ化に寄与する予混合燃焼バ
ーナと、燃焼安定性に優れた拡散燃焼バーナを組み合わ
せた運用方法を採用する低ＮＯｘ燃焼器を持つガスター
ビンが増加している。

【０００３】従来のガスタービン機関で予混合燃焼を実
現するためのガスタービン機関の制御方法としては、例
えば、特開平７−２８０２６７号公報に記載されている
ように、低ＮＯｘ燃焼器では燃焼室上流側中心部に１つ
の拡散燃焼バーナを持ち、その周囲に環状の予混合燃焼
バーナを有しており、その予混合燃焼バーナを円周方向
に分割して複数の予混合燃焼バーナを形成すると共に、
これら各バーナに燃料を供給するための複数の燃料供給
系統を有し、ガスタービンの出力に応じて作動させる予
混合燃焼バーナの数を制御するものが知られている。ま
た、特開平５−１９５８２２号公報に記載されているよ
うに、出力に対応して燃料を供給する燃料ノズルの本数
を制御することが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、ガスタービン
発電設備における送電系統の事故などによる負荷遮断／
系統遮断発生時に際しては、ガスタービンは無負荷定格
速度あるいは系統単独運転用所定負荷まで出力を急減さ
せ、自発電設備の電力系統を保護するとともに、系統事
故の復旧までの時間中待機運転させることで復旧後の給
電指令に対応可能な状態とされる。ガスタービンにおけ
る燃料制御装置では、負荷の急激な減少に対する燃料制
御の追従遅れによって起こるガスタービンの過速度防止
を目的として、ガスタービンの速度，加速度あるいは出
力を制御する主燃料指令値を急速に減少させ、かつ前記
主燃料指令値により、ガスタービンに供給する燃料流量
を予め定められた火炎保持可能な燃料流量に相当する最
小燃料流量以上となるように制御する。その後無負荷定
格速度あるいは系統単独運転用所定負荷を目標値として
ガスタービンの速度あるいは出力を監視しながらガスタ
ービンに供給する燃料流量を制御する。

【０００５】しかし、特開平７−２８０２６７号公報に
記載されている制御方法では、燃焼器の内、１つの燃料
系統のみ持つ場合か、１つの拡散燃料系統と１つの予混
合燃料系統のみ持ち、点火から低負荷は拡散燃焼のみ、
高負荷時に拡散燃焼と予混合燃焼を行う低ＮＯｘ燃焼器
にのみ適合し、上述したような複数の予混合燃料系統と
予混合燃焼バーナを持つ低ＮＯｘ燃焼器には適合しない
という問題があることが判明した。

【０００６】つまり、幅広い運用範囲での低ＮＯｘ化を
目的として、起動時および全負荷帯で拡散燃焼と予混合
燃焼を行う運用とするため、負荷遮断／系統遮断発生時
にも低ＮＯｘ化を目的として予め定められた予混合燃焼
用燃料供給系統の燃料は遮断せず、該燃料供給系統の燃
料流量を制御する燃料指令値によって予混合燃焼を継続
して行うように制御し、また、燃焼安定化を目的とし
て、拡散燃焼用燃料供給系統の燃料も遮断せず、燃料供
給系統の燃料流量を制御する燃料指令値によって拡散燃
焼も継続して行うように制御する。しかし、この従来の
制御方法では、主燃料指令値によってガスタービンに供
給される燃料流量が決定された後、燃料流量から各燃料
供給系統に供給する燃料流量を配分するため、火炎保持
に必要とする予混合燃焼用燃料流量と拡散燃焼用燃料流
量の合計流量に対して、主燃料指令値によって決定され
る最小燃料流量が少なく設定される条件が生じ、拡散燃
焼部および予混合燃焼部での燃料流量不足による火炎喪
失が発生する可能性があった。さらに、急速な負荷変化
に伴うガスタービンの吸込空気流量の急速かつ多量な変
化によって、拡散燃焼に比べ燃焼安定性の低い予混合燃
焼部に空気流量過多による火炎喪失，あるいは空気流量
過少による燃焼器内部過熱が発生する可能性を有し、ガ
スタービンの運用上問題があった。

【０００７】負荷遮断あるいは系統遮断が発生した場合
の無負荷定格速度あるいは系統単独運転用所定負荷を目
標としたガスタービン運転状態の急変により、燃焼への
入力条件である空気系統及び燃料供給系統の制御量も急
変するが、この過渡的な変化に対する燃焼安定化と低Ｎ
Ｏｘ化を両立させるために、適切な運転制御はガスター
ビンの運用性を高めるためには重要である。

【０００８】本発明の目的は、運用性の向上を図ること
ができるガスタービンの燃料制御装置を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、ガスタービン燃焼器に燃料を供給
する一つの拡散燃焼用燃料系統および複数の予混合燃焼
用燃料系統に供給する燃料流量を制御するとともに、ガ
スタービンにより駆動される発電機を備えたガスタービ
ン発電設備での負荷遮断あるいは送電系統からの遮断が
発生したときは、予め定められた火炎保持可能な最小燃
料流量以上となるように拡散燃焼用燃料系統の燃料流量
を制御し、かつ予め定められた予混合燃焼用燃料系統の
予混合燃焼を継続して行うように制御するガスタービン
燃料制御装置において、負荷遮断あるいは送電系統から
の遮断が発生したときに、予め定められた予混合燃焼用
燃料系統の燃料流量を予め定められた第１の最小燃料流
量に第１の有効時間だけ設定し、上記拡散燃焼用燃料系
統の燃料流量を予め定められた第２の最小燃料流量に第
２の有効時間だけ設定するようにしたものである。かか
る構成により、負荷遮断等の負荷指令の急変が生じた場
合であっても、拡散燃焼用燃料供給系統及び予混合燃焼
用燃料供給系統それぞれについて最適な燃料流量を設定
可能となり、過渡的な燃焼条件時に発生しやすい燃料不
足による火炎喪失を防止して、運用性を向上し得るもの
となる。

【００１０】（２）上記（１）において、好ましくは、
上記第１の有効時間及び第２の有効時間中は、ガスター
ビンの速度，加速度および出力を制御する主燃料指令値
よりも、上記第１の最小燃料流量の燃料指令値と第２の
最小燃料流量の燃料指令値を優先して制御するようにし
たものである。かかる構成により、負荷指令の急変に際
し、火炎保持に必要とする予混合燃焼用燃料流量と拡散
燃焼用燃料流量を設定し供給することが可能となり、最
適な燃焼状態の継続が可能となる。

【００１１】（３）上記（１）において、好ましくは、
負荷遮断あるいは送電系統からの遮断が発生したとき
に、圧縮機入口案内翼開度に応じて予め設定された予混
合燃焼用燃料指令値バイアス量を、予混合燃焼用燃料指
令値に加算するようにしたものである。かかる構成によ
り、急速な負荷変化に伴うガスタービンの吸込空気流量
の急速かつ多量な変化が生じた場合であっても、圧縮機
入口案内翼開度に応じた最適な燃料流量を決定し供給す
ることで、予混合燃焼部における空気流量過多による火
炎喪失あるいは空気流量過少による燃焼器内部過熱を防
止し得るものとなる。

【００１２】（４）上記（１）において、好ましくは、
負荷遮断あるいは送電系統からの遮断が発生したとき
に、予め設定された圧縮機入口案内翼開度の場合には、
燃焼器上流部からの抽気を行うための抽気弁を開いて、
燃焼器上流部からの抽気を行うようにしたものである。
かかる構成により、急速な負荷変化発生時にガスタービ
ンの圧縮機入口案内翼開度に影響される燃焼器へ流入す
る燃焼用空気流量を適切な条件で減少させることが可能
となり、圧縮機入口案内翼開度が大の場合は抽気を行う
ことにより過剰な燃焼用空気流量の流入を防止すること
で空気流量過多による火炎喪失を防止できる。また前記
圧縮機入口案内翼開度が低い場合は抽気を行わないこと
により空気流量過少による燃焼器内部過熱を防止し得る
ものとなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図１０を用いて、本
発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装置の構
成及び動作について説明する。最初に、図１を用いて、
本実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いるガ
スタービン発電設備の構成について説明する。図１は、
本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装置を
用いるガスタービン発電設備の構成を示すシステム構成
図である。

【００１４】ガスタービンは、圧縮機１で空気を圧縮
し、燃焼器２で燃料を投入，燃焼させ、タービン３を燃
焼ガスにより駆動する。圧縮機入口案内翼４は、圧縮機
１の吸込み空気流量を調節する機構である。発電機５
は、タービン３によって駆動され、発電する。さらに、
発電機で発生した電力を送る送電系統６には、発電機遮
断器１１や系統遮断器１２が接続されている。発電機遮
断器１１の開閉状態は、開閉検出信号１３として検出さ
れ、燃料制御装置２０に入力する。系統遮断器１２の開
閉状態は、開閉検出信号１４として検出され、燃料制御
装置２０に入力する。

【００１５】ガスタービンには、通常、複数缶の燃焼器
が設置されているが、図１には、その一つの缶の燃焼器
２のみを示している。燃焼器２の内部上流側には、複数
の燃焼バーナが設置されている。拡散燃焼用バーナ７
（Ｆ１バーナ）は、燃焼器軸方向中心位置に設置され、
１系統配置されている。また、拡散燃焼用バーナ７（Ｆ
１バーナ）の周囲には、４系統の予混合燃焼用バーナ８
ａ，…，８ｄ（Ｆ２−１バーナ，…，Ｆ２−４バーナ）
が配置されている。即ち、本実施形態の例では、１つの
缶の燃焼器に対して、全５系統のバーナが設置されてい
る。

【００１６】他の燃焼器も同様の構成である。例えば、
他の燃焼器は、１系統の拡散燃焼用バーナ７’（Ｆ１’
バーナ）と、４系統の予混合燃焼用バーナ８ａ’，…，
８ｄ’（Ｆ２−１’バーナ，…，Ｆ２−４’バーナ）を
備えている。

【００１７】燃料供給経路は、基燃料供給系統１９Ａ
と、母燃料供給系統１９Ｂと、子燃料供給系統１９Ｃを
備えている。基燃料供給系統１９Ａには、圧力調整弁９
（ＳＲＶ）が備えられ、母燃料供給系統１９Ｂに接続さ
れている。母燃料供給系統１９Ｂは、基燃料供給系統１
９Ａから分岐しており、５系統備えている。５系統の母
燃料供給系統１９Ｂには、それぞれ、Ｆ１，Ｆ２−１，
…，Ｆ２−４流量調節弁１０ａ，…，１０ｅ（Ｆ１，Ｆ
２−１〜Ｆ２−４ＧＣＶ）が備えられる。母燃料供給系
統１９Ｂには、それぞれ、マニホールドを介して、燃焼
器の缶数分の複数の子燃料供給系統１９Ｃが接続されて
いる。

【００１８】燃料制御装置２０は、圧力調整弁９（ＳＲ
Ｖ）及びＦ１，Ｆ２−１，…，Ｆ２−４流量調節弁１０
ａ，…，１０ｅ（Ｆ１，Ｆ２−１〜Ｆ２−４ＧＣＶ）を
制御して、各バーナＦ１バーナ，Ｆ２−１バーナ，…，
Ｆ２−４バーナ，Ｆ１’バーナ，Ｆ２−１’バーナ，
…，Ｆ２−４’バーナ，…への燃料流量を増減制御す
る。

【００１９】燃料制御装置２０は、給電指令値と発電機
出力のフィードバック値１５を比較し、タービン速度フ
ィードバック値１６、排気温度フィードバック値１７な
どの運転状態量を監視しながら、主燃料指令値を出力
し、この主燃料指令値によって決まる燃料流量を変化さ
せることにより、発電機出力が所定の値となるように制
御する。主燃料指令値は、予め定められた運転負荷に応
じた燃料流量を投入することを目的として５つの燃料指
令値１８ａ，…，１８ｅ（Ｆ１，Ｆ２−１〜Ｆ２−４
燃料指令値）に分割され、５つの燃料指令値１８ａ，
…，１８ｅ（Ｆ１，Ｆ２−１〜Ｆ２−４燃料指令値）
は、それぞれ対応する５つの母燃料供給系統に備えられ
たＧＣＶ１０ａ，…，１０ｅを駆動し、各母燃料供給系
統の燃料流量を調節する。

【００２０】次に、図２を用いて、本実施形態によるガ
スタービン燃料制御装置を用いたガスタービンの昇速中
のガスタービン用燃焼器の運転方法について説明する。
図２は、本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制
御装置を用いたガスタービンの昇速中のガスタービン用
燃焼器の運転方法の説明図である。

【００２１】図２において、横軸は、ガスタービン速度
および負荷を示しており、縦軸は、燃焼器より発生する
ＮＯｘ濃度および各バーナに供給される燃料流量を示し
ている。図２に示すように、通常運転時は、ガスタービ
ン負荷の上昇に応じて、点火される燃焼バーナの個数を
切替える負荷（燃料切替点）が定められている。図中に
示した燃料切替点は、予混合燃料系統の数と同数，つま
り、４段階となっている。ガスタービン昇速中は、拡散
燃焼用バーナ（Ｆ１バーナ）のみに燃料を供給し、無負
荷定格速度到達前に１段目の予混合燃焼バーナ（Ｆ２−
１バーナ）に点火し、その投入燃料分のＦ１燃料を減少
させる。この動作によりＮＯｘは低下するが、負荷上昇
に伴い燃空比が上昇するため、ＮＯｘは再び上昇する。
２段目の予混合燃焼開始負荷では、Ｆ１バーナおよびＦ
２−１バーナへの燃料供給量を減少させ、その減少分を
Ｆ２−２バーナに投入する。以下このようにしてＦ２−
３バーナ，Ｆ２−４バーナに点火していき、４段目以降
の高負荷では、全燃料系統を作動させて定格負荷まで上
昇する。各バーナへの燃料供給量は、Ｆ１，Ｆ２−１，
…，Ｆ２−４流量調節弁１０ａ，…，１０ｅ（Ｆ１，Ｆ
２−１〜Ｆ２−４ＧＣＶ）の弁開度を調整することによ
って、調整される。図２に示した切替方法を用いること
により、予混合燃焼を行う負荷範囲を広くすることで、
幅広い運用範囲での低ＮＯｘ化を可能としている。

【００２２】次に、図３を用いて、本実施形態によるガ
スタービン燃料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼
器の制御方法について説明する。図３は、本発明の一実
施形態によるガスタービン燃料制御装置を用いた負荷遮
断発生時の燃焼器の制御方法を示すタイムチャートであ
る。

【００２３】送電系統に事故などが発生した場合、自ガ
スタービン発電設備内の電力系統を保護すること、さら
に事故復旧後の速やかな電力供給に備えること、これら
を目的としてガスタービンを系統から切り離し、待機運
転させる。

【００２４】図３において、横軸は時間を示し、縦軸の
（Ａ）は遮断器開閉信号を示し、（Ｂ）はガスタービン
速度を示し、（Ｃ）は主燃料指令値を示し、（Ｄ）はガ
スタービン排気温度を示し、（Ｅ）は圧縮機入口案内翼
開度を示し、（Ｆ）は燃空比を示している。

【００２５】遮断発生前は、図３（Ｃ）に示すように、
主燃料指令値ａ００で負荷運転中であり、図３（Ａ）に
示すように、遮断器は“閉“となっている。

【００２６】時刻ｔ００において、図３（Ａ）に示すよ
うに、遮断器が”開“になると、まずガスタービン負荷
が消滅する一方で負荷遮断前運転時の燃料が燃焼器に流
入し燃焼するため、図３（Ｂ）に示すように、ガスター
ビン速度が上昇する。この速度上昇が検出されると、速
度上昇を抑制するため、図３（Ｃ）に示すように、主燃
料指令値が火炎保持可能な最小燃料指令値ａ０１に設定
され、燃料流量が急激に絞り込まれる。この燃料絞り込
みにより、図３（Ｄ）に示すように、排気温度は低下
し、図３（Ｅ）に示すように、入口案内翼開度は排気温
度を制御するために減少し、空気流量を絞り込む。

【００２７】時刻ｔ０１ａは、ガスタービン速度上昇が
最大となる時刻であり、その後定格速度で整定するよう
に、燃料流量が調節される。

【００２８】時刻ｔ０１ｂは、入口案内翼が排気温度制
御最低開度に到達する時間であり、これ以後の空気流量
はほぼ変化しないものである。

【００２９】時刻ｔ０２は、ガスタービン速度が整定す
る時刻であり、図３（Ｃ）に示すように、主燃料指令値
はａ０２で整定するため、負荷遮断時の燃焼条件の変動
はこれ以後は考慮しなくともよくなる。主燃料指令値
は、燃空比が火炎喪失領域に入らないよう予め設定され
た最小燃料指令値ａ０１によって燃料流量下限が設定さ
れており、燃料流量急減および空気流量の変動に耐えう
る値に制御される。この負荷遮断発生時には、図２に示
した無負荷定格速度で運転されるため、５つの母燃料供
給系統の内、Ｆ２−２〜Ｆ２−４系統の燃料は遮断さ
れ、Ｆ１系統とＦ２−１系統にのみ燃料が供給される。

【００３０】ここで、図４を用いて、参考までに、通常
運転時と同じく主燃料指令値をＦ１燃料指令値とＦ２−
１〜Ｆ２−４燃料指令値に分割して出力した場合の燃焼
器の制御状態について説明する。図４は、参考例とし
て、通常運転時と同じく主燃料指令値をＦ１燃料指令値
とＦ２−１〜Ｆ２−４燃料指令値に分割して、出力した
場合の燃焼器の制御状態を示すタイムチャートである。

【００３１】図４の横軸は時間を示し、縦軸（Ａ）はＦ
１燃料指令値を示し、（Ｂ）はＦ２−１燃料指令値を示
し、（Ｃ）はＦ２−２／Ｆ２−３／Ｆ２−４燃料指令値
を示し、（Ｄ）はＦ１燃空比を示し、（Ｅ）はＦ２−１
燃空比を示し、（Ｆ）はＦ２−２／Ｆ２−３／Ｆ２−４
燃空比を示している。

【００３２】時刻ｔ００に遮断が発生すると、図４
（Ａ），（Ｂ）に示すように、Ｆ１燃料指令値およびＦ
２−１燃料指令値は、遮断前の指令値ｂ００，ｃ００か
ら、図３で示した最小燃料指令値ａ０１を基に図２で示
した通常運転時と同じ割合で、燃料指令値ｂ０１，ｃ０
１に分割される。

【００３３】ここで、図５を用いて、最小燃料運転時の
燃料減少割合の概念について説明する。図５は、参考例
としての通常運転時と同じく主燃料指令値をＦ１燃料指
令値とＦ２−１〜Ｆ２−４燃料指令値に分割して出力し
た場合における最小燃料運転時の燃料減少割合の説明図
である。

【００３４】通常運転時の主燃料流量を「１」とし、そ
の際の最小燃料流量を「α」、Ｆ１燃料流量比率を
「β」、Ｆ２−１燃料流量比率を「１−β」とした場
合、最小燃料での運転中でもＦ１、Ｆ２−１燃料流量は
通常運転時と同じ比率となるように制御され、かつ全体
量がα％の割合に減少するため、Ｆ１、Ｆ２−１燃料流
量はともにα％の割合で減少することになる。

【００３５】再び、図４において、時刻ｔ０２におい
て、燃料指令値ｂ０２，ｃ０２の値となり、整定する。
Ｆ２−２〜Ｆ２−４燃料指令値は、図４（Ｃ）に示すよ
うに、時刻ｔ００において、「０」となり、これらの系
統の燃料は遮断される。

【００３６】この従来の制御方法では、図４（Ｄ），
（Ｅ），（Ｆ）に示すように、最小燃料指令値による運
転中に、Ｆ１バーナまたはＦ２−１バーナ部の燃空比が
ｅ０１またはｇ０１に到達し、火炎喪失領域に入る可能
性があるという問題点がある。

【００３７】次に、図６を用いて、本実施形態によるガ
スタービン燃料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼
器の最小燃料の制御方法について説明する。図６は、本
発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装置を用
いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料の制御方法を示
すタイムチャートである。なお、図４と同一符号は、同
一部分を示している。

【００３８】図６の横軸は時間を示し、縦軸（Ａ）はＦ
１燃料指令値を示し、（Ｂ）はＦ１燃空比を示し、
（Ｃ）はＦ２−１燃料指令値を示し、（Ｄ）はＦ２−１
燃空比を示している。

【００３９】図６（Ａ），（Ｃ）に示すように、燃料制
御装置２０は、Ｆ１，Ｆ２−１燃料指令値に対して、個
別の最小燃料指令値ｂ０３，ｃ０３を新たに設定する。
最小燃料指令値ｂ０３，ｃ０３を設定することにより、
図６（Ｂ），（Ｄ）に示すように、燃料制御装置２０
は、Ｆ１，Ｆ２−１バーナ部の燃空比最低値をＦ１，Ｆ
２−１燃空比ｅ０１，ｇ０１から、火炎喪失領域より高
いＦ１，Ｆ２−１燃空比ｅ０３，ｇ０３の値となる様に
各燃料系統について個別に制御して、負荷遮断時におけ
る火炎喪失を防止することができる。

【００４０】また同時に、ガスタービンの速度整定のた
め、図６（Ｂ），（Ｄ）に示すように、燃料制御装置２
０は、Ｆ１，Ｆ２−１燃料指令値に対する個別の最小燃
料指令値ｂ０３，ｃ０３の有効時間Ｔ０１，Ｔ０２を、
タイマに設定する。

【００４１】この場合、タイマＴ０１，Ｔ０２によっ
て、Ｆ１，Ｆ２−１燃料指令値の合計が主燃料指令値を
超過する時間帯が生じるが、タイマの有効時間帯はＦ
１，Ｆ２−１最小燃料指令値を優先して選択する。これ
により、適切な運転制御を提供できる。

【００４２】以上のようにすることにより、負荷遮断／
系統遮断発生時の過渡的な運転状態変化に対する燃焼安
定化と低ＮＯｘ化の両立が可能となり、適切な運転制御
によりガスタービンの運用性を高めることができる。

【００４３】次に、図７及び図８を用いて、本実施形態
によるガスタービン燃料制御装置を用いた負荷遮断発生
時の燃焼器の最小燃料の第２の制御方法について説明す
る。図７は、本発明の一実施形態によるガスタービン燃
料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料
の第２の制御方法における圧縮機入口案内翼開度に対す
るＦ２−１燃料指令値バイアス量の説明図である。図８
は、本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御装
置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料の第２の
制御方法を示すタイムチャートである。なお、図４，図
６と同一符号は、同一部分を示している。

【００４４】負荷遮断／系統遮断発生時には、投入燃料
流量減少に伴う排気温度の低下に追従して圧縮機入口案
内翼開度も減少するが、圧縮機入口案内翼開度の減少
は、制御フィードバック系統における遅れ時間を保有す
るため、圧縮機入口案内翼開度が過大である時間，つま
り、燃焼用空気流量が過剰である時間帯が生じる。燃焼
用空気流量過剰現象は、燃空比を低下させるため、特に
拡散燃焼に比較して燃焼安定性の低い予混合燃焼を行う
Ｆ２−１燃料系統の燃料供給量を制御するＦ２−１燃料
指令値に対して、この圧縮機入口案内翼開度過大による
空気流量過剰分に相当する燃料流量補正を行い、燃空比
低下を抑制するようにしている。

【００４５】図７は、燃料制御装置２０内に、圧縮機入
口案内翼開度に対して予め設定されているＦ２−１燃料
指令値バイアス量を示している。図示するように、圧縮
機入口案内翼開度がｉ０５以下ではＦ２−１燃料指令値
バイアス量は０とし、一方、圧縮機入口案内翼開度がｉ
０４以上ではＦ２−１燃料指令値バイアス量はｊ０４と
している。また、圧縮機入口案内翼開度がｉ０５〜ｉ０
４までは、Ｆ２−１燃料指令値バイアス量は、０〜ｊ０
４まで直線的に変化するようにしている。

【００４６】図８の横軸は時間を示し、縦軸（Ａ）はタ
ービン速度を示し、（Ｂ）は入口案内翼開度を示し、
（Ｃ）はＦ２−１燃料指令値を示し、（Ｄ）はＦ２−１
燃空比を示している。

【００４７】図８（Ｂ）に示すように、燃料制御装置２
０は、負荷遮断器／系統遮断器の開信号の時刻ｔ００か
ら、入口案内翼開度がｉ０４からｉ０５に変化した場
合、図８（Ｃ）に示すように、Ｆ２−１燃料指令値バイ
アス量ｊ０４をＦ２−１燃料指令値ｉ０１に加算する。
これによって、図８（Ｄ）に示すように、燃料制御装置
２０は、Ｆ２−１バーナ部の燃空比最低値は、ｇ０１か
ら火炎喪失領域より高いｇ０４の値となるように、Ｆ２
−１燃料系統について燃料流量を制御する。この結果、
負荷遮断時における火炎喪失を防止することが可能とな
り、ガスタービンの運用性を高めることができる。

【００４８】次に、図９及び図１０を用いて、本実施形
態によるガスタービン燃料制御装置を用いた負荷遮断発
生時の燃焼器の最小燃料の第３の制御方法について説明
する。図９は、本発明の一実施形態によるガスタービン
燃料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃
料の第３の制御方法における抽気弁の開閉条件の説明図
である。図１０は、本発明の一実施形態によるガスター
ビン燃料制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最
小燃料の第３の制御方法を示すタイムチャートである。
なお、図４，図６，図８と同一符号は、同一部分を示し
ている。

【００４９】圧縮機入口案内翼開度過大による空気流量
過剰状態において、燃料流量制御系統側からの燃空比制
御だけでなく、燃焼用空気流量の制御系統側からの燃空
比制御手段としては、燃焼器をバイパスさせる燃焼器上
流側からの抽気系統が使用できる。主な抽気系統として
は、多段圧縮機途中に位置する圧縮機抽気弁や、圧縮機
出口部に位置する車室抽気弁等が使用可能である。

【００５０】図９は、圧縮機入口案内翼開度に対する抽
気弁の開閉条件を示している。すなわち、燃料制御装置
２０は、入口案内翼開度がｉ０６以下の場合には、抽気
弁開度を全閉とし、入口案内翼開度がｉ０６以上の場合
には、抽気弁開度を全開とする。抽気弁の制御は全開と
全閉のみであり、中間開度では使用しないものである。
燃料制御装置２０は、遮断発生時に、圧縮機入口案内翼
開度がｉ０６以上の場合に、抽気弁は全開となるように
開閉条件を判定する。

【００５１】図１０の横軸は時間を示し、縦軸（Ａ）は
抽気弁開度を示し、（Ｂ）は入口案内翼開度を示し、
（Ｃ）はＦ２−１燃料指令値を示し、（Ｄ）はＦ２−１
燃空比を示している。

【００５２】図１０（Ｂ）に示すように、燃料制御装置
２０が、時刻ｔ００に、負荷遮断を検出し、圧縮機入口
案内翼開度がｉ０６以上であることを検出すると、図１
０（Ａ）に示すように、抽気弁を全開とする。その後、
図１０（Ｂ）に示すように、時刻ｔ０６に、圧縮機入口
案内翼開度がｉ０６以下となると、燃料制御装置２０
は、図１０（Ａ）に示すように、抽気弁は全閉とする。

【００５３】これにより、ガスタービンの圧縮機入口案
内翼開度に影響される燃焼用空気流量を適切な条件で減
少させ燃空比を上昇させることが可能となる。その結
果、圧縮機入口案内翼開度がｉ０６以上である時間中
は、図１０（Ｄ）に示すように、Ｆ２−１バーナ部の燃
空比は、火炎喪失領域より高いｇ０６からｇ０６’の値
で推移する。したがって、空気流量過多による火炎喪失
を防止できるとともに、圧縮機入口案内翼開度が低い場
合は抽気を行わないことで、空気流量過少による燃焼器
内部過熱を防止でき、負荷遮断／系統遮断時の燃焼安定
性を確保することでガスタービンの運用性を高めること
ができる。

【００５４】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、負荷遮断／系統遮断発生時の燃焼器の燃焼安定化と
低ＮＯｘ化を両立させ、適切な運転制御によりガスター
ビンの運用性を高めることができる。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、ガスタービンの運用性
の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制
御装置を用いるガスタービン発電設備の構成を示すシス
テム構成図である。

【図２】本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制
御装置を用いたガスタービンの昇速中のガスタービン用
燃焼器の運転方法の説明図である。

【図３】本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制
御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の制御方法を示
すタイムチャートである。

【図４】参考例として、通常運転時と同じく主燃料指令
値をＦ１燃料指令値とＦ２−１〜Ｆ２−４燃料指令値に
分割して、出力した場合の燃焼器の制御状態を示すタイ
ムチャートである。

【図５】参考例としての通常運転時と同じく主燃料指令
値をＦ１燃料指令値とＦ２−１〜Ｆ２−４燃料指令値に
分割して出力した場合における最小燃料運転時の燃料減
少割合の説明図である。

【図６】本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制
御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料の制
御方法を示すタイムチャートである。

【図７】本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制
御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料の第
２の制御方法における圧縮機入口案内翼開度に対するＦ
２−１燃料指令値バイアス量の説明図である。

【図８】発明の一実施形態によるガスタービン燃料制御
装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料の第２
の制御方法を示すタイムチャートである。

【図９】本発明の一実施形態によるガスタービン燃料制
御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料の第
３の制御方法における抽気弁の開閉条件の説明図であ
る。

【図１０】本発明の一実施形態によるガスタービン燃料
制御装置を用いた負荷遮断発生時の燃焼器の最小燃料の
第３の制御方法を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１…圧縮機２…燃焼器３…タービン４…圧縮機入口案内翼５…発電機６…送電系統７…拡散燃焼用バーナ８ａ，…，８ｄ…予混合燃焼用バーナ９…圧力調整弁１０ａ，…，１０ｅ…流量調節弁１１…発電機遮断器１２…系統遮断器２０…燃料制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山野辺巧茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所火力・水力事業部内 (72)発明者竹原勲茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所火力・水力事業部内 (72)発明者木村陽太郎茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所火力・水力事業部内 (72)発明者伊藤和行茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者永渕尚之茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスタービン燃焼器に燃料を供給する一つ
の拡散燃焼用燃料系統および複数の予混合燃焼用燃料系
統に供給する燃料流量を制御するとともに、ガスタービ
ンにより駆動される発電機を備えたガスタービン発電設
備での負荷遮断あるいは送電系統からの遮断が発生した
ときは、予め定められた火炎保持可能な最小燃料流量以
上となるように拡散燃焼用燃料系統の燃料流量を制御
し、かつ予め定められた予混合燃焼用燃料系統の予混合
燃焼を継続して行うように制御するガスタービン燃料制
御装置において、負荷遮断あるいは送電系統からの遮断が発生したとき
に、予め定められた予混合燃焼用燃料系統の燃料流量を
予め定められた第１の最小燃料流量に第１の有効時間だ
け設定し、上記拡散燃焼用燃料系統の燃料流量を予め定
められた第２の最小燃料流量に第２の有効時間だけ設定
することを特徴とするガスタービン燃料制御装置。
【請求項２】請求項１記載のガスタービン燃料制御装置
において、上記第１の有効時間及び第２の有効時間中は、ガスター
ビンの速度，加速度および出力を制御する主燃料指令値
よりも、上記第１の最小燃料流量の燃料指令値と第２の
最小燃料流量の燃料指令値を優先して制御することを特
徴とするガスタービン燃料制御装置。
【請求項３】請求項１記載のガスタービン燃料制御装置
において、負荷遮断あるいは送電系統からの遮断が発生したとき
に、圧縮機入口案内翼開度に応じて予め設定された予混
合燃焼用燃料指令値バイアス量を、予混合燃焼用燃料指
令値に加算することを特徴とするガスタービン燃料制御
装置。
【請求項４】請求項１記載のガスタービン燃料制御装置
において、負荷遮断あるいは送電系統からの遮断が発生したとき
に、予め設定された圧縮機入口案内翼開度の場合には、
燃焼器上流部からの抽気を行うための抽気弁を開いて、
燃焼器上流部からの抽気を行うことを特徴とするガスタ
ービン燃料制御装置。