JP2002243151A

JP2002243151A - ガスタービンの燃焼調整システム

Info

Publication number: JP2002243151A
Application number: JP2001045684A
Authority: JP
Inventors: Motoshi Takasu; 素志高須; Toji Miyasaka; 桐児宮坂
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2002-08-28
Anticipated expiration: 2021-02-21
Also published as: JP4698855B2

Abstract

(57)【要約】【課題】燃焼振動とＮＯＸ発生とを周波数域ごとに制御
すること。【解決手段】ガスタービンユニット４，５の燃焼振動対
応信号２８に基づいて複数の周波数領域ごとの周波数領
域対応振動成分値３０を計算する計算ユニット３１と、
ガスタービンユニット４，５が排出するＮＯＸのＮＯＸ
量３３を出力するセンサー３２と、周波数領域対応振動
成分値３０が周波数領域対応振動成分許容値を越え、又
は、ＮＯＸ量３３がＮＯＸ量許容値を越える場合に、周
波数領域対応振動成分値３０又はＮＯＸ量３３に基づい
て、周波数領域対応振動成分値３０又はＮＯＸ量３３を
周波数領域対応振動成分許容値又はＮＯＸ量許容値に向
かわせるための調整操作方向値をガスタービンユニット
に出力する制御ユニットとから構成されている。周波数
領域対応振動成分許容値は周波数領域ごとに設定されて
いて、二律背反傾向にある燃焼振動制御とＮＯＸ量制御
とが、高い自由度で周波数領域ごとに行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンの燃
焼調整システムに関し、特に、燃焼振動制御とＮＯＸ量
制御の操作方向が逆になる傾向が一般的に認められるガ
スタービンの燃焼調整システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンには、燃焼器で生成される
燃焼ガスが供給される。燃焼器として、いわゆる予混合
式の燃焼器が採用されるようになった。予混合式の燃焼
器は、ＮＯＸ抑制のためにメインノズルから噴射される
燃料が予め空気と混合されることにより希薄燃焼が行わ
れる。このような希薄燃焼は、失火・振動燃焼のような
燃焼の不安定を招く。このような燃焼不安定を回避する
ために、パイロットノズルから燃料が噴射されて拡散燃
焼が行われるとともに、圧縮機から供給される空気の一
部がバイパス弁を介して燃焼ガスと下流側で混合される
ようになっている。負荷変動・安定燃焼・ＮＯＸ発生の
抑制のための制御システムが、複数の燃焼器のそれぞれ
にに組み込まれている。

【０００３】燃焼振動を防止して安定な燃焼状態を確保
するための操作と燃焼ガスに含まれるＮＯＸの量を容値
以下に抑制するための操作とは、互いに相反する物理的
性格を有している。燃焼振動を防止しようとする操作Ｎ
ＯＸ量が増大し、ＮＯＸ量を許容値以下に抑制しようと
する操作は燃焼を不安定にする。このように、両操作の
間には、二律背反的性格が一般的に認められ、燃焼振動
を抑制し、且つ、ＮＯＸ量を抑制する操作は、その範囲
が極めて限定されている。

【０００４】燃焼振動は広い周波数領域の範囲で発生す
る。ある周波数領域に対応して有効である操作が他の周
波数領域では無効であることがあり、且つ、対応の仕方
が周波数領域ごとに異なることがある。燃焼振動を所定
のレベルに低下させるためには、経験豊富な運転員の試
行錯誤的な長時間の操作が必要であり、極めて高度の専
門的知識と経験とを備えた専門家による調整技術が要求
されている。特開平７−２２４６８９号は、大気温度、
湿度、燃料の発熱量の変化に係わりなく、常に低ＮＯＸ
量であり、且つ、安定した燃焼が行われるためのシステ
ムを提案している。このような公知装置は、燃焼安定域
とＮＯＸの制御値を表すマップに基づいて負荷指令値に
対して制御信号を生成する点を開示しているが、極めて
重要である周波数領域ごとの燃焼振動防止とＮＯＸ削減
の点では何も開示しておらず、周波数領域ごとの制御の
必要性について示唆すら示していない。

【０００５】燃焼振動とＮＯＸ発生とを周波数域ごとに
制御することができることが求められる。その制御は、
経験則的な視点が必要である。関連データに基づいて経
験則的に知られる装置系の制御因子の制御傾向を提示す
ることが重要である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、燃焼
振動とＮＯＸ発生とを周波数域ごとに制御することがで
きるガスタービンの燃焼調整システムを提供することに
ある。本発明の他の課題は、関連データに基づいて経験
則的に知られる装置系の制御因子を組み込むことにより
燃焼振動とＮＯＸ発生とを周波数域ごとに制御すること
ができるガスタービンの燃焼調整システムを提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が、下記のように表現される。その表現中に現れ
る技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添
記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複
数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実
施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特
に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現さ
れている技術的事項に付せられている参照番号、参照記
号等に一致している。このような参照番号、参照記号
は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の
技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このよ
うな対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の
形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されるこ
とを意味しない。

【０００８】本発明によるガスタービンの燃焼調整シス
テムは、ガスタービンユニット（４，５）の燃焼振動対
応信号（２８）に基づいて複数の周波数領域ごとの周波
数領域対応振動成分値（３０）を計算する計算ユニット
（３１）と、ガスタービンユニット（４，５）が排出す
るＮＯＸのＮＯＸ量（３３）を出力するセンサー（３
２）と、周波数領域対応振動成分値（３０）が周波数領
域対応振動成分許容値を越え、又は、ＮＯＸ量（３３）
がＮＯＸ量許容値を越える場合に、周波数領域対応振動
成分値（３０）又はＮＯＸ量（３３）に基づいて、周波
数領域対応振動成分値（３０）又はＮＯＸ量（３３）を
周波数領域対応振動成分許容値又はＮＯＸ量許容値に向
かわせるための調整操作方向値をガスタービンユニット
に出力する制御ユニットとから構成されている。周波数
領域対応振動成分許容値は周波数領域ごとに設定されて
いる。

【０００９】周波数領域対応振動成分値（３０）を周波
数領域対応振動成分許容値に向かわせる操作とＮＯＸ量
をＮＯＸ量許容値に向かわせるための操作とは、逆方向
に向くことがあるが、とりあえず、周波数領域対応振動
成分値（３０）を周波数領域対応振動成分許容値に向か
わせる操作か、ＮＯＸ量をＮＯＸ量許容値に向かわせる
ための操作かのいずれかが行われる。周波数領域対応振
動成分値（３０）を周波数領域対応振動成分許容値に向
かわせる操作は、周波数対応の操作であり、両操作が同
じ方向に向く自由度は高い。周波数対応操作は、周波数
領域により異なる多様な燃焼振動を適正に抑制すること
ができる。

【００１０】計算ユニットは、燃焼振動対応信号（２
８）を周波数分析し周波数領域対応振動成分を抽出する
周波数分析器（３１）を備えている。計算ユニットは、
周波数領域対応振動成分のピーク値を周波数領域対応振
動成分値（３０）としてホールドする。ＮＯＸ値は、周
波数領域対応振動成分値（３０）がホールドされる時系
列点上で周波数領域対応振動成分値に対応している。こ
の時系列点上のホールドにより、時々刻々のＮＯＸ値と
周波数領域対応振動成分値とが高精度に対応する。

【００１１】調整操作方向値は、ガスタービンユニット
（４，５）の燃焼室に導入する燃料（２０，２２）と空
気量との比を規定する空気量調整弁（１６）の周波数領
域対応の開閉方向とＮＯＸ対応の開閉方向である。両方
向の背反性が収束的に解消することができ、その解消の
自由度は、周波数領域対応によりその開閉制御の自由度
が高くなったことにより、その背反性の収束的解消の自
由度が高くなっている。

【００１２】調整操作方向値は、更に、パイロット比の
周波数領域対応の大小方向とＮＯＸ対応の大小方向、Ｉ
ＧＶの周波数領域対応の開閉方向と、燃料温度の周波数
領域対応の高低方向と、蒸気流量の周波数領域対応の多
少方向と、ＩＧＶのＮＯＸ対応の開閉方向と、燃料温度
のＮＯＸ対応の高低方向と、蒸気流量のＮＯＸ対応の多
少方向とから選択される１又は複数の方向である。

【００１３】周波数領域対応の調整操作方向値とＮＯＸ
対応の調整操作方向値が正反対であるか否かによらず
に、負荷と調整操作方向値とにより作成される燃焼振動
調整不可範囲とＮＯＸ調整不可範囲を示すマップに基づ
いて前記調整操作方向値が決定される。マップ上で許容
される調整可能範囲はかなり狭く制限される場合がある
が、その狭い範囲で周波数対応の開閉とＮＯＸ対応の開
閉の方向が一致するように、単一の方向が決定され得
る。

【００１４】調整操作方向値を表示する表示器（３５）
が更に追加されていて、表示器（３５）は、ガスタービ
ンユニット（４，５）に近い場所に設置され、計算ユニ
ット（３１）はガスタービンユニット（４，５）から遠
隔にあるサービスセンタ（１）に配置されている。制御
ユニット（３６）はガスタービンユニット（４，５）に
近い場所に設置され、計算ユニット（３１）はガスター
ビンユニット（４，５）から遠隔にあるサービスセンタ
（１）に配置され、周波数分析器（３１）とシミュレー
ションシステム（４１）とを含む計算ユニットと制御器
（３６）とは、調整操作方向値を計算ユニット（３１，
４１）から制御ユニット（３６）に送信する通信線（信
号４８を伝送する通信線等）により接続されている。通
信回線の利用により、過去のデータに基づいて即座に調
整操作方向値を現場に提供して高度専門家に代わって適
格なアドバイスをすることができ、更には、遠隔自動操
作が可能である。計算ユニットは、周波数分析器（３
１）と、シミュレーションシステム（４１）とを含み、
既述の通り、遠隔地に配置されている。

【００１５】

【発明の実施の形態】図に対応して、本発明によるガス
タービンの燃焼調整システムの実施の形態は、サービス
センタがガスタービンプラントとともに設けられてい
る。そのガスタービンプラント２は、図１に示されるよ
うに、専用回線３と後述される信号４８を通信する通信
線を介してサービスセンタ１に双方向に接続している。

【００１６】ガスタービンプラント２には、複数の燃焼
器４が複数のガスタービン５とともに設けられている。
燃焼器４で生成される高温・高圧の燃焼ガスがガスター
ビン５に導入される。複数の空気圧縮機６が、燃焼器４
に接続している。空気圧縮機６は、ガスタービン５に同
軸に回転的に結合されている。空気圧縮機６で圧縮され
た空気が、燃料とともに燃焼器４に導入される。ＩＧＶ
（インレット・ガイド・ベーン）７が、入口側で空気圧
縮機６に設けられている。開度調整が可能であるＩＧＶ
７は、空気圧縮機６に吸引される空気量を調整する。

【００１７】図２は、燃焼器４を詳細に示している。燃
焼器４は、外部ハウジング８と内筒９とから構成されて
いる。内筒９の下流側部分は、尾筒１１として形成され
ている。尾筒１１は、その流路断面積がより下流側でよ
り狭くなるように、絞り込まれて外部ハウジング８から
抜け出している。内筒９の中で生成される燃焼ガスは、
尾筒１１を通されてガスタービン５に供給される。

【００１８】外部ハウジング８には、空気圧縮機６から
送られてくる圧縮空気１２が導入される導入口１３を有
している。導入口１３から外部ハウジング８に流入する
圧縮空気１２の大部分は、内筒９の上流側開口１４から
内筒９に流入する。その圧縮空気１２の残り分は、尾筒
１１に形成されている開口１５に介設されているバイパ
ス弁１６から尾筒１１に内筒９の下流側域で流入する。
このように、圧縮空気１２は、内筒９の上流側と内筒９
の下流側部分である尾筒１１に分割的に配分されて流入
する。

【００１９】内筒９の中心軸線領域に、パイロットノズ
ル１７が配置されている。パイロットノズル１７の周域
で内筒９の内側に複数本のメインノズル１８が配列され
て配置されている。パイロットノズル１７とメインノズ
ル１８のそれぞれの周域には、互いに隔絶された空気流
路（その隔絶構造は図示されず）が形成されている。パ
イロットノズル１７には、第１燃料弁１９を介して第１
燃料２０が供給される。メインノズル１８には、第２燃
料弁２１を介して第２燃料２２が供給される。メインノ
ズル１８には、蒸気２３が第２燃料２２とともに導入さ
れる。

【００２０】パイロットノズル１７の尾端から噴出され
る第１燃料２０は、パイロットノズル１７の周囲の既述
の空気流路を流れる空気とパイロットノズル１７の尾端
よりも下流側で拡散的に混合して燃焼し、そこで拡散炎
と言われる火炎が形成される。メインノズル１８の尾端
から噴出される第２燃料２２は、メインノズル１８の周
囲の既述の空気流路を形成する予混合筒９’の中で予混
合され、第２燃料２２は予混合筒９’の尾端より下流側
で既述の拡散炎により着火され、そこで予混合炎と言わ
れる火炎が形成される。

【００２１】バイパス弁１６が閉じられれば、圧縮空気
１２はその全てが内筒９の上流端に流入し、燃料に対す
る空気の割合が大きくなり、いわゆる燃空比が低くな
る。バイパス弁１６が開けられれば、その開度に応じて
内筒９に流入する空気の配分量が減少して、その燃空比
が高くなり、燃焼ガスは開口１５から流入する空気によ
って希釈されることになる。

【００２２】燃焼によって生じる燃焼振動は、燃焼ガス
の圧力、各部のガス流速、各火炎の輝度とにそれぞれの
変動として現れる。各燃焼器４には、図１に示されるよ
うに、燃焼ガスの圧力、各部のガス流速、各火炎の輝度
とをそれぞれに計測する圧力センサ２４、流速センサ２
５、輝度センサ２６とが設けられている。圧力センサ２
４、流速センサ２５、輝度センサ２６の内の少なくとも
１つが出力する燃焼振動対応信号（例示：燃焼ガス圧
力）２８は、インタフェース２９を介して周波数分析器
３１に入力される。周波数分析器３１は、計算ユニット
の一部分を形成している。

【００２３】周波数分析器３１は、燃焼振動対応信号２
８をフーリエ変換して、燃焼振動スペクトルを計算して
求め、且つ、フィルタ要素によって複数の周波数領域の
振動成分を抽出する。その周波数領域は、低周波数領域
（０〜５０Ｈｚ）、中周波数領域（５０〜１６０Ｈ
ｚ）、高周波数領域（１６０〜１２００Ｈｚ）、第１高
高周波数領域（１２００〜１７００Ｈｚ）、第２高高周
波数領域（１７００〜２５００Ｈｚ）、第３高高周波数
領域（２５００〜３５００Ｈｚ）、第４高高周波数領域
（３５００〜５０００Ｈｚ）とから形成されている。周
波数分析器３１は、信号処理部３４に接続している。

【００２４】ガスタービン５の出口側には、更に、ＮＯ
Ｘセンサ３２が設けられている。ＮＯＸセンサ３２が出
力するＮＯＸ量信号３３は、インタフェース２９と周波
数分析器３１を介して信号処理部３４に入力される。信
号処理部３４は、周波数分析器３１が出力する周波数領
域対応振動成分３０のピーク値をホールドし、振動数成
分の検出時刻列に対応する時刻列でＮＯＸ量信号３３を
記憶する。周波数領域対応振動成分３０とＮＯＸ量信号
３３は、表示部３５に表示され得る。

【００２５】図３は、第１〜第８ＣＨの燃焼器４の０〜
５０００Ｈｚの周波数領域の燃焼振動スペクトルを示し
ている。図４は、第９〜第１６ＣＨの燃焼器４の０〜５
００Ｈｚの周波数領域の燃焼振動スペクトルを示してい
る。図５は、第１〜第１６ＣＨに関して信号処理部３４
によりホールドされる周波数領域対応振動成分３０のピ
ーク値又は平均値（以下、周波数領域対応振動成分値３
０という）を示している。図５中のＯＡは、０〜５００
Ｈｚの周波数領域の振動成分のピーク値を示している。
信号処理部３４は、このように、図３、図４、図５に示
されるような燃焼振動スペクトルを任意の周波数領域に
分け直して周波数領域対応振動成分値３０としてデータ
整理を行う機能を有し、整理されたデータは表示部３５
に表示され得る。周波数領域対応振動成分値は、下記す
る制御用信号３７として信号処理部３４から出力され
る。

【００２６】信号処理部３４は、制御部３６に接続して
いる。制御用信号３７は信号処理部３４から出力され制
御部３６に入力される。制御部３６は、制御用信号３７
に基づいて、下記されるパイロット比、バイパス弁１６
の弁開閉度、ＩＧＶ７のＩＧＶ開閉度を調整する手動又
は自動の制御機器である。バイパス弁１６の弁開閉度と
ＩＧＶ７のＩＧＶ開閉度の変化は、燃空比の変化に連動
的である。パイロット比は、次式で定義される：パイロット比＝Ｇｐ／（Ｇｍ＋Ｇｐ）Ｇｐ：パイロットノズル１７に供給される第１燃料供給
量Ｇｍ：メインノズル１８に供給される第２燃料供給量

【００２７】ガスタービンプラント２には、図１に示さ
れるように、調整支援システム３８が設けられている。
調整支援システム３８は、周波数領域対応振動成分値３
０、ＮＯＸ量信号３３で示されるＮＯＸ量がそれぞれに
設定される許容値を越えたとき、又は、その許容値を越
える恐れがあるときに、周波数領域対応振動成分値３０
とＮＯＸ量信号３３とで示される運転状態値が入力され
れば、運転員に調整指針を提供することができる。

【００２８】調整支援システム３８は、データベース３
９とシミュレーションシステム４１とを備えている。シ
ミュレーションシステム４１は、既述の計算ユニットの
一部分を形成している。データベース３９は、過去に製
作されたガスタービンプラントのガスタービン形式、Ｉ
ＧＶ形式、燃焼器形式、蒸気噴射の有無、燃料加熱の有
無のようなタービンプラントに固有である物理形式と、
その物理形式について燃焼振動・ＮＯＸ量の既述の運転
状態値を運転状態許容値以下に抑える過去の運転の運転
調整実績の類型化の蓄積とから構成されている。その物
理形式と類型化の蓄積から形成されるデータベース３９
は、調整の特性・傾向を示す表・マップとして整理され
た状態のデータを保有し、更に、調整作業に関する注意
事項・助言を添付的に保有している。このようなデータ
は、検索により所望部分が抽出され所望形式で出力され
ることが可能である状態で保存されている。このように
保存されているデータは、これ自体が問題解決のために
かなりの程度の指針を運転者に提供することができる。
調整因子としては、パイロット比、バイパス弁開閉度、
ＩＧＶ開閉度、燃料温度、蒸気噴射量が主として採用さ
れる。

【００２９】シミュレーションシステム４１は、プラン
ト名、運転状態値（例示：負荷、周波数領域対応振動成
分値３０、ＮＯＸ量、既述の調整因子の値、吸気温度）
を入力する入力ユニット４２を備えている。入力ユニッ
ト４２は、運転状態判定ユニット４３に接続している。
運転状態判定ユニット４３は、周波数領域対応振動成分
値３０とＮＯＸ量とから形成される既述の運転状態値が
それぞれの運転状態許容値を越えているかどうかを判定
する。運転状態判定ユニット４３は、調整値選定ユニッ
ト４４に接続している。調整値選定ユニット４４は、運
転状態値がそれぞれの運転状態許容値を越えていると運
転状態判定ユニット４３が判定した場合に、データベー
ス３９の運転調整実績の類型化蓄積に基づいて、各調整
因子の調整因子値を増減させる増減方向とその増減方向
の増減幅との周波数対応調整量を選定する。

【００３０】調整値選定ユニット４４は、演算ユニット
４５に接続している。演算ユニット４５は、調整値選定
ユニット４４により選定された周波数対応調整量４８に
基づいて変動すると予測される運転状態予測値を演算す
る。演算ユニット４５は、調整量積算ユニット４６に接
続している。調整量積算ユニット４６は、各調整因子の
周波数対応調整量を積算する。調整量積算ユニット４６
は、出力ユニット４７に接続している。出力ユニット４
７は、運転状態値が運転状態許容値よりも小さく、且
つ、調整因子値が調整因子許容値よりも小さいと判断す
る場合に、各調整因子の周波数対応調整量４８と、運転
状態予測値（周波数領域対応振動成分値３０の予測値と
ＮＯＸ量の予測値）とを出力する。各調整因子の周波数
対応調整量４８は制御部３６に入力される。周波数対応
調整量４８は、サービスセンタ１を制御部３６に接続す
る通信線により伝送される。その通信線は、サービスセ
ンタ１を表示部３５にも接続している。

【００３１】図６は、シミュレーションシステム４１に
より実行されるシミュレーションの流れを表す対応表４
９を示している。対応表４９は、特定機種の物理形式に
ついて、発生周波数帯毎の調整因子の周波数対応調整量
の調整方向を示し、その調整方向は、発生周波数帯毎の
振動力又は発生周波数帯毎の既述のピーク値を低減する
低減方向に一致している。対応表４９は、更に、ＮＯＸ
量が増大した場合に、そのＮＯＸ量を低減させる調整因
子の周波数対応調整量の調整方向を示し、その調整方向
はＮＯＸ量を低減させる低減方向に一致している。ＮＯ
Ｘ制御の操作方向（バイパス弁に関して閉方向、パイロ
ット比に関して低方向、ＩＧＶに関して開方向、燃料温
度に関して高方向、蒸気流量に関して大方向）は、燃焼
振動を抑制するための操作方向に一般には一致せず（二
律背反的）、且つ、周波数領域ごとに一致せず、両方向
の関係は極めて複雑であり、理論的に割り出すことがで
きない。図６に示される表に基づいて、運転員により手
動的に制御され、又は、制御部３６により自動的に制御
される。

【００３２】予混合気の噴出速度がある値を越えると失
火し、燃焼振動はその噴出速度が失火速度より小さくな
れば発生する。そのような値は、燃料の種類、燃焼器の
形式が同一であれば概ね一定であると言われている。基
本的には、負荷が一定であれば、ＩＧＶとバイパス弁そ
れぞれに閉じる方向に調整し、パイロット比を上げる方
向に調整することにより、燃焼は安定する方向に向かっ
て燃焼振動が抑制される方向に向かう。このようなこと
は、一般的傾向であることが知られている。しかし、現
象は必ずしもこのような一般的傾向に従わず、燃料温
度、蒸気噴射量、その他の諸因子が複雑に絡み合ってい
て、各周波数領域の振動成分のピーク値が許容値を越え
ることのみによって、ＩＧＶ、バイパス弁、パイロット
比の調整対応は、図６の操作方向と、図７〜図１１に現
れる周波数対応調整不可能性とに示されるように、周波
数領域ごとに複雑に変動し、低中周波数領域と高高周波
数領域ではその対応が正反対になっており、その中間の
周波数領域では更に複雑になっている。

【００３３】図７に示されるように、負荷が大きい領域
では、１２００〜３５００Ｈｚの範囲で燃焼振動調整は
困難であり、パイロット比が小さい範囲で漸くその調整
が可能になる。負荷の全範囲にわたって、０〜５０Ｈｚ
又は１５０〜５００Ｈｚの範囲では、燃焼振動調整は不
可能である。パイロット比が小さい領域では、全負荷範
囲でＮＯＸ調整が不可能である。１２００Ｈｚより低く
５００Ｈｚより高く、且つ、パイロット比が４０％より
大きい範囲で、燃焼振動制御とＮＯＸ量制御の両制御が
可能である。

【００３４】図８に示されるように、燃空比（バイパス
弁開閉度に連動）が高すぎても低すぎても、燃焼振動と
ＮＯＸ量との制御が困難であり、その困難性は周波数領
域ごとに顕著に現れる。図９，１０は、ＩＣＶ開度、燃
料温度についてＮＯＸ・燃焼振動の調整負荷範囲の周波
数依存を示している。図７〜図１１に示されるように、
燃焼振動調整とＮＯＸ量調整の一般的な二律背反性の傾
向と、周波数依存性とが負荷の全範囲で複雑に絡み合う
ことを示している。このような傾向と図６に示される制
御方向とが調和する狭いマップ領域に入るように、バイ
パス比、パイロット比、ＩＧＶ開度、燃料温度、蒸気流
量が制御される。

【００３５】データベースには、ガスタービン形式、燃
焼器形式の他に、蒸気噴射の有無、燃料加熱の有無等に
よって分類され、燃焼振動とＮＯＸを許容値以下に抑え
るための諸因子の対応関係が整理されて、図６に示され
るマップ、図７〜図１１に示される周波数対応範囲が纏
められて更新可能に保存されている。シミュレーション
システム４１にプラント名と運転状態（値）が入力され
ると、制御のための操作方向による調整対応が検索さ
れ、その検索の結果が短時間に指針として出力される。
運転員は、その指針に基づいて諸因子を調整し、又は、
その結果が周波数対応調整量４８として直接に制御部３
６に入力される。このように周波数対応の調整指針が蓄
積されていて、運転員は高度専門家に相談することなく
適正に即座に対応が可能であり、又は、運転員によらな
い自動対応が可能である。

【００３６】本発明によるガスタービンの燃焼調整シス
テムは、サービスセンタの１ヶ所に設置され、各プラン
トと通信回線によって結ばれていて、各プラントの運転
員がパスワードを用いてサービスセンタにアクセスすれ
ば、ガスタービンプラント２が起動して、そのプラント
に関係するデータのみが利用可能であり、サービスセン
タの本支援システムは、周波数対応調整の周波数対応調
整量４８をそのプラントに送信する。周波数対応調整量
４８は、そのプラントの表示部３５に表示され、又は、
そのプラントの制御部３６に直接に入力される。

【００３７】

【発明の効果】本発明によるガスタービンの燃焼調整シ
ステムは、諸因子が複雑に絡み合って一般的には二律背
反的であるが周波数領域毎には必ずしも二律背反的では
ない燃焼振動の抑制とＮＯＸ量の抑制とを同時的に調整
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明によるガスタービンの燃焼調整
システムの実施の形態を示すシステムブロック図であ
る。

【図２】図２は、燃焼器を示す断面図である。

【図３】図３は、８チャンネルの周波数スペクトラムを
それぞれに示すグラフである。

【図４】図４は、他の８チャンネルの周波数スペクトラ
ムをそれぞれに示すグラフである。

【図５】図５は、各チャンネルの周波数領域毎のピーク
値を示すグラフである。

【図６】図６は、各周波数領域、ＮＯＸについて各因子
の操作方向を示す表である。

【図７】図７は、負荷とパイロット比に基づく調整不可
範囲を示すマップである。

【図８】図８は、負荷とバイパス弁開度に基づく調整不
可範囲を示すマップである。

【図９】図９は、負荷とＩＧＶ開度に基づく調整不可範
囲を示すマップである。

【図１０】図１０は、負荷と燃料温度に基づく調整不可
範囲を示すマップである。

【図１１】図１１は、負荷と蒸気流量比に基づく調整不
可範囲を示すマップである。

【符号の説明】１…サービスセンタ２…ガスタービンプラント４，５…ガスタービンユニット１６…空気量調整弁２２…燃料２８…燃焼振動対応信号３０…周波数領域対応振動成分値３１，３４又は４１…計算ユニット３２…センサー３３…ＮＯＸ量３５…表示器４８…通信線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスタービンユニットの燃焼振動対応信号
に基づいて複数の周波数領域ごとの周波数領域対応振動
成分値を計算する計算ユニットと、前記ガスタービンユニットが排出するＮＯＸのＮＯＸ量
を出力するセンサーと、前記周波数領域対応振動成分値が周波数領域対応振動成
分許容値を越え、又は、前記ＮＯＸ量がＮＯＸ量許容値
を越える場合に、前記周波数領域対応振動成分値又は前
記ＮＯＸ量に基づいて、前記周波数領域対応振動成分値
又は前記ＮＯＸ量を前記周波数領域対応振動成分許容値
又はＮＯＸ量許容値に向かわせるための調整操作方向値
をガスタービンユニットに出力する制御ユニットとを含
み、前記周波数領域対応振動成分許容値は前記周波数領域ご
とに設定されているガスタービンの燃焼調整システム。
【請求項２】前記計算ユニットは燃焼振動対応信号を周
波数分析し前記周波数領域対応振動成分を抽出する周波
数分析器を更に含み、前記計算ユニットは、前記周波数領域対応振動成分のピ
ーク値を前記周波数領域対応振動成分値としてホールド
する請求項１のガスタービンの燃焼調整システム。
【請求項３】前記ＮＯＸ値は、前記周波数領域対応振動
成分値がホールドされる時系列点上で前記周波数領域対
応振動成分値に対応している請求項２のガスタービンの
燃焼調整システム。
【請求項４】前記調整操作方向値は、前記ガスタービン
ユニットの燃焼室に導入する燃料と空気量との比を規定
する空気量調整弁の周波数領域対応の開閉方向とＮＯＸ
対応の開閉方向である請求項１のガスタービンの燃焼調
整システム。
【請求項５】前記調整操作方向値は、更に、パイロット
比の周波数領域対応の大小方向とＮＯＸ対応の大小方向
とである請求項４のガスタービンの燃焼調整システム。
【請求項６】前記調整操作方向値は、更に、ＩＧＶの周
波数領域対応の開閉方向と、燃料温度の周波数領域対応
の高低方向と、蒸気流量の周波数領域対応の多少方向
と、ＩＧＶのＮＯＸ対応の開閉方向と、燃料温度のＮＯ
Ｘ対応の高低方向と、蒸気流量のＮＯＸ対応の多少方向
とである請求項５のガスタービンの燃焼調整システム。
【請求項７】前記周波数領域対応の前記調整操作方向値
と前記ＮＯＸ対応の前記調整操作方向値が正反対である
か否かによらずに、負荷と前記調整操作方向値とにより
作成される燃焼振動調整不可範囲とＮＯＸ調整不可範囲
を示すマップに基づいて前記調整操作方向値が決定され
る請求項４〜６から選択される１請求項のガスタービン
の燃焼調整システム。
【請求項８】前記調整操作方向値を表示する表示器を更
に含み、前記表示器は、前記ガスタービンユニットから遠隔にあ
るサービスセンタに配置され、前記計算ユニットと前
記表示器とは、前記調整操作方向値を前記計算ユニット
から前記表示器に送信する通信線により接続されている
請求項１のガスタービンの燃焼調整システム。
【請求項９】前記制御ユニットは前記ガスタービンユニ
ットに近い場所に設置され、前記計算ユニットは前記ガ
スタービンユニットから遠隔にあるサービスセンタに配
置され、前記計算ユニットと前記制御ユニットとは、前記調整操
作方向値を前記計算ユニットから前記制御ユニットに送
信する通信線により接続されている請求項１のガスター
ビンの燃焼調整システム。